JP3899933B2

JP3899933B2 - 成膜方法及び成膜装置

Info

Publication number: JP3899933B2
Application number: JP2002005826A
Authority: JP
Inventors: 貴司千葉; 寿加藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2022-01-15
Also published as: JP2003209099A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜方法及び成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積デバイスを形成するために、そのデバイス中の絶縁膜としては、ＳｉＯ₂ 、ＰＳＧ（ＰｈｏｓｐｈｏＳｉｌｉｃａｔｅＧｌａｓｓ）、Ｐ（プラズマ）−ＳｉＯ、Ｐ（プラズマ）−ＳｉＮ、ＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎＧｌａｓｓ）、Ｓｉ₃ Ｎ₄ （シリコン窒化膜）等が用いられる。
半導体ウエハの表面に上述したようなシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を形成するには、成膜ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ₄ ）やジクロルシラン（ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ ）等のシラン系ガスを用いて熱ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜する方法が知られている。
ここで上記薄膜を形成するための従来の縦型の成膜装置の一例について説明する。図９は従来の縦型の成膜装置の一例を示す概略構成図である。
【０００３】
この成膜装置２は、内筒４と外筒６とよりなる石英製の２重管構造の縦型処理容器８を有している。上記内筒４内の処理空間Ｓには、石英製のウエハボート１０が収容されており、このウエハボート１０に半導体ウエハＷが所定のピッチで多段に保持される。このウエハボート１０は、処理容器８のキャップ１２上に回転可能になされた保温筒１４を介して載置されており、昇降可能なエレベータ１６により、処理容器８内へその下方から挿脱可能になされている。処理容器８の下端開口部は、例えばステンレス製のマニホールド１８が接合されており、このマニホールド１８には、流量制御された処理ガスを処理容器８内へ導入する各種のノズル２０、２２等が設けられる。例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ ）を成膜するには成膜ガスとしてＴＥＯＳ（テトラエチルオリソシリケート）をノズル２０から供給し、酸素を他方のノズル２２から供給する。また、マニホールド１８の側壁には、真空ポンプ等が接続される排気口２４が設けられる。そして、処理容器８の外周には、断熱層２６が設けられており、この内側には、加熱ヒータ２８が設けられて内側に位置するウエハＷを所定の温度に加熱するようになっている。
このような成膜装置において、ノズル２０から導入されたＴＥＯＳは、他方のノズル２２から導入されたＯ₂ ガスと混合して、処理空間Ｓを上昇しつつ反応して、ウエハＷの表面にシリコン酸化膜を堆積することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ウエハボート１０には、この大きさにもよるが、通常は１７０枚程度のウエハ（製品ウエハは１〜１５０枚程度）を多段に載置した状態で上述したような成膜処理が行われるが、この場合、ノズル２０から供給された成膜ガス、すなわちＴＥＯＳが処理容器８内への導入直後には、この温度がやや低いために十分な活性状態にはなっていない場合が生ずる。
このため、ウエハボート１０の下部、すなわちボトム近傍のウエハに対する膜付きが十分ではなく、このボトム近傍におけるウエハの膜厚の面内均一性が劣化し、製品として使用できない場合があった。例えば、ウエハボート１０のボトム近傍では、ウエハの表面の中心部の膜厚が厚く、周縁部であるエッジ部の膜厚が薄くなる傾向にあった。このため、最悪の場合には、プロセス条件にもよるが、ウエハボート１０に収容した製品ウエハ１５０枚の内、２５枚程度も製品として使用できない場合があった。
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、膜厚の面内均一性を向上させることが可能な成膜方法及び成膜装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、成膜処理時における膜厚の均一性について鋭意研究した結果、成膜ガスを予備加熱することが膜厚の面内均一性の向上に有効であることを見い出したり、或いは成膜ガスを供給律速状態で供給するとウエハのエッジ部により厚く膜が堆積し、反応律速状態で供給すると逆にウエハの中心部により厚く膜が堆積する、という知見を得ることにより、本発明に至ったものである。
請求項１に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器内に成膜ガスを供給して被処理体の表面に薄膜を形成する成膜方法において、前記成膜ガスを前記処理容器内へ供給する直前に予備加熱する工程と、前記処理容器内で供給律速状態で成膜を行う供給律速成膜工程と、前記処理容器内で反応律速状態で成膜を行う反応律速成膜工程と、を有することを特徴とする成膜方法である。
【０００６】
これによれば、処理容器内へ供給される成膜ガスを予備加熱して活性化させるようにしたので、成膜ガスの反応を促進させることができ、このため、被処理体の表面に略均一に薄膜を堆積させることができ、膜厚の面内均一性を向上させることが可能となる。
また、成膜処理を行うに際して、供給律速の成膜処理と反応律速の成膜処理とを連続的に行うようにしたので、両者の特性が相乗されて膜厚の面内均一性を更に向上させることが可能となる。
【０００７】
また、例えば請求項２に規定するように、前記処理容器は、所定の長さを有すると共に前記処理容器内には前記被処理体が複数枚収容され、前記成膜ガスは前記処理容器の一端側より供給される。
これによれば、縦型、或いは横長の処理容器内の成膜ガスの供給側に収容された被処理体に堆積する膜厚の面内均一性を向上させることが可能となる。
また、例えば請求項３に規定するように、前記供給律速成膜工程の際には、前記成膜ガスの供給側に位置する前記被処理体の温度は、他の部分の被処理体の温度よりも高く設定される。
【０００８】
また、例えば請求項４に規定するように、前記成膜ガスはＴＥＯＳであり、前記処理容器の大きさが前記被処理体を一度に略１７０枚程度収容できるような大きさの場合には、前記供給律速成膜工程の際の前記成膜ガスの流量は１０〜４０ｓｃｃｍの範囲内である。
また、例えば請求項５に規定するように、前記成膜ガスは、２００〜５３０℃の範囲内に予備加熱される。
請求項６に係る発明は、上記方法発明を実施する装置発明であり、すなわち被処理体に対して所定の成膜を堆積させる成膜装置において、真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器内で前記被処理体を保持する被処理体保持手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記処理容器内に成膜ガスを含む必要な処理ガスを供給するガス供給手段と、前記ガス供給手段に設けられて前記成膜ガスを予備加熱する予備加熱手段とを備え、前記成膜ガスを前記処理容器内へ供給する直前に予備加熱する工程と、前記処理容器内で供給律速状態で成膜を行う供給律速成膜工程と、前記処理容器内で反応律速状態で成膜を行う反応律速成膜工程とを行なうように制御するように構成したことを特徴とする成膜装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る成膜方法及び成膜装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明方法を実施するための成膜装置を示す構成図、図２及び図３はウエハボート上のウエハ位置と膜厚の面内均一性と温度との関係を示すグラフである。
この成膜装置３０は、例えばＴＥＯＳとＯ₂ ガスとを用いてシリコン酸化膜の絶縁膜を堆積するものである。そのために、まず、この成膜装置３０は、筒体状の石英製の内筒３２とその外側に所定の間隙３６を介して同心円状に配置した石英製の外筒３４とよりなる２重管構造の処理容器３８を有しており、その外側は、加熱ヒータ等の加熱手段４０と断熱材４２を備えた加熱炉４４により覆われている。上記加熱手段４０は断熱材４２の内面に全面に亘って設けられている。
【００１０】
この処理容器３８の下端は、例えばステンレススチール製の筒体状のマニホールド４６によって支持されており、内筒３２の下端は、マニホールド４６の内壁より内側へ突出させたリング状の支持板４６Ａにより支持され、このマニホールド４６の下方より多数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを多段に載置した被処理体保持手段としての石英製のウエハボート４８が昇降可能に挿脱自在になされている。本実施例の場合において、このウエハボート４８には、例えば１５０枚程度の直径が２００ｍｍの製品ウエハと２０枚程度のダミーウエハ等とを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。すなわち、ウエハボート４８には全体で１７０枚程度のウエハを収容できる。
【００１１】
このウエハボート４８は、石英製の保温筒５０を介して回転テーブル５２上に載置されており、この回転テーブル５２は、マニホールド４６の下端開口部を開閉する蓋部５４を貫通する回転軸５６上に支持される。
そして、この回転軸５６の貫通部には、例えば磁性流体シール５８が介設され、この回転軸５６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５４の周辺部とマニホールド４６の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材６０が介設されており、容器内のシール性を保持している。
【００１２】
上記した回転軸５６は、例えばボートエレベータ等の昇降機構６２に支持されたアーム６４の先端に取り付けられており、ウエハボート４８及び蓋部５４等を一体的に昇降できるようになされている。また、上記マニホールド４６の側部には、内筒３２と外筒３４の間隙３６の底部から容器内の雰囲気を排出する排気口６８が設けられており、この排気口６８には、図示しない真空ポンプ等を介設した真空排気系が接続されている。
上記マニホールド４６の側部には、内筒３２内に所定の処理ガスを供給するためのガス供給手段６６が設けられる。具体的には、このガス供給手段６６は、成膜ガス供給系７０と酸化ガス供給系７２とよりなり、各ガス供給系７０、７２は、マニホールド４６の側壁を貫通して設けられた直線状の成膜ガスノズル７４及び酸化ガスノズル７６をそれぞれ有している。
【００１３】
そして、各ガスノズル７４、７６にはマスフローコントローラのような流量制御器７８、８０をそれぞれ介設した成膜用ガス流路８２及び酸化用ガス流路８４がそれぞれ接続されており、成膜ガスや酸化ガスをそれぞれ流量制御しつつ供給できるようになっている。ここでは、例えば成膜ガスとしてＴＥＯＳガスが用いられ、また、酸化ガスとしてはＯ₂ ガスが用いられる。
上記成膜用ガス流路８２には、テープヒータ８６が巻回されており、これに流れるＴＥＯＳガスを液化温度以上、例えば１１０℃程度に維持してこの再液化を防止するようになっている。そして、この成膜用ガス流路８２には、予備加熱手段８８が介設されており、これに流れる成膜ガスであるＴＥＯＳガスを予備加熱してこれを活性化し得るようになっている。具体的には、この予備加熱手段８８は、例えば石英等よりなる筒体状の加熱容器９０内に例えば石英よりなる詰物９２を充填し、この加熱容器９０の外側に抵抗加熱ヒータ９４を巻回して設けている。これにより、上記加熱容器９０内に流れるＴＥＯＳガスを所定の温度に加熱し得るようになっている。
ここで、本実施例では処理容器３８の内筒３２の内径は２４０ｍｍ程度、高さは１２６０ｍｍ程度の大きさであり、処理容器３８の容積は略１１０リットル程度である。
【００１４】
次に、以上のように構成された装置を用いて行なわれる本発明の成膜方法について説明する。
＜第１実施例＞
まず、ウエハがアンロード状態で成膜装置が待機状態の時には、処理容器３８内はプロセス温度、例えば６４０℃程度に維持されており、常温の多数枚、例えば１５０枚の製品ウエハＷと１３枚のダミーウエハが載置された状態のウエハボート４８を処理容器３８内にその下方より上昇させてロードし、蓋部５４でマニホールド４６の下端開口部を閉じることにより容器内を密閉する。
そして、処理容器３８内を真空引きして所定のプロセス圧力、例えば２２００Ｐａ程度に維持すると共に、ウエハ温度を上昇させて成膜用のプロセス温度、例えば６４０℃程度に安定するまで待機し、その後、所定の成膜ガスであるＴＥＯＳガスと酸化ガスであるＯ₂ ガスを、それぞれ流量制御しつつガス供給手段６６の各ノズル７４、７６から供給する。ここで本発明の特徴として、ＴＥＯＳガスはノズル７４の直前の成膜用ガス流路８２に介設した予備加熱手段８８により、供給直前に所定の温度、例えば２００〜５３０℃の範囲内で加熱されて活性化される。このように予備加熱されて活性化された状態で処理容器３８の下部に供給されたＴＥＯＳガスは、Ｏ₂ ガスと混合して、処理空間Ｓを上昇しつつ反応して、ウエハＷの表面にシリコン酸化膜の薄膜を堆積することになる。
【００１５】
この処理空間Ｓを上昇したＴＥＯＳガスやＯ₂ ガスの処理ガスは、処理容器３８内の天井部で折り返して内筒３２と外筒３４との間の間隙３６を流下し、排気口６８から外へ排気されることになる。
ここで上述のように予備加熱手段８８における成膜ガスの加熱温度に関しては、下限値がこの成膜ガスの活性化最低温度、すなわちＴＥＯＳガスの場合は略２００℃であり、上限値はこの成膜ガスの熱分解温度、すなわちＴＥＯＳガスの場合は略５３０℃である。また、ＴＥＯＳガスの流量は、１９０ｓｃｃｍ程度、Ｏ₂ ガスの流量は５ｓｃｃｍ程度である。
このように、ＴＥＯＳガスを予備加熱して活性化させた状態で処理容器３８内へ供給することにより、このガスは供給直後から十分に反応して、従来方法では膜厚の面内均一性がやや劣る傾向にあった処理容器３８内の下部近傍（ボトム付近）の膜付きが良好に行われることになり、結果的に、処理容器３８内の下部近傍のウエハの膜厚の面内均一性を向上させることが可能となる。
【００１６】
ここで、予備加熱手段８８におけるＴＥＯＳガスの予備加熱温度を種々変更して、その時の膜厚の面内均一性に対する影響を評価したので、その評価結果について説明する。
図２及び図３に示すように、ＴＥＯＳガスの予備加熱温度を１１０℃〜５３０℃まで種々変更しており、各ウエハ位置における膜厚の面内均一性を求めている。尚、予備加熱温度１１０℃は、テープヒータ８６でＴＥＯＳガスの再液化防止のために加熱している温度であり、従来と同じ加熱温度である。ここでウエハ位置は、処理容器３８（ウエハボート４８）内を上下の方向に３つのゾーンに分割して、それぞれトップ、センタ、ボトムとして表しており、例えばトップの領域にはウエハボート４８の上部より１番目〜６０番目のウエハが属し、センタの領域には６１番目〜１１１番目のウエハが属し、ボトム領域には１１２番目〜１７０番目のウエハが属している。
【００１７】
図２及び図３から明らかなように、従来方法（加熱温度：１１０℃）を含めてウエハ位置がトップ領域及びセンタ領域のウエハは、その膜厚の面内均一性は、基準値である±３％よりも略低い値となって良好である。
しかし、ボトム領域のウエハの膜厚の面内均一性は、従来方法（加熱温度：１１０℃）の場合には、急激に上昇して最高値は略±９％にも達しており、非常に特性が劣化している。
これに対して、ＴＥＯＳガスを２００〜５３０℃の範囲で予備加熱している本発明方法の場合には、膜厚の面内均一性は、基準値である±３％よりも高くなっているが、最高値は±６％程度まで大幅に低下しており、ある程度良好な特性を示していることが判明する。
特に、予備加熱温度が高い程、膜厚の面内均一性の最高値は低下しており、例えば予備加熱温度が５３０℃の場合には膜厚の面内均一性は±４．５％程度まで低下してかなり良好な特性を示していることが判明する。
【００１８】
＜第２実施例＞
上記第１実施例の場合には、ボトム近傍のウエハの膜厚の面内均一性は、ある程度改善することができたが、次に、このボトム近傍のウエハの膜厚の面内均一性を更に改善することができる第２実施例について説明する。
この第２実施例では、ＴＥＯＳガスを予備加熱することに加えて、成膜処理を、上記処理容器３８内で供給律速状態で成膜を行う供給律速成膜工程と、上記処理容器３８内で反応律速状態で成膜を行う反応律速成膜工程との２工程を連続的に行うことを特徴としている。ここで供給律速状態とは、処理容器３８内へ供給する成膜ガスの流量が非常に少ない領域であって、成膜レートが成膜ガスの供給量に主に支配される状態をいい、反応律速状態とは、処理容器３８内へ供給する成膜ガスの流量がかなり多い領域であって、成膜レートが成膜ガスの供給量に関係なくその反応量によって主に支配される状態をいい、この十分な量の成膜ガスを流して供給律速状態により成膜を行う処理方法は従来行われていた方法である。
【００１９】
上述のように供給律速状態の成膜工程と反応律速状態の成膜工程を組み合わせた時に、ボトム近傍のウエハの膜厚の面内均一性が改善される点について、図４〜図６を参照して説明する。
図４は供給律速状態の成膜工程と反応律速状態の成膜工程とを行った時の膜厚の変位を模式的に示す図、図５はシミュレーションにより供給律速状態の成膜工程を行った時の膜厚とその面内均一性との関係を示すグラフ、図６はシミュレーションにより供給律速状態の成膜工程と反応律速状態の成膜工程とを行った時の膜厚とその面内均一性との関係を示すグラフである。
【００２０】
図４に示すように、ＴＥＯＳガスの供給量は、供給律速成膜工程では１０ｓｃｃｍ程度、反応律速成膜工程では１９０ｓｃｃｍ程度である。ウエハＷの表面に各工程におて薄膜９６Ａ、９６Ｂが堆積する。ここで供給律速状態の成膜工程では、トップ領域、及びセンタ領域のウエハの表面には、膜厚が薄く、しかも略平面的に、或いはフラット状に膜が堆積しているが、ボトム領域のウエハ表面には、膜厚が上記トップ領域やセンタ領域のウエハよりもやや厚く堆積しており、しかもウエハの中央部が薄く、周縁部が厚くなって全体として凹部状に薄膜が堆積している。
【００２１】
これに対して、反応律速状態の成膜工程ではトップ領域及びセンタ領域のウエハの表面には、十分な厚さの薄膜が堆積し、しかもウエハの中央部が僅かに窪んで凹部状の薄膜となっているが、大きな窪みにはなっていない。また、ボトム領域のウエハ表面には、全体として十分な厚さの薄膜が堆積し、しかもウエハの中央部が特に厚く、周縁部が薄くなって、全体として凸部状に薄膜が堆積している。すなわち、ボトム付近のウエハでは、供給律速状態の成膜工程と反応律速状態の成膜工程とでは膜厚の傾向が互いに逆のプロファイルとなっている。
【００２２】
従って、供給律速状態の成膜工程と反応律速状態の成膜工程とを連続的に行うと、すなわち、両工程における膜厚を合計すると、図４に示すように、トップ領域やセンタ領域のウエハの膜厚の面内均一性を高く維持できるのは勿論のこと、上述のように膜厚の傾向が互いに逆のプロファイルとなっている薄膜を堆積することから、ボトム領域におけるウエハの膜厚の面内均一性も、大幅に向上させることが可能となる。
ここで、図１に示す装置例の場合に、供給律速成膜工程におけるＴＥＯＳガスの最適量をシミュレーションに求めたので、その結果を図５に示す。尚、この時のＴＥＯＳガスの予備加熱の温度は５１０℃である。ＴＥＯＳガスは、１０、２０、３０、５０ｓｃｃｍの４種類を流し、その時の膜厚及び膜厚の面内均一性を求めた。折れ線グラフは膜厚の面内均一性を示し、棒グラフは膜厚を示す。また、棒グラフの内、高さの低い方から高い方に向かって、それぞれ１０、２０、３０、５０ｓｃｃｍのガス量の場合の膜厚をそれぞれ表している。図５に示すように、ＴＥＯＳガスの流量が５０ｓｃｃｍの場合には、トップ領域やセンタ領域における膜厚の面内均一性よりも、ボトム領域の膜厚の面内均一性が小さくなっている。従って、トップ領域やセンタ領域のウエハの膜厚のプロファイルは、ボトム領域のウエハの膜厚のプロファイルよりも凹部状態が激しくなっており、図４にて求めたように膜厚プロファイルと逆の状態になっているので、特性上好ましくない。
【００２３】
これに対して、ＴＥＯＳガスの流量が１０、２０、３０ｓｃｃｍの場合には、トップ領域やセンタ領域における膜厚の面内均一性よりも、ボトム領域の膜厚の面内均一性が大きくなっている。従って、ボトム領域のウエハの膜厚のプロファイルは、トップ領域やセンタ領域のウエハの膜厚のプロファイルよりも凹部状態が激しくなっており、図４にて求めたような膜厚プロファイルと略同じような状態になっているので特性上好ましい。
この場合、ＴＥＯＳガスの流量が１０ｓｃｃｍの場合は、膜厚のプロファイルは凹部上になるのでは好ましいが、成膜レートが小さいことから凹部の深さＤ１（図４参照）を十分な深さにするには長時間を要する、というやや不利な点を有する。これに対して、ＴＥＯＳガスの流量が３０ｓｃｃｍの場合は、膜厚のプロファイルもよく、しかも、全体の成膜レートも大きいので、特性としては最も良好となる。この結果、ＴＥＯＳガスの望ましい流量範囲は、下限値が１０ｓｃｃｍ程度であり、上限値は最適な特性を示す３０ｓｃｃｍと特性が劣化している５０ｓｃｃｍとの略中間値である４０ｓｃｃｍ程度であることが判明する。
【００２４】
そして、シミュレーションにより供給律速成膜工程と反応律速成膜工程を行った時の膜厚とその膜厚の面内均一性の結果を図６に示す。
図６において、折れ線グラフは各工程と、本発明の２段階工程の膜厚の面内均一性を示し、棒グラフは膜厚を表し、その内の下の部分は供給律速成膜工程での膜厚を示し、上の部分は反応律速成膜工程での膜厚を示す。尚、この時のＴＥＯＳガスの予備加熱の温度は５１０℃である。
また、プロセス条件は、供給律速成膜工程では、ＴＥＯＳガスの流量が３０ｓｃｃｍ、Ｏ₂ ガスの流量が５ｓｃｃｍ、プロセス圧力は２００Ｐａ、成膜時間は３０分であり、反応律速成膜工程では、ＴＥＯＳガスの流量が１９０ｓｃｃｍ、Ｏ₂ ガスの流量が５ｓｃｃｍ、プロセス圧力は２００Ｐａ、成膜時間は１１０分であり、プロセス温度は共に６４０℃程度である。
【００２５】
図６に示すシミュレーション結果によれば、本発明方法の場合には、トップ領域からボトム領域の全領域に亘って比較的短時間で十分な厚さの薄膜が面間の均一性が良好な状態で堆積している。しかも、特に、ボトム領域のウエハを含めて、全領域のウエハに亘って膜厚の面内均一性を基準値である±３％よりも低くすることができ、非常に良好な特性を得られることが判明した。
また、供給律速成膜工程において、図４中に示すボトム領域のウエハにおける薄膜の凹部の深さＤ１を、より迅速に十分な深さとなるようにするには、ボトム領域におけるウエハ温度を、他のトップ領域やセンタ領域のウエハ温度よりも少し高くする、いわゆるチルト温度制御を行うようにすればよい。
【００２６】
次に、上記したシミュレーション結果に基づいて、実際に２段階成膜工程を有する本発明方法（第２実施例）を実施したので、その評価結果について説明する。
図７は実際に行った本発明方法の第２実施例におけるＴＥＯＳガスの流量変化を示すグラフ、図８は第２実施例で行われた成膜処理の膜厚とその面内均一性を示すグラフである。図７に示すように、ここでは最初に第１ステップで供給律速成膜工程を行い、次に第２ステップで反応律速成膜工程を行っている。成膜条件に関しては、ＴＥＯＳガスの流量は、供給律速成膜工程では３０ｓｃｃｍとし、反応律速成膜工程では大幅に増加して１９０ｓｃｃｍとしている。Ｏ₂ ガスの流量は、両工程に亘って５ｓｃｃｍを維持している。そして、予備加熱手段によるＴＥＯＳガスの予備加熱温度は５１０℃である。また、プロセス圧力及びプロセス温度は両工程に亘って、それぞれ２００Ｐａ及び６４０℃である。
【００２７】
また、プロセス時間に関しては、供給律速成膜工程が３０分であり、反応律速成膜工程が１１０分である。
この時に堆積した薄膜の膜厚と膜厚の面内均一性の結果を図８に示す。図８から明らかなように、トップ領域からボトム領域の全範囲に亘ってウエハ表面へ堆積した薄膜の膜厚は略５４０〜５５０Åの範囲内に入っていることから、膜厚の面間均一性は±１．９３％程度であり、良好な結果を示している。
更に、膜厚の面内均一性に関しては、特にボトム領域のウエハを含んで全領域に亘って、基準値である±３％よりも小さくなっており、非常に良好な特性が得られることが判明した。
【００２８】
この第２実施例では、第１ステップで供給律速成膜工程を行い、第２ステップで反応律速成膜工程を行ったが、この順序を逆にして、第１ステップで反応律速成膜工程を行い、第２ステップで供給律速成膜工程を行うようにしてもよい。
また、処理容器３８内に収容されるウエハサイズ、ウエハ枚数、或いは処理容器３８の容量は、単に一例を示したに過ぎず、例示された数値に限定されない。すなわち、図４に示すような膜厚のプロファイルを得られるような供給律速成膜工程と反応律速成膜工程とを実現できればよい。
【００２９】
更に、ここではＴＥＯＳガスとＯ₂ ガスとを用いてシリコン酸化膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、他の膜種を成膜する場合、例えば、ＳｉＨ₄ とＮ₂ Ｏとを用いてＳｉＯ₂ を成膜する場合、ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ とＮ₂ Ｏとを用いてＳｉＯ₂ を成膜する場合、ＳｉＣｌ₆ とＮＨ₃ とを用いてＳｉＮを成膜する場合、ＴＥＯＡ（トリエトキシアルシン）とＴＥＯＳとを用いてＡｓＳＧ（ヒ素ガラス（シリコンオキサイド））を成膜する場合、ＴＭＢ（トリメトキシボロン）とＴＥＯＳとＰＨ₃ とを用いてＢＰＳＧ（ボロンリンドープドガラス）を成膜する場合等にも、本発明方法を適用することができる。
また更に、本発明は、縦型のバッチ式の成膜装置のみならず、横型のバッチ式の成膜装置、或いは枚葉式の成膜装置にも適用することができる。
また、本発明は、被処理体として半導体ウエハに限定されず、ガラス基板やＬＣＤ基板等にも適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の成膜方法及び成膜装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
本発明によれば、処理容器内へ供給される成膜ガスを予備加熱して活性化させるようにしたので、成膜ガスの反応を促進させることができ、このため、被処理体の表面に略均一に薄膜を堆積させることができ、膜厚の面内均一性を向上させることができる。
また、成膜処理を行うに際して、供給律速の成膜処理と反応律速の成膜処理とを連続的に行うようにしたので、両者の特性が相乗されて膜厚の面内均一性を更に向上させることができる。
特に請求項２に係る発明によれば、縦型、或いは横長の処理容器内の成膜ガスの供給側に収容された被処理体に堆積する膜厚の面内均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するための成膜装置を示す構成図である。
【図２】ウエハボート上のウエハ位置と膜厚の面内均一性と温度との関係を示すグラフである。
【図３】ウエハボート上のウエハ位置と膜厚の面内均一性と温度との関係を示すグラフである。
【図４】供給律速状態の成膜工程と反応律速状態の成膜工程とを行った時の膜厚の変位を模式的に示す図である。
【図５】シミュレーションにより供給律速状態の成膜工程を行った時の膜厚とその面内均一性との関係を示すグラフである。
【図６】シミュレーションにより供給律速状態の成膜工程と反応律速状態の成膜工程とを行った時の膜厚とその面内均一性との関係を示すグラフである。
【図７】実際に行った本発明方法の第２実施例におけるＴＥＯＳガスの流量変化を示すグラフである。
【図８】第２実施例で行われた成膜処理の膜厚とその面内均一性を示すグラフである。
【図９】従来の縦型の成膜装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
３０成膜装置
３８処理容器
４０加熱手段
４８ウエハボート（被処理体支持手段）
６６ガス供給手段
７０成膜ガス供給系
７２酸化ガス供給系
８８予備加熱手段
９０加熱容器
Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

Claims

真空引き可能になされた処理容器内に成膜ガスを供給して被処理体の表面に薄膜を形成する成膜方法において、
前記成膜ガスを前記処理容器内へ供給する直前に予備加熱する工程と、
前記処理容器内で供給律速状態で成膜を行う供給律速成膜工程と、
前記処理容器内で反応律速状態で成膜を行う反応律速成膜工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。
前記処理容器は、所定の長さを有すると共に前記処理容器内には前記被処理体が複数枚収容され、前記成膜ガスは前記処理容器の一端側より供給されることを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
前記供給律速成膜工程の際には、前記成膜ガスの供給側に位置する前記被処理体の温度は、他の部分の被処理体の温度よりも高く設定されることを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
前記成膜ガスはＴＥＯＳであり、前記処理容器の大きさが前記被処理体を一度に略１７０枚程度収容できるような大きさの場合には、前記供給律速成膜工程の際の前記成膜ガスの流量は１０〜４０ｓｃｃｍの範囲内であることを特徴とする請求項２または３記載の成膜方法。
前記成膜ガスは、２００〜５３０℃の範囲内に予備加熱されることを特徴とする請求項４記載の成膜方法。
被処理体に対して所定の成膜を堆積させる成膜装置において、
真空引き可能になされた処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を保持する被処理体保持手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記処理容器内に成膜ガスを含む必要な処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記ガス供給手段に設けられて前記成膜ガスを予備加熱する予備加熱手段と、
を備え、前記成膜ガスを前記処理容器内へ供給する直前に予備加熱する工程と、前記処理容器内で供給律速状態で成膜を行う供給律速成膜工程と、前記処理容器内で反応律速状態で成膜を行う反応律速成膜工程とを行なうように制御するように構成したことを特徴とする成膜装置。