JP2007281082A - Film formation method, film-forming device, and storage medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、反応容器内にて基板保持具に並列に保持された複数の基板に対して成膜を行う成膜方法及び成膜装置、並びに前記成膜方法を実施するためのコンピュータプログラムを格納した記憶媒体に関する。 The present invention stores a film forming method and a film forming apparatus for forming a film on a plurality of substrates held in parallel with a substrate holder in a reaction vessel, and a computer program for executing the film forming method. Related to the storage medium.
半導体デバイスの製造工程においては、デバイスの集積化及び薄膜化が進んでいることから薄い膜を精度良く成膜することが要請される。そこで成膜プロセスの一つとして、第1の原料ガスを基板に吸着させ、次いで処理雰囲気を真空引きした後、第2の原料ガスを基板に吸着させて第1の原料ガスの成分と第2の原料ガスの成分とを基板上で反応させて、反応生成物である分子層を形成し、以後第1の原料ガスと第2の原料ガスとを交互に基板に吸着させることにより分子層を多層に積層していく手法が知られている。この手法によれば吸着工程の繰り返し回数を設定することにより精度良く膜厚を制御できる利点がある。例えば窒化シリコン膜(以下「SiN膜」という)は、比誘電率が高いことから物理的膜厚が大きくてもシリコン酸化膜と同様の電気的特性を有し、ゲート酸化膜や層間絶縁膜のキャップ膜等に用いられる有用な膜である。このSiN膜を上述の手法で成膜する場合、例えばシラン系のガスとアンモニアガスとを交互に処理容器内に供給することにより実施できる。 In the manufacturing process of a semiconductor device, since integration and thinning of devices are progressing, it is required to form a thin film with high accuracy. Therefore, as one of the film forming processes, the first source gas is adsorbed on the substrate, and then the processing atmosphere is evacuated, and then the second source gas is adsorbed on the substrate, and the components of the first source gas and the second The molecular layer is formed by reacting the components of the source gas on the substrate to form a molecular layer as a reaction product, and then adsorbing the first source gas and the second source gas alternately on the substrate. A method of stacking in multiple layers is known. According to this method, there is an advantage that the film thickness can be accurately controlled by setting the number of repetitions of the adsorption process. For example, a silicon nitride film (hereinafter referred to as “SiN film”) has the same electrical characteristics as a silicon oxide film even when the physical film thickness is large because of its high relative dielectric constant. It is a useful film used for a cap film or the like. In the case where the SiN film is formed by the above-described method, for example, a silane-based gas and ammonia gas can be alternately supplied into the processing container.
ところで回路素子の特性向上の面から熱処理プロセスについて前工程で形成された膜に対する熱履歴をできるだけ少なくするために低温化プロセスが要請されている。こうした背景から特許文献1には、縦型熱処理装置を用いてSiN膜を好適に実施する手法が記載されている。この装置は、ウエハWを多段に載置したウエハ保持具が搬入される縦型の反応容器に、処理ガスをプラズマ化するための機構を組み合わせて構成される。そしてSiN膜を成膜する場合には、図10の横断平面図に示すように、先ず、インジェクタ14からウエハWの表面にジクロロシラン(DCS)ガスを供給して吸着させる、続いて反応容器10内を真空排気した後、電界が生じているプラズマ発生容器13内にインジェクタ14からアンモニア(NH3)ガスを供給して活性化し、ここで発生したNH3の活性種(ラジカル)を、ウエハWに対して供給し、ウエハWの表面に吸着しているDCSガスの分子とNH3の活性種とを反応させる。続いて反応容器10内を真空排気した後、インジェクタ14からDCSガスをウエハWの表面に供給し、このような一連の動作を繰り返すことで、ウエハWの表面にSiN膜の薄膜が一層ずつ積層され、ウエハWの表面に所望の厚さのSiN膜が形成される(分子層堆積法)。この手法は、ウエハWをそれ程の高温に晒さなくともウエハWの表面にSiN膜を成膜することができ、低温化プロセスの要請に適合している。
By the way, from the viewpoint of improving the characteristics of the circuit element, a low temperature process is required in order to minimize the thermal history of the film formed in the previous step in the heat treatment process. From such a background,
ところで、上述の装置では次のような問題がある。ウエハ保持具11はプロセス中に図示しない駆動部によってゆっくり回転している。これはウエハ保持具11に載置されたウエハWの表面において、インジェクタ14側に近い面とインジェクタ14側から遠い面とでNH3の活性種あるいはDCSガスの濃度の偏りを抑えるためである。しかし、ウエハ保持具11は、図10に示すように、ウエハWの周縁を保持する例えば3つの支柱16a,16b,16cを備えているため、これらの支柱16a,16b,16cがインジェクタ14の前を通過する際、インジェクタ14から見て支柱16a,16b,16cの影となるウエハWの領域Aは中央領域BよりもSiN膜が薄くなり、膜厚についてウエハWの面内均一性が悪くなるといった問題がある。特にNH3の活性種を用いる場合には、活性種は支柱16a,16b,16cに衝突すると失活してしまうため、支柱16a,16b,16cの影に回り込みにくく、その結果、高い面内均一性を確保することが難しい。
By the way, the above-described apparatus has the following problems. The wafer holder 11 is slowly rotated by a driving unit (not shown) during the process. This is for suppressing the deviation of the concentration of the active species of NH 3 or the DCS gas between the surface near the injector 14 and the surface far from the injector 14 on the surface of the wafer W placed on the wafer holder 11. However, as shown in FIG. 10, the wafer holder 11 includes, for example, three
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、縦型熱処理装置を用いて第1の原料ガスと第2の原料ガスとを交互に供給して基板上に薄膜を成膜するにあたり、膜厚について面内均一性の更なる向上を図ることの技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to supply a first raw material gas and a second raw material gas alternately using a vertical heat treatment apparatus to form a thin film on a substrate. It is an object of the present invention to provide a technique for further improving the in-plane uniformity of the film thickness.
本発明は、複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持させて反応容器内に搬入し、反応容器内を加熱すると共に処理ガスを供給して基板に対して成膜を行う方法において、
反応容器内に第1の原料ガスを供給して、当該基板の表面に第1の原料ガスを吸着させ、次いで反応容器内に第1の原料ガスと反応する第2の原料ガスを供給し、こうして反応容器内に供給される原料ガスを第1の原料ガスと第2の原料ガスとの間で複数回切り替える工程と、
前記反応容器内に前記第1の原料ガス及び前記第2の原料ガスの少なくとも一方の原料ガスを供給しているときに、前記反応容器内に水素ガスを供給する工程と、を含むことを特徴とする。
The present invention relates to a method of forming a film on a substrate by holding a plurality of substrates in parallel with each other on a substrate holder and carrying them into a reaction vessel, heating the inside of the reaction vessel and supplying a processing gas.
Supplying a first source gas into the reaction vessel, adsorbing the first source gas on the surface of the substrate, and then supplying a second source gas that reacts with the first source gas into the reaction vessel; The step of switching the source gas supplied into the reaction vessel in this way between the first source gas and the second source gas a plurality of times,
Supplying hydrogen gas into the reaction vessel when supplying at least one of the first source gas and the second source gas into the reaction vessel. And
上記成膜方法において、第1の原料ガス及び第2の原料ガスのうちの少なくとも一方は活性化されていることが望ましい。また前記反応容器内の前記第1の原料ガス及び第2の原料ガスの少なくとも一方の原料ガスを排出する際に、前記反応容器内に水素ガスを供給してパージ処理を行う工程と、を含む構成としてもよい。また上記成膜方法において、前記第1の原料ガスは例えばシラン系のガスであり、前記第2の原料ガスは例えばアンモニアガスであり、基板には例えば窒化シリコン膜が成膜されることが好ましい。 In the above film forming method, it is desirable that at least one of the first source gas and the second source gas is activated. A step of supplying a hydrogen gas into the reaction vessel and performing a purge process when discharging at least one of the first source gas and the second source gas in the reaction vessel. It is good also as a structure. In the film forming method, it is preferable that the first source gas is, for example, a silane-based gas, the second source gas is, for example, ammonia gas, and a silicon nitride film, for example, is formed on the substrate. .
また本発明は、複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持させて反応容器内に搬入し、反応容器内をその周囲に設けた加熱手段により加熱すると共に処理ガスを供給して基板に対して成膜を行う成膜装置において、
反応容器内に第1の原料ガスを供給するための第1の原料ガス供給手段と、
反応容器内に第2の原料ガスを供給するための第2の原料ガス供給手段と、
前記反応容器内に水素ガスを供給するための水素ガス供給手段と、
前記反応容器内を真空排気するための真空排気手段と、
反応容器内に第1の原料ガスを供給して、当該基板の表面に第1の原料ガスを吸着させ、次いで反応容器内に第1の原料ガスと反応する第2の原料ガスを供給し、こうして反応容器内に供給される原料ガスを第1の原料ガスと第2の原料ガスとの間で複数回切り替えると共に原料ガスの切り替え時には反応容器内を真空排気し、前記反応容器内に前記第1の原料ガス及び前記第2の原料ガスの少なくとも一方の原料ガスを供給しているときに、前記反応容器内に水素ガスを供給するように各手段を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
In the present invention, a plurality of substrates are held in parallel with each other by a substrate holder and carried into a reaction vessel, the inside of the reaction vessel is heated by a heating means provided around the substrate, and a processing gas is supplied to the substrate. In a film forming apparatus for performing film formation,
First source gas supply means for supplying the first source gas into the reaction vessel;
A second source gas supply means for supplying a second source gas into the reaction vessel;
Hydrogen gas supply means for supplying hydrogen gas into the reaction vessel;
Evacuation means for evacuating the reaction vessel;
Supplying a first source gas into the reaction vessel, adsorbing the first source gas on the surface of the substrate, and then supplying a second source gas that reacts with the first source gas into the reaction vessel; In this way, the source gas supplied into the reaction vessel is switched a plurality of times between the first source gas and the second source gas, and when the source gas is switched, the inside of the reaction vessel is evacuated, and the first reaction gas is placed in the reaction vessel. A control unit that controls each means so as to supply hydrogen gas into the reaction vessel when supplying at least one source gas of one source gas and the second source gas. It is characterized by.
さらに本発明は、複数の基板を基板保持具に互いに並列に保持させて反応容器内に搬入し、反応容器内をその周囲に設けた加熱手段により加熱すると共に処理ガスを供給して基板に対して成膜を行う成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを格納する記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、上述した成膜方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。前記記憶媒体としては、ハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク(MO)、メモリーカード等を挙げることができる。
Furthermore, in the present invention, a plurality of substrates are held in parallel with each other by a substrate holder and carried into a reaction vessel, the inside of the reaction vessel is heated by a heating means provided around the substrate, and a processing gas is supplied to the substrate. A storage medium for storing a computer program used in a film forming apparatus for forming a film,
The computer program includes a group of steps so as to execute the film forming method described above. Examples of the storage medium include a hard disk, a flexible disk, a compact disk, a magnetic optical disk (MO), and a memory card.
本発明によれば、反応容器内に第1の原料ガス例えばジクロロシラン(DCS)ガス及び第2の原料ガス例えばアンモニア(NH3)ガスを供給しているときに、前記反応容器内に拡散作用の大きい水素(H2)ガスを供給しているので、これらの原料ガスあるいは活性種(例えばNH3の活性種)は第1のガス供給手段から見て基板保持部の支柱によって影となる部分にも十分に回り込むため、面内均一性の高い成膜処理を行うことができる。 According to the present invention, when a first raw material gas such as dichlorosilane (DCS) gas and a second raw material gas such as ammonia (NH 3 ) gas are supplied into the reaction vessel, a diffusion action is produced in the reaction vessel. Since a large amount of hydrogen (H 2 ) gas is supplied, these source gases or active species (for example, NH 3 active species) are shaded by the support column of the substrate holder as viewed from the first gas supply means. In addition, the film formation process with high in-plane uniformity can be performed.
本発明の実施の形態に係る成膜装置について説明する。図1及び図2は夫々縦型熱処理装置からなるバッチ式の成膜装置の概略縦断面図及び概略横断面図である。図1及び図2中の2は例えば石英により縦型の円筒状に形成された反応容器であり、この反応容器2内の天井には、石英製の天井板21が設けられて封止されている。また、この反応容器2の下端開口部の周縁部にはフランジ22が一体に形成されており、このフランジ22の下面には、例えばステンレススチールにより円筒状に形成されたマニホールド3がOリング等のシール部材31を介して連結されている。
A film forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 and FIG. 2 are a schematic longitudinal sectional view and a schematic transverse sectional view of a batch type film forming apparatus comprising a vertical heat treatment apparatus, respectively. 2 in FIG. 1 and FIG. 2 is a reaction vessel formed of, for example, quartz in a vertical cylindrical shape, and a
前記マニホールド3の下端は、搬入出口(炉口)として開口され、その開口部32の周縁部にはフランジ33が一体に形成されている。前記マニホールド3の下方には、フランジ33の下面にOリング等のシール部材34を介して開口部32を気密に閉塞する、例えば石英製の蓋体4がボートエレベータ41により上下方向に開閉可能に設けられている。前記蓋体4の中央部には回転軸42が貫通して設けられ、その上端部には基板保持具であるウエハボート5が搭載されている。
The lower end of the manifold 3 is opened as a loading / unloading port (furnace port), and a
このウエハボート5は、3本以上例えば3本の支柱51を備えており、各々の外縁部を支持して複数枚例えば125枚の被処理体であるウエハWを棚状に保持できるように、図3に示すように前記支柱51に溝52(スロット)が形成されている。前記回転軸42の下部には、当該回転軸42を回転させる駆動部をなすモータMが設けられており、従ってウエハボート5はモータMにより回転することになる。また蓋体4の上には前記回転軸42を囲むように断熱ユニット43が設けられている。
This
前記マニホールド3の側壁には、L字型の第1の原料ガス供給管60が挿入して設けられており、前記第1の原料ガス供給管60の先端部には、図2に示すように反応容器2内を上方向へ延びる石英管よりなる第1の原料ガス供給ノズル61が2本、後述のプラズマ発生部80の細長い開口部81を挟んで配置されている。これら第1の原料ガス供給ノズル61,61には、その長さ方向に沿って複数(多数)のガス吐出孔61aが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔61a,61aから水平方向に向けて略均一にガスを吐出できるようになっている。また前記第1の原料ガス供給管60の基端側には、供給機器群62を介して第1の原料ガスであるシラン系のガス例えばSiH2Cl2(ジクロロシラン:DCS)ガスの供給源63が接続されている。
An L-shaped first source
また前記マニホールド3の側壁には、L字型の第2の原料ガス供給管70が挿入して設けられており、前記第2の原料ガス供給管70の先端部には、反応容器2内を上方向へ延びて途中で屈曲し後述するプラズマ発生部80内に設置される石英管よりなる第2の原料ガス供給ノズル71が設けられている。この第2の原料ガス供給ノズル71には、その長さ方向に沿って複数(多数)のガス吐出孔71aが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔71aから水平方向に向けて略均一にガスを吐出できるようになっている。また前記第2の原料ガス供給管70の基端側は二つに分岐されており、一方の第2の原料ガス供給管70には供給機器群72を介して第2の原料ガスであるアンモニア(NH3)ガスの供給源73が接続されており、他方の第2の原料ガス供給管70には供給機器群74を介して水素(H2)ガスの供給源75が接続されている。なお、前記供給機器群62,72,74は、バルブ及び流量調整部等により構成されている。
Further, an L-shaped second source
また前記反応容器2の側壁の一部には、その高さ方向に沿ってプラズマ発生部80が設けられている。前記プラズマ発生部80は、前記反応容器2の側壁を上下方向に沿って所定の幅で削りとることによって上下に細長い開口部81を形成し、この開口部81を覆うようにして断面凹部状になされた上下に細長い例えば石英製の区画壁82を反応容器2の外壁に気密に溶接接合することにより構成される。この開口部81は、ウエハボート5に保持されている全てのウエハWを高さ方向においてカバーできるように上下方向に十分長く形成されている。また前記区画壁82の両側壁の外側面には、その長さ方向(上下方向)に沿って互いに対向するようにして細長い一対のプラズマ電極83が設けられている。このプラズマ電極83には、プラズマ発生用の高周波電源84が給電ライン85を介して接続されており、上記プラズマ電極83に例えば13.56MHzの高周波電圧を印加することによりプラズマを発生し得るようになっている。また前記区画壁82の外側には、これを覆うようにして例えば石英よりなる絶縁保護カバー86が取り付けられている。
A
また前記プラズマ発生部80に対向する反応容器2の反対側には、反応容器2内の雰囲気を真空排気するために、処理容器2の側壁を例えば上下方向へ削りとることによって形成した細長い排気口88が形成されている。この排気口88にはこれを覆うようにして石英よりなる断面コ字状に形成された排気カバー部材89が溶接により取り付けられている。この排気カバー部材89は、前記反応容器2の側壁に沿って上方に延びて、反応容器2の上方側を覆うように構成されており、当該排気カバー部材89の天井側にはガス出口90が形成されている。このガス出口90には、反応容器2内を所望の真空度に減圧排気可能な真空排気手段をなす真空ポンプ91及び例えばバタフライバルブからなる圧力調整部92を備えた排気管93が接続されている。
In addition, on the opposite side of the
また図1に示すように反応容器2の外周を囲むようにして、反応容器2及び反応容器2内のウエハWを加熱する加熱手段である筒状体のヒータ94が設けられている。前記ヒータ94としては、コンタミネーションがなく昇降温特性が優れたカーボンワイヤー等が用いられる。
As shown in FIG. 1, a
また上記プラズマ処理装置は制御部9を備えており、前記制御部9は、例えばコンピュータからなり、ボートエレベータ41、ヒータ94、供給機器群62,72,74、圧力調整部92等を制御するように構成されている。より具体的には、制御部9は、反応容器2内で行われる後述の一連の処理のステップを実行するためのシーケンスプログラムを記憶した記憶部、各プログラムの命令を読み出して各部に制御信号を出力する手段などを備えている。なお、このプログラムは、例えばハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク(MO)、メモリーカード等の記憶媒体に格納された状態で制御部9に格納される。
In addition, the plasma processing apparatus includes a
次に上述の実施の形態の作用について説明を行う。先ず、多数枚この例では50枚の300mmサイズのウエハWが多段に載置されたウエハボート5を予め所定の温度に設定された反応容器2内に、その下方より上昇させて搬入(ロード)し、蓋体4でマニホールド3の下端開口部32を閉じることにより反応容器2内を密閉する。そして反応容器2内を真空ポンプ91によって真空引きし、反応容器2内が所定の真空度となるようにする。次いで反応容器2内の圧力を例えば666.5Pa(5Torr)にして、第1の原料ガス供給ノズル60より反応容器2内にDCSガス及びH2ガスを夫々例えば1000sccm、2000sccmの流量で例えば3秒間供給し、回転しているウエハボート5の棚状に保持されているウエハWの表面にDCSガスの分子を吸着させる(ステップ1)。
Next, the operation of the above embodiment will be described. First, in this example, a large number of
反応容器2内に供給するH2ガスはDCSガスに比べて分子の大きさが格段に小さい。そのためH2ガスは拡散作用が大きい。従ってDCSガスもH2ガスの拡散に伴って拡散するため、図4に示すように反応容器2内の隅々まで広がって行く。そのため前記ウエハボート5はモータMによって回転しているが、第1のガス供給ノズル60から見てウエハボート5の支柱51の影になった領域にも十分にDCSガスが回り込み、結果としてウエハWの表面において高い均一性をもってDCSガスの分子の吸着層が形成される。
The H 2 gas supplied into the
その後、DCSガスの供給を止め、反応容器2内にはH2ガスを供給し続けると共に反応容器2内の圧力を例えば120Pa(0.9Torr)にして、反応容器2内をH2パージする(ステップ2)。この場合、上述したようにH2ガスの大きな拡散作用によって、DCSガスが反応容器2内に滞留せずに確実に排出される。
Thereafter, the supply of DCS gas is stopped, the H 2 gas is continuously supplied into the
次いで、反応容器2内の圧力を例えば93Pa(0.7Torr)にして、第2の原料ガス供給ノズル71より反応容器2内にNH3ガス及びH2ガスを夫々例えば5000sccm、2000sccmの流量で例えば1秒間、高周波電源84がオフの状態で供給する(ステップ3)。しかる後、その真空度を維持しながら反応容器2内にNH3ガス及びH2ガスを夫々例えば5000sccm、2000sccmの流量で例えば15秒間、高周波電源84がオンの状態で供給し、ウエハWの表面に例えばNラジカル,NHラジカル,NH2ラジカル,NH3ラジカル等の活性種を吸着させる(ステップ4)。そしてウエハWの表面では、DCSガスの分子とNH3の活性種とが反応してシリコン窒化膜(SiN膜)の薄膜が形成される。反応容器2内はNH3ガスと同時にH2も供給しているで、上述と同様に第2のガス供給ノズル71から見てウエハボート5の支柱51の影になった領域にも十分にNH3ガスが回り込む。また反応容器2内に浮遊していたDCSガスが確実に排気されているので、浮遊したDCSガスと反応してウエハWの表面に予定していないSiN膜が堆積するおそれもないことから、ウエハWの表面にSiN膜が高い面内均一性で形成される。
Next, the pressure in the
しかる後、NH3ガスの供給を止め、反応容器2内にはH2ガスを供給し続けると共に反応容器2内の圧力を例えば106Pa(0.8Torr)にして、反応容器2内をH2パージする(ステップ5)。同様に反応容器2内に浮遊した状態で残存するNH3ガスは、H2ガスの大きな拡散作用によって、反応容器2内に滞留せずに確実に排出される。そして図5に示すようにステップ1〜ステップ5を複数回例えば200回繰り返すことで、ウエハWの表面にSiN膜の薄膜が一層ずつ積層され、ウエハWの表面に所望の厚さのSiN膜が形成される(分子層堆積法)。また一連のステップにおける供給機器群62,72,74のバルブ及び流量調整部等の調整及び圧力調整部92の調整は制御部9に格納されたプログラムに基づいて行われる。
Thereafter, the supply of NH 3 gas is stopped, the supply of H 2 gas into the
上述の実施の形態によれば、反応容器2内にジクロロシラン(DCS)ガス及びアンモニア(NH3)ガスを供給しているときに、前記反応容器2内に拡散作用の大きい水素(H2)ガスを供給しているので、既述のようにDCSガスやNH3の活性種は第1の原料ガス供給ノズル61及び第2のガス供給ノズル71から見てウエハボート5の支柱51によって影となる部分にも十分に回り込むため、後述する実施例に示すようにウエハW表面に対して均一にSiN膜を成膜することができる。
According to the above-described embodiment, when dichlorosilane (DCS) gas and ammonia (NH 3 ) gas are supplied into the
また上述の実施の形態によれば、反応容器2内にDCSガス及びNH3ガスの原料ガスを排出する際に、既述のように反応容器2内に残存するDCSガス及びNH3ガスを効率良く排出することができ、成膜均一性をより一層高めることができる。そして特にNH3ガスの活性種を利用する場合、ウエハボート5の支柱51に衝突して死活することに起因して特に第2の原料ガス供給ノズル71から見て支柱51の影になる領域の膜厚が薄くなるが、H2ガスを用いることでこの傾向が緩和され、極めて有効である。
Further, according to the above-described embodiment, when the DCS gas and the NH 3 gas source gas are discharged into the
また反応容器2内にDCSガス及びNH3ガスのどちらか一方の供給をしているときにのみ反応容器2内にH2ガスを供給してもよい。
Further, the H 2 gas may be supplied into the
上述の実施の形態では、シラン系のガスとしてDCSガスを用いたがこれに限定されず、他のシラン系のガスを用いてもよい。他のシラン系のガスとしては、例えばモノシラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、ヘキサクロロジシラン(HCD)、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)等も用いることができる。 In the above embodiment, the DCS gas is used as the silane-based gas. However, the present invention is not limited to this, and other silane-based gas may be used. Examples of other silane gases include monosilane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), hexachlorodisilane (HCD), hexamethyldisilazane (HMDS), tetrachlorosilane (TCS), disilylamine (DSA), trisilane. Silylamine (TSA), Vistabutylbutylaminosilane (BTBAS), etc. can also be used.
次に本発明の効果を確認するために行った実験について述べる。 Next, an experiment conducted for confirming the effect of the present invention will be described.
(実施例1)
図1及び図2に示す成膜装置を用い、上述したステップ1〜ステップ5を複数回例えば500回繰り返すことで、ウエハWの表面にシリコン窒化膜を成膜した。成膜ガスとしては、DCS(SiH2Cl2)ガス及びNH3ガスを用いた。プロセス条件は先の実施の形態に記載した通りである。
Example 1
A silicon nitride film was formed on the surface of the wafer W by repeating the above-described
(実施例2)
実施例1において、反応容器2内にNH3ガスを5000sccmの流量で供給する工程において、H2ガスに代えてN2ガスを供給し、またその後のパージ処理をH2ガスに代えてN2ガスで行った他は、実施例1と同様にしてウエハWの表面にシリコン窒化膜を成膜した。
(Example 2)
In Example 1, in the process of supplying NH 3 gas into the
(比較例)
実施例1において、反応容器2内にDCSガス及びNH3ガスを供給する際に、H2ガスに代えてN2ガスを供給し、また反応容器2内のパージ処理をN2ガスで行った他は、実施例1と同様にしてウエハWの表面にシリコン窒化膜を成膜した。
(検査方法)
ウエハWの表面にSiN膜を成膜した後、反応容器2からウエハボート5を搬出し、ウエハボート5の上段に載置されているウエハ(TOP)、ウエハボート5の中段に載置されているウエハ(CTR)及びウエハボート5の下段に載置されているウエハ(BTM)を夫々一枚取出して、各ウエハ(TOP、CTR、BTM)の膜厚の面内均一性を調べた。ここで面内均一とは、((最大膜厚−最小膜厚)/(2×平均膜厚))×100%である。また、各ウエハ(TOP、CTR、BTM)の表面に形成されているSiN膜において、ウエハWの表面にSiN膜が成膜される成膜レートについても調べた。
(結果及び考察)
図6に、実施例1、実施例2及び比較例の結果を示す。図6において、棒グラフは成膜レートを示すと共に折れ線グラフはSiN膜の膜厚の均一性を示す。図6に示すように実施例1及び実施例2は、比較例に比べてSiN膜の膜厚の均一性がよくなっていると共に、ウエハWの表面にSiN膜を成膜する成膜レートが増加していることが分かる。SiN膜の均一性について詳述すると、実施例1、実施例2及び比較例で処理したウエハWの表面における複数点について膜厚測定器により膜厚を測定した結果、図7に示すように、実施例1、実施例2及び比較例ともウエハWの表面において、支柱51の影となる部分Aは中央部BよりもSiN膜が薄かったが、実施例1及び実施例2の方が比較例に比べて、支柱51の影となる部分Aに形成されているSiN膜の膜厚と中央部Bに形成されているSiN膜の膜厚との差が小さいことが分かった。このことから、N2ガスに代えてH2ガスを反応容器2内に供給することが有効であることが理解できる。また実施例2よりも実施例1の方が、ウエハWの中央部に形成されているSiN膜とウエハWの周縁部に形成されているSiN膜との膜厚の差が小さいことから、反応容器2内にDCSガスの供給時だけでなくNH3ガスを供給する際にもH2ガスを供給し、また反応容器2内をパージ処理する際にもH2ガスで行うことがさらに有効であることが理解できる。
(Comparative example)
In Example 1, when DCS gas and NH 3 gas were supplied into the
(Inspection method)
After forming a SiN film on the surface of the wafer W, the
(Results and discussion)
In FIG. 6, the result of Example 1, Example 2, and a comparative example is shown. In FIG. 6, the bar graph indicates the film formation rate, and the line graph indicates the uniformity of the film thickness of the SiN film. As shown in FIG. 6, in Example 1 and Example 2, the uniformity of the film thickness of the SiN film is improved compared to the comparative example, and the film formation rate for forming the SiN film on the surface of the wafer W is higher. It can be seen that it has increased. When the uniformity of the SiN film is described in detail, as a result of measuring the film thickness with a film thickness measuring device at a plurality of points on the surface of the wafer W processed in Example 1, Example 2 and Comparative Example, as shown in FIG. In each of Example 1, Example 2, and Comparative Example, on the surface of the wafer W, the portion A that is a shadow of the
またウエハWの表面に形成されているSiN膜をフッ酸液に浸漬し、フッ酸に対するSiN膜のエッチングレートを調べた(ウエットエッチング)。その結果を図8に示す。図8に示すように、実施例1のエッチングレートは13.37であり、実施例2のエッチングレートは13.86であり、比較例のエッチングレートは15.15であった。この結果から実施例1及び実施例2は比較例に比べてウエハWの表面に形成されているSiN膜が緻密であると推測する。 Further, the SiN film formed on the surface of the wafer W was immersed in a hydrofluoric acid solution, and the etching rate of the SiN film with respect to hydrofluoric acid was examined (wet etching). The result is shown in FIG. As shown in FIG. 8, the etching rate of Example 1 was 13.37, the etching rate of Example 2 was 13.86, and the etching rate of the comparative example was 15.15. From this result, it is estimated that in Example 1 and Example 2, the SiN film formed on the surface of the wafer W is denser than in the comparative example.
またウエハWの表面に形成されているSiN膜の組成についても、二次イオン質量分析計(Secondary Ionization Mass Spectrometer:SIMS)を用いて測定を行った。その結果を図9に示す。図9の縦軸は濃度(atoms/cm3)を示し、横軸は、SiN膜中に含まれるH原子、C原子、O原子、Cl原子を示してある。図9に示すように、実施例1、実施例2及び比較例はSiN膜の膜質において、大きな変化がないことが分かる。以上のことから、本発明は従来と同等の組成でかつ若干良好な膜質のSiN膜が高い面内均一性をもって成膜できることが分かる。 The composition of the SiN film formed on the surface of the wafer W was also measured using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). The result is shown in FIG. The vertical axis in FIG. 9 indicates the concentration (atoms / cm 3 ), and the horizontal axis indicates H atoms, C atoms, O atoms, and Cl atoms contained in the SiN film. As shown in FIG. 9, it can be seen that Example 1, Example 2, and Comparative Example do not have a significant change in the quality of the SiN film. From the above, it can be seen that the present invention can form a SiN film having a composition equivalent to the conventional one and slightly good film quality with high in-plane uniformity.
W 半導体ウエハ
M モータ
2 反応容器
3 マニホールド
41 ボートエレベータ
5 ウエハボート
51 支柱
60 第1の原料ガス供給管
61 第1の原料ガス供給ノズル
63 シラン系のガス供給源
70 第2の原料ガス供給管
71 第2の原料ガス供給ノズル
73 NH3ガス供給源
75 H2ガス供給源
80 プラズマ発生部
83 プラズマ電極
84 高周波電源
89 排気カバー部材
9 制御部
91 真空ポンプ
92 圧力調整部
W Semiconductor
Claims (9)
反応容器内に第1の原料ガスを供給して、当該基板の表面に第1の原料ガスを吸着させ、次いで反応容器内に第1の原料ガスと反応する第2の原料ガスを供給し、こうして反応容器内に供給される原料ガスを第1の原料ガスと第2の原料ガスとの間で複数回切り替える工程と、
前記反応容器内に前記第1の原料ガス及び前記第2の原料ガスの少なくとも一方の原料ガスを供給しているときに、前記反応容器内に水素ガスを供給する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。 In a method in which a plurality of substrates are held in parallel with each other by a substrate holder and carried into a reaction vessel, the inside of the reaction vessel is heated and a processing gas is supplied to form a film on the substrate.
Supplying a first source gas into the reaction vessel, adsorbing the first source gas on the surface of the substrate, and then supplying a second source gas that reacts with the first source gas into the reaction vessel; The step of switching the source gas supplied into the reaction vessel in this way between the first source gas and the second source gas a plurality of times,
Supplying hydrogen gas into the reaction vessel when supplying at least one of the first source gas and the second source gas into the reaction vessel. A film forming method.
反応容器内に第1の原料ガスを供給するための第1の原料ガス供給手段と、
反応容器内に第2の原料ガスを供給するための第2の原料ガス供給手段と、
前記反応容器内に水素ガスを供給するための水素ガス供給手段と、
前記反応容器内を真空排気するための真空排気手段と、
反応容器内に第1の原料ガスを供給して、当該基板の表面に第1の原料ガスを吸着させ、次いで反応容器内に第1の原料ガスと反応する第2の原料ガスを供給し、こうして反応容器内に供給される原料ガスを第1の原料ガスと第2の原料ガスとの間で複数回切り替えると共に原料ガスの切り替え時には反応容器内を真空排気し、前記反応容器内に前記第1の原料ガス及び前記第2の原料ガスの少なくとも一方の原料ガスを供給しているときに、前記反応容器内に水素ガスを供給するように各手段を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。 A plurality of substrates are held in parallel with each other by a substrate holder and carried into a reaction vessel, and the inside of the reaction vessel is heated by heating means provided around the substrate and a processing gas is supplied to form a film on the substrate. In the film forming apparatus,
First source gas supply means for supplying the first source gas into the reaction vessel;
A second source gas supply means for supplying a second source gas into the reaction vessel;
Hydrogen gas supply means for supplying hydrogen gas into the reaction vessel;
Evacuation means for evacuating the reaction vessel;
Supplying a first source gas into the reaction vessel, adsorbing the first source gas on the surface of the substrate, and then supplying a second source gas that reacts with the first source gas into the reaction vessel; In this way, the source gas supplied into the reaction vessel is switched a plurality of times between the first source gas and the second source gas, and when the source gas is switched, the inside of the reaction vessel is evacuated, and the first reaction gas is placed in the reaction vessel. A control unit that controls each means so as to supply hydrogen gas into the reaction vessel when supplying at least one source gas of one source gas and the second source gas. A film forming apparatus characterized by the above.
前記コンピュータプログラムは、請求項1ないし4のいずれか一つに記載の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
A plurality of substrates are held in parallel with each other by a substrate holder and carried into a reaction vessel, and the inside of the reaction vessel is heated by heating means provided around the substrate and a processing gas is supplied to form a film on the substrate. A storage medium for storing a computer program used in a film forming apparatus,
5. A storage medium in which the computer program includes a set of steps so as to execute the film forming method according to claim 1.
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