JP2009188430A - 酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 大気圧近傍の圧力条件でのCVD法により基板Sの表面に酸化膜を形成する装置において、シリコン含有ガスからなる原料ガス(A)、酸化性ガスからなる反応ガス(B)、H2Oガス(C)という3成分のプロセスガスを供給するガス供給源3A,3B,3Cと、放電処理部1とを備える。放電処理しない原料ガス(A)に、放電処理部1にて放電処理した反応ガス(B)を基板S表面付近で混合すると共に、放電処理した又は放電処理しないH2Oガス(C)を添加することによって、常圧下でのCVD法において、膜質・カバレージ性が良好な酸化膜を速い成膜速度で形成する。
【選択図】 図1
Description
Si(OCH3)4]/[O2]系の低圧プラズマ法、またはTEOS[テトラエトキシシラン:Si(OC2H5)4]/[O3]系の常圧熱CVD法が主体である。しかしながら、これらの成膜方法では、良好な膜質(残存炭素及び残存OHなどの低減)と良好なカバレージ性の両立において改善すべき点がある。
O2系ガスでCVD法による成膜を実験的に行ったところ、TEOS/O3系の常圧熱CVD法と比べて成膜速度・膜質は改善されたものの、依然として十分に満足できるような結果は得られなかった。これは、プラズマの発生方法が低圧と異なることがあり、低圧でのプラズマCVDのパラメータをそのまま常圧下の処理に適用できないことによる。特に、電圧印加側の電極にかける数百kHzの高周波電力により、膜質・膜のストレスを抑制することは常圧下では困難であることが要因と考えられる。
その具体的な構成を以下に示す。
また、前記反応ガス(B)としては、O2 、N2O等の酸化性ガスを使用することができる。
TMP、TEP等のリン含有ガス、TMB、TEB等のボロン含有ガス(D)を混合すれば、Pドープシリコン酸化膜、Bドープシリコン酸化膜、B,Pドープシリコン酸化膜等を形成することができる。これらの酸化膜は、非ドープのシリコン酸化膜に比較して応力を大幅に低減することができるため、厚膜を形成する場合に極めて有効である。また、イオンのゲッタリング効果を奏するため、保護膜としても有効である。
ここで、基板載置部が移動する構成としてもよく、放電処理部が移動する構成としてもよく、それら両者が移動する構成としてもよい。
104Paの圧力下を指す。中でも、圧力調整が容易で、装置構成が簡便になる9.331×104〜10.397×104Paの範囲が好ましい。
前記プラズマを発生させる電極の材質としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム等の金属単体、ステンレス、真鍮等の合金あるいは金属間化合物等などが挙げられる。電極は、電界集中によるアーク放電の発生を避けるために、プラズマ空間(電極間)の距離が一定となる構造であることが好ましい。より好ましくは平行平板型の対向電極である。
原料ガス(A)としては、TMOS、MTMOS等のシリコン含有ガスを使用することができる。また、反応ガス(B)としては、O2、N2O等の酸化性ガスを使用することができる。
B(OCH2CH3)3)等のボロン含有ガス(D)というプロセスガスを原料ガス(A)と混合して使用してもよい。
TMP、TEP等のリン含有ガス、TMB、TEB等のボロン含有ガス(D)を混合すれば、Pドープシリコン酸化膜、Bドープシリコン酸化膜、B,Pドープシリコン酸化膜等を形成することができる。これらの酸化膜は、非ドープのシリコン酸化膜に比較して応力を大幅に低減することができるため、厚膜を形成する場合に極めて有効である。また、イオンのゲッタリング効果を奏するため、保護膜としても極めて有効である。
図1は本発明の実施形態の構成を模式的に示す図である。
対向電極10の電圧印加電極11と接地電極12とは、所定の間隔をあけて互いに平行となるように対向配置されており、これら電圧印加電極11と接地電極12との間に放電空間Dが形成される。
電圧印加電極2及び接地電極3の各表面はそれぞれ固体誘電体(図示せず)によって被覆されている。
そして、ガス供給状態で電圧印加電極11と接地電極12との間に電源13からの電界(パルス電界)を印加することにより、電圧印加電極11と接地電極12との間にグロー放電プラズマ(常圧プラズマ)が発生し、プロセスガスが放電処理される。
その放電処理されたプロセスガスはガス噴出口1bから基板Sに向けて噴き出す。このガス噴出口1bは、搬送される基板Sを横切るスリット状に形成されており、その長さは、対向電極10の長さと略同一としてある。
なお、図7に示す放電処理部1では、2枚の電極からなる対向電極を設けているが、これに限られることなく、3枚もしくはそれ以上の電極からなる対向電極を備えた放電処理部を用いてもよい。
ガス通過路20は、必ずしも対向平板21,22で画成される必要はない。筒体によって画成されてもよいし、図9における二つの放電処理部1,1の内側電極によって画成されてもよい。内側電極をともに、電圧印加電極11,又は接地電極12に統一しておけば、ガス導入部2で放電は生じない。又、内側電極は電圧印加電極とする方が、漏電対策が容易で好ましい。
図2は本発明の他の実施形態の構成を模式的に示す図である。
図3は本発明の別の実施形態の構成を模式的に示す図である。
図4は本発明の更に別の実施形態の構成を模式的に示す図である。
図5は本発明の更に別の実施形態の構成を模式的に示す図である。
図6は本発明の更に別の実施形態の構成を模式的に示す図である。
また、プロセスガス(D)として、TMP以外に、TEP、TMB、TEBを使用してもよい。
[装置構成]
まず、この実施例1に用いる装置は、図5に示す構造の具体例であって、図9に示すように、放電処理部1、ガス導入部2及び放電処理部1が、この順番で一方向に互いに隣接した状態で連設されている。2つの放電処理部1,1には、ガスの流動方向の上流側にそれぞれガス整流部5A及び5Cが接続されている。また、中央のガス導入部2にはガス整流部5Bが接続されている。さらに、各放電処理部1,1の側方(図中左方及び右方)にそれぞれ排気機構6,6が配置されている。
基板載置部7は一方向に又は両方向に移動するので、基板載置部7に載置された基板Sは、片道搬送又は往復搬送されるようになっている。また、放電処理部1,1の下端は、基板Sに近接するよう配置してあり、放電処理部1,1と基板表面との距離は、0.5〜30mmに設定される。0.5mm未満とすると、基板搬送時に放電処理部1,1に接触する虞れがあり、30mmを超過すると、常圧プラズマが逸散して成膜効率が大幅に低下する。特には、2〜10mmに設定するのが好ましい。
・基板:Siウェーハ(8inch、アルミニウム配線形成品)、基板載置部7にセットした状態で搬送
・基板温度:350℃
・ガス流条件
処理雰囲気:大気圧
ガス整流部5A:O2=10SLM、H2O=0.5g/min、H2OのキャリアガスとしてのN2=2SLM
ガス整流部5B:TMOS=0.2g/min、TMOSのキャリアガスとしてのN2=10SLM
ガス整流部5C:O2=10SLM、H2O=0.5g/min、H2OのキャリアガスとしてのN2=2SLM
・放電条件:パルス周波数=10kHz、印加電圧Vpp=20kV
・基材−放電処理部間距離=4mm
・基板の搬送速度:200mm/min
以上の装置構成・条件にて、基板Sの表面に成膜を行ったところ、1800Å/minの成膜速度でSiO2膜を得ることができた。また、成膜処理後のカバレージ性及び膜質を下記の方法で評価した。その評価結果(成膜速度含む)及び処理条件を下記の表1に示す。
図10に示すように、アルミニウム配線Wから離れた場所のx点の膜厚(SiO2の膜厚)と、2本のアルミニウム配線W,W間のy点の膜厚をそれぞれ計測し、それら膜厚の比([y点の膜厚]/[x点の膜厚])を求めて評価を行う。
耐圧(1×10-7A/cm2)となる電界強度を計測し、その計測結果から評価を行う。電界強度=3MV/cm以上を良好と評価する。
下記の表1に示すように、H2Oを添加しないこと以外は実施例1と同じとして、基材Sの表面にSiO2膜を成膜したところ、成膜速度は1900Å/minで略同等であった。また、成膜処理後のカバレージ性及び膜質を実施例1と同じ方法で評価した。その評価結果(成膜速度含む)を下記の表1に示す。
しかし、TEOS/O3系の常圧熱CVD法によって、実施例1と略同一の処理条件で、基板Sの表面にSiO2膜を成膜したところ、成膜速度は1000Å/min、耐圧は1.7MV/cmであった。
よって、実施例1及び比較例1の何れにあっても、TEOS/O3系の常圧熱CVD法と比較すれば、膜質、成膜速度ともに格段に向上することがわかった。
下記の表1に示すように、実施例1に対してH2Oの添加量を0.05g/minに減量したこと以外は、実施例1と同じとして、基材Sの表面に成膜を行ったところ、1800Å/minの成膜速度でSiO2膜を得ることができた。また、成膜処理後のカバレージ性及び膜質を実施例1と同じ方法で評価した。その評価結果(成膜速度含む)を下記の表1に示す。
下記の表1に示すように、実施例1に対してTMOSの量を0.1g/minに減量し、H2Oの添加量を1.5g/minに増量したこと以外は、実施例1と同じとして基材Sの表面に成膜を行ったところ、1400Å/minの成膜速度でSiO2膜を得ることができた。また、成膜処理後のカバレージ性及び膜質を実施例1と同じ方法で評価した。その評価結果(成膜速度含む)を下記の表1に示す。
下記の表1に示すように、実施例1に対してTMOSの量を1.5g/minに増量し、さらにH2Oの添加量も1.0g/minに増量したこと、及び、基板の搬送速度を倍の400mm/minにしたこと以外は、実施例1と同じとして基材Sの表面に成膜を行ったところ、4800Å/minという非常に速い成膜速度でSiO2膜を得ることができた。また、成膜処理後のカバレージ性及び膜質を実施例1と同じ方法で評価した。その評価結果(成膜速度含む)を下記の表1に示す。
下記の表1に示すように、原料をMTMOSに変更したこと以外は、実施例1と同じとして基材Sの表面に成膜を行ったところ、1700Å/minの成膜速度でSiO2膜を得ることができた。また、成膜処理後のカバレージ性及び膜質を実施例1と同じ方法で評価した。その評価結果(成膜速度含む)を下記の表1に示す。
下記の表1に示すように、O2をN2Oに変更したこと以外は、実施例1と同じとして、基材Sの表面に成膜を行ったところ、1600Å/minの成膜速度でSiO2膜を得ることができた。また、成膜処理後のカバレージ性及び膜質を実施例1と同じ方法で評価した。その評価結果(成膜速度含む)を下記の表1に示す。
下記の表2に示すように、実施例1に対して、ガス整流部5A及びガス整流部5Cの各O2量をそれぞれ2SLMに減量し、ガス整流部5A及びガス整流部5Cの各N2量(キャリアガス量)をそれぞれ10SLMに増量したこと以外は、実施例1と同じとして基材Sの表面にSiO2膜を成膜したところ、成膜速度は900Å/minに低下した。また、成膜処理後のカバレージ性及び膜質を実施例1と同じ方法で評価した。その評価結果(成膜速度含む)を下記の表2に示す。
図9のガス整流部5A〜5Cのガス流調整を以下の条件としたこと以外は、実施例1と同じとして基材Sの表面に成膜を行ったところ、1800Å/minの成膜速度で
SiO2膜を得ることができた。また、成膜処理後のカバレージ性及び膜質を実施例1と同じ方法で評価した。その評価結果(成膜速度含む)下記の表2に示す。
・ガス整流部5B:TMOS=0.2g/min、TMOSのキャリアガスとしての
N2=10SLM、H2O=1.0g/min
この実施例7の結果から、H2Oに放電処理を行わなくても、TMOSへH2Oを添加し、O2を増量することで、実施例1とほぼ同等の性能(成膜速度・膜質・カバレージ)を確保できることがわかる。
基板温度、基材−放電処理部間距離を以下の条件としたこと以外は実施例1と同じとし、幅150nm、深さ400nmの開口部を有するアルミニウム配線パターンを形成した基材Sの表面に成膜を行ったところ、1500Å/minの成膜速度でSiO2膜を得ることができた。また、上記開口部を略完全に埋め込むことができた。
・基材−放電処理部間距離=3mm
この実施例8の結果から、本発明の酸化膜形成方法によれば、極めて狭小な開口部にも十分な膜厚を有する酸化膜を形成できることがわかる。
1a ガス導入口
1b ガス噴出口
10 対向電極
11 電圧印加電極
12 接地電極
13 電源
2 ガス導入部
2a ガス導入口
2b ガス噴出口
20 ガス通過路
21,22 対向平板
3A プロセスガス供給源(TMOS)
3B プロセスガス供給源(O2)
3C プロセスガス供給源(H2O)
3BC 混合ガス供給源(O2+H2O)
3AB 混合ガス供給源(TMOS+O2)
5A,5B,5C ガス整流部
6 排気機構
7 基板載置部
Claims (12)
- 大気圧近傍の圧力条件でのCVD法により基板の表面に酸化膜を形成する装置であって、原料ガス(A)、反応ガス(B)、H2Oガス(C)という3成分のプロセスガスを供給するガス供給源と、放電処理部を備え、前記3成分のプロセスガスのうち、前記反応ガス(B)を放電処理部にて放電処理を行い、その放電処理をした反応ガス(B)に、原料ガス(A)及び前記H2Oガス(C)を放電処理せずに、基板表面付近で混合するように構成されていることを特徴とする酸化膜形成装置。
- 大気圧近傍の圧力条件でのCVD法により基板の表面に酸化膜を形成する装置であって、原料ガス(A)、反応ガス(B)、H2Oガス(C)という3成分のプロセスガスを供給するガス供給源と、放電処理部を備え、前記3成分のプロセスガスのうち、前記反応ガス(B)と前記H2Oガス(C)とをそれぞれ個別の放電処理部にて放電処理を行い、それら放電処理をした反応ガス(B)及びH2Oガス(C)に、前記原料ガス(A)を放電処理せずに、基板表面付近で混合するように構成されていることを特徴とする酸化膜形成装置。
- 大気圧近傍の圧力条件でのCVD法により基板の表面に酸化膜を形成する装置であって、原料ガス(A)、反応ガス(B)、H2Oガス(C)という3成分のプロセスガスを供給するガス供給源と、放電処理部を備え、前記3成分のプロセスガスのうち、前記反応ガス(B)と前記H2Oガス(C)とを混合した混合ガスを放電処理部にて放電処理を行い、その放電処理をした混合ガスに、前記原料ガス(A)を放電処理せずに、基板表面付近で混合するように構成されていることを特徴とする酸化膜形成装置。
- 大気圧近傍の圧力条件でのCVD法により基板の表面に酸化膜を形成する装置であって、原料ガス(A)、反応ガス(B)、H2Oガス(C)という3成分のプロセスガスを供給するガス供給源と、放電処理部を備え、前記3成分のプロセスガスのうち、前記反応ガス(B)を放電処理部にて放電処理を行い、その放電処理をした反応ガス(B)に、前記原料ガス(A)と前記H2Oガス(C)との混合ガスを放電処理せずに、基板表面付近で混合するように構成されていることを特徴とする酸化膜形成装置。
- CVD法に使用するプロセスガスのうち、前記反応ガス(B)の量が前記プロセスガス全体の50重量%以上であり、かつ、前記原料ガス(A)と前記H2Oガス(C)との重量比[原料ガス(A)/H2Oガス(C)]が1/100〜1/0.02であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の酸化膜形成装置。
- 基板を載置する基板載置部と前記放電処理部とを相対的に一方向に又は両方向に移動させることにより、基板を相対的に片道搬送又は往復搬送できるようにするとともに、その基板搬送経路の途中に前記放電処理しないプロセスガスのガス噴出口を配置し、そのガス噴出口の基板搬送方向に対して前方部及び後方部に前記放電処理したプロセスガスのガス噴出口を配置したことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の酸化膜形成装置。
- 前記基板搬送方向に対して前方部及び後方部に配置したガス噴出口から噴出される前記放電処理したプロセスガスは、同一のプロセスガスであることを特徴とする請求項6に記載の酸化膜形成装置。
- 前記放電処理したプロセスガスのガス噴出口の基板搬送方向に対してさらに前方部及び後方部に、反応後のガスを排出する排気機構の排気口を配置したことを特徴とする請求項6又は7のいずれかに記載の酸化膜形成装置。
- 大気圧近傍の圧力条件でのCVD法により基板の表面に酸化膜を形成する方法であって、原料ガス(A)、反応ガス(B)、H2Oガス(C)という3成分のプロセスガスを使用し、それら3成分のプロセスガスのうち、前記反応ガス(B)を放電処理し、その放電処理をした反応ガス(B)に、放電処理をしていない前記原料ガス(A)及び前記H2Oガス(C)を基板表面付近で混合することを特徴とする酸化膜形成方法。
- 大気圧近傍の圧力条件でのCVD法により基板の表面に酸化膜を形成する方法であって、原料ガス(A)、反応ガス(B)、H2Oガス(C)という3成分のプロセスガスを使用し、それら3成分のプロセスガスのうち、前記反応ガス(B)と前記H2Oガス(C)とをそれぞれ個別に放電処理し、それら放電処理をした反応ガス(B)及びH2Oガス(C)に、放電処理をしていない前記原料ガス(A)を基板表面付近で混合することを特徴とする酸化膜形成方法。
- 大気圧近傍の圧力条件でのCVD法により基板の表面に酸化膜を形成する方法であって、原料ガス(A)、反応ガス(B)、H2Oガス(C)という3成分のプロセスガスを使用し、それら3成分のプロセスガスのうち、前記反応ガス(B)と前記H2Oガス(C)とを混合した混合ガスを放電処理し、その放電処理をした混合ガスに、放電処理をしていない前記原料ガス(A)を基板表面付近で混合することを特徴とする酸化膜形成方法。
- 大気圧近傍の圧力条件でのCVD法により基板の表面に酸化膜を形成する方法であって、原料ガス(A)、反応ガス(B)、H2Oガス(C)という3成分のプロセスガスを使用し、それら3成分のプロセスガスのうち、前記反応ガス(B)を放電処理し、その放電処理をした反応ガス(B)に、放電処理をしていない前記原料ガス(A)と前記H2Oガス(C)との混合ガスを基板表面付近で混合することを特徴とする酸化膜形成方法。
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