JP4606554B2 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理チャンバ内にプラズマを生成すると共に、処理チャンバ内に成膜ガスを導入することにより、被処理基板の表面に絶縁膜を形成する成膜方法及び成膜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
成膜装置の１つである高密度プラズマ（ＨＤＰ）式ＣＶＤ装置は、例えば、処理チャンバと、この処理チャンバ内に設置され基板を支持する支持部材と、処理チャンバ内に成膜ガスを導入するガス導入手段と、処理チャンバ内に誘導結合高周波プラズマ（ＩＣＰ）を発生させるプラズマ発生手段とを備えている。このようなＨＤＰ式ＣＶＤ装置を用いて成膜を行う場合、処理チャンバ内にプラズマを発生させた状態で、処理チャンバ内に成膜ガスを導入することにより、支持部材に支持された基板の表面にＳｉＯ2等の絶縁膜を形成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜が１０ｎｍ以下と薄くなるにつれ、プラズマを用いる半導体製造装置において、チャージアップによるゲート酸化膜の破壊が増えてきている。そのようなゲート酸化膜に生じるプラズマダメージを軽減する方法として、従来は、プラズマのポテンシャルを低減したり、プラズマを均一化したり、あるいはイオン注入装置のようにウェハに注入される電荷量を制御するようにしていた。これらの技術は、エッチング装置やイオン注入装置では非常に有効な方法であるが、上記のＨＤＰ式ＣＶＤ装置等といった基板の表面に絶縁膜を成膜する装置では、そのような対策だけでは不十分であった。
【０００４】
本発明の目的は、被処理基板に発生するプラズマダメージを低減することができる成膜方法及び成膜装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、成膜初期時に、基板中央部に形成される絶縁膜の膜厚よりも基板周辺部に形成される絶縁膜の膜厚が大きいと、絶縁膜の表面に帯電したプラズマ中の荷電粒子が基板周辺部から中央部に向かって移動し、基板中央部の電荷密度が高くなり、その部分の電荷が薄い絶縁膜を通ってゲート酸化膜に入り込み、その結果ゲート酸化膜にプラズマダメージが起きやすくなることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、処理チャンバ内にプラズマを発生させると共に、処理チャンバ内に成膜ガスを導入することによって、処理チャンバ内に収容された被処理基板の表面に絶縁膜を形成する成膜方法であって、成膜を開始してから所定の期間、被処理基板の表面における中心部を含む第１領域に形成される絶縁膜の膜厚が第１領域の外側の第２領域に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくなるように、成膜ガスを被処理基板の表面に向けて供給するステップを有し、成膜ガスとして、ケイ素含有ガスと酸化系ガスとを含むガスを使用し、成膜ガスを被処理基板の表面に向けて供給するときに、ケイ素含有ガスを第１領域のみに向けて供給すると共に、酸化系ガスを第１領域及び第２領域に向けて供給し、その後、ケイ素含有ガス及び酸化系ガスの各々を第１領域及び第２領域に向けて供給することを特徴とするものである。
【０００７】
このように成膜ガスを処理チャンバ内に導入することにより、成膜初期時には、絶縁膜の表面に帯電したプラズマ中の荷電粒子は被処理基板の中央部から周辺部に向かって移動するようになるため、基板から側方に逃げる荷電粒子が多くなり、絶縁膜に残る電荷が少なくなる。また、多少の荷電粒子が被処理基板にたまっても、荷電粒子は被処理基板の中央部から周辺部に向かうことで分散された状態となるため、その電荷密度は小さい。したがって、ゲート酸化膜に生じるプラズマダメージが低減される。
【０００９】
また、成膜ガスとして、ケイ素含有ガスと酸化系ガスとを含むガスを使用することにより、被処理基板の表面に、絶縁膜としてＳｉＯ2膜を形成できる。
【００１１】
また、好ましくは、成膜ガスとして、更に不活性ガスを含むガスを使用し、不活性ガスを処理チャンバ内に導入してプラズマを生成し、その後、ケイ素含有ガスと酸化系ガスと不活性ガスとの混合ガスを処理チャンバ内に導入する。これにより、成膜ガスを処理チャンバ内に導入する前に、処理チャンバ内の圧力が安定した状態となる。
【００１２】
この場合、好ましくは、不活性ガスを処理チャンバ内に導入してプラズマを生成した後、ケイ素含有ガスを処理チャンバ内に導入する前に、酸化系ガスを処理チャンバ内に導入して被処理基板の加熱を行う。これにより、被処理基板の加熱処理が効率よく行える。
【００１３】
例えば、ケイ素含有ガスとしてＳｉＨ4ガスを使用し、酸化系ガスとしてＯ2ガスを使用する。
【００１４】
さらに、好ましくは、成膜ガスを被処理基板の第１領域に向けて供給するときは、処理チャンバの上部に設けられた第１ノズルから第１領域に向けて成膜ガスを噴射させ、成膜ガスを被処理基板の第２領域に向けて供給するときは、処理チャンバの側部に設けられた複数の第２ノズルから第２領域に向けて成膜ガスを噴射させる。これにより、成膜ガスを被処理基板の第１領域及び第２領域に向けて効率よく供給できる。
【００１５】
例えば、被処理基板の表面に形成される絶縁膜の膜厚が１０００Ａ以下である期間、第１領域に形成される絶縁膜の膜厚が第２領域に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくなるように、成膜ガスを第１領域及び第２領域に向けて供給する。
【００１６】
また、好ましくは、成膜を開始してから所定時間経過後、被処理基板を支持する支持部材にバイアス用高周波電力を印加してプラズマを被処理基板に引き込み、成膜終了時には、処理チャンバ内への成膜ガスの導入を継続した状態で、支持部材へのバイアス用高周波電力の印加を停止し、その後で成膜ガスの導入を停止する。処理チャンバ内への成膜ガスの導入を継続している成膜処理中は、被処理基板の表面に形成される絶縁膜の膜厚がほぼ均一になるように成膜ガスの供給流量が設定される。このため、被処理基板の上方のプラズマ密度はほぼ均一であり、その状態でプラズマが被処理基板の表面に均一に引き込まれることになる。従って、処理チャンバ内への成膜ガスの導入を継続した状態で、バイアス用高周波電力の印加を停止しても、被処理基板の表面の電荷バランスが比較的良好な状態に維持される。これにより、ゲート酸化膜に生じるプラズマダメージがより低減される。
【００１７】
また、本発明は、処理チャンバ内に収容された被処理基板の表面に絶縁膜を形成する成膜装置であって、処理チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、処理チャンバ内に成膜ガスを導入するガス導入手段と、成膜を開始してから所定の期間、被処理基板の表面における中心部を含む第１領域に形成される絶縁膜の膜厚が第１領域の外側の第２領域に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくなるように、ガス導入手段を制御する第１制御手段とを備え、ガス導入手段は、処理チャンバの上部に設けられ、成膜ガスを被処理基板の第１領域に向けて噴射する第１ノズルと、処理チャンバの側部に設けられ、成膜ガスを被処理基板の第２領域に向けて噴射する複数の第２ノズルと、ケイ素含有ガスを第１ノズル及び第２ノズルに供給するためのケイ素含有ガス供給系と、酸化系ガスを第１ノズル及び第２ノズルに供給するための酸化系ガス供給系とを有し、第１制御手段は、ケイ素含有ガスを第１ノズルのみに向けて供給するようにケイ素含有ガス供給系を制御すると共に、酸化系ガスを第１ノズル及び第２ノズルに供給するように酸化系ガス供給系を制御し、その後、ケイ素含有ガスを第１ノズル及び第２ノズルに供給するようにケイ素含有ガス供給系を制御すると共に、酸化系ガスを第１ノズル及び第２ノズルに供給するように酸化系ガス供給系を制御することを特徴とするものである。
【００１８】
このようにプラズマ発生手段、ガス導入手段及び第１制御手段を設けることにより、上記の成膜方法を実施できるため、ゲート酸化膜に生じるプラズマダメージを低減することができる。
【００１９】
また、ガス導入手段は、処理チャンバの上部に設けられ、成膜ガスを被処理基板の第１領域に向けて噴射する第１ノズルと、処理チャンバの側部に設けられ、成膜ガスを被処理基板の第２領域に向けて噴射する複数の第２ノズルとを有する。これにより、成膜ガスを被処理基板の第１領域及び第２領域に向けて効率よく供給できる。
【００２１】
また、ガス導入手段は、ケイ素含有ガスを第１ノズル及び第２ノズルに供給するためのケイ素含有ガス供給系と、酸化系ガスを第１ノズル及び第２ノズルに供給するための酸化系ガス供給系とを有することにより、ケイ素含有ガスと酸化系ガスとを含むガスが成膜ガスとして処理チャンバ内に導入される。
【００２３】
また、好ましくは、ケイ素含有ガス供給系は、第１ノズルに供給されるケイ素含有ガスの流量を調整する手段と、第２ノズルに供給されるケイ素含有ガスの流量を調整する手段とを有する。これにより、第１ノズル及び第２ノズルに供給されるケイ素含有ガスの供給流量を調整することによっても、成膜初期時に、被処理基板の中央部に形成される絶縁膜の膜厚を周辺部に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくすることができる。
【００２４】
さらに、好ましくは、ガス導入手段は、不活性ガスを第１ノズル及び第２ノズルに供給するための不活性ガス供給系を更に有し、第１制御手段は、不活性ガスを処理チャンバ内に導入するよう不活性ガス供給系を制御し、その後で、ケイ素含有ガスと酸化系ガスと不活性ガスとの混合ガスを処理チャンバ内に導入するようケイ素含有ガス供給系、酸化系ガス供給系及び不活性ガス供給系をそれぞれ制御する。これにより、成膜ガスを処理チャンバ内に導入する前に、処理チャンバ内の圧力が安定した状態となる。
【００２５】
この場合、好ましくは、第１制御手段は、不活性ガスを処理チャンバ内に導入するよう不活性ガス供給系を制御した後、ケイ素含有ガスを処理チャンバ内に導入するようケイ素含有ガス供給系を制御する前に、酸化系ガスを処理チャンバ内に導入するよう酸化系ガス供給系を制御する。これにより、被処理基板の加熱処理が効率よく行える。
【００２６】
また、好ましくは、第１ノズルは、処理チャンバ内に被処理基板が収容された時の当該被処理基板の中心部の直上位置に設けられている。これにより、成膜ガスが第１ノズルから被処理基板の第１領域に向けて効果的に噴射される。
【００２７】
さらに、好ましくは、処理チャンバ内に配置され、被処理基板を支持する支持部材と、支持部材にバイアス用高周波電力を印加することで、プラズマ発生手段で発生させたプラズマを被処理基板に引き込むプラズマ引込手段と、処理チャンバ内への成膜ガスの導入を継続した状態で、支持部材へのバイアス用高周波電力の印加を停止するようプラズマ引込手段を制御し、その後で成膜ガスの導入を停止するようガス導入手段を制御する第２制御手段とを更に備える。これにより、上述したように、バイアス用高周波電力の印加を停止しても、被処理基板の表面の電荷バランスが比較的良好な状態に維持されるため、ゲート酸化膜に生じるプラズマダメージをより低減できる。
【００２８】
また、好ましくは、処理チャンバは、内部に支持部材が配置されたチャンバ本体と、このチャンバ本体の上部に設けられ、絶縁材料で形成された蓋体とを有し、この蓋体の外面部にはコイルアンテナが取り付けられており、プラズマ発生手段は、コイルアンテナにソース用高周波電力を印加することで、処理チャンバ内にプラズマを発生させる。これにより、処理チャンバ内にプラズマを効果的に発生させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成膜方法及び成膜装置の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は、本発明に係る成膜装置の一実施形態として高密度プラズマ（ＨＤＰ）式ＣＶＤ装置を示す概略構成図である。同図において、ＨＤＰ式ＣＶＤ装置１は処理チャンバ２を備え、この処理チャンバ２は、チャンバ本体３と、このチャンバ本体３の上部に当該チャンバ本体３を覆うように設けられたドーム状の蓋体４とを有している。この蓋体４は、セラミック等の絶縁体で形成されている。蓋体４上には、ドーム温度を設定する加熱プレート５ａ、冷却プレート５ｂ及び支持プレート６が設置されている。
【００３１】
処理チャンバ２内には、被処理基板であるウェハＷを支持する支持部材７が設置されており、この支持部材７には、ウェハＷを固定するための静電チャック８が設けられている。また、処理チャンバ２内における支持部材７の下方には、スロットルバルブ９が配置されている。また、処理チャンバ２の下方には、ゲートバルブ１０を介してターボ分子ポンプ１１が設置され、このターボ分子ポンプ１１により処理チャンバ２内が真空排気される。
【００３２】
蓋体４の外面部には、トップコイル１２ｔ及びサイドコイル１２ｓが取り付けられている。各コイル１２ｔ，１２ｓには、マッチングネットワーク（整合器）１３ｔ，１３ｓを介してＲＦジェネレータ１４ｔ，１４ｓが接続され、このＲＦジェネレータ１４ｔ，１４ｓにより各コイル１２ｔ，１２ｓにソース用高周波電力を印加することで、処理チャンバ２内にプラズマを発生させる。また、支持部材７には、マッチングネットワーク１５を介してＲＦジェネレータ１６が接続され、このＲＦジェネレータ１６により支持部材７にバイアス用高周波電力を印加することで、処理チャンバ２内に発生したプラズマがウェハＷ表面に引き込まれる。なお、処理チャンバ２には、クリーニングプロセスに使用するプラズマを処理チャンバ２内に発生させるためのクリーニング用プラズマ発生部１７が接続されている。
【００３３】
処理チャンバ２の上部には、成膜ガスを上方より処理チャンバ２内に導入するためのガス導入部１８が設けられている。ここでは、成膜ガスとして、ケイ素含有ガスであるシラン（ＳｉＨ4）ガス、酸化系ガスである酸素（Ｏ2）ガス、不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスを使用する。
【００３４】
ガス導入部１８は、図１及び図２に示すように、ガス導入口を有する２つのガス通路１９ａ，１９ｂと、このガス通路１９ａ，１９ｂに連通し、下側に突出したトップノズル２０とを有している。ここでは、ガス通路１９ａは、ＳｉＨ4ガス及びＡｒガスの供給通路であり、ガス通路１９ｂは、Ｏ2ガスの供給通路である。トップノズル２０は、支持部材７にウェハＷが支持された時のウェハＷの中心部の直上位置に設けられている。これにより、ガス通路１９ａ，１９ｂからのガスがウェハＷの表面における中心部を含む第１領域（ウェハ中央部）に向けて効率よく噴射される。なお、トップノズル２０の設置位置は支持部材７の上方であればよく、またトップノズル２０を複数設けてもよい。
【００３５】
チャンバ本体３の側壁上部には、成膜ガスを側方より処理チャンバ２内に導入するためのガス導入部２１が設けられている。ガス導入部２１は、図２及び図３に示すように、ガス導入口を有するガス通路２２ａ，２２ｂと、このガス通路２２ａ，２２ｂと連通したガス供給リング２３ａ，２３ｂと、チャンバ本体３の内側に突出した複数（ここでは１２個）のサイドノズル（第２ノズル）２４とを有している。ここでは、ガス通路２２ａにはＳｉＨ4ガス及びＡｒガスが導入され、ガス通路２２ｂにはＯ2ガスが導入されるようになっている。
【００３６】
サイドノズル２４は、ＳｉＨ4ガス用ノズルとＯ2ガス用ノズルに分けられており、ガス供給リング２３ａと連通したサイドノズル２４がＳｉＨ4ガス用ノズルであり、ガス供給リング２３ｂと連通したサイドノズル２４がＯ2ガス用ノズルとなっている。これらのサイドノズル２４は、ガス供給リング２３ａ，２３ｂからのガスがウェハＷの表面における第１領域の外側の第２領域（ウェハ周辺部）に向けて噴射されるように構成されている。
【００３７】
図１に戻り、上記のガス導入部１８，２１は、ガス供給ライン２５ａ〜２５ｆを介してガス供給源２６Ｘ〜２６Ｚと接続されている。ガス供給源２６ＸはＳｉＨ4ガスの供給源であり、ガス供給源２６ＹはＯ2ガスの供給源であり、ガス供給源２６ＺはＡｒガスの供給源である。各ガス供給ライン２５ａ〜２５ｆには、ガス導入部１８，２１へのガスの供給をオンオフする開閉バルブ２７ａ〜２７ｆと、ガス導入部１８，２１に供給されるガスの流量を調整する質量流量コントローラ（ＭＦＣ）２８ａ〜２８ｆとが設けられている。
【００３８】
このようなＨＤＰ式ＣＶＤ装置１の主要部は、制御装置３０からの制御信号により制御される。制御装置３０は、処理チャンバ２内にプラズマを発生させるようＲＦジェネレータ１４ｔ，１４ｓを制御すると共に、そのプラズマをウェハＷに引き込ませるようＲＦジェネレータ１６を制御する。また、制御装置３０は、ガス供給源２６Ｘ〜２６Ｚのガスを所望の流量で処理チャンバ２内に導入するよう開閉バルブ２７ａ〜２７ｆ及びＭＦＣ２８ａ〜２８ｆを制御する。さらに、制御装置３０は、図示はしないが、ウェハＷの搬入・搬出を行うウェハ搬送ロボット（図示せず）を制御したり、処理チャンバ２内の圧力を調整すべくスロットルバルブ９及びゲートバルブ１０を制御する。
【００３９】
このような制御装置３０には、オペレータが入力操作する入力装置３１が接続されており、入力装置３１から成膜処理開始信号が出力されると、制御装置３０は上記の制御処理を実行する。制御装置３０によるガス供給制御および高周波印加制御の処理手順を図４に示す。
【００４０】
まず、入力装置３１から成膜処理開始信号が送出されたかどうかを判断し（手順１０１）、成膜処理開始信号が送出されたと判断されると、開閉バルブ２７ｅ，２７ｆを開くと共にＭＦＣ２８ｅ，２８ｆを調整し、ガス供給源２６ＺのＡｒガスをトップノズル２０及びサイドノズル２４に供給する（手順１０２）。
【００４１】
そして、所定時間経過後、ＲＦジェネレータ１４ｔ，１４ｓをオンにし、コイル１２ｔ，１２ｓにソース用高周波電力を印加する（手順１０３）。次いで、開閉バルブ２７ｄを開くと共にＭＦＣ２８ｄを調整し、ガス供給源２６ＹのＯ2ガスをサイドノズル２４に供給する（手順１０４）。続いて、開閉バルブ２７ｃを開くと共にＭＦＣ２８ｃを調整し、ガス供給源２６ＹのＯ2ガスをトップノズル２０にも供給する（手順１０５）。
【００４２】
次いで、開閉バルブ２７ａを開くと共にＭＦＣ２８ａを調整し、ガス供給源２６ＸのＳｉＨ4ガスをトップノズル２０に供給する（手順１０６）。続いて、開閉バルブ２７ｂを開くと共にＭＦＣ２８ｂを調整し、ガス供給源２６ＸのＳｉＨ4ガスをサイドノズル２４にも供給する（手順１０７）。そして、ＲＦジェネレータ１６をオンにし、支持部材７にバイアス用高周波電力を印加する（手順１０８）。
【００４３】
その後、所定時間が経過したか否かによってウェハＷの成膜処理が終了したかどうかを判断し（手順１０９）、成膜処理が終了したと判断されると、ＲＦジェネレータ１６をオフにし、支持部材７へのバイアス用高周波電力の印加を停止する（手順１１０）。
【００４４】
次いで、開閉バルブ２７ａ，２７ｂを閉じ、ＳｉＨ4ガスの供給を停止する（手順１１１）。そして、開閉バルブ２７ｃ〜２７ｆを閉じ、Ｏ2ガス及びＡｒガスの供給を停止する（手順１１２）。そして、ＲＦジェネレータ１４ｔ，１４ｓをオフにし、コイル１２ｔ，１２ｓへのソース用高周波電力の印加を停止する（手順１１３）。
【００４５】
以上において、手順１０１〜１０８は、成膜を開始してから所定の期間、被処理基板Ｗの表面における中心部を含む第１領域（ウェハ中央部）に形成される絶縁膜の膜厚が第１領域の外側の第２領域（ウェハ周辺部）に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくなるように、ガス導入手段２７ａ〜２７ｆ，２８ａ〜２８ｆを制御する第１制御手段を構成する。手順１０９〜１１３は、処理チャンバ２内への成膜ガスの導入を継続した状態で、支持部材７へのバイアス用高周波電力の印加を停止するようプラズマ引込手段１６を制御し、その後で成膜ガスの導入を停止するようガス導入手段２７ａ〜２７ｆ，２８ａ〜２８ｆを制御する第２制御手段を構成する。
【００４６】
以上のように構成したＨＤＰ式ＣＶＤ装置１を用いた成膜方法について、図５に示すプロセスタイムテーブル表により説明する。
【００４７】
（１）まず、ゲートバルブ１０を開くと共に、スロットルバルブ９を所定の角度で開いた状態で、ターボ分子ポンプ１１により処理チャンバ２内を真空引きする。また、ガス供給源２６ＸのＡｒガスをノズル２０，２４より処理チャンバ２内に導入する。このとき、トップノズル２０へのＡｒガスの供給流量は、例えば１６sccmであり、サイドノズル２４へのＡｒガスの供給流量は、例えば１８０sccmである。これにより、処理チャンバ２内の圧力が、例えば０．０５Torrまで減圧される。
【００４８】
（２）そして、例えば１５秒経過後、ＲＦジェネレータ１４ｔによりトップコイル１２ｔにソース用高周波電力を印加し、処理チャンバ２内にプラズマを発生させる。このソース用高周波電力の周波数は例えば２．０ＭＨｚであり、電力値は例えば１ＫＷである。なお、上記（１）でＡｒガスの供給時間を１５秒としたのは、処理チャンバ２内の圧力を安定させるためである。
【００４９】
（３）そして、例えば２秒経過後、静電チャック８をオンにし、ウェハ搬送ロボット（図示せず）により搬入したウェハＷを支持部材７に固定する。これとほぼ同時に、サイドノズル２４から供給されるＡｒガスの流量を例えば１１０sccmに減らすと共に、ガス供給源２６ＹのＯ2ガスをサイドノズル２４より処理チャンバ２内に導入する。この時のＯ2ガスの供給流量は、例えば３０sccmである。また、ＲＦジェネレータ１４ｓによりサイドコイル１２ｓにソース用高周波電力を印加する。この時の高周波電力は、例えば２ＫＷである。
【００５０】
（４）そして、例えば２秒経過後、サイドノズル２４より供給されるＯ2ガスの流量を例えば１３６sccmに増やすと共に、Ｏ2ガスをトップノズル２０より処理チャンバ２内に導入する。このとき、トップノズル２０からのＯ2ガスの供給流量は、例えば２２．３sccmである。これにより、プラズマの熱によってウェハＷの表面が効果的に加熱される。
【００５１】
（５）そして、例えば２０秒経過後、トップコイル２０に印加する高周波電力を１．３ＫＷに上げると共に、サイドコイル２４に印加する高周波電力を３．１ＫＷに上げる。これとほぼ同時に、Ａｒガス及びＯ2ガスに加えて、ガス供給源２６ＸのＳｉＨ4ガスをトップノズル２０より処理チャンバ２内に導入し、ウェハＷの成膜処理を開始する。この時のＳｉＨ4ガスの供給流量は、例えば２５sccmである。これにより、ＳｉＨ4及びＯ2は、イオンまたはラジカルに電離された状態でウェハ中央部に達し、その部分にＳｉＯ2膜が形成される。
【００５２】
（６）そして、例えば２秒経過後、トップノズル２０から供給されるＳｉＨ4ガスの流量を例えば１２．３sccmに減らすと共に、ＳｉＨ4ガスをサイドノズル２４からも処理チャンバ２内に導入する。このとき、サイドノズル２４からのＳｉＨ4ガスの供給流量は、例えば７６sccmである。これにより、ウェハ中央部だけでなく、ウェハ周辺部にもＳｉＯ2膜が形成されるようになる。なお、サイドノズル２４に供給するＳｉＨ4ガスの流量をトップノズル２０に供給するＳｉＨ4ガスの流量よりも多くしているのは、ウェハＷの表面に形成されるＳｉＯ2膜の膜厚が均一になるようにするためである。
【００５３】
（７）そして、例えば４秒経過後、ＲＦジェネレータ１６により支持部材７にバイアス用高周波電力を印加する。このバイアス用高周波電力の周波数は例えば１３．６ＭＨｚであり、電力値は例えば３．５ＫＷである。これにより、ＲＦジェネレータ１４ｔ，１４ｓにより生成されたプラズマ種のウェハＷ表面への移送が促進され、ウェハＷの成膜が進行していく。
【００５４】
（８）その後、例えば１８０秒経過して、ウェハＷの表面に形成されるＳｉＯ2膜の膜厚が所望の厚さになると、処理チャンバ２内へのＳｉＨ4ガス、Ｏ2ガス、Ａｒガスの導入を継続した状態で、支持部材７へのバイアス用高周波電力の印加を停止する。また、トップコイル１２ｔに印加する高周波電力を１ＫＷに下げると共に、サイドコイル１２ｓに印加する高周波電力を２ＫＷに下げる。
【００５５】
（９）そして、例えば１秒経過後、処理チャンバ２内へのＳｉＨ4ガスの導入を停止する。
【００５６】
（１０）そして、例えば３秒経過後、静電チャック８をオフにし、ウェハ搬送ロボット（図示せず）によりウェハＷを処理チャンバ２の外部へ搬出する。また、処理チャンバ２内へのＡｒガス及びＯ2ガスの導入を停止すると共に、コイル１２ｔ，１２ｓへのソース用高周波電力の印加を停止する。以上により、ウェハＷの成膜処理が終了する。
【００５７】
このような成膜処理においては、上述したように、ウェハＷ上に形成される絶縁膜の膜厚を均一にすべく、ＳｉＨ4ガスのサイドノズル２４への供給流量をトップノズル２０への供給流量よりも多くするが、このようにすると、成膜初期時には、配管のコンダクタンスの相違等によって、ウェハ周辺部に形成される絶縁膜の膜厚がウェハ中央部に対して厚くなる傾向にある。この場合には、たとえプラズマ密度やプラズマポテンシャルが空間的に均一であっても、ゲート酸化膜に起きるプラズマダメージを軽減することは困難である。
【００５８】
つまり、絶縁膜の膜厚がある程度の厚さになると、絶縁膜を突き抜ける荷電粒子よりも、絶縁膜の表面に帯電して横方向にドリフトする荷電粒子の方が多くなる。このため、上記のようにウェハ周辺部の絶縁膜の膜厚がウェハ中央部の絶縁膜の膜厚よりも厚くなると、荷電粒子がウェハ周辺部からウェハ中央部に向かって移動し、ウェハ中央部の電荷密度が高くなる。そして、ウェハ中央部に蓄積された荷電粒子が薄い絶縁膜を突き抜けてゲート酸化膜に達し、その結果ゲート酸化膜に生じるプラズマダメージが激しくなると考えられる。
【００５９】
さらに、成膜終了時におけるバイアス用高周波電力の印加の停止タイミングも、ウェハＷのプラズマダメージに影響すると考えられる。すなわち、ＳｉＨ4ガスを処理チャンバ２の上方および側方よりウェハＷに向けて供給する構造のものでは、トップノズル２０へのＳｉＨ4ガスの供給系（ガス供給ライン２５ａ）とサイドノズル２４への供給系（ガス供給ライン２５ｂ）とでは、上述したように配管のコンダクタンスやＳｉＨ4ガスの供給流量が異なる。このような相違によって、ＳｉＨ4ガスの供給を停止したときには、ガス供給ライン２５ｂの配管内に残留するＳｉＨ4ガスの量がガス供給ライン２５ａの配管内に残留するＳｉＨ4ガスの量よりも多くなる。このため、ウェハエッジ部の上方のプラズマ密度がウェハ中央部の上方のプラズマ密度よりも高くなる傾向にあり、このようにプラズマ密度が不均一な状態でイオンがウェハＷに引き込まれると、ウェハＷ表面の電荷バランスが悪化する。ところで、ウェハＷに生じるプラズマダメージは、バイアス用高周波電力の印加をオン／オフした時が特に誘起されやすい。従って、ウェハＷ表面の電荷バランスが不均一な状態で、バイアス用高周波電力の印加を停止すると、荷電粒子がウェハＷ表面を移動しやすくなり、その結果ゲート酸化膜にプラズマダメージが生じやすくなる。
【００６０】
これに対し本実施形態においては、成膜初期時には、まずＳｉＨ4ガスをトップノズル２０のみから処理チャンバ２内に導入し、所定時間経過後にＳｉＨ4ガスをトップノズル２０及びサイドノズル２４の両方から導入することによって、ウェハ中央部に形成される絶縁膜の膜厚がウェハ周辺部に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくなるようにしたので、絶縁膜の表面に帯電したプラズマ中の荷電粒子はウェハ中央部からウェハ周辺部に向かってドリフトするようになる。この場合には、絶縁膜の表面に帯電した荷電粒子がウェハＷから側方に逃げやすくなるため、絶縁膜に残る電荷が減少する。また、絶縁膜に電荷が残ったとしても、荷電粒子はウェハ周辺部に分散した状態となるため、電荷密度は極めて小さい。したがって、薄い絶縁膜を突き抜けてゲート酸化膜に達する電荷が減少し、ゲート酸化膜に生じるプラズマダメージが低減される。
【００６１】
ここで、成膜初期時には、ウェハ中央部の絶縁膜の膜厚がウェハ周辺部の絶縁膜の膜厚よりも大きくなるが、ＳｉＨ4ガスのサイドノズル２４への供給流量はトップノズル２０への供給流量よりも多いので、時間の経過と共に絶縁膜の膜厚はウェハＷ全体にわたってほぼ均一になっていき、結果的に膜厚均一性を損なうことはほとんど無い。なお、成膜初期時とは、絶縁膜の膜厚が例えば１０００Ａ（オングストロ−ム）以下である期間をいう。
【００６２】
また、成膜終了時には、ノズル２０，２４へのＳｉＨ4ガスの供給を継続した状態で、支持部材７へのバイアス用高周波電力の印加を停止し、その後でＳｉＨ4ガスの供給を停止するようにしたので、成膜終了時に起因するプラズマダメージも低減できる。つまり、ＳｉＨ4ガスの供給継続中は、上述したようにウェハＷの表面に形成される絶縁膜の膜厚が均一になるようにノズル２０，２４へのＳｉＨ4ガスの供給流量を設定している。このため、ウェハＷの上方のプラズマ密度がほぼ均一であり、その状態でイオンがウェハＷの表面に引き込まれることになるので、ウェハＷ表面の電荷バランスは比較的良好である。従って、このような状態でバイアス用高周波電力の印加を停止しても、ウェハＷ表面の電荷バランスは良好な状態に維持され、荷電粒子がウェハＷ表面を移動しにくくなる。これにより、ゲート酸化膜に生じるプラズマダメージがより一層低減される。
【００６３】
図６は、本発明に係る成膜方法の試験に使用する試験用素子群（ＴＥＧ）を示したものである。同図において、ＴＥＧ５０は、厚さが４０Ａのゲート酸化膜５１と、ポリシリコンゲート５２と、アンテナ比が２０Ｋのアルミニウムアンテナ５３とを含むアンテナＴＥＧである。このようなアンテナＴＥＧ５０が全体にわたって複数組み込まれたウェハを用意し、ＩＣテスター５４を使用して、成膜初期時におけるゲート酸化膜５１のリーク電流を測定した。その測定結果を図７に示す。
図７（ａ）は、ウェハ中央部の膜厚がウェハ周辺部の膜厚よりも小さくなるように初期絶縁膜を形成した場合の測定結果であり、図７（ｂ）は、ウェハ中央部の膜厚がウェハ周辺部の膜厚よりも大きくなるように初期絶縁膜を形成した場合の測定結果である。また、ひし形（◆）は面積アンテナ比（Ａ／Ｒ）を２Ｋとしたとき、四角形（■）はＡ／Ｒを２０Ｋとしたとき、三角形（▲）はＡ／Ｒを４０Ｋとしたとき、丸（●）はＡ／Ｒを１００Ｋとしたときのものである。
ウェハ中央部の初期絶縁膜の膜厚がウェハ周辺部の初期絶縁膜の膜厚よりも薄い場合には、図７（ａ）に示すように、ゲート酸化膜５１のリーク電流にバラツキがあるのが分かる。これは、ウェハ中央部に集中して電荷が貯まることで、ウェハ中央部に組み込まれたアンテナＴＥＧ５０のゲート酸化膜５１が破壊したためであると考えられる。
【００６４】
これに対し、ウェハ中央部の初期絶縁膜の膜厚をウェハ周辺部の初期絶縁膜の膜厚よりも厚くした場合には、図７（ｂ）に示すように、ゲート酸化膜５１のリーク電流にバラツキはほとんど見られず、ゲート酸化膜５１の破壊がかなり改善されていることが分かる。
【００６５】
また、上記のアンテナＴＥＧ５０が全体にわたって複数組み込まれたウェハを用意し、成膜終了時におけるウェハの破壊についての評価を行った。具体的には、ウェハに印加する電圧を最大４．２Ｖまで徐々に上げていき、ＩＣテスター５４を用いて、何ボルトでゲート酸化膜５１が破壊するかを測定した。その測定結果を図８に示す。
図８（ａ）は、ＳｉＨ4ガスの供給を停止した後に、バイアス用高周波電力の印加を停止した場合の測定結果であり、図８（ｂ）は、バイアス用高周波電力の印加を停止した後に、ＳｉＨ4ガスの供給を停止した場合の測定結果である。ここで、黒く塗りつぶした部分が、ゲート酸化膜５１にダメージが生じたウェハ上の不良を表わしている。
【００６６】
ＳｉＨ4ガスの供給を停止してからバイアス用高周波電力の印加を停止した場合には、図８（ａ）に示すようにダメージ発生率が９％であるのに対し、バイアス用高周波電力の印加を停止してからＳｉＨ4ガスの供給を停止した場合には、図８（ｂ）に示すようにダメージ発生率が２％であり、ゲート酸化膜５１の破壊がかなり改善されていることが分かる。
【００６７】
以上、本発明に係る成膜方法及び成膜方法の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、成膜初期において、ＳｉＨ4ガスをトップノズル２０のみから供給し、その後、ＳｉＨ4ガスをトップノズル２０及びサイドノズル２４から供給するようにしたが、トップノズル２０及びサイドノズル２４から供給されるＳｉＨ4ガスの流量を調整することによって、ウェハ表面における中央部に形成される絶縁膜の膜厚が周辺部に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくなるようにしてもよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、成膜ガスとして、ケイ素含有ガスであるＳｉＨ4と酸化系ガスであるＯ2ガスと不活性ガスであるＡｒガスとの混合ガスを使用したが、成膜ガスは、特にそのようなガスに限定されない。例えば、ケイ素含有ガスとしてＳｉＦ4ガスやＳｉＨＣｌ3ガス等を使用し、酸化系ガスとしてＮＯガス、Ｎ2Ｏガス、ＮＯ2ガス等を使用してもよい。また、ウェハＷの表面に形成する絶縁膜は、上記のようなシリコン酸化膜ＳｉＯ2に限らず、Ｓｉ3Ｎ4等のシリコン窒化膜としてもよく、その場合には、成膜ガスとして、ケイ素含有ガスとＮ2、ＮＨ3等の窒化系ガスとを含むガスを使用する。
【００６９】
さらに、上記実施形態は、成膜初期時に、ウェハ表面における中央部に形成される絶縁膜の膜厚が周辺部に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくなるように成膜ガスを導入するものであるが、もちろん初期絶縁膜の膜厚がウェハ表面全体で均一であってもよい。この場合には、荷電粒子がウェハＷの周辺部から中央部にドリフトすることはほとんど無いので、ウェハ中央部の膜厚がウェハ周辺部の膜厚よりも薄い場合に比べて、ゲート酸化膜に生じるプラズマダメージが低減するのは言うまでもない。
【００７０】
また、上記実施形態はＨＤＰ式ＣＶＤ装置であるが、本発明の成膜装置は、処理チャンバ内にプラズマを生成すると共に処理チャンバ内に成膜ガスを導入することによって成膜を行うものであれば、適用可能である。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、成膜初期時には、被処理基板の表面における中心部を含む第１領域に形成される絶縁膜の膜厚が第１領域の外側の第２領域に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくなるように、成膜ガスを被処理基板の表面に向けて供給するので、被処理基板の破壊を低減できる。
【００７２】
また、成膜終了時において、処理チャンバ内への成膜ガスの導入を継続した状態で、支持部材へのバイアス用高周波電力の印加を停止し、その後で成膜ガスの導入を停止するようにした場合には、被処理基板の破壊をより低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成膜装置の一実施形態である高密度プラズマ（ＨＤＰ）式ＣＶＤ装置を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す処理チャンバの上部部分を示す拡大断面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】図１に示す制御装置によるガス供給制御および高周波印加制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る成膜方法を示すプロセスタイムテーブル表である。
【図６】本発明に係る成膜方法の試験に使用するアンテナＴＥＧを示す図である。
【図７】図６に示すアンテナＴＥＧのゲート酸化膜の成膜初期時におけるダメージ測定を行ったときの結果を示す図である。
【図８】図６に示すアンテナＴＥＧのゲート酸化膜の成膜終了時におけるダメージ測定を行ったときの結果を示す図である。
【符号の説明】
１…高密度プラズマ式ＣＶＤ装置（成膜装置）、２…処理チャンバ、３…チャンバ本体、４…蓋体、７…支持部材、１２ｔ…トップコイル（コイルアンテナ）、１２ｓ…サイドコイル（コイルアンテナ）、１３ｔ，１３ｓ…マッチングネットワーク（プラズマ発生手段）、１４ｔ，１４ｓ…ソース用ＲＦジェネレータ（プラズマ発生手段）、１５…マッチングネットワーク（プラズマ引込手段）、１６…バイアス用ＲＦジェネレータ（プラズマ引込手段）、１８…ガス導入部、２０…トップノズル（第１ノズル）、２１…ガス導入部、２０…サイドノズル（第２ノズル）、２５ａ，２５ｂ…ガス供給ライン（ケイ素含有ガス供給系）、２５ｃ，２５ｄ…ガス供給ライン（酸化系ガス供給系）、２５ｅ，２５ｆ…ガス供給ライン（不活性ガス供給系）、２６Ｘ…ガス供給源（ケイ素含有ガス供給系）、２６Ｙ…ガス供給源（酸化系ガス供給系）、２６Ｚ…ガス供給源（不活性ガス供給系）、２７ａ，２７ｂ…開閉バルブ（ケイ素含有ガス供給系）、２７ｃ，２７ｄ…開閉バルブ（酸化系ガス供給系）、２７ｅ，２７ｆ…開閉バルブ（不活性ガス供給系）、２８ａ，２８ｂ…ＭＦＣ（ケイ素含有ガス供給系）、２８ｃ，２８ｄ…ＭＦＣ（酸化系ガス供給系）、２８ｅ，２８ｆ…ＭＦＣ（不活性ガス供給系）、３０…制御装置、Ｗ…ウェハ（被処理基板）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理チャンバ内にプラズマを生成すると共に、処理チャンバ内に成膜ガスを導入することにより、被処理基板の表面に絶縁膜を形成する成膜方法及び成膜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
成膜装置の１つである高密度プラズマ（ＨＤＰ）式ＣＶＤ装置は、例えば、処理チャンバと、この処理チャンバ内に設置され基板を支持する支持部材と、処理チャンバ内に成膜ガスを導入するガス導入手段と、処理チャンバ内に誘導結合高周波プラズマ（ＩＣＰ）を発生させるプラズマ発生手段とを備えている。このようなＨＤＰ式ＣＶＤ装置を用いて成膜を行う場合、処理チャンバ内にプラズマを発生させた状態で、処理チャンバ内に成膜ガスを導入することにより、支持部材に支持された基板の表面にＳｉＯ2等の絶縁膜を形成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜が１０ｎｍ以下と薄くなるにつれ、プラズマを用いる半導体製造装置において、チャージアップによるゲート酸化膜の破壊が増えてきている。そのようなゲート酸化膜に生じるプラズマダメージを軽減する方法として、従来は、プラズマのポテンシャルを低減したり、プラズマを均一化したり、あるいはイオン注入装置のようにウェハに注入される電荷量を制御するようにしていた。これらの技術は、エッチング装置やイオン注入装置では非常に有効な方法であるが、上記のＨＤＰ式ＣＶＤ装置等といった基板の表面に絶縁膜を成膜する装置では、そのような対策だけでは不十分であった。
【０００４】
本発明の目的は、被処理基板に発生するプラズマダメージを低減することができる成膜方法及び成膜装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、成膜初期時に、基板中央部に形成される絶縁膜の膜厚よりも基板周辺部に形成される絶縁膜の膜厚が大きいと、絶縁膜の表面に帯電したプラズマ中の荷電粒子が基板周辺部から中央部に向かって移動し、基板中央部の電荷密度が高くなり、その部分の電荷が薄い絶縁膜を通ってゲート酸化膜に入り込み、その結果ゲート酸化膜にプラズマダメージが起きやすくなることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、処理チャンバ内にプラズマを発生させると共に、処理チャンバ内に成膜ガスを導入することによって、処理チャンバ内に収容された被処理基板の表面に絶縁膜を形成する成膜方法であって、成膜を開始してから所定の期間、被処理基板の表面における中心部を含む第１領域に形成される絶縁膜の膜厚が第１領域の外側の第２領域に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくなるように、成膜ガスを被処理基板の表面に向けて供給するステップを有し、成膜ガスとして、ケイ素含有ガスと酸化系ガスとを含むガスを使用し、成膜ガスを被処理基板の表面に向けて供給するときに、ケイ素含有ガスを第１領域のみに向けて供給すると共に、酸化系ガスを第１領域及び第２領域に向けて供給し、その後、ケイ素含有ガス及び酸化系ガスの各々を第１領域及び第２領域に向けて供給することを特徴とするものである。
【０００７】
このように成膜ガスを処理チャンバ内に導入することにより、成膜初期時には、絶縁膜の表面に帯電したプラズマ中の荷電粒子は被処理基板の中央部から周辺部に向かって移動するようになるため、基板から側方に逃げる荷電粒子が多くなり、絶縁膜に残る電荷が少なくなる。また、多少の荷電粒子が被処理基板にたまっても、荷電粒子は被処理基板の中央部から周辺部に向かうことで分散された状態となるため、その電荷密度は小さい。したがって、ゲート酸化膜に生じるプラズマダメージが低減される。
【０００９】
また、成膜ガスとして、ケイ素含有ガスと酸化系ガスとを含むガスを使用することにより、被処理基板の表面に、絶縁膜としてＳｉＯ2膜を形成できる。
【００１１】
また、好ましくは、成膜ガスとして、更に不活性ガスを含むガスを使用し、不活性ガスを処理チャンバ内に導入してプラズマを生成し、その後、ケイ素含有ガスと酸化系ガスと不活性ガスとの混合ガスを処理チャンバ内に導入する。これにより、成膜ガスを処理チャンバ内に導入する前に、処理チャンバ内の圧力が安定した状態となる。
【００１２】
この場合、好ましくは、不活性ガスを処理チャンバ内に導入してプラズマを生成した後、ケイ素含有ガスを処理チャンバ内に導入する前に、酸化系ガスを処理チャンバ内に導入して被処理基板の加熱を行う。これにより、被処理基板の加熱処理が効率よく行える。
【００１３】
例えば、ケイ素含有ガスとしてＳｉＨ4ガスを使用し、酸化系ガスとしてＯ2ガスを使用する。
【００１４】
さらに、好ましくは、成膜ガスを被処理基板の第１領域に向けて供給するときは、処理チャンバの上部に設けられた第１ノズルから第１領域に向けて成膜ガスを噴射させ、成膜ガスを被処理基板の第２領域に向けて供給するときは、処理チャンバの側部に設けられた複数の第２ノズルから第２領域に向けて成膜ガスを噴射させる。これにより、成膜ガスを被処理基板の第１領域及び第２領域に向けて効率よく供給できる。
【００１５】
例えば、被処理基板の表面に形成される絶縁膜の膜厚が１０００Ａ以下である期間、第１領域に形成される絶縁膜の膜厚が第２領域に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくなるように、成膜ガスを第１領域及び第２領域に向けて供給する。
【００１６】
また、好ましくは、成膜を開始してから所定時間経過後、被処理基板を支持する支持部材にバイアス用高周波電力を印加してプラズマを被処理基板に引き込み、成膜終了時には、処理チャンバ内への成膜ガスの導入を継続した状態で、支持部材へのバイアス用高周波電力の印加を停止し、その後で成膜ガスの導入を停止する。処理チャンバ内への成膜ガスの導入を継続している成膜処理中は、被処理基板の表面に形成される絶縁膜の膜厚がほぼ均一になるように成膜ガスの供給流量が設定される。このため、被処理基板の上方のプラズマ密度はほぼ均一であり、その状態でプラズマが被処理基板の表面に均一に引き込まれることになる。従って、処理チャンバ内への成膜ガスの導入を継続した状態で、バイアス用高周波電力の印加を停止しても、被処理基板の表面の電荷バランスが比較的良好な状態に維持される。これにより、ゲート酸化膜に生じるプラズマダメージがより低減される。
【００１７】
また、本発明は、処理チャンバ内に収容された被処理基板の表面に絶縁膜を形成する成膜装置であって、処理チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、処理チャンバ内に成膜ガスを導入するガス導入手段と、成膜を開始してから所定の期間、被処理基板の表面における中心部を含む第１領域に形成される絶縁膜の膜厚が第１領域の外側の第２領域に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくなるように、ガス導入手段を制御する第１制御手段とを備え、ガス導入手段は、処理チャンバの上部に設けられ、成膜ガスを被処理基板の第１領域に向けて噴射する第１ノズルと、処理チャンバの側部に設けられ、成膜ガスを被処理基板の第２領域に向けて噴射する複数の第２ノズルと、ケイ素含有ガスを第１ノズル及び第２ノズルに供給するためのケイ素含有ガス供給系と、酸化系ガスを第１ノズル及び第２ノズルに供給するための酸化系ガス供給系とを有し、第１制御手段は、ケイ素含有ガスを第１ノズルのみに向けて供給するようにケイ素含有ガス供給系を制御すると共に、酸化系ガスを第１ノズル及び第２ノズルに供給するように酸化系ガス供給系を制御し、その後、ケイ素含有ガスを第１ノズル及び第２ノズルに供給するようにケイ素含有ガス供給系を制御すると共に、酸化系ガスを第１ノズル及び第２ノズルに供給するように酸化系ガス供給系を制御することを特徴とするものである。
【００１８】
このようにプラズマ発生手段、ガス導入手段及び第１制御手段を設けることにより、上記の成膜方法を実施できるため、ゲート酸化膜に生じるプラズマダメージを低減することができる。
【００１９】
また、ガス導入手段は、処理チャンバの上部に設けられ、成膜ガスを被処理基板の第１領域に向けて噴射する第１ノズルと、処理チャンバの側部に設けられ、成膜ガスを被処理基板の第２領域に向けて噴射する複数の第２ノズルとを有する。これにより、成膜ガスを被処理基板の第１領域及び第２領域に向けて効率よく供給できる。
【００２１】
また、ガス導入手段は、ケイ素含有ガスを第１ノズル及び第２ノズルに供給するためのケイ素含有ガス供給系と、酸化系ガスを第１ノズル及び第２ノズルに供給するための酸化系ガス供給系とを有することにより、ケイ素含有ガスと酸化系ガスとを含むガスが成膜ガスとして処理チャンバ内に導入される。
【００２３】
また、好ましくは、ケイ素含有ガス供給系は、第１ノズルに供給されるケイ素含有ガスの流量を調整する手段と、第２ノズルに供給されるケイ素含有ガスの流量を調整する手段とを有する。これにより、第１ノズル及び第２ノズルに供給されるケイ素含有ガスの供給流量を調整することによっても、成膜初期時に、被処理基板の中央部に形成される絶縁膜の膜厚を周辺部に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくすることができる。
【００２４】
さらに、好ましくは、ガス導入手段は、不活性ガスを第１ノズル及び第２ノズルに供給するための不活性ガス供給系を更に有し、第１制御手段は、不活性ガスを処理チャンバ内に導入するよう不活性ガス供給系を制御し、その後で、ケイ素含有ガスと酸化系ガスと不活性ガスとの混合ガスを処理チャンバ内に導入するようケイ素含有ガス供給系、酸化系ガス供給系及び不活性ガス供給系をそれぞれ制御する。これにより、成膜ガスを処理チャンバ内に導入する前に、処理チャンバ内の圧力が安定した状態となる。
【００２５】
この場合、好ましくは、第１制御手段は、不活性ガスを処理チャンバ内に導入するよう不活性ガス供給系を制御した後、ケイ素含有ガスを処理チャンバ内に導入するようケイ素含有ガス供給系を制御する前に、酸化系ガスを処理チャンバ内に導入するよう酸化系ガス供給系を制御する。これにより、被処理基板の加熱処理が効率よく行える。
【００２６】
また、好ましくは、第１ノズルは、処理チャンバ内に被処理基板が収容された時の当該被処理基板の中心部の直上位置に設けられている。これにより、成膜ガスが第１ノズルから被処理基板の第１領域に向けて効果的に噴射される。
【００２７】
さらに、好ましくは、処理チャンバ内に配置され、被処理基板を支持する支持部材と、支持部材にバイアス用高周波電力を印加することで、プラズマ発生手段で発生させたプラズマを被処理基板に引き込むプラズマ引込手段と、処理チャンバ内への成膜ガスの導入を継続した状態で、支持部材へのバイアス用高周波電力の印加を停止するようプラズマ引込手段を制御し、その後で成膜ガスの導入を停止するようガス導入手段を制御する第２制御手段とを更に備える。これにより、上述したように、バイアス用高周波電力の印加を停止しても、被処理基板の表面の電荷バランスが比較的良好な状態に維持されるため、ゲート酸化膜に生じるプラズマダメージをより低減できる。
【００２８】
また、好ましくは、処理チャンバは、内部に支持部材が配置されたチャンバ本体と、このチャンバ本体の上部に設けられ、絶縁材料で形成された蓋体とを有し、この蓋体の外面部にはコイルアンテナが取り付けられており、プラズマ発生手段は、コイルアンテナにソース用高周波電力を印加することで、処理チャンバ内にプラズマを発生させる。これにより、処理チャンバ内にプラズマを効果的に発生させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成膜方法及び成膜装置の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は、本発明に係る成膜装置の一実施形態として高密度プラズマ（ＨＤＰ）式ＣＶＤ装置を示す概略構成図である。同図において、ＨＤＰ式ＣＶＤ装置１は処理チャンバ２を備え、この処理チャンバ２は、チャンバ本体３と、このチャンバ本体３の上部に当該チャンバ本体３を覆うように設けられたドーム状の蓋体４とを有している。この蓋体４は、セラミック等の絶縁体で形成されている。蓋体４上には、ドーム温度を設定する加熱プレート５ａ、冷却プレート５ｂ及び支持プレート６が設置されている。
【００３１】
処理チャンバ２内には、被処理基板であるウェハＷを支持する支持部材７が設置されており、この支持部材７には、ウェハＷを固定するための静電チャック８が設けられている。また、処理チャンバ２内における支持部材７の下方には、スロットルバルブ９が配置されている。また、処理チャンバ２の下方には、ゲートバルブ１０を介してターボ分子ポンプ１１が設置され、このターボ分子ポンプ１１により処理チャンバ２内が真空排気される。
【００３２】
蓋体４の外面部には、トップコイル１２ｔ及びサイドコイル１２ｓが取り付けられている。各コイル１２ｔ，１２ｓには、マッチングネットワーク（整合器）１３ｔ，１３ｓを介してＲＦジェネレータ１４ｔ，１４ｓが接続され、このＲＦジェネレータ１４ｔ，１４ｓにより各コイル１２ｔ，１２ｓにソース用高周波電力を印加することで、処理チャンバ２内にプラズマを発生させる。また、支持部材７には、マッチングネットワーク１５を介してＲＦジェネレータ１６が接続され、このＲＦジェネレータ１６により支持部材７にバイアス用高周波電力を印加することで、処理チャンバ２内に発生したプラズマがウェハＷ表面に引き込まれる。なお、処理チャンバ２には、クリーニングプロセスに使用するプラズマを処理チャンバ２内に発生させるためのクリーニング用プラズマ発生部１７が接続されている。
【００３３】
処理チャンバ２の上部には、成膜ガスを上方より処理チャンバ２内に導入するためのガス導入部１８が設けられている。ここでは、成膜ガスとして、ケイ素含有ガスであるシラン（ＳｉＨ4）ガス、酸化系ガスである酸素（Ｏ2）ガス、不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスを使用する。
【００３４】
ガス導入部１８は、図１及び図２に示すように、ガス導入口を有する２つのガス通路１９ａ，１９ｂと、このガス通路１９ａ，１９ｂに連通し、下側に突出したトップノズル２０とを有している。ここでは、ガス通路１９ａは、ＳｉＨ4ガス及びＡｒガスの供給通路であり、ガス通路１９ｂは、Ｏ2ガスの供給通路である。トップノズル２０は、支持部材７にウェハＷが支持された時のウェハＷの中心部の直上位置に設けられている。これにより、ガス通路１９ａ，１９ｂからのガスがウェハＷの表面における中心部を含む第１領域（ウェハ中央部）に向けて効率よく噴射される。なお、トップノズル２０の設置位置は支持部材７の上方であればよく、またトップノズル２０を複数設けてもよい。
【００３５】
チャンバ本体３の側壁上部には、成膜ガスを側方より処理チャンバ２内に導入するためのガス導入部２１が設けられている。ガス導入部２１は、図２及び図３に示すように、ガス導入口を有するガス通路２２ａ，２２ｂと、このガス通路２２ａ，２２ｂと連通したガス供給リング２３ａ，２３ｂと、チャンバ本体３の内側に突出した複数（ここでは１２個）のサイドノズル（第２ノズル）２４とを有している。ここでは、ガス通路２２ａにはＳｉＨ4ガス及びＡｒガスが導入され、ガス通路２２ｂにはＯ2ガスが導入されるようになっている。
【００３６】
サイドノズル２４は、ＳｉＨ4ガス用ノズルとＯ2ガス用ノズルに分けられており、ガス供給リング２３ａと連通したサイドノズル２４がＳｉＨ4ガス用ノズルであり、ガス供給リング２３ｂと連通したサイドノズル２４がＯ2ガス用ノズルとなっている。これらのサイドノズル２４は、ガス供給リング２３ａ，２３ｂからのガスがウェハＷの表面における第１領域の外側の第２領域（ウェハ周辺部）に向けて噴射されるように構成されている。
【００３７】
図１に戻り、上記のガス導入部１８，２１は、ガス供給ライン２５ａ〜２５ｆを介してガス供給源２６Ｘ〜２６Ｚと接続されている。ガス供給源２６ＸはＳｉＨ4ガスの供給源であり、ガス供給源２６ＹはＯ2ガスの供給源であり、ガス供給源２６ＺはＡｒガスの供給源である。各ガス供給ライン２５ａ〜２５ｆには、ガス導入部１８，２１へのガスの供給をオンオフする開閉バルブ２７ａ〜２７ｆと、ガス導入部１８，２１に供給されるガスの流量を調整する質量流量コントローラ（ＭＦＣ）２８ａ〜２８ｆとが設けられている。
【００３８】
このようなＨＤＰ式ＣＶＤ装置１の主要部は、制御装置３０からの制御信号により制御される。制御装置３０は、処理チャンバ２内にプラズマを発生させるようＲＦジェネレータ１４ｔ，１４ｓを制御すると共に、そのプラズマをウェハＷに引き込ませるようＲＦジェネレータ１６を制御する。また、制御装置３０は、ガス供給源２６Ｘ〜２６Ｚのガスを所望の流量で処理チャンバ２内に導入するよう開閉バルブ２７ａ〜２７ｆ及びＭＦＣ２８ａ〜２８ｆを制御する。さらに、制御装置３０は、図示はしないが、ウェハＷの搬入・搬出を行うウェハ搬送ロボット（図示せず）を制御したり、処理チャンバ２内の圧力を調整すべくスロットルバルブ９及びゲートバルブ１０を制御する。
【００３９】
このような制御装置３０には、オペレータが入力操作する入力装置３１が接続されており、入力装置３１から成膜処理開始信号が出力されると、制御装置３０は上記の制御処理を実行する。制御装置３０によるガス供給制御および高周波印加制御の処理手順を図４に示す。
【００４０】
まず、入力装置３１から成膜処理開始信号が送出されたかどうかを判断し（手順１０１）、成膜処理開始信号が送出されたと判断されると、開閉バルブ２７ｅ，２７ｆを開くと共にＭＦＣ２８ｅ，２８ｆを調整し、ガス供給源２６ＺのＡｒガスをトップノズル２０及びサイドノズル２４に供給する（手順１０２）。
【００４１】
そして、所定時間経過後、ＲＦジェネレータ１４ｔ，１４ｓをオンにし、コイル１２ｔ，１２ｓにソース用高周波電力を印加する（手順１０３）。次いで、開閉バルブ２７ｄを開くと共にＭＦＣ２８ｄを調整し、ガス供給源２６ＹのＯ2ガスをサイドノズル２４に供給する（手順１０４）。続いて、開閉バルブ２７ｃを開くと共にＭＦＣ２８ｃを調整し、ガス供給源２６ＹのＯ2ガスをトップノズル２０にも供給する（手順１０５）。
【００４２】
次いで、開閉バルブ２７ａを開くと共にＭＦＣ２８ａを調整し、ガス供給源２６ＸのＳｉＨ4ガスをトップノズル２０に供給する（手順１０６）。続いて、開閉バルブ２７ｂを開くと共にＭＦＣ２８ｂを調整し、ガス供給源２６ＸのＳｉＨ4ガスをサイドノズル２４にも供給する（手順１０７）。そして、ＲＦジェネレータ１６をオンにし、支持部材７にバイアス用高周波電力を印加する（手順１０８）。
【００４３】
その後、所定時間が経過したか否かによってウェハＷの成膜処理が終了したかどうかを判断し（手順１０９）、成膜処理が終了したと判断されると、ＲＦジェネレータ１６をオフにし、支持部材７へのバイアス用高周波電力の印加を停止する（手順１１０）。
【００４４】
次いで、開閉バルブ２７ａ，２７ｂを閉じ、ＳｉＨ4ガスの供給を停止する（手順１１１）。そして、開閉バルブ２７ｃ〜２７ｆを閉じ、Ｏ2ガス及びＡｒガスの供給を停止する（手順１１２）。そして、ＲＦジェネレータ１４ｔ，１４ｓをオフにし、コイル１２ｔ，１２ｓへのソース用高周波電力の印加を停止する（手順１１３）。
【００４５】
以上において、手順１０１〜１０８は、成膜を開始してから所定の期間、被処理基板Ｗの表面における中心部を含む第１領域（ウェハ中央部）に形成される絶縁膜の膜厚が第１領域の外側の第２領域（ウェハ周辺部）に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくなるように、ガス導入手段２７ａ〜２７ｆ，２８ａ〜２８ｆを制御する第１制御手段を構成する。手順１０９〜１１３は、処理チャンバ２内への成膜ガスの導入を継続した状態で、支持部材７へのバイアス用高周波電力の印加を停止するようプラズマ引込手段１６を制御し、その後で成膜ガスの導入を停止するようガス導入手段２７ａ〜２７ｆ，２８ａ〜２８ｆを制御する第２制御手段を構成する。
【００４６】
以上のように構成したＨＤＰ式ＣＶＤ装置１を用いた成膜方法について、図５に示すプロセスタイムテーブル表により説明する。
【００４７】
（１）まず、ゲートバルブ１０を開くと共に、スロットルバルブ９を所定の角度で開いた状態で、ターボ分子ポンプ１１により処理チャンバ２内を真空引きする。また、ガス供給源２６ＸのＡｒガスをノズル２０，２４より処理チャンバ２内に導入する。このとき、トップノズル２０へのＡｒガスの供給流量は、例えば１６sccmであり、サイドノズル２４へのＡｒガスの供給流量は、例えば１８０sccmである。これにより、処理チャンバ２内の圧力が、例えば０．０５Torrまで減圧される。
【００４８】
（２）そして、例えば１５秒経過後、ＲＦジェネレータ１４ｔによりトップコイル１２ｔにソース用高周波電力を印加し、処理チャンバ２内にプラズマを発生させる。このソース用高周波電力の周波数は例えば２．０ＭＨｚであり、電力値は例えば１ＫＷである。なお、上記（１）でＡｒガスの供給時間を１５秒としたのは、処理チャンバ２内の圧力を安定させるためである。
【００４９】
（３）そして、例えば２秒経過後、静電チャック８をオンにし、ウェハ搬送ロボット（図示せず）により搬入したウェハＷを支持部材７に固定する。これとほぼ同時に、サイドノズル２４から供給されるＡｒガスの流量を例えば１１０sccmに減らすと共に、ガス供給源２６ＹのＯ2ガスをサイドノズル２４より処理チャンバ２内に導入する。この時のＯ2ガスの供給流量は、例えば３０sccmである。また、ＲＦジェネレータ１４ｓによりサイドコイル１２ｓにソース用高周波電力を印加する。この時の高周波電力は、例えば２ＫＷである。
【００５０】
（４）そして、例えば２秒経過後、サイドノズル２４より供給されるＯ2ガスの流量を例えば１３６sccmに増やすと共に、Ｏ2ガスをトップノズル２０より処理チャンバ２内に導入する。このとき、トップノズル２０からのＯ2ガスの供給流量は、例えば２２．３sccmである。これにより、プラズマの熱によってウェハＷの表面が効果的に加熱される。
【００５１】
（５）そして、例えば２０秒経過後、トップコイル２０に印加する高周波電力を１．３ＫＷに上げると共に、サイドコイル２４に印加する高周波電力を３．１ＫＷに上げる。これとほぼ同時に、Ａｒガス及びＯ2ガスに加えて、ガス供給源２６ＸのＳｉＨ4ガスをトップノズル２０より処理チャンバ２内に導入し、ウェハＷの成膜処理を開始する。この時のＳｉＨ4ガスの供給流量は、例えば２５sccmである。これにより、ＳｉＨ4及びＯ2は、イオンまたはラジカルに電離された状態でウェハ中央部に達し、その部分にＳｉＯ2膜が形成される。
【００５２】
（６）そして、例えば２秒経過後、トップノズル２０から供給されるＳｉＨ4ガスの流量を例えば１２．３sccmに減らすと共に、ＳｉＨ4ガスをサイドノズル２４からも処理チャンバ２内に導入する。このとき、サイドノズル２４からのＳｉＨ4ガスの供給流量は、例えば７６sccmである。これにより、ウェハ中央部だけでなく、ウェハ周辺部にもＳｉＯ2膜が形成されるようになる。なお、サイドノズル２４に供給するＳｉＨ4ガスの流量をトップノズル２０に供給するＳｉＨ4ガスの流量よりも多くしているのは、ウェハＷの表面に形成されるＳｉＯ2膜の膜厚が均一になるようにするためである。
【００５３】
（７）そして、例えば４秒経過後、ＲＦジェネレータ１６により支持部材７にバイアス用高周波電力を印加する。このバイアス用高周波電力の周波数は例えば１３．６ＭＨｚであり、電力値は例えば３．５ＫＷである。これにより、ＲＦジェネレータ１４ｔ，１４ｓにより生成されたプラズマ種のウェハＷ表面への移送が促進され、ウェハＷの成膜が進行していく。
【００５４】
（８）その後、例えば１８０秒経過して、ウェハＷの表面に形成されるＳｉＯ2膜の膜厚が所望の厚さになると、処理チャンバ２内へのＳｉＨ4ガス、Ｏ2ガス、Ａｒガスの導入を継続した状態で、支持部材７へのバイアス用高周波電力の印加を停止する。また、トップコイル１２ｔに印加する高周波電力を１ＫＷに下げると共に、サイドコイル１２ｓに印加する高周波電力を２ＫＷに下げる。
【００５５】
（９）そして、例えば１秒経過後、処理チャンバ２内へのＳｉＨ4ガスの導入を停止する。
【００５６】
（１０）そして、例えば３秒経過後、静電チャック８をオフにし、ウェハ搬送ロボット（図示せず）によりウェハＷを処理チャンバ２の外部へ搬出する。また、処理チャンバ２内へのＡｒガス及びＯ2ガスの導入を停止すると共に、コイル１２ｔ，１２ｓへのソース用高周波電力の印加を停止する。以上により、ウェハＷの成膜処理が終了する。
【００５７】
このような成膜処理においては、上述したように、ウェハＷ上に形成される絶縁膜の膜厚を均一にすべく、ＳｉＨ4ガスのサイドノズル２４への供給流量をトップノズル２０への供給流量よりも多くするが、このようにすると、成膜初期時には、配管のコンダクタンスの相違等によって、ウェハ周辺部に形成される絶縁膜の膜厚がウェハ中央部に対して厚くなる傾向にある。この場合には、たとえプラズマ密度やプラズマポテンシャルが空間的に均一であっても、ゲート酸化膜に起きるプラズマダメージを軽減することは困難である。
【００５８】
つまり、絶縁膜の膜厚がある程度の厚さになると、絶縁膜を突き抜ける荷電粒子よりも、絶縁膜の表面に帯電して横方向にドリフトする荷電粒子の方が多くなる。このため、上記のようにウェハ周辺部の絶縁膜の膜厚がウェハ中央部の絶縁膜の膜厚よりも厚くなると、荷電粒子がウェハ周辺部からウェハ中央部に向かって移動し、ウェハ中央部の電荷密度が高くなる。そして、ウェハ中央部に蓄積された荷電粒子が薄い絶縁膜を突き抜けてゲート酸化膜に達し、その結果ゲート酸化膜に生じるプラズマダメージが激しくなると考えられる。
【００５９】
さらに、成膜終了時におけるバイアス用高周波電力の印加の停止タイミングも、ウェハＷのプラズマダメージに影響すると考えられる。すなわち、ＳｉＨ4ガスを処理チャンバ２の上方および側方よりウェハＷに向けて供給する構造のものでは、トップノズル２０へのＳｉＨ4ガスの供給系（ガス供給ライン２５ａ）とサイドノズル２４への供給系（ガス供給ライン２５ｂ）とでは、上述したように配管のコンダクタンスやＳｉＨ4ガスの供給流量が異なる。このような相違によって、ＳｉＨ4ガスの供給を停止したときには、ガス供給ライン２５ｂの配管内に残留するＳｉＨ4ガスの量がガス供給ライン２５ａの配管内に残留するＳｉＨ4ガスの量よりも多くなる。このため、ウェハエッジ部の上方のプラズマ密度がウェハ中央部の上方のプラズマ密度よりも高くなる傾向にあり、このようにプラズマ密度が不均一な状態でイオンがウェハＷに引き込まれると、ウェハＷ表面の電荷バランスが悪化する。ところで、ウェハＷに生じるプラズマダメージは、バイアス用高周波電力の印加をオン／オフした時が特に誘起されやすい。従って、ウェハＷ表面の電荷バランスが不均一な状態で、バイアス用高周波電力の印加を停止すると、荷電粒子がウェハＷ表面を移動しやすくなり、その結果ゲート酸化膜にプラズマダメージが生じやすくなる。
【００６０】
これに対し本実施形態においては、成膜初期時には、まずＳｉＨ4ガスをトップノズル２０のみから処理チャンバ２内に導入し、所定時間経過後にＳｉＨ4ガスをトップノズル２０及びサイドノズル２４の両方から導入することによって、ウェハ中央部に形成される絶縁膜の膜厚がウェハ周辺部に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくなるようにしたので、絶縁膜の表面に帯電したプラズマ中の荷電粒子はウェハ中央部からウェハ周辺部に向かってドリフトするようになる。この場合には、絶縁膜の表面に帯電した荷電粒子がウェハＷから側方に逃げやすくなるため、絶縁膜に残る電荷が減少する。また、絶縁膜に電荷が残ったとしても、荷電粒子はウェハ周辺部に分散した状態となるため、電荷密度は極めて小さい。したがって、薄い絶縁膜を突き抜けてゲート酸化膜に達する電荷が減少し、ゲート酸化膜に生じるプラズマダメージが低減される。
【００６１】
ここで、成膜初期時には、ウェハ中央部の絶縁膜の膜厚がウェハ周辺部の絶縁膜の膜厚よりも大きくなるが、ＳｉＨ4ガスのサイドノズル２４への供給流量はトップノズル２０への供給流量よりも多いので、時間の経過と共に絶縁膜の膜厚はウェハＷ全体にわたってほぼ均一になっていき、結果的に膜厚均一性を損なうことはほとんど無い。なお、成膜初期時とは、絶縁膜の膜厚が例えば１０００Ａ（オングストロ−ム）以下である期間をいう。
【００６２】
また、成膜終了時には、ノズル２０，２４へのＳｉＨ4ガスの供給を継続した状態で、支持部材７へのバイアス用高周波電力の印加を停止し、その後でＳｉＨ4ガスの供給を停止するようにしたので、成膜終了時に起因するプラズマダメージも低減できる。つまり、ＳｉＨ4ガスの供給継続中は、上述したようにウェハＷの表面に形成される絶縁膜の膜厚が均一になるようにノズル２０，２４へのＳｉＨ4ガスの供給流量を設定している。このため、ウェハＷの上方のプラズマ密度がほぼ均一であり、その状態でイオンがウェハＷの表面に引き込まれることになるので、ウェハＷ表面の電荷バランスは比較的良好である。従って、このような状態でバイアス用高周波電力の印加を停止しても、ウェハＷ表面の電荷バランスは良好な状態に維持され、荷電粒子がウェハＷ表面を移動しにくくなる。これにより、ゲート酸化膜に生じるプラズマダメージがより一層低減される。
【００６３】
図６は、本発明に係る成膜方法の試験に使用する試験用素子群（ＴＥＧ）を示したものである。同図において、ＴＥＧ５０は、厚さが４０Ａのゲート酸化膜５１と、ポリシリコンゲート５２と、アンテナ比が２０Ｋのアルミニウムアンテナ５３とを含むアンテナＴＥＧである。このようなアンテナＴＥＧ５０が全体にわたって複数組み込まれたウェハを用意し、ＩＣテスター５４を使用して、成膜初期時におけるゲート酸化膜５１のリーク電流を測定した。その測定結果を図７に示す。
図７（ａ）は、ウェハ中央部の膜厚がウェハ周辺部の膜厚よりも小さくなるように初期絶縁膜を形成した場合の測定結果であり、図７（ｂ）は、ウェハ中央部の膜厚がウェハ周辺部の膜厚よりも大きくなるように初期絶縁膜を形成した場合の測定結果である。また、ひし形（◆）は面積アンテナ比（Ａ／Ｒ）を２Ｋとしたとき、四角形（■）はＡ／Ｒを２０Ｋとしたとき、三角形（▲）はＡ／Ｒを４０Ｋとしたとき、丸（●）はＡ／Ｒを１００Ｋとしたときのものである。
ウェハ中央部の初期絶縁膜の膜厚がウェハ周辺部の初期絶縁膜の膜厚よりも薄い場合には、図７（ａ）に示すように、ゲート酸化膜５１のリーク電流にバラツキがあるのが分かる。これは、ウェハ中央部に集中して電荷が貯まることで、ウェハ中央部に組み込まれたアンテナＴＥＧ５０のゲート酸化膜５１が破壊したためであると考えられる。
【００６４】
これに対し、ウェハ中央部の初期絶縁膜の膜厚をウェハ周辺部の初期絶縁膜の膜厚よりも厚くした場合には、図７（ｂ）に示すように、ゲート酸化膜５１のリーク電流にバラツキはほとんど見られず、ゲート酸化膜５１の破壊がかなり改善されていることが分かる。
【００６５】
また、上記のアンテナＴＥＧ５０が全体にわたって複数組み込まれたウェハを用意し、成膜終了時におけるウェハの破壊についての評価を行った。具体的には、ウェハに印加する電圧を最大４．２Ｖまで徐々に上げていき、ＩＣテスター５４を用いて、何ボルトでゲート酸化膜５１が破壊するかを測定した。その測定結果を図８に示す。
図８（ａ）は、ＳｉＨ4ガスの供給を停止した後に、バイアス用高周波電力の印加を停止した場合の測定結果であり、図８（ｂ）は、バイアス用高周波電力の印加を停止した後に、ＳｉＨ4ガスの供給を停止した場合の測定結果である。ここで、黒く塗りつぶした部分が、ゲート酸化膜５１にダメージが生じたウェハ上の不良を表わしている。
【００６６】
ＳｉＨ4ガスの供給を停止してからバイアス用高周波電力の印加を停止した場合には、図８（ａ）に示すようにダメージ発生率が９％であるのに対し、バイアス用高周波電力の印加を停止してからＳｉＨ4ガスの供給を停止した場合には、図８（ｂ）に示すようにダメージ発生率が２％であり、ゲート酸化膜５１の破壊がかなり改善されていることが分かる。
【００６７】
以上、本発明に係る成膜方法及び成膜方法の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、成膜初期において、ＳｉＨ4ガスをトップノズル２０のみから供給し、その後、ＳｉＨ4ガスをトップノズル２０及びサイドノズル２４から供給するようにしたが、トップノズル２０及びサイドノズル２４から供給されるＳｉＨ4ガスの流量を調整することによって、ウェハ表面における中央部に形成される絶縁膜の膜厚が周辺部に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくなるようにしてもよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、成膜ガスとして、ケイ素含有ガスであるＳｉＨ4と酸化系ガスであるＯ2ガスと不活性ガスであるＡｒガスとの混合ガスを使用したが、成膜ガスは、特にそのようなガスに限定されない。例えば、ケイ素含有ガスとしてＳｉＦ4ガスやＳｉＨＣｌ3ガス等を使用し、酸化系ガスとしてＮＯガス、Ｎ2Ｏガス、ＮＯ2ガス等を使用してもよい。また、ウェハＷの表面に形成する絶縁膜は、上記のようなシリコン酸化膜ＳｉＯ2に限らず、Ｓｉ3Ｎ4等のシリコン窒化膜としてもよく、その場合には、成膜ガスとして、ケイ素含有ガスとＮ2、ＮＨ3等の窒化系ガスとを含むガスを使用する。
【００６９】
さらに、上記実施形態は、成膜初期時に、ウェハ表面における中央部に形成される絶縁膜の膜厚が周辺部に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくなるように成膜ガスを導入するものであるが、もちろん初期絶縁膜の膜厚がウェハ表面全体で均一であってもよい。この場合には、荷電粒子がウェハＷの周辺部から中央部にドリフトすることはほとんど無いので、ウェハ中央部の膜厚がウェハ周辺部の膜厚よりも薄い場合に比べて、ゲート酸化膜に生じるプラズマダメージが低減するのは言うまでもない。
【００７０】
また、上記実施形態はＨＤＰ式ＣＶＤ装置であるが、本発明の成膜装置は、処理チャンバ内にプラズマを生成すると共に処理チャンバ内に成膜ガスを導入することによって成膜を行うものであれば、適用可能である。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、成膜初期時には、被処理基板の表面における中心部を含む第１領域に形成される絶縁膜の膜厚が第１領域の外側の第２領域に形成される絶縁膜の膜厚よりも大きくなるように、成膜ガスを被処理基板の表面に向けて供給するので、被処理基板の破壊を低減できる。
【００７２】
また、成膜終了時において、処理チャンバ内への成膜ガスの導入を継続した状態で、支持部材へのバイアス用高周波電力の印加を停止し、その後で成膜ガスの導入を停止するようにした場合には、被処理基板の破壊をより低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成膜装置の一実施形態である高密度プラズマ（ＨＤＰ）式ＣＶＤ装置を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す処理チャンバの上部部分を示す拡大断面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】図１に示す制御装置によるガス供給制御および高周波印加制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る成膜方法を示すプロセスタイムテーブル表である。
【図６】本発明に係る成膜方法の試験に使用するアンテナＴＥＧを示す図である。
【図７】図６に示すアンテナＴＥＧのゲート酸化膜の成膜初期時におけるダメージ測定を行ったときの結果を示す図である。
【図８】図６に示すアンテナＴＥＧのゲート酸化膜の成膜終了時におけるダメージ測定を行ったときの結果を示す図である。
【符号の説明】
１…高密度プラズマ式ＣＶＤ装置（成膜装置）、２…処理チャンバ、３…チャンバ本体、４…蓋体、７…支持部材、１２ｔ…トップコイル（コイルアンテナ）、１２ｓ…サイドコイル（コイルアンテナ）、１３ｔ，１３ｓ…マッチングネットワーク（プラズマ発生手段）、１４ｔ，１４ｓ…ソース用ＲＦジェネレータ（プラズマ発生手段）、１５…マッチングネットワーク（プラズマ引込手段）、１６…バイアス用ＲＦジェネレータ（プラズマ引込手段）、１８…ガス導入部、２０…トップノズル（第１ノズル）、２１…ガス導入部、２０…サイドノズル（第２ノズル）、２５ａ，２５ｂ…ガス供給ライン（ケイ素含有ガス供給系）、２５ｃ，２５ｄ…ガス供給ライン（酸化系ガス供給系）、２５ｅ，２５ｆ…ガス供給ライン（不活性ガス供給系）、２６Ｘ…ガス供給源（ケイ素含有ガス供給系）、２６Ｙ…ガス供給源（酸化系ガス供給系）、２６Ｚ…ガス供給源（不活性ガス供給系）、２７ａ，２７ｂ…開閉バルブ（ケイ素含有ガス供給系）、２７ｃ，２７ｄ…開閉バルブ（酸化系ガス供給系）、２７ｅ，２７ｆ…開閉バルブ（不活性ガス供給系）、２８ａ，２８ｂ…ＭＦＣ（ケイ素含有ガス供給系）、２８ｃ，２８ｄ…ＭＦＣ（酸化系ガス供給系）、２８ｅ，２８ｆ…ＭＦＣ（不活性ガス供給系）、３０…制御装置、Ｗ…ウェハ（被処理基板）。
Claims (14)
- 処理チャンバ内にプラズマを発生させると共に、前記処理チャンバ内に成膜ガスを導入することによって、前記処理チャンバ内に収容された被処理基板の表面に絶縁膜を形成する成膜方法であって、
成膜を開始してから所定の期間、前記被処理基板の表面における中心部を含む第１領域に形成される前記絶縁膜の膜厚が前記第１領域の外側の第２領域に形成される前記絶縁膜の膜厚よりも大きくなるように、前記成膜ガスを前記被処理基板の表面に向けて供給するステップを有し、
前記成膜ガスとして、ケイ素含有ガスと酸化系ガスとを含むガスを使用し、
前記成膜ガスを前記被処理基板の表面に向けて供給するときに、前記ケイ素含有ガスを前記第１領域のみに向けて供給すると共に、前記酸化系ガスを前記第１領域及び前記第２領域に向けて供給し、その後、前記ケイ素含有ガス及び前記酸化系ガスの各々を前記第１領域及び前記第２領域に向けて供給する成膜方法。 - 前記成膜ガスとして、更に不活性ガスを含むガスを使用し、前記不活性ガスを前記処理チャンバ内に導入して前記プラズマを生成し、その後、前記ケイ素含有ガスと前記酸化系ガスと前記不活性ガスとの混合ガスを前記処理チャンバ内に導入する請求項１記載の成膜方法。
- 前記不活性ガスを前記処理チャンバ内に導入して前記プラズマを生成した後、前記ケイ素含有ガスを前記処理チャンバ内に導入する前に、前記酸化系ガスを前記処理チャンバ内に導入して前記被処理基板の加熱を行う請求項２記載の成膜方法。
- 前記ケイ素含有ガスとしてＳｉＨ4ガスを使用し、前記酸化系ガスとしてＯ2ガスを使用する請求項１〜３のいずれか一項記載の成膜方法。
- 前記成膜ガスを前記被処理基板の前記第１領域に向けて供給するときは、前記処理チャンバの上部に設けられた第１ノズルから前記第１領域に向けて前記成膜ガスを噴射させ、前記成膜ガスを前記被処理基板の前記第２領域に向けて供給するときは、前記処理チャンバの側部に設けられた複数の第２ノズルから前記第２領域に向けて前記成膜ガスを噴射させる請求項１〜４のいずれか一項記載の成膜方法。
- 前記被処理基板の表面に形成される前記絶縁膜の膜厚が１０００Ａ以下である期間、前記第１領域に形成される前記絶縁膜の膜厚が前記第２領域に形成される前記絶縁膜の膜厚よりも大きくなるように、前記成膜ガスを前記第１領域及び前記第２領域に向けて供給する請求項１〜５のいずれか一項記載の成膜方法。
- 成膜を開始してから所定時間経過後、前記被処理基板を支持する支持部材にバイアス用高周波電力を印加して前記プラズマを前記被処理基板に引き込み、
成膜終了時には、前記処理チャンバ内への前記成膜ガスの導入を継続した状態で、前記支持部材への前記バイアス用高周波電力の印加を停止し、その後で前記成膜ガスの導入を停止する請求項１〜６のいずれか一項記載の成膜方法。 - 処理チャンバ内に収容された被処理基板の表面に絶縁膜を形成する成膜装置であって、
前記処理チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記処理チャンバ内に成膜ガスを導入するガス導入手段と、
成膜を開始してから所定の期間、前記被処理基板の表面における中心部を含む第１領域に形成される前記絶縁膜の膜厚が前記第１領域の外側の第２領域に形成される前記絶縁膜の膜厚よりも大きくなるように、前記ガス導入手段を制御する第１制御手段とを備え、
前記ガス導入手段は、前記処理チャンバの上部に設けられ、前記成膜ガスを前記被処理基板の前記第１領域に向けて噴射する第１ノズルと、前記処理チャンバの側部に設けられ、前記成膜ガスを前記被処理基板の前記第２領域に向けて噴射する複数の第２ノズルと、ケイ素含有ガスを前記第１ノズル及び前記第２ノズルに供給するためのケイ素含有ガス供給系と、酸化系ガスを前記第１ノズル及び前記第２ノズルに供給するための酸化系ガス供給系とを有し、
前記第１制御手段は、前記ケイ素含有ガスを前記第１ノズルのみに向けて供給するように前記ケイ素含有ガス供給系を制御すると共に、前記酸化系ガスを前記第１ノズル及び前記第２ノズルに供給するように前記酸化系ガス供給系を制御し、その後、前記ケイ素含有ガスを前記第１ノズル及び前記第２ノズルに供給するように前記ケイ素含有ガス供給系を制御すると共に、前記酸化系ガスを前記第１ノズル及び前記第２ノズルに供給するように前記酸化系ガス供給系を制御する成膜装置。 - 前記ケイ素含有ガス供給系は、前記第１ノズルに供給される前記ケイ素含有ガスの流量を調整する手段と、前記第２ノズルに供給される前記ケイ素含有ガスの流量を調整する手段とを有する請求項８記載の成膜装置。
- 前記ガス導入手段は、不活性ガスを前記第１ノズル及び前記第２ノズルに供給するための不活性ガス供給系を更に有し、
前記第１制御手段は、前記不活性ガスを前記処理チャンバ内に導入するよう前記不活性ガス供給系を制御し、その後で、前記ケイ素含有ガスと前記酸化系ガスと前記不活性ガスとの混合ガスを前記処理チャンバ内に導入するよう前記ケイ素含有ガス供給系、前記酸化系ガス供給系及び前記不活性ガス供給系をそれぞれ制御する請求項８または９記載の成膜装置。 - 前記第１制御手段は、前記不活性ガスを前記処理チャンバ内に導入するよう前記不活性ガス供給系を制御した後、前記ケイ素含有ガスを前記処理チャンバ内に導入するよう前記ケイ素含有ガス供給系を制御する前に、前記酸化系ガスを前記処理チャンバ内に導入するよう前記酸化系ガス供給系を制御する請求項１０記載の成膜装置。
- 前記第１ノズルは、前記処理チャンバ内に前記被処理基板が収容された時の当該被処理基板の中心部の直上位置に設けられている請求項８〜１１のいずれか一項記載の成膜装置。
- 前記処理チャンバ内に配置され、前記被処理基板を支持する支持部材と、
前記支持部材にバイアス用高周波電力を印加することで、前記プラズマ発生手段で発生させたプラズマを前記被処理基板に引き込むプラズマ引込手段と、
前記処理チャンバ内への前記成膜ガスの導入を継続した状態で、前記支持部材への前記バイアス用高周波電力の印加を停止するよう前記プラズマ引込手段を制御し、その後で前記成膜ガスの導入を停止するよう前記ガス導入手段を制御する第２制御手段とを更に備える請求項８〜１２のいずれか一項記載の成膜装置。 - 前記処理チャンバは、内部に前記支持部材が配置されたチャンバ本体と、このチャンバ本体の上部に設けられ、絶縁材料で形成された蓋体とを有し、この蓋体の外面部にはコイルアンテナが取り付けられており、
前記プラズマ発生手段は、前記コイルアンテナにソース用高周波電力を印加することで、前記処理チャンバ内にプラズマを発生させる請求項８〜１３のいずれか一項記載の成膜装置。
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