JP5356569B2 - Manufacturing method and a substrate processing method and substrate processing apparatus of a semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method and a substrate processing method and substrate processing apparatus of a semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a silicon nitride film in which silicon is too much against nitride in stoichiometric term. <P>SOLUTION: The method of manufacturing a semiconductor includes a step for forming a silicon nitride film on a substrate in which silicon is too much against nitride in stoichiometric manner by repeating following cycles by a plurality of times, as one cycle: a step in which a silicon-contained material is supplied to a substrate in a process chamber, and then the silicon-contained material is thermally decomposed so that a silicon film having several atom layers or less are deposited on the substrate; a step for removing a silicon-contained material remaining in the process chamber out of the process chamber; a step in which a nitrogen-contained material is supplied to the substrate in the process chamber, and under the condition in which a nitriding reaction with the nitrogen-contained material of the silicon film becomes unsaturated, the silicon film is thermally nitrided; and a step for removing the nitrogen-contained material remaining in the process chamber out of the process chamber. <P>COPYRIGHT: (C)2012,JPO&amp;INPIT

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 of manufacturing a semiconductor device having a step of treating the 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(SiH Cl 、略称DCS)とアンモニア(NH )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)。 As one of semiconductor device manufacturing processes such as DRAM, dichlorosilane to the substrate (SiH 2 Cl 2, abbreviated DCS) and ammonia (NH 3) are supplied silicon rich onto a substrate, i.e., stoichiometry in some cases the substrate processing process silicon relative logical of nitrogen to form excessive silicon nitride film is performed (for example, see Patent Document 1).
特開2004−95940号公報 JP 2004-95940 JP

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-described silicon nitride film, a film formation temperature is as relatively high as 750 to 900 ° C., films with a controlled composition ratio of silicon (Si) and nitrogen (N) (Si / N ratio) at low temperatures a method of forming a has not been 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。 The present invention, in forming a silicon nitride film on a substrate, capable membranes with controlled Si / N ratio at a low temperature, i.e., the silicon with respect to stoichiometric nitrogen to form excessive silicon nitride film and to provide a manufacturing method and a substrate processing apparatus for a semiconductor device.

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 of manufacturing a semiconductor device having a step of forming a silicon nitride film on a substrate in a processing chamber using dichlorosilane and ammonia, in the step of forming the silicon nitride film , by supplying dichlorosilane to the substrate under conditions where CVD reaction occurs, forming a silicon film of less than a few atomic layers on a substrate, by supplying ammonia to the substrate in an atmosphere of non-plasma , by repeating a step of nitriding reaction with ammonia of the silicon film is thermally nitriding said silicon film under conditions that do not saturate, the alternately silicon compared to a stoichiometric nitrogen to form excessive silicon nitride film the method of 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, said a process first gas supply system for supplying dichlorosilane into the room, a second gas supply system for supplying ammonia into the processing chamber, wherein a heater for heating the substrate in the processing chamber by supplying dichlorosilane into the processing chamber under conditions CVD reaction occurs, several atomic layers or less of the silicon film is formed on a substrate, the process in an atmosphere of non-plasma by supplying ammonia to the chamber by nitriding ammonia by the silicon film under conditions nitriding reaction is not saturated in the silicon film, by repeating this alternately, excess silicon to stoichiometrically nitrogen on a substrate wherein the first gas supply system so as to form a silicon nitride film, the second gas supply system, and a substrate processing apparatus having a controller for controlling the heater are provided.

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 manufacturing method and a substrate processing apparatus for a semiconductor device according to the present invention, the silicon in forming the silicon nitride film on a substrate, films with controlled Si / N ratio at a low temperature, i.e. to a stoichiometric nitrogen it is possible to form the excess silicon nitride film.

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る。 It is a schematic block diagram of a vertical processing furnace of the substrate processing apparatus preferably used in an embodiment of the present invention. 図1に示す処理炉のA−A'断面図である。 An A-A 'sectional view of a process furnace shown in FIG. 本発明の一実施形態にかかる成膜方法を説明するフロー図である。 It is a flow diagram illustrating a film forming method according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例を、比較例を交えて説明する表図である。 The embodiments of the present invention, is a table diagram illustrating sprinkled with comparative examples.

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。 Inventors, in the case of using a dichlorosilane as the film-forming raw material, a stoichiometric silicon to nitrogen excess silicon nitride (SiN) film (hereinafter, also referred to as a silicon-rich silicon nitride film) is formed METHOD We carried out an extensive research on. 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。 As a result, by supplying dichlorosilane into the processing chamber under conditions CVD reaction occurs, several atomic layers or less of the silicon film formed on a substrate, the silicon film by supplying ammonia into the processing chamber in an atmosphere of non-plasma nitriding the silicon film under conditions in which the nitriding reaction of with ammonia is not saturated, by repeating this alternately can silicon to stoichiometrically nitrogen to form excessive silicon nitride (SiN) film knowledge was obtained of that there.

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。 The present invention inventors have been made based on such knowledge obtained. 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。 It will be described below with reference to the accompanying drawings, an embodiment of the present invention.

(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。 (1) Configuration of Substrate Processing Apparatus FIG. 1 is a schematic block diagram of a vertical processing furnace of the substrate processing apparatus preferably used in an embodiment of the present invention, showing the processing furnace 202 part longitudinal section there. また、図2は、図1に示す処理炉のA−A'断面図である。 Also, FIG. 2 is an A-A 'cross-sectional view of a process furnace shown in FIG. 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。 The present invention is not limited to the substrate processing apparatus according to this embodiment, single-wafer, Hot Wall type, can be suitably applied to a substrate processing apparatus having a processing furnace Cold Wall type.

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。 As shown in FIG. 1, the processing furnace 202 has a heater 207 as a heating unit (heating mechanism). 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。 The heater 207 has a cylindrical shape, and is vertically installed by being supported by a heater base (not shown) serving as a holding plate.

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。 Inside the heater 207, process tube 203 as a reaction tube heater 207 and is installed concentrically. プロセスチューブ203は、例えば石英(SiO )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。 The process tube 203 is made of a heat a heat-resistant material such as (SiO 2) or silicon carbide (SiC), its upper end closed and its lower end is a cylindrical shape with opened. 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。 The cylindrical hollow portion of the process tube 203 process chamber 201 is formed, and configured to accommodate while vertically arranged in multiple stages in a horizontal posture by a boat 217 to be described later wafer 200 as a substrate.

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。 Below the process tube 203, the manifold 209 is disposed in the process tube 203 and concentric. 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。 The manifold 209 is made of a material such as stainless steel, top and bottom are a cylindrical shape with opened. 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。 Manifold 209 is engaged with the process tube 203 is provided so as to support the process tube 203. 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。 Incidentally, the O-ring 220a as a sealing member is provided between the manifold 209 and the process tube 203. 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。 By manifold 209 is supported by the heater base, the process tube 203 is in a state of being installed vertically. 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。 The reaction vessel is formed by the process tube 203 and the manifold 209.

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。 The manifold 209 includes a first nozzle 233a as a first gas inlet, a second nozzle 233b of the second gas inlet is provided so as to penetrate the side wall of the manifold 209, the first nozzle 233a , the second nozzle 233b, a first gas supply pipe 232a, respectively, the second gas supply pipe 232b is connected. 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。 Thus, a plurality of types is into the process chamber 201, where the gas supply passage for supplying the two types of process gases, the two gas supply pipe is provided.

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。 The first gas supply pipe 232a, sequentially from the upstream direction, the first mass flow controller 241a which is a flow rate controller (flow rate control means), and a first valve 243a is opened and closed valves. 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。 Further, on the downstream side of the first valve 243a of the first gas supply pipe 232a, a first inert gas supply pipe 234a is connected to supply an inert gas. 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。 This first inert gas supply pipe 234a, sequentially from the upstream direction, the third valve 243c is provided as a third mass flow controller 241c, and an on-off valve which is a flow rate controller (flow rate control means). 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。 Further, the distal end portion of the first gas supply pipe 232a, the first nozzle 233a described above are connected. 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。 The first nozzle 233a is an arc-shaped space between the inner wall and the wafer 200 of the process tube 203 constituting the processing chamber 201, and the lower portion of the inner wall of the process tube 203 along the top, also, the wafer 200 It is provided along the stacking direction. 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。 The side surface of the first nozzle 233a first gas supply holes 248a are provided a supply hole for supplying the gas. 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。 The first gas supply holes 248a have the same opening area, respectively from the lower portion to the upper portion, is provided at the same opening pitch. 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。 Mainly, the first gas supply pipe 232a, a first mass flow controller 241a, the first valve 243a, a first gas supply system by the first nozzle 233a is formed, mainly, the first inert gas supply pipe 234a, a third mass flow controller 241c, the third valve 243 c, constitute a first inert gas supply system.

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。 The second gas supply pipe 232b, sequentially from the upstream direction, the second valve 243b is provided as a flow rate controller second mass flow controller 241b is (flow control means), and an on-off valve. 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。 Further, on the downstream side of the second valve 243b of the second gas supply pipe 232b, the second inert gas supply pipe 234b is connected to supply an inert gas. 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。 This second inert gas supply pipe 234b, sequentially from the upstream direction, the fourth valve 243d is provided as a fourth mass flow controller 241 d, and an on-off valve which is a flow rate controller (flow rate control means). 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。 Further, the distal end portion of the second gas supply pipe 232b, the second nozzle 233b described above are connected. 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。 The second nozzle 233b is shaped space between the inner wall and the wafer 200 of the process tube 203 constituting the processing chamber 201, and the lower portion of the inner wall of the process tube 203 along the top, also, the wafer 200 It is provided along the stacking direction. 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。 The side surface of the second nozzle 233b second gas supply holes 248b are provided as a supply hole for supplying the gas. 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。 The second gas supply holes 248b have the same opening area, respectively from the lower portion to the upper portion, it is provided at the same opening pitch. 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。 Mainly, the second gas supply pipe 232b, the second mass flow controller 241b, the second valve 243b, the second nozzle 233b second gas supply system is configured, primarily, a second inert gas supply pipe 234b, the fourth mass flow controller 241 d, a second inert gas supply system by the fourth valve 243d is formed.

例えば、第1ガス供給管232aからは、ジクロロシラン(SiH Cl 、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。 For example, from the first gas supply pipe 232a, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2, abbreviated as DCS) gas, first mass flow controller 241a, the first valve 243a, is supplied to the first through the nozzle 233a process chamber 201 that. 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。 At the same time, from the first inert gas supply pipe 234a, inert gas, a third mass flow controller 241c, may be supplied to the third through the valve 243c in the first gas supply pipe 232a. また、第2ガス供給管232bからは、アンモニア(NH )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。 Also, from the second gas supply pipe 232b, ammonia (NH 3) gas, a second mass flow controller 241b, the second valve 243b, is supplied to the second through the nozzle 233b processing chamber 201. 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。 At the same time, from the second inert gas supply pipe 234b, the inert gas, a fourth mass flow controller 241 d, may be supplied to the fourth through the valve 243d in the second gas supply pipe 232b.

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。 The manifold 209, a gas exhaust pipe 231 is provided for exhausting an atmosphere in the processing chamber 201. 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。 Downstream it is opposite to the connection side of the manifold 209 of the gas exhaust pipe 231 via the APC (Auto Pressure Controller) valve 242 as a pressure sensor 245 and the pressure regulator as a pressure detector, the vacuum evacuation device the vacuum pump 246 as is connected. 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。 Incidentally, APC valve 242 opens and closes the valve can stop vacuum evacuation of the process chamber 201, a closing valve which is configured to be pressure adjusted by further adjusting the valve opening. 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。 While operating the vacuum pump 246, by adjusting the degree of opening of the APC valve 242 based on the pressure detected by the pressure sensor 245, so that the pressure in the processing chamber 201 reaches a predetermined pressure (vacuum degree) and it is configured to be evacuated.

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。 Below the manifold 209, the seal cap 219 of the lower end opening as closable furnace port body airtight manifold 209 is provided. 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。 The seal cap 219 is configured to abut the lower end in the vertical direction lower side of the manifold 209. 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。 The seal cap 219 is made of a metal such as stainless steel, it has a disk shape. 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。 On the top surface of the seal cap 219, O-ring 220b is provided as contact with the bottom sealing member of the manifold 209. 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。 The processing chamber 201 of the seal cap 219 opposite the rotation mechanism 267 is provided for rotating the boat 217 as a substrate holder to be described later. 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。 Rotation shaft 255 of the rotation mechanism 267, the boat 217 through the seal cap 219. 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。 Rotation mechanism 267 is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217. 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。 The seal cap 219 is configured to be raised and lowered vertically by the boat elevator 115 as external to vertically installed elevating mechanism of the process tube 203. 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。 Boat elevator 115, by elevating the seal cap 219 is configured so as to be able to loading and unloading the boat 217 to the processing chamber 201.

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。 Boat 217 as a substrate holder, for example a heat-resistant material such as quartz or silicon carbide, in a horizontal position a plurality of wafers 200, and to hold the multi-stage aligning in a state of aligning the center with each other It is configured. 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。 Note that the lower part of the boat 217, for example, a heat insulating member 218 made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide is provided, the heat from the heater 207 is configured to be hardly transmitted to the seal cap 219 side . 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。 Incidentally, the heat insulating member 218 includes a plurality of insulating plates made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide, it may be constituted by a heat insulating plate holder for supporting the multi these insulation panels in a horizontal position. 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。 In the process tube 203, it is installed a temperature sensor 263 as a temperature detector, by adjusting the current to the heater 207 based on temperature information detected by the temperature sensor 263, temperature in the processing chamber 201 There has been configured to have a desired temperature distribution. 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。 Temperature sensor 263 is similar to the first nozzle 233a and the second nozzle 233b, are provided along the inner wall of the process tube 203.

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。 The controller 280 is a control section (control means), first to fourth mass flow controllers 241a, 241b, 241c, 241 d, first to fourth valves 243a, 243b, 243 c, 243 d, the pressure sensor 245, APC valve 242 , the heater 207, temperature sensor 263, the vacuum pump 246, the rotation mechanism 267, the boat elevator 115 and the like. 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 controller 280, first to fourth mass flow controllers 241a, 241b, 241c, flow rate adjustment of 241 d, first to fourth valves 243a, 243b, 243 c, the opening and closing operation of the 243 d, closing and pressure of the APC valve 242 sensor 245 pressure adjustment operation based on the temperature adjustment of the heater 207 based on the temperature sensor 263, start and stop of the vacuum pump 246, the rotational speed adjustment of the rotating mechanism 267, control of the lifting operation and the like of the boat elevator 115 is performed.

(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(NH )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。 (2) Then the process of manufacturing a semiconductor, using the processing furnace of the above-described substrate processing apparatus, as one of semiconductor device manufacturing processes (devices), dichlorosilane (DCS) and ammonia (NH 3) the used a stoichiometric nitrogen (N) to silicon (Si) is excessive silicon nitride (SiN) film, i.e., an example of a method for forming a silicon-rich silicon nitride film is described. 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。 In the following description, each part of the substrate processing apparatus are controlled by the controller 280.

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。 In the present embodiment, a method similar to film formation by ALD (Atomic Layer Deposition) method, a film is formed by a method different from the ALD method. 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。 The ALD method, film forming conditions (temperature, time, etc.) under, and supplied onto the substrate at least two kinds of raw materials to become reactive gas alternately one kind used for film formation, the substrate 1 atomic unit adsorbed on a method for forming a film by using a surface reaction. 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)。 At this time, the film thickness is controlled reactive gases number of cycles of supplying (e.g., when the deposition rate is to 1 Å / cycle, in order to form a 20Å film, performing 20 cycles).

すなわち、本実施形態にかかる成膜方法では、CVD(Chemical Vapor That is, in the film forming method according to the present embodiment, 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。 Under conditions Deposition) reaction occurs, a process of supplying the dichlorosilane to the wafer 200, in an atmosphere of a non-plasma, and alternately, the step of feeding ammonia to the wafer 200 under a predetermined condition by repeating to form a silicon-rich silicon nitride film (SiN). 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。 In this embodiment, the process of supplying dichlorosilane to the wafer 200 (step 1), and step (step 2) to remove the dichlorosilane over the wafer 200, process (step of supplying ammonia to the wafer 200 and 3) a step of removing the ammonia from the top wafer 200 (step 4), as one cycle, and by repeating this cycle a plurality of times to form a silicon-rich silicon nitride film (SiN). 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。 Then, in the process of supplying dichlorosilane to the wafer 200 (Step 1), to form a silicon film on the wafer 200 several atomic layers or less on (a few atomic layers from a fraction of atomic layer). このとき、Siの供給量は過剰となる。 At this time, the supply amount of Si becomes excessive. 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。 Further, the step of feeding ammonia to the wafer 200 (Step 3), nitrided several atomic layers or less of silicon film formed on the wafer 200 by the heat. 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。 Nitride of this time the silicon film is carried out under conditions nitriding reaction with ammonia of the silicon film is not saturated. 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。 That is, the silicon film is completely without nitriding, a portion of the bonds of Si is made to be a state that does not bind to bond N. 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。 Thus, nitride of Si is suppressed, Si is excessive state. 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。 And this time, preferably so that the condition that nitriding reaction is not saturated in the silicon film, the supply flow rate of the ammonia, the supply time of ammonia, and nitriding reaction of the silicon film at least one of the pressure of the processing chamber 201 is saturated so as to vary with conditions. 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。 I.e., nitriding of the silicon film is reduced the supply flow rate of ammonia than the condition that the saturation, or to shorten the supply time of ammonia, so as to lower the pressure in the processing chamber 201. 例えば、化学量論的な組成を持つ窒化シリコン(Si )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。 For example, so as to supply a small amount of ammonia than the amount necessary to form a stoichiometric silicon nitride having a composition (Si 3 N 4) film. 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。 Thus, several atomic layers or less of silicon film on the wafer 200 to control the supply amount of Si in the step of forming by the CVD method to control the nitride of Si in the step of thermally nitriding the silicon film with ammonia, by repeating this alternately controlled silicon-rich silicon nitride (SiN) of the Si / N ratio to form a film.

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, a 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。 When a plurality of wafers 200 are charged into the boat 217 (wafer charging), as shown in Figure 1, the boat 217 holding a plurality of wafers 200, the processing chamber is lifted by the boat elevator 115 201 It is loaded (boat load) within. 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。 In this state, the seal cap 219 is in a state of sealing the lower end of the manifold 209 via the O-ring 220b.

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。 The processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246 to a desired pressure (vacuum). 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)。 At this time, the pressure in the processing chamber 201 is measured by the pressure sensor 245, APC valve 242 based on the measured pressure is feedback controlled (pressure regulating). 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。 Further, the processing chamber 201 is heated by the heater 207 to a desired temperature. 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)。 In this case, the processing chamber 201 is energized to the heater 207 based on temperature information by the temperature sensor 263 has detected such that the desired temperature distribution is feedback controlled (temperature adjustment). 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。 Subsequently, the wafer 200 by the boat 217 is rotated is rotated by the rotation mechanism 267. その後、後述する4つのステップを順次実行する。 Then, sequentially performs four steps described below.

(ステップ1) (Step 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(N )を流す。 First valve 243a of the first gas supply pipe 232a, opens the third valve 243c of the first inert gas supply pipe 234a, dichlorosilane first gas supply pipe 232a, the inert gas to the first inert gas supply pipe 234a flow (N 2). 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。 Inert gas flows from the first inert gas supply pipe 234a, a flow rate thereof is adjusted by the third mass flow controller 241c. 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。 Dichlorosilane flows from the first gas supply pipe 232a, its flow rate adjusted by the first mass flow controller 241a, is mixed with an inert gas whose flow rate is adjusted, the processing chamber from the first gas supply holes 248a of the first nozzle 233a 201 while being supplied within it is exhausted from the gas exhaust pipe 231. 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。 At this time, by properly adjusting the APC valve 242, the pressure in the processing chamber 201 in the range of 133~1333Pa, maintained for example 133 Pa. 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。 The supply amount of dichlorosilane controlled by the first mass flow controller 241a is in the range of 0.1~10Slm, eg, 0.5 slm. 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。 The wafers 200 are exposed to dichlorosilane and time within a range of, for example, 1 to 180 seconds. 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。 At this time, the temperature of the heater 207 is dichlorosilane pyrolyzed conditions CVD reaction occurs, i.e. a temperature of between 550 to 700 ° C. of the wafer 200 is set so as for example to 630 ° C.. 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)。 By supplying dichlorosilane into the process chamber 201 at the above conditions, the wafer 200 several atomic layers or less on, i.e. silicon (Si) film of several atomic layers from fraction 1 atomic layer is formed (CVD deposition of -Si film). 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。 For example, it may be a silicon film of the semi-atomic layer (half layer) may be formed a silicon film of a single atomic layer (monolayer). これにより、Siは過剰に供給されることになる。 Thus, Si will be excessively supplied.

(ステップ2) (Step 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。 After forming several atomic layers or less of silicon film, closing the first valve 243a of the first gas supply pipe 232a, and stops the supply of the dichlorosilane. 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。 At this time, the left APC valve 242 of the exhaust pipe 231 is opened to evacuate the process chamber 201 by the vacuum pump 246 until 10Pa or less to eliminate residual dichlorosilane from the process chamber 201. このとき、N 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)。 In this case, when supplying an inert gas such as N 2 into the processing chamber 201, further enhances the effect of removing the residual dichlorosilane (Residual Gas Removal).

(ステップ3) (Step 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(N )を流す。 Second valve 243b of the second gas supply pipe 232b, opens the fourth valve 243d of the second inert gas supply pipe 234b, ammonia second gas supply pipe 232b, the second inert gas supply pipe 234b inert gas ( flow of N 2). 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。 Inert gas flows from the second inert gas supply pipe 234b, and its flow rate is adjusted by the fourth mass flow controller 241 d. 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。 Ammonia flows through the second gas supply pipe 232b, the flow rate is adjusted by the second mass flow controller 241b, is mixed with an inert gas whose flow rate is adjusted, the process chamber 201 from the second gas supply holes 248b of the second nozzle 233b while being supplied and exhausted from the gas exhaust pipe 231. 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。 As described above, ammonia supplied into the processing chamber 201 without being activated by plasma.

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。 In step 3, the conditions in the processing chamber 201, nitriding reaction with ammonia in the silicon film is made to be a condition which does not saturate. 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(Si )膜を形成するのに必要な量よりも少量とする。 That supply amount of ammonia, the silicon nitride having a stoichiometric composition by nitriding a silicon film (Si 3 N 4) film and a small amount than the amount necessary to form the. 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。 At this time, by properly adjusting the APC valve 242, a range of 133~1333Pa the pressure in the processing chamber 201 is maintained, for example, to 865Pa. 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。 Supply flow rate of ammonia is controlled by the second mass flow controller 241b is in the range from 0.1~10Slm, eg, 1 slm. 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。 The time for exposing the wafer 200 to ammonia, a time within the range of 1 to 180 seconds. 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。 At this time, the temperature of the wafer 200 is in a range of well 550 to 700 ° C. and at supplying the dichlorosilane Step 1, to set the temperature of the heater 207 as for example a 630 ° C.. 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)。 By thus supplied into the processing chamber 201 ammonia under a non-plasma atmosphere, nitriding the several atomic layers or less of silicon film formed on the wafer 200 by the heat (thermal nitridation of CVD-Si film) . 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。 Nitriding amount of time Si is suppressed, Si becomes excessive state, silicon-rich silicon nitride film is formed.

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(Si )膜が形成されることになる。 If the process chamber dichlorosilane and ammonia supplied into the 201 is assumed that all contribute to the formation of the silicon nitride film, and the supply amount of the ammonia is supplied amount and the nitrogen content of dichlorosilane is a silicon-containing compound is 3: if supply 4 of the dichlorosilane and ammonia into the processing chamber 201 so that the proportion of silicon nitride having a stoichiometric composition is formed on the wafer 200 (Si 3 N 4) film that is formed Become. 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(Si )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。 In contrast, in the present embodiment, to supply a small amount of ammonia than the originally required amount to form a thermal silicon nitride having a stoichiometric composition by nitride (Si 3 N 4) film of a silicon film . 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。 That is, nitriding reaction of silicon film so as not to saturate, limiting the amount of supply of ammonia. これより、化学量論的な組成を持つ窒化シリコン膜(Si )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。 Than this, the lack of the amount of nitrogen required to form a silicon nitride film having a stoichiometric composition (Si 3 N 4), silicon-rich silicon nitride on the wafer 200 (SiN) film is formed It is.

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。 The composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film, in fact, not only the supply amount of ammonia, for example, the reactivity of differences due to pressure of the process chamber 201 at step 3, the wafer 200 reactivity difference caused by the temperature or the like, ammonia supply flow rate, the ammonia supply time, i.e. also vary according to the length of the reaction time. 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。 The pressure in the processing chamber 201 at step 1, the temperature of the wafer 200, the supply flow rate of dichlorosilane, also depends on the supply time of dichlorosilane. 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。 That is, to control the balance between supply of N in the supply and Step 3 of Si in Step 1, is important in controlling the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film (Si / N ratio) . 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。 In the present embodiment, the pressure in the processing chamber 201, the temperature of the wafer 200, gas feed rate, by an appropriate value within the range of the gas supply time described above, the composition of silicon and nitrogen in the silicon nitride film so as to control the ratio. 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。 Incidentally, it considered relative to the feed amount of Si in Step 1 (fixed and) case, of the conditions in Step 3, the pressure of the processing chamber 201 and the supply flow rate and the ammonia supply time of the ammonia, Si / N ratio so that the best contribution to the control of. 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。 Therefore, in step 3, the supply flow rate of the ammonia, the supply time of ammonia, preferably nitriding reaction of the silicon film at least one of pressure in the process chamber 201 is made different condition to saturate. 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。 Specifically, in step 3, than conditions nitriding of the silicon film is saturated, or reduce the supply flow rate of ammonia, or to shorten the supply time of ammonia, to lower the pressure in the processing chamber 201 preferable.

(ステップ4) (Step 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。 After several atomic layers or less of the silicon film was nitrided by heat, to close the second valve 243b of the second gas supply pipe 232b, to stop the supply of ammonia. 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。 At this time, the left APC valve 242 of the exhaust pipe 231 is opened, the process chamber 201 by the vacuum pump 246 was evacuated to a 10Pa or less to eliminate residual ammonia from the process chamber 201. このとき、N 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)。 In this case, by supplying an inert gas such as N 2 into the processing chamber 201, further enhances the effect of removing the residual ammonia (residual gas removal).

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。 Step 1-4 described above as one cycle, and by repeating this cycle a plurality of times, it is possible to deposit a silicon-rich silicon nitride film having a predetermined thickness on the wafer 200.

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、N 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 forming a silicon rich silicon nitride film having a predetermined thickness, the process chamber 201 by an inert gas such as N 2 is exhausted while being supplied into the processing chamber 201 is gas purge (purge), the processing chamber 201 together with the inner is replaced with the inert gas, the pressure in the processing chamber 201 returns to atmospheric pressure (atmospheric pressure return).

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。 Then, out seal cap 219 is lowered by the boat elevator 115, the lower end of the manifold 209 is opened, the lower end of the manifold 209 to the outside of the process tube 203 in a state where the processed wafers 200 held on the boat 217 (boat unloading). 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 processed wafers 200 are discharged from the boat 217 (wafer discharging).

(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 this embodiment of the present embodiment provides the one or more effects described below.

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。 In the present embodiment, at the step of supplying the dichlorosilane to the wafer 200 (step 1), the conditions CVD reaction occurs, i.e. a temperature of between 550 to 700 ° C. of the wafer 200, for example, to 630 ° C. It is set to be. 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。 This not only adsorbing dichlorosilane on the wafer 200, the dichlorosilane is thermally decomposed at the wafer 200 above with causing CVD reaction, silicon several atomic layers from the fraction of atomic layer on the wafer 200 It was deposited, it becomes possible to excessive amount of silicon deposited on the wafer 200.

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。 In the present embodiment, at the step of supplying the dichlorosilane to the wafer 200 (Step 1), dichlorosilane is thermally decomposed and causes a CVD reaction at the wafer 200 above. 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。 Thus, it is possible to increase the deposition rate, it is possible to improve the productivity of the substrate processing. 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。 Also, increasing the deposition rate, even relatively by low temperature film formation is possible, it is possible to reduce the thermal history of the wafer 200 (Serval budget).

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。 In the present embodiment, at the step of supplying ammonia to the wafer 200 (step 3), the conditions in the process chamber 201, the nitriding reaction with ammonia of a silicon film formed on the wafer 200 is not saturated are the conditions, such as. 例えば、化学量論的な窒化シリコン(Si )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。 For example, so as to supply a small amount of ammonia than the amount necessary to form a stoichiometric silicon nitride (Si 3 N 4) film. これにより、化学量論的な組成を有するSi 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。 Thus, an insufficient amount of nitrogen required to form a Si 3 N 4 with stoichiometric composition, it is possible to form a silicon rich silicon nitride (SiN) film on the wafer 200 .

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。 In the present embodiment, the pressure in the processing chamber 201, the temperature of the wafer 200, the ammonia supply flow rate, the ammonia supply time by controlling within the above range, the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film it is possible to arbitrarily control the. 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。 For example, after executing the step 1, the control to a predetermined pressure of a higher pressure than the step 1, the pressure in the treatment chamber 201 the temperature of the processing chamber 201 at step 3 while maintaining the same temperature as Step 1 by, a silicon film of fraction 1 atomic layer to several atomic layer deposited in step 1 by nitriding, the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film (silicon / nitrogen) from 1.0 to 0 it is possible to arbitrarily adjust between .75. 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。 Also, for example, after executing the step 1, the temperature in the processing chamber 201 at step 3 while maintaining the same state as in step 1, by controlling the supply time of the feed flow rate and ammonia ammonia, silicon nitride film it is possible to control the Si / N ratio. 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。 Also, for example, after executing the step 1, by controlling the temperature in the processing chamber 201 at step 3, it is possible to control the Si / N ratio of the silicon nitride film. 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。 That is, the temperature in the processing chamber 201 at step 3, the pressure, the ammonia supply flow rate, by controlling at least one of the ammonia supply time, you can control the nitride of Si was deposited in Step 1, Si of the silicon nitride film / N ratio can be controlled. 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。 Incidentally, a silicon film of several atomic layers formed in step 1, so as to nitride only one of them atomic layer (upper layer) in Step 3, may control the Si / N ratio, and further, step 1 to form a silicon film of 2 atomic layers, so as to nitride only one of them atomic layer (upper layer) in step 3, may control the Si / N ratio.

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。 In the present embodiment, the supply condition of dichlorosilane in step 1 or at least one of supply conditions of ammonia to adjust in step 3, the supply amount of Si and a nitride of Si, (supply amount of N) by controlling the balance between, it can be arbitrarily control the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film. 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。 Further, by controlling the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film, trapped amount of charge, the etching rate, dielectric constant, and can control the film quality (physical properties) of the silicon nitride film such as film stress Become.

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。 In the present embodiment, the film is formed by a method different from the ALD method to a method similar to film formation by ALD. 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。 That is, the step of supplying the dichlorosilane to the wafer 200 is deposited CVD-Si film on the wafer 200 (step 1), and removing dichlorosilane over the wafer 200 (step 2), the wafer 200 a step of thermally nitriding the CVD-Si film formed on the wafer 200 by supplying ammonia for (step 3), and the step of removing the ammonia from the top wafer 200 (step 4), as one cycle, this It repeated a plurality of cycles. 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。 Thus, by supplying dichlorosilane on the wafer 200 and the ammonia alternately to control the rate of progression of the deposition reaction on the wafer 200, the step coverage of the silicon nitride film (SiN) (step coverage) it is possible to improve. 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。 Further, it is possible to improve the wafer surface thickness uniformity.

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 will be described with reference to FIG. 4 sprinkled with comparative examples of the present invention.

<実施例1> <Example 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。 In the present embodiment, by adjusting the conditions in Step 1, it was tried to control the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film. 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。 As a result, 6.5Torr the pressure in the processing chamber 201 at step 1, the temperature of 600 ° C. of the wafer 200, 0.5 slm the supply flow rate of dichlorosilane, the supply time of dichlorosilane by 60 seconds, the wafer 200 silicon (Si) film of several atomic layers from the fraction of atomic layer thereon is formed. 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。 In Step 3, the pressure in the processing chamber 201 6.5Torr, the temperature of the wafer 200 to 600 ° C., the supply flow rate of ammonia 5 slm, and the supply time of ammonia was 30 seconds. 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。 Result, it was possible to obtain a 1.0 Å / cycle or rate of film formation. 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)。 Further, the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film (silicon / nitrogen) is 1.0 becomes, it was possible to obtain a silicon-rich silicon nitride film (No.1 see Figure 4).

<実施例2> <Example 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。 Also in this embodiment, by adjusting the conditions in Step 1, it was tried to control the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film. 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。 As a result, 6.5Torr the pressure in the processing chamber 201 at step 1, the temperature of 630 ° C. of the wafer 200, 0.5 slm the supply flow rate of dichlorosilane, the supply time of dichlorosilane by 10 seconds, the wafer 200 silicon (Si) film of several atomic layers from the fraction of atomic layer thereon is formed. 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。 In Step 3, 6.5Torr the pressure in the processing chamber 201, the temperature of the wafer 630 ° C., and the supply flow rate of ammonia 5 slm, and the supply time of ammonia 30 seconds. 結果、1.0Å A result, 1.0Å
/サイクル以上の成膜レートを得ることができた。 / Could be obtained or more cycles of the deposition rate. 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)。 Further, the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film (silicon / nitrogen) could be obtained becomes 1.0, silicon-rich silicon nitride film (see No.2 in FIG. 4).

<実施例3> <Example 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。 Also in this embodiment, by adjusting the conditions in Step 1, it was tried to control the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film. 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。 As a result, 1 Torr pressure in the processing chamber 201 at step 1, the temperature of 630 ° C. of the wafer 200, 10 slm the supply flow rate of dichlorosilane by the supply time of dichlorosilane and 10 seconds, several minutes on the wafer 200 silicon (Si) film of several atomic layers from 1 atomic layer is formed. 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。 In Step 3, 6.5Torr the pressure in the processing chamber 201, the temperature of the wafer 630 ° C., and the supply flow rate of ammonia 5 slm, and the supply time of ammonia 30 seconds. 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。 Result, it was possible to obtain a 1.0 Å / cycle or rate of film formation. 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)。 Further, the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film (silicon / nitrogen) was obtained 1.0, and the silicon-rich silicon nitride film (see No.3 in Figure 4).

<実施例4> <Example 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。 Also in this embodiment, by adjusting the conditions in Step 1, it was tried to control the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film. 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。 As a result, 1 Torr pressure in the processing chamber 201 at step 1, the temperature of 630 ° C. of the wafer 200, the supply flow rate of dichlorosilane 0.5 slm, the supply time of dichlorosilane by 30 seconds, on the wafer 200 silicon few atomic layers from a fraction of atomic layer (Si) film is formed. 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。 In Step 3, 6.5Torr the pressure in the processing chamber 201, the temperature of the wafer 630 ° C., and the supply flow rate of ammonia 5 slm, and the supply time of ammonia 30 seconds. 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。 Result, it was possible to obtain a 1.0 Å / cycle or rate of film formation. 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)。 Further, the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film (silicon / nitrogen) was obtained 1.0, and the silicon-rich silicon nitride film (see No.4 in Figure 4).

<実施例5> <Example 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。 In the present embodiment, by adjusting the conditions in Step 3, it was attempting to control the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film. 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。 As a result, 1 Torr pressure in the processing chamber 201 at step 1, the temperature of the wafer 200 to 630 ° C., 0.5 slm the supply flow rate of dichlorosilane, the supply time of dichlorosilane and 15 seconds, the processing chamber 201 at Step 3 the pressure of 6.5Torr, temperature 630 ° C. of the wafer 200, the supply flow rate of ammonia 1 slm, ammonia feed time, i.e. the time for exposing the wafer 200 was set to 6 seconds ammonia. 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)。 A result, the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film (silicon / nitrogen) could be obtained becomes 1.0, silicon-rich silicon nitride film (see No.5 in FIG. 4).

<実施例6> <Example 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。 In the present embodiment, by adjusting the conditions in Step 3, it was attempting to control the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film. 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。 As a result, 1 Torr pressure in the processing chamber 201 at step 1, the temperature of the wafer 200 to 630 ° C., 0.5 slm the supply flow rate of dichlorosilane, the supply time of dichlorosilane and 15 seconds, the processing chamber 201 at Step 3 the pressure of 6.5Torr, temperature 630 ° C. of the wafer 200, the supply flow rate of ammonia 10 slm, ammonia feed time, i.e. the time for exposing the wafer 200 was set to 6 seconds ammonia. 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)。 A result, the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film (silicon / nitrogen) was obtained 0.9, and the silicon-rich silicon nitride film (see No.6 in Fig. 4).

<比較例1> <Comparative Example 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。 1Torr the pressure in the processing chamber 201 at step 1, the temperature of 630 ° C. of the wafer 200, 0.5 slm supply amount of dichlorosilane, the supply time of dichlorosilane and 15 seconds, the pressure in the processing chamber 201 at Step 3 6.5Torr, temperature 630 ° C. of the wafer 200, the supply flow rate of the ammonia 1 slm, the supply time of ammonia, i.e., the time for exposing the wafer 200 was set to 24 seconds to ammonia. 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)。 A nitriding reaction of silicon film is saturated, the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film (silicon / nitrogen) is 0.75, the silicon nitride film of stoichiometric composition is formed, a silicon It could not be obtained rich silicon nitride film (see No.7 in Figure 4). 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。 The conditions other than the supply time of ammonia in the present comparative example is the same as in Example 5.

<比較例2> <Comparative Example 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。 1Torr the pressure in the processing chamber 201 at step 1, the temperature of 630 ° C. of the wafer 200, 0.5 slm the supply flow rate of dichlorosilane, the supply time of dichlorosilane and 15 seconds, the pressure in the processing chamber 201 at Step 3 20 Torr, temperature 630 ° C. of the wafer 200, the supply flow rate of the ammonia 1 slm, the supply time of ammonia, i.e., the time for exposing the wafer 200 was set to 6 seconds ammonia. 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)。 A nitriding reaction of silicon film is saturated, the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film (silicon / nitrogen) is 0.75, the silicon nitride film of stoichiometric composition is formed, a silicon It could not be obtained rich silicon nitride film (see No.8 in FIG. 4). 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。 The conditions other than the pressure in the processing chamber 201 at step 3 of this comparative example is the same as in Example 5.

<比較例3> <Comparative Example 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。 1Torr the pressure in the processing chamber 201 at step 1, the temperature of 630 ° C. of the wafer 200, 0.5 slm the supply flow rate of dichlorosilane, the supply time of dichlorosilane and 30 seconds, a fraction of atoms on the wafer 200 after depositing a thin silicon layer of a few atomic layers from the layer, 5 Torr pressure in the processing chamber 201 at step 3, the temperature of 630 ° C. of the wafer 200, 5 slm the supply flow rate of the ammonia, the supply time of ammonia and 30 seconds, It was fed activated ammonia into the process chamber 201 by the plasma. 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。 A nitriding reaction of silicon film is saturated, all the silicon film would be nitrided, the composition ratio of silicon and nitrogen in the silicon nitride film (silicon / nitrogen) is 0.75, silicon-rich silicon nitride film could not be obtained. 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)。 Therefore, when supplying ammonia to activate the process chamber 201 by the plasma, it was found that it is difficult to obtain a silicon-rich silicon nitride film (see No.9 in FIG. 4).

<比較例4> <Comparative Example 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。 The pressure in the processing chamber 201 at step 1 0.5 Torr, 600 ° C. the temperature of the wafer 200, 0.5 slm the supply flow rate of dichlorosilane, was a supply time of dichlorosilane and 10 seconds, the silicon film on the wafer 200 There was not deposited. 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)。 That is, even when set to 600 ° C. The temperature in step 1, when less 0.5Torr pressure, silicon film on the wafer 200 that is not easily deposited was found (see No.10 in Figure 4).

<本発明の好ましい態様> <Preferred embodiment of the present invention>
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。 Hereinafter, note the preferred embodiment of the present invention.

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 of manufacturing a semiconductor device having a step of forming a silicon nitride film on a substrate in a processing chamber using dichlorosilane and ammonia, in the step of forming the silicon nitride film , by supplying dichlorosilane to the substrate under conditions where CVD reaction occurs, forming a silicon film of less than a few atomic layers on a substrate, by supplying ammonia to the substrate in an atmosphere of non-plasma , by repeating a step of nitriding reaction with ammonia of the silicon film is thermally nitriding said silicon film under conditions that do not saturate, the alternately silicon compared to a stoichiometric nitrogen to form excessive silicon nitride film the method of 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 said silicon film, the processing chamber conditions, the supply flow rate of the ammonia so that nitriding is a condition not to saturate the silicon film, the supply time of ammonia, and the pressure in the processing chamber out at least one, nitriding reaction of the silicon film is made different from the condition of saturation.

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。 Also preferably, in the step of thermally nitriding said silicon film, the processing chamber condition, as described above the nitriding reaction of the silicon film is a condition that does not saturate, the supply of ammonia than the conditions nitriding reaction of the silicon film is saturated or to reduce the flow rate, shorten the supply time of ammonia, lowering the pressure in the processing chamber.

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。 Also preferably, in the step of thermally nitriding said silicon film, the supply flow rate of the ammonia, the supply time of ammonia, and by controlling at least one of the pressure in the processing chamber, controlling the composition ratio of the silicon nitride film to.

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, said a process first gas supply system for supplying dichlorosilane into the room, a second gas supply system for supplying ammonia into the processing chamber, wherein a heater for heating the substrate in the processing chamber by supplying dichlorosilane into the processing chamber under conditions CVD reaction occurs, several atomic layers or less of the silicon film is formed on a substrate, the process in an atmosphere of non-plasma by supplying ammonia to the chamber by nitriding ammonia by the silicon film under conditions nitriding reaction is not saturated in the silicon film, by repeating this alternately, excess silicon to stoichiometrically nitrogen on a substrate wherein the first gas supply system so as to form a silicon nitride film, the second gas supply system, and a substrate processing apparatus having a controller for controlling the heater are provided.

200 ウエハ(基板) 200 wafer (substrate)
201 処理室 207 ヒータ 232a 第1ガス供給管(第1ガス供給系) 201 the processing chamber 207 heater 232a first gas supply pipe (first gas supply system)
232b 第2ガス供給管(第2ガス供給系) 232b second gas supply pipe (second gas supply system)
280 コントローラ 280 controller

Claims (8)

  1. 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工程と、 By supplying a silicon-containing material under conditions that CVD reaction occurs with respect to the substrate processing chamber, comprising the steps of a silicon-containing substance is thermally decomposed to deposit silicon films of several atomic layers on a substrate by a CVD method,
    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、 Removing the silicon-containing material remaining in the processing chamber from the processing chamber,
    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、 Supplying a nitrogen-containing compound in an atmosphere of non-plasma to the processing chamber of the substrate, the silicon of the number of atomic layers under conditions that nitriding becomes unsaturated with nitrogen content of the silicon film of the several atomic layers a step of thermally nitriding the film,
    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、 Removing the nitrogen-containing substance remaining in the processing chamber from the processing chamber,
    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。 As 1 cycle, by repeating this cycle a plurality of times, a method of manufacturing a semiconductor device characterized by comprising the step of silicon compared to a stoichiometric nitrogen on a substrate to form an excess of silicon nitride film.
  2. 前記数原子層のシリコン膜を熱窒化する工程では、前記数原子層のシリコン膜を構成するシリコンの結合手の一部が窒素含有物を構成する窒素の結合手と結合しない状態となるように前記数原子層のシリコン膜を窒化することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 In the step of thermally nitriding the silicon film of said number atomic layer, so that the state in which a part of the bonds of silicon contained in the silicon film of the several atomic layers are not linked with bonds of nitrogen constituting the nitrogen-containing substance the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, characterized in that nitriding the silicon film of said number atomic layers.
  3. 前記数原子層のシリコン膜を熱窒化する工程では、前記数原子層のシリコン膜を不完全に窒化させることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。 In the step of thermally nitriding the silicon film of said number atomic layer, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that incompletely nitriding the silicon film of said number atomic layers.
  4. 前記数原子層のシリコン膜を熱窒化する工程では、前記数原子層のシリコン膜のうち1原子層を窒化することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 In the step of thermally nitriding the silicon film of said number atomic layer, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, characterized in that nitriding the one atomic layer of the silicon film of the several atomic layers .
  5. 前記数原子層のシリコン膜は、数原子層のCVD−Si膜であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 Silicon film of the number of atomic layers The manufacturing method of a semiconductor device according to claim 1, characterized in that a CVD-Si film of a few atomic layers.
  6. 前記シリコン含有物はジクロロシランを含み、前記窒素含有物はアンモニアを含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The silicon-containing compound comprises dichlorosilane method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 wherein the nitrogen-containing material which comprises ammonia.
  7. 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工程と、 By supplying a silicon-containing material under conditions that CVD reaction occurs with respect to the substrate processing chamber, comprising the steps of a silicon-containing substance is thermally decomposed to deposit silicon films of several atomic layers on a substrate by a CVD method,
    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、 Removing the silicon-containing material remaining in the processing chamber from the processing chamber,
    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、 Supplying a nitrogen-containing compound in an atmosphere of non-plasma to the processing chamber of the substrate, the silicon of the number of atomic layers under conditions that nitriding becomes unsaturated with nitrogen content of the silicon film of the several atomic layers a step of thermally nitriding the film,
    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、 Removing the nitrogen-containing substance remaining in the processing chamber from the processing chamber,
    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。 As 1 cycle, by repeating this cycle a plurality of times, a substrate processing method characterized by comprising the step of silicon compared to a stoichiometric nitrogen on a substrate to form an excess of silicon nitride film.
  8. 基板を処理する処理室と、 A processing chamber for processing a substrate,
    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、 A first gas supply system for supplying a silicon-containing compound into the processing chamber,
    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、 A second gas supply system for supplying a nitrogen-containing compound into the processing chamber,
    前記処理室内の基板を加熱するヒータと、 A heater for heating the substrate in the processing chamber,
    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 By supplying a silicon-containing material under conditions that CVD reaction occurs with respect to the process chamber of the substrate, a process of a silicon-containing substance is thermally decomposed to deposit silicon films of several atomic layers on a 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 a process of thermally nitriding the silicon film of the several atomic layers under conditions that nitriding becomes unsaturated with nitrogen-containing compounds, a process for removing nitrogen-containing compounds remaining in the processing chamber from the processing chamber, one cycle as, by repeating this cycle a plurality of times, the first gas supply system so that the silicon to stoichiometrically nitrogen on a substrate to form an excess of silicon nitride film, the second gas ス供給系、及び前記ヒータを制御するコントローラと、 Scan supply system, and a controller for controlling the heater,
    を有することを特徴とする基板処理装置。 The substrate processing apparatus characterized by having a.
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