JP2022055633A - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高密度な膜を凸部上に選択的に形成できる技術を提供する。【解決手段】本開示の一態様による成膜方法は、表面に凸部を有する基板であり、前記凸部は側面及び上面を有する基板を準備する工程と、前記側面及び前記上面を含む領域に膜を堆積させる工程と、前記膜をプラズマに曝露して前記側面よりも前記上面に堆積した前記膜を高密度化する工程と、少なくとも前記側面に堆積した前記膜を除去することにより、前記上面に選択的に膜を形成する工程と、を有する。【選択図】図１
Description
本開示は、成膜方法及び成膜装置に関する。
側壁及び上端部を有する凸部に対して堆積及びエッチングを少なくとも一度繰り返し、凸部の上端部に選択的に膜を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
本開示は、高密度な膜を凸部上に選択的に形成できる技術を提供する。
本開示の一態様による成膜方法は、表面に凸部を有する基板であり、前記凸部は側面及び上面を有する基板を準備する工程と、前記側面及び前記上面を含む領域に膜を堆積させる工程と、前記膜をプラズマに曝露して前記側面よりも前記上面に堆積した前記膜を高密度化する工程と、少なくとも前記側面に堆積した前記膜を除去することにより、前記上面に選択的に膜を形成する工程と、を有する。
本開示によれば、高密度な膜を凸部上に選択的に形成できる。
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
〔成膜方法〕
図１及び図２を参照し、実施形態の成膜方法の一例について説明する。
図１及び図２を参照し、実施形態の成膜方法の一例について説明する。
まず、図２（ａ）に示されるように、表面に凸部１１０を有する基板１００を準備する（準備工程Ｓ１１）。基板１００は、例えばシリコンウエハ等の半導体ウエハであってよい。凸部１１０は、側面１１１及び上面１１２を有する。凸部１１０は、例えばトレンチの凸部であってよい。
続いて、図２（ｂ）に示されるように、準備工程Ｓ１１において準備した基板１００の凸部１１０の側面１１１及び上面１１２を含む領域に膜１２０を堆積させる（堆積工程Ｓ１２）。堆積工程Ｓ１２では、凸部１１０の側面１１１よりも上面１１２に厚く膜１２０を堆積させることが好ましい。これにより、後述するエッチング工程Ｓ１４において、低密度膜１２１の除去が容易になる。凸部１１０の側面１１１よりも上面１１２に厚く膜１２０を堆積させる方法としては、例えば化学気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）や原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）により供給律速状態で膜１２０を堆積させる方法を好適に利用できる。供給律速状態とは、処理容器内へ供給する原料ガスの流量が非常に少ない領域であって、成膜速度が原料ガスの供給量に主に支配される状態を意味する。例えば、原料ガスの供給量を少なくし、処理温度を高くすることにより、供給律速状態を実現できる。膜１２０は、例えばプラズマに曝露することで高密度化する膜である。膜１２０としては、例えば珪素（Ｓｉ）又は金属を含有する酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜が挙げられるがこれに限定されない。膜１２０の具体例としては、ＴｉＮ、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＳｎＯ、ＮｂＯ、ＭｏＯ、ＶＯ、ＷＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＣＮが挙げられる。原料ガスは、堆積する膜１２０の種類に応じて選択される。例えば、Ｓｉ酸化物膜を堆積させる場合、原料ガスはＳｉ含有ガスと酸化ガスとを含む。例えば、Ｓｉ窒化物膜を堆積させる場合、原料ガスはＳｉ含有ガスと窒化ガスとを含む。例えば、Ｓｉ炭化物膜を堆積させる場合、原料ガスはＳｉ含有ガスと炭化ガスとを含む。同様に、例えば金属酸化物膜、金属窒化物膜及び金属炭化物膜を堆積させる場合、原料ガスは金属含有ガスと、酸化ガス、窒化ガス及び炭化ガスと、を含む。金属含有ガスの具体例としては、ＴｉＣｌ４、ＨｆＣｌ４、ＺｒＣｌ４、ＡｌＣｌ３、ＴＤＭＡ－Ｔｉ／Ｈｆ／Ｚｒ、ＴＤＥＡＴ－Ｔｉ／Ｈｆ／Ｚｒ、ＴＥＭＡＴ－Ｔｉ／Ｈｆ／Ｚｒが挙げられる。なお、図２（ｂ）では隣接する凸部１１０間の領域である底面部１１３に膜１２０を堆積させない例を示しているが、底面部１１３に膜１２０を堆積させても良い。
続いて、図２（ｃ）に示されるように、膜１２０をプラズマに曝露して凸部１１０の側面１１１よりも上面１１２に堆積した膜１２０を高密度化する（高密度化工程Ｓ１３）。プラズマに含まれるイオンは基板１００の表面及び凸部１１０の上面１１２に垂直な方向に指向性をもって入射するので、凸部１１０の上面１１２が選択的に改質されて高密度化される。これにより、凸部１１０の側面１１１には高密度化されていない低密度膜１２１が残存し、凸部１１０の上面１１２には高密度化された高密度膜１２２が形成される。プラズマの発生方法としては、例えば容量結合プラズマを利用できる。容量結合プラズマを利用する場合のプラズマの周波数は、例えば４５０ｋＨｚ～６０ＭＨｚであってよい。また、プラズマの発生方法としては、例えば誘導結合プラズマを利用してもよい。プラズマを生成するためのガス（以下「プラズマ生成用ガス」という。）としては、例えば希ガス、Ｈ２ガスと希ガスとの混合ガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｏ２ガスが挙げられる。ただし、膜１２０の組成を変えることなく高密度化できるという観点から、希ガス、Ｈ２ガスと希ガスとの混合ガスを用いることが好ましい。希ガスとしては、例えばＨｅガス、Ａｒガスが挙げられる。
続いて、図２（ｄ）に示されるように、膜１２０にエッチング剤を供給することにより、凸部１１０の側面１１１に堆積した低密度膜１２１を除去すると共に、凸部１１０の上面１１２に堆積した高密度膜１２２を残存させる（エッチング工程Ｓ１４）。エッチング工程Ｓ１４では、例えば等方性エッチングとなるようにエッチング条件が選択される。例えばエッチング剤は、エッチングガスであってもよく、エッチング液であってもよい。エッチング剤としてエッチングガスを用いるドライエッチングの場合、プラズマを用いたエッチングであってもよく、プラズマを用いないエッチングであってもよい。ただし、凸部１１０の側面１１１に堆積した低密度膜１２１を選択的に除去しやすいという観点から、プラズマを用いないエッチングが好ましい。エッチングガスとしては、例えばＣｌ２、ＨＦ、ＣｌＦ３、ＨＣｌ、ＮＦ３、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８が挙げられる。エッチング剤としてエッチング液を用いるウェットエッチングの場合、エッチング液としては、例えばＤＨＦ（Diluted HF）、Ｈ２Ｏ２、ＨＣｌ、ＡＰＭ(Ammonia hydrogen Peroxide Mixture)、ＳＰＭ（Sulfuric hydrogen Peroxide Mixture）、ＨＰＭ（Hydrochloric hydrogen Peroxide Mixture）、Ｈ３ＰＯ４が挙げられる。
続いて、堆積工程Ｓ１２、高密度化工程Ｓ１３及びエッチング工程Ｓ１４を含むサイクルの繰り返し回数が設定回数に到達したか否かを判定する（判定工程Ｓ１５）。設定回数は、例えば凸部１１０の上面１１２に形成する膜１２０の膜厚に応じて定められる。該サイクルの繰り返し回数が設定回数に到達していない場合には堆積工程Ｓ１２に戻り、該サイクルの繰り返し回数が設定回数に到達している場合には処理を終了する。このように、該サイクルを繰り返すことにより、図２（ｅ）に示されるように、凸部１１０の上面１１２に選択的に高密度膜１２２を形成できる。
図１及び図２を参照して説明した実施形態の成膜方法によれば、凸部の側面及び上面を含む領域に膜を堆積させた後に膜をプラズマに曝露して側面よりも上面に堆積した膜を高密度化し、続いて、膜にエッチング剤を供給して凸部の上面に選択的に膜を残存させる。これにより、高密度な膜を凸部上に選択的に形成できる。
図３を参照し、実施形態の成膜方法の別の一例について説明する。図３に示される成膜方法は、堆積工程及び高密度化工程を含むサイクルを複数回繰り返した後にエッチング工程を行う点で、図１及び図２に示される成膜方法と異なる。以下、図１及び図２に示される成膜方法と異なる点を中心に説明する。
まず、表面に凸部を有する基板を準備する（準備工程Ｓ２１）。準備工程Ｓ２１は、前述した準備工程Ｓ１１と同じである。
続いて、準備工程Ｓ２１において準備した基板の凸部の側面及び上面を含む領域に膜を堆積させる（堆積工程Ｓ２２）。堆積工程Ｓ２２は、前述した堆積工程Ｓ１２と同じである。
続いて、膜をプラズマに曝露して凸部の側面よりも上面に堆積した膜を高密度化する（高密度化工程Ｓ２３）。高密度化工程Ｓ２３は、前述した高密度化工程Ｓ１３と同じである。
続いて、堆積工程Ｓ２２及び高密度化工程Ｓ２３を含むサイクルの繰り返し回数が設定回数に到達したか否かを判定する（第１判定工程Ｓ２４）。該サイクルの繰り返し回数が設定回数に到達していない場合には堆積工程Ｓ２２に戻り、該サイクルの繰り返し回数が設定回数に到達している場合には次の工程に進む。
続いて、膜にエッチング剤を供給することにより、凸部の側面に堆積した低密度膜を除去すると共に、凸部の上面に堆積した高密度膜を残存させる（エッチング工程Ｓ２５）。エッチング工程Ｓ２５は、前述したエッチング工程Ｓ１４と同じである。
続いて、堆積工程Ｓ２２及び高密度化工程Ｓ２３を含むサイクルを複数回繰り返し後にエッチング工程Ｓ２５を行うことが設定回数に到達したか否かを判定する（第２判定工程Ｓ２６）。設定回数は、例えば凸部の上面に形成する膜の膜厚に応じて定められる。該サイクルの繰り返し回数が設定回数に到達していない場合には堆積工程Ｓ２２に戻り、該サイクルの繰り返し回数が設定回数に到達している場合には処理を終了する。このように、該サイクルを繰り返すことにより、凸部の上面に選択的に高密度膜を形成できる。
図３を参照して説明した実施形態の成膜方法によれば、凸部の側面及び上面を含む領域に膜を堆積させた後に膜をプラズマに曝露して側面よりも上面に堆積した膜を高密度化し、続いて、膜にエッチング剤を供給して凸部の上面に選択的に膜を残存させる。これにより、高密度な膜を凸部上に選択的に形成できる。
特に、図３を参照して説明した実施形態の成膜方法によれば、堆積工程Ｓ２２及び高密度化工程Ｓ２３を含むサイクルを複数回繰り返し後にエッチング工程Ｓ２５を行う。これにより、堆積工程Ｓ２２及び高密度化工程Ｓ２３を行うごとにエッチング工程Ｓ２５を行う場合と比べて生産性が向上する。
〔成膜装置〕
図４を参照し、実施形態の成膜方法を実施する成膜装置の一例について説明する。
図４を参照し、実施形態の成膜方法を実施する成膜装置の一例について説明する。
成膜装置１は、略筒状の気密な処理容器２を備える。処理容器２は、内部に基板Ｗを収容する。処理容器２の底壁の中央部には、排気室２１が設けられている。排気室２１は、下方に向けて突出する例えば略筒状の形状を備える。排気室２１には、例えば排気室２１の側面において、排気配管２２が接続されている。
排気配管２２には、圧力調整部２３を介して排気部２４が接続されている。圧力調整部２３は、例えばバタフライバルブ等の圧力調整バルブを備える。排気配管２２は、排気部２４によって処理容器２内を減圧できるように構成されている。処理容器２の側面には、搬送口２５が設けられている。搬送口２５は、ゲートバルブ２６によって開閉される。処理容器２内への基板Ｗの搬入及び処理容器２内からの基板Ｗの搬出は、搬送口２５を介して行われる。
処理容器２内には、ステージ３が設けられている。ステージ３は、基板Ｗの表面を上に向けて基板Ｗを水平に保持する保持部である。ステージ３は、平面視で略円形状に形成されており、支持部材３１によって支持されている。ステージ３の表面には、例えば直径が３００ｍｍの基板Ｗを載置するための略円形状の凹部３２が形成されている。凹部３２は、基板Ｗの直径よりも僅かに大きい内径を有する。凹部３２の深さは、例えば基板Ｗの厚さと略同一に構成される。ステージ３は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料により形成されている。また、ステージ３は、ニッケル（Ｎｉ）等の金属材料により形成されていてもよい。なお、凹部３２の代わりにステージ３の表面の周縁部に基板Ｗをガイドするガイドリングを設けてもよい。
ステージ３には、例えば接地された下部電極３３が埋設される。下部電極３３の下方には、加熱機構３４が埋設される。加熱機構３４は、制御部９０からの制御信号に基づいて電源部（図示せず）から給電されることによって、ステージ３に載置された基板Ｗを設定温度に加熱する。ステージ３の全体が金属によって構成されている場合には、ステージ３の全体が下部電極として機能するので、下部電極３３をステージ３に埋設しなくてよい。ステージ３には、ステージ３に載置された基板Ｗを保持して昇降するための複数本（例えば３本）の昇降ピン４１が設けられている。昇降ピン４１の材料は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックスや石英等であってよい。昇降ピン４１の下端は、支持板４２に取り付けられている。支持板４２は、昇降軸４３を介して処理容器２の外部に設けられた昇降機構４４に接続されている。
昇降機構４４は、例えば排気室２１の下部に設置されている。ベローズ４５は、排気室２１の下面に形成された昇降軸４３用の開口部２１１と昇降機構４４との間に設けられている。支持板４２の形状は、ステージ３の支持部材３１と干渉せずに昇降できる形状であってもよい。昇降ピン４１は、昇降機構４４によって、ステージ３の表面の上方と、ステージ３の表面の下方との間で、昇降自在に構成される。
処理容器２の天壁２７には、絶縁部材２８を介してガス供給部５が設けられている。ガス供給部５は、上部電極を成しており、下部電極３３に対向している。ガス供給部５には、整合器５１１を介してＲＦ電源５１２が接続されている。ＲＦ電源５１２は、例えば４５０ｋＨｚ～１００ＭＨｚのＲＦ電力を上部電極（ガス供給部５）に供給する。これにより、上部電極（ガス供給部５）と下部電極３３との間に高周波電界が生成され、容量結合プラズマが生成される。プラズマ生成部５１は、整合器５１１と、ＲＦ電源５１２と、を含む。なお、プラズマ生成部５１は、容量結合プラズマに限らず、誘導結合プラズマなど他のプラズマを生成するものであってもよい。
ガス供給部５は、中空状のガス供給室５２を備える。ガス供給室５２の下面には、処理容器２内へ処理ガスを分散供給するための多数の孔５３が例えば均等に配置されている。ガス供給部５における例えばガス供給室５２の上方には、加熱機構５４が埋設されている。加熱機構５４は、制御部９０からの制御信号に基づいて電源部（図示せず）から給電されることによって、設定温度に加熱される。
ガス供給室５２には、ガス導入路６の一端が連通する。ガス導入路６の他端は、ガスライン６２を介して、ガス源６１に接続されている。ガス源６１は、例えば各種の処理ガスの供給源、マスフローコントローラ、バルブ（いずれも図示せず）を含む。各種の処理ガスは、前述の実施形態の成膜方法において用いられる原料ガス、プラズマ生成用ガス及びエッチングガスを含む。各種のガスは、ガス源６１からガスライン６２及びガス導入路６を介してガス供給室５２に導入される。
成膜装置１は、制御部９０を備える。制御部９０は、成膜装置１の各部を制御することにより、例えば前述した成膜方法を実施する。制御部９０は、例えばコンピュータであってよい。また、成膜装置１の各部の動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ等であってよい。
次に、成膜装置１の動作の一例について、前述の図１及び図２に示される実施形態の成膜方法を実施する場合を説明する。なお、前述の図３に示される実施形態の成膜方法についても成膜装置１により同様に実施できる。
まず、制御部９０は、ゲートバルブ２６を開いて搬送機構（図示せず）により、表面に凸部を有する基板Ｗを処理容器２内に搬送し、ステージ３に載置する（準備工程Ｓ１１）。基板Ｗは、表面を上に向けて水平に載置される。制御部９０は、搬送機構を処理容器２内から退避させた後、ゲートバルブ２６を閉じる。次いで、制御部９０は、ステージ３の加熱機構３４により基板Ｗを所定の温度に加熱し、圧力調整部２３により処理容器２内を所定の圧力に調整する。
次いで、制御部９０は、成膜装置１の各部を制御して、前述の実施形態の成膜方法を実施する。すなわち、制御部９０は、圧力調整部２３、プラズマ生成部５１、ガス源６１等を制御して、堆積工程Ｓ１２、高密度化工程Ｓ１３、エッチング工程Ｓ１４及び判定工程Ｓ１５を行う。これにより、基板Ｗの表面に形成された凸部上に高密度な膜を選択的に形成できる。
基板Ｗの表面に形成された凸部上に高密度な膜が選択的に形成された後、制御部９０は、処理容器２内への基板Ｗの搬入とは逆の手順で、基板Ｗを処理容器２から搬出する。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
上記の実施形態では、成膜装置が基板を１枚ずつ処理する枚葉式の装置である場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、成膜装置は処理容器内の回転テーブルの上に配置した複数の基板を回転テーブルにより公転させ、第１のガスが供給される領域と第２のガスが供給される領域とを順番に通過させて基板に対して処理を行うセミバッチ式の装置であってもよい。
１ 成膜装置
２ 処理容器
５ ガス供給部
５１ プラズマ生成部
９０ 制御部
２ 処理容器
５ ガス供給部
５１ プラズマ生成部
９０ 制御部
Claims (9)
- 表面に凸部を有する基板であり、前記凸部は側面及び上面を有する基板を準備する工程と、
前記側面及び前記上面を含む領域に膜を堆積させる工程と、
前記膜をプラズマに曝露して前記側面よりも前記上面に堆積した前記膜を高密度化する工程と、
少なくとも前記側面に堆積した前記膜を除去することにより、前記上面に選択的に膜を形成する工程と、
を有する、成膜方法。 - 前記膜は、前記プラズマに曝露することで高密度化する膜である、
請求項１に記載の成膜方法。 - 前記堆積させる工程において、前記側面よりも前記上面に厚く膜を堆積させる、
請求項１又は２に記載の成膜方法。 - 前記堆積させる工程、前記高密度化する工程及び前記形成する工程を含むサイクルを複数回繰り返す、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜方法。 - 前記堆積させる工程及び前記高密度化する工程を含むサイクルを複数回繰り返し後に前記形成する工程を行うことを複数回繰り返す、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜方法。 - 前記堆積させる工程は、供給律速状態で行われる、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜方法。 - 前記形成する工程は、プラズマを用いないドライエッチングにより行われる、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜方法。 - 前記形成する工程は、ウェットエッチングにより行われる、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜方法。 - 処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器内にて前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
表面に凸部を有する基板であり、前記凸部は側面及び上面を有する基板を前記処理容器内に収容する工程と、
前記側面及び前記上面を含む領域に膜を堆積させる工程と、
前記膜をプラズマに曝露して前記側面よりも前記上面に堆積した前記膜を高密度化する工程と、
少なくとも前記側面に堆積した前記膜を除去することにより、前記上面に選択的に膜を形成する工程と、
を実施するように前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御するよう構成される、
成膜装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020163169A JP2022055633A (ja) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | 成膜方法及び成膜装置 |
| PCT/JP2021/033911 WO2022070917A1 (ja) | 2020-09-29 | 2021-09-15 | 成膜方法及び成膜装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020163169A JP2022055633A (ja) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | 成膜方法及び成膜装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022055633A true JP2022055633A (ja) | 2022-04-08 |
Family
ID=80950239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020163169A Pending JP2022055633A (ja) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | 成膜方法及び成膜装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2022055633A (ja) |
| WO (1) | WO2022070917A1 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0722339A (ja) * | 1993-07-05 | 1995-01-24 | Toshiba Corp | 薄膜形成方法 |
| US10283353B2 (en) * | 2017-03-29 | 2019-05-07 | Asm Ip Holding B.V. | Method of reforming insulating film deposited on substrate with recess pattern |
| JP2019134062A (ja) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | 東京エレクトロン株式会社 | 選択的成膜方法および成膜装置 |
-
2020
- 2020-09-29 JP JP2020163169A patent/JP2022055633A/ja active Pending
-
2021
- 2021-09-15 WO PCT/JP2021/033911 patent/WO2022070917A1/ja active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022070917A1 (ja) | 2022-04-07 |
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