JP2018101810A - DEPOSITION METHOD OF SiCN FILM - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、SiCN膜の成膜方法に関する。 The present invention relates to a method for forming a SiCN film.
半導体集積回路装置の絶縁膜として、シリコン酸化膜(SiO2膜)、およびシリコン窒化膜(SiN膜)がよく知られている。SiN膜は、SiO2膜よりも比誘電率が高い、およびSiO2膜やシリコン(Si)に対してエッチング選択比がとれる等の利点がある。このため、SiN膜は、SiO2膜よりも高い誘電率を必要とする部分に使用されたり、SiO2膜やSiに対するエッチングストッパ層や、SiO2膜やSiを加工する際のハードマスク層に使用されたりしている。 As an insulating film of a semiconductor integrated circuit device, a silicon oxide film (SiO 2 film) and a silicon nitride film (SiN film) are well known. SiN film has a specific dielectric constant than SiO 2 film is high, and there are advantages such as etching selection ratio can take with respect to SiO 2 film or a silicon (Si). Thus, SiN film, or used in a portion requiring a higher dielectric constant than SiO 2 film, and an etching stopper layer for the SiO 2 film or Si, the hard mask layer in processing the SiO 2 film or Si It is being used.
半導体集積回路装置の製造に使用される成膜装置には、ウエハを1枚ずつ処理する枚葉式成膜装置と、一度にウエハを複数枚処理するバッチ式成膜装置に大別される。バッチ式成膜装置には、より多くのウエハを一度に処理することが可能な縦型バッチ式成膜装置がある。縦型バッチ式成膜装置を用いてSiN膜を成膜する際の成膜温度は、およそ630℃〜760℃である。 Film forming apparatuses used for manufacturing semiconductor integrated circuit devices are roughly classified into a single wafer type film forming apparatus that processes wafers one by one and a batch type film forming apparatus that processes a plurality of wafers at a time. The batch type film forming apparatus includes a vertical batch type film forming apparatus capable of processing more wafers at a time. The film forming temperature when forming the SiN film using the vertical batch type film forming apparatus is approximately 630 ° C. to 760 ° C.
ところで、半導体集積回路装置の微細化は、なお進展している。半導体集積回路装置の微細化のために、半導体集積回路装置の製造工程においては、プロセスの低温化が望まれている。 Incidentally, miniaturization of semiconductor integrated circuit devices is still progressing. In order to miniaturize a semiconductor integrated circuit device, it is desired to lower the process temperature in the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit device.
低温にてSiN膜を成膜するためには、窒化ガスに含まれる窒化剤、例えば、アンモニア(NH3)を、プラズマを用いてアンモニアラジカルなどの活性な窒化種とする。このように活性な窒化種を用いることで、低温下においても、ウエハ上のSi膜の窒化を促進させることができる。しかし、プラズマ化させた窒化剤を用いてSi膜を窒化すると、成膜されたSiN膜の薬液耐性が劣化する、という事情がある。特に、希フッ酸溶液(以下希HF溶液という)にエッチングされやすくなる。そこで、特許文献1においては、SiN膜に炭素(C)を添加してシリコン炭窒化膜(以下SiCN膜という)とし、SiN膜に比較して薬液耐性を向上させる、という手法をとっている。
In order to form the SiN film at a low temperature, a nitriding agent contained in the nitriding gas, for example, ammonia (NH 3 ) is used as an active nitriding species such as ammonia radicals using plasma. By using such active nitriding species, nitriding of the Si film on the wafer can be promoted even at low temperatures. However, when the Si film is nitrided using a plasma nitriding agent, the chemical resistance of the formed SiN film deteriorates. In particular, it becomes easy to be etched into a diluted hydrofluoric acid solution (hereinafter referred to as a diluted HF solution). Therefore, in
特許文献1においては、プラズマを用いて生成した活性な窒化種を用いてSiC膜を窒化し、SiCN膜を成膜する。このため、成膜温度を630℃未満の温度帯に下げても、実使用に供しうる充分な成膜レートを得ることができる。しかし、ウエハの被処理面上に段差を伴った微細構造、例えば、トレンチが存在すると、トレンチ底部の側壁への成膜が難しくなる、という事情がある。これはトレンチの側壁に活性な窒化種、例えば、アンモニアラジカル等が触れると失活してしまい、トレンチの底部まで活性なアンモニアラジカルが、充分に届きにくくなることが一因である。
In
そこで、特許文献2においては、プラズマを用いずにSiC膜を窒化する。これにより、特許文献1に比較して、トレンチ底部への成膜が行いやすくなる、という利点を得ることができる。
Therefore, in
しかし、特許文献2においては、プラズマを用いずにSiC膜を窒化するので、成膜温度を低くする、例えば、成膜温度を630℃未満の温度帯に下げると、プラズマを用いた場合に比較して成膜レートが急激に低下する、という事情がある。
However, in
この発明は、成膜温度を下げても良好な成膜レートを維持しつつ、SiCN膜を成膜することが可能なSiCN膜の成膜方法を提供する。 The present invention provides a method for forming a SiCN film that can form a SiCN film while maintaining a good film formation rate even when the film formation temperature is lowered.
この発明の一態様に係るSiCN膜の成膜方法は、被処理体の被処理面上にSiCN膜を成膜するSiCN膜の成膜方法であって、前記被処理体が収容された処理室内にSi原料を含むSi原料ガスを供給する工程と、前記Si原料ガスを供給する工程の後、前記処理室内に窒化剤を含むガスを供給する工程とを備え、前記窒化剤として、下記一般式(1)で示される窒素と炭素との化合物を用いる。
この発明によれば、成膜温度を下げても良好な成膜レートを維持しつつ、SiCN膜を成膜することが可能なSiCN膜の成膜方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a SiCN film forming method capable of forming a SiCN film while maintaining a good film forming rate even when the film forming temperature is lowered.
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that common parts are denoted by common reference numerals throughout the drawings.
(第1の実施形態)
<成膜方法>
図1はこの発明の第1の実施形態に係るSiCN膜の成膜方法の一例を示す流れ図、図2A〜図2Fは図1に示すシーケンス中の被処理体の状態を示す断面図である。
(First embodiment)
<Film formation method>
FIG. 1 is a flowchart showing an example of a method of forming a SiCN film according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2F are cross-sectional views showing states of objects to be processed in the sequence shown in FIG.
まず、図2Aに示すように、被処理体を用意する。本例では、被処理体としてシリコンウエハ(以下ウエハという)1を用いた。ウエハ1上にはSiO2膜2が形成されている。本例ではSiO2膜2の表面を被処理面とする。SiCN膜は、被処理面であるSiO2膜2上に成膜される。なお、ウエハ1の被処理面はSiO2膜2に限らず、SiCN膜を成膜することが可能な膜であればよい。もちろん、ウエハ1の表面自体を被処理面としてもよい。次いで、図2Aに示すウエハ1を成膜装置の処理室に収容する。
First, as shown in FIG. 2A, an object to be processed is prepared. In this example, a silicon wafer (hereinafter referred to as a wafer) 1 was used as the object to be processed. An SiO 2
次に、図1のステップ1及び図2Bに示すように、処理室内において、SiO2膜2上にSi原料ガスを供給し、SiO2膜2上にSi膜3−1を形成する。Si原料ガスとしては、本例ではヘキサクロロジシラン(HCD)を用いた。もちろん、Si原料ガスはHCDに限られるものではない。
Next, as shown in
ステップ1における処理条件の一例は以下のとおりである。
HCD 流 量: 100sccm
成 膜 時 間: 0.5min(1サイクル当たり)
成 膜 温 度: 550℃
成 膜 圧 力: 133.32Pa(1Torr)
An example of the processing conditions in
HCD flow rate: 100sccm
Deposition time: 0.5 min (per cycle)
Deposition temperature: 550 ° C
Deposition pressure: 133.32 Pa (1 Torr)
次に、図1のステップ2に示すように、成膜装置の処理室内を排気したのち、処理室内に不活性ガス、例えば、N2ガスを供給し、処理室内をパージする。
Next, as shown in
次に、図1のステップ3および図2Cに示すように、Si膜3−1上に、炭素含有窒化剤を含むガスを供給し、Si膜3−1を窒化するとともに炭素(C)を添加する。これによりSi膜3−1はSiCN膜4−1となる。炭素含有窒化剤としては、本例では、下記一般式(1)で示される炭素と窒素との化合物を用いる。 Next, as shown in Step 3 of FIG. 1 and FIG. 2C, a gas containing a carbon-containing nitriding agent is supplied onto the Si film 3-1 to nitride the Si film 3-1 and add carbon (C). To do. As a result, the Si film 3-1 becomes the SiCN film 4-1. As the carbon-containing nitriding agent, a compound of carbon and nitrogen represented by the following general formula (1) is used in this example.
一般式(1)に示される化合物は1,2,3−トリアゾール系化合物であり、R1、R2、R3は、水素原子又は置換基を有しても良い炭素原子数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基である。 The compound represented by the general formula (1) is a 1,2,3-triazole compound, and R 1 , R 2 and R 3 each have 1 to 8 carbon atoms which may have a hydrogen atom or a substituent. It is a linear or branched alkyl group.
炭素原子数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基としては、具体的には
メチル基
エチル基
n−プロピル基
イソプロピル基
n−ブチル基
イソブチル基
t−ブチル基
n−ペンチル基
イソペンチル基
t−ペンチル基
n−ヘキシル基
イソヘキシル基
t−ヘキシル基
n−ヘプチル基
イソヘプチル基
t−ヘプチル基
n−オクチル基
イソオクチル基
t−オクチル基
である。好ましくはメチル基、エチル基、n−プロピル基である。さらに好ましくはメチル基である。
Specific examples of the linear or branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, t-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, t. -Pentyl group n-hexyl group isohexyl group t-hexyl group n-heptyl group isoheptyl group t-heptyl group n-octyl group isooctyl group t-octyl group. A methyl group, an ethyl group, and an n-propyl group are preferable. More preferred is a methyl group.
前記置換基としては、炭素原子数1〜4のアルキル基で置換されている直鎖状又は分岐状のモノアルキルアミノ基又はジアルキルアミノ基であってもよい。具体的には
モノメチルアミノ基
ジメチルアミノ基
モノエチルアミノ基
ジエチルアミノ基
モノプロピルアミノ基
モノイソプロピルアミノ基
エチルメチルアミノ基
である。好ましくはモノメチルアミノ基、ジメチルアミノ基である。さらに好ましくはジメチルアミノ基である。
The substituent may be a linear or branched monoalkylamino group or dialkylamino group substituted with an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Specifically, it is a monomethylamino group, a dimethylamino group, a monoethylamino group, a diethylamino group, a monopropylamino group, a monoisopropylamino group, or an ethylmethylamino group. A monomethylamino group and a dimethylamino group are preferable. More preferred is a dimethylamino group.
さらに、前記置換基としては、炭素原子数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルコキシ基であってもよい。具体的には
メトキシ基
エトキシ基
プロポキシ基
ブトキシ基
ペントキシ基
ヘキシルオキシ基
ヘプチルオキシ基
オクチルオキシ基
である。好ましくは、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基である。さらに好ましくは、メトキシ基である。
Further, the substituent may be a linear or branched alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms. Specifically, a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, a pentoxy group, a hexyloxy group, a heptyloxy group, and an octyloxy group. Preferably, they are a methoxy group, an ethoxy group, and a propoxy group. More preferably, it is a methoxy group.
なお、一般式(1)で示される具体的な化合物の例としては、
1H−1,2,3−トリアゾール
1−メチル−1,2,3−トリアゾール
1,4−ジメチル−1,2,3−トリアゾール
1,4,5−トリメチル−1,2,3−トリアゾール
1−エチル−1,2,3−トリアゾール
1,4−ジエチル−1,2,3−トリアゾール
1,4,5−トリエチル−1,2,3−トリアゾール
である。なお、これらの化合物は、単独又は二種以上を混合して使用しても良い。
Examples of specific compounds represented by the general formula (1) include
1H-1,2,3-triazole 1-methyl-1,2,3-
本例では、炭素含有窒化剤として、1H−1,2,3−トリアゾールを用いた。ステップ3における処理条件の一例は以下のとおりである。
トリアゾール流量: 100sccm
処 理 時 間 : 0.5min(1サイクル当たり)
処 理 温 度 : 550℃
処 理 圧 力 : 133.32Pa(1Torr)
In this example, 1H-1,2,3-triazole was used as the carbon-containing nitriding agent. An example of the processing conditions in Step 3 is as follows.
Triazole flow rate: 100sccm
Processing time: 0.5 min (per cycle)
Processing temperature: 550 ℃
Processing pressure: 133.32 Pa (1 Torr)
次に、図1のステップ4に示すように、成膜装置の処理室内を排気したのち、処理室内に不活性ガス、例えば、N2ガスを供給し、処理室内をパージする。 Next, as shown in Step 4 of FIG. 1, after exhausting the processing chamber of the film forming apparatus, an inert gas, for example, N 2 gas is supplied into the processing chamber, and the processing chamber is purged.
次に、図1のステップ5に示すように、処理回数が設定回数か否かを判断する。設定回数に達したならば(Yes)、SiCN膜の成膜を終了する。 Next, as shown in step 5 of FIG. 1, it is determined whether or not the number of processes is a set number. If the set number of times has been reached (Yes), the film formation of the SiCN film is terminated.
設定回数に達していないならば(No)、ステップ1〜4を繰り返し、図2Dに示すように、第2層目Si膜3−2をSiCN膜4−1上に成膜し、図2Eに示すように、第2層目Si膜3−2を窒化するとともに、Cを添加して第2層目SiCN膜4−2とする。 If the set number of times has not been reached (No), Steps 1 to 4 are repeated, and as shown in FIG. 2D, a second-layer Si film 3-2 is formed on the SiCN film 4-1, and FIG. As shown, the second Si film 3-2 is nitrided and C is added to form a second SiCN film 4-2.
このように、ステップ1〜4を設定された回数繰り返すことで、図2Fに示すように、設計された膜厚tを持つSiCN膜4が形成される。
Thus, by repeating
<SiCN膜の原子組成>
図3はSiCN膜の原子組成を示す図である。図3には、第1の実施形態に係る成膜方法にて成膜したSiCN膜の原子組成の他、参考例として成膜温度630℃、Si原料ガスにジクロロシラン(DCS)、窒化剤にNH3、炭化剤にエチレン(C2H4)を用い、熱ALD法にて成膜したSiCN膜の原子組成を示す。
<Atomic composition of SiCN film>
FIG. 3 shows the atomic composition of the SiCN film. In FIG. 3, in addition to the atomic composition of the SiCN film formed by the film forming method according to the first embodiment, as a reference example, the film forming temperature is 630 ° C., Si source gas is dichlorosilane (DCS), and the nitriding agent is The atomic composition of a SiCN film formed by thermal ALD using NH 3 and ethylene (C 2 H 4 ) as a carbonizing agent is shown.
図3に示すように、参考例に係るSiCN膜の原子組成は、N=41.9at%、Si=47.6at%、C=10.5at%である。参考例によれば、Cは添加されているが、Cの量は、SiやNよりも少ない。参考例によれば、SiやNがリッチなSiCN膜となる。 As shown in FIG. 3, the atomic composition of the SiCN film according to the reference example is N = 41.9 at%, Si = 47.6 at%, and C = 10.5 at%. According to the reference example, C is added, but the amount of C is less than Si and N. According to the reference example, a SiCN film rich in Si or N is obtained.
これに対して、第1の実施形態に係る成膜方法にて成膜したSiCN膜の原子組成は、N=30.5at%、Si=30.6at%、C=38.4at%であり、SiやNよりもCの量が多いCリッチなSiCN膜が成膜されている。なお、第1の実施形態に係る成膜方法にて成膜したSiCN膜からは、0.5at%の微量の塩素(Cl)が検出されている。このClは、Si原料ガスであるHCDに由来するものである。 On the other hand, the atomic composition of the SiCN film formed by the film forming method according to the first embodiment is N = 30.5 at%, Si = 30.6 at%, and C = 38.4 at%. A C-rich SiCN film having a larger amount of C than Si or N is formed. Note that a trace amount of chlorine (Cl) of 0.5 at% is detected from the SiCN film formed by the film forming method according to the first embodiment. This Cl is derived from HCD, which is a Si source gas.
このように第1の実施形態に係る成膜方法にて成膜したSiCN膜によれば、参考例に比較して、SiやNよりもCの量が多いCリッチなSiCN膜を成膜することが可能である。もちろん、Cの添加量は、1H−1,2,3−トリアゾールの流量を調節することで、調節できる。つまり、第1の実施形態に係る成膜方法によれば、参考例に比較して、Cの添加量をより広範囲に制御することが可能である、という利点を得ることができる。例えば、Cの添加量はSiCN膜の薬液耐性を左右する。Cの添加量をより広範囲に制御可能である、ということは、参考例に比較して、さらに薬液耐性に富むSiCN膜を成膜可能である、ということである。 Thus, according to the SiCN film formed by the film forming method according to the first embodiment, a C-rich SiCN film having a larger amount of C than Si or N is formed as compared with the reference example. It is possible. Of course, the amount of C added can be adjusted by adjusting the flow rate of 1H-1,2,3-triazole. That is, according to the film forming method according to the first embodiment, it is possible to obtain the advantage that the amount of C added can be controlled over a wider range than in the reference example. For example, the amount of C added affects the chemical resistance of the SiCN film. The fact that the addition amount of C can be controlled in a wider range means that a SiCN film having a higher chemical resistance can be formed as compared with the reference example.
<SiCN膜の薬液耐性>
図4はSiN膜およびSiCN膜のエッチングレートを示す図である。図4には、エッチャントに0.5%DHFを用い、熱SiO2膜のエッチングレートを1.0(100%)の基準値としたときの、SiN膜およびSiCN膜のエッチングレートの割合が示されている。
<Drug resistance of SiCN film>
FIG. 4 is a diagram showing the etching rates of the SiN film and the SiCN film. FIG. 4 shows the ratio of the etching rates of the SiN film and the SiCN film when 0.5% DHF is used as the etchant and the etching rate of the thermal SiO 2 film is set to a reference value of 1.0 (100%). Has been.
まず、SiN膜のエッチングレートから説明する。
成膜温度500℃、Si原料ガスにDCS、窒化剤にNH3を用いたプラズマALD法にて成膜したSiN膜の0.5%DHFに対するエッチングレートは、基準値に比較して0.47(47%)であり、熱SiO2膜のエッチングレートのおよそ半分である。しかし、成膜温度を450℃に下げると、0.5%DHFに対するエッチングレートは、基準値に比較して1.21(121%)となり、熱SiO2膜よりもエッチングレートが早くなってしまう。このように、プラズマALD法にて成膜したSiN膜は、薬液耐性、特に0.5%DHFに対する耐性が良好である、とはいえない。
First, the etching rate of the SiN film will be described.
The etching rate with respect to 0.5% DHF of the SiN film formed by the plasma ALD method using DCS as the Si source gas and NH 3 as the nitriding agent is 0.47 compared to the reference value. (47%), which is approximately half the etching rate of the thermal SiO 2 film. However, when the deposition temperature is lowered to 450 ° C., the etching rate for 0.5% DHF is 1.21 (121%) compared to the reference value, and the etching rate is faster than that of the thermal SiO 2 film. . Thus, it cannot be said that the SiN film formed by the plasma ALD method has good chemical resistance, particularly resistance to 0.5% DHF.
また、成膜温度630℃、Si原料ガスにDCS、窒化剤にNH3を用いた熱ALD法にて成膜したSiN膜によれば、0.5%DHFに対するエッチングレートが基準値に比較して0.19(19%)となり、熱SiO2膜のエッチングレートのおよそ1/5まで改善することができる。図4に示す熱ALD法にて成膜したSiN膜の成膜温度は630℃であり、同じく図4に示すプラズマALD法にて成膜したSiN膜の成膜温度450℃〜500℃よりも高い。このため、同一の成膜温度では比較したものではなく、一般論とはなるが、SiN膜の薬液耐性を高めるには成膜温度は高い方がよく、また、プラズマALD法よりは熱ALD法が有利である、と考えてもよい。確実なところは、図4には、450℃〜500℃の低温プラズマALD法にて成膜したSiN膜よりは、630℃の高温熱ALD法にて成膜したSiN膜の方が、0.5%DHFに対する耐性が向上していることである。 Also, according to the SiN film formed by the thermal ALD method using DCS as the Si source gas and NH 3 as the nitriding agent, the etching rate for 0.5% DHF is compared with the reference value. 0.19 (19%), which can be improved to about 1/5 of the etching rate of the thermal SiO 2 film. The film formation temperature of the SiN film formed by the thermal ALD method shown in FIG. 4 is 630 ° C., which is higher than the film formation temperature of 450 ° C. to 500 ° C. of the SiN film formed by the plasma ALD method shown in FIG. high. For this reason, it is not a comparison at the same film formation temperature, and it is a general theory, but in order to increase the chemical resistance of the SiN film, it is better that the film formation temperature is higher, and the thermal ALD method than the plasma ALD method. May be considered advantageous. It is certain that FIG. 4 shows that the SiN film formed by the high temperature thermal ALD method at 630 ° C. is less than the SiN film formed by the low temperature plasma ALD method at 450 ° C. to 500 ° C. The resistance to 5% DHF is improved.
さらに、成膜温度630℃、Si原料ガスにDCS、窒化剤にNH3を用いた熱ALD法にて成膜し、かつ、Cを添加したSiCN膜によれば、0.5%DHFに対するエッチングレートが基準値に比較して0.03(3%)となる。つまり、熱ALD法にて成膜したSiCN膜は、熱ALD法にて成膜したSiN膜よりも、さらに薬液耐性が高い。 Furthermore, according to the SiCN film formed by the thermal ALD method using DCS as the Si source gas and DC 3 as the Si source gas and NH 3 as the nitriding agent, and added with C, etching with respect to 0.5% DHF is performed. The rate is 0.03 (3%) compared to the reference value. That is, the SiCN film formed by the thermal ALD method has higher chemical resistance than the SiN film formed by the thermal ALD method.
そして、第1の実施形態に係る成膜方法にて成膜したSiCN膜によれば、0.5%DHFに対するエッチングレートが0.03(3%)をさらに下回る測定限界以下となり、0.5%DHFに対してほとんどエッチングされることがない、という結果が得られた。しかも、第1の実施形態に係る成膜方法にて成膜したSiCN膜の成膜温度は、630℃よりも低い550℃である。 Then, according to the SiCN film formed by the film forming method according to the first embodiment, the etching rate with respect to 0.5% DHF is not more than 0.03 (3%), which is below the measurement limit. The result was that it was hardly etched with respect to% DHF. Moreover, the deposition temperature of the SiCN film deposited by the deposition method according to the first embodiment is 550 ° C., which is lower than 630 ° C.
このように、第1の実施形態に係る成膜方法によれば、薬液耐性が、Si原料ガスにDCS、窒化剤にNH3を用いて熱ALD法にて成膜したSiCN膜よりも、さらに高いSiCN膜を得ることができる。 As described above, according to the film forming method according to the first embodiment, the chemical resistance is higher than that of the SiCN film formed by the thermal ALD method using DCS as the Si source gas and NH 3 as the nitriding agent. A high SiCN film can be obtained.
<SiCN膜の成膜レート>
図5はSiN膜およびSiCN膜の成膜温度と成膜レートとの関係を示す図である。
図5に示すように、Si原料ガスにDCS、窒化剤にNH3を用いたプラズマALD法は、成膜温度が低温であっても、成膜レートに0.02nm/min以上を確保することができ、低温成膜に有利である。
<Deposition rate of SiCN film>
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the deposition temperature and deposition rate of the SiN film and the SiCN film.
As shown in FIG. 5, the plasma ALD method using DCS as the Si source gas and NH 3 as the nitriding agent ensures a film formation rate of 0.02 nm / min or more even when the film formation temperature is low. This is advantageous for low-temperature film formation.
また、Si原料ガスにDCSを用い、窒化剤にNH3を用いた熱ALD法は、成膜温度が600℃であれば、0.06〜0.07nm/minの実用的な成膜レートを確保することができる。しかし、成膜温度を550℃に下げると、約0.01nm/minまで成膜レートが低下してしまう。Si原料ガスにDCSを用い、窒化剤にNH3を用いた熱ALD法は、成膜温度が500℃を下回ると、SiN膜はほとんど成膜できない。ただし、Si原料ガスをDCSに代えてHCDを用いると、低温成膜時における成膜レートの低下については改善することができる。 Further, the thermal ALD method using DCS as the Si source gas and NH 3 as the nitriding agent has a practical film formation rate of 0.06 to 0.07 nm / min when the film formation temperature is 600 ° C. Can be secured. However, when the film formation temperature is lowered to 550 ° C., the film formation rate is reduced to about 0.01 nm / min. In the thermal ALD method using DCS as the Si source gas and NH 3 as the nitriding agent, the SiN film can hardly be formed when the film forming temperature is below 500 ° C. However, when HCD is used instead of DCS as the Si source gas, the decrease in film formation rate during low temperature film formation can be improved.
そして、第1の実施形態に係る成膜方法にて成膜したSiCN膜によれば、成膜温度が550℃のとき、0.07〜0.08nm/minの成膜レートを確保することができる。さらに、成膜温度を450℃に下げた場合でも0.05〜0.06nm/minの成膜レートを確保することができる。特に200℃以上550℃以下の温度帯における成膜レートは、プラズマALD法とほぼ同等の良好なレートを得ることができる。 According to the SiCN film formed by the film forming method according to the first embodiment, when the film forming temperature is 550 ° C., a film forming rate of 0.07 to 0.08 nm / min can be secured. it can. Furthermore, even when the film formation temperature is lowered to 450 ° C., a film formation rate of 0.05 to 0.06 nm / min can be secured. In particular, a favorable film deposition rate in the temperature range of 200 ° C. or higher and 550 ° C. or lower can be obtained that is almost equal to that of the plasma ALD method.
このように、第1の実施形態に係る成膜方法によれば、低温成膜、例えば、200℃以上550℃以下の温度帯において、プラズマを用いなくても、プラズマを用いた場合と同等の成膜レートを確保することができる。この理由の一つとして、以下のような理由を挙げることができる。 As described above, according to the film forming method according to the first embodiment, in the low temperature film formation, for example, in the temperature range of 200 ° C. or more and 550 ° C. or less, even if no plasma is used, it is equivalent to the case using plasma. A film forming rate can be secured. One reason for this is as follows.
図6に示すように、1,2,3−トリアゾール系化合物は、五員環内に“N=N−N”結合を含んでいる。この結合のうち“N=N”の部分は、窒素(N2、N≡N)になろうとして分解する性質がある。このため、1,2,3−トリアゾール系化合物は、通常の開環開裂と異なり、多数の箇所で開裂・分解を起こす特性がある。つまり、“N≡N”を生じるために、化合物内に電子的不飽和状態が起きる。このように1,2,3−トリアゾール系化合物が開裂・分解することで得られた分解物は活性である。このため、成膜温度が低温、例えば、200℃以上550℃以下の温度帯においても、Si膜を窒化すること、さらにはCを添加することが可能となる。 As shown in FIG. 6, the 1,2,3-triazole compound includes an “N═N—N” bond in the five-membered ring. The portion of “N = N” in this bond has a property of decomposing to become nitrogen (N 2 , N≡N). For this reason, the 1,2,3-triazole compound has a characteristic of causing cleavage / decomposition at a number of locations, unlike ordinary ring-opening cleavage. That is, in order to generate “N≡N”, an electronically unsaturated state occurs in the compound. Thus, the decomposition product obtained by cleaving / decomposing the 1,2,3-triazole compound is active. For this reason, it is possible to nitride the Si film and add C even when the film formation temperature is low, for example, in a temperature range of 200 ° C. or more and 550 ° C. or less.
したがって、第1の実施形態に係るSiCN膜の成膜方法によれば、成膜温度を下げても良好な成膜レートを維持しつつ、SiCN膜を成膜することが可能となる、という利点を得ることができる。 Therefore, according to the SiCN film formation method according to the first embodiment, it is possible to form the SiCN film while maintaining a good film formation rate even when the film formation temperature is lowered. Can be obtained.
さらに、第1の実施形態に係るSiCN膜の成膜方法から得られる他の利点として、Si膜、あるいはSiN膜を炭化する工程が不要となること、を挙げることができる。これは、1,2,3−トリアゾール系化合物がN原子とC原子とを含有しており、窒化とCの添加を、1種類の化合物によって同じ工程で同時にできるためである。これは、スループットの向上に有利な利点である。 Furthermore, another advantage obtained from the SiCN film forming method according to the first embodiment is that the step of carbonizing the Si film or the SiN film becomes unnecessary. This is because the 1,2,3-triazole-based compound contains N and C atoms, and nitriding and C can be added simultaneously in the same step with one kind of compound. This is an advantageous advantage for improving the throughput.
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、第1の実施形態に係るSiCN膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の例に関する。
(Second Embodiment)
The second embodiment relates to an example of a film forming apparatus capable of performing the SiCN film forming method according to the first embodiment.
<成膜装置:第1例>
図7は第1の実施形態に係るSiCN膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の第1例を概略的に示す縦断面図である。
<Film forming apparatus: first example>
FIG. 7 is a longitudinal sectional view schematically showing a first example of a film forming apparatus capable of performing the SiCN film forming method according to the first embodiment.
図7に示すように、成膜装置100は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理室101を有している。処理室101の全体は、例えば、石英により形成されている。処理室101内の天井には、石英製の天井板102が設けられている。処理室101の下端開口部には、例えば、ステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド103がOリング等のシール部材104を介して連結されている。
As shown in FIG. 7, the
マニホールド103は処理室101の下端を支持している。マニホールド103の下方からは、被処理体として複数枚、例えば、50〜100枚の半導体基板、本例では、ウエハ1を多段に載置可能な石英製のウエハボート105が処理室101内に挿入可能となっている。これにより、処理室101内にウエハ1が収容される。ウエハボート105は複数本の支柱106を有し、支柱106に形成された溝により複数枚のウエハ1が支持されるようになっている。
The manifold 103 supports the lower end of the
ウエハボート105は、石英製の保温筒107を介してテーブル108上に載置されている。テーブル108は、マニホールド103の下端開口部を開閉する、例えば、ステンレススチール製の蓋部109を貫通する回転軸110上に支持される。回転軸110の貫通部には、例えば、磁性流体シール111が設けられ、回転軸110を気密にシールしつつ回転可能に支持している。蓋部109の周辺部とマニホールド103の下端部との間には、例えば、Oリングよりなるシール部材112が介設されている。これにより処理室101内のシール性が保持されている。回転軸110は、例えば、ボートエレベータ等の昇降機構(図示せず)に支持されたアーム113の先端に取り付けられている。これにより、ウエハボート105および蓋部109等は、一体的に昇降されて処理室101内に対して挿脱される。
The
成膜装置100は、処理室101内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構114、及び処理室101内に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構115を有している。本例の処理ガス供給機構114は、Si原料ガス供給源117a、および1,2,3−トリアゾール系化合物ガス供給源117bを含んでいる。不活性ガス供給機構115は、不活性ガス供給源120を含んでいる。
The
Si原料ガスの一例はHCD、1,2,3−トリアゾール系化合物ガスの一例は1H−1,2,3−トリアゾールである。不活性ガスの一例はN2ガスである。 An example of the Si source gas is HCD, and an example of the 1,2,3-triazole-based compound gas is 1H-1,2,3-triazole. An example of the inert gas is N 2 gas.
Si原料ガス供給源117aは、流量制御器121a及び開閉弁122aを介して、分散ノズル123aに接続されている。同様に、1,2,3−トリアゾール系化合物ガス供給源117bは、流量制御器121b及び開閉弁122bを介して、分散ノズル123bに接続されている。
The Si source
分散ノズル123a、123bは石英管よりなり、マニホールド103の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる。分散ノズル123a、123bの垂直部分には、複数のガス吐出孔124が所定の間隔を隔てて形成されている。これにより、各ガスは、ガス吐出孔124から水平方向に処理室101内に向けて略均一に吐出される。
The
不活性ガス供給源120は、流量制御器121c及び開閉弁122cを介して、ノズル128に接続されている。ノズル128は、マニホールド103の側壁を貫通し、その先端から不活性ガスを、水平方向に処理室101内に向けて吐出させる。
The inert
処理室101内の、分散ノズル123a、123bと反対側の部分には、処理室101内を排気するための排気口129が設けられている。排気口129は処理室101の側壁を上下方向へ削りとることによって細長く形成されている。処理室101の排気口129に対応する部分には、排気口129を覆うように断面がコの字状に成形された排気口カバー部材130が溶接により取り付けられている。排気口カバー部材130は、処理室101の側壁に沿って上方に延びており、処理室101の上方にガス出口131を規定している。ガス出口131には、真空ポンプ等を含む排気機構132が接続される。排気機構132は、処理室101内を排気することで処理に使用した処理ガスの排気、及び処理室101内の圧力を処理に応じた処理圧力とする。
An
処理室101の外周には筒体状の加熱装置133が設けられている。加熱装置133は、処理室101内に供給されたガスを活性化するとともに、処理室101内に収容された被処理体、本例ではウエハ1を加熱する。
A
成膜装置100の各部の制御は、例えばマイクロプロセッサ(コンピュータ)からなるコントローラ150により行われる。コントローラ150には、オペレータが成膜装置100を管理するためにコマンドの入力操作等を行うタッチパネルや、成膜装置100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース151が接続されている。
Control of each part of the
コントローラ150には記憶部152が接続されている。記憶部152は、成膜装置100で実行される各種処理をコントローラ150の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置100の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納される。レシピは、例えば、記憶部152の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、CD-ROM、DVD、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。レシピは、必要に応じて、ユーザーインターフェース151からの指示等にて記憶部152から読み出され、読み出されたレシピに従った処理をコントローラ150が実行することで、成膜装置100は、コントローラ150の制御のもと、所望の処理が実施される。本例では、コントローラ150の制御のもと、上記第1の実施形態に係るSiCN膜の成膜方法にしたがった処理が順次実施される。
A
上記第1の実施形態に係るSiCN膜の成膜方法は、図7に示すような成膜装置100を用いることによって実施することができる。
The SiCN film forming method according to the first embodiment can be carried out by using a
<成膜装置:第2例>
図8は第1の実施形態に係るSiCN膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の第2例を概略的に示す水平断面図である。
<Deposition system: second example>
FIG. 8 is a horizontal sectional view schematically showing a second example of a film forming apparatus capable of performing the SiCN film forming method according to the first embodiment.
成膜装置としては図7に示したような縦型バッチ式に限られるものではない。例えば、図8に示すような水平型バッチ式であってもよい。図8には水平型バッチ式の成膜装置200の処理室の水平断面が概略的に示されている。なお、図8においては、処理ガス供給機構、不活性ガス供給機構、排気装置、加熱装置、およびコントローラ等の図示は省略している。
The film forming apparatus is not limited to the vertical batch type as shown in FIG. For example, a horizontal batch type as shown in FIG. 8 may be used. FIG. 8 schematically shows a horizontal section of the processing chamber of the horizontal batch type
図8に示すように、成膜装置200は、ターンテーブル201上に、例えば、5枚のウエハ1を載置し、5枚のウエハ1に対して成膜処理を行う。ターンテーブル201は、ウエハ1を載置した状態で、例えば、時計回りに回転される。成膜装置200の処理室202は4つの処理ステージに別れており、ターンテーブル201が回転することによって、ウエハ1は、4つの処理ステージを順番に廻る。
As shown in FIG. 8, the
最初の処理ステージPS1は、図1に示したステップ1を行うステージである。即ち、処理ステージPS1においては、ウエハ1の被処理面上へのSi原料ガスの供給が行われる。処理ステージPS1の上方には、Si原料ガスを供給するガス供給管203が配置されている。ガス供給管203は、ターンテーブル201に載置されて廻ってきたウエハ1の被処理面上に向かって、Si原料ガスを供給する。処理ステージPS1の下流側には排気口204が設けられている。
The first processing stage PS1 is a stage for performing
また、処理ステージPS1は、ウエハ1を処理室202内に搬入、搬出する搬入搬出ステージでもある。ウエハ1は、処理室202内にウエハ搬入搬出口205を介して搬入搬出される。搬入搬出口205はゲートバルブ206によって開閉される。処理ステージPS1の次のステージは、処理ステージPS2である。
The processing stage PS1 is also a loading / unloading stage for loading / unloading the
処理ステージPS2は、図1に示したステップ2を行うステージである。処理ステージPS2は狭隘な空間となっており、ウエハ1は、狭隘な空間の中をターンテーブル201に載置された状態でくぐり抜ける。狭隘な空間の内部には、ガス供給管207から不活性ガスが供給される。処理ステージPS2の次は、処理ステージPS3である。
The processing stage PS2 is a stage that performs
処理ステージPS3は、図1に示したステップ3を行うステージである。処理ステージPS3の上方には、ガス供給管208が配置されている。ガス供給管208は、ターンテーブル201に載置されて廻ってきたウエハ1の被処理面上に向かって、1,2,3−トリゾール系化合物ガスを供給する。本処理ステージPS3の下流側には排気口209が設けられている。処理ステージPS3の次は、処理ステージPS4である。
The processing stage PS3 is a stage that performs step 3 shown in FIG. A
処理ステージPS4は、図1に示したステップ4を行うステージである。処理ステージPS4は、処理ステージPS2と同様に、狭隘な空間となっており、ウエハ1は、狭隘な空間の中をターンテーブル201に載置された状態でくぐり抜ける。狭隘な空間の内部には、ガス供給管210から、不活性ガスが供給される。処理ステージPS4の次は、最初のステージである処理ステージPS1に戻る。
The processing stage PS4 is a stage that performs step 4 shown in FIG. The processing stage PS4 is a narrow space like the processing stage PS2, and the
このように成膜装置200においては、ウエハ1が一周廻ると、図1に示したステップ1〜ステップ4が完了する。ウエハ1はターンテーブル201に載置された状態で、設定回数まで回転させることで、ウエハ1の被処理面上にはSiCN膜が成膜される。
As described above, in the
この発明の第1の実施形態に係るSiCN膜の成膜方法は、図8に示すような成膜装置200を用いることによっても、実施することができる。
The SiCN film forming method according to the first embodiment of the present invention can also be implemented by using a
以上、この発明をいくつかの実施形態によって説明したが、この発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々に変形して実施することが可能である。 As described above, the present invention has been described with some embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態においては、処理条件を具体的に例示したが、処理条件は、上記具体的な例示に限られるものではない。例えば、ガスの流量等は、処理室の容積に応じて適宜調整される。
その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
For example, in the above embodiment, the processing conditions are specifically exemplified, but the processing conditions are not limited to the above specific examples. For example, the gas flow rate and the like are appropriately adjusted according to the volume of the processing chamber.
In addition, the present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
1…ウエハ、2…SiO2膜、3−1、3−2…Si膜、4、4−1、4−2…SiCN膜。 1 ... wafer, 2 ... SiO 2 film, 3-1,3-2 ... Si film, 4,4-1,4-2 ... SiCN film.
Claims (6)
前記被処理体が収容された処理室内にSi原料を含むSi原料ガスを供給する工程と、
前記Si原料ガスを供給する工程の後、前記処理室内に窒化剤を含むガスを供給する工程とを備え、
前記窒化剤として、下記一般式(1)で示される窒素と炭素との化合物を用いることを特徴とするSiCN膜の成膜方法。
Supplying Si source gas containing Si source into the processing chamber in which the object to be processed is accommodated;
After the step of supplying the Si source gas, a step of supplying a gas containing a nitriding agent into the processing chamber,
A method for forming a SiCN film, wherein a compound of nitrogen and carbon represented by the following general formula (1) is used as the nitriding agent.
1H−1,2,3−トリアゾール
1−メチル−1,2,3−トリアゾール
1,4−ジメチル−1,2,3−トリアゾール
1,4,5−トリメチル−1,2,3−トリアゾール
1−エチル−1,2,3−トリアゾール
1,4−ジエチル−1,2,3−トリアゾール、又は
1,4,5−トリエチル−1,2,3−トリアゾール
であることを特徴とする請求項1に記載のSiCN膜の成膜方法。 The compound represented by the general formula (1) is
1H-1,2,3-triazole 1-methyl-1,2,3-triazole 1,4-dimethyl-1,2,3-triazole 1,4,5-trimethyl-1,2,3-triazole 1- It is ethyl-1,2,3-triazole 1,4-diethyl-1,2,3-triazole, or 1,4,5-triethyl-1,2,3-triazole. A method for forming the described SiCN film.
6. The method of forming a SiCN film according to claim 1, wherein a film forming temperature of the SiCN film is 200 ° C. or more and 550 ° C. or less.
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