JP3383794B2 - 酸化を防止する窒化方法 - Google Patents
酸化を防止する窒化方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体製造プロセス
に関し、特に、酸化を防止する窒化方法に関する。
に関し、特に、酸化を防止する窒化方法に関する。
【０００２】この発明は、ウェハーがロードロック（lo
ad lock）室でボート（boat）へ移載されたり、ウェハ
ーがロードロック室で反応室（chamber）への搬送を待
ったりする時に、あらかじめ反応ガス、つまりアンモニ
ア（ammonia）ガスをロードロック室へ流入させてか
ら、反応室へアンモニアガスを流入させてシリコンと反
応させ、窒化シリコンを生成するものである。
ad lock）室でボート（boat）へ移載されたり、ウェハ
ーがロードロック室で反応室（chamber）への搬送を待
ったりする時に、あらかじめ反応ガス、つまりアンモニ
ア（ammonia）ガスをロードロック室へ流入させてか
ら、反応室へアンモニアガスを流入させてシリコンと反
応させ、窒化シリコンを生成するものである。
【０００３】
【従来の技術】単結晶シリコン（single crystal silic
on）、ポリシリコン（polysilicon）、アモルファスシ
リコン（amorphous silicon）、エピタキシャルシリコ
ン（epitaxial silicon）などが酸素を含む雰囲気に晒
(さら)される時、その表面がシリコンと酸素との作用で
薄い自然酸化膜（native oxide）が形成されるが、この
酸化膜の厚さは、数Å（angstrom オングストローム）
から２０Åと一定ではない。この自然酸化膜は、デバイ
スの性質に影響を与えるものであって、例えば、キャパ
シター（capacitor）の静電容量（capacitance）を低下
させたり、コンタクトの抵抗値（resistance of contac
t）を増大させたりする。デバイスの縮小にともなっ
て、自然酸化膜の影響が相対的に増大し、自然酸化膜の
生成を防止ないしは抑制することが重要な課題となって
いる。
on）、ポリシリコン（polysilicon）、アモルファスシ
リコン（amorphous silicon）、エピタキシャルシリコ
ン（epitaxial silicon）などが酸素を含む雰囲気に晒
(さら)される時、その表面がシリコンと酸素との作用で
薄い自然酸化膜（native oxide）が形成されるが、この
酸化膜の厚さは、数Å（angstrom オングストローム）
から２０Åと一定ではない。この自然酸化膜は、デバイ
スの性質に影響を与えるものであって、例えば、キャパ
シター（capacitor）の静電容量（capacitance）を低下
させたり、コンタクトの抵抗値（resistance of contac
t）を増大させたりする。デバイスの縮小にともなっ
て、自然酸化膜の影響が相対的に増大し、自然酸化膜の
生成を防止ないしは抑制することが重要な課題となって
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図１と図２とにおい
て、自然酸化膜の生成を抑制するための炉心管技術を示
すと、ロードロック室３５に窒素（nitrogen）ガスを流
入させて、ロードロック室３５中の酸素含有量を減少さ
せ、自然酸化膜の生成を抑制させるものがあった。ロー
ドロック室３５中を窒素ガスで満たして酸素を完全に含
まない状況とし、自然酸化膜の生成を十分に抑制できる
ようにすることは、一般的に非常に困難であり、しかも
多くの時間を費やす必要があり、図１に示すように、通
常は５０分間を要していた。その上、流入させる窒素ガ
ス中には、微量の酸素が含まれているから、炉心管装置
を使用する時、ウェハーが窒素ガス雰囲気のロードロッ
ク室３５でボート２０に移載されたり、あるいは化学気
相堆積装置を使用する時、ウェハーがロードロック室３
５で反応室へ搬送されるのを待っていたりする場合、ウ
ェハー表面には薄い自然酸化膜が形成されるものとなっ
ていた。
て、自然酸化膜の生成を抑制するための炉心管技術を示
すと、ロードロック室３５に窒素（nitrogen）ガスを流
入させて、ロードロック室３５中の酸素含有量を減少さ
せ、自然酸化膜の生成を抑制させるものがあった。ロー
ドロック室３５中を窒素ガスで満たして酸素を完全に含
まない状況とし、自然酸化膜の生成を十分に抑制できる
ようにすることは、一般的に非常に困難であり、しかも
多くの時間を費やす必要があり、図１に示すように、通
常は５０分間を要していた。その上、流入させる窒素ガ
ス中には、微量の酸素が含まれているから、炉心管装置
を使用する時、ウェハーが窒素ガス雰囲気のロードロッ
ク室３５でボート２０に移載されたり、あるいは化学気
相堆積装置を使用する時、ウェハーがロードロック室３
５で反応室へ搬送されるのを待っていたりする場合、ウ
ェハー表面には薄い自然酸化膜が形成されるものとなっ
ていた。
【０００５】また、従来技術にかかる炉心管技術は、図
１と図２とに示すように、反応室１１の開閉ゲート１５
を開いて、ウェハーを搭載したボート２０が反応室１１
へと上昇する時、反応室１１の温度が室温よりも高いの
で、ボート２０上のウェハー温度も上昇して、窒素ガス
中に残留した酸素とシリコンとが反応しやすくなり、薄
い自然酸化膜が形成されるものとなっていた。同様に、
化学気相堆積装置の開閉ゲートを開けて、ウェハーを反
応室へ搬送する時にも、薄い自然酸化膜が形成されるも
のとなっていた。
１と図２とに示すように、反応室１１の開閉ゲート１５
を開いて、ウェハーを搭載したボート２０が反応室１１
へと上昇する時、反応室１１の温度が室温よりも高いの
で、ボート２０上のウェハー温度も上昇して、窒素ガス
中に残留した酸素とシリコンとが反応しやすくなり、薄
い自然酸化膜が形成されるものとなっていた。同様に、
化学気相堆積装置の開閉ゲートを開けて、ウェハーを反
応室へ搬送する時にも、薄い自然酸化膜が形成されるも
のとなっていた。
【０００６】自然酸化膜の成長速度は、温度の上昇とと
もに速くなる。図１に示すように、元の窒化反応は、炉
心管の反応室１１（図２を参照）が一定高さの温度に達
して初めてアンモニアガスが流入されて窒化反応を行
い、窒化シリコン（silicon nitride）を生成してい
た。この発明では、温度上昇時にアンモニアガスを流入
させて窒化反応を行い、窒化シリコンを生成するので、
温度上昇時に残留した酸素がシリコンと反応して自然酸
化膜が急速に成長することを抑制することができる。こ
の発明の方法で製造したデバイスは、従来の方法で製造
したデバイスよりも、比較的大きな静電容量と比較的小
さなコンタクト抵抗値とを備えたものとなる。
もに速くなる。図１に示すように、元の窒化反応は、炉
心管の反応室１１（図２を参照）が一定高さの温度に達
して初めてアンモニアガスが流入されて窒化反応を行
い、窒化シリコン（silicon nitride）を生成してい
た。この発明では、温度上昇時にアンモニアガスを流入
させて窒化反応を行い、窒化シリコンを生成するので、
温度上昇時に残留した酸素がシリコンと反応して自然酸
化膜が急速に成長することを抑制することができる。こ
の発明の方法で製造したデバイスは、従来の方法で製造
したデバイスよりも、比較的大きな静電容量と比較的小
さなコンタクト抵抗値とを備えたものとなる。
【０００７】そこで、この発明の目的は、炉心管および
化学気相堆積装置のいずれにも適用でき、かつ異なる反
応にも適用できる酸化を防止する窒化方法を提供するこ
とにある。
化学気相堆積装置のいずれにも適用でき、かつ異なる反
応にも適用できる酸化を防止する窒化方法を提供するこ
とにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、所望
の目的を達成するために、この発明にかかる酸化を防止
する窒化方法は、１大気圧より小さい窒素を含む反応ガ
ス（例えばアンモニアガス）をロードロック室に流入さ
せ、ロードロック室中で、複数枚のウェハーをボートに
搭載するとともに、ボートを反応室へ入れるステップ
と、窒素を含む反応ガス（例えばアンモニアガス）を反
応室へ流入させるとともに、窒化反応を行うものであっ
て、窒素を含む反応ガス（例えばアンモニアガス）の圧
力を反応予定値とするステップとから構成される。
の目的を達成するために、この発明にかかる酸化を防止
する窒化方法は、１大気圧より小さい窒素を含む反応ガ
ス（例えばアンモニアガス）をロードロック室に流入さ
せ、ロードロック室中で、複数枚のウェハーをボートに
搭載するとともに、ボートを反応室へ入れるステップ
と、窒素を含む反応ガス（例えばアンモニアガス）を反
応室へ流入させるとともに、窒化反応を行うものであっ
て、窒素を含む反応ガス（例えばアンモニアガス）の圧
力を反応予定値とするステップとから構成される。
【０００９】
【実施例】以下、この発明にかかる好適な実施例を図面
に基づいて説明する。図３と図４とにおいて、炉心管で
窒化シリコン反応を行うものを例にあげて説明すると、
アンモニアガス雰囲気のロードロック室３５中でウェハ
ー（図示せず）をボート２０に移載するが、ボート２０
が上昇する時に、反応室１１へアンモニア反応ガスを流
入させ、シリコンとアンモニアガスとの作用により窒化
反応を発生させて、自然酸化膜の生成を防止するもので
ある。この発明にかかる酸化を防止する窒化方法は、反
応の全過程において窒素反応ガスを流入させるがポイン
トである。窒素ガスがシリコンと先に反応することがで
きるので、窒化プロセスにおける酸化現象を有効に低減
させて、良好な窒化品質を保証するものである。同時
に、先に微量のアンモニア反応ガスを流入させてあるの
で、窒化反応が早めに発生し、窒化スピードも速めるこ
とができる。
に基づいて説明する。図３と図４とにおいて、炉心管で
窒化シリコン反応を行うものを例にあげて説明すると、
アンモニアガス雰囲気のロードロック室３５中でウェハ
ー（図示せず）をボート２０に移載するが、ボート２０
が上昇する時に、反応室１１へアンモニア反応ガスを流
入させ、シリコンとアンモニアガスとの作用により窒化
反応を発生させて、自然酸化膜の生成を防止するもので
ある。この発明にかかる酸化を防止する窒化方法は、反
応の全過程において窒素反応ガスを流入させるがポイン
トである。窒素ガスがシリコンと先に反応することがで
きるので、窒化プロセスにおける酸化現象を有効に低減
させて、良好な窒化品質を保証するものである。同時
に、先に微量のアンモニア反応ガスを流入させてあるの
で、窒化反応が早めに発生し、窒化スピードも速めるこ
とができる。
【００１０】図４において、ロードロック室３５中でウ
ェハーをウェハーカセット２５からボート２０へ移載ア
ーム３０により移載する時、ロードロック室３５のアン
モニアガス流入バルブ２７から１大気圧より小さいアン
モニアガスを流入させて、シリコンと先に反応させる。
窒素ガスをアンモニアガスに置き換えているので、ウェ
ハーの表層に先に窒化シリコンが形成され、自然酸化膜
の生成を防止することができる。
ェハーをウェハーカセット２５からボート２０へ移載ア
ーム３０により移載する時、ロードロック室３５のアン
モニアガス流入バルブ２７から１大気圧より小さいアン
モニアガスを流入させて、シリコンと先に反応させる。
窒素ガスをアンモニアガスに置き換えているので、ウェ
ハーの表層に先に窒化シリコンが形成され、自然酸化膜
の生成を防止することができる。
【００１１】ロードロック室３５には先に１大気圧より
小さいアンモニアガスを流入させているので、アンモニ
アガスの漏れを防止するために、図４に示すように、ロ
ードロック室３５に外筒３７を設けて、アンモニアガス
の漏れを防止する窒素ガス流入バルブ２８から１大気圧
より大きい窒素ガスを流入させ、アンモニアガスの漏れ
を防止している。外筒３７に流入する圧力が１大気圧よ
り大きいので、ロードロック室３５の圧力より大きく、
アンモニアガスの漏れを防止することができる。同時
に、外筒３７に流入する圧力が１大気圧より大きいの
で、外界の大気もロードロック室３５に進入することが
できない。これによっても、ロードロック室３５内部に
酸素または他のガスが侵入することを防止することがで
きる。
小さいアンモニアガスを流入させているので、アンモニ
アガスの漏れを防止するために、図４に示すように、ロ
ードロック室３５に外筒３７を設けて、アンモニアガス
の漏れを防止する窒素ガス流入バルブ２８から１大気圧
より大きい窒素ガスを流入させ、アンモニアガスの漏れ
を防止している。外筒３７に流入する圧力が１大気圧よ
り大きいので、ロードロック室３５の圧力より大きく、
アンモニアガスの漏れを防止することができる。同時
に、外筒３７に流入する圧力が１大気圧より大きいの
で、外界の大気もロードロック室３５に進入することが
できない。これによっても、ロードロック室３５内部に
酸素または他のガスが侵入することを防止することがで
きる。
【００１２】図５において、ウェハーのボート２０への
移載を完了した時、反応室１１へ上昇するが、ボート２
０が完全に反応室１１へ進入した時、開閉ゲート１５が
閉じられる。次に、アンモニアガス流入バルブ１２から
アンモニアガスが反応室１１へ流入されて、シリコンと
所定の窒化反応を行う。この時、アンモニアガスの圧力
を予め設定した操作条件として、自然酸化膜の生成が有
効に回避されているので、窒化反応の品質を向上させる
ことができる。一般に、アンモニアガスが反応室１１で
良好な濃度分布となるように、真空ポンプ１３により反
応室１１を大まかに真空排気するが、中間に隔壁がある
ため、アンモニアガスが微流動して、アンモニアガスが
ウェハー表面に比較的均一に分散するものとなる。
移載を完了した時、反応室１１へ上昇するが、ボート２
０が完全に反応室１１へ進入した時、開閉ゲート１５が
閉じられる。次に、アンモニアガス流入バルブ１２から
アンモニアガスが反応室１１へ流入されて、シリコンと
所定の窒化反応を行う。この時、アンモニアガスの圧力
を予め設定した操作条件として、自然酸化膜の生成が有
効に回避されているので、窒化反応の品質を向上させる
ことができる。一般に、アンモニアガスが反応室１１で
良好な濃度分布となるように、真空ポンプ１３により反
応室１１を大まかに真空排気するが、中間に隔壁がある
ため、アンモニアガスが微流動して、アンモニアガスが
ウェハー表面に比較的均一に分散するものとなる。
【００１３】図６において、この発明を化学気相堆積装
置に適用した場合を示すと、ウェハー（図示せず）を反
応室５１に入れて堆積を行う前、ウェハーはロードロッ
ク室５５に存在している。ウェハーを搬送アーム６０に
より反応室５１へ搬送する。もしも堆積物が窒化物であ
れば、窒素原子を必要とするので、反応室５１中へアン
モニアガスを流入させると良い。しかしながら、一般に
は、ロードロック室５５から反応室５１への搬送室中に
おいて、ウェハーに対して特に保護ガスが流入されては
いなかった。従って、ウェハー表面に自然酸化膜が形成
される可能性があって、窒化物堆積の品質に悪い影響を
与えるものとなっていた。そこで、この発明において
は、搬送アーム６０の存在する搬送室でウェハーを搬送
する時、先に少量の反応ガス、例えば窒化物堆積に使用
するアンモニアガスを流入させるものである。炉心管で
行う窒化シリコン反応と同様なメカニズムで、搬送室へ
先に少量の反応ガスを流入させれば、自然酸化膜の生成
を有効に回避することができる。
置に適用した場合を示すと、ウェハー（図示せず）を反
応室５１に入れて堆積を行う前、ウェハーはロードロッ
ク室５５に存在している。ウェハーを搬送アーム６０に
より反応室５１へ搬送する。もしも堆積物が窒化物であ
れば、窒素原子を必要とするので、反応室５１中へアン
モニアガスを流入させると良い。しかしながら、一般に
は、ロードロック室５５から反応室５１への搬送室中に
おいて、ウェハーに対して特に保護ガスが流入されては
いなかった。従って、ウェハー表面に自然酸化膜が形成
される可能性があって、窒化物堆積の品質に悪い影響を
与えるものとなっていた。そこで、この発明において
は、搬送アーム６０の存在する搬送室でウェハーを搬送
する時、先に少量の反応ガス、例えば窒化物堆積に使用
するアンモニアガスを流入させるものである。炉心管で
行う窒化シリコン反応と同様なメカニズムで、搬送室へ
先に少量の反応ガスを流入させれば、自然酸化膜の生成
を有効に回避することができる。
【００１４】この発明にかかる酸化を防止する窒化方法
は、反応前に酸化反応を十分に防止できる長所を有す
る。図４と図５とにおいて、先ずロードロック室３５へ
反応ガスを流入させて反応させることで、薄い生成物を
発生させ、ウェハーがロードロック室３５中で酸素と反
応して酸化膜を形成することを防止する。次に、開閉ゲ
ート１５が開かれて、ウェハーを反応室１１へ搬送する
時、引き続き反応ガスを反応室１１中へ流入させて反応
させることで、薄い生成物を発生させ、ウェハーが酸素
と反応して酸化膜を形成することを防止する。このよう
にすれば、反応前に酸化膜が生成することを十分に予防
することができ、酸化膜がデバイス性質に及ぼす悪い影
響を回避することができる。反応が窒化反応である場合
には、窒化シリコンが生成物となり、装置が炉心管であ
る時にも、反応ガスであるアンモニアガスは、上述した
効果を達成することができる。
は、反応前に酸化反応を十分に防止できる長所を有す
る。図４と図５とにおいて、先ずロードロック室３５へ
反応ガスを流入させて反応させることで、薄い生成物を
発生させ、ウェハーがロードロック室３５中で酸素と反
応して酸化膜を形成することを防止する。次に、開閉ゲ
ート１５が開かれて、ウェハーを反応室１１へ搬送する
時、引き続き反応ガスを反応室１１中へ流入させて反応
させることで、薄い生成物を発生させ、ウェハーが酸素
と反応して酸化膜を形成することを防止する。このよう
にすれば、反応前に酸化膜が生成することを十分に予防
することができ、酸化膜がデバイス性質に及ぼす悪い影
響を回避することができる。反応が窒化反応である場合
には、窒化シリコンが生成物となり、装置が炉心管であ
る時にも、反応ガスであるアンモニアガスは、上述した
効果を達成することができる。
【００１５】以上のごとく、この発明を好適な実施例に
より開示したが、もとより、この発明を限定するための
ものではなく、当業者であれば容易に理解できるよう
に、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更
ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特
許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等
な領域を基準として定めなければならない。
より開示したが、もとより、この発明を限定するための
ものではなく、当業者であれば容易に理解できるよう
に、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更
ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特
許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等
な領域を基準として定めなければならない。
【００１６】
【発明の効果】上記構成により、この発明にかかる酸化
を防止する窒化方法は、ウェハーを搬送あるいは移載す
る過程においても保護ガスを流入させ続けることによ
り、半導体デバイスの製造に悪い影響を与える自然酸化
膜の生成を有効に防止することができる。従って、産業
上の利用価値が高い。
を防止する窒化方法は、ウェハーを搬送あるいは移載す
る過程においても保護ガスを流入させ続けることによ
り、半導体デバイスの製造に悪い影響を与える自然酸化
膜の生成を有効に防止することができる。従って、産業
上の利用価値が高い。
【図１】図１は、従来技術にかかる炉心管による窒化方
法を示すフローチャートである。
法を示すフローチャートである。
【図２】図２は、従来技術にかかる炉心管装置を示す説
明断面図である。
明断面図である。
【図３】図３は、この発明にかかる炉心管による窒化方
法を示すフローチャートである。
法を示すフローチャートである。
【図４】図４は、この発明にかかる外筒手段を設けた炉
心管装置を示す説明断面図である。
心管装置を示す説明断面図である。
【図５】図５は、図４の開閉ゲートが開かれ、反応室へ
ウェハーを上昇させる状態を示す 説明断面図であ
る。
ウェハーを上昇させる状態を示す 説明断面図であ
る。
【図６】図６は、この発明を適用した化学気相堆積装置
を示す説明平面図である。
を示す説明平面図である。
１１ 反応室
１５ 開閉ゲート
２０ ボート
３０ 移載アーム
３５ ロードロック室
３７ 外筒
５１ 反応室
５５ ロードロック室
６０ 搬送アーム
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/318
C01B 21/068
H01L 21/31
Claims (8)
- 【請求項１】 １大気圧より小さい窒素を含む反応ガス
をロードロック室に流入させ、前記ロードロック室中
で、複数枚のウェハーをボートに移載するとともに、前
記ボートを反応室へ入れるステップと、 前記した窒素を含む反応ガスを前記反応室へ流入させる
とともに、窒化反応を行うものであって、前記した窒素
を含む反応ガスの圧力を反応予定値とするステップとを
具備する酸化を防止する窒化方法。 - 【請求項２】 ロードロック室において複数枚のウェハ
ーを反応室へ移載する準備を行う時に、１大気圧より小
さい反応ガスを前記ロードロック室へ流入させるステッ
プと、 前記反応ガスを前記反応室へ流入させる時に、前記した
複数枚のウェハーが、すでに前記反応室へ搬送され、窒
化反応を行う準備をしているステップとを具備する酸化
を防止する窒化方法。 - 【請求項３】 上記した窒素を含む反応ガスまたは上記
反応ガスが、アンモニアガスを含むものである請求項１
または２記載の酸化を防止する窒化方法。 - 【請求項４】 上記した酸化を防止する窒化方法が、さ
らに、上記した窒素を含む反応ガスまたは上記反応ガス
を上記反応室へ流入させる時に、前記反応室を大まかに
真空排気する小ステップを含むものである請求項１また
は２記載の酸化を防止する窒化方法。 - 【請求項５】 上記窒化反応が、炉心管窒化反応ならび
に化学気相堆積反応のいずれか１つを含むものである請
求項１または２記載の酸化を防止する窒化方法。 - 【請求項６】 反応室と、 前記反応室に連通されて、１大気圧より小さいアンモニ
アを含む反応ガスが流入されるロードロック室と、 前記反応室内部に配置され、ウェハーを前記反応室へ搬
送するものであって、前記ウェハーが前記反応室に搬送
された後で、前記反応室へ前記したアンモニアを含む反
応ガスを流入させ、その圧力を予定操作条件とする搬送
システムとを具備する酸化を防止する窒化装置。 - 【請求項７】上記した酸化を防止する窒化装置が、さら
に、上記ロードロック室の周囲に外筒手段を設けるもの
であって、前記外筒手段中に１大気圧よりも大きい窒素
ガスを充満させて、上記アンモニアが外部へ漏れること
を防止するものである請求項６記載の酸化を防止する窒
化装置。 - 【請求項８】 上記反応室が、炉心管反応室ならびに化
学気相堆積反応室のいずれか１つを含むものである請求
項６記載の酸化を防止する窒化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000257948A JP3383794B2 (ja) | 2000-08-28 | 2000-08-28 | 酸化を防止する窒化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000257948A JP3383794B2 (ja) | 2000-08-28 | 2000-08-28 | 酸化を防止する窒化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002075990A JP2002075990A (ja) | 2002-03-15 |
| JP3383794B2 true JP3383794B2 (ja) | 2003-03-04 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|---|---|---|
| JP6285305B2 (ja) * | 2014-07-22 | 2018-02-28 | 住友化学株式会社 | 半導体製造装置及び半導体の製造方法 |
| US11715640B2 (en) * | 2020-09-30 | 2023-08-01 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Patterning material including silicon-containing layer and method for semiconductor device fabrication |
-
2000
- 2000-08-28 JP JP2000257948A patent/JP3383794B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2002075990A (ja) | 2002-03-15 |
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