JP6167673B2 - 成膜装置、成膜方法及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
前記反応容器内に、第1の圧力の雰囲気下で第1の反応ガスを供給するための第1の反応ガス供給部と、
前記反応容器内に、前記第1の圧力よりも低圧の第2の圧力の雰囲気下で第2の反応ガスを供給するための第2の反応ガス供給部と、
前記反応容器内に前記第1の圧力の雰囲気を形成するために、前記反応容器に第1の排気路を介して接続された第1の真空排気機構と、
前記反応容器内に前記第2の圧力の雰囲気を形成するために、前記反応容器内に第2の排気路を介して接続されると共にターボ分子ポンプとその後段の真空ポンプとを備え、前記第1の真空排気機構よりも作動圧力領域が低い第2の真空排気機構と、
前記第1の排気路と第2の排気路との間で、前記反応容器の排気先を切り替える切替部と、を備えたことと、
前記第2の圧力は、1.33Pa以上、12Pa以下の範囲内の圧力であることと、
前記成膜処理される基板にはパターンが形成され、このパターンが形成された基板の表面積は、パターンが形成されていない基板の表面積の3倍以上であることと、を特徴とする。
(a)前記第1の反応ガスを基板に付着させた後に第2の反応ガスを供給したときの反応の促進の程度は、前記第1の圧力の雰囲気よりも第2の圧力の雰囲気の方が大きいこと。また、前記第2の反応ガスを活性化させるためのガス活性化部を備え、前記活性化により得られた活性種の寿命は、前記第1の圧力の雰囲気よりも第2の圧力の雰囲気の方が長いこと。このとき、前記ガス活性化部は、前記第2の反応ガスをプラズマ化することにより、前記活性種を得るものであること。
(b)複数の基板を棚状に保持する基板保持部を備え、前記成膜処理は、処理対象の複数の基板を保持した基板保持部を、前記処理容器内に搬入して行われること。
この点、発明者らは、アンモニアガスの供給時に反応容器1内の圧力を低くすると、活性種同士の衝突確率が低下し、活性種の寿命を延ばすことが可能となることを見出した(後述の実験例参照)。
本例の成膜装置は、供給される反応ガスの種類に応じて、反応容器1内に最適な圧力の雰囲気を形成することができるように、各々異なる真空排気路を利用して反応容器1内の真空排気を行う。以下、図1、図2を参照しながら当該成膜装置の構成について説明する。
図1、図2に示すように、ウエハボート25は、例えば3本の支柱251を備えており、ウエハWの外縁部を支持して、複数枚例えば125枚のウエハWを棚状に保持することができる。
なお、図1においては、図示の便宜上各ガスノズル54、63は、反応容器1の下部側の側壁を貫通して反応容器1内に挿入されているように記載されているが、実際にはフランジ部1aを介して挿入されている。
またDCS供給路51は、流量調整部MF1とバルブV11との間で分岐し、バルブV12及び流量調整部MF2を備えたパージガス供給路52を介してパージガスである窒素ガスの供給源521に接続されている。
また、分岐管32から分岐した第2の排気管34a、TMP42、第2の排気管34b、及び第2の排気管34bとの合流位置よりも下流側の第1の排気管33bは、本例の第2の排気路を構成している。そして、第1の切替弁43、第2の切替弁44は、第1の排気路(第1の排気管33a、33b)と第2の排気路(第2の排気管34a、TMP42、第2の排気管34b)との間で反応容器1内のガスの排気先を切り替える切替部に相当する。
また、各切替弁43、44やバルブが「開」の状態を「O」、「閉」の状態を「C」の符号で示してある。
第1の排気路側に排気を行いながら、DCSガス(第1の反応ガス)を供給する図4に記載の工程は、特許請求の範囲に記載の成膜方法の第1の工程に相当する。
第2の排気路側に排気を行いながら、アンモニアガス(第1の反応ガス)を供給する図6に記載の工程は、特許請求の範囲に記載の成膜方法の第2の工程に相当する。
この切替の際にも、一旦、両排気路への排気を停止することにより、比較的高い圧力の第1の排気路から、低圧の第2の排気路へのガスの逆流を防ぎ、TMP42を保護することができる。
こうして、図3〜図8を用いて説明した動作を例えば例えば数十回〜数百回繰り返し、SiNの層を堆積させることにより、所望の膜厚のSiN膜を成膜する。
そして、3種類以上の反応ガスに含まれる少なくとも2種の反応ガスに着目して、一方の反応ガスの排気が、第1の真空排気機構を備える第1の排気路を利用して行われ、他方の反応ガスの排気が、第1の真空排気機構よりも作動圧力領域が低い第2の真空排気機構を備える第2の排気路を利用して行う場合には、本発明の技術的範囲に含まれる。
また本発明はALD成膜に限定されず、交互に異なる反応ガスをウエハW上に供給して成膜を行うCVD(Chemical Vapor Deposition)法にも適用可能である。
A.実験条件
アンモニアガス供給時の反応容器1内の圧力を変化させて、SiN膜の膜厚の面内均一性への影響を検討した。各実験において、図9(a)に示すトレンチパターンの形成されたもの(トレンチパターンのないものと比較して、表面積が3倍のもの、5倍のもの)と、及び図9(b)に示すトレンチパターンのないものとの合計3種類のウエハW(直径300mm)に対して成膜処理を行った。100枚のウエハWを反応容器1内に搬入し、図4を用いて説明した条件と同様の条件下で貯留タンク71からDCSガスを供給する一方、5slmで20秒間アンモニアガスを供給し、反応温度500℃、高周波電源16からの印加電力は13.56MHz、100Wとした。DCSガス及びアンモニアガスの供給サイクルは300回実行した。図9(c)に示すように、成膜処理後、ウエハW表面に成膜されたSiN膜の直径方向の膜厚分布を膜厚計により計測した。
(実験条件1−2)処理容器内の圧力P=16.0[Pa](0.12[Torr])
(実験条件1−3)処理容器内の圧力P=25.7[Pa](0.19[Torr])
(実験条件1−4)処理容器内の圧力P=38.3[Pa](0.29[Torr])
(実験条件1−5)処理容器内の圧力P=62.3[Pa](0.47[Torr])
各実験条件における3種類のウエハWの膜厚分布の変位を図10に示す。各グラフの横軸はウエハWの直径方向の位置、縦軸はSiN膜の膜厚を示している。また、実線はトレンチなし、一点鎖線はトレンチあり(面積比3倍)、破線はトレンチあり(面積比5倍)のウエハWにおけるSiN膜の膜厚分布を示している。
図9(a)に示すように、トレンチありウエハWの上面に成膜されたSiN膜の膜厚をt1、トレンチなしウエハWの上面に成膜されたSiN膜の膜厚をt2としたとき、膜厚の減少率は{(t1−t2)/t1}×100[%]により計算した。図11において、面積比3倍のウエハWにおける減少率は白抜きの四角でプロットし、面積比5倍のウエハWにおける減少率は黒塗りの丸で示してある。
アンモニアガス供給時の反応容器1内の圧力(第2の圧力)を40Pa(0.3Torr)と一定にする一方、アンモニアガスの供給時に反応容器1内に供給されるアンモニアガスと窒素ガスとの供給量を調節し、アンモニアガスの分圧(PNH3)を変化させて、他の条件は(実験1)と同様にしてSiN膜の膜厚分布への影響を検討した。
(実験条件2−1)アンモニアガス分圧PNH3=6.4[Pa](0.048[Torr])
(実験条件2−2)アンモニアガス分圧PNH3=18.3[Pa](0.13[Torr])
(実験条件2−3)アンモニアガス分圧PNH3=28.5[Pa](0.21[Torr])
(実験条件2−4)アンモニアガス分圧PNH3=32.0[Pa](0.24[Torr])
各実験条件における3種類のウエハWの膜厚分布の変位を図12に示し、ウエハWの中央位置における、トレンチなしウエハWに対する、トレンチありウエハWの膜厚の減少率を、アンモニアガスの分圧に対してプロットした結果を図13に示す。図12、図13の縦軸及び横軸や線種、プロットは、各々図10、図11の場合と同様である。
1 反応容器
12 プラズマ発生部
18 排気口
19 排気ポート
33a、33b
第1の排気管
34a、34b
第2の排気管
41 ドライポンプ
42 TMP
43 第1の切替弁
44 第2の切替弁
54 第1のガスノズル
63 第2のガスノズル
8 制御部
Claims (10)
- 互いに反応する複数種類の反応ガスを反応容器内に順番に供給して、真空雰囲気にて基板に対して成膜処理を行う成膜装置において、
前記反応容器内に、第1の圧力の雰囲気下で第1の反応ガスを供給するための第1の反応ガス供給部と、
前記反応容器内に、前記第1の圧力よりも低圧の第2の圧力の雰囲気下で第2の反応ガスを供給するための第2の反応ガス供給部と、
前記反応容器内に前記第1の圧力の雰囲気を形成するために、前記反応容器に第1の排気路を介して接続された第1の真空排気機構と、
前記反応容器内に前記第2の圧力の雰囲気を形成するために、前記反応容器内に第2の排気路を介して接続されると共にターボ分子ポンプとその後段の真空ポンプとを備え、前記第1の真空排気機構よりも作動圧力領域が低い第2の真空排気機構と、
前記第1の排気路と第2の排気路との間で、前記反応容器の排気先を切り替える切替部と、を備えたことと、
前記第2の圧力は、1.33Pa以上、12Pa以下の範囲内の圧力であることと、
前記成膜処理される基板にはパターンが形成され、このパターンが形成された基板の表面積は、パターンが形成されていない基板の表面積の3倍以上であることと、を特徴とする成膜装置。 - 前記第1の反応ガスを基板に付着させた後に第2の反応ガスを供給したときの反応の促進の程度は、前記第1の圧力の雰囲気よりも第2の圧力の雰囲気の方が大きいことを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
- 前記第2の反応ガスを活性化させるためのガス活性化部を備え、
前記活性化により得られた活性種の寿命は、前記第1の圧力の雰囲気よりも第2の圧力の雰囲気の方が長いことを特徴とする請求項1または2に記載の成膜装置。 - 前記ガス活性化部は、前記第2の反応ガスをプラズマ化することにより、前記活性種を得るものであることを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。
- 複数の基板を棚状に保持する基板保持部を備え、前記成膜処理は、処理対象の複数の基板を保持した基板保持部を、前記処理容器内に搬入して行われることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一つに記載の成膜装置。
- 互いに反応する複数種類の反応ガスを反応容器内に順番に供給して、真空雰囲気にて基板に対して成膜処理を行う成膜方法において、
前記反応容器内に、第1の圧力の雰囲気下で第1の反応ガスを供給すると共に、前記反応容器内に前記第1の圧力の雰囲気を形成するために、第1の排気路を介して接続された第1の真空排気機構により、前記反応容器内を排気する第1の工程と、
前記反応容器内に、前記第1の圧力よりも低圧の第2の圧力の雰囲気下で第2の反応ガスを供給するための第2の反応ガスを供給すると共に、前記反応容器内に前記第2の圧力の雰囲気を形成するために、第2の排気路を介して接続されると共にターボ分子ポンプとその後段の真空ポンプとを備え、前記第1の真空排気機構よりも作動圧力領域が低い第2の真空排気機構により、前記反応容器内を排気する第2の工程と、を含み、
これら第1の工程と第2の工程とを繰り返し行うことと、
前記第2の圧力は、1.33Pa以上、12Pa以下の範囲内の圧力であることと、
前記成膜処理される基板にはパターンが形成され、このパターンが形成された基板の表面積は、パターンが形成されていない基板の表面積の3倍以上であることと、を特徴とする成膜方法。 - 前記第1の反応ガスを基板に付着させた後に第2の反応ガスを供給したときの反応の促進の程度は、前記第1の圧力の雰囲気よりも第2の圧力の雰囲気の方が大きいことを特徴とする請求項6に記載の成膜方法。
- 前記第2の反応ガスを活性化させる工程を含み、
前記活性化により得られた活性種の寿命は、前記第1の圧力の雰囲気よりも第2の圧力の雰囲気の方が長いことを特徴とする請求項6または7に記載の成膜方法。 - 前記第2の反応ガスを活性化させる工程は、前記第2の反応ガスをプラズマ化することにより、前記活性種を得るものであることを特徴とする請求項8に記載の成膜方法。
- 互いに反応する複数種類の反応ガスを反応容器内に順番に供給して、真空雰囲気にて基板に対して成膜処理を行う成膜装置に用いるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項6ないし9のいずれか一つに記載の成膜方法を実行するためのステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
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