JP2005236086A - 薄膜形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】薄膜形成の初期段階において、膜質が不安定な部分が形成されるのを防止する。
【解決手段】反応ガスと反応効率の低い第1の反応助剤ガスと反応効率の高い第2の反応助剤ガスとをチャンバー内に導入して、基板上に半導体デバイス用の薄膜を形成する際に、反応ガスをチャンバー外へ、反応効率の低い第1の反応助剤ガスをチャンバー内へ、それぞれ供給した後、反応ガスの供給をチャンバー内へ切り替え、所定の時間チャンバー内へ第1の反応助剤ガスと反応ガスとを供給した後、第1の反応助剤ガスの供給を停止し、チャンバー内に第1の反応助剤ガスの流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量で反応効率の高い第2の反応助剤ガスを供給し、基板上に薄膜を形成する。
【選択図】図1
【解決手段】反応ガスと反応効率の低い第1の反応助剤ガスと反応効率の高い第2の反応助剤ガスとをチャンバー内に導入して、基板上に半導体デバイス用の薄膜を形成する際に、反応ガスをチャンバー外へ、反応効率の低い第1の反応助剤ガスをチャンバー内へ、それぞれ供給した後、反応ガスの供給をチャンバー内へ切り替え、所定の時間チャンバー内へ第1の反応助剤ガスと反応ガスとを供給した後、第1の反応助剤ガスの供給を停止し、チャンバー内に第1の反応助剤ガスの流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量で反応効率の高い第2の反応助剤ガスを供給し、基板上に薄膜を形成する。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体デバイス用の薄膜形成方法に関するものである。
CVD法等の薄膜形成方法は、半導体デバイスの製造において広く用いられており、半導体デバイスのキャパシタや多層配線の形成の際には、CVD法により形成される薄膜が多用される。CVD法では、半導体基板等の基板上に所望の物質膜を形成させるのに、単一種類または複数種類の原料ガスをチャンバー内に収容した基板上に供給する。この場合、所望の膜質、膜厚等を得るには、気体の性状等を考慮して、原料ガスの供給流量やガス分圧等を調整する必要があり、調整の成否によっては、膜質に悪影響が及ぼされることもある。特に、キャパシタなどの形成に多用されるドープシリコンガラス層の形成においては、TEOS、TEB、TEPO等の反応ガスの応答が悪く、反応ガス流量の立ち上がりが悪い、反応ガス流量がオーバーシュートする、など、ドーパント濃度の制御が難しく、膜質の安定化が課題となる。
ドープシリコンガラス層の膜質の安定化を目的とした、従来の薄膜形成方法としては、反応ガスをガス源からチャンバー外へ排出し、所定の時間が経過した後、もしくは反応ガスの流量が所定の範囲内の値となった後に、反応ガスの供給をチャンバー内へ切り替えることにより、成膜初期のドーパントの不足領域を発生させずに、ドープシリコンガラス層を形成するものがあった(例えば、特許文献1参照)。
図6は、従来例の薄膜形成装置を示す装置構成を示す概略図である。
図6に記載されている薄膜形成装置において、チャンバー1内のサセプタ3上に配置された基板2の表面に対し、種々の化学的処理を行う。
チャンバー1には圧力制御バルブ11が設置してあり、チャンバー1と圧力制御バルブ11は配管15を通じて排出(排気)装置12に接続されている。
反応ガスおよびキャリアガスは、反応ガス源8およびキャリアガス源9より選択弁10を介し、ガス混合ボックス4もしくは排出装置12に供給される。チャンバー1内には不活性ガス源5、反応助剤ガスA源6、反応助剤ガスB源7、反応ガス源8およびキャリアガス源9よりガス混合ボックス4を介し、原料ガスとして、不活性ガス、反応助剤ガスA、反応助剤ガスB、反応ガスおよびキャリアガスが供給される。
また、選択弁10、圧力制御バルブ11および圧力モニタ14は、制御装置13によって制御される。圧力モニタ14によりチャンバー1内の圧力をモニタし、制御装置13により圧力制御バルブ11にフィードバックしチャンバー1内の圧力を制御する。
また、図7は、従来例の薄膜形成方法を示すタイミングチャートである。従来例では、チャンバー1内に基板2を配置し、時刻t1において、反応助剤ガスB源7より、反応効率の低い、O2等の反応助剤ガスBをチャンバー1内に供給する。ここで、O2をチャンバー1内に供給するのは、TEOS、TEB、TEPO等の反応ガスだけがチャンバー内に導入されることによる装置の劣化を抑制するためである。
つぎに、時刻t2において、反応ガス源8よりTEOS気化物質等のシリコン源ガスとTEB気化物質および/またはTEPO気化物質等のドーパントが、キャリアガス源9よりHe等のキャリアガスが、組み合わされ選択弁10を介しチャンバー1外へ供給され、その間に、所望の流量が確立される。反応ガスは、反応ガス源8からキャリアガスライン内に注入される。
つぎに、反応ガスの流量が安定した時刻t3において、反応ガスとHeの流路を、チャンバー1外からチャンバー1内に切り替えると同時にO2の供給を停止し、反応助剤ガスA源6より反応効率の高い、O3等の反応助剤ガスAをチャンバー1内に供給し、薄膜を形成する。
そして、時刻t4において、O3および反応ガスの供給を停止し、薄膜の形成を終了する。
反応ガスをチャンバー1外へ供給することにより、反応ガス流量の立ち上がりが遅れている間や、オーバーシュートしている間は成膜されず、安定した膜質の薄膜が形成される。
特表2002−514003公報
しかしながら、従来の気層堆積方法では、反応ガスを反応ガス源8よりチャンバー1外へ供給し、所定の時間が経過した後反応ガスの供給をチャンバー1内へ切り替えた際、チャンバー1内の圧力が、図8に示すように大きく変動し、薄膜形成の初期段階において、膜質を制御できていない、膜質が不安定な部分が形成されるという課題があった。
チャンバー1内の圧力は、圧力モニタ14によりモニタされ、その結果を圧力制御バルブ11にフィードバックすることにより制御されているが、反応ガスおよびキャリアガスの流量が、チャンバー1内に供給されている反応助剤ガスの流量と比較してかなり多いため、圧力制御バルブ11の応答が遅れ、チャンバー1内の圧力が一時的に大きくなる。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、成膜の初期段階において、膜質を制御し、膜質の変動を抑制することができる薄膜形成方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、第1の発明の薄膜形成方法は、反応ガスと反応効率の低い第1の反応助剤ガスと反応効率の高い第2の反応助剤ガスとをチャンバー内に導入して、基板上に薄膜を形成する方法であり、反応ガスをチャンバー外へ、第1の反応助剤ガスをチャンバー内へ、それぞれ供給した後、反応ガスの供給をチャンバー内へ切り替え、所定の時間チャンバー内へ第1の反応助剤ガスと反応ガスとを供給し、その後所定の時間が経過した後、第1の反応助剤ガスの供給を停止し、チャンバー内に第1の反応助剤ガスの流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量で第2の反応助剤ガスを供給し、基板上に薄膜を形成する。
この方法によれば、反応ガスをチャンバー外からチャンバー内へ切り替えるときに反応効率の低い第1の反応助剤ガスの供給が継続されているので、反応ガスをチャンバー内へ切り替えるときにチャンバー内の圧力が大きく変動しても、そのときには薄膜の形成が行われない。また、所定時間が経過してチャンバー内の圧力が安定した後、反応効率の低い第1の反応助剤ガスの供給を停止して反応効率の高い第2の反応助剤ガスの供給を開始するようにし、このときに、チャンバー内に第1の反応助剤ガスの流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量で第2の反応助剤ガスを供給するので、このときにチャンバー内の圧力の変動が起こらない。したがって、成膜の初期段階において、膜質を制御し、膜質の変動を抑制することができる。
第2の発明の薄膜形成方法は、反応ガスと反応効率の低い第1の反応助剤ガスと反応効率の高い第2の反応助剤ガスとをチャンバー内に導入して、基板上に薄膜を形成する方法であり、反応ガスをチャンバー外へ、第1の反応助剤ガスをチャンバー内へ、それぞれ供給した後、反応ガスの供給を、徐々にチャンバー内へ切り替えると同時に、第1の反応助剤ガスの供給を停止し、チャンバー内に第1の反応助剤ガスの流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量で第2の反応助剤ガスを供給し、基板上に薄膜を形成する。
この方法によれば、反応ガスの供給を、徐々にチャンバー外からチャンバー内へ切り替えるので、反応ガスのチャンバー内への切り替えに伴うチャンバー内の圧力変動が生じない。また、反応効率の低い第1の反応助剤ガスの供給を停止して反応効率の高い第2の反応助剤ガスの供給を開始するときに、チャンバー内に第1の反応助剤ガスの流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量で第2の反応助剤ガスを供給するので、このときにチャンバー内の圧力の変動が起こらない。したがって、成膜の初期段階において、膜質を制御し、膜質の変動を抑制することができる。
第3の発明の薄膜形成方法は、反応ガスと反応効率の低い第1の反応助剤ガスと反応効率の高い第2の反応助剤ガスとをチャンバー内に導入して、基板上に薄膜を形成する方法であり、反応ガスをチャンバー外へ、第1の反応助剤ガスをチャンバー内へ、それぞれ供給した後、反応ガスの供給をチャンバー内へ切り替えると同時に、第1の反応助剤ガスの供給を停止し、第2の反応助剤ガスと反応ガスとを加えた流量が、第1の反応助剤ガスの0.5倍から1.5倍の範囲の流量となるように第2の反応助剤ガスをチャンバー内に供給し、チャンバー内において基板上に薄膜を形成する。
この方法によれば、反応ガスの供給をチャンバー内へ切り替えると同時に、第1の反応助剤ガスの供給を停止して第2の反応助剤ガスの供給を開始するときに、第2の反応助剤ガスと反応ガスとを加えた流量が、第1の反応助剤ガスの0.5倍から1.5倍の範囲の流量となるようにするので、このときにチャンバー内の圧力の変動が起こらない。したがって、成膜の初期段階において、膜質を制御し、膜質の変動を抑制することができる。
第4の発明の薄膜形成方法は、反応ガスと反応効率の低い第1の反応助剤ガスと反応効率の高い第2の反応助剤ガスと不活性ガスとをチャンバー内に導入して、基板上に薄膜を形成する方法であり、反応ガスをチャンバー外へ、第1の反応助剤ガスと不活性ガスとをチャンバー内へ、それぞれ供給した後、反応ガスの供給をチャンバー内へ切り替えると同時に、チャンバー内へ供給していた第1の反応助剤ガスと不活性ガスの供給を停止し、第2の反応助剤ガスと反応ガスとを加えた流量が、第1の反応助剤ガスと不活性ガスとを加えた流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量となるように第2の反応助剤ガスをチャンバー内に供給し、チャンバー内において基板上に薄膜を形成する。
この方法によれば、反応ガスの供給をチャンバー内へ切り替えると同時に、チャンバー内へ供給していた第1の反応助剤ガスと不活性ガスの供給を停止し、第2の反応助剤ガスの供給を開始するときに、第2の反応助剤ガスと反応ガスとを加えた流量が、第1の反応助剤ガスと不活性ガスとを加えた流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量となるようにするので、このときにチャンバー内の圧力の変動が起こらない。したがって、成膜の初期段階において、膜質を制御し、膜質の変動を抑制することができる。
第5の発明の薄膜形成方法は、反応ガスと反応効率の低い第1の反応助剤ガスと反応効率の高い第2の反応助剤ガスとをチャンバー内に導入して、基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であり、反応ガスをチャンバー外へ、第1の反応助剤ガスをチャンバー内へ、それぞれ供給した後、反応ガスの供給をチャンバー内へ切り替え、チャンバー内へ第1の反応助剤ガスと反応ガスとを供給し、その後チャンバー内の圧力または圧力の変動率が所定の範囲内の値となった後、第1の反応助剤ガスの供給を停止し、チャンバー内に第1の反応助剤ガスの流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量で第2の反応助剤ガスを供給し、基板上に薄膜を形成する。
この方法によれば、反応ガスをチャンバー外からチャンバー内へ切り替えるときに反応効率の低い第1の反応助剤ガスの供給が継続されているので、反応ガスをチャンバー内へ切り替えるときにチャンバー内の圧力が大きく変動しても、そのときには薄膜の形成が行われない。また、チャンバー内の圧力または圧力の変動率が所定の範囲内の値となった後、反応効率の低い第1の反応助剤ガスの供給を停止して反応効率の高い第2の反応助剤ガスの供給を開始するようにし、このときに、チャンバー内に第1の反応助剤ガスの流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量で第2の反応助剤ガスを供給するので、このときにチャンバー内の圧力の変動が起こらない。したがって、成膜の初期段階において、膜質を制御し、膜質の変動を抑制することができる。
上記第1から第5の発明の薄膜形成方法においては、反応ガスは、Siと、BまたはPの少なくともいずれか1つとを含むガスであり、第2の反応助剤ガスはO3であり、第1の反応助剤ガスはO2であることが好ましい。
本発明の薄膜形成方法によれば、チャンバー外からチャンバー内に反応ガスの流路を切り替えても、チャンバー内の圧力変動がほとんどなく、圧力が不安定な状態での薄膜の形成を行わず、成膜の初期段階において、膜質を制御し、膜質の変動を抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1、図2および図6を参照しながら、本発明による薄膜形成方法の実施の形態1について説明する。図1は、本発明による薄膜形成方法の実施の形態1を示すタイミングチャートである。図2は、本発明の実施の形態1によるチャンバー内圧力の変動を示す図である。なお、反応助剤ガスBが特許請求の範囲における第1の反応助剤ガスに相当し、反応助剤ガスAが特許請求の範囲における第2の反応助剤ガスに相当する。以下、以下の各実施の形態でも同様である。
図1、図2および図6を参照しながら、本発明による薄膜形成方法の実施の形態1について説明する。図1は、本発明による薄膜形成方法の実施の形態1を示すタイミングチャートである。図2は、本発明の実施の形態1によるチャンバー内圧力の変動を示す図である。なお、反応助剤ガスBが特許請求の範囲における第1の反応助剤ガスに相当し、反応助剤ガスAが特許請求の範囲における第2の反応助剤ガスに相当する。以下、以下の各実施の形態でも同様である。
まず、チャンバー1内に基板2を配置し、時刻t1において、反応助剤ガスB源7より反応効率の低い、O2等の反応助剤ガスBをチャンバー1内に供給する。ここで、O2をチャンバー1内に供給するのは、TEOS、TEB、TEPO等の反応ガスだけがチャンバー1内に導入されることによる装置の劣化を抑制するためである。
つぎに、時刻t2において、反応ガス源8よりTEOS気化物質等のシリコン源ガスとTEB気化物質および/またはTEPO気化物質等のドーパントが、キャリアガス源9よりHe等のキャリアガスが、組み合わされチャンバー1外へ供給され、その間に所望の流量が確立される。反応ガスは、反応ガス源8よりキャリアガスライン内に注入される。
つぎに、反応ガスの流量が安定した時刻t3において、反応ガスとHeの流路を、チャンバー1外からチャンバー1内に切り替える。
つぎに、チャンバー1内の圧力が安定した時刻t4において、O2の供給を停止し、O2の流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量で、反応助剤ガスA源6より反応効率の高い、O3等の反応助剤ガスAを、チャンバー1内に供給し、薄膜を形成する。上記の流量比は、0.8倍から1.2倍の範囲が更に好ましく、1倍がもっとも好ましい。
そして、時刻t5において、O3、反応ガスの供給を停止し、薄膜の形成を終了する。
反応ガスの供給のためには大流量のHeが必要であり、反応ガスとHeの流路をチャンバー1外からチャンバー1内に切り替えた際、図8に示すように、チャンバー1内の圧力が大きく変動し、切り替えと同時にチャンバー1内にO3を供給すると、圧力が大きく変動しているにもかかわらず薄膜が形成され、膜質に悪影響を及ぼす。しかし、反応ガスとHeの流路をチャンバー1内に切り替えた際にチャンバー1内にO2を供給しておくことにより、圧力が大きく変動している間に薄膜の形成を行わない。
さらに、O3の流量をO2の0.5倍から1.5倍にすることにより、O2の供給を停止しO3を供給しても、図2に示すようにチャンバー1内の圧力変動が起こらず、圧力変動の影響のある膜が形成されない。
なお、反応助剤ガスBのチャンバー1内への供給と、反応ガスのチャンバー1外への供給は同時に行ってもよい。
(実施の形態2)
図3および図6を参照しながら、本発明による薄膜形成方法の実施の形態2について説明する。図3は、本発明による薄膜形成方法の実施の形態2を示すタイミングチャートである。
図3および図6を参照しながら、本発明による薄膜形成方法の実施の形態2について説明する。図3は、本発明による薄膜形成方法の実施の形態2を示すタイミングチャートである。
まず、チャンバー1内に基板2を配置し、時刻t1において、反応助剤ガスB源7より反応効率の低い、O2等の反応助剤ガスBをチャンバー1内に供給する。ここで、O2をチャンバー1内に供給するのは、TEOS、TEB、TEPO等の反応ガスだけがチャンバー内に導入されることによる装置の劣化を抑制するためである。
つぎに、時刻t2において、反応ガス源8よりTEOS気化物質等のシリコン源ガスとTEB気化物質および/またはTEPO気化物質等のドーパントが、キャリアガス源9よりHe等のキャリアガスが、組み合わされチャンバー1外へ供給され、その間に所望の流量が確立される。反応ガスは、反応ガス源8よりキャリアガスライン内に注入される。
つぎに、反応ガスの流量が安定した時刻t3において、反応ガスとHeの流路を、チャンバー1外からチャンバー1内に、徐々に切り替える。それと同時に、O2の供給を停止し、O2の流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量で、反応助剤ガスA源6より反応効率の高い、O3等の反応助剤ガスAをチャンバー1内に供給し、薄膜を形成する。ここで、「徐々に」とは、チャンバー1内の圧力を、所定の範囲内の変動値に制御できる範囲で切り替えを行うことを意味する。切り替えの方法としては、連続的に行ってもよいし、段階的に行ってもよい。上記の流量比は、0.8倍から1.2倍の範囲が更に好ましく、1倍がもっとも好ましい。
そして、時刻t5において、O3、反応ガスの供給を停止し、薄膜の形成を終了する。
反応ガスの供給のためには大流量のHeが必要であり、反応ガスとHeの流路を一度にチャンバー1外からチャンバー1内に切り替えるとチャンバー1内の圧力が大きく変動し、切り替えと同時にチャンバー1内にO3を供給すると、圧力が大きく変動しているにもかかわらず薄膜が形成され、膜質に悪影響を及ぼす。しかし、反応ガスとHeの流路を徐々にチャンバー1外からチャンバー1内へ切り替えながら薄膜を形成することにより、チャンバー1内の圧力の変動を抑制することができ、圧力変動の影響のある膜が形成されない。
さらに、O3の流量をO2の0.5倍から1.5倍にすることにより、O2の供給を停止しO3を供給しても、チャンバー1内の圧力の変動を抑制でき、圧力変動の影響のある膜が形成されない。
なお、反応助剤ガスBをチャンバー1内への供給と、反応ガスのチャンバー1外への供給は同時に行ってもよい。
(実施の形態3)
図4および図6を参照しながら、本発明による薄膜形成方法の実施の形態3について説明する。図4は、本発明による薄膜形成方法の実施の形態3を示すタイミングチャートである。
図4および図6を参照しながら、本発明による薄膜形成方法の実施の形態3について説明する。図4は、本発明による薄膜形成方法の実施の形態3を示すタイミングチャートである。
まず、チャンバー1内に基板2を配置し、時刻t1において、反応助剤ガスB源7より反応効率の低い、O2等の反応助剤ガスBをチャンバー1内に供給する。ここで、O2をチャンバー1内に供給するのは、TEOS、TEB、TEPO等の反応ガスだけがチャンバー内に導入されることによる装置の劣化を抑制するためである。
つぎに、時刻t2において、反応ガス源8よりTEOS気化物質等のシリコン源ガスとTEB気化物質および/またはTEPO気化物質等のドーパントが、キャリアガス源9よりHe等のキャリアガスが、組み合わされチャンバー1外へ供給され、その間に所望の流量が確立される。反応ガスは、反応ガス源8よりキャリアガスライン内に注入される。
つぎに、反応ガスの流量が安定した時刻t3において、反応ガスとHeの流路を、チャンバー1外からチャンバー1内に切り替えると同時にO2の供給を停止し、反応助剤ガスA源6より反応効率の高い、O3等の反応助剤ガスAをチャンバー1内に供給し、薄膜を形成する。ここで、O3、反応ガス、Heを加えた流量は、O2の流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量とする。そして、時刻t4において、O3、反応ガスの供給を停止し、薄膜の形成を終了する。上記の流量比は、0.8倍から1.2倍の範囲が更に好ましく、1倍がもっとも好ましい。
反応ガスの供給のためには大流量のHeが必要であり、反応ガスとHeの流路をチャンバー1内に切り替えた際、チャンバー1内の圧力が大きく変動し、O3を供給すると圧力が大きく変動しているにもかかわらず薄膜が形成され、膜質に悪影響を及ぼす。しかし、O3、反応ガス、Heを加えた流量を、O2の流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量とすることにより、チャンバー1内の圧力の変動を抑制することができ、圧力変動の影響のある膜が形成されない。
なお、反応助剤ガスBをチャンバー1内への供給と、反応ガスのチャンバー1外への供給は同時に行ってもよい。
(実施の形態4)
図5および図6を参照しながら、本発明による薄膜形成方法の実施の形態4について説明する。図5は、本発明による薄膜形成方法の実施の形態4を示すタイミングチャートである。
図5および図6を参照しながら、本発明による薄膜形成方法の実施の形態4について説明する。図5は、本発明による薄膜形成方法の実施の形態4を示すタイミングチャートである。
まず、チャンバー1内に基板2を配置し、時刻t1において、反応助剤ガスB源7より反応効率の低い、O2等の反応助剤ガスBと、不活性ガス源5よりN2等の不活性ガスとをチャンバー1内に供給する。ここで、O2をチャンバー1内に供給するのは、TEOS、TEB、TEPO等の反応ガスだけがチャンバー内に導入されることによる装置の劣化を抑制するためである。
つぎに、時刻t2において、反応ガス源8よりTEOS気化物質等のシリコン源ガスとTEB気化物質および/またはTEPO気化物質等のドーパントが、キャリアガス源9よりHe等のキャリアガスが、組み合わされチャンバー1外へ供給され、その間に所望の流量が確立される。反応ガスは、反応ガス源8よりキャリアガスライン内に注入される。
つぎに、反応ガスの流量が安定した時刻t3において、反応ガスとHeの流路を、チャンバー1外からチャンバー1内に切り替える。それと同時にO2とN2の供給を停止し、反応助剤ガスA源6より応効率の高い、O3等の反応助剤ガスAをチャンバー1内に供給し、薄膜を形成する。ここで、O3、反応ガス、Heを加えた流量は、O2とN2を加えた流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量とする。上記の流量比は、0.8倍から1.2倍の範囲が更に好ましく、1倍がもっとも好ましい。
そして、時刻t4において、O3、反応ガスの供給を停止し、薄膜の形成を終了する。
反応ガスの供給のためには大流量のHeが必要であり、反応ガスとHeの流路をチャンバー1外からチャンバー1内に切り替えた際、チャンバー1内の圧力が大きく変動し、O3を供給すると圧力が大きく変動しているにもかかわらず薄膜が形成され、膜質に悪影響を及ぼす。しかし、O3、反応ガス、Heを加えた流量を、O2とN2を加えた流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量とすることにより、チャンバー1内の圧力の変動を抑制することができ、圧力変動の影響のある膜が形成されない。
なお、反応助剤ガスBをチャンバー1内への供給と、反応ガスのチャンバー1外への供給は同時に行ってもよい。
(実施の形態5)
図1および図6を参照しながら、本発明による薄膜形成方法の実施の形態5について説明する。図1は、本発明による薄膜形成方法の実施の形態5を示すタイミングチャートである。
図1および図6を参照しながら、本発明による薄膜形成方法の実施の形態5について説明する。図1は、本発明による薄膜形成方法の実施の形態5を示すタイミングチャートである。
まず、チャンバー1内に基板2を配置し、時刻t1において、反応助剤ガスB源7より反応効率の低い、O2等の反応助剤ガスBをチャンバー1内に供給する。ここで、O2をチャンバー1内に供給するのは、TEOS、TEB、TEPO等の反応ガスだけがチャンバー内に導入されることによる装置の劣化を抑制するためである。
つぎに、時刻t2において、反応ガス源8よりTEOS気化物質等のシリコン源ガスとTEB気化物質および/またはTEPO気化物質等のドーパントが、キャリアガス源9よりHe等のキャリアガスが、組み合わされチャンバー1外へ供給され、その間に所望の流量が確立される。反応ガスは、反応ガス源8よりキャリアガスライン内に注入される。
つぎに、反応ガスの流量が安定した時刻t3において、反応ガスとHeの流路を、チャンバー1外からチャンバー1内に切り替えると同時に、チャンバー内の圧力をモニタする。
チャンバー1内の圧力、もしくは、チャンバー1内の圧力の変動率が所定の値になった時刻t4において、O2の供給を停止し、O2の流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量で、反応助剤ガスA源6より反応効率の高い、O3等の反応助剤ガスAを、チャンバー1内に供給し、薄膜を形成する。上記の流量比は、0.8倍から1.2倍の範囲が更に好ましく、1倍がもっとも好ましい。
そして、時刻t5において、O3、反応ガスの供給を停止し、薄膜の形成を終了する。
反応ガスの供給のためには大流量のHeが必要であり、反応ガスとHeの流路をチャンバー1外からチャンバー1内に切り替えた際、チャンバー1内の圧力が大きく変動し、切り替えと同時にチャンバー1内にO3を供給すると、圧力が大きく変動しているにもかかわらず薄膜が形成され、膜質に悪影響を及ぼす。しかし、反応ガスとHeの流路をチャンバー1内に切り替えた際にチャンバー1内にO2を供給しておくことにより、圧力が大きく変動している間に薄膜の形成を行わず、圧力変動の影響のある膜が形成されない。
さらに、O3の流量をO2の0.5倍から1.5倍にすることにより、O2の供給を停止しO3を供給しても、チャンバー1内の圧力の変動を抑制でき、圧力変動の影響のある膜が形成されない。
なお、反応助剤ガスBをチャンバー1内への供給と、反応ガスのチャンバー1外への供給は同時に行ってもよい。
なお、上記各実施の形態ではシリコン源ガスとしてTEOSを用いているが、シリコン源ガスは、TEOSに限らず、Siを含む反応ガスであれば良い。
また、上記各実施の形態ではドーパント源ガスとしてTEBやTEPOを用いているが、ドーパント源ガスは、TEBやTEPOに限らず、BやPなどのドーパントを含む反応ガスであれば良い。
また、上記実施の形態では不活性ガスとしてN2を用いているが、不活性ガスは、N2に限らない。
以上説明したように、本発明は、半導体デバイス用の薄膜を形成する方法等に有用である。
1 チャンバー
2 基板
3 サセプタ
4 ガス混合ボックス
5 不活性ガス源
6 反応助剤ガスA源
7 反応助剤ガスB源
8 反応ガス源
9 キャリアガス源
10 選択弁
11 圧力制御バルブ
12 排出装置
13 制御装置
14 圧力モニタ
15 配管
2 基板
3 サセプタ
4 ガス混合ボックス
5 不活性ガス源
6 反応助剤ガスA源
7 反応助剤ガスB源
8 反応ガス源
9 キャリアガス源
10 選択弁
11 圧力制御バルブ
12 排出装置
13 制御装置
14 圧力モニタ
15 配管
Claims (6)
- 反応ガスと反応効率の低い第1の反応助剤ガスと反応効率の高い第2の反応助剤ガスとをチャンバー内に導入して、基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記反応ガスを前記チャンバー外へ、前記第1の反応助剤ガスを前記チャンバー内へ、それぞれ供給するステップと、
前記反応ガスの供給を前記チャンバー内へ切り替え、所定の時間前記チャンバー内へ前記第1の反応助剤ガスと前記反応ガスとを供給するステップと、
前記所定の時間が経過した後、前記第1の反応助剤ガスの供給を停止し、前記チャンバー内に前記第1の反応助剤ガスの流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量で前記第2の反応助剤ガスを供給し、前記基板上に薄膜を形成するステップとを含む薄膜形成方法。 - 反応ガスと反応効率の低い第1の反応助剤ガスと反応効率の高い第2の反応助剤ガスとをチャンバー内に導入して、基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記反応ガスを前記チャンバー外へ、前記第1の反応助剤ガスを前記チャンバー内へ、それぞれ供給するステップと、
前記反応ガスの供給を、徐々に前記チャンバー内へ切り替えると同時に、前記第1の反応助剤ガスの供給を停止し、前記チャンバー内に前記第1の反応助剤ガスの流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量で前記第2の反応助剤ガスを供給し、前記基板上に薄膜を形成するステップとを含む薄膜形成方法。 - 反応ガスと反応効率の低い第1の反応助剤ガスと反応効率の高い第2の反応助剤ガスとをチャンバー内に導入して、基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記反応ガスを前記チャンバー外へ、前記第1の反応助剤ガスを前記チャンバー内へ、それぞれ供給するステップと、
前記反応ガスの供給を前記チャンバー内へ切り替えると同時に、前記第1の反応助剤ガスの供給を停止し、前記第2の反応助剤ガスと前記反応ガスとを加えた流量が、前記第1の反応助剤ガスの0.5倍から1.5倍の範囲の流量となるように前記第2の反応助剤ガスを前記チャンバー内に供給し、前記チャンバー内において前記基板上に薄膜を形成するステップとを含む薄膜形成方法。 - 反応ガスと反応効率の低い第1の反応助剤ガスと反応効率の高い第2の反応助剤ガスと不活性ガスとをチャンバー内に導入して、基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記反応ガスを前記チャンバー外へ、前記第1の反応助剤ガスと前記不活性ガスとを前記チャンバー内へ、それぞれ供給するステップと、
前記反応ガスの供給を前記チャンバー内へ切り替えると同時に、前記チャンバー内へ供給していた前記第1の反応助剤ガスと前記不活性ガスの供給を停止し、前記第2の反応助剤ガスと前記反応ガスとを加えた流量が、前記第1の反応助剤ガスと前記不活性ガスとを加えた流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量となるように前記第2の反応助剤ガスを前記チャンバー内に供給し、前記チャンバー内において前記基板上に薄膜を形成するステップとを含む薄膜形成方法。 - 反応ガスと反応効率の低い第1の反応助剤ガスと反応効率の高い第2の反応助剤ガスとをチャンバー内に導入して、基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記反応ガスを前記チャンバー外へ、前記第1の反応助剤ガスを前記チャンバー内へ、それぞれ供給するステップと、
前記反応ガスの供給を前記チャンバー内へ切り替え、前記チャンバー内へ前記第1の反応助剤ガスと前記反応ガスとを供給するステップと、
前記チャンバー内の圧力または圧力の変動率が所定の範囲内の値となった後、前記第1の反応助剤ガスの供給を停止し、前記チャンバー内に前記第1の反応助剤ガスの流量の0.5倍から1.5倍の範囲の流量で前記第2の反応助剤ガスを供給し、前記基板上に薄膜を形成するステップとを含む薄膜形成方法。 - 前記反応ガスは、Siと、BまたはPの少なくともいずれか1つとを含むガスであり、前記第2の反応助剤ガスはO3であり、前記第1の反応助剤ガスはO2である請求項1〜5のいずれかに記載の薄膜形成方法。
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