JPH05343335A - Formation of silicon nitride film - Google Patents

Formation of silicon nitride film

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Publication number
JPH05343335A
JPH05343335A JP14942092A JP14942092A JPH05343335A JP H05343335 A JPH05343335 A JP H05343335A JP 14942092 A JP14942092 A JP 14942092A JP 14942092 A JP14942092 A JP 14942092A JP H05343335 A JPH05343335 A JP H05343335A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
silicon nitride
gas
silicon substrate
silicon
Prior art date
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Pending
Application number
JP14942092A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Nakano
豊 中野
Kiyoteru Kobayashi
清輝 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH05343335A publication Critical patent/JPH05343335A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To form a good-quality silicon nitride thin-film on a silicon substrate surface by a low-pressure CVD method. CONSTITUTION:The atmosphere of a silicon substrate 2a for a period, during which the temperature rises from a low-temperature region to a high- temperature region necessary for deposit formation, is substituted by ammonia gas. Thus, a thermal nitride film 15 grows on the surface of the silicon substrate 2a. After that, ammonia gas and dichlorosilane gas are supplied as raw material gas so that a silicon nitride thin-film 13 is formed on the surface of the thermal nitride film 15. In this manner, a silicon oxide film is not formed in a temperature-rise process and a uniform and good-quality silicon nitride thin-film can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、低圧CVD法により
例えばシリコン基板等の半導体基板表面に、キャパシタ
とするシリコン窒化薄膜を形成する方法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a silicon nitride thin film as a capacitor on the surface of a semiconductor substrate such as a silicon substrate by a low pressure CVD method.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は低圧CVD法により半導体基板表
面にシリコン窒化薄膜を形成するための半導体製造装置
を一部断面で示す図である。図において、1は円筒型の
反応室、2は加工対象である半導体基板としてのシリコ
ン基板で、サセプター3によって支持されている。4
は、例えば、シランガス、窒素ガス、ジクロルシランガ
ス、アンモニアガス等のガスを流量制御しながら供給す
るためのガス供給ユニットで、配管5によって反応室1
と連通している。6は真空ポンプで、排気配管7を介し
て反応室1と連通し、反応室1内のガスや空気を排気す
ることできる。8は反応室1を加熱するためのヒータ
ー、9は反応室1を支持するマニホールドで、配管5お
よび排気配管7が貫通しており筐体10に支持されてい
る。11はサセプター3を載置する蓋で、エレベータ1
2によって昇降可能に構成されている。
2. Description of the Related Art FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a semiconductor manufacturing apparatus for forming a silicon nitride thin film on the surface of a semiconductor substrate by a low pressure CVD method. In the figure, 1 is a cylindrical reaction chamber, 2 is a silicon substrate as a semiconductor substrate to be processed, and is supported by a susceptor 3. Four
Is a gas supply unit for supplying gas such as silane gas, nitrogen gas, dichlorosilane gas, and ammonia gas while controlling the flow rate.
Is in communication with. A vacuum pump 6 communicates with the reaction chamber 1 through an exhaust pipe 7 and can exhaust gas and air in the reaction chamber 1. Reference numeral 8 is a heater for heating the reaction chamber 1, 9 is a manifold for supporting the reaction chamber 1, and a pipe 5 and an exhaust pipe 7 penetrate through and are supported by the housing 10. Reference numeral 11 is a lid on which the susceptor 3 is placed, and the elevator 1
It is configured to be able to move up and down by 2.

【0003】次にこの半導体製造装置を使用してシリコ
ン基板表面にシリコン窒化膜を形成する方法について説
明する。先ず、シリコン基板2をフッ酸溶液で洗浄し、
シリコン基板2表面のシリコン酸化膜を除去する。その
後、シリコン基板2を水洗し、例えば窒素ガスを吹き付
けて乾燥することによって清浄なシリコン基板を得る。
Next, a method of forming a silicon nitride film on the surface of a silicon substrate using this semiconductor manufacturing apparatus will be described. First, the silicon substrate 2 is washed with a hydrofluoric acid solution,
The silicon oxide film on the surface of the silicon substrate 2 is removed. After that, the silicon substrate 2 is washed with water, and then, for example, nitrogen gas is blown to dry the silicon substrate 2 to obtain a clean silicon substrate.

【0004】一方、反応室1の内部は例えば300℃に
保たれており、この状態でエレベータ12により蓋11
を降下させシリコン基板をそのサセプター3上に載せ
る。次に、エレベータ12を操作して蓋11を上昇させ
サセプター3を反応室1内部に導入し蓋11を閉めた後
真空ポンプ6を用いて反応室1内部の空気を排出する。
次にガス供給ユニット4から窒素ガスを供給して反応室
1内部を窒素ガスで置換し、その後反応室1内部を所定
の圧力、例えば0.2Torrに保つ。この状態からヒ
ーター8の電流を増大し反応室1内部の温度を堆積形成
に必要な所定の温度、例えば700℃迄上昇させる。な
お、ここで窒素ガスが使用されているのは、取扱いが簡
便で危険性も低い等の理由による。
On the other hand, the inside of the reaction chamber 1 is kept at, for example, 300 ° C., and in this state, the lid 11 is lifted by the elevator 12.
And the silicon substrate is placed on the susceptor 3. Next, the elevator 12 is operated to raise the lid 11, the susceptor 3 is introduced into the reaction chamber 1, the lid 11 is closed, and then the vacuum pump 6 is used to discharge the air inside the reaction chamber 1.
Next, nitrogen gas is supplied from the gas supply unit 4 to replace the inside of the reaction chamber 1 with nitrogen gas, and then the inside of the reaction chamber 1 is maintained at a predetermined pressure, for example, 0.2 Torr. From this state, the current of the heater 8 is increased to raise the temperature inside the reaction chamber 1 to a predetermined temperature necessary for deposit formation, for example, 700 ° C. The reason why nitrogen gas is used here is that it is easy to handle and the risk is low.

【0005】700℃迄昇温すると、その後温度を一定
に保ち、ガス供給ユニット4から原料ガスであるアンモ
ニアガスとジクロルシランガスとを反応室1に導入す
る。これら原料ガスによりシリコン基板表面に所定厚さ
のシリコン窒化薄膜が形成されると、再び反応室1内部
を窒素ガスで置換する。その後、反応室1内部を窒素ガ
スで大気圧に戻し、蓋11を下降させてシリコン基板を
取り出す。
When the temperature is raised to 700 ° C., the temperature is kept constant thereafter, and ammonia gas and dichlorosilane gas, which are raw material gases, are introduced into the reaction chamber 1 from the gas supply unit 4. When a silicon nitride thin film having a predetermined thickness is formed on the surface of the silicon substrate by these source gases, the inside of the reaction chamber 1 is replaced with nitrogen gas again. Then, the inside of the reaction chamber 1 is returned to atmospheric pressure with nitrogen gas, the lid 11 is lowered, and the silicon substrate is taken out.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来のシリコン窒化薄
膜の形成は以上のような方法でなされていたので、図4
に示すように、窒素ガス雰囲気内での昇温過程におい
て、清浄なシリコン基板2a(図4(a))の表面にシ
リコン酸化膜14が形成される(図4(b))。これは
反応室1内部に残留する酸素と水蒸気とがシリコン基板
2aの表面を酸化するためである。従って、目的とする
シリコン窒化薄膜13は、シリコン基板2aとの間にシ
リコン酸化膜14が介在した状態で形成されることにな
る(図4(c))。この結果、期待される良質なシリコ
ン窒化薄膜が得られない。例えば、このシリコン窒化薄
膜を(D)RAM等の容量絶縁膜として使用する場合に
は、誘電率の小さいシリコン酸化膜14が介在すること
になり所望の容量が得られないということになる。
Since the conventional method of forming a silicon nitride thin film has been performed by the above-described method, the method shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the silicon oxide film 14 is formed on the surface of the clean silicon substrate 2a (FIG. 4A) during the temperature rising process in the nitrogen gas atmosphere (FIG. 4B). This is because oxygen and water vapor remaining inside the reaction chamber 1 oxidize the surface of the silicon substrate 2a. Therefore, the intended silicon nitride thin film 13 is formed with the silicon oxide film 14 interposed between the silicon nitride thin film 13 and the silicon substrate 2a (FIG. 4C). As a result, the expected high-quality silicon nitride thin film cannot be obtained. For example, when this silicon nitride thin film is used as a capacitance insulating film of (D) RAM or the like, the silicon oxide film 14 having a small dielectric constant is interposed, and a desired capacitance cannot be obtained.

【0007】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、低圧CVD法により良質のシリ
コン窒化薄膜を形成することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to form a high-quality silicon nitride thin film by a low pressure CVD method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明に係るシリコン
窒化膜の形成方法は、半導体表面を、堆積形成のための
原料ガスであるアンモニアガスを含む雰囲気内に置いた
状態で低温域から上記堆積形成に必要な高温域まで昇温
するものである。
According to the method of forming a silicon nitride film of the present invention, the semiconductor surface is placed in an atmosphere containing ammonia gas which is a raw material gas for deposition formation, and the deposition is performed from a low temperature region. The temperature is raised to a high temperature range necessary for formation.

【0009】[0009]

【作用】この発明に係る形成方法においては、その昇温
過程をアンモニアガス雰囲気としているので、シリコン
基板表面にシリコン酸化膜が形成されることはなく、ア
ンモニアガスにより熱窒化膜が形成される。
In the forming method according to the present invention, since the temperature raising process is performed in the ammonia gas atmosphere, the silicon oxide film is not formed on the surface of the silicon substrate, and the thermal nitride film is formed by the ammonia gas.

【0010】[0010]

【実施例】実施例1.以下、この発明の実施例1による
シリコン窒化薄膜の形成方法を図1および図2を参照し
て説明する。先ず、従来と同様、シリコン基板2をフッ
酸溶液で洗浄し、シリコン基板2表面のシリコン酸化膜
を除去する。そして、シリコン基板2を水洗し、例えば
窒素ガスを吹き付けて乾燥することによって清浄なシリ
コン基板2aを得る(図1(a))。次に、このシリコ
ン基板2aをサセプター3に載せ300℃に保たれた反
応室1内部に導入し(図2T1)、蓋11を閉めた後真
空ポンプ6を用いて反応室1内部の空気を排出する(図
2T2)。
EXAMPLES Example 1. Hereinafter, a method for forming a silicon nitride thin film according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, as in the conventional case, the silicon substrate 2 is washed with a hydrofluoric acid solution to remove the silicon oxide film on the surface of the silicon substrate 2. Then, the silicon substrate 2 is washed with water, and then, for example, nitrogen gas is sprayed to dry the silicon substrate 2 to obtain a clean silicon substrate 2a (FIG. 1A). Next, this silicon substrate 2a is placed on the susceptor 3 and introduced into the reaction chamber 1 kept at 300 ° C. (FIG. 2T1), and after closing the lid 11, the air inside the reaction chamber 1 is exhausted using the vacuum pump 6. (Fig. 2T2).

【0011】次に、ガス供給ユニット4から後工程の原
料ガスであるアンモニアガスを供給して反応室1内部を
アンモニアガスで置換し、その後反応室1内部を所定の
圧力、例えば0.2Torrに保つ。この状態から反応
室1内部の温度を堆積形成に必要な所定の温度、例えば
700℃迄上昇させる。この間、反応室1内部のアンモ
ニアガスにより、図1(b)に示すように、シリコン基
板2a表面に熱窒化膜15が成長する(図2T3)。
Next, the gas supply unit 4 supplies ammonia gas, which is a raw material gas in the subsequent step, to replace the inside of the reaction chamber 1 with the ammonia gas, and then the inside of the reaction chamber 1 is brought to a predetermined pressure, for example, 0.2 Torr. keep. From this state, the temperature inside the reaction chamber 1 is raised to a predetermined temperature required for deposit formation, for example, 700 ° C. During this time, the ammonia gas in the reaction chamber 1 causes the thermal nitride film 15 to grow on the surface of the silicon substrate 2a as shown in FIG. 1B (FIG. 2T3).

【0012】反応室1内部の温度が均一になるとガス供
給ユニット4から原料ガスであるアンモニアガスとジク
ロルシランガスとを導入する。これら原料ガスにより、
図1(c)に示すように、先のアンモニアガスで形成さ
れた熱窒化膜15の表面にシリコン窒化薄膜13が成長
する(図2T4)。その後、反応室1内部を窒素ガスで
大気圧に戻し(図2T5)、蓋11を下降させてシリコ
ン基板2を取り出す(図2T6)。
When the temperature inside the reaction chamber 1 becomes uniform, ammonia gas and dichlorosilane gas, which are raw material gases, are introduced from the gas supply unit 4. With these source gases,
As shown in FIG. 1C, the silicon nitride thin film 13 grows on the surface of the thermal nitride film 15 formed by the above ammonia gas (FIG. 2T4). Then, the inside of the reaction chamber 1 is returned to atmospheric pressure with nitrogen gas (FIG. 2T5), and the lid 11 is lowered to take out the silicon substrate 2 (FIG. 2T6).

【0013】以上のように、この実施例ではシリコン酸
化膜14を介在させることなく均質なシリコン窒化薄膜
が形成されるので、(D)RAM等の容量絶縁膜に利用
した場合は、所望の容量値を有する良質な絶縁膜が得ら
れる。
As described above, in this embodiment, since a homogeneous silicon nitride thin film is formed without interposing the silicon oxide film 14, when used as a capacitance insulating film of (D) RAM or the like, a desired capacitance is obtained. A good quality insulating film having a value can be obtained.

【0014】実施例2.上記実施例では原料ガスとして
アンモニアガス(NH3)とジクロルシランガス(Si
2Cl2)とを用いた場合について説明したが、アンモ
ニアガスとシランガス(SiH4)とを用いた場合につ
いてもこの発明は同様に適用することができ、同等の効
果を奏する。また、昇温過程の雰囲気としてアンモニア
ガスのみを使用した場合について説明したが、このアン
モニアガスに窒素やアルゴン等の不活性ガスを混合した
混合ガス雰囲気としてもよい。また、上記実施例では昇
温前の低温域として300℃にした場合について説明し
たが、350℃以下程度の範囲で異なる温度に設定して
もよい。また、堆積時の高温域の温度も700℃に限定
されるものではない。更に、シリコン窒化薄膜を形成す
る対象物としては、シリコン基板表面に限らず、これに
アンドープまたはドープされた多結晶膜表面であっても
よい。
Example 2. In the above embodiment, the raw material gases are ammonia gas (NH 3 ) and dichlorosilane gas (Si
The case where H 2 Cl 2 ) is used has been described, but the present invention can be similarly applied to the case where ammonia gas and silane gas (SiH 4 ) are used, and the same effect can be obtained. Further, although the case where only the ammonia gas is used as the atmosphere of the temperature raising process has been described, a mixed gas atmosphere in which this ammonia gas is mixed with an inert gas such as nitrogen or argon may be used. Further, in the above-mentioned embodiment, the case where the temperature is set to 300 ° C. as the low temperature region before the temperature is raised, but different temperatures may be set in the range of 350 ° C. or less. Further, the temperature in the high temperature region during deposition is not limited to 700 ° C. Further, the object on which the silicon nitride thin film is formed is not limited to the surface of the silicon substrate, and may be the surface of the polycrystalline film undoped or doped.

【0015】[0015]

【発明の効果】この発明は以上のように、低温域から堆
積形成に必要な高温域まで昇温する間を原料ガスである
アンモニアガスを含む雰囲気としたので、シリコン酸化
膜が介在することなく良質なシリコン窒化膜を形成する
ことができる。
As described above, according to the present invention, since the atmosphere containing the ammonia gas as the raw material gas is used during the temperature rising from the low temperature region to the high temperature region required for the deposition formation, the silicon oxide film does not intervene. A good quality silicon nitride film can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の実施例1によるシリコン窒化薄膜の
形成方法を説明するためのシリコン基板断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a silicon substrate for explaining a method for forming a silicon nitride thin film according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の形成方法の各工程を炉内温度とともに示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing each step of the forming method of FIG. 1 together with the temperature inside the furnace.

【図3】低圧CVD法による薄膜形成を行う半導体製造
装置の構成を一部断面で示す図である。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor manufacturing apparatus for forming a thin film by a low pressure CVD method.

【図4】従来の形成方法を説明するためのシリコン基板
断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a silicon substrate for explaining a conventional forming method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2、2a シリコン基板 13 シリコン窒化薄膜 15 熱窒化膜 2, 2a Silicon substrate 13 Silicon nitride thin film 15 Thermal nitride film

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 低圧CVD法により半導体表面にシリコ
ン窒化膜を堆積形成する方法において、 上記半導体表面を、上記堆積形成のための原料ガスであ
るアンモニアガスを含む雰囲気内に置いた状態で低温域
から上記堆積形成に必要な高温域まで昇温するようにし
たことを特徴とするシリコン窒化膜の形成方法。
1. A method for depositing and forming a silicon nitride film on a semiconductor surface by a low pressure CVD method, wherein the semiconductor surface is placed in an atmosphere containing an ammonia gas which is a raw material gas for forming the deposit and is in a low temperature range. To a high temperature region necessary for the above-mentioned deposition formation, the method for forming a silicon nitride film.
JP14942092A 1992-06-09 1992-06-09 Formation of silicon nitride film Pending JPH05343335A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3818663A1 (en) * 1988-06-01 1989-12-07 Pfaff Ind Masch THREAD GUARD
JP2003526908A (en) * 2000-02-25 2003-09-09 シュテアク エルテーペー システムズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング For removing adsorbed molecules from the chamber
JP2019204901A (en) * 2018-05-24 2019-11-28 住友電気工業株式会社 Deposition method of silicon nitride passivation film and production method of semiconductor device

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