JP6807275B2 - 成膜方法および成膜装置 - Google Patents
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Description
本発明の第2の観点は、真空保持可能な処理容器内に、複数の被処理体を多段に配置し、前記複数の被処理体の側方の所定の位置に設けられた成膜原料ガス供給部から複数の被処理体の表面に沿って成膜原料ガスを供給し、被処理体上で成膜原料ガスから生じた反応活性種により複数の被処理体に一括して所定の膜を成膜する成膜方法であって、前記所定の位置とは異なる位置で、かつ前記処理容器の周囲に複数の濃度調整用ガス供給部を設け、前記複数の被処理体の表面の成膜原料ガスの濃度分布に応じて、前記複数の濃度調整用ガス分散ノズルからの濃度調整用ガスの供給および停止、ならびに各濃度調整用ガス分散ノズルからの供給量を制御して、前記複数の被処理体の表面の成膜原料ガスの濃度分布の高い部分を移動させ、前記複数の被処理体上での前記反応活性種の濃度分布を制御することを特徴とする成膜方法を提供する。
本発明の第4の観点は、複数の被処理体上に所定の膜を一括して形成する成膜装置であって、前記複数の被処理体が収容され、多段に配置される真空保持可能な処理容器と、前記複数の被処理体の側方の所定の位置に設けられ、成膜原料ガスを前記被処理体の表面に沿って供給する成膜原料ガス供給部と、前記所定の位置とは異なる位置で、かつ前記処理容器の周囲に設けられ、濃度調整用のガスを前記複数の被処理体の表面に供給する複数の濃度調整用ガス供給部と、前記成膜原料ガス供給部および前記濃度調整用ガス供給部からの前記成膜原料ガスおよび前記濃度調整用ガスの供給を制御する制御部とを具備し、前記制御部は、前記成膜原料ガス供給部から前記処理容器内の前記被処理体の表面に成膜原料ガスを供給させ、かつ、前記複数の被処理体の表面の成膜原料ガスの濃度分布に応じて、前記複数の濃度調整用ガス分散ノズルからの濃度調整用ガスの供給および停止、ならびに各濃度調整用ガス分散ノズルからの供給量を制御して、前記複数の被処理体の表面の成膜原料ガスの濃度分布の高い部分を移動させ、前記複数の被処理体上での前記反応活性種の濃度分布を制御することを特徴とする成膜装置を提供する。
図1は本発明の成膜方法を実施するための成膜装置の基本構成を示す縦断面図、図2は図1に示す成膜装置の水平断面図である。
Si2Cl6 → SiCl2+SiCl4 ・・・(1)
そこで、上記の点を解決可能な成膜方法について検討した。
以下、本発明に係る方法を実施するための装置の第1の実施形態について説明する。
図7は、第2の実施形態に係る成膜装置を示す水平断面図である。本実施形態の成膜装置104は、図1、2に示す成膜装置100の構成要素の他、処理容器1の周囲に、上記第1の実施形態の第1〜第3の例における濃度調整用ガス分散ノズル60A〜60Fを全て有している。これら分散ノズル60A〜60Fには、それぞれガス配管61A〜61Fの一端が接続され、ガス配管61A〜61Fの他端には、それぞれ濃度調整用ガス供給源62A〜62Fが接続されている。なお、各ガス配管61A〜61Fには、それぞれ開閉弁61Aa〜61Faおよび流量制御器61Ab〜61Fbが設けられている。
次にシミュレーション結果について説明する。
[基本構成の成膜装置におけるシミュレーション結果]
まず、図1および図2に示すような基本構成のバッチ式縦型成膜装置において、成膜原料ガスの吐出位置および吐出量と、不活性ガスの吐出位置と吐出量を変更した場合における処理容器1内の成膜原料ガスの濃度分布について、熱流体解析によるシミュレーションを実施した。
なお、HCDの熱分解は、上述した(1)式で表される反応式によるものであり、本シミュレーションでは、熱分解後のSiCl2がシリコン膜の成膜に寄与する反応活性種であるとして、SiCl2の濃度分布をシミュレーションした。
成膜原料ガス:HCD(ヘキサクロロジシラン(Si2Cl6))ガス
不活性ガス:N2ガス
処理容器内温度:600℃
半導体ウエハW間のピッチ:xmm
処理容器内面と半導体ウエハWとのクリアランス:3xmm
処理容器内の圧力(排気口37近傍):30Pa(0.225Torr)
・ガス分散ノズル20:
HCDガス 300sccm+N2ガス 1500sccm
・ガス分散ノズル23:
N2ガス 1500sccm
次に、図8に示す成膜原料ガスおよびキャリアガスを吐出するガス分散ノズル20およびパージ用の不活性ガスを吐出するガス分散ノズル23に加え、第1の実施形態の第1〜第3の例に示すように、濃度調整用ガス分散ノズルを配置した場合のSiCl2の濃度分布をシミュレーションした。なお、基本的なシミュレーション条件は、上記「基本構成の成膜装置におけるシミュレーション」の場合と同様とし、ガス分散ノズル20および23からのガスの流量も同様とした。
・図9(a)
濃度調整用ガス分散ノズル60A:N2ガス 1000sccm
濃度調整用ガス分散ノズル60B:N2ガス 1000sccm
・図9(b)
濃度調整用ガス分散ノズル60A:N2ガス 1000sccm
濃度調整用ガス分散ノズル60B:N2ガス 5000sccm
・図9(C)
濃度調整用ガス分散ノズル60A:N2ガス 1000sccm
濃度調整用ガス分散ノズル60B:N2ガス 10000sccm
・図10(a)
濃度調整用ガス分散ノズル60C:N2ガス 1000sccm
濃度調整用ガス分散ノズル60D:N2ガス 1000sccm
・図10(b)
濃度調整用ガス分散ノズル60C:N2ガス 1000sccm
濃度調整用ガス分散ノズル60D:N2ガス 5000sccm
・図10(c)
濃度調整用ガス分散ノズル60C:N2ガス 1000sccm
濃度調整用ガス分散ノズル60D:N2ガス 10000sccm
・図11(a)
濃度調整用ガス分散ノズル60E:N2ガス 1000sccm
濃度調整用ガス分散ノズル60F:N2ガス 1000sccm
・図11(b)
濃度調整用ガス分散ノズル60E:N2ガス 1000sccm
濃度調整用ガス分散ノズル60F:N2ガス 5000sccm
・図11(c)
濃度調整用ガス分散ノズル60E:N2ガス 1000sccm
濃度調整用ガス分散ノズル60F:N2ガス 10000sccm
初めに、図9に示す第1の例のシミュレーション結果について説明する。第1の例のシミュレーションでは、ガス分散ノズル20および23に加え、ガス分散ノズル23の上側位置に濃度調整用ガス分散ノズル60Aを配置し、ガス分散ノズル20の下側位置に濃度調整用ガス分散ノズル60Bを配置した図4の場合のシミュレーション結果である。なお、図9のシミュレーション結果では、SiCl2の濃度をグレースケールで示しており、色が濃いほど(黒色に近いほど)濃度が高いことを示している。
次に、図10に示す第2の例のシミュレーション結果について説明する。第2の例のシミュレーションでは、ガス分散ノズル20および23に加え、収容区画壁32と排気口37との中間の処理容器1の側壁部分の上側に濃度調整用ガス分散ノズル60C、下側に濃度調整用ガス分散ノズル60Dを配置した図5の場合のシミュレーション結果である。なお、図10のシミュレーション結果では、SiCl2の濃度をグレースケールで示しており、色が濃いほど(黒色に近いほど)濃度が高いことを示している。
次に、図11に示す第3の例のシミュレーション結果について説明する。図11に示すシミュレーショでは、ガス分散ノズル20および23に加え、処理容器1の側壁の排気口37の上側に濃度調整用ガス分散ノズル60E、下側に濃度調整用ガス分散ノズル60Fを配置した図6の場合のシミュレーション結果である。なお、図11のシミュレーション結果では、SiCl2の濃度をグレースケールで示しており、色が濃いほど(黒色に近いほど)濃度が高いことを示している。
次に、図8に示す成膜原料ガスおよびキャリアガスを吐出するガス分散ノズル20およびパージ用の不活性ガスを吐出するガス分散ノズル23に加え、第2の実施形態に示すように、処理容器1の周囲に6本の濃度調整用ガス分散ノズル60A〜60Fを配置した場合のSiCl2の濃度分布をシミュレーションした。なお、基本的なシミュレーション条件は、上記「基本構成の成膜装置におけるシミュレーション」の場合と同様とし、ガス分散ノズル20および23からのガスの流量も同様とした。濃度調整用ガス分散ノズル60A〜60FはウエハWの周囲にほぼ等間隔(約60度ごと)に配置した。
図13に示す第1のシミュレーションでは、濃度調整用ガス分散ノズル60A〜60Fから吐出されるN2ガス(不活性ガス)のガス流量をいずれも1000sccmとした。
図14に示す第2のシミュレーションでは、濃度調整用ガス分散ノズル60A〜60Fから吐出されるN2ガス(不活性ガス)のガス流量を以下の通りとした。
濃度調整用ガス分散ノズル60A:N2ガス 100sccm
濃度調整用ガス分散ノズル60B:N2ガス 500sccm
濃度調整用ガス分散ノズル60C:N2ガス 100sccm
濃度調整用ガス分散ノズル60D:N2ガス 500sccm
濃度調整用ガス分散ノズル60E:N2ガス 7000sccm
濃度調整用ガス分散ノズル60F:N2ガス 3000sccm
以上、本発明の実施形態について説明したが、この発明は、上記の実施形態に限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
5;ウエハボート
14;成膜原料ガス供給機構
15;不活性ガス供給機構
20,23;ガス分散ノズル
41;排気装置
42;加熱機構
60A〜60F;濃度調整用ガス分散ノズル
101,102,103,104;成膜装置
W;半導体ウエハ(被処理体)
Claims (17)
- 真空保持可能な処理容器内に、複数の被処理体を多段に配置し、前記複数の被処理体の側方の所定の位置に設けられた成膜原料ガス供給部から複数の被処理体の表面に沿って成膜原料ガスを供給し、被処理体上で成膜原料ガスから生じた反応活性種により複数の被処理体に一括して所定の膜を成膜する成膜方法であって、
前記所定の位置とは異なる位置に設けられた濃度調整用ガス供給部から濃度調整用のガスを、前記複数の被処理体の表面の前記成膜原料ガスの濃度分布が高い部分に供給し、前記濃度分布の高い部分を前記濃度調整用ガスの供給方向へ移動させることで、前記複数の被処理体上での前記反応活性種の濃度分布を制御することを特徴とする成膜方法。 - 前記濃度調整用ガス供給部は、互いに異なる複数の位置から濃度調整用ガスを前記複数の被処理体の表面に供給することを特徴とする請求項1に記載の成膜方法。
- 真空保持可能な処理容器内に、複数の被処理体を多段に配置し、前記複数の被処理体の側方の所定の位置に設けられた成膜原料ガス供給部から複数の被処理体の表面に沿って成膜原料ガスを供給し、被処理体上で成膜原料ガスから生じた反応活性種により複数の被処理体に一括して所定の膜を成膜する成膜方法であって、
前記所定の位置とは異なる位置で、かつ前記処理容器の周囲に複数の濃度調整用ガス供給部を設け、前記複数の被処理体の表面の成膜原料ガスの濃度分布に応じて、前記複数の濃度調整用ガス分散ノズルからの濃度調整用ガスの供給および停止、ならびに各濃度調整用ガス分散ノズルからの供給量を制御して、前記複数の被処理体の表面の成膜原料ガスの濃度分布の高い部分を移動させ、前記複数の被処理体上での前記反応活性種の濃度分布を制御することを特徴とする成膜方法。 - 前記容器内の前記所定の位置に対向する位置から排気することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記複数の被処理体を回転させながら成膜することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記濃度調整用ガスは、不活性ガスであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記原料ガスはヘキサクロロジシラン(Si2Cl6)であり、前記反応活性種はSiCl2であり、前記不活性ガスはN2ガスであることを特徴とする請求項6に記載の成膜方法。
- 前記ヘキサクロロジシランによるSi堆積と、酸化剤によるSiの酸化とを交互に繰り返すALDによりシリコン酸化膜を成膜する際において、前記Si堆積の際に、前記濃度調整用ガスを供給して前記反応活性種であるSiCl2の濃度分布を制御することを特徴とする請求項7に記載の成膜方法。
- 複数の被処理体上に所定の膜を一括して形成する成膜装置であって、
前記複数の被処理体が収容され、多段に配置される真空保持可能な処理容器と、
前記複数の被処理体の側方の所定の位置に設けられ、成膜原料ガスを前記被処理体の表面に沿って供給する成膜原料ガス供給部と、
前記所定の位置とは異なる位置に設けられ、濃度調整用のガスを前記複数の被処理体の表面に供給する濃度調整用ガス供給部と、
前記成膜原料ガス供給部および前記濃度調整用ガス供給部からの前記成膜原料ガスおよび前記濃度調整用ガスの供給を制御する制御部と
を具備し、
前記制御部は、
前記成膜原料ガス供給部から前記処理容器内の前記被処理体の表面に成膜原料ガスを供給させ、かつ、前記濃度調整用ガス供給部から濃度調整用ガスを、前記複数の被処理体の表面の前記成膜原料ガスの濃度分布が高い部分に供給させ、前記濃度分布の高い部分を前記濃度調整用ガスの供給方向へ移動させることで、前記複数の被処理体上に形成された前記原料ガスから生じた反応活性種の濃度分布を制御することを特徴とする成膜装置。 - 前記濃度調整用ガス供給部は、互いに異なる複数の位置から濃度調整用ガスを前記複数の被処理体の表面に供給することを特徴とする請求項9に記載の成膜装置。
- 複数の被処理体上に所定の膜を一括して形成する成膜装置であって、
前記複数の被処理体が収容され、多段に配置される真空保持可能な処理容器と、
前記複数の被処理体の側方の所定の位置に設けられ、成膜原料ガスを前記被処理体の表面に沿って供給する成膜原料ガス供給部と、
前記所定の位置とは異なる位置で、かつ前記処理容器の周囲に設けられ、濃度調整用のガスを前記複数の被処理体の表面に供給する複数の濃度調整用ガス供給部と、
前記成膜原料ガス供給部および前記濃度調整用ガス供給部からの前記成膜原料ガスおよび前記濃度調整用ガスの供給を制御する制御部と
を具備し、
前記制御部は、
前記成膜原料ガス供給部から前記処理容器内の前記被処理体の表面に成膜原料ガスを供給させ、かつ、前記複数の被処理体の表面の成膜原料ガスの濃度分布に応じて、前記複数の濃度調整用ガス分散ノズルからの濃度調整用ガスの供給および停止、ならびに各濃度調整用ガス分散ノズルからの供給量を制御して、前記複数の被処理体の表面の成膜原料ガスの濃度分布の高い部分を移動させ、前記複数の被処理体上での前記反応活性種の濃度分布を制御することを特徴とする成膜装置。 - 前記処理容器内の前記成膜原料ガス供給部に対向する位置に排気口を有することを特徴とする請求項9から請求項11のいずれか1項に記載の成膜装置。
- 前記複数の被処理体を回転させる回転機構をさらに具備し、
前記制御部は、
前記回転機構を制御して、前記複数の被処理体を回転させながら成膜させることを特徴とする請求項9から請求項12のいずれか1項に記載の成膜装置。 - 前記濃度調整用ガスは、不活性ガスであることを特徴とする請求項9から請求項13のいずれか1項に記載の成膜装置。
- 前記原料ガスはヘキサクロロジシラン(Si2Cl6)であり、前記反応活性種はSiCl2であり、前記不活性ガスはN2ガスであることを特徴とする請求項14に記載の成膜装置。
- 前記処理容器内に酸化剤を供給する酸化剤供給部と、
前記処理容器内にパージガスを供給するパージガス供給部と
をさらに有し、
前記制御部は、前記ヘキサクロロジシランによるSi堆積と、酸化剤によるSiの酸化とを交互に繰り返すALDによりシリコン酸化膜を成膜させ、前記Si堆積の際に、前記濃度調整用ガスを供給して前記反応活性種であるSiCl2の濃度分布を制御することを特徴とする請求項15に記載の成膜装置。 - コンピュータ上で動作し、成膜装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項1から請求項8のいずれかの成膜方法が行われるように、コンピュータに前記成膜装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
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