JP3868324B2 - シリコン窒化膜の成膜方法、成膜装置、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
シリコン窒化膜の成膜方法、成膜装置、及び半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン窒化膜の成膜方法、特に触媒化学気相堆積法(触媒CVD法)によるシリコン窒化膜の成膜方法、成膜装置、及び該成膜方法を含む半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
シリコン基板等の半導体基板上にシリコン窒化膜を形成する方法として、主にシリコン基板を表面から窒化する方法と、化学気相堆積法(CVD法)によってシリコン窒化膜を成膜する方法とが行われている。これらのうち、特にモノシランガスとアンモニアガスからなる原料ガスを、加熱した触媒を介してシリコン基板上に供給して、該基板上にシリコン窒化膜を成膜する触媒化学気相堆積法(触媒CVD法)が用いられている。
【0003】
この触媒CVD法によるシリコン窒化膜の成膜について、図11を用いて説明する。まず、この触媒CVD法で用いる窒化膜を成膜する成膜装置について説明する。この成膜装置は、半導体基板51上に窒化膜を成膜する反応室60を備える。この反応室60の内部には、半導体基板51を保持する基板ホルダ52と、シランガスとアンモニアガスからなる原料ガス55を、半導体基板51に供給するガス供給部54と、ガス供給部54と基板ホルダ52との間に介在させた触媒体56とを備える。なお、一般的に触媒体と呼ばれているものの中には抵抗加熱された金属が含まれる。基板ホルダ52は、熱接触を高めるために半導体基板51との間にカーボンシート53を挟み込んでいる。また、この成膜装置は、シランガスとアンモニアガスからなる原料ガスをそれぞれ貯蔵するガスタンクと、該ガスタンクと反応室内部のガス供給部とを接続するガス配管を有する。ガスタンクから、ガス配管とガス供給部とを介して原料ガスを反応室の内部に導く。
【0004】
次に、この触媒CVD法で窒化膜を成膜する方法について説明する。この窒化膜の成膜方法は、次の手順で行われる。
(a)反応室60の内部の、基板ホルダ52の上に配置されたカーボンシート53の上にシリコン基板51を設置する。
(b)シランガスとアンモニアガスからなる原料ガスをそれぞれ貯蔵するガスタンク(図示せず)から、ガス配管65とガス導入部54とを介して、シランガスとアンモニアガスからなる原料ガス55を反応室60内に導入する。
(c)反応室60内に導入された原料ガス55は、加熱された触媒体56に接触し、その後、半導体基板51の上に供給される。
(d)供給された原料ガス55により、半導体基板51上にシリコン窒化膜が成膜される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の触媒CVD法によるシリコン窒化膜の作製には以下のような問題があった。
(1)原料ガスのうち、アンモニアガスをシランガスに対して約100倍程度の流量比で供給する必要があった。アンモニアガスは環境に対して有害なため、流量を減らす必要があった。
(2)得られるシリコン窒化膜の基板51面内での膜厚均一性が悪い。例えば、直径10.16cm(4インチφ)のシリコン基板の場合に、面内で膜厚均一性は約13%と悪い。
(3)半導体基板51と基板ホルダ52との熱接触が不十分であるため、加熱された触媒体56からの熱輻射によって半導体基板51が過昇温する。特にGaAs基板等の化合物半導体デバイスの場合には、あまり高温下に置くことができない。すなわち、オーミック電極の劣化を防ぐために基板温度は約360℃以下にする必要がある。一方、過昇温を避けるために触媒体と半導体基板との間隔を空けると成膜速度が低下する。なお、基板表面の吸着水除去のためにシリコン窒化膜の成膜時には基板温度を300℃以上にしておく必要がある。
【0006】
そこで、本発明の目的は、シリコン窒化膜の成膜において、大きな成膜速度を得ると共に、半導体基板の過昇温を抑制することである。また、別の目的は、得られるシリコン窒化膜の膜厚均一性を改善することである。さらに別の目的は、使用するアンモニアガスを減らすことである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法は、シランガス及びアンモニアガスを用い、触媒CVD法を用いて基板上にシリコン窒化膜を成膜する方法であって、前記シランガス及びアンモニアガスに水素ガスを添加したガスを、触媒体に接触させた後、前記基板の上に供給することを特徴とする。
【0008】
また、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法は、前記シリコン窒化膜の成膜方法であって、アンモニアガス/水素ガスの流量比を0.5以下でガスを供給することを特徴とする。
【0009】
さらに、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法は、前記シリコン窒化膜の成膜方法であって、アンモニアガス/シランガスの流量比を20以下でガスを供給することを特徴とする。
【0010】
またさらに、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法は、前記シリコン窒化膜の成膜方法であって、前記基板を第2ガスで冷却しながら前記ガスを供給することを特徴とする。
【0011】
また、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法は、前記シリコン窒化膜の成膜方法であって、前記第2ガスは、水素ガスであることを特徴とする。
【0012】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記シリコン窒化膜の成膜方法を含むことを特徴とする。
【0013】
本発明に係るシリコン窒化膜の成膜装置は、反応室と、
前記反応室の内部で基板を保持する基板ホルダと、
前記反応室の内部に配置された触媒体と、
前記反応室の外部で、シランガス、アンモニアガス及び水素ガスをそれぞれ貯蔵するガスタンクと、
前記ガスタンクと前記反応室とを接続するガス配管と、
前記ガス配管から前記シランガス、アンモニアガス及び水素ガスを含むガスを、前記反応室の内部に供給するガス供給部と
を備え、
前記ガス供給部から前記ガスを前記触媒体に接触させた後、前記基板に供給し、前記基板上にシリコン窒化膜を成膜させることを特徴とする。
【0014】
また、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜装置は、前記シリコン窒化膜の成膜装置であって、前記基板ホルダは、前記基板を載置する側に凹部を有し、前記基板の裏面と前記凹部とにより空間を画成すると共に、該空間内に前記基板を冷却する第2ガスを導く第2ガス配管をさらに備えることを特徴とする。
【0015】
さらに、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜装置は、前記シリコン窒化膜の成膜装置であって、前記第2ガスは、水素ガスであることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係るシリコン窒化膜の成膜方法、成膜装置、及び半導体装置の製造方法について、添付図面を用いて説明する。なお、図面においては実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【0017】
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係るシリコン窒化膜の成膜装置及び成膜方法について説明する。まず、このシリコン窒化膜の成膜装置20の構成について、図1の概略図を用いて説明する。この成膜装置20は、触媒CVD反応によって半導体基板1上にシリコン窒化膜を成膜する反応室10を備える。この反応室10の内部には、半導体基板1を保持する基板ホルダ2と、モノシランガス(SiH4)、アンモニアガス(NH3)及び水素ガス(H2)を含む原料ガス5を反応室10の内部の半導体基板1に供給するガス供給部4と、該ガス供給部4とシリコン基板1との間に介在させた触媒体6とを備える。なお、反応室10にはガス供給部4からシリコン基板1への原料ガスの流れを遮断するシャッタ8を備えていてもよい。さらに、この成膜装置20は、反応室の外部に、モノシランガス、アンモニアガス及び水素ガスのそれぞれのガスを貯蔵するガスボンベ11、12、13を備える。また、該ガスボンベ11、12、13と反応室10の内部のガス供給部4とを接続するガス配管15を備える。この成膜装置20では、モノシランガス、アンモニアガスに加えて水素ガスを供給できる設備を備え、水素ガスを添加供給することで、アンモニアガスの流量を減らしても十分な膜特性を有するシリコン窒化膜を形成できる。これによって環境に有害なアンモニアガスの流量を減らすことができる。なお、ここではシランガスとしてモノシランガス(SiH4)を用いたが、これに限定されず、他のシランガス(SinH2n+2)を用いてもよい。
【0018】
さらに、このシリコン窒化膜の成膜装置20において、原料ガスの配管系について説明する。この成膜装置20では、モノシランガス、アンモニアガス及び水素ガスをそれぞれ貯蔵するガスタンク11、12、13を備える。このガスボンベ11、12、13から、流量調整器14a、14b、14cを介してガス配管15とガス供給部4とを介し、モノシランガス、アンモニアガス及び水素ガスを含む原料ガス5を反応室10の内部に導く。また、反応室10には排気管16を備え、この排気管16から排気16を行う。なお、ここでは反応室10に接続されたガス配管15中でモノシランガス、アンモニアガス及び水素ガスが混合されるが、これに限られず、ガスタンク11、12、13と反応室10との間に、それぞれのガスをあらかじめ混合する混合室(図示せず)を設けてもよい。
【0019】
次に、このシリコン窒化膜の成膜方法について説明する。この成膜方法は、次の手順で行われる。
(a)反応室10の内部で、基板ホルダ2の上に半導体基板としてGaAs基板1を設置する。基板1は、温度300℃に保持する。
(b)ガスタンク11、12、13から、ガス配管15とガス供給部4とを介して、モノシランガス、アンモニアガス及び水素ガスを含む原料ガス5を反応室10内に導入する。この場合、原料ガスにおけるアンモニアガス/水素ガスの流量比を0.5以下とする。これにより、環境に有害なアンモニアの流量を減らすことができる。
(c)反応室10内に導入された原料ガス5は、加熱された触媒体6に接触し、その後、半導体基板1の上に供給される。例えば、以下のような成膜条件とした。まず、反応室10内のガス圧は5Paとした。また、触媒体6には、表面温度を約1750℃に保持したタングステンワイヤを用いた。触媒体6と半導体基板1との間の距離dは、基板1の温度上昇を50℃以内に抑制するため約75mmとした。
(d)供給された原料ガス5から、半導体基板1上にシリコン窒化膜が成膜する。
【0020】
さらに、上記のシリコン窒化膜の成膜方法において、反応室内に供給するそれぞれのガスの流量比について検討する。供給するガスとして、添加する水素ガスの流量を100sccmとし、モノシランガスの流量を1.0sccm、1.4sccm、2.4sccmの3通りとした。なお、「sccm」は流量の単位であって、「standard cc/min」の意味である。即ち、標準状態(0℃、大気圧(1,013hPa))での分当りの流量を表している。この場合に、アンモニアガスの流量と、得られる窒化膜の特性との関係を検討した結果を図2及び図3に示す。図2は、アンモニアガスの流量と、得られる窒化膜の屈折率との関係を示すグラフである。化学量論比のシリコン窒化膜Si3N4の屈折率はおよそ2.05であり、膜の屈折率が高くなるほど窒素量が減少すると考えられる。
【0021】
図2からアンモニアガスの流量を増すにつれて屈折率は徐々に低下していく。一方、アンモニアガスの流量を約10sccm以下にすると、膜の屈折率は急激に高くなり、窒素含有量が減ってしまう。そこで、例えば、従来と同程度の屈折率2.00〜2.05のシリコン窒化膜を得る場合には、モノシランガスの流量を1.5sccmとし、アンモニアガス/水素ガスの流量比で0.04〜0.5の範囲とすればよい。なお、これに限られず、所望の膜特性が得られる成膜条件を設定すればよい。
【0022】
また、図3は、アンモニアガスの流量と、得られる窒化膜の膜厚均一性との関係を示すグラフである。なお、膜厚均一性は、次の手順で算出する。まず、得られたシリコン窒化膜について複数の測定点で膜厚を測定し、その最大値及び最小値を算出する。次いで、下記式に基づいて膜厚均一性を算出する。
膜厚均一性=(最大値−最小値)/(最大値+最小値)
【0023】
図3から、アンモニアガスの流量を減らしていくと膜厚均一性が低くなり、膜厚の均一さが改善される。さらにアンモニアガスの流量を減らすと、膜厚均一性は高くなり、均一さが劣化する。このことから、得られる窒化膜の膜厚均一性が約10%以下となる成膜条件でシリコン窒化膜を成膜するのが好ましい。
【0024】
図2及び図3により、ガスを供給する工程では、アンモニアガス/水素ガスの流量比を0.5以下とするのが好ましい。また、アンモニアガス/モノシランガスの流量比を20以下とするのが好ましい。
【0025】
次に、このシリコン窒化膜の成膜方法において、モノシランガスとアンモニアガスに添加する添加ガスとしての水素ガスの効果について、図4を用いて説明する。図4は、水素ガスの有無と得られるシリコン窒化膜の特性との関係を示すグラフである。図4では、アンモニアガスの流量を100sccm、水素ガスの流量を0sccmとした場合と、アンモニアガスの流量を4sccm、水素ガスの流量を100sccmとした場合に得られるそれぞれの窒化膜の特性を示している。図4から明らかなように、水素ガスを添加することによって同程度の屈折率の場合にも膜厚均一性が改善されている。
【0026】
また、このシリコン窒化膜の成膜方法において、添加ガスとして水素ガスを選択する効果について、図5を用いて説明する。図5は、添加ガスの種類と得られるシリコン窒化膜の屈折率との関係を示すグラフである。図5には、添加ガスとして水素を用いた場合に、モノシランガスの流量と得られる窒化膜の屈折率との関係を示している。また、添加ガスとしてヘリウムガスを用いた場合の例を一つ示している。この図5に示すように、添加ガスがヘリウムガスであった場合には、水素ガスを用いた場合と比べて得られる窒化膜の屈折率が高くなり、膜中の窒素の組成比が小さくなっていると考えられる。このことから、添加ガスとして、水素ガスを選択することによって、得られる窒化膜の窒素含有率を制御できる。なお、化学量論比のシリコン窒化膜Si3N4の場合に限らず、所望の膜組成を有する窒化膜を作製することができる。
【0027】
さらに、このシリコン窒化膜の成膜方法によって得られるシリコン窒化膜(実施例1)の特性について、従来のシリコン窒化膜の成膜方法で得られるシリコン窒化膜(比較例1)の特性と比較して説明する。
【0028】
比較例1.
従来のシリコン窒化膜の成膜方法において得られるシリコン窒化膜の特性について説明する。この従来のシリコン窒化膜では、屈折率がおよそ2.00〜2.05の範囲内にあり、水素濃度は、N−H結合として2×1021cm−3、Si−H結合として4×1020cm−3である。また、バッファードフッ酸(BHF6:1)を用いたエッチングレートは約9nm/分であった。さらに、膜の剥がれ難さの指標となる張力値は4×109dyn/cm2であった。
【0029】
実施例1.
本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法によって得られるシリコン窒化膜の特性について説明する。得られたシリコン窒化膜では、屈折率がおよそ2.00〜2.05の範囲内であった。また、水素濃度は、N−H結合として1×1021cm−3、Si−H結合として4×1020cm−3であった。この成膜方法では、原料ガスに水素ガスを添加しているが、上記の従来のシリコン窒化膜に含まれる水素濃度とほぼ同等程度であった。また、バッファードフッ酸(BHF6:1)を用いたエッチングレートは約4nm/分であった。上記の従来の窒化膜と比べると、エッチングレートが小さく、比較例と比べて表面性が良好である。さらに、膜の剥がれ難さの指標となる張力値は1×109dyn/cm2であった。
【0030】
また、半導体装置の製造方法において、上記シリコン窒化膜の成膜方法を含んでいてもよい。さらに、上記シリコン窒化膜の成膜方法を含む半導体装置の製造方法で得られたシリコン窒化膜を有する半導体装置の用途について説明する。このシリコン窒化膜を有する半導体装置は、種々の用途に用いることができる。例えば、図6の(a)〜(c)は、この半導体装置の製造方法で製造された半導体装置のいくつかの例を示す概略図である。図6の(a)は、シリコン窒化膜を表面保護膜として用いた半導体装置の場合であり、(b)は、シリコン窒化膜をキャパシタとして用いた半導体装置の場合であり、(c)は、シリコン窒化膜を層間絶縁膜として用いた半導体装置の場合である。なお、上記は一例であってこれに限定されない。この半導体装置の製造方法によって得られるシリコン窒化膜は、アニール時のキャップ膜、イオン注入時のスルー膜、半導体レーザの端面保護膜として用いてもよい。
【0031】
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係るシリコン窒化膜の成膜装置及び成膜方法について、図7及び図8を用いて説明する。図7は、この成膜装置の構成を示す概略図であり、図8は、図7の反応室周辺の模式図である。まず、このシリコン窒化膜の成膜装置20aは、実施の形態1に係るシリコン窒化膜の成膜装置と比べると、図7の概略図に示すように、半導体基板1の裏面と基板ホルダ2の凹部30との間に空間33を画成し、該空間33に冷却ガス32を流通させるガス配管31a、31bをさらに備える点で相違する。半導体基板1と基板ホルダ2との間で画成される空間33にガス32を流通させて、基板1を冷却して、加熱された触媒体6からの輻射熱で基板1が過昇温するのを抑制することができる。これによって、触媒体6と基板1との間の距離dを小さくしながら基板1の過昇温を抑制し、成膜速度を向上することができる。また、冷却ガス32として水素ガスを用いた場合には、基板ホルダ2の空間33から流出した場合でも、水素ガスは添加ガスとしての機能を果たす。このことから冷却ガスとして、水素ガスが好ましい。
【0032】
次に、この成膜装置20aにおける基板ホルダ2について説明する。この基板ホルダ2は、図7及び図8に示すように、半導体基板1を載置する箇所に、該基板1より小さい凹部30が設けられている。半導体基板1を基板ホルダ2に載置すると、該基板1の裏面と基板ホルダ2の凹部30とにより空間33が画成される。また、この基板ホルダ2は、該空間33に基板1を冷却するガス32を流通するガス配管31a、31bを備える。このガス配管31a、31bから該空間33にガス32を流通させることにより、流通するガス32によって半導体基板1を冷却する。これによって、加熱された触媒体6からの輻射熱で該基板1が過昇温するのを防止することができる。該空間33に流通させるガス32は、水素ガスが好ましいが、これに限られず、ヘリウムガスや窒素ガス等の不活性ガスを用いてもよい。また、該空間33におけるガス32の圧力は、100Pa〜1000Pa程度、具体的には約400Pa程度に保持するのが好ましい。なお、空間33内でのガス32の圧力は上記範囲に限られず、さらに大気圧の1/10程度までとしてもよい。
【0033】
また、このシリコン窒化膜の成膜方法におけるシリコン窒化膜の成膜条件について、触媒体6と基板1との間の距離dと基板の温度上昇との関係について、比較例2と実施例2とを比較して説明する。なお、図7、図8及び図11でシャッタ8、58を開閉した場合の基板1の温度差ΔTを用いて、基板1の温度上昇の程度を評価する。
【0034】
比較例2.
図11に示す従来のシリコン窒化膜の成膜方法の場合には、触媒体56−半導体基板51の間の距離d2が75mmの場合にシャッタ58の開閉による基板51の温度差ΔTは48℃であり、距離d2が50mmの場合に基板51の温度差ΔTは76℃であった。ここで、基板51の温度差ΔTを50℃以下に抑制するためには、触媒体56−半導体基板51の間の距離d2を75mmとしなければならない。この場合のシリコン窒化膜の成膜速度は約4.3nm/分であった。
【0035】
実施例2.
図7及び図8に示す本発明の実施の形態2に係るシリコン窒化膜の成膜方法では、触媒体6−半導体基板1との間の距離d1が75mmの場合にシャッタ8の開閉による基板1の温度差ΔTは20℃、距離d1が50mmの場合に温度差ΔTは28℃であった。上記のように触媒体6−半導体基板1の間の距離d1が50mmの場合でも温度差ΔTを50℃以下に低く抑えることができる。そこで、成膜速度を9.5nm/分に向上させることができた。
【0036】
実施の形態3.
本発明の実施の形態3に係るシリコン窒化膜の成膜方法について説明する。このシリコン窒化膜の成膜方法は、実施の形態1に係るシリコン窒化膜の成膜方法と比較すると、アンモニアガスの流量を減らすとともに、水素ガスの流量を減らしている点で相違する。このように水素ガスの流量を減らすことにより、窒化膜の成膜速度を向上させることができる。
【0037】
次に、このシリコン窒化膜の成膜方法において、添加ガスの水素ガスの流量について、図9及び図10を用いて説明する。図9は、水素ガスの流量と得られる窒化膜の屈折率との関係を示すグラフである。図9では、アンモニアガスの流量を4sccmとした場合と、100sccmとした場合とについて、水素ガスの流量と、得られる窒化膜の屈折率との関係を示している。図9に示すように、水素ガスの流量を変化させても窒化膜の屈折率はほとんど変化しない。また、図10は、水素ガスの流量と、シリコン窒化膜の成膜速度との関係を示すグラフである。図10から明らかなように、水素ガスの流量を増すにつれて成膜速度は低下していく。このことから水素ガスの流量を約10sccm程度まで減らすことができる。なお、アンモニアガスの流量を4sccmとし、モノシランガスの流量を1.5sccmとした場合には、所定のガス圧を維持するために、水素ガスの流量は少なくとも10sccm程度が必要となる。水素ガスの流量を10sccmとした場合、図10に示すように、約8nm/分の成膜速度が得られた。
【0038】
実施の形態4.
本発明の実施の形態4に係るシリコン窒化膜の成膜方法について説明する。このシリコン窒化膜の成膜方法は、実施の形態3に係るシリコン窒化膜の成膜方法と比較すると、シリコン窒化膜を成膜する工程で、基板を水素ガスで冷却する点で相違する。この場合には、図7に示す実施の形態2に係るシリコン窒化膜の成膜装置20aを用いて、基板1の裏面と基板ホルダ2の凹部30との間に画成する空間33に水素ガス32を流通させて基板1を冷却し、触媒体6−基板1との間の距離を50mmとした場合でも基板の過昇温を抑制することができる。また、ガスの供給条件を実施の形態3と同様にして水素ガスの流量を10sccm、アンモニアガスの流量を4sccmとしている。これによって、シリコン窒化膜の成膜速度をさらに11.5nm/分に向上させることができる。
【0039】
【発明の効果】
本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法によれば、モノシランガス及びアンモニアガスを用いて触媒CVD法を用いてシリコン窒化膜を基板状に成膜する方法である。この場合に、上記原料ガスに加えて水素ガスを添加供給する。原料ガスに水素ガスを添加することで、アンモニアガスの流量を減らすことができると共に、十分な膜特性を有する窒化膜を形成できる。これによって環境に有害なアンモニアガスを減らすことができる。
【0040】
また、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法によれば、アンモニアガス/水素ガスの流量比を0.5以下としている。これによりアンモニアガスの流量を減らすことができる。
【0041】
さらに、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法によれば、アンモニアガス/モノシランガスの流量比を20以下としている。これにより従来のアンモニアガス/モノシランガスの流量比が100倍程度であったので、モノシランガスの流量比を減らすことができる。
【0042】
またさらに、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法によれば、基板を第2ガスで冷却しながら原料ガス及び水素ガスを含むガスを基板に供給している。これにより加熱された触媒体からの輻射熱で基板が過昇温するのを抑制することができる。
【0043】
また、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法によれば、基板を冷却する第2ガスとして水素ガスを用いる。これにより、水素ガスが反応室に流出した場合でも、水素ガスは添加ガスとしての機能を果たし、窒化膜の成膜に悪影響を及ぼさない。
【0044】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、上記シリコン窒化膜の成膜方法を含んでいる。この成膜方法では、触媒CVD法を用いてシリコン窒化膜を成膜するにあたって、モノシランガス及びアンモニアガスを含む原料ガスに水素ガスを添加している。このように原料ガスに水素ガスを添加することで、アンモニアガスの流量を減らすことができると共に、十分な膜特性を有する窒化膜を形成できる。これによって環境に有害なアンモニアガスを減らすことができる。
【0045】
本発明に係るシリコン窒化膜の成膜装置によれば、モノシランガス、アンモニアガスに加えて水素ガスを添加供給する配管設備を備える。この配管設備により原料ガスに水素ガスを添加することで、アンモニアガスの流量を減らすことができると共に、十分な膜特性を有する窒化膜を形成できる。これによって環境に有害なアンモニアガスを減らすことができる。
【0046】
また、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜装置によれば、基板ホルダは基板を載置する側に凹部を有する。基板を載置した際には、基板の裏面と基板ホルダの凹部との間に空間を画成する。また、該空間にガスを流通させるガス配管を備える。この空間にガスを流通させて基板を冷却して、加熱された触媒体からの輻射熱で基板が過昇温するのを抑制することができる。これによって、触媒体と基板との間の距離dを小さくしながら基板の過昇温を抑制し、成膜速度を向上させることができる。
【0047】
さらに、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜装置によれば、基板を冷却するガスとして水素ガスを用いる。これにより、反応室内に水素ガスが流出した場合にも添加ガスの水素ガスとして機能するので、シリコン窒化膜の成膜に悪影響を及ぼさない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1に係るシリコン窒化膜の成膜装置の構成を示す概略図である。
【図2】 本発明の実施の形態1に係るシリコン窒化膜の成膜方法によるアンモニアガス流量と、得られる窒化膜の屈折率との関係を示すグラフである。
【図3】 本発明の実施の形態1に係るシリコン窒化膜の成膜方法によるアンモニアガス流量と、得られる窒化膜の膜厚均一性との関係を示すグラフである。
【図4】 本発明の実施の形態1に係るシリコン窒化膜の成膜方法における水素ガスの有無と、得られる窒化膜の特性との関係を示すグラフである。
【図5】 本発明の実施の形態1に係るシリコン窒化膜の成膜方法における混合ガスの種類と、得られる窒化膜の屈折率との関係を示すグラフである。
【図6】 (a)〜(c)は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法で製造された半導体装置のいくつかの例を示す概略図である。
【図7】 本発明の実施の形態2に係るシリコン窒化膜の成膜装置の構成を示す概略図である。
【図8】 図7の成膜装置の反応室内の模式図である。
【図9】 本発明の実施の形態3に係るシリコン窒化膜の成膜方法における水素ガス流量と、得られる窒化膜の屈折率との関係を示すグラフである。
【図10】 本発明の実施の形態3に係るシリコン窒化膜の成膜方法における水素ガス流量と、窒化膜の成膜速度との関係を示すグラフである。
【図11】 従来の触媒CVD法によるシリコン窒化膜の成膜装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
1 半導体基板、2 基板ホルダ、4 ガス供給部、5 混合ガス、6 触媒体、8 シャッタ、10 反応室、11 モノシランガスタンク、12 アンモニアガスタンク、13 水素ガスタンク、14a、14b、14c 流量調整器
15 原料ガス配管、16 排気管、17 排気、20、20a シリコン窒化膜成膜装置、21 半導体基板、22a ソース電極、22b ゲート電極、22c ドレイン電極、22d、22e 金属薄膜、23 シリコン窒化膜、30凹部、31a、31b 冷却ガス配管、32 水素ガス、33 空間、51 半導体基板、52 基板ホルダ、53 カーボンシート、54 ガス供給部、55 原料ガス、56 触媒体、58 シャッタ、60 反応室、65 原料ガス配管
Claims (10)
- シランガス及びアンモニアガスを用い、触媒CVD法を用いて基板上にシリコン窒化膜を成膜する方法であって、
前記シランガス及びアンモニアガスに水素ガスを添加したガスを、触媒体に接触させた後、前記基板の上に供給するとともに、アンモニアガス/水素ガスの流量比を0.5以下とし、かつ、前記アンモニアガスの流量を4sccm以上、10sccm以下とすることを特徴とするシリコン窒化膜の成膜方法。 - 前記水素ガスの流量を10sccm以上、100sccm以下と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成膜方法。
- アンモニアガス/シランガスの流量比を20以下でガスを供給することを特徴とする請求項1又は2に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
- 前記基板を第2ガスで冷却しながら前記ガスを供給することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
- 前記第2ガスは、水素ガスであることを特徴とする請求項4に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載の前記シリコン窒化膜の成膜方法を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 反応室と、
前記反応室の内部で基板を保持する基板ホルダと、
前記反応室の内部に配置された触媒体と、
前記反応室の外部で、シランガス、アンモニアガス及び水素ガスをそれぞれ貯蔵するガスタンクと、
前記ガスタンクと前記反応室とを接続するガス配管と、
前記ガス配管から前記シランガス、アンモニアガス及び水素ガスを含むガスを、前記反応室の内部に供給するガス供給部と
を備え、
前記ガス供給部から前記ガスを前記触媒体に接触させた後、前記基板に供給するとともに、アンモニアガス/水素ガスの流量比を0.5以下とし、かつ、前記アンモニアガスの流量を4sccm以上、10sccm以下に制御して前記基板上にシリコン窒化膜を成膜させることを特徴とするシリコン窒化膜の成膜装置。 - 前記水素ガスの流量を10sccm以上、100sccm以下とすることを特徴とする請求項7に記載のシリコン窒化膜の成膜装置。
- 前記基板ホルダは、前記基板を載置する側に凹部を有し、前記基板の裏面と前記凹部とにより空間を画成すると共に、該空間内に前記基板を冷却する第2ガスを導く第2ガス配管をさらに備えることを特徴とする請求項7又は8に記載のシリコン窒化膜の成膜装置。
- 前記第2ガスは、水素ガスであることを特徴とする請求項9に記載のシリコン窒化膜の成膜装置。
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