JPS61117841A - シリコン窒化膜の形成方法 - Google Patents

シリコン窒化膜の形成方法

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JPS61117841A
JPS61117841A JP59238301A JP23830184A JPS61117841A JP S61117841 A JPS61117841 A JP S61117841A JP 59238301 A JP59238301 A JP 59238301A JP 23830184 A JP23830184 A JP 23830184A JP S61117841 A JPS61117841 A JP S61117841A
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pressure
silicon nitride
nitride film
formation
range
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Hideo Sakai
秀男 坂井
Tetsuya Mizutani
哲也 水谷
Takeo Yoshimi
吉見 武夫
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Hitachi Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34Nitrides
    • C23C16/345Silicon nitride
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
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    • Y10T428/266Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension of base or substrate

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はシリコン窒化膜の形成方法に関し、特に低圧C
VD法による形成効率の高(・形成方法に関するもので
ある。
〔背景技術〕
シリコン窒化膜(SjsN+)は半導体装置に用いられ
、シリコン選択酸化用のマスク、表面保護膜。
メモリ体(MNOS)等に利用される。このシリコン窒
化膜は、通常シラン系ガスとアンモニアとを用〜・たC
VD (Chemical vapour Depos
i−tion)法によって形成しているが、特に反応時
の圧力を常圧(1気圧= 760 Torr)よりも低
くしたいわゆる低圧CVD法が有利とされている。即ち
、反応ガスやキャリアガスの平均自由行程や拡散定数は
低圧になる程大きくなるため、ウェーハ等の表面に形成
するシリコン窒化膜の膜厚分布や屈折率などの膜特性分
布の均一化は常温よりも向上される。また、前述した平
均自由行程や拡散定数の増加により反応炉内に垂直に並
設した多数枚のウェーハに対しても均一な膜形成ができ
、つ工−ハ間での膜質のバラツキが少なく、かつ多数枚
を同時に処理できるために処理能力が向上する。
米国特許4,279,947は、このような低圧CVD
法によってウエーノ・上にシリコン窒化膜を堆積形成す
る方法であり、これによれば反応炉内の温度を約650
〜1000℃とし、炉内圧力を約0.3〜約10トル(
Torr )にしてシラン系ガスとアンモニアを反応さ
せることにより良好な結果が得られたことが開示されて
〜・る。
しかしながら、本発明者がこのデータに基づいて種々の
実験を行なったところ次のような結果を得ろことができ
た。即ち、シリコン窒化膜の形成体として直径約75φ
(約3イン→のシリコンウェーハを100枚同時にこの
条件(約750℃。
0.3Torr)で処理したところ、略100係満足で
きる結果が得られたが、これよりも1径の、大きな10
0φ、125φ、150φのシリコンウェーハを処理し
たところ、形成された膜に均一でない部分が発生し、規
準内に入る良品数が95゜75.50と低下された。つ
まり、シリコンウェーハが大径になれば、前述した条件
では必ずしも満足できろ結果が得られず、%に近年のよ
5にウェーハの大径化が進められている状況では低圧C
VD法の条件にも見厘しが要求されることKなる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は100φ以上の大径ウエーノ・に対して
も良質のシリコン窒化膜を形成でき、かつ−万では形成
能力ないし形成効率の低下を生ずることのない低圧CV
D万式によるシリコン窒化膜の形成方法を提供すること
にある。
本発明の前記ならびKそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を藺単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、シラン系ガスとアンモニアを用いて低圧CV
D法でシリコン窒化膜を形成するに際し、反応圧力を約
0.05〜約0.25トル(Torr)の範囲に設定す
ることにより、大径のウエーノ・に対し℃も高い歩留り
で均一な膜の形成を可能とし、かつ−万では膜形成の効
率を低下することがな(、全体として良好なシリコン窒
化膜を高効率で形成することができる。
また好ましくは、反応圧力は0.1〜0.2Torrの
範囲にして効率を一層向上でき、更に温度は700〜1
000℃の範囲が有効である。
即ち、本発明者が直径の異なる100φ、125φ、1
50φの3種のウェーハを用℃・かつこれらを異なる圧
力の低圧CVD法でシリコン窒化膜を形成してその良品
数(良品率)を検討したところ、第1図の傾向を得るこ
とができた。ここで、ウェーハは夫々100枚毎に処理
し、シリコン窒化膜にはジクロルシラン(S i H!
 C1t )とアンモニア(N Hs )を用いた。こ
れにより、反応圧力約0.25Torr以下に低下させ
れば良品数は次第に増大し、ウェーハ径にかかわらずい
ずれのウェーハも100枚に達することが判明した。こ
れは、圧力の低下に伴う反応ガスの平均自由行程や拡散
定数σ増7JOにより、反応ガスが大径のウエーノ・微
小間内にまで容易に侵入し、均一な膜を形成するものと
考えられろ。また、前記検討によれば、圧力の低下に伴
って良品ウエーノ1の枚数は同図に鎖線で示すように1
00枚以上になることも可能である。
−万1本発明者の他の検討によれば、圧力の低下に伴っ
てシリコン窒化膜の堆積速度が低下され、第2図に示す
裏5な傾向を得ることができた。したがって、この図の
縦軸で示されろ堆積速度(A/m1n)をX、形成する
シリコン窒化膜の膜厚をC1更に炉内の真空引きその他
の時間なりとすれば、1回の膜形成に必要とされる時間
tは次式で表わされる。
t=−+b そして、ここで堆積速度Xは第2図のように圧力の関数
となっているため、必要な膜厚を得るための膜形成時間
tは圧力の高低と逆の関係とされろ。
したがって、以上のことからCVD法における圧力の低
下は、ウエーノ・良品数を向上する−1で1回の膜形成
に要する時間を増大させることKなリ、形成(処理)能
力、特に半導体製造工場における生産効率の上からは単
に圧力を低くするだけでは有効でなt・。
そこで、本発明者は、良品数の傾向と、処理時間の傾向
とで積をとり、第3図のように圧力に対する膜形成効率
を求めた。この場合、他の要因、例えば温度、ガス橿、
炉の形状9寸法等により異なる係数を用いることが必要
である。この結果によれば、ウェーハ径寸法によって若
干異なるが100〜150φのウェーハでは約0.05
〜約0.25Torrであれば、図にAで示すこれまで
の効率を上回ることが明らかにされた。そして、100
〜150φの全てのウェーハで良好な効率を得ろためK
は0.1〜0.2Torrの範囲が最も好ましいことも
明らかになった。
なお、圧力を低下させるのに伴って反応温度にも若干の
修正が必要であり、実験によれば700〜1000℃の
範囲で良好な結果を得ることができた。また、シラン系
ガスとしては、前述の外に5iHCA!a、5sHsC
1,5IH4,5xC14等を用いることもでき、圧力
・温度共に前述の範囲で十分満足することができる。
〔実施例1〕 第4図は本発明の一実施例を示す。炉体1内に石英製の
反応管2を横設し、その一端開口2aかラボ−1−:N
C載荷された多数枚のシリコンウェーハ4を反応管2内
にセットできる。この一端開口2aには蓋体5が取着で
き、かつ一部にはガス供給口6を開設している。ガス供
給口6はチューブ7を介してガス供給部8に接続し、ガ
ス供給部8内にはシラン系ガス源9.アンモニア源10
お工びキャリアガス源11等が設置され、制御部120
作用によりて夫々の供給流量がコントロールされる。
前記反応管2の周囲にはヒータ13を配設し、反応管2
内の温度分布を自由にコントロールでき、通常は第5図
のように一端開口2a工りも他端開口2b@の温度が高
(なるような温度勾配としている。
−1、反応管2の他端開口2blCはエアパルプ15、
メカニカルブースタ16、ロータリポンプ17に連なる
真空チー−プ14を接続し、反応管2内を真空引きする
ことができろ。また、真空チューブ14の途中には圧力
計18を設け、反応管2内部の圧力を測定できる。
そし℃、今後180mの反応管2内に、125φのシリ
コンウェーハを100枚、ボート3にてセットし、蓋体
5により封止する。ヒータ13により反応管2内を加熱
してウェーハ4の雰囲気を第5図実痩のような温度勾配
とし、中央部で約700〜1000℃の範囲の温度に設
定する。しかる上で、ガス供給部8からN、ガスをキャ
リアガスとしてガス供給口6を通して反応管2内に供給
し、かつ他端開口2bからこれを排出することにより内
部を清浄化する。そして、N、ガスの供給を停出し、更
にロータリポンプ17を作動させることにより反応管2
内部の圧力を0.01 Torrにまで下げ、この状態
でガス供給部8からジクロルシランガスとアンモニアを
反応管2内に供給する。ジクロルシランガスの流速は約
10cc/分、アンモニアの流速は約100cc/分で
あり、この間反応管2内圧力を0.2Torrに保つ。
約60分間反応を継続し、その後ジクロルシランガス、
アンモニアの供給を停止し、反応管2内にN、ガスを通
流させた上でウェーハ4をボート3と共に反応管2外に
取り出す。ウェーハ4には約1000への厚さのシリコ
ン窒化膜が形成されており、100枚全てのウェーハの
シリコン窒化膜が所定の許容値を満足するものであった
なお、この実施例において、反応管2における温度勾配
は、反応圧力を0.2Torrに低下していることによ
り第5図の破線で示すこれまでの勾配よりもフラットな
特性にでき、ヒータ13のコントロールを容易にできろ
〔実施例2] 前実施例と同一の装置を用い、今度は150φのシリコ
ンウェーハを100枚反応管2内にセントした。N、ガ
スの通流後、温度を700〜1000℃の範囲とし、ジ
クロルシランガス、アンモニアを反応管2内に供給し、
約0.ITorrの圧力で反応を行なった。約60分間
の反応後、前例と同様にウェーハを取出すと、約100
OAの厚さノシリコン窒化膜が得られ、かつ100枚全
てのウェーハが許容値を満足していた。
〔効果〕
(1)シラン系ガスとアンモニアとを低圧で反応させて
シリコン窒化膜を形成するに際し、反応圧力を約0.0
5〜約0.25 トル(Torr )の範囲に設定して
いるので、ウェーハを大径化してもシリコン窒化膜を均
一に形成でき、歩留りを向上すると共に処理時間を大幅
に増大することもなく、全体としてシリコン窒化膜の形
成効率(良品効率)を向上できる。
(2)圧力をo、i〜0.2Torrの範囲にすること
により、100〜150φないしそれ以上のウェーハ径
に対しても、極め”(高い歩留りでかつこれまで以上の
形成効率で良質のシリコン窒化膜を得ることができる。
(3)圧力を約0.05〜約0.25Torrに低下し
ているので、反応管におゆる温度勾配をフラットに近い
ものにでき、温度コントロールを容易なものとする。
(4)反応温度は700〜1000℃の範囲でこれまで
と同じであり、これまでの反応管装置をそのまま利用す
ることができる。
以上本発明によってなされた発明を実施例にもとづき具
体的忙説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。たとえば、反応ガスには
実施例以外にも前述したガス或〜・はそれ以外のガスを
利用することができ、また反応管も縦型、バレル型等種
々のものが使用できる。勿論、圧力や温度は前述した範
囲内であればどの圧力に設定しても温度勾配1反応時間
等の調整を行なえば同様の効果を得ることができろ。
〔利用分野] 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるシリコンウェーハ上
へのシリコン窒化膜の形成技術について説明したが、そ
れに限定されるものではな(、それ以外の半導体ウェー
ハ、更には半導体以外の基板上へのシリコン窒化膜の形
成にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は歩留りと圧力の関係を示すグラフ、第2図は膜
形成速度と圧力の関係を示すグラフ、第3図は形成効率
と圧力の関係を示すグラフ、第4図は本発明を実施する
装置の一例の構成図、第5図は反応管における@度勾配
図である。 1・・・炉体、2・・・反応管、4・・・シリコンクエ
ーハ、6・・・ガス供給口、8・・・ガス供給部、9・
・・シラン系ガス源、10・・・アンモニア源、11・
・・キャリアガス源、13・・・ヒータ、15・・・エ
アパルプ、17・・・ロータリポンプ。 代理人 弁理士  高 橋 明 夫( 叉 第   1  図 ゝ 、 〜ミーー 圧 で(トル〕 第  2  図 圧力 〔トル〕 第  3  図 第  4  図 第  5  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、シラン系ガスとアンモニアを低圧条件下で反応させ
    てシリコン窒化膜を形成するに際し、反応圧力を約0.
    05〜約0.25トルの範囲に設定したことを特徴とす
    るシリコン窒化膜の形成方法。 2、反応圧力を0.1〜0.2トルの範囲に設定してな
    る特許請求の範囲第1項記載のシリコン窒化膜の形成方
    法。 3、反応温度を約700〜1000℃の範囲にしてなる
    特許請求の範囲第1項又は第2項記載のシリコン窒化膜
    の形成方法。 4.100〜150φのシリコンウェーハ上にシリコン
    窒化膜を形成する特許請求の範囲第1項ないし第3項の
    いずれかに記載のシリコン窒化膜の形成方法。
JP59238301A 1984-11-14 1984-11-14 シリコン窒化膜の形成方法 Pending JPS61117841A (ja)

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