JP5602711B2 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
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Description
なお、ガス導入ノズル92の上方には、図3において、破線にて簡略化して示すようにプラズマ発生源80が設けられている。プラズマ発生源80については後述する。
先ず、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム10により搬送口15(図3)を介してウエハWを回転テーブル2の凹部24内に受け渡す。この受け渡しは、凹部24が搬送口15に臨む位置に停止したときに凹部24の底面の貫通孔を介して真空容器1の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このようなウエハWの受け渡しを回転テーブル2を間欠的に回転させて行い、回転テーブル2の5つの凹部24内に夫々ウエハWを載置する。
・回転テーブル2の回転速度: 20rpm
・真空容器1内の圧力: 133Pa(1Torr)
・反応ガスノズル31からのSi含有ガスの流量: 100sccm
・反応ガスノズル32からのO3ガスの流量: 10000sccm
・ガス導入ノズル92へ供給されるArガスの流量: 10000sccm
・ガス導入ノズル92へ供給されるO2ガスの流量: 50sccm
・ガス導入ノズル92へ供給されるNH3ガスの流量: 0〜150sccm
・プラズマ発生源80へ供給される高周波電力: 1400W(周波数13.56MHz)
実験では、NH3ガスの流量を変えて数回の成膜ランを行い、ウエハW上に堆積された酸化シリコン膜の諸特性がNH3ガスの流量によりどのように変化するかを調べた。
図8(a)は、成膜速度のNH3ガス流量依存性を示すグラフである。成膜速度は、各ウエハWの面内の49点で測定された酸化シリコン膜の膜厚についての平均膜厚を求め、平均膜厚を成膜時間で割ることにより求めた。図示のとおり、成膜速度は、NH3ガス流量の増加とともに増大し、NH3ガス流量が15sccm以上、より好ましくは30sccm以上においてほぼ一定となることが分かる。NH3ガスの供給により成膜速度が増大する理由は、以下の実験結果と合わせて後述する。
また、シリコン層の酸化はプラズマ強度に大きく影響されるため、プラズマ強度の面内分布にバラツキがあると、プラズマ酸化シリコン層の膜厚にもバラツキが生じる。吸着、酸化、及びプラズマ照射による酸化シリコン膜(ALD酸化シリコン膜)の膜厚分布は、上述のとおり、活性水素種によりSi−OH結合が均一に形成されるため、プラズマ強度の面内分布には殆ど影響されずにほぼ均一になる。しかしながら、ALD酸化シリコン膜が薄い場合には、ALD酸化シリコン膜の膜厚が均一ではあっても、プラズマ強度分布に基づくプラズマ酸化シリコン層の膜厚のバラツキが支配的となって、ALD酸化シリコン膜の見かけ上の膜厚の均一性が悪化してしまう(ALD酸化シリコン膜とプラズマ酸化シリコン層との合計膜厚には比較的大きなバラツキが生じ得る)。
(実験1)
この実験では、まず、シリコンの複数のベアウエハを用意した。これらのベアウエハに対しては、フッ酸系エッチャントによる自然酸化膜の除去と、過酸化水素水(H2O2aq.)による処理とが予め行われており、この結果、その表面には約1nmの酸化シリコン層が形成されている。このベアウエハに対して、吸着と酸化による酸化シリコン膜を成膜し、次いで吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルにより酸化シリコン膜を成膜した。ここで、吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルによる酸化シリコン膜は100nmで一定とし、吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚(成膜時間)を変えることにより、5つの試料を作製し、酸化シリコン膜の合計膜厚を測定した。なお、プラズマ照射時にアンテナ85(図6など)へ供給した高周波電力は3300Wとした。また、ガス導入ノズル92(図7など)へ供給するArガスの流量は15000sccmとし、O2ガスの流量は75sccmとし、NH3ガスの流量は45sccmとした。
実験2においては、吸着と酸化による酸化シリコン膜の膜厚を一定(実験1において増分ΔTが最小となった1.2nm)とし、吸着、酸化、及びプラズマ照射による酸化シリコン膜の成膜時間を変えて複数の試料を作製した。また、プラズマ照射時の高周波電力は、3300Wとした。また、ガス導入ノズル92(図7など)へ供給するArガスの流量は15000sccmとし、O2ガスの流量は75sccmとし、NH3ガスの流量は45sccmとした。
y=1.80x + 2.57 ・・・式(1)
R2=1 ・・・式(2)
という結果が得られた。式(1)のy切片の2.57(nm)という値は、吸着、酸化、及びプラズマ照射により酸化シリコン膜を成膜することなく、吸着と酸化による酸化シリコン膜にプラズマを照射した場合に、ベアウエハ上に生成された酸化シリコン膜の膜厚に相当する。上述のとおり、過酸化水素水を用いた前処理によりベアウエハの表面に生成された酸化シリコン膜の膜厚が1nmであり、吸着と酸化により成膜した酸化シリコン膜の膜厚が1.2nmであるから、実験2における増分ΔTは約0.4nm{=2.57−(1+1.2)}となることが分かる。すなわち、吸着と酸化による酸化シリコン膜と、過酸化水素水による酸化シリコン膜とを透過してプラズマがベアウエハに至り、ベアウエハが酸化され、約0.4nmの膜厚を有するプラズマ酸化シリコン層が生成されたと考えられる。
次に、酸化シリコン膜の合計膜厚(測定値)に対する、当該合計膜厚のウエハ面内均一性について調べた結果について説明する。過酸化水素水処理したベアウエハ上に膜厚1.2nmを有する吸着と酸化による酸化シリコン膜を成膜し、その上に、合計膜厚がそれぞれ3nm、6nm、及び9nmとなるように吸着、酸化、及びプラズマ照射というサイクルによる酸化シリコン膜を成膜することにより、3つの試料を作製した。試料のそれぞれについて、ウエハ面内の49点で合計膜厚を測定し、その平均膜厚とバラツキを求めた。その結果を表1に示す。
Claims (8)
- 真空容器内に基板を搬入し、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前記基板を載置するステップと、
前記回転テーブルを回転するステップと、
第1の反応ガス供給部から前記基板に対してシリコン含有ガスを供給し、前記シリコン含有ガスを前記基板に吸着させ、
第2の反応ガス供給部から前記基板に対して、前記シリコン含有ガスと反応する酸化ガスを供給し、前記基板に吸着される前記シリコン含有ガスと前記酸化ガスを反応させて、前記基板上に反応生成物を形成し、
前記第1及び前記第2の反応ガス供給部から前記回転テーブルの周方向に離間して設けられるプラズマ発生部に対して水素含有ガスを供給して前記回転テーブルの上方にプラズマを生成し、前記反応生成物にプラズマを照射する、吸着−形成−照射ステップと
を含み、
前記吸着−形成−照射ステップにおいて、前記プラズマ発生部に対してアルゴンガスが供給され、
前記水素含有ガスがアンモニアガスを含み、
前記アルゴンガスの供給量に対する前記アンモニアガスの供給量の比が、0.15%から0.75%までの範囲にある、
成膜方法。 - 前記吸着−形成−照射ステップにおいて、前記プラズマ発生部に対してアルゴンガスが供給され、
前記水素含有ガスがアンモニアガスであり、
前記アルゴンガスの供給量に対する前記アンモニアガスの供給量の比が、0.3%から0.5%までの範囲にある、請求項1に記載の成膜方法。 - 前記吸着−形成−照射ステップに先だって、
前記第1の反応ガス供給部から前記基板に対して前記シリコン含有ガスを供給し、前記シリコン含有ガスを前記基板に吸着させ、
前記第2の反応ガス供給部から前記基板に対して、前記シリコン含有ガスと反応する前記酸化ガスを供給し、前記基板に吸着される前記シリコン含有ガスと前記酸化ガスを反応させて、前記基板上に反応生成物を形成する、形成ステップを更に含む請求項1又は2に記載の成膜方法。 - 前記形成ステップにおいて前記基板上に形成される前記反応生成物の厚さが、前記吸着−形成−照射ステップにおける前記プラズマが前記基板に到達しないように決定される、請求項3に記載の成膜方法。
- 基板が載置される基板載置部を含み、真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルと、
前記基板載置部に載置される前記基板に対してシリコン含有ガスを供給し、該シリコン含有ガスを前記基板に吸着させる第1の反応ガス供給部と、
前記第1の反応ガス供給部から前記回転テーブルの周方向に離間して設けられ、前記基板に対して酸化ガスを供給し、前記基板に吸着する前記シリコン含有ガスと前記酸化ガスとを反応させて反応生成物を前記基板に形成する第2の反応ガス供給部と、
前記第1及び前記第2の反応ガス供給部から前記回転テーブルの周方向に離間して設けられ、前記回転テーブルの上方にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部に対して水素含有ガスを供給するガス供給管と、
前記プラズマ生成部にアルゴンガスを供給するアルゴンガス供給源と
を備え、
前記水素含有ガスがアンモニアガスを含み、
前記アルゴンガスの供給量に対する前記アンモニアガスの供給量の比が、0.15%から0.75%までの範囲にある、
成膜装置。 - 前記プラズマ生成部が、前記回転テーブルの表面に向かって開口し、当該表面との間にプラズマが生成される空間を画成する部材を有し、
前記ガス供給管が、前記空間に前記水素含有ガスを供給する、請求項5に記載の成膜装置。 - 前記プラズマ生成部が、高周波電力が供給されるコイルを有する誘導結合プラズマ源を含む、請求項5に記載の成膜装置。
- 前記アルゴンガスの供給量に対する前記アンモニアガスの供給量の比が、0.3%から0.5%までの範囲にある、請求項5から7のいずれか一項に記載の成膜装置。
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