JP2010263245A - 成膜装置、成膜方法、基板処理装置及び記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転テーブルの回転方向において第1の反応ガス供給手段と第2の反応ガス供給手段との間に分離ガス供給手段を設け、この分離ガス供給手段の前記回転方向両側にて低い天井面を設けることで分離領域Dに前記反応ガスが侵入することを阻止すると共に、前記回転テーブルの回転中心部と真空容器とにより区画した中心部領域から回転テーブルの周縁に向けて分離ガスを吐出し、前記分離領域Dの両側に拡散する分離ガス及び前記中心部領域から吐出する分離ガスと共に前記反応ガスが回転テーブルの周縁と真空容器の内周壁との隙間を介して排気する。
【選択図】図2
Description
前記真空容器内に設けられた回転テーブルと、
この回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置領域と、
前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられ、前記回転テーブルにおける基板の載置領域側の面に夫々第1の反応ガス及び第2の反応ガスを供給するための第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段と、
前記第1の反応ガスが供給される第1の処理領域と第2の反応ガスが供給される第2の処理領域との雰囲気を分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域と、
前記第1の処理領域と第2の処理領域との雰囲気を分離するために真空容器内の中心部に位置し、回転テーブルの基板載置面側に分離ガスを吐出する吐出孔が形成された中心部領域と、
前記分離領域の両側に拡散する分離ガス及び前記中心部領域から吐出する分離ガスと共に前記反応ガスを排気するための排気口と、を備え、
前記分離領域は、分離ガスを供給するための分離ガス供給手段と、この分離ガス供給手段の前記回転方向両側に位置し、当該分離領域から処理領域側に分離ガスが流れるための狭隘な空間を回転テーブルとの間に形成するための天井面と、を備えたことを特徴とする。
前記中心部領域は、例えば回転テーブルの回転中心部と真空容器の上面側とにより区画され、分離ガスがパージされる領域である。また他の例として、前記中心部領域は、真空容器の中心部にて上面及び底面の間に設けた支柱と、この支柱を囲み、鉛直軸回りに回転自在な回転スリーブと、を含み、この場合前記回転スリーブは、回転テーブルの回転軸をなしている。
前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられ、前記回転テーブルにおける基板の載置領域側の面に前記第1の反応ガス及び第2の反応ガスにより生成される反応生成物とは異なる反応生成物を生成するための第3の反応ガス及び第4の反応ガスを夫々供給する第3の反応ガス供給手段及び第4の反応ガス供給手段と、
前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段から夫々第1の反応ガス及び第2の反応ガスを基板の表面に供給して第1の薄膜を成膜するステップと、前記第3の反応ガス供給手段及び前記第4の反応ガス供給手段から夫々第3の反応ガス及び第4の反応ガスを前記基板の表面に供給して第2の薄膜を成膜するステップと、を交互に実行するように制御信号を出力する制御部と、を備えていても良い。この場合において、前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段は、夫々前記第3の反応ガス供給手段及び前記第4の反応ガス供給手段を兼用していても良い。
真空容器内の回転テーブルに基板をほぼ水平に載置し、当該回転テーブルを回転する工程と、
前記回転方向に互いに離れて前記真空容器に設けられた第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段から、前記回転テーブルにおける基板の載置領域側の面に夫々第1の反応ガス及び第2の反応ガスを供給する工程と、
前記回転方向において第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段の間に位置する分離領域に設けられた分離ガス供給手段から分離ガスを供給し、この分離ガス供給手段の前記回転方向両側にて前記回転テーブルに対向する天井面と当該回転テーブルとの間の狭隘な空間に前記分離ガスを拡散させる工程と、
真空容器内の中心部に位置する中心部領域に形成された吐出口から分離ガスを当該回転テーブルの基板載置面側に吐出する工程と、
前記中心部領域からの分離ガス及び前記天井面の下方から拡散した分離ガスと共に反応ガスを排気する工程と、を含むことを特徴とする。
更にまた分離ガスノズル41(42)のガス吐出孔40については、次のような構成としてもよい。
A. 図13(a)に示すように回転テーブル2の直径に対して斜めに向いた横長のスリットからなる多数のガス吐出孔40を、互いに隣接するものの一部同士が前記直径方向に重なるようにして、当該直径方向に間隔をおいて配置した構成。
B. 図13(b)に示すように多数のガス吐出孔40を蛇行ライン状に配列した構成。
C. 図13(c)に示すように回転テーブル2の周縁側に迫る多数の円弧状のスリットからなるガス吐出孔40を前記直径方向に間隔をおいて配列した構成。
A. 図14(a)に示すように凸状部4を角型例えば長方形に形成した構成。
B. 図14(b)に示すように凸状部4を真空容器1の周縁に向かってラッパ状に広がった形状に形成した構成。
C. 図14(c)に示すように凸状部4を、台形の側縁を外側に膨らませた形状であって、長辺側が真空容器1の周縁側に位置している形状に形成した構成。
D. 図14(d)に示すように、凸状部4を回転テーブル2の回転方向上流側(図14では右側が回転方向上流側に相当する)が真空容器1の周縁に向かって広がっている形状に形成した構成。
ウエハを加熱するための加熱手段としては抵抗発熱体を用いたヒータに限られずランプ加熱装置であってもよく、回転テーブル2の下方側に設ける代わりに回転テーブル2の上方側に設けてもよいし、上下両方に設けてもよい。
続いて、回転テーブル2上のウエハWが所定の温度例えば300℃となるようにヒータユニット7の設定温度を調整する。そして、真空容器1内の雰囲気が所定の真空度となるように圧力調整手段(バルブ)65の開度を調整すると共に、図22(b)に示すように、バルブV3、V4を開放して各ノズル31、32から夫々DCSガス及びNH3ガスを所定の流量で供給する。また、各分離領域D、中心部領域C及び回転テーブル2の下方領域にN2ガスを所定の流量で供給する。
続いて、同様に真空容器1内及びノズル31、32の内部領域からDCSガス及びNH3ガスが排気されるように、バルブV3、V4を閉じると共に、圧力調整手段65により真空容器1を引き切りの状態にする。その後、同様に反応ガスをBTBASガス及びO3ガスに切り替えて、このシリコン窒化膜の上層にシリコン酸化膜を成膜する。
こうして図23に示すように、ウエハWに、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜が下側からこの順番で積層されたいわゆるONO膜と呼ばれる絶縁膜である積層膜200が形成される。この積層膜200は、例えばウエハW上に成膜されたゲート絶縁膜の上層に積層されるが、この図23では省略して示している。
この例においては、ウエハWに吸着した上記の各反応ガスと反応する反応ガスとしてはどちらもO3ガスが用いられるので、第2の反応ガスノズル32の上流側には、第2の反応ガスであるO3ガスが貯留された第2のガス供給源122が接続されている。
尚、第1のガス供給路110及び第2のガス供給路120から供給される各反応ガスは、実際には各々の供給路110、120の上流側が例えば複数本に分岐して各々の反応ガスが貯留されたガス供給源に接続されて、これらの複数のガス供給源から供給されるように構成されているが、上記の図21及び図24では必要のないガス供給源については描画を省略している。
始めに、BTBASガスを用いた上記のALD(MLD)プロセスについて再度述べておく。先ず、図25(a)に示すように、例えば第1の処理領域P1においてウェハW上にBTBASガスが吸着し、次いで同図(b)に示すように、第2の処理領域P2においてO3ガスによりウェハW上のBTBASガスが酸化され、同図(c)に示すように酸素とBTBASガス中のシリコンとを含む反応生成物がウェハW上に生成すると共に、BTBASガスから不純物例えば有機物が副生成ガスとして脱離していく。そして、この反応生成物がウェハW上に面内に亘って形成されることによって既述のシリコン酸化膜が成膜され、こうしてBTBASガスの吸着と酸化とが繰り返されることによりシリコン酸化膜が積層されていくことになる。
(実施例1:成膜速度確認実験)
先ず、処理ガスとしてBTBASガスとジイソプロピルアミノシランガスとを用いた場合の成膜速度を比較すると共に、ジイソプロピルアミノシランガスを用いた場合において、成膜速度に対するガス流量、処理圧力及び成膜温度の各依存性を確認する実験を行った。実験条件は各実施例1−1〜1−9毎に、以下の表1に示す条件で行った。
(表1)
実施例1−1はBTBASガスを用いた場合に成膜速度が最も高くなる条件で行った実験である。尚、いずれの実施例1−1〜1−9においても回転テーブル2の回転数は240rpmとした。
次に、上記の実施例1よりも更に処理圧力を高めて実験を行った。実験条件を以下の表2に示す。
(表2)
実施例1−1と同様に、実施例2−1としてBTBASガスの結果を併記する。尚、反応ガスの流量や処理圧力を増やすにあたって、O3ガスの流量や真空容器1の中央部に対して分離ガス供給管51及びパージガス供給管72から夫々供給する窒素ガスの流量についても増やしてある。また、いずれの実験においても成膜温度は350℃、回転テーブル2の回転数は240rpmとした。
次に、ウェハWの表面にアスペクト比(=30)の極めて大きな凹部(開口部)を含むパターン(開口深さ:10μm、開口幅:0.3μm)を形成し、このウェハWに対して薄膜の埋め込み特性を確認する実験を行った。この実験では、図29に示すように、ウェハW上に成膜された薄膜の膜厚について、ウェハWの表面における凹部以外の部位の膜厚をtT、凹部の側壁面における膜厚をtS、凹部即ち凹底面における膜厚をtBとした。そして、通常であれば凹部内へは薄膜を埋め込みにくい(膜厚が薄くなる)ことから、凹部以外の膜厚tTに対する凹部側壁面の膜厚tS及び凹部底面の膜厚tBの割合(側壁膜厚比RS=tS÷tT×100、底面膜厚比RB=tB÷tT×100)を計算して、凹部への埋め込み特性の評価の指標として用いた。この時の実験条件を以下の表3に示す。尚、既述の図29については、凹部や薄膜の各寸法について模式的に示している。
(表3)
また、実施例3−1〜3−3の各々について、回転テーブル2の回転数を30、60、120、240rpmとして夫々実験を行った。また、いずれの条件においてもO3ガスの濃度及び流量は夫々300g/Nm3及び10slm、成膜温度は350℃とした。
この結果、実施例3−1(BTBASガス)では回転テーブル2の回転数が速くなる程、凹部の側壁面及び凹部底面における膜厚比RS、RBが小さくなって埋め込み特性が悪化しており、240rpmでは38%程度まで減少していた。一方、実施例3−2、3−3においても同様の傾向が見られたが、240rpmでは夫々50%及び55%程度に留まっていた。そのため、BTBASガスよりもジイソプロピルアミノシランガスを用いた方が良好な埋め込み特性が得られることが分かった。また、実施例3−2、3−3の結果から、処理圧力が高くなる程埋め込み特性が向上することが分かった。尚、実施例3−1の回転数が30rpmの結果では、凹部の底面側において両側面側から成長した薄膜同士が繋がっていたため、見かけ上底面の膜厚tBが厚くなっていた。この時得られた膜厚比Rをまとめたものを図33に示す。図33では、得られた膜厚比Rとして、側壁膜厚比RS及び底面膜厚比RBのうち、小さい方の値をプロットしている。
続いて、成膜後の薄膜のウェットエッチング特性を評価した実験について説明する。実施例4−1〜4−9として、既述の実施例1と同じ条件にて成膜したシリコン酸化膜について、1重量%の希沸酸水溶液に浸析してウェットエッチングレートを求めた。尚、参考例4−1、4−2として、夫々950℃の処理温度にて得られた熱酸化膜及び780℃にてジクロロシランガスとHigh Temp. Oxide(N2O)とを用いたCVD法により成膜したシリコン酸化膜についての結果を示す。この実験結果を図34に示す。尚、この図34では、参考例4−1の熱酸化膜について得られた値を1として各々の結果を規格化した値を示している。
次に、成膜後のシリコン酸化膜がどの程度緻密化しているかを評価する実験を行った。既述のように、反応ガス中に含まれる有機物が大きいと、シリコン酸化膜が疎になり、成膜後のアニール処理によりシリコン酸化膜が大きく収縮(シュリンク)する。このような収縮が大きいと、パターン倒れの原因となるため好ましくない。そこで、実施例5−1〜5−9について既述の実施例1と同様にシリコン酸化膜を成膜し、各々のウェハWに対して窒素雰囲気中で850℃のアニール処理を行ってアニール処理前後における膜厚の収縮率を求めた。この結果を図35に示す。尚、参考例5−1として参考例4−2と同様にCVD法により成膜したシリコン酸化膜について得られた結果を示す。
この結果から、ジイソプロピルアミノシランガスを用いることにより、BTBASガスを用いるよりも収縮率が減少し、従って緻密なシリコン酸化膜が形成されていることが分かる。
この実験では、成膜後のシリコン酸化膜中に含まれる不純物(水素、窒素、炭素)について、SIMS(二次イオン質量分析法)を用いて膜厚方向において50nmの深さに亘って測定した。尚、成膜時の処理圧力及び回転テーブル2の回転数は、夫々1.07kPa(8Torr)、240rpmとした。
この実験の結果、図36に示すように、ジイソプロピルアミノシランガスを用いることによって、水素、窒素及び炭素のいずれについてもBTBASガスを用いた場合よりも減少しており、窒素及び炭素についてはBTBASガスよりも大きく減少していた。また、ジイソプロピルアミノシランガスの場合には、成膜温度を高くするにつれて水素及び窒素については減少量が増えることが分かった。
W ウエハ
11 天板
12 容器本体
15 搬送口
2 回転テーブル
21 コア部
24 凹部(基板載置領域)
31 第1の反応ガスノズル
32 第2の反応ガスノズル
P1 第1の処理領域
P2 第2の処理領域
D 分離領域
C 中心部領域
4 凸状部
41、42 分離ガスノズル
44 第1の天井面
45 第2の天井面
5 突出部
51 分離ガス供給管
6 排気領域
61、62 排気口
7 ヒータユニット
72〜75 パージガス供給管
81 支柱
82 回転スリーブ
Claims (19)
- 真空容器内にて互いに反応する少なくとも2種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置において、
前記真空容器内に設けられた回転テーブルと、
この回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置領域と、
前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられ、前記回転テーブルにおける基板の載置領域側の面に夫々第1の反応ガス及び第2の反応ガスを供給するための第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段と、
前記第1の反応ガスが供給される第1の処理領域と第2の反応ガスが供給される第2の処理領域との雰囲気を分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域と、
前記第1の処理領域と第2の処理領域との雰囲気を分離するために真空容器内の中心部に位置し、回転テーブルの基板載置面側に分離ガスを吐出する吐出孔が形成された中心部領域と、
前記真空容器内を排気するために当該真空容器に設けられた排気口と、を備え、
前記分離領域は、分離ガスを供給するための分離ガス供給手段と、この分離ガス供給手段から供給された分離ガスが前記回転方向に沿って当該分離領域から処理領域側に流れるための狭隘な空間を回転テーブルとの間に形成するための天井面と、を含み、
前記天井面は、前記真空容器の外縁に向かって前記回転方向に沿った幅が広くなるように構成され、
前記回転テーブルから前記天井面までの高さ寸法が前記第1処理領域及び前記第2の処理領域の各高さ寸法よりも小さいことを特徴とする成膜装置。 - 前記天井面は、平面方向の形状が扇型に形成されていることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記分離領域において狭溢な空間を形成する天井面は、前記回転テーブルが回転するとき前記回転テーブルの基板載置領域に載置された前記基板の中心が通る経路に対応する円弧に沿って50mm以上の長さを有することを特徴とする請求項1または2に記載の成膜装置。
- 前記分離ガス供給手段は、前記真空容器の周壁から前記回転テーブルの回転中心に向かう方向に延び、前記分離領域の両側に位置する前記第1の処理領域及び前記第2の処理領域を分離する前記分離ガスを供給する分離ガスノズルを含むことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の成膜装置。
- 前記分離領域は、当該分離領域の天井面から離間すると共に前記容器の周壁から前記回転テーブルの回転中心に向かう方向に延び、分離ガスを供給する分離ガスノズルを含み、前記回転方向に沿って当該分離領域の両側に位置する前記第1の領域及び前記第2の領域夫々に供給される前記第1の反応ガス及び前記第2の反応ガスが前記分離領域に入るのを阻止するためのものであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一つに記載の成膜装置。
- 前記分離領域において、前記回転テーブルの外縁と前記容器の内周面との間に介在するように設けられる部材を更に備え、
当該部材と前記回転テーブルの外縁との間の隙間は、前記第1の反応ガス及び前記第2の反応ガスが当該隙間に入るのを阻止することができるように設定されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一つに記載の成膜装置。 - 前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段の夫々から前記回転テーブルの回転方向に沿って離間して設けられ、前記回転テーブルにおける基板の載置領域側の面に対して第3の反応ガスを供給する第3の反応ガス供給手段を更に備えることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一つに記載の成膜装置。
- 前記第1の反応ガス供給手段、前記第2の反応ガス供給手段及び前記第3の反応ガス供給手段の夫々から前記回転テーブルの回転方向に沿って離間して設けられ、前記回転テーブルにおける基板の載置領域側の面に対して第4の反応ガスを供給する第4の反応ガス供給手段を更に備えることを特徴とする請求項7に記載の成膜装置。
- 前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段から夫々第1の反応ガス及び第2の反応ガスを基板の表面に供給して第1の薄膜を成膜するステップと、前記第3の反応ガス供給手段及び前記第4の反応ガス供給手段から夫々前記第3の反応ガス及び前記第4の反応ガスを前記基板の表面に供給して第2の薄膜を成膜するステップと、を交互に実行するように制御信号を出力する制御部を更に備えることを特徴とする請求項8に記載の成膜装置。
- 前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段は、夫々前記第3の反応ガス供給手段及び前記第4の反応ガス供給手段を兼用していることを特徴とする請求項8または9に記載の成膜装置。
- 前記中心部領域は、前記回転テーブルの回転中心部と前記真空容器の上面側とにより区画され、分離ガスがパージされることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか一つに記載の成膜装置。
- 内部に基板搬送手段が配置された真空搬送室と、この真空搬送室に気密に接続された請求項1ないし11のいずれか一つに記載の成膜装置と、前記真空搬送室に気密に接続され、真空雰囲気と大気雰囲気との間で雰囲気が切り替え可能な予備真空室と、を備えた基板処理装置。
- 互いに反応する少なくとも2種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜方法において、
前記真空容器内に回転可能に設けられた回転テーブルに基板を載置する工程と、
前記基板が載置された回転テーブルを回転する工程と、
第1の反応ガス供給手段から前記回転テーブルへ第1の反応ガスを供給する工程と、
前記回転テーブルの回転方向に沿って前記第1の反応ガス供給手段から離れた第2の反応ガス供給手段から前記回転テーブルへ第2の反応ガスを供給する工程と、
前記第1の反応ガス供給手段から前記第1の反応ガスが供給される第1の処理領域と前記第2の反応ガス供給手段から前記第1の反応ガスが供給される第2の処理領域との間に位置する分離領域に設けられた分離ガス供給手段から、前記分離領域の天井面と前記回転テーブルとの間に形成される狭溢な空間の圧力が前記第1の処理領域及び前記第2の処理領域の圧力よりも高く維持されるように、分離ガスを流す工程と、
前記真空容器の中心部に位置する中心部領域に形成される吐出孔から分離ガスを供給する工程と、
前記真空容器を排気する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。 - 前記排気する工程において、一の排気口から前記第1の反応ガスが実質的に専ら排気され、他の排気口から前記第2の反応ガスが実質的に専ら排気されることを特徴とする請求項13に記載の成膜方法。
- 前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段の夫々から前記回転テーブルの回転方向に沿って離間して設けられる第3の反応ガス供給手段から前記回転テーブルにおける基板の載置領域側の面に対して第3の反応ガスを供給する工程を更に含むことを特徴とする請求項13または14に記載の成膜方法。
- 前記第1、前記第2及び前記第3の反応ガス供給手段の夫々から前記回転テーブルの回転方向に沿って離間して設けられる第4の反応ガス供給手段から前記回転テーブルにおける基板の載置領域側の面に対して第4の反応ガスを供給する工程を更に含むことを特徴とする請求項15に記載の成膜方法。
- 前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段から夫々第1の反応ガス及び第2の反応ガスを基板の表面に供給して第1の薄膜を成膜するステップと、
前記第3の反応ガス供給手段及び前記第4の反応ガス供給手段から、夫々前記第3の反応ガス及び前記第4の反応ガスを前記基板の表面に供給して第2の薄膜を成膜するステップと、を交互に実行する工程を行うことを特徴とする請求項16に記載の成膜方法。 - 前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段は、夫々前記第3の反応ガス供給手段及び前記第4の反応ガス供給手段を兼用していることを特徴とする請求項16または17に記載の成膜方法。
- 真空容器内にて、互いに反応する少なくとも2種類の反応ガスを順番に基板に供給するサイクルを実行して反応生成物の層を当該基板上に生成することにより膜を堆積する成膜装置に用いられるプログラムを記憶する記憶媒体であって、
前記プログラムは、請求項13ないし18のいずれか一項の成膜方法を前記成膜装置に実施させるステップ群を備えることを特徴とするコンピュータ可読記憶媒体。
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