KR101595148B1 - 성막 방법 - Google Patents

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KR101595148B1
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film forming
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히토시 가토오
다츠야 다무라
다케시 구마가이
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

오목부가 형성된 기판 상에, 수산기에 흡착되기 쉬운 제1 반응 가스와, 당해 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스의 반응 생성물에 의한 막을 성막하는 성막 방법이며, 상기 기판의 상기 오목부의 깊이 방향에 있어서의 수산기의 흡착 분포를 제어하는 스텝과, 상기 수산기가 흡착된 상기 기판 상에 상기 제1 반응 가스를 공급하는 스텝과, 상기 제1 반응 가스가 흡착된 상기 기판 상에 상기 제2 반응 가스를 공급하는 스텝을 포함하는 성막 방법.

Description

성막 방법{FILM FORMING METHOD}
본 출원은 2011년 12월 27일에 출원된 일본 특허 출원 제2011-285850호에 기초하며 그로부터 우선권을 주장하고, 그 전체 내용이 본 명세서에 참고로 포함되어 있다.
본 발명은, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 기판에 대해 교대로 공급함으로써, 양 반응 가스의 반응 생성물을 기판에 성막하는 성막 방법에 관한 것이다.
집적 회로(IC)의 제조 프로세스에는, 예를 들어 트렌치나, 비아 홀, 라인 스페이스 패턴에 있어서의 스페이스 등의 오목부를 산화 실리콘으로 매립하는 공정이 있다. 예를 들어 트렌치 내에, 예를 들어 화학적 기상 퇴적(CVD)법에 의해 산화 실리콘을 성막하는 경우에는, 반응 가스(프리커서)가 트렌치의 저부까지 확산되기 전에 기상중에서 반응하거나, 트렌치 측면에 흡착되므로, 트렌치의 개구 부근에서의 막 두께가 두꺼워지는(이른바, 오버 행이 형성되는) 경향이 있다. 또한, 트렌치의 개구 부근이 산화 실리콘에 의해 밀봉되면, 트렌치 내에는 공동(보이드)이 남아 버리는 경우가 있다(예를 들어, 특허문헌 1).
그런데, 서로 반응하는 적어도 2종류의 반응 가스를 기판에 대해 교대로 공급함으로써, 양 반응 가스의 반응 생성물을 기판에 성막하는 원자층 성막(ALD)법[분자층 성막(MLD)법]이라 불리는 성막 방법이 알려져 있다. 이 성막 방법에서는, 기초층에 흡착된 한쪽의 원료 가스가 다른 쪽의 원료 가스와 반응하여, 반응 생성물이 생성되므로, CVD법에 비해, 기초층의 단면 형상을 반영한 성막을 실현할 수 있다. 즉, 오버 행이나 보이드의 형성을 저감할 수 있다.
그러나 IC의 고집적도화의 요청으로부터, 트렌치 등의 오목부의 어스펙트비는 점점 높아지고 있다. 그로 인해, ALD법에 있어서도, 보이드가 형성되지 않도록 트렌치 등을 매립할 뿐만 아니라, 트렌치 등의 오목부의 내면에 성막되는 박막의 막 두께 분포까지 제어하는 것이 요구되고 있다.
일본 특허 출원 공개 제2007-42884호 공보 국제 공개 제2008/010546호
본 발명은 상술한 사정에 비추어 이루어지고, 기판에 형성되는 오목부에 막을 성막할 때에, 그 막 두께의 분포를 제어하는 것이 가능한 성막 방법을 제공한다.
본 발명의 형태에 따르면, 오목부가 형성된 기판 상에, 수산기에 흡착되기 쉬운 제1 반응 가스와, 당해 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스의 반응 생성물에 의한 막을 성막하는 성막 방법이며, 상기 기판의 상기 오목부의 깊이 방향에 있어서의 수산기의 흡착 분포를 제어하는 스텝과, 상기 수산기가 흡착된 상기 기판 상에 상기 제1 반응 가스를 공급하는 스텝과, 상기 제1 반응 가스가 흡착된 상기 기판 상에 상기 제2 반응 가스를 공급하는 스텝을 포함하는 성막 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점들은, 첨부한 도면과 함께 볼 때 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다
도 1은 실시 형태에 의한 성막 장치를 도시하는 개략 단면도.
도 2는 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 개략 사시도.
도 3은 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 개략 평면도.
도 4는 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내에 회전 가능하게 설치되는 회전 테이블의 동심원을 따른, 당해 진공 용기의 개략 단면도.
도 5는 도 1의 성막 장치의 다른 개략 단면도.
도 6은 도 1의 성막 장치에 설치되는 플라즈마 발생원을 도시하는 개략 단면도.
도 7은 도 1의 성막 장치에 설치되는 플라즈마 발생원을 도시하는 다른 개략 단면도.
도 8은 도 1의 성막 장치에 설치되는 플라즈마 발생원을 도시하는 개략 상면도.
도 9는 실시 형태에 의한 성막 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 10은 실시 형태에 의한 성막 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 11은 실시 형태에 의한 성막 방법의 변형예를 설명하기 위한 모식도.
도 12는 실시 형태에 의한 성막 방법의 변형예를 설명하기 위한 모식도.
도 13은 실시 형태에 의한 성막 방법의 변형예를 설명하기 위한 모식도.
도 14는 실시 형태에 의한 성막 방법의 변형예를 설명하기 위한 모식도.
도 15는 실시예에서 사용한 웨이퍼에 형성된 홀의 형상을 도시하는 모식도.
도 16은 실시예의 결과를 나타내는 그래프.
도 17은 실시예의 결과를 나타내는 도면.
도 18은 실시예의 결과를 나타내는 도면.
이하, 첨부의 도면을 참조하면서, 본 발명의 한정적이 아닌 예시의 실시 형태에 대해 설명한다. 첨부의 모든 도면 중, 동일 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일 또는 대응하는 참조 번호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도면은, 부재 혹은 부품간의 상대비를 나타내는 것을 목적으로 하지 않으며, 따라서 구체적인 치수는, 이하의 한정적이 아닌 실시 형태에 비추어, 당업자에 의해 결정되어야 할 것이다.
(성막 장치)
우선, 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치에 대해 설명한다.
도 1은, 성막 장치(1)의 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.
성막 장치(1)는, 진공 용기(10)와, 회전 테이블(2)과, 히터 유닛(7)과, 케이스체(20)와, 코어부(21)와, 회전축(22)과, 구동부(23)를 포함한다. 진공 용기(10)는, 거의 원형의 평면 형상을 갖는다. 진공 용기(10)는, 바닥이 있는 원통 형상을 갖는 용기 본체(12)와, 용기 본체(12)의 상면에 배치되는 천장판(11)을 갖는다. 천장판(11)은, 예를 들어 O링 등의 시일 부재(13)(도 1)를 통해 기밀하고 착탈 가능하게 용기 본체(12) 상에 배치된다.
회전 테이블(2)은, 진공 용기(10) 내에 설치되고, 진공 용기(10)의 중심에 회전 중심을 갖는다. 회전 테이블(2)은, 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정되어 있다. 코어부(21)는, 연직 방향으로 신장되는 회전축(22)의 상단부에 고정되어 있다. 회전축(22)은 진공 용기(10)의 저부(14)를 관통하고, 그 하단부가 회전축(22)(도 1)을 연직축 주위로 회전시키는 구동부(23)에 장착되어 있다. 회전축(22) 및 구동부(23)는, 상면이 개방된 통 형상의 케이스체(20) 내에 수용되어 있다. 케이스체(20)는, 그 상면에 설치된 플랜지 부분이 진공 용기(10)의 저부(14)의 하면에 기밀하게 장착되어, 케이스체(20)의 내부 분위기가 외부 분위기로부터 격리된다.
도 2 및 도 3은, 진공 용기(10) 내의 구조를 설명하는 도면이다. 설명의 편의상, 천장판(11)의 도시를 생략하고 있다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 표면에는, 도면 중 화살표 A로 나타내는 회전 방향(주위 방향)을 따라 복수(도시한 예에서는 5매)의 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라 함)(W)를 적재하기 위한 원 형상의 오목부(24)가 형성되어 있다. 또한 도 3에는 편의상 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼(W)를 도시한다. 이 오목부(24)는, 웨이퍼(W)의 직경(예를 들어, 300㎜)보다도 약간, 예를 들어 4㎜ 큰 내경과, 웨이퍼(W)의 두께와 거의 동등한 깊이를 갖고 있다. 따라서, 웨이퍼(W)를 오목부(24)에 적재하면, 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면[웨이퍼(W)가 적재되지 않는 영역]이 동일한 높이로 된다.
오목부(24)의 저면에는, 웨이퍼(W)의 이면을 지지하여 웨이퍼(W)를 승강시키기 위한, 예를 들어 3개의 승강 핀이 관통하는 관통 구멍(모두 도시하지 않음)이 형성되어 있다.
회전 테이블(2)의 상방에는, 각각 예를 들어 석영으로 이루어지는 반응 가스 노즐(31), 반응 가스 노즐(32), 분리 가스 노즐(41, 42) 및 가스 도입 노즐(92)이 진공 용기(10)의 주위 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향(도 3의 화살표 A)]으로 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 도시한 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 시계 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로, 가스 도입 노즐(92), 분리 가스 노즐(41), 반응 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42) 및 반응 가스 노즐(32)이 이 순서로 배열되어 있다. 이들 노즐(92, 31, 32, 41, 42)은, 각 노즐(92, 31, 32, 41, 42)의 기단부인 가스 도입 포트(92a, 31a, 32a, 41a, 42a)(도 3)를 용기 본체(12)의 외주벽에 고정함으로써, 진공 용기(10)의 외주벽으로부터 진공 용기(10) 내로 도입되어, 용기 본체(12)의 반경 방향을 따라 회전 테이블(2)에 대해 수평하게 신장되도록 장착되어 있다.
또한, 가스 도입 노즐(92)의 상방에는, 도 3에 있어서, 파선으로 간략화하여 나타내는 바와 같이 플라즈마 발생원(80)이 설치되어 있다. 플라즈마 발생원(80)에 대해서는 후술한다.
본 실시 형태에 있어서는, 반응 가스 노즐(31)은, 도시하지 않은 배관 및 유량 제어기 등을 통해, 제1 반응 가스로서의 Si(실리콘) 함유 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 반응 가스 노즐(32)은, 도시하지 않은 배관 및 유량 제어기 등을 통해, 제2 반응 가스로서의 산화 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 모두 도시하지 않은 배관 및 유량 제어 밸브 등을 통해, 분리 가스로서의 질소(N2) 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
본 실시 형태에 있어서는, Si 함유 가스로서 유기 아미노실란 가스가 사용되고, 산화 가스로서 O3(오존) 가스가 사용되어 있다.
반응 가스 노즐(31, 32)에는, 회전 테이블(2)을 향해 개방되는 복수의 가스 토출 구멍(33)이, 반응 가스 노즐(31, 32)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다. 반응 가스 노즐(31)의 하방 영역은, Si 함유 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1)이 된다. 반응 가스 노즐(32)의 하방 영역은, 제1 처리 영역(P1)에 있어서 웨이퍼(W)에 흡착된 Si 함유 가스를 산화시키는 제2 처리 영역(P2)이 된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 진공 용기(10) 내에는 2개의 볼록 형상부(4)가 설치되어 있다. 볼록 형상부(4)는, 정상부가 원호 형상으로 절단된 대략 부채형의 평면 형상을 갖고, 본 실시 형태에 있어서는, 내원호가 돌출부(5)(후술)에 연결되고, 외원호가 진공 용기(10)의 용기 본체(12)의 내주면을 따르도록 배치되어 있다. 볼록 형상부(4)는, 분리 가스 노즐(41, 42)과 함께 분리 영역(D)을 구성하므로, 후술하는 바와 같이, 회전 테이블(2)을 향해 돌출되도록 천장판(11)의 이면에 장착되어 있다.
도 4는 반응 가스 노즐(31)로부터 반응 가스 노즐(32)까지 회전 테이블(2)의 동심원을 따른 진공 용기(10)의 단면을 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 천장판(11)의 이면에 볼록 형상부(4)가 장착되어 있으므로, 진공 용기(10) 내에는, 볼록 형상부(4)의 하면인 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)과, 이 천장면(44)의 주위 방향 양측에 위치하는, 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 존재한다. 천장면(44)은, 정상부가 원호 형상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고 있다.
또한, 도시한 바와 같이, 볼록 형상부(4)에는 주위 방향 중앙에 있어서 홈부(43)가 형성되어 있고, 홈부(43)는 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 연장되어 있다. 홈부(43)에는, 분리 가스 노즐(42)이 수용되어 있다. 다른 하나의 볼록 형상부(4)에도 마찬가지로 홈부(43)가 형성되고, 여기에 분리 가스 노즐(41)이 수용되어 있다. 또한, 높은 천장면(45)의 하방의 공간에 반응 가스 노즐(31, 32)이 각각 설치되어 있다. 이들 반응 가스 노즐(31, 32)은, 천장면(45)으로부터 이격되어 웨이퍼(W)의 근방에 설치되어 있다. 또한, 설명의 편의상, 도 4에 도시하는 바와 같이, 반응 가스 노즐(31)이 설치되는, 높은 천장면(45)의 하방의 공간을 참조 부호 481로 나타내고, 반응 가스 노즐(32)이 설치되는, 높은 천장면(45)의 하방의 공간을 참조 부호 482로 나타낸다.
또한, 볼록 형상부(4)의 홈부(43)에 수용되는 분리 가스 노즐(41, 42)에는, 회전 테이블(2)을 향해 개방되는 복수의 가스 토출 구멍(42h)(도 4 참조)이, 분리 가스 노즐(41, 42)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다.
천장면(44)은, 협애한 공간인 분리 공간(H)을 회전 테이블(2)에 대해 형성하고 있다. 분리 가스 노즐(42)의 토출 구멍(42h)으로부터 N2 가스가 공급되면, 이 N2 가스는, 분리 공간(H)을 통해 공간(481) 및 공간(482)을 향해 흐른다. 이때, 분리 공간(H)의 용적은 공간(481 및 482)의 용적보다도 작으므로, N2 가스에 의해 분리 공간(H)의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 할 수 있다. 즉, 공간(481 및 482) 사이에 압력이 높은 분리 공간(H)이 형성된다. 또한, 분리 공간(H)으로부터 공간(481 및 482)으로 흘러나오는 N2 가스가, 제1 영역(P1)으로부터의 Si 함유 가스와, 제2 영역(P2)으로부터의 산화 가스에 대한 카운터 플로우로서 작용한다. 따라서, 제1 영역(P1)으로부터의 Si 함유 가스와, 제2 영역(P2)으로부터의 산화 가스가 분리 공간(H)에 의해 분리된다. 따라서, 진공 용기(10) 내에 있어서 Si 함유 가스와 산화 가스가 혼합되어, 반응하는 것이 억제된다.
또한, 회전 테이블(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이 h1은, 성막시의 진공 용기(10) 내의 압력, 회전 테이블(2)의 회전 속도, 공급하는 분리 가스(N2 가스)의 공급량 등을 고려하여, 분리 공간(H)의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 하는 데 적합한 높이로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 천장판(11)의 하면에는, 회전 테이블(2)을 고정하는 코어부(21)의 외주를 둘러싸는 돌출부(5)(도 2 및 도 3)가 설치되어 있다. 이 돌출부(5)는, 본 실시 형태에 있어서는, 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 중심측의 부위와 연속되어 있고, 그 하면이 천장면(44)과 동일한 높이로 형성되어 있다.
도 1은, 도 3의 I-I'선을 따른 단면도로, 천장면(45)이 설치되어 있는 영역을 도시하고 있다. 한편, 도 5는 천장면(44)이 설치되어 있는 영역을 도시하는 단면도이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부[진공 용기(10)의 외측 테두리측의 부위]에는, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡되는 굴곡부(46)가 형성되어 있다. 이 굴곡부(46)는, 볼록 형상부(4)와 마찬가지로, 분리 영역(D)의 양측으로부터 반응 가스가 침입하는 것을 억제하여, 양 반응 가스의 혼합을 억제한다. 부채형의 볼록 형상부(4)는 천장판(11)에 설치되고, 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 제거할 수 있도록 되어 있으므로, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12) 사이에는 약간 간극이 있다. 굴곡부(46)의 내주면과 회전 테이블(2)의 외측 단부면의 간극 및 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)의 간극은, 예를 들어 회전 테이블(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이와 마찬가지의 치수로 설정되어 있다.
용기 본체(12)의 내주벽은, 분리 영역(D)에 있어서는 도 4에 도시하는 바와 같이 굴곡부(46)의 외주면과 접근하여 수직면으로 형성되어 있지만, 분리 영역(D) 이외의 부위에 있어서는, 도 1에 도시하는 바와 같이 예를 들어 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 저부(14)에 걸쳐 외측으로 오목하게 들어가 있다. 이하, 설명의 편의상, 대략 직사각형의 단면 형상을 갖는 오목하게 들어간 부분을 배기 영역이라 기재한다. 구체적으로는, 제1 처리 영역(P1)에 연통되는 배기 영역을 제1 배기 영역(E1)이라 기재하고, 제2 처리 영역(P2)에 연통되는 영역을 제2 배기 영역(E2)이라 기재한다. 이들 제1 배기 영역(E1) 및 제2 배기 영역(E2)의 저부에는, 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 각각 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)가 형성되어 있다. 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 각각 배기관(630)을 통해 진공 배기 수단인, 예를 들어 진공 펌프(640)에 접속되어 있다. 또한 도 1 중, 참조 부호 650은 압력 제어기이다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(10)의 저부(14) 사이의 공간에는, 도 1 및 도 4에 도시하는 바와 같이 가열 수단인 히터 유닛(7)이 설치되고, 회전 테이블(2)을 통해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)가, 프로세스 레시피에서 정해진 온도(예를 들어, 450℃)로 가열된다. 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방측에는, 회전 테이블(2)의 상방 공간으로부터 배기 영역(E1, E2)에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(7)이 배치되어 있는 분위기를 구획하여 회전 테이블(2)의 하방 영역으로의 가스의 침입을 억제하기 위해, 링 형상의 커버 부재(71)가 설치되어 있다(도 5). 이 커버 부재(71)는, 회전 테이블(2)의 외측 테두리부 및 외측 테두리부보다도 외주측을 하방측으로부터 면하도록 설치된 내측 부재(71a)와, 이 내측 부재(71a)와 진공 용기(10)의 내벽면 사이에 설치된 외측 부재(71b)를 구비하고 있다. 외측 부재(71b)는, 분리 영역(D)에 있어서 볼록 형상부(4)의 외측 테두리부에 형성된 굴곡부(46)의 하방에서, 굴곡부(46)와 근접하여 설치되고, 내측 부재(71a)는, 회전 테이블(2)의 외측 테두리부 하방(및 외측 테두리부보다도 약간 외측의 부분의 하방)에 있어서, 히터 유닛(7)을 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸고 있다.
히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 중심 부근의 부위에 있어서의 저부(14)는, 회전 테이블(2)의 하면의 중심부 부근에 있어서의 코어부(21)에 접근하도록 상방측으로 돌출되어 돌출부(12a)를 이루고 있다. 이 돌출부(12a)와 코어부(21) 사이는 좁은 공간으로 되어 있고, 또한 저부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁게 되어 있고, 이들 좁은 공간은 케이스체(20)에 연통되어 있다. 그리고 케이스체(20)에는 퍼지 가스인 N2 가스를 좁은 공간 내에 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 설치되어 있다. 또한 진공 용기(10)의 저부(14)에는, 히터 유닛(7)의 하방에 있어서 주위 방향으로 소정의 각도 간격으로, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 복수의 퍼지 가스 공급관(73)이 설치되어 있다[도 5에는 하나의 퍼지 가스 공급관(73)을 나타냄]. 또한, 히터 유닛(7)과 회전 테이블(2) 사이에는, 히터 유닛(7)이 설치된 영역으로의 가스의 침입을 억제하기 위해, 외측 부재(71b)의 내주벽[내측 부재(71a)의 상면]으로부터 돌출부(12a)의 상단부와의 사이를 주위 방향에 걸쳐 덮는 덮개 부재(7a)가 설치되어 있다. 덮개 부재(7a)는 예를 들어 석영으로 제작할 수 있다.
또한, 진공 용기(10)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있어, 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)에 분리 가스인 N2 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 이 공간(52)에 공급된 분리 가스는, 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(50)을 통해 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역측의 표면을 따라 주연을 향해 토출된다. 공간(50)은 분리 가스에 의해 공간(481) 및 공간(482)보다도 높은 압력으로 유지될 수 있다. 따라서, 공간(50)에 의해, 제1 처리 영역(P1)에 공급되는 Si 함유 가스와 제2 처리 영역(P2)에 공급되는 산화 가스가, 중심 영역(C)을 통과하여 혼합되는 것이 억제된다. 즉, 공간(50)[또는 중심 영역(C)]은 분리 공간(H)[또는 분리 영역(D)]과 마찬가지로 기능할 수 있다.
또한, 진공 용기(10)의 측벽에는, 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 외부의 반송 아암(10)과 회전 테이블(2) 사이에서 기판인 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 이 반송구(15)는 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐된다. 또한 회전 테이블(2)에 있어서의 웨이퍼 적재 영역인 오목부(24)는 이 반송구(15)에 면하는 위치에서 반송 아암(10)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해지므로, 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서 전달 위치에 대응하는 부위에, 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어올리기 위한 전달용 승강 핀 및 그 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다.
다음에, 도 6 내지 도 8을 참조하면서, 플라즈마 발생원(80)에 대해 설명한다. 도 6은 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따른 플라즈마 발생원(80)의 개략 단면도이다. 도 7은, 회전 테이블(2)의 반경 방향과 직교하는 방향을 따른 플라즈마 발생원(80)의 개략 단면도이다. 도 8은 플라즈마 발생원(80)의 개략을 도시하는 상면도이다. 도시의 편의상, 이들 도면에 있어서 일부의 부재를 간략화하고 있다.
도 6을 참조하면, 플라즈마 발생원(80)은, 고주파 투과성의 재료로 제작되고, 상면으로부터 오목하게 들어간 오목부를 갖고, 천장판(11)에 형성된 개구부(11a)에 끼워 넣어지는 프레임 부재(81)와, 프레임 부재(81)의 오목부 내에 수용되고, 상부가 개방된 대략 상자 형상의 형상을 갖는 패러데이(faraday) 차폐판(82)과, 패러데이 차폐판(82)의 저면 상에 배치되는 절연판(83)과, 절연판(83)의 상방에 지지되고, 대략 팔각형의 상면 형상을 갖는 코일 형상의 안테나(85)를 구비한다.
천장판(11)의 개구부(11a)는 복수의 단차부를 갖고 있고, 그 중 하나의 단차부에는 전체 둘레에 걸쳐 홈부가 형성되고, 이 홈부에 예를 들어 O-링 등의 시일 부재(81a)가 끼워 넣어져 있다. 한편, 프레임 부재(81)는, 개구부(11a)의 단차부에 대응하는 복수의 단차부를 갖고 있고, 프레임 부재(81)를 개구부(11a)에 끼워 넣으면, 복수의 단차부 중 하나의 단차부의 이면이, 개구부(11a)의 홈부에 끼워 넣어진 시일 부재(81a)와 접하고, 이에 의해 천장판(11)과 프레임 부재(81) 사이의 기밀성이 유지된다. 또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 천장판(11)의 개구부(11a)에 끼워 넣어지는 프레임 부재(81)의 외주를 따른 압박 부재(81c)가 설치되고, 이에 의해 프레임 부재(81)가 천장판(11)에 대해 하방으로 압박된다. 이로 인해, 천장판(11)과 프레임 부재(81) 사이의 기밀성이 보다 확실하게 유지된다.
프레임 부재(81)의 하면은, 진공 용기(10) 내의 회전 테이블(2)에 대향하고 있고, 그 하면의 외주에는 전체 둘레에 걸쳐 하방으로[회전 테이블(2)을 향해] 돌출되는 돌기부(81b)가 설치되어 있다. 돌기부(81b)의 하면은 회전 테이블(2)의 표면에 근접하고 있고, 돌기부(81b)와, 회전 테이블(2)의 표면과, 프레임 부재(81)의 하면에 의해 회전 테이블(2)의 상방에 공간[이하, 내부 공간(S)]이 구획되어 있다. 또한, 돌기부(81b)의 하면과 회전 테이블(2)의 표면의 간격은, 분리 공간(H)(도 4)에 있어서의 천장면(11)의 회전 테이블(2)의 상면에 대한 높이 h1과 거의 동일해도 된다.
또한, 이 내부 공간(S)에는, 돌기부(81b)를 관통한 가스 도입 노즐(92)이 연장되어 있다. 가스 도입 노즐(92)에는, 본 실시 형태에 있어서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 아르곤(Ar) 가스가 충전되는 아르곤 가스 공급원(93a)과, 산소(O2) 가스가 충전되는 산소 가스 공급원(93b)과, 암모니아(NH3) 가스가 충전되는 암모니아 가스 공급원(93c)이 접속되어 있다. 아르곤 가스 공급원(93a), 산소 가스 공급원(93b) 및 암모니아 가스 공급원(93c)으로부터, 대응하는 유량 제어기(94a, 94b 및 94c)에 의해 유량 제어된 Ar 가스, O2 가스 및 NH3 가스가, 소정의 유량비(혼합비)로 내부 공간(S)에 공급된다.
또한, 가스 도입 노즐(92)에는, 그 길이 방향을 따라 소정의 간격(예를 들어, 10㎜)으로 복수의 토출 구멍(92a)이 형성되어 있고, 토출 구멍(92a)으로부터 상술한 Ar 가스 등이 토출된다. 토출 구멍(92a)은, 도 7에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)에 대해 수직한 방향으로부터 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측을 향해 기울어져 있다. 이로 인해, 가스 도입 노즐(92)로부터 공급되는 가스는, 회전 테이블(2)의 회전 방향과 반대 방향으로, 구체적으로는 돌기부(81b)의 하면과 회전 테이블(2)의 표면 사이의 간극을 향해 토출된다. 이에 의해, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라 플라즈마 발생원(80)보다도 상류측에 위치하는 천장면(45)의 하방의 공간으로부터 반응 가스나 분리 가스가, 내부 공간(S) 내로 유입되는 것이 억지된다. 또한, 상술한 바와 같이, 프레임 부재(81)의 하면의 외주를 따라 형성되는 돌기부(81b)가 회전 테이블(2)의 표면에 근접하고 있으므로, 가스 도입 노즐(92)로부터의 가스에 의해 내부 공간(S) 내의 압력을 용이하게 높게 유지할 수 있다. 이것에 의해서도, 반응 가스나 분리 가스가 내부 공간(S) 내로 유입되는 것이 억지된다.
패러데이 차폐판(82)은, 금속 등의 도전성 재료로 제작되고, 도시는 생략하지만 접지되어 있다. 도 8에 명확하게 도시되는 바와 같이, 패러데이 차폐판(82)의 저부에는, 복수의 슬릿(82s)이 형성되어 있다. 각 슬릿(82s)은, 대략 팔각형의 평면 형상을 갖는 안테나(85)의 대응하는 변과 거의 직교하도록 연장되어 있다.
또한, 패러데이 차폐판(82)은, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 상단부의 2개소에 있어서 외측으로 절곡되는 지지부(82a)를 갖고 있다. 지지부(82a)가 프레임 부재(81)의 상면에 지지됨으로써, 프레임 부재(81) 내의 소정의 위치에 패러데이 차폐판(82)이 지지된다.
절연판(83)은, 예를 들어 석영 글래스에 의해 제작되고, 패러데이 차폐판(82)의 저면보다도 약간 작은 크기를 갖고, 패러데이 차폐판(82)의 저면에 적재된다. 절연판(83)은, 패러데이 차폐판(82)과 안테나(85)를 절연하는 한편, 안테나(85)로부터 방사되는 고주파를 하방으로 투과시킨다.
안테나(85)는, 평면 형상이 대략 팔각형으로 되도록 구리제의 중공관(파이프)을 예를 들어 3중으로 권회함으로써 형성된다. 파이프 내에 냉각수를 순환시킬 수 있고, 이에 의해 안테나(85)에 공급되는 고주파에 의해 안테나(85)가 고온으로 가열되는 것이 방지된다. 또한, 안테나(85)에는 기립 설치부(85a)가 설치되어 있고, 기립 설치부(85a)에 지지부(85b)가 장착되어 있다. 지지부(85b)에 의해, 안테나(85)가 패러데이 차폐판(82) 내의 소정의 위치에 유지된다. 또한, 지지부(85b)에는, 매칭 박스(86)를 통해 고주파 전원(87)이 접속되어 있다. 고주파 전원(87)은, 예를 들어 13.56㎒의 주파수를 갖는 고주파를 발생시킬 수 있다.
이러한 구성을 갖는 플라즈마 발생원(80)에 따르면, 매칭 박스(86)를 통해 고주파 전원(87)으로부터 안테나(85)에 고주파 전력을 공급하면, 안테나(85)에 의해 전자계가 발생한다. 이 전자계 중 전계 성분은, 패러데이 차폐판(82)에 의해 차폐되므로, 하방으로 전파될 수는 없다. 한편, 자계 성분은 패러데이 차폐판(82)의 복수의 슬릿(82s)을 통해 내부 공간(S) 내로 전파된다. 이 자계 성분에 의해, 가스 도입 노즐(92)로부터 소정의 유량비(혼합비)로 내부 공간(S)에 공급되는 Ar 가스, O2 가스 및 NH3 가스 등의 가스로부터 플라즈마가 발생한다. 이와 같이 하여 발생하는 플라즈마에 따르면, 웨이퍼(W) 상에 퇴적되는 박막에의 조사 손상이나, 진공 용기(10) 내의 각 부재의 손상 등을 저감시킬 수 있다.
또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 성막 장치(1)는, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100) 및 기억부(101)를 더 포함한다. 기억부(101)는, 제어부(100)의 제어하에서, 후술하는 성막 방법을 성막 장치(1)에 실시시키는 프로그램을 기억한다. 이 프로그램은 후술하는 성막 방법을 실행하도록 스텝군이 짜여져 있다. 기억부(101)는, 예를 들어 하드디스크 등에 의해 구성할 수 있다. 기억부(101)에 기억되는 프로그램은, 예를 들어 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 매체(102)로부터, 소정의 판독 장치에 의해 기억부(101)에 판독될 수 있다.
(성막 방법)
다음에, 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 방법에 대해 상술한 성막 장치(1)를 사용하여 행하는 경우를 예로 들어 설명한다.
본 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)로서 실리콘 웨이퍼를 사용하는 것으로 하고, 그 실리콘 웨이퍼에는, 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이, 트렌치(T)(오목부)가 형성되어 있다.
또한, 성막 장치(1)에 있어서, 반응 가스 노즐(31)로부터 유기 아미노실란 가스가 공급되고, 반응 가스 노즐(32)로부터 산화 가스(산소 함유 가스)로서 O3 가스가 공급되고, 가스 도입 노즐(92)로부터 Ar 가스 및 O2 가스의 혼합 가스(산소 함유 가스, 이하, Ar/O2 가스라 기재함)가 공급되는 것으로 한다.
우선, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하여, 외부로부터 반송 아암(10)(도 3)에 의해 반송구(15)(도 2 및 도 3)를 통해 웨이퍼(W)를 회전 테이블(2)의 오목부(24) 내에 전달한다. 이 전달은, 오목부(24)가 반송구(15)에 면하는 위치에 정지하였을 때에 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통해 진공 용기(10)의 저부측으로부터 도시하지 않은 승강 핀이 승강함으로써 행해진다. 이러한 웨이퍼(W)의 전달을, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜 행하고, 회전 테이블(2)의 5개의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼(W)를 적재한다.
계속해서 게이트 밸브를 폐쇄하여, 진공 펌프(640)에 의해 도달 가능 진공도까지 진공 용기(10) 내를 배기한 후, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스인 N2 가스를 소정의 유량으로 토출시키고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 72)으로부터도 N2 가스를 소정의 유량으로 토출시킨다. 이것에 수반하여, 압력 제어 수단(650)(도 1)에 의해 진공 용기(10) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 제어한다. 계속해서, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 예를 들어 20rpm의 회전 속도로 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 예를 들어 450℃로 가열한다.
이 후, 반응 가스 노즐(31)(도 2 및 도 3)로부터 유기 아미노실란 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 O3 가스를 공급한다. 또한, 가스 도입 노즐(92)로부터 Ar/O2 가스를 공급하고, 플라즈마 발생원(80)의 안테나(85)에 대해 13.56㎒의 주파수를 갖는 고주파를, 예를 들어 1400W의 전력으로 공급한다. 이에 의해, 플라즈마 발생원(80)(도 6)과 회전 테이블(2) 사이의 내부 공간(S)에 있어서 산소 플라즈마가 생성된다. 이 산소 플라즈마 중에는, 산소 이온이나 산소 라디칼 등의 활성종이나, 고에너지 입자가 생성되어 있다.
회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)는, 제1 처리 영역(P1), 분리 영역(D), 제2 처리 영역(P2), 내부 공간(S)(의 하방의 영역) 및 분리 영역(D)을 이 순서로 반복하여 통과한다(도 3 참조).
제1 처리 영역(P1)에 있어서, 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면(U)이나 트렌치(T)의 내면에 유기 아미노실란 가스의 분자(Ms)가 흡착되어, 유기 아미노실란의 분자층(61)이 형성된다. 분리 영역(D)을 통과한 후, 제2 처리 영역(P2)에 있어서, 도 9의 (c)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면(U)이나 트렌치(T)의 내면에 흡착된 유기 아미노실란 가스가 O3 가스 분자(Mo)에 의해 산화되고, 도 9의 (d)에 도시하는 바와 같이, 트렌치(T)의 내면을 따라 산화 실리콘막(62)이 성막된다. 유기 아미노실란 가스가 산화될 때에는, 부생성물로서 OH기 Hy가 생성된다. 생성된 OH기 Hy는 산화 실리콘막(62)의 표면에 흡착되게 된다.
이어서, 플라즈마 발생원(80)의 내부 공간(S)에 웨이퍼(W)가 도달하면, 웨이퍼(W)는, 도 9의 (e)에 도시하는 바와 같이 산소 플라즈마(Pl)에 노출된다. 이때, 산화 실리콘막(62)에 흡착된 OH기 Hy의 일부는, 산소 플라즈마(Pl) 중의 예를 들어 고에너지 입자의 충돌에 의해 산화 실리콘막(62)으로부터 이탈한다. 산소 플라즈마(Pl)는, 웨이퍼(W)의 표면(U)이나, 트렌치(T)의 개구 부근에는 도달하지만, 트렌치(T)의 저부 부근까지는 도달하기 어렵다. 이로 인해, 웨이퍼(W)의 표면(U)과 트렌치(T)의 개구 부근의 측면에 있어서, 비교적 다량의 OH기 Hy가 이탈한다. 그 결과, 도 9의 (e)에 도시하는 바와 같이, 트렌치(T)의 저부 및 저부 부근의 측면에 있어서 OH기 Hy의 밀도가 높고, 트렌치(T)의 개구 및 웨이퍼(W)의 표면(U)을 향해 밀도가 낮아지도록 OH기 Hy가 분포하게 된다.
다음에, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1)에 다시 도달하면, 반응 가스 노즐(31)로부터 공급되는 유기 아미노실란 가스의 분자(Ms)가 웨이퍼(W)의 표면(U)이나 트렌치(T)의 내면에 흡착된다. 이때, 유기 아미노실란 가스의 분자(Ms)는, OH기 Hy에 흡착되기 쉽기 때문에(특허문헌 2), 도 9의 (f)에 도시하는 바와 같이, OH기 Hy의 분포에 따른 분포로 웨이퍼(W)의 표면(U)이나 트렌치(T)의 내면에 흡착된다. 즉, 트렌치(T)의 내면에, 트렌치(T)의 저부 및 저부 부근의 측면에 있어서 밀도가 높고, 트렌치(T)의 개구를 향해 밀도가 낮아지도록 유기 아미노실란 가스의 분자(Ms)가 흡착된다.
계속해서, 웨이퍼(W)가 제2 처리 영역(P2)을 통과할 때, 웨이퍼(W)의 표면(U)이나 트렌치(T)의 내면에 흡착된 유기 아미노실란 가스가 O3 가스에 의해 산화되어, 도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이, 산화 실리콘막(62)이 더 성막된다. 여기서, 산화 실리콘막(62)의 막 두께 분포에는, 트렌치(T)의 내면에 흡착된 유기 아미노실란 가스의 밀도가 반영되게 된다. 즉, 산화 실리콘막(62)은, 트렌치(T)의 저부 및 저부 부근의 측면에 있어서 두꺼워지고, 트렌치(T)의 개구를 향해 얇게 되어 있다. 그리고 유기 아미노실란 가스의 산화에 의해 생성된 OH기가 산화 실리콘막(62)의 표면에 흡착된다.
이어서, 웨이퍼(W)가 다시 플라즈마 발생원(80)의 내부 공간(S)에 도달하면, 상술한 바와 같이, 트렌치(T)의 저부 및 저부 부근의 측면에 있어서 OH기의 밀도가 높고, 트렌치(T)의 개구를 향해 밀도가 낮아지도록 OH기가 분포되게 된다.
이 후, 상술한 프로세스가 반복되면, 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이 산화 실리콘막(62)은 트렌치(T)의 저부로부터 두껍게 되어 간다. 산화 실리콘막(62)이 더욱 두껍게 되어 가면, 도 10의 (c)와 같이 보이드가 생기는 일 없이 트렌치(T)가 산화 실리콘으로 매립되어, 도 10의 (d)에 도시하는 바와 같이 트렌치(T)의 매립이 완료된다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 성막 방법에 따르면, 유기 아미노실란 가스의 산화에 의해 생성되어 산화 실리콘막(62)에 흡착된 OH기는, 플라즈마 발생원(80)에 의해 생성된 산소 플라즈마에 의해, 트렌치(T)의 저부 및 저부 부근의 측면에 있어서 밀도가 높고, 트렌치(T)의 개구를 향해 밀도가 낮아지도록 분포된다. OH기는, 유기 아미노실란 가스의 흡착 사이트로서 작용하고, OH기의 분포에 따라서 유기 아미노실란 가스가 흡착되므로, 유기 아미노실란 가스도 또한 트렌치(T)의 저부 및 저부 부근의 측면에 있어서 밀도가 높고, 트렌치(T)의 개구를 향해 밀도가 낮아지도록 분포된다. 따라서, 산화 실리콘막(62)은, 트렌치(T)의 저부 및 저부 부근의 측면에 있어서 두꺼워지고, 트렌치(T)의 개구를 향해 얇아지도록 성막된다.
일반적인 CVD법이나 ALD법에 의해 트렌치를 산화 실리콘 등으로 매립하는 경우에는, 프리커서가 트렌치의 저부까지 확산되기 전에 기상중에서 반응하거나, 트렌치 측면에 흡착되므로, 트렌치의 개구 부근에서의 막 두께가 커진다. 이로 인해, 개구가 밀봉되는 한편, 트렌치 내에는 공동(보이드)이 남는 경우가 대부분이다. 이것과의 비교에 의해, 본 실시 형태에 따른 성막 방법의 이점이 이해된다.
(제1 변형예)
상술한 성막 방법에 있어서, Ar/O2 가스에 더하여 수소 함유 가스를 도입 가스 노즐(92)로부터 공급하면서 산소 플라즈마를 생성해도 된다.
웨이퍼(W)가, 제1 처리 영역(P1), 분리 영역(D) 및 제2 처리 영역(P2)을 통과한 후에는, 도 11의 (a)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면(U)이나 트렌치(T)의 내면에는 산화 실리콘막(62)이 성막되고, 이 산화 실리콘막(62)의 표면에는 OH기 Hy가 흡착되어 있다.
이어서, 웨이퍼(W)가 내부 공간(S)에 도달하고, 웨이퍼(W)가 산소 플라즈마(Pl)에 노출된다. 이때, 도 11의 (b)에 도시하는 바와 같이, 산소 플라즈마(Pl) 중에는 수소 함유 가스로부터 생성된 OH기 Hy가 포함되어 있다. 이로 인해, 산화 실리콘막(62)에 흡착되어 있는 OH기 Hy가 산소 플라즈마(Pl)에 의해 이탈하였다고 해도, 산소 플라즈마(Pl)에 의해 생성된 OH기 Hy가 다시 흡착될 수 있다. 따라서, 도 9의 (e)를 참조하면서 설명한 Ar/O2 가스만의 경우에 비해, 웨이퍼(W)의 표면(U)이나 트렌치(T)의 개구 부근에 있어서의 OH기 Hy의 감소가 억제되고, 따라서 OH기 Hy의 분포는, 트렌치(T)의 내면에 있어서 균일화된다.
이로 인해, 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1)에 다시 도달하면, 도 11의 (c)에 도시하는 바와 같이, 반응 가스 노즐(31)로부터의 유기 아미노실란 가스의 분자(Ms)도 또한 트렌치(T)의 내면에 있어서 균일하게 흡착된다. 따라서, 도 11의 (d)에 도시하는 바와 같이, 흡착된 유기 아미노실란 가스가 O3 가스에 의해 산화되어 성막되는 산화 실리콘막(62)도 트렌치(T)의 내면에 있어서 균일하게 성막될 수 있다.
여기서, 수소 함유 가스의 공급량 또한/또는 고주파 전력을 제어하면, 트렌치(T)의 내면(특히, 개구 부근)에 있어서의 OH기 Hy의 분포를 제어할 수 있으므로, 트렌치(T)의 내면에 성막되는 산화 실리콘막의 막 두께 분포를 자유롭게 제어하는 것도 가능해진다.
(제2 변형예)
또한, 회전 테이블(2)의 회전 속도를 제어함으로써도 트렌치 내의 산화 실리콘막의 막 두께 분포를 제어할 수 있다.
도 12의 (a) 및 (b)는, 회전 테이블(2)의 회전 속도가 비교적 작은 예, 도 12의 (c) 및 (d)는, 회전 테이블(2)의 회전 속도가 비교적 큰 예를 도시한다.
도 12의 (a)에 도시하는 바와 같이, 회전 속도가 비교적 느린 경우, 플라즈마 발생원(80)의 하방의 내부 공간(S)에 웨이퍼(W)가 체재하는 시간이 길다. 즉, 웨이퍼(W)가 산소 플라즈마에 노출되는 시간이 길어진다. 그로 인해, 산소 플라즈마(Pl)는, 트렌치(T)의 저면측까지 깊게 진입할 수 있다. 따라서, 예를 들어 산소 플라즈마(Pl)를 Ar/O2 가스로부터 생성한 경우[산소 플라즈마(Pl) 중에서 OH기가 생성되지 않는 경우], 트렌치(T)의 저면측에 있어서도 OH기 Hy의 밀도가 감소하기 쉬워진다. 환언하면, OH기 Hy의 밀도가 감소하는 영역이 저면측으로 확산되기 쉬워진다. 그 결과, 도 12의 (b)에 도시하는 바와 같이, 트렌치(T)의 내면에 성막되는 산화 실리콘막(62)은, 트렌치(T)의 저면측에 있어서도 얇아지는 영역이 깊어진다. 단, 이때, 웨이퍼(W)에 유기 아미노실란 가스가 공급되는 시간도 길어진다. 그로 인해, 제1 처리 영역(P1)에서 공급되는 유기 아미노실란 가스도 트렌치(T)의 저면측으로 확산되기 쉬워진다.
이에 대해 회전 속도를 크게 하면, 웨이퍼(W)가 플라즈마 발생원(80)의 하방의 내부 공간(S)을 단시간에 통과한다. 즉, 웨이퍼(W)가 산소 플라즈마에 노출되는 시간이 짧아진다. 그로 인해, 산소 플라즈마(Pl)가 트렌치(T)의 저면측으로 확산되기 어려워진다. 이로 인해, 도 12의 (c)에 도시하는 바와 같이, 트렌치(T)의 개구에 보다 가까운 부분에 있어서, OH기 Hy가 이탈하여, 그 부분에서의 OH기 Hy의 밀도가 저하된다. 그 결과, 도 12의 (d)에 도시하는 바와 같이, 트렌치(T)의 개구에 보다 가까운 부분에 있어서, 산화 실리콘막(62)이 얇고, 그보다도 하부의 저면측의 부분에서는 막 두께가 비교적 두꺼워진다.
한편, 회전 속도가 커지면, 웨이퍼(W)에 유기 아미노실란 가스가 공급되는 시간이 짧아진다. 그로 인해, 제1 처리 영역(P1)에서 공급되는 유기 아미노실란 가스도 트렌치(T)의 저면측으로 확산되기 어려워지므로, OH기 Hy에 흡착되는 유기 아미노실란 가스의 양이 저하된다. 따라서, 저면측에서의 산화 실리콘막이 얇아진다. 즉, 회전 테이블(2)의 회전 속도에 따라 상반되는 효과가 초래된다.
그러나 한쪽의 효과를 현저하게 발휘시킴으로써, 트렌치(T)의 저면측에서의 산화 실리콘막(62)의 두께를 제어하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 유기 아미노실란 가스의 공급량이 충분히 많은 경우에는, 트렌치(T)의 저면측으로 확산되는 유기 아미노실란 가스가 확보되므로, 산화 실리콘막의 막 두께 분포는 OH기의 분포에 지배되어, 트렌치의 저면측에서의 산화 실리콘막을 두껍게 할 수 있다.
(제3 변형예)
또한, 상술한 설명으로부터도 명백한 바와 같이, 반응 가스 노즐(31)로부터의 유기 아미노실란 가스의 공급량을 제어함으로써도 산화 실리콘막의 막 두께 분포를 제어할 수 있다.
도 13의 (a) 및 (b)는, 유기 아미노실란 가스의 공급량이 비교적 많은 예, 도 13의 (c) 및 (d)는, 유기 아미노실란 가스의 공급량이 비교적 적은 예를 도시한다.
예를 들어, 제1 변형예와 같이, 트렌치(T)의 내면에 OH기 Hy를 균일하게 분포시키는 경우에 있어서, 유기 아미노실란 가스의 공급량이 충분할 때에는, 도 13의 (a)에 도시하는 바와 같이, 유기 아미노실란 가스가 트렌치(T)의 저면측까지 확산되어, OH기 Hy의 거의 전부에 흡착될 수 있다. 그 결과, 도 13의 (b)에 도시하는 바와 같이, 트렌치 내의 산화 실리콘막의 막 두께 분포는, 흡착 OH기의 분포를 거의 반영하여 거의 균일해진다.
한편, 트렌치(T)의 내면에 OH기 Hy를 균일하게 분포시키는 경우에 있어서, 유기 아미노실란 가스의 공급량이 충분하지 않을 때에는, 도 13의 (c)에 도시하는 바와 같이, 트렌치(T)의 저면측까지 확산될 수 있는 유기 아미노실란 가스가 부족하다. 그로 인해, 도 13의 (d)에 도시하는 바와 같이, 트렌치(T)의 저면측보다도 개구부 부근에 있어서 산화 실리콘막을 두껍게 할 수 있다.
본 실시 형태의 성막 방법에 따르면, 트렌치(T)의 깊이 방향의 얕은 부분에서 막 두께가 얇고 깊은 부분에서 막 두께가 두꺼워지도록 제어하는 것도, 트렌치(T)의 깊이 방향의 얕은 부분에서 막 두께가 두껍고 깊은 부분에서 막 두께가 얇아지도록 제어하는 것도 자유롭게 실현할 수 있다.
(제4 변형예)
또한, 상술한 성막 방법의 제4 변형예로서, 도 9를 참조하면서 설명한 성막 방법과 제3 변형예의 조합도 생각된다. 즉, 우선, Ar/O2 가스로부터만 생성된 산소 플라즈마로 트렌치(T)의 내면에 흡착되는 OH기 Hy의 분포를 제어함으로써, 트렌치(T)의 저면측에서 두껍고, 개구측에서 얇아지도록 산화 실리콘막(62)을 성막한다. 이에 의해, 소정의 막 두께까지 산화 실리콘막(62)을 성막하면, 도 14의 (a)에 도시하는 막 두께 분포가 얻어진다.
다음에, 예를 들어 Ar/O2 가스에 더하여 수소 함유 가스를 사용하여 생성된 산소 플라즈마로 트렌치(T)의 내면에 OH기 Hy를 균일하게 흡착시키는 동시에, 유기 아미노실란 가스의 공급량을 저하시킴으로써, 트렌치(T)의 저면측에서 얇고, 개구측에서 두꺼워지도록 산화 실리콘막(62)을 성막한다. 이러한 성막만을 행하였다고 하면, 도 14의 (b)에 도시하는 막 두께 분포가 얻어진다.
따라서, 제4 변형예에 있어서는, 도 14의 (a)와 (b)에 도시하는 막 두께 분포가 조합된 도 14의 (c)에 도시하는, 트렌치(T)의 내면에 있어서 거의 균일한 막 두께로 성막된 산화 실리콘막(62)을 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태(제1 내지 제4 변형예를 포함함)에 의한 성막 방법에 따르면, 웨이퍼(W)에 형성된 트렌치의 내면에 흡착되는 OH기의 분포를 제어함으로써 트렌치의 내면에 흡착되는 유기 아미노실란 가스의 분포를 제어할 수 있고, 나아가서는 트렌치의 내면에 성막되는 산화 실리콘막의 막 두께 분포를 제어하는 것이 가능해진다.
OH기의 분포는, 플라즈마 발생원(30)의 안테나(85)에 공급하는 고주파 전력, 가스 도입 노즐(92)로부터 내부 공간(S)에 공급되는 수소 함유 가스의 공급량, 회전 테이블(2)의 회전 속도 등에 의해 제어하는 것이 가능하다. 또한, OH기의 분포를 제어한 후, 유기 아미노실란 가스의 공급량을 제어함으로써, 산화 실리콘막의 막 두께 분포를 더욱 제어하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 실시 형태(제1 내지 제4 변형예를 포함함)에 따르면, 성막된 산화 실리콘막이 산소 플라즈마에 노출되므로, 유기 아미노실란 가스의 분해에 의해 발생한 산화 실리콘막 중에 도입된 수분이나 유기 불순물을 산소 플라즈마에 의해 제거할 수 있어, 산화 실리콘막을 고밀도로 할 수 있다. 또한, 산소 플라즈마 중의 고에너지 입자의 충격에 의해, 산화 실리콘막 중의 원자가 재배열될 수 있으므로, 막질의 향상이 기대된다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 있어서의 성막 방법에 따르면, 이하의 메커니즘에 의해, 트렌치(T)의 내면에 형성되는 산화 실리콘막의 막 두께를 제어할 수 있다.
트렌치(T)가 형성된 웨이퍼(W) 상에 유기 아미노실란 가스(제1 반응 가스)와 O3 가스(제2 반응 가스)를 공급하면, 산화 실리콘막(제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스의 반응 생성물에 의한 막)이 생성되는 동시에 그 표면에 OH기(수산기)도 생성된다.
여기서, 다음 사이클에서 유기 아미노실란 가스를 공급하기 전에 산소 플라즈마를 공급하면, 산소 플라즈마에 의해 OH기의 일부가 이탈한다. 이때, 산소 플라즈마는, 트렌치(T)의 저부 부근까지는 도달하기 어렵기 때문에, 트렌치(T)의 저부에서는 OH기의 양이 감소하지 않고, 트렌치(T)의 깊이 방향의 얕은 부분에서 깊은 부분보다도 OH기의 양이 적어지도록 제어된다.
한편, 산소 플라즈마와 함께 수소 함유 가스도 공급하면, 수소 함유 가스 유래의 OH기가 생성되므로, 트렌치(T)의 개구 부근의 OH기의 감소가 억제되어, OH기의 분포가 트렌치의 내면에서 균일화된다.
또한, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 빠르게 하면, 산소 플라즈마가 트렌치(T)의 저면측으로 확산되기 어려워져, 트렌치(T)의 깊이 방향의 얕은 부분에서 깊은 부분보다도 OH기의 양이 적어지도록 제어된다.
한편, 웨이퍼(W)의 회전 속도를 느리게 하면, 산소 플라즈마가 트렌치(T)의 저면측까지 깊게 진입하고, 트렌치의 내면의 OH기도 감소한다.
이상과 같이, 산소 플라즈마의 공급 제어(고주파 전력의 제어도 포함함), 수소 함유 가스의 공급 제어(수소 함유 가스의 공급량 제어도 포함함), 또는 웨이퍼(W)의 회전 속도의 제어[웨이퍼(W)가 산소 플라즈마에 노출되는 시간의 제어도 포함함]에 의해, 트렌치(T)의 깊이 방향에 있어서의 OH기의 흡착 분포가 제어된다. 여기서, 유기 아미노실란 가스는, OH기에 흡착되기 쉽다. 그로 인해, 트렌치(T)의 깊이 방향에 있어서의 OH기의 흡착 분포에 따라서, 유기 아미노실란 가스에 의해 생성되는 산화 실리콘막의 막 두께도 제어할 수 있다.
또한, 유기 아미노실란 가스의 공급량 제어나 웨이퍼(W)의 회전 속도의 제어[웨이퍼(W)에 유기 아미노실란 가스가 공급되는 시간의 제어도 포함함]에 의해, 유기 아미노실란 가스에 의해 생성되는 산화 실리콘막의 막 두께를 제어할 수 있다.
다음에, 실시예를 설명한다.
(제1 실시예)
본 실시예에 있어서는, 플라즈마 발생용의 고주파 전력, 수소 함유 가스로서의 암모니아 가스(NH3)의 공급량, 유기 아미노실란 가스의 공급량 및 회전 테이블(2)의 회전 속도가, 실리콘 웨이퍼(직경 300㎜)에 형성된 홀 내에 성막되는 산화 실리콘막의 막 두께 분포에 미치는 영향에 대해 조사하였다.
여기서의 홀(h)은, 도 15에 도시하는 바와 같이, 약 0.22㎛의 내경과 약 8.8㎛의 깊이를 갖는 원기둥 형상을 갖고 있고, 어스펙트비(깊이/내경)는 40이다. 또한, 도 15 중에는, 본 실시예에 있어서 주사형 전자 현미경(SEM)으로 측정한, 산화 실리콘막의 막 두께의 측정 위치를 나타내고 있다. 즉, 실리콘 웨이퍼 표면의 홀(h) 근방(TOP), 홀(h)의 개구 부근의 측면상(TOP 사이드), 홀(h)의 깊이 방향 중간 부근(CTR) 및 홀(h)의 저면 부근의 측면상(BTM)의 4개소에서 산화 실리콘막의 막 두께를 측정하였다. 이하의 설명에 있어서, TOP 사이드, CTR 및 BTM에 있어서의 막 두께는, TOP에 있어서의 막 두께로 규격화되어 있다(TOP에 있어서의 막 두께와 동등한 경우에 100％). 또한, 홀(h) 내에서의 막 두께를 측정할 뿐만 아니라, 실리콘 웨이퍼의 중앙에 있어서의 막 두께를 측정하여, 성막 속도를 구하였다. 또한, 목표 막 두께는, 홀(h)이 매립되지 않을 정도의 막 두께로 조정하였다. 또한, 본 실시예에서는, 상술한 성막 장치(1)를 사용하였다.
(1) 고주파 전력 의존성
도 16의 (a)에, 홀(h) 내에 성막한 산화 실리콘막의 막 두께 분포의 고주파 전력 의존성을 나타낸다. 고주파 전력 이외의 주된 성막 조건은 이하와 같다.
ㆍ반응 가스 노즐(31)로부터의 유기 아미노실란 가스 공급량 : 900sccm
ㆍ반응 가스 노즐(32)로부터의 오존 가스 공급량 : 1.8g/mim
ㆍ회전 테이블(2)의 회전 속도 : 20rpm
ㆍ가스 도입 노즐(92)로부터의 암모니아 가스 공급량 : 0sccm 및 30sccm
ㆍ웨이퍼 온도 : 400℃
또한, 상기한 오존 가스는, 반응 가스 노즐(32)에 접속되는 소정의 오존 발생기에 대해 6 표준 리터/min(slm)의 공급량으로 산소 가스를 공급하고, 오존 발생기에서 300g/Nm3의 농도로 오존을 발생시킴으로써 얻었다.
도 16의 (a)를 참조하면, 가스 도입 노즐(92)로부터 NH3 가스를 공급하지 않고 성막한 경우에 있어서, 플라즈마 발생원(80)에 고주파 전력을 인가하지 않았을 때에는, TOP 사이드(개구 부근의 측면상)에서의 막 두께가 TOP에 있어서의 막 두께보다도 크고, CTR[홀(h)의 깊이 방향 중간 부근] 및 BTM(저면 부근의 측면상)에서의 막 두께는, TOP에 있어서의 막 두께보다도 작은 것을 알 수 있다. 따라서, 이 조건으로 더 성막해 가면, 홀(h)의 개구가 산화 실리콘으로 밀봉되어, 홀(h) 내에 보이드가 형성될 가능성이 있다.
한편, 가스 도입 노즐(92)로부터 NH3 가스를 공급하지 않고 성막한 경우에 있어서, 플라즈마 발생원(80)에 1400W의 고주파 전력을 인가하였을 때에는, TOP 사이드, CTR 및 BTM 중 어느 위치에 있어서도, TOP에 있어서의 막 두께보다도 대폭 두껍게 되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 산화 실리콘막의 성막 속도(도면 중 ×표 참조, 우측 종축)도, 고주파 전력을 인가하지 않은 경우에 비해, 크게 저하되어 있다. 이러한 결과는, 플라즈마 발생원(80)에 의해 생성된 산소 플라즈마에 의해, 성막된 산화 실리콘막에 흡착된 OH기가 제거되어, 유기 아미노실란 가스가 흡착되기 어려워진 것에 의한 것이라 생각된다. 또한, TOP 사이드에 비해 CTR 및 BTM에서의 막 두께가 크게 되어 있는 점은 주목할 가치가 있다. 이것은, TOP이나 TOP 사이드에 있어서, 보다 다량의 OH기가 이탈되어 있기 때문이라고 생각된다.
또한, 가스 도입 노즐(92)로부터 NH3 가스를 30sccm 공급하여 성막한 경우에는, 고주파 전력을 크게 해 가면 성막 속도가 저하되는 것을 알 수 있다. 즉, 산소 플라즈마의 강도가 커짐에 따라서, 성막된 산화 실리콘막에 흡착된 OH기가 제거되어, 유기 아미노실란 가스가 흡착하기 어려워진 것에 의해 성막 속도가 저하되었다고 생각된다. 또한, 고주파 전력이 1400W인 경우에는, TOP 사이드에 비해 CTR 및 BTM에서의 막 두께가 유의하게 커진다고 하는 결과가 얻어져 있다.
(NH3 가스 공급량 의존성)
도 16의 (b)에, 홀(h) 내에 성막된 산화 실리콘막의 막 두께 분포의 NH3 가스 공급량 의존성을 나타낸다. NH3 가스 공급량 이외의 주된 성막 조건은 이하와 같다.
ㆍ반응 가스 노즐(31)로부터의 유기 아미노실란 가스 공급량 : 900sccm
ㆍ반응 가스 노즐(32)로부터의 오존 가스 공급량 : 1.8g/mim
ㆍ회전 테이블(2)의 회전 속도 : 20rpm
ㆍ고주파 전력 : 1400W
ㆍ웨이퍼 온도 : 400℃
도 16의 (b)로부터, NH3 가스 공급량을 증가시켜 가면, TOP에 있어서의 막 두께에 대해, TOP 사이드, CTR 및 BTM에 있어서의 막 두께가 상대적으로 얇게 되어 가는[환언하면, 홀(h) 내에서의 막 두께 분포가 균일화되어 가는] 것을 알 수 있다. 이것은, NH3 가스 공급량의 증가에 수반하여, 플라즈마 발생원(80)에 의해 생성되는 산소 플라즈마 중의 OH기 농도가 증가하여, 특히 TOP에 있어서 산화 실리콘막에 흡착된 OH기의 이탈이 억제되었기 때문이라고 생각된다.
(유기 아미노실란 가스 공급량 의존성)
도 16의 (c)에, 홀(h) 내에 성막된 산화 실리콘막의 막 두께 분포의 유기 아미노실란 가스 공급량 의존성을 나타낸다. 유기 아미노실란 가스 공급량 이외의 주된 성막 조건은 이하와 같다.
ㆍ반응 가스 노즐(32)로부터의 오존 가스 공급량 : 1.8g/mim
ㆍ회전 테이블(2)의 회전 속도 : 20rpm
ㆍ고주파 전력 : 1400W
ㆍNH3 가스 공급량 : 30sccm
ㆍ웨이퍼 온도 : 400℃
도 16의 (c)로부터, 유기 아미노실란 가스의 공급량을 증가시켜 가면, 성막 속도가 증가해 가는 것을 알 수 있다. 또한, 유기 아미노실란 가스의 공급량의 증가에 수반하여, TOP 사이드에서의 막 두께에 비해 CTR이나 BTM에서의 막 두께가 두껍게 되어 가는 것을 알 수 있다. 이것은, 홀(h)의 저면측까지 유기 아미노실란 가스가 충분히 도달한 결과라고 생각할 수 있다.
[회전 테이블(2)의 회전 속도 의존성]
도 16의 (d)에, 홀(h) 내에 성막된 산화 실리콘막의 막 두께 분포에 대한 회전 테이블(2)의 회전 속도 의존성을 나타낸다. 회전 속도 이외의 주된 성막 조건은 이하와 같다.
ㆍ반응 가스 노즐(31)로부터의 유기 아미노실란 가스 공급량 : 900sccm
ㆍ반응 가스 노즐(32)로부터의 오존 가스 공급량 : 1.8g/mim
ㆍ고주파 전력 : 1400W
ㆍNH3 가스 공급량 : 30sccm
ㆍ웨이퍼 온도 : 400℃
도 16의 (d)로부터, 회전 테이블(2)의 회전 속도를 빠르게 해 가면, 성막 속도가 저하되어 가는 것을 알 수 있다. 이것은, 실리콘 웨이퍼가 유기 아미노실란 가스에 노출되는 시간이 짧아져, 유기 아미노실란 가스의 흡착량이 감소하기 때문이라고 생각된다. 또한, 흡착량의 저하는, 홀(h)의 저면측에서 현저하다고 생각되고, 회전 속도의 증대와 함께, TOP 사이드에서의 막 두께에 비해 CTR 및 BTM에서의 막 두께가 상대적으로 두껍게 되어 있다. 즉, 회전 속도의 증대와 함께, 홀(h) 내에 성막되는 산화 실리콘막의 막 두께는, 개구측에서 얇고 저면측에서 두껍다고 하는 분포로부터, 내면 전체에 있어서 균일화된 분포로 변화되어 간다.
이상과 같이, 플라즈마 발생원(30)의 안테나(85)에 공급하는 고주파 전력, 가스 도입 노즐(92)로부터 내부 공간(S)에 공급되는 수소 함유 가스의 공급량, 회전 테이블(2)의 회전 속도 및 유기 아미노실란 가스의 공급량에 의해, 홀 내에 성막되는 산화 실리콘막의 막 두께 분포를 자유롭게 제어할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 고주파 전력, 수소 함유 가스 공급량, 회전 속도 및 유기 아미노실란 가스 공급량을 더 조정한 결과, 도 17에 나타내는 바와 같이, 홀 내의 산화 실리콘막의 막 두께를 거의 동등하게 할 수 있는 것을 알 수 있었다.
(제2 실시예)
본 실시예는, 상술한 제4 변형예에 따라서 행하였다. 즉, 홀의 개구측에서의 막 두께가 두꺼워지는 제1 단계의 성막과, 홀의 저면측에서의 막 두께가 두꺼워지는 제2 단계의 성막을 행하였다. 제1 단계의 성막과, 제2 단계의 성막에 있어서의 성막 조건은 이하와 같다. 또한, 본 실시예에서는, 가스 도입 노즐(92)로부터 공급되는 수소 함유 가스로서 수소(H2) 가스를 사용하였다.
<제1 단계의 성막>
ㆍ반응 가스 노즐(31)로부터의 유기 아미노실란 가스 공급량 : 900sccm
ㆍ반응 가스 노즐(32)로부터의 오존 가스 공급량 : 1.8g/mim
ㆍ가스 도입 노즐(92)로부터의 H2 가스 : 45sccm
ㆍ회전 테이블(2)의 회전 속도 : 20rpm
ㆍ고주파 전력 : 1400W
ㆍ웨이퍼 온도 : 400℃
ㆍ성막 시간 : 16분(TOP에서의 목표 막 두께 32㎚에 대응)
<제2 단계의 성막>
ㆍ반응 가스 노즐(31)로부터의 유기 아미노실란 가스 공급량 : 75sccm
ㆍ반응 가스 노즐(32)로부터의 오존 가스 공급량 : 1.8g/mim
ㆍ가스 도입 노즐(92)로부터의 H2 가스 : 45sccm
ㆍ회전 테이블(2)의 회전 속도 : 240rpm
ㆍ고주파 전력 : 1400W
ㆍ웨이퍼 온도 : 400℃
ㆍ성막 시간 : 3.7분(TOP에서의 목표 막 두께 18㎚에 대응).
도 18은 본 실시예의 결과를 나타내는 SEM 이미지도이다. 각 도면의 하방의 수치는, TOP에서의 막 두께로 규격화된 각 측정 위치에서의 막 두께를 나타내고 있다. 또한, 도 18의 (a)는 제1 단계의 성막만을 행한 결과를 나타내고, 도 18의 (b)는 제1 단계의 성막을 행하지 않고 제2 단계의 성막만을 행한 결과를 나타내고 있다.
제1 단계의 성막에 있어서는, 도 18의 (a)에 나타내는 바와 같이, TOP 사이드, CTR 및 BTM에 있어서의 막 두께가, TOP에 있어서의 막 두께보다도 크게 되어 있고, 또한 TOP 사이드, CTR 및 BTM의 순으로 막 두께가 두껍게 되어 있다(홀의 저면측에서의 막 두께가 두꺼움).
이에 대해, 제2 단계의 성막에 있어서는, 제1 단계의 성막의 경우에 비해, 유기 아미노실란 가스의 공급량을 저감하고, 회전 테이블(2)의 회전 속도를 증대시킨 영향에 의해, 도 18의 (b)에 나타내는 바와 같이, TOP 사이드, CTR 및 BTM의 순으로 막 두께가 얇게 되어 있다(홀의 저면측에서의 막 두께가 얇음).
도 18의 (c)는, 제1 단계의 성막과 제2 단계의 성막을 계속 행한 경우의 결과를 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, TOP 사이드, CTR 및 BTM에 있어서의 규격화 막 두께는 98％로부터 102％까지의 범위에 들어 있다. 이것은, TOP(웨이퍼의 표면의 홀 근방)에서의 막 두께와, 홀의 내면의 각 위치(TOP 사이드, CTR 및 BTM)에 있어서의 막 두께가 거의 50㎚로 되어 있는 것을 나타내고 있다. 즉, 상술한 제4 변형예의 성막 방법에 따르면, 홀 내뿐만 아니라 웨이퍼 표면에 있어서의 막 두께를 균일화하는 것도 가능해진다.
이상, 몇 가지의 실시 형태 및 실시예를 참조하면서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태 및 실시예에 한정되는 일 없이, 첨부한 특허청구범위에 비추어, 다양하게 변형 또는 변경이 가능하다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에 있어서, 플라즈마 발생원(80)은, 안테나(85)를 갖는 이른바 유도 결합 플라즈마(ICP)원이지만, 서로 평행하게 연장되는 2개의 로드 전극의 사이에 고주파를 인가함으로써 플라즈마를 발생시키는 용량성 결합 플라즈마(CCP)원이어도 된다. CCP원이어도, 산소 플라즈마를 생성할 수 있으므로, 상술한 효과가 발휘된다.
또한, 반응 가스 노즐(31)로부터 공급되는 Si 함유 가스는, OH기에 흡착될 수 있는 한에 있어서 상술한 유기 아미노실란 가스에 한정되는 일 없이, 유기 규소 화합물 가스여도 된다. 또한, 반응 가스 노즐(32)로부터 공급되는 산화 가스는, O3 가스에 한정되는 일 없이, 예를 들어 O2(산소) 가스 또는 O2와 O3의 혼합 가스를 사용할 수 있다.
또한, OH기에 흡착될 수 있는 한, 반응 가스 노즐(31)로부터 예를 들어 유기 금속 가스를 공급해도 된다. 유기 금속 가스로서, 예를 들어 지르코늄(Zr)을 함유하는 유기 금속 가스를 반응 가스 노즐(31)로부터 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 O3 가스 등을 공급함으로써, 산화지르코늄(ZrO)을 성막할 수 있다. 이 경우라도, 트렌치 등의 내면에 성막되는 ZrO의 막 두께를 제어하는 것이 가능하다. 또한, Zr 함유 유기 금속 가스로서는, 예를 들어 테트라키스ㆍ에틸메틸ㆍ아미노지르코늄(TEMAZ)을 적절하게 사용할 수 있다.
또한, 유기 금속 가스로서, 알루미늄(Al)을 함유하는 유기 금속 가스를 사용할 수도 있다. 반응 가스 노즐(31)로부터 Al 함유 유기 금속 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 O3 가스 등을 공급함으로써, 산화알루미늄(AlO)을 성막할 수 있다. Al 함유 유기 금속 가스로서는, 예를 들어 트리메틸알루미늄(TMA)이나 디메틸에틸아민알란을 적절하게 사용할 수 있다. 또한, Zr 함유 유기 금속 가스와 Al 함유 유기 금속 가스를 반응 가스 노즐(31)로부터 상보적으로 공급함으로써, ZrAlO막을 성막하는 것도 가능하다.
또한, 가스 도입 노즐(92)을 통해 플라즈마 발생원(80)의 내부 공간(S)에 공급되는 수소 함유 가스로서는, NH3 가스와 H2 가스의 양쪽을 사용해도 된다. 또한, OH기를 생성할 수 있는 가스인 한, NH3 가스나 H2 가스에 한정되는 일 없이, 예를 들어 H2O(물), H2N-NH2(히드라진), H2O2(과산화수소), 탄화수소 가스 등을 사용해도 된다.
또한, 산소 플라즈마의 효과로서, 성막되는 산화 실리콘막의 고밀도와 고품질화를 언급하였지만, 고밀도화나 고품질화를 위해 산소 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생원을, OH기의 분포 제어를 위해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생원과 별개로 설치해도 된다. 이 경우, OH기의 분포 제어를 위한 플라즈마 발생원에 있어서는, 흡착된 OH기를 이탈시킬 수 있고, 또한 플라즈마 중에서 OH기를 생성할 수 있으면, 산소 플라즈마를 생성할 필요는 없다.
트렌치뿐만 아니라, 라인 앤드 스페이스에 있어서의 스페이스나, 비아 홀, 트렌치 비아 등의 내면에 성막하는 경우(또는, 이들을 매립하는 경우)에도 적용 가능하다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 기판에 형성되는 오목부에 막을 성막할 때에, 그 막 두께의 분포를 제어하는 것이 가능한 성막 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 실시 형태는, 이하의 형태도 포함한다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 제1 반응 가스와, 상기 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스의 반응 생성물을 성막하는 성막 방법이며, 기판의 표면에 형성되는 오목부의 내면에 원하는 분포로 수산기를 흡착시키는 스텝과, 상기 오목부의 내면에 상기 수산기가 흡착된 상기 기판에 대해 상기 제1 반응 가스를 공급하는 스텝과, 상기 오목부의 내면에 흡착된 상기 제1 반응 가스를 상기 제2 반응 가스와 반응시킴으로써 상기 내면에 상기 반응 생성물을 생성하는 스텝을 포함하는 성막 방법이 제공된다.
상기한 수산기의 원하는 분포는, 오목부 내에 성막되는 막의 원하는 막 두께 분포에 따른 분포이며, 그 막 두께 분포를 실현할 수 있도록 제어된다. 예를 들어, 반도체 집적 회로의 제조 프로세스에 있어서, 오목부의 저면측에서 두꺼워지고 개구측에서 얇아지도록 막을 성막함으로써 오목부를 보이드 없이 매립하는 경우에는, 그러한 성막을 실현할 수 있는 분포로 수산기가 흡착된다. 또한, 오목부의 내면의 대략 전체에 있어서 동등한 막 두께를 실현해야 하는 경우에는, 그러한 막 두께 분포를 실현할 수 있는 분포로 수산기가 흡착된다.
또한, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스의 반응에 의해 생성되고, 오목부의 내면에 흡착된 수산기를 선택적으로 제거함으로써도, 오목부의 내면에 수산기를 원하는 분포로 흡착시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 제1 반응 가스와, 상기 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스의 반응 생성물을 성막하는 성막 방법이며, 기판의 표면에 형성되는 오목부의 내면에, 상기 반응 생성물을 상기 오목부의 저면측에서 두껍게 성막시킬 수 있는 분포로 수산기를 흡착시키는 스텝, 상기 수산기가 흡착된 상기 오목부의 내면에 상기 제1 반응 가스를 공급하는 스텝 및 상기 오목부의 내면에 흡착되는 상기 제1 반응 가스를 상기 제2 반응 가스와 반응시킴으로써 상기 반응 생성물을 생성하는 스텝을 갖는 제1 공정과, 상기 반응 생성물을 상기 오목부의 개구측에서 두껍게 성막시킬 수 있는 분포로 수산기를 흡착시키는 스텝, 상기 수산기가 흡착된 상기 오목부의 내면에 상기 제1 반응 가스를 공급하는 스텝 및 상기 오목부의 내면에 흡착되는 상기 제1 반응 가스를 상기 제2 반응 가스와 반응시킴으로써 상기 반응 생성물을 생성하는 스텝을 갖는 제2 공정을 포함하는 성막 방법이 제공된다.
또한, 상기한 제1 공정의 「제1」과 제2 공정의 「제2」는, 양 공정을 구별하기 위해 사용하고 있고, 이들 공정의 순서를 나타내는 것은 아니다. 즉, 제2 공정을 행하고 나서 제1 공정을 행해도 된다.

Claims (18)

  1. 오목부가 형성된 기판 상에, 수산기에 흡착되기 쉬운 제1 반응 가스와, 당해 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스의 반응 생성물에 의한 막을 성막하는 성막 방법이며,
    상기 기판 상에 제1 반응 가스를 공급하는 스텝과,
    상기 제1 반응 가스가 흡착된 상기 기판 상에 상기 제2 반응 가스를 공급하는 스텝과,
    상기 기판의 상기 오목부의 깊이 방향에 있어서, 상기 반응 생성물에 의한 막이 상기 오목부의 저부 및 저부 부근의 측면에 있어서 상기 오목부의 개구에 비하여 두꺼워지도록 수산기의 흡착 분포를 제어하는 스텝을, 상기 순서대로 1회 이상 포함하고,
    상기 제어하는 스텝은, 상기 수산기가 흡착된 상기 기판을 산소 플라즈마에 노출시키는 스텝을 포함하는, 성막 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판을 산소 플라즈마에 노출시키는 스텝에 있어서, 상기 산소 플라즈마는, 수소 함유 가스를 포함하는 가스로부터 생성되는, 성막 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기판을 산소 플라즈마에 노출시키는 스텝에 있어서, 상기 수소 함유 가스의 공급량을 제어함으로써, 상기 기판의 상기 오목부의 깊이 방향에 있어서의 상기 수산기의 흡착 분포를 제어하는, 성막 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 반응 가스는, 상기 제1 반응 가스와 반응하여, 상기 막을 성막하는 동시에 당해 막 상에 수산기를 생성하고,
    상기 기판을 산소 플라즈마에 노출시키는 스텝에 있어서, 상기 제1 반응 가스와 상기 제2 반응 가스의 반응에 의해 생성된 상기 수산기가 흡착된 상기 기판을 산소 플라즈마에 노출시키는, 성막 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판을 산소 플라즈마에 노출시키는 스텝에 있어서, 산소 함유 가스를 공급하는 동시에 소정의 고주파 전력을 공급하는, 성막 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기판을 산소 플라즈마에 노출시키는 스텝에 있어서, 상기 소정의 고주파 전력을 제어함으로써, 상기 기판의 상기 오목부의 깊이 방향에 있어서의 상기 수산기의 흡착 분포를 제어하는, 성막 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 기판은 회전 테이블 상에 배치되고,
    당해 회전 테이블을 회전시킴으로써, 당해 기판을 상기 제1 반응 가스를 공급하는 제1 가스 공급 영역, 상기 제2 반응 가스를 공급하는 제2 가스 공급 영역 및 상기 산소 함유 가스를 공급하는 동시에 상기 소정의 고주파 전력을 공급하는 제3 가스 공급 영역을 이 순서로 통과시키고,
    상기 회전 테이블의 회전 속도를 제어함으로써, 상기 기판의 상기 오목부의 깊이 방향에 있어서의 상기 수산기의 흡착 분포를 제어하는, 성막 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기판을 산소 플라즈마에 노출시키는 스텝에 있어서, 상기 기판이 상기 산소 플라즈마에 노출되는 시간을 제어함으로써, 상기 기판의 상기 오목부의 깊이 방향에 있어서의 상기 수산기의 흡착 분포를 제어하는, 성막 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 반응 가스를 공급하는 스텝에 있어서, 상기 기판에 상기 제1 반응 가스가 공급되는 시간을 제어하는 스텝을 더 포함하는, 성막 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 반응 가스를 공급하는 스텝에 있어서, 상기 제1 반응 가스의 공급량이 제어되는, 성막 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제어하는 스텝에 의해, 상기 기판의 상기 오목부의 깊이 방향의 얕은 부분에서 상기 수산기의 양이 적고, 깊은 부분에서 상기 수산기의 양이 많아지도록 제어하여 상기 제1 반응 가스를 공급하는 스텝과 상기 제2 반응 가스를 공급하는 스텝을 행하는 제1 공정을 포함하는, 성막 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제어하는 스텝에 의해, 상기 기판의 상기 오목부의 깊이 방향의 깊은 부분에서도 상기 수산기의 양이 적어지도록 제어하는 동시에, 상기 제1 반응 가스를 공급하는 스텝과 상기 제2 반응 가스를 공급하는 스텝을 행하는 제2 공정을 포함하는, 성막 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1 반응 가스가 유기 아미노계의 가스인, 성막 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 반응 가스가 유기 아미노실란인, 성막 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제2 반응 가스가 산소 함유 가스인, 성막 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 제2 반응 가스가 오존인, 성막 방법.
  18. 제3항에 있어서, 상기 수소 함유 가스가 암모니아 및 수소 중 어느 한쪽 또는 양쪽인, 성막 방법.
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