JP2008109093A - Film forming method, and film forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体にSiO2薄膜を成膜する成膜方法および成膜装置に関する。 The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus for forming a SiO 2 thin film on an object to be processed such as a semiconductor wafer.
半導体デバイスの製造工程においては、シリコンウエハに代表される半導体ウエハに対してSiO2膜を成膜する工程が存在し、このようなSiO2膜の成膜工程においては、縦型のバッチ式熱処理装置にて複数の半導体ウエハに対して一括して化学蒸着法(CVD)により成膜する技術が用いられている。 In a semiconductor device manufacturing process, there is a process of forming a SiO 2 film on a semiconductor wafer typified by a silicon wafer. In such a SiO 2 film forming process, a vertical batch heat treatment is performed. A technique is used in which a plurality of semiconductor wafers are collectively formed by chemical vapor deposition (CVD) using an apparatus.
そして、最近では、半導体デバイスの微細化・集積化の進展にともない、400℃以下の低温で良質な特性を有するSiO2膜の成膜が求められ、このようなことを実現可能な技術として、Siソースと酸化剤とを間欠的に供給しながら原子層レベルまたは分子層レベルで交互に繰り返し成膜するALD(Atomic Layer Deposition)を用いてSiO2膜を成膜する技術が提案されている(例えば特許文献1)。 And recently, with the progress of miniaturization and integration of semiconductor devices, the formation of SiO 2 film having good quality characteristics at a low temperature of 400 ° C. or lower is required. A technique for forming a SiO 2 film using ALD (Atomic Layer Deposition) in which an Si layer and an oxidant are intermittently supplied and repeatedly formed at an atomic layer level or a molecular layer level has been proposed ( For example, Patent Document 1).
しかしながら、近時、半導体デバイスの製造工程における熱履歴低減への要求が一層高まっており、SiO2膜を一層低温で成膜することができる技術が求められている。また、これに加えて高スループット化も求められており、より低温での成膜に加えて、膜質が良好なSiO2膜を高速でしかも均一に成膜することができる技術が求められている。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、300℃以下特に100℃以下といった低温においても、SiO2膜を成膜することができる成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。また、このような低温成膜に加えて、膜質が良好なSiO2膜を高速でかつ均一に製造することがきる成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。さらに、そのような成膜方法を実行する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a film forming method and a film forming apparatus capable of forming a SiO 2 film even at a low temperature of 300 ° C. or lower, particularly 100 ° C. or lower. And It is another object of the present invention to provide a film forming method and a film forming apparatus capable of producing a SiO 2 film having a good film quality at high speed and uniformly in addition to such low temperature film forming. It is another object of the present invention to provide a computer-readable storage medium in which a control program for executing such a film forming method is stored.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、Siソースとして1分子内に2個のアミノ基を有するアミノシランガス、好ましくはBTBAS(ビスターシャリブチルアミノシラン)を用い、酸化剤として酸素ラジカル、好ましくはO2プラズマを用いてALDを行うことにより、従来よりも著しく低温での成膜が可能であること、具体的には、300℃以下、特に100℃以下という低温成膜であっても、良質なSiO2膜を高速でかつ安定的に製造することがきることを見出し、本発明に至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have used an aminosilane gas having two amino groups in one molecule as a Si source, preferably BTBAS (Bisteria butylaminosilane), and an oxidizing agent. By performing ALD using oxygen radicals, preferably O 2 plasma, it is possible to form a film at a significantly lower temperature than before, specifically, a low temperature film formation of 300 ° C. or less, particularly 100 ° C. or less. Even so, it has been found that a high-quality SiO 2 film can be stably produced at high speed, and the present invention has been achieved.
すなわち、本発明は、真空保持可能な処理容器内に被処理体を装入し、Siソースとして1分子内に2個のアミノ基を有するアミノシランガスを用い、酸化剤として酸素ラジカルを用い、これらを交互的に前記処理容器内に供給し、被処理体の表面にSiO2膜を形成することを特徴とする成膜方法を提供する。 That is, in the present invention, an object to be processed is charged in a processing container capable of maintaining a vacuum, an aminosilane gas having two amino groups in one molecule is used as a Si source, an oxygen radical is used as an oxidizing agent, Is alternately supplied into the processing container to form a SiO 2 film on the surface of the object to be processed.
上記本発明に係る成膜方法において、前記Siソースガスとして、BTBAS(ビスターシャリブチルアミノシラン)、BDEAS(ビスジエチルアミノシラン)、BDMAS(ビスジメチルアミノシラン)から選択された少なくとも1種を用いることができる。また、前記酸素ラジカルとして、酸素含有ガスプラズマを用いることができ、前記酸素含有ガスプラズマとしては、O2ガス、NOガス、N2Oガス、H2Oガス、O3ガスから選択される少なくとも1種をプラズマ化したものを用いることができる。 In the film forming method according to the present invention, as the Si source gas, at least one selected from BTBAS (Bisthal Butylaminosilane), BDEAS (Bisdiethylaminosilane), and BDMAS (Bisdimethylaminosilane) can be used. Moreover, oxygen-containing gas plasma can be used as the oxygen radical, and the oxygen-containing gas plasma is at least selected from O 2 gas, NO gas, N 2 O gas, H 2 O gas, and O 3 gas. One of the plasmas can be used.
また、上記成膜方法は、前記Siソースを前記処理容器内へ供給する工程と、前記酸素ラジカルを前記処理容器内へ供給する工程を交互に実施するようにすることができる。この場合に、前記Siソースを前記処理容器内へ供給する工程と、前記酸素ラジカルを前記処理容器内へ供給する工程との間に、前記処理容器内に残留しているガスを除去する工程を挿入することができる。前記処理容器内に残留しているガスを除去する工程では、前記処理容器内を真空引きしながら前記処理容器内にパージガスを導入するようにすることができる。また、成膜の際の温度は300℃以下であることが好ましく、100℃以下がより好ましい。 In the film forming method, the step of supplying the Si source into the processing container and the step of supplying the oxygen radical into the processing container can be alternately performed. In this case, a step of removing the gas remaining in the processing vessel between the step of supplying the Si source into the processing vessel and the step of supplying the oxygen radicals into the processing vessel. Can be inserted. In the step of removing the gas remaining in the processing container, a purge gas can be introduced into the processing container while evacuating the processing container. In addition, the temperature during film formation is preferably 300 ° C. or lower, and more preferably 100 ° C. or lower.
また、本発明は、被処理体に対してSiO2膜を成膜する成膜装置であって、真空保持可能な縦型で筒体状をなす処理容器と、前記被処理体を複数段に保持した状態で前記処理容器内に保持する保持部材と、前記処理容器の外周に設けられた加熱装置と、前記処理容器内へ1分子内に2個のアミノ基を有するアミノシランガスを供給するSiソース供給機構と、前記処理容器内へ酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給機構と、前記酸素含有ガスを活性化して酸素ラジカルを形成する活性化機構と、前記Siソースガスと酸素ラジカルとを交互的に前記処理容器内に供給させる制御機構とを具備することを特徴とする成膜装置を提供する。 In addition, the present invention is a film forming apparatus for forming a SiO 2 film on an object to be processed, the processing container having a vertical cylindrical shape that can be held in vacuum, and the object to be processed in a plurality of stages. A holding member to be held in the processing container in a held state, a heating device provided on the outer periphery of the processing container, and Si for supplying aminosilane gas having two amino groups in one molecule into the processing container A source supply mechanism, an oxygen-containing gas supply mechanism that supplies an oxygen-containing gas into the processing vessel, an activation mechanism that activates the oxygen-containing gas to form oxygen radicals, and the Si source gas and oxygen radicals. There is provided a film forming apparatus comprising a control mechanism for alternately supplying the inside of the processing container.
上記成膜装置において、前記活性化機構として、酸素含有ガスプラズマを生成するプラズマ生成機構を用いることができる。このプラズマ生成機構で生成される酸素含有ガスプラズマとして、O2ガス、NOガス、N2Oガス、H2Oガス、O3ガスから選択される少なくとも1種をプラズマ化したものを用いることができる。 In the film forming apparatus, a plasma generation mechanism that generates oxygen-containing gas plasma can be used as the activation mechanism. As the oxygen-containing gas plasma generated by this plasma generation mechanism, plasma obtained by converting at least one selected from O 2 gas, NO gas, N 2 O gas, H 2 O gas, and O 3 gas into plasma is used. it can.
また、上記成膜装置において、前記制御機構を、前記処理容器内に前記Siソースガスを供給する工程と、前記処理容器内に酸素ラジカルを供給する工程とが交互に行われるように制御するように構成することができる。この場合に、前記制御機構を、前記Siソースを前記処理容器内へ供給する工程と、前記酸素ラジカルを前記処理容器内へ供給する工程との間に、前記処理容器内に残留しているガスを除去する工程を挿入するように制御するように構成することができる。さらに、前記処理容器内にパージガスを供給するパージガス供給機構をさらに具備するものとし、かつ前記制御機構を、前記ガスを除去する工程の際に、前記処理容器内にパージガスを供給させるように構成することができる。 Further, in the film forming apparatus, the control mechanism is controlled to alternately perform the step of supplying the Si source gas into the processing container and the step of supplying oxygen radicals into the processing container. Can be configured. In this case, the control mechanism causes the gas remaining in the processing vessel between the step of supplying the Si source into the processing vessel and the step of supplying the oxygen radical into the processing vessel. It can comprise so that it may control so that the process of removing may be inserted. Furthermore, a purge gas supply mechanism for supplying a purge gas into the processing container is further provided, and the control mechanism is configured to supply the purge gas into the processing container during the step of removing the gas. be able to.
上記成膜装置は、成膜温度を300℃以下、より好ましくは100℃以下に制御する温度制御機構をさらに具備するように構成することができる。さらに、上記成膜装置において、前記Siソースガスとして、BTBAS(ビスターシャリブチルアミノシラン)、BDEAS(ビスジエチルアミノシラン)、BDMAS(ビスジメチルアミノシラン)から選択された少なくとも1種を用いるようにすることができる。 The film forming apparatus can be configured to further include a temperature control mechanism for controlling the film forming temperature to 300 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or lower. Furthermore, in the above-described film forming apparatus, at least one selected from BTBAS (Bisthal butylaminosilane), BDEAS (bisdiethylaminosilane), and BDMAS (bisdimethylaminosilane) can be used as the Si source gas. .
さらに、本発明は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記成膜方法が行われるように、コンピュータに成膜装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供する。 Furthermore, the present invention is a computer-readable storage medium in which a control program that runs on a computer is stored, and the control program stores a film forming apparatus in the computer so that the film forming method is performed at the time of execution. It is possible to provide a computer-readable storage medium characterized by controlling the computer.
本発明によれば、Siソースとして1分子内に2個のアミノ基を有するアミノシランガスを用い、酸化剤として酸素ラジカルを用いてALDを行うので、反応性が高まり、300℃以下、特に100℃以下という低温成膜が可能である。また、このような低温成膜であっても、良質なSiO2膜を高速でかつ安定的に製造することがきる。 According to the present invention, ALD is performed using an aminosilane gas having two amino groups in one molecule as a Si source and oxygen radicals as an oxidant. The following low temperature film formation is possible. Further, even with such low temperature film formation, a high-quality SiO 2 film can be manufactured at high speed and stably.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は本発明の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を示す縦断面図、図2は図1の成膜装置を示す横断面図、図3は本発明の成膜方法におけるガスの供給のタイミングを示すタイミングチャートである。なお、図2においては、加熱装置を省略している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a film forming apparatus for carrying out the film forming method of the present invention, FIG. 2 is a cross sectional view showing the film forming apparatus of FIG. 1, and FIG. It is a timing chart which shows the timing of supply of gas. In FIG. 2, the heating device is omitted.
成膜装置100は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器1を有している。この処理容器1の全体は、例えば石英により形成されており、この処理容器1内の天井には、石英製の天井板2が設けられて封止されている。また、この処理容器1の下端開口部には、例えばステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド3がOリング等のシール部材4を介して連結されている。
The
上記マニホールド3は処理容器1の下端を支持しており、このマニホールド3の下方から被処理体として多数枚、例えば50〜100枚の半導体ウエハWを多段に載置可能な石英製のウエハボート5が処理容器1内に挿入可能となっている。このウエハボート5は3本の支柱6を有し(図2参照)、支柱6に形成された溝により多数枚のウエハWが支持されるようになっている。
The manifold 3 supports the lower end of the
このウエハボート5は、石英製の保温筒7を介してテーブル8上に載置されており、このテーブル8は、マニホールド3の下端開口部を開閉する例えばステンレススチール製の蓋部9を貫通する回転軸10上に支持される。
The
そして、この回転軸10の貫通部には、例えば磁性流体シール11が設けられており、回転軸10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9の周辺部とマニホールド3の下端部との間には、例えばOリングよりなるシール部材12が介設されており、これにより処理容器1内のシール性を保持している。
And the magnetic fluid seal | sticker 11 is provided in the penetration part of this rotating
上記の回転軸10は、例えばボートエレベータ等の昇降機構(図示せず)に支持されたアーム13の先端に取り付けられており、ウエハボート5および蓋部9等を一体的に昇降して処理容器1内に対して挿脱されるようになっている。なお、上記テーブル8を上記蓋部9側へ固定して設け、ウエハボート5を回転させることなくウエハWの処理を行うようにしてもよい。
The
また、成膜装置100は、処理容器1内へ酸素含有ガス、例えばO2ガスを供給する酸素含有ガス供給機構14と、処理容器1内へSiソースガスとして1分子内に2個のアミノ基を有するアミノシランガス、例えばBTBAS(ビスターシャリブチルアミノシラン)を供給するSiソースガス供給機構15と、処理容器1内へパージガスとして不活性ガス、例えばN2ガスを供給するパージガス供給機構16とを有している。
In addition, the
酸素含有ガス供給機構14は、酸素含有ガス供給源17と、酸素含有ガス供給源17から酸素含有ガスを導く酸素含有ガス配管18と、この酸素含有ガス配管18に接続され、マニホールド3の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる石英管よりなる酸素含有ガス分散ノズル19とを有している。この酸素含有ガス分散ノズル19の垂直部分には、複数のガス吐出孔19aが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔19aから水平方向に処理容器1に向けて略均一に酸素含有ガス、例えばO2ガスを吐出することができるようになっている。
The oxygen-containing
また、Siソースガス供給機構15は、Siソースガス供給源20と、このSiソースガス供給源20からSiソースガスを導くSiソースガス配管21と、このSiソースガス配管21に接続され、マニホールド3の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる石英管よりなるSiソースガス分散ノズル22とを有している。ここではSiソースガス分散ノズル22は2本設けられており(図2参照)、各Siソースガス分散ノズル22には、その長さ方向に沿って複数のガス吐出孔22aが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス吐出孔22aから水平方向に処理容器1内に略均一にSiソースガスとしての1分子内に2個のアミノ基を有するアミノシランガス、例えばBTBASガスを吐出することができるようになっている。なお、このSiソースガス分散ノズル22は1本のみであってもよい。
The Si source
さらに、パージガス供給機構16は、パージガス供給源23と、パージガス供給源23からパージガスを導くパージガス配管24と、このパージガス配管24に接続され、マニホールド3の側壁を貫通して設けられたパージガスノズル25とを有している。パージガスとしては不活性ガス例えばN2ガスを好適に用いることができる。
Further, the purge
酸素含有ガス配管18、Siソースガス配管21、パージガス配管24には、それぞれ開閉弁18a、21a、24aおよびマスフローコントローラのような流量制御器18b、21b、24bが設けられており、酸素含有ガス、Siソースガスおよびパージガスをそれぞれ流量制御しつつ供給することができるようになっている。
The oxygen-containing
上記処理容器1の側壁の一部には、酸素含有ガスのプラズマを形成するプラズマ生成機構30が形成されている。このプラズマ生成機構30は、上記処理容器1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く形成された開口31をその外側より覆うようにして処理容器1の外壁に気密に溶接されたプラズマ区画壁32を有している。プラズマ区画壁32は、断面凹部状をなし上下に細長く形成され、例えば石英で形成されている。また、プラズマ生成機構30は、このプラズマ区画壁32の両側壁の外面に上下方向に沿って互いに対向するようにして配置された細長い一対のプラズマ電極33と、このプラズマ電極33に給電ライン34を介して接続され高周波電力を供給する高周波電源35とを有している。そして、上記プラズマ電極33に高周波電源35から例えば13.56MHzの高周波電圧を印加することにより酸素含有ガスのプラズマが発生し得る。なお、この高周波電圧の周波数は13.56MHzに限定されず、他の周波数、例えば400kHz等を用いてもよい。
A
上記のようなプラズマ区画壁32を形成することにより、処理容器1の側壁の一部が凹部状に外側へ窪ませた状態となり、プラズマ区画壁32の内部空間が処理容器1の内部空間に一体的に連通された状態となる。また、開口31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に長く形成されている。
By forming the
上記酸素含有ガス分散ノズル19は、処理容器1内を上方向に延びていく途中で処理容器1の半径方向外方へ屈曲されて、上記プラズマ区画壁32内の最も奥の部分(処理容器1の中心から最も離れた部分)に沿って上方に向けて起立されている。このため、高周波電源35がオンされて両電極33間に高周波電界が形成された際に、酸素含有ガス分散ノズル19のガス噴射孔19aから噴射された酸素ガスがプラズマ化されて処理容器1の中心に向けて拡散しつつ流れる。
The oxygen-containing
上記プラズマ区画壁32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36が取り付けられている。また、この絶縁保護カバー36の内側部分には、図示しない冷媒通路が設けられており、例えば冷却された窒素ガスを流すことにより上記プラズマ電極33を冷却し得るようになっている。
An insulating
上記2本のSiソースガス分散ノズル22は、処理容器1の内側壁の上記開口31を挟む位置に起立して設けられており、このSiソースガス分散ノズル22に形成された複数のガス噴射孔22aより処理容器1の中心方向に向けてSiソースガスとして1分子内に2個のアミノ基を有するアミノシランガスを吐出し得るようになっている。
The two Si source
一方、処理容器1の開口31の反対側の部分には、処理容器1内を真空排気するための排気口37が設けられている。この排気口37は処理容器1の側壁を上下方向へ削りとることによって細長く形成されている。処理容器1のこの排気口37に対応する部分には、排気口37を覆うように断面コ字状に成形された排気口カバー部材38が溶接により取り付けられている。この排気口カバー部材38は、処理容器1の側壁に沿って上方に延びており、処理容器1の上方にガス出口39を規定している。そして、このガス出口39から図示しない真空ポンプ等を含む真空排気機構により真空引きされる。そして、この処理容器1の外周を囲むようにしてこの処理容器1およびその内部のウエハWを加熱する筒体状の加熱装置40が設けられている。
On the other hand, an
成膜装置100の各構成部の制御、例えばバルブ18a、21a、24aの開閉による各ガスの供給・停止、マスフローコントローラ18b、21b、24bによるガス流量の制御、および高周波電源35のオン・オフ制御、加熱装置40の制御等は例えばマイクロプロセッサ(コンピュータ)からなるコントローラ50により行われる。コントローラ50には、工程管理者が成膜装置100を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース51が接続されている。
Control of each component of the
また、コントローラ50には、成膜装置100で実行される各種処理をコントローラ50の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置100の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部52が接続されている。レシピは記憶部52の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、CDROM、DVD、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
Further, the
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース51からの指示等にて任意のレシピを記憶部52から呼び出してコントローラ50に実行させることで、コントローラ50の制御下で、成膜装置100での所望の処理が行われる。
Then, if necessary, an arbitrary recipe is called from the
次に、以上のように構成された成膜装置を用いて行なわれる本実施形態に係るSiO2膜の成膜方法について図3を参照して説明する。 Next, a method for forming a SiO 2 film according to this embodiment, which is performed using the film forming apparatus configured as described above, will be described with reference to FIG.
まず、常温において、例えば50〜100枚の半導体ウエハWが搭載された状態のウエハボート5を予め所定の温度に制御された処理容器1内にその下方から上昇させることによりロードし、蓋部9でマニホールド3の下端開口部を閉じることにより処理容器1内を密閉空間とする。半導体ウエハWとしては、直径300mmのものが例示される。
First, at room temperature, for example, a
そして処理容器1内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持するととともに、加熱装置40への供給電力を制御して、ウエハ温度を上昇させてプロセス温度に維持し、ウエハボート5を回転させた状態で成膜処理を開始する。
Then, the inside of the
この際の成膜処理は、図3に示すように、Siソースガスとして1分子内に2個のアミノ基を有するアミノシランガス、例えばBTBASを流してSiソースを吸着させる工程S1と、酸素含有ガスを励起させて形成された酸素ラジカルを処理容器1に供給してSiソースガスを酸化させる工程S2とを交互に繰り返し、これらの間で処理容器1内から処理容器1内に残留するガスを除去する工程S3を実施する。
As shown in FIG. 3, the film formation process at this time includes a step S1 in which an aminosilane gas having two amino groups in one molecule, for example, BTBAS is flowed as an Si source gas to adsorb the Si source, and an oxygen-containing gas. Step S2 in which oxygen radicals formed by exciting the gas are supplied to the
具体的には、工程S1においては、Siソースガス供給機構15のSiソースガス供給源20からSiソースガスとして1分子内に2個のアミノ基を有するアミノシランガス、例えばBTBASをSiソースガス配管21およびSiソースガス分散ノズル22を介してガス吐出孔22aから処理容器1内にT1の期間供給する。これにより、半導体ウエハ上にSiソースを吸着させる。このときの期間T1は1〜180secが例示される。また、Siソースガスの流量は1〜1000mL/min(sccm)が例示される。また、この際の処理容器1内の圧力は13.3〜1333Pa(0.1〜10Torr)が例示される。
Specifically, in step S1, an aminosilane gas having two amino groups in one molecule as a Si source gas, eg BTBAS, is supplied from the Si source
この場合に、Siソースガスとして用いる1分子内に2個のアミノ基を有するアミノシランガスとしては、上記BTBASの他、BDEAS(ビスジエチルアミノシラン)、BDMAS(ビスジメチルアミノシラン)を挙げることができる。これらは1分子当たりのアミノ基の数が2個と少ないので構造的に上記特許文献1のようなアミノ基の数が3個のアミノシランガスよりもSiの吸着反応の障害(構造障害)になり難い。また、1分子内に2個のアミノ基を有するアミノシランガスは、1分子当たりのアミノ基の数が1個のものよりも安定性が高く、中でも上記BTBASが最も好ましい。
In this case, examples of the aminosilane gas having two amino groups in one molecule used as the Si source gas include BDEAS (bisdiethylaminosilane) and BDMAS (bisdimethylaminosilane) in addition to the above BTBAS. Since the number of amino groups per molecule is as small as two, structurally, as in the above-mentioned
工程S2の酸素ラジカルを供給する工程においては、酸素含有ガス供給機構14の酸素含有ガス供給源17から酸素含有ガスとして例えばO2ガスを酸素含有ガス配管18および酸素含有ガス分散ノズル19を介してガス吐出孔19aから吐出し、このとき、プラズマ生成機構30の高周波電源35をオンにして高周波電界を形成し、この高周波電界により酸素含有ガス、例えばO2ガスをプラズマ化する。そして、このようにプラズマ化された酸素含有ガスが処理容器1内に供給される。これにより、半導体ウエハWに吸着されたSiソースが酸化されてSiO2が形成される。この処理の期間T2は1〜300secの範囲が例示される。また、酸素含有ガスの流量は半導体ウエハWの搭載枚数によっても異なるが、100〜20000mL/min(sccm)が例示される。また、高周波電源35の周波数は13.56MHzが例示され、パワーとしては5〜1000Wが採用される。また、この際の処理容器1内の圧力は13.3〜1333Pa(0.1〜10Torr)が例示される。
In the step of supplying oxygen radicals in
この場合に、酸素含有ガスとしては、O2ガスの他、NOガス、N2Oガス、H2Oガス、O3ガスを挙げることができ、これらを高周波電界によりプラズマ化して酸化剤として用いる。酸化剤としては酸素ラジカルであれば酸素含有ガスのプラズマに限らないが、酸素含有ガスのプラズマを形成することが好ましく、その中でもO2プラズマが好ましい。酸化剤として酸素ラジカル、特に酸素含有ガスのプラズマを用いることにより、SiO2膜の成膜が300℃以下、さらには100℃以下、理想的には室温でも成膜が可能である。 In this case, examples of the oxygen-containing gas include O 2 gas, NO gas, N 2 O gas, H 2 O gas, and O 3 gas, which are converted into plasma by a high frequency electric field and used as an oxidizing agent. . The oxidant is not limited to oxygen-containing gas plasma as long as it is an oxygen radical, but it is preferable to form oxygen-containing gas plasma, and among them, O 2 plasma is preferable. By using plasma of oxygen radicals, particularly oxygen-containing gas, as the oxidant, the SiO 2 film can be formed at 300 ° C. or lower, further 100 ° C. or lower, ideally even at room temperature.
また、工程S1と工程S2との間に行われる工程S3は、工程S1の後または工程S2の後に処理容器1内に残留するガスを除去して次の工程において所望の反応を生じさせる工程であり、処理容器1内を真空排気しつつパージガス供給機構16のパージガス供給源23からパージガス配管24およびパージガスノズル25を介してパージガスとして不活性ガス例えばN2ガスを供給することにより行われる。この工程S3の期間T3としては1〜60secが例示される。また、パージガス流量としては50〜20000mL/min(sccm)が例示される。なお、この工程S3は処理容器1内に残留しているガスを除去することができれば、パージガスを供給せずに全てのガスの供給を停止した状態で真空引きを継続して行うようにしてもよい。ただし、パージガスを供給することにより、短時間で処理容器1内の残留ガスを除去することができる。なお、この際の処理容器1内の圧力は13.3〜1333Pa(0.1〜10Torr)が例示される。
Further, step S3 performed between step S1 and step S2 is a step of removing a gas remaining in the
このようにして、間に処理容器1内からガスを除去する工程S3を挟んで交互に間欠的にSiソースガスと酸素ラジカルとしての酸素含有プラズマとを繰り返し供給することにより、SiO2膜の薄い膜を一層ずつ繰り返し積層して所定の厚さとすることができる。
In this way, the SiO 2 film is thin by repeatedly supplying the Si source gas and the oxygen-containing plasma as oxygen radicals alternately and intermittently with the step S3 of removing the gas from the
このときの反応を模式的に図4を参照して説明する。
図4の(a)に示すように、既に堆積されたSiO2膜の表面にはOH基が存在しており、そこにSiソースとして例えばBTBASが供給される。そして、Siソースが吸着される工程(工程S1)においては、図4の(b)に示すように、BTBASのSiが表面のOH基のOと反応してトリメチルアミノ基を離脱させる。このとき、アミノ基を2個有するアミノシランであるBTBASはOHとの反応性が高く、また、構造的にこのようなSiの反応の障害になり難いため、Siの吸着反応が速やかに進行する。このとき脱離したトリメチルアミノ基は工程S3により処理容器1から除去される。そして、次の酸化工程(工程S2)においては、図4の(c)に示すように、トリメチルアミノ基が離脱した後のSi化合物がO2ガスプラズマのような酸素ラジカルによって酸化されてSiO2となる(ただし、表面にはHが吸着してOH基が形成されている)。このように、O2ガスプラズマのような酸素ラジカルを用いた酸化反応は、純粋な化学的反応と異なり高い温度が不要であるから低温での反応が可能である。
The reaction at this time will be schematically described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4A, OH groups are present on the surface of the already deposited SiO 2 film, and for example, BTBAS is supplied thereto as a Si source. In the step (step S1) in which the Si source is adsorbed, as shown in FIG. 4B, Si of BTBAS reacts with O of the OH group on the surface to release the trimethylamino group. At this time, BTBAS, which is an aminosilane having two amino groups, has high reactivity with OH, and is structurally unlikely to be a hindrance to such Si reaction, so that the Si adsorption reaction proceeds rapidly. The trimethylamino group eliminated at this time is removed from the
上記のように本質的に低温成膜が可能で良好な膜質が得られるALD手法を前提とし、Siソースとして反応性が高く構造障害が生じ難いBTBASに代表される1分子中に2個のアミノ基を有するアミノシランを用い、酸化処理において反応が温度を上昇させずに進行するO2ガスプラズマのような酸素ラジカルを用いるので、良好な膜質のSiO2膜を100℃以下、さらには室温といった従来では考えられない低温でかつ高い成膜レートで成膜することができる。 Based on the ALD technique that enables film formation at a low temperature and provides good film quality as described above, two amino acids in one molecule represented by BTBAS, which is highly reactive as a Si source and hardly causes structural damage, is used. Since oxygen radicals such as O 2 gas plasma in which the reaction proceeds without increasing the temperature in the oxidation treatment using an aminosilane having a group, a SiO 2 film having a good film quality is 100 ° C. or lower, and further room temperature. Therefore, it is possible to form a film at a low temperature and a high film formation rate, which is unthinkable.
本発明では、原理的に100℃以下という極低温で成膜することができるが、それよりも高い温度であっても成膜が可能である。ただし、成膜温度が上昇するに従って膜厚ばらつきが大きくなり、300℃を超えると膜厚ばらつきが無視し得なくなるおそれがあるので成膜温度は300℃以下であることが好ましい。 In the present invention, the film can be formed at an extremely low temperature of 100 ° C. or lower in principle, but the film can be formed even at a higher temperature. However, the film thickness variation increases as the film formation temperature rises, and when the temperature exceeds 300 ° C., the film thickness variation may not be negligible. Therefore, the film formation temperature is preferably 300 ° C. or lower.
次に、本発明に基づいて実際に成膜した結果について説明する。
まず、酸化剤について実験を行った。SiソースガスとしてBTBASを用い、酸化処理にO2ガスプラズマを用いてALDによりSiO2膜を成膜した。ここでは、処理容器内に300mmウエハを100枚挿入し、成膜温度を100℃とし、BTBASの供給量を30mL/min(sccm)、圧力を533Pa(4Torr)にして工程S1を30sec行い、O2ガスの供給量を2000mL/min(sccm)、圧力を66.5Pa(0.5Torr)、13.56MHzの高周波パワーを50Wにして工程S2を40sec行い、これを42サイクル繰り返してSiO2膜を成膜した。なお、処理容器内のパージのため、工程S1前には処理容器内の真空引きを継続しつつ3500mL/min(sccm)の流量でパージガスとしてN2ガスを7secの間供給し、工程S2の前には処理容器内の真空引きを継続しつつ3500mL/min(sccm)の流量でパージガスとしてN2ガスを6secの間供給した。
Next, the result of actual film formation based on the present invention will be described.
First, an experiment was conducted on an oxidizing agent. A SiO 2 film was formed by ALD using BTBAS as the Si source gas and O 2 gas plasma for the oxidation treatment. Here, 100 300 mm wafers are inserted into the processing container, the deposition temperature is 100 ° C., the supply amount of BTBAS is 30 mL / min (sccm), the pressure is 533 Pa (4 Torr), and step S1 is performed for 30 seconds. 2 gas supply amount is 2000 mL / min (sccm), pressure is 66.5 Pa (0.5 Torr), high frequency power of 13.56 MHz is 50 W, step S2 is performed for 40 seconds, and this is repeated for 42 cycles to form a SiO 2 film. A film was formed. For purging inside the processing container, N 2 gas is supplied as a purge gas at a flow rate of 3500 mL / min (sccm) for 7 seconds while continuing to evacuate the processing container before
比較のため、工程S2の酸化処理の際の酸化剤としてO3ガスをプラズマ化せずに250g/Nm3の流量で供給した以外は上記条件と同じにしてSiO2膜を成膜した。 For comparison, a SiO 2 film was formed under the same conditions as above except that O 3 gas was supplied at a flow rate of 250 g / Nm 3 without being converted into plasma as an oxidizing agent in the oxidation treatment in step S2.
その結果を図5に示す。図5は縦軸に酸化剤としてO3ガスを用いた場合のセンターの成膜レートを1として規格化した成膜レートと、同じく酸化剤としてO3ガスを用いた場合のセンターの面内均一性を1として規格化した面内均一性をとっている。この図に示すように、本発明に基づいて酸化剤として酸素ラジカルであるO2ガスプラズマを用いた場合には、酸素をラジカル化しないO3ガスを用いた場合よりも5倍程度の成膜レート(速度)が得られることが確認された。また、膜厚の面内ばらつきも極めて小さいことも確認された。 The result is shown in FIG. FIG. 5 shows the film formation rate normalized with the center film formation rate of 1 when O 3 gas is used as the oxidant on the vertical axis, and the center in-plane uniformity when O 3 gas is also used as the oxidant. In-plane uniformity normalized to 1 as the property. As shown in this figure, when O 2 gas plasma, which is oxygen radicals, is used as an oxidant according to the present invention, the film formation is about five times that when O 3 gas that does not radicalize oxygen is used. It was confirmed that a rate (speed) was obtained. It was also confirmed that the in-plane variation in film thickness was extremely small.
次に、Siソースについて実験を行った。ここでは、上記条件でBTBASとO2ガスプラズマを用いてSiO2を成膜した場合と、SiソースをBTBASからTri−DMAS(トリ−ジメチルアミノシラン)に代えた他は全く同様にしてSiO2を成膜した場合とを比較した。 Next, an experiment was performed on the Si source. Here, a case of forming the SiO 2 using BTBAS and O 2 gas plasma under the above conditions, the Si source from BTBAS Tri-DMAS - the SiO 2 in exactly except that instead of the (tri (dimethylamino) silane) Similarly The case where the film was formed was compared.
その結果を図6に示す。図6では成膜レートをTri−DMASを用いた場合の成膜レートを1として規格化して示している。この図に示すように、SiソースとしてTri−DMASを用いた場合には、BTBASを用いた場合よりも成膜レートが2/3程度と低いことが確認された。これは、1分子に3個のアミノ基を有するTri−DMASを用いた場合には、2個のアミノ基を有するBTBASに比較して構造障害を起こしやすいからであると推測される。 The result is shown in FIG. In FIG. 6, the film formation rate is standardized by assuming the film formation rate to be 1 when using Tri-DMAS. As shown in this figure, it was confirmed that when Tri-DMAS was used as the Si source, the film formation rate was about 2/3 lower than when BTBAS was used. This is presumed to be because when Tri-DMAS having 3 amino groups per molecule is used, structural damage is likely to occur compared to BTBAS having 2 amino groups.
次に、成膜温度について実験を行った。
ここでは、SiソースガスとしてBTBASを用い、酸化処理にO2ガスプラズマを用いて、成膜温度以外は上記実験と同様にして成膜を行った。温度は、室温(25℃)、75℃、100℃、200℃、300℃と変化させて実験を行った。
Next, an experiment was performed on the film formation temperature.
Here, BTBAS was used as the Si source gas, O 2 gas plasma was used for the oxidation treatment, and film formation was performed in the same manner as in the above experiment except for the film formation temperature. The experiment was conducted by changing the temperature to room temperature (25 ° C.), 75 ° C., 100 ° C., 200 ° C., and 300 ° C.
その結果を図7に示す。図7は縦軸に300℃のときの成膜レートを1として規格化した成膜レートと、同じく300℃のときの面内均一性を1として規格化した面内均一性をとっている。この図に示すように、100℃以下という低温においても高い成膜レートで成膜することができ、室温でも十分に実用的な成膜が可能であることが確認された。また、100℃以下という低温で膜厚の均一性も高いことが確認された。また、成膜温度が300℃を超えると膜厚のばらつきが大きくなり、成膜温度は300℃以下が好ましいことが確認された。 The result is shown in FIG. In FIG. 7, the vertical axis represents the film formation rate normalized by setting the film formation rate at 300 ° C. to 1, and the in-plane uniformity normalized by setting the in-plane uniformity at 300 ° C. to 1. As shown in this figure, it was confirmed that a film can be formed at a high film formation rate even at a low temperature of 100 ° C. or lower, and that a sufficiently practical film formation is possible even at room temperature. Moreover, it was confirmed that the uniformity of the film thickness is high at a low temperature of 100 ° C. or lower. Moreover, when the film formation temperature exceeded 300 ° C., the variation in film thickness increased, and it was confirmed that the film formation temperature is preferably 300 ° C. or less.
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では本発明を複数の半導体ウエハを搭載して一括して成膜を行うバッチ式の成膜装置に適用した例を示したが、これに限らず、一枚のウエハ毎に成膜を行う枚葉式の成膜装置に適用することもできる。また、1分子内に2個のアミノ基を有するアミノシランとしては、上記実施形態に示したものに限らない。また、酸素ラジカルとして種々の酸素含有ガスプラズマを例示したが、これに限らず、ラジカル化している酸素を含むものであれば適用可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the above-described embodiment, the present invention is applied to a batch-type film forming apparatus in which a plurality of semiconductor wafers are mounted and collectively formed. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to a single-wafer type film forming apparatus for film formation. The aminosilane having two amino groups in one molecule is not limited to those shown in the above embodiment. In addition, various oxygen-containing gas plasmas are exemplified as the oxygen radicals, but the present invention is not limited to this, and any oxygen radicals that include radicalized oxygen are applicable.
さらに、上記実施形態においては、Siソースガスと酸素ラジカルとを完全に交互に供給したが、Siソースガスを供給するときにも酸素ラジカルを供給するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、プラズマを形成する機構を処理容器に一体的に組み込んだ例について説明したが、これに限定されず、処理容器とは別体で設け処理容器の外で予めプラズマ化して処理容器に導入するリモートプラズマ装置を用いてもよい。
Further, in the above embodiment, the Si source gas and the oxygen radical are supplied completely alternately. However, the oxygen radical may be supplied also when the Si source gas is supplied.
Furthermore, in the above-described embodiment, the example in which the mechanism for forming plasma is integrally incorporated in the processing container has been described. However, the present invention is not limited to this, and is provided separately from the processing container and previously converted into plasma outside the processing container. Alternatively, a remote plasma apparatus introduced into the processing vessel may be used.
さらにまた、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、LCDガラス基板等の他の基板にも本発明を適用することができる。 Furthermore, the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and the present invention can be applied to other substrates such as an LCD glass substrate.
本発明は、半導体装置における層間絶縁膜等に用いられるSiO2膜の成膜に好適である。 The present invention is suitable for forming a SiO 2 film used for an interlayer insulating film or the like in a semiconductor device.
1;処理容器
5;ウエハボート(供給手段)
14;酸素含有ガス供給機構
15;Siソースガス供給機構
16;パージガス供給機構
19;酸素含有ガス分散ノズル
22;Siソースガス分散ノズル
30;プラズマ生成機構
33;プラズマ電極
35;高周波電源
40;加熱機構
100;成膜装置
W;半導体ウエハ(被処理体)
1; Processing
14; oxygen-containing
Claims (19)
真空保持可能な縦型で筒体状をなす処理容器と、
前記被処理体を複数段に保持した状態で前記処理容器内に保持する保持部材と、
前記処理容器の外周に設けられた加熱装置と、
前記処理容器内へ1分子内に2個のアミノ基を有するアミノシランガスを供給するSiソース供給機構と、
前記処理容器内へ酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給機構と、
前記酸素含有ガスを活性化して酸素ラジカルを形成する活性化機構と、
前記Siソースガスと酸素ラジカルとを交互的に前記処理容器内に供給させる制御機構と
を具備することを特徴とする成膜装置。 A film forming apparatus for forming a SiO 2 film on an object to be processed,
A vertical processing container that can be held in a vacuum and has a cylindrical shape;
A holding member that holds the object to be processed in a plurality of stages in the processing container;
A heating device provided on the outer periphery of the processing vessel;
A Si source supply mechanism for supplying an aminosilane gas having two amino groups in one molecule into the processing container;
An oxygen-containing gas supply mechanism for supplying an oxygen-containing gas into the processing vessel;
An activation mechanism for activating the oxygen-containing gas to form oxygen radicals;
A film forming apparatus comprising: a control mechanism that alternately supplies the Si source gas and oxygen radicals into the processing container.
前記制御プログラムは、実行時に、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の成膜方法が行われるように、コンピュータに成膜装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。 A computer-readable storage medium storing a control program that runs on a computer,
10. The computer-readable storage, wherein the control program causes a computer to control the film forming apparatus so that the film forming method according to claim 1 is performed at the time of execution. Medium.
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