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成膜方法、成膜装置及び記憶媒体 - 東京エレクトロン株式会社
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発明の名称 成膜方法、成膜装置及び記憶媒体
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−35740(P2007−35740A)
公開日 平成19年2月8日(2007.2.8)
出願番号 特願2005−213767(P2005−213767)
出願日 平成17年7月25日(2005.7.25)
代理人 【識別番号】100090125
【弁理士】
【氏名又は名称】浅井 章弘
発明者 長谷部 一秀 / 岡田 充弘 / 千葉 貴司
要約 課題
低温領域で成膜しても、その膜ストレスを向上させることが可能な成膜方法を提供する。

解決手段
被処理体Wの表面に所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜方法において、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体を前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程とを行う。これにより、低温領域で成膜しても、その膜ストレスを向上させることが可能となる。
特許請求の範囲
【請求項1】
被処理体の表面に所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜方法において、
シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、
前記被処理体を前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項2】
前記シリコン窒化膜形成工程と前記改質工程とは同一の処理容器内にて連続的に行われることを特徴とする請求項1記載の成膜方法。
【請求項3】
前記処理容器は、一度に複数枚の被処理体を処理することが可能なバッチ式の処理容器であることを特徴とする請求項2記載の成膜方法。
【請求項4】
前記窒化ガスはプラズマにより活性化されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項5】
前記被処理体の表面には、ニッケルシリサイド(NiSi)膜が予め形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項6】
前記シリコン窒化膜形成工程の前記第1の温度は450℃未満であることを特徴とする請求項5記載の成膜方法。
【請求項7】
前記改質工程の前記第2の温度は420〜450℃の範囲内であることを特徴とする請求項6記載の成膜方法。
【請求項8】
被処理体の表面に所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜方法において、
シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、
前記被処理体に対して紫外線を照射することにより前記シリコン窒化膜を改質する改質工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。
【請求項9】
前記被処理体の表面には、ニッケルシリサイド(NiSi)膜が予め形成されていることを特徴とする請求項8記載の成膜方法。
【請求項10】
前記シリコン窒化膜形成工程の前記第1の温度は450℃未満であることを特徴とする請求項8または9記載の成膜方法。
【請求項11】
前記改質工程のプロセス温度は450℃以下であることを特徴とする請求項8乃至10のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項12】
前記シリコン窒化膜形成工程は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、または、シリコン系ガスと窒化ガスとを交互に繰り返して供給するALD(Atomic Layer Depositon)法により成膜が行われることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項13】
前記改質工程は窒化ガスの雰囲気中で行われることを特徴とする請求項8乃至12のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項14】
前記シラン系ガスは、ヘキサクロロジシラン(HCD)、ジクロロシラン(DCS)、モノシラン[SiH ]、ジシラン[Si ]、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、テトラクロロシラン(TCS)、ジシリルアミン(DSA)、トリシリルアミン(TSA)、ビスターシャルブチルアミノシラン(BTBAS)よりなる群より選択される1のガスであることを特徴とする請求項1乃至13のいずかに記載の成膜方法。
【請求項15】
前記窒化ガスは、アンモニア[NH ]ガスであることを特徴とする請求項1乃至7または13、14のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項16】
被処理体に対して所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜装置において、
真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給手段と、
前記処理容器内へ窒化ガスを供給する窒化ガス供給手段と、
シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体を前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程とを行うように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項17】
真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、
被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給手段と、
前記処理容器内へ窒化ガスを供給する窒化ガス供給手段と、
を有する成膜装置を用いて前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するに際して、
シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体を前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程とを行うように前記成膜装置を制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。

発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に薄膜を形成する成膜方法、成膜装置及び記憶媒体に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理、自然酸化膜の除去処理等の各種の処理が行なわれる。これらの処理を特許文献1等に開示されている縦型の、いわゆるバッチ式の熱処理装置にて行う場合には、まず、半導体ウエハを複数枚、例えば25枚程度収容できるカセットから、半導体ウエハを縦型のウエハボートへ移載してこれに多段に支持させる。このウエハボートは、例えばウエハサイズにもよるが30〜150枚程度のウエハを載置できる。このウエハボートは、排気可能な処理容器内にその下方より搬入(ロード)された後、処理容器内が気密に維持される。そして、処理ガスの流量、プロセス圧力、プロセス温度等の各種のプロセス条件を制御しつつ所定の熱処理が施される。
【0003】
そして、最近にあっては半導体集積回路の更なる高集積化及び高微細化の要求が強くなされており、回路素子の特性の向上の上から及び成膜材料の耐温度特性から半導体集積回路の製造工程における熱履歴の温度も低減化することが望まれている。このような状況下において、縦型の、いわゆるバッチ式の縦型の処理装置においても、ウエハをそれ程の高温に晒さなくても目的とする処理が可能なことから、比較的低温でも熱分解し易い成膜ガスが用いられる傾向にある。このように比較的低温でも熱分解し易いガスとしては、例えばHCD(ヘキサクロロジシラン)やDCS(ジクロロシラン)等が知られている。例えば上記HCDを用いて、絶縁膜であるシリコン窒化膜(SiN)を形成する場合について説明すると、真空引きされている処理容器内へ上記HCDガスとアンモニアガスとを同時に供給し、そして、半導体ウエハ温度を例えば500℃程度に加熱して熱分解反応を生ぜしめて、CVD(Chemical Vapor Deposition)によりウエハ上にシリコン窒化膜を形成するようになっている。このように形成されたシリコン窒化膜は、例えばコンタクトストッパ膜等に多用されている。
【0004】
【特許文献1】特開2004−6801号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、最近において、ポリシリコン膜のゲート電極に対するバリヤ層や、トランジスタ素子のソース、ドレイン等に対するコンタクトにおけるバリヤ層として、ニッケルシリサイド(NiSi)膜が注目されている。このニッケルシリサイド膜は、ゲート、ソース、ドレインの抵抗の低減が可能になる、という利点を有することから、今後、多用される傾向にある。
そして、このニッケルシリサイド膜は、耐熱性がそれ程高くはなくてせいぜい450℃程度であり、その結果、このニッケルシリサイド膜を形成した後の半導体デバイスの各製造工程においては、上記ニッケルシリサイド膜の特性を維持するために、そのプロセス温度を450℃より低い温度に設定しなければならない。
【0006】
そして、上記ニッケルシリサイド膜の形成後は、例えばエッチングストッパ膜としてシリコン窒化膜(SiN)等を形成する場合があり、しかも素子の更なる高速動作の要請から上記シリコン窒化膜を膜ストレスが高い状態で堆積することが望まれている。
しかしながら、下層にニッケルシリサイド膜が存在すると、上述したようにプロセス温度を450℃よりも高くすることはできず、このためシリコン窒化膜の膜ストレスを十分に高くすることができずに高速度の要請に対して十分に対応することができない、といった問題があった。
【0007】
特に、最近の半導体製造工程では、使用材料の熱的耐久性の制限より、低温化傾向が進んできており、低温処理を行っても膜ストレスを十分に高く維持できるシリコン窒化膜が求められていた。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、低温領域で成膜しても、その膜ストレスを向上させることが可能な成膜方法、成膜装置及び記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
請求項1に係る発明は、被処理体の表面に所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜方法において、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体を前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程と、を有することを特徴とする成膜方法である。
【0009】
このように、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成し、次に被処理体を前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質するようにしたので、シリコン窒化膜を低温領域で成膜しても、その膜ストレスを向上させることができる。
従って、シリコン窒化膜のストレスを高く維持できるこから、この特性で改善して移動度を高くすることができ、この結果、半導体デバイスの高速動作特性を向上させることができる。
【0010】
この場合、例えば請求項2に規定するように、前記シリコン窒化膜形成工程と前記改質工程とは同一の処理容器内にて連続的に行われるようにしてもよい。
また例えば請求項3に規定するように、前記処理容器は、一度に複数枚の被処理体を処理することが可能なバッチ式の処理容器である。
また例えば請求項4に規定するように、前記窒化ガスはプラズマにより活性化されるようにしてもよい。
また例えば請求項5に規定するように、前記被処理体の表面には、ニッケルシリサイド(NiSi)膜が予め形成されている。
【0011】
また例えば請求項6に規定するように、前記シリコン窒化膜形成工程の前記第1の温度は450℃未満である。
また例えば請求項7に規定するように、前記改質工程の前記第2の温度は420〜450℃の範囲内である。
請求項8に係る発明は、被処理体の表面に所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜方法において、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体に対して紫外線を照射することにより前記シリコン窒化膜を改質する改質工程と、を有することを特徴とする成膜方法である。
【0012】
この場合、例えば請求項9に規定するように、前記被処理体の表面には、ニッケルシリサイド(NiSi)膜が予め形成されている。
また例えば請求項10に規定するように、前記シリコン窒化膜形成工程の前記第1の温度は450℃未満である。
また例えば請求項11に規定するように、前記改質工程のプロセス温度は450℃以下である。
また例えば請求項12に規定するように、前記シリコン窒化膜形成工程は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、または、シリコン系ガスと窒化ガスとを交互に繰り返して供給するALD(Atomic Layer Depositon)法により成膜が行われる。
また例えば請求項13に規定するように、前記改質工程は窒化ガスの雰囲気中で行われようにしてもよい。
【0013】
また例えば請求項14に規定するように、前記シラン系ガスは、ヘキサクロロジシラン(HCD)、ジクロロシラン(DCS)、モノシラン[SiH ]、ジシラン[Si ]、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、テトラクロロシラン(TCS)、ジシリルアミン(DSA)、トリシリルアミン(TSA)、ビスターシャルブチルアミノシラン(BTBAS)よりなる群より選択される1のガスである。
また例えば請求項15に規定するように、前記窒化ガスは、アンモニア[NH ]ガスである。
【0014】
請求項16に係る発明は、被処理体に対して所定の特性を有するシリコン窒化膜を形成する成膜装置において、真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給手段と、前記処理容器内へ窒化ガスを供給する窒化ガス供給手段と、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体を前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程とを行うように制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
【0015】
請求項17に係る発明は、真空引き可能になされた筒体状の処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内へシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給手段と、前記処理容器内へ窒化ガスを供給する窒化ガス供給手段と、を有する成膜装置を用いて前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するに際して、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、前記被処理体を前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質する改質工程とを行うように前記成膜装置を制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体である。
【発明の効果】
【0016】
本発明に係る成膜方法、成膜装置及び記憶媒体によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成し、次に被処理体を前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして前記シリコン窒化膜を改質するようにしたので、シリコン窒化膜を低温領域で成膜しても、その膜ストレスを向上させることができる。
従って、シリコン窒化膜のストレスを高く維持できるこから、この特性で改善して移動度を高くすることができ、この結果、半導体デバイスの高速動作特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下に、本発明に係る成膜方法、成膜装置及び記憶媒体の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図1は本発明方法を実施するための成膜装置の一例を示す構成図である。図示するように、この成膜装置2は下端が開放された筒体状になされたバッチ式の縦型の処理容器4を有している。この処理容器4は、例えば耐熱性の高い石英を用いることができる。
【0018】
この処理容器4の天井部には、開口された排気口6が設けられると共に、この排気口6に例えば直角に横方向へ屈曲された排気ノズル8が連設されている。そして、この排気ノズル8には、途中に圧力制御弁10や真空ポンプ12等が介設された真空排気系14が接続されており、上記処理容器4内の雰囲気を真空引きして排気出来るようになっている。
【0019】
上記処理容器4の下端は、例えばステンレススチール製の筒体状のマニホールド16によって支持されており、このマニホールド16の下方より多数枚の被処理体としての半導体ウエハWを多段に所定のピッチで載置した保持手段としての石英製のウエハボート18が昇降可能に挿脱自在になされている。上記処理容器4の下端と上記マニホールド16の上端との間には、Oリング等のシール部材20が介在されて、この部分の気密性を維持している。本実施例の場合において、このウエハボート18には、例えば50〜100枚程度の直径が300mmのウエハWを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。尚、上記マニホールド16の部分を石英により上記処理容器4側と一体成形する装置例もある。
【0020】
このウエハボート18は、石英製の保温筒22を介してテーブル24上に載置されており、このテーブル24は、マニホールド16の下端開口部を開閉する蓋部26を貫通する回転軸28の上端部に支持される。そして、この回転軸28の貫通部には、例えば磁性流体シール30が介設され、この回転軸28を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部26の周辺部とマニホールド16の下端部には、例えばOリング等よりなるシール部材32が介設されており、処理容器4内のシール性を保持している。
上記した回転軸28は、例えばボートエレベータ等の昇降機構34に支持されたアーム36の先端に取り付けられており、ウエハボート18及び蓋部26等を一体的に昇降できるようになされている。尚、上記テーブル24を上記蓋部26側へ固定して設け、ウエハボート18を回転させることなくウエハWの処理を行うようにしてもよい。
【0021】
上記処理容器4の側部には、これを取り囲むようにして例えば特開2003−209063号公報に記載されたカーボンワイヤ製のヒータよりなる加熱手段38が設けられており、この内側に位置する上記半導体ウエハWを加熱し得るようになっている。またこの加熱手段38の外周には、断熱材40が設けられており、この熱的安定性を確保するようになっている。そして、上記マニホールド16には、各種のガスをこの処理容器4内へ導入して供給するための各種のガス供給手段が設けられている。
【0022】
具体的には、このマニホールド16には、上記処理容器4内へ成膜用のシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給手段42と、処理容器4内へ窒化ガスを供給する窒化ガス供給手段44とがそれぞれ設けられている。また、ここでは、必要に応じてN ガス等の不活性ガスをパージガスとして処理容器4内へ供給するパージガス供給手段46も設けられている。尚、パージガスとしては、N に替えてArやHe等も用いることができる。
【0023】
上記シリコン系ガス供給手段42、窒化ガス供給手段44及びパージガス供給手段46は、上記マニホールド16の側壁を貫通させてその先端部を処理容器4内に臨ませて設けたガスノズル42A、44A及び46Aをそれぞれ有している。上記各ガスノズル42A、44A、46Aには、それぞれガス通路52、54、56が接続されると共に、各ガス通路52、54、56には、それぞれ開閉弁52A、54A、56A及びマスフローコントローラのような流量制御器52B、54B、56Bが順次介設されており、シラン系ガスや窒化ガスやN ガスをそれぞれ流量制御しつつ流すようになっている。ここでシラン系ガスとしては例えばHCD(以下、「ヘキサクロロジシラン」とも称す)を用い、窒化ガスとしてはNH ガスを用い、パージガスとしてはN ガスを用いている。
【0024】
そして、この成膜装置には、各ガスの供給開始や供給停止、プロセス温度、プロセス圧力等を制御したり、この成膜装置の全体の動作を制御するために例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段60が設けられている。この制御手段60は、この成膜装置2の動作を制御する時に用いるプログラムを記憶するために例えばフロッピディスク(登録商標)やフラッシュメモリ等よりなる記憶媒体62を有している。
【0025】
次に、上述のように構成された成膜装置2を用いて行われる成膜方法について説明する。以下に説明する各動作は、前述したようにコンピュータよりなる制御手段60の制御のもとに行われれる。
<第1実施例>
図2は本発明方法の第1実施例の各工程を示すフローチャートである。本発明方法は、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で前記被処理体の表面にシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成工程と、上記被処理体を前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして上記シリコン窒化膜を改質する改質工程とを行うようになっている。
【0026】
具体的には、まずHCDガスとNH ガスとを同時に処理容器4内へ供給し、第1の温度でCVD(Chmical Vapor Deposition)法によりウエハWの表面にシリコン窒化膜を形成する(S1)。このように、シリコン窒化膜形成工程を終了したならば、処理容器内に残留するガスを排除するパージ工程(S2)を行った後に、この処理容器4内にNH ガスを供給してNH 雰囲気中で、上記第1の温度よりも高い第2の温度でアニール処理を行い、上記シリコン窒化膜の改質処理を行う(S3)。このように改質工程を行うことにより、シリコン窒化膜のストレスを高くしてその特性を改善することができる。
【0027】
実際の処理では、まず、ウエハボート18に未処理の半導体ウエハWが多段に支持されており、この状態で予め加熱された処理容器4内に密閉状態で収容されている。このウエハWには前工程において、耐熱温度が低いニッケルシリサイド(NiSi)膜がすでに形成されており、今後行う各種処理のプロセス温度が低く制限され、例えば450℃よりも高い温度での処理ができない状態となっている。そして、上記処理容器4内の真空引きを開始すると共に、加熱手段38によりウエハWを所定の成膜温度、すなわち第1の温度まで昇温し、そして、上記各種ガス、すなわちHCDガスとNH ガスとを処理容器4内へ供給してCVDにより成膜処理を行う。
【0028】
このCVDによる成膜処理では、シラン系ガス供給手段42からHCDガスを供給し、窒化ガス供給手段44からはNH ガスを供給し、両ガスが処理容器4内を上昇しつつCVD反応して回転しているウエハボート18に載置されているウエハ表面にシリコン窒化膜が形成される(S1)。そして、処理容器4内を上昇したガスは、上部の排気口6をより排出され、真空排気系14を介して系外へ排出されていく。
この時のプロセス条件は、HCDガスの流量が、5〜50sccmの範囲内で例えば20sccm、NH ガスの流量が500〜5000sccmの範囲内で例えば2000sccmである。またプロセス圧力は0.1〜3.0Torrの範囲内で例えば1.25Torr(167Pa)、第1の温度である成膜時のプロセス温度は、ここではニッケルシリサイド膜の耐熱温度より低い温度であり、具体的には450℃未満の温度、例えば400℃である。この第1の温度の下限値は、ある程度以上の成膜レートでもってシリコン窒化膜の成膜が可能な温度であり、例えば400℃程度である。また成膜時間は、目標とする膜厚にもよるが例えば目標膜厚が30nmの場合には、成膜時間は100分程度である。
【0029】
以上のようにしてシリコン窒化膜形成工程を終了したならば、HCDガスとNH ガスの供給を停止し、次に、パージガス供給手段46によりN ガスを処理容器4内へ供給して、この処理容器4内の残留ガスを排出する(S2)。このようにして、パージ工程を所定の時間行って容器内の残留ガスの排除をしたならば、次に、改質工程(アニール工程)へ移行する(S3)。この改質工程では、加熱手段38によりウエハWを先の第1の温度よりも高い第2の温度へ昇温し、プロセス温度を第2の温度に維持したならば、或いはウエハ温度を第2の温度に向けて昇温しつつ、窒化ガス供給手段44よりNH ガスをこの処理容器4内へ供給する。
【0030】
これにより、ウエハWは第2の温度に加熱された状態でNH ガスに晒されることになり、この結果、ウエハWの表面に形成されていたシリコン窒化膜はNH ガスにより略完全に窒化されて改質処理が行われることになる。この時のプロセス条件は、NH ガスの流量が、500〜5000sccmの範囲内で例えば2000sccm、プロセス圧力は20〜400Torrの範囲内で、例えば120Tor(16000Pa)、改質時間は例えば10分以上であり、好ましくは30分以上である。この場合、改質時間が10分より少ない場合には余り改質の効果がなく、また、30分以上の場合には、改質による窒化状態が飽和状態となるので、それ以上の改質処理は時間的に無駄である。
また、第2の温度である改質時(NH アニール時)のプロセス温度は、420〜450℃の範囲内、例えば450℃である。この場合、NH アニール時のプロセス温度が420℃よりも低い場合には、改質の効果がかなり低くなり、また、450℃を超えて温度が高い場合には、下層のニッケルシリサイド膜に特性の劣化を生ぜしめてしまうので好ましくない。
【0031】
このように、本発明によれば、シラン系ガスと窒化ガスとを用いて第1の温度で上記ウエハWの表面にシリコン窒化膜を形成し、次にウエハWを前記第1の温度よりも高い第2の温度で窒化ガスの雰囲気下にてアニールして上記シリコン窒化膜を改質するようにしたので、シリコン窒化膜を低温領域で成膜しても、その膜ストレスを向上させることができる。
従って、シリコン窒化膜のストレスを高く維持できるこから、この特性で改善して移動度を高くすることができ、この結果、半導体デバイスの高速動作特性を向上させることができる。
また、ここではシリコン窒化膜の形成工程と改質工程とを同一の成膜装置で連続的に行うことができるので、ウエハの移し変え等を行う必要がないので、その分、スループットを向上させることができる。
【0032】
ここでシリコン窒化膜の成膜温度とアニール時間(改質時間)が膜ストレスに与える影響を評価したので、その評価結果について説明する。図3はシリコン窒化膜の成膜温度とアニール時間(改質時間)が膜ストレスに与える影響を示すグラフである。シリコン窒化膜の成膜温度を、図3(A)の場合は400℃に設定し、図3(B)の場合は420℃に設定している。そして、共にアニール工程(改質工程)は450℃のNH 雰囲気中で行った。成膜時の他のプロセス条件については、プロセス圧力が1.25Torr、ガス流量はHCD/NH =20/2000sccmである。
またアニール工程における他のプロセス条件については、プロセス圧力は120Torr、NH ガスの流量は2000sccmである。尚、図3(A)及び図3(B)において、アニール時間”0”は、それぞれ従来の成膜方法によるシリコン窒化膜を示す。図3に示すグラフから明らかなように、図3(A)において10分間アニール処理を行っても効果は出ず、図3(A)の場合も、図3(B)の場合も、30分以上アニール処理を行うことによりストレスが大幅に増加している。従って、ストレスを増加させるには、成膜温度(第1の温度)よりもアニール温度(第2の温度)を高く設定し、しかもアニール時間は30分以上必要であることが判明する。
【0033】
ちなみに、別の評価実験として、420℃で成膜処理を行って(図3(B)に示す場合と同じ成膜条件)、そのまま温度を上げることなく420℃の状態でNH アニール処理を60分行ったところ、ストレスは0.87GPaであり、図3(B)中のアニール時間が”0”の従来方法の場合のストレス”0.86GPa”とほとんど同じであってストレス増加効果がなかった。
図4はこの時の評価結果を示すグラフである。ここでアニール温度420℃以外の他のデータは図3(B)中の各データに対応しており、ここのデータの成膜温度は全て420℃である。この図4に示すように、アニール温度を420℃に設定して成膜温度よりも上げなかった場合には、アニール処理を60分行ってもほとんど効果がなかった。
【0034】
<第2実施例>
次に本発明方法の第2実施例について説明する。
図5は本発明方法の第2実施例の各工程を示す図である。この図5において、S11及びS12は、図2中のS1及びS2とそれぞれ全く同じ工程であり、異なる点は、この第2実施例ではアニール工程で紫外線を照射して、シリコン窒化膜の工程を行っている(S3)。この場合には、図1に示す成膜装置の他に、別途、周知の紫外線照射装置を設け、成膜後のウエハを大気に晒すことなく、真空雰囲気中や不活性ガス雰囲気中にて紫外線照射装置まで搬送し、ここで紫外線を照射する。尚、この処理をUV(紫外線)アニール処理とも称す。
【0035】
この場合、成膜時のプロセス温度は450℃以下であれば特に制限はなく、更にUVアニール処理の温度(プロセス温度)は、先の第1実施例のような制限はなく、下層のニッケルシリサイド膜が変質しない温度、すなわち450℃以下ならば特に制限されず、その下限値は室温程度であってもよい。また、UVアニール処理時は、ウエハの周辺雰囲気を大気圧、或いは真空雰囲気中に設定してもよいが、好ましくはNH 等の窒化ガス雰囲気にするのがよく、この場合には、紫外線により窒化ガスが活性化されて、窒化効率を高めることができる。
【0036】
ここで成膜温度とUVアニール温度とアニール時間とがストレスに与える影響について評価を行ったので、その評価結果について説明する。図6は成膜温度とUVアニール温度とアニール時間とがストレスに与える影響を示すグラフである。ここで成膜時のプロセス条件については、成膜温度を400〜450℃まで種々変化させた以外は、図3にて説明した成膜時のプロセス条件と全く同じである。また成膜時のプロセス温度とUVアニール時のアニール温度とを全て同一に設定し、アニール時間を10分及び30分と変えている。またアニール処理時の雰囲気はArガスである。尚、図6中の”アニールなし”は従来方法による薄膜を示している。
【0037】
この図6から明らかなように、全てのUVアニール工程において、アニール温度が400〜450℃の範囲内の場合には、少なくとも10分以上UVアニール処理を行うことにより、ストレスを十分に大きな値である1GPa以上まで増大できることが確認できた。
尚、以上の各実施例では、シラン系ガスとしてHCDガスを用いたが、これに限定されず、シラン系ガスとしては、ヘキサクロロジシラン(HCD)、ジクロロシラン(DCS)、モノシラン[SiH ]、ジシラン[Si ]、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、テトラクロロシラン(TCS)、ジシリルアミン(DSA)、トリシリルアミン(TSA)、ビスターシャルブチルアミノシラン(BTBAS)よりなる群より選択される1のガスを用いることができる。
【0038】
また同様に、上記各実施例では、窒化ガスとしてNH ガスを用いたが、これに限定されず、窒化ガスとしては、NH ガスと同様な作用を示すガスならば他のどのようなガスも用いることができる。
またここでは、成膜装置として、一度に複数枚のウエハに対して成膜することができる、いわゆるバッチ式の成膜装置を例にとって説明したが、これに限定されず、一枚毎に成膜する、いわゆる枚葉式の成膜装置についても本発明を適用することができる。
また第1及び第2実施例において、窒化ガスを用いて成膜する場合、或いは改質処理する場合に、この窒化ガスをプラズマを用いて活性化するようにしてもよい。
【0039】
更には、ここではシリコン窒化膜を熱CVDにより成膜した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、シラン系ガスと窒化ガスとを交互に繰り返し供給して一層ずつ薄膜を堆積させるようにした、いわゆるALD(Atomic Layer Deposition)法によりシリコン窒化膜を形成した場合にも、本発明を適用することができる。
また被処理体として、半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、LCD基板、ガラス基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明方法を実施するための成膜装置の一例を示す構成図である。
【図2】本発明方法の第1実施例の各工程を示すフローチャートである。
【図3】シリコン窒化膜の成膜温度とアニール時間(改質時間)が膜ストレスに与える影響を示すグラフである。
【図4】420℃で成膜処理を行ってNH アニール処理の温度を変えた時の評価を示すグラフである。
【図5】本発明方法の第2実施例の各工程を示す図である。
【図6】成膜温度とUVアニール温度とアニール時間とがストレスに与える影響を示すグラフである。
【符号の説明】
【0041】
2 成膜装置
14 真空排気系
18 ウエハボート(保持手段)
38 加熱手段
42 シラン系ガス供給手段
44 窒化ガス供給手段
46 パージガス供給手段
60 制御手段
62 記憶媒体
W 半導体ウエハ(被処理体)





 

 


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