混合气体供给装置、金属氮化膜的制造装置及金属氮化膜的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术的目的是提供一种成膜速度快且生产率优异的金属氮化膜的制造方法。提供一种金属氮化膜的制造方法，通过使用金属化合物原料和含氮化合物原料的化学气相生长法而在被处理基材的表面的至少一部分进行金属氮化膜的成膜，其中，含氮化合物原料包含肼和氨。含氮化合物原料包含肼和氨。含氮化合物原料包含肼和氨。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合气体供给装置、金属氮化膜的制造装置及金属氮化膜的制造方法


[0001]本专利技术涉及混合气体供给装置、金属氮化膜的制造装置及金属氮化膜的制造方法。

技术介绍

[0002]金属氮化膜由于其物理、化学、电气及机械特性而被广泛应用于许多用途。例如，硅氮化膜(SiN)在形成晶体管时被用于栅绝缘膜、侧壁间隔件等。另外，钛氮化膜(TiN)、钽氮化膜(TaN)及氮化钨膜(WN)被用于集成电路的布线的阻隔膜等。
[0003]特别是，近年来在尖端逻辑中的Fin
‑
FET(Fin Field
‑
Effect Transistor，鳍式场效应晶体管)等三维晶体管结构的微小化及3D
‑
NAND的高积体化进一步推进，集成电路的水平尺寸、垂直尺寸不断缩小的情况下，需要具有次纳米级的膜厚控制以及良好的覆盖特性的薄膜形成技术。
[0004]一般而言，通过将原料气体(金属化合物原料)和反应气体(含氮化合物原料)同时或交替供给到处理室(腔室)内而进行金属氮化膜的成膜。具体而言，在处理室内，吸附在被处理基材(基板)的表面上的金属化合物通过热能而与含氮化合物发生化学反应，在被处理基材的表面形成薄膜。
[0005]通过向处理室内交替供给原料气体和反应气体而形成薄膜的方法被称为原子层沉积法(ALD：Atomic Layer Deposition)。在ALD法中，由于在被处理基材的表面按每一个原子层形成膜，因此可获得级的微细且阶梯覆盖良好的薄膜。另一方面，在ALD法的特性方面，生产率(即，成膜速度)不如化学气相生长法(CVD：Chemical Vapor Deposition)。
[0006]另外，对于ALD法而言，虽然已知有通过将反应气体以等离子体活化的状态供给而能够实现比较低的温度下的成膜的等离子体援用方式，但具有不能避免对作为基底的被处理基材(基板)的损伤、不能获得良好的阶梯覆盖等较大的缺点。因此，期望通过一般的ALD法而在低温下进行金属氮化膜的成膜，并且进行用于成膜的原料、成膜工艺的开发。
[0007]但是，在硅氮化膜的成膜中，一般已知使用氨(NH3)作为反应气体(非专利文献1以及专利文献1)。另外，在硅氮化膜的成膜中，已知通过使用胺化合物或肼化合物替代氨而能够在低温下进行成膜。具体而言，在非专利文献2中公开了使用肼(N2H4)作为反应气体的硅氮化膜的制造方法。
[0008]另一方面，已知在硅氮化膜以外的金属氮化膜的成膜中，也同样使用氨(NH3)作为反应气体。具体而言，在非专利文献3中公开了使用四氯化钛(TiC4)作为原料气体并使用氨(NH3)作为反应气体的钛氮化膜的制造方法。
[0009]另外，已知在硅氮化膜以外的金属氮化膜的成膜中，也可以使用肼化合物作为氨的替代而进行成膜。具体而言，在专利文献2中公开了使用四氯化钛(TiC4)作为原料气体并使用单甲基肼(MMH：NH2NH2Me)作为反应气体的钛氮化膜的制造方法。
[0010]专利文献1：日本专利公开2002
‑
343793号公报
[0011]专利文献2：日本专利公开2010
‑
248624号公报
[0012]非专利文献1：M.Tanaka et al.,J.Electrochem.Soc.147,2284(2000)
[0013]非专利文献2：S.Morishita et al.,Appl.Surf.Sci.112,198(1997)
[0014]非专利文献3：C.H.Ahn et al.,METALS AND MATERIALS International.,vol.7，No.6,621(2001)
[0015]然而，如非专利文献1、专利文献1及非专利文献3所示，在金属氮化膜的成膜时使用氨作为反应气体的情况下，具有成膜速度缓慢、生产率低的问题。特别是，在将成膜温度设定得较低(具体而言，在钛氮化膜的成膜中小于350℃)的情况下，不仅成膜速度显著降低，而且氧进入膜中，从而具有膜质劣化的问题。
[0016]另一方面，如非专利文献2及专利文献2所示，在金属氮化膜的成膜时使用肼化合物(具体而言，肼、单甲基肼等)作为反应气体的情况下，与使用氨的情况相比，成膜速度快，而且还可以实现成膜温度的低温化。然而，由于肼化合物的毒性大且反应性高，因此需要小心处理，并且由于肼化合物是蒸气压相对较低的液体材料，因此在替代氨作为反应气体时，具有难以维持足够的供给量的同时安全地供给到处理室内的问题。

技术实现思路

[0017]本专利技术是鉴于上述情况而完成的，其课题是提供一种能够安全且稳定地供给作为形成氮化膜时的反应气体有用且包含含氮化合物原料的混合气体的混合气体供给装置。
[0018]另外，本专利技术的课题是提供一种成膜速度快且生产率优异的金属氮化膜的制造装置及金属氮化膜的制造方法。
[0019]为了解决上述课题，本专利技术提供以下的混合气体供给装置、金属氮化膜的制造装置及金属氮化膜的制造方法。
[0020](1)一种混合气体供给装置，该混合气体供给装置是供给包含肼化合物和氨的混合气体作为含氮化合物原料的装置，具备：
[0021]原料容器，收容所述肼化合物；
[0022]加热器，位于所述原料容器的周围，对所述原料容器进行加热；
[0023]加热器调节装置，调节所述加热器的输出功率；
[0024]导入路径，向所述原料容器导入载气；
[0025]导出路径，从所述原料容器导出包含所述肼化合物的气体；
[0026]稀释气体供给路径，供给稀释气体；
[0027]氨供给路径，供给所述氨；
[0028]混合气体导出路径，与所述导出路径连接，导出所述混合气体；
[0029]稀释气体流量控制装置，位于所述稀释气体供给路径，控制供给到所述稀释气体供给路径的稀释气体的流量；
[0030]氨流量控制装置，位于所述氨供给路径，控制供给到所述氨供给路径的氨的流量；
[0031]混合气体流量计，位于所述混合气体导出路径，测定导出到所述混合气体导出路径的混合气体的流量；以及
[0032]运算装置，基于所述稀释气体的流量、所述氨的流量及所述混合气体的流量的值，算出包含在所述混合气体中的肼化合物的流量，
[0033]所述氨供给路径与所述导入路径、所述导出路径及所述混合气体导出路径中的至少任一个连接，
[0034]所述稀释气体供给路径与所述导入路径及所述导出路径中的一个或两个连接。
[0035](2)根据(1)所述的混合气体供给装置，其中，
[0036]还具备旁通路径，所述旁通路径从所述导入路径分支，不经由所述原料容器而与所述导出路径合流。
[0037](3)根据(1)或(2)所述的混合气体供给装置，其中，具备：
[0038]第一压力计，位于所述导出路径，测定所述原料容器内的压力；
[0039]能够调整开度的开关阀，位于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种混合气体供给装置，该混合气体供给装置是供给包含肼化合物和氨的混合气体作为含氮化合物原料的装置，具备：原料容器，收容所述肼化合物；加热器，位于所述原料容器的周围，对所述原料容器进行加热；加热器调节装置，调节所述加热器的输出功率；导入路径，向所述原料容器导入载气；导出路径，从所述原料容器导出包含所述肼化合物的气体；稀释气体供给路径，供给稀释气体；氨供给路径，供给所述氨；混合气体导出路径，与所述导出路径连接，导出所述混合气体；稀释气体流量控制装置，位于所述稀释气体供给路径，控制供给到所述稀释气体供给路径的稀释气体的流量；氨流量控制装置，位于所述氨供给路径，控制供给到所述氨供给路径的氨的流量；混合气体流量计，位于所述混合气体导出路径，测定导出到所述混合气体导出路径的混合气体的流量；以及运算装置，基于所述稀释气体的流量、所述氨的流量及所述混合气体的流量的值，算出包含在所述混合气体中的肼化合物的流量，所述氨供给路径与所述导入路径、所述导出路径及所述混合气体导出路径中的至少任一个连接，所述稀释气体供给路径与所述导入路径及所述导出路径中的一个或两个连接。2.根据权利要求1所述的混合气体供给装置，其中，还具备旁通路径，所述旁通路径从所述导入路径分支，不经由所述原料容器而与所述导出路径合流。3.根据权利要求1或2所述的混合气体供给装置，其中，具备：第一压力计，位于所述导出路径，测定所述原料容器内的压力；能够调整开度的开关阀，位于所述导出路径或所述混合气体导出路径；以及压力调节装置，基于所述第一压力计的测定值，调整所述开关阀的开度。4.根据权利要求3所述的混合气体供给装置，其中，具备：贮存槽，位于所述混合气体导出路径，贮存所述混合气体；第二压力计，测定所述贮存槽内的压力；以及流路选择装置，基于所述第一压力计及所述第二压力计的测定值，选择所述氨供给路径及所述导出路径的开关状态。5.根据权利要求1至3中任一项所述的混合气体供给装置，其中，所述运算装置具有如下功能：算出所述肼化合物的流量的算出值与设定值的差分，并且基于所述差分来更新所述加热器调节装置的设定值。6.根据权利要求1至3中任一项所述的混合气体供给装置，其中，所述运算装置具有如下功能：算出包含在所述混合气体中的所述肼化合物的含有比例的算出值与设定值的差分，并且基于所述差分来更新所述稀释气体流量控制装置及所述氨流量控制装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：村田逸人，水野理规，安达啓辅，铃木克昌，
申请(专利权)人：大阳日酸株式会社，
类型：发明
国别省市：