JPS61267330A - 直接窒化膜生成装置 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明はプラズマを利用してシリコンウェーへの表面に
窒化膜を生成させるようになされた直接窒化膜生成装置
の改良に関する。

（従来技術） ＭＯ３ＬＳ’ｌの微細化に伴い、ゲート酸化膜は次第に
薄いものとなっているが、誘電率の大きいゲート絶縁膜
材料として、直接窒化膜生成法によって形成された窒化
膜が検討されている。この直接窒化膜生成法とは、シリ
コンウェーハを窒素あるいはアンモニア雰囲気中で約１
０００　’ｃの温度に加熱することにより、高純度の窒
化膜をシリコンウェーへの表面に極めて均一に形成する
方法である。この直接窒化膜は、選択酸化用マスクとし
ても、ＣＶＤシリコン窒化膜と比較してハーズビークカ
少なくかつシリコンウェーハとの密着性が強いために、
適用が考えられる。

しかしながら、直接窒化膜の生成速度は極めて遅く、ア
ンモニアを用いた熱窒化では１００分間に厚さ３０〜４
０人の窒化膜が生成するに過ぎない。そのため、通常プ
ラズマを利用したプラズマ熱窒化を用いて生成速度を早
めている。

第６図は、このプラズマ熱窒化を行なうための従来の直
接窒化膜生成装置を概略的に示す。本図において、１は
反応室を構成する石英管で、この石英管１の外周に高周
波誘導加熱用のワークコイル２が十数ターン巻かれてお
り、このワークコイル２に高周波発振機３かつ約３００
　ｋＨｚの高周波が印加される。石英管１の内部には、
表面にＳｉＣ膜が塗布された数枚の板状のカーボンサセ
プタ４が石英ポート５−ヒに並べて置かれている。

シリコンウェーハＷはカーボンサセプタ４の表面に密着
装填され、管内が排気された後、高周波誘導加熱により
約９００〜１２００℃の温度に加熱される。次に反応ガ
スを管内に流し、１００ｐａ程度の減圧下においてワー
クコイル２に高周波発振機３かつ高周波を印加すると、
カーボンサセプタ４が加熱されると同時にサセプタ４の
周辺にプラズマが発生し、シリコンウェーハＷの表面−
ににおける窒化膜の生成が行なわれる。

ところで、上述のような直接窒化膜の生成においては、
反応種の膜中への拡散が反応を律速しているため、シリ
コンウェーハＷの加熱温度の均一性は生成膜厚の均一性
に対して極めて重要な要素となる。このため、ワークコ
イル２の位１１ｍ整により、ウェーハ間の温度分布が均
一になるように調整していた。しかしながら、第６図に
示された従来の装置では、カーボンサセプタ４が水平方
向の軸線を有する石英管１内に垂直に並べられて加熱さ
れるため、ワークコイル２に近いサセプタ周辺部の温度
が中心部の温度よりも上昇する傾向が見られ、平坦なカ
ーボンサセプタ４を用いた場合、周辺部と中心部との温
度差は、１２００℃の昇温時において１００℃以上に達
するものである。このため、第７図および第８図に示す
ように、カーボンサセプタ４の形状を、周辺部が厚く中
心部が薄くなるようにして温度分布の均一性を図って来
た。

しかしながら、第７図および第８図より明らかなように
、このカーボンサセプタ４に上方かつシリコンウェーハ
Ｗを装填するために、カーボンサセプタ４の上部周辺の
みは薄くせざるを得ないため、この薄くなったサセプタ
４の上部周辺が異常に加熱され、シリコンウェーハＷの
温度分布の均一性が阻害されるのみでなく、このサセプ
タ４の表面に被着されているＳｉＣ膜が剥がれるおそれ
があり、カーボンが直接窒化膜中へ混入するという新た
な問題が生じた。

（発明の目的） 本発明は上記従来の問題に鑑みてなされたもので、均一
な温度分布を得ることができる、したがって均一な膜組
成と膜厚を有する窒化膜を得ることができる直接窒化膜
生成装置を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明の構成上の特徴とするところは、カーボンサセプ
タがバレル形に構成されており、このバレルの周面上に
シリコンウェーハが装填されるよになされていることで
ある。

（実　施　例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。

第１図は本発明による直接窒化膜生成装置を示し、１１
は環状の基台１２上に設けられていて反応室を構成する
石英製ペルジャーであり、このヘルジャ−１１の外周に
高周波誘導加熱用のワークコイル１３が位置調整可能に
十数ターン巻かれている。このワークコイル１３には高
周波発振機１４かつ周波数約３００　ｋＨｚ　、出力約
２０ＫＷの高周波が印加され、ヘルジャ−１１の内部に
配置されたカーボンサセプタ１５（詳細は後述する）が
約１０００°Ｃの温度に誘導加熱される。ヘルジャー１
１の頂部にはガス導入管１６が接続され、マスフローコ
ントローラを用いて制御されるＮＨ，、Ｎ２およびＨ２
の各ガスが管１６を通してベルジャ−１１内に導入され
るようになされている。なお、Ｎ　Ｈ３は高純度（９９
，９９％以」二）のものが用いられ、純化装置を通して
導入される場合もある。

基台１２は支持脚１７によって支持されたベースフラン
ジ１８上に取付けられており、このヘースフランジ１８
と、それの下方に設けられた下部フランジ１９との間に
２本のガイド軸２０が渡され、昇降フランジ２１がこれ
らガイド軸２０に案内されて昇降しうるように設けられ
ている。昇降フランジ２１には、垂直な軸線のまわりで
回動可能な回転軸２２が取付けられており、回転軸２２
の上端に石英製のサセプタ支持台２３が固定されている
。このサセプタ支持台２３上に、厚さ８０〜１００μｍ
のＳｉＣ膜が塗布されたカーボンサセプタ１５が載置さ
れている。このカーボンサセプタ１５は、第２図および
第３図に示されているように、例えば截頭六角錐の外形
を有するバレル形に構成されており、その外周面は約３
°の傾斜を有する。サセプタ１５の傾斜面には約１■ｌ
の水平な段部２４．２５が外周面を繞って形成されてお
り、この段部２４．２５上に、シリコンウェーハＷのオ
リエンテーション・フラント部分が載置された態様でシ
リコンウェーハＷが装填される。第２図および第３図に
示されたカーボンサセプタ１５においては、１２枚のシ
リコンウェーハＷが装填可能である。

昇降フランジ２１の下面にはサセプタ回転用モータ２６
が取付けられており、このモータ２６によって軸２２が
回転されることにより、カーボンサセプタ１５は垂直な
軸線のまわりで毎分１５回程度の回転数で回動されうる
。また、昇降フランジ２１の下面には溝の刻まれた昇降
用メンバー２７が垂設されており、下部フランジ１９の
下面に取付けられた昇降駆動機構２８のギアに昇降用メ
ンバー２７が係合している。そしてこのギアが昇降用モ
ータ２９によって回動されることにより昇降用メンバー
２７が上下方向に駆動され、これによりカーボンサセプ
タ１５が昇降されるようになされている。第４図はカー
ボンサセプタ１５が下降した状態を示し、この状態でカ
ーボンサセプタ１５へのシリコンウェーハＷの１ＩＩＴ
ｈ着が行なわれる。この場合、図示ならびに詳細な説明
は省略するが、ヘースフランジ１８の下方部分はクリー
ンベンチ部を構成している。

一方、基台１２かつは排気管３０が導出され、この排気
路は、高温のガスを冷却するためのガス冷却器３１およ
び圧力調整弁３２を経て２つに分岐され、一方の分岐路
には通常の排気を行うためのエア弁３３、メカニカルブ
ースタポンプ３４およびロータリーポンプ３５が設けら
れ、他方の分岐路には高真空の排気を行うためのエア弁
３６、ターボモレキュラポンプ３７およびロータリーポ
ンプ３８がそれぞれ設けられている。

以上が本発明による直接窒化膜生成装置の一例構成であ
るが、次にその動作について直接窒化膜生成シーケンス
を示す第５図をも参照して説明する。

ステップ　１（通１１−気（１）） まずメカニカルブースタポンプ３４およびロータリーポ
ンプ３５により、反応室内を約１０−１ρａに減圧する
。

ノテソプ　２（高真空打Ｉユ 次にターボモレキュラボンプ３７およびロータリーポン
プ３８により、反応室内を１０−’ｐａ以下に高真空排
気する。これにより反応室内の酸素等の残留ガスの低減
を図る。またカーボンサセプタ１５の回転を開始すると
ともに高周波発振器１４を付勢してシリコンウェーハＷ
を約１１００℃に加熱する。

ステップ　３（Ｈ２プラズマ１斗つ一 次に反応室内に水素を流し、カーボンサセプタ１５の周
辺に水素プラズマを発生させてシリコンウェーハＷの清
浄化を図る。これによりシリコンウェーハＷに吸着され
ている水素、酸素は脱離する。

ステップ　４（通常排気（２）） 反応室内を再度１０−’ｐａ程度に減圧する。ここで高
周波発振機１４の出力調整を行ない、シリコンウェーハ
Ｗの温度を約９００−１０００℃にすステップ　５（窒
イＬ胛ま底算 反応室内にＮＨ３ガスを毎分１０００ｃｃの流量で流し
、かつ反応室圧力を１００ｐａに保ちながら直接窒化膜
の生成を行なう。カーボンサセプタ１５の周辺にはＮＨ
３ガスのプラズマが発生し、プラズマ熱窒化が行なわれ
る。これにより１２０分間で６０〜９０人程度の厚さの
窒化膜が生成する。

ステップ　６（通常１１脚Ｊ 窒化膜の生成後、反応室内を再度ｔｏ−’ｐａ程度に減
圧し、かつ高周波発振機１４の出力を徐々に減少させる
。

ステップ　７（リーク） 反応室内にＮ２を導入し大気圧に戻す。次にモータ２９
によりカーボンサセプタ１５をクリーンベンチ内へ下降
させ、サセプタ１５を任意に回転させて窒化膜の生成さ
れたシリコンウェーハＷをサセプタ１５かつ取り外し、
新たなシリコンウェーハＷを装填する。そしてサセプタ
１５を上昇させて反応室内に挿入し、ステップ１〜７の
操作を反復する。なお、以上の動作はマイクロ・コンピ
ュータによる圧力、時間、温度およびガス涼暖の制御の
下に行なわれる。これらの情報は全てカラーディスプレ
イ上に表示される。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、シリコ
ンウェーハに対する均一な温度分布を得ることができる
ので、シリコンウェーハ上に生成される直接窒化膜を均
一な膜組成と膜厚をもって得ることができる。特に実施
例のように、カーボンサセプタを回転させることにより
、ウェーハ間の温度のばらつきを１２００℃昇温時にお
いて±２℃以内に抑えることができるかつ、生成される
直接窒化膜はより均一な膜組成と膜厚を有することにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による直接窒化膜生成装置の構成を概略
的に示す一部断面側面図、第２図はそのカーボンサセプ
タの平面図、第３図は第２図の■−■線に沿う断面図、
第４図は第１図の構成においてカーボンサセプタが下降
した状態を示す一部断面側面図、第５図は直接窒化膜生
成シーケンスを示す図表、第６図は従来の直接窒化膜生
成装置の要部を概略的に示す説明図、第７図はそのカー
ボンサセプタの正面図、第８図は第７図の■−■線に沿
う断面図である。 図面において、１１はペルジャー、１２は基台、１３は
ワークコイル、１４は高周波発振機、１５はカーボンサ
セプタ、１６はガス導入管、１８はヘースフランジ、２
０はガイド軸、２１は昇降フランジ、２２は回転軸、２
３はサセプタ支持台、２４．２５は段部、２６はサセプ
タ回転用モータ、２７は昇降用メンバー、２８は昇降駆
動機構、２９は昇降用モータ、３０は排気管、３１はガ
ス冷却器、３２は圧力調整弁、３３．３６はエア弁１．
３４はメカニカルブースタポンプ、３５．３８はロータ
リーポンプ、３７はターボモレキュラポンプをそれぞれ
示す。 特許出願人　　国際電気株式会社 代理人　弁理士　山　元　俊　仁 特開昭６ｌ−２６７３３０（５） ＝ ！ ■ 第３図 第５図 減

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面にシリコンウェーハを装填したカーボンサセプ
   タが反応室内に配置され、このカーボンサセプタに対し
   、窒素またはアンモニア雰囲気中で、高周波誘導加熱と
   前記カーボンサセプタ周辺におけるプラズマ発生とが、
   同一の高周波発振機を用いて行なわれ、これにより前記
   シリコンウェーハの表面に窒化膜が生成されるようにな
   された直接窒化膜生成装置において、 前記カーボンサセプタがバレル形に構成されており、こ
   のバレルの周面上に前記シリコンウェーハが装填される
   ようになされていることを特徴とする直接窒化膜生成装
   置 ２、前記カーボンサセプタを回転させる手段が設けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 ３、前記カーボンサセプタは上下動しうる昇降台上に設
   けられており、前記カーボンサセプタを前記反応室内に
   挿入し、かつ前記反応室外に取出すために前記昇降台を
   上下動させる駆動手段が設けられていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の装置。