氮化膜成膜方法技术

本发明专利技术的目的是提供能够在不对基板给予损害的情况下在基板上形成优质的氮化膜的氮化膜成膜方法。并且，本发明专利技术的氮化膜成膜方法包括：介由气体供给口(11)将硅烷系气体供给至处理室(10)内的步骤(a)；从自由基产生器(20)介由自由基气体通过口(25)将氮自由基气体(7)供给至处理室(10)内的步骤(b)；和在不使处理室(10)内产生等离子体现象的情况下，使上述步骤(a)中供给的硅烷系气体与上述步骤(b)中供给的氮自由基气体反应，在晶片(1)上形成氮化膜的步骤(c)。

Film forming method of nitriding film

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化膜成膜方法
本专利技术涉及形成硅氮化膜等氮化膜的氮化膜成膜方法。
技术介绍
氮化膜被用于半导体或其他各种用途中，特别是在半导体领域硅氮化膜除了被用于栅极绝缘膜以外，还被用于金属与其他膜之间的阻挡膜或各种膜。由于作为被使用的理由，具有以下特征：在作为栅极绝缘膜使用的情况下，与以往主要使用的氧化膜相比绝缘性能优异，在作为阻挡膜使用的情况下，利用蚀刻的耐性良好、在金属中不易扩散等具有制造工序中的优越性，因此被广泛使用。在基板上形成硅氮化膜的情况下，使用热CVD(ChemicalVaporDeposition；化学气相沉积)装置、光CVD装置或等离子体CVD装置、热ALD(AtomicLayerDeposition；原子层沉积法)装置、等离子体ALD装置。特别是等离子体CVD及等离子体ALD装置被经常使用。例如，与热/光CVD装置、热/光ALD装置相比，等离子体CVD及等离子体ALD装置具有能够降低成膜温度、并且成膜速度高、能够进行短时间的成膜处理等优点。需要说明的是，作为采用了通过热氮化来形成氮化膜的热氮化方法的现有技术，有例如专利文献1中公开的半导体装置的制造方法，作为采用了使用等离子体处理来形成氮化膜的等离子体氮化方法的现有技术，有例如专利文献2中公开的等离子体处理装置。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2013-8794号公报专利文献2：日本特开2015-5780号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题在氮化膜形成对象的基板上形成硅氮化膜的情况下，一般采用将硅烷系气体(由包含硅和氢的化合物构成的气体)和氮化源供给到处理室中来形成氮化膜的方法。作为形成氮化膜的方法，如上所述，可列举出利用热处理的热氮化方法(专利文献1)、使用了等离子体的等离子体氮化方法(专利文献2)等。然而，在使用热氮化方法来形成氮化膜的情况下，需要将成为氮化膜形成对象的基板的晶片的温度或处理温度暴露在800℃左右的高温下，氮化膜或前工序中形成的膜的设备特性因热而劣化的可能性高。因此，存在无法在不对包含前工序中形成的膜的晶片给予损害的情况下形成优质的氮化膜这样的问题。另一方面，在使用等离子体氮化方法来形成氮化膜的情况下，由于将处理温度设定为500℃左右，在氮化膜形成对象的基板附近产生了等离子体，所以在基板跟前物质发生反应而形成优质的氮化膜，但另一方面，基板因等离子体或离子而受到损害，损害在基板中积蓄的可能性高。因此，与热氮化方法同样存在无法在不对氮化膜形成对象的基板给予损害的情况下形成优质的氮化膜这样的问题。像这样，使用以往的氮化膜成膜方法即热氮化方法及等离子体氮化方法中的任一者，均存在无法避免在制造时因热或等离子体对基板给予较多损害这样的问题。另外，以往一般使用氨那样的气体作为氮化源来形成氮化膜。然而，在使用了氨作为氮化源的情况下，具有下述问题：氮原子与氢原子的比率被固定，在不想使用氢分子的工序中无法使用，另外在想要控制氢量的情况下，无法增减氢量。本专利技术中，目的是解决上述那样的问题，提供能够在不对氮化膜形成对象的基板给予损害的情况下在基板上形成优质的氮化膜的氮化膜成膜方法。用于解决课题的手段该专利技术的权利要求1所述的氮化膜成膜方法是在配置于处理室内的基板上形成氮化膜的氮化膜成膜方法，其包括：(a)将硅烷系气体供给至上述处理室的步骤；(b)将氮自由基气体供给至上述处理室的步骤；和(c)在不使上述处理室内产生等离子体现象的情况下，使上述步骤(a)中供给的硅烷系气体与上述步骤(b)中供给的氮自由基气体反应，在上述基板上形成氮化膜的步骤。专利技术效果该专利技术中的氮化膜成膜方法由于在步骤(c)中在不使处理室内产生等离子体现象的情况下在基板上形成氮化膜，因此在执行步骤(c)时能够避免由等离子体现象引起的对基板的损害而形成优质的氮化膜。进而，由于在步骤(b)中将富有反应性的氮自由基气体供给至处理室，所以能够在不使用在800℃左右的高温下进行的热氮化方法的情况下在基板上形成氮化膜。因此，在执行步骤(c)时，能够避免氮化膜或前工序中形成的膜的设备特性因热而劣化的现象并形成优质的氮化膜。该专利技术的目的、特征、方面及优点通过以下的详细的说明和所附附图变得更清楚。附图说明图1是表示执行该专利技术的实施方式1即氮化膜成膜方法的成膜装置的概略构成的说明图。图2是示意性表示图1中所示的自由基产生器的内部构成的说明图。图3是表示执行该专利技术的实施方式2即氮化膜成膜方法的成膜装置的概略构成的说明图。图4是以表格形式表示与实施方式1及实施方式2的氮化膜成膜方法有关的实验时的处理条件的说明图。图5是以表格形式表示图4中所示的实施方式1及实施方式2的氮化膜成膜方法的实验结果(其一)的说明图。图6是表示图4中所示的实施方式1及实施方式2的氮化膜成膜方法的实验结果(其二)的图表。具体实施方式<实施方式1>图1是表示执行该专利技术的实施方式1即氮化膜成膜方法的成膜装置51的概略构成的说明图。如该图中所示的那样，成膜装置51通过处理室10和自由基产生器20构成，在处理室10的上表面上相邻配置有自由基产生器20。在载置于处理室10内的底面上的晶片载物台2上配置晶片1。该晶片1成为氮化膜形成对象的基板。处理室10从设置于高于晶片载物台2的配置位置的上部的气体供给口11接受硅烷系气体的供给，并介由设置于与晶片载物台2的配置位置相同程度的高度的下部的排出口16将处理室10内的气体排出。需要说明的是，所谓硅烷系气体是指由包含硅和氢的化合物构成的气体。向自由基产生器20介由气体供给口21供给纯氮气作为氮化源。并且，自由基产生器20利用电介体阻挡放电，将所供给的氮气6活化而生成氮自由基气体7，并介由设置于下表面(处理室10的上表面)的自由基气体通过口25将氮自由基气体7供给至处理室10内。图2是示意性表示自由基产生器20的内部构成的说明图。如该图中所示的那样，具有高电压侧电极构成部101、设置于高电压侧电极构成部101的下方的接地侧电极构成部102和对高电压侧电极构成部101及接地侧电极构成部102施加交流电压的高频电源5作为基本构成。高电压侧电极构成部101具有电介体电极111和形成于电介体电极111的上表面上的金属电极110，接地侧电极构成部102具有电介体电极121和形成于电介体电极121的下表面上的金属电极120。接地侧电极构成部102的金属电极120与接地水平连接，由高频电源5对高电压侧电极构成部101的金属电极110施加交流电压。需要说明的是，金属电极110在电介体电极111上整面或选择性地形成，金属电极120在电介体电极121下整面或选择性地形成。并且，通过施加高频电源5的交流电压，在电介体电极111及121相向的电介体空间内，包含金属电极110及120俯视重复的区域的区域被规定为放电空间。以上述的高电压侧电极构成部101、接地侧电极构成部102及高频电源5作为主要构成而构成图1中所示的自由基产生器20。在这样的构成的自由基产生器20中，通过利用高频电源5施加交流电压，在高电压侧电极构成部101与接地侧电极构成部102之间形成放电空间，若对该放电空间供给氮气6(氮分子)，则氮分子解离而能够得到自由基化的氮原子即氮自由基气体7。需要说明的是，如上所述，由于自由基产生器20利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化膜成膜方法，其是在配置于处理室(10)内的基板(1)上形成氮化膜的氮化膜成膜方法，其包括：(a)将硅烷系气体供给至所述处理室的步骤；(b)将氮自由基气体供给至所述处理室的步骤；和(c)在不使所述处理室内产生等离子体现象的情况下，使所述步骤(a)中供给的硅烷系气体与所述步骤(b)中供给的氮自由基气体反应，在所述基板上形成氮化膜的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氮化膜成膜方法，其是在配置于处理室(10)内的基板(1)上形成氮化膜的氮化膜成膜方法，其包括：(a)将硅烷系气体供给至所述处理室的步骤；(b)将氮自由基气体供给至所述处理室的步骤；和(c)在不使所述处理室内产生等离子体现象的情况下，使所述步骤(a)中供给的硅烷系气体与所述步骤(b)中供给的氮自由基气体反应，在所述基板上形成氮化膜的步骤。2.根据权利要求1所述的氮化膜成膜方法，其中，其进一步包括(d)将氢供给至所述处理室的步骤。3.根据权利要求1或权利要求2所述的氮化膜成膜方法，其特征在于，所述步骤(b)包含在不同于所述处理室的另外设...

【专利技术属性】
技术研发人员：西村真一，渡边谦资，山田义人，寺本章伸，诹访智之，志波良信，
申请(专利权)人：东芝三菱电机产业系统株式会社，国立大学法人东北大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP