JP6501560B2 - Method and apparatus for forming silicon nitride film - Google Patents
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Description
この発明は、シリコン窒化物膜の成膜方法および成膜装置に関する。 The present invention relates to a method of forming a silicon nitride film and a film forming apparatus.
半導体デバイス製造工程の一つに、低温シリコン窒化物(SiN)成膜のニーズがある。ここでの低温とは成膜処理室内の温度が300〜400℃程度の領域を指す。低温SiN成膜の手法としては、低温領域において吸着性および熱分解性がよいシリコン(Si)原料ガスと、低温窒化が可能な窒化剤との組み合わせが用いられる。 There is a need for low temperature silicon nitride (SiN) deposition as one of semiconductor device manufacturing processes. The low temperature here indicates a region in which the temperature in the film formation chamber is about 300 to 400 ° C. As a low-temperature SiN film formation method, a combination of a silicon (Si) source gas having good adsorptivity and thermal decomposition in a low-temperature region and a nitriding agent capable of low-temperature nitriding is used.
低温領域において吸着性および熱分解性がよく、かつ、SiN材料としても反応性が良好なSi膜が得られるSi原料ガスとしては、クロロシラン系ガスが知られている(特許文献1参照)。 A chlorosilane-based gas is known as an Si source gas from which an Si film having good adsorptivity and thermal decomposition properties in a low temperature region and good reactivity as an SiN material can be obtained (see Patent Document 1).
また、低温窒化が可能な窒化剤としてはアンモニア(NH3)ガスが知られている(同じく特許文献1参照)。窒化剤としてNH3ガスを用いる場合、NH3を、熱もしくはプラズマによって活性化させる。NH3が活性化されることで、NH3にはSi膜の窒化に必要な窒化力が得られる。 Further, as a nitriding agent capable of low temperature nitriding, ammonia (NH 3 ) gas is known (see also Patent Document 1). When using the NH 3 gas as a nitriding agent, the NH 3, activated by heat or plasma. By NH 3 is activated, nitriding power required for nitriding of Si film can be obtained in the NH 3.
さらに、特許文献1には、処理室内に、クロロシラン系のSi原料ガスであるジクロロシラン(DCS)と窒化剤であるNH3とを同時に供給することにより、SiN膜の成膜レートを向上できることが記載されている(段落0031の記載等参照)。
Furthermore,
特許文献1では、処理室内に、DCSとNH3とを同時に供給することで、SiN膜の成膜レートを向上させることができる。しかしながら、SiN膜の、更なる成膜レートの向上が求められている。
In
また、窒化剤としてNH3ガスを用いた場合、熱的な活性化のみでは十分な窒化力を得ることが難しい。このため、より高い窒化力を得るためにプラズマを用いて、NH3をラジカル化させることが併用される。しかし、高い高周波パワーの印加が必要となり、被処理体の構造へダメージを与えてしまう可能性がある、という懸念がある。 In addition, when NH 3 gas is used as a nitriding agent, it is difficult to obtain sufficient nitriding power only by thermal activation. For this reason, in order to obtain higher nitriding power, radicalization of NH 3 is used in combination with plasma. However, there is a concern that high frequency power needs to be applied, which may damage the structure of the object to be treated.
この発明は、更なる成膜レートの向上が可能であり、また、窒化剤を熱的に活性化しただけであっても十分な窒化力を得ることが可能なシリコン窒化物膜の成膜方法およびその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供する。 According to the present invention, it is possible to further improve the deposition rate, and a method of depositing a silicon nitride film capable of obtaining sufficient nitriding power even if the nitriding agent is only thermally activated. And a film forming apparatus capable of carrying out the film forming method.
この発明の第1の態様に係るシリコン窒化膜の成膜方法は、被処理体の被処理面上に、シリコン窒化物膜を成膜するシリコン窒化物膜の成膜方法であって、(1)前記被処理体を、成膜装置の処理室内に搬入する工程と、(2)前記処理室に、シリコン原料ガスと窒化ガスとを同時に供給する工程と、(3)前記処理室内を、前記シリコン原料ガスと前記窒化ガスとの混合雰囲気で保持する工程と、(4)前記処理室内を排気する工程と、(5)前記(3)工程の後、前記処理室内において、前記被処理面上に得られたシリコン窒化物膜を、さらに窒化する工程と、を具備し、前記(2)工程から前記(5)工程までを、設定された回数まで繰り返し行い、前記窒化ガスが、窒化剤として含窒素複素環化合物ガスを含有し、前記(2)工程において、前記被処理体が収容された成膜装置の処理室内に、窒化剤として、前記含窒素複素環化合物ガスとは異なる窒素化合物ガスを含有した他の窒化ガスを、さらに供給し、前記(5)工程において、前記被処理体が収容された成膜装置の処理室内に、前記他の窒化ガスを供給する。 The method for forming a silicon nitride film according to the first aspect of the present invention is a method for forming a silicon nitride film for forming a silicon nitride film on a surface to be processed of an object to be processed. ) Carrying in the processing object into the processing chamber of the film forming apparatus, (2) simultaneously supplying the silicon source gas and the nitriding gas to the processing chamber, (3) in the processing chamber, A process of holding in a mixed atmosphere of a silicon source gas and the nitriding gas, (4) a process of evacuating the processing chamber, and (5) after the process (3), on the processing surface in the processing chamber. And the step of further nitriding the obtained silicon nitride film, and the steps (2) to (5) are repeatedly performed a set number of times, and the nitriding gas is used as a nitriding agent. A nitrogen-containing heterocyclic compound gas is contained, and in the step (2), the object to be treated is collected. In the processing chamber of the deposited film forming apparatus, another nitriding gas containing a nitrogen compound gas different from the nitrogen-containing heterocyclic compound gas is further supplied as a nitriding agent, and in the step (5), The other nitriding gas is supplied into the processing chamber of the film forming apparatus in which the body is accommodated.
この発明の第2の態様に係る成膜装置は、被処理体の被処理面上に、シリコン窒化物膜を成膜する成膜装置であって、前記被処理体を収容する処理室と、前記処理室内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理室内に収容された前記被処理基板を加熱する加熱装置と、前記処理室内を排気口および排気弁を介して排気する排気機構と、前記処理ガス供給機構、前記加熱装置、および前記排気機構を制御するコントローラと、を具備し、前記コントローラが、上記第1の態様に係るシリコン窒化物膜の成膜方法が実施されるように前記処理ガス供給機構、前記加熱装置、および前記排気機構を制御する。 A film forming apparatus according to a second aspect of the present invention is a film forming apparatus for forming a silicon nitride film on a surface to be processed of an object to be processed, wherein the processing chamber accommodates the object to be processed; A processing gas supply mechanism for supplying a gas used for processing into the processing chamber, a heating device for heating the substrate to be processed housed in the processing chamber, and exhausting the processing chamber through an exhaust port and an exhaust valve An exhaust mechanism, the processing gas supply mechanism, the heating device, and a controller for controlling the exhaust mechanism, the controller performing the method for forming a silicon nitride film according to the first aspect. The process gas supply mechanism, the heating device, and the exhaust mechanism are controlled to be controlled.
この発明によれば、更なる成膜レートの向上が可能であり、また、窒化剤を熱的に活性化しただけであっても十分な窒化力を得ることが可能なシリコン窒化物膜の成膜方法およびその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to further improve the deposition rate, and it is possible to obtain a silicon nitride film capable of obtaining sufficient nitriding power even if the nitriding agent is only thermally activated. It is possible to provide a film forming method capable of performing the film forming method and the film forming method.
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings.
(第1の実施形態)
<シリコン窒化物膜の成膜方法>
図1はこの発明の第1の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法のシーケンスの一例を示す流れ図、図2は図1に示すシーケンスのタイムチャート、図3A〜図3Fは図1に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。
First Embodiment
<Method of forming silicon nitride film>
FIG. 1 is a flow chart showing an example of the sequence of the method for forming a silicon nitride film according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a time chart of the sequence shown in FIG. It is sectional drawing which shows roughly the state of the to-be-processed object in the shown sequence.
まず、図1中のステップ1および図3Aに示すように、被処理体を成膜装置の処理室101内に搬入する。被処理体は、本例においては、例えば、表面にシリコン酸化物膜2が形成されたシリコンウエハ(以下ウエハという)1である。シリコン酸化物膜2の一例はSiO2膜である。処理室101内にウエハ1を搬入した後、処理室101内を排気し(図2中のt0〜t1)、引き続き処理室101内を不活性ガスにてパージする(図2中のt1〜t2)。不活性ガスの一例は、窒素(N2)ガスである。
First, as shown in
次に、図1中のステップ2および図3Bに示すように、処理室101に、シリコン原料ガスと窒化ガスとを同時に供給する(図2中のt2〜t3)。シリコン原料ガスおよび窒化ガスの供給は、処理室101の排気口129と排気装置とを接続する排気管中に設けられたバルブVの開度を絞った状態、又はバルブVを閉じた状態で行う。なお、図2および図3Bには、バルブVを閉じた状態が示されている。バルブVの例としては排気用メインバルブや、開度調節が可能な圧力調整バルブなどを挙げることができる。また、シリコン原料ガスの一例はジクロロシラン(DCS)である。窒化ガスに含まれる窒化剤としては、本実施形態では含窒素複素環化合物ガスを用いる。含窒素複素環化合物ガスの一例は1H−1,2,3−トリアゾールである。
Next, as shown in
ステップ2の処理条件の一例は、
DCS流 量 : 1slm
トリアゾール流量: 300sccm
処 理 時 間 : 11sec
処 理 温 度 : 380℃
処 理 圧 力 : 133.3Paから533.2Paに向けて上昇
(1Torrから4Torrに向けて上昇)
(本明細書においては1Torrを133.3Paと定義する)
である。ステップ2においては、本例では不活性ガスを所定の流量で供給し続けるが、不活性ガスの供給を停止することも可能である。また、処理温度の一例として380℃を挙げているが、本例では窒化ガスとして含窒素複素環化合物ガスを用いるので、例えば、NH3等の窒化ガスに比較して、より低温でシリコン窒化物膜を成膜することが可能となる。その成膜可能温度帯は380℃の前後、180℃以上600℃未満、より好ましくは200℃以上550℃以下である。よって、処理温度は、180℃以上600℃未満の範囲の温度帯から選択されること、より好ましくは200℃以上550℃以下の範囲の温度帯から選択されることがよい。
An example of the processing condition of
DCS flow rate: 1 slm
Triazole flow rate: 300 sccm
Processing time: 11 sec
Processing temperature: 380 ° C
Processing pressure: Rising from 133.3Pa to 533.2Pa
(Up from 1 Torr to 4 Torr)
(In this specification, 1 Torr is defined as 133.3 Pa)
It is. In
次に、図1中のステップ3および図3Cに示すように、バルブVの開度を絞った状態、又はバルブVを閉じた状態のまま、シリコン原料ガスおよび窒化ガスの供給を止め、処理室101内を、シリコン原料ガスと窒化ガスとの混合雰囲気で保持する(図2中のt3〜t4)。これにより、ウエハ1の被処理面、本例ではシリコン酸化物膜2の表面上には、第1層シリコン窒化物層3−1が形成される。
Next, as shown in
ステップ3の処理条件の一例は、
処 理 時 間 : 74sec
処 理 温 度 : 380℃
処 理 圧 力 : 533.2Paから上昇
(4Torrから上昇)
である。ステップ3においては、本例では不活性ガスを所定の流量で供給し続けるが、不活性ガスの供給を停止することも可能である。不活性ガスの供給を停止した場合、処理圧力は約533.2Paで均衡する。
An example of the processing condition of
Processing time: 74 seconds
Processing temperature: 380 ° C
Processing pressure: rising from 533.2 Pa
(Up from 4 Torr)
It is. In
次に、図1中のステップ4および図3Dに示すように、シリコン原料ガス、窒化ガス、および不活性ガスの供給を全て停止して、バルブVを開ける。そして、排気装置により、処理室101内を排気する(図2中のt4〜t1)。ここまでのステップ、即ち図2中に示す時刻t1からt1までを1サイクルとする。
Next, as shown in
次に、図1中のステップ5において、サイクル数が設定された回数か否かを判断する。設定された回数ではない(No)と判断された場合には、ステップ2に戻り、ステップ2からステップ4までを繰り返す。これにより、ウエハ1の被処理面上には、例えば、図3Eに示すように、第2層シリコン窒化物層3−2が形成される。反対に、設定された回数である(Yes)と判断された場合には、この発明の第1の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法を終了する。このような成膜方法をウエハ1の被処理面に対し実施することで、図3Fに示すように、ウエハ1の被処理面上には、設計された膜厚Tを持つシリコン窒化物膜3が成膜される。
Next, in step 5 in FIG. 1, it is determined whether the number of cycles is the set number. If it is determined that the number of times is not set (No), the process returns to step 2 and repeats
このような第1の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法によれば、まず、窒化ガスに含まれる窒化剤として含窒素複素環化合物ガスを用いる。このため、窒化ガスとしてNH3ガスのみを用いる場合に比較して、成膜可能温度帯を下げることが可能となる。例えば、成膜可能温度帯は180℃以上600℃未満の範囲、より好ましくは200℃以上550℃以下の範囲まで下げることができる。 According to the method of forming a silicon nitride film according to the first embodiment, first, a nitrogen-containing heterocyclic compound gas is used as a nitriding agent contained in the nitriding gas. For this reason, it is possible to lower the filmable temperature range as compared with the case where only NH 3 gas is used as the nitriding gas. For example, the temperature range in which the film can be formed can be lowered to a range of 180 ° C. or more and less than 600 ° C., more preferably to a range of 200 ° C. or more and 550 ° C. or less.
また、窒化剤として含窒素複素環化合物ガスを用いることで、プラズマを用いずに、熱的な活性化のみを用いてシリコン窒化物膜を成膜したとしても、プラズマを用いた場合と同等の成膜レートを確保することが可能となる。この理由の一つとして、以下のような理由を挙げることができる。 In addition, by using a nitrogen-containing heterocyclic compound gas as a nitriding agent, even if a silicon nitride film is formed using only thermal activation without using plasma, it is equivalent to using plasma. It becomes possible to secure the deposition rate. As one of the reasons, the following reasons can be mentioned.
含窒素複素環化合物ガス、例えば、1H−1,2,3−トリアゾール系化合物は、五員環内に“N=N−N”結合を含んでいる。この結合のうち“N=N”の部分は、窒素(N2、N≡N)になろうとして分解する性質がある。このため、1H−1,2,3−トリアゾール系化合物は、通常の開環開裂と異なり、多数の箇所で開裂・分解を起こす特性がある。つまり、“N≡N”を生じるために、化合物内に電子的不飽和状態が起きる。このように1H−1,2,3−トリアゾール系化合物が開裂・分解することで得られた分解物は活性である。このため、成膜温度が低温、例えば、200℃以上550℃以下の温度帯においても、Si膜を窒化することが可能となる。 The nitrogen-containing heterocyclic compound gas, for example, a 1H-1,2,3-triazole compound contains an "N = N-N" bond in a five-membered ring. Of this bond, the "N = N" portion has the property of decomposing as it becomes nitrogen (N 2 , N≡N). For this reason, 1H-1,2,3-triazole compounds have the property of causing cleavage and decomposition at a large number of places, unlike ordinary ring-opening cleavage. That is, electronic unsaturation occurs in the compound to produce "N“ N ". Thus, the decomposition product obtained by the cleavage and decomposition of the 1H-1,2,3-triazole compound is active. Therefore, the Si film can be nitrided even in a temperature range where the film forming temperature is low, for example, 200 ° C. or more and 550 ° C. or less.
しかも、第1の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法では、ステップ2において説明したように、処理室101内に、シリコン原料ガスと窒化ガスとを同時に供給する。このため、処理室101内に、シリコン原料ガスと窒化ガスとを交互に供給する場合に比較して、シリコン窒化物膜の成膜レートの更なる向上が可能となる、という利点をも得ることができる。
Moreover, in the method for forming a silicon nitride film according to the first embodiment, as described in
よって、第1の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法によれば、更なる成膜レートの向上が可能であり、また、窒化剤を熱的に活性化しただけであっても十分な窒化力を得ることが可能なシリコン窒化物膜の成膜方法を得ることができる。 Therefore, according to the film formation method of the silicon nitride film according to the first embodiment, the film formation rate can be further improved, and it is sufficient even if the nitriding agent is only thermally activated. It is possible to obtain a film formation method of a silicon nitride film capable of obtaining a sufficient nitriding power.
(第2の実施形態)
<シリコン窒化物膜の成膜方法>
図4はこの発明の第2の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法のシーケンスの一例を示す流れ図、図5は図4に示すシーケンスのタイムチャート、図6Aおよび図6Bは図4に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。
Second Embodiment
<Method of forming silicon nitride film>
FIG. 4 is a flow chart showing an example of the sequence of the method for forming a silicon nitride film according to the second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a time chart of the sequence shown in FIG. 4 and FIGS. 6A and 6B are FIGS. It is sectional drawing which shows roughly the state of the to-be-processed object in the shown sequence.
第2の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法が、第1の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法と異なるところは、窒化剤として含窒素複素環化合物ガスを含有する窒化ガスに加えて、窒化剤として含窒素複素環化合物ガスとは異なる窒素化合物ガスを含有する他の窒化ガスを用いることである。 The film forming method of the silicon nitride film according to the second embodiment is different from the film forming method of the silicon nitride film according to the first embodiment in that the nitrogen-containing heterocyclic compound gas is contained as a nitriding agent. In addition to the gas, another nitriding gas containing a nitrogen compound gas different from the nitrogen-containing heterocyclic compound gas is used as the nitriding agent.
即ち、図4中のステップ2aおよび図6Aに示すように、処理室101に、シリコン原料ガスと窒化ガスと他の窒化ガスとを同時に供給する(図5中のt2〜t3)。本例においても、ステップ2aは、バルブVの開度を絞った状態、又はバルブVを閉じた状態で行われる。図6Aには、バルブVを閉じた状態が示されている。また、シリコン原料ガスの一例はDCS、窒化ガスに含まれる窒化剤の一例は1H−1,2,3−トリアゾール、他の窒化ガスに含まれる窒化剤の一例はNH3ガスである。 That is, as shown in step 2a in FIG. 4 and FIG. 6A, the silicon source gas, the nitriding gas and the other nitriding gas are simultaneously supplied to the processing chamber 101 (t2 to t3 in FIG. 5). Also in this example, step 2a is performed in a state where the opening degree of the valve V is narrowed or in a state where the valve V is closed. The state which closed the valve V is shown by FIG. 6A. Further, an example of a silicon source gas an example of a nitriding agent contained DCS, the gas nitriding an example of a nitriding agent contained in the IH-1,2,3-triazole, other nitriding gas is NH 3 gas.
ステップ2aの処理条件の一例は、
DCS流 量 : 1slm
トリアゾール流量: 300sccm
NH3流 量 : 1slm
処 理 時 間 : 11sec
処 理 温 度 : 380℃
処 理 圧 力 : 133.3Paから533.2Paに向けて上昇
(1Torrから4Torrに向けて上昇)
である。ステップ2aにおいては、本例では不活性ガスを所定の流量で供給し続けても、停止してもよい。また、処理温度は380℃に限らず、第1の実施形態と同様に200℃以上550℃以下の範囲の温度帯から選択される。
An example of the processing condition of step 2a is
DCS flow rate: 1 slm
Triazole flow rate: 300 sccm
NH 3 flow rate: 1 slm
Processing time: 11 sec
Processing temperature: 380 ° C
Processing pressure: Rising from 133.3Pa to 533.2Pa
(Up from 1 Torr to 4 Torr)
It is. In step 2a, the inert gas may be continuously supplied at a predetermined flow rate or may be stopped in this example. The treatment temperature is not limited to 380 ° C., and is selected from a temperature range of 200 ° C. or more and 550 ° C. or less as in the first embodiment.
次に、図4中のステップ3aおよび図6Bに示すように、バルブVの開度を絞った状態、又はバルブVを閉じた状態のまま、シリコン原料ガス、窒化ガス、および他の窒化ガスの供給を止め、処理室101内を、シリコン原料ガスと窒化ガスと他の窒化ガスとの混合雰囲気で保持する(図5中のt3〜t4)。これにより、ウエハ1の被処理面、本例ではシリコン酸化物膜2の表面上には、第1の実施形態と同様に、第1層シリコン窒化物層3−1が形成される。
Next, as shown in step 3a and FIG. 6B in FIG. 4, silicon source gas, nitriding gas, and other nitriding gases are used while the valve V is throttled down or the valve V is closed. The supply is stopped, and the inside of the
ステップ3aの処理条件は、第1の実施形態のステップ3と同様の条件でよい。ステップ3aの後、図1に示したステップ4へと進み、第1の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法に従う。
The processing condition of step 3a may be the same as that of
このような第2の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法によれば、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。さらに、窒化剤として含窒素複素環化合物ガスを含有する窒化ガスと、窒化剤として含窒素複素環化合物ガスとは異なる窒素化合物ガスを含有する他の窒化ガスとを、シリコン原料ガスと同時に処理室101内に供給する。このため、シリコン窒化物膜の成膜レートの更なる向上を図ることができる、という利点をさらに得ることができる。なお、詳しい成膜レートについては後述する。 According to the method for forming a silicon nitride film of the second embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained. Furthermore, a nitriding chamber containing nitrogen-containing heterocyclic compound gas as a nitriding agent, and another nitriding gas containing a nitrogen compound gas different from the nitrogen-containing heterocyclic compound gas as a nitriding agent are simultaneously processed with the silicon source gas. Supply in 101. Therefore, it is possible to further obtain the advantage that the film formation rate of the silicon nitride film can be further improved. The detailed deposition rate will be described later.
また、第2の実施形態において、他の窒化ガスに含まれる窒化剤としては、上記NH3の他、N2O、NO、NO2なども用いることができる。 In the second embodiment, N 2 O, NO, NO 2 or the like can be used in addition to the above NH 3 as a nitriding agent contained in another nitriding gas.
(第3の実施形態)
<シリコン窒化物膜の成膜方法>
図7はこの発明の第3の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法のシーケンスの一例を示す流れ図、図8は図7に示すシーケンスのタイムチャート、図9は図7に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。
Third Embodiment
<Method of forming silicon nitride film>
FIG. 7 is a flow chart showing an example of the sequence of the film forming method of the silicon nitride film according to the third embodiment of the present invention, FIG. 8 is a time chart of the sequence shown in FIG. It is sectional drawing which shows roughly the state of the to-be-processed object.
第3の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法が、第1、第2の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法と異なるところは、処理室101内をシリコン原料ガスと窒化ガスや他の窒化ガスとの混合雰囲気で保持した後(ステップ3、又はステップ3a)、処理室101内を不活性ガスでパージする(図8中に示すt4〜t5の期間)。この後、図7中のステップ6および図9に示すように、処理室101内において、被処理面上に得られたシリコン窒化物膜(例えば第1層シリコン窒化物層3−1)を、さらに窒化することである。
The difference between the method of forming a silicon nitride film according to the third embodiment and the method of forming a silicon nitride film according to the first and second embodiments is that the silicon source gas and the inside of the
本例では、ステップ6における窒化を、プラズマアシストを用いて行うようにしている。そして、窒化に使用される窒化ガスとしては、他の窒化ガスを利用するにようにしている。本例では、他の窒化ガスは、窒化剤としてNH3ガスを含有している。ステップ6においては、プラズマアシストを“ON”、例えば、高周波電力を電極間に印加する。高周波電力が印加された電極間をNH3ガスが通過することによってプラズマが発生する。 In this example, the nitriding in step 6 is performed using plasma assist. Then, another nitriding gas is used as a nitriding gas used for nitriding. In this example, the other nitriding gas contains NH 3 gas as a nitriding agent. In step 6, plasma assist is "ON", for example, high frequency power is applied between the electrodes. A plasma is generated as NH 3 gas passes between the electrodes to which high frequency power is applied.
このようにNH3ガスをプラズマによって活性化させることで、他の窒化ガスは、窒素ラジカル(N*)やアンモニアラジカル(NH*)などの活性種を含むガスとなって、処理室101内に供給される。ウエハ1の被処理面上に形成されたシリコン窒化物膜、例えば、図9に示す第1層シリコン窒化物層3−1は、活性な窒素ラジカル(N*)やアンモニアラジカル(NH*)によって、さらに窒化される。なお、ステップ6は、バルブVは、例えば開けた状態で実施される。
Thus, by activating the NH 3 gas by plasma, the other nitriding gas becomes a gas containing active species such as nitrogen radicals (N * ) and ammonia radicals (NH * ), and the like in the
次に、図7中のステップ4に示すように処理室内を排気し、ステップ5に進む。この後、図1に示したシーケンス、又は図4に示したシーケンスに従って、シリコン窒化物膜の成膜を行う。
Next, as shown in
このような第3の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法によれば、第1、第2の実施形態と同様な利点を得ることができる。さらに、処理室101内をシリコン原料ガスと窒化ガスや他の窒化ガスとの混合雰囲気で保持した後(ステップ3、又はステップ3a)、ステップ6に示したようにシリコン窒化物膜をさらに窒化する。このため、第1、第2の実施形態に比較して、シリコン窒化物膜の成膜レートを、さらに向上させることができる、という利点を得ることができる。
According to the method for forming a silicon nitride film of the third embodiment, the same advantages as those of the first and second embodiments can be obtained. Furthermore, after holding the inside of the
また、ステップ6に示す窒化用のガスとしては、他の窒化ガスを用いることが可能であり、窒化剤としてはNH3、N2O、NO、NO2などを用いることができる。さらに、窒化にプラズマアシストを用いる場合には、窒化剤としてN2ガスを用いることも可能である。 Moreover, it is possible to use other nitriding gas as gas for nitriding shown to Step 6, and it is possible to use NH 3 , N 2 O, NO, NO 2 etc. as a nitriding agent. Furthermore, when using plasma assist for nitriding, it is also possible to use N 2 gas as the nitriding agent.
<シリコン窒化物膜の成膜レート>
図10は、シリコン窒化物膜の1サイクルあたりの成膜レートを示す図である。図10には、下記3つの場合のシリコン窒化物膜の成膜レートが示されている。
<Deposition rate of silicon nitride film>
FIG. 10 is a view showing a film forming rate per cycle of a silicon nitride film. FIG. 10 shows the film formation rates of silicon nitride films in the following three cases.
(A) 比較例
シリコン原料ガス(DCS)と窒化ガス(1H−1H−1,2,3−トリアゾール系化合物)とを処理室に交互に供給
(B) 第2の実施形態
シリコン原料ガス(DCS)と窒化ガス(1H−1H−1,2,3−トリアゾール系化合物)と他の窒化ガス(NH3)とを処理室に同時に供給
(C) 第3の実施形態
シリコン原料ガス(DCS)と窒化ガス(1H−1H−1,2,3−トリアゾール系化合物)と他の窒化ガス(NH3)とを処理室に同時に供給し、さらに窒化
(A) Comparative Example Supplying silicon source gas (DCS) and nitriding gas (1H-1H-1,2,3-triazole compound) alternately to the processing chamber
(B) Second Embodiment A silicon source gas (DCS), a nitriding gas (1H-1H-1,2,3-triazole compound) and another nitriding gas (NH 3 ) are simultaneously supplied to a processing chamber.
(C) Third Embodiment A silicon source gas (DCS), a nitriding gas (1H-1H-1,2,3-triazole compound) and another nitriding gas (NH 3 ) are simultaneously supplied to a processing chamber, Furthermore, nitriding
比較例の場合、1サイクルあたりの成膜レートは0.005nm/cycleであったが、第2の実施形態の場合、1サイクルあたりの成膜レートは0.038nm/cycleとなり、比較例に比較して成膜レートが約8倍向上した。 In the case of the comparative example, the film forming rate per cycle was 0.005 nm / cycle, but in the case of the second embodiment, the film forming rate per cycle is 0.038 nm / cycle, and was compared to the comparative example. The deposition rate was improved about eight times.
また、第3の実施形態の場合、1サイクルあたりの成膜レートは0.149nm/cycleとなり、比較例に比較して成膜レートが約30倍向上した。また、第2の実施形態に比較しても、成膜レートは約4倍向上した。 Further, in the case of the third embodiment, the film forming rate per cycle is 0.149 nm / cycle, and the film forming rate is improved by about 30 times as compared with the comparative example. In addition, the film forming rate is improved by about four times as compared with the second embodiment.
なお、第1の実施形態の場合の成膜レートは示していないが、比較例と異なるところは、シリコン原料ガス(DCS)と窒化ガス(1H−1H−1,2,3−トリアゾール系化合物)とを処理室に交互に供給するか、同時に供給するかである。 Although the film forming rate in the case of the first embodiment is not shown, the silicon source gas (DCS) and the nitriding gas (1H-1H-1,2,3-triazole compound) are different from the comparative example. And alternately to the processing chamber or simultaneously.
第1の実施形態においては、シリコン原料ガス(DCS)と窒化ガス(1H−1H−1,2,3−トリアゾール系化合物)とを処理室に同時に供給するため、比較例よりは成膜レートが向上する。したがって、第1の実施形態の場合の成膜レートは、比較例と第2の実施形態との間、即ち、0.005nm/cycleを超え、0.038nm/cycle未満の範囲にある、と推測することができる。 In the first embodiment, since the silicon source gas (DCS) and the nitriding gas (1H-1H-1,2,3-triazole compound) are simultaneously supplied to the processing chamber, the film forming rate is higher than that of the comparative example. improves. Therefore, it is estimated that the deposition rate in the case of the first embodiment is between the comparative example and the second embodiment, that is, in the range of more than 0.005 nm / cycle and less than 0.038 nm / cycle. can do.
<ウェットエッチング耐性>
次に、各種膜のウェットエッチング耐性について説明する。
<Wet etching resistance>
Next, the wet etching resistance of various films will be described.
第1〜第3の実施形態に従って成膜したシリコン窒化物膜3は、厳密に述べると、シリコン原子(Si)および窒素原子(N)の他に、酸素原子(O)と炭素原子(C)とをさらに含有したSiOCN膜となる。SiOCN膜中の“O”は、例えば、被処理面に吸着したO原子や、被処理面のシリコン酸化物膜に含まれたO原子に由来し、“C”は含窒素複素環化合物ガスに含まれたアルキル基のC原子に由来する。図11に、第2の実施形態に従って成膜したシリコン窒化物膜3の膜組成を示す。
Strictly speaking, the
図11に示すように、第2の実施形態に従って成膜されたシリコン窒化物膜3の膜組成は、Si:30.2at%、O:26.9at%、C:16.7at%、N:26.3at%であった。このようにシリコン窒化物膜3は、例えば、約26〜27at%程度のO原子、約16〜17at%程度のC原子を含んでいる。なお、膜組成の合計値は100.1%となっているが、これは四捨五入の関係による。
As shown in FIG. 11, the film composition of the
シリコン窒化物膜3中に、例えば、C原子が取り込まれると、シリコン窒化物膜3のエッチングレートが変化する。一般的には、シリコン窒化物膜3中のC原子の存在割合が高くなるとエッチングされにくくなり、反対に低くなるとエッチングされやすくなる、という傾向を示す。
For example, when C atoms are taken into the
図12は、0.5%希フッ酸に対するエッチングレートを示す図である。図12には、下記3つの場合のエッチングレートが示されている。
(D) シリコン酸化物膜(ALD法を用いて成膜したSiO2膜。以下SiO2膜と略す)
(E) シリコン窒化物膜(ALD法を用いて成膜したSiN膜。以下SiN膜と略す)
(F) シリコン窒化物膜(第2の実施形態に従って成膜したSiOCN膜。以下SiOCN膜と略す)
FIG. 12 is a diagram showing the etching rate for 0.5% dilute hydrofluoric acid. The etching rates in the following three cases are shown in FIG.
(D) Silicon oxide film (SiO 2 film formed by ALD method, hereinafter abbreviated as SiO 2 film)
(E) Silicon nitride film (SiN film formed by ALD method, hereinafter abbreviated as SiN film)
(F) Silicon nitride film (SiOCN film formed according to the second embodiment, hereinafter abbreviated as SiOCN film)
図12に示すように、0.5%希フッ酸を用いたウェットエッチングにおいては、SiO2膜は、1分間あたり約30nmエッチングされる。また、SiN膜は、1分間あたり約12〜13nmエッチングされる。つまり、SiO2膜とSiN膜(Cを全く、もしくはほとんど含まないシリコン窒化物膜)との間には、1分間あたり約17〜18nmのエッチングレート差がある。 As shown in FIG. 12, in the wet etching using 0.5% diluted hydrofluoric acid, the SiO 2 film is etched about 30 nm per minute. In addition, the SiN film is etched about 12 to 13 nm per minute. That is, there is an etching rate difference of about 17 to 18 nm per minute between the SiO 2 film and the SiN film (silicon nitride film containing no or hardly C).
これらのSiO2膜およびSiN膜に対して、第2の実施形態に従って成膜されたシリコン窒化物膜、即ち、SiOCN膜は、1分間あたり約2〜3nmしかエッチングされない。このため、SiOCN膜は、SiO2膜に対して1分間あたり約27〜28nmという大きなエッチングレート差を持つ。さらに、SiN膜に対してもSiOCN膜は、1分間あたり約10nmのエッチングレート差を持つ。 For these SiO 2 films and SiN films, the silicon nitride film formed according to the second embodiment, that is, the SiOCN film is etched only about 2 to 3 nm per minute. For this reason, the SiOCN film has a large etching rate difference of about 27 to 28 nm per minute with respect to the SiO 2 film. Furthermore, the SiOCN film also has an etching rate difference of about 10 nm per minute for the SiN film.
このように、第2の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法に従って成膜されたシリコン窒化物膜によれば、例えば、0.5%希フッ酸に対してエッチングされにくい、という性質が得られる。これは、窒化ガスに含まれる窒化剤として、含窒素複素環化合物ガスを用いたことにより、含窒素複素環化合物ガスに含まれたアルキル基のC原子が、シリコン窒化物膜の膜中に取り込まれたためである、と推測される。 Thus, according to the silicon nitride film formed according to the method for forming a silicon nitride film according to the second embodiment, for example, the property of being difficult to be etched by 0.5% diluted hydrofluoric acid Is obtained. This is because, by using the nitrogen-containing heterocyclic compound gas as the nitriding agent contained in the nitriding gas, the C atom of the alkyl group contained in the nitrogen-containing heterocyclic compound gas is taken into the film of the silicon nitride film It is presumed that it is because
したがって、第1〜第3の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法によれば、上述したように成膜レートの向上が図れる他、成膜されたシリコン窒化物膜3に対して、SiO2膜に対して1分間あたり約27〜28nmという大きなエッチングレート差、さらにはC原子を含まない、又はほとんどC原子を含まないSiN膜に対しても1分間あたり約10nmのエッチングレート差を持たせることができる、という利点についても併せて得ることができる。
Therefore, according to the method of forming a silicon nitride film according to the first to third embodiments, the film forming rate can be improved as described above, and in addition to the formed
<含窒素複素環化合物>
次に、この発明の実施形態に使用可能な含窒素複素環化合物について説明する。
<Nitrogen containing heterocyclic compound>
Next, nitrogen-containing heterocyclic compounds that can be used in the embodiment of the present invention will be described.
この発明の実施形態に使用可能な含窒素複素環化合物ガスの例としては、
トリアゾール系化合物(図13A)
オキサトリアゾール系化合物(図13B)
テトラゾール系化合物(図13C)
トリアジン系化合物(図13D)
テトラジン系化合物(図13E:1,2,3,4−テトラジン系化合物、図3F:1,2,3,5−テトラジン系化合物)
ベンゾトリアゾール系化合物(図13G)
ベンゾトリアジン系化合物(図13H)
ベンゾテトラジン系化合物(図13I)
の少なくとも一つを含むガスを挙げることができる。
Examples of nitrogen-containing heterocyclic compound gases that can be used in the embodiments of the present invention are:
Triazole compounds (FIG. 13A)
Oxatriazole compound (FIG. 13B)
Tetrazole compound (FIG. 13C)
Triazine-based compounds (FIG. 13D)
Tetrazine compounds (FIG. 13E: 1,2,3,4-tetrazine compounds, FIG. 3F: 1,2,3,5-tetrazine compounds)
Benzotriazole compound (FIG. 13G)
Benzotriazine-based compound (FIG. 13H)
Benzotetrazine compounds (FIG. 13I)
And the like.
ただし、図13A〜図13Iに示す式において、R4〜R8はそれぞれ、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素原子数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基である。 However, in the formulas shown in FIG. 13A to FIG. 13I, R 4 to R 8 each represent a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms which may have a substituent. .
上記炭素原子数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキル基としては、
メチル基
エチル基
n−プロピル基
イソプロピル基
n−ブチル基
イソブチル基
t−ブチル基
n−ペンチル基
イソペンチル基
t−ペンチル基
n−ヘキシル基
イソヘキシル基
t−ヘキシル基
n−ヘプチル基
イソヘプチル基
t−ヘプチル基
n−オクチル基
イソオクチル基
t−オクチル基
等を挙げることができる。上記アルキル基において、実用上、好ましくはメチル基、エチル基、n−プロピル基である。さらに好ましくはメチル基である。
As said C1-C8 linear or branched alkyl group,
Methyl group ethyl group n-propyl group isopropyl group n-butyl group isobutyl group t-butyl group n-pentyl group isopentyl group t-pentyl group n-hexyl group isohexyl group t-hexyl group n-heptyl group isoheptyl group t-heptyl group n-octyl group isooctyl group t-octyl group etc. can be mentioned. Among the above alkyl groups, for practical use, preferred are methyl group, ethyl group and n-propyl group. More preferably, it is a methyl group.
上記置換基としては、炭素原子数1〜4のアルキル基で置換されている直鎖状又は分岐状のモノアルキルアミノ基又はジアルキルアミノ基であってもよい。具体的には
モノメチルアミノ基
ジメチルアミノ基
モノエチルアミノ基
ジエチルアミノ基
モノプロピルアミノ基
モノイソプロピルアミノ基
エチルメチルアミノ基
である。実用上、好ましくはモノメチルアミノ基、ジメチルアミノ基である。さらに好ましくはジメチルアミノ基である。
The substituent may be a linear or branched monoalkylamino group or a dialkylamino group substituted with an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Specifically, it is monomethylamino group dimethylamino group monoethylamino group diethylamino group monopropylamino group monoisopropylamino group ethylmethylamino group. For practical use, preferred are monomethylamino group and dimethylamino group. More preferably, it is a dimethylamino group.
さらに、上記置換基としては、炭素原子数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルコキシ基であってもよい。具体的には
メトキシ基
エトキシ基
プロポキシ基
ブトキシ基
ペントキシ基
ヘキシルオキシ基
ヘプチルオキシ基
オクチルオキシ基
である。実用上、好ましくは、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基である。さらに好ましくは、メトキシ基である。
Furthermore, as said substituent, a C1-C8 linear or branched alkoxy group may be sufficient. Specifically, they are a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, a pentoxy group, a hexyloxy group, a heptyloxy group and an octyloxy group. For practical use, preferred is a methoxy group, an ethoxy group or a propoxy group. More preferably, it is a methoxy group.
また、例えば、図13Aに示す式で示される含窒素複素環化合物ガスは、1,2,3−トリアゾール系化合物を含むガスである。1,2,3−トリアゾール系化合物の具体的な例としては、
1H−1,2,3−トリアゾール
1−メチル−1,2,3−トリアゾール
1,4−ジメチル−1,2,3−トリアゾール
1,4,5−トリメチル−1,2,3−トリアゾール
1−エチル−1,2,3−トリアゾール
1,4−ジエチル−1,2,3−トリアゾール
1,4,5−トリエチル−1,2,3−トリアゾール
等を挙げることができる。なお、1,2,3−トリアゾール系化合物は、単独又は二種以上を混合して使用してもよい。
Also, for example, the nitrogen-containing heterocyclic compound gas represented by the formula shown in FIG. 13A is a gas containing a 1,2,3-triazole-based compound. As specific examples of 1,2,3-triazole compounds,
1H-1,2,3-triazole 1-methyl-1,2,3-
なお、オキサトリアゾール系化合物(図13B)、テトラゾール系化合物(図13C)、トリアジン系化合物(図13D)、テトラジン系化合物(図13Eおよび図13F)、ベンゾトリアゾール系化合物(図13G)、ベンゾトリアジン系化合物(図13H)、並びにベンゾテトラジン系化合物(図13I)については具体例の例示は省略するが、トリアゾール系化合物のように様々な具体例があることは言うまでもない。 In addition, oxatriazole compounds (FIG. 13B), tetrazole compounds (FIG. 13C), triazine compounds (FIG. 13D), tetrazine compounds (FIGS. 13E and 13F), benzotriazole compounds (FIG. 13G), benzotriazine compounds Although specific examples of the compound (FIG. 13H) and the benzotetrazine compound (FIG. 13I) are omitted, it goes without saying that there are various concrete examples like triazole compounds.
<成膜装置:第1例>
次に、この発明の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の第1例について説明する。
<Deposition Apparatus: First Example>
Next, a first example of a film forming apparatus capable of performing the film forming method of a silicon nitride film according to the embodiment of the present invention will be described.
図14はこの発明の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の第1例を概略的に示す縦断面図、図15は図14に示す成膜装置の水平断面図である。 FIG. 14 is a longitudinal sectional view schematically showing a first example of a film forming apparatus capable of carrying out the method for forming a silicon nitride film according to an embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a film forming shown in FIG. It is a horizontal sectional view of an apparatus.
図14および図15に示すように、成膜装置100は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理室101を有している。処理室101の全体は、例えば、石英により形成されている。処理室101内の天井には、石英製の天井板102が設けられている。処理室101の下端開口部には、例えば、ステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド103がOリング等のシール部材104を介して連結されている。
As shown in FIGS. 14 and 15, the
マニホールド103は処理室101の下端を支持している。マニホールド103の下方からは、縦型ウエハボート105が処理室101内に挿入される。縦型ウエハボート105は、複数本の図示せぬ支持溝が形成されたロッド106を複数本有しており、上記支持溝に被処理体として複数枚、例えば、50〜100枚の半導体基板、本例では、ウエハ1の周縁部の一部を支持させる。これにより、縦型ウエハボート105には、ウエハ1が多段に載置される。
The manifold 103 supports the lower end of the
縦型ウエハボート105は、石英製の保温筒107を介してテーブル108上に載置される。テーブル108は、マニホールド103の下端開口部を開閉する、例えば、ステンレススチール製の蓋部109を貫通する回転軸110上に支持される。回転軸110の貫通部には、例えば、磁性流体シール111が設けられ、回転軸110を気密にシールしつつ回転可能に支持している。蓋部109の周辺部とマニホールド103の下端部との間には、例えば、Oリングよりなるシール部材112が介設されている。これにより処理室101内のシール性が保持されている。回転軸110は、例えば、ボートエレベータ等の昇降機構(図示せず)に支持されたアーム113の先端に取り付けられている。これにより、縦型ウエハボート105および蓋部109等は、一体的に昇降されて処理室101内に対して挿脱される。
The
成膜装置100は、処理室101内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構114を有している。本例の処理ガス供給機構114は、シリコン原料ガス供給源117a、窒化ガス供給源117b、他の窒化ガス供給源117c、および不活性ガス供給源117dを含む。
The
シリコン原料ガス供給源117aから供給されるシリコン原料ガスは、図1に示したステップ2において利用され、その一例はDCSガスである。窒化ガス供給源117bから供給される窒化ガスは、図1に示したステップ2において利用され、その一例は1H−1,2,3−トリアゾールガスである。他の窒化ガス供給源117cから供給される他の窒化ガスは、図4に示したステップ2aや図7に示したステップ6において利用され、その一例はNH3ガスである。不活性ガス供給源117dから供給される不活性ガスは処理室101内に供給されるガスの希釈や、パージ処理等に利用され、その一例はN2ガスである。
The silicon source gas supplied from the silicon source
シリコン原料ガス供給源117aは、流量制御器121aおよび開閉弁122aを介して、分散ノズル123aに接続されている。また、窒化ガス供給源117bは、流量制御器121bおよび開閉弁122bを介して分散ノズル123b(図14には図示せず。図15参照)に接続されている。また、他の窒化ガス供給源117cは、流量制御器121cおよび開閉弁122cを介して分散ノズル123cに接続されている。不活性ガス供給源117dは、流量制御器121dおよび開閉弁122dを介して、ノズル128に接続されている。ノズル128は、マニホールド103の側壁を貫通し、その先端から不活性ガスを、水平方向に吐出させる。
The silicon source
分散ノズル123a〜123cは石英管よりなり、マニホールド103の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる。分散ノズル123a〜123cの垂直部分には、複数のガス吐出孔124が所定の間隔を隔てて形成されている。これにより、各ガスは、ガス吐出孔124から水平方向に処理室101内に向けて略均一に吐出される。
The
上記処理室101の側壁の一部には、プラズマ生成機構140が形成されている。プラズマ生成機構140は、他の窒化ガスに対して、活性種、例えば、窒素ラジカルN*や、アンモニアラジカルNH*が生成されるようにエネルギーを印加する。プラズマ生成機構140は、処理室101の外壁に気密に溶接されたプラズマ区画壁141を備えている。プラズマ区画壁141は、例えば、石英により形成される。プラズマ区画壁141は断面凹部状をなし、処理室101の側壁に形成された開口142を覆う。開口142は、縦型ウエハボート105に支持されている全てのウエハ1を上下方向においてカバーできるように、上下方向に細長く、例えば、処理室101の側壁を削りとることによって形成される。本例においては、プラズマ区画壁141により規定される内側空間、すなわち、プラズマ生成空間の内部に、他の窒化ガスを吐出する分散ノズル123cを配置する。
A
プラズマ生成機構140には、プラズマ区画壁141の両側壁の外面に、上下方向に沿って互いに対向するようにして配置された細長い一対のプラズマ電極143と、例えば、一対のプラズマ電極143それぞれに給電ライン144を介して接続され、一対のプラズマ電極143に高周波電力を供給する高周波電源145とが備えられている。高周波電源145は、一対のプラズマ電極143に対し、例えば、13.56MHzの高周波電圧を印加する。これにより、プラズマ区画壁141により規定されたプラズマ生成空間内に、高周波電界が印加される。分散ノズル123cから吐出された窒化ガスは、高周波電界が印加されたプラズマ生成空間内においてプラズマ化され、例えば、窒素ラジカルN*やアンモニアラジカルNH*等の活性種を含んだプラズマガスとして、開口142を介して処理室101の内部へと供給される。なお、成膜装置100においては、一対のプラズマ電極143への高周波電力の供給を止めれば、分散ノズル123cから吐出された窒化ガスをプラズマ化させないまま、処理室101の内部へと供給することも可能である。
In the
プラズマ区画壁141の外側には、これを覆うようにして、例えば、石英よりなる絶縁保護カバー146が取り付けられている。絶縁保護カバー146の内側部分には、図示せぬ冷媒通路が設けられており、例えば、冷却された窒素ガスを流すことによりプラズマ電極143を冷却し得るようになっている。
An insulating
分散ノズル123a〜123cに対して反対側に位置する処理室101の側壁部分には、処理室101内を排気するための排気口129が設けられている。排気口129は処理室101の側壁を上下方向へ削りとることによって細長く形成されている。処理室101の排気口129に対応する部分には、排気口129を覆うように断面がコの字状に成形された排気口カバー部材130が溶接により取り付けられている。排気口カバー部材130は、処理室101の側壁に沿って上方に延びており、処理室101の上方にガス出口131を規定している。ガス出口131には、真空ポンプ等を含む排気機構132が、バルブVを介して接続される。排気機構132は、処理室101内を排気することで処理に使用した処理ガスの排気、および処理室101内の圧力を処理に応じた処理圧力とする。
An
処理室101の外周には筒体状の加熱装置133が設けられている。加熱装置133は、処理室101内に供給されたガスを活性化するとともに、処理室101内に収容された被処理体、本例ではウエハ1を加熱する。
A
成膜装置100の各部の制御は、例えばマイクロプロセッサ(コンピュータ)からなるコントローラ150により行われる。コントローラ150には、オペレータが成膜装置100を管理するためにコマンドの入力操作等を行うタッチパネルや、成膜装置100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース151が接続されている。
Control of each part of the
コントローラ150には記憶部152が接続されている。記憶部152は、成膜装置100で実行される各種処理をコントローラ150の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置100の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、すなわちレシピが格納される。レシピは、例えば、記憶部152の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、CD-ROM、DVD、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。レシピは、必要に応じて、ユーザーインターフェース151からの指示等にて記憶部152から読み出され、読み出されたレシピに従った処理をコントローラ150が実行することで、成膜装置100は、コントローラ150の制御のもと、所望の処理を実施する。
A
第1〜第3の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法は、図14および図15に示したような成膜装置100を用い、コントローラ150によって、第1〜第3の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法が実行されるように、シリコン原料ガス供給源117a、窒化ガス供給源117b、他の窒化ガス供給源117c、排気機構132、加熱装置133、バルブV、第3の実施形態の場合にはさらにプラズマ生成機構140を制御することによって実施することができる。
The silicon nitride film forming method according to the first to third embodiments uses the
なお、第1、第2の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法のみを実施する場合には、成膜装置100からプラズマ生成機構140を取り除くことも可能である。
When only the film forming method of the silicon nitride film according to the first and second embodiments is performed, the
<成膜装置:第2例>
図16はこの発明の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の第2例を概略的に示す水平断面図である。
<Deposition Apparatus: Second Example>
FIG. 16 is a horizontal sectional view schematically showing a second example of the film forming apparatus which can carry out the film forming method of the silicon nitride film according to the embodiment of the present invention.
成膜装置としては図14および図15に示したような縦型バッチ式に限られるものではない。例えば、図16に示すような水平型バッチ式であってもよい。図16には水平型バッチ式の成膜装置200の処理室の水平断面が概略的に示されている。なお、図16においては、処理ガス供給機構、排気装置、加熱装置、およびコントローラ等の図示は省略する。
The film forming apparatus is not limited to the vertical batch type as shown in FIG. 14 and FIG. For example, it may be a horizontal batch type as shown in FIG. FIG. 16 schematically shows a horizontal cross section of the processing chamber of the horizontal batch type
図16に示すように、成膜装置200は、ターンテーブル201上に、例えば、5枚のウエハ1を載置し、5枚のウエハ1に対して成膜処理を行う。ターンテーブル201は、ウエハ1を載置した状態で、例えば、時計回りに回転される。成膜装置200の処理室202は4つの処理ステージに別れており、ターンテーブル201が回転することによって、ウエハ1は、4つの処理ステージを順番に廻る。
As shown in FIG. 16, the
最初の処理ステージPS1は、図1に示したステップ2、3、又は図4に示したステップ2a、3aを行うステージである。本例では、図4に示したステップ2a、3aを行う。処理ステージPS1においては、ウエハ1の被処理面上へのシリコン原料ガスと窒化ガスと他の窒化ガスとの同時供給が行われる。処理ステージPS1の、例えば、上流側には、シリコン原料ガスを供給するガス供給管203a、窒化ガスを供給するガス供給管203b、および他の窒化ガスを供給するガス供給管203cが配置されている。ガス供給管203a〜203cは、ターンテーブル201に載置されて廻ってきたウエハ1の被処理面上に向かって、シリコン原料ガス、窒化ガス、および他の窒化ガスを供給する。処理ステージPS1の下流側には排気口204が設けられている。ウエハ1が処理ステージPS1を移動している間、ステージPS1内の雰囲気は、シリコン原料ガス、窒化ガス、および他の窒化ガスの混合雰囲気となっており、これにより、ステップ3が行われる。
The first processing stage PS1 is a stage for performing the
なお、処理ステージPS1は、ウエハ1を処理室202内に搬入、搬出する搬入搬出ステージでもある。ウエハ1は、処理室202内にウエハ搬入搬出口205を介して搬入搬出される。搬入搬出口205はゲートバルブ206によって開閉される。処理ステージPS1の次のステージは、処理ステージPS2である。
The processing stage PS1 is also a loading and unloading stage for loading and unloading the
処理ステージPS2は、例えば、図8に示した期間t4〜t5、即ち、パージ処理を行うステージである。処理ステージPS2は狭隘な空間となっており、ウエハ1は、狭隘な空間の中をターンテーブル201に載置された状態でくぐり抜ける。狭隘な空間の内部には、ガス供給管207から不活性ガスが供給される。処理ステージPS2の次は、処理ステージPS3である。
The processing stage PS2 is, for example, a stage for performing a purge process during a period t4 to t5 shown in FIG. The processing stage PS2 is a narrow space, and the
処理ステージPS3は、図7に示したステップ6を行うステージである。処理ステージPS3の上方には、ガス供給管208とプラズマ生成機構211とが配置されている。ガス供給管208は、ターンテーブル201に載置されて廻ってきたウエハ1の被処理面上に向かって、他の窒化ガスを供給する。さらにプラズマ生成機構211は、供給された窒化ガスに対して、活性種、例えば、窒素ラジカルN*や、アンモニアラジカルNH*が生成されるようにエネルギーを印加する。処理ステージPS3の下流側には排気口209が設けられている。処理ステージPS3の次は、処理ステージPS4である。
The processing stage PS3 is a stage for performing step 6 shown in FIG. A
処理ステージPS4は、図8に示した期間t1〜t2、即ち、パージ処理を行うステージである。処理ステージPS4は、処理ステージPS2と同様に、狭隘な空間となっており、ウエハ1は、狭隘な空間の中をターンテーブル201に載置された状態でくぐり抜ける。狭隘な空間の内部には、ガス供給管210から、不活性ガスが供給される。処理ステージPS4の次は、最初のステージである処理ステージPS1に戻る。
The processing stage PS4 is a stage in which the period t1 to t2 shown in FIG. 8, that is, the purge processing is performed. The processing stage PS4, like the processing stage PS2, is a narrow space, and the
このように成膜装置200においては、ウエハ1が一周廻ることで、例えば、図8に示したステップ1〜ステップ4が完了する。ウエハ1はターンテーブル201に載置された状態で、設定回数まで回転させることで、ウエハ1の被処理面上に、シリコン窒化物膜を、本例では上記第3の実施形態で説明した成膜方法に従って成膜することができる。
As described above, in the
この発明の第1〜第3の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法は、図16に示すような成膜装置200を用いることによっても、実施することができる。
The method of forming a silicon nitride film according to the first to third embodiments of the present invention can also be carried out by using a
なお、第1、第2の実施形態に係るシリコン窒化物膜の成膜方法のみを実施する場合には、成膜装置200から、処理ステージPS2、PS3を省略すればよい。
When only the film forming method of the silicon nitride film according to the first and second embodiments is performed, the processing stages PS2 and PS3 may be omitted from the
以上、この発明を第1〜第3の実施形態によって説明したが、この発明は、上記第1〜第3の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々に変形して実施することが可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by the 1st-3rd embodiment, this invention is not limited to the said 1st-3rd embodiment, It deform | transforms variously in the range which does not deviate from the meaning. It is possible to carry out.
例えば、上記実施形態においては、処理条件を具体的に例示したが、処理条件は、上記具体的な例示に限られるものではない。例えば、ガスの流量等は、処理室の容積に応じて適宜調整することができる。 For example, in the above-mentioned embodiment, although processing conditions were illustrated concretely, processing conditions are not restricted to the above-mentioned concrete illustration. For example, the flow rate of gas can be appropriately adjusted according to the volume of the processing chamber.
また、シリコン原料ガスであるが、上記実施形態ではDCSガスを用いたが、DCSガスに限られるものではなく、DCS以外のクロロシラン系ガスを用いることも可能である。さらには、クロロシラン系ガスに限られるものでもなく、クロロジシラン以上の高次クロロシラン系ガスを用いることも可能である。もちろん、クロロシラン系ガス以外でも、塩素を含まないシラン系ガスや、ジシラン以上の高次シラン系ガスを用いてもよい。 Although the silicon source gas is a DCS gas in the above embodiment, it is not limited to a DCS gas, and a chlorosilane-based gas other than DCS can be used. Furthermore, it is not limited to the chlorosilane-based gas, and it is also possible to use a higher-order chlorosilane-based gas than chlorodisilane. Of course, other than the chlorosilane-based gas, a silane-based gas that does not contain chlorine, or a higher order silane-based gas of disilane or more may be used.
その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。 In addition, the present invention can be variously modified without departing from the scope of the invention.
1…シリコンウエハ、2…シリコン酸化物膜、3…シリコン窒化物膜、3−1…第1層シリコン窒化物層、3−2…第2層シリコン窒化物層。 1: silicon wafer, 2: silicon oxide film, 3: silicon nitride film, 3-1: first silicon nitride layer, 3-2: second silicon nitride layer.
Claims (8)
(1) 前記被処理体を、成膜装置の処理室内に搬入する工程と、
(2) 前記処理室に、シリコン原料ガスと窒化ガスとを同時に供給する工程と、
(3) 前記処理室内を、前記シリコン原料ガスと前記窒化ガスとの混合雰囲気で保持する工程と、
(4) 前記処理室内を排気する工程と、
(5) 前記(3)工程の後、前記処理室内において、前記被処理面上に得られたシリコン窒化物膜を、さらに窒化する工程と、
を具備し、
前記(2)工程から前記(5)工程までを、設定された回数まで繰り返し行い、
前記窒化ガスが、窒化剤として含窒素複素環化合物ガスを含有し、
前記(2)工程において、前記被処理体が収容された成膜装置の処理室内に、窒化剤として、前記含窒素複素環化合物ガスとは異なる窒素化合物ガスを含有した他の窒化ガスを、さらに供給し、
前記(5)工程において、前記被処理体が収容された成膜装置の処理室内に、前記他の窒化ガスを供給することを特徴とするシリコン窒化物膜の成膜方法。 A method for forming a silicon nitride film, comprising forming a silicon nitride film on a surface to be processed of a target object, comprising:
(1) carrying in the processing object into a processing chamber of a film forming apparatus;
(2) simultaneously supplying a silicon source gas and a nitriding gas to the processing chamber;
(3) maintaining the processing chamber in a mixed atmosphere of the silicon source gas and the nitriding gas;
(4) exhausting the processing chamber;
(5) further nitriding the silicon nitride film obtained on the surface to be processed in the processing chamber after the step (3);
Equipped with
Repeat steps (2) to (5) up to the set number of times,
The nitriding gas contains a nitrogen-containing heterocyclic compound gas as a nitriding agent,
In the step (2), another nitriding gas further containing a nitrogen compound gas different from the nitrogen-containing heterocyclic compound gas as a nitriding agent in the treatment chamber of the film forming apparatus in which the object to be treated is accommodated Supply
In the step (5), the other nitride gas is supplied into a processing chamber of the film forming apparatus in which the object to be processed is accommodated.
トリアゾール系化合物
オキサトリアゾール系化合物
テトラゾール系化合物
トリアジン系化合物
テトラジン系化合物
ベンゾトリアゾール系化合物
ベンゾトリアジン系化合物
ベンゾテトラジン系化合物
の少なくとも一つを含むガスからから選択されることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法。 The nitrogen-containing heterocyclic compound gas is
Triazole-based compound Oxatriazole-based compound Tetrazole-based compound Triazine-based compound Tetrazine-based compound Benzotriazole-based compound Benzotriazine-based compound It is selected from a gas containing at least one of benzotetrazine-based compounds. A method of forming a silicon nitride film according to any one of claims 5 to 10.
NH3
N2O
NO
NO2
の少なくとも一つを含むガスからから選択されることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法。 The nitrogen compound gas different from the nitrogen-containing heterocyclic compound gas is
NH 3
N 2 O
NO
NO 2
The method for forming a silicon nitride film according to any one of claims 1 to 6 , wherein the method is selected from gases containing at least one of the following.
前記被処理体を収容する処理室と、
前記処理室内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記処理室内に収容された前記被処理基板を加熱する加熱装置と、
前記処理室内を排気口および排気弁を介して排気する排気機構と、
前記処理ガス供給機構、前記加熱装置、および前記排気機構を制御するコントローラと、を具備し、
前記コントローラが、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のシリコン窒化物膜の成膜方法が実施されるように前記処理ガス供給機構、前記加熱装置、および前記排気機構を制御することを特徴とする成膜装置。 A film forming apparatus for forming a silicon nitride film on a surface to be processed of an object to be processed, the film forming apparatus comprising:
A processing chamber for containing the object to be processed;
A processing gas supply mechanism for supplying a gas used for processing into the processing chamber;
A heating device for heating the substrate to be processed housed in the processing chamber;
An exhaust mechanism for exhausting the processing chamber through an exhaust port and an exhaust valve;
The processing gas supply mechanism, the heating device, and a controller for controlling the exhaust mechanism;
The controller controls the processing gas supply mechanism, the heating device, and the exhaust mechanism such that the method for forming a silicon nitride film according to any one of claims 1 to 7 is performed. A film forming apparatus characterized by
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