層疊膜的形成方法及其形成裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及層疊膜的形成方法及其形成裝置，該層疊膜的形成方法包括如下工序：在容納于反應(yīng)室內(nèi)的多片被處理體上形成氧化硅膜的氧化硅膜形成工序、和向前述反應(yīng)室內(nèi)供給硅源、氮化劑和氧化劑、在前述多片被處理體上形成氮氧化硅膜的氮氧化硅膜形成工序；該方法具備如下步驟：重復(fù)前述氧化硅膜形成工序以及前述氮氧化硅膜形成工序，在前述多片被處理體上形成前述氧化硅膜和前述氮氧化硅膜的層疊膜。
【專(zhuān)利說(shuō)明】層疊膜的形成方法及其形成裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及層疊膜的形成方法及其形成裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，要求半導(dǎo)體元件的高集成化，提出了在半導(dǎo)體基板上交替配置層間絕緣膜和犧牲膜的層疊膜，例如，形成有氮化硅膜/氧化硅膜(SiN/Si02)的層疊膜的多層層疊型的半導(dǎo)體元件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0004]于是，這樣的層疊膜由于高層疊為例如層疊至48層以上，因此其膜厚達(dá)到數(shù)μπι厚。然而，構(gòu)成層疊膜的SiN膜對(duì)半導(dǎo)體基板(Si)的拉伸應(yīng)力大，因此層疊膜的膜厚變厚時(shí)，在層疊膜上容易產(chǎn)生裂紋(膜容易破裂)。因此，要求能夠抑制裂紋產(chǎn)生的層疊膜。
[0005]本發(fā)明提供能夠抑制裂紋產(chǎn)生的層疊膜的形成方法及其形成裝置。
_6] 用于解決問(wèn)題的方案
[0007]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第1觀(guān)點(diǎn)的層疊膜的形成方法包括如下工序:在容納于反應(yīng)室內(nèi)的多片被處理體上形成氧化硅膜的氧化硅膜形成工序、和向前述反應(yīng)室內(nèi)供給硅源、氮化劑和氧化劑，在前述多片被處理體上形成氮氧化硅膜的氮氧化硅膜形成工序；該方法具備如下步驟:重復(fù)前述氧化硅膜形成工序以及前述氮氧化硅膜形成工序，在前述多片被處理體上形成前述氧化硅膜和前述氮氧化硅膜的層疊膜。
[0008]本發(fā)明的第2觀(guān)點(diǎn)的層疊膜的形成裝置具備如下的單元:向容納有多片被處理體的反應(yīng)室內(nèi)供給氧化硅膜形成用氣體的氧化硅膜形成用氣體供給單元、向前述反應(yīng)室內(nèi)供給硅源、氮化劑和氧化劑的氮氧化硅膜形成用氣體供給單元和控制裝置的各部分的控制單元，前述控制單元重復(fù)多次進(jìn)行如下工序，在前述多片被處理體上形成前述氧化硅膜和前述氮氧化硅膜的層疊膜:控制前述氧化硅膜形成用氣體供給單元，向前述反應(yīng)室內(nèi)供給氧化硅膜形成用氣體，由此在前述多片被處理體上形成氧化硅膜的工序，和控制前述氮氧化硅膜形成用氣體供給單元，向前述反應(yīng)室內(nèi)供給硅源、氮化劑和氧化劑，由此在前述多片被處理體上形成氮氧化硅膜的工序。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]包括在說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖示例出本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式，與上述一般性描述及下述實(shí)施方式的詳細(xì)描述一同用于解釋本公開(kāi)內(nèi)容的原理。
[0010]圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式的熱處理裝置的圖。
[0011]圖2是示出圖1的控制部分的結(jié)構(gòu)的圖。
[0012]圖3是示出說(shuō)明本實(shí)施方式的層疊膜的形成方法的制程的圖。
[0013]圖4是示出N20的供給量與SiON膜的拉伸應(yīng)力關(guān)系的圖。[0014]圖5是示出N20的供給量與Η3Ρ04中的蝕刻速率的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]現(xiàn)將具體參考各種實(shí)施方式，附圖中示出其實(shí)例。在以下詳細(xì)說(shuō)明中，為了提供對(duì)本公開(kāi)內(nèi)容的深入理解而闡述了許多具體細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下，本公開(kāi)內(nèi)容也可實(shí)施。在其他情況下，未詳細(xì)描述公知的方法、步驟、系統(tǒng)和組分，以免不必要地模糊各實(shí)施方式的方面。
[0016]以下，對(duì)于本發(fā)明的層疊膜的形成方法及其形成裝置進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明的層疊膜的形成方法及其形成裝置是形成氮氧化硅膜與氧化硅膜的層疊膜(SiON/SiO層疊膜)的方法以及裝置。在本實(shí)施方式中，作為層疊膜的形成裝置，以使用圖1中示出的間歇式的垂直熱處理裝置的情況為例來(lái)說(shuō)明。
[0017]如圖1所示，熱處理裝置1具備長(zhǎng)度方向沿垂直方向設(shè)置的大致圓筒狀的反應(yīng)管
2。反應(yīng)管2具有由內(nèi)管3和覆蓋內(nèi)管3且形成為與內(nèi)管3有一定間隔的有頂部的外管4構(gòu)成的雙重管結(jié)構(gòu)。內(nèi)管3以及外管4是由耐熱和耐腐蝕性?xún)?yōu)異的材料、例如石英形成的。
[0018]在外管4的下方配置有由形成為筒狀的不銹鋼(SUS)形成的歧管5。歧管5與外管4的下端密封地連接。此外，內(nèi)管3從歧管5的內(nèi)壁突出，且被與歧管5形成為一體的支撐環(huán)6支撐。
[0019]在歧管5的下方配置蓋體7，利用晶舟升降機(jī)(boat elevator)8而使蓋體7為可上下活動(dòng)的構(gòu)成。并且，利用晶舟升降機(jī)8使蓋體7上升時(shí)，歧管5的下方側(cè)(爐口部分)封閉，利用晶舟升降機(jī)8使蓋體7下降時(shí)，歧管5的下方側(cè)(爐口部分)打開(kāi)。
[0020]在蓋體7上載置有例如由石英形成的晶圓舟9。晶圓舟9為可在垂直方向上隔著規(guī)定的間隔容納多片被處理體、例如半導(dǎo)體晶圓10的構(gòu)成。
[0021]以包圍反應(yīng)管2的方式在反應(yīng)管2的周?chē)O(shè)置有隔熱體11。在隔熱體11的內(nèi)壁面設(shè)置有例如由電阻發(fā)熱元件形成的升溫用加熱器12。利用該升溫用加熱器12，反應(yīng)管2的內(nèi)部被加熱到規(guī)定的溫度，其結(jié)果，半導(dǎo)體晶圓10被加熱到規(guī)定的溫度。
[0022]在歧管5的側(cè)面，貫穿(連接)有多個(gè)處理氣體導(dǎo)入管13。需要說(shuō)明的是，圖1中僅畫(huà)出1個(gè)處理氣體導(dǎo)入管13。處理氣體導(dǎo)入管13配置成面向內(nèi)管3內(nèi)。例如，如圖1所示，處理氣體導(dǎo)入管13貫穿在比支撐環(huán)6更靠下方(內(nèi)管3的下方)的歧管5的側(cè)面。
[0023]處理氣體導(dǎo)入管13經(jīng)由未圖示的質(zhì)量流量控制器等連接于未圖示的處理氣體供給源。因此，從處理氣體供給源經(jīng)由處理氣體導(dǎo)入管13向反應(yīng)管2內(nèi)供給期望的量的處理氣體。作為從處理氣體導(dǎo)入管13供給的處理氣體，例如可列舉出將層疊膜成膜的成膜用氣體、在成膜時(shí)使反應(yīng)管2內(nèi)處于氫氣(H2)氣氛下的氫氣、在成膜后使反應(yīng)管2內(nèi)處于氫氣(h2)和氧氣(02)氣氛下的氫氣以及氧氣等。作為成膜用氣體，在構(gòu)成層疊膜的氮氧化娃膜(SiON)的情況下，可列舉出作為硅源的二氯硅烷(DCS)、作為氮化劑的氨氣(NH3)、作為氧化劑的一氧化二氮(N20)等。在構(gòu)成層疊膜的氧化硅膜(S10)的情況下，可列舉出作為硅源的二氯硅烷(DCS )、作為氧化劑的一氧化二氮(N20 )等。
[0024]在歧管5的側(cè)面設(shè)置有用于排放反應(yīng)管2內(nèi)的氣體的排氣口 14。排氣口 14設(shè)置在比支撐環(huán)6更靠上方，連通于反應(yīng)管2內(nèi)的內(nèi)管3與外管4之間形成的空間。并且，在內(nèi)管3中產(chǎn)生的廢氣等經(jīng)過(guò)內(nèi)管3與外管4之間的空間在排氣口 14排放。[0025]在歧管5的側(cè)部的排氣口 14的下方，貫穿有吹掃氣體供給管15。吹掃氣體供給管15連接有未圖示的吹掃氣體供給源，從吹掃氣體供給源經(jīng)由吹掃氣體供給管15向反應(yīng)管2內(nèi)供給期望的量的吹掃氣體、例如氮?dú)狻?br> [0026]在排氣口 14上密封地連接有排氣管16。在排氣管16上，自其上游側(cè)設(shè)置有閥17和真空泵18。閥17調(diào)節(jié)排氣管16的開(kāi)度，將反應(yīng)管2內(nèi)的壓力控制為規(guī)定的壓力。真空泵18經(jīng)由排氣管16排放反應(yīng)管2內(nèi)的氣體，并且調(diào)節(jié)反應(yīng)管2內(nèi)的壓力。
[0027]需要說(shuō)明的是，在排氣管16上設(shè)置有未圖示的凝氣閥(trap)、洗漆器(scrubber)等，以將從反應(yīng)管2排放的廢氣無(wú)害化之后再排放到熱處理裝置I外的方式來(lái)構(gòu)成。
[0028]此外，熱處理裝置I具備控制裝置各部分的控制部100。圖2中示出控制部100的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，控制部分100中連接有操作面板121、溫度傳感器(組)122、壓力計(jì)(組)123、加熱器控制器124、質(zhì)量流量控制器(MFC =Mass Flow Controller)控制部125、閥控制部126等。
[0029]操作面板121具備顯示畫(huà)面和操作按鈕，并向控制部100傳達(dá)操作者的操作指示，另外，在顯示畫(huà)面中顯示來(lái)自控制部100的各種信息。
[0030]溫度傳感器(組)122測(cè)定反應(yīng)管2內(nèi)、處理氣體導(dǎo)入管13內(nèi)、排氣管16內(nèi)等各部分的溫度，并向控制部100報(bào)告其測(cè)定值。壓力計(jì)(組)123測(cè)定反應(yīng)管2內(nèi)、處理氣體導(dǎo)入管13內(nèi)、排氣管16內(nèi)等各部分的壓力，并向控制部100報(bào)告其測(cè)定值。
[0031]加熱器控制器124用于分別控制升溫用加熱器12，響應(yīng)來(lái)自控制部100的指示，對(duì)它們通電而將它們加熱，另外，分別測(cè)定它們的功耗，向控制部100報(bào)告。
[0032]MFC控制部分125控制設(shè)置于處理氣體導(dǎo)入管13和吹掃氣體供給管15的未圖示的MFC，使在它們中流通的氣體的流量為由控制部100指示的量，并且測(cè)定實(shí)際流通的氣體的流量，向控制部100報(bào)告。
[0033]閥控制部分126控制配置于各管的閥的開(kāi)度為由控制部100指示的值。
[0034]控制部100 由制程存儲(chǔ)部 lll、R0M(Read Only Memory ) 112 > RAM (Random AccessMemory) 113、I/0 端口(Input/Output Port) 114、CPU (Central Processing Unit) 115 和將它們相互連接的總線(xiàn)116構(gòu)成。
[0035]制程存儲(chǔ)部111中存儲(chǔ)有安裝用制程和多種的工藝用制程。熱處理裝置I在制造最初僅存儲(chǔ)安裝用制程。安裝用制程在生成對(duì)應(yīng)各熱處理裝置的熱模型等時(shí)實(shí)行。工藝用制程是用戶(hù)實(shí)際進(jìn)行的各熱處理(工藝)中準(zhǔn)備的制程，例如，對(duì)從向反應(yīng)管2裝載半導(dǎo)體晶圓10開(kāi)始直至卸載處理完成的半導(dǎo)體晶圓10為止的、各部分的溫度變化、反應(yīng)管2內(nèi)的壓力變化、處理氣體的供給的開(kāi)始以及停止的時(shí)機(jī)和供給量等進(jìn)行規(guī)定。
[0036]ROMl 12 由 EEPROM (帶電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器，Electrically ErasableProgrammable Read Only Memory)、閃存、硬盤(pán)等構(gòu)成,是存儲(chǔ)CPUl 15的動(dòng)作程序等的記錄介質(zhì)。RAM113作為CPU115的工作區(qū)域等發(fā)揮作用。
[0037]1/0端口 114連接于操作面板121、溫度傳感器(組)122、壓力計(jì)(組)123、加熱器控制器124、MFC控制部125、閥控制部126等，控制數(shù)據(jù)、信號(hào)的輸入/輸出。
[0038]CPUl 15構(gòu)成控制部100的中樞，實(shí)行存儲(chǔ)在ROMl 12中的控制程序，遵循來(lái)自操作面板121的指示，按照制程存儲(chǔ)部111中存儲(chǔ)的制程(工藝用制程)來(lái)控制熱處理裝置I的動(dòng)作。即，CPUl 15使溫度傳感器(組)122、壓力計(jì)(組)123、MFC控制部125等測(cè)定反應(yīng)管2內(nèi)、處理氣體導(dǎo)入管13內(nèi)以及排氣管16內(nèi)的各部分的溫度、壓力、流量等，并基于該測(cè)定數(shù)據(jù)向加熱器控制器124、MFC控制部125、閥控制部126等輸出控制信號(hào)等，控制上述各部分以使其遵循工藝用制程?？偩€(xiàn)116在各部分之間傳遞信息。
[0039]接著，對(duì)于使用構(gòu)成為如以上那樣的熱處理裝置1的層疊膜的形成方法進(jìn)行說(shuō)明。在以下的說(shuō)明中，構(gòu)成熱處理裝置1的各部分的動(dòng)作被控制部分100 (CPU115)控制。此外，各處理中的反應(yīng)管2內(nèi)的溫度、壓力、氣體的流量等如前述那樣，通過(guò)控制部100(CPU115)控制加熱器控制器124 (升溫用加熱器12)、MFC控制部125、閥控制部126等而設(shè)定為遵循例如圖3所示那樣的制程的條件。需要說(shuō)明的是，在本實(shí)施方式中，對(duì)于如圖3所示那樣重復(fù)下述的工序形成層疊膜的方法進(jìn)行說(shuō)明，所述工序使用DCS作為硅源、使用N20作為氧化劑形成氧化硅膜(S10膜)，然后使用硅源DCS、作為氮化劑的NH3、作為氧化劑的N20形成氮氧化硅膜(SiON膜)。
[0040]首先，如圖3的(a)所示，將反應(yīng)管2 (內(nèi)管3)內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的溫度。此外，如圖3的(c)所示，從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3 (反應(yīng)管2)內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)?。接著，將容納有半導(dǎo)體晶圓10的晶圓舟9載置于蓋體7上。并且，利用晶舟升降機(jī)8使蓋體7上升，將半導(dǎo)體晶圓10 (晶圓舟9)裝載在反應(yīng)管2內(nèi)(裝載工序)。
[0041]接著，如圖3的(c)所示，從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)猓⑶覍⒎磻?yīng)管2內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的溫度，例如，如圖3的(a)所示那樣設(shè)定為785°C。此外，將反應(yīng)管2內(nèi)的氣體排出，將反應(yīng)管2減壓至規(guī)定的壓力，例如，如圖3的(b)所示那樣減壓至250Pa (1.88Torr)。并且，使反應(yīng)管2內(nèi)在該溫度和壓力下穩(wěn)定(穩(wěn)定化工序)。
[0042]在此，反應(yīng)管2內(nèi)的溫度優(yōu)選為600°C?1000°C，進(jìn)一步優(yōu)選為700°C?900°C。此外，反應(yīng)管2內(nèi)的壓力優(yōu)選為1.33Pa?1330Pa (0.0lTorr?lOTorr)、進(jìn)一步優(yōu)選為13.3Pa?665Pa(0.1Torr?5Torr)。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)使S10膜形成工序中的反應(yīng)管2內(nèi)的溫度和壓力處于該范圍，能夠使S10膜(氧化硅膜)更均勻地成膜。
[0043]反應(yīng)管2內(nèi)在規(guī)定的壓力和溫度下穩(wěn)定時(shí)，停止從吹掃氣體供給管15供給氮?dú)?。并且，如圖3的(d)所示，從處理氣體導(dǎo)入管13向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的成膜用氣體，例如，如圖3的(d)所示那樣供給0.175slm作為硅源的DCS并且如圖3的(e)所示那樣供給
0.175slm作為氧化劑的N20。由此，在半導(dǎo)體晶圓10的表面上形成S10膜。
[0044]在半導(dǎo)體晶圓10上形成規(guī)定量的S10膜時(shí)，停止從處理氣體導(dǎo)入管13供給成膜用氣體。接著，如圖3的(c)所示，從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)?，并且將反?yīng)管2內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的溫度，例如，如圖3的(a)所示那樣設(shè)定為785°C。此外，將反應(yīng)管2內(nèi)的氣體排出，將反應(yīng)管2減壓至規(guī)定的壓力，例如，如圖3的(b)所示那樣減壓至60Pa (0.45Torr)。并且，使反應(yīng)管2內(nèi)在該溫度和壓力下穩(wěn)定(吹掃/穩(wěn)定化工序)。
[0045]在此，反應(yīng)管2內(nèi)的溫度優(yōu)選為600°C?1000°C、進(jìn)一步優(yōu)選為700°C?900°C。此外，反應(yīng)管2內(nèi)的壓力優(yōu)選為1.33Pa?1330Pa (0.0lTorr?lOTorr)、進(jìn)一步優(yōu)選為
13.3Pa?665Pa (0.1Torr?5Torr)。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)使SiON膜形成工序中的反應(yīng)管2內(nèi)的溫度和壓力處于該范圍，能夠使SiON膜(氮氧化硅膜)更均勻地成膜。
[0046]反應(yīng)管2內(nèi)在規(guī)定的壓力和溫度下穩(wěn)定時(shí)，停止從吹掃氣體供給管15供給氮?dú)?。并且，從處理氣體導(dǎo)入管13向反應(yīng)管2內(nèi)供給規(guī)定量的成膜用氣體，例如，如圖3的(d)所示那樣供給0.75slm作為硅源的DCS并且如圖3的(f)所示那樣供給0.125slm作為氮化劑的NH3。進(jìn)而，如圖3的(e)所示那樣供給0.05slm作為氧化劑的N2O (SiON膜形成工序)。由此,在SIO膜(氧化硅膜)上形成SiON膜(氮氧化硅膜)。
[0047]這樣，在SiON膜形成工序中，除了供給作為氮化劑的NH3以外，還供給作為氧化劑的N2O,因此可在形成的膜中添加氧、緩和膜的拉伸應(yīng)力。因此，即便將在SIO膜形成工序中形成的SIO膜和在SiON膜形成工序中形成的SiON膜進(jìn)行高層疊，也能夠抑制裂紋的產(chǎn)生。進(jìn)而，可以加快形成的SiON膜的蝕刻速率，例如能夠增大用H3PO4除去層疊膜中的SiON膜時(shí)與SIO膜的選擇比。
[0048]在此，N2O的供給量?jī)?yōu)選為DCS (硅源)的供給量的0.01倍?10倍、進(jìn)一步優(yōu)選為
0.05倍?8倍、最優(yōu)選為0.07倍?5倍。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)使N2O的供給量處于該范圍，可在形成的膜中添加微量的氧、緩和SiON膜的拉伸應(yīng)力。
[0049]此外，形成的SiON膜的折射率優(yōu)選為1.85?2.00或者2.03?2.15、更優(yōu)選為
1.90?1.95或者2.05?2.10。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)使SiON膜的折射率處于該范圍，能夠增快形成的SiON膜的蝕刻速率，并且能夠緩和SiON膜的拉伸應(yīng)力。
[0050]在SIO膜上形成規(guī)定量的SiON膜時(shí)，停止從處理氣體導(dǎo)入管13供給成膜用氣體。接著，如圖3的(c)所示，從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)?，將反?yīng)管2內(nèi)的氣體排出(吹掃工序)。
[0051]接著，再次重復(fù)穩(wěn)定化工序/SIO膜形成工序、吹掃/穩(wěn)定化工序、SiON膜形成工序、吹掃工序，形成期望的層疊膜。期望的層疊膜形成時(shí)，如圖3的(c)所示那樣從吹掃氣體供給管15向內(nèi)管3內(nèi)供給規(guī)定量的氮?dú)?，并且如圖3的(a)所示那樣將反應(yīng)管2內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的溫度。此外，將反應(yīng)管2內(nèi)的氣體排出并將反應(yīng)管2恢復(fù)至常壓。并且，利用晶舟升降機(jī)8使蓋體7下降，從而從反應(yīng)管2內(nèi)卸載半導(dǎo)體晶圓10 (晶圓舟9)(卸載工序)。由此，層疊膜的形成結(jié)束。
[0052]接著，為了確認(rèn)本發(fā)明的層疊膜的形成方法的效果，在配置于反應(yīng)管2的上部(TOP)、中央(CTR)、下部(BTM)的半導(dǎo)體晶圓10上形成SiON膜，并測(cè)定形成的SiON膜的
拉伸應(yīng)力(GPa)和H3PO4中的濕法蝕刻速率(Λ/min )s需要說(shuō)明的是，成膜條件是使反應(yīng)管2內(nèi)為780°C、40Pa (0.3Torr)，供給125slm的DCS、750slm的NH3作為成膜用氣體，并且使N2O的供給量變化為O (比較例l)、125slm (實(shí)施例l)、250slm (實(shí)施例2)、500slm (實(shí)施例3)。在圖4中示出N2O的供給量和SiON膜的拉伸應(yīng)力的關(guān)系，圖5中示出N2O的供給量和H3PO4中的蝕刻速率的關(guān)系。
[0053]如圖4所示，在SiON膜的形成中，通過(guò)在作為氮化劑的NH3的基礎(chǔ)上加入作為氧化劑的N2O,能夠緩和形成的SiON膜的拉伸應(yīng)力。具體而言，可確認(rèn)到相對(duì)于比較例I的SiN膜，實(shí)施例3的SiON膜中降低約26%的拉伸應(yīng)力。此外，可確認(rèn)到如圖5所示，形成的SiON膜的H3PO4中的蝕刻速率增大。具體而言,可確認(rèn)到相對(duì)于比較例I的SiN膜，實(shí)施例3的SiON膜中H3PO4中的蝕刻速率增大為約2倍。
[0054]如以上說(shuō)明的那樣，根據(jù)本實(shí)施方式，在SiON膜的形成中，在作為氮化劑的NH3的基礎(chǔ)上供給作為氧化劑的N2O,因此能夠緩和形成的SiON膜的拉伸應(yīng)力。因此，即便將在SIO膜形成工序中形成的SIO膜和SiON膜形成工序中形成的SiON膜進(jìn)行高層疊，也能夠抑制裂紋的產(chǎn)生。此外，能夠增大形成的SiON膜的蝕刻速率，能夠增大用H3PO4除去層疊膜中的SiON膜時(shí)與SIO膜的選擇比。[0055]需要說(shuō)明的是，本發(fā)明并不限于上述的實(shí)施方式，可進(jìn)行各種變形、應(yīng)用。以下，對(duì)于本發(fā)明中可應(yīng)用的其它實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0056]在上述實(shí)施方式中，以在SIO膜形成工序中使用作為硅源的DCS、作為氧化劑的N2O形成SIO膜的情況作為例子說(shuō)明了本發(fā)明，但也可以例如在作為硅源的DCS、作為氧化劑的N2O的基礎(chǔ)上供給氫氣(H2)，使反應(yīng)管2內(nèi)處于氫氣氣氛下(H2氣氛下)。此時(shí)，使反應(yīng)管2內(nèi)處于氫氣氣氛下(H2氣氛下)，因此在形成于半導(dǎo)體晶圓10的表面的SIO膜中不易含有氫原子、氯原子。因此，能夠提高氧化硅膜的耐蝕刻性并且不會(huì)對(duì)裝置性能造成不良影響。
[0057]在此，氫氣的供給量?jī)?yōu)選為DCS (硅源)的供給量的0.5倍?10倍、進(jìn)一步優(yōu)選為
0.8倍?5倍。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)使氫氣的供給量處于該范圍，形成的氧化硅膜中不易含有氫原子、氯原子，進(jìn)一步提高氧化硅膜的耐蝕刻性并且不會(huì)對(duì)裝置性能造成不良影響。氫氣的供給量最優(yōu)選為DCS的供給量的I倍?2.5倍。這是由于增加氫氣的供給量時(shí)，雖然能夠減少膜中的氯原子，但有SIO膜的成膜速率降低的擔(dān)心。
[0058]此外，也可以通過(guò)SIO膜形成工序形成SIO膜，然后向反應(yīng)管2內(nèi)供給氫氣和氧氣而使反應(yīng)管2內(nèi)處于氫氣和氧氣氣氛下(H2+02氣氛下)。通過(guò)使反應(yīng)管2內(nèi)處于H2+02氣氛下，在形成于半導(dǎo)體晶圓10的表面的SIO膜中不易含有氮原子等。因此，能夠減慢SIO膜的蝕刻速率(提高耐蝕刻性)，例如，能夠增大用H3PO4除去層疊膜中的SiON膜時(shí)與SIO膜的選擇比。
[0059]在此，氫氣以及氧氣的供給量?jī)?yōu)選為DCS (硅源)的供給量的0.5倍?10倍、進(jìn)一步優(yōu)選為0.8倍?5倍、最優(yōu)選為I倍?2.5倍。此外，氧氣(O2)和氫氣(H2)的供給量之比優(yōu)選為1.2:1?3:1、進(jìn)一步優(yōu)選為1.5:1?2:1。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)使氫氣和氧氣的供給量處于該范圍，形成的SIO膜中不易含有氮原子等，進(jìn)一步提高SIO膜的耐蝕刻性，并且不會(huì)對(duì)裝置性能造成不良影響。
[0060]這樣，優(yōu)選的是，在SIO膜形成工序中，通過(guò)以下4種的至少I(mǎi)種方法來(lái)形成:(I)使用本實(shí)施方式的DCS和N2O形成SIO膜的情況，(2)在DCS、N2O和H2氣氛下形成SIO膜的情況、(3)通過(guò)(I)形成SIO膜，然后處于H2+02氣氛下的情況、(4)通過(guò)(2)形成SIO膜，然后處于H2+02氣氛下的情況。
[0061]此外，對(duì)于多次重復(fù)SIO膜形成工序和SiON膜形成工序而形成層疊膜的方法中的多次重復(fù)的SIO膜形成工序而言，并不限于通過(guò)上述4種方法中的I種方法來(lái)形成SIO膜的情況，也可通過(guò)多種方法來(lái)形成SIO膜。例如，在多次重復(fù)的SIO膜形成工序中，也可以最初的數(shù)次通過(guò)(I)的方法來(lái)形成SIO膜、然后通過(guò)(2)的方法來(lái)形成SIO膜。此外，也可以按最初的數(shù)次通過(guò)(I)的方法來(lái)形成Sio膜、接著的數(shù)次通過(guò)(2)的方法來(lái)形成SIO膜、接著的數(shù)次通過(guò)(3)的方法來(lái)形成SIO膜、接著的數(shù)次通過(guò)(4)的方法來(lái)形成SIO膜的方式，以(I)?(4)的順序重復(fù)多次而形成層疊膜。
[0062]在上述實(shí)施方式中，以使用DCS作為硅源、使用氨氣作為氮化劑、使用作為氧化劑的N2O的情況為例說(shuō)明了本發(fā)明，但只要是能夠形成構(gòu)成層疊膜的SiON膜和SIO膜(SiO2膜)的物質(zhì)即可，例如，作為硅源，可以使用四氯硅烷、三氯硅烷、六氯乙硅烷(Hexachlorodisi lane, HCD)。此外,作為氮化劑,可以使用氮?dú)?N2)。進(jìn)而,作為氧化劑，可以使用一氧化氮(NO)、二氧化氮(N02)、臭氧(03)。[0063]在上述實(shí)施方式中，將使用雙重管結(jié)構(gòu)的間歇式垂直熱處理裝置作為層疊膜的形成裝置的情況做為例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但例如也可將本發(fā)明應(yīng)用于單管結(jié)構(gòu)的間歇式熱處理裝置。
[0064]本發(fā)明的實(shí)施方式中的控制部100不使用專(zhuān)用的系統(tǒng)，可使用通常的電腦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。例如，能夠通過(guò)在通用的電腦中從儲(chǔ)存有用于實(shí)施上述處理的程序的記錄介質(zhì)(軟盤(pán)、CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory)等)安裝該程序,來(lái)構(gòu)成實(shí)行上述的處理的控制部100。
[0065]而且，用于供給這些程序的手段是任意的。除了可經(jīng)由如上述那樣規(guī)定的記錄介質(zhì)來(lái)供給以外，也可經(jīng)由例如通信線(xiàn)路、通信網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)等來(lái)供給。此時(shí)，例如，也可以在通信網(wǎng)絡(luò)的公告板(BBS bulletin Board System)中公告該程序,經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)將其疊加于載波來(lái)提供。并且，啟動(dòng)這樣提供的程序，在OS (Operating System)的控制下與其它的應(yīng)用程序程序同樣地實(shí)行，由此能夠?qū)嵭猩鲜龅奶幚怼?br> [0066]本發(fā)明在層疊膜的形成方法及其形成裝置中是有用的。
[0067]根據(jù)本發(fā)明，可以提供能夠抑制裂紋產(chǎn)生的層疊膜的形成方法及其形成裝置。
[0068]雖然已描述了特定的實(shí)施方式，但這些實(shí)施方式僅用于舉例說(shuō)明，并不意欲限制本公開(kāi)內(nèi)容的范圍。的確，此處所述的新方法和設(shè)備可以以各種形式呈現(xiàn)。此外，在不偏離本公開(kāi)內(nèi)容的精神下，可對(duì)此處所述實(shí)施方式的形式進(jìn)行各種省略、替代和改變。所附權(quán)利要求及其等同物意欲覆蓋這些形式或修改，從而使其落入本公開(kāi)內(nèi)容的范圍和精神內(nèi)。
[0069]本公開(kāi)內(nèi)容基于在2012年9月19日申請(qǐng)的日本專(zhuān)利申請(qǐng)第2012-205788號(hào)提出的優(yōu)先權(quán)，該日本申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此作為參照文獻(xiàn)而并入。
【權(quán)利要求】
1.一種層疊膜的形成方法，其包括如下工序: 在容納于反應(yīng)室內(nèi)的多片被處理體上形成氧化硅膜的氧化硅膜形成工序，和 向所述反應(yīng)室內(nèi)供給硅源、氮化劑和氧化劑、在所述多片被處理體上形成氮氧化硅膜的氮氧化硅膜形成工序； 該方法具備如下步驟:重復(fù)所述氧化硅膜形成工序以及所述氮氧化硅膜形成工序，在所述多片被處理體上形成所述氧化硅膜和所述氮氧化硅膜的層疊膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊膜的形成方法，其中，在形成所述層疊膜的步驟中的所述氧化硅膜形成工序中，使用如下的至少I(mǎi)種工序，在所述多片被處理體上形成氧化硅膜: Ca)向所述反應(yīng)室內(nèi)供給硅源和氧化劑的工序， (b)在向所述反應(yīng)室內(nèi)供給氫氣而使該反應(yīng)室內(nèi)處于氫氣氣氛下的狀態(tài)向該反應(yīng)室內(nèi)供給硅源和氧化劑的工序， (c)向所述反應(yīng)室內(nèi)供給硅源和氧化劑，在所述多片被處理體上形成氧化硅膜，然后向 所述反應(yīng)室內(nèi)供給氫氣和氧氣而使該反應(yīng)室內(nèi)處于氫氣和氧氣氣氛下的工序，以及 (d)在向所述反應(yīng)室內(nèi)供給氫氣而使該反應(yīng)室內(nèi)處于氫氣氣氛下的狀態(tài)向該反應(yīng)室內(nèi)供給硅源和氧化劑，在所述多片被處理體上形成氧化硅膜，然后向所述反應(yīng)室內(nèi)供給氫氣和氧氣而使該反應(yīng)室內(nèi)處于氫氣和氧氣氣氛下的工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的層疊膜的形成方法，其中，在形成所述層疊膜的步驟中的所述氧化硅膜形成工序中，將所述(a)~(d)工序依次重復(fù)多次，在所述多片被處理體上形成所述氧化硅膜和所述氮氧化硅膜的層疊膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊膜的形成方法，其中，在所述氮氧化硅膜形成工序中，供給所述硅源的0.01倍~10倍的所述氧化劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊膜的形成方法，其中，在所述氮氧化硅膜形成工序中，所述氧化劑中使用一氧化二氮。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊膜的形成方法，其中，在所述氧化硅膜形成工序以及所述氮氧化硅膜形成工序中，將所述反應(yīng)室內(nèi)的溫度維持在600°C~1000°C。
7.一種層疊膜的形成裝置，其具備如下的單元: 向容納有多片被處理體的反應(yīng)室內(nèi)供給氧化硅膜形成用氣體的氧化硅膜形成用氣體供給單元， 向所述反應(yīng)室內(nèi)供給硅源、氮化劑和氧化劑的氮氧化硅膜形成用氣體供給單元，和 控制所述氧化硅膜形成用氣體供給單元以及所述氮氧化硅膜形成用氣體供給單元的控制單元， 所述控制單元重復(fù)進(jìn)行如下工序，在所述多片被處理體上形成所述氧化硅膜和所述氮氧化娃膜的層疊膜: 控制所述氧化硅膜形成用氣體供給單元，向所述反應(yīng)室內(nèi)供給氧化硅膜形成用氣體，由此在所述多片被處理體上形成氧化硅膜的工序，和 控制所述氮氧化硅膜形成用氣體供給單元，向所述反應(yīng)室內(nèi)供給硅源、氮化劑和氧化劑，由此在所述多片被處理體上形成氮氧化硅膜的工序。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的層疊膜的形成裝置，其還具備向所述反應(yīng)室內(nèi)供給氫氣的氫氣供給單元，和向所述反應(yīng)室內(nèi)供給氫氣和氧氣的氫氣和氧氣供給單元，所述控制單元在形成所述氧化硅膜的工序中，使用如下的至少1種工序，在所述多片被處理體上形成氧化硅膜，(a)控制所述氧化硅膜形成用氣體供給單元，向所述反應(yīng)室內(nèi)供給硅源和氧化劑的工序，(b)控制所述氫供給單元以及所述氧化硅膜形成用氣體供給單元，在向所述反應(yīng)室內(nèi)供給氫氣而使該反應(yīng)室內(nèi)處于氫氣氣氛下的狀態(tài)向該反應(yīng)室內(nèi)供給娃源和氧化劑的工序，(c)控制所述氧化硅膜形成用氣體供給單元，向所述反應(yīng)室內(nèi)供給硅源和氧化劑，在所述多片被處理體上形成氧化硅膜，然后控制所述氫氣和氧氣供給單元，向所述反應(yīng)室內(nèi)供給氫氣和氧氣而使該反應(yīng)室內(nèi)處于氫氣和氧氣氣氛下的工序，以及，(d)控制所述氫氣供給單元和所述氧化硅膜形成用氣體供給單元，在向所述反應(yīng)室內(nèi)供給氫氣而使該反應(yīng)室內(nèi)處于氫氣氣氛下的狀態(tài)向該反應(yīng)室內(nèi)供給娃源和氧化劑，在所述多片被處理體上形成氧化硅膜，然后控制所述氫氣和氧氣供給單元，向所述反應(yīng)室內(nèi)供給氫氣和氧氣而使該反應(yīng) 室內(nèi)處于氫氣和氧氣氣氛下的工序。
【文檔編號(hào)】H01L21/316GK103681307SQ201310432378
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月19日
【發(fā)明者】大部智行, 黑川昌毅, 入宇田啟樹(shù) 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社