JPH1145880A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH1145880A JPH1145880A JP19884697A JP19884697A JPH1145880A JP H1145880 A JPH1145880 A JP H1145880A JP 19884697 A JP19884697 A JP 19884697A JP 19884697 A JP19884697 A JP 19884697A JP H1145880 A JPH1145880 A JP H1145880A
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Abstract
存性をなくし、半導体基板上の面内均一性を向上させ
る。 【解決手段】半導体基板上に化学気相成長法で薄膜を成
膜する方法であって、前記成膜過程を2ステップに分け
て、同一の反応ガスである成膜の第1ステップと成膜の
第2ステップとを有して成る。ここで、前記成膜の第1
ステップでは、反応炉に導入する前記反応ガスの流量は
前記第2ステップの場合より小さくなるように、また、
前記反応炉内での反応ガスの圧力は前記第2ステップの
場合より高くなるように設定されている。あるいは、前
記成膜の第1ステップでは、前記反応ガスの前記反応炉
内でのガス流速が前記第2ステップの場合より小さくな
るように設定されている。
Description
法に係わり、特に化学気相成長(CVD)法で薄膜を成
膜する方法に関する。
成する種々の材料がCVD法で形成される。このような
材料としては、絶縁膜であるシリコン酸化膜、シリコン
窒化膜等があり、半導体膜である多結晶シリコン膜があ
り、導電体膜であるタングステン膜等の高融点金属膜が
ある。
常圧CVD法、プラズマCVD法等が代表的なものとし
て広く使用されている。
術として、減圧CVD法でシリコン窒化膜を形成する場
合について説明する。図4は、代表的な減圧CVD装置
の断面図である。そして、図5は、このような装置を用
いてシリコン窒化膜を形成する場合の成膜工程のフロー
図である。
使用される。以下、初めにこの減圧CVD装置について
図4に基づいて説明する。図4に示すように、CVD装
置は、化学反応室である炉芯管1、炉芯管1内を所望の
温度に保つためのヒータ2、半導体基板であるウェーハ
3、ウェーハ3を搭載するボート4、炉芯管1内を減圧
にし反応ガスの排気を行うポンプ5、炉芯管1の密閉を
行うハッチ6を主要部として有している。
膜のための反応ガスを導入するためのガス導入管7、化
学反応を抑えて制御しながら排気ガスをポンプ5へ導く
ようになる炉芯管内管8を備えている。
シリコン窒化膜を成膜する場合について説明する。
えば700℃程度に保たれた炉芯管1内にウェーハ3を
搭載したボート4を挿入し、ハッチ6により炉芯管1を
密閉してから、ポンプ5により炉芯管1内を所望の圧力
たとえば1Torr程度に減圧する。そして、ウェーハ
3の温度が安定するまで保持する。
(SiH2 cl2 )とアンモニア(NH3 )をガス導入
管7より炉芯管1内に供給しウェーハ3表面にシリコン
窒化膜を成膜する。ここで、未反応の上記ガスはポンプ
5により炉芯管1外に排気される。なお、炉芯管1およ
び炉芯管内管8に示される矢印は反応ガスあるいは未反
応ガスの流れ方向を示している。
図5に示すフロー図となる。一般的な薄膜の形成工程は
以下のようである。図5に示すように、初めに、薄膜の
形成される半導体基板を挿入した炉芯管内を真空引きす
る。次に、半導体基板を所定の温度に安定化させる。そ
して、反応ガスを炉芯管に導入して所望の薄膜を成膜す
る。次に、所望の膜厚を堆積した後に反応ガスの供給を
停止し、炉芯管内を真空引きして炉芯管内をパージす
る。そして、ハッチを開けて炉芯管を大気に解放し、炉
芯管内より半導体基板を取り出す。
のような成膜技術では、半導体基板上に一様に薄膜を形
成することが難しくなる。これは、半導体基板の表面状
態によって膜厚が異なるためである。すなわち、半導体
基板上の下地材料によって上記成膜に差が生じるように
なる。
コン窒化膜を形成する場合について、図6を参照して説
明する。ここで、図6は、減圧CVDにおけるシリコン
窒化膜厚と成膜時間の関係を定性的に示すグラフであ
る。ここで、下地材料としてシリコン酸化膜とシリコン
基板が用いられている。また、減圧CVDの反応ガスと
しては、ジクロールシランガスとアンモニアガスとが用
いられている。
時間は、シリコン酸化膜上のシリコン窒化膜の成膜は起
こらない。すなわち、シリコン窒化膜の成膜において遅
延時間t0 が存在する。そして、この遅延時間以後で
は、シリコン窒化膜の膜厚はほぼ成膜時間に比例して増
加する。これに対し、シリコン基板上のシリコン窒化膜
の成膜では、このような遅延時間は無い。そして、この
場合には、シリコン窒化膜の膜厚は成膜開始時からほぼ
成膜時間に比例して増加する。ここで、遅延時間以後
は、シリコン窒化膜の成膜速度は、シリコン酸化膜上と
シリコン基板上とでほぼ同一になる。なお、このシリコ
ン窒化膜の成膜は、シリコン基板上と多結晶シリコン膜
上とで差は生じない。
リコン酸化膜と多結晶シリコン膜とが形成され、これら
の膜上全面にシリコン窒化膜が成膜される場合には、多
結晶シリコン膜上のシリコン窒化膜の膜厚がシリコン酸
化膜上のそれより厚くなることが生じる。
上記のような成膜の下地材料依存性をなくし、半導体基
板の面内均一性を向上させる半導体装置の製造方法を提
供することにある。
体装置の製造方法は、半導体基板上にCVD法で薄膜を
成膜する方法であって、前記成膜過程を2ステップに分
けて、同一の反応ガスである成膜の第1ステップと成膜
の第2ステップとを有して成る。
応炉に導入する前記反応ガスの流量は前記第2ステップ
の場合より小さくなるように、また、前記反応炉内での
反応ガスの圧力は前記第2ステップの場合より高くなる
ように設定されている。あるいは、前記成膜の第1ステ
ップでは、前記反応ガスの前記反応炉内でのガス流速が
前記第2ステップの場合より小さくなるように設定され
ている。
ガスとアンモニアガスとで構成され、前記薄膜はシリコ
ン窒化膜となっている。さらには、前記半導体基板上の
多結晶シリコン膜上とシリコン酸化膜上とにほぼ同一膜
厚のシリコン窒化膜を成膜するようになる。
発明の実施の形態について説明する。ここで、図1は、
図4に示す減圧CVD装置を用いてシリコン窒化膜を形
成する場合の本発明の成膜工程のフロー図である。
使用される。以下、初めに、図1の工程フロー図に基づ
いて本発明の骨子を説明する。一般的な薄膜の形成工程
は以下のようである。すなわち、図1に示すように、初
めに、従来の技術で説明したのと同様に、薄膜の形成さ
れる半導体基板を挿入した炉芯管内を真空引きする。そ
して、半導体基板を所定の温度に安定化させる。
の条件の下に反応ガスを反応炉である炉芯管に導入して
所定の時間の間所望の薄膜の成膜を行う。次に、所定の
時間たとえば先述の遅延時間程度が経過後、成膜第2ス
テップとして、成膜第2の条件の下に反応ガスを炉芯管
に導入し同一薄膜の成膜を行う。
反応ガスの供給を停止し、炉芯管内を真空引きして炉芯
管内をパージする。そして、ハッチを開けて炉芯管を大
気に解放し、炉芯管内より半導体基板を取り出す。
化膜を成膜する場合について図4に基づいて説明する。
ここで、シリコン窒化膜はキャパシタの容量絶縁膜とし
て成膜される。すなわち、シリコン窒化膜は、多結晶シ
リコン膜で構成されたキャパシタの下部電極上に形成さ
れる。
えば650℃程度に保たれた炉芯管1内にウェーハ3を
搭載したボート4を挿入し、ハッチ6により炉芯管1を
密閉してから、ポンプ5により炉芯管1内を所望の圧力
たとえば2Torr程度に減圧する。そして、ウェーハ
3の温度が安定するまで保持する。
アンモニアをガス導入管7より炉芯管1内に供給する。
ここで、ジクロールシランのガス流量は300sccm
程度にそしてアンモニアのガス流量は30sccm程度
に設定され、全ガス圧力は2Torrに設定される。こ
のような成膜第1の条件の下に、成膜第1ステップを行
う。
%程度を成膜した後、次に、反応ガスであるジクロール
シランとアンモニアのガス流量を増加させる。ここで、
ジクロールシランのガス流量は600sccm程度にそ
してアンモニアのガス流量は60sccm程度に設定さ
れる。そして、全ガス圧力を下げ、0.8Torr程度
に設定する。このような成膜第1の条件の下に、成膜第
2ステップを行う。
膜を堆積した後に反応ガスの供給を停止し、炉芯管内を
真空引きして炉芯管内をパージする。そして、ハッチを
開けて炉芯管を大気に解放し、炉芯管内より半導体基板
を取り出す。
シリコン膜で構成された下部電極上に5nm程度のシリ
コン窒化膜が成膜され、半導体基板上のシリコン酸化膜
上にも5nm程度と同一膜厚のシリコン窒化膜が形成さ
れるようになる。
ン窒化膜の成膜で、半導体基板であるウェーハ面上での
膜厚均一性は向上し、口径8インチΦのウェーハで2%
以下となる。
1ステップでの成膜条件で炉芯管内での反応ガスの流速
が小さく、成膜第2ステップでこの流速が大きくなるよ
うに設定することである。前者について、図2を参照し
て説明する。図2は、減圧CVDにおけるシリコン窒化
膜厚と上記の反応ガス流速の関係を定性的に示すグラフ
である。ここで、下地材料として多結晶シリコン膜とシ
リコン酸化膜が用いられている。また、減圧CVDの反
応ガスとしては、ジクロールシランとアンモニアガスと
が用いられ、一定の時間にわたってシリコン窒化膜が成
膜される。
領域では、シリコン窒化膜の膜厚は多結晶シリコン膜上
とシリコン酸化膜上とで差が生じない。これに対し、反
応ガス流速が大きくなると、シリコン窒化膜の膜厚はシ
リコン酸化膜上で小さくなり、多結晶シリコン膜上のそ
れとの差が増大するようになる。このことは、シリコン
窒化膜の成膜において、成膜第1ステップで小さい反応
ガス流速が必須になることを示している。
する。図3は、成膜後のウェーハ面内のシリコン窒化膜
厚のバラツキと反応ガス流速の関係を定性的に示すグラ
フである。図3に示すように、反応ガス流速が小さい領
域では、シリコン窒化膜の膜厚のバラツキは大きい。そ
して、反応ガス流速が大きくなると、このシリコン窒化
膜の膜厚のバラツキは単調に小さくなる。このことは、
シリコン窒化膜の成膜において、成膜第2ステップで大
きな反応ガス流速が必要であることを示している。
第1ステップで先述したシリコン窒化膜の遅延時間が解
消され、成膜第2ステップでシリコン窒化膜のウェーハ
面内均一性が向上するようになる。
D法でシリコン窒化膜を成膜する場合について説明した
が、本発明はその他、多結晶シリコン膜あるいは高融点
金属膜等の薄膜形成でも同様の効果の生じることに言及
しておく。
装置の製造方法は、半導体基板上にCVD法で薄膜を成
膜する方法であって、この成膜過程を2ステップに分
け、同一の反応ガスである成膜の第1ステップと成膜の
第2ステップとを有して成る。ここで、上記成膜の第1
ステップでは、反応炉に導入する反応ガスの流量は上記
第2ステップの場合より小さくなるように、また、上記
反応炉内での反応ガスの圧力は第2ステップの場合より
高くなるように設定されている。あるいは、成膜の第1
ステップでは、反応ガスの反応炉内でのガス流速が第2
ステップの場合より小さくなるように設定されている。
うな成膜技術で生じていた問題が皆無になる。すなわ
ち、半導体基板の表面状態によって薄膜の膜厚が異なる
こと、言い換えれば、半導体基板上の下地材料によって
上記成膜に差の生じることが無くなる。そして、半導体
基板上に一様に薄膜を形成することが容易になる。
必要な薄膜成膜の均一性を大幅に向上させ、半導体装置
の高集積化あるいは高速化をさらに促進するようにな
る。
ー図である。
めのグラフである。
めのグラフである。
CVD装置の断面図である。
る。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 半導体基板上に化学気相成長法で薄膜を
成膜する方法であって、前記成膜過程を2ステップに分
けて、同一の反応ガスである成膜の第1ステップと成膜
の第2ステップとを有して成ることを特徴とする半導体
装置の製造方法。 - 【請求項2】 前記成膜の第1ステップでは、反応炉に
導入する前記反応ガスの流量が前記第2ステップの場合
より小さく、且つ、前記反応炉内での反応ガスの圧力が
前記第2ステップの場合より高いことを特徴とする請求
項1記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記成膜の第1ステップでは、前記反応
ガスの前記反応炉内でのガス流速が前記第2ステップの
場合より小さいことを特徴とする請求項1記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記反応ガスがジクロールシランガスと
アンモニアガスとで構成され、前記薄膜がシリコン窒化
膜であることを特徴とする請求項1、請求項2または請
求項3記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 前記半導体基板上の多結晶シリコン膜上
とシリコン酸化膜上とにシリコン窒化膜を成膜すること
を特徴とする請求項1、請求項2、請求項3または請求
項4記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP9198846A JP3068516B2 (ja) | 1997-07-24 | 1997-07-24 | 半導体装置の製造方法 |
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JPH1145880A true JPH1145880A (ja) | 1999-02-16 |
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JP (1) | JP3068516B2 (ja) |
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