CN109468613A - 成膜装置以及成膜方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及成膜装置以及成膜方法，提供抑制对晶片的损伤，并以低温形成高品质的氮化硅膜的技术。当对在处理容器(1)内载置的晶片W供给Si2H6气体和NH3气体来形成SiN膜时，针对NH3气体，进行在与Si2H6气体反应前照射紫外线的远程紫外线照射，并供给至处理容器1内。因此，能够利用活化的NH3气体和Si2H6气体在较低的加热温度下在晶片W形成高品质的氮化硅膜。而且，由于设为对向处理容器1内导入前的NH3气体照射紫外线的远程紫外线处理，所以能够不对晶片W照射紫外线并抑制晶片W的损伤。

Description

成膜装置以及成膜方法
技术领域
本发明涉及对被处理基板的表面供给处理气体来进行成膜处理的技术。
背景技术
氮化硅膜(SiN膜)在半导体集成电路中，除了绝缘膜之外，还使用于蚀刻阻挡层、侧壁间隙壁，或使沟道区域产生形变的应力衬垫等广泛的用途。在半导体制造工序中形成薄膜的情况下，除了对微小的图案进行良好的埋入、膜质良好之外，根据伴随着布线的迁移的抑制、半导体器件的立体化而产生的要求等，要求成膜工序的低温化。
然而例如氨气等氮化气体若不进行高温处理则不易被氮化。另外，通过利用等离子体使氮化气体活化，能够以比较低温形成氮化硅膜，但存在在要利用等离子体成膜形成氮化硅膜时，因使气体等离子化的能量而基板受损的问题。
在专利文献1中记载了对在处理容器内载置的基板供给处理气体，并且对处理容器内照射紫外线，使处理气体活化而进行成膜的技术。然而存在若对基板照射紫外线则已经堆积的氮化硅膜的结合切断的问题。另外，紫外线经由设置在处理容器中的透过窗照射到处理容器内，但在透过窗中的处理容器内露出的面形成氮化硅膜，也存在向处理容器内照射的紫外线被阻挡这个课题。
专利文献1：日本特开2010－103484号公报。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供抑制对基板的损伤，以低温形成高品质的氮化硅膜的技术。
本发明的成膜装置是使包含硅的原料气体和包含氮的反应气体反应而在基板上形成氮化硅膜的装置，其特征在于，具备：
处理容器，用于形成真空环境；基板的载置部，被设置在上述处理容器内；原料气体供给部，用于向上述处理容器内供给原料气体；反应气体供给部，用于向上述处理容器内供给包含氮的气体；以及紫外线照射部，用于在上述反应气体与上述原料气体反应前激发该反应气体，上述成膜装置构成为不对上述载置部上的基板照射上述紫外线照射部的紫外线。
本发明的成膜方法是使包含硅的原料气体和包含氮的反应气体反应而在基板上形成氮化硅膜的成膜方法，其特征在于，包括：
在处理容器内的载置部载置基板的工序；接下来，在使上述处理容器内成为真空环境的状态下，对处理容器内供给原料气体的工序；在上述反应气体与上述原料气体反应前利用紫外线激发该反应气体的工序；以及将被激发的反应气体向上述处理容器内供给的工序，不对上述载置部上的基板照射上述紫外线。
本发明在基板形成氮化硅膜时，利用紫外线激发与包含硅的原料气体反应前的反应气体。因此被活化的气体中的电子能量较小，抑制对基板的损伤。而且，由于构成为不对处理容器内的基板照射紫外线，所以能够防止对基板照射紫外线所造成的损伤，另外，能够避免在紫外线照射窗附着原料气体与反应气体的反应生成物所造成的紫外线照射的阻挡。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及成膜装置的纵剖视图。
图2是表示紫外线照射部的剖视图。
图3是表示评价试验用的成膜装置的纵剖视图。
图4是说明评价用基板的根据加热温度而成膜的膜的膜厚分布的说明图。
图5是表示评价用基板的根据加热温度而成膜的膜的膜厚分布的特性图。
图6是表示评价用基板的根据加热温度而成膜的膜的折射率的特性图。
图7是表示评价用基板的根据加热温度而成膜的膜的膜厚分布的特性图。
图8是表示评价用基板的根据加热温度而成膜的膜的折射率的特性图。
图9是表示在实施例1－1中成膜的膜的原子组成的特性图。
图10是表示在实施例1－2中成膜的膜的原子组成的特性图。
图11是表示在实施例1－3中成膜的膜的原子组成的特性图。
符号说明
1…处理容器；2…载置台；3…紫外线照射部；7…喷淋头；9…控制部；10A…上方侧扩散室；10B…下方侧扩散室；14…排气口；26…加热器；51…NH3气体导入路；61…Si2H6气体导入路；W…晶片
具体实施方式
对本发明的实施方式所涉及的成膜装置进行说明。如图1所示，成膜装置具备横剖面形状为大致圆形的真空腔室的处理容器1。在处理容器1的侧面设置有搬入搬出口12，该搬入搬出口12用于进行被处理基板即例如直径300mm晶片W的交接，在搬入搬出口12设置有对搬入搬出口12进行开闭的门阀13。
在处理容器1的内部设置有作为晶片W的载置部的圆柱形状的载置台2。另外，在周方向等间隔地设置有三处贯通载置台2以及处理容器1的底面的贯通孔22。在贯通孔22中设置有被设置为通过升降机构23而从载置台2的上表面突没的晶片W的交接用的顶销24。另外，顶销24的下部侧被用于气密处理容器1的波纹管25覆盖。在该载置台2的内部设置有构成加热部的加热器26，载置于载置台2的晶片W例如被加热至350℃。
在处理容器1的底面设置有排气口14。排气管15的一端与排气口14连接，排气管15的另一端侧从排气口14侧起间设压力调整阀16、开闭阀17，并与作为真空排气机构的真空排气部18连接。
在处理容器1的顶板部设置有喷淋头7，该喷淋头用于朝向在载置台2上载置的晶片W供给气体。喷淋头7构成为圆筒形状，喷淋头7内通过分隔板71而划分为用于使包括氮(N)的反应气体例如氨气(NH3)气体扩散的上方侧扩散室10A、和用于使包括硅(Si)的原料气体例如乙硅烷(Si2H6)气体扩散的下方侧扩散室10B这上下两段。
在上方侧扩散室10A的顶板部分连接有用于向上方侧扩散室10A导入NH3气体的NH3气体导入路51的一端。在NH3气体导入路51的另一端连接NH3气体供给源52，在NH3气体导入路51中，从NH3气体供给源52侧起依次设置有流量调整部M51、阀门V51以及用于对在NH3气体导入路51中流动的气体照射紫外线的紫外线照射部3。
另外，在NH3气体导入路51中的阀门V51与紫外线照射部3之间，用于与NH3气体一起导入添加气体例如氢(H2)气体的H2气体导入路53的一端合流。在H2气体导入路53的另一端连接H2气体供给源54，在H2气体导入路53中，从H2气体供给源54侧起依次设置有流量调整部M53和阀门V53。
在上方侧扩散室10A的底面(分隔板71)中，设置在下方侧扩散室10B内的连通路74的上端部开口。连通路74的下方侧端部在喷淋头7的下表面与以与各连通路74对应的方式形成的NH3气体排出孔73连接。因此，上方侧扩散室10A内的气体不向下方侧扩散室10B内扩散，而被供给到处理容器1内。在该例子中，NH3气体导入路51、流量调整部M51、阀门V51、NH3气体供给源52、上方侧扩散室10A、连通路74以及NH3气体排出孔73构成将作为反应气体的NH3气体供给给处理容器1内的反应气体供给部。
在下方侧扩散室10B的底面(喷淋头7的下表面)整个面分散地设置有将下方侧扩散室10B和处理容器1连通的Si2H6气体排出孔72。另外，如图1所示，在下方侧扩散室10B的顶板部分(分隔板71)连接有用于使Si2H6气体不向上方侧扩散室10A内扩散而向下方侧扩散室10B导入的Si2H6气体导入路61的一端。Si2H6气体导入路61的另一端侧贯通喷淋头7的顶板部，并与Si2H6气体供给源62连接。另外，在Si2H6气体导入路61中，从Si2H6气体供给源62侧起依次设置有流量调整部M61和阀门V61。在该例子中，Si2H6气体导入路61、流量调整部M61、阀门V61、Si2H6气体供给源62、下方侧扩散室10B以及Si2H6气体排出孔72构成将作为原料气体的Si2H6气体供给至处理容器1内的原料气体供给部。
参照图2，对紫外线照射部3进行说明。紫外线照射部3具备构成NH3气体导入路51的一部分的管状的照射室30，并构成为从NH3气体供给源52向NH3气体导入路51供给的NH3气体、以及作为添加气体的H2气体通过照射室30向处理容器1侧流动。在照射室30中设置有石英制的紫外线照射窗31。另外，紫外线照射部3具备被设置在照射室30的外部的、例如照射主要的波长为172nm的紫外线的氙准分子灯32，并构成为经由紫外线照射窗31向在照射室30中流动的气体照射从氙准分子灯32照射的光。主要的波长是指与频谱中最大峰值，或其附近对应的波长。
再返回到图1，成膜装置具备控制部9。该控制部9例如由计算机构成，具备程序、存储器、CPU。程序被编入步骤组，以实施后述的作用说明中的一系列动作，按照程序，进行各气体的流量的调整、处理容器1内的压力的调整等。该程序被储存至计算机存储介质例如软盘、CD、硬盘、光磁盘等中，并被安装至控制部9。
接下来，对本发明的实施方式的作用进行说明。晶片W例如通过未图示的外部的输送臂和顶销24的配合作用而被载置于载置台2上。由此，晶片W例如被加热至350℃。而且，在关闭门阀13，将处理容器1封闭后，进行真空排气，将处理容器1内的压力设定为133Pa。
接下来，打开阀门V61，从Si2H6气体导入路61向喷淋头7例如以0.5sccm的流量供给Si2H6气体。Si2H6气体在喷淋头7的下方侧扩散室10B中沿水平方向扩散，并从Si2H6气体排出孔72供给至处理容器1内。另外，打开阀门V51以及V53，以100sccm的流量供给NH3气体，以300sccm的流量供给作为添加气体的H2气体。由此NH3气体和H2气体成为混合的混合气体，并被供给给紫外线照射部3。而且，从NH3气体导入路51向喷淋头7再通过氙准分子灯32向NH3气体导入路51照射波长172nm的紫外线。
由此，对被导入喷淋头7前的通过照射室30的混合气体所包含的NH3气体，即与Si2H6气体反应前的NH3气体照射紫外线并进行激发，换言之进行远程紫外线照射。而且被激发的NH3气体在喷淋头7的上方侧扩散室10A中沿水平方向扩散，并经由连通路74从NH3气体排出孔73供给至处理容器1内。由此，在处理容器1内，Si2H6气体和被激发的NH3气体反应，成为氮化硅膜(SiN膜)，并在载置于载置台2的晶片W的表面成膜。
例如通过对与Si2H6气体反应前的NH3气体施加高频来使NH3气体激发的情况下，NH3的活性物质的能量变得过大，反应性极高。因此，活化的NH3与未被活化的NH3反应，在到达晶片W前失活。
与此相对，通过利用照射紫外线激发与Si2H6气体反应前的NH3气体，能够适度地使NH3活化。通过这样构成，被激发的NH3到达到晶片W，例如即使是350℃左右的较低的加热温度，被激发的NH3和Si2H6反应，从而能够在晶片W形成强度高的氮化硅膜。
根据上述的实施方式，当对在处理容器1内载置的晶片W供给Si2H6气体和NH3气体来形成SiN膜时，针对NH3气体，在与Si2H6气体反应前进行照射紫外线的远程紫外线照射，并供给至处理容器1内。因此，能够利用活化的NH3气体和Si2H6气体在较低的加热温度下在晶片W形成高品质的氮化硅膜。
而且，由于设为对向处理容器1内导入前的NH3气体照射紫外线的远程紫外线处理，所以不对晶片W照射紫外线，不会使已经堆积的SiN暴露于紫外线而切断氮化膜的结合。另外，将用于对NH3气体照射紫外线的紫外线照射部3设置于将NH3气体导入处理容器1的NH3气体导入路51，使激发的NH3气体和Si2H6气体在处理容器1内反应。因此，不会在被设置于紫外线照射部3的紫外线照射窗31附着Si2H6气体和NH3气体的反应生成物，能够避免阻挡紫外线照射。
另外，如后述的实施例所示，即使在将晶片W的处理环境的温度设为常温的情况下也能够形成SiN膜，但通过将晶片W的处理环境的温度设为200℃以上，能够形成氮含有率高的SiN膜。而且，如后述的实施例所示，通过将晶片W的处理环境的温度设为300℃以上，折射率达到“2”左右，所以可以说能够获得更高品质的SiN膜。进而在未被激发的NH3气体与含硅气体反应的温度下，由于不需要对NH3气体照射紫外线，所以晶片W的处理环境的温度小于600℃。
本发明如后述的评价试验中所使用的结构的图3所示的成膜装置那样，也可以为在载置晶片W的处理容器的侧方设置有供给反应气体的反应气体供给部的结构。此外，不对晶片W照射紫外线也包括即使紫外线到达晶片W，但其能量较弱，已经成膜的SiN膜不会产生影响成品率的程度的损伤的情况。因此例如图3的构成的情况下，即使因流路的内壁反射紫外线而到达晶片W，但仍作为不对晶片W照射紫外线的状态而看待。
而且本发明的原料气体可以是二氯硅烷气体、甲硅烷气体，或者二硅氮烷气体等。另外，反应气体也可以是氮气、磺安剂气体或肼气体等。
另外，即使在不使H2气体与反应气体一起流动的情况下也能够形成SiN膜，所以有效果，但如后述的实施例2所示，由于通过与反应气体一起使H2气体流动，并对反应气体和H2气体的混合气体照射紫外线，从而能够获取蚀刻耐性更高的SiN膜，所以更优选。
另外，优选对NH3气体照射的紫外线主要的波长为105～220nm。对该反应气体照射的紫外线选择使用的反应气体的吸光频谱表示的吸光度突然地变高的峰值出现的波长即可。在本发明的实施方式中，紫外线照射部3使用氙准分子灯32，但通过改变向准分子灯填充的气体，能够变更紫外线的主要的波长。例如在设为使用了Ar的准分子灯时，能够将主要的波长变更为126nm，通过设为使用了Kr的准分子灯，能够将主要的波长变更为146nm。这样可以与使用的反应气体的种类相匹配地变更向准分子灯填充的气体。
另外，紫外线照射部3也可以构成为照射遍及以包括多个反应气体的吸光频谱表示的吸光度突然地变高的峰值的方式设定的广泛范围的波长区域的波长的紫外线。即使这样对反应气体照射遍及广泛范围的波长区域的波长的紫外线的紫外线照射部3，也同样地有效果。
另外，将从紫外线照射部3照射的紫外线向反应气体导入路导入的紫外线照射窗31例如可以由氟化锂(LiF)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)构成。构成为从紫外线照射部3照射的紫外线透过紫外线照射窗31，被导入反应气体导入路，但紫外线照射窗31根据其材质，透过的紫外线的波长区域不同，特别是紫外线的波长区域的短波长侧容易受到紫外线照射窗31的材质限制。LiF、MgF2以及CaF2能够透过的紫外线的波长区域的短波长侧的极限值为105、110以及150nm。由于实施方式所示的石英(SiO2)能够透过的紫外线的波长区域的短波长侧的极限值为155nm，所以通过由LiF、MgF2或者CaF2构成紫外线照射窗31，能够扩大能够对反应气体照射的紫外线的波长区域。
另外，在用于将硅氮化的氮化气体使用NH3气体时，为了获得SiN膜而大多使用氯系的气体作为原料气体。然而，该情况下，SiN膜中引入氯，个别进行改质处理而除去Cl。在上述的实施方式中，在不使用氯系的气体而能够在低温下形成高品质的SiN膜的方面也是有利的。
本发明也可以应用于交替地多次供给原料气体和反应气体，反复原料气体向晶片W的吸附、和该原料气体与反应气体的反应，例如1个1个分子层地堆积SiN，形成SiN膜的所谓ALD(Atomic Layer Deposition：原子层沉积)法。
[实施例]
为了验证本发明的实施方式的效果而进行了以下的试验。图3表示评价试验用的成膜装置。如图3所示，评价试验用的成膜装置例如具备由真空容器构成的反应室101，在反应室101内设置有载置例如长度6cm的带型形状的评价用基板100的载置台200。另外，在载置台200埋设未图示的加热器，构成为在载置台载置的基板能够例如以100℃～450℃之间的规定的设定温度加热评价用基板。在反应室101中的评价用基板100的长度方向一端侧的侧面连接图1所示的NH3气体导入路51的下游侧端部。另外，NH3气体导入路51中，与图1所示的NH3气体导入路51同样地间设使用了氙准分子灯32的紫外线照射部300，并被设置为利用氙准分子灯32对在用于向反应室101导入NH3气体的NH3气体导入路51中流动的气体照射紫外线。此外，在图3所示的评价用的成膜装置中，在照射紫外线照射部300中的氙准分子灯32紫外线的位置形成窗部33，并设置有对通过窗部33的紫外线的强度进行检测的紫外线测量部34。
而且，在反应室101中形成Si2H6气体供给喷嘴64，该Si2H6气体供给喷嘴64用于朝向在载置台200载置的评价用基板100的中心部供给原料气体，在Si2H6气体供给喷嘴64连接有图1所示的Si2H6气体导入路61的下游侧端部。另外，对反应室101形成有用于对反应室101内的环境进行排气的排气口14。在排气口14连接有排气管15的一端侧，在排气管15的另一端侧连接有真空排气部18。
[预备试验]
首先，在进行实施例的说明前，对调查评价试验用的成膜装置的特性的预备试验进行说明。作为预备试验，使用评价试验用的成膜装置，对评价用基板100进行成膜处理，针对评价用基板100的加热温度(评价用基板100的加热温度)，调查在评价用基板100形成的膜的膜厚分布。
在上述的评价试验用的成膜装置中，将成膜处理中的评价用基板100的温度设为常温(25℃)、100℃、200℃、300℃、350℃、400℃以及450℃来进行成膜。当进行成膜处理时，将反应室101内的压力设定为133Pa，以40sccm的流量供给NH3气体、以0.5sccm的流量供给Si2H6气体60分钟。
在距成膜处理后的各评价用基板100的表面中的NH3气体的供给侧的端部1cm、2cm、3cm、4cm以及5cm的距离的5个地点中调查分别形成的膜的膜厚、和该地点的膜的折射率。各地点的膜厚的测量以及各地点的膜的折射率的测量使用分光椭圆偏振计。
在图3所示的评价用的成膜装置中，SiN的膜厚的分布根据评价用基板100的加热温度而不同。图4(a)、4(b)示意性地示出使用评价用的成膜装置，将评价用基板100的温度设定为常温(25℃)以及350℃来进行成膜时的、评价用基板100的膜厚分布。如图4(a)所示，在将评价用基板100的温度设定为常温来进行成膜的情况下，评价用基板100的中心部附近的位置(距评价用基板100中的NH3气体的供给侧3cm的位置)的膜厚变厚。另外，如图4(b)所示，在将评价用基板100的温度设定为350℃来进行成膜的情况下，若将NH3气体的供给侧设为近前侧，则与评价用基板100的中心部相比，里侧的位置的膜厚处于变厚的趋势。
图5、7是表示与评价用基板100的温度对应的形成的膜的膜厚分布的特性图。另外，图6、8是表示与评价用基板100的温度对应的形成的膜的折射率的特性图。在各图5、7中，横轴取距评价用基板100中的NH3气体的供给侧的端部的距离，纵轴取形成的膜的膜厚。此外，在将评价用基板100的温度设定为25℃的情况下，距NH3气体的供给侧的端部1cm的位置几乎没有成膜，所以省略图7、图8中的膜厚以及折射率的记载。
如图5所示，在将评价用基板100的温度设定为350℃～450℃的情况下，距评价用基板100中的NH3气体的供给侧的端部大约4cm的位置的膜厚最厚。另外，距评价用基板100的表面中的NH3气体的供给侧的端部大约4cm的位置的膜厚较高，膜的折射率为“2”左右的值。如图7所示，在评价用基板100的温度为100～300℃时，距评价用基板100的表面中的NH3气体的供给侧的端部大约3cm的位置(评价用基板100的中心部)的膜厚最厚。
因此，可以说当利用评价试验用的成膜装置进行成膜处理时，评价用基板100的温度为300℃以下时，评价用基板100的中心部附近更容易成膜，评价用基板100的温度为350℃以上时，比评价用基板100的中心部更靠里侧偏移的位置更容易成膜。因此，在以下的实施例中，按照成膜处理中的评价用基板100的设定温度，选择形成的膜的膜厚较厚的位置并设为测量位置。
另外，蚀刻耐性高的高品质的SiN膜的折射率大约为“2”左右。如图6、8所示，评价用基板的折射率在距评价用基板100的表面中的NH3气体的供给侧的端部3cm～4cm左右的位置中显示出与“2”接近的值，可以说利用评价试验用的成膜装置形成品质高的SiN膜。
【实施例1】
对使用上述的评价试验用的成膜装置进行成膜时的形成的膜的厚度方向的原子组成以及膜的折射率进行调查。
[实施例1－1]
将评价用基板100的加热温度设定为400℃、将反应室101内的压力设定为133Pa、以100sccm的流量供给NH3气体、以300sccm供给H2气体、以0.5sccm的流量供给Si2H6气体60分钟，进行实施方式所示的成膜处理的例子设为实施例1－1。
[实施例1－2]
将除了将评价用基板100的加热温度设定为350℃，将NH3气体的流量设定为78sccm之外，与实施例1－1同样地进行成膜处理的例子设为实施例1－2。
[实施例1－3]
将除了将评价用基板100的加热温度设定为200℃之外，与实施例1－2同样地进行成膜处理的例子设为实施例1－3。
在实施例1－1～1－3的各个中，对于在评价用基板100形成的膜，针对膜的厚度方向的原子组成以及膜的折射率进行调查。在各实施例中，从膜的表面起进行深度方向的原子组成以及膜的折射率测量的测量位置通过设定温度和预备试验中的膜厚分布来设定。因此，对于实施例1－1、1－2，设为评价用基板100的中心部附近的位置(距评价用基板中的氨气的供给侧的端部4cm的位置)，对于实施例1－3，设为距评价用基板100中的NH3气体的供给侧的端部3cm的位置。对于原子组成的测量，使用XPS(X射线光电子分光法)，分别对硅(Si)、氮(N)、氧(O)、碳(C)进行测量。折射率的测量使用分光椭圆偏振计。
图9～11分别是表示在实施例1－1～1－3中的测量地点形成的膜的原子组成，横轴表示膜的深度方向的位置，纵轴表示各原子的组成比的特性图。如图9～11所示，明白在实施例1－1、1－2以及1－3的任一中，与SiN的组成比率较大，都形成SiN。另外，实施例1－1、1－2以及1－3中的形成的膜的折射率分别是2.065、1.881以及2.044。如已叙述的那样，高品质的氮化硅膜的折射率为2左右，所以根据实施例1－1～1－3，可以说形成高品质的SiN膜。
【实施例2】
另外，为了验证形成的膜的蚀刻耐性，按照以下的实施例，对评价用基板进行成膜处理，调查利用DHF(希氟酸)溶液的蚀刻速度。
[实施例2－1]
将将评价用基板的加热温度设定为400℃、将反应室101内的压力设定为133Pa，以100sccm的流量供给NH3气体、以300sccm的流量供给H2气体、以1.0sccm的流量供给Si2H6气体60分钟，进行实施方式所示的成膜处理的例子设为实施例2－1。
[实施例2－2～2－4]
除了如后述的表1所示那样设定供给的气体的流量比之外，将与实施例2－1同样地进行处理的例子分别设为实施例2－2～2－4。
在实施例2－1～2－4的各个中，在评价用基板进行成膜处理。之后将评价用基板浸入0.5％DHF来进行蚀刻，调查蚀刻速度。表1表示其结果，示出针对实施例2－1～2－4中的NH3气体、H2气体以及Si2H6气体的供给流量的蚀刻速度。
[表1]
如表1所示，在将与NH3气体混合的H2气体的流量设为200sccm的情况下，蚀刻速度为10.3nm/分钟，但在将H2气体的流量设为300sccm的情况下，蚀刻速度为15.5nm/分钟。该值都是与不对NH3气体添加H2气体的情况相比良好的值。通过增加Si2H6气体的流量，蚀刻速度下降，通过将Si2H6气体的流量设为0.5sccm，能够使蚀刻速度下降到4.9nm/分钟。而且在任一的实施例中，都示出与硅氧化膜同等或者其以上的蚀刻耐性，根据本发明的成膜方法，可以说能够形成蚀刻耐性高的高品质的氮化硅膜。

Claims (9)

1.一种成膜装置，是用于使包含硅的原料气体和包含氮的反应气体反应而在基板上形成氮化硅膜的装置，其特征在于，具备：
处理容器，用于形成真空环境；
基板的载置部，被设置在上述处理容器内；
原料气体供给部，用于向上述处理容器内供给原料气体；
反应气体供给部，用于向上述处理容器内供给包含氮的气体；以及
紫外线照射部，用于在上述反应气体与上述原料气体反应前激发该反应气体，
上述成膜装置构成为不对上述载置部上的基板照射上述紫外线照射部的紫外线。
2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，
上述紫外线照射部被设置为对反应气体导入路照射紫外线，上述反应气体导入路用于从上述反应气体供给部向上述处理容器内导入反应气体。
3.根据权利要求1或者2所述的成膜装置，其特征在于，
与成为通过反应气体供给部所供给的反应气体的吸收频谱的波长对应地选择从上述紫外线照射部照射的紫外线的主要的波长。
4.根据权利要求3所述的成膜装置，其特征在于，
上述反应气体是氨气，从上述紫外线照射部照射的紫外线的主要的波长为105nm以上且220nm以下的长度。
5.根据权利要求4所述的成膜装置，其特征在于，
上述紫外线照射部由氙准分子灯构成。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的成膜装置，其特征在于，
具备紫外线照射窗，上述紫外线照射窗使从上述紫外线照射部照射的紫外线在反应气体被照射前透过，
上述紫外线照射窗由SiO2、LiF、MgF2以及CaF2中的任一构成。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的成膜装置，其特征在于，
进行成膜处理的处理环境的温度为25℃～600℃。
8.根据权利要求1～6中的任意一项所述的成膜装置，其特征在于，
进行成膜处理的处理环境的温度为200～600℃。
9.一种成膜方法，使包含硅的原料气体和包含氮的反应气体反应而在基板上形成氮化硅膜，其特征在于，包括：
在处理容器内的载置部载置基板的工序；
接下来，在使上述处理容器内成为真空环境的状态下，对处理容器内供给原料气体的工序；
在上述反应气体与上述原料气体反应前利用紫外线激发该反应气体的工序；以及
将被激发的反应气体向上述处理容器内供给的工序，
不对上述载置部上的基板照射上述紫外线。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4441815A (en) * 1981-03-31 1984-04-10 Anritsu Electric Company Limited Self-modulating spectrometer
JPH1098032A (ja) * 1996-09-20 1998-04-14 Hitachi Ltd 薄膜形成方法及び薄膜形成装置
US6649545B2 (en) * 2000-12-07 2003-11-18 Micron Technology, Inc. Photo-assisted remote plasma apparatus and method
JP2004128195A (ja) * 2002-10-02 2004-04-22 Oki Electric Ind Co Ltd 保護膜の製造方法
CN1511339A (zh) * 2001-04-06 2004-07-07 ���������ƴ���ʽ���� 半导体处理用紫外线辅助处理装置
JP2012076033A (ja) * 2010-10-04 2012-04-19 Ushio Inc 排ガスの無触媒脱硝方法および装置
CN103403847A (zh) * 2011-02-24 2013-11-20 东京毅力科创株式会社 氮化硅膜的成膜方法、有机电子器件的制造方法和氮化硅膜的成膜装置
CN103820772A (zh) * 2014-02-12 2014-05-28 清华大学 去除pecvd装置的电荷的系统及其控制方法
US9435031B2 (en) * 2014-01-07 2016-09-06 International Business Machines Corporation Microwave plasma and ultraviolet assisted deposition apparatus and method for material deposition using the same
US9448108B2 (en) * 2013-03-14 2016-09-20 Boe Technology Group Co., Ltd. Measuring and adjusting system and method on uniformity of light intensity of light source

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010103484A (ja) 2008-09-29 2010-05-06 Adeka Corp 半導体デバイス、その製造装置及び製造方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4441815A (en) * 1981-03-31 1984-04-10 Anritsu Electric Company Limited Self-modulating spectrometer
JPH1098032A (ja) * 1996-09-20 1998-04-14 Hitachi Ltd 薄膜形成方法及び薄膜形成装置
US6649545B2 (en) * 2000-12-07 2003-11-18 Micron Technology, Inc. Photo-assisted remote plasma apparatus and method
CN1511339A (zh) * 2001-04-06 2004-07-07 ���������ƴ���ʽ���� 半导体处理用紫外线辅助处理装置
JP2004128195A (ja) * 2002-10-02 2004-04-22 Oki Electric Ind Co Ltd 保護膜の製造方法
JP2012076033A (ja) * 2010-10-04 2012-04-19 Ushio Inc 排ガスの無触媒脱硝方法および装置
CN103403847A (zh) * 2011-02-24 2013-11-20 东京毅力科创株式会社 氮化硅膜的成膜方法、有机电子器件的制造方法和氮化硅膜的成膜装置
US9448108B2 (en) * 2013-03-14 2016-09-20 Boe Technology Group Co., Ltd. Measuring and adjusting system and method on uniformity of light intensity of light source
US9435031B2 (en) * 2014-01-07 2016-09-06 International Business Machines Corporation Microwave plasma and ultraviolet assisted deposition apparatus and method for material deposition using the same
CN103820772A (zh) * 2014-02-12 2014-05-28 清华大学 去除pecvd装置的电荷的系统及其控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
REINHART POPRAWE: "《定制光 激光制造技术》", 31 December 2015, 华中科技大学出版社 *

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Publication number Publication date
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