JP7040257B2 - 成膜装置、及び成膜方法 - Google Patents
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Description
真空容器内に設けられると共に、シリコン下地と、その上層側に積層され、ケイ素及び酸素を含有する上層膜とを含み、当該上層膜には底部側に前記シリコン下地を露出させ、開口幅が30~50nmの範囲内、アスペクト比が5~10の範囲内である凹部が形成されている構造体を含んだ基板が載置され、回転軸周りに回転して前記基板を公転させるための回転テーブルと、
前記回転テーブルに載置されて公転する基板に対し、ケイ素を含む原料ガスの供給が行われる原料ガス供給領域と、
前記原料ガス供給領域から雰囲気が区画されていると共に、前記原料ガス供給領域に対して回転テーブルの周方向に離れた位置に配置され、前記基板に原料ガスが吸着して形成される層を窒化する窒化ガスであるNH 3 ガス単独の供給が行われる窒化ガス供給領域と、
マイクロ波により前記窒化ガスを活性化するためのプラズマ発生部と、を備え、
前記原料ガスの吸着と前記窒化ガスによる前記窒化とを互いに続けて実施することを繰り返して前記窒化ケイ素膜を形成するにあたり、前記凹部の側面に成膜される窒化ケイ素膜の膜厚よりも、当該凹部の底部側に露出したシリコン下地上に成膜される窒化ケイ素膜の膜厚の方が厚い状態となる公転速度にて基板を公転させるように前記回転テーブルの回転速度が設定されていることを特徴とする。
図1の(a)段階に示すように、ウエハWは、シリコン基板であるシリコン下地601の表面に、ケイ素及び酸素を含有する上層膜であるSiO膜602が積層された構造となっている。このSiO膜602には凹部600が形成され、当該凹部600の底部には、シリコン下地601の上面が露出している。シリコン下地601と、凹部600が形成されたSiO膜602との積層構造は、本例の構造体6に相当している。
以下、成膜装置1の構成について説明する。
この排気口51には排気装置52が接続されている。排気装置52による排気口51からの排気量は調整自在であり、真空容器11内には、この排気量に応じた圧力の真空雰囲気が形成される。
そこでこのインキュベーションタイムの違いを利用すれば、いかなる条件下でSiN膜603の成膜を行ったとしても、成膜の開始が早い凹部600の底部側の膜厚が厚くなり、凹部600側面では膜厚が相対的に薄いSiN膜603が得られるようにも思える。
ここで、本例の成膜装置1の場合には、ウエハWに形成されている構造体6の部分が、吸着領域R1へと進入し始める時点から、当該吸着領域R1、反応領域R3を通過して、次に吸着領域R1へと進入する直前までの期間を1サイクルと定めることができる。
この点、本例の成膜装置1は、凹部600の側面に成膜されるSiN膜603の膜厚よりも、当該凹部600の底部側に成膜されるSiN膜603の膜厚の方が厚い状態となる公転速度にて各ウエハWを公転させるように、回転テーブル12の回転速度が設定されている。
以上に検討したように、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
シリコン下地601とSiO膜602との間のインキュベーションタイム違いを確認する予備実験を行った。
A.実験条件
(参考例1-1)ベアシリコン(未加工のシリコン基板)に対し、縦型バッチ式成膜装置を用い、成膜時間を変化させてALDを実行し、形成されたSiN膜の膜厚を測定した結果から、インキュベーションタイムを推定した。
(参考例1-2)ベアシリコン上に成膜されたSiO2の上面にSiN膜を成膜した点を除き、参考例1-1と同様の実験を行った。
参考例1-1、1-2の結果を図6に示す。図6の横軸は、成膜時間[秒]を示し、縦軸はSiN膜の膜厚[Å]を示している。また、参考例1-1の結果を黒塗りの丸印でプロットし、参考例1-2の結果を白抜きの丸印でプロットしてある。
成膜装置1を用い、ウエハWに形成された構造体6に対してSiN膜603を成膜し、凹部600内の膜厚を調べた。
A.実験条件
(実施例2)図1の(a)段階に記載の構造体6を含むウエハWに対し、図3、図4を用いて説明した成膜装置1を用いてSiN膜603の成膜処理を行った。ウエハWは、ベアシリコン(シリコン下地601)上にSiO2膜(SiO膜602)を成膜したものを用いた。このウエハWには、構造体6として開口幅30nm、アスペクト比5のラインアンドスペースパターンが形成されている。隣り合うライン間に形成されたスペース部分が凹部600に相当している。1サイクルの時間は3秒(回転テーブル12の回転速度は20rpm)、ウエハWの加熱温度は495℃に設定して、ALDによる成膜処理を約400秒間実施した。
実施例2に凹部600の側面、及び底部に形成されたSiN膜603の膜厚、及び「底部/側面」の膜厚比を表1に示す。
(表1)
表1に記載の実験結果によれば、実施の形態に係る成膜装置1を用いることにより、凹部600の底部の方が、側面よりも20%厚いSiN膜603を成膜することができた。なお、凹部600の底部に露出したシリコン下地601の表面の一部は、ラインアンドスペースパターンの形成プロセスに起因するSiO2によって覆われた状態となっていた。従って、このSiO2を除去した状態で、SiN膜603の成膜を行えば、凹部600の底部側の膜厚がより厚くなって、側壁側のSiN膜603との膜厚差をより大きくすることができると考えられる。
R1 吸着領域
R3 反応領域
1 成膜装置
11 真空容器
12 回転テーブル
2 給排気ユニット
3B 第2のプラズマ形成ユニット
411、412
反応ガスインジェクター
42 ガス吐出口
51 排気口
6 構造体
600 凹部
601 シリコン下地
602 SiO膜
603 SiN膜
Claims (4)
- 基板に対して窒化ケイ素膜を成膜する成膜装置において、
真空容器内に設けられると共に、シリコン下地と、その上層側に積層され、ケイ素及び酸素を含有する上層膜とを含み、当該上層膜には底部側に前記シリコン下地を露出させ、開口幅が30~50nmの範囲内、アスペクト比が5~10の範囲内である凹部が形成されている構造体を含んだ基板が載置され、回転軸周りに回転して前記基板を公転させるための回転テーブルと、
前記回転テーブルに載置されて公転する基板に対し、ケイ素を含む原料ガスの供給が行われる原料ガス供給領域と、
前記原料ガス供給領域から雰囲気が区画されていると共に、前記原料ガス供給領域に対して回転テーブルの周方向に離れた位置に配置され、前記基板に原料ガスが吸着して形成される層を窒化する窒化ガスであるNH 3 ガス単独の供給が行われる窒化ガス供給領域と、
マイクロ波により前記窒化ガスを活性化するためのプラズマ発生部と、を備え、
前記原料ガスの吸着と前記窒化ガスによる前記窒化とを互いに続けて実施することを繰り返して前記窒化ケイ素膜を形成するにあたり、前記凹部の側面に成膜される窒化ケイ素膜の膜厚よりも、当該凹部の底部側に露出したシリコン下地上に成膜される窒化ケイ素膜の膜厚の方が厚い状態となる公転速度にて基板を公転させるように前記回転テーブルの回転速度が設定されていることを特徴とする成膜装置。 - 前記構造体が、前記原料ガス供給領域へと進入し始める時点から、当該原料ガス供給領域、前記窒化ガス供給領域を通過して、次に前記原料ガス供給領域へと進入する直前までの期間を1サイクルとしたとき、
前記回転テーブルは、前記1サイクルの時間が30秒以下となるように回転速度が設定されていることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。 - 基板に対して窒化ケイ素膜を成膜する成膜方法において、
シリコン下地と、その上層側に積層され、ケイ素及び酸素を含有する上層膜とを含み、当該上層膜には底部側に前記シリコン下地を露出させ、開口幅が30~50nmの範囲内、アスペクト比が5~10の範囲内である凹部が形成されている構造体を含んだ基板に対し、ケイ素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、前記原料ガスが供給された基板に対し、当該原料ガスが吸着して形成される層を窒化するための、マイクロ波によりプラズマ化された窒化ガスであるNH 3 ガスを単独で供給する窒化ガス供給工程と、を互いに続けて実施することを繰り返して前記窒化ケイ素膜を形成することと、
前記原料ガス供給工程及び窒化ガス供給工程を含む1サイクルの実施時間は、前記凹部の側面に成膜される窒化ケイ素膜の膜厚よりも、当該凹部の底部側に露出したシリコン下地上に成膜される窒化ケイ素膜の膜厚の方が厚い状態となる時間に設定されることと、を特徴とする成膜方法。 - 前記1サイクルの時間が30秒以下であることを特徴とする請求項3に記載の成膜方法。
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