KR930011414B1 - 질화규소막의 형성방법 - Google Patents

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가부시기가이샤 도시바
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Abstract

내용 없음.

Description

질화규소막의 형성방법
제 1도는 본 발명의 제 1의 실시예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
제 2도는 제 2의 실시예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 관상로 2 : 반도체 웨이퍼(물체)
3 : 히터 4 : 배기구
10 : 베이킹조 13 : 제 2의 가스공급원
본 발명은 질화규소막의 형성방법에 관한 것이다.
종래, 질화규소()는 매우 단단하고 열전도율이 낮으며, 또한 분자확산에 대한 저항성이 높은 치밀하고 화학적으로 불활성인 유전재료로서,이러한 특성에 기인하여 예를들어 반도체장치의 제조에 있어서 산화마스크, 게이트절연막, 표면안정화막 등에 사용되고 있다. 그리고 질화규소의 막을 물체, 예를들면 반도체기판의 표면상에 형성하는 방법으로서는 특공소60-10108호 공보에 표시된 방법이 있다. 이 방법은 물체를 반응 용기내에 배치하고, 반응 용기내에 디크롤실란 및 암모니아의 혼합물을 흘리고, 물체와 혼합물을 감압하에 고온으로 접촉시킴으로써 질화규소를 물체상에 열분해적으로 퇴적시키고 있다. 이와같은 방법에서의 디크롤실란과 암모니아의 반응은 다음 식으로 표시된다.
3SiH2Cl2+ 4NH3→ Si3N4+ 6HCl + 6H2
그리고 경제적인 공정에 있어서 양호한 성장속도, 균일한 퇴적 및 고품위의 피막을 얻기 위해서는 암모니아를 디크롤실란의 5배이상의 가스유량으로 흘릴 필요가 있다.
그러나 암모니아를 과잉으로 흘리고 있기 때문에 미반응의 암모니아가 반응용기중에 존재하게 되어 상기 반응식에서 알 수 있듯이 반응 생성물로서의 염산과 과잉의 암모니아가 반응하여 염화암모늄을 생성한다. 염화암모늄은 약 150℃를 경계로 하여, 이것을 초과하면 고체로서 존재하는 일은 없지만 이 온도 이하에서는 고체로서 석출된다. 이 때문에 반응 용기 및 이것에 부속되는 배관등에서 온도가 150℃ 이하의 부분, 예를들어 통상의 감압 CVD(Chemical Vapor Deposition)로에 있어서는 가스도입구, 배기구에서 하류측의 부분은 150℃ 이하로 되어 있고, 이 부분에서 염화 암모늄이 석출하여 퇴적된다. 이처럼 퇴적된 염화암모늄은, 반응 용기내의 압력을 대기압 상태에서 감압상태로 바꾸었을 경우, 또는 감압상태에서 대기압상태로 바꾸었을 경우에 박리하여, 입자가 용기내부에 잔류되어 물체표면상에 부착하는 문제를 발생시킨다. 또 용기 및 부속배관중 반응영역에 노출된 150℃ 이하의 비교적 저온의 금속 부분에 염화암모늄이 부착되면, 이 염화암모늄이 부착된 금속 부분은 물체의 출납등으로 용기등의 내부에 잔류한 수분의 존재에 의해 부식된다. 이때문에 정기적으로 세정이나, 배관의 가열을 통하여 염화암모늄의 제거가 필요해진다.
또한, 염화암모늄의 퇴적을 피하기 위해, 디크롤실론 대신 실란(SiH4)을 사용하는 방법도 있지만, 이 경우에는 질화규소의 퇴적속도를 제어하기 어려우므로 물체의 표면에 퇴적된 질화규소막의 막 두께를 균일하게 하는 것이 어려운 문제, 예를들어 개개의 웨이퍼내에서 막두께의 분포가 다르게 되는 문제나, 복수의 웨이퍼 사이에서 균일한 막두께로 하기 어려운 등의 문제가 있었다.
상기와 같은 상황을 감안하여 본 발명은 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는 물체표면에 질화규소막을 형상함에 있어서, 염화암모늄이 생성되는 일이 없고, 그 때문에 반응 용기내의 압력을 변화시켜도, 물체표면에 형성한 질화규소막상에 염화암모늄의 입자가 부착되는 염려가 없으며, 또 반응 용기 등의 노출된 금속부분에 염화암모늄이 부착하여 부식을 일으킬 염려도 없고, 또한 형성될 질화규소막의 물체표면에 있어서의 막두께 및 분포를 균일한 것으로 할 수 있는 질화규소막의 형성방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 질화규소막의 형성방법은, 구성원소로서 규소, 질소를 포함하며, 또한 염소를 포함하지 않는 유기 화합물의 가스, 또는 이 유기화합물 가스와 구성원소로서 최소한 질소를 포함하며 염소를 포함하지 않는 상기 유기화합물의 가스와 다른 가스와의 혼합가스중 어느 한쪽을, 감압하에서 물체표면에 접촉시킴으로써, 상기 물체표면에 질화규소막을 형성하는 것을 특징으로 하는 것이며, 또한 유기 화합물의 가스 또는 혼합가스를 가열, 플라즈마화, 방사선 여기의 최소한 하나의 수단을 사용하여 가스분해해서 물체표면에 접촉시키는 것을 특징으로 하며, 다른 가스가 암모니아, 질소의 최소한 한쪽을 포함하는 가스임을 특징으로하며, 유기 화합물의 가스가 아민기를 포함하는 것임을 특징으로 하는 것이다.
상기와 같이 구성된 질화규소막의 형성방법은 구성원소로서 규소, 질소를 포함하며, 또한 염소를 포함하지 않는 유기 화합물의 가스를 감압하에서 유통시키고, 물체표면에 접촉시켜서 질화규소를 퇴적시키기 때문에, 물체표면에의 가스의 접촉을 균일하게 할 수 있고, 막의 퇴적속도도 제어하기 쉬워져서 균일한 막을 얻을 수 있다. 또한 막의 형성과정에서는 염화암모늄 등의 불필요한 고체생성물이 생기는 일이 없고, 이 생성물에 의한 금속 부분의 부식도 생기는 일이 없다. 또 질화규소의 퇴적시에 암모니아 또는 질소를 혼합하거나, 가열, 플라즈마화, 방사선여기 등의 가스분해의 수단을 병용하는 것에 의해 막형성을 더욱 효과적으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예가 다음의 도면을 참조하여 설명된다. 제 1도는 본 발명의 제 1의 실시예의 감압 CVD장치를 개략적으로 도시한 구성도이며, (1)은 소정의 압력으로 감압된 내부에 물체, 예를들면 복수의 직경 6＂의 반도체 웨이퍼(2)를 수납하고, 외주벽에 히터(3)를 장착하여 내부를 소망의 온도로 가열하도록 구성된 반응용기를 형성하는 종(縱)형의 관상로이다. 이 관상로(1)의 상부에는 노내부를 배기하여 소정압력으로 감압하는 진공펌프(도시생략)가 접속된 배기구(4)가 설치되어 있으며, 외주벽의 하부에는 각기 말단이 내부에 관통 개구되어 규소 및 아민기를 포함하는 유기 화합물의 가스, 예를 들면 Si(N(CH3)2)4를 내부에 도입하는 제 1의 가스도입관(5)와, 암모니아(NH3)를 내부에 도입하는 제 2의 가스도입관(6)이 설치되어 있다. 제 1의 가스도입관(5)의 다른 말단측에는 상류를 향해 순서대로 가스유로를 개폐하는 제 1의 밸브(7), 그리고 상기 유기 화합물의 가스를 생성하는 가스 생성기(8)에 가스유량을 조정하는 제 1의 가스유량 콘트롤러(9)를 접속하여 형성되는 유기 화합물의 가스를 공급하는 베이킹조(10)가 설치되어 있고, 또 제 2의 가스도입관(6)의 다른 말단측에는 역시 가스유로를 개폐하는 제 2의 밸브(11), 가스유량을 조정하는 제 2의 가스유량 콘트롤러(12), 암모니아를 공급하는 제 2의 가스공급원(13)이 설치되어 있다.
또 상기 관상로(1)의 내부에 수납한 반도체 웨이퍼(2)는 노내부에 세워 설치한 석영제의 보드(14)의 복수의 선반부에 1매씩, 그 사이에 가스가 유통하는 공간을 설치하여 수평으로 유지되어 있다. 또한 외주벽에 장착되는 히터(3)는 외벽의 보온처리와 아울러 관상로(1)의 내부 온도의 장소에 의한 차이가 극력 적어지도록 벽면에 분포되어 있고, 또 선단부의 반도체 웨이퍼(2)를 배치하는 간격도 반드시 등간격으로한정되지는 않으며, 통류하는 가스의 농도, 양, 온도 등과의 관계에서 적합한 배치상태로 설정되어 있다. 그리고 도시하지 않고, 상세히 기술하지는 않지만 관상로(1)의 내부의 온도, 압력은 통상 사용되는 수단, 즉 온도계, 진공게이지 등을 사용하여 계측하고, 계측치가 소정의 설정치의 범위에서 수납되도록 조정하는 조정기를 구비한 제어 수단을 가지고, 제어함으로써 소망의 값으로 유지한다.
이처럼 구성되는 장치로 본 발명을 실시할 경우 그 방법은 다음과 같이 구성된다. 먼저 관상로(1)의 내부에 배치된 보드(14)의 각 선단부에 1매씩 복수의 반도체 웨이퍼(2)를 수평으로 넣는다. 그리고 관상로(1)의 내부온도를 노의 외주벽에 장착한 히터(3)를 사용하여 700℃로 유지한다. 또한 진공 펌프를 배기가동시킴으로써, 노의 내부압력을 0.5Torr의 상태로 유지하면서 계속해서 노내부에 유기화합물 가스, 즉 Si(N(CH3)2)4의 증기를 베이킹조(10)의 가스생성기(8)에서 얻고, 제 1의 가스유량 콘트롤러(9)로 가스유량을 조정하여 제 1밸브(7)를 개방함으로서 100SCCM의 유입속도로 도입한다. 이 유기화합물 가스의 도입과 동시에, 노내부에 제 2가스공급원(13)에서 암모니아를, 제 2의 가스유량 콘트롤러(12)로 가스유량을 조정하면서, 제 2의 밸브(11)를 개방함으로써 1000SCCM의 유입속도로 도입한다. 관상로(1)의 내부온도, 압력을 상기와 같이 유지하고, 2종류의 가스를 노내부에 계속 도입해서 60분간 실시하고, 제 1,2밸브(7,11)을 닫은후 노내부에서 반도체 웨이퍼(2)를 꺼낸다. 꺼낸 반도체 웨이퍼(2)의 표면에서 질화규소막의 퇴적상태를 체크했더니, 표면에는 두께가 600℃의 질화규소막이 형성되고, 하나의 웨이퍼안에서는 균일한 두께로 퇴적되어 있고, 동일 노내의 임의의 위치의 웨이퍼간에서의 두께의 균일성은 ±5% 이내였다.
또 막의 형성 공정을 끝낸 다음, 노내부 및 배기계통의 배관내에서의 퇴적물의 상황을 조사하였더니 부식성 퇴적물등은 존재하지 않는다.
그리고, 상기 실시예외에 노내 온도를 300℃-1000℃의 범위에서 조정하고, 노내압력을 1mTorr-10Torr의 범위에서 조정하여 질화규소막을 형성하였더니 조정분위기내에서는 모두 균일한 막의 형성이 이루어졌다.
또 유기 화합물 가스로서 Si(N(CH3)2)4대신, 역시 구성원소로서 염소를 포함하지 않는 SiH(N(CH3)2)3, SiH2(N(CH3)2)2, SiH3(N(CH3)2)를 사용해도 역시 질화규소막을 형성할 수 있었다. 또한 상기 실시예에 있어서 암모니아 대신에 질소를 사용하여 질화규소막을 형성했더니, 가스의 노내부에의 도입시간을 상기의 경우보다 길게 취하고, 반도체 웨이퍼(2)와 가스와의 접촉시간을 길게 취함으로써, 균일한 질화규소막을 형성할 수 있었다. 또 유기 화합물 가스만으로도 피막을 형성하는데 시간이 걸렸으나, 균일한 피막을 형성할 수 있었다.
다음에 제 2도에 개략적으로그 구성이 도시된 제 2의 실시예를 설명한다. 그리고 제 1도와 동일부분에는 동일기호를 붙이고, 다른 부분에 대해서만 설명한다. (15)는 관상로(1)의 내주벽에 설치한 한쌍의 전극이며, 도시하지 않은 교류전원에 접속되어 있다.
이처럼 구성한 것에 있어서는 관상로(1)내에 감압한 상태에서 가스를 흘리고 동시에 쌍을 이루는 전극(15)에 소정의 전압을 가함으로써, 노내부를 통과하는 가스를 플라즈마화하여 가스분해할 수 있고, 균일한 질화규소막을 반도체 웨이퍼(2)의 표면상에 효율좋게 형성할 수 있었다.
그리고, 가스분해의 수단으로서 플라즈마화를 설명하였으나, 그 대신 자외선을 가스에 조사하여 여기함으로써 가스분해를 해도 역시 양호한 결과가 얻어졌다. 또 자외선 이외의 따른 방사선을 사용하여도 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
또한 플라즈마화, 방사선 여기를 할 때에 가열을 병용해도 좋다.
이상의 설명에서 명백한 바와가티, 본 발명은 질화규소막을 물체표면에 형성함에 있어서, 구성원소로서 규소, 질소를 포함하며 또한 염소를 포함하지 않는 유기 화합물 가스를 사용하여 감압하에서 작용시키도록 구성하는 것에 의해, 다음과 같은 효과가 얻어진다. 즉 물체표면에 형성되는 질화규소막의 두께를 개개의 물체표면중에서 소정의 두께로 균일하게 분포시킬 수 있고, 또한 복수의 물체표면 사이에 대해서도 두께의 차이를 적게 할 수 있다. 또 불필요한 고체의 생성물 등이 발생하지 않기 때문에 질화규소막 상에서의 부착의 염려도 없고, 반응 용기등의 노출된 금속부분의 부식을 초래하는 일도 없다.

Claims (4)

  1. 구성원소로서 규소, 질소를 포함하고 염소를 포함하지 않는 유기화합물의 가스, 또는 이 유기화합물의 가스와 구성원소로서 최소한 질소를 포함하며 염소를 포함하지 않는 상기 유기 화합물 가스와 상이한 다른 가스와의 혼합 가스중 어느 하나의 가스를 감압하에서 물체표면에 접촉시킴으로써, 상기 물체표면에 질화규소막을 형성하는 것을 특징으로 하는 질화규소막의 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 유기 화합물의 가스 또는 혼합 가스를 가열, 플라즈마화, 방사선여기중 최소한 하나의 수단을 사용하여 가스분해해서 물체표면에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 질화규소막의 형성방법.
  3. 제1항에 있어서, 다른 가스가 암모니아와 질소중 최소한 하나를 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 질화규소막의 형성방법.
  4. 제1항에 있어서, 유기 화합물의 가스가 아민기를 포함하는 것을 특징으로하는 질화규소막의 형성방법.
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