JPS6010108B2 - 窒化珪素を基体上に熱分解堆積する方法 - Google Patents

窒化珪素を基体上に熱分解堆積する方法

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JPS6010108B2
JPS6010108B2 JP51139391A JP13939176A JPS6010108B2 JP S6010108 B2 JPS6010108 B2 JP S6010108B2 JP 51139391 A JP51139391 A JP 51139391A JP 13939176 A JP13939176 A JP 13939176A JP S6010108 B2 JPS6010108 B2 JP S6010108B2
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silicon nitride
furnace
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ammonia
depositing silicon
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JP51139391A
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ジヨン・チヤールズ・ゴールドマン
ジエームズ・ブリアン・ブライス
ラリー・ドナルド・マツクミラン
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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

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は加熱された基体上に窒化珪素を熱分解堆積(p
Molyticdeposition)する方法および
堆積した窒化珪素の均一フィルムを有する基体に関する
特に、本発明はジクロルシランをアンモニアと排気シス
テム(evacuateds$tem)において反応さ
せて窒化珪素を堆積する方法に関する。窒化珪素(Si
3N4)は極めて硬く、熱伝導率が低く、かつ分子拡散
に対する抵抗性が高い繊密で化学的に不活性な誘電材料
である。これらの特性を有する窒化珪素は広範囲にわた
る用途の魅力的で、かつ価値のある材料である。かかる
材料は、例えば酸化マスク(o幻detionmark
s)、ビットストレージ(bitsのra群)用蓄電器
譲導体、マスキング層、ポリッシュレターダー(pol
ishretarde俺)等として半導体装置の製造に
用いられる。窒化珪素を堆積する種々の方法は知られて
いるが、しかし従来の方法はある用途において便利であ
るけれども、他の用途においては欠点が存在する。
例えば、経済的なプロセスにおいて良好な成長速度、均
一な堆積および高品位被膜を得るように窒化珪素を半導
体基体上に堆積することは極めて困難である。このため
に、通常はシランまたはジク。
ルシランをアンモニアと約1気圧の圧力で反応させて窒
化珪素を堆積している。しかしながら、これらの方法は
高価な装置を必要とすること、担体ガスを用いる必要が
あり全操作に経費を必要とすること、および単位時間に
通過する物質量(throu亀−pnt)が低いこと等
のために窒化珪素を半導体基体上に堆積するためには全
く満足するものではない。更にしこれらの方法において
は個々のウヱハーにおよびゥェハー/ゥェハーに均一厚
さに堆積することが困難である。C,V.○。
第4回ィンタ…ナショナル コンフェレンスSECS,
261〜273(1973)「ケミカル ベーノぐ−デ
ボシイシヨソ イン アン エバキユエイテツドシステ
ム」にはシランおよびアンモニアを排気システムにおい
て反応させて窒化珪素をシリコンウェハー上に堆積させ
ることが記載している。しかしながら〜 この方法によ
って処理されたゥヱハーはその縁のまわりに窒化珪素の
厚いリングを有すると共にシリコンまたは窒化珪素ダス
ト(dust)およびボートしみ(■atmarks)
がウエハー上に付着することを確かめた。更に「最良の
結果を得らために炉におけるウェハーの大きさおよびス
べ町シングを堆積処理において均一にする必要がある。
本発明においてはi種の反応物としてジクロルシランを
用い〜かつ処理を真空中で実施することによって窒化珪
素の堆積に驚くべき予期しない結果が得られることを確
かめた。
本発明の目的は室化珪素の熱分解堆積についての改良方
法を提供することにある。
本発明の他の目的は単位時間に通過する物質量の高めら
れた窒化珪素の堆積のための経済的方法を提供すること
にある。
また、本発明の他の目的は従来の欠点を除去した窒化珪
素の均一連続被膜を形成する方法を堤供することにある
また、本発明の他の目的は窒化珪素を堆積したシリコン
ゥェハーから作った鰻れた半導体装置を提供すること
にある。
本発明の方法はハロシランおよびアンモニアの混合物を
基体と真空中において高温度で薮蝕させることによって
拳化珪素を基体上に熱分解的に堆積することを特徴とす
る。
次に本発明を添付図面について説明する。
図面は後述するように所望温度に調節する熱抵抗コイル
亀2により加熱する管状炉(f雌雌cetu戊)を示す
。亀4で示すガスパネルは管状炉軍鶴の入口端に蓮通さ
せる。
このガスパネルはジクロルシラン供給源包飯窒素供給源
亀鰭およびアンモニア供給源28を有し「 これらの供
給源からジクロルシラン、窒素およびアンモニアを開閉
弁22,24,28および281とより管状炉に導入す
る。ガスの流れは流量計の弁30, 92および34で
制御する。端カップ36を管状炉百81こ掛合させて炉
内を真空シールし「圧力を真空ゲージ38‘こよって読
み取る。排気48‘ま副生物および未反応出発材料を炉
から排出する役目をする。図に示すように管状炉鷲Qを
こは多数のシリコン ゥヱハー亀年を配置した石英ボー
ド42を導入する。シリコンゥヱハ−4恥ま第2図に示
すように石英ボート4乳こ垂直状態に配置し、シリコン
ゥェハーの広い表面を管状炉亀0の円筒軸に対して垂
直に位置する(石英ボード‘まウェハーホルダーと称す
ることができる)。ボート鰭2は第2図に示すようにウ
ヱノも−を保持するスロットを設けた三本の水平な石英
ロッドから構成されている。ゥェハm表面相互間の間隔
は5〜500ミルにするのが好ましくも1回の処理で多
量のゥヱバーを処理できるように調整することができる
。図面に示すゥェハーの配置状態は炉に対して最も有効
的であるけれども〜 これとは別の種々の配置状態を考
慮することができる。更に〜処理は異なるタイプの真空
装置で行うことがきる。本発明の方法を実施する場合に
は「先ず管状炉を特定のハロシランに対して適当な温度
に加熱しもかつ窒素で洗浄にする。
次いでLシリコンゥヱルーを鯨遣したボートを炉内に導
入する。選択温度はシリコンを生成するジクロルシラン
の競争熱分解(competitjvethemald
ecomposjtion)を最少にしながら許容され
うる生長速度を与えるのに十分に高くする必要がある。
一般に、約650〜800ooの範囲の温度を用いる。
本発明の他の要旨は温度勾配を管状炉内に達成できるこ
とにある。
このため〜炉のガス入口端近〈における最低温度から炉
の反対端近くにおける最高温度にわたり〜 10000
まで〜好ましくは10〜5000の範囲で炉内にわたっ
て温度変化を与えることができる。本発明においては温
度勾配を利用することによってボートの均一降下および
堆積速度を最適に達成できることを確かめた。温度を高
くするのにつれて堆積速度および供給ガス消費を増加す
る。供給ガス消費はボート降下におけるウェバ一の均一
性を低下させる。高い堆積速度は生産性を増大させるた
めに望ましいから、この事が高温度において生ずる温度
勾配による供給ガス消費に対する補償とする。ボートを
炉内に導入し、かつ所望温度に達した後、50ミクロン
日夕、(0.050トル(または6.斑a))以下の真
空を達成する。
しかる後、アンモニアおよびジクロルシランを約300
ミリトルから約10トの範囲の圧力で炉内に供給する。
供給量を調節してアンモニア対ジクロルシランのモル比
を約1〜500:1にする。更に、またアンモニアは約
0.01〜10ccノsecの範囲の速度に調整して炉
内に供給し、またジクロルシランは約0.01〜約0.
5cc/secの範囲の速度に調整して炉内に供給され
る。これらの条件下における窒化珪素の生長は約5〜1
00A/分であることを確かめた。この処理は所望の厚
さがゥェハー上に堆積するまで継続させる。大部分半導
体に適用する場合には、200〜2000△の厚さの層
が必要とされるが、しかしこの本発明の方法は任意の厚
さの層を堆積することができる。本発明により形成され
た窒化珪素層は従来法により形成される層より優れてい
ることを確かめた。
すなわち、従来法において真空下においてシランおよび
アンモニアで処理されたウェハ−に形成される厚い窒化
物の周囲リングが、本発明においては形成されることが
なく、更に従来法において生ずるシリコンまたは窒化珪
素ダストおよびボートしみが、本発明においては著しく
減少しうろことを確かめた。更に、また本発明の方法に
より形成された窒化珪素層は均一であるから、本発明の
方法により処理された半導体ウェハーから多くの装置を
形成することができる。次に、本発明を実施例について
説明する。
実施例 11針固の予じめ洗浄された直径7.32伽のシリコン
ゥェハーを第2図に示すように石英ボード(長さ40〜
64弧)を構成する水平石英ロッド上に0.238狐の
間隔で垂直状態に配置した。
標準拡散技術により5個のダミーウェハー(dmmmy
棚fers)をボートの各端部に配置した。次いでLボ
ートを加熱炉内の外径101側の石英管内に導入した。
次いで、炉に温度勾配を与え、炉の中心20インチにわ
たる3個の等距離点における熱電対測定はガス入口に近
い点における最低温度と共に73000,750『Cお
よび7700○のそれぞれの温度を読み取った。炉は5
0ミクロン日夕(0.050トル(または約6.餌a)
)以下に排気し、窒素により2トルの圧力で10分間に
わたり清浄にした。次いで、窒素を除去し、システムを
50ミクロンH#(0.050トル(または約6.班a
))以下の圧力に下げた。アンモニアを0.24cc/
secの流速で1分間噴射し、次いでジクロルシランを
0.02cc/secの流速でアンモニアの噴射を継続
しながら導入した。60分後ジクロルシランの流れを止
め、これより1分後にアンモニアの流れを止めた。
これらの流速は約12:1アンモニア対ジクロルシラン
のモル比に相当する。次いで、炉を50ミクロン日夕(
0.050トル(または約6.解a))以下に加圧し、
窒素により2トル圧力で5分間にわたり清浄にした。真
空弁を閉じ、システムに窒素を逆充填した。ウェハーを
ボートから取去り、ウェハーを評価した。これらのウェ
ハーには窒化珪素の1000△厚さの層が均一に堆積し
た。この場合、厚さ‘ま各ウェハー上の数個所で測定し
た。ウェハーにおける測定値を比値し、任意のゥェハー
についての厚さの均一性は土1%であり、113固すべ
てのウェハーにおける厚さの均一性は士10%であった
。また、ウェハーには汚れ(haziness)がなく
、しかもボートしみの生じないことを確かめた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法を実施するのに用いる装置の説明
用線図および第2図に本発明の方法の実施に適当なウェ
ハーを装填した管状炉の1部を功欠にした管状炉の1部
の斜視図である。 10・…・・管状炉、12…・・・熱低抗コイル、14
・・・・・・ガスパネル、16……ハロシラン供給源「
竃8・・・・・・窒素供給源、20・…川アンモニア
供給源、22,24,26,28……開閉弁、30,3
2;3奪…・・・流量計の弁、36・・…・端カップ、
38・・・…真空ゲージ、40……排気、42……石英
ボード、44……シリコンウエハ−。 FIG.l FIG.2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 複数の基体を管状反応器に配置し、基体にジクロル
    シランおよびアンモニアの混合物の流れを約300ミリ
    トル〜約10トルの真空中約650〜約800℃の温度
    で、該温度に流れの方向に沿って約100℃までの勾配
    を与えて作用させることを特徴とする窒化珪素を複数の
    基体上に熱分解堆積する方法。 2 温度に流れの方向に沿って10〜50℃範囲の勾配
    を与える特許請求の範囲第1項記載の窒化珪素を複数の
    基体上に熱分解堆積する方法。
JP51139391A 1975-11-25 1976-11-19 窒化珪素を基体上に熱分解堆積する方法 Expired JPS6010108B2 (ja)

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US635012 1975-11-25

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JPS5265199A JPS5265199A (en) 1977-05-30
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DE (1) DE2652449C2 (ja)
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HK (1) HK881A (ja)

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