JP2007042823A - 成膜方法、成膜装置及び記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 筒体状の処理容器14内に被処理体Wを保持し、全開及び全閉を含んで弁開度を任意に設定することができる弁機構86が途中に介設された真空排気系82により処理容器内の雰囲気を排気しつつ処理容器内に原料ガスと反応性ガスとを供給するようにした成膜装置を用いて薄膜を形成する成膜方法において、原料ガスと反応性ガスとを処理容器内へ交互に供給すると共に、原料ガスの供給時の弁機構の弁開度を、原料ガスの非供給時の弁開度よりも、全閉状態を除いて小さく設定する。これにより、スループットを低下させることなくパーティクルの発生を抑制する。
【選択図】 図5
Description
この点について図12及び図13を参照して説明する。図12は従来の一般的な縦型の成膜装置を示す概略構成図、図13は各ガスの供給シーケンスと排気弁の動作との関係を示すグラフである。
この場合、原料ガスであるDCSガスの供給時には、排気開閉弁8を完全に閉状態にすることによって処理容器2内の圧力を高め、この時にウエハ表面に吸着する原料ガスの吸着量をできるだけ多くしてスループットを向上させることが行われている。
また上述のように原料ガスの供給時に弁機構を全閉状態とはしないので、例えばこのシール部材に反応副生成物が付着することがなくなり、従って、弁機構に内部リークが発生することを防止することができる。
また例えば請求項3に規定するように、前記原料ガスの供給時の弁開度は、全開状態の80〜95%の範囲内である。
また例えば請求項4に規定するように、前記原料ガスの供給時と前記反応性ガスの供給時との間には間欠期間が設けられており、前記間欠期間には前記処理容器内は少なくとも不活性ガスパージされていること、或いは全てのガスの供給が停止されて真空引きされている。
また例えば請求項6に規定するように、前記処理容器は前記被処理体を複数枚処理できる大きさで縦型に成形されており、前記保持手段は前記被処理体を複数段に保持して前記処理容器内へ挿脱自在になされている。
また例えば請求項7に規定するように、前記真空排気系は、前記弁機構が途中に介設されて前記原料ガスを排気する原料ガス用排気通路と、前記弁機構が途中に介設されて前記反応性ガスを排気する反応性ガス用排気通路とを有し、前記両排気通路に介設された2つの弁機構の全体の弁開度が、等価的に1つの弁開度として制御される。
また例えば請求項9に規定するように、前記処理容器内へドーパントガスが供給されて、前記薄膜中にはドーパントが含まれている。
また例えば請求項10に規定するように、前記ドーパントは、ボロン及び/又は炭素よりなる。
また例えば請求項13に規定するように、前記処理容器は前記被処理体を複数枚処理できる大きさで縦型に成形されており、前記保持手段は前記被処理体を複数段に保持して前記処理容器内へ挿脱自在になされている。
また例えば請求項14に規定するように、前記真空排気系は、前記弁機構が途中に介設されて前記原料ガスを排気する原料ガス用排気通路と、前記弁機構が途中に介設されて前記反応性ガスを排気する反応性ガス用排気通路とを有する。
原料ガスと反応性ガスとを交互に繰り返し供給して薄膜を形成するに際して、原料ガスの供給時には、排気側の弁機構の弁開度を原料ガスの非供給時よりも小さく設定するが全閉状態とはしないので、常に排気側への流れが形成された状態となる。従って、弁開度の変化による容器内圧力の変動により、例えば排気系の内壁からパーティクルの生成核となる付着物等が剥がれ落ちても、この剥がれ落ちたパーティクルの生成核は常に排気方向へ流されて行き、これが逆流して被処理体の表面等に付着することはなく、パーティクルの発生を大幅に抑制することができる。
また上述のように原料ガスの供給時に弁機構を全閉状態とはしないので、例えばこのシール部材に反応副生成物が付着することがなくなり、従って、弁機構に内部リークが発生することを防止することができる。
図1は本発明の係る成膜装置の一例を示す縦断面構成図、図2は成膜装置(加熱手段は省略)を示す横断面構成図、図3は弁機構を示す縦断面図、図4は弁機構の横断面図である。尚、ここでは原料ガスとしてシラン系ガスの1つであるジクロロシラン(DCS)を用い、反応性ガスとして窒化ガスの1つであるアンモニアガス(NH3 )を用い、上記NH3 ガスをプラズマにより活性化してシリコン窒化膜(SiN)を成膜する場合を例にとって説明する。
上記処理容器14の下端は、上記マニホールド18によって支持されており、このマニホールド18の下方より多数枚の被処理体としての半導体ウエハWを多段に載置した保持手段としての石英製のウエハボート22が昇降可能に挿脱自在になされている。本実施例の場合において、このウエハボート22の支柱22Aには、例えば50〜100枚程度の直径が300mmのウエハWを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。
そして、この回転軸30の貫通部には、例えば磁性流体シール32が介設され、この回転軸30を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部28の周辺部とマニホールド18の下端部には、例えばOリング等よりなるシール部材34が介設されており、処理容器14内のシール性を保持している。
上記した回転軸30は、例えばボートエレベータ等の昇降機構(図示せず)に支持されたアーム36の先端に取り付けられており、ウエハボート22及び蓋部28等を一体的に昇降して処理容器14内へ挿脱できるようになされている。尚、上記テーブル26を上記蓋部28側へ固定して設け、ウエハボート22を回転させることなくウエハWの処理を行うようにしてもよい。
そして上記プラズマ区画壁66の開口64の外側近傍、すなわち開口64の外側(処理容器14内)の両側には、上記原料ガス分散ノズル46とパージガス分散ノズル48とがそれぞれ片側ずつに起立させて設けられており、各ノズル46、48に設けた各ガス噴射孔46A、48Aより処理容器14の中心方向に向けてDCSガスとN2 ガスとをそれぞれ噴射し得るようになっている。
そして、上記ガス出口78には、真空排気系82が接続されている。この真空排気系82は、上記ガス出口78に連結された排気通路84を有しており、この排気通路84の途中には、その上流側より下流側に向けて弁機構86と真空ポンプ88と排気ガス中の不要物質を除去する除害ユニット89とが順次介設されており、上記処理容器14内を真空引きできるようになっている。上記弁機構86は、全開及び全閉を含んで弁開度を任意に設定することができる弁の機能、すなわち開閉弁と圧力調整弁との2つの機能を併せもっており、いわゆるコンビネーションバルブが用いられる。
次に、以上のように構成された成膜装置を用いて行なわれるプラズマによる成膜方法(いわゆるALD成膜)について説明する。上述したように、以下に説明する動作は、上記記憶媒体112に記憶されたプログラムに基づいて行われる。ここでは成膜処理として、ウエハ表面に低温で間欠的にプラズマを用いてシリコン窒化膜(SiN)を形成する場合を例にとって説明する。図5は本発明方法の第1実施例の各ガスの供給シーケンスと弁機構の動作の関係を示すグラフである。すなわち、本発明方法の第1実施例では、DCSガスとNH3 ガスとを処理容器14内へ交互に供給すると共に、前記DCSガスの供給時の弁機構86の弁開度を、原料ガスの非供給時の弁開度よりも、全閉状態を除いて小さく設定するようにしている。
そして処理容器14内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱手段80への供給電力を増大させることにより、ウエハ温度を上昇させてプロセス温度を維持し、上記DCSガスとNH3 ガスとを原料ガス供給手段40及び反応性ガス供給手段38からそれぞれ交互に間欠的に供給し、回転しているウエハボート22に支持されているウエハWの表面にシリコン窒化膜(SiN)を形成する。この際、NH3 ガスを単独で供給する時に、全供給時間に亘って、或いは全供給時間の一部において高周波電源(RF電源)70をオンしてプラズマを立てるようにする。
そこで、本発明方法では、真空排気系82の弁機構86を、全閉状態にしないで、図5(D)に示すように僅かに開いた小さな弁開度に設定する。また原料ガスであるDCSガスを供給しない時、すなわち非供給時には、弁開度100%の全開状態にしている。
上述のように、弁開度を小さな値に設定した時は、図5(E)に示すように容器内圧力は次第に上昇して行くことになる。
また、原料ガスであるDCSガスの供給時には、容器内圧力を従来方法の場合よりは低いが、十分に高くすることができるので(図5(E)参照)、原料ガスのウエハ表面への付着量も大きくすることができ、この結果、成膜レートも高く維持することができて高いスループットを維持することができる。
この場合、上記原料ガスの供給時の弁開度Δt(図5(D)参照)は5〜20%の範囲内であり、弁開度Δtが5%よりも小さいと、パーティクルやパーティクル生成の核となる物質の排気効果が十分でなくなり、また、20%よりも大きくなると、ウエハ表面に対する原料ガスの付着効率が低下して、スループットが劣化してしまう。
ここで間欠期間(パージ期間)120では、上述のように不活性ガスであるN2 ガスを処理容器14内へ供給して残留ガスを排除するようにしてもよいし(不活性ガスパージ)、或いは、全てのガスの供給を停止したまま真空引きを継続して行うことにより(バキュームとも称す)、処理容器14内の残留ガスを排除するようにしてもよい。
またプロセス圧力に関しては、図5(E)中のLOWの値は0〜5Torrの範囲内であり、好ましくは0〜1Torrの範囲内である。またHIGHの値は0.1〜10Torrの範囲内であり、好ましくは0.1〜5Torrの範囲内である。尚、1Torr=133.3Paである。
また上述のように原料ガスの供給時に弁機構86を全閉状態とはしないので、例えばこのシール部材に反応副生成物が付着することがなくなり、従って、弁機構86に内部リークが発生することを防止することができる。
上記実施例では、NH3 ガスを供給する前後に、それぞれパージ期間を設けたが、これに限らず、例えば前後の両パージ期間を省略してもよいし、或いはNH3 ガスを供給した直後のパージ期間を省略して直ちにDCSガスの供給を開始するようにしてもよく、この場合にはパージ期間を省略した分だけスループットを向上させることができる。
図8はこのような本発明方法の第3実施例の各ガスの伸縮シーケンスと弁機構の動作の関係を示すグラフである。ここでは、図8(D)に示すように、全開状態になされている弁開度はDCSガスの供給時に僅かに小さく設定されるだけであり、従って、この時の容器内圧力(図8(E))は僅かしか上げないように制御する。この時の弁開度Δt1は80〜95%程度の範囲内である。このように圧力制御する理由は、前述したように堆積する薄膜の膜ストレスやエッチングレート等を良好になるように制御するためである。
この結果、DCSガス供給時の圧力を上記範囲内で変化させることにより、ウエットエッチングレートを34〜38Å/minの範囲に亙って制御できることが確認できた。ここで以上説明した各実施例における圧力は、各ガス供給ステップにおける平均圧力値を示す。
そこで、真空排気系として複数系統の排気通路を設けるようにして、原料ガスの排気系と反応性ガスの排気系と分けるようにしてもよい。図10は2系統の排気通路を設けた真空排気系の一例を示す図、図11は図10に示す真空排気系における弁機構の動作を示す図である。
また、堆積する膜種は上記したように限定されず、原料ガスの供給時に、ウエハへの原料ガスの付着を促進するために容器内圧力を高くするよう制御する成膜方法については本発明を適用することができる。
また、ここでは反応性ガスを活性化手段60によりプラズマでもって活性化したが、原料ガス自体の反応性が高い場合には、活性化手段60を設けなくてもよい。
更には、ここでは縦型の処理容器を用いた、バッチ式の成膜装置について説明したが、これに限定されず、ウエハを1枚ずつ処理する、いわゆる枚葉式の成膜装置にも本発明を適用することができる。
また被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、LCD基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
14 処理容器
22 ウエハボート(保持手段)
38 反応性ガス供給手段
40 原料ガス供給手段
42 パージガス供給手段
60 活性化手段
70 高周波電源
82 真空排気系
86 弁機構
110 制御手段
112 記憶媒体
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (15)
- 筒体状の処理容器内に被処理体を保持し、全開及び全閉を含んで弁開度を任意に設定することができる弁機構が途中に介設された真空排気系により前記処理容器内の雰囲気を排気しつつ前記処理容器内に原料ガスと反応性ガスとを供給するようにした成膜装置を用いて薄膜を形成する成膜方法において、
前記原料ガスと前記反応性ガスとを前記処理容器内へ交互に供給すると共に、前記原料ガスの供給時の前記弁機構の弁開度を、該原料ガスの非供給時の弁開度よりも、全閉状態を除いて小さく設定するようにしたことを特徴とする成膜方法。 - 前記原料ガスの供給時の弁開度は、全開状態の5〜20%の範囲内であることを特徴とする請求項1記載の成膜方法。
- 前記原料ガスの供給時の弁開度は、全開状態の80〜95%の範囲内であることを特徴とする請求項1記載の成膜方法。
- 前記原料ガスの供給時と前記反応性ガスの供給時との間には間欠期間が設けられており、前記間欠期間には前記処理容器内は少なくとも不活性ガスパージされていること、或いは全てのガスの供給が停止されて真空引きされていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記反応性ガスはプラズマにより活性化されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記処理容器は前記被処理体を複数枚処理できる大きさで縦型に成形されており、前記保持手段は前記被処理体を複数段に保持して前記処理容器内へ挿脱自在になされていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記真空排気系は、前記弁機構が途中に介設されて前記原料ガスを排気する原料ガス用排気通路と、前記弁機構が途中に介設されて前記反応性ガスを排気する反応性ガス用排気通路とを有し、前記両排気通路に介設された2つの弁機構の全体の弁開度が、等価的に1つの弁開度として制御されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の成膜装置。
- 前記原料ガスは、ジクロロシラン(DCS)、ヘキサクロロジシラン(HCD)、モノシラン[SiH4 ]、ジシラン[Si2 H6 ]、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、テトラクロロシラン(TCS)、ジシリルアミン(DSA)、トリシリルアミン(TSA)、ビスターシャルブチルアミノシラン(BTBAS)よりなる群より選択されるシラン系ガスであり、前記反応性ガスは、アンモニア[NH3 ]、窒素[N2 ]、一酸化二窒素[N2 O]、一酸化窒素[NO]よりなる群より選択される窒化ガス、またはO2 、O3 よりなる群より選択される酸化性ガスであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記処理容器内へドーパントガスが供給されて、前記薄膜中にはドーパントが含まれていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記ドーパントは、ボロン及び/又は炭素よりなることを特徴とする請求項9記載の成膜方法。
- 被処理体に対して所定の薄膜を形成する成膜装置において、
筒体状の処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へ成膜用の原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記処理容器内へ前記原料ガスと反応する反応性ガスを供給する反応性ガス供給手段と、
全開及び全閉を含んで弁開度を任意に設定することができる弁機構が途中に介設されて前記処理容器内の雰囲気を排気する真空排気系と、
前記原料ガスと前記反応性ガスとを前記処理容器内へ交互に供給すると共に、前記原料ガスの供給時の前記弁機構の弁開度を、該原料ガスの非供給時の弁開度よりも、全閉状態を除いて小さく設定するように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。 - 前記反応性ガスを活性化する活性化手段を有することを特徴とする請求項11記載の成膜装置。
- 前記処理容器は前記被処理体を複数枚処理できる大きさで縦型に成形されており、前記保持手段は前記被処理体を複数段に保持して前記処理容器内へ挿脱自在になされていることを特徴とする請求項11または12記載の成膜装置。
- 前記真空排気系は、前記弁機構が途中に介設されて前記原料ガスを排気する原料ガス用排気通路と、前記弁機構が途中に介設されて前記反応性ガスを排気する反応性ガス用排気通路とを有することを特徴とする請求項11乃至13のいずれかに記載の成膜装置。
- 被処理体に対して所定の薄膜を形成する成膜装置において、
筒体状の処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を保持する保持手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内へ成膜用の原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記処理容器内へ前記原料ガスと反応する反応性ガスを供給する反応性ガス供給手段と、
全開及び全閉を含んで弁開度を任意に設定することができる弁機構が途中に介設されて前記処理容器内の雰囲気を排気する真空排気系とを有する成膜装置を用いて薄膜を形成するに際して、
前記原料ガスと前記反応性ガスとを前記処理容器内へ交互に供給すると共に、前記原料ガスの供給時の前記弁機構の弁開度を、該原料ガスの非供給時の弁開度よりも、全閉状態を除いて小さく設定するように前記成膜装置を制御するプログラムを記憶する記憶媒体。
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