JP2012209394A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板が載置される基板載置部を含み真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルと、回転テーブルにおける基板載置部が形成される面に対して第1の反応ガスを供給する第1の反応ガス供給部と、第1の反応ガス供給部から回転テーブルの周方向に離間して設けられ回転テーブルにおける基板載置部が形成される面に対して、第1の反応ガスと反応する第2の反応ガスを供給する第2の反応ガス供給部と、第1及び第2の反応ガス供給部から回転テーブルの周方向に離間して設けられ、回転テーブルにおける基板載置部が形成される面に対して、第1の反応ガスと第2の反応ガスとの反応性生成物を改質する改質ガス及びエッチングするエッチングガスを活性化して供給する活性化ガス供給部とを含む成膜装置が提供される。
【選択図】図3
Description
図2及び図3を参照すると、分離ガスノズル41、42とともに分離領域Dを構成する、天板11の裏面から回転テーブル2に向かって突出する凸状部4が真空容器1に設けられている。凸状部4は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有し、本実施形態においては、内円弧が突出部5(後述)に連結し、外円弧が、真空容器1の容器本体12の内周面に沿うように配置されている。
ガス導入ノズル34及びプラズマ発生部80は、回転テーブル2のほぼ中心に向かう方向、かつ回転テーブル2の接線方向に直交する方向に、回転テーブル2の上面と平行に延びている。また、ガス導入ノズル34及びプラズマ発生部80は、容器本体12の外周面に取り付けられた導入管80aにより、真空容器1内の気密が維持されるように支持されている。
先ず、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム10により搬送口15を介してウエハWを回転テーブル2の凹部24内に受け渡す。この受け渡しは、凹部24が搬送口15に臨む位置に停止したときに凹部24の底面の貫通孔を介して真空容器1の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このようなウエハWの受け渡しを回転テーブル2を間欠的に回転させて行い、回転テーブル2の5つの凹部24内に夫々ウエハWを載置する。
続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ640により真空容器1内を引き切りの状態にした後、分離ガスノズル41、42から分離ガスであるN2ガスを所定の流量で吐出し、分離カス供給管51及びパージガス供給管72、72からもN2ガスを所定の流量で吐出する。これに伴い、圧力調整手段650により真空容器1内を予め設定した処理圧力に調整する。次いで、回転テーブル2を時計回りに例えば20rpmの回転速度で回転させながらヒータユニット7によりウエハWを例えば450℃に加熱する。
次に、活性化ガスインジェクタ220のガス導入ノズル34からO2/Arガスに加えてCHF3ガスを供給し、ウエハWの回転を更に継続することにより、図8A(a)から(d)を参照しながら説明したSi含有ガスの吸着、O3ガスによるSi含有ガスの酸化、及び酸化シリコン膜の改質を繰り返す。この場合には、堆積された酸化シリコン膜62が改質されるとともに、電極36a、36b間に供給される高周波によりCHF3ガスが活性化されるため、酸化シリコン膜62、63がエッチングされる。すなわち、第1のステップにおいては、酸化シリコンの堆積とエッチングとが、堆積速度>エッチング速度となるように同時に行われる。また、このとき、CHF3ガスの供給量、真空容器1内の圧力、高周波電力などの成膜条件は、酸化シリコン膜のエッチング速度が、スペースSの開口付近で大きく、スペースSの底部側で小さくなるように(換言すると、酸化シリコン膜の堆積速度が、スペースSの開口付近で遅く底部側で速くなるように)設定される。このような条件は、予備実験等から予め決定することができる。そのような条件によれば、スペースSの開口が酸化シリコンで塞がれることなく、酸化シリコンの堆積が継続される。
所定の回数ウエハWが回転すると、スペースSの側壁及び底部に堆積される酸化シリコン膜64の断面は、概ね、図8B(e)に示すようになる。すなわち、スペースSの底部側での膜厚は、スペースSの開口付近及びウエハWの表面における膜厚よりも厚くなり、スペースSの側壁において、僅かに凹状に湾曲している(凹状の湾曲の程度は、元のスペースSの側壁における凹状の湾曲の程度よりも軽減されている)。
次に、反応ガスノズル31からのSi含有ガスの供給を再開する。これにより、第1のステップと同様に酸化シリコンの堆積とエッチングとが同時に行われることとなる。すなわち、ウエハWが第1の処理領域P1を通過する際に、図8C(g)に示すように、テーパ状の断面形状を有するスペースSの内面にSi含有ガスが吸着してSi含有ガス分子層61が形成され、処理領域P2を通過する際に、Si含有ガス分子層61がO3ガスにより酸化されて酸化シリコン膜62が形成され、処理領域150を通過する際に、酸化シリコン膜62が改質されるとともにエッチングされて、改質された酸化シリコン膜63が得られる。これを継続していくと、スペースSの両方の側壁に形成される酸化シリコン膜63が互いに近づくことにより、スペースSが埋め込まれるよりもむしろ、テーパ角度が小さくなるように、換言すると、スペースSの底部から酸化シリコン膜63が厚くなるようにしてスペースSが埋め込まれていく。そして、所定の時間が経過すると、図8Dに示すように、ボイドが形成されることなく、スペースSが酸化シリコン膜66で埋め込まれるに至る。
(1)保護層成膜ステップ
・回転テーブル2の回転速度: 1rpm〜500rpm(300mm径のウエハWを用いる場合)
・真空容器1内の圧力: 133Pa(1Torr)
・反応ガスノズル31からのSi含有ガスの流量: 100sccm
・反応ガスノズル32からのO3ガスの流量: 10000sccm
・活性化ガスインジェクタ220からのO2/Arガスの流量: 10000sccm(O2ガス流量: 1000sccm、Arガス流量: 9000sccm)
・活性化ガスインジェクタ220へ供給される高周波電力: 500〜900W(周波数13.56MHz)
・回転テーブル2の回転速度: 1から500rpm
(2)第1のステップ及び第3のステップ
・活性化ガスインジェクタ220からのCHF3ガスの流量: 0.5〜3sccm
・回転テーブル2の回転速度: 1から500rpm
(その他の条件は、保護層成膜ステップと同じ)
(3)第2のステップ
・反応ガスノズル31からのSi含有ガスの流量: 0sccm
(その他の条件は、第1のステップ及び第3のステップと同じ)
以上、実施形態を参照しながら本発明を説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されさるものではなく、添付の特許請求の範囲内で種々の変形や変更が可能である。
また、上述の実施形態においては、保護層成膜ステップを説明したが、スペースSの内面が、活性化された改質ガスやエッチングガスにより腐食されない場合には、保護層成膜ステップは不要である。例えば、Si基板に形成されたスペースに対して例えば窒化シリコン膜などの保護層が形成されている場合には、保護層成膜ステップを行うことなく、第1のステップから始めても良い。
既述の酸化シリコン膜を成膜するためのSi含有ガスとしては、第1の反応ガスとしてBTBAS[ビスターシャルブチルアミノシラン]、DCS[ジクロロシラン]、HCD[ヘキサクロロジシラン]、3DMAS[トリスジメチルアミノシラン]、モノアミノシランなどを用いても良い。また、TMA[トリメチルアルミニウム]、TEMAZ[テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム]、TEMAH[テトラキスエチルメチルアミノハフニウム]、Sr(THD)2[ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト]、Ti(MPD)(THD)[チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト]などを第1の反応ガスとして用いて、酸化アルミニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ストロンチウム膜、酸化チタン膜などをそれぞれ成膜しても良い。これらの反応ガスを酸化する酸化ガスである第2の反応ガスとしては、水蒸気などを採用しても良い。また、第2の反応ガスとしてO3ガスを用いないプロセス例えばTiN(窒化チタン)膜などにおいてTiN膜の改質を行う場合には、ガス導入ノズル34から供給するプラズマ発生用の改質ガスとしては、NH3(アンモニア)ガスなどのN(窒素)含有ガスを用いても良い。また、改質ガス及びエッチングガスについては成膜する膜の材料に応じて適宜選択して良い。
また、本発明はウエハに形成されたトレンチやライン・スペース・パターンだけでなく、例えば、ウエハ上に形成されたメタルラインにより形成されるライン・スペース・パターンなどに対しても適用可能である。
Claims (13)
- 凹部を含むパターンが形成された基板を真空容器内に搬入するステップと、
第1の反応ガス供給部から前記基板に対して第1の反応ガスを供給し、前記第1の反応ガスを前記基板に吸着させる吸着ステップと、
第2の反応ガス供給部から前記基板に対して、前記第1の反応ガスと反応する第2の反応ガスを供給し、前記基板に吸着される前記第1の反応ガスと前記第2の反応ガスを反応させて、前記基板に反応生成物を形成する形成ステップと、
前記真空容器内に設けられガスを活性化可能な活性化ガス供給部により改質ガスを活性化して前記基板に供給し、前記反応生成物を改質する改質ステップと、
前記反応生成物が形成されない雰囲気下で、前記活性化ガス供給部によりエッチングガスを活性化して前記基板に供給し、前記反応生成物をエッチングするエッチングステップと、
を含む成膜方法。 - 前記改質ステップにおいて、前記活性化ガス供給部により前記改質ガス及び前記エッチングガスを活性化して前記基板に供給することにより、前記反応生成物の改質及びエッチングが行われる、請求項1に記載の成膜方法。
- 前記改質ステップに先立ち、前記吸着ステップ、前記形成ステップ、及び前記改質ステップをこの順に一又は二以上繰り返すステップを更に含む、請求項1又は2に記載の成膜方法。
- 前記エッチングステップの後に、前記吸着ステップ、前記形成ステップ、及び前記改質ステップをこの順に一又は二以上繰り返すステップを更に含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記改質ステップにおいて前記改質ガスが高周波により活性化される、請求項1から4のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記エッチングステップにおいて前記エッチングガスが高周波により活性化される、請求項1から4のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 凹部を含むパターンが形成された基板を真空容器内に搬入するステップと、
第1の反応ガス供給部から前記基板に対して第1の反応ガスを供給し、前記第1の反応ガスを前記基板に吸着させる吸着ステップと、
第2の反応ガス供給部から前記基板に対して、前記第1の反応ガスと反応する第2の反応ガスを供給し、前記基板に吸着される前記第1の反応ガスと前記第2の反応ガスを反応させて、前記基板に反応生成物を形成する形成ステップと、
前記真空容器内に設けられガスを活性化可能な活性化ガス供給部により改質ガスと、前記反応生成物をエッチングするエッチングガスとを活性化して前記基板に供給し、前記反応生成物の改質及びエッチングを行なう改質−エッチングステップと
を含む成膜方法。 - 前記改質ステップに先立ち、前記吸着ステップ、前記形成ステップ、及び前記改質ステップをこの順に一又は二以上繰り返すステップを更に含む、請求項7に記載の成膜方法。
- 前記エッチングステップの後に、前記吸着ステップ、前記形成ステップ、及び前記改質ステップをこの順に一又は二以上繰り返すステップを更に含む、請求項7又は8に記載の成膜方法。
- 前記改質ステップにおいて前記改質ガスが高周波により活性化される、請求項7から10のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記改質−エッチングステップにおいて前記改質ガス及び前記エッチングガスが高周波により活性化される、請求項7から10のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 基板が載置される基板載置部を含み、真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルと、
前記基板載置部に載置される前記基板に対して第1の反応ガスを供給し、該第1の反応ガスを前記基板に吸着させる第1の反応ガス供給部と、
前記第1の反応ガス供給部から前記回転テーブルの周方向に離間して設けられ、前記基板に対して第2の反応ガスを供給し、前記基板に吸着する前記第1の反応ガスと前記第2の反応ガスとを反応させて反応生成物を前記基板に形成する第2の反応ガス供給部と、
前記第1及び前記第2の反応ガス供給部から前記回転テーブルの周方向に離間して設けられ、前記反応生成物を改質する改質ガスと前記反応生成物をエッチングするエッチングガスとを活性化して前記基板に供給する活性化ガス供給部と
を含む成膜装置。 - 前記活性化ガス供給部が、前記改質ガス及び前記エッチングガスを活性化する高周波電力が供給される電極を含む、請求項12に記載の成膜装置。
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