JPS6225256B2 - - Google Patents

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JPS6225256B2
JPS6225256B2 JP6879878A JP6879878A JPS6225256B2 JP S6225256 B2 JPS6225256 B2 JP S6225256B2 JP 6879878 A JP6879878 A JP 6879878A JP 6879878 A JP6879878 A JP 6879878A JP S6225256 B2 JPS6225256 B2 JP S6225256B2
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JP
Japan
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reaction tube
gas
heater
reaction
tube
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JP6879878A
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Kazuya Kadota
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Hitachi Ltd
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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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体装置の製造技術に関し、主に
シリコンナイトライド膜の生成技術を対象とす
る。
半導体装置における絶縁性、耐薬品性、耐酸化
性の被膜として欠かすことのできないSi3N4
(シリコンナイトライド膜)を生成するには、一
般にSiH4(モノシラン)又はSiH2Cl2(ジクロル
シラン)ガスとNH3(アンモニア)ガスを反応さ
せる方法が用いられ、反応装置としては第1図に
示すような低圧または減圧下でCVD(気相化学
反応による堆積法)装置が使用されている。
シリコンソースとしてSiH4を用いる場合膜厚
の均一性が悪いという欠点があり、一般には
SiH2Cl2が採用されている。ところで低圧下で
SiH2Cl2のようにClイオンを含んだガスを用いる
とNH3と反応した際にNH4Cl(塩化アンモニウ
ム)およびSi3N4膜を生成する。NH4Clは第1図
を参照し反応管4の両端、排気系統の配管7の壁
等に付着し易く、さらに真空ポンプ10のオイル
中に混入されてしまう。同図のS1,S2はNH4Clを
含む固化物質である。このNH4Clは338℃で昇華
する白色の微粉末であるが、管壁等に付着する時
に生成されたナイトライド微粒子や未反応生成物
を含んだまま固化する。これらの固化物質は機械
的、熱的な刺激により剥がれて半導体ウエハ表面
に付着し、いわゆる「異物」となる。「異物」は
半導体装置の歩留りや特性を低下するので是非取
除く必要がある。
本願発明者は従来のCVD装置における反応管
の両端、排気系統の温度が室温に近くNH4Clの昇
華温度より著しく低いことに着目し、これら部分
の温度を昇華温度又はそれ以上にすることで前記
問題を解決した。したがつてこの発明の一つの目
的はCVD生成物の生成の際に「異物」を含んだ
固形物質が反応装置の管壁に付着するのを防止す
る技術の提供にある。本発明の他の目的は低圧下
にCVD装置を用いてSi3N4膜を形成する半導体装
置の製造法においてNH4Clを主体とする固形物質
の管壁への付着を防止することにある。
上記目的を達成するため本発明においては、
「異物」を含んだ固形物質を反応室の両端に連設
する部分を加熱することにより昇華させてこれを
反応室外へ排除することで上記物質の付着を防止
することを要旨とする。
以下実施例にそつて本発明を具体的に述べる。
本発明方法によるSi3N4被膜形成の実施にあた
つて低圧装置は後で詳述する低圧CVD装置(第
3図〜第8図)を使用し、石英管体内に導入した
SiH2Cl2(またはSiCl2)とNH3ガスを反応させて
Si3N4を生成し上記管体内に設置してあるSiウエ
ハ上にSi3N4被膜を析出する。このSi3N4被膜の膜
質及び膜厚の均一性を良くするためNH3ガスを最
低必要限度の約2〜100倍過剰に用いる。この結
果、反応生成物の1つとしてNH4Clが生成され、
これがSi3N4の微粒子、未反応物等の異物となり
得る物質を含んだ状態で、そのままでは管体内壁
や排気系配管壁等に付着することは前述の通りで
ある。この付着を防止するために反応管体両端及
び排気系統管の内壁温度をNH4Cl等の昇華温度又
はそれ以上に保持した状態で上記反応を行なう。
このための保温手段としては抵抗加熱器(ヒータ
ー)等を使用し、管壁の温度は100〜800℃にする
必要がある。NH4Clが不純物を含まない場合の昇
華温度は337.8℃であるが、これより低温側であ
つても付着速度が低いのである程度、例えば270
℃位が実用的である。第2図は使用時における反
応管及びその前後部の温度分布の一例を示し、同
図実線は本発明方法を採用した場合、破線は従来
方法による場合である。
このような本発明方法によれば、反応管内で生
成され、ウエハ上に析出されなかつた過剰の
Si3N4の微粒子及び同時に生成されたNH4Cl微粒
子はキヤリアガス(N2)と共に低温部である尾管
部、排気系配管部へ急速に流れるが、それらの部
分でヒーター加熱によるある程度の温度上昇がな
されることにより、排気ガスが接触する低温部分
をさらに加熱して前記物質の昇華に必要以上の温
度に保持すれば、問題となる微粒子の付着は全く
防止できるか、少なくとも付着速度を低下させる
ことが可能となり、前記発明の目的が達成でき
る。
第3図に本発明による具体例の一つとして後部
排気方式の低圧CVD装置が示される。
同図において、1は石英キヤツプ、2は前部加
熱ヒーター(200W,350℃)、3はNH3ガス導入
口で毎分500mlのNH3ガスが導入される。4は石
英管体、5は炉体でヒーターにより750℃に保持
する。6は後部加熱ヒーター(200W,350℃)、
7は石英尾管部、8はフランジ、9は排気系加熱
ヒーター(200W,350℃)、10はロータリーポ
ンプで毎分1000の排気を行なう。11はポンプ
オイル、12は排気、13はヒーター内に埋込ん
だ熱電対、18はSiH2Cl2ガス導入口で毎分100ml
のSiH2Cl2ガスが導入される。次に各部の構造を
述べると、前部加熱ヒーター2、後部加熱ヒータ
ー6及び排気系加熱ヒーター9はリボンヒーター
またはテープヒーター、アルメルクロメル熱電対
13及びヒーターを固定する保温材より構成さ
れ、石英管体4、石英尾管部7、排気系配管の内
壁表面温度を150℃から450℃の間に保持できる。
各ヒーターの制御は装置全体の制御系に含まれ、
装置がスタンバイ状態にある時、又はSiH2Cl2
NH3の生成ガスが管体内に導入される直前に加熱
するようになつている。前部加熱ヒーター2及び
後部加熱ヒーター6の炉体5の内側にある部分
は、炉体の規模によつて異なるが、約200―500mm
が適当であり、各ヒーターが装着されていない状
態での管体内温度が300℃である位置までヒータ
の先端が入る必要がある。前部及び後部加熱ヒー
ター2,6は炉体からの熱伝導が充分でありか
つ、前記管体内表面温度350℃に達することが可
能であるならば、可能な範囲で第4図に示すよう
にヒーター部分とステンレス板等の金属製均熱板
19で置き換えることができる。フランジ部8は
石英尾管部7と排気系配管を結合するものである
が、低圧系のためO―リングが使用される。O―
リングは前述の加熱ヒーター、炉体からの輻射熱
及び通過する排気ガスからの伝熱による劣化を防
止するために冷却水によ冷却されている。前述の
「異物」を含んだNH4Clを主体とする固化物質
は、冷却水により冷却されている部分に付着す
る。本実施例では第5図に示すように内部に埋込
ヒーター24を装着し内壁の冷却を防止してい
る。なお同図で20はフランジ部、21はネジ、
22はO―リング(φ5)、23は冷却水管(φ
5,0.5/分)、25は排気系配管、26はパツ
キングである。
第4図、第5図における加熱方式は、外部にヒ
ーターを取付けるものであるが、その他の方式の
具体例として第6図に示される内部加熱方式があ
る。
同図において27は内部ヒーター(150W,350
℃)、28は例えば石英からなる支持絶縁体、2
9はアルメルクロメル熱電対である。
第7A図、第7B図は他の例として示すメツシ
ユ加熱方式である。同図において、25は排気系
配管、30はメツシユヒーター(50W,350℃,
メツシユ径1mm)、31はメツシユホルダー、
32はアルメルクロメル熱電対である。
以上実施例で述べた低圧CVD装置を使用し、
直径100mm及び76mmのSiアエハ各100枚を各々1バ
ツチとしてSi3N4のデポジシヨンを行なつた場合
に、いずれのウエハにおいても「異物」密度が
0.005個/cm2以下となつた、これは加熱方式を採
用しない場合の約1/10〜1/30である。
本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、これら以外に下記のように種々の変形例を有
する。
(1) 排気系配管の加熱は低圧CVD方式のみであ
るが、炉体の両端の加熱は常圧CVD方式にお
いても利用できる。
(2) 低圧CVD方式における反応管体の形状は第
8図に示すようなストレートの形状であつても
よい。
(3) 本発明におけるCVD装置の説明において
Si3N4の生成を例として取上げたが、これ以外
のCVD法による生成物としてポリシリコン、
PSG(フオスフオ・シリケート・ガラス)、
SiO2等の生成装置、特に低圧装置においても
同様に適用できる。これらの場合は、Si3N4
成の際にNH4Clが生成するのと異なり、付着性
の強い反応生成物はできない。しかし反応管で
生成されてウエハ上に析出されず反応系外部へ
排出される微粒子(約0.01μmφ〜10μm
φ)、例えばポリシリコン、PSG、SiO2は非常
に多量であり、低温の管壁、排気配管壁に付着
し、「異物」となり得る。この場合にも本発明
を適用すれば「異物」の付着を低減でき、ウエ
ハ歩留りの向上を図ることが可能である。これ
らの場合、NH4Clの付着でないので低温部管壁
温度は100℃〜400℃で充分である。又、本発明
の適用は排気系を含まなくても良い。
本発明は方法としてSi3N4生成、装置として
低圧CVD装置、常圧CVD装置(ホツト・ウオ
ール型)に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の低圧CVD装置の使用状態を示
す縦断面図である。第2図は反応管体及びその前
後部における温度分布の状態を従来方法(破線)
及び本発明方法(実線)と対照して示す曲線図で
ある。第3図は本発明の一実施例を示すCVD装
置の全体縦断面図、第4図乃至第8図は本発明に
よる他の実施形態を示すCVD装置の一部断面図
で、これらのうち、第7A図は縦断面図、第7B
図はその横断面図である。 1……石英キヤツプ、2……前部加熱ヒータ
ー、3……NH3ガス導入口、4……石英管体、5
……炉体、6……後部加熱ヒーター、7……石英
尾管部、8……フランジ部、9……排気系加熱ヒ
ーター、10……ロータリーポンプ、11……ポ
ンプオイル、12……排気、13……熱電対、1
4……自動バルブ、15……ピラニーゲージ、1
6,17……熱電対、18……SiH2Cl2ガス導入
口、19……ステンレス均熱板、20……フラン
ジ部、21……ネジ、22……O―リング、23
……冷却水管、24……埋込ヒーター、25……
排気系配管、26……パツキング、27……内部
ヒーター、28……支持絶縁体、29……熱電
対、30……メツシユヒーター、31……メツシ
ユホルダ、32……熱電対。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 反応管内に導入した塩素を含むシランガス
    と、アンモニアガスとを加熱して気相反応させ、
    上記反応管内に設置した半導体を基体とするウエ
    ハ表面にシリコンナイトライドを被膜として析出
    させるCVD法を用いた半導体装置の製造方法に
    おいて、上記気相反応により同時に生成される塩
    化アンモニウムを昇華させるように、上記気相反
    応時に上記反応管の両端およびこの反応管に接続
    した排気管を加熱することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。 2 半導体を基体とするウエハを収容する反応管
    の一方の端部に塩素を含むシランガスおよびアン
    モニアガスの各ガス導入口を設け、他端部に排気
    管を接続し、反応管内で上記各ガスを気相反応さ
    せて上記ウエハ表面にシリコンナイトライドを析
    出させる装置であつて、上記反応管の一方の端部
    及び他端部乃至排気管には、上記気相反応によつ
    て生成される塩化アンモニウムを昇華するための
    加熱手段を夫々配設したことを特徴とするCVD
    装置。
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JP3015710B2 (ja) * 1995-06-08 2000-03-06 株式会社東芝 半導体製造方法
JP2003209100A (ja) * 2002-01-15 2003-07-25 Tokura Kogyo Kk Cvd排気系配管に付着堆積した塩化アンモニウムの除去方法

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