JPH0426763A - 半導体集積回路装置の製造方法 - 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、薄膜形成技術に関し、特に、半導体集積回路
装置の製造における薄膜形成工程に適用して有効な技術
に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、半導体集積回路装置の製造工程においては、
配線構造や、絶縁膜、その他の回路構造を形成する目的
で、半導体基板の表面に所望の物質からなる薄膜を化学
気相成長反応などによって形成することが行われている
。

このような化学気相成長反応による薄膜形成装置として
は、たとえば、株式会社工業調査会、昭和６０年１１月
２０日発行、「電子材料」１９８５年１１月号別冊Ｐ５
６〜Ｐ６４などの文献に記載されているものが知られて
いる。

すなわち、反応管の一端に反応ガスの入口を設け、他端
側に真空排気機構を接続し、反応管の内部軸方向に反応
ガスを流通させるとともに、当該反応管の内部軸方向に
半導体基板を整列した状態に装填して、化学気相成長反
応による薄膜形成を行うようにした、いわゆる拡散炉型
の低圧化学気相成長反応装置である。

ところで、このような拡散炉型の装置では、反応ガスが
軸方向に移動する間に順次消費されることによる濃度勾
配の発生によって、反応管の内部軸方向に整列した状態
に装填されている複数の半導体基板の各々における膜厚
にばらつきを生じることが懸念される。

このため、従来では、たとえば、反応管の内部軸方向に
おける温度分布が、反応ガスの入口から遠いほど高くな
るようにして、前述のような濃度勾配による膜厚のばら
つきを補償することが考えられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記の従来技術の場合には、膜厚の均一化と
いう点では、それなりの効果があるものの、反応管の軸
方向における反応ガスの濃度勾配自体が解消されるもの
ではないため、反応ガスの濃度差による膜質のばらつき
を防ぎえないという問題がある。

このことは、たとえば、半導体基板に形成される回路構
造の一層の微細化などによって、素子構造の要部を構成
する薄膜を形成する場合には、製品特性の安定化や歩留
りの向上などの観点から大きな問題となる。

そこで、本発明の目的は被処理物に形成される薄膜の膜
質および膜厚の均一性を向上させることが可能な薄膜形
成装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、被処理物に形成される製品の歩留
りを向上させることが可能な薄膜形成装置を提供するこ
とにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明になる薄膜形成装置は、被処理物が収
容される処理室と、この処理室の内部を所望の温度に加
熱する加熱手段と、処理室の内部を所望の真空度に排気
する排気手段と、少なくとも、反応性のより高い第１反
応ガスおよび反応性のより低い第２反応ガスを、処理室
内に個別に供給する第１ノズルおよび第２ノズルとを備
えた薄膜形成装置であって、反応性のより高い第１反応
ガスを供給する第１ノズルの先端部を先細形状にしたも
のである。

〔作用〕

上記した本発明の薄膜形成装置によれば、たとえば、よ
り反応性が高く、形成される薄膜の膜質などの変動に大
きな影響力を持つ第１反応ガスの処理室内における流通
速度が、より反応性の低い第２反応ガスの流通速度より
も大きくなるので、第１反応ガスの流通方向における濃
度勾配が緩和され、第１および第２反応ガスの流通方向
における被処理物に対する薄膜形成反応を一様に進行さ
せることができ、被処理物に形成される薄膜の膜厚のみ
ならず膜質をも均一にすることができる。

この結果、たとえば半導体基板などの被処理物に形成さ
れる製品の特性のばらつきが減少し、歩留りが向上する
。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施例である薄
膜形成装置の一例について詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例である薄膜形成装置の構造
の一例を模式的に示した略断面図であり、第２図および
第３図は、その一部を取り出して拡大して示す略断面図
である。

たとえば、石英などからなる反応管１の両端部は、同じ
く石英などからなるキャップ２およびキャップ３によっ
て閉止されている。

反応管１の外周部には、ヒータ４が装着されており、当
該反応管１の内部が所望の温度に加熱される構造となっ
ている。

反応管１の内部には、たとえば石英などからなるカート
リッジ５に保持された複数の半導体基板６が、反応管１
の内部軸方向に所定の姿勢で整列した状態で収容されて
おり、反応管１に対して着脱自在に設けられた前記キャ
ップ２を取り外すことによって、当該反応管１の軸方向
に搬入および搬出動作が行われるようになっている。

反応管１の一端を閉止するキャップ３には、排気管７を
介して、図示しない真空ポンプ群などからなる排気機構
が接続されており、密閉状態の反応管１の内部を所望の
真空度に排気することが可能になっている。

一方、他端側のキャップ２には、複数の第１ノズル８お
よび第２ノズル９が、それぞれの先端部を反応管１の軸
方向に向けた状態に配置されている。

第１ノズル８および第２ノズル９の各々の外端部は、外
部に設けられた図示しないガス源に接続されており、た
とえばジクロルシランなどからなる第１反応ガスｇ１、
および、たとえばアンモニアなどからなる第２反応ガス
ｇ２が個別に、反応管１の内部に供給されるものである
。

この場合、より反応性の高いジクロルシランなどからな
る第１反応ガスｇ１を供給する第１ノズル８の先端部に
は、第１図および第２図などに示されるように縮径部８
ａが設けられ、第１反応ガスｇ１の流れ方向に向かって
口径（断面積）が漸減するような先細形状を呈していい
る。

すなわち、第１ノズル８の断面積は、経路途中のほぼ−
様な部分でＳＯ１先端の縮径部８ａでは、これよりも小
さなＳｌとなっており、第１反応ガスｇ１は、当該第１
ノズル８の先端部で加速されて反応管ｌの内部に流入す
る構造となっている。

一方、ジクロルシランなどからなる第１反応ガスｇ１よ
りも反応性の低いアンモニアなどからなる第２反応ガス
ｇ２を供給する第２ノズル９は、第２図に示されるよう
に、経路途中から先端部まで−様な断面積Ｓ２となって
いる。

以下、本実施例の薄膜形成装置の作用の一例について説
明する。

まず、排気管７を通じて排気することにより、反応管１
の内部を所望の真空度にするとともに、ヒータ４によっ
て当該反応管１の内部に収容されている半導体基板６を
所望の温度に加熱する。

この状態で、第１ノズル８および第２ノズル９を通じて
、反応管１の一端側から内部に第１反応ガスｇ１および
第２反応ガスｇ２を供給すると、当該第１反応ガスｇ１
および第２反応ガスｇ２は、反応管１の内部を流通して
他端側から外部に排出されるまでの間に、流通経路に位
置する複数の半導体基板６との間で化学気相成長反応を
行い、半導体基板６の表面には、たとえば、ジクロルシ
ランとアンモニアとの反応によって、窒化シリコンの薄
膜が堆積形成される。

この時、ジクロルシランとアンモニアとの反応は、より
反応性の高いジクロルシランの濃度によって律速され、
複数の半導体基板６の配列方向における薄膜の膜厚およ
び膜質は、当該ジクロルシランからなる第１反応ガスｇ
１の流通方向における濃度勾配によって主に支配される
。

いま、所定の処理時間内に所定の膜厚を得るた必の第１
反応ガスｇ１および第２反応ガスｇ２の流量を、それぞ
れＱｌおよびＱ２とし、さらに第１反応ガスｇ１の第１
ノズル８の途中および先端部における流速をそれぞれＶ
ＯおよびＶｌとすると、先細の第１ノズル８から供給さ
れる第１反応ガスｇ１の流速は、従来の−様な口径の場
合に比較して、ＱＯ＝ＶＯ・５Ｏ＝Ｖ１・Ｓｌ、および
Ｓｌ〈くＳＯの関係から、Ｖ１＝ＶＯＸ　（Ｓｏ／Ｓｌ
）に加速される。

すなわち、必要な流量ＱＯを維持したままで、反応性の
より高い第１反応ガスｇ１の流通方向における吹き出し
速度を大きくすることで、複数の半導体基板６が配列方
向である反応管１の内部軸方向における第１反応ガスｇ
１の濃度勾配がほとんど無くなる。

これにより、半導体基板６の配列方向の各部におけるジ
クロルシランからなる第１反応ガスｇ１とアンモニアか
らなる第２反応ガスｇ２との化学気相成長反応による薄
膜形成処理を一様に進行させることができ、複数の半導
体基板６の各々には、その配列方向における位置の影響
を受けることなく、−様な膜厚および膜質の、たとえば
窒化シリコンからなる薄膜を形成することができる。

この結果、たとえば、上述のようにして形成された薄膜
に対するエツチングなどにおいて、当該薄膜の膜厚のば
らつきなどに起因するエツチングパターンのばらつきが
解消され、エツチング処理の精度が向上する。

さらに、たとえば、半導体基板６に形成されるダイナミ
ックＲＡＭなどの半導体集積回路装置において、ビット
情報を電荷の形で保持する容量素子構造を窒化シリコン
からなる薄膜を用いて構成する場合などに、当該窒化シ
リコン膜における誘電率などの特性を安定かつ均一に設
定可能となり、当該半導体集積回路装置の動作特性の安
定化が実現し、歩留りが向上する。

また、たとえば、ＥＥＰ−ＲＯＭなどの半導体集積回路
装置においては、いわゆるＭＮＯＳ　（λ（ｅｔａｌ−
Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｏｘｉｄｅ−５ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ
ｏｒ　）構造を構成する窒化シリコン膜内における電子
準位を利用するため、当該窒化シリコン膜の膜質が、当
該素子の動作特性などに大きく影響するが、本実施例の
場合には、膜質が安定するので、半導体集積回路装置の
特性のばらつきを、確実に減少させることができ、製品
歩留りが向上する。

なお、上記の説明では、第１反応ガスｇ１および第２反
応ガスｇ２の一例として、ジクロルシランおよびアンモ
ニアの組み合わせから窒化シリコンの薄膜を形成する場
合について説明したが、たとえば、第１反応ガスｇ１お
よび第２反応ガスｇ２として、モノシランおよびアンモ
ニアの組み合わせから窒化シリコンの薄膜を形成する場
合、あるいは、モノシランとキャリアガスとの組み合わ
せで、当該モノシラン自体の熱分解によって多結晶シリ
コンの薄膜を形成する場合、さらには、モノシランと１
窒化酸素から酸化シリコンの薄膜を形成する場合など、
種々の第１反応ガスｇ１および第２反応ガスｇ２の組み
合わせについて適用しても、同様の効果が得られること
はいうまでもない。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、薄膜形成装置の全体構造は前記実施例に例示
した構造に限定されない。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりで
ある。

すなわち、本発明になる薄膜形成装置によれば、被処理
物が収容される処理室と、この処理室の内部を所望の温
度に加熱する加熱手段と、前記処理室の内部を所望の真
空度に排気する排気手段と、少なくとも、反応性のより
高い第１反応ガスおよび反応性のより低い第２反応ガス
を、前記処理室内に個別に供給する第１ノズルおよび第
２ノズルとを備えた薄膜形成装置であって、反応性のよ
り高い前記第１反応ガスを供給する前記第１ノズルの先
端部を先細形状にしたので、たとえば、より反応性が高
く、形成される薄膜の膜質の変動に大きな影響力を持つ
第１反応ガスの処理室内における流通速度が、より反応
性の低い第２反応ガスの流通速度よりも大きくなり、第
１反応ガスの流通方向における濃度勾配が緩和され、第
１および第２反応ガスの流通方向における被処理物に対
する薄膜形成反応を一様に進行させることができ、被処
理物に形成され名簿膜の膜厚のみならず膜質をも均一に
することができる。

この結果、たとえば半導体基板などの被処理物に形成さ
れる製品の特性のばらつきが減少し、歩留りが向上する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である薄膜形成装置の構造
の一例を模式的に示した略断面図、第２図は、その一部
を取り出して拡大して示す略断面図、 第３図は、同じく、その一部を取り出して拡大して示す
略断面図である。 １・・・反応管、２，３・・・キャップ、４・・・ヒー
タ、５・・・カートリッジ、６・・・半導体基板（被処
理物）、７・・・排気管、８・・・第１ノズル、８ａ・
・・縮径部、ｇｌ・・・第１反応ガス、９・・・第２ノ
ズル、ｇ２・・・第２反応ガス。 代理人　弁理士　筒　井　大　和 ＳＯ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．被処理物が収容される処理室と、この処理室の内部
   を所望の温度に加熱する加熱手段と、前記処理室の内部
   を所望の真空度に排気する排気手段と、少なくとも、反
   応性のより高い第１反応ガスおよび反応性のより低い第
   ２反応ガスを、前記処理室内に個別に供給する第１ノズ
   ルおよび第２ノズルとを備えた薄膜形成装置であって、
   反応性のより高い前記第１反応ガスを供給する前記第１
   ノズルの先端部を先細形状にしたことを特徴とする薄膜
   形成装置。
2. ２．処理室が、炉心管からなり、当該炉心管の一端に前
   記第１および第２ノズルが配置され、他端部に前記排気
   手段が接続され、前記第１および第２反応ガスが、前記
   炉心管を軸方向に流通するようにしたことを特徴とする
   請求項１記載の薄膜形成装置。
3. ３．前記第１反応ガスと第２反応ガスとの組み合わせが
   、ジクロルシランとアンモニア、またはモノシランとア
   ンモニア、またはモノシランとキャリアガス、またはモ
   ノシランと二酸化窒素であることを特徴とする請求項１
   または２記載の薄膜形成装置。