JP4924437B2 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
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Description
請求項2に係る発明は、被処理体が収容されて真空引き可能になされた処理容器内に、シラン系ガスと窒化ガスと炭化水素ガスとを供給して前記被処理体の表面にSiCN膜よりなる薄膜を形成する成膜方法において、前記シラン系ガスと前記窒化ガスと前記炭化水素ガスとをそれぞれ一定の供給期間でパルス状に供給する供給工程と供給を停止する停止工程とよりなる1サイクルを複数回繰り返し実行すると共に前記シラン系ガスの供給工程を実行する時には、前記炭化水素ガスの停止工程を同時に実行するようにしてプラズマを用いることなく前記薄膜を形成するようにしたことを特徴とする成膜方法である。
また例えば請求項4に記載したように、前記炭化水素ガスの停止工程の間において、前記炭化水素ガスを次の炭化水素ガスの供給工程の時に供される炭化水素ガスとして一時的に貯留タンク内に貯留するタンク貯留工程を有する。
また例えば請求項5に記載したように、前記窒化ガスの供給工程は前記シラン系ガスの供給工程の長さと同一に設定され、前記シラン系ガスの1サイクルの中で前記窒化ガスの供給工程は1回又は複数回実行される。
また例えば請求項7に記載したように、前記シラン系ガスの供給工程が実行される時には、前記窒化ガスの供給工程が同時に実行される。
また例えば請求項9に記載したように、前記炭化水素ガスの供給工程は前記シラン系ガスの供給工程の長さと同一に設定され、前記シラン系ガスの1サイクルの中で前記炭化水素ガスの供給工程は1回又は複数回実行される。
また例えば請求項11に記載したように、前記シラン系ガスと前記窒化ガスと前記炭化水素ガスの全てのガスの供給を停止して真空引きするパージステップが含まれている。
また例えば前記炭化水素ガスの停止工程の間において、前記炭化水素ガスを次の炭化水素ガスの供給工程の時に供される炭化水素ガスとして一時的に貯留タンク内に貯留するタンク貯留工程を有する。
また例えば請求項12に記載したように、前記薄膜の成膜時の温度は、300℃〜700℃の範囲内である。
また例えば請求項13に記載したように、前記薄膜の成膜時の圧力は、13Pa(0.1Torr)〜1330Pa(10Torr)の範囲内である。
また例えば請求項16に記載したように、前記炭化水素ガスは、アセチレン、エチレン、メタン、エタン、プロパン、ブタンよりなる群より選択される1以上のガスである。
また例えば請求項19に記載したように、前記処理容器は、前記被処理体を複数枚収容することができる縦型の筒体状に成形されている。
本発明によれば、比較的低温で成膜しても含有する炭素濃度を多くさせてクリーニング時のエッチングレートを比較的小さくでき、もってクリーニング時の膜厚の制御性を向上させることができ、且つエッチングストッパ膜や層間絶縁膜等の絶縁膜として十分機能する絶縁膜を形成することができる。
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である。尚、ここではシラン系ガスとしてジクロロシラン(DCS)を用い、窒化ガスとしてアンモニアガス(NH3 )を用い、炭化水素ガスとしてC2 H4 ガス(エチレンガス)を用いて炭素含有の薄膜であるSiCN膜を成膜する場合を例にとって説明する。
そして、この回転軸20の貫通部には、例えば磁性流体シール22が介設され、この回転軸20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18の周辺部とマニホールド8の下端部には、例えばOリング等よりなるシール部材24が介設されており、処理容器4内のシール性を保持している。
本発明方法は、上記シラン系ガス、例えばDCSと上記窒化ガス、例えばNH3 と上記炭化水素ガス、例えばC2 H4 とをそれぞれ一定の供給期間でパルス状に供給する供給工程と供給を停止する停止工程とよりなる1サイクルを複数回繰り返し実行してプラズマを用いることなく上記薄膜を形成するようにしたものである。
<第1実施例>
図3は本発明の成膜方法の第1実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。
まず、図3(A)に示すように、上記各ガスは連続的に供給されるのではなく、それぞれ所定の周期でもって間欠的に繰り返し供給が行われる。尚、今後説明する一連の動作中では常に真空ポンプが駆動されて処理容器4内は真空引きされている。
ここで上記3種類の全てのガスの供給が停止される区間、すなわちここでは、NH3 供給工程84とこの前後のDCS供給工程80とで挟まれた区間がパージステップP1、P2となり、処理容器4内の残留ガスが排気される。尚、パージステップP1、P2で必要に応じてN2 ガス(Ar等の希ガスでもよい)を供給して残留ガスの排出を促進させるようにしてもよい。
次に、上述した本発明方法(第1実施例)により形成したSiCN膜中の炭素濃度(含有量)を測定して評価したので、その評価結果について説明する。図4は本発明方法により形成したSiCN膜中の炭素濃度とエッチングレートとの関係を示すグラフである。ここでは比較のために、C2 H4 ガス無しで成膜した時のSiN膜と、プラズマを用いて形成したSiCN膜(本出願人による先の出願:特願2006−7951号の成膜方法)のデータを併せて記載している。尚、エッチングには希フッ酸DHF(200:1)を用いた。
次に本発明方法の第2実施例について説明する。図5は本発明の成膜方法の第2実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図3に示す部分と同一工程等には同一符号を付して、その説明を省略する。
次に本発明方法の第3実施例について説明する。図6は本発明の成膜方法の第3実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図3に示す部分と同一工程等には同一符号を付して、その説明を省略する。
次に本発明方法の第4実施例について説明する。図7は本発明の成膜方法の第4実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図6に示す部分と同一工程等には同一符号を付して、その説明を省略する。
図7(A)に示す第4実施例では、先の図6(A)に示す第3実施例におけるNH3 供給態様に関して、更に新たなNH3 供給工程84を、DCS供給工程80と同期して同時に同じ長さだけ行うようにしたガス供給態様となっている。すなわち、ここでは1サイクルの中でNH3 供給工程84を2回(複数回)行うようにしている。尚、この回数を更に増加してもよい。
次に本発明方法の第5実施例について説明する。図8は本発明の成膜方法の第5実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図6に示す部分と同一工程等には同一符号を付して、その説明を省略する。
図8(A)に示す第5実施例では、先の図6(A)に示す第3実施例におけるC2 H4 供給態様に関して、更に新たなC2 H4 供給工程88を、DCS供給工程80と同期して同時に同じ長さだけ行うようにしたガス供給態様となっている。すなわち、ここでは1サイクルの中でC2 H4 供給工程88を2回(複数回)行うようにしている。尚、この回数を更に増加してもよい。
次に本発明方法の第6実施例について説明する。図9は本発明の成膜方法の第6実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図7及び図8に示す部分と同一工程等には同一符号を付して、その説明を省略する。
次に本発明方法の第7実施例について説明する。図10は本発明の成膜方法の第7実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図3に示す部分と同一工程等には同一符号を付して、その説明を省略する。
次に本発明方法の第8実施例について説明する。図11は本発明の成膜方法の第8実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図5及び図10に示す部分と同一工程等には同一符号を付して、その説明を省略する。
次に本発明方法の第9実施例について説明する。図12は本発明の成膜方法の第9実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図3及び図11に示す部分と同一工程等には同一符号を付して、その説明を省略する。
次に本発明方法の第10実施例について説明する。図13は本発明の成膜方法の第10実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図3及び図10に示す部分と同一工程等には同一符号を付して、その説明を省略する。
次に、第11実施例〜第20実施例について説明する。この第11実施例〜第20実施例では、シラン系ガス供給手段30や炭化水素ガス供給手段28に貯留タンクを設け、シラン系ガスの停止工程や炭化水素ガスの停止工程の間において、上記貯留タンクにガスを貯め込み、そして、次の供給工程の時に上記貯留タンク内のガスを一気に処理容器4側へ流して多量のガスを供給するようにし、吸着時間を短縮化するようにしている。
まず、本発明方法の第11実施例について説明する。図15は本発明の成膜方法の第11実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図3〜図13に示す構成部分と同一工程等には同一符号を付してその説明を省略する。また、この図15に示す第11実施例は図3に示す第1実施例をベースにしたものであり、ここでは1サイクルは期間T1〜T4により形成されている。
次に、本発明方法の第12実施例について説明する。図16は本発明の成膜方法の第12実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図3〜図13に示す構成部分と同一工程等には同一符号を付してその説明を省略する。また、この図16に示す第13実施例は図5に示す第2実施例をベースにしたものであり、ここでは1サイクルは期間T1〜T4により形成されている。
この第12実施例の場合にも、図15に示した第11実施例と同様な作用効果を発揮することができる。また、前述したように、DCSガスの供給に際しても、図15に示した第11実施例で説明したように、タンク貯留工程94を行うようにしてもよい。
次に、本発明方法の第13実施例について説明する。図17は本発明の成膜方法の第13実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図3〜図13に示す構成部分と同一工程等には同一符号を付してその説明を省略する。また、この図17に示す第13実施例は図6に示す第3実施例をベースにしたものであり、ここでは1サイクルは期間T1〜T6により形成されている。
次に、本発明方法の第14実施例について説明する。図18は本発明の成膜方法の第14実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図3〜図13に示す構成部分と同一工程等には同一符号を付してその説明を省略する。また、この図18に示す第14実施例は図7に示す第4実施例をベースにしたものであり、ここでは1サイクルは期間T1〜T6により形成されている。
次ず、本発明方法の第15実施例について説明する。図19は本発明の成膜方法の第15実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図3〜図13に示す構成部分と同一工程等には同一符号を付してその説明を省略する。また、この図19に示す第15実施例は図8に示す第5実施例をベースにしたものであり、ここでは1サイクルは期間T1〜T6により形成されている。
また図19(D)に示す変形例3では、DCSガスのタンク貯留工程94を期間T5に位置させており、またC2 H4 ガスのタンク貯留工程96を期間T5に位置させている。尚、ここでは1サイクルが期間T1、T3、T5により形成されている。この第12実施例の場合にも、図15に示した第11実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
次に、本発明方法の第16実施例について説明する。図20は本発明の成膜方法の第16実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図3〜図13に示す構成部分と同一工程等には同一符号を付してその説明を省略する。また、この図20に示す第16実施例は図9に示す第6実施例をベースにしたものであり、ここでは1サイクルは期間T1〜T6により形成されている。
また図20(D)に示す変形例3では、C2 H4 ガスのタンク貯留工程96を期間T5に位置させている。尚、ここでは1サイクルが期間T1、T3、T5により形成されている。この第16実施例の場合にも、図15に示した第11実施例と同様な作用効果を発揮することができる。また、前述したように、DCSガスの供給に際しても、図15に示した第11実施例で説明したように、タンク貯留工程94を行うようにしてもよい。
次に、本発明方法の第17実施例について説明する。図21は本発明の成膜方法の第17実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図3〜図13に示す構成部分と同一工程等には同一符号を付してその説明を省略する。また、この図21に示す第17実施例は図10に示す第7実施例をベースにしたものであり、ここでは1サイクルは期間T1〜T4により形成されている。
次に、本発明方法の第18実施例について説明する。図22は本発明の成膜方法の第18実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図3〜図13に示す構成部分と同一工程等には同一符号を付してその説明を省略する。また、この図22に示す第18実施例は図11に示す第8実施例をベースにしたものであり、ここでは1サイクルは期間T1〜T4により形成されている。
次に、本発明方法の第19実施例について説明する。図23は本発明の成膜方法の第19実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図3〜図13に示す構成部分と同一工程等には同一符号を付してその説明を省略する。また、この図23に示す第19実施例は図12に示す第9実施例をベースにしたものであり、ここでは1サイクルは期間T1〜T4により形成されている。
次に、本発明方法の第20実施例について説明する。図24は本発明の成膜方法の第20実施例及びその変形例における各種ガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。尚、図3〜図13に示す構成部分と同一工程等には同一符号を付してその説明を省略する。また、この図24に示す第20実施例は図13に示す第10実施例をベースにしたものであり、ここでは1サイクルは期間T1〜T4により形成されている。
また、以上の各実施例では、常にDCSを最初に供給するようなサイクルとしたが、これに限定されず、NH3 やC2 H4 を最初に供給するようにしてもよい。
また、上記各実施例では、炭化水素ガスとしてはエチレンガスを用いたが、これに限定されず、アセチレン、エチレン、メタン、エタン、プロパン、ブタンよりなる群より選択される1または2以上のガスを用いることができる。
また、ここでは成膜装置として一度に複数枚のウエハを処理できるバッチ式の成膜装置を例にとって説明したが、これに限定されず、ウエハを1枚ずつ処理する枚用式の成膜装置についても本発明方法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、ガラス基板やLCD基板等にも本発明を適用することができる。
4 処理容器
12 ウエハボート(保持手段)
28 炭化水素ガス供給手段
30 シラン系ガス供給手段
32 窒化ガス供給手段
36 パージガス供給手段
38,40,42 ガス分散ノズル
48C 貯留タンク
50C 貯留タンク
60 ノズル収容凹部
72 加熱手段
74 制御手段
76 記憶媒体
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (20)
- 被処理体が収容されて真空引き可能になされた処理容器内に、シラン系ガスと窒化ガスと炭化水素ガスとを供給して前記被処理体の表面にSiCN膜よりなる薄膜を形成する成膜方法において、
前記シラン系ガスと前記窒化ガスと前記炭化水素ガスとをそれぞれ一定の供給期間でパルス状に供給する供給工程と供給を停止する停止工程とよりなる1サイクルを複数回繰り返し実行すると共に、前記炭化水素ガスの供給工程を、前記シラン系ガスの供給工程よりも長く設定するようにしてプラズマを用いることなく前記薄膜を形成するようにしたことを特徴とする成膜方法。 - 被処理体が収容されて真空引き可能になされた処理容器内に、シラン系ガスと窒化ガスと炭化水素ガスとを供給して前記被処理体の表面にSiCN膜よりなる薄膜を形成する成膜方法において、
前記シラン系ガスと前記窒化ガスと前記炭化水素ガスとをそれぞれ一定の供給期間でパルス状に供給する供給工程と供給を停止する停止工程とよりなる1サイクルを複数回繰り返し実行すると共に前記シラン系ガスの供給工程を実行する時には、前記炭化水素ガスの停止工程を同時に実行するようにしてプラズマを用いることなく前記薄膜を形成するようにしたことを特徴とする成膜方法。 - 前記シラン系ガスの停止工程の間において、前記シラン系ガスを次のシラン系ガスの供給工程の時に供されるシラン系ガスとして一時的に貯留タンク内に貯留するタンク貯留工程を有することを特徴とする請求項1又は2記載の成膜方法。
- 前記炭化水素ガスの停止工程の間において、前記炭化水素ガスを次の炭化水素ガスの供給工程の時に供される炭化水素ガスとして一時的に貯留タンク内に貯留するタンク貯留工程を有する請求項1乃至3のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記窒化ガスの供給工程は前記シラン系ガスの供給工程の長さと同一に設定され、
前記シラン系ガスの1サイクルの中で前記窒化ガスの供給工程は1回又は複数回実行されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の成膜方法。 - 前記窒化ガスの供給工程は、前記シラン系ガスの供給工程よりも長く設定されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記シラン系ガスの供給工程が実行される時には、前記窒化ガスの供給工程が同時に実行されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記シラン系ガスの供給工程が実行される時には、前記窒化ガスの停止工程が同時に実行されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記炭化水素ガスの供給工程は前記シラン系ガスの供給工程の長さと同一に設定され、
前記シラン系ガスの1サイクルの中で前記炭化水素ガスの供給工程は1回又は複数回実行されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の成膜方法。 - 前記シラン系ガスの供給工程が実行される時には、前記炭化水素ガスの供給工程が同時に実行されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記シラン系ガスと前記窒化ガスと前記炭化水素ガスの全てのガスの供給を停止して真空引きするパージステップが含まれていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記薄膜の成膜時の温度は、300℃〜700℃の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記薄膜の成膜時の圧力は、13Pa(0.1Torr)〜1330Pa(10Torr)の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記シラン系ガスは、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)、ジイソプロピルアミノシラン(DIPAS)よりなる群より選択される1以上のガスであることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記窒化ガスは、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1以上のガスであることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 前記炭化水素ガスは、アセチレン、エチレン、メタン、エタン、プロパン、ブタンよりなる群より選択される1以上のガスであることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか一項に記載の成膜方法。
- 被処理体に対してSiCN膜よりなる薄膜を形成するための成膜装置において、
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、
前記処理容器内へシラン系ガスを供給するシラン系ガス供給手段と、
前記処理容器内へ窒化ガスを供給する窒化ガス供給手段と、
前記処理容器内へ炭化水素ガスを供給する炭化水素ガス供給手段と、
請求項1乃至16のいずれか一項に記載の成膜方法を実行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。 - 前記シラン系ガス供給手段及び/又は炭化水素ガス供給手段には、それぞれガスを一時的に貯留する貯留タンクを有することを特徴とする請求項17記載の成膜装置。
- 前記処理容器は、前記被処理体を複数枚収容することができる縦型の筒体状に成形されていることを特徴とする請求項17又は18記載の成膜装置。
- 被処理体が収容されて真空引き可能になされた処理容器内に、シラン系ガスと窒化ガスと炭化水素ガスとを供給して前記被処理体の表面にSiCN膜よりなる薄膜を形成するようにした成膜装置を用いて薄膜を形成するに際して、
前記1乃至16のいずれか一項に記載の成膜方法を実行するように前記成膜装置を制御するコンピュータ読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
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