JP4093336B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4093336B2 JP4093336B2 JP2000078277A JP2000078277A JP4093336B2 JP 4093336 B2 JP4093336 B2 JP 4093336B2 JP 2000078277 A JP2000078277 A JP 2000078277A JP 2000078277 A JP2000078277 A JP 2000078277A JP 4093336 B2 JP4093336 B2 JP 4093336B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reaction vessel
- substrate
- semiconductor device
- film
- manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応容器内に設置された基板上に、600℃以下の低温で良好なステップカバレッジの窒化珪素薄膜を形成することのできる半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
LSIなどの半導体装置は、素子の微細化によって性能の向上を果たしてきたが、素子の特性を決定する不純物の拡散層が浅くなったために、その後の製造工程における熱履歴によって不純物が再分布し、素子の特性変化を引き起こすという問題を生じている。
【0003】
例えば、従来の窒化珪素膜(Si3N4)の形成方法では、バッチ式装置において、複数枚の半導体装置の基板を650℃以上の反応容器に導入し、熱CVD法により薄膜の形成を行っていた。このとき、半導体装置は650℃以上の高温下に10分以上の長時間さらされることとなり、このような熱処理の積み重ねによって不純物が再分布し、素子の特性が変化している。
【0004】
一方、プラズマCVD法は、600℃以下の低い温度で、100nm/min以上の高い成膜速度の薄膜形成が可能であることから、半導体装置の製造工程の低融点金属配線形成後の絶縁膜形成方法として利用されてきた。この方法では、反応ガスとして、モノシラン、アンモニア、窒素の混合ガスが使用されるが、熱CVD法で形成した窒化珪素膜と比較して、不純物が多く含まれる、膜の密度が疎である、ステップカバレッジが劣っている、等の理由により、半導体装置の特性に悪影響を与えることがあるため、適用工程が制限されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来では、窒化珪素膜を形成する方法として主に熱CVD法を用いていたが、素子の微細化に伴って不純物の拡散層が浅くなるに従い、650℃以上の熱履歴のために素子の特性が変化するという問題があった。また、熱履歴の問題を回避するために、プラズマCVD法を用いて窒化珪素膜を形成する方法も考えられるが、現状のプラズマCVD法を実行するだけでは、熱CVD法を用いて形成した窒化珪素膜と比較して膜特性が劣るという問題があった。
【0006】
本発明は、上記事情を考慮し、半導体装置の基板上に低熱履歴で良好な膜特性を持つ窒化珪素膜を形成することができ、それにより、半導体装置の特性変化を抑制し、且つ、製造上のマージン向上を可能にした半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、塩素を含むガスを用いてプラズマCVD法により反応容器内の基板上に窒化珪素膜を成膜する半導体装置の製造方法において、前記基板に対して成膜を行った後、次の基板に対して成膜を行うまでの間、反応容器内壁温度を、所定の温度以上に維持することを特徴とする。
【0008】
この発明では、プラズマCVD法により反応容器内の基板上に窒化珪素膜を形成するので、低熱履歴で薄膜を形成することができる。また、反応容器内に被処理基板が無い状態でも、反応容器内壁温度を、反応容器内副生成物の付着を抑制し得る所定の温度以上に維持しているので、副生成物の付着による膜特性の低下を回避することができる。また、反応容器内壁を所定の温度以上に維持するので、温度変化による内壁の膜剥離を防止することができる。また、基板の連続処理時に内壁の温度変化によって膜特性が変化するのを防止することができる。なお、反応容器内壁を所定の温度以上の一定温度に維持するようにすると更に好ましい。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1記載の半導体装置の製造方法であって、前記基板に対して成膜を行った後、次の基板に対して成膜を行うまでの間、反応容器内でプラズマを生成しておき、該プラズマにより反応容器内壁を加熱して、反応容器内壁温度を前記所定の温度以上に維持することを特徴とする。
【0010】
このように反応容器内に基板が無いときでも、反応容器内にプラズマを生成しておくことで、簡単に反応容器内壁を所定の温度以上に維持しておくことができる。
【0011】
請求項3の発明は、請求項1または2記載の半導体装置の製造方法であって、前記基板に対して成膜を行う際に、反応容器内壁温度を前記所定の温度以上に維持すると共に、反応容器内圧力を所定圧力以下に保持することを特徴とする。具体的には、反応容器の内壁温度と反応容器内の圧力とを、副生成物の昇華曲線の気相領域に保つようにする。
【0012】
このように反応容器内壁温度を所定の温度以上に維持すると共に、反応容器内圧力を所定以下に保持することにより、副生成物の付着を抑制しながら、基板に対して薄膜を形成することができる。
【0013】
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記塩素を含むガスが、ジクロルシランもしくは四塩化珪素であることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の半導体装置の製造方法を実施するためのプラズマCVD装置の断面図である。この図において、1は反応容器、2は反応容器の底板である。反応容器1は、プラズマに接する部分がセラミックで作られており、内部に、基板Wを支持するためのサセプタ10が備わっている。このサセプタ10は、窒化アルミニウムで作られており、内蔵した抵抗加熱ヒータ(図示略)により、サセプタ温度を700℃程度まで加熱する能力を有している。また、このサセプタ10は、図示しない導電性電極を備えており、この電極に高周波電源9によって高周波電力を印加することができるようになっている。
【0015】
反応容器1内には、さらに垂直に昇降して外部の搬送ロボットとの間で基板Wの受け渡しを行う基板移載装置12が設けられている。また、反応容器1の基板Wと対面する天井壁3には、プロセスガス及びパージガスを反応容器1内に導入するための複数のガス噴出孔4が設けられている。また、反応容器1の周壁底部には、反応容器1内のガスを排出するための排気口6が設けられている。
【0016】
また、反応容器1の周壁の外部には、反応容器1内に導入されたガスを電離させる放電手段として、プラズマ生成領域を囲むように円筒形放電用電極7と、該円筒形放電用電極7の表面に円筒形放電用電極7の軸方向にほぼ平行な成分の磁界を生成する磁力線形成手段8とが設けられている。円筒形放電用電極7には高周波電力を印加できるように高周波電源9が接続されている。
【0017】
次に上記構成の装置を用いた窒化珪素膜の形成方法について説明する。
反応容器1内には、内部に基板Wが無い状態のときでも、ガス噴出孔4より不活性ガス(たとえば窒素ガス)を導入している。しかも、円筒形放電電極7に高周波電力を印加することによって、反応容器1内に常時プラズマを生成させている。
【0018】
反応容器1内に常時プラズマを生成させておく目的は、反応容器1の内壁温度を所定の温度以上、例えば60℃以上に保って、内壁への副生成物の付着を抑制するため、また、温度変化による内壁の膜剥離を抑制するため、さらに、基板Wの連続処理時に内壁の温度変化によって膜特性が変化することを抑制するためである。たとえば、窒素ガスを1slm導入し、円筒形放電電極7に1kWの高周波電力を印加してプラズマを生成する。なお、反応容器1の内壁温度は所定の温度以上の一定温度に保つようにすると更に好ましい。
【0019】
処理すべき基板Wは、反応容器1の外部から搬送ロボットによって反応容器1内に搬入し、基板移載装置12の垂直移動によってサセプタ10上に移載する。サセプタ10は事前に加熱しておき、基板Wを200℃〜600℃の薄膜形成に適当な温度、たとえば600℃程度に加熱する。
【0020】
その後、円筒形放電電極7に対して、薄膜形成に適当な高周波電力、たとえば1.5KWを印加し、薄膜形成するために、反応容器1内を不活性ガス(窒素ガス)からプロセスガスにガス置換する。この時、アンモニア、ジクロルシランの順にガスを反応容器1内に導入し、反応容器1内の圧力を、副生成物である塩化アンモニウムの付着を抑制するために例えば50Pa以下、好適には1Pa程度に維持して薄膜形成を行う。
【0021】
薄膜形成を行っている際に、サセプタ10内の導電性電極に高周波電力を印加してもよい。サセプタ内の電極(以下、簡単に「サセプタ電極」という)に高周波電力を印加する目的は、基板の微細な段差パターンに形成する薄膜のステップカバレッジを改善するためである。
【0022】
図2(a)、(b)に基板の段差パターンに薄膜Maを形成した例を示す。(a)はサセプタ電極に高周波電力を印加しない場合の薄膜形成例であり、(b)はサセプタ電極に高周波電力を印加した場合の薄膜形成例である。
【0023】
サセプタ電極に高周波(RF)電力を印加すると、プラズマ中のイオンが基板に引き込まれるために、薄膜形成と同時にイオンのスパッタリングが生じ、形成した膜が削られる。スパッタリング効率はスパッタリング面の角度に対して依存性があり、45度の角度が一番効率が良く、形成された膜は段差の開口部が45度に削られるためにオーバーハングが生じにくい。
【0024】
薄膜形成の終了は、ジクロルシランの供給を停止することによってなされる。その後、導入ガスを窒素に置換し、印加する高周波電力も基板搬送時の電力値に戻す。そして、薄膜形成の終了した基板は、外部の搬送ロボットによって搬出して、次の基板を受け入れ、その基板に対して前の基板と同様の薄膜形成処理を行う。
【0025】
従来のプラズマCVD装置では窒化珪素膜の薄膜形成ガスとしては、モノシランとアンモニアの混合ガスを使用していたが、本発明の実施形態では、上述したように、ステップカバレッジの向上のために、モノシランに代わってジクロルシランを用いており、それにより次の違いが得られる。
【0026】
すなわち、モノシラン(SiH4)は、反応容器1内のプラズマ中でSiH2とH2に分解されるが、SiH2は付着係数が大きいため、基板の溝内濃度分布は図3(a)のように、溝の入口近傍では濃度が高いが、溝の深いところでは濃度が低い状態となる。それにより、基板の表面上のSiH2とNH3が反応して窒化珪素膜が形成されるが、上記濃度分布の結果により、溝内の窒化珪素膜の膜厚分布が図3(b)のように均一でなくなる。
【0027】
一方、ジクロルシランは、反応容器1内のプラズマ中でSiCl2とH2に分解されるが、SiCl2は付着係数が小さいため、基板の溝内の濃度分布は図4(a)のようになり、溝の入り口近傍と溝の深い所では濃度差がほとんどない状態となる。それにより、基板の表面上でのSiCl2とNH3が反応して窒化珪素膜が形成されるが、上記濃度分布の結果により、溝内の窒化珪素膜の膜厚分布が図4(b)のように均一になる。
【0028】
ジクロルシランはその分解物質の一部として、存在確率が低いがSiH2が生成される。しかし、ジクロルシランの代替ガスとして四塩化珪素(SiCl4)を用いれば、SiH2を生成せずにSiCl2を生成できるので、さらにステップカバレッジの向上が期待できる。
【0029】
ジクロルシランまたは四塩化珪素とアンモニアを反応させると、塩化アンモニウム(NH4Cl)が生成される。この塩化アンモニウムは高圧下で温度の低いところに付着しやすいため、異物の原因となる可能性がある。図5に塩化アンモニウムの昇華曲線を示す。塩化アンモニウムを反応容器1内に付着させないためには、上述したように、反応容器1内の圧力及び内壁温度を昇華曲線の気相領域に保つようにすればよい。
【0030】
なお、反応容器1の材質を上述のようにセラミックまたは石英にすることで、変質を抑制することができるようになる。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法によれば、半導体装置の基板上に低熱履歴で良好な膜特性を持つ窒化珪素膜を形成することができ、半導体装置の特性変化を抑制し、且つ、製造上のマージン向上が可能になる。また、反応容器内壁の温度を所定の温度以上に保つことによって副生成物の付着を抑制し、長期間安定した膜形成処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の製造方法を実施するためのプラズマCVD装置の断面図である。
【図2】(a)はサセプタ電極に高周波電力を印加しない場合の薄膜形成例、(b)はサセプタ電極に高周波電力を印加した場合の薄膜形成例を示す断面図である。
【図3】(a)は従来のモノシランを用いた場合のSiH2の溝内濃度分布、(b)はそのときの窒化珪素膜の溝内膜厚分布をそれぞれ示す断面図である。
【図4】(a)はジクロルシランを用いた場合のSiCl2の溝内濃度分布、(b)はそのときの窒化珪素膜の溝内膜厚分布をそれぞれ示す断面図である。
【図5】塩化アンモニウムの昇華曲線を示す図である。
【符号の説明】
1 反応容器
4 ガス噴射孔
7 円筒形放電電極
9 高周波電源
Claims (3)
- 塩素を含むガスを用いてプラズマCVD法により反応容器内の基板上に窒化珪素膜を成膜する半導体装置の製造方法において、
前記基板に対して成膜を行った後、次の基板に対して成膜を行うまでの間、反応容器内でプラズマを生成しておき、該プラズマにより反応容器内壁を加熱して、反応容器内壁温度を60℃以上に維持することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法であって、
前記基板に対して成膜を行う際に、反応容器内壁温度を前記60℃以上に維持すると共に、反応容器内圧力を50Pa以下に保持することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1または2記載の半導体装置の製造方法であって、
前記塩素を含むガスが、ジクロルシランもしくは四塩化珪素であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000078277A JP4093336B2 (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000078277A JP4093336B2 (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001267317A JP2001267317A (ja) | 2001-09-28 |
JP4093336B2 true JP4093336B2 (ja) | 2008-06-04 |
Family
ID=18595714
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000078277A Expired - Lifetime JP4093336B2 (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4093336B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100398290C (zh) * | 2005-08-05 | 2008-07-02 | 四川大学 | 半熔融模压成型制备开孔型微孔塑料制品的方法 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080160197A1 (en) * | 2006-12-28 | 2008-07-03 | Gasworth Steven M | Method and apparatus for stabilizing a coating |
-
2000
- 2000-03-21 JP JP2000078277A patent/JP4093336B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100398290C (zh) * | 2005-08-05 | 2008-07-02 | 四川大学 | 半熔融模压成型制备开孔型微孔塑料制品的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001267317A (ja) | 2001-09-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100355914B1 (ko) | 저온플라즈마를이용한직접회로제조방법 | |
KR100462097B1 (ko) | 질화티탄막의 형성 방법 및 당해 방법으로 제조된 생성물 | |
JP5660205B2 (ja) | 成膜方法 | |
JP2019515505A (ja) | プラズマ処理チャンバでのインシトゥチャンバ洗浄効率向上のためのプラズマ処理プロセス | |
KR20010053027A (ko) | IC 제조에서의 PECVD-Ti 및 CVD-TiN필름의 단일 챔버 처리 방법 | |
KR20120075386A (ko) | 질화막의 형성 방법 | |
JPH1187341A (ja) | 成膜方法及び成膜装置 | |
KR20050054983A (ko) | 반도체 처리용의 재치대 장치, 성막 장치 및 성막 방법 | |
JP3077623B2 (ja) | プラズマ化学気相成長装置 | |
US20190237326A1 (en) | Selective film forming method and film forming apparatus | |
US8084088B2 (en) | Method of improving the wafer-to-wafer thickness uniformity of silicon nitride layers | |
CN110468388B (zh) | 原子层沉积法形成氮化物膜的方法 | |
TWI702304B (zh) | 矽氮化膜之成膜方法及成膜裝置 | |
TW201907480A (zh) | 形成鈦矽化物區域之方法 | |
JP3189771B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP4093336B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
US20220238331A1 (en) | Gapfill process using pulsed high-frequency radio-frequency (hfrf) plasma | |
JPH11330047A (ja) | エッチング装置及びエッチング方法 | |
US11578409B2 (en) | Low deposition rates for flowable PECVD | |
US20210233778A1 (en) | Etching method, substrate processing apparatus, and substrate processing system | |
JPH0610140A (ja) | 薄膜堆積装置 | |
JP4059792B2 (ja) | 半導体製造方法 | |
US20230340661A1 (en) | Gapfill Process Using Pulsed High-Frequency Radio-Frequency (HFRF) Plasma | |
US20210388497A1 (en) | Thin layer deposition with plasma pulsing | |
JP2002359236A (ja) | 半導体製造装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050930 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071126 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071213 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080201 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080227 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080227 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110314 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4093336 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120314 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120314 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130314 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130314 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140314 Year of fee payment: 6 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |