JP4081260B2

JP4081260B2 - 成膜方法、及び成膜装置

Info

Publication number: JP4081260B2
Application number: JP2001335344A
Authority: JP
Inventors: 洋一鈴木
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2021-10-31
Also published as: JP2003142410A

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】
半導体集積回路を製造する際、基板上には様々な膜が形成される。その一例としてチッ化珪素膜がある。チッ化珪素膜の形成には、プラズマＣＶＤ装置が広く採用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマＣＶＤ装置において、基板が載置されるステージ面は、絶縁材料から構成されることが多い。また、ステージを保持する治具、及びこの治具にステージを固定するのに使用されるボルトやナットは、一般には、金属製である。
【０００４】
本発明者は、これらの材料が、製造される半導体装置に与える影響を調べるために構成材料について調査した。その一例について示す。ステージがチッ化アルミニウム(ＡｌＮ)又はアルミナ(Ａｌ₂Ｏ₃)といったＡｌ系の材料で構成される場合、ステージの温度が例えば５００℃を超えると、ステージからＡｌ原子が脱離してしまう。ステージを保持する治具、ボルト、及びナットが鉄(Ｆｅ)やクロム(Ｃｒ)を含有するステンレススティールから構成される場合には、ステージが加熱されると共にこれらもまた加熱され、微量ながらもＦｅ原子やＣｒ原子が脱離してしまう。このようなＡｌ、Ｆｅ、及びＣｒの原子は、プロセスチャンバ内を浮遊することとなるため、プロセスチャンバ内に基板が搬入される際に、これらの物質が基板に付着される可能性がある。付着する量が増大すれば、基板はこれらの物質で汚染されることとなる。基板の汚染は、基板上に製造される半導体装置の特性に悪影響を生じさせる。
【０００５】
本発明は、ステージ及びステージを保持するための治具を構成する構成元素が基板に到達するのを抑止できる成膜方法及び成膜装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る成膜方法は、基板上に膜を形成する成膜方法であって、(ａ) 基板が収容される収容室とプロセスチャンバとの間に位置する搬送室において、該搬送室内の上記プロセスチャンバ内に基板を搬入するための搬送路に面して配置されたイオン発生器を用いて基板を正に帯電させる工程と、(ｂ)帯電された基板をプロセスチャンバ内のステージ上に載置する工程と、(ｃ)ステージ上に配置された基板に膜を形成する工程と、を含む。上記の方法によれば、基板は正に帯電された後、プロセスチャンバ内に入れられてステージ上に載置される。そのため、ステージ及びステージを保持するための治具から脱離する正イオンが基板に到達するのを抑制できる。
また、イオン発生器のイオン放出部が搬送中の基板に対面するように配置されており、帯電させる工程において、基板に正イオンを照射する。
【０００７】
上記の帯電させる工程において、基板に正イオンを照射すると、基板を容易かつ確実に正に帯電できる。
【０００８】
さらに、膜を形成する工程において、形成されるべき膜の構成元素を含むプロセスガスをプロセスチャンバ内に供給し、プロセスチャンバ内に供給されたプロセスガスをプラズマ化して膜を形成すると好ましい。このようにすれば、プロセスガスがプラズマにより分解されて基板上に所望の膜が形成される。また、膜を形成する工程において、形成されるべき膜の構成元素を含むプロセスガスをプロセスチャンバ内に供給し、基板が載置されたステージを加熱して膜を形成すると好ましい。このようにすれば、プロセスガスが熱分解されて、基板上に所望の膜を形成することができる。しかも、いずれの場合においても、基板をステージ上に載置する前に、基板は正に帯電されているため、ステージ及びステージを保持するための治具から脱離する正イオンが基板に到達するのを抑制できる。よって、基板上に堆積される膜が汚染されるのを防止できる。
【０００９】
また、上記のプロセスガスは、ケイ素元素を含むガスと、酸素元素を含むガス又は窒素元素を含むガスと、を含むと好ましい。このようにすれば、酸化ケイ素膜又はチッ化珪素膜を形成できるとともに、これらの膜が汚染されるのを防止できる。
【００１０】
さらに、帯電させる工程は、(ａ)プロセスチャンバに搬送されるべき基板が通過できるよう設けられた搬送室に基板を搬送する工程と、(ｂ)搬送室において、搬送室に搬送された基板を正に帯電させる工程と、を含むと好適である。このようにすれば、プロセスチャンバにより近い位置で基板を正に帯電させることが可能となる。したがって、基板が確実に正に帯電した状態で、基板をステージ上に載置できる。
【００１１】
本発明に係る成膜装置は、基板上に膜を形成する成膜装置であって、(ａ)プロセスチャンバと、(ｂ)プロセスチャンバ内に設けられたステージと、(ｃ)基板が収容される収容室とプロセスチャンバとの間に位置する搬送室内の該プロセスチャンバ内に基板を搬入するための搬送路に面して配置されており、プロセスチャンバへの搬入前に基板を正に帯電させるためのイオン発生器と、(ｄ)帯電された基板をステージ上に載置するための基板搬送部と、(ｅ)プロセスチャンバ内にプロセスガスを供給するガス供給部と、を備える。この装置によれば、膜を形成する前に、基板を正に帯電させることができる。
また、イオン発生器は、搬送路上の基板に対面するように配置されており正イオンを発生するイオン放出部を含む。
【００１２】
このようなイオン発生器を用いれば、基板を容易かつ確実に正に帯電させることができる。
【００１３】
また、上記の成膜装置は、(ａ)基板が収容される収容室と、(ｂ)収容室とプロセスチャンバとの間に位置しており帯電手段が設けられた搬送室と、を更に備えると好適である。
【００１４】
また、上記の成膜装置は、プロセスガスをプラズマ化する高周波電力をプロセスチャンバに対して供給する高周波電源を更に備えると好ましく、基板が載置されたステージの温度を調整する温度調整器を更に備えると好ましい。ガス供給部は、ケイ素元素を含むガスと、酸素元素を含むガス又は窒素元素を含むガスと、をプロセスチャンバに供給できるよう構成されると好ましい。このようにすれば、酸化ケイ素膜やチッ化珪素膜を始めとする様々な膜を形成できる。しかも、基板をステージ上に載置する前に、基板は正に帯電されているため、ステージ及びステージを保持するための治具から脱離する正イオンが基板に到達するのを抑制できる。よって、基板上に堆積される膜が汚染されるのを防止できる。
【００１５】
基板搬送部は基板と接触する基板支持部を有し、基板支持部は絶縁体で構成されると好適である。このようにすれば、基板を確実に正に帯電された状態でステージ上に載置できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成膜装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態では、プラズマＣＶＤ装置、及び当該プラズマＣＶＤ装置を用いた成膜方法について説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１７】
図１は、本実施形態によるプラズマＣＶＤ装置の平面図である。図２は、図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図１及び図２を参照しながら、プラズマＣＶＤ装置１を説明する。図１において、プラズマＣＶＤ装置１は、基板カセット収容部２、搬送室３、チャンバ格納部４、高周波電源５、及びガス供給部６を有する。基板カセット収容部２及び搬送室３は、ゲート弁７を介して設けられている。搬送室３及びチャンバ格納部４は、ゲート弁８を介して設けられている。
【００１８】
チャンバ格納部４はチャンバ４０を有する。チャンバ４０は基板Ｗが載置されるステージ４１を有する。ステージ４１の基板載置面は、ＡｌＮやＡｌ₂Ｏ₃といったＡｌ系の絶縁材料から構成されることができる。また、ステージ４１は、図２に示す通り、ヒータ４２を内蔵する。ヒータ４２には温度調整器４３が接続され、温度調整器４３によりステージ４１の温度が調整される。さらに、ステージ４１は接地されることができる。
【００１９】
また、チャンバ４０は、図２に図示の通り、シャワーヘッド４４を有する。シャワーヘッド４４にはガス供給部６が接続されており、ガス供給部６からシャワーヘッド４４に対してプロセスガスが供給される。プロセスガスは、チッ化珪素膜を堆積する場合には、シラン(ＳｉＨ₄)といったケイ素を含むガスと、窒素(Ｎ₂)ガス又はアンモニア(ＮＨ₃)ガスとを含むことができる。酸化ケイ素膜を堆積する場合には、プロセスガスは、シラン(ＳｉＨ₄)といったケイ素を含むガスと、一酸化二窒素 (Ｎ₂Ｏ)ガスといった窒素を含むガスとを含むことができる。シャワーヘッド４４に供給されたプロセスガスは、シャワーヘッド４４が有する複数の貫通孔を通して基板Ｗ上に均一に分配される。また、シャワーヘッド４４には、高周波電源５が接続される。高周波電源５からシャワーヘッド４４に対して高周波電力が供給されると、チャンバ４０内にプラズマが発生する。プラズマによりプロセスガスが分解され、基板Ｗ上に所定の絶縁膜が堆積される。
【００２０】
基板カセット収容部２には、基板Ｗが収納される基板カセット９が保持される。また、基板カセット収容部２はロボット２０を有する。ロボット２０は、基板Ｗの裏面に接して基板Ｗを吸着するチャック部２０ａといった基板指示部と、チャック部を保持するとともに伸縮自在に設けられたアーム部２０ｂとを有する。チャック部２０ａは、アルミナ(Ａｌ₂Ｏ₃)又はＡｌＮといった絶縁体から構成される。ロボット２０は基板カセット９から基板Ｗを抜き出す。また、ロボット２０は基板Ｗを基板カセット９に挿入する。
【００２１】
搬送室３はロボット３０を有する。ロボット３０は、ロボット２０と同様に、チャック部３０ａ及びアーム部３０ｂを有する。ロボット３０は、ロボット２０から基板Ｗを受け取ってチャンバ４０に搬入する。また、ロボット３０はチャンバ４０から基板Ｗを取り出してロボット２０へ受け渡す。また、搬送室３は、正イオンを発生させるイオン発生器３１を有する。イオン発生器３１は、例えば直流コロナ放電を利用して正イオンを発生させる機器であることができる。図２に示す通り、イオン発生器３１は、基板Ｗが通過する搬送路に面して配置されている。また、イオン発生器３１は、そのイオン放出部が搬送中の基板面に対面するように配置されていることが好ましい。このようにすれば、イオン発生器３１から放出される正イオンは基板面に直接に到達する。よって、基板Ｗを確実に正に帯電させることができる。また、イオン発生器３１は、図１に示す通り、ゲート弁７よりむしろゲート弁８の近くに設けられると好ましい。これは次の理由による。正に帯電させた後、長時間が経過してしまうと、正の電荷が中和されてしまう。ゲート弁８の近くにイオン発生器３１を設ければ、帯電された後より短い時間でチャンバ４０内に基板Ｗを搬入できる。そのため、基板Ｗがステージ上に載置される際、基板Ｗが確実に正に帯電した状態とできる。
【００２２】
以下、図３(ａ)〜(ｄ)を参照しながら、プラズマＣＶＤ装置１を用いたチッ化珪素膜の成膜方法について説明する。チッ化珪素膜を堆積する際には、チッ化珪素膜中に混入する水素を低減するため、基板Ｗの温度を例えば５５０℃程度の高温とすると好ましい。以下では、ステージの温度は、チッ化珪素膜の堆積工程中に変化されることなく、常に５５０℃に保たれることとする。
【００２３】
先ず、図３(ａ)を参照すると、チッ化珪素膜が堆積されるべき基板Ｗが基板カセット９内に収められている。ここで、基板Ｗは、例えば、シリコン(Ｓｉ)基板であってよく、また、その上に酸化シリコン(ＳｉＯ₂)膜といった絶縁膜が形成されたＳｉ基板であってよい。さらに、基板Ｗは、半導体集積回路を製造する過程の途中にあるＳｉ基板であってもよい。次に、基板Ｗが収められた基板カセット９が基板カセット収容部２に保持される。
【００２４】
基板カセット収容部２において、ロボット２０は基板カセット９から基板Ｗを抜き出す。次に、ゲート弁７が開き、基板Ｗは搬送室３の内部に搬入される。続いて、搬送室３の内部において、基板Ｗはロボット２０からロボット３０へ受け渡される。基板Ｗをロボット３０に受け渡したロボット２０は、基板カセット収容部２に戻り、ゲート弁７が閉まる。
【００２５】
続いて、基板Ｗは、ロボット３０により移動されて、イオン発生器３１の下方に位置する。ここで、イオン発生器３１から正イオンＰが放出され、図３(ｂ)に示す通り、正イオンＰが基板Ｗに対して照射される。正イオンＰの照射により、基板Ｗが正に帯電される。正イオンＰが基板Ｗに照射される時間、及びイオン発生器３１の動作条件は適宜決定されてよい。基板Ｗが正に帯電された後、ゲート弁８が開き、基板Ｗはチャンバ４０内へ搬入される。チャンバ４０内に搬入された基板Ｗは、図３(ｃ)に示す通り、ステージ４１上に載置される。その後、ロボット３０は搬送室３に戻り、ゲート弁８が閉まる。
【００２６】
この後、ガス供給部６からチャンバ４０内に所定の流量のＳｉＨ₄ガスとＮ₂ガスとが供給されるとともに、シャワーヘッド４４に対して高周波電力が印加される。高周波電力の印加によりチャンバ４０内にプラズマが発生する。プラズマ中に含まれる高エネルギー粒子によりＳｉＨ₄ガス及びＮ₂ガスが分解されて、図３(ｄ)に示すように、基板Ｗ上にチッ化珪素膜Ｆが堆積される。このとき、チッ化珪素膜の主な堆積条件は、例えば、以下の通りとできる。
・ＳｉＨ₄ガス供給量：１００ｓｃｃｍ
・Ｎ₂ガス供給量：９０００ｓｃｃｍ
・チャンバ内の圧力：８．０×１０²Ｐａ
・ステージ温度：５５０℃
・高周波電力：４２３Ｗ
【００２７】
基板Ｗ上に堆積されるチッ化珪素膜Ｆの厚さが所定の値となった後、高周波電力の印加を停止するとともに、ＳｉＨ₄ガスとＮ₂ガスとの供給を停止する。この後、ロボット３０がチャンバ４０から基板Ｗを取り出して、ロボット２０に受け渡す。ロボット２０は基板Ｗを基板カセット９に収納する。以上により、チッ化珪素膜Ｆの成膜が終了する。
【００２８】
以上のように、本実施形態のチッ化珪素膜の成膜方法においては、基板Ｗが正に帯電されてチャンバ４０内に搬入される。本発明者の知見によれば、上述の通り、Ａｌ系の材料から成るステージを５００℃を超える程度の温度に加熱すると、ＡｌがＡｌ³⁺といったＡｌイオンとなってステージより脱離する。そのため、チャンバ４０の雰囲気中、及びステージ４１上にはＡｌ³⁺イオンが存在している。本実施形態のチッ化珪素膜の成膜方法によれば、基板Ｗは正に帯電されてチャンバ４０内に搬入されるため、基板ＷにＡｌ³⁺イオンが吸着されるのが抑制される。したがって、基板ＷのＡｌによる汚染が低減される。
【００２９】
以上、実施形態を参照しながら、本発明に係る成膜方法及び成膜装置を説明したが、本発明はこれに限られることなく、種々の変形が可能である。上記実施形態においては、チッ化珪素膜を形成する場合について説明したが、酸化ケイ素膜を形成する場合に本発明の成膜方法を適用できることは言うまでもない。この場合、珪素元素を含むガスとしては、ＳｉＨ₄ガスに限らず、例えばテトラエチルオルソシリコン(Tetra Ethyl Orso Silicon：ＴＥＯＳ)ガスを使用できる。酸素元素を含むガスとしては、一酸化二窒素(Ｎ₂Ｏ)ガスを使用できる。酸素元素を含むガスとしてオゾン(Ｏ₃)ガスを用いても構わない。
【００３０】
さらに、例えば、タングステン(Ｗ)膜やチタン(Ｔｉ)膜といった金属膜、又はチッ化タングステン(ＷＮ_x)膜やチッ化チタン(ＴｉＮ)膜といったチッ化金属膜を基板Ｗ上に形成する場合にも、本発明に係る成膜方法を適用できる。この場合には、プラズマＣＶＤ装置１において、これらの膜の構成元素を含むプロセスガスを六フッ化タングステン(ＷＦ₆)ガス及びＳｉＨ₄ガスをガス供給部６からチャンバ４０に対して供給できるように変形する必要がある。
【００３１】
さらにまた、Ａｌ、銅(Ｃｕ)、及びＳｉを含む金属膜を基板Ｗ上に形成する場合についても、本発明に係る成膜方法を適用できる。この場合、プラズマＣＶＤ装置１は、Ａｌ、Ｃｕ、及びＳｉを構成元素として含む固体原料をチャンバ４０内に有することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る成膜方法及び成膜装置においては、基板を正に帯電した後に、プロセスチャンバ内のステージ上に載置できる。そのため、ステージ及びステージを保持するための治具から脱離する正イオンが基板に到達するのを抑制できる。すなわち、ステージ及びステージを保持するための治具を構成する構成元素が基板に到達するのを抑止できる成膜方法及び成膜装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施形態によるプラズマＣＶＤ装置の平面図である。
【図２】図２は、図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図３】図３(ａ)〜図３(ｄ)は、実施形態による成膜方法を説明する図である。
【符号の説明】
１…プラズマＣＶＤ装置、２…基板カセット収容部、３…搬送室、４…チャンバ格納部、５…高周波電源、６…ガス供給部、７…ゲート弁、８…ゲート弁、９…基板カセット、２０…ロボット、２０ａ…チャック部、２０ｂ…アーム部、３０…ロボット、３０ａ…チャック部、３０ｂ…アーム部、３１…イオン発生器、４０…チャンバ、４１…ステージ、４２…ヒータ、４３…温度調整器、４４…シャワーヘッド。

Claims

基板上に膜を形成する成膜方法であって、
基板が収容される収容室とプロセスチャンバとの間に位置する搬送室において、該搬送室内の前記プロセスチャンバ内に基板を搬入するための搬送路に面して配置されたイオン発生器を用いて該基板を正に帯電させる工程と、
前記帯電された基板を前記プロセスチャンバ内に搬入して該プロセスチャンバ内のステージ上に載置する工程と、
前記ステージ上に配置された基板に膜を形成する工程と、
を含み、
前記イオン発生器のイオン放出部が搬送中の前記基板に対面するように配置されており、
前記帯電させる工程において、前記基板に正イオンを照射する成膜方法。
前記膜を形成する工程において、
形成されるべき膜の構成元素を含むプロセスガスを前記プロセスチャンバ内に供給し、
前記プロセスチャンバ内に供給された前記プロセスガスをプラズマ化して膜を形成する請求項１に記載の成膜方法。
前記膜を形成する工程において、
形成されるべき膜の構成元素を含むプロセスガスを前記プロセスチャンバ内に供給し、
前記基板が載置されたステージを加熱して膜を形成する請求項１に記載の成膜方法。
前記プロセスガスは、ケイ素元素を含むガスと、酸素元素を含むガス又は窒素元素を含むガスと、を含む請求項２又は請求項３に記載の成膜方法。
基板上に膜を形成する成膜装置であって、
プロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバ内に設けられたステージと、
基板が収容される収容室と前記プロセスチャンバとの間に位置する搬送室内の前記プロセスチャンバ内に基板を搬入するための搬送路に面して配置されており、前記プロセスチャンバへの搬入前に前記基板を正に帯電させるためのイオン発生器と、
前記帯電された基板を前記ステージ上に載置するための基板搬送部と、
前記形成されるべき膜の構成元素を含むプロセスガスを前記プロセスチャンバ内に供給するガス供給部と、
を備え、
前記イオン発生器は、前記搬送路上の基板に対面するように配置されており正イオンを発生するイオン放出部を含む、成膜装置。
前記プロセスガスをプラズマ化する高周波電力を前記プロセスチャンバに対して供給する高周波電源を更に備える請求項５に記載の成膜装置。
前記基板が載置されたステージの温度を調整する温度調整器を更に備える請求項５または請求項６に記載の成膜装置。
前記ガス供給部は、ケイ素元素を含むガスと、酸素元素を含むガス又は窒素元素を含むガスと、を前記プロセスチャンバに供給できるよう構成される請求項５〜請求項７のいずれかに記載の成膜装置。
前記基板搬送部は前記基板と接触する基板支持部を有し、前記基板支持部は絶縁体で構成される請求項５〜請求項８のいずれかに記載の成膜装置。