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JP2011014688A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2011014688A
JP2011014688A JP2009156946A JP2009156946A JP2011014688A JP 2011014688 A JP2011014688 A JP 2011014688A JP 2009156946 A JP2009156946 A JP 2009156946A JP 2009156946 A JP2009156946 A JP 2009156946A JP 2011014688 A JP2011014688 A JP 2011014688A
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JP
Japan
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gas
silicon nitride
nitride film
processing chamber
silicon
Prior art date
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Pending
Application number
JP2009156946A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Yuasa
和宏 湯浅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kokusai Denki Electric Inc
Original Assignee
Hitachi Kokusai Electric Inc
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Publication date
Application filed by Hitachi Kokusai Electric Inc filed Critical Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

【課題】半導体装置の製造において、シリコン窒化膜の含有水素量を低減してメモリ動作の長期信頼性が確保された製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、表面にシリコン窒化膜103が形成されたシリコン基板101aを収容した処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して、シリコン窒化膜103の一部を酸化する工程と、シリコン窒化膜103の酸化した部分104を除去する工程と、を有する。
【選択図】図2
In manufacturing a semiconductor device, a manufacturing method is provided in which the amount of hydrogen contained in a silicon nitride film is reduced to ensure long-term reliability of memory operation.
A manufacturing method of a semiconductor device includes an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas in a processing chamber in a state where the pressure in the processing chamber containing a silicon substrate 101a having a silicon nitride film 103 formed on the surface is lower than atmospheric pressure. And a step of oxidizing a part of the silicon nitride film 103 and a step of removing the oxidized portion 104 of the silicon nitride film 103.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

絶縁膜中の欠陥準位に電子を捕獲することのできるチャージトラップ型の不揮発性メモリが知られており、欠陥準位を多く有するシリコン窒化膜(Si)が電子捕獲用の絶縁膜として広く使用されている。 A charge trap type nonvolatile memory capable of trapping electrons at a defect level in an insulating film is known, and a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) having many defect levels is an insulating film for capturing electrons. As widely used.

Siの形成手法は様々であり、ジクロールシランガス(SiHCl)とアンモニアガス(NH)を減圧下で気相反応させて堆積させるCVD(Chemical Vapor Deposition)法や、原子を一層ずつ堆積させるALD(Atomic Layer Deposition)法などにより形成することが知られているが、いずれも成膜されたSiは、その膜中に1021atoms/cm以上の高濃度の水素(H)を含有している。 There are various methods for forming Si 3 N 4 , such as CVD (Chemical Vapor Deposition), in which dichlorosilane gas (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia gas (NH 3 ) are vapor-phase reacted under reduced pressure, and atoms are deposited. It is known to form each layer by ALD (Atomic Layer Deposition) method or the like, but all formed Si 3 N 4 has a high concentration of 10 21 atoms / cm 2 or more in the film. Contains hydrogen (H).

シリコン窒化膜中における含有水素(H)はシリコン(Si)との結合が弱いため、メモリの書き込み及び消去に伴う高電界印加による繰り返しストレスにより水素−シリコン間の結合が切れ、時間経過と共に含有水素量が減少する。含有水素量が減少すると、シリコン窒化膜中でシリコンの未結合種が形成され、これが電子捕獲サイトとして機能する。シリコン窒化膜中に捕獲される電子の数は、メモリの動作性を左右する要素であるため、この電子数が変化するとメモリの動作性が不安定化し、長期信頼性が失われるという問題がある。   Since the hydrogen (H) contained in the silicon nitride film has a weak bond with silicon (Si), the hydrogen-silicon bond is broken by repeated stress due to the application of a high electric field accompanying writing and erasing of the memory. The amount decreases. When the amount of hydrogen contained decreases, silicon dangling species are formed in the silicon nitride film, which functions as an electron trapping site. Since the number of electrons trapped in the silicon nitride film is an element that affects the operability of the memory, if the number of electrons changes, the operability of the memory becomes unstable and long-term reliability is lost. .

そこで、本発明の課題は、水素含有量が少なく安定したシリコン窒化膜の形成技術を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a stable silicon nitride film forming technique with a low hydrogen content.

本発明の一態様によれば、表面にシリコン窒化膜が形成された基板を収容した処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して、前記シリコン窒化膜の一部を酸化する工程と、
前記シリコン窒化膜の酸化した部分を除去する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
According to one embodiment of the present invention, an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas are supplied into the processing chamber in a state where the pressure in the processing chamber containing a substrate having a silicon nitride film formed on the surface is lower than atmospheric pressure. Oxidizing a part of the silicon nitride film,
Removing the oxidized portion of the silicon nitride film;
A method of manufacturing a semiconductor device is provided.

本発明の他の態様によれば、基板を収容した処理室内に成膜ガスを供給して基板表面にシリコン窒化膜を形成した後、前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して、前記シリコン窒化膜の一部を酸化する工程と、
前記シリコン窒化膜の酸化した部分を除去する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
According to another aspect of the present invention, after forming a silicon nitride film on the surface of the substrate by supplying a film forming gas into the processing chamber containing the substrate, the pressure in the processing chamber is set lower than atmospheric pressure. Supplying an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas into the processing chamber to oxidize a part of the silicon nitride film;
Removing the oxidized portion of the silicon nitride film;
A method of manufacturing a semiconductor device is provided.

本発明によれば、含有水素量が少ないシリコン窒化膜を基板表面に成膜することができるので、シリコン窒化膜中からの水素脱離の影響を抑制することができる。   According to the present invention, since a silicon nitride film with a small amount of hydrogen can be formed on the substrate surface, the influence of hydrogen desorption from the silicon nitride film can be suppressed.

シリコン窒化膜の組成の分析及び比較をした結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having analyzed and compared the composition of the silicon nitride film. シリコン窒化膜の製造工程を示した工程図である。It is process drawing which showed the manufacturing process of the silicon nitride film. シリコン窒化膜の製造工程の各段階におけるシリコン窒化膜の組成の分析及び比較をした結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having analyzed and compared the composition of the silicon nitride film in each step of the manufacturing process of a silicon nitride film. 基板処理装置の処理炉を示す概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows the processing furnace of a substrate processing apparatus. 処理炉の一部であって、図4の切断線V-Vに沿った面の矢視断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a part of the processing furnace, taken along the cutting line VV in FIG. 4. シリコン窒化膜の製造の処理フロー図である。It is a processing flow figure of manufacture of a silicon nitride film.

発明者等は、半導体装置の製造工程の一工程において以下に示す性質を発見した。
図1は、以下に示す方法により製造した評価サンプルに対しSIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy)により組成の分析及び比較をした結果である。
表面に膜厚が20nm(200Å)程度のシリコン窒化膜が形成されたシリコンウエハを収容した処理室内を、大気圧よりも低い圧力に設定し、その処理室内に酸素含有ガス及び水素含有ガスを供給して、シリコン窒化膜の表層部分(表面からある深さまでの部分)を酸化することにより、目的とする評価サンプルを製造した。酸素含有ガスとしてはOガスを用い、水素含有ガスとしてはHガスを用いた。なお、評価サンプルの作成においては処理室内の圧力を1〜100Pa程度に設定し、Oガスを1〜10slmの流量で供給し、Hガスを0.1〜1slmの流量で供給した。また処理室内の温度を900℃、750℃の2通りの温度に設定し、2つの評価サンプルを作成した。
The inventors have discovered the following properties in one step of the semiconductor device manufacturing process.
FIG. 1 shows the result of analysis and comparison of the composition by SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy) for an evaluation sample manufactured by the method shown below.
A processing chamber containing a silicon wafer having a silicon nitride film with a thickness of about 20 nm (200 mm) on the surface is set to a pressure lower than atmospheric pressure, and an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas are supplied into the processing chamber. And the target evaluation sample was manufactured by oxidizing the surface layer part (part from the surface to a certain depth) of a silicon nitride film. O 2 gas was used as the oxygen-containing gas, and H 2 gas was used as the hydrogen-containing gas. In preparing the evaluation sample, the pressure in the processing chamber was set to about 1 to 100 Pa, O 2 gas was supplied at a flow rate of 1 to 10 slm, and H 2 gas was supplied at a flow rate of 0.1 to 1 slm. In addition, the temperature in the processing chamber was set to two temperatures of 900 ° C. and 750 ° C., and two evaluation samples were prepared.

図1(a)、(b)の横軸はウエハ最表面からの深さ(nm)を示しており、左側の縦軸はH、C、Nの濃度(atoms/cm)を、右側の縦軸はO、Siの二次イオン強度(counts/sec)を示している。図1(a)、(b)は、それぞれ900℃、750℃の処理においてシリコン基板上に70Åのシリコン酸化膜を形成できる条件にて膜厚20nm(200Å)程度のシリコン窒化膜を酸化処理して得られた膜に基づくものである。また、図1中の「Sireference」で示された破線は酸化処理を行っていない窒化シリコンの水素含有量を示した比較例である。 1A and 1B, the horizontal axis indicates the depth (nm) from the wafer outermost surface, the left vertical axis indicates the concentration of H, C, and N (atoms / cm 3 ) and the right side. The vertical axis represents the secondary ion intensity (counts / sec) of O and Si. In FIGS. 1A and 1B, a silicon nitride film having a thickness of about 20 nm (200 mm) is oxidized under the condition that a silicon oxide film of 70 mm can be formed on a silicon substrate at 900 ° C. and 750 ° C., respectively. This is based on the film obtained. Further, the broken line indicated by “Si 3 N 4 reference” in FIG. 1 is a comparative example showing the hydrogen content of silicon nitride not subjected to oxidation treatment.

図1(a)及び(b)を参照すると、酸素(O)の二次イオン強度の値から、表層部分はシリコン酸化物及びシリコン酸窒化物を含み、その下層においてはシリコン窒化膜が酸化されていないことが分かる。図1(a)及び(b)のいずれの場合も、表層部分よりも下層の窒化シリコン膜中の含有水素量は、酸化処理を行っていない窒化シリコン膜と比較して、大きく低減されていることが分かる。この効果は、窒化シリコン膜に対する減圧高温(〜900℃)におけるN、Ar等の不活性ガス雰囲気下や、Hガス単体雰囲気下におけるアニール処理では見られず、大気圧よりも低い圧力に設定された処理室内に酸素含有ガス及び水素含有ガスを供給してシリコン窒化膜の表層部分を酸化処理することによる効果と言える。そしてこの酸化処理により酸化したシリコン窒化膜の表層部分を除去することで、含有水素量が少ないシリコン窒化膜を得ることができる。
以下に、この方法の具体的な工程を図2を参照して説明する。
Referring to FIGS. 1A and 1B, from the value of the secondary ion intensity of oxygen (O), the surface layer portion includes silicon oxide and silicon oxynitride, and the silicon nitride film is oxidized in the lower layer. I understand that it is not. In both cases of FIGS. 1A and 1B, the hydrogen content in the silicon nitride film below the surface layer is greatly reduced as compared with the silicon nitride film not subjected to oxidation treatment. I understand that. This effect is not observed in an annealing process under an inert gas atmosphere such as N 2 or Ar at a reduced pressure and high temperature (up to 900 ° C.) with respect to the silicon nitride film or in a single atmosphere of H 2 gas, and the pressure is lower than atmospheric pressure. It can be said that the effect is obtained by oxidizing the surface layer portion of the silicon nitride film by supplying an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas into the set processing chamber. Then, by removing the surface layer portion of the silicon nitride film oxidized by this oxidation treatment, a silicon nitride film having a small amount of hydrogen can be obtained.
Hereinafter, specific steps of this method will be described with reference to FIG.

図2は、含有水素量の少ないシリコン窒化膜を製造する処理方法を示した工程図である。この工程はシリコン窒化膜成膜工程、酸化処理工程及びエッチング処理工程を有する。図2(a)はシリコン基板を処理する場合を示しており、図2(b)は表面に酸化膜(SiO膜)が形成されたシリコン基板を処理する場合を示している。 FIG. 2 is a process diagram showing a processing method for manufacturing a silicon nitride film having a small hydrogen content. This step includes a silicon nitride film forming step, an oxidation treatment step, and an etching treatment step. FIG. 2A shows the case of processing a silicon substrate, and FIG. 2B shows the case of processing a silicon substrate having an oxide film (SiO 2 film) formed on the surface.

図2(a)において、先ず始めに、シリコン基板101aを処理室内に収容し、シリコン基板101aの上に、CVD法又はALD法により膜厚cのシリコン窒化膜103を堆積させる(シリコン窒化膜成膜工程)。ここで、シリコン窒化膜103の膜厚cは500Å以下とし、例えば100Å以下とする。   2A, first, a silicon substrate 101a is accommodated in a processing chamber, and a silicon nitride film 103 having a film thickness c is deposited on the silicon substrate 101a by a CVD method or an ALD method (silicon nitride film formation). Membrane process). Here, the film thickness c of the silicon nitride film 103 is 500 mm or less, for example, 100 mm or less.

続いて、大気圧より低い圧力に設定した処理室内に酸素含有ガス及び水素含有ガスを供給してシリコン窒化膜103を酸化する(酸化処理工程)。これによりシリコン窒化膜103の表層部分(表面から深さbまでの部分)が酸化されて酸化膜104が形成され、残りの部分(膜厚aの部分)は酸化されない。酸化膜104は、シリコン酸化物(SiO)やシリコン酸窒化物(SiO)からなる。なお、このときの処理室内温度を400〜1000℃の範囲内の温度とし、処理室内圧力を0.1〜1000Paの範囲内の圧力とし、Oガス流量を20sccm〜10slmの範囲内の流量とし、Hガス流量を10sccm〜5slmの範囲内の流量とする。
ここで、酸化膜104の膜厚制御は次のような方法に基づいて行う。
シリコン窒化膜表面の膜厚bを形成する酸化量は、同一酸化条件でシリコン基板表面を酸化する膜厚で規定し、酸化量が被酸化物であるシリコン窒化膜の膜厚cを越えないように、かつ、本来必要とする目標の膜厚aを超えないようにする。同一酸化条件でシリコン基板表面を酸化したときに形成されるシリコン酸化膜の膜厚と、シリコン窒化膜表面を酸化した時に形成されるシリコン酸化膜の膜厚との関係を求めておき、シリコン基板表面を酸化したときに形成されるシリコン酸化膜の膜厚から推定する。
Subsequently, an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas are supplied into the processing chamber set to a pressure lower than the atmospheric pressure to oxidize the silicon nitride film 103 (oxidation processing step). As a result, the surface layer portion (portion from the surface to the depth b) of the silicon nitride film 103 is oxidized to form the oxide film 104, and the remaining portion (portion of the film thickness a) is not oxidized. The oxide film 104 is made of silicon oxide (SiO x ) or silicon oxynitride (SiO x N y ). At this time, the processing chamber temperature is set to a temperature in the range of 400 to 1000 ° C., the processing chamber pressure is set to a pressure in the range of 0.1 to 1000 Pa, and the O 2 gas flow rate is set to a flow rate in the range of 20 sccm to 10 slm. The H 2 gas flow rate is set to a flow rate in the range of 10 sccm to 5 slm.
Here, the thickness control of the oxide film 104 is performed based on the following method.
The amount of oxidation that forms the film thickness b on the surface of the silicon nitride film is defined by the film thickness that oxidizes the surface of the silicon substrate under the same oxidation conditions, so that the oxidation amount does not exceed the film thickness c of the silicon nitride film that is the oxide. In addition, the target film thickness a that is originally required is not exceeded. The relationship between the thickness of the silicon oxide film formed when the surface of the silicon substrate is oxidized under the same oxidation condition and the thickness of the silicon oxide film formed when the surface of the silicon nitride film is oxidized is obtained. This is estimated from the thickness of the silicon oxide film formed when the surface is oxidized.

酸化処理により形成された酸化膜104は、ふっ酸水溶液(HF)等を用いたウェットエッチングにより除去する(エッチング処理工程)。なお、酸化膜104の除去はドライエッチングにより行ってもよい。   The oxide film 104 formed by the oxidation treatment is removed by wet etching using a hydrofluoric acid aqueous solution (HF) or the like (etching treatment step). Note that the oxide film 104 may be removed by dry etching.

以上により、シリコン基板表面に水素含有量の少ないシリコン窒化膜を形成することができる。
なお、酸化処理工程において処理室内温度が高いほど、また供給するHガスの濃度が低いほどシリコン窒化膜中の水素濃度を低減させることができる。
As described above, a silicon nitride film having a small hydrogen content can be formed on the silicon substrate surface.
In the oxidation process, the hydrogen concentration in the silicon nitride film can be reduced as the temperature in the processing chamber is higher and the concentration of the supplied H 2 gas is lower.

なお図2(b)は、表面に酸化膜が形成されたシリコン基板に対し上記と同様な処理を行う場合を示している。   FIG. 2B shows a case where the same processing as described above is performed on a silicon substrate having an oxide film formed on the surface.

図3に、(a)シリコン窒化膜成膜工程後、(b)酸化処理工程後、及び(c)エッチング処理工程後の各段階におけるウエハについてSIMSにより組成の分析及び比較をした結果を示す。
図3(a)はALD法により600℃でシリコン窒化膜成膜工程を行った後に測定したものであり、図3(b)は処理室内温度を900℃として上述の酸化処理工程を行った後に測定したものであり、図3(c)はエッチング処理後にウエハを一旦大気中に暴露してから測定したものである。
FIG. 3 shows the results of analysis and comparison of the composition by SIMS for the wafers in each stage after (a) the silicon nitride film formation step, (b) the oxidation treatment step, and (c) the etching treatment step.
FIG. 3 (a) is measured after the silicon nitride film forming step is performed at 600 ° C. by the ALD method, and FIG. 3 (b) is after the above-described oxidation processing step is performed at a processing chamber temperature of 900 ° C. FIG. 3C shows the measurement after the wafer is once exposed to the atmosphere after the etching process.

図3(a)、(b)、(c)の横軸はウエハ最表面からの深さ(nm)を示しており、縦軸はH、C、O、Clの濃度(atoms/cm)を示している。 3A, 3B, and 3C, the horizontal axis indicates the depth (nm) from the wafer outermost surface, and the vertical axis indicates the concentration of H, C, O, and Cl (atoms / cm 3 ). Is shown.

図3(a)及び(b)の結果から、シリコン窒化膜成膜工程後よりも酸化処理工程後の方が含有水素量が低減していることが示された。また、図3(b)及び(c)の結果から、酸化処理工程により低減された含有水素量がエッチング処理工程後も維持されることが示された。
以下、具体的に説明する。図3(a)を参照すると、深さ5〜23nm程度の範囲内において、シリコン窒化膜中の水素濃度は1022atoms/cm程度でほぼ一定となっていることが分かる。これに対し、図3(b)では最表面から深さ3nm程度の範囲内にはシリコン酸化物やシリコン酸窒化物が形成され、その下層の深さ3〜10nm程度の範囲内においては水素濃度は6×1020atoms/cm程度となっている。従って、シリコン窒化膜成膜工程後、その表面を上述の酸化方法により酸化することで、下層のシリコン窒化膜中の酸化されなかった部分の含有水素量を低減させることができることが示された。
また図3(c)を参照すると、エッチングにより酸化膜(シリコン酸化物やシリコン酸窒化物)が除去され、シリコン窒化膜の深さ1〜7nmの範囲内ではシリコン窒化膜の含有水素量が6×1020atoms/cm程度であり、この値は図3(b)で示された含有水素量とほぼ一致している。これにより、酸化膜を除去しこれを大気中に暴露しても含有水素量が低減された状態が維持されていることが分かる。
The results of FIGS. 3A and 3B show that the hydrogen content is reduced after the oxidation treatment process than after the silicon nitride film formation process. Further, the results of FIGS. 3B and 3C show that the hydrogen content reduced by the oxidation treatment process is maintained after the etching treatment process.
This will be specifically described below. Referring to FIG. 3A, it can be seen that the hydrogen concentration in the silicon nitride film is approximately constant at about 10 22 atoms / cm 3 within a depth range of about 5 to 23 nm. On the other hand, in FIG. 3B, silicon oxide or silicon oxynitride is formed in the range of about 3 nm from the outermost surface, and the hydrogen concentration is in the range of about 3 to 10 nm below the lower layer. Is about 6 × 10 20 atoms / cm 3 . Therefore, it was shown that the amount of hydrogen contained in the unoxidized portion of the underlying silicon nitride film can be reduced by oxidizing the surface by the above-described oxidation method after the silicon nitride film forming step.
Referring to FIG. 3C, the oxide film (silicon oxide or silicon oxynitride) is removed by etching, and the silicon nitride film has a hydrogen content of 6 within a depth of 1 to 7 nm of the silicon nitride film. It is about × 10 20 atoms / cm 3 , and this value almost coincides with the hydrogen content shown in FIG. Thus, it can be seen that even when the oxide film is removed and exposed to the atmosphere, the state in which the hydrogen content is reduced is maintained.

以下、本発明の実施例について説明する。
図4及び図5を参照して本実施例における基板処理装置について説明する。図4は本発明の一実施例にて好適に用いられる基板処理装置の処理炉202を示した概略縦断面図である。図5は図4の切断線V-Vに沿った矢視断面図である。なお、本発明は、本実施例にかかる基板処理装置に限らず、枚葉式Hot Wall型、Cold Wall型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。
Examples of the present invention will be described below.
The substrate processing apparatus in this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing a processing furnace 202 of a substrate processing apparatus suitably used in an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the cutting line VV of FIG. The present invention can be suitably applied not only to the substrate processing apparatus according to this embodiment but also to a substrate processing apparatus having a single wafer type hot wall type or cold wall type processing furnace.

図4に示されているように、処理炉202は加熱手段(加熱機構)としてのヒータ207を有する。ヒータ207は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース(図示せず)に支持されることにより垂直に据え付けられている。   As shown in FIG. 4, the processing furnace 202 includes a heater 207 as a heating unit (heating mechanism). The heater 207 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a heater base (not shown) as a holding plate.

ヒータ207の内側には、ヒータ207と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ203が配設されている。プロセスチューブ203は、石英(SiO)、炭化シリコン(SiC)その他の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。プロセスチューブ203の中空部には処理室201が形成されており、基板としてのウエハ200を後述するボート217によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。 Inside the heater 207, a process tube 203 as a reaction tube is disposed concentrically with the heater 207. The process tube 203 is made of quartz (SiO 2 ), silicon carbide (SiC), or other heat resistant material, and is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened. A processing chamber 201 is formed in a hollow portion of the process tube 203, and is configured so that wafers 200 as substrates can be accommodated in a state of being aligned in multiple stages in a horizontal posture and in a vertical direction by a boat 217 described later.

プロセスチューブ203の下方には、プロセスチューブ203と同心円状にマニホールド209が配設されている。マニホールド209は、ステンレスその他の金属材料からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド209は、プロセスチューブ203に係合しており、プロセスチューブ203を支持するように設けられている。なお、マニホールド209とプロセスチューブ203との間にはシール部材としてのOリング220aが設けられている。マニホールド209がヒータベースに支持されることにより、プロセスチューブ203は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ203とマニホールド209とにより反応容器(処理容器)が形成される。   A manifold 209 is disposed below the process tube 203 concentrically with the process tube 203. The manifold 209 is made of stainless steel or other metal material and is formed in a cylindrical shape with an upper end and a lower end opened. The manifold 209 is engaged with the process tube 203 and is provided to support the process tube 203. An O-ring 220a as a seal member is provided between the manifold 209 and the process tube 203. Since the manifold 209 is supported by the heater base, the process tube 203 is installed vertically. A reaction vessel (processing vessel) is formed by the process tube 203 and the manifold 209.

マニホールド209には、第1ガス導入部としての第1ノズル233a、第2ガス導入部としての第2ノズル233b及び第3ガス導入部としての第3ノズル233cが、マニホールド209の側壁を貫通するように設けられており、第1ノズル233a、第2ノズル233b及び第3ノズル233cには、それぞれ第1ガス供給管232a、第2ガス供給管232b及び第3ガス供給管232cが接続されている。このように、処理室201内へは複数種類、ここでは3種類の処理ガスを供給するガス供給路として、3本のガス供給管が設けられている。   In the manifold 209, a first nozzle 233a as a first gas introduction part, a second nozzle 233b as a second gas introduction part, and a third nozzle 233c as a third gas introduction part pass through the side wall of the manifold 209. The first gas supply pipe 232a, the second gas supply pipe 232b, and the third gas supply pipe 232c are connected to the first nozzle 233a, the second nozzle 233b, and the third nozzle 233c, respectively. Thus, three gas supply pipes are provided in the processing chamber 201 as gas supply paths for supplying a plurality of types, here three types of processing gases.

第1ガス供給管232aには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241a、及び開閉弁であるバルブ243aが設けられている。また、第1ガス供給管232aのバルブ243aよりも下流側には、不活性ガスを供給する第1不活性ガス供給管234aが接続されている。この第1不活性ガス供給管234aには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241c、及び開閉弁であるバルブ243cが設けられている。また、第1ガス供給管232aの先端部には、上述の第1ノズル233aが接続されている。第1ノズル233aは、処理室201を構成しているプロセスチューブ203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に配置され、プロセスチューブ203の内壁に沿うとともにウエハ200の積載方向に沿って、下から上に延在する。第1ノズル233aの側面にはガスを供給する供給孔である複数のガス供給孔248aが設けられている。これらのガス供給孔248aは、それぞれ同一面積を有し、等間隔に上下方向に配列されている。第1ガス供給管232a、マスフローコントローラ241a、バルブ243a及び第1ノズル233aにより第1ガス供給系が構成され、第1不活性ガス供給管234a、マスフローコントローラ241c及びバルブ243cにより、第1不活性ガス供給系が構成される。
第1ガス供給管232aからは、酸素を構成元素として含むガス(酸素含有ガス)、例えば酸素(O)ガスが供給されるよう構成されている。従って、第1ガス供給系は酸素含有ガス供給系として構成される。酸素含有ガスとしては、酸素(O)ガスに代えて、オゾン(O)ガス、一酸化窒素(NO)ガス又は亜酸化窒素(NO)ガス等を用いてもよい。また、これらの混合ガスを用いてもよい。
The first gas supply pipe 232a is provided with a mass flow controller 241a as a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243a as an on-off valve in order from the upstream direction. A first inert gas supply pipe 234a that supplies an inert gas is connected to the downstream side of the valve 243a of the first gas supply pipe 232a. The first inert gas supply pipe 234a is provided with a mass flow controller 241c that is a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243c that is an on-off valve in order from the upstream direction. The first nozzle 233a is connected to the tip of the first gas supply pipe 232a. The first nozzle 233 a is disposed in an arcuate space between the inner wall of the process tube 203 constituting the processing chamber 201 and the wafer 200, and extends along the inner wall of the process tube 203 and along the loading direction of the wafer 200. , Extending from bottom to top. A plurality of gas supply holes 248a, which are gas supply holes, are provided on the side surface of the first nozzle 233a. These gas supply holes 248a have the same area and are arranged vertically at equal intervals. The first gas supply pipe 232a, the mass flow controller 241a, the valve 243a and the first nozzle 233a constitute a first gas supply system, and the first inert gas supply pipe 234a, the mass flow controller 241c and the valve 243c provide the first inert gas. A supply system is configured.
A gas containing oxygen as a constituent element (oxygen-containing gas), for example, oxygen (O 2 ) gas, is supplied from the first gas supply pipe 232a. Therefore, the first gas supply system is configured as an oxygen-containing gas supply system. As the oxygen-containing gas, ozone (O 3 ) gas, nitrogen monoxide (NO) gas, nitrous oxide (N 2 O) gas, or the like may be used instead of oxygen (O 2 ) gas. Moreover, you may use these mixed gas.

第2ガス供給管232bには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241b、及び開閉弁であるバルブ243bが設けられている。また、第2ガス供給管232bのバルブ243bよりも下流側には、不活性ガスを供給する第2不活性ガス供給管234bが接続されている。この第2不活性ガス供給管234bには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241d、及び開閉弁であるバルブ243dが設けられている。また、第2ガス供給管232bの先端部には、上述の第2ノズル233bが接続されている。第2ノズル233bは、処理室201を構成しているプロセスチューブ203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に配置され、プロセスチューブ203の内壁に沿うとともにウエハ200の積載方向に沿って、下から上に延在する。第2ノズル233bの側面にはガスを供給する供給孔である複数のガス供給孔248bが設けられている。これらのガス供給孔248bは、それぞれ同一面積を有し、等間隔に上下方向に配列されている。第2ガス供給管232b、マスフローコントローラ241b、バルブ243b及び第2ノズル233bにより第2ガス供給系が構成され、第2不活性ガス供給管234b、マスフローコントローラ241d及びバルブ243dにより第2不活性ガス供給系が構成される。
また、第2ガス供給管232bからは、水素を構成元素として含むガス(水素含有ガス)、例えば水素(H)ガスが供給されるよう構成されている。従って、第2ガス供給系は水素含有ガス供給系として構成される。水素含有ガスとしては、水素(H)ガスに代えて、アンモニア(NH)ガス又はメタン(CH)ガス等を用いてもよい。また、これらの混合ガスを用いてもよい。
The second gas supply pipe 232b is provided with a mass flow controller 241b as a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243b as an on-off valve in order from the upstream direction. A second inert gas supply pipe 234b that supplies an inert gas is connected to the downstream side of the valve 243b of the second gas supply pipe 232b. The second inert gas supply pipe 234b is provided with a mass flow controller 241d as a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243d as an on-off valve in order from the upstream direction. The second nozzle 233b is connected to the tip of the second gas supply pipe 232b. The second nozzle 233 b is disposed in an arc-shaped space between the inner wall of the process tube 203 constituting the processing chamber 201 and the wafer 200, and extends along the inner wall of the process tube 203 and along the loading direction of the wafer 200. , Extending from bottom to top. A plurality of gas supply holes 248b that are gas supply holes are provided on the side surface of the second nozzle 233b. These gas supply holes 248b have the same area and are arranged in the vertical direction at equal intervals. The second gas supply pipe 232b, the mass flow controller 241b, the valve 243b and the second nozzle 233b constitute a second gas supply system, and the second inert gas supply pipe 234b, the mass flow controller 241d and the valve 243d supply the second inert gas. A system is constructed.
The second gas supply pipe 232b is configured to supply a gas containing hydrogen as a constituent element (hydrogen-containing gas), for example, hydrogen (H 2 ) gas. Therefore, the second gas supply system is configured as a hydrogen-containing gas supply system. As the hydrogen-containing gas, ammonia (NH 3 ) gas or methane (CH 4 ) gas may be used instead of hydrogen (H 2 ) gas. Moreover, you may use these mixed gas.

第3ガス供給管232cには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241e、及び開閉弁であるバルブ243eが設けられている。また、第3ガス供給管232cのバルブ243eよりも下流側には、不活性ガスを供給する第3不活性ガス供給管234cが接続されている。この第3不活性ガス供給管234cには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241f、及び開閉弁であるバルブ243fが設けられている。また、第3ガス供給管232cの先端部には、上述の第3ノズル233cが接続されている。第3ノズル233cは、処理室201を構成しているプロセスチューブ203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に配置され、プロセスチューブ203の内壁に沿うとともにウエハ200の積載方向に沿って、下から上に延在する。第3ノズル233cの側面にはガスを供給する供給孔である複数のガス供給孔248cが設けられている。これらのガス供給孔248cは、それぞれ同一面積を有し、等間隔に上下方向に配列されている。第3ガス供給管232c、マスフローコントローラ241e、バルブ243e及び第3ノズル233cにより第3ガス供給系が構成され、第3不活性ガス供給管234c、マスフローコントローラ241f及びバルブ243fにより第3不活性ガス供給系が構成される。
第3ガス供給管232cからは、原料ガス、すなわち、シリコンを構成元素として含むガス(シリコン含有ガス)、例えばヘキサクロロジシラン(SiCl、略称HCD)ガスが供給されるよう構成されている。従って、第3ガス供給系は原料ガス供給系(シリコン含有ガス供給系)として構成される。シリコン含有ガスとしては、HCDに代えて、TCS(テトラクロロシラン、SiCl)、DCS(ジクロロシラン、SiHCl)又はSiH(モノシラン)等の無機原料を用いてもよいし、アミノシラン系の4DMAS(テトラキスジメチルアミノシラン、Si(N(CH)))、3DMAS(トリスジメチルアミノシラン、Si(N(CH))H)、2DEAS(ビスジエチルアミノシラン、Si(N(C)、BTBAS(ビスターシャリーブチルアミノシラン又はSiH(NH(C)))等の有機原料を用いてもよい。
The third gas supply pipe 232c is provided with a mass flow controller 241e as a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243e as an on-off valve in order from the upstream direction. Further, a third inert gas supply pipe 234c for supplying an inert gas is connected to the downstream side of the valve 243e of the third gas supply pipe 232c. The third inert gas supply pipe 234c is provided with a mass flow controller 241f as a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243f as an on-off valve in order from the upstream direction. The third nozzle 233c described above is connected to the tip of the third gas supply pipe 232c. The third nozzle 233 c is disposed in an arc-shaped space between the inner wall of the process tube 203 constituting the processing chamber 201 and the wafer 200, and extends along the inner wall of the process tube 203 and along the loading direction of the wafer 200. , Extending from bottom to top. A plurality of gas supply holes 248c, which are supply holes for supplying gas, are provided on the side surface of the third nozzle 233c. These gas supply holes 248c have the same area and are arranged in the vertical direction at equal intervals. The third gas supply pipe 232c, the mass flow controller 241e, the valve 243e and the third nozzle 233c constitute a third gas supply system, and the third inert gas supply pipe 234c, the mass flow controller 241f and the valve 243f supply the third inert gas. A system is constructed.
From the third gas supply pipe 232c, a raw material gas, that is, a gas containing silicon as a constituent element (silicon-containing gas), for example, hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 , abbreviated as HCD) gas is supplied. Therefore, the third gas supply system is configured as a source gas supply system (silicon-containing gas supply system). As the silicon-containing gas, an inorganic raw material such as TCS (tetrachlorosilane, SiCl 4 ), DCS (dichlorosilane, SiH 2 Cl 2 ) or SiH 4 (monosilane) may be used instead of HCD, or an aminosilane-based gas may be used. 4DMAS (tetrakisdimethylaminosilane, Si (N (CH 3 ) 2 )) 4 ), 3DMAS (trisdimethylaminosilane, Si (N (CH 3 ) 2 )) 3 H), 2DEAS (bisdiethylaminosilane, Si (N (C Organic raw materials such as 2 H 5 ) 2 ) 2 H 2 ), BTBAS (Bisturary butylaminosilane or SiH 2 (NH (C 4 H 9 )) 2 ) may be used.

第4ガス供給管232dには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241g、開閉弁であるバルブ243gが設けられている。また、第4ガス供給管232dのバルブ243gよりも下流側には、第2不活性ガス供給管234bが接続されている。また、第4ガス供給管232dは第2不活性ガス供給管234bを介して第2ガス供給管232bに接続されている。主に、第4ガス供給管232d、マスフローコントローラ241g、バルブ243g、第2ノズル233bにより第4ガス供給系が構成される。
また、第4ガス供給管232dからは、窒素を構成元素として含むガス(窒素含有ガス)、例えばアンモニア(NH)ガスが供給されるよう構成されている。従って、第4ガス供給系は窒素含有ガス供給系として構成される。窒素含有ガスとしては、NHガスに代えて、ヒドラジン(N)等を用いてもよい。また、これらの混合ガスを用いてもよい。
The fourth gas supply pipe 232d is provided with a mass flow controller 241g as a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243g as an on-off valve in order from the upstream direction. The second inert gas supply pipe 234b is connected to the downstream side of the valve 243g of the fourth gas supply pipe 232d. The fourth gas supply pipe 232d is connected to the second gas supply pipe 232b through the second inert gas supply pipe 234b. A fourth gas supply system is mainly configured by the fourth gas supply pipe 232d, the mass flow controller 241g, the valve 243g, and the second nozzle 233b.
The fourth gas supply pipe 232d is configured to supply a gas containing nitrogen as a constituent element (nitrogen-containing gas), for example, ammonia (NH 3 ) gas. Therefore, the fourth gas supply system is configured as a nitrogen-containing gas supply system. As the nitrogen-containing gas, hydrazine (N 2 H 4 ) or the like may be used instead of NH 3 gas. Moreover, you may use these mixed gas.

なお、本実施例では、水素含有ガスと窒素含有ガスとを同じノズルから処理室201内に供給するように構成されているが、水素含有ガスと窒素含有ガスとをそれぞれ別々のノズルから処理室201内に供給するようにしてもよい。また、本実施例では、酸素含有ガス、水素含有ガス又は窒素含有ガス、シリコン含有ガスを、それぞれ別々のノズルから処理室201内に供給するように構成されているが、例えば、水素含有ガスとシリコン含有ガスとを同じノズルから処理室201内に供給するようにしてもよい。また、酸素含有ガスと窒素含有ガスとを同じノズルから処理室201内に供給するようにしてもよい。このように、複数種類のガスでノズルを共用とすれば、ノズルの本数を減らすことができ、装置コストを低減することができ、またメンテナンスも容易となる等のメリットがある。   In this embodiment, the hydrogen-containing gas and the nitrogen-containing gas are supplied from the same nozzle into the processing chamber 201. However, the hydrogen-containing gas and the nitrogen-containing gas are separately supplied from the separate nozzles to the processing chamber. You may make it supply in 201. FIG. In this embodiment, the oxygen-containing gas, the hydrogen-containing gas or the nitrogen-containing gas, and the silicon-containing gas are configured to be supplied into the processing chamber 201 from separate nozzles. The silicon-containing gas may be supplied into the processing chamber 201 from the same nozzle. Further, the oxygen-containing gas and the nitrogen-containing gas may be supplied into the processing chamber 201 from the same nozzle. As described above, if the nozzles are shared by a plurality of types of gases, the number of nozzles can be reduced, the apparatus cost can be reduced, and maintenance can be facilitated.

マニホールド209には、処理室201内を排気するガス排気管231が設けられている。ガス排気管231のマニホールド209との接続側と反対側である下流側には、圧力検出器としての圧力センサ245及び圧力調整器(圧力調整部)としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ242を介して、真空排気装置としての真空ポンプ246が接続されている。なお、APCバルブ242は、弁を開閉して処理室201内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能なように構成されている。真空ポンプ246を作動させつつ、圧力センサ245により検出された圧力に基づいてAPCバルブ242の弁の開度を調節することにより、処理室201内の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気し得るように構成されている。ガス排気管231、圧力センサ245、APCバルブ242及び真空ポンプ246により排気系が構成される。   The manifold 209 is provided with a gas exhaust pipe 231 that exhausts the inside of the processing chamber 201. A downstream side of the gas exhaust pipe 231 opposite to the connection side with the manifold 209 is connected via a pressure sensor 245 as a pressure detector and an APC (Auto Pressure Controller) valve 242 as a pressure regulator (pressure regulator). A vacuum pump 246 as a vacuum exhaust device is connected. The APC valve 242 is configured such that the valve can be opened and closed to evacuate / stop the evacuation of the processing chamber 201, and the pressure can be adjusted by adjusting the valve opening. By adjusting the opening degree of the APC valve 242 based on the pressure detected by the pressure sensor 245 while operating the vacuum pump 246, the pressure in the processing chamber 201 becomes a predetermined pressure (degree of vacuum). It is configured to be evacuated. The gas exhaust pipe 231, the pressure sensor 245, the APC valve 242 and the vacuum pump 246 constitute an exhaust system.

マニホールド209の下方には、マニホールド209の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219は、マニホールド209の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ219は、ステンレスその他の金属材料からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、マニホールド209の下端と当接するシール部材としてOリング220bが設けられている。シールキャップ219の処理室201と反対側には、後述する基板保持具としてのボート217を回転させる回転機構267が設置されている。回転機構267の回転軸255は、シールキャップ219を貫通してボート217に接続されている。回転機構267は、ボート217を回転させることでウエハ200を回転させるように構成されている。シールキャップ219は、プロセスチューブ203の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ115によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ115は、シールキャップ219を昇降させることで、ボート217を処理室201内に対して搬入・搬出することが可能なように構成されている。   Below the manifold 209, a seal cap 219 is provided as a furnace port lid that can airtightly close the lower end opening of the manifold 209. The seal cap 219 is configured to contact the lower end of the manifold 209 from the lower side in the vertical direction. The seal cap 219 is made of stainless steel or other metal material and is formed in a disk shape. On the upper surface of the seal cap 219, an O-ring 220b is provided as a seal member that contacts the lower end of the manifold 209. On the opposite side of the seal cap 219 from the processing chamber 201, a rotation mechanism 267 for rotating a boat 217 as a substrate holder described later is installed. A rotation shaft 255 of the rotation mechanism 267 passes through the seal cap 219 and is connected to the boat 217. The rotation mechanism 267 is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217. The seal cap 219 is configured to be lifted and lowered in the vertical direction by a boat elevator 115 as a lifting mechanism that is vertically installed outside the process tube 203. The boat elevator 115 is configured such that the boat 217 can be carried into and out of the processing chamber 201 by moving the seal cap 219 up and down.

基板保持具としてのボート217は、石英、炭化シリコンその他の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ200を水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート217の下部には、石英、炭化シリコンその他の耐熱性材料からなる断熱部材218が設けられており、ヒータ207からの熱がシールキャップ219側に伝わりにくくなるように構成されている。なお、断熱部材218を設ける代わりに、石英、炭化シリコンその他の耐熱性材料からなる複数枚の断熱板とこれら断熱板を水平姿勢で多段に支持する断熱板ホルダとにより構成される断熱材を設けるようにしてもよい。プロセスチューブ203内には、温度検出器としての温度センサ263が設置されており、温度センサ263により検出された温度情報に基づきヒータ207への通電具合を調整することにより、処理室201内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ263は、第1ノズル233a、第2ノズル233b及び第3ノズル233cと同様に、プロセスチューブ203の内壁に沿って設けられている。   The boat 217 as the substrate holder is made of quartz, silicon carbide, or other heat-resistant material, and is configured to hold a plurality of wafers 200 in a horizontal posture and aligned in a state where the centers are aligned with each other in multiple stages. Has been. A heat insulating member 218 made of quartz, silicon carbide, or other heat resistant material is provided at the lower part of the boat 217 so that heat from the heater 207 is not easily transmitted to the seal cap 219 side. Instead of providing the heat insulating member 218, a heat insulating material constituted by a plurality of heat insulating plates made of quartz, silicon carbide or other heat resistant materials and a heat insulating plate holder that supports these heat insulating plates in a multi-stage in a horizontal posture is provided. You may do it. A temperature sensor 263 as a temperature detector is installed in the process tube 203, and the temperature in the processing chamber 201 is adjusted by adjusting the degree of energization to the heater 207 based on the temperature information detected by the temperature sensor 263. Is configured to have a desired temperature distribution. The temperature sensor 263 is provided along the inner wall of the process tube 203, similarly to the first nozzle 233a, the second nozzle 233b, and the third nozzle 233c.

制御部(制御手段)であるコントローラ280は、マスフローコントローラ241a、241b、241c、241d、241e、241f、241g、バルブ243a、243b、243c、243d、243e、243f、243g、圧力センサ245、APCバルブ242、ヒータ207、温度センサ263、真空ポンプ246、回転機構267、ボートエレベータ115等に接続されている。コントローラ280により、マスフローコントローラ241a、241b、241c、241d、241e、241f、241gによるガス流量調整、バルブ243a、243b、243c、243d、243e、243f、243gの開閉動作、APCバルブ242の開閉及び圧力センサ245に基づく圧力調整動作、温度センサ263に基づくヒータ207の温度調整、真空ポンプ246の起動・停止、回転機構267の回転速度調節、ボートエレベータ115によるボート217の昇降動作等の制御が行われる。   The controller 280 as a control unit (control means) includes mass flow controllers 241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, valves 243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, pressure sensors 245, APC valves 242. , Heater 207, temperature sensor 263, vacuum pump 246, rotation mechanism 267, boat elevator 115, and the like. The controller 280 controls the gas flow rate by the mass flow controllers 241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, the opening / closing operation of the valves 243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, the opening / closing of the APC valve 242 and the pressure sensor. The pressure adjustment operation based on H.245, the temperature adjustment of the heater 207 based on the temperature sensor 263, the start / stop of the vacuum pump 246, the rotation speed adjustment of the rotation mechanism 267, and the lifting / lowering operation of the boat 217 by the boat elevator 115 are performed.

次に上述の処理炉を用いて、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として行う、本発明に係るシリコン窒化膜の製造方法の例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ280により制御される。   Next, an example of a method for manufacturing a silicon nitride film according to the present invention, which is performed as one step of a manufacturing process of a semiconductor device (device) using the above-described processing furnace, will be described. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the controller 280.

図6に、本実施例における処理フロー図を示す。本実施例の処理シーケンスでは、基板を収容した処理容器内に原料ガスとしてシリコン含有ガスを供給することで、基板上にシリコン含有層(原料の吸着層又はシリコン層)を形成する工程と、処理容器内に窒素含有ガスを供給することで、基板上に形成されたシリコン含有層を窒化層に改質する工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを少なくとも1回以上行うことで、基板上に所定膜厚のシリコン窒化膜を形成する(シリコン窒化膜成膜工程)。これに続いて、処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で処理室内に酸素含有ガス及び水素含有ガスを供給してシリコン窒化膜の表層部分を酸化し、シリコン酸化物及びシリコン酸窒化物を形成する(酸化処理工程)。これらの酸化膜をエッチング除去することで、表面に含有水素量の低いシリコン窒化膜を得ることができる(エッチング処理工程)。   FIG. 6 shows a processing flowchart in the present embodiment. In the processing sequence of this embodiment, a silicon-containing layer (raw material adsorption layer or silicon layer) is formed on a substrate by supplying a silicon-containing gas as a source gas into a processing container containing the substrate, The step of reforming the silicon-containing layer formed on the substrate to a nitride layer by supplying a nitrogen-containing gas into the container is defined as one cycle, and this cycle is performed at least once, so that a predetermined amount is formed on the substrate. A silicon nitride film having a thickness is formed (silicon nitride film forming step). Subsequently, the surface layer portion of the silicon nitride film is oxidized by supplying an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas into the processing chamber in a state where the pressure in the processing chamber is lower than the atmospheric pressure, and silicon oxide and silicon oxynitride Is formed (oxidation treatment step). By removing these oxide films by etching, a silicon nitride film having a low hydrogen content can be obtained on the surface (etching process).

基板上にシリコン含有層を形成する工程は、ALD反応又はCVD反応が生じる条件下で行い、このとき基板上に1原子層未満から数原子層程度のシリコン含有層(原料の吸着層又はシリコン層)を形成する。1原子未満の層とは不連続に形成される原子層を意味する。ALD反応が生じる条件下では基板上に原料の吸着層が形成され、CVD反応が生じる条件下では基板上にシリコン層が形成される。原料の吸着層とは、原料分子の連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。シリコン層とは、シリコンにより構成される連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるシリコン薄膜をも含む。なお、シリコンにより構成される連続的な層をシリコン薄膜という場合もある。   The step of forming a silicon-containing layer on the substrate is performed under conditions where an ALD reaction or a CVD reaction occurs. At this time, a silicon-containing layer (raw material adsorption layer or silicon layer) of less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the substrate. ). The layer having less than one atom means an atomic layer formed discontinuously. Under conditions where an ALD reaction occurs, a raw material adsorption layer is formed on the substrate, and under conditions where a CVD reaction occurs, a silicon layer is formed on the substrate. The raw material adsorption layer includes a continuous adsorption layer of raw material molecules and a discontinuous adsorption layer. The silicon layer includes a continuous layer made of silicon, a discontinuous layer, and a silicon thin film formed by overlapping these layers. A continuous layer made of silicon may be referred to as a silicon thin film.

また、酸化処理工程では、大気圧よりも低い圧力の処理室内で酸素含有ガスと水素含有ガスとを反応させて酸素を含む酸化種を生成し、この酸化種によりシリコン窒化膜の表層部を酸化して、シリコン窒化膜の表層部をシリコン酸窒化物またはシリコン酸化物に改質する。この酸化処理工程によれば、酸素含有ガスを単独で供給する場合に比べ、酸化力を大幅に向上させることができる。酸化処理工程はノンプラズマで行われる。   Further, in the oxidation treatment process, an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas are reacted in a processing chamber having a pressure lower than atmospheric pressure to generate oxygen-containing oxidizing species, and the surface layer portion of the silicon nitride film is oxidized by the oxidizing species. Then, the surface layer portion of the silicon nitride film is modified to silicon oxynitride or silicon oxide. According to this oxidation treatment step, the oxidizing power can be greatly improved as compared with the case where the oxygen-containing gas is supplied alone. The oxidation process is performed in non-plasma.

以下、これを具体的に説明する。以下に説明する実施例では、原料ガスとしてHCDガス、窒素含有ガスとしてNHガス、酸素含有ガスとしてOガス、水素含有ガスとしてHガスを用いて行う。不活性ガスとしては、Nガス、Arガス、Heガス、Neガス、Xeガスその他の不活性ガスを用いる。 This will be specifically described below. In the embodiments described below, carried out by using HCD gas as a source gas, NH 3 gas as the nitrogen-containing gas, O 2 gas as an oxygen-containing gas, H 2 gas as the hydrogen-containing gas. As the inert gas, N 2 gas, Ar gas, He gas, Ne gas, Xe gas and other inert gases are used.

複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、図4に示されているように、複数枚のウエハ200を保持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内に搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219はOリング220bを介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。   When a plurality of wafers 200 are loaded into the boat 217 (wafer charge), as shown in FIG. 4, the boat 217 holding the plurality of wafers 200 is lifted by the boat elevator 115 and processed in the processing chamber 201. It is carried in (boat loading). In this state, the seal cap 219 seals the lower end of the manifold 209 via the O-ring 220b.

処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は圧力センサ245で検知し、この検知した圧力に基づきコントローラ280がAPCバルブ242をフィードバック制御する(圧力調整)。また、処理室201内が所望の温度となるようにヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように温度センサ263が検出した温度情報に基づきコントローラ280がヒータ207への通電具合をフィードバック制御する(温度調整)。続いて、回転機構267によりボート217が回転されることでウエハ200が回転される。その後、ステップ1〜4の4つの操作を順次実行する。   The processing chamber 201 is evacuated by a vacuum pump 246 so that a desired pressure (degree of vacuum) is obtained. At this time, the pressure in the processing chamber 201 is detected by the pressure sensor 245, and the controller 280 performs feedback control of the APC valve 242 based on the detected pressure (pressure adjustment). Further, the processing chamber 201 is heated by the heater 207 so as to have a desired temperature. At this time, based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the inside of the processing chamber 201 has a desired temperature distribution, the controller 280 feedback-controls the power supply to the heater 207 (temperature adjustment). Subsequently, the wafer 200 is rotated by rotating the boat 217 by the rotation mechanism 267. Thereafter, the four operations of steps 1 to 4 are sequentially executed.

[ステップ1]
コントローラ280によって第3ガス供給管232cのバルブ243e、第3不活性ガス供給管234cのバルブ243fが開放され、第3ガス供給管232cに成膜ガスとしてのHCDガス、第3不活性ガス供給管234cに不活性ガスを流す。HCDガスは、第3ガス供給管232cから供給され、マスフローコントローラ241eにより流量調整される。不活性ガスは、第3不活性ガス供給管234cから供給され、マスフローコントローラ241fにより流量調整される。流量調整されたHCDガスは、流量調整された不活性ガスと第3ガス供給管232c内で混合されて、第3ノズル233cのガス供給孔248cから、加熱された減圧状態の処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される(HCDガス供給)。
[Step 1]
The controller 280 opens the valve 243e of the third gas supply pipe 232c and the valve 243f of the third inert gas supply pipe 234c, and the HCD gas and the third inert gas supply pipe as the film forming gas are supplied to the third gas supply pipe 232c. An inert gas is allowed to flow through 234c. The HCD gas is supplied from the third gas supply pipe 232c and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241e. The inert gas is supplied from the third inert gas supply pipe 234c, and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241f. The HCD gas whose flow rate has been adjusted is mixed with the inert gas whose flow rate has been adjusted in the third gas supply pipe 232c, and is heated from the gas supply hole 248c of the third nozzle 233c into the heated processing chamber 201 in a reduced pressure state. While being supplied, the gas is exhausted from the gas exhaust pipe 231 (HCD gas supply).

このとき、コントローラ280がAPCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を、大気圧未満、例えば10〜1000Paの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ241eで制御するHCDガスの供給流量は、例えば10〜1000sccmの範囲内の流量とする。HCDガスにウエハ200を晒す時間は、例えば1〜180秒間の範囲内の時間とする。ヒータ207の温度は、処理室201内でALD反応又はCVD反応が生じるような温度となるように設定し、ウエハ200の温度が、例えば300〜650℃の範囲内の温度となるようにする。なお、ウエハ200の温度が300℃未満となるとウエハ200上にHCDが吸着しにくくなる。また、ウエハ200の温度が650℃を超えるとCVD反応が強くなり、均一性が悪化しやすくなる。よって、ウエハ200の温度は300〜650℃とするのが好ましい。また、ウエハ200の温度はステップ1〜4にかけて同一の温度とするのが好ましい。   At this time, the controller 280 appropriately adjusts the APC valve 242 to maintain the pressure in the processing chamber 201 at a pressure lower than atmospheric pressure, for example, in a range of 10 to 1000 Pa. The supply flow rate of the HCD gas controlled by the mass flow controller 241e is set, for example, within a range of 10 to 1000 sccm. The time for exposing the wafer 200 to the HCD gas is, for example, a time within a range of 1 to 180 seconds. The temperature of the heater 207 is set so as to cause an ALD reaction or a CVD reaction in the processing chamber 201, and the temperature of the wafer 200 is set to a temperature within a range of 300 to 650 ° C., for example. When the temperature of the wafer 200 is less than 300 ° C., it becomes difficult for HCD to be adsorbed on the wafer 200. Further, when the temperature of the wafer 200 exceeds 650 ° C., the CVD reaction becomes strong, and the uniformity tends to deteriorate. Therefore, the temperature of the wafer 200 is preferably 300 to 650 ° C. The temperature of the wafer 200 is preferably set to the same temperature in steps 1 to 4.

上述の条件にてHCDガスを処理室201内に供給することで、ウエハ200(表面の下地膜)上に1原子層未満から数原子層のシリコン含有層が形成される。なお、ALD反応が生じる条件下ではウエハ200上にHCDが表面吸着してHCDによる原料の吸着層が形成される。CVD反応が生じる条件下ではHCDが自己分解することでウエハ200上にシリコン分子が堆積してシリコン層が形成される。ウエハ200上に形成されるシリコン含有層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ3における窒化の作用がシリコン含有層の全体に及ばなくなる。また、ウエハ200上に形成可能なシリコン含有層の最小値は1原子層未満である。よって、シリコン含有層の厚さは1原子層未満から数原子層とするのが好ましい。   By supplying the HCD gas into the processing chamber 201 under the above-described conditions, a silicon-containing layer of less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the wafer 200 (surface base film). Note that, under conditions where an ALD reaction occurs, HCD is adsorbed on the surface of the wafer 200 to form an adsorption layer of a raw material by HCD. Under conditions where a CVD reaction occurs, the HCD self-decomposes to deposit silicon molecules on the wafer 200 to form a silicon layer. When the thickness of the silicon-containing layer formed on the wafer 200 exceeds several atomic layers, the nitriding action in step 3 described later does not reach the entire silicon-containing layer. The minimum value of the silicon-containing layer that can be formed on the wafer 200 is less than one atomic layer. Therefore, the thickness of the silicon-containing layer is preferably less than one atomic layer to several atomic layers.

[ステップ2]
シリコン含有膜の形成を所定時間行い、ウエハ200上に所定膜厚のシリコン含有層が形成されたら、コントローラ280によって第3ガス供給管232cのバルブ243eが閉じられ、HCDガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管231のAPCバルブ242は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、残留したHCDガスを処理室201内から除去する(残留ガス除去)。このとき、不活性ガスを処理室201内へ供給すると、残留ガスを除去する効果が更に高まる。
[Step 2]
When the silicon-containing film is formed for a predetermined time and a silicon-containing layer having a predetermined thickness is formed on the wafer 200, the controller 280 closes the valve 243e of the third gas supply pipe 232c and stops the supply of the HCD gas. At this time, the APC valve 242 of the gas exhaust pipe 231 is kept open, the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, and the remaining HCD gas is removed from the processing chamber 201 (residual gas removal). At this time, if an inert gas is supplied into the processing chamber 201, the effect of removing the residual gas is further enhanced.

[ステップ3]
処理室201内の残留ガスを除去した後、コントローラによって第4ガス供給管232dのバルブ243g、第2不活性ガス供給管234bのバルブ243dが開放され、第4ガス供給管232dに成膜ガスとしてのNHガス、第2不活性ガス供給管234bに不活性ガスを流す。NHガスは第4ガス供給管232dから供給され、マスフローコントローラ241gにより流量調整される。不活性ガスは、第2不活性ガス供給管234bから供給され、マスフローコントローラ241dにより流量調整される。流量調整されたNHガスは、流量調整された不活性ガスと第2不活性ガス供給管234b内で混合されて、第2ノズル233bのガス供給孔248bから、加熱された減圧状態の処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される(NHガス供給)。なお、NHガスはプラズマによる活性化を行わずに処理室201内に供給する。
[Step 3]
After the residual gas in the processing chamber 201 is removed, the controller opens the valve 243g of the fourth gas supply pipe 232d and the valve 243d of the second inert gas supply pipe 234b, and supplies the film forming gas to the fourth gas supply pipe 232d. An inert gas is passed through the NH 3 gas and the second inert gas supply pipe 234b. The NH 3 gas is supplied from the fourth gas supply pipe 232d, and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241g. The inert gas is supplied from the second inert gas supply pipe 234b, and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241d. The NH 3 gas whose flow rate has been adjusted is mixed with the inert gas whose flow rate has been adjusted in the second inert gas supply pipe 234b, and is heated from the gas supply hole 248b of the second nozzle 233b to be heated in a decompressed processing chamber. The gas is exhausted from the gas exhaust pipe 231 while being supplied into the 201 (NH 3 gas supply). Note that NH 3 gas is supplied into the processing chamber 201 without being activated by plasma.

このとき、コントローラ280がAPCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を、例えば50〜3000Paの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ241bで制御するNHガスの供給流量は、例えば100〜10000sccmの範囲内の流量とする。なお、NHガスにウエハ200を晒す時間は、例えば1〜180秒間の範囲内の時間とする。 At this time, the controller 280 appropriately adjusts the APC valve 242 to set the pressure in the processing chamber 201 to a pressure in the range of 50 to 3000 Pa, for example. The supply flow rate of NH 3 gas controlled by the mass flow controller 241b is, for example, a flow rate in the range of 100 to 10,000 sccm. Note that the time for exposing the wafer 200 to the NH 3 gas is, for example, a time within a range of 1 to 180 seconds.

上述の条件にてNHガスを処理室201内に供給することで、NHガスは加熱された減圧雰囲気下において熱的に活性化される。すなわちノンプラズマで活性化される。そして活性化されたNHガスにより、ステップ1でウエハ200上に形成されたシリコン含有層に対して窒化処理が行われる。そして、この窒化処理により、シリコン含有層はシリコン窒化層へと改質される。なお、NHガスはプラズマで活性化させて供給するよりも、熱で活性化させて供給した方が、窒化処理を穏やかに進行させることができる。 By supplying NH 3 gas into the processing chamber 201 under the above-described conditions, the NH 3 gas is thermally activated in a heated reduced pressure atmosphere. That is, it is activated by non-plasma. A nitriding process is performed on the silicon-containing layer formed on the wafer 200 in step 1 by the activated NH 3 gas. By this nitriding treatment, the silicon-containing layer is modified into a silicon nitride layer. It is to be noted that the nitriding treatment can proceed more gently when the NH 3 gas is supplied by being activated by heat than by being activated by plasma.

[ステップ4]
シリコン含有層をシリコン窒化層へと改質した後、コントローラ280によって第4ガス供給管232dのバルブ243gが閉じられ、NHガスの供給が停止する。このとき、ガス排気管231のAPCバルブ242は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、残留したNHガスを処理室201内から除去する(残留ガス除去)。このとき、不活性ガスを処理室201内へ供給すると、残留ガスを除去する効果が更に高まる。
[Step 4]
After modifying the silicon-containing layer into the silicon nitride layer, the controller 280 closes the valve 243g of the fourth gas supply pipe 232d and stops the supply of NH 3 gas. At this time, the APC valve 242 of the gas exhaust pipe 231 is kept open, the process chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, and the remaining NH 3 gas is removed from the process chamber 201 (residual gas removal). At this time, if an inert gas is supplied into the processing chamber 201, the effect of removing the residual gas is further enhanced.

上述したステップ1〜4を1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハ200上に所定膜厚のシリコン窒化膜を成長させる。   The above-described steps 1 to 4 are set as one cycle, and this cycle is repeated a plurality of times to grow a silicon nitride film having a predetermined thickness on the wafer 200.

所定膜厚のシリコン窒化膜を成膜すると、不活性ガスが処理室201内へ供給されつつ排気されることで処理室201内が不活性ガスでパージされる(パージ)。   When a silicon nitride film having a predetermined thickness is formed, the inside of the processing chamber 201 is purged with the inert gas (purge) by exhausting the inert gas while being supplied into the processing chamber 201.

その後、処理室201内が所定の酸化処理圧力となるように調整される。この際、処理室201内の圧力は圧力センサ245で測定され、この測定された圧力に基づきコントローラ280がAPCバルブ242をフィードバック制御する(圧力調整)。また、処理室201内が所定の酸化処理温度となるように調整される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように温度センサ263が検出した温度情報に基づきコントローラ280がヒータ207への通電具合をフィードバック制御する(温度調整)。   Thereafter, the inside of the processing chamber 201 is adjusted to a predetermined oxidation processing pressure. At this time, the pressure in the processing chamber 201 is measured by the pressure sensor 245, and the controller 280 performs feedback control of the APC valve 242 based on the measured pressure (pressure adjustment). Further, the inside of the processing chamber 201 is adjusted to a predetermined oxidation processing temperature. At this time, based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the inside of the processing chamber 201 has a desired temperature distribution, the controller 280 feedback-controls the power supply to the heater 207 (temperature adjustment).

続いて、コントローラ280により第1ガス供給管232aのバルブ243a、第1不活性ガス供給管234aのバルブ243cが開放され、第1ガス供給管232aにOガス、第1不活性ガス供給管234aに不活性ガスを流す。Oガスは第1ガス供給管232aから供給され、マスフローコントローラ241aにより流量調整される。不活性ガスは、第1不活性ガス供給管234aから供給され、マスフローコントローラ241cにより流量調整される。流量調整されたOガスは、流量調整された不活性ガスと第1ガス供給管232a内で混合されて、第1ノズル233aのガス供給孔248aから、加熱された減圧状態の処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。このとき同時に、コントローラ280により第2ガス供給管232bのバルブ243b、第2不活性ガス供給管234bのバルブ243dを開き、第2ガス供給管232bにHガス、第2不活性ガス供給管234bに不活性ガスを流す。不活性ガスは、第2不活性ガス供給管234bから流れ、マスフローコントローラ241dにより流量調整される。Hガスは第2ガス供給管232bから流れ、マスフローコントローラ241bにより流量調整される。流量調整されたHガスは、流量調整された不活性ガスと第2ガス供給管232b内で混合されて、第2ノズル233bのガス供給孔248bから、加熱された減圧状態の処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される(Oガス及びHガス供給)。なお、Oガス及びHガスはプラズマによって活性化することなく処理室201内に供給する。 Subsequently, the controller 280 opens the valve 243a of the first gas supply pipe 232a and the valve 243c of the first inert gas supply pipe 234a, and supplies the O 2 gas and the first inert gas supply pipe 234a to the first gas supply pipe 232a. Flow inert gas through O 2 gas is supplied from the first gas supply pipe 232a, and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241a. The inert gas is supplied from the first inert gas supply pipe 234a, and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241c. The O 2 gas whose flow rate has been adjusted is mixed with the inert gas whose flow rate has been adjusted in the first gas supply pipe 232a, and is heated from the gas supply hole 248a of the first nozzle 233a into the heated processing chamber 201 in a reduced pressure state. Is exhausted from the gas exhaust pipe 231. At the same time, the controller 280 opens the valve 243b of the second gas supply pipe 232b and the valve 243d of the second inert gas supply pipe 234b, and supplies the H 2 gas and the second inert gas supply pipe 234b to the second gas supply pipe 232b. Flow inert gas through The inert gas flows from the second inert gas supply pipe 234b, and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241d. The H 2 gas flows from the second gas supply pipe 232b and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241b. The H 2 gas whose flow rate has been adjusted is mixed with the inert gas whose flow rate has been adjusted in the second gas supply pipe 232b, and is heated from the gas supply hole 248b of the second nozzle 233b into the heated processing chamber 201 in a reduced pressure state. Are exhausted from the gas exhaust pipe 231 (O 2 gas and H 2 gas supply). Note that the O 2 gas and the H 2 gas are supplied into the processing chamber 201 without being activated by plasma.

このとき、コントローラ280がAPCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を、大気圧よりも低い圧力、例えば0.1〜1000Paの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ241aで制御するOガスの供給流量は、例えば20sccm〜10000sccm(10slm)の範囲内の流量とする。マスフローコントローラ241bで制御するHガスの供給流量は、例えば10sccm〜5000sccm(5slm)の範囲内の流量とする。なお、Oガス及びHガスにウエハ200を晒す時間は、シリコン窒化膜表面の酸化量に応じて決定する。ヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば400〜1000℃の範囲内の温度となるように設定する。なお、この範囲内の温度であれば減圧雰囲気下でのOガスへのHガス添加による酸化力向上効果が得られることが確認されている。この効果を得るためには、処理室201内の温度を350℃以上とする必要があるが、処理室201内の温度は400℃以上とするのが好ましく、更には450℃以上とするのが好ましい。処理室201内の温度を400℃以上とすれば、400℃以上の温度で行うO酸化処理による酸化力を超える酸化力を得ることができ、処理室201内の温度を450℃以上とすれば、450℃以上の温度で行うOプラズマ酸化処理による酸化力を超える酸化力を得ることができる。 At this time, the controller 280 appropriately adjusts the APC valve 242 to maintain the pressure in the processing chamber 201 at a pressure lower than the atmospheric pressure, for example, within a range of 0.1 to 1000 Pa. The supply flow rate of O 2 gas controlled by the mass flow controller 241a is, for example, a flow rate within a range of 20 sccm to 10000 sccm (10 slm). The supply flow rate of H 2 gas controlled by the mass flow controller 241b is, for example, a flow rate in the range of 10 sccm to 5000 sccm (5 slm). The time for exposing the wafer 200 to the O 2 gas and the H 2 gas is determined according to the amount of oxidation on the surface of the silicon nitride film. The temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 becomes a temperature within a range of 400 to 1000 ° C., for example. It has been confirmed that if the temperature is within this range, the effect of improving the oxidizing power by adding H 2 gas to O 2 gas in a reduced-pressure atmosphere can be obtained. In order to obtain this effect, the temperature in the processing chamber 201 needs to be 350 ° C. or higher. However, the temperature in the processing chamber 201 is preferably 400 ° C. or higher, and more preferably 450 ° C. or higher. preferable. If the temperature in the processing chamber 201 is 400 ° C. or higher, an oxidizing power exceeding the oxidizing power by the O 3 oxidation treatment performed at a temperature of 400 ° C. or higher can be obtained. For example, an oxidizing power exceeding the oxidizing power by the O 2 plasma oxidation treatment performed at a temperature of 450 ° C. or higher can be obtained.

上述の条件にてOガス及びHガスを処理室201内に供給することで、Oガス及びHガスは加熱された減圧雰囲気下において活性化されて反応し、それにより原子状酸素等のOを含む酸化種が生成する。そして、主にこの酸化種により、ウエハ200上に形成されたシリコン窒化膜に対して酸化処理が行われる。これにより、シリコン窒化膜の表層部分はシリコン酸窒化物(SiO)又はシリコン酸化物(SiO)へと改質される。 By supplying O 2 gas and H 2 gas into the processing chamber 201 under the above-described conditions, the O 2 gas and H 2 gas are activated and reacted in a heated reduced-pressure atmosphere, whereby atomic oxygen Oxidized species such as O are produced. Then, an oxidation treatment is performed on the silicon nitride film formed on the wafer 200 mainly by this oxidation species. Thereby, the surface layer portion of the silicon nitride film is modified into silicon oxynitride (SiO x N y ) or silicon oxide (SiO x ).

所定膜厚のシリコン窒化膜の表層部分を酸化処理した後、不活性ガスが処理室201内へ供給されつつ排気されることで処理室201内が不活性ガスでパージされる(パージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。   After oxidizing the surface layer portion of the silicon nitride film having a predetermined thickness, the inside of the processing chamber 201 is purged with the inert gas (purge) by exhausting while supplying the inert gas into the processing chamber 201. Thereafter, the atmosphere in the processing chamber 201 is replaced with an inert gas, and the pressure in the processing chamber 201 is returned to normal pressure (return to atmospheric pressure).

その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降されて、マニホールド209の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ200がボート217に保持された状態でマニホールド209の下端からプロセスチューブ203の外部に搬出(ボートアンロード)される。その後、処理済ウエハ200はボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。   Thereafter, the seal cap 219 is lowered by the boat elevator 115, the lower end of the manifold 209 is opened, and the processed wafer 200 is carried out from the lower end of the manifold 209 to the outside of the process tube 203 while being held by the boat 217 ( Boat unloaded). Thereafter, the processed wafer 200 is taken out from the boat 217 (wafer discharge).

そして、処理済ウエハ200はエッチング装置に搬送され、ウエハ200上に形成されたシリコン窒化膜の表層部分がエッチングにより除去される。   Then, the processed wafer 200 is transferred to an etching apparatus, and the surface layer portion of the silicon nitride film formed on the wafer 200 is removed by etching.

以上のように本実施例ではシリコン窒化膜成膜工程及び酸化処理工程を同一装置で連続して行っているが、これにより他の装置へ搬送する手間を省くことができ、スループットを向上させることができる。シリコン窒化膜が形成された基板を処理室201内に収容し酸化処理工程を行うものとしてもよい。なお、シリコン窒化膜成膜工程及び酸化処理工程をそれぞれ別の装置(処理炉)で行ってもよい。   As described above, in this embodiment, the silicon nitride film forming step and the oxidation treatment step are continuously performed in the same apparatus. However, it is possible to save the trouble of transporting to another apparatus and improve the throughput. Can do. The substrate on which the silicon nitride film is formed may be accommodated in the processing chamber 201 and the oxidation process may be performed. Note that the silicon nitride film forming step and the oxidation treatment step may be performed in separate apparatuses (processing furnaces).

101a シリコン基板
102 シリコン酸化膜
103 シリコン窒化膜
104 酸化膜
115 ボートエレベータ
200 ウエハ
201 処理室
202 処理炉
203 プロセスチューブ
207 ヒータ
217 ボート
245 圧力センサ
246 真空ポンプ
263 温度センサ
267 回転機構
280 コントローラ
101a silicon substrate 102 silicon oxide film 103 silicon nitride film 104 oxide film 115 boat elevator 200 wafer 201 processing chamber 202 processing furnace 203 process tube 207 heater 217 boat 245 pressure sensor 246 vacuum pump 263 temperature sensor 267 rotating mechanism 280 controller

Claims (2)

表面にシリコン窒化膜が形成された基板を収容した処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して、前記シリコン窒化膜の一部を酸化する工程と、
前記シリコン窒化膜の酸化した部分を除去する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A part of the silicon nitride film is supplied by supplying an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas into the processing chamber in a state where the pressure in the processing chamber containing the substrate on which the silicon nitride film is formed is lower than the atmospheric pressure. A step of oxidizing
Removing the oxidized portion of the silicon nitride film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
基板を収容した処理室内に成膜ガスを供給して基板表面にシリコン窒化膜を形成した後、前記処理室内の圧力を大気圧よりも低くした状態で前記処理室内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して、前記シリコン窒化膜の一部を酸化する工程と、
前記シリコン窒化膜の酸化した部分を除去する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
After forming a silicon nitride film on the substrate surface by supplying a film forming gas into the processing chamber containing the substrate, an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas in the processing chamber in a state where the pressure in the processing chamber is lower than the atmospheric pressure. And oxidizing a part of the silicon nitride film;
Removing the oxidized portion of the silicon nitride film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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