JP2006054432A - 成膜方法、成膜装置及び記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 真空引き可能になされた処理容器22内で金属の表面が露出している被処理体Wにシリコン酸化膜を形成する成膜方法において、前記処理容器22内へSi含有ガスを供給するSi含有ガス供給工程と、前記処理容器22内へ酸化性ガスと還元性ガスとを同時に供給する酸化還元ガス供給工程とを、間欠的に交互に繰り返し行うようにする。これにより、金属表面の酸化を抑制しつつシリコン酸化膜を堆積させることが可能となる。
【選択図】 図2
Description
また上記したような成膜用ガスを間欠的に処理容器内へ供給することによって、酸化膜を原子層レベル、或いは分子層レベルで積層成長させるALD(Atomic Layer Deposition)成膜やMLD(Molecular Layer Deposition)成膜も知られているが、この場合にも、上述したように金属材料の表面にバリヤ層が必要とされた。
また、上記バリヤ層は例えばシリコン窒化膜等の窒化物等で形成するが、この種の窒化物膜は、その引っ張り応力(ストレス)がかなり高く、このため、この応力に起因して金属ゲート電極等の電気的特性が劣化する、といった問題もあった。
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、金属表面の酸化を抑制しつつシリコン酸化膜を堆積させることが可能な成膜方法、成膜装置及び記憶媒体を提供することにある。
このように、処理容器内へSi含有ガスを供給するSi含有ガス供給工程と、処理容器内へ酸化性ガスと還元性ガスとを同時に供給する酸化還元ガス供給工程とを、間欠的に交互に繰り返し行うようにしたので、金属表面の酸化を抑制しつつシリコン酸化膜を堆積させることができる。
また例えば請求項3に規定するように、前記酸化還元ガス供給工程の直前、または直前と直後の双方において、前記酸化性ガスの供給を停止した状態で前記還元性ガスを供給する還元ガス供給工程を行う。
また例えば請求項4に規定するように、前記Si含有ガス供給工程と前記還元ガス供給工程または前記酸化還元ガス供給工程との間の間欠期間には、前記処理容器内の残留ガスを排除するパージ工程が行われる。
また例えば請求項6に規定するように、前記還元性ガスは前記酸化性ガスに対してリッチな状態になされている。
また例えば請求項7に規定するように、前記Si含有ガス供給工程では、前記被処理体の表面に前記Si含有ガスを吸着させる。
また例えば請求項8に規定するように、前記Si含有ガス供給工程では、前記被処理体の表面にCVD(Chemical Vapor Deposition)によりシリコンを堆積させる。
また例えば請求項9に規定するように、前記被処理体の表面には、金属としてのタングステンとシリコンとが露出している。
また例えば請求項11に規定するように、前記Si含有ガス供給工程と前記酸化還元ガス供給工程における前記処理容器内の圧力は13.3Pa(0.1Torr)〜66500Pa(500Torr)の範囲内である。
また例えば請求項14に規定するように、前記還元性ガスは、H2 、NH3 よりなる群から選択される1以上のガスである。
請求項16に係る発明は、真空引き可能になされて被処理体を収容することができる処理容器と、前記被処理体を支持する保持手段と、Si含有ガスを供給するSi含有ガス供給手段と、酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段と、還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、装置全体を制御する制御手段と、を有する成膜装置において、前記制御手段は、前記処理容器内へSi含有ガスを供給する工程と、酸化性ガスと還元性ガスとを同時に供給する工程とを間欠的に交互に繰り返し行うように制御するように構成されていることを特徴とする成膜装置である。
或いは、例えば請求項18に規定するように、前記処理容器は、前記被処理体を1枚収容することが枚葉式の処理容器である。
請求項19に係る発明は、真空引き可能になされて被処理体を収容することができる処理容器と、前記被処理体を支持する保持手段と、Si含有ガスを供給するSi含有ガス供給手段と、酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段と、還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、装置全体を制御する制御手段と、を有する成膜装置を用いて成膜処理を行うに際して、前記処理容器内へSi含有ガスを供給する工程と、酸化性ガスと還元性ガスとを同時に供給する工程とを間欠的に交互に繰り返し行うように前記成膜装置を制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体である。
処理容器内へSi含有ガスを供給するSi含有ガス供給工程と、処理容器内へ酸化性ガスと還元性ガスとを同時に供給する酸化還元ガス供給工程とを、間欠的に交互に繰り返し行うようにしたので、金属表面の酸化を抑制しつつシリコン酸化膜を堆積させることができる。
図1は本発明方法を実施するための成膜装置の一例を示す構成図である。まずこの成膜装置について説明する。図示するように、この成膜装置20は下端が開放されて上下方向に所定の長さを有して円筒体状になされた縦型の処理容器22を有している。この処理容器22は、例えば耐熱性の高い石英を用いることができる。
この処理容器22の下方より複数枚の被処理体としての半導体ウエハWを複数段に亘って所定のピッチで載置した保持手段としてのウエハボート24が昇降可能に挿脱自在になされている。このウエハボート24は例えば石英よりなり、これには、例えば50〜100枚程度の直径が300mmのウエハWを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。
まず、例えばシリコンウエハよりなる半導体ウエハWの表面には例えばタングステン等よりなる金属の表面が露出している。このようなウエハWがアンロード状態で成膜装置20が待機状態の時には、処理容器22はプロセス温度より低い温度に維持されており、常温の多数枚、例えば50枚のウエハWが載置された状態のウエハボート24をホットウォール状態になされた処理容器22内にその下方より上昇させてロードし、蓋部26で処理容器22の下端開口部を閉じることにより処理容器22内を密閉する。
まず、本発明方法の第1実施例について説明する。
図2は本発明方法の第1実施例において処理容器内へ供給される各ガスのタイミングチャートを示す図である。
まず、本発明では上記各ガスは連続的に供給されるのではなく、図2に示すように、上記処理容器22内へSi含有ガスであるDCSガスを供給するSi含有ガス供給工程と、上記処理容器22内へ酸化性ガスであるN2 Oガスと還元性ガスであるH2 ガスとを同時に供給する酸化還元ガス供給工程とを、間欠的に交互に繰り返し行うようにする。
この場合、上述のように、金属表面自体の酸化を抑制しつつこれに吸着しているSi含有ガス、或いはSi原子の酸化を促進させるためには、還元性ガスであるH2 ガスは、酸化性ガスであるN2 Oガスに対して供給量が多い状態、すなわち水素リッチな状態にしておく必要がある。
このように、処理容器22内へSi含有ガスを供給するSi含有ガス供給工程と、処理容器22内へ酸化性ガスと還元性ガスとを同時に供給する酸化還元ガス供給工程とを、間欠的に交互に繰り返し行うようにしたので、金属表面の酸化を抑制しつつシリコン酸化膜を堆積させることができる。
従って、従来必要とされた窒化物膜等のバリヤ層を不要にできるので、半導体素子の製造工程数を削減できるのみならず、バリヤ膜に起因するストレスがなくなって素子の電気的特性も向上できる。
次に本発明方法の第2実施例について説明する。
図3は本発明方法の第2実施例において処理容器内へ供給される各ガスのタイミングチャートを示す図である。図3では酸化性ガスとしてO2 ガスを用い、還元性ガスとしてH2 ガスを用いた場合を示している。
先の第1実施例では、酸化性ガスと還元性ガスとは常に同時に供給されるように制御したが、これに限定されず、この第2実施例では、前記酸化還元ガス供給工程の直前、または直前と直後の双方において、前記酸化性ガスの供給を停止した状態で前記還元性ガスを供給する還元ガス供給工程を行うようにしている。
ここで酸化還元ガス供給工程の直前の還元性ガス供給工程は時間T2’で示されており、直後の還元ガス供給工程は時間T2”で示されている。この時の一連のガス供給の流れは、例えば時間T3で示されるバキューム工程の後に還元性ガスであるH2 ガスの供給を先に開始し、十分な還元性ガス分圧になる様に時間T2’だけ調整してから酸化性ガスであるO2 ガスの供給を開始することになる。そして、時間T2だけO2 ガスを供給したならばO2 ガスの供給を停止し、更に、H2 ガスはその後、時間T2”だけ継続して流した後に供給を停止する。尚、ここではパージ工程で不活性ガスとして例えばN2 ガスを流しているが、このN2 ガスの供給を行わないようにしてもよく、この点は第1実施例の場合と同じである。
このように、酸化還元ガス供給工程の直前に、時間T2’で示される還元ガス供給工程を行うことにより、容器内を還元性雰囲気で満たすことによって、ウエハ表面に露出している金属膜の表面が酸化することを防止することができ、この結果、最終的に作られる回路素子の電気的特性をより向上させることができる。
またここでは酸化性ガスとしてN2 OガスまたはO2 ガスを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、N2 O、H2 O、O2 、O3 、O*(活性種)、NO、NO2 、CO2 、COよりなる群から選択される1以上のガスを用いることができる。この場合、活性種やオゾンは、イオナイザーやリモートプラズマ機構等で形成することができる。
またここでは、金属材料としてタングステンを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、他の金属、例えばアルミニウム、ニッケル、コバルト、NiSi、CoSi2 、WSi2 、Cu、Fe等の場合にも本発明を適用することができる。
また成膜装置としては、バッチ式の単管構造の成膜装置に限定されず、バッチ式の2重管構造の成膜装置にも適用でき、更にはバッチ式に限定されず、ウエハを1枚ずつ処理する枚葉式の成膜装置にも本発明を適用することができる。
また被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、LCD基板等にも本発明を適用することができる。
22 処理容器
24 ウエハボート(保持手段)
42 加熱手段
46,48,50,52 ガスノズル
60 Si含有ガス供給手段
62 酸化性ガス供給手段
64 還元性ガス供給手段
66 不活性ガス供給手段
80 制御手段
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (19)
- 真空引き可能になされた処理容器内で金属の表面が露出している被処理体にシリコン酸化膜を形成する成膜方法において、
前記処理容器内へSi含有ガスを供給するSi含有ガス供給工程と、
前記処理容器内へ酸化性ガスと還元性ガスとを同時に供給する酸化還元ガス供給工程とを、間欠的に交互に繰り返し行うようにしたことを特徴とする成膜方法。 - 前記Si含有ガス供給工程と前記酸化還元ガス供給工程との間の間欠期間には、前記処理容器内の残留ガスを排除するパージ工程が行われることを特徴とする請求項1記載の成膜方法。
- 前記酸化還元ガス供給工程の直前、または直前と直後の双方において、前記酸化性ガスの供給を停止した状態で前記還元性ガスを供給する還元ガス供給工程を行うことを特徴とする請求項1記載の成膜方法。
- 前記Si含有ガス供給工程と前記還元ガス供給工程または前記酸化還元ガス供給工程との間の間欠期間には、前記処理容器内の残留ガスを排除するパージ工程が行われることを特徴とする請求項3記載の成膜方法。
- 前記パージ工程においては、不活性ガスが供給されることを特徴とする請求項2または4記載の成膜方法。
- 前記還元性ガスは前記酸化性ガスに対してリッチな状態になされていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記Si含有ガス供給工程では、前記被処理体の表面に前記Si含有ガスを吸着させることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記Si含有ガス供給工程では、前記被処理体の表面にCVD(Chemical Vapor Deposition)によりシリコンを堆積させることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記被処理体の表面には、金属としてのタングステンとシリコンとが露出していることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記シリコン酸化膜は、ポリシリコン層とタングステン層との積層構造の側面を含む表面に形成されるサイドウォール層であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記Si含有ガス供給工程と前記酸化還元ガス供給工程における前記処理容器内の圧力は13.3Pa(0.1Torr)〜66500Pa(500Torr)の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記Si含有ガスは、ジクロロシラン(DCS)、モノシラン[SiH4 ]、ジシラン[Si2 H6 ]、ヘキサクロロジシラン[Si2 Cl6 ](HCD)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、テトラクロロシラン[SiHCl3 ](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)、[(CH3 )3 SiH](Trimethyl silane)、[(CH3 )3 SiN3 ](Trimethyl silylazide)、[SiF4 ]、[SiCl3 F]、[SiI4 ]、[Si2 F6 ]よりなる群より選択される1以上のガスであることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記酸化性ガスは、N2 O、H2 O、O2 、O3 、O*(活性種)、NO、NO2 、CO2 、COよりなる群から選択される1以上のガスであることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記還元性ガスは、H2 、NH3 よりなる群から選択される1以上のガスであることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記シリコン酸化膜を所定の厚さに形成した後に、CVDによりシリコン酸化膜を堆積させるようにしたことを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の成膜方法。
- 真空引き可能になされて被処理体を収容することができる処理容器と、
前記被処理体を支持する保持手段と、
Si含有ガスを供給するSi含有ガス供給手段と、
酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段と、
還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
装置全体を制御する制御手段と、
を有する成膜装置において、
前記制御手段は、前記処理容器内へSi含有ガスを供給する工程と、酸化性ガスと還元性ガスとを同時に供給する工程とを間欠的に交互に繰り返し行うように制御するように構成されていることを特徴とする成膜装置。 - 前記処理容器は、前記被処理体を複数枚収容することが可能なように縦型の筒体状の処理容器であることを特徴とする請求項16記載の成膜装置。
- 前記処理容器は、前記被処理体を1枚収容することが枚葉式の処理容器であることを特徴とする請求項16記載の成膜装置。
- 真空引き可能になされて被処理体を収容することができる処理容器と、
前記被処理体を支持する保持手段と、
Si含有ガスを供給するSi含有ガス供給手段と、
酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給手段と、
還元性ガスを供給する還元性ガス供給手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
装置全体を制御する制御手段と、
を有する成膜装置を用いて成膜処理を行うに際して、
前記処理容器内へSi含有ガスを供給する工程と、酸化性ガスと還元性ガスとを同時に供給する工程とを間欠的に交互に繰り返し行うように前記成膜装置を制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
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