JP2003209099A

JP2003209099A - 成膜方法及び成膜装置

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Publication number: JP2003209099A
Application number: JP2002005826A
Authority: JP
Inventors: Takashi Chiba; 貴司千葉; Hisashi Kato; 寿加藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2003-07-25
Anticipated expiration: 2022-01-15
Also published as: JP3899933B2

Abstract

(57)【要約】【課題】膜厚の面内均一性を向上させることが可能な
成膜方法を提供する。【解決手段】真空引き可能になされた処理容器３８内
に成膜ガスを供給して被処理体Ｗの表面に薄膜を形成す
る成膜方法において、前記成膜ガスを前記処理容器内へ
供給する直前に予備加熱する工程を有する。この場合、
例えば処理容器内で供給律速状態で成膜を行う供給律速
成膜工程と、処理容器内で反応律速状態で成膜を行う反
応律速成膜工程とを有する。これにより、処理容器内へ
供給される成膜ガスを予備加熱して活性化させるように
したので、成膜ガスの反応を促進させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成膜方法及び成膜
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体集積デバイスを形成する
ために、そのデバイス中の絶縁膜としては、ＳｉＯ₂ 、
ＰＳＧ（ＰｈｏｓｐｈｏＳｉｌｉｃａｔｅＧｌａｓ
ｓ）、Ｐ（プラズマ）−ＳｉＯ、Ｐ（プラズマ）−Ｓｉ
Ｎ、ＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎＧｌａｓｓ）、Ｓｉ₃ Ｎ₄
（シリコン窒化膜）等が用いられる。半導体ウエハの表
面に上述したようなシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を
形成するには、成膜ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ₄ ）
やジクロルシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂ ）等のシラン系ガス
を用いて熱ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜する方法が知られてい
る。ここで上記薄膜を形成するための従来の縦型の成膜
装置の一例について説明する。図９は従来の縦型の成膜
装置の一例を示す概略構成図である。

【０００３】この成膜装置２は、内筒４と外筒６とより
なる石英製の２重管構造の縦型処理容器８を有してい
る。上記内筒４内の処理空間Ｓには、石英製のウエハボ
ート１０が収容されており、このウエハボート１０に半
導体ウエハＷが所定のピッチで多段に保持される。この
ウエハボート１０は、処理容器８のキャップ１２上に回
転可能になされた保温筒１４を介して載置されており、
昇降可能なエレベータ１６により、処理容器８内へその
下方から挿脱可能になされている。処理容器８の下端開
口部は、例えばステンレス製のマニホールド１８が接合
されており、このマニホールド１８には、流量制御され
た処理ガスを処理容器８内へ導入する各種のノズル２
０、２２等が設けられる。例えばシリコン酸化膜（Ｓｉ
Ｏ₂ ）を成膜するには成膜ガスとしてＴＥＯＳ（テトラ
エチルオリソシリケート）をノズル２０から供給し、酸
素を他方のノズル２２から供給する。また、マニホール
ド１８の側壁には、真空ポンプ等が接続される排気口２
４が設けられる。そして、処理容器８の外周には、断熱
層２６が設けられており、この内側には、加熱ヒータ２
８が設けられて内側に位置するウエハＷを所定の温度に
加熱するようになっている。このような成膜装置におい
て、ノズル２０から導入されたＴＥＯＳは、他方のノズ
ル２２から導入されたＯ₂ ガスと混合して、処理空間Ｓ
を上昇しつつ反応して、ウエハＷの表面にシリコン酸化
膜を堆積することになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ウエハ
ボート１０には、この大きさにもよるが、通常は１７０
枚程度のウエハ（製品ウエハは１〜１５０枚程度）を多
段に載置した状態で上述したような成膜処理が行われる
が、この場合、ノズル２０から供給された成膜ガス、す
なわちＴＥＯＳが処理容器８内への導入直後には、この
温度がやや低いために十分な活性状態にはなっていない
場合が生ずる。このため、ウエハボート１０の下部、す
なわちボトム近傍のウエハに対する膜付きが十分ではな
く、このボトム近傍におけるウエハの膜厚の面内均一性
が劣化し、製品として使用できない場合があった。例え
ば、ウエハボート１０のボトム近傍では、ウエハの表面
の中心部の膜厚が厚く、周縁部であるエッジ部の膜厚が
薄くなる傾向にあった。このため、最悪の場合には、プ
ロセス条件にもよるが、ウエハボート１０に収容した製
品ウエハ１５０枚の内、２５枚程度も製品として使用で
きない場合があった。本発明は、以上のような問題点に
着目し、これを有効に解決すべく創案されたものであ
る。本発明の目的は、膜厚の面内均一性を向上させるこ
とが可能な成膜方法及び成膜装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、成膜処理時
における膜厚の均一性について鋭意研究した結果、成膜
ガスを予備加熱することが膜厚の面内均一性の向上に有
効であることを見い出したり、或いは成膜ガスを供給律
速状態で供給するとウエハのエッジ部により厚く膜が堆
積し、反応律速状態で供給すると逆にウエハの中心部に
より厚く膜が堆積する、という知見を得ることにより、
本発明に至ったものである。請求項１に係る発明は、真
空引き可能になされた処理容器内に成膜ガスを供給して
被処理体の表面に薄膜を形成する成膜方法において、前
記成膜ガスを前記処理容器内へ供給する直前に予備加熱
する工程を有することを特徴とする成膜方法である。

【０００６】これによれば、処理容器内へ供給される成
膜ガスを予備加熱して活性化させるようにしたので、成
膜ガスの反応を促進させることができ、このため、被処
理体の表面に略均一に薄膜を堆積させることができ、膜
厚の面内均一性を向上させることが可能となる。この場
合、例えば請求項２に規定するように、前記処理容器内
で供給律速状態で成膜を行う供給律速成膜工程と、前記
処理容器内で反応律速状態で成膜を行う反応律速成膜工
程と、を有する。これによれば、成膜処理を行うに際し
て、供給律速の成膜処理と反応律速の成膜処理とを連続
的に行うようにしたので、両者の特性が相乗されて膜厚
の面内均一性を更に向上させることが可能となる。

【０００７】また、例えば請求項３に規定するように、
前記処理容器は、所定の長さを有すると共に前記処理容
器内には前記被処理体が複数枚収容され、前記成膜ガス
は前記処理容器の一端側より供給される。これによれ
ば、縦型、或いは横長の処理容器内の成膜ガスの供給側
に収容された被処理体に堆積する膜厚の面内均一性を向
上させることが可能となる。また、例えば請求項４に規
定するように、前記供給律速成膜工程の際には、前記成
膜ガスの供給側に位置する前記被処理体の温度は、他の
部分の被処理体の温度よりも高く設定される。

【０００８】また、例えば請求項５に規定するように、
前記成膜ガスはＴＥＯＳであり、前記処理容器の大きさ
が前記被処理体を一度に略１７０枚程度収容できるよう
な大きさの場合には、前記供給律速成膜工程の際の前記
成膜ガスの流量は１０〜４０ｓｃｃｍの範囲内である。
また、例えば請求項６に規定するように、前記成膜ガス
は、２００〜５３０℃の範囲内に予備加熱される。請求
項７に係る発明は、上記方法発明を実施する装置発明で
あり、すなわち被処理体に対して所定の成膜を堆積させ
る成膜装置において、真空引き可能になされた処理容器
と、前記処理容器内で前記被処理体を保持する被処理体
保持手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記
処理容器内に成膜ガスを含む必要な処理ガスを供給する
ガス供給手段と、前記ガス供給手段に設けられて前記成
膜ガスを予備加熱する予備加熱手段と、を備えたことを
特徴とする成膜装置である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る成膜方法及
び成膜装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明方法を実施するための成膜装置を示す構成
図、図２及び図３はウエハボート上のウエハ位置と膜厚
の面内均一性と温度との関係を示すグラフである。この
成膜装置３０は、例えばＴＥＯＳとＯ₂ ガスとを用いて
シリコン酸化膜の絶縁膜を堆積するものである。そのた
めに、まず、この成膜装置３０は、筒体状の石英製の内
筒３２とその外側に所定の間隙３６を介して同心円状に
配置した石英製の外筒３４とよりなる２重管構造の処理
容器３８を有しており、その外側は、加熱ヒータ等の加
熱手段４０と断熱材４２を備えた加熱炉４４により覆わ
れている。上記加熱手段４０は断熱材４２の内面に全面
に亘って設けられている。

【００１０】この処理容器３８の下端は、例えばステン
レススチール製の筒体状のマニホールド４６によって支
持されており、内筒３２の下端は、マニホールド４６の
内壁より内側へ突出させたリング状の支持板４６Ａによ
り支持され、このマニホールド４６の下方より多数枚の
被処理体としての半導体ウエハＷを多段に載置した被処
理体保持手段としての石英製のウエハボート４８が昇降
可能に挿脱自在になされている。本実施例の場合におい
て、このウエハボート４８には、例えば１５０枚程度の
直径が２００ｍｍの製品ウエハと２０枚程度のダミーウ
エハ等とを略等ピッチで多段に支持できるようになって
いる。すなわち、ウエハボート４８には全体で１７０枚
程度のウエハを収容できる。

【００１１】このウエハボート４８は、石英製の保温筒
５０を介して回転テーブル５２上に載置されており、こ
の回転テーブル５２は、マニホールド４６の下端開口部
を開閉する蓋部５４を貫通する回転軸５６上に支持され
る。そして、この回転軸５６の貫通部には、例えば磁性
流体シール５８が介設され、この回転軸５６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５４の
周辺部とマニホールド４６の下端部には、例えばＯリン
グ等よりなるシール部材６０が介設されており、容器内
のシール性を保持している。

【００１２】上記した回転軸５６は、例えばボートエレ
ベータ等の昇降機構６２に支持されたアーム６４の先端
に取り付けられており、ウエハボート４８及び蓋部５４
等を一体的に昇降できるようになされている。また、上
記マニホールド４６の側部には、内筒３２と外筒３４の
間隙３６の底部から容器内の雰囲気を排出する排気口６
８が設けられており、この排気口６８には、図示しない
真空ポンプ等を介設した真空排気系が接続されている。
上記マニホールド４６の側部には、内筒３２内に所定の
処理ガスを供給するためのガス供給手段６６が設けられ
る。具体的には、このガス供給手段６６は、成膜ガス供
給系７０と酸化ガス供給系７２とよりなり、各ガス供給
系７０、７２は、マニホールド４６の側壁を貫通して設
けられた直線状の成膜ガスノズル７４及び酸化ガスノズ
ル７６をそれぞれ有している。

【００１３】そして、各ガスノズル７４、７６にはマス
フローコントローラのような流量制御器７８、８０をそ
れぞれ介設した成膜用ガス流路８２及び酸化用ガス流路
８４がそれぞれ接続されており、成膜ガスや酸化ガスを
それぞれ流量制御しつつ供給できるようになっている。
ここでは、例えば成膜ガスとしてＴＥＯＳガスが用いら
れ、また、酸化ガスとしてはＯ₂ ガスが用いられる。上
記成膜用ガス流路８２には、テープヒータ８６が巻回さ
れており、これに流れるＴＥＯＳガスを液化温度以上、
例えば１１０℃程度に維持してこの再液化を防止するよ
うになっている。そして、この成膜用ガス流路８２に
は、予備加熱手段８８が介設されており、これに流れる
成膜ガスであるＴＥＯＳガスを予備加熱してこれを活性
化し得るようになっている。具体的には、この予備加熱
手段８８は、例えば石英等よりなる筒体状の加熱容器９
０内に例えば石英よりなる詰物９２を充填し、この加熱
容器９０の外側に抵抗加熱ヒータ９４を巻回して設けて
いる。これにより、上記加熱容器９０内に流れるＴＥＯ
Ｓガスを所定の温度に加熱し得るようになっている。こ
こで、本実施例では処理容器３８の内筒３２の内径は２
４０ｍｍ程度、高さは１２６０ｍｍ程度の大きさであ
り、処理容器３８の容積は略１１０リットル程度であ
る。

【００１４】次に、以上のように構成された装置を用い
て行なわれる本発明の成膜方法について説明する。＜第１実施例＞まず、ウエハがアンロード状態で成膜装
置が待機状態の時には、処理容器３８内はプロセス温
度、例えば６４０℃程度に維持されており、常温の多数
枚、例えば１５０枚の製品ウエハＷと１３枚のダミーウ
エハが載置された状態のウエハボート４８を処理容器３
８内にその下方より上昇させてロードし、蓋部５４でマ
ニホールド４６の下端開口部を閉じることにより容器内
を密閉する。そして、処理容器３８内を真空引きして所
定のプロセス圧力、例えば２２００Ｐａ程度に維持する
と共に、ウエハ温度を上昇させて成膜用のプロセス温
度、例えば６４０℃程度に安定するまで待機し、その
後、所定の成膜ガスであるＴＥＯＳガスと酸化ガスであ
るＯ₂ ガスを、それぞれ流量制御しつつガス供給手段６
６の各ノズル７４、７６から供給する。ここで本発明の
特徴として、ＴＥＯＳガスはノズル７４の直前の成膜用
ガス流路８２に介設した予備加熱手段８８により、供給
直前に所定の温度、例えば２００〜５３０℃の範囲内で
加熱されて活性化される。このように予備加熱されて活
性化された状態で処理容器３８の下部に供給されたＴＥ
ＯＳガスは、Ｏ₂ ガスと混合して、処理空間Ｓを上昇し
つつ反応して、ウエハＷの表面にシリコン酸化膜の薄膜
を堆積することになる。

【００１５】この処理空間Ｓを上昇したＴＥＯＳガスや
Ｏ₂ ガスの処理ガスは、処理容器３８内の天井部で折り
返して内筒３２と外筒３４との間の間隙３６を流下し、
排気口６８から外へ排気されることになる。ここで上述
のように予備加熱手段８８における成膜ガスの加熱温度
に関しては、下限値がこの成膜ガスの活性化最低温度、
すなわちＴＥＯＳガスの場合は略２００℃であり、上限
値はこの成膜ガスの熱分解温度、すなわちＴＥＯＳガス
の場合は略５３０℃である。また、ＴＥＯＳガスの流量
は、１９０ｓｃｃｍ程度、Ｏ₂ ガスの流量は５ｓｃｃｍ
程度である。このように、ＴＥＯＳガスを予備加熱して
活性化させた状態で処理容器３８内へ供給することによ
り、このガスは供給直後から十分に反応して、従来方法
では膜厚の面内均一性がやや劣る傾向にあった処理容器
３８内の下部近傍（ボトム付近）の膜付きが良好に行わ
れることになり、結果的に、処理容器３８内の下部近傍
のウエハの膜厚の面内均一性を向上させることが可能と
なる。

【００１６】ここで、予備加熱手段８８におけるＴＥＯ
Ｓガスの予備加熱温度を種々変更して、その時の膜厚の
面内均一性に対する影響を評価したので、その評価結果
について説明する。図２及び図３に示すように、ＴＥＯ
Ｓガスの予備加熱温度を１１０℃〜５３０℃まで種々変
更しており、各ウエハ位置における膜厚の面内均一性を
求めている。尚、予備加熱温度１１０℃は、テープヒー
タ８６でＴＥＯＳガスの再液化防止のために加熱してい
る温度であり、従来と同じ加熱温度である。ここでウエ
ハ位置は、処理容器３８（ウエハボート４８）内を上下
の方向に３つのゾーンに分割して、それぞれトップ、セ
ンタ、ボトムとして表しており、例えばトップの領域に
はウエハボート４８の上部より１番目〜６０番目のウエ
ハが属し、センタの領域には６１番目〜１１１番目のウ
エハが属し、ボトム領域には１１２番目〜１７０番目の
ウエハが属している。

【００１７】図２及び図３から明らかなように、従来方
法（加熱温度：１１０℃）を含めてウエハ位置がトップ
領域及びセンタ領域のウエハは、その膜厚の面内均一性
は、基準値である±３％よりも略低い値となって良好で
ある。しかし、ボトム領域のウエハの膜厚の面内均一性
は、従来方法（加熱温度：１１０℃）の場合には、急激
に上昇して最高値は略±９％にも達しており、非常に特
性が劣化している。これに対して、ＴＥＯＳガスを２０
０〜５３０℃の範囲で予備加熱している本発明方法の場
合には、膜厚の面内均一性は、基準値である±３％より
も高くなっているが、最高値は±６％程度まで大幅に低
下しており、ある程度良好な特性を示していることが判
明する。特に、予備加熱温度が高い程、膜厚の面内均一
性の最高値は低下しており、例えば予備加熱温度が５３
０℃の場合には膜厚の面内均一性は±４．５％程度まで
低下してかなり良好な特性を示していることが判明す
る。

【００１８】＜第２実施例＞上記第１実施例の場合に
は、ボトム近傍のウエハの膜厚の面内均一性は、ある程
度改善することができたが、次に、このボトム近傍のウ
エハの膜厚の面内均一性を更に改善することができる第
２実施例について説明する。この第２実施例では、ＴＥ
ＯＳガスを予備加熱することに加えて、成膜処理を、上
記処理容器３８内で供給律速状態で成膜を行う供給律速
成膜工程と、上記処理容器３８内で反応律速状態で成膜
を行う反応律速成膜工程との２工程を連続的に行うこと
を特徴としている。ここで供給律速状態とは、処理容器
３８内へ供給する成膜ガスの流量が非常に少ない領域で
あって、成膜レートが成膜ガスの供給量に主に支配され
る状態をいい、反応律速状態とは、処理容器３８内へ供
給する成膜ガスの流量がかなり多い領域であって、成膜
レートが成膜ガスの供給量に関係なくその反応量によっ
て主に支配される状態をいい、この十分な量の成膜ガス
を流して供給律速状態により成膜を行う処理方法は従来
行われていた方法である。

【００１９】上述のように供給律速状態の成膜工程と反
応律速状態の成膜工程を組み合わせた時に、ボトム近傍
のウエハの膜厚の面内均一性が改善される点について、
図４〜図６を参照して説明する。図４は供給律速状態の
成膜工程と反応律速状態の成膜工程とを行った時の膜厚
の変位を模式的に示す図、図５はシミュレーションによ
り供給律速状態の成膜工程を行った時の膜厚とその面内
均一性との関係を示すグラフ、図６はシミュレーション
により供給律速状態の成膜工程と反応律速状態の成膜工
程とを行った時の膜厚とその面内均一性との関係を示す
グラフである。

【００２０】図４に示すように、ＴＥＯＳガスの供給量
は、供給律速成膜工程では１０ｓｃｃｍ程度、反応律速
成膜工程では１９０ｓｃｃｍ程度である。ウエハＷの表
面に各工程におて薄膜９６Ａ、９６Ｂが堆積する。ここ
で供給律速状態の成膜工程では、トップ領域、及びセン
タ領域のウエハの表面には、膜厚が薄く、しかも略平面
的に、或いはフラット状に膜が堆積しているが、ボトム
領域のウエハ表面には、膜厚が上記トップ領域やセンタ
領域のウエハよりもやや厚く堆積しており、しかもウエ
ハの中央部が薄く、周縁部が厚くなって全体として凹部
状に薄膜が堆積している。

【００２１】これに対して、反応律速状態の成膜工程で
はトップ領域及びセンタ領域のウエハの表面には、十分
な厚さの薄膜が堆積し、しかもウエハの中央部が僅かに
窪んで凹部状の薄膜となっているが、大きな窪みにはな
っていない。また、ボトム領域のウエハ表面には、全体
として十分な厚さの薄膜が堆積し、しかもウエハの中央
部が特に厚く、周縁部が薄くなって、全体として凸部状
に薄膜が堆積している。すなわち、ボトム付近のウエハ
では、供給律速状態の成膜工程と反応律速状態の成膜工
程とでは膜厚の傾向が互いに逆のプロファイルとなって
いる。

【００２２】従って、供給律速状態の成膜工程と反応律
速状態の成膜工程とを連続的に行うと、すなわち、両工
程における膜厚を合計すると、図４に示すように、トッ
プ領域やセンタ領域のウエハの膜厚の面内均一性を高く
維持できるのは勿論のこと、上述のように膜厚の傾向が
互いに逆のプロファイルとなっている薄膜を堆積するこ
とから、ボトム領域におけるウエハの膜厚の面内均一性
も、大幅に向上させることが可能となる。ここで、図１
に示す装置例の場合に、供給律速成膜工程におけるＴＥ
ＯＳガスの最適量をシミュレーションに求めたので、そ
の結果を図５に示す。尚、この時のＴＥＯＳガスの予備
加熱の温度は５１０℃である。ＴＥＯＳガスは、１０、
２０、３０、５０ｓｃｃｍの４種類を流し、その時の膜
厚及び膜厚の面内均一性を求めた。折れ線グラフは膜厚
の面内均一性を示し、棒グラフは膜厚を示す。また、棒
グラフの内、高さの低い方から高い方に向かって、それ
ぞれ１０、２０、３０、５０ｓｃｃｍのガス量の場合の
膜厚をそれぞれ表している。図５に示すように、ＴＥＯ
Ｓガスの流量が５０ｓｃｃｍの場合には、トップ領域や
センタ領域における膜厚の面内均一性よりも、ボトム領
域の膜厚の面内均一性が小さくなっている。従って、ト
ップ領域やセンタ領域のウエハの膜厚のプロファイル
は、ボトム領域のウエハの膜厚のプロファイルよりも凹
部状態が激しくなっており、図４にて求めたように膜厚
プロファイルと逆の状態になっているので、特性上好ま
しくない。

【００２３】これに対して、ＴＥＯＳガスの流量が１
０、２０、３０ｓｃｃｍの場合には、トップ領域やセン
タ領域における膜厚の面内均一性よりも、ボトム領域の
膜厚の面内均一性が大きくなっている。従って、ボトム
領域のウエハの膜厚のプロファイルは、トップ領域やセ
ンタ領域のウエハの膜厚のプロファイルよりも凹部状態
が激しくなっており、図４にて求めたような膜厚プロフ
ァイルと略同じような状態になっているので特性上好ま
しい。この場合、ＴＥＯＳガスの流量が１０ｓｃｃｍの
場合は、膜厚のプロファイルは凹部上になるのでは好ま
しいが、成膜レートが小さいことから凹部の深さＤ１
（図４参照）を十分な深さにするには長時間を要する、
というやや不利な点を有する。これに対して、ＴＥＯＳ
ガスの流量が３０ｓｃｃｍの場合は、膜厚のプロファイ
ルもよく、しかも、全体の成膜レートも大きいので、特
性としては最も良好となる。この結果、ＴＥＯＳガスの
望ましい流量範囲は、下限値が１０ｓｃｃｍ程度であ
り、上限値は最適な特性を示す３０ｓｃｃｍと特性が劣
化している５０ｓｃｃｍとの略中間値である４０ｓｃｃ
ｍ程度であることが判明する。

【００２４】そして、シミュレーションにより供給律速
成膜工程と反応律速成膜工程を行った時の膜厚とその膜
厚の面内均一性の結果を図６に示す。図６において、折
れ線グラフは各工程と、本発明の２段階工程の膜厚の面
内均一性を示し、棒グラフは膜厚を表し、その内の下の
部分は供給律速成膜工程での膜厚を示し、上の部分は反
応律速成膜工程での膜厚を示す。尚、この時のＴＥＯＳ
ガスの予備加熱の温度は５１０℃である。また、プロセ
ス条件は、供給律速成膜工程では、ＴＥＯＳガスの流量
が３０ｓｃｃｍ、Ｏ₂ ガスの流量が５ｓｃｃｍ、プロセ
ス圧力は２００Ｐａ、成膜時間は３０分であり、反応律
速成膜工程では、ＴＥＯＳガスの流量が１９０ｓｃｃ
ｍ、Ｏ₂ ガスの流量が５ｓｃｃｍ、プロセス圧力は２０
０Ｐａ、成膜時間は１１０分であり、プロセス温度は共
に６４０℃程度である。

【００２５】図６に示すシミュレーション結果によれ
ば、本発明方法の場合には、トップ領域からボトム領域
の全領域に亘って比較的短時間で十分な厚さの薄膜が面
間の均一性が良好な状態で堆積している。しかも、特
に、ボトム領域のウエハを含めて、全領域のウエハに亘
って膜厚の面内均一性を基準値である±３％よりも低く
することができ、非常に良好な特性を得られることが判
明した。また、供給律速成膜工程において、図４中に示
すボトム領域のウエハにおける薄膜の凹部の深さＤ１
を、より迅速に十分な深さとなるようにするには、ボト
ム領域におけるウエハ温度を、他のトップ領域やセンタ
領域のウエハ温度よりも少し高くする、いわゆるチルト
温度制御を行うようにすればよい。

【００２６】次に、上記したシミュレーション結果に基
づいて、実際に２段階成膜工程を有する本発明方法（第
２実施例）を実施したので、その評価結果について説明
する。図７は実際に行った本発明方法の第２実施例にお
けるＴＥＯＳガスの流量変化を示すグラフ、図８は第２
実施例で行われた成膜処理の膜厚とその面内均一性を示
すグラフである。図７に示すように、ここでは最初に第
１ステップで供給律速成膜工程を行い、次に第２ステッ
プで反応律速成膜工程を行っている。成膜条件に関して
は、ＴＥＯＳガスの流量は、供給律速成膜工程では３０
ｓｃｃｍとし、反応律速成膜工程では大幅に増加して１
９０ｓｃｃｍとしている。Ｏ₂ ガスの流量は、両工程に
亘って５ｓｃｃｍを維持している。そして、予備加熱手
段によるＴＥＯＳガスの予備加熱温度は５１０℃であ
る。また、プロセス圧力及びプロセス温度は両工程に亘
って、それぞれ２００Ｐａ及び６４０℃である。

【００２７】また、プロセス時間に関しては、供給律速
成膜工程が３０分であり、反応律速成膜工程が１１０分
である。この時に堆積した薄膜の膜厚と膜厚の面内均一
性の結果を図８に示す。図８から明らかなように、トッ
プ領域からボトム領域の全範囲に亘ってウエハ表面へ堆
積した薄膜の膜厚は略５４０〜５５０Åの範囲内に入っ
ていることから、膜厚の面間均一性は±１．９３％程度
であり、良好な結果を示している。更に、膜厚の面内均
一性に関しては、特にボトム領域のウエハを含んで全領
域に亘って、基準値である±３％よりも小さくなってお
り、非常に良好な特性が得られることが判明した。

【００２８】この第２実施例では、第１ステップで供給
律速成膜工程を行い、第２ステップで反応律速成膜工程
を行ったが、この順序を逆にして、第１ステップで反応
律速成膜工程を行い、第２ステップで供給律速成膜工程
を行うようにしてもよい。また、処理容器３８内に収容
されるウエハサイズ、ウエハ枚数、或いは処理容器３８
の容量は、単に一例を示したに過ぎず、例示された数値
に限定されない。すなわち、図４に示すような膜厚のプ
ロファイルを得られるような供給律速成膜工程と反応律
速成膜工程とを実現できればよい。

【００２９】更に、ここではＴＥＯＳガスとＯ₂ ガスと
を用いてシリコン酸化膜を成膜する場合を例にとって説
明したが、これに限定されず、他の膜種を成膜する場
合、例えば、ＳｉＨ₄ とＮ₂ Ｏとを用いてＳｉＯ₂ を成
膜する場合、ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ とＮ₂ Ｏとを用いてＳｉＯ
₂ を成膜する場合、ＳｉＣｌ₆ とＮＨ₃ とを用いてＳｉ
Ｎを成膜する場合、ＴＥＯＡ（トリエトキシアルシン）
とＴＥＯＳとを用いてＡｓＳＧ（ヒ素ガラス（シリコン
オキサイド））を成膜する場合、ＴＭＢ（トリメトキシ
ボロン）とＴＥＯＳとＰＨ₃ とを用いてＢＰＳＧ（ボロ
ンリンドープドガラス）を成膜する場合等にも、本発明
方法を適用することができる。また更に、本発明は、縦
型のバッチ式の成膜装置のみならず、横型のバッチ式の
成膜装置、或いは枚葉式の成膜装置にも適用することが
できる。また、本発明は、被処理体として半導体ウエハ
に限定されず、ガラス基板やＬＣＤ基板等にも適用する
ことができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜方法
及び成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発
揮することができる。請求項１、４〜７に係る発明によ
れば、処理容器内へ供給される成膜ガスを予備加熱して
活性化させるようにしたので、成膜ガスの反応を促進さ
せることができ、このため、被処理体の表面に略均一に
薄膜を堆積させることができ、膜厚の面内均一性を向上
させることができる。請求項２に係る発明によれば、成
膜処理を行うに際して、供給律速の成膜処理と反応律速
の成膜処理とを連続的に行うようにしたので、両者の特
性が相乗されて膜厚の面内均一性を更に向上させること
ができる。請求項３に係る発明によれば、縦型、或いは
横長の処理容器内の成膜ガスの供給側に収容された被処
理体に堆積する膜厚の面内均一性を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための成膜装置を示す構
成図である。

【図２】ウエハボート上のウエハ位置と膜厚の面内均一
性と温度との関係を示すグラフである。

【図３】ウエハボート上のウエハ位置と膜厚の面内均一
性と温度との関係を示すグラフである。

【図４】供給律速状態の成膜工程と反応律速状態の成膜
工程とを行った時の膜厚の変位を模式的に示す図であ
る。

【図５】シミュレーションにより供給律速状態の成膜工
程を行った時の膜厚とその面内均一性との関係を示すグ
ラフである。

【図６】シミュレーションにより供給律速状態の成膜工
程と反応律速状態の成膜工程とを行った時の膜厚とその
面内均一性との関係を示すグラフである。

【図７】実際に行った本発明方法の第２実施例における
ＴＥＯＳガスの流量変化を示すグラフである。

【図８】第２実施例で行われた成膜処理の膜厚とその面
内均一性を示すグラフである。

【図９】従来の縦型の成膜装置の一例を示す概略構成図
である。

【符号の説明】

３０成膜装置３８処理容器４０加熱手段４８ウエハボート（被処理体支持手段）６６ガス供給手段７０成膜ガス供給系７２酸化ガス供給系８８予備加熱手段９０加熱容器Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G075 AA24 AA30 AA63 BC04 BD14 CA02 CA62 CA65 CA66 4K030 AA03 AA06 AA09 AA13 AA14 BA40 BA44 CA04 CA12 EA01 FA10 JA05 JA10 KA25 LA15 5F045 AB32 AC09 AC11 AD10 AE23 BB01 DP19 EC02 EE06 EE12 EF02 EF08 EK06 EM10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空引き可能になされた処理容器内に成
膜ガスを供給して被処理体の表面に薄膜を形成する成膜
方法において、前記成膜ガスを前記処理容器内へ供給す
る直前に予備加熱する工程を有することを特徴とする成
膜方法。
【請求項２】前記処理容器内で供給律速状態で成膜を
行う供給律速成膜工程と、前記処理容器内で反応律速状態で成膜を行う反応律速成
膜工程と、を有することを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】前記処理容器は、所定の長さを有すると
共に前記処理容器内には前記被処理体が複数枚収容さ
れ、前記成膜ガスは前記処理容器の一端側より供給され
ることを特徴とする請求項１または２記載の成膜方法。
【請求項４】前記供給律速成膜工程の際には、前記成
膜ガスの供給側に位置する前記被処理体の温度は、他の
部分の被処理体の温度よりも高く設定されることを特徴
とする請求項３記載の成膜方法。
【請求項５】前記成膜ガスはＴＥＯＳであり、前記処
理容器の大きさが前記被処理体を一度に略１７０枚程度
収容できるような大きさの場合には、前記供給律速成膜
工程の際の前記成膜ガスの流量は１０〜４０ｓｃｃｍの
範囲内であることを特徴とする請求項３または４記載の
成膜方法。
【請求項６】前記成膜ガスは、２００〜５３０℃の範
囲内に予備加熱されることを特徴とする請求項５記載の
成膜方法。
【請求項７】被処理体に対して所定の成膜を堆積させ
る成膜装置において、真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を保持する被処理体保持
手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内に成膜ガスを含む必要な処理ガスを供給
するガス供給手段と、前記ガス供給手段に設けられて前記成膜ガスを予備加熱
する予備加熱手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置。