(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シランガス及びアンモニアガスを用い、触媒ＣＶＤ法を用いて基板上にシリコン窒化膜を成膜する方法であって、
前記シランガス及びアンモニアガスに水素ガスを添加したガスを、触媒体に接触させた後、前記基板の上に供給するとともに、アンモニアガス／水素ガスの流量比を０．５以下とし、かつ、前記アンモニアガスの流量を４ｓｃｃｍ以上、１０ｓｃｃｍ以下とすることを特徴とするシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項２】
前記水素ガスの流量を１０ｓｃｃｍ以上、１００ｓｃｃｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項３】
アンモニアガス／シランガスの流量比を２０以下でガスを供給することを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項４】
前記基板を第２ガスで冷却しながら前記ガスを供給することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項５】
前記第２ガスは、水素ガスであることを特徴とする請求項４に記載のシリコン窒化膜の成膜方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の前記シリコン窒化膜の成膜方法を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
反応室と、
前記反応室の内部で基板を保持する基板ホルダと、
前記反応室の内部に配置された触媒体と、
前記反応室の外部で、シランガス、アンモニアガス及び水素ガスをそれぞれ貯蔵するガスタンクと、
前記ガスタンクと前記反応室とを接続するガス配管と、
前記ガス配管から前記シランガス、アンモニアガス及び水素ガスを含むガスを、前記反応室の内部に供給するガス供給部と
を備え、
前記ガス供給部から前記ガスを前記触媒体に接触させた後、前記基板に供給するとともに、アンモニアガス／水素ガスの流量比を０．５以下とし、かつ、前記アンモニアガスの流量を４ｓｃｃｍ以上、１０ｓｃｃｍ以下に制御して前記基板上にシリコン窒化膜を成膜させることを特徴とするシリコン窒化膜の成膜装置。
【請求項８】
前記水素ガスの流量を１０ｓｃｃｍ以上、１００ｓｃｃｍ以下とすることを特徴とする請求項７に記載のシリコン窒化膜の成膜装置。
【請求項９】
前記基板ホルダは、前記基板を載置する側に凹部を有し、前記基板の裏面と前記凹部とにより空間を画成すると共に、該空間内に前記基板を冷却する第２ガスを導く第２ガス配管をさらに備えることを特徴とする請求項７又は８に記載のシリコン窒化膜の成膜装置。
【請求項１０】
前記第２ガスは、水素ガスであることを特徴とする請求項９に記載のシリコン窒化膜の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン窒化膜の成膜方法、特に触媒化学気相堆積法（触媒ＣＶＤ法）によるシリコン窒化膜の成膜方法、成膜装置、及び該成膜方法を含む半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン基板等の半導体基板上にシリコン窒化膜を形成する方法として、主にシリコン基板を表面から窒化する方法と、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）によってシリコン窒化膜を成膜する方法とが行われている。これらのうち、特にモノシランガスとアンモニアガスからなる原料ガスを、加熱した触媒を介してシリコン基板上に供給して、該基板上にシリコン窒化膜を成膜する触媒化学気相堆積法（触媒ＣＶＤ法）が用いられている。
【０００３】
この触媒ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜の成膜について、図１１を用いて説明する。まず、この触媒ＣＶＤ法で用いる窒化膜を成膜する成膜装置について説明する。この成膜装置は、半導体基板５１上に窒化膜を成膜する反応室６０を備える。この反応室６０の内部には、半導体基板５１を保持する基板ホルダ５２と、シランガスとアンモニアガスからなる原料ガス５５を、半導体基板５１に供給するガス供給部５４と、ガス供給部５４と基板ホルダ５２との間に介在させた触媒体５６とを備える。なお、一般的に触媒体と呼ばれているものの中には抵抗加熱された金属が含まれる。基板ホルダ５２は、熱接触を高めるために半導体基板５１との間にカーボンシート５３を挟み込んでいる。また、この成膜装置は、シランガスとアンモニアガスからなる原料ガスをそれぞれ貯蔵するガスタンクと、該ガスタンクと反応室内部のガス供給部とを接続するガス配管を有する。ガスタンクから、ガス配管とガス供給部とを介して原料ガスを反応室の内部に導く。
【０００４】
次に、この触媒ＣＶＤ法で窒化膜を成膜する方法について説明する。この窒化膜の成膜方法は、次の手順で行われる。
（ａ）反応室６０の内部の、基板ホルダ５２の上に配置されたカーボンシート５３の上にシリコン基板５１を設置する。
（ｂ）シランガスとアンモニアガスからなる原料ガスをそれぞれ貯蔵するガスタンク（図示せず）から、ガス配管６５とガス導入部５４とを介して、シランガスとアンモニアガスからなる原料ガス５５を反応室６０内に導入する。
（ｃ）反応室６０内に導入された原料ガス５５は、加熱された触媒体５６に接触し、その後、半導体基板５１の上に供給される。
（ｄ）供給された原料ガス５５により、半導体基板５１上にシリコン窒化膜が成膜される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の触媒ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜の作製には以下のような問題があった。
（１）原料ガスのうち、アンモニアガスをシランガスに対して約１００倍程度の流量比で供給する必要があった。アンモニアガスは環境に対して有害なため、流量を減らす必要があった。
（２）得られるシリコン窒化膜の基板５１面内での膜厚均一性が悪い。例えば、直径１０．１６ｃｍ（４インチφ）のシリコン基板の場合に、面内で膜厚均一性は約１３％と悪い。
（３）半導体基板５１と基板ホルダ５２との熱接触が不十分であるため、加熱された触媒体５６からの熱輻射によって半導体基板５１が過昇温する。特にＧａＡｓ基板等の化合物半導体デバイスの場合には、あまり高温下に置くことができない。すなわち、オーミック電極の劣化を防ぐために基板温度は約３６０℃以下にする必要がある。一方、過昇温を避けるために触媒体と半導体基板との間隔を空けると成膜速度が低下する。なお、基板表面の吸着水除去のためにシリコン窒化膜の成膜時には基板温度を３００℃以上にしておく必要がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、シリコン窒化膜の成膜において、大きな成膜速度を得ると共に、半導体基板の過昇温を抑制することである。また、別の目的は、得られるシリコン窒化膜の膜厚均一性を改善することである。さらに別の目的は、使用するアンモニアガスを減らすことである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法は、シランガス及びアンモニアガスを用い、触媒ＣＶＤ法を用いて基板上にシリコン窒化膜を成膜する方法であって、前記シランガス及びアンモニアガスに水素ガスを添加したガスを、触媒体に接触させた後、前記基板の上に供給することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法は、前記シリコン窒化膜の成膜方法であって、アンモニアガス／水素ガスの流量比を０．５以下でガスを供給することを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法は、前記シリコン窒化膜の成膜方法であって、アンモニアガス／シランガスの流量比を２０以下でガスを供給することを特徴とする。
【００１０】
またさらに、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法は、前記シリコン窒化膜の成膜方法であって、前記基板を第２ガスで冷却しながら前記ガスを供給することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法は、前記シリコン窒化膜の成膜方法であって、前記第２ガスは、水素ガスであることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記シリコン窒化膜の成膜方法を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るシリコン窒化膜の成膜装置は、反応室と、
前記反応室の内部で基板を保持する基板ホルダと、
前記反応室の内部に配置された触媒体と、
前記反応室の外部で、シランガス、アンモニアガス及び水素ガスをそれぞれ貯蔵するガスタンクと、
前記ガスタンクと前記反応室とを接続するガス配管と、
前記ガス配管から前記シランガス、アンモニアガス及び水素ガスを含むガスを、前記反応室の内部に供給するガス供給部と
を備え、
前記ガス供給部から前記ガスを前記触媒体に接触させた後、前記基板に供給し、前記基板上にシリコン窒化膜を成膜させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜装置は、前記シリコン窒化膜の成膜装置であって、前記基板ホルダは、前記基板を載置する側に凹部を有し、前記基板の裏面と前記凹部とにより空間を画成すると共に、該空間内に前記基板を冷却する第２ガスを導く第２ガス配管をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜装置は、前記シリコン窒化膜の成膜装置であって、前記第２ガスは、水素ガスであることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係るシリコン窒化膜の成膜方法、成膜装置、及び半導体装置の製造方法について、添付図面を用いて説明する。なお、図面においては実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【００１７】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るシリコン窒化膜の成膜装置及び成膜方法について説明する。まず、このシリコン窒化膜の成膜装置２０の構成について、図１の概略図を用いて説明する。この成膜装置２０は、触媒ＣＶＤ反応によって半導体基板１上にシリコン窒化膜を成膜する反応室１０を備える。この反応室１０の内部には、半導体基板１を保持する基板ホルダ２と、モノシランガス（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）及び水素ガス（Ｈ２）を含む原料ガス５を反応室１０の内部の半導体基板１に供給するガス供給部４と、該ガス供給部４とシリコン基板１との間に介在させた触媒体６とを備える。なお、反応室１０にはガス供給部４からシリコン基板１への原料ガスの流れを遮断するシャッタ８を備えていてもよい。さらに、この成膜装置２０は、反応室の外部に、モノシランガス、アンモニアガス及び水素ガスのそれぞれのガスを貯蔵するガスボンベ１１、１２、１３を備える。また、該ガスボンベ１１、１２、１３と反応室１０の内部のガス供給部４とを接続するガス配管１５を備える。この成膜装置２０では、モノシランガス、アンモニアガスに加えて水素ガスを供給できる設備を備え、水素ガスを添加供給することで、アンモニアガスの流量を減らしても十分な膜特性を有するシリコン窒化膜を形成できる。これによって環境に有害なアンモニアガスの流量を減らすことができる。なお、ここではシランガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ４）を用いたが、これに限定されず、他のシランガス（ＳｉｎＨ２ｎ＋２）を用いてもよい。
【００１８】
さらに、このシリコン窒化膜の成膜装置２０において、原料ガスの配管系について説明する。この成膜装置２０では、モノシランガス、アンモニアガス及び水素ガスをそれぞれ貯蔵するガスタンク１１、１２、１３を備える。このガスボンベ１１、１２、１３から、流量調整器１４ａ、１４ｂ、１４ｃを介してガス配管１５とガス供給部４とを介し、モノシランガス、アンモニアガス及び水素ガスを含む原料ガス５を反応室１０の内部に導く。また、反応室１０には排気管１６を備え、この排気管１６から排気１６を行う。なお、ここでは反応室１０に接続されたガス配管１５中でモノシランガス、アンモニアガス及び水素ガスが混合されるが、これに限られず、ガスタンク１１、１２、１３と反応室１０との間に、それぞれのガスをあらかじめ混合する混合室（図示せず）を設けてもよい。
【００１９】
次に、このシリコン窒化膜の成膜方法について説明する。この成膜方法は、次の手順で行われる。
（ａ）反応室１０の内部で、基板ホルダ２の上に半導体基板としてＧａＡｓ基板１を設置する。基板１は、温度３００℃に保持する。
（ｂ）ガスタンク１１、１２、１３から、ガス配管１５とガス供給部４とを介して、モノシランガス、アンモニアガス及び水素ガスを含む原料ガス５を反応室１０内に導入する。この場合、原料ガスにおけるアンモニアガス／水素ガスの流量比を０．５以下とする。これにより、環境に有害なアンモニアの流量を減らすことができる。
（ｃ）反応室１０内に導入された原料ガス５は、加熱された触媒体６に接触し、その後、半導体基板１の上に供給される。例えば、以下のような成膜条件とした。まず、反応室１０内のガス圧は５Ｐａとした。また、触媒体６には、表面温度を約１７５０℃に保持したタングステンワイヤを用いた。触媒体６と半導体基板１との間の距離ｄは、基板１の温度上昇を５０℃以内に抑制するため約７５ｍｍとした。
（ｄ）供給された原料ガス５から、半導体基板１上にシリコン窒化膜が成膜する。
【００２０】
さらに、上記のシリコン窒化膜の成膜方法において、反応室内に供給するそれぞれのガスの流量比について検討する。供給するガスとして、添加する水素ガスの流量を１００ｓｃｃｍとし、モノシランガスの流量を１．０ｓｃｃｍ、１．４ｓｃｃｍ、２．４ｓｃｃｍの３通りとした。なお、「ｓｃｃｍ」は流量の単位であって、「ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｃ／ｍｉｎ」の意味である。即ち、標準状態（０℃、大気圧（１，０１３ｈＰａ））での分当りの流量を表している。この場合に、アンモニアガスの流量と、得られる窒化膜の特性との関係を検討した結果を図２及び図３に示す。図２は、アンモニアガスの流量と、得られる窒化膜の屈折率との関係を示すグラフである。化学量論比のシリコン窒化膜Ｓｉ３Ｎ４の屈折率はおよそ２．０５であり、膜の屈折率が高くなるほど窒素量が減少すると考えられる。
【００２１】
図２からアンモニアガスの流量を増すにつれて屈折率は徐々に低下していく。一方、アンモニアガスの流量を約１０ｓｃｃｍ以下にすると、膜の屈折率は急激に高くなり、窒素含有量が減ってしまう。そこで、例えば、従来と同程度の屈折率２．００〜２．０５のシリコン窒化膜を得る場合には、モノシランガスの流量を１．５ｓｃｃｍとし、アンモニアガス／水素ガスの流量比で０．０４〜０．５の範囲とすればよい。なお、これに限られず、所望の膜特性が得られる成膜条件を設定すればよい。
【００２２】
また、図３は、アンモニアガスの流量と、得られる窒化膜の膜厚均一性との関係を示すグラフである。なお、膜厚均一性は、次の手順で算出する。まず、得られたシリコン窒化膜について複数の測定点で膜厚を測定し、その最大値及び最小値を算出する。次いで、下記式に基づいて膜厚均一性を算出する。
膜厚均一性＝（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）
【００２３】
図３から、アンモニアガスの流量を減らしていくと膜厚均一性が低くなり、膜厚の均一さが改善される。さらにアンモニアガスの流量を減らすと、膜厚均一性は高くなり、均一さが劣化する。このことから、得られる窒化膜の膜厚均一性が約１０％以下となる成膜条件でシリコン窒化膜を成膜するのが好ましい。
【００２４】
図２及び図３により、ガスを供給する工程では、アンモニアガス／水素ガスの流量比を０．５以下とするのが好ましい。また、アンモニアガス／モノシランガスの流量比を２０以下とするのが好ましい。
【００２５】
次に、このシリコン窒化膜の成膜方法において、モノシランガスとアンモニアガスに添加する添加ガスとしての水素ガスの効果について、図４を用いて説明する。図４は、水素ガスの有無と得られるシリコン窒化膜の特性との関係を示すグラフである。図４では、アンモニアガスの流量を１００ｓｃｃｍ、水素ガスの流量を０ｓｃｃｍとした場合と、アンモニアガスの流量を４ｓｃｃｍ、水素ガスの流量を１００ｓｃｃｍとした場合に得られるそれぞれの窒化膜の特性を示している。図４から明らかなように、水素ガスを添加することによって同程度の屈折率の場合にも膜厚均一性が改善されている。
【００２６】
また、このシリコン窒化膜の成膜方法において、添加ガスとして水素ガスを選択する効果について、図５を用いて説明する。図５は、添加ガスの種類と得られるシリコン窒化膜の屈折率との関係を示すグラフである。図５には、添加ガスとして水素を用いた場合に、モノシランガスの流量と得られる窒化膜の屈折率との関係を示している。また、添加ガスとしてヘリウムガスを用いた場合の例を一つ示している。この図５に示すように、添加ガスがヘリウムガスであった場合には、水素ガスを用いた場合と比べて得られる窒化膜の屈折率が高くなり、膜中の窒素の組成比が小さくなっていると考えられる。このことから、添加ガスとして、水素ガスを選択することによって、得られる窒化膜の窒素含有率を制御できる。なお、化学量論比のシリコン窒化膜Ｓｉ３Ｎ４の場合に限らず、所望の膜組成を有する窒化膜を作製することができる。
【００２７】
さらに、このシリコン窒化膜の成膜方法によって得られるシリコン窒化膜（実施例１）の特性について、従来のシリコン窒化膜の成膜方法で得られるシリコン窒化膜（比較例１）の特性と比較して説明する。
【００２８】
比較例１．
従来のシリコン窒化膜の成膜方法において得られるシリコン窒化膜の特性について説明する。この従来のシリコン窒化膜では、屈折率がおよそ２．００〜２．０５の範囲内にあり、水素濃度は、Ｎ−Ｈ結合として２×１０２１ｃｍ−３、Ｓｉ−Ｈ結合として４×１０２０ｃｍ−３である。また、バッファードフッ酸（ＢＨＦ６：１）を用いたエッチングレートは約９ｎｍ／分であった。さらに、膜の剥がれ難さの指標となる張力値は４×１０９ｄｙｎ／ｃｍ２であった。
【００２９】
実施例１．
本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法によって得られるシリコン窒化膜の特性について説明する。得られたシリコン窒化膜では、屈折率がおよそ２．００〜２．０５の範囲内であった。また、水素濃度は、Ｎ−Ｈ結合として１×１０２１ｃｍ−３、Ｓｉ−Ｈ結合として４×１０２０ｃｍ−３であった。この成膜方法では、原料ガスに水素ガスを添加しているが、上記の従来のシリコン窒化膜に含まれる水素濃度とほぼ同等程度であった。また、バッファードフッ酸（ＢＨＦ６：１）を用いたエッチングレートは約４ｎｍ／分であった。上記の従来の窒化膜と比べると、エッチングレートが小さく、比較例と比べて表面性が良好である。さらに、膜の剥がれ難さの指標となる張力値は１×１０９ｄｙｎ／ｃｍ２であった。
【００３０】
また、半導体装置の製造方法において、上記シリコン窒化膜の成膜方法を含んでいてもよい。さらに、上記シリコン窒化膜の成膜方法を含む半導体装置の製造方法で得られたシリコン窒化膜を有する半導体装置の用途について説明する。このシリコン窒化膜を有する半導体装置は、種々の用途に用いることができる。例えば、図６の（ａ）〜（ｃ）は、この半導体装置の製造方法で製造された半導体装置のいくつかの例を示す概略図である。図６の（ａ）は、シリコン窒化膜を表面保護膜として用いた半導体装置の場合であり、（ｂ）は、シリコン窒化膜をキャパシタとして用いた半導体装置の場合であり、（ｃ）は、シリコン窒化膜を層間絶縁膜として用いた半導体装置の場合である。なお、上記は一例であってこれに限定されない。この半導体装置の製造方法によって得られるシリコン窒化膜は、アニール時のキャップ膜、イオン注入時のスルー膜、半導体レーザの端面保護膜として用いてもよい。
【００３１】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るシリコン窒化膜の成膜装置及び成膜方法について、図７及び図８を用いて説明する。図７は、この成膜装置の構成を示す概略図であり、図８は、図７の反応室周辺の模式図である。まず、このシリコン窒化膜の成膜装置２０ａは、実施の形態１に係るシリコン窒化膜の成膜装置と比べると、図７の概略図に示すように、半導体基板１の裏面と基板ホルダ２の凹部３０との間に空間３３を画成し、該空間３３に冷却ガス３２を流通させるガス配管３１ａ、３１ｂをさらに備える点で相違する。半導体基板１と基板ホルダ２との間で画成される空間３３にガス３２を流通させて、基板１を冷却して、加熱された触媒体６からの輻射熱で基板１が過昇温するのを抑制することができる。これによって、触媒体６と基板１との間の距離ｄを小さくしながら基板１の過昇温を抑制し、成膜速度を向上することができる。また、冷却ガス３２として水素ガスを用いた場合には、基板ホルダ２の空間３３から流出した場合でも、水素ガスは添加ガスとしての機能を果たす。このことから冷却ガスとして、水素ガスが好ましい。
【００３２】
次に、この成膜装置２０ａにおける基板ホルダ２について説明する。この基板ホルダ２は、図７及び図８に示すように、半導体基板１を載置する箇所に、該基板１より小さい凹部３０が設けられている。半導体基板１を基板ホルダ２に載置すると、該基板１の裏面と基板ホルダ２の凹部３０とにより空間３３が画成される。また、この基板ホルダ２は、該空間３３に基板１を冷却するガス３２を流通するガス配管３１ａ、３１ｂを備える。このガス配管３１ａ、３１ｂから該空間３３にガス３２を流通させることにより、流通するガス３２によって半導体基板１を冷却する。これによって、加熱された触媒体６からの輻射熱で該基板１が過昇温するのを防止することができる。該空間３３に流通させるガス３２は、水素ガスが好ましいが、これに限られず、ヘリウムガスや窒素ガス等の不活性ガスを用いてもよい。また、該空間３３におけるガス３２の圧力は、１００Ｐａ〜１０００Ｐａ程度、具体的には約４００Ｐａ程度に保持するのが好ましい。なお、空間３３内でのガス３２の圧力は上記範囲に限られず、さらに大気圧の１／１０程度までとしてもよい。
【００３３】
また、このシリコン窒化膜の成膜方法におけるシリコン窒化膜の成膜条件について、触媒体６と基板１との間の距離ｄと基板の温度上昇との関係について、比較例２と実施例２とを比較して説明する。なお、図７、図８及び図１１でシャッタ８、５８を開閉した場合の基板１の温度差ΔＴを用いて、基板１の温度上昇の程度を評価する。
【００３４】
比較例２．
図１１に示す従来のシリコン窒化膜の成膜方法の場合には、触媒体５６−半導体基板５１の間の距離ｄ２が７５ｍｍの場合にシャッタ５８の開閉による基板５１の温度差ΔＴは４８℃であり、距離ｄ２が５０ｍｍの場合に基板５１の温度差ΔＴは７６℃であった。ここで、基板５１の温度差ΔＴを５０℃以下に抑制するためには、触媒体５６−半導体基板５１の間の距離ｄ２を７５ｍｍとしなければならない。この場合のシリコン窒化膜の成膜速度は約４．３ｎｍ／分であった。
【００３５】
実施例２．
図７及び図８に示す本発明の実施の形態２に係るシリコン窒化膜の成膜方法では、触媒体６−半導体基板１との間の距離ｄ１が７５ｍｍの場合にシャッタ８の開閉による基板１の温度差ΔＴは２０℃、距離ｄ１が５０ｍｍの場合に温度差ΔＴは２８℃であった。上記のように触媒体６−半導体基板１の間の距離ｄ１が５０ｍｍの場合でも温度差ΔＴを５０℃以下に低く抑えることができる。そこで、成膜速度を９．５ｎｍ／分に向上させることができた。
【００３６】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係るシリコン窒化膜の成膜方法について説明する。このシリコン窒化膜の成膜方法は、実施の形態１に係るシリコン窒化膜の成膜方法と比較すると、アンモニアガスの流量を減らすとともに、水素ガスの流量を減らしている点で相違する。このように水素ガスの流量を減らすことにより、窒化膜の成膜速度を向上させることができる。
【００３７】
次に、このシリコン窒化膜の成膜方法において、添加ガスの水素ガスの流量について、図９及び図１０を用いて説明する。図９は、水素ガスの流量と得られる窒化膜の屈折率との関係を示すグラフである。図９では、アンモニアガスの流量を４ｓｃｃｍとした場合と、１００ｓｃｃｍとした場合とについて、水素ガスの流量と、得られる窒化膜の屈折率との関係を示している。図９に示すように、水素ガスの流量を変化させても窒化膜の屈折率はほとんど変化しない。また、図１０は、水素ガスの流量と、シリコン窒化膜の成膜速度との関係を示すグラフである。図１０から明らかなように、水素ガスの流量を増すにつれて成膜速度は低下していく。このことから水素ガスの流量を約１０ｓｃｃｍ程度まで減らすことができる。なお、アンモニアガスの流量を４ｓｃｃｍとし、モノシランガスの流量を１．５ｓｃｃｍとした場合には、所定のガス圧を維持するために、水素ガスの流量は少なくとも１０ｓｃｃｍ程度が必要となる。水素ガスの流量を１０ｓｃｃｍとした場合、図１０に示すように、約８ｎｍ／分の成膜速度が得られた。
【００３８】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係るシリコン窒化膜の成膜方法について説明する。このシリコン窒化膜の成膜方法は、実施の形態３に係るシリコン窒化膜の成膜方法と比較すると、シリコン窒化膜を成膜する工程で、基板を水素ガスで冷却する点で相違する。この場合には、図７に示す実施の形態２に係るシリコン窒化膜の成膜装置２０ａを用いて、基板１の裏面と基板ホルダ２の凹部３０との間に画成する空間３３に水素ガス３２を流通させて基板１を冷却し、触媒体６−基板１との間の距離を５０ｍｍとした場合でも基板の過昇温を抑制することができる。また、ガスの供給条件を実施の形態３と同様にして水素ガスの流量を１０ｓｃｃｍ、アンモニアガスの流量を４ｓｃｃｍとしている。これによって、シリコン窒化膜の成膜速度をさらに１１．５ｎｍ／分に向上させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法によれば、モノシランガス及びアンモニアガスを用いて触媒ＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜を基板状に成膜する方法である。この場合に、上記原料ガスに加えて水素ガスを添加供給する。原料ガスに水素ガスを添加することで、アンモニアガスの流量を減らすことができると共に、十分な膜特性を有する窒化膜を形成できる。これによって環境に有害なアンモニアガスを減らすことができる。
【００４０】
また、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法によれば、アンモニアガス／水素ガスの流量比を０．５以下としている。これによりアンモニアガスの流量を減らすことができる。
【００４１】
さらに、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法によれば、アンモニアガス／モノシランガスの流量比を２０以下としている。これにより従来のアンモニアガス／モノシランガスの流量比が１００倍程度であったので、モノシランガスの流量比を減らすことができる。
【００４２】
またさらに、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法によれば、基板を第２ガスで冷却しながら原料ガス及び水素ガスを含むガスを基板に供給している。これにより加熱された触媒体からの輻射熱で基板が過昇温するのを抑制することができる。
【００４３】
また、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜方法によれば、基板を冷却する第２ガスとして水素ガスを用いる。これにより、水素ガスが反応室に流出した場合でも、水素ガスは添加ガスとしての機能を果たし、窒化膜の成膜に悪影響を及ぼさない。
【００４４】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、上記シリコン窒化膜の成膜方法を含んでいる。この成膜方法では、触媒ＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜を成膜するにあたって、モノシランガス及びアンモニアガスを含む原料ガスに水素ガスを添加している。このように原料ガスに水素ガスを添加することで、アンモニアガスの流量を減らすことができると共に、十分な膜特性を有する窒化膜を形成できる。これによって環境に有害なアンモニアガスを減らすことができる。
【００４５】
本発明に係るシリコン窒化膜の成膜装置によれば、モノシランガス、アンモニアガスに加えて水素ガスを添加供給する配管設備を備える。この配管設備により原料ガスに水素ガスを添加することで、アンモニアガスの流量を減らすことができると共に、十分な膜特性を有する窒化膜を形成できる。これによって環境に有害なアンモニアガスを減らすことができる。
【００４６】
また、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜装置によれば、基板ホルダは基板を載置する側に凹部を有する。基板を載置した際には、基板の裏面と基板ホルダの凹部との間に空間を画成する。また、該空間にガスを流通させるガス配管を備える。この空間にガスを流通させて基板を冷却して、加熱された触媒体からの輻射熱で基板が過昇温するのを抑制することができる。これによって、触媒体と基板との間の距離ｄを小さくしながら基板の過昇温を抑制し、成膜速度を向上させることができる。
【００４７】
さらに、本発明に係るシリコン窒化膜の成膜装置によれば、基板を冷却するガスとして水素ガスを用いる。これにより、反応室内に水素ガスが流出した場合にも添加ガスの水素ガスとして機能するので、シリコン窒化膜の成膜に悪影響を及ぼさない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係るシリコン窒化膜の成膜装置の構成を示す概略図である。
【図２】  本発明の実施の形態１に係るシリコン窒化膜の成膜方法によるアンモニアガス流量と、得られる窒化膜の屈折率との関係を示すグラフである。
【図３】  本発明の実施の形態１に係るシリコン窒化膜の成膜方法によるアンモニアガス流量と、得られる窒化膜の膜厚均一性との関係を示すグラフである。
【図４】  本発明の実施の形態１に係るシリコン窒化膜の成膜方法における水素ガスの有無と、得られる窒化膜の特性との関係を示すグラフである。
【図５】  本発明の実施の形態１に係るシリコン窒化膜の成膜方法における混合ガスの種類と、得られる窒化膜の屈折率との関係を示すグラフである。
【図６】  （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法で製造された半導体装置のいくつかの例を示す概略図である。
【図７】  本発明の実施の形態２に係るシリコン窒化膜の成膜装置の構成を示す概略図である。
【図８】  図７の成膜装置の反応室内の模式図である。
【図９】  本発明の実施の形態３に係るシリコン窒化膜の成膜方法における水素ガス流量と、得られる窒化膜の屈折率との関係を示すグラフである。
【図１０】  本発明の実施の形態３に係るシリコン窒化膜の成膜方法における水素ガス流量と、窒化膜の成膜速度との関係を示すグラフである。
【図１１】  従来の触媒ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜の成膜装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１  半導体基板、２  基板ホルダ、４  ガス供給部、５  混合ガス、６  触媒体、８  シャッタ、１０  反応室、１１  モノシランガスタンク、１２  アンモニアガスタンク、１３  水素ガスタンク、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  流量調整器
１５  原料ガス配管、１６  排気管、１７  排気、２０、２０ａ  シリコン窒化膜成膜装置、２１  半導体基板、２２ａ  ソース電極、２２ｂ  ゲート電極、２２ｃ  ドレイン電極、２２ｄ、２２ｅ  金属薄膜、２３  シリコン窒化膜、３０凹部、３１ａ、３１ｂ  冷却ガス配管、３２  水素ガス、３３  空間、５１  半導体基板、５２  基板ホルダ、５３  カーボンシート、５４  ガス供給部、５５  原料ガス、５６  触媒体、５８  シャッタ、６０  反応室、６５  原料ガス配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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