JP4423282B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、窒化シリコン膜の熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法による製造工程を備える半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device including a manufacturing process of a silicon nitride film by a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
従来、半導体装置に使用される窒化シリコン膜は、SiH2Cl2(以下DCSと記す)とNH3との混合ガスにより形成するのが一般的である。 Conventionally, a silicon nitride film used for a semiconductor device is generally formed by a mixed gas of SiH 2 Cl 2 (hereinafter referred to as DCS) and NH 3 .
しかしながら、この方法では、700℃〜800℃といった高温で窒化シリコン膜を形成する必要があり、その結果、浅い拡散層内の不純物が熱により深く拡散してしまい、素子寸法を小さくできないという問題がある。また、排気口に反応副生成物であるNH4Cl(塩化アンモニウム)が付着してしまい、このNH4Clは金属表面に錆を生じさせ、半導体ウェーハ上に金属汚染を生じさせるという問題もある。 However, in this method, it is necessary to form a silicon nitride film at a high temperature of 700 ° C. to 800 ° C. As a result, impurities in the shallow diffusion layer diffuse deeply due to heat, and the element size cannot be reduced. is there. Further, NH 4 Cl (ammonium chloride), which is a reaction by-product, adheres to the exhaust port, and this NH 4 Cl causes rust on the metal surface and causes metal contamination on the semiconductor wafer. .
これらの問題点を解決するために、本発明者らは、SiH2(NH(C4H9))2(ビス ターシャル ブチル アミノ シラン:BTBAS:Bis tertial butyl amino silane)とNH3とを原料ガスとして用いて窒化シリコン(Si3N4)膜を形成することを検討した。その結果、このようにすれば、600℃程度の低温で窒化シリコン膜を成膜可能であり、また、金属汚染の原因であるNH4Clを発生させないことが判明した。 In order to solve these problems, the present inventors used SiH 2 (NH (C 4 H 9 )) 2 (Bistal butyl amino silane) and NH 3 as source gas. It was considered to form a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film. As a result, it has been found that a silicon nitride film can be formed at a low temperature of about 600 ° C. and NH 4 Cl that causes metal contamination is not generated.
しかしながら、本発明者らは、BTBASを用いたSi3N4膜には次の欠点があることを見いだした。 However, the present inventors have found that the Si 3 N 4 film using BTBAS has the following drawbacks.
すなわち、炉内に導入されたBTBASとNH3は熱分解し、ウェーハ上のみならず石英反応管内壁や反応管内部の石英で構成されている部材にSi3N4膜を形成するが、BTBASを用いたSi3N4膜は膜ストレスが高く、膜収縮が大きいという性質がある。一般的なDCSとNH3とによるSi3N4膜との比較データを、膜収縮率については図4に、膜ストレスについては図5に示す。図4、5において、BはBTBASとNH3とによるSi3N4膜の場合を示し、DはDCSとNH3とによるSi3N4膜の場合を示す。膜ストレスとは引っぱり力(膜応力)であり、反応炉石英上に成膜されたSi3N4膜は膜応力によりはがれてしまう。また、反応炉の温度(600℃程度)により膜が縮んでしまう。石英は熱による収縮、膨張がないため、ひずみが生じてしまう。従って、石英上のSi3N4膜が厚くなると石英にマイクロクラックが発生しウェーハ上にパーティクルを発生させてしまう。マイクロクラックを引き起こすSi3N4膜厚は4000Åである。 That is, BTBAS and NH 3 introduced into the furnace are thermally decomposed, and an Si 3 N 4 film is formed not only on the wafer but also on the quartz reaction tube inner wall and the quartz inside the reaction tube. The Si 3 N 4 film using Si has the property of high film stress and large film shrinkage. Comparison data of a general DCS and NH 3 with a Si 3 N 4 film are shown in FIG. 4 for the film shrinkage rate and in FIG. 5 for the film stress. In FIG. 4, 5, B shows the case of the Si 3 N 4 film by BTBAS and NH 3, D shows the case of the Si 3 N 4 film by the DCS and NH 3. The film stress is a pulling force (film stress), and the Si 3 N 4 film formed on the reactor quartz is peeled off by the film stress. Further, the film shrinks due to the temperature of the reactor (about 600 ° C.). Quartz does not shrink or expand due to heat, and therefore distortion occurs. Therefore, when the Si 3 N 4 film on the quartz becomes thick, microcracks are generated in the quartz and particles are generated on the wafer. The Si 3 N 4 film thickness that causes microcracks is 4000 mm.
このパーティクル問題を解決するために、4000Å成膜毎に、図1に示す縦型LPCVD成膜装置1内の石英インナーチューブ12、石英ボート14、石英キャップ15を解体し、HF(フッ化水素)を用いたウェットクリーニングを実施しSi3N4膜を取り除くといった方法でメンテナンスを行う必要がある。1回の成膜を1000Åとすると4回の成膜毎にメンテナンスをする必要がある。また、メンテナンスに要する時間は16時間であり、時間がかかりすぎるという問題もある。
In order to solve this particle problem, the quartz
従って、本発明の主な目的は、BTBASとNH3とによりSi3N4膜を製造する場合のメンテナンス頻度の高さの問題点を解決し、メンテナンス頻度をなるべく小さくできると共にパーティクルの発生も抑制または防止できる半導体装置の製造方法を提供することにある。 Therefore, the main object of the present invention is to solve the problem of high maintenance frequency when manufacturing Si 3 N 4 film with BTBAS and NH 3, and to reduce the maintenance frequency as much as possible and to suppress the generation of particles. Another object is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can be prevented.
本発明によれば、
石英で構成された反応容器内の温度を600℃以下に保った状態で、ビスターシャル ブチル アミノシランとNH3とを原料ガスとして前記反応容器内に流して、窒化シリコン膜を前記反応容器内に挿入された被成膜体上に形成する工程と、
前記反応容器内にクリーニングガスとしてNF 3 ガスを流して、前記反応容器内に形成された窒化シリコンを除去する工程とを備え、
前記窒化シリコンを除去する工程は、前記反応容器内に形成される窒化シリコンが、膜ストレスにより剥がれてしまうか、または、膜収縮により前記石英にマイクロクラックが発生する膜厚となる前に、前記反応容器内の圧力を10Torr以上、温度を600℃に保った状態で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
According to the present invention,
The temperature of the reaction vessel made of quartz while maintaining the 600 ° C. or less, inserting the Bicester-tert-butyl amino silane and NH 3 flowing into the reaction vessel as a source gas, a silicon nitride film into the reaction vessel Forming on the film-formed body,
By flowing NF 3 gas as a cleaning gas into the reaction vessel, and a step of removing the silicon nitride which is formed in the reaction vessel,
In the step of removing the silicon nitride, the silicon nitride formed in the reaction vessel is peeled off due to film stress, or before the film thickness becomes such that microcracks are generated in the quartz due to film shrinkage. A method for manufacturing a semiconductor device is provided, which is performed in a state where the pressure in the reaction vessel is maintained at 10 Torr or higher and the temperature is maintained at 600 ° C.
また、本発明によれば、Moreover, according to the present invention,
石英で構成された反応容器内の温度を600℃に保った状態で、ビスターシャル ブチルアミノ シランとNHWith the temperature inside the reaction vessel made of quartz maintained at 600 ° C., bismutual butylamino silane and NH
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とを原料ガスとして前記反応容器内に流して、窒化シリコン膜を前記反応容器内に挿入された被成膜体上に形成する工程と、And flowing into the reaction vessel as a source gas to form a silicon nitride film on the deposition target inserted in the reaction vessel;
前記反応容器内にクリーニングガスとしてNFNF as a cleaning gas in the reaction vessel
33
ガスを流して、前記反応容器内に形成された窒化シリコンを除去する工程とを備え、Flowing a gas to remove silicon nitride formed in the reaction vessel,
前記窒化シリコンを除去する工程は、前記反応容器内に形成される窒化シリコンが、膜ストレスにより剥がれてしまうか、または、膜収縮により前記石英にマイクロクラックが発生する膜厚となる前に、前記反応容器内の圧力を10〜70Torr、温度を600℃に保った状態で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。In the step of removing the silicon nitride, the silicon nitride formed in the reaction vessel is peeled off due to film stress, or before the film thickness becomes such that microcracks are generated in the quartz due to film shrinkage. A method for manufacturing a semiconductor device is provided, which is performed in a state where the pressure in the reaction vessel is kept at 10 to 70 Torr and the temperature is kept at 600 ° C.
また、本発明によれば、
被成膜体を保持したボートを石英で構成された反応容器内に挿入する工程と、
前記反応容器内の温度を600℃以下に保った状態で、前記反応容器内にビスターシャルブチル アミノシランとNH3とを原料ガスとして流して、前記反応容器内で前記ボートにより保持された前記被成膜体上に窒化シリコン膜を形成する工程と、
窒化シリコン膜形成後の被成膜体を保持した前記ボートを前記反応容器内から引き出す工程と、
前記反応容器内に前記被成膜体を保持しない前記ボートを挿入する工程と、
前記被成膜体を保持しない前記ボートが挿入された前記反応容器内にクリーニングガスとしてNF 3 ガスを流して、前記反応容器内および前記ボートに形成された窒化シリコンを除去する工程と、
前記被成膜体を保持しない前記ボートを前記反応容器内から引き出す工程と、を備え、
前記窒化シリコンを除去する工程は、前記反応容器内に形成される窒化シリコンが、膜ストレスにより剥がれてしまうか、または、膜収縮により前記石英にマイクロクラックが発生する膜厚となる前に、前記反応容器内の圧力を10Torr以上、温度を600℃に保った状態で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
Moreover, according to the present invention,
Inserting a boat holding the film formation body into a reaction vessel made of quartz ;
In the state where the temperature in the reaction vessel is kept at 600 ° C. or less, the butylaminosilane and NH 3 are flowed as raw material gases into the reaction vessel, and the deposition material held by the boat in the reaction vessel. Forming a silicon nitride film on the film body;
A step of pulling out the boat holding the film formation target after the formation of the silicon nitride film from the reaction vessel;
Inserting the boat that does not hold the deposition target in the reaction vessel;
Flowing NF 3 gas as a cleaning gas into the reaction vessel in which the boat not holding the film formation body is inserted to remove silicon nitride formed in the reaction vessel and the boat;
Withdrawing the boat that does not hold the film formation body from the reaction vessel, and
In the step of removing the silicon nitride, the silicon nitride formed in the reaction vessel is peeled off due to film stress, or before the film thickness becomes such that microcracks are generated in the quartz due to film shrinkage. A method for manufacturing a semiconductor device is provided, which is performed in a state where the pressure in the reaction vessel is maintained at 10 Torr or higher and the temperature is maintained at 600 ° C.
また、本発明によれば、
被成膜体を保持したボートを石英で構成された反応容器内に挿入する工程と、
前記反応容器内の温度を600℃に保った状態で、前記反応容器内にビスターシャルブチル アミノシランとNH3とを原料ガスとして流して、前記反応容器内で前記ボートにより保持された前記被成膜体上に窒化シリコン膜を形成する工程と、
窒化シリコン膜形成後の被成膜体を保持した前記ボートを前記反応容器内から引き出す工程と、
前記反応容器内に前記被成膜体を保持しない前記ボートを挿入する工程と、
前記被成膜体を保持しない前記ボートが挿入された前記反応容器内にクリーニングガスとしてNF 3 ガスを流して、前記反応容器内および前記ボートに形成された窒化シリコンを除去する工程と、
前記被成膜体を保持しない前記ボートを前記反応容器内から引き出す工程と、を備え、
前記窒化シリコンを除去する工程は、前記反応容器内に形成される窒化シリコンが、膜ストレスにより剥がれてしまうか、または、膜収縮により前記石英にマイクロクラックが発生する膜厚となる前に、前記反応容器内の圧力を10〜70Torr、温度を600℃に保った状態で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
Moreover, according to the present invention,
Inserting a boat holding the film formation body into a reaction vessel made of quartz;
While keeping the temperature of the reaction vessel 600 ° C., said to the reaction vessel and Bicester-tert-butyl amino silane and NH 3 to flow in the raw material gas, the object held by the boat in the reaction vessel Forming a silicon nitride film on the film-forming body;
A step of pulling out the boat holding the film formation target after the formation of the silicon nitride film from the reaction vessel;
Inserting the boat that does not hold the deposition target in the reaction vessel;
Flowing NF 3 gas as a cleaning gas into the reaction vessel in which the boat not holding the film formation body is inserted to remove silicon nitride formed in the reaction vessel and the boat ;
Withdrawing the boat that does not hold the film formation body from the reaction vessel, and
Removing the silicon nitride, silicon nitride is formed in the reaction vessel, or peeled off by the film stress, or, prior to a thickness of microcracks generated in the quartz by film contraction, the A method for manufacturing a semiconductor device is provided, which is performed in a state where the pressure in the reaction vessel is maintained at 10 to 70 Torr and the temperature is maintained at 600 ° C.
好ましくは、前記窒化シリコンの膜ストレスは少なくとも2GPaである。 Preferably, the film stress of the silicon nitride is at least 2 GPa.
また、好ましくは、前記窒化シリコンを除去する工程では、前記反応容器内にNF 3 ガスを500sccmの流量で供給する。 Preferably, in the step of removing the silicon nitride, NF 3 gas is supplied into the reaction vessel at a flow rate of 500 sccm.
また、本発明によれば、Moreover, according to the present invention,
被成膜体を保持した石英で構成されたボートを石英で構成された反応容器内に挿入する工程と、Inserting a boat made of quartz holding a film formation body into a reaction vessel made of quartz;
前記反応容器内の温度を600℃以下に保った状態で、前記反応容器内にビスターシャルブチル アミノシランとNHIn a state where the temperature in the reaction vessel is kept at 600 ° C. or less, the reaction vessel is filled with Vista-butylaminosilane and NH.
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とを原料ガスとして流して、前記反応容器内で前記ボートにより保持された前記被成膜体上に窒化シリコン膜を形成する工程と、And forming a silicon nitride film on the film formation body held by the boat in the reaction vessel,
窒化シリコン膜形成後の被成膜体を保持した前記ボートを前記反応容器内から引き出す工程と、A step of pulling out the boat holding the film formation target after the formation of the silicon nitride film from the reaction vessel;
前記反応容器内に前記被成膜体を保持しない前記ボートを挿入する工程と、Inserting the boat that does not hold the deposition target in the reaction vessel;
前記被成膜体を保持しない前記ボートが挿入された前記反応容器内にクリーニングガスとしてNFNF as a cleaning gas in the reaction vessel in which the boat not holding the film formation body is inserted
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ガスを流して、前記反応容器内および前記ボートに形成された窒化シリコンを除去する工程と、Flowing gas to remove silicon nitride formed in the reaction vessel and the boat;
前記被成膜体を保持しない前記ボートを前記反応容器内から引き出す工程と、を備え、Withdrawing the boat that does not hold the film formation body from the reaction vessel, and
前記窒化シリコンを除去する工程は、前記反応容器内または前記ボートに形成される窒化シリコンが、膜ストレスにより剥がれてしまうか、または、膜収縮により前記石英にマイクロクラックが発生する膜厚となる前に、前記反応容器内の圧力を10Torr以上、温度を600℃に保った状態で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。The step of removing the silicon nitride is performed before the silicon nitride formed in the reaction vessel or the boat is peeled off due to film stress or becomes a film thickness that causes microcracking in the quartz due to film shrinkage. In addition, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, which is performed in a state where the pressure in the reaction vessel is maintained at 10 Torr or higher and the temperature is maintained at 600 ° C.
また、好ましくは、ビス ターシャル ブチルアミノ シランとNH3とを原料ガスとする前記窒化シリコンの膜ストレスはSiH2Cl2とNH3とを原料ガスとして700〜800℃で形成される窒化シリコンの膜ストレスの2倍程度である。 Preferably, the silicon nitride film stress using bis-tertiary butylamino silane and NH 3 as source gases is a silicon nitride film formed at 700 to 800 ° C. using SiH 2 Cl 2 and NH 3 as source gases. About twice as much stress.
また、本発明によれば、
被成膜体を保持した石英で構成されたボートを石英で構成された反応容器内に挿入する工程と、
前記反応容器内の温度を600℃に保った状態で、前記反応容器内にビスターシャルブチル アミノシランとNH3とを原料ガスとして流して、前記反応容器内で前記ボートにより保持された前記被成膜体上に窒化シリコン膜を形成する工程と、
窒化シリコン膜形成後の被成膜体を保持した前記ボートを前記反応容器内から引き出す工程と、
前記反応容器内に前記被成膜体を保持しない前記ボートを挿入する工程と、
前記被成膜体を保持しない前記ボートが挿入された前記反応容器内にクリーニングガスとしてNF 3 ガスを流して、前記反応容器内および前記ボートに形成された窒化シリコンを除去する工程と、
前記被成膜体を保持しない前記ボートを前記反応容器内から引き出す工程と、を備え、
前記窒化シリコンを除去する工程は、前記反応容器内または前記ボートに形成される窒化シリコンが、膜ストレスにより剥がれてしまうか、または、膜収縮により前記石英にマイクロクラックが発生する膜厚となる前に、前記反応容器内の圧力を10〜70Torr、温度を600℃に保った状態で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
Moreover, according to the present invention,
Inserting a boat made of quartz holding a film formation body into a reaction vessel made of quartz;
In the state where the temperature in the reaction vessel is kept at 600 ° C., the film deposition film held by the boat in the reaction vessel by flowing the binary butyl aminosilane and NH 3 as source gases in the reaction vessel. Forming a silicon nitride film on the body;
A step of pulling out the boat holding the film formation target after the formation of the silicon nitride film from the reaction vessel;
Inserting the boat that does not hold the deposition target in the reaction vessel;
Flowing NF 3 gas as a cleaning gas into the reaction vessel in which the boat not holding the film formation body is inserted to remove silicon nitride formed in the reaction vessel and the boat;
Withdrawing the boat that does not hold the film formation body from the reaction vessel, and
The step of removing the silicon nitride is performed before the silicon nitride formed in the reaction vessel or the boat is peeled off due to film stress or becomes a film thickness that causes microcracking in the quartz due to film shrinkage. In addition, a method for manufacturing a semiconductor device is provided, which is performed in a state where the pressure in the reaction vessel is kept at 10 to 70 Torr and the temperature is kept at 600 ° C.
本発明によれば、BTBASとNH3とによりSi3N4膜を製造する場合に、メンテナンス頻度をなるべく小さくできると共にパーティクルの発生も抑制または防止できる半導体装置の製造方法が提供される。 According to the present invention, when a Si 3 N 4 film is manufactured using BTBAS and NH 3 , there is provided a method for manufacturing a semiconductor device capable of reducing the maintenance frequency as much as possible and suppressing or preventing the generation of particles.
次に、図面を参照して本発明の一実施の形態を説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明において使用するBTBASは常温では液体であるので、図2、図3に示すようなBTBAS供給装置を用いて炉内へ導入する。 Since BTBAS used in the present invention is a liquid at normal temperature, it is introduced into the furnace using a BTBAS supply apparatus as shown in FIGS.
図2に示すBTBAS供給装置は、恒温槽と気体流量制御の組合せである。図3に示すBTBAS供給装置は、液体流量制御と気化器との組合せにより流量制御を行うものである。 The BTBAS supply apparatus shown in FIG. 2 is a combination of a thermostatic bath and gas flow rate control. The BTBAS supply device shown in FIG. 3 performs flow rate control by a combination of liquid flow rate control and a vaporizer.
図2を参照すれば、BTBAS供給装置4においては、BTBAS液体原料42を備えた恒温槽41内を100℃程度に加熱し、BTBASの蒸気圧を高くすることによりBTBASを気化し、その後気化したBTBASは、マスフローコントローラ43により流量制御されて、BTBAS供給口44より図1に示す縦型LPCVD(減圧CVD)成膜装置のノズル21の供給口22に供給される。
なお、このBTBAS供給装置4においては、BTBAS液体原料42からBTBAS供給口44に至るまでの配管は、配管加熱部材45によって覆われている。
Referring to FIG. 2, in the BTBAS supply device 4, the inside of the
In the BTBAS supply device 4, the pipe from the BTBAS liquid
図3を参照すれば、BTBAS供給装置5においては、BTBAS液体原料52を備えたBTBASタンク51内に、押し出しガス導入口53から導入された押し出しガスHe、N2を配管54を介して導入することにより、BTBAS液体原料32を配管55に押し出し、その後BTBAS液体原料は、液体流量制御装置56により流量制御されて気化器57に送られ、気化器57で気化されてBTBAS供給口58より図1に示す縦型LPCVD(減圧CVD)成膜装置のノズル21の供給口22に供給される。なお、このBTBAS供給装置5においては、気化器57からBTBAS供給口58に至るまでの配管は、配管加熱部材59によって覆われている。
Referring to FIG. 3, in the
次に、本実施の形態で好適に使用できる縦型LPCVD成膜装置を図1を参照して説明する。 Next, a vertical LPCVD film forming apparatus that can be suitably used in this embodiment will be described with reference to FIG.
縦型LPCVD成膜装置1においては、石英反応管11の外部にヒータ13を備えており、石英反応管11内を均一に加熱できる構造となっている。石英反応管11内には石英インナーチューブ12が設けられている。石英インナーチューブ12内には、複数の半導体ウェーハを垂直方向に積層して搭載する石英ボート14が設けられている。この石英ボート14は、キャップ15上に搭載されており、キャップ15を上下させることにより、石英インナーチューブ12内に挿入され、また石英インナーチューブ12から取り出される。石英反応管11および石英インナーチューブ12の下部は開放された構造となっているが、キャップ15を上昇させることにより、キャップ15の底板24により閉じられ気密な構造となる。石英インナーチューブ12の下部には、石英ノズル18、21が連通して設けられている。石英インナーチューブ12の上部は開放されている。石英インナーチューブ12と石英反応管11との間の空間の下部には、排気口17が連通して設けられている。排気口17は真空ポンプ(図示せず)に連通しており、石英反応管11内を減圧できる。石英ノズル18、21から供給された原料ガスは、各々の噴出口20、23から石英インナーチューブ12内に噴出され、その後、石英インナーチューブ12内を下部から上部まで移動し、石英インナーチューブ12と石英反応管11との間の空間を通って下方に流れ、排気口17から排気される。
The vertical LPCVD
次に、この縦型LPCVD成膜装置1を使用して窒化シリコン膜を製造する方法について説明する。
Next, a method for manufacturing a silicon nitride film using the vertical LPCVD
まず、多数枚の半導体ウェーハ16を保持した石英ボート14を600℃以下の温度に保たれた石英インナーチューブ12内に挿入する。
First, the
次に、真空ポンプ(図示せず)を用いて排気口17より真空排気する。ウェーハの面内温度安定効果を得るため、1時間程度排気することが好ましい。
Next, vacuum exhaust is performed from the
次に、石英ノズル18の注入口19よりNH3ガスを注入し、石英反応管11内を、BTBASを流す前にNH3とでパージする。
Next, NH 3 gas is injected from the
次に、石英ノズル18の注入口19よりNH3ガスを注入し続けると共に、石英ノズル21の注入口22よりBTBASを注入して、半導体ウェーハ16上にSi3N4膜を成膜する。
Next, NH 3 gas is continuously injected from the
次に、石英ノズル18の注入口19よりNH3ガスを注入したまま、BTBASの供給を停止して、石英反応管11内をNH3でパージする。
Next, with the NH 3 gas being injected from the
BTBASのみ流すとSi3N4膜とは異なる膜ができるため、デポジション前後にNH3によるパージを行うことが好ましい。 When only BTBAS is flowed, a film different from the Si 3 N 4 film is formed. Therefore, it is preferable to purge with NH 3 before and after deposition.
次に、石英ノズル18よりN2を石英反応管11内に流入させてN2パージを行い、石英反応管11内のNH3を除去する。
Next, N 2 is caused to flow into the
その後、N2の供給を止めて石英反応管11内を真空にする。N2パージとその後の石英反応管11内の真空排気は数回セットで実施する。
Thereafter, the supply of N 2 is stopped and the
その後、石英反応管11内を真空状態から大気圧状態へ戻し、その後、石英ボート14を下げて、石英反応管11より引き出し、その後、石英ボート14および半導体ウェーハ16を室温まで下げる。
Thereafter, the inside of the
上記窒化シリコン膜の製造方法を繰り返して、石英反応管11内のSi3N4膜厚が3000Åに達した時点で、NF3ガスを石英ノズル18から、石英反応管11内へ導入することによりSi3N4膜のその場クリーニング(in situ cleaning)を行う。
By repeating the silicon nitride film manufacturing method described above, when the Si 3 N 4 film thickness in the
次に、このクリーニング方法について説明する。 Next, this cleaning method will be described.
まず、半導体ウェーハ16を保持しない石英ボート14を600℃の温度に保たれた石英インナーチューブ12内に挿入する。
First, the
次に、真空ポンプ(図示せず)を用いて排気口17より真空排気する。
Next, vacuum exhaust is performed from the
次に、石英ノズル18の注入口19よりNF3ガスを500sccmの流量で注入し、真空ポンプ(図示せず)を用いて排気口17より真空排気しながら、石英反応管11内を10Torr以上に保った状態で、石英反応管11内のクリーニングを行う。
Next, NF 3 gas is injected from the
次に、NF3ガスの供給を止めて、真空ポンプ(図示せず)を用いて排気口17より真空排気して、残留NF3ガスを排気する。
Next, the supply of NF 3 gas is stopped, and vacuum exhaust is performed from the
次に、石英ノズル18よりN2を石英反応管11内に流入させてN2パージを行い、石英反応管11内のNF3を除去する。
Next, N 2 is caused to flow into the
その後、真空ポンプ(図示せず)を用いて排気口17より真空排気する。真空排気とN2パージは数サイクル実施する。
Thereafter, vacuum exhaust is performed from the
その後、石英反応管11内を真空状態から大気圧状態へ戻し、その後、石英ボート14を下げて、石英反応管11より引き出す。
Thereafter, the inside of the
なお、NF3クリーン時はSi3N4膜がエッチングされると同時に石英もエッチングされてしまう。従ってSi3N4膜を多くエッチングし、石英(SiO2)をできるだけエッチングさせない条件が大切である。 When NF 3 is clean, quartz is etched at the same time as the Si 3 N 4 film is etched. Therefore, it is important that the Si 3 N 4 film is etched much and the quartz (SiO 2 ) is not etched as much as possible.
図6に圧力とエッチングの選択性の関係を示す。この図において、横軸は石英反応管11内の圧力を示し、縦軸はSi3N4膜のエッチングレート(ER(SiN))と石英のエッチングレート(ER(SiO2))の比を示している。図6を参照すれば、高圧にすればするほど選択性が良くなり、石英(SiO2)がエッチングされにくくなることがわかる。こういった理由で圧力を10Torr以上とすることが好ましい。また、さらに高圧にすることにより、選択性はさらに良くなり、加えてエッチングレートも上昇するため、エッチング時間を短縮することができる。例えば、圧力を10Torrとした場合、エッチングに30分程度の時間を要していたのに対し、圧力を70Torrとした場合、15分程度で同等のエッチングを行うことができる。
FIG. 6 shows the relationship between pressure and etching selectivity. In this figure, the horizontal axis indicates the pressure in the
NF3クリーニングを、Si3N4膜を3000Å成膜する毎に実施することにより、連続100RunのパーティクルフリーのSi3N4膜をメンテナンスフリーで形成することができる。図7にデータを示す。図7において、横軸は成膜回数を示し、3回に1回は空欄となっている。空欄部はNF3クリーンを示し、縦軸は粒経0.18μm以上のウェーハ上の異物の個数を示す。また、NF3ガスを用いたクリーニングは、石英反応管11内にNF3ガスを500ccmの流量で注入し真空ポンプにより真空排気しながら、石英反応管11内を10Torr(1300Pa)に保ち、温度を600℃程度として、30分間行った。なお、図7で、topとは、125枚のウェーハを処理した場合の下から115枚目をいい、cntとは、下から66枚目をいい、botとは下から16枚目をいう。
The NF 3 cleaning, by implementing the Si 3 N 4 film every time 3000Å deposition, it is possible to form a Si 3 N 4 film of particles free continuous 100Run without maintenance. FIG. 7 shows the data. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the number of film formations, and is blank for every third time. A blank part indicates NF 3 clean, and a vertical axis indicates the number of foreign matters on a wafer having a grain size of 0.18 μm or more. The cleaning using NF 3 gas while evacuating by a vacuum pump injecting NF 3 gas at a flow rate of 500ccm
また、NF3クリーン1回に要する時間は2.5時間(NF3ガスを流すのは30分、残りの時間はボートアップ、真空引き等を行う時間)であり、従来のメンテナンスに要する16時間と比較しても利点がある。 In addition, the time required for one NF 3 clean is 2.5 hours (30 minutes for NF 3 gas to flow, and the remaining time for boat up, evacuation, etc.), and 16 hours required for conventional maintenance. There are also advantages compared to.
BTBASとNH3とによりSi3N4膜を製造する場合に、メンテナンス頻度をなるべく小さくできると共にパーティクルの発生も抑制または防止できる。 When the Si 3 N 4 film is manufactured using BTBAS and NH 3 , the maintenance frequency can be reduced as much as possible, and the generation of particles can be suppressed or prevented.
1…縦型成膜装置
4、5…BTBAS供給装置
11…石英反応管
12…石英インナーチューブ
13…ヒータ
14…石英ボート
15…キャップ
16…半導体ウェーハ
17…排気口
18、21…石英ノズル
41…恒温槽
51…BTBAS原料タンク
42 、52…BTBAS液体原料
53…キャリアガス導入口
35、54、55…配管
43…マスフローコントローラ
44、58…BTBAS供給口
56…液体流量制御装置
57…気化器
45、59…配管加熱部材
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記反応容器内にクリーニングガスとしてNF 3 ガスを流して、前記反応容器内に形成された窒化シリコンを除去する工程とを備え、
前記窒化シリコンを除去する工程は、前記反応容器内に形成される窒化シリコンが、膜ストレスにより剥がれてしまうか、または、膜収縮により前記石英にマイクロクラックが発生する膜厚となる前に、前記反応容器内の圧力を10Torr以上、温度を600℃に保った状態で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。 The temperature of the reaction vessel made of quartz while maintaining the 600 ° C. or less, inserting the Bicester-tert-butyl amino silane and NH 3 flowing into the reaction vessel as a source gas, a silicon nitride film into the reaction vessel Forming on the film-formed body,
By flowing NF 3 gas as a cleaning gas into the reaction vessel, and a step of removing the silicon nitride which is formed in the reaction vessel,
In the step of removing the silicon nitride, the silicon nitride formed in the reaction vessel is peeled off due to film stress, or before the film thickness becomes such that microcracks are generated in the quartz due to film shrinkage. A process for producing a semiconductor device, wherein the process is carried out with the pressure in the reaction vessel maintained at 10 Torr or higher and the temperature at 600 ° C.
前記反応容器内にクリーニングガスとしてNFNF as a cleaning gas in the reaction vessel 33 ガスを流して、前記反応容器内に形成された窒化シリコンを除去する工程とを備え、Flowing a gas to remove silicon nitride formed in the reaction vessel,
前記窒化シリコンを除去する工程は、前記反応容器内に形成される窒化シリコンが、膜ストレスにより剥がれてしまうか、または、膜収縮により前記石英にマイクロクラックが発生する膜厚となる前に、前記反応容器内の圧力を10〜70Torr、温度を600℃に保った状態で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。In the step of removing the silicon nitride, the silicon nitride formed in the reaction vessel is peeled off due to film stress, or before the film thickness becomes such that microcracks are generated in the quartz due to film shrinkage. A method for producing a semiconductor device, which is performed in a state where a pressure in a reaction vessel is maintained at 10 to 70 Torr and a temperature is maintained at 600 ° C.
前記反応容器内の温度を600℃以下に保った状態で、前記反応容器内にビスターシャルブチル アミノシランとNH3とを原料ガスとして流して、前記反応容器内で前記ボートにより保持された前記被成膜体上に窒化シリコン膜を形成する工程と、
窒化シリコン膜形成後の被成膜体を保持した前記ボートを前記反応容器内から引き出す工程と、
前記反応容器内に前記被成膜体を保持しない前記ボートを挿入する工程と、
前記被成膜体を保持しない前記ボートが挿入された前記反応容器内にクリーニングガスとしてNF 3 ガスを流して、前記反応容器内および前記ボートに形成された窒化シリコンを除去する工程と、
前記被成膜体を保持しない前記ボートを前記反応容器内から引き出す工程と、を備え、
前記窒化シリコンを除去する工程は、前記反応容器内に形成される窒化シリコンが、膜ストレスにより剥がれてしまうか、または、膜収縮により前記石英にマイクロクラックが発生する膜厚となる前に、前記反応容器内の圧力を10Torr以上、温度を600℃に保った状態で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Inserting a boat holding the film formation body into a reaction vessel made of quartz ;
In the state where the temperature in the reaction vessel is kept at 600 ° C. or less, the butylaminosilane and NH 3 are flowed as raw material gases into the reaction vessel, and the deposition material held by the boat in the reaction vessel. Forming a silicon nitride film on the film body;
A step of pulling out the boat holding the film formation target after the formation of the silicon nitride film from the reaction vessel;
Inserting the boat that does not hold the deposition target in the reaction vessel;
Flowing NF 3 gas as a cleaning gas into the reaction vessel in which the boat not holding the film formation body is inserted to remove silicon nitride formed in the reaction vessel and the boat;
Withdrawing the boat that does not hold the film formation body from the reaction vessel, and
In the step of removing the silicon nitride, the silicon nitride formed in the reaction vessel is peeled off due to film stress, or before the film thickness becomes such that microcracks are generated in the quartz due to film shrinkage. A process for producing a semiconductor device, wherein the process is carried out with the pressure in the reaction vessel maintained at 10 Torr or higher and the temperature at 600 ° C.
前記反応容器内の温度を600℃に保った状態で、前記反応容器内にビスターシャルブチル アミノシランとNH3とを原料ガスとして流して、前記反応容器内で前記ボートにより保持された前記被成膜体上に窒化シリコン膜を形成する工程と、
窒化シリコン膜形成後の被成膜体を保持した前記ボートを前記反応容器内から引き出す工程と、
前記反応容器内に前記被成膜体を保持しない前記ボートを挿入する工程と、
前記被成膜体を保持しない前記ボートが挿入された前記反応容器内にクリーニングガスとしてNF 3 ガスを流して、前記反応容器内および前記ボートに形成された窒化シリコンを除去する工程と、
前記被成膜体を保持しない前記ボートを前記反応容器内から引き出す工程と、を備え、
前記窒化シリコンを除去する工程は、前記反応容器内に形成される窒化シリコンが、膜ストレスにより剥がれてしまうか、または、膜収縮により前記石英にマイクロクラックが発生する膜厚となる前に、前記反応容器内の圧力を10〜70Torr、温度を600℃に保った状態で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Inserting a boat holding the film formation body into a reaction vessel made of quartz;
While keeping the temperature of the reaction vessel 600 ° C., said to the reaction vessel and Bicester-tert-butyl amino silane and NH 3 to flow in the raw material gas, the object held by the boat in the reaction vessel Forming a silicon nitride film on the film-forming body;
A step of pulling out the boat holding the film formation target after the formation of the silicon nitride film from the reaction vessel;
Inserting the boat that does not hold the deposition target in the reaction vessel;
Flowing NF 3 gas as a cleaning gas into the reaction vessel in which the boat not holding the film formation body is inserted to remove silicon nitride formed in the reaction vessel and the boat ;
Withdrawing the boat that does not hold the film formation body from the reaction vessel, and
Removing the silicon nitride, silicon nitride is formed in the reaction vessel, or peeled off by the film stress, or, prior to a thickness of microcracks generated in the quartz by film contraction, the A method for producing a semiconductor device, which is performed in a state where a pressure in a reaction vessel is maintained at 10 to 70 Torr and a temperature is maintained at 600 ° C.
前記反応容器内の温度を600℃以下に保った状態で、前記反応容器内にビスターシャルブチル アミノシランとNHIn a state where the temperature in the reaction vessel is kept at 600 ° C. or less, the reaction vessel is filled with Vista-butylaminosilane and NH. 33 とを原料ガスとして流して、前記反応容器内で前記ボートにより保持された前記被成膜体上に窒化シリコン膜を形成する工程と、And forming a silicon nitride film on the film formation body held by the boat in the reaction vessel,
窒化シリコン膜形成後の被成膜体を保持した前記ボートを前記反応容器内から引き出す工程と、A step of pulling out the boat holding the film formation target after the formation of the silicon nitride film from the reaction vessel;
前記反応容器内に前記被成膜体を保持しない前記ボートを挿入する工程と、Inserting the boat that does not hold the deposition target in the reaction vessel;
前記被成膜体を保持しない前記ボートが挿入された前記反応容器内にクリーニングガスとしてNFNF as a cleaning gas in the reaction vessel in which the boat not holding the film formation body is inserted 33 ガスを流して、前記反応容器内および前記ボートに形成された窒化シリコンを除去する工程と、Flowing gas to remove silicon nitride formed in the reaction vessel and the boat;
前記被成膜体を保持しない前記ボートを前記反応容器内から引き出す工程と、を備え、Withdrawing the boat that does not hold the film formation body from the reaction vessel, and
前記窒化シリコンを除去する工程は、前記反応容器内または前記ボートに形成される窒化シリコンが、膜ストレスにより剥がれてしまうか、または、膜収縮により前記石英にマイクロクラックが発生する膜厚となる前に、前記反応容器内の圧力を10Torr以上、温度を600℃に保った状態で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。The step of removing the silicon nitride is performed before the silicon nitride formed in the reaction vessel or the boat is peeled off due to film stress or becomes a film thickness that causes microcracking in the quartz due to film shrinkage. In addition, the method is performed in a state where the pressure in the reaction vessel is maintained at 10 Torr or higher and the temperature is maintained at 600 ° C.
前記反応容器内の温度を600℃に保った状態で、前記反応容器内にビスターシャルブチル アミノシランとNH3とを原料ガスとして流して、前記反応容器内で前記ボートにより保持された前記被成膜体上に窒化シリコン膜を形成する工程と、
窒化シリコン膜形成後の被成膜体を保持した前記ボートを前記反応容器内から引き出す工程と、
前記反応容器内に前記被成膜体を保持しない前記ボートを挿入する工程と、
前記被成膜体を保持しない前記ボートが挿入された前記反応容器内にクリーニングガスとしてNF 3 ガスを流して、前記反応容器内および前記ボートに形成された窒化シリコンを除去する工程と、
前記被成膜体を保持しない前記ボートを前記反応容器内から引き出す工程と、を備え、
前記窒化シリコンを除去する工程は、前記反応容器内または前記ボートに形成される窒化シリコンが、膜ストレスにより剥がれてしまうか、または、膜収縮により前記石英にマイクロクラックが発生する膜厚となる前に、前記反応容器内の圧力を10〜70Torr、温度を600℃に保った状態で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Inserting a boat made of quartz holding a film formation body into a reaction vessel made of quartz;
In the state where the temperature in the reaction vessel is kept at 600 ° C., the film deposition film held by the boat in the reaction vessel by flowing the binary butyl aminosilane and NH 3 as source gases in the reaction vessel. Forming a silicon nitride film on the body;
A step of pulling out the boat holding the film formation target after the formation of the silicon nitride film from the reaction vessel;
Inserting the boat that does not hold the deposition target in the reaction vessel;
Flowing NF 3 gas as a cleaning gas into the reaction vessel in which the boat not holding the film formation body is inserted to remove silicon nitride formed in the reaction vessel and the boat;
Withdrawing the boat that does not hold the film formation body from the reaction vessel, and
The step of removing the silicon nitride is performed before the silicon nitride formed in the reaction vessel or the boat is peeled off due to film stress or becomes a film thickness that causes microcracking in the quartz due to film shrinkage. In addition, the method is performed in a state where the pressure in the reaction vessel is kept at 10 to 70 Torr and the temperature is kept at 600 ° C.
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