(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＨ4及びＮ2に電圧を印加してこれらＳｉＨ4及びＮ2のプラズマを発生させ、このプラズマ中における励起状態の前記ＳｉＨ4及び前記Ｎ2を互いに反応させる膜の形成方法において、
前記ＳｉＨ4及び前記Ｎ2のうちで前記印加から前記励起状態に到達するまでの時間が相対的に短い前記ＳｉＨ4の分圧をこのＳｉＨ4の反応種の生成が抑制される分圧にする一定の流量で希釈ガスを供給する第１の工程と、この第１の工程に続いており前記ＳｉＨ4の分圧を前記反応種の生成に好適な分圧にする一定の流量で前記希釈ガスを供給する第２の工程とを、前記印加を維持したまま連続的に実行することを特徴とする膜の形成方法。
【請求項２】
前記第１の工程の実行時間が０．１〜１５秒であることを特徴とする請求項１記載の膜の形成方法。
【請求項３】
前記ＳｉＨ4及び前記Ｎ2に対する希釈ガスの流量を前記第１の工程で前記第２の工程の１．１〜１０倍にすることを特徴とする請求項１記載の膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、半導体装置の製造等に際してプラズマＣＶＤ法によって膜を形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、接合型電界効果トランジスタのうちで基板上の部分を示している。この接合型電界効果トランジスタでは、基板上の絶縁膜としてのＳｉＮ膜１１にゲート電極用の開口１２が設けられている。開口１２の内側面には側壁スペーサとしてのＳｉＮ膜１３が設けられており、ＳｉＮ膜１３に囲まれている領域でゲート電極としての金属電極１４が基板にオーミック接触している。
【０００３】
ＳｉＮ膜１１にはソース／ドレイン電極用の開口１５も設けられており、開口１５内でソース／ドレイン電極としての金属電極１６が基板にオーミック接触している。金属電極１４、１６等は絶縁膜としてのＳｉＮ膜１７に覆われており、金属電極１６等に達する開口２１がＳｉＮ膜１７に設けられている。そして、開口２１を介して、金属配線２２が金属電極１６等に接続されている。
【０００４】
ところで、開口１２の内側面に側壁スペーサとしてのＳｉＮ膜１３が設けられていなければ、金属電極１４の段差被覆性が著しく悪くなって、所望の電気的特性を得ることができなくなる。特に、接合型電界効果トランジスタが微細化されると開口１２のアスペクト比が高くなるので、側壁スペーサとしてのＳｉＮ膜１３の必要性も高くなる。しかも、この様な側壁スペーサは、接合型電界効果トランジスタ以外の半導体装置にも必要である。
【０００５】
図８は、本願の発明の一従来例でＳｉＮ膜１３を形成し、接合型電界効果トランジスタのゲート電極用の開口１２の内側面にＳｉＮ膜１３から成る側壁スペーサを形成する方法を示している。そして、図６、７は、図８に示した方法のうちでＳｉＮ膜１３を形成する方法のみを示している。ＳｉＮ膜１３から成る側壁スペーサを開口１２の内側面に形成するためには、図８（ａ）に示す様に、ＳｉＮ膜１１に開口１２を形成しておく。
【０００６】
次に、図６、７に示す様に、この状態のウェハを枚葉式のプラズマＣＶＤ装置の反応室内にセットする。そして、ウェハを所定の温度になるまで加熱すると共に、反応ガスとしてのＳｉＨ4及びＮ2と希釈ガスとしてのＡｒとを所定の流量で反応室内に供給してこの反応室内の圧力を所定の値にする。但し、この工程では、高周波電圧をまだ印加していないので、ＳｉＮ膜１３もまだ形成されない。
【０００７】
その後、図６、７に示す様に、反応室内のガスに高周波電圧を印加してこれらのガスのプラズマを発生させる。この結果、ＳｉＨ4やＮ2が励起されたり更には分解されたりして反応種が生成され、これらの反応種が互いに反応して、図８（ｂ）にも示す様に、ＳｉＮ膜１３が形成される。そして、図６、７に示す様に、ロードロック室内等の分解ガスや未反応ガスをＮ2で置換して無害化した後、プラズマＣＶＤ装置からウェハを取り出す。
【０００８】
次に、図８（ｃ）（ｄ）に示す様に、ＳｉＮ膜１１が露出するまでＳｉＮ膜１３を異方的にエッチバックすることによって、このＳｉＮ膜１３から成る側壁スペーサを開口１２の内側面に形成する。但し、ウェハの面内におけるＳｉＮ膜１３の厚さのばらつきを考慮して多少のオーバエッチングをＳｉＮ膜１３に施す。このため、図８（ｅ）に示す様に、ＳｉＮ膜１３の厚さの薄い領域では厚い領域に比べてＳｉＮ膜１３が過剰にエッチングされる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図７に示した様にＳｉＮ膜１３の形成に際してはＳｉＨ4とＮ2とに同時に高周波電圧が印加されるが、励起されたり更には分解されたりして反応種が生成されるのはＮ2よりもＳｉＨ4の方が相当に速い。このため、従来は、図８（ｂ）に示した様に、ＳｉＮ膜１３の形成の初期の段階では、Ｎ2が反応に殆ど寄与しなくて、非晶質ＳｉのみやＳｉ−Ｈの過剰なＳｉＮから成る初期膜２３が形成されていた。
【００１０】
ところが、側壁スペーサを形成するための異方的なエッチバックに際して、初期膜２３はＳｉＮ膜１３よりも速くエッチングされる。このため、図８（ｄ）に示した様に、開口１２の内側面の初期膜２３が露出すると、この部分の初期膜２３がＳｉＮ膜１３よりも速くエッチングされて、側壁スペーサの形状に異常が生じる。特に、図８（ｅ）に示した様にオーバエッチングによってＳｉＮ膜１３が過剰にエッチングされた領域では、側壁スペーサの形状が更に異常になる。
【００１１】
しかし、図８（ｅ）に示した様にＳｉＮ膜１３による側壁スペーサの形状が異常になると、ゲート電極としての金属電極１４を良好な段差被覆性で形成することができず、これでは側壁スペーサを設けた意味がない。従って、本願の発明は、所望の成分ではない膜の形成が抑制されるのみならず、所望の成分の膜が効率的に形成されて、所望の品質の膜のみを高いスループットで形成することができる膜の形成方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る膜の形成方法では、電圧の印加から励起状態に到達するまでの時間が相対的に短いＳｉＨ4の分圧をこのＳｉＨ4の反応種の生成が抑制される分圧にする一定の流量で希釈ガスを第１の工程で供給する。このため、電圧の印加から励起状態に到達するまでの時間がＮ2では相対的に長くても、Ｓｉのみから成っていたりＳｉが過剰であったりして所望の成分ではない膜の形成が抑制される。
【００１３】
また、ＳｉＨ4の分圧をこのＳｉＨ4の反応種の生成に好適な分圧にする一定の流量で希釈ガスを供給する第２の工程を第１の工程に続いて実行するので、この第２の工程ではＳｉＨ4の反応種が生成される。しかも、電圧を印加したまま第１及び第２の工程を連続的に実行するので、電圧の印加から励起状態に到達するまでの時間が相対的に長いＮ2をも第２の工程では励起状態にすることができる。このため、第１の工程のみでは膜の形成が抑制されるが、第１及び第２の工程の両方では所望の成分のＳｉＮ膜が効率的に形成される。
【００１４】
請求項２に係る膜の形成方法では、Ｓｉのみから成っていたりＳｉが過剰であったりして所望の成分ではない膜の形成が第１の工程で抑制されるが、この第１の工程の実行時間が０．１〜１５秒であるので、ＳｉＮ膜の形成が抑制される時間が短い。
【００１５】
請求項３に係る膜の形成方法では、希釈ガスの流量を第１の工程で第２の工程の１．１〜１０倍にするので、ＳｉＨ4による反応種の生成が抑制される分圧にＳｉＨ4の分圧を第１の工程で容易に低くすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、ＳｉＮ膜の形成に適用した本願の発明の実施形態及び参考形態と、接合型電界効果トランジスタのゲート電極用の開口の内側面にＳｉＮ膜から成る側壁スペーサを形成する方法とを、図１〜５を参照しながら説明する。接合型電界効果トランジスタの全体的な構造は、既に図５を用いて説明した通りである。
【００１７】
まず、実施形態とこの実施形態を用いた側壁スペーサの形成方法とを説明する。図５に示した様にＳｉＮ膜１３から成る側壁スペーサを開口１２の内側面に形成するためには、図４（ａ）に示す様に、ＳｉＮ膜１１に開口１２を形成しておく。
【００１８】
次に、図１、２に示す様に、この状態のウェハを枚葉式のプラズマＣＶＤ装置の反応室内にセットする。そして、ウェハを所定の温度になるまで加熱すると共に、反応ガスとしてのＳｉＨ4及びＮ2と希釈ガスとしてのＡｒとを夫々６０、１４００及び１５０ｓｃｃｍの流量で反応室内に供給してこの反応室内の圧力を５Ｔｏｒｒにする。
【００１９】
但し、図２と図７との比較からも明らかな様に、この工程で供給するＡｒの流量１はＳｉＮ膜１３の形成に好適なＡｒの流量２よりも多いので、ＳｉＨ4の分圧がＳｉＮ膜１３の形成に好適な分圧よりも低くなる。また、この工程では、高周波電圧をまだ印加していない。従って、ＳｉＮ膜１３もまだ形成されない。
【００２０】
その後、図１、２に示す様に、前処理として、反応室内のガスに２５０Ｗの電力で高周波電圧を印加してこれらのガスのプラズマを発生させる。しかし、上述の様にＳｉＨ4の分圧がＳｉＮ膜１３の形成に好適な分圧よりも低いので、ＳｉＨ4が励起されたり更には分解されたりして生成される反応種が少ない。
【００２１】
このため、Ｎ2が励起されたり更には分解されたりして反応種が生成されるのがＳｉＨ4よりも相当に遅くて、この前処理ではＮ2が反応に殆ど寄与しなくても、非晶質ＳｉのみやＳｉ−Ｈの過剰なＳｉＮから成る初期膜の形成が抑制される。
【００２２】
その後、図１、２に示す様に、高周波電圧を印加したままで且つ反応室内の圧力を５Ｔｏｒｒに維持したままで、Ａｒの流量をＳｉＮ膜１３の形成に好適な流量２である１００ｓｃｃｍまで減少させる。すると、ＳｉＨ4の分圧がＳｉＮ膜１３の形成に好適な値になって反応種が生成される。また、この時点では、Ｎ2も励起されたり更には分解されたりして反応種が生成される。
【００２３】
この結果、これらの反応種が互いに反応して、図４（ｂ）にも示す様に、ＳｉＮ膜１３が形成される。そして、図１、２に示す様に、ロードロック室内等の分解ガスや未反応ガスをＮ2で置換して無害化した後、プラズマＣＶＤ装置からウェハを取り出す。
【００２４】
その後、図４（ｃ）に示す様に、ＳｉＮ膜１１が露出するまでＳｉＮ膜１３を異方的にエッチバックすることによって、このＳｉＮ膜１３から成る側壁スペーサを開口１２の内側面に形成する。図４（ｃ）と図８（ｄ）との比較からも明らかな様に、この実施形態で形成したＳｉＮ膜１３から成る側壁スペーサは正常な形状を有している。
【００２５】
なお、以上の実施形態では、膜形成工程で供給するＡｒの流量２が１００ｓｃｃｍであるのに対して前処理工程で供給するＡｒの流量１が１５０ｓｃｃｍであるので、流量２に対する流量１の比率が１．５倍であるが、この比率は１．１〜１０倍であればよい。
【００２６】
次に、参考形態を説明する。この参考形態の全体的な処理の流れは、既に図１に示した通りであり、処理条件の大部分も上述の実施形態と同様である。しかし、この参考形態では、図３に示す様に、ウェハを反応室内にセットした後に反応室内に供給するＡｒの流量はＳｉＮ膜１３の形成に好適な１００ｓｃｃｍ流量であるが、ＳｉＨ4は好適な流量２よりも少ない３０ｓｃｃｍの流量１で反応室内に供給する。
【００２７】
このため、ＳｉＨ4の分圧がＳｉＮ膜１３の形成に好適な分圧よりも低く、次の前処理工程で高周波電圧を印加しても、この前処理ではＳｉＨ4が励起されたり更には分解されたりして生成される反応種が少ない。従って、この前処理ではＮ2が反応に殆ど寄与しなくても、非晶質ＳｉのみやＳｉ−Ｈの過剰なＳｉＮから成る初期膜の形成が抑制される。
【００２８】
その後、図３に示す様に、高周波電圧を印加したままで且つ反応室内の圧力を５Ｔｏｒｒに維持したままで、ＳｉＨ4の流量をＳｉＮ膜１３の形成に好適な流量２である６０ｓｃｃｍまで増加させる。すると、ＳｉＨ4の分圧がＳｉＮ膜１３の形成に好適な値になって反応種が生成され、また、この時点では、Ｎ2も励起されたり更には分解されたりして反応種が生成される。この結果、これらの反応種が互いに反応して、ＳｉＮ膜１３が形成される。
【００２９】
なお、以上の参考形態では、膜形成工程で供給するＳｉＨ4の流量２が６０ｓｃｃｍであるのに対して前処理工程で供給するＳｉＨ4の流量１が３０ｓｃｃｍであるので、流量２に対する流量１の比率が０．５倍であるが、この比率は０．１〜０．９倍であればよい。
【００３０】
ところで、以上の実施形態及び参考形態では、前処理工程の後の膜形成工程でＳｉＮ膜１３を形成しているが、前処理工程でもある程度はＳｉＮ膜１３が形成されるので、ＳｉＮ膜１３の総ての厚さを前処理工程のみで形成することも可能である。しかし、前処理工程ではＳｉＮ膜１３の形成速度が著しく遅いので、前処理工程のみでは量産性が損なわれる。
【００３１】
このため、枚葉式のプラズマＣＶＤ装置でＳｉＮ膜１３を形成する場合の前処理工程の実用的な時間は０．１〜１５秒である。そして、更に実際的には、前処理工程でＮ2を励起状態に到達させるので、この前処理工程の条件に依存して前処理工程の時間を決定する。
【００３２】
なお、枚葉式のプラズマＣＶＤ装置であれば、本願の発明はどの様なプラズマＣＶＤ装置でも実行することができる。また、本願の発明では、ガスの導入方法やガス圧力の制御方法や高周波電圧の印加方法等にも制限がない。また、図１と図６との比較や図２、３と図７との比較からも明らかな様に、本願の発明は、従来例に前処理工程が追加されただけであるので、新たな設備投資の必要がなく、生産性の低下もない。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に係る膜の形成方法では、Ｓｉのみから成っていたりＳｉが過剰であったりして所望の成分ではない膜の形成が抑制されるのみならず、所望の成分のＳｉＮ膜が効率的に形成されるので、所望の品質のＳｉＮ膜のみを高いスループットで形成することができる。
【００３４】
請求項２に係る膜の形成方法では、ＳｉＮ膜の形成が抑制される時間が短いので、量産性を損なうことなく所望の品質のＳｉＮ膜のみを形成することができる。
【００３５】
請求項３に係る膜の形成方法では、ＳｉＨ4による反応種の生成が抑制される分圧にＳｉＨ4の分圧を第１の工程で容易に低くすることができるので、所望の品質のＳｉＮ膜のみを高いスループット及び低いコストで形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願の発明の実施形態及び参考形態の処理フロー図である。
【図２】  実施形態の処理概念図である。
【図３】  参考形態の処理概念図である。
【図４】  実施形態及び参考形態を適用した側壁スペーサの形成方法を工程順に示す側断面図である。
【図５】  本願の発明を適用し得る接合型電界効果トランジスタの要部の側断面図である。
【図６】  本願の発明の一従来例の処理フロー図である。
【図７】  一従来例の処理概念図である。
【図８】  一従来例を適用した側壁スペーサの形成方法を工程順に示す側断面図である。
【符号の説明】
１３…ＳｉＮ膜（膜）
【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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