JP4285184B2 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
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Description
この成膜方法の一例を図6を参照して説明する。図6はTEOSを用いた一般的な成膜方法の一例を示す工程図である。
特に、半導体素子の更なる高集積化により素子間の距離がより短くなってウエハ表面の凹凸のアスペクト比も更に大きくなっている現状においては、上記したシーム8がより発生し易い状況にあり、早期の解決が望まれている。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、シームがなく、しかもエッチング耐性を向上できる成膜方法及び成膜装置を提供することにある。
このように、被処理体の表面に形成されたSiO2 膜を酸素活性種と水酸基活性種とを主体とする雰囲気中でアニール処理することにより改質を行ったので、SiO2 膜中にシームがなく、しかもそのエッチング耐性を向上させることができる。
また例えば請求項3に規定するように、前記改質工程は、酸化性ガスと還元性ガスとを発生させる。
また例えば請求項4に規定するように、前記酸化性ガスは、O2 とN2 OとNOとNO2 とよりなる群から選択される1つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはH2 ガスよりなる。
また例えば請求項5に規定するように、前記SiO2 膜形成工程は、原料としてSiを含む有機材料を用いる。
請求項7に係る発明は、上記成膜方法を実施するための装置発明であり、すなわち、被処理体の表面に薄膜を堆積させる成膜装置において、真空引き可能になされた処理容器と、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、前記処理容器内へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段と、前記処理容器内へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように前記原料ガス供給手段と前記酸化性ガス供給手段と前記還元性ガス供給手段とを制御する主制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置である。
被処理体の表面に形成されたSiO2 膜を酸素活性種と水酸基活性種とを主体とする雰囲気中でアニール処理することにより改質を行ったので、SiO2 膜中にシームがなく、しかもそのエッチング耐性を向上させることができる。
図1は本発明方法を実施するための成膜装置の一例を示す構成図である。まずこの成膜装置について説明する。図示するように、この成膜装置12は下端が開放された円筒体状になされた縦型の処理容器14を有している。この処理容器14は、例えば耐熱性の高い石英を用いることができる。
この処理容器14の天井部には、開口された排気口16が設けられると共に、この排気口16に例えば直角に横方向へ屈曲された排気ノズル18が連設されている。そして、この排気ノズル18には、途中に圧力制御弁20や真空ポンプ22等が介設された排気系24が接続されており、上記処理容器14内の雰囲気を真空引きして排気出来るようになっている。
上記した回転軸38は、例えばボートエレベータ等の昇降機構44に支持されたアーム46の先端に取り付けられており、ウエハボート28及び蓋部36等を一体的に昇降できるようになされている。尚、上記テーブル34を上記蓋部36側へ固定して設け、ウエハボート28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。
本発明方法の特徴は、半導体ウエハWの表面にSiO2 膜を形成するSiO2 膜形成工程と、このSiO2 膜の膜質を改善するためにSiO2 膜を酸素活性種と水酸基活性種とを主体とする雰囲気中にてアニール処理する改質工程とを行う点であり、ここでは上記各工程を同一の処理容器14内で連続的に行う。
まず、例えばシリコンウエハよりなる半導体ウエハWがアンロード状態で成膜装置12が待機状態の時には、処理容器14はプロセス温度より低い温度に維持されており、常温の多数枚、例えば50枚のウエハWが載置された状態のウエハボート28を処理容器14内にその下方より上昇させてロードし、蓋部36でマニホールド26の下端開口部を閉じることにより処理容器14内を密閉する。
この処理ガスは処理容器14内を上昇しつつ、回転しているウエハボート28に収容されているウエハWと接触してウエハ表面に対して成膜処理や改質処理が施されることになる。そして、この処理ガス、或いは反応により生成したガスは処理容器14の天井部の排気口16から系外へ排気されることになる。ここでは使用するガスを順次替えて、前述したように成膜処理及び改質処理が順次行われる。
まず、処理容器14内へ導入された当初のウエハWの表面は、図2(A)に示すように凹部2及び凸部4が形成されており、凹部2が埋め込まれるべき例えば層間絶縁膜の溝状の領域であり、凸部4がトランジスタやキャパシタ等の各種の素子に対応することになる。
このような状態で、まずSiO2 膜形成工程を行う。ここでは原料ガス供給手段52により有機材料であるガス状のTEOSを処理容器14内へ供給し、このTEOSを熱分解させてCVDによりSiO2 膜6をウエハ表面に堆積させる。図2(B)はSiO2 膜6の堆積途中を示しており、図2(C)はSiO2 膜6の堆積の完了した状態を示す。尚、SiO2 膜の堆積中には、O2 ガス及びH2 ガスの供給は行われないのは勿論である。
このようにして、ウエハWの表面全体に絶縁膜であるSiO2 膜6が堆積されて凹部2内は埋め込まれることになる。ここで絶縁膜である上記SiO2 膜6を形成した段階では、図2(C)に示すように凹部2内に埋め込まれたSiO2 膜6の中心部に上下方向に延びる線状のシーム8が発生する。
H2 +O2 → H*+HO2
O2 +H* → OH*+O*
H2 +O* → H*+OH*
H2 +OH* → H*+H2 O
ここでシームの有無及びエッチング耐性について実際に処理を行って評価を行ったので、その評価結果について説明する。
図3はシームの有無を評価するための半導体ウエハの断面の拡大写真であり、図4はエッチング耐性を評価するための半導体ウエハの断面の基準形状を示す拡大写真であり、図5はエッチング処理後の半導体ウエハの断面の拡大写真である。尚、図3〜図5においては共に模式図を併記している。
また図4はエッチング処理前の基準となる形状の写真を示し、図5(A)は従来方法によるSiO2 膜をエッチング処理した後の断面写真を示し、図5(B)は本発明方法によるSiO2 膜をエッチング処理した後の断面写真を示す。
まず、プロセス圧力に関しては、このプロセス圧力を133Paより高く設定すると、処理容器14内の高さ方向において改質処理の面間均一性が許容値以下に劣化してしまうので好ましくない。この理由は、酸素活性種及び水酸基活性種の濃度が大きく異なってしまうからであると考えられる。またプロセス温度に関しては、このプロセス温度を400℃よりも低く設定すると上記した活性種が発生しないので、上記改質処理自体を行うことができなかった。
尚、上記実施例ではSiO2 膜を形成する時の原料としてはTEOSを用いたが、Siを含む他の有機材料、例えばSOG(Spin On Glass)と用いてもよく、また、有機材料以外のSiを含む材料、例えばシラン系ガスを用いて高温で酸化処理(HTO:High Temperature Oxide)してもよい。
この場合にも、ウエハ表面の改質反応には、前述したように還元性ガスの燃焼過程に生ずる酸素活性種と水酸基活性種が主として寄与することになる。また、ガスとしてO2 やH2 以外の上記ガスを用いた場合にも、ウエハ温度及びプロセス圧力などのプロセス条件は前述のようにO2 とH2 とを用いた場合と略同様に設定すればよい。
更には、本発明方法は、一度に複数枚のウエハを処理できるいわゆる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枚ずつ処理する枚葉式の成膜装置についても本発明を適用することができる。
また、本発明方法は、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、LCD基板、ガラス基板等にも適用することができる。
14 処理容器
28 ウエハボート(保持手段)
48 加熱手段
52 原料ガス供給手段
54 酸化性ガス供給手段
56 還元性ガス供給手段
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (8)
- 被処理体の表面に薄膜を堆積させる成膜方法において、
前記被処理体の表面にSiO2 膜を形成するSiO2 膜形成工程と、
前記SiO2 膜の膜質を改善するために前記SiO2 膜を酸素活性種と水酸基活性種とを主体とする雰囲気中にてアニール処理する改質工程と、
を有し、前記SiO 2 膜形成工程と前記改質工程とは、同一の処理容器内で連続的に行われることを特徴とする成膜方法。 - 前記改質工程は、プロセス圧力が133Pa以下に設定され、且つプロセス温度が400℃以上に設定されることを特徴とする請求項1記載の成膜方法。
- 前記改質工程は、酸化性ガスと還元性ガスとを発生させることを特徴とする請求項1または2記載の成膜方法。
- 前記酸化性ガスは、O2 とN2 OとNOとNO2 とよりなる群から選択される1つ以上のガスを含み、前記還元性ガスはH2 ガスよりなることを特徴とする請求項3記載の成膜方法。
- 前記SiO2 膜形成工程は、原料としてSiを含む有機材料を用い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SiO2 膜を形成する直前の前記被処理体の表面には、埋め込まれるべき凹凸が形成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。
- 被処理体の表面に薄膜を堆積させる成膜装置において、
真空引き可能になされた処理容器と、
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、
前記処理容器内へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段と、
前記処理容器内へ還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の成膜方法を実施するように前記原料ガス供給手段と前記酸化性ガス供給手段と前記還元性ガス供給手段とを制御する主制御部と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。 - 前記処理容器は、前記被処理体を複数枚収容できるような大きさで縦型に成形されており、
前記保持手段は前記複数枚の被処理体を所定のピッチで多段に支持できると共に、前記処理容器内へ挿脱可能になされていることを特徴とする請求項7記載の成膜装置。
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