JP5356569B2 - Semiconductor device manufacturing method, substrate processing method, and substrate processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法、及び基板処理装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a step of processing a substrate, and a substrate processing apparatus.
DRAM等の半導体装置の製造工程の一工程として、基板に対してジクロロシラン(SiH2Cl2、略称DCS)とアンモニア(NH3)とを供給して基板上にシリコンリッチな、すなわち、化学量論的に窒素に対してシリコンが過剰な窒化シリコン膜を形成する基板処理工程が実施される場合がある(例えば特許文献1参照)。
上述の窒化シリコン膜の形成においては、成膜温度を750〜900℃と比較的高温としており、低温でシリコン(Si)と窒素(N)との組成比(Si/N比)を制御した膜を形成する方法は得られていなかった。 In the formation of the above silicon nitride film, the film forming temperature is set to a relatively high temperature of 750 to 900 ° C., and the composition ratio (Si / N ratio) of silicon (Si) and nitrogen (N) is controlled at a low temperature. The method of forming was not obtained.
本発明は、基板上に窒化シリコン膜を形成する際に、低温でSi/N比を制御した膜、すなわち化学量論的に窒素に対しシリコンが過剰な窒化シリコン膜を形成することが可能な半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することを目的とする。 According to the present invention, when a silicon nitride film is formed on a substrate, a film in which the Si / N ratio is controlled at a low temperature, that is, a silicon nitride film in which silicon is stoichiometrically excessive with respect to nitrogen can be formed. An object is to provide a method for manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus.
本発明の一態様によれば、ジクロロシランとアンモニアとを用いて処理室内で基板上に窒化シリコン膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記窒化シリコン膜を形成する工程では、CVD反応が生じる条件下で基板に対してジクロロシランを供給して、基板上に数原子層以下のシリコン膜を形成する工程と、ノンプラズマの雰囲気下で基板に対してアンモニアを供給して、前記シリコン膜のアンモニアによる窒化反応が飽和しない条件下で前記シリコン膜を熱窒化する工程と、を交互に繰り返すことで、化学量論的に窒素に対しシリコンが過剰な窒化シリコン膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a silicon nitride film on a substrate in a processing chamber using dichlorosilane and ammonia, wherein the silicon nitride film is formed in the step of forming the silicon nitride film. Supplying dichlorosilane to the substrate under conditions where a CVD reaction occurs, forming a silicon film of several atomic layers or less on the substrate, and supplying ammonia to the substrate in a non-plasma atmosphere. Alternately repeating the step of thermally nitriding the silicon film under the condition that the nitridation reaction of the silicon film by ammonia is not saturated, thereby forming a silicon nitride film in which silicon is stoichiometrically excessive with respect to nitrogen. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
本発明の他の態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内にジクロロシランを供給する第1ガス供給系と、前記処理室内にアンモニアを供給する第2ガス供給系と、前記処理室内の基板を加熱するヒータと、CVD反応が生じる条件下で前記処理室内にジクロロシランを供給して、基板上に数原子層以下のシリコン膜を形成し、ノンプラズマの雰囲気下で前記処理室内にアンモニアを供給して前記シリコン膜のアンモニアによる窒化反応が飽和しない条件下で前記シリコン膜を窒化し、これを交互に繰り返すことで、基板上に化学量論的に窒素に対しシリコンが過剰な窒化シリコン膜を形成するように前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系、及び前記ヒータを制御するコントローラと、を有する基板処理装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a processing chamber for processing a substrate, a first gas supply system for supplying dichlorosilane into the processing chamber, a second gas supply system for supplying ammonia into the processing chamber, A heater that heats the substrate in the processing chamber, and dichlorosilane is supplied into the processing chamber under conditions that cause a CVD reaction to form a silicon film of several atomic layers or less on the substrate, and the processing is performed in a non-plasma atmosphere. By supplying ammonia into the chamber and nitriding the silicon film under the condition that the nitridation reaction by ammonia is not saturated, the silicon film is stoichiometrically excessive with respect to nitrogen by repeating this alternately. There is provided a substrate processing apparatus having a first gas supply system, a second gas supply system, and a controller for controlling the heater so as to form a silicon nitride film.
本発明にかかる半導体装置の製造方法及び基板処理装置によれば、基板上に窒化シリコン膜を形成する際に、低温でSi/N比を制御した膜、すなわち化学量論的に窒素に対しシリコンが過剰な窒化シリコン膜を形成することが可能となる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device and the substrate processing apparatus according to the present invention, when a silicon nitride film is formed on a substrate, a film having a controlled Si / N ratio at a low temperature, that is, stoichiometrically silicon with respect to nitrogen. However, it becomes possible to form an excessive silicon nitride film.
発明者等は、成膜原料としてジクロロシランを用いる場合において、化学量論的に窒素に対しシリコンが過剰な窒化シリコン(SiN)膜(以下、シリコンリッチな窒化シリコン膜ともいう)を形成する方法について鋭意研究を行った。その結果、CVD反応が生じる条件下で処理室内にジクロロシランを供給して、基板上に数原子層以下のシリコン膜を形成し、ノンプラズマの雰囲気下で処理室内にアンモニアを供給してシリコン膜のアンモニアによる窒化反応が飽和しない条件下でシリコン膜を窒化し、これを交互に繰り返すことで、化学量論的に窒素に対しシリコンが過剰な窒化シリコン(SiN)膜を形成することが可能であるとの知見を得た。 The inventors have formed a silicon nitride (SiN) film (hereinafter also referred to as a silicon-rich silicon nitride film) in which silicon is stoichiometrically excessive with respect to nitrogen when dichlorosilane is used as a film forming material. We conducted intensive research on. As a result, dichlorosilane is supplied into the processing chamber under conditions where a CVD reaction occurs to form a silicon film of several atomic layers or less on the substrate, and ammonia is supplied into the processing chamber in a non-plasma atmosphere to form a silicon film. It is possible to form a silicon nitride (SiN) film in which silicon is stoichiometrically excessive with respect to nitrogen by nitriding the silicon film under conditions where the nitriding reaction by ammonia does not saturate and repeating this alternately. The knowledge that there is.
本発明は、発明者等が得たかかる知見に基づいてなされたものである。以下に、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。 The present invention has been made based on such knowledge obtained by the inventors. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1)基板処理装置の構成
図1は、本発明の一実施形態にて好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉202部分を縦断面図で示している。また、図2は、図1に示す処理炉のA−A’断面図である。なお、本発明は、本実施形態にかかる基板処理装置に限らず、枚葉式、Hot Wall型、Cold Wall型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a substrate processing apparatus suitably used in an embodiment of the present invention, and shows a
図1に示されているように、処理炉202は加熱手段(加熱機構)としてのヒータ207を有する。ヒータ207は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース(図示せず)に支持されることにより垂直に据え付けられている。
As shown in FIG. 1, the
ヒータ207の内側には、ヒータ207と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ203が配設されている。プロセスチューブ203は、例えば石英(SiO2)または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。プロセスチューブ203の筒中空部には処理室201が形成されており、基板としてのウエハ200を後述するボート217によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
Inside the
プロセスチューブ203の下方には、プロセスチューブ203と同心円状にマニホールド209が配設されている。マニホールド209は、例えばステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド209は、プロセスチューブ203に係合しており、プロセスチューブ203を支持するように設けられている。なお、マニホールド209とプロセスチューブ203との間にはシール部材としてのOリング220aが設けられている。マニホールド209がヒータベースに支持されることにより、プロセスチューブ203は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ203とマニホールド209とにより反応容器が形成される。
A
マニホールド209には、第1ガス導入部としての第1ノズル233aと、第2ガス導入部としての第2ノズル233bとが、マニホールド209の側壁を貫通するように設けられており、第1ノズル233a、第2ノズル233bには、それぞれ第1ガス供給管232a、第2ガス供給管232bが接続されている。このように、処理室201内へは複
数種類、ここでは2種類の処理ガスを供給するガス供給路として、2本のガス供給管が設けられている。
The
第1ガス供給管232aには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)である第1マスフローコントローラ241a、及び開閉弁である第1バルブ243aが設けられている。また、第1ガス供給管232aの第1バルブ243aよりも下流側には、不活性ガスを供給する第1不活性ガス供給管234aが接続されている。この第1不活性ガス供給管234aには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)である第3マスフローコントローラ241c、及び開閉弁である第3バルブ243cが設けられている。また、第1ガス供給管232aの先端部には、上述の第1ノズル233aが接続されている。第1ノズル233aは、処理室201を構成しているプロセスチューブ203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ203の内壁の下部より上部に沿って、また、ウエハ200の積載方向に沿って設けられている。第1ノズル233aの側面にはガスを供給する供給孔である第1ガス供給孔248aが設けられている。この第1ガス供給孔248aは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、第1ガス供給管232a、第1マスフローコントローラ241a、第1バルブ243a、第1ノズル233aにより第1ガス供給系が構成され、主に、第1不活性ガス供給管234a、第3マスフローコントローラ241c、第3バルブ243cにより、第1不活性ガス供給系が構成される。
The first
第2ガス供給管232bには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)である第2マスフローコントローラ241b、及び開閉弁である第2バルブ243bが設けられている。また、第2ガス供給管232bの第2バルブ243bよりも下流側には、不活性ガスを供給する第2不活性ガス供給管234bが接続されている。この第2不活性ガス供給管234bには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)である第4マスフローコントローラ241d、及び開閉弁である第4バルブ243dが設けられている。また、第2ガス供給管232bの先端部には、上述の第2ノズル233bが接続されている。第2ノズル233bは、処理室201を構成しているプロセスチューブ203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ203の内壁の下部より上部に沿って、また、ウエハ200の積載方向に沿って設けられている。第2ノズル233bの側面にはガスを供給する供給孔である第2ガス供給孔248bが設けられている。この第2ガス供給孔248bは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、第2ガス供給管232b、第2マスフローコントローラ241b、第2バルブ243b、第2ノズル233bにより第2ガス供給系が構成され、主に、第2不活性ガス供給管234b、第4マスフローコントローラ241d、第4バルブ243dにより第2不活性ガス供給系が構成される。
The second
例えば、第1ガス供給管232aからは、ジクロロシラン(SiH2Cl2、略称DCS)ガスが、第1マスフローコントローラ241a、第1バルブ243a、第1ノズル233aを介して処理室201内に供給される。このとき同時に、第1不活性ガス供給管234aからは、不活性ガスが、第3マスフローコントローラ241c、第3バルブ243cを介して第1ガス供給管232a内に供給されるようにしてもよい。また、第2ガス供給管232bからは、アンモニア(NH3)ガスが、第2マスフローコントローラ241b、第2バルブ243b、第2ノズル233bを介して処理室201内に供給される。このとき同時に、第2不活性ガス供給管234bからは、不活性ガスが、第4マスフローコントローラ241d、第4バルブ243dを介して第2ガス供給管232b内に供給されるようにしてもよい。
For example, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 , abbreviated as DCS) gas is supplied from the first
マニホールド209には、処理室201内の雰囲気を排気するガス排気管231が設けられている。ガス排気管231のマニホールド209との接続側と反対側である下流側に
は、圧力検出器としての圧力センサ245及び圧力調整器としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ242を介して、真空排気装置としての真空ポンプ246が接続されている。なお、APCバルブ242は、弁を開閉して処理室201内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能なように構成されている開閉弁である。真空ポンプ246を作動させつつ、圧力センサ245により検出された圧力に基づいてAPCバルブ242の弁の開度を調節することにより、処理室201内の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気し得るように構成されている。
The manifold 209 is provided with a
マニホールド209の下方には、マニホールド209の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219は、マニホールド209の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ219は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、マニホールド209の下端と当接するシール部材としてOリング220bが設けられる。シールキャップ219の処理室201と反対側には、後述する基板保持具としてのボート217を回転させる回転機構267が設置されている。回転機構267の回転軸255は、シールキャップ219を貫通してボート217に接続されている。回転機構267は、ボート217を回転させることでウエハ200を回転させるように構成されている。シールキャップ219は、プロセスチューブ203の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ115によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ115は、シールキャップ219を昇降させることで、ボート217を処理室201内に対して搬入・搬出することが可能なように構成されている。
Below the manifold 209, a
基板保持具としてのボート217は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ200を水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート217の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる断熱部材218が設けられており、ヒータ207からの熱がシールキャップ219側に伝わりにくくなるように構成されている。なお、断熱部材218は、石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる複数枚の断熱板と、これら断熱板を水平姿勢で多段に支持する断熱板ホルダとにより構成してもよい。プロセスチューブ203内には、温度検出器としての温度センサ263が設置されており、温度センサ263により検出された温度情報に基づきヒータ207への通電具合を調整することにより、処理室201内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ263は、第1ノズル233a及び第2ノズル233bと同様に、プロセスチューブ203の内壁に沿って設けられている。
A
制御部(制御手段)であるコントローラ280は、第1〜第4のマスフローコントローラ241a、241b、241c、241d、第1〜第4のバルブ243a、243b、243c、243d、圧力センサ245、APCバルブ242、ヒータ207、温度センサ263、真空ポンプ246、回転機構267、ボートエレベータ115等に接続されている。コントローラ280により、第1〜第4のマスフローコントローラ241a、241b、241c、241dの流量調整、第1〜第4のバルブ243a、243b、243c、243dの開閉動作、APCバルブ242の開閉及び圧力センサ245に基づく圧力調整動作、温度センサ263に基づくヒータ207の温度調整、真空ポンプ246の起動・停止、回転機構267の回転速度調節、ボートエレベータ115の昇降動作等の制御が行われる。
The
(2)窒化シリコン膜の成膜方法
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて、半導体装置(デバイス)の製造工程の一
工程として、ジクロロシラン(DCS)とアンモニア(NH3)とを用い、化学量論的に窒素(N)に対しシリコン(Si)が過剰な窒化シリコン(SiN)膜、すなわちシリコンリッチな窒化シリコン膜を成膜する方法の例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ280により制御される。
(2) Silicon Nitride Film Formation Method Next, using a processing furnace of the above-described substrate processing apparatus, dichlorosilane (DCS) and ammonia (NH 3 ) are used as one step of a semiconductor device (device) manufacturing process. An example of a method of forming a silicon nitride (SiN) film in which silicon (Si) is stoichiometrically excessive with respect to nitrogen (N), that is, a silicon-rich silicon nitride film will be described. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the
本実施形態では、ALD(Atomic Layer Deposition)法による成膜に類似する方法であって、ALD法とは異なる方法により成膜を行う。ALD法とは、ある成膜条件(温度、時間等)の下で、成膜に用いる少なくとも2種類の原料となる反応性ガスを1種類ずつ交互に基板上に供給し、1原子単位で基板上に吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う方法である。このとき、膜厚の制御は、反応性ガスを供給するサイクル数で行う(例えば、成膜速度が1Å/サイクルとすると、20Åの膜を形成する場合、20サイクル行う)。 In the present embodiment, film formation is performed by a method similar to film formation by the ALD (Atomic Layer Deposition) method, which is different from the ALD method. The ALD method is a method in which at least two kinds of reactive gases used for film formation are alternately supplied onto a substrate under a certain film formation condition (temperature, time, etc.) on a substrate in units of one atom. In this method, the film is adsorbed on the surface and a film is formed using a surface reaction. At this time, the film thickness is controlled by the number of cycles for supplying the reactive gas (for example, if the film forming speed is 1 kg / cycle, 20 cycles are performed when a 20 mm film is formed).
すなわち、本実施形態にかかる成膜方法では、CVD(Chemical Vapor
Deposition)反応が生じる条件下で、ウエハ200に対してジクロロシランを供給する工程と、ノンプラズマの雰囲気下で、かつ所定の条件下でウエハ200に対してアンモニアを供給する工程と、を交互に繰り返すことにより、シリコンリッチな窒化シリコン膜(SiN)を形成する。本実施形態では、ウエハ200に対してジクロロシランを供給する工程(ステップ1)と、ウエハ200上からジクロロシランを除去する工程(ステップ2)と、ウエハ200に対してアンモニアを供給する工程(ステップ3)と、ウエハ200上からアンモニアを除去する工程(ステップ4)と、を1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことにより、シリコンリッチな窒化シリコン膜(SiN)を形成する。そして、ウエハ200に対してジクロロシランを供給する工程(ステップ1)では、ウエハ200上に数原子層以下(数分の1原子層から数原子層)のシリコン膜を形成する。このとき、Siの供給量は過剰となる。また、ウエハ200に対してアンモニアを供給する工程(ステップ3)では、ウエハ200上に形成した数原子層以下のシリコン膜を熱で窒化する。このときシリコン膜の窒化はシリコン膜のアンモニアによる窒化反応が飽和しない条件下で行われる。すなわち、シリコン膜は、完全には窒化させず、Siの結合手の一部がNの結合手と結合しない状態となるようにする。これにより、Siの窒化量は抑制され、Siが過剰な状態となる。そしてこのとき、好ましくはシリコン膜の窒化反応が飽和しない条件となるよう、アンモニアの供給流量、アンモニアの供給時間、および処理室201内の圧力のうち少なくともいずれかをシリコン膜の窒化反応が飽和する条件と異ならせるようにする。すなわち、シリコン膜の窒化反応が飽和する条件よりもアンモニアの供給流量を少なくするか、アンモニアの供給時間を短くするか、処理室201内の圧力を低くするようにする。例えば、化学量論的な組成を持つ窒化シリコン(Si3N4)膜を形成するのに必要な量よりも少量のアンモニアを供給するようにする。このように、ウエハ200上に数原子層以下のシリコン膜をCVD法により形成する工程でSiの供給量を制御し、そのシリコン膜をアンモニアで熱窒化する工程でSiの窒化量を制御し、これを交互に繰り返すことで、Si/N比の制御されたシリコンリッチな窒化シリコン(SiN)膜を形成する。
That is, in the film forming method according to the present embodiment, CVD (Chemical Vapor) is used.
A step of supplying dichlorosilane to the
以下に、本実施形態にかかる成膜方法を、図3を参照しつつ具体的に説明する。 Hereinafter, the film forming method according to the present embodiment will be specifically described with reference to FIG.
複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、図1に示されているように、複数枚のウエハ200を保持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内に搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219はOリング220bを介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。
When a plurality of
処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ246によって真空排
気される。この際、処理室201内の圧力は圧力センサ245で測定され、この測定された圧力に基づきAPCバルブ242がフィードバック制御される(圧力調整)。また、処理室201内が所望の温度となるようにヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電具合がフィードバック制御される(温度調整)。続いて、回転機構267によりボート217が回転されることでウエハ200が回転される。その後、後述する4つのステップを順次実行する。
The
(ステップ1)
第1ガス供給管232aの第1バルブ243a、第1不活性ガス供給管234aの第3バルブ243cを開き、第1ガス供給管232aにジクロロシラン、第1不活性ガス供給管234aに不活性ガス(N2)を流す。不活性ガスは、第1不活性ガス供給管234aから流れ、第3マスフローコントローラ241cにより流量調整される。ジクロロシランは、第1ガス供給管232aから流れ、第1マスフローコントローラ241aにより流量調整され、流量調整された不活性ガスと混合されて、第1ノズル233aの第1ガス供給孔248aから処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。この時、APCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を133〜1333Paの範囲であって、例えば133Paに維持する。第1マスフローコントローラ241aで制御するジクロロシランの供給量は0.1〜10slmの範囲であって、例えば0.5slmとする。ジクロロシランにウエハ200を晒す時間は例えば1〜180秒間の範囲内の時間とする。このとき、ヒータ207の温度は、ジクロロシランが熱分解してCVD反応が生じる条件、すなわちウエハ200の温度が550〜700℃の範囲であって、例えば630℃になるように設定する。上述の条件にてジクロロシランを処理室201内に供給することで、ウエハ200上に数原子層以下、すなわち数分の1原子層から数原子層のシリコン(Si)膜が形成される(CVD−Si膜の堆積)。例えば、半原子層(ハーフレイヤー)のシリコン膜を形成してもよいし、単原子層(モノレイヤー)のシリコン膜を形成してもよい。これにより、Siは過剰に供給されることになる。
(Step 1)
The
(ステップ2)
数原子層以下のシリコン膜を成膜した後、第1ガス供給管232aの第1バルブ243aを閉じ、ジクロロシランの供給を停止する。このとき、ガス排気管231のAPCバルブ242は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を10Pa以下となるまで排気し、残留したジクロロシランを処理室201内から排除する。このとき、N2等の不活性ガスを処理室201内へ供給すると、残留したジクロロシランを排除する効果が更に高まる(残留ガス除去)。
(Step 2)
After forming a silicon film of several atomic layers or less, the
(ステップ3)
第2ガス供給管232bの第2バルブ243b、第2不活性ガス供給管234bの第4バルブ243dを開き、第2ガス供給管232bにアンモニア、第2不活性ガス供給管234bに不活性ガス(N2)を流す。不活性ガスは、第2不活性ガス供給管234bから流れ、第4マスフローコントローラ241dにより流量調整される。アンモニアは第2ガス供給管232bから流れ、第2マスフローコントローラ241bにより流量調整され、流量調整された不活性ガスと混合されて、第2ノズル233bの第2ガス供給孔248bから処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。なお、上述のように、アンモニアはプラズマによって活性化することなく処理室201内に供給する。
(Step 3)
The
ステップ3では、処理室201内の条件が、シリコン膜のアンモニアによる窒化反応が飽和しない条件となるようにする。すなわちアンモニアの供給量は、シリコン膜の窒化により化学量論的な組成を持つ窒化シリコン(Si3N4)膜を形成するのに必要な量よりも少量とする。また、このとき、APCバルブ242を適正に調整して、処理室201内
の圧力を133〜1333Paの範囲であって、例えば865Paに維持する。第2マスフローコントローラ241bで制御するアンモニアの供給流量は、0.1〜10slmの範囲であって、例えば1slmとする。なお、アンモニアにウエハ200を晒す時間は、1〜180秒間の範囲内の時間とする。このとき、ウエハ200の温度が、ステップ1のジクロロシランの供給時と同じく550〜700℃の範囲であって、例えば630℃となるようにヒータ207の温度を設定する。このように、アンモニアをノンプラズマの雰囲気下で処理室201内に供給することで、ウエハ200上に形成された数原子層以下のシリコン膜を熱で窒化する(CVD−Si膜の熱窒化)。このときSiの窒化量は抑制され、Siが過剰な状態となり、シリコンリッチな窒化シリコン膜が形成される。
In
処理室201内に供給されたジクロロシランやアンモニアが全て窒化シリコン膜の形成に寄与すると仮定した場合、シリコン含有物であるジクロロシランの供給量と窒素含有物であるアンモニアの供給量とが3:4の割合になるように処理室201内にジクロロシランとアンモニアとを供給すれば、ウエハ200上には化学量論的な組成を持つ窒化シリコン(Si3N4)膜が形成されることになる。これに対し、本実施形態においては、シリコン膜の熱窒化により化学量論的な組成を持つ窒化シリコン(Si3N4)膜を形成するのに本来必要な量よりも少量のアンモニアを供給する。すなわち、シリコン膜の窒化反応が飽和しないように、アンモニアの供給量を制限する。これより、化学量論的な組成を持つ窒化シリコン膜(Si3N4)を形成するのに必要な窒素の量が不足して、ウエハ200上にシリコンリッチな窒化シリコン(SiN)膜が形成される。
Assuming that dichlorosilane and ammonia supplied into the
なお、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比は、実際には、アンモニアの供給量だけではなく、例えば、ステップ3における処理室201内の圧力に起因する反応性の相違、ウエハ200の温度等に起因する反応性の相違、アンモニア供給流量、アンモニア供給時間、すなわち反応時間の長さによっても変化する。また、ステップ1における処理室201内の圧力、ウエハ200の温度、ジクロロシランの供給流量、ジクロロシランの供給時間にも依存する。すなわち、ステップ1におけるSiの供給とステップ3におけるNの供給とのバランスを制御することが、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比(Si/N比)を制御する上で重要となる。本実施形態においては、処理室201内の圧力、ウエハ200の温度、ガス供給流量、ガス供給時間を上述の範囲内における適正な値とすることで、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比を制御するようにしている。なお、ステップ1におけるSiの供給量を基準に考えた(固定とした)場合、ステップ3における条件のうち、アンモニアの供給流量とアンモニアの供給時間と処理室201内の圧力が、Si/N比の制御に最も寄与することとなる。よって、ステップ3では、アンモニアの供給流量、アンモニアの供給時間、処理室201内の圧力のうち少なくともいずれかをシリコン膜の窒化反応が飽和する条件と異ならせるようにするのが好ましい。具体的には、ステップ3では、シリコン膜の窒化反応が飽和する条件よりも、アンモニアの供給流量を少なくするか、アンモニアの供給時間を短くするか、処理室201内の圧力を低くするのが好ましい。
Note that the composition ratio between silicon and nitrogen in the silicon nitride film is not only the amount of ammonia supplied, but also the difference in reactivity due to the pressure in the
(ステップ4)
数原子層以下のシリコン膜を熱で窒化した後、第2ガス供給管232bの第2バルブ243bを閉じ、アンモニアの供給を停止する。このとき、ガス排気管231のAPCバルブ242は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を10Pa以下となるまで排気し、残留したアンモニアを処理室201内から排除する。このとき、N2などの不活性ガスを処理室201内へ供給すると、残留したアンモニアを排除する効果が更に高まる(残留ガス除去)。
(Step 4)
After the silicon film of several atomic layers or less is nitrided by heat, the
上述したステップ1〜4を1サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハ200上に所定膜厚のシリコンリッチな窒化シリコン膜を成膜することが出来る
。
所定膜厚のシリコンリッチな窒化シリコン膜を成膜すると、N2等の不活性ガスが処理室201内へ供給されつつ排気されることで処理室201内がガスパージされ(パージ)、処理室201内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
When a silicon-rich silicon nitride film having a predetermined thickness is formed, an inert gas such as N 2 is exhausted while being supplied into the
その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降されて、マニホールド209の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ200がボート217に保持された状態でマニホールド209の下端からプロセスチューブ203の外部に搬出(ボートアンロード)される。その後、処理済みのウエハ200はボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。
Thereafter, the
(3)本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
(3) Effects According to the Present Embodiment According to the present embodiment, one or a plurality of effects described below are exhibited.
本実施形態においては、ウエハ200に対してジクロロシランを供給する工程(ステップ1)にて、CVD反応が生じる条件、すなわちウエハ200の温度が550〜700℃の範囲であって、例えば630℃になるように設定している。これにより、ウエハ200上にジクロロシランを吸着させるだけでなく、ウエハ200上にてジクロロシランを熱分解させてCVD反応を生じさせ、ウエハ200上に数分の1原子層から数原子層のシリコンを堆積させ、ウエハ200上に堆積するシリコンの量を過剰にすることが可能になる。
In the present embodiment, in the step of supplying dichlorosilane to the wafer 200 (step 1), the conditions under which the CVD reaction occurs, that is, the temperature of the
また、本実施形態においては、ウエハ200に対してジクロロシランを供給する工程(ステップ1)にて、ウエハ200上にてジクロロシランを熱分解させてCVD反応を生じさせている。これにより、成膜レートを高めることが可能となり、基板処理の生産性を高めることが可能となる。また、成膜レートを高めること、更には比較的低温での成膜が可能となることにより、ウエハ200に対する熱履歴(サーバルバジェット)を低減させることが可能となる。
In the present embodiment, in the step of supplying dichlorosilane to the wafer 200 (step 1), dichlorosilane is thermally decomposed on the
また、本実施形態においては、ウエハ200に対してアンモニアを供給する工程(ステップ3)にて、処理室201内の条件を、ウエハ200上に形成されたシリコン膜のアンモニアによる窒化反応が飽和しないような条件としている。例えば、化学量論的な窒化シリコン(Si3N4)膜を形成するのに必要な量よりも少量のアンモニアを供給するようにしている。これにより、化学量論的な組成を有するSi3N4を形成するのに必要な窒素の量を不足させ、ウエハ200上にシリコンリッチな窒化シリコン(SiN)膜を形成させることが可能になる。
In the present embodiment, in the step of supplying ammonia to the wafer 200 (step 3), the nitridation reaction by ammonia of the silicon film formed on the
また、本実施形態においては、処理室201内の圧力、ウエハ200の温度、アンモニア供給流量、アンモニア供給時間を上述の範囲内で制御することで、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比を任意に制御することが出来る。例えば、ステップ1を実行した後、ステップ3にて処理室201内の温度をステップ1と同じ温度に維持した状態で処理室201内の圧力をステップ1よりも高圧の所定の圧力となるよう制御することにより、ステップ1にて堆積した数分の1原子層〜数原子層のシリコン膜を窒化させ、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比(シリコン/窒素)を1.0〜0.75の間で任意に調整することが可能となる。また例えば、ステップ1を実行した後、ステップ3にて処理室201内の温度をステップ1と同じ状態に維持した状態で、アンモニアの供給流量やアンモニアの供給時間を制御することにより、窒化シリコン膜のSi/N比を制御することが可能となる。また例えば、ステップ1を実行した後、ステップ3にて処理室201内の温度を制御することにより、窒化シリコン膜のSi/N比を制御すること
が可能となる。すなわち、ステップ3における処理室201内の温度、圧力、アンモニア供給流量、アンモニア供給時間のうち少なくともいずれかを制御することにより、ステップ1で堆積したSiの窒化量を制御でき、窒化シリコン膜のSi/N比を制御することができる。なお、ステップ1で数原子層のシリコン膜を形成し、ステップ3でそのうちの1原子層(上層)だけを窒化するようにして、Si/N比を制御してもよいし、更には、ステップ1で2原子層のシリコン膜を形成し、ステップ3でそのうちの1原子層(上層)だけを窒化するようにして、Si/N比を制御してもよい。
In the present embodiment, the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film is controlled by controlling the pressure in the
また、本実施形態においては、ステップ1におけるジクロロシランの供給条件、あるいはステップ3におけるアンモニアの供給条件のうち少なくともいずれか一方を調整し、Siの供給量とSiの窒化量(Nの供給量)とのバランスを制御することにより、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比を任意に制御することが出来る。また、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比を制御することで、電荷のトラップ量、エッチングレート、誘電率、膜応力等の窒化シリコン膜の膜質(物性)を制御することが可能となる。
In this embodiment, at least one of the supply conditions of dichlorosilane in
また、本実施形態においては、ALD法による成膜に類似する方法であってALD法とは異なる方法により成膜を行う。すなわち、ウエハ200に対してジクロロシランを供給してウエハ200上にCVD−Si膜を堆積させる工程(ステップ1)と、ウエハ200上からジクロロシランを除去する工程(ステップ2)と、ウエハ200に対してアンモニアを供給してウエハ200上に形成されたCVD−Si膜を熱窒化する工程(ステップ3)と、ウエハ200上からアンモニアを除去する工程(ステップ4)と、を1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返す。このように、ウエハ200上にジクロロシランとアンモニアとを交互に供給することにより、ウエハ200上における成膜反応の進行速度を制御し、窒化シリコン膜(SiN)の段差被覆性(ステップカバレッジ性)を向上させることが可能となる。また、ウエハ面内膜厚均一性を向上させることも可能となる。
In this embodiment, the film formation is performed by a method similar to the film formation by the ALD method and different from the ALD method. That is, a process of supplying dichlorosilane to the
以下に、本発明の実施例について比較例を交えて図4を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to FIG. 4 together with a comparative example.
<実施例1>
本実施例においては、ステップ1における諸条件を調整することにより、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比の制御を試みた。その結果、ステップ1における処理室201内の圧力を6.5Torr、ウエハ200の温度を600℃、ジクロロシランの供給流量を0.5slm、ジクロロシランの供給時間を60秒とすることにより、ウエハ200上に数分の1原子層から数原子層のシリコン(Si)膜が形成された。ステップ3においては、処理室201内の圧力を6.5Torr、ウエハ200の温度を600℃、アンモニアの供給流量を5slm、アンモニアの供給時間を30秒とした。結果、1.0Å/サイクル以上の成膜レートを得ることができた。また、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比(シリコン/窒素)が1.0なり、シリコンリッチな窒化シリコン膜を得ることが出来た(図4のNo.1参照)。
<Example 1>
In the present embodiment, the control of the composition ratio between silicon and nitrogen in the silicon nitride film was attempted by adjusting various conditions in
<実施例2>
本実施例においても、ステップ1における諸条件を調整することにより、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比の制御を試みた。その結果、ステップ1における処理室201内の圧力を6.5Torr、ウエハ200の温度を630℃、ジクロロシランの供給流量を0.5slm、ジクロロシランの供給時間を10秒とすることにより、ウエハ200上に数分の1原子層から数原子層のシリコン(Si)膜が形成された。ステップ3においては、処理室201内の圧力を6.5Torr、ウエハの温度を630℃、アンモニアの供給流量を5slm、アンモニアの供給時間を30秒とした。結果、1.0Å
/サイクル以上の成膜レートを得ることができた。また、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比(シリコン/窒素)が1.0となり、シリコンリッチな窒化シリコン膜を得ることが出来た(図4のNo.2参照)。
<Example 2>
Also in this example, the control of the composition ratio between silicon and nitrogen in the silicon nitride film was attempted by adjusting various conditions in
A film formation rate of at least / cycle could be obtained. Further, the composition ratio of silicon and nitrogen (silicon / nitrogen) in the silicon nitride film became 1.0, and a silicon-rich silicon nitride film was obtained (see No. 2 in FIG. 4).
<実施例3>
本実施例においても、ステップ1における諸条件を調整することにより、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比の制御を試みた。その結果、ステップ1における処理室201内の圧力を1Torr、ウエハ200の温度を630℃、ジクロロシランの供給流量を10slm、ジクロロシランの供給時間を10秒とすることにより、ウエハ200上に数分の1原子層から数原子層のシリコン(Si)膜が形成された。ステップ3においては、処理室201内の圧力を6.5Torr、ウエハの温度を630℃、アンモニアの供給流量を5slm、アンモニアの供給時間を30秒とした。結果、1.0Å/サイクル以上の成膜レートを得ることができた。また、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比(シリコン/窒素)が1.0となり、シリコンリッチな窒化シリコン膜を得ることが出来た(図4のNo.3参照)。
<Example 3>
Also in this example, the control of the composition ratio between silicon and nitrogen in the silicon nitride film was attempted by adjusting various conditions in
<実施例4>
本実施例においても、ステップ1における諸条件を調整することにより、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比の制御を試みた。その結果、ステップ1における処理室201内の圧力を1Torr、ウエハ200の温度を630℃、ジクロロシランの供給流量を0.5slm、ジクロロシランの供給時間を30秒とすることにより、ウエハ200上に数分の1原子層から数原子層のシリコン(Si)膜が形成された。ステップ3においては、処理室201内の圧力を6.5Torr、ウエハの温度を630℃、アンモニアの供給流量を5slm、アンモニアの供給時間を30秒とした。結果、1.0Å/サイクル以上の成膜レートを得ることができた。また、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比(シリコン/窒素)が1.0となり、シリコンリッチな窒化シリコン膜を得ることが出来た(図4のNo.4参照)。
<Example 4>
Also in this example, the control of the composition ratio between silicon and nitrogen in the silicon nitride film was attempted by adjusting various conditions in
<実施例5>
本実施例においては、ステップ3における諸条件を調整することにより、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比の制御を試みた。その結果、ステップ1における処理室201内の圧力を1Torr、ウエハ200の温度を630℃、ジクロロシランの供給流量を0.5slm、ジクロロシランの供給時間を15秒とし、ステップ3における処理室201内の圧力を6.5Torr、ウエハ200の温度を630℃、アンモニアの供給流量を1slm、アンモニアの供給時間、すなわちアンモニアにウエハ200を晒す時間を6秒とした。結果、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比(シリコン/窒素)が1.0となり、シリコンリッチな窒化シリコン膜を得ることが出来た(図4のNo.5参照)。
<Example 5>
In the present embodiment, the control of the composition ratio between silicon and nitrogen in the silicon nitride film was attempted by adjusting various conditions in
<実施例6>
本実施例においては、ステップ3における諸条件を調整することにより、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比の制御を試みた。その結果、ステップ1における処理室201内の圧力を1Torr、ウエハ200の温度を630℃、ジクロロシランの供給流量を0.5slm、ジクロロシランの供給時間を15秒とし、ステップ3における処理室201内の圧力を6.5Torr、ウエハ200の温度を630℃、アンモニアの供給流量を10slm、アンモニアの供給時間、すなわちアンモニアにウエハ200を晒す時間を6秒とした。結果、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比(シリコン/窒素)が0.9となり、シリコンリッチな窒化シリコン膜を得ることが出来た(図4のNo.6参照)。
<Example 6>
In the present embodiment, the control of the composition ratio between silicon and nitrogen in the silicon nitride film was attempted by adjusting various conditions in
<比較例1>
ステップ1における処理室201内の圧力を1Torr、ウエハ200の温度を630℃、ジクロロシランの供給量を0.5slm、ジクロロシランの供給時間を15秒とし、ステップ3における処理室201内の圧力を6.5Torr、ウエハ200の温度を630℃、アンモニアの供給流量を1slm、アンモニアの供給時間、すなわちアンモニアにウエハ200を晒す時間を24秒とした。結果、シリコン膜の窒化反応が飽和して、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比(シリコン/窒素)が0.75となり、化学量論的な組成の窒化シリコン膜が形成され、シリコンリッチな窒化シリコン膜を得ることが出来なかった(図4のNo.7参照)。なお、本比較例におけるアンモニアの供給時間以外の条件は実施例5と同様としている。
<Comparative Example 1>
The pressure in the
<比較例2>
ステップ1における処理室201内の圧力を1Torr、ウエハ200の温度を630℃、ジクロロシランの供給流量を0.5slm、ジクロロシランの供給時間を15秒とし、ステップ3における処理室201内の圧力を20Torr、ウエハ200の温度を630℃、アンモニアの供給流量を1slm、アンモニアの供給時間、すなわちアンモニアにウエハ200を晒す時間を6秒とした。結果、シリコン膜の窒化反応が飽和して、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比(シリコン/窒素)が0.75となり、化学量論的な組成の窒化シリコン膜が形成され、シリコンリッチな窒化シリコン膜を得ることが出来なかった(図4のNo.8参照)。なお、本比較例におけるステップ3での処理室201内の圧力以外の条件は実施例5と同様としている。
<Comparative example 2>
The pressure in the
<比較例3>
ステップ1にて処理室201内の圧力を1Torr、ウエハ200の温度を630℃、ジクロロシランの供給流量を0.5slm、ジクロロシランの供給時間を30秒とし、ウエハ200上に数分の1原子層から数原子層の薄いシリコン層を堆積後、ステップ3にて処理室201内の圧力を5Torr、ウエハ200の温度を630℃、アンモニアの供給流量を5slm、アンモニアの供給時間を30秒とし、プラズマにより活性化したアンモニアを処理室201内に供給した。結果、シリコン膜の窒化反応が飽和して、シリコン膜が全て窒化してしまい、窒化シリコン膜中におけるシリコンと窒素との組成比(シリコン/窒素)が0.75となり、シリコンリッチな窒化シリコン膜を得ることが出来なかった。したがって、アンモニアをプラズマにより活性化して処理室201内に供給すると、シリコンリッチな窒化シリコン膜を得ることが困難となることが分かった(図4のNo.9参照)。
<Comparative Example 3>
In
<比較例4>
ステップ1における処理室201内の圧力を0.5Torr、ウエハ200の温度を600℃、ジクロロシランの供給流量を0.5slm、ジクロロシランの供給時間を10秒としたところ、ウエハ200上にシリコン膜が堆積しなかった。すなわち、ステップ1における温度を600℃とした場合であっても、圧力を0.5Torr以下とすると、ウエハ200上にシリコン膜が堆積し難いことが判明した(図4のNo.10参照)。
<Comparative example 4>
When the pressure in the
<本発明の好ましい態様>
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
本発明の一態様によれば、ジクロロシランとアンモニアとを用いて処理室内で基板上に窒化シリコン膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記窒化シリコン膜を形成する工程では、CVD反応が生じる条件下で基板に対してジクロロシランを供給して、基板上に数原子層以下のシリコン膜を形成する工程と、ノンプラズマの雰囲気下で基板に対してアンモニアを供給して、前記シリコン膜のアンモニアによる窒化反応が飽
和しない条件下で前記シリコン膜を熱窒化する工程と、を交互に繰り返すことで、化学量論的に窒素に対しシリコンが過剰な窒化シリコン膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a silicon nitride film on a substrate in a processing chamber using dichlorosilane and ammonia, wherein the silicon nitride film is formed in the step of forming the silicon nitride film. Supplying dichlorosilane to the substrate under conditions where a CVD reaction occurs, forming a silicon film of several atomic layers or less on the substrate, and supplying ammonia to the substrate in a non-plasma atmosphere. Alternately repeating the step of thermally nitriding the silicon film under the condition that the nitridation reaction of the silicon film by ammonia is not saturated, thereby forming a silicon nitride film in which silicon is stoichiometrically excessive with respect to nitrogen. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
好ましくは、前記シリコン膜を熱窒化する工程では、前記処理室内の条件が、前記シリコン膜の窒化反応が飽和しない条件となるようアンモニアの供給流量、アンモニアの供給時間、および前記処理室内の圧力のうち少なくともいずれかを、前記シリコン膜の窒化反応が飽和する条件と異ならせる。 Preferably, in the step of thermally nitriding the silicon film, the ammonia supply flow rate, the ammonia supply time, and the pressure in the process chamber are adjusted so that the conditions in the process chamber are not saturated with the nitridation reaction of the silicon film. At least one of them is different from a condition in which the nitridation reaction of the silicon film is saturated.
また好ましくは、前記シリコン膜を熱窒化する工程では、前記処理室内の条件が、前記シリコン膜の窒化反応が飽和しない条件となるよう、前記シリコン膜の窒化反応が飽和する条件よりもアンモニアの供給流量を少なくするか、アンモニアの供給時間を短くするか、前記処理室内の圧力を低くする。 Further preferably, in the step of thermally nitriding the silicon film, ammonia is supplied more than the condition in which the nitridation reaction of the silicon film is saturated so that the condition in the processing chamber is a condition in which the nitridation reaction of the silicon film is not saturated. The flow rate is reduced, the ammonia supply time is shortened, or the pressure in the processing chamber is lowered.
また好ましくは、前記シリコン膜を熱窒化する工程では、アンモニアの供給流量、アンモニアの供給時間、および前記処理室内の圧力のうち少なくともいずれかを制御することで、前記窒化シリコン膜の組成比を制御する。 Preferably, in the step of thermally nitriding the silicon film, the composition ratio of the silicon nitride film is controlled by controlling at least one of ammonia supply flow rate, ammonia supply time, and pressure in the processing chamber. To do.
本発明の他の態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内にジクロロシランを供給する第1ガス供給系と、前記処理室内にアンモニアを供給する第2ガス供給系と、前記処理室内の基板を加熱するヒータと、CVD反応が生じる条件下で前記処理室内にジクロロシランを供給して、基板上に数原子層以下のシリコン膜を形成し、ノンプラズマの雰囲気下で前記処理室内にアンモニアを供給して前記シリコン膜のアンモニアによる窒化反応が飽和しない条件下で前記シリコン膜を窒化し、これを交互に繰り返すことで、基板上に化学量論的に窒素に対しシリコンが過剰な窒化シリコン膜を形成するように前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系、及び前記ヒータを制御するコントローラと、を有する基板処理装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a processing chamber for processing a substrate, a first gas supply system for supplying dichlorosilane into the processing chamber, a second gas supply system for supplying ammonia into the processing chamber, A heater that heats the substrate in the processing chamber, and dichlorosilane is supplied into the processing chamber under conditions that cause a CVD reaction to form a silicon film of several atomic layers or less on the substrate, and the processing is performed in a non-plasma atmosphere. By supplying ammonia into the chamber and nitriding the silicon film under the condition that the nitridation reaction by ammonia is not saturated, the silicon film is stoichiometrically excessive with respect to nitrogen by repeating this alternately. There is provided a substrate processing apparatus having a first gas supply system, a second gas supply system, and a controller for controlling the heater so as to form a silicon nitride film.
200 ウエハ(基板)
201 処理室
207 ヒータ
232a 第1ガス供給管(第1ガス供給系)
232b 第2ガス供給管(第2ガス供給系)
280 コントローラ
200 wafer (substrate)
201
232b Second gas supply pipe (second gas supply system)
280 controller
Claims (8)
前記処理室内に残留したシリコン含有物を前記処理室内から除去する工程と、
前記処理室内の基板に対してノンプラズマの雰囲気下で窒素含有物を供給して、前記数原子層のシリコン膜の窒素含有物による窒化反応が不飽和となる条件下で前記数原子層のシリコン膜を熱窒化する工程と、
前記処理室内に残留した窒素含有物を前記処理室内から除去する工程と、
を1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことで、基板上に化学量論的に窒素に対しシリコンが過剰な窒化シリコン膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Supplying a silicon-containing material to the substrate in the processing chamber under conditions where a CVD reaction occurs , thermally decomposing the silicon-containing material, and depositing a silicon film of several atomic layers on the substrate by a CVD method ;
Removing the silicon-containing material remaining in the processing chamber from the processing chamber;
Supplying the nitrogen-containing material to the substrate in the processing chamber in a non-plasma atmosphere, and under the condition that the nitriding reaction by the nitrogen-containing material of the silicon film of the several atomic layer becomes unsaturated Thermally nitriding the film;
Removing nitrogen-containing material remaining in the processing chamber from the processing chamber;
And a cycle of repeating the cycle a plurality of times to form a silicon nitride film in which silicon is stoichiometrically excessive with respect to nitrogen on the substrate.
前記処理室内に残留したシリコン含有物を前記処理室内から除去する工程と、
前記処理室内の基板に対してノンプラズマの雰囲気下で窒素含有物を供給して、前記数原子層のシリコン膜の窒素含有物による窒化反応が不飽和となる条件下で前記数原子層のシリコン膜を熱窒化する工程と、
前記処理室内に残留した窒素含有物を前記処理室内から除去する工程と、
を1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことで、基板上に化学量論的に窒素に対しシリコンが過剰な窒化シリコン膜を形成する工程を有することを特徴とする基板処理方法。 Supplying a silicon-containing material to the substrate in the processing chamber under conditions where a CVD reaction occurs , thermally decomposing the silicon-containing material, and depositing a silicon film of several atomic layers on the substrate by a CVD method ;
Removing the silicon-containing material remaining in the processing chamber from the processing chamber;
Supplying the nitrogen-containing material to the substrate in the processing chamber in a non-plasma atmosphere, and under the condition that the nitriding reaction by the nitrogen-containing material of the silicon film of the several atomic layer becomes unsaturated Thermally nitriding the film;
Removing nitrogen-containing material remaining in the processing chamber from the processing chamber;
The substrate processing method is characterized by having a step of forming a silicon nitride film in which silicon is stoichiometrically excessive with respect to nitrogen on the substrate by repeating this cycle a plurality of times.
前記処理室内にシリコン含有物を供給する第1ガス供給系と、
前記処理室内に窒素含有物を供給する第2ガス供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内の基板に対してCVD反応が生じる条件下でシリコン含有物を供給することにより、シリコン含有物を熱分解させて、CVD法により基板上に数原子層のシリコン膜を堆積させる処理と、前記処理室内に残留したシリコン含有物を前記処理室内から除去する処理と、前記処理室内の基板に対してノンプラズマの雰囲気下で窒素含有物を供給して、前記数原子層のシリコン膜の窒素含有物による窒化反応が不飽和となる条件下で前記数原子層のシリコン膜を熱窒化する処理と、前記処理室内に残留した窒素含有物を前記処理室内から除去する処理と、を1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことで、基板上に化学量論的に窒素に対しシリコンが過剰な窒化シリコン膜を形成するように前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系、及び前記ヒータを制御するコントローラと、
を有することを特徴とする基板処理装置。 A processing chamber for processing the substrate;
A first gas supply system for supplying a silicon-containing material into the processing chamber;
A second gas supply system for supplying a nitrogen-containing material into the processing chamber;
A heater for heating the substrate in the processing chamber;
A process of thermally decomposing the silicon-containing material by supplying a silicon-containing material under a condition in which a CVD reaction occurs with respect to the substrate in the processing chamber, and depositing a silicon film of several atomic layers on the substrate by a CVD method ; , a process of removing the silicon-containing material remaining in the processing chamber from the processing chamber, by supplying a nitrogen-containing substance in an atmosphere of non-plasma to the processing chamber of the substrate, the silicon film of the several atomic layers One cycle of the process of thermally nitriding the silicon film of several atomic layers under the condition that the nitriding reaction by the nitrogen-containing material is unsaturated and the process of removing the nitrogen-containing substance remaining in the processing chamber from the processing chamber By repeating this cycle a plurality of times, the first gas supply system and the second gas can be formed on the substrate so that a silicon nitride film in which silicon is stoichiometrically excessive with respect to nitrogen is formed. A controller for controlling the heater supply system and the heater;
A substrate processing apparatus comprising:
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