KR101978818B1 - 성막 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패턴 형상을 충분히 유지하면서 상기 형상에 따른 층을 패턴 상에 용이하게 적층하는 기술을 제공한다.
일 실시 형태에서 피처리체에 대한 성막 방법이 제공된다. 피처리체는 주면과 홈부를 구비하고, 홈부는 주면에 마련된다. 당해 방법은, 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 피처리체를 수용하는 제 1 공정과, 제 1 공정의 후에, 처리실 내에 제 1 가스의 공급을 개시하는 제 2 공정과, 제 2 공정의 후에, 제 2 가스와 플라즈마 생성용 고주파 전력을 처리실 내에 공급하여 제 2 가스를 포함하는 처리실 내의 가스에 의한 플라즈마를 처리실 내에서 생성하는 처리를 개시하는 제 3 공정을 구비하고, 제 1 가스는 수소 원자를 포함하지 않는 산화제를 함유하는 가스이고, 제 2 가스는, 규소 원자 및 불소 원자를 포함하고 수소 원자를 포함하지 않는 화합물을 함유하는 가스이고, 홈부를 제외한 피처리체의 주면 상에, 규소 및 산소를 함유하는 막을 선택적으로 형성한다.

Description

성막 방법{FILM FORMING METHOD}
본 발명의 실시 형태는 피처리체에 대한 성막 방법에 관한 것이다.
반도체의 제조에서, 고상세한 배선 패턴의 형성이 반도체 소자의 미세화에 수반하여 요구되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 에칭 내성을 가지는 유전체막을 형성할 수 있는 유도 결합 플라즈마 CVD에 관한 기술이 개시되어 있고, 특허문헌 2에는, 특히 저유전율의 Si-O-F막을 기판 상에 퇴적하는 방법에 관한 기술이 개시되어 있다. 또한, 프로세스의 복잡화를 억제하면서 선택적인 패턴 성막을 행하기 위한 기술이 일본 특허 출원 제2016-121820호 명세서에 기재되어 있고, 측면에의 디포지션(deposition)의 생성을 억제하는 기술에 관련하여 SiN의 매립 성막을 행하는 기술이 일본 특허 출원 제2016-121826호 명세서에 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공표 제2001-507081호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 평성10-284487호 공보
고상세한 배선 패턴을 형성하는 경우에는, 예를 들면, Low-k막에 대한 에어 갭 공정에서 에천트를 첨가하는 것에 의해 측면에의 성막 레이트를 억제하는 기술이 알려져 있지만, 복수의 에칭 공정을 통해 패턴 형상이 충분히 유지되도록 층간에는 충분한 에칭 레이트의 차이가 요구되는 경우가 있다. 그러나, 에칭 레이트의 차이를 발생시키는 층을, 미리 구분된 고상세한 배선 패턴을 따라 형성하는 경우에는, 복잡한 프로세스가 필요하게 될 수 있다. 패턴 형상을 충분히 유지하면서 당해 형상에 따른 층을 패턴 상에 용이하게 적층하는 기술이 요구되고 있다.
일 형태에서는, 피처리체에 대한 성막 방법이 제공된다. 피처리체는 주면(主面)과 홈부를 구비하고, 홈부는 주면에 마련된다. 당해 방법은, 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 피처리체를 수용하는 제 1 공정과, 제 1 공정 후에, 처리실 내에 제 1 가스의 공급을 개시하는 제 2 공정과, 제 2 공정 후에, 제 2 가스와 플라즈마 생성용 고주파 전력을 처리실 내에 공급하여 제 2 가스를 포함하는 처리실 내의 가스에 의한 플라즈마를 처리실 내에서 생성하는 처리를 개시하는 제 3 공정을 구비하고, 제 1 가스는 수소 원자를 포함하지 않는 산화제를 함유하는 가스이고, 제 2 가스는 규소 원자 및 불소 원자를 포함하고 수소 원자를 포함하지 않는 화합물을 함유하는 가스이고, 규소 및 산소를 함유하는 막이 홈부를 제외한 피처리체의 주면 상에 선택적으로 형성된다.
상기 방법에서, 적어도 이하의 효과가 일례로서 얻어질 수 있다. 우선 발명자는, 열심히 연구한 결과, 수소 원자를 포함하지 않는 산화제를 함유하는 제 1 가스와, 규소 원자 및 불소 원자를 포함하고 수소 원자를 포함하지 않는 화합물을 함유하는 제 2 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하는 것에 의해, 피처리체의 주면(6)에 실리콘 및 산소를 함유하는 막이 형성되고, 주면에 마련된 홈부의 표면에는 당해 막이 거의 형성되지 않는 것을 찾아냈다. 이와 같이, 상기 방법에 의하면, 수소 원자를 포함하지 않는 산화제를 함유하는 제 1 가스와, 규소 원자 및 불소 원자를 포함하고 수소 원자를 포함하지 않는 화합물을 함유하는 제 2 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하는 것에 의해서만, 패턴 형상을 구분하는 피처리체의 홈부를 제외한 주면에 대해 막을 선택적으로 형성할 수 있다. 따라서, 패턴 형상을 충분히 유지하면서 당해 형상에 따른 층을 패턴 상에 용이하게 적층하는 것이 가능해진다.
일 실시 형태에서, 제 3 공정의 실행시에 있어서의 피처리체의 온도는 섭씨 450도 미만일 수 있다. 피처리체의 온도가 섭씨 450도 이상인 경우, 피처리체의 주면에 대한 막의 형성이 곤란해진다.
일 실시 형태에서, 주면과 홈부의 측면은 절연성 재료를 함유할 수 있다. 이와 같이, 상기 방법은 피처리체의 주면과 홈부의 측면이 절연성 재료인 경우에 적용될 수 있다.
일 실시 형태에서, 제 2 가스는 SixFy(x, y는 1 이상의 정수)의 조성을 가지는 하나 또는 복수의 종류의 가스를 함유하고, 예를 들면 SiF4를 함유하는 가스, 또는, SiF4와 Si2F6을 함께 함유하는 가스인 경우, 제 1 가스가 O2, O3, NxOy(x, y는 1 이상의 정수) 중 어느 하나를 함유하는 가스인 경우, 제 2 가스가 희가스를 더 함유하는 경우 중 어느 경우도 가능하다.
일 실시 형태에 있어서, 제 3 공정에서, 처리실 내로의 제 2 가스의 공급을 개시하는 제 1 개시 타이밍은 처리실 내로의 플라즈마 생성용 고주파 전력의 공급을 개시하는 제 2 개시 타이밍의 이후의 기간 내에 있다. 제 2 공정의 개시로부터 제 3 공정의 개시 전까지의 기간 내에서 처리실 내에서의 압력 조정이 제 1 가스의 공급에 의해 행해진 후에, 제 3 공정에서, 플라즈마 생성용 고주파 전력의 공급의 개시에 의해 처리실 내에서 플라즈마가 안정적으로 생성되면서 처리실 내로의 제 2 가스의 공급이 개시되는 것에 의해, 성막이 개시된다. 특히, 제 1 개시 타이밍과 제 2 개시 타이밍이 동시인 경우, 제 1 가스로부터 생성되는 산소 플라즈마에 의한 피처리체의 표면에의 영향이 충분히 저감되어, 피처리체의 표면에서 산화가 충분히 억제될 수 있다.
일 실시 형태에서, 제 3 공정 후에, 플라즈마의 생성을 종료하는 제 4 공정을 더 구비한다. 제 4 공정에서, 처리실 내로의 제 2 가스의 공급을 종료하는 제 1 종료 타이밍은 처리실 내로의 플라즈마 생성용 고주파 전력의 공급을 종료하는 제 2 종료 타이밍의 이후이고 또한 처리실 내로의 제 1 가스의 공급을 종료하는 제 3 종료 타이밍보다 전의 기간 내에 있거나, 또는, 제 2 종료 타이밍보다 후이고 또한 제 3 종료 타이밍의 이전의 기간 내에 있다. 제 2 종료 타이밍에서 플라즈마를 실화(失火)시키고 성막을 종료시킨 후에, 제 2 가스의 공급 및 제 1 가스의 공급을 종료시킨다. 제 1 가스의 공급을 종료하는 제 3 종료 타이밍이 제 2 가스의 공급을 종료하는 제 2 종료 타이밍의 이후에 있으므로, 플라즈마 실화 후의 처리실 내가 제 1 가스에 의해 양호하게 퍼지될 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 제 1 공정에서, 처리실의 표면은 실리콘과 불소를 함유하는 프리코트막으로 덮여 있는 부분을 가질 수 있다. 이와 같이, 막의 형성을 행하는 처리실의 내측의 표면에 미리 실리콘과 불소를 함유하는 프리코트막이 형성되어 있는 경우에는, 실리콘과 불소를 함유하는 제 2 가스뿐만 아니라, 제 2 가스와 당해 프리코트막으로부터 분리한 실리콘 및 불소의 각 원자에 의해, 플라즈마의 생성이 보다 효과적으로 행해질 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 패턴 형상을 충분히 유지하면서 당해 형상에 따른 층을 패턴 상에 용이하게 적층하는 기술이 제공된다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 방법을 실시하는 플라즈마 처리 장치의 일례를 단면적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 (a) 및 (b)를 포함하고, 도 3의 (a)는 도 1에 나타내는 방법의 각 공정의 실행 전의 피처리체 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이고, 도 3의 (b)는 도 1에 나타내는 방법의 각 공정의 실행 후의 피처리체 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 방법의 각 공정에서 실시되는 여러 처리의 실행 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 5는 처리실의 내측의 표면에 프리코트막이 형성되어 있는 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 여러 실시 형태에 대해 상세히 설명한다. 또, 각 도면에서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다. 도 1은 일 실시 형태의 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 1에 나타내는 일 실시 형태의 방법 MT는 피처리체(이하, 「웨이퍼」라고 하는 경우가 있음)에 대한 성막 방법이다. 일 실시 형태의 방법 MT에서, 일련의 공정을 단일의 플라즈마 처리 장치를 이용해 실행하는 것이 가능하다.
도 2는 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 도면이다. 도 2에는, 피처리체에 대한 성막 방법의 여러 실시 형태에서 이용 가능한 플라즈마 처리 장치(10)의 단면 구조가 개략적으로 나타내어져 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(10)는 유도 결합 플라즈마 에칭 장치이다.
플라즈마 처리 장치(10)는 처리 용기(1)를 구비한다. 처리 용기(1)는 기밀하게 마련되어 있다. 처리 용기(1)는 도전성 재료를 포함하고, 예를 들면, 처리 용기(1)의 내벽면은 양극 산화 처리된 알루미늄 등의 재료를 포함할 수 있다. 처리 용기(1)는 분해 가능하게 조립되어 있고, 접지선(1a)에 의해 접지되어 있다. 처리 용기(1)는 유전체벽(2)에 의해, 상하로 안테나실(3)과 처리실(4)로 구획되어 있다. 유전체벽(2)은 처리실(4)의 천정벽을 구성하고 있다. 유전체벽(2)은, 예를 들면 Al2O3 등의 세라믹, 석영 등으로 구성되어 있다.
유전체벽(2)의 하측 부분에는, 처리 가스 공급용의 샤워 케이스(11)가 끼워져 있다. 샤워 케이스(11)는 십(十)자 모양으로 마련되어 있고, 유전체벽(2)을 아래로부터 지지한다. 유전체벽(2)을 지지하는 샤워 케이스(11)는 복수 라인의 서스펜더(도시하지 않음)에 의해, 처리 용기(1)의 천정에 매달려 있다.
샤워 케이스(11)는 금속 등의 도전성 재료를 포함할 수 있다. 샤워 케이스(11)의 내면은, 오염물이 발생하지 않도록, 예를 들면 양극 산화 처리된 알루미늄 등을 포함할 수 있다. 샤워 케이스(11)에는, 유전체벽(2)을 따라 연장되는 가스 유로(12)가 형성되어 있고, 가스 유로(12)에는, 서셉터(22)를 향해 연장되는 복수의 가스 공급 구멍(12a)이 연통되어 있다. 유전체벽(2)의 상면 중앙에는, 가스 유로(12)에 연통하도록 가스 공급관(20a)이 마련되어 있다. 가스 공급관(20a)은 유전체벽(2)으로부터 처리 용기(1)의 외측으로 연장되어 있고, 처리 가스 공급원 및 밸브 시스템 등을 포함하는 처리 가스 공급계(20)에 접속되어 있다. 플라즈마 처리에서는, 처리 가스 공급계(20)로부터 공급되는 처리 가스는, 가스 공급관(20a)을 거쳐서 샤워 케이스(11) 내에 공급되고, 샤워 케이스(11)의 하면(처리실(4)을 향하고 있는 면)의 가스 공급 구멍(12a)으로부터 처리실(4) 내로 토출된다.
처리 용기(1)에서의 안테나실(3)의 측벽(3a)과 처리실(4)의 측벽(4a)의 사이에는 내측으로 돌출하는 지지 선반(5)이 마련되어 있고, 지지 선반(5) 상에 유전체벽(2)이 탑재된다.
안테나실(3) 내에는 유전체벽(2) 위에 유전체벽(2)에 접하도록 고주파 안테나(13)가 설치되어 있다. 고주파 안테나(13)는 절연 부재로 이루어지는 스페이서(13a)에 의해, 유전체벽(2)으로부터 예를 들면 50[㎜] 이하의 범위에서 이격되어 있다. 안테나실(3)의 중앙부 부근에는, 유전체벽(2)의 상면에 수직인 방향으로(연직 방향으로) 연장되는 4개의 급전 부재(16)가 마련되어 있고, 4개의 급전 부재(16)에는 정합기(14)를 거쳐서 고주파 전원(15)이 접속되어 있다. 급전 부재(16)는 가스 공급관(20a)의 주위에 배치되어 있다.
플라즈마 처리 중에서, 고주파 전원(15)으로부터는, 유도 전계 형성용의 예를 들면 13.56[㎒] 정도의 주파수의 플라즈마 생성용 고주파 전력이 고주파 안테나(13)를 거쳐서 처리실(4) 내에 공급된다. 이와 같이 고주파 전원(15)으로부터 플라즈마 생성용 고주파 전력이 처리실(4) 내에 공급되는 것에 의해, 처리실(4) 내에 유도 전계가 형성되고, 이 유도 전계에 의해, 샤워 케이스(11)로부터 처리실(4) 내에 공급되는 처리 가스의 플라즈마가 생성된다. 또, 샤워 케이스(11)는, 십(十)자 모양으로 마련되어 있고, 고주파 안테나(13)로부터의 고주파의 전력의 처리실(4) 내로의 공급은, 샤워 케이스(11)가 금속이어도 방해받지 않는다.
처리실(4) 내의 아래쪽(유전체벽(2)의 반대측)에는, 서셉터(22)(탑재대)가 마련되어 있다. 서셉터(22)는, 유전체벽(2)을 사이에 두고 고주파 안테나(13)와 대향한다. 서셉터(22)에는, 피처리체인 웨이퍼 W가 탑재된다. 서셉터(22)는 도전성 재료를 포함할 수 있다. 서셉터(22)의 표면은, 예를 들면 양극 산화 처리, 또는 알루미나 용사된 알루미늄을 포함할 수 있다. 서셉터(22)에 탑재된 웨이퍼 W는 정전 척(도시하지 않음)에 의해 서셉터(22)에 흡착 유지된다.
서셉터(22)는 절연체 프레임(24) 내에 수납되고, 지주(25)로 지지된다. 지주(25)는 중공(中空)의 구조를 구비한다. 서셉터(22)를 수납하는 절연체 프레임(24)과 처리 용기(1)의 바닥부(처리 용기(1) 중 지주(25)가 마련되어 있는 측) 사이에는, 지주(25)를 기밀하게 포위하는 벨로우즈(26)가 설치되어 있다. 처리실(4)의 측벽(4a)에는, 웨이퍼 W를 반입출하기 위한 반입출구(27a)와, 반입출구(27a)를 개폐하는 게이트 밸브(27)가 마련되어 있다.
서셉터(22) 내에는, 웨이퍼 W의 온도를 제어할 것을 목적으로서, 세라믹 히터 등의 가열 수단 및 냉매 유로 등을 구비하는 온도 제어 기구와, 온도 센서가 마련되어 있다(모두 도시하지 않음). 당해 온도 제어 기구, 온도 센서, 부재에 대한 배관 및 배선은 모두 지주(25)의 내부를 통해서 처리 용기(1) 밖으로 도출된다.
처리실(4)의 바닥부(처리실(4) 중 지주(25)가 마련되어 있는 측)에는, 배기관(31)을 거쳐서 진공 펌프 등을 포함하는 배기 장치(30)가 접속된다. 배기 장치(30)에 의해, 처리실(4)이 배기되고, 플라즈마 처리 중에서, 처리실(4) 내가 소정의 진공 분위기(예를 들면 1.33[㎩] 정도의 기압)로 설정되어 유지된다.
고주파 안테나(13)는 4개의 급전부(예를 들면, 급전부(41), 급전부(43) 등)를 가진다. 4개의 급전부는 급전 부재(16)에 접속된다. 4개의 급전부는 고주파 안테나(13)의 중심의 주위에서, 예를 들면 90도 정도씩 이격되어 있다. 4개의 급전부의 각각으로부터는 2개의 안테나선이 외측으로 연장되어 있고, 각각의 안테나선은 콘덴서(18)를 거쳐서 접지된다.
플라즈마 처리 장치(10)는 제어부 Cnt를 구비한다. 제어부 Cnt는 프로세서, 기억부, 입력 장치, 표시 장치 등을 구비하는 컴퓨터이고, 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다.
제어부 Cnt는 입력된 레시피에 근거하는 프로그램에 따라 동작하고, 제어 신호를 송출한다. 제어부 Cnt로부터의 제어 신호에 의해, 처리 가스 공급계(20)로부터 공급되는 가스의 선택 및 유량과, 배기 장치(30)의 배기와, 고주파 전원(15)으로부터의 전력 공급과, 서셉터(22)의 온도를 제어하는 것이 가능하다. 본 명세서에서 개시되는 피처리체에 대한 성막 방법(방법 MT)의 각 공정(도 1에 나타내는 공정 S1~S4)은 제어부 Cnt에 의한 제어에 의해 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 동작시키는 것에 의해 실행될 수 있다.
다시 도 1을 참조하여, 방법 MT에 대해 상세히 설명한다. 이하에서, 방법 MT의 실시에 플라즈마 처리 장치(10)가 이용되는 예에 대해 설명을 행한다. 이하의 설명에서는, 도 3의 (a), 도 3의 (b), 및 도 4를 참조한다. 도 3의 (a)는 도 1에 나타내는 방법 MT의 각 공정의 실행 전의 피처리체 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 3의 (b)는 도 1에 나타내는 방법 MT의 각 공정의 실행 후의 피처리체 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 4는 도 1에 나타내는 방법 MT의 각 공정에서 실시되는 여러 처리의 실행 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 1에 나타내는 방법 MT는 방법 MT의 주요한 공정으로서, 공정 S1~S4를 구비한다. 공정 S1(제 1 공정)은 플라즈마 처리 장치(10)의 처리 용기(1)의 처리실(4) 내에 웨이퍼 W를 수용한다. 또, 공정 S1의 실시 전에, 공정 S1의 실시에 이용하는 처리실(4)의 내측의 표면이 실리콘과 불소를 함유하는 프리코트막으로 덮여 있는 부분을 가질 수 있는 경우가 있다. 도 5는 처리실(4)의 내측의 표면에 프리코트막 PC가 형성되어 있는 상태를 모식적으로 나타낸다. 도 5에는, 처리실(4)의 내측의 표면의 전체에 형성되어 있는 프리코트막 PC가 나타내어져 있지만, 프리코트막 PC는 처리실(4)의 내측의 표면의 일부에 형성될 수 있다. 프리코트막 PC는 실리콘과 불소를 함유하는 막이다. 프리코트막 PC에서, 실리콘이 차지하는 비율은 불소가 차지하는 비율의 약 1배 이하의 정도일 수 있다. 프리코트막 PC의 두께는 대략 균일하지만, 평균적으로 50~100[㎚] 이상이다.
도 4에는, 처리실(4) 내로의 제 1 가스의 공급을 개시하는(제 1 가스의 공급을 OFF로부터 ON으로 하는) 타이밍(시각 T1이라고 함), 처리실(4) 내로의 플라즈마 생성용 고주파 전력의 공급을 개시하는(플라즈마 생성용 고주파 전력의 공급을 OFF로부터 ON으로 하는) 타이밍(제 2 개시 타이밍이고, 시각 T2라고 함), 처리실(4) 내로의 제 2 가스의 공급을 개시하는(제 2 가스의 공급을 OFF로부터 ON으로 하는) 타이밍(제 1 개시 타이밍이고, 시각 T3이라고 함), 처리실(4) 내로의 플라즈마 생성용 고주파 전력의 공급을 종료하는(플라즈마 생성용 고주파 전력의 공급을 ON으로부터 OFF로 하는) 타이밍(제 2 종료 타이밍이고, 시각 T4라고 함), 처리실(4) 내로의 제 2 가스의 공급을 종료하는(제 2 가스의 공급을 ON으로부터 OFF로 하는) 타이밍(제 1 종료 타이밍이고, 시각 T5라고 함), 처리실(4) 내로의 제 1 가스의 공급을 종료하는(제 1 가스의 공급을 ON으로부터 OFF로 하는) 타이밍(제 3 종료 타이밍이고, 시각 T6이라고 함)이 나타내어져 있다.
도 4에서, 그래프 G1은 방법 MT에서, 처리실(4) 내로의 제 1 가스의 공급의 개시 타이밍 및 종료 타이밍을 나타낸다. 처리실(4) 내로의 제 1 가스의 공급(ON 상태)은 시각 T1로부터 시각 T6에 이를 때까지 계속된다. 시각 T6은 시각 T1 후의 시각이다. 도 4에서, 그래프 G2는 방법 MT에서, 처리실(4) 내로의 제 2 가스의 공급의 개시 타이밍 및 종료 타이밍을 나타낸다. 처리실(4) 내로의 제 2 가스의 공급(ON 상태)은 시각 T3으로부터 시각 T5에 이를 때까지 계속된다. 시각 T5는 시각 T3의 후의 시각이다. 도 4에서, 그래프 G3은 방법 MT에서, 처리실(4) 내로의 플라즈마 생성용 고주파 전력의 공급의 개시 타이밍 및 종료 타이밍을 나타낸다. 처리실(4) 내로의 플라즈마 생성용 고주파 전력의 공급(ON 상태)은 시각 T2로부터 시각 T4에 이를 때까지 계속된다. 시각 T4는 시각 T2의 후의 시각이다.
공정 S1에서 처리실(4) 내에 수용되는 웨이퍼 W는, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 기체부(基體部) BA와, 주면(6)과, 표층부 SU와, 홈부 TR을 구비한다. 웨이퍼 W는 복수의 표층부 SU와 복수의 홈부 TR을 구비한다. 주면(6)에서, 표층부 SU와 홈부 TR은 교대로 마련되어 있다. 표층부 SU와 홈부 TR은 주면(6)에 마련되어 있다. 표층부 SU의 단면 SU1은 웨이퍼 W의 주면(6)에서, 패턴 형상을 구분하고 있다.
홈부 TR의 깊이 DP(표층부 SU의 높이)는 10~500[㎚] 정도일 수 있다. 표층부 SU의 폭 WD1은 10~250[㎚] 정도일 수 있다. 홈부 TR의 폭 WD2는 10~250[㎚] 정도일 수 있다.
주면(6)(표층부 SU의 단면 SU1)과 홈부 TR의 측면 TR1은 모두 절연성 재료에 의해 구성된다. 당해 절연성 재료는, 예를 들면 저유전율의 재료일 수 있다. 당해 절연성 재료는, 보다 구체적으로는, 아몰퍼스 카본 실리콘, 실리콘 등일 수 있다. 예를 들면, 표층부 SU는 단면 SU1(주면(6)) 및 표층부 SU의 측면(홈부 TR의 측면 TR1)을 포함하고, 당해 절연성 재료에 의해 구성될 수 있고, 기체부 BA는 Cu 등의 금속에 의해 구성될 수 있다.
기체부 BA와 표층부 SU는, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 서로 다른 재료에 의해 구성된 별체일 수 있지만, 이것에 한정하지 않고, 기체부 BA와 표층부 SU는 동일 재료로 구성된 일체인 것일 수도 있다. 기체부 BA와 표층부 SU가 동일 재료로 구성된 일체인 경우, 주면(6)(단면 SU1)과 홈부 TR의 표면(측면 TR1 및 바닥면 TR2)은 모두 절연성 재료(예를 들면 저유전율의 재료)에 의해 구성될 수 있다.
공정 S1에 계속해서, 공정 S2(제 2 공정)에서, 처리실(4) 내의 압력을 프로세스 압력으로 조절한다. 구체적으로는, 처리실(4) 내에 제 1 가스의 공급이 개시되는 것에 의해, 처리실(4) 내의 압력이 조절된다. 도 4의 그래프 G1에 나타내는 바와 같이, 공정 S2에서, 시각 T1에, 처리실(4) 내로의 제 1 가스의 공급을 개시한다(제 1 가스의 공급을 OFF로부터 ON으로 한다).
제 1 가스는 수소 원자를 포함하지 않는 산화제를 함유하는 가스일 수 있다. 제 1 가스는 특히, 수소 원자를 포함하지 않는 산화제 중 O2, O3, NxOy(x, y는 1 이상의 정수)의 어느 하나를 함유하는 가스일 수 있다. 보다 구체적으로는, 제 1 가스는 수소 원자를 포함하지 않는 산화제 중, O2 가스, O3 가스, NxOy 가스(x, y는 1 이상의 정수) 중 어느 하나, 또는 이들 가스 중 어느 하나를 함유하는 혼합 가스일 수 있다.
공정 S2에 계속해서, 공정 S3(제 3 공정)에서, 플라즈마 CVD(CVD: Chemical Vapor Deposition)를 이용하여, 웨이퍼 W의 주면(6)(단면 SU1)에 막부 ME를 선택적으로 형성한다. 공정 S3에서, 제 2 가스와 플라즈마 생성용 고주파 전력을 처리실(4) 내에 공급하여 제 2 가스를 포함하는 처리실(4) 내의 가스에 의한 플라즈마를 처리실(4) 내에서 생성하는 처리를 개시한다. 공정 S3에서, 홈부 TR의 표면(측면 TR1 및 바닥면 TR2)에는 막은 형성되지 않고, 웨이퍼 W의 주면(6)(단면 SU1)에 막부 ME가 형성된다. 막부 ME의 두께 TH는 0~100[㎚]의 정도이다.
공정 S3에서 이용되는 제 2 가스는 규소 원자 및 불소 원자를 포함하고 수소 원자를 포함하지 않는 화합물을 함유하는 가스일 수 있다. 이 경우, 공정 S3에서 생성되는 플라즈마에서, 디포지션(deposition)종의 원소는 규소(실리콘)이고, 에칭종의 원소는 불소이다. 제 2 가스는 SixFy(x, y는 1 이상의 정수)의 조성을 가지는 하나 또는 복수의 종류의 가스를 함유하는 가스이고, 예를 들면 SiF4를 함유하는 가스, 또는 SiF4와 Si2F6을 함께 함유하는 가스 등일 수 있다. 공정 S3에서의 제 2 가스의 유량은 비교적으로 적고, 예를 들면 1~50[sccm] 정도의 범위 내에 있는 경우가 생각될 수 있다. 또, 제 2 가스가 희가스(예를 들면, He, Ar, Xe 등)를 더 포함하는 경우도 일 실시 형태에 따른 방법 MT에 적용될 수 있다.
공정 S3에서, 처리실(4) 내로의 제 2 가스의 공급을 개시하는 시각 T3은 처리실(4) 내로의 플라즈마 생성용 고주파 전력의 공급을 개시하는 시각 T2의 이후의 기간 내에 있다. 즉, 시각 T1의 값을 t1, 시각 T2의 값을 t2, 시각 T3의 값을 t3이라고 하면, t1, t2, t3은 t1<t2≤t3의 조건을 만족한다.
공정 S3의 처리에 의해, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 막부 ME는 웨이퍼 W의 주면(6)(단면 SU1) 상에만 형성되고, 홈부 TR의 표면(측면 TR1 및 바닥면 TR2)에는 거의 형성되지 않는다. 이와 같이, 공정 S3에 의해, 막부 ME는 웨이퍼 W의 주면(6)(단면 SU1) 상에, 환언하면 홈부 TR을 제외한 웨이퍼 W의 주면(6) 상에 선택적으로 형성된다.
공정 S2에서 이용되는 제 1 가스가 예를 들면 O2 가스 또는 O3 가스이고, 공정 S3에서 이용되는 제 2 가스가 SiF4 가스, 또는 SiF4 및 Si2F6을 함유하는 혼합 가스이고, 공정 S3에서 생성되는 플라즈마에 포함되는 에칭종의 원소가 불소인 경우, 막부 ME는 실리콘과 산소를 포함하고, 예를 들면 SiOF막일 수 있다.
공정 S3의 실행시에 있어서, 웨이퍼 W의 온도는 섭씨 450도 미만이다. 웨이퍼 W의 온도가 섭씨 450도 이상인 경우, 웨이퍼 W의 주면(6)(단면 SU1)에 대한 막부 ME의 형성이 곤란해진다.
공정 S3에 계속해서, 공정 S4(제 4 공정)에서, 공정 S3에서 개시한 처리실(4) 내에서의 플라즈마의 생성을 종료한다. 공정 S4에서, 처리실(4) 내로의 플라즈마 생성용 고주파 전력의 공급을 종료한 후에, 처리실(4) 내로의 제 1 가스의 공급과, 처리실(4) 내로의 제 2 가스의 공급을 종료한다. 처리실(4) 내로의 제 2 가스의 공급을 종료하는 시각 T5는 처리실(4) 내로의 플라즈마 생성용 고주파 전력의 공급을 종료하는 시각 T4의 이후이고 또한 처리실(4) 내로의 제 1 가스의 공급을 종료하는 시각 T6보다 전의 기간 내에 있거나, 또는 시각 T4보다 후이고 또한 시각 T6의 이전의 기간 내에 있다. 즉, 시각 T4의 값을 t4, 시각 T5의 값을 t5, 시각 T6의 값을 t6이라고 하면, t4, t5, t6은 t4≤t5<t6의 조건 또는 t4<t5≤t6의 조건을 만족한다.
이상 설명한 일 실시 형태에 따른 방법 MT에 의하면, 적어도 이하의 효과가 일례로서 얻어질 수 있다. 우선 발명자는, 열심히 연구한 결과, 수소 원자를 포함하지 않는 산화제를 함유하는 제 1 가스와, 규소 원자 및 불소 원자를 포함하고 수소 원자를 포함하지 않는 화합물을 함유하는 제 2 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하는 것에 의해, 웨이퍼 W의 주면(6)(단면 SU1)에 실리콘 및 산소를 함유하는 막부 ME가 형성되고, 주면(6)에 마련된 홈부 TR의 표면(측면 TR1 및 바닥면 TR2)에는 당해 막이 거의 형성되지 않는 것을 찾아냈다. 이와 같이, 방법 MT에 의하면, 수소 원자를 포함하지 않는 산화제를 함유하는 제 1 가스와, 규소 원자 및 불소 원자를 포함하고 수소 원자를 포함하지 않는 화합물을 함유하는 제 2 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하는 것에 의해서만, 패턴 형상을 확정하는 웨이퍼 W의 홈부 TR을 제외한 주면(6)(표층부 SU의 단면 SU1)에 대해 막부 ME를 선택적으로 형성할 수 있다. 따라서, 패턴 형상을 충분히 유지하면서 당해 형상에 따른 층을 패턴 상에 용이하게 적층하는 것이 가능해진다.
또한, 일 실시 형태에 따른 방법 MT는 주면(6)(단면 SU1)과 홈부 TR의 측면 TR1이 절연성 재료인 경우에 적용될 수 있다.
공정 S2의 개시로부터 공정 S3의 개시 전까지의 기간내(시각 T1의 이후, 또한, 시각 T2보다 전의 기간 내)에서 처리실 내서의 압력 조정이 제 1 가스의 공급에 의해 행해진 후에, 공정 S3에서 플라즈마 생성용 고주파 전력의 공급의 개시(시각 T2)에 의해 처리실(4) 내에서 플라즈마가 안정적으로 생성되면서 처리실(4) 내로의 제 2 가스의 공급이 개시(시각 T3)되는 것에 의해, 성막이 개시된다. 특히, 시각 T3과 시각 T2가 동시인 경우, 제 1 가스로부터 생성되는 산소 플라즈마에 의한 웨이퍼 W의 표면에의 영향이 충분히 저감되어, 웨이퍼 W의 표면에서 산화가 충분히 억제될 수 있다.
또한, 시각 T4에서 플라즈마를 실화시키 성막을 종료시킨 후에, 제 2 가스의 공급 및 제 1 가스의 공급을 종료시킨다. 제 1 가스의 공급을 종료하는 시각 T6이 제 2 가스의 공급을 종료하는 시각 T5의 이후에 있으므로, 플라즈마 실화 후(시각 T5 이후)의 처리실 내가 제 1 가스에 의해 양호하게 퍼지될 수 있다.
또한, 막부 ME의 형성이 공정 S1로부터 개시되기 전에, 막부 ME의 형성을 실시하는 처리실(4)의 내측의 표면에 미리 실리콘과 불소를 함유하는 프리코트막 PC가 형성되어 있는 경우에는, 실리콘과 불소를 함유하는 제 2 가스뿐만 아니라, 제 2 가스와 당해 프리코트막 PC로부터 분리된 실리콘 및 불소의 각 원자에 의해, 플라즈마의 생성이 보다 효과적으로 행해질 수 있다.
(실시예 1)
공정 S2 및 공정 S3는, 예를 들면 이하의 조건으로 실시될 수 있다. 또, 이하의 조건은 처리실(4)의 내측의 표면에 프리코트막 PC가 형성되어 있지 않은 경우의 조건이다.
· 처리실(4) 내의 압력의 값[㎩]: 0.67~13.3[㎩]
· 고주파 전원(15)의 주파수의 값[㎒] 및 고주파 전력의 값[와트]: 13.56[㎒], 0~2000[와트]
· 처리 가스: O2 가스(제 1 가스), SiF4 가스(제 2 가스)
(실시예 2)
공정 S1에서 이용되는 처리실(4)의 내측의 표면에는, 실리콘과 불소를 함유하는 프리코트막 PC가 형성되어 있는 경우가 있다. 프리코트막 PC의 막 두께는 약 100[㎚] 이하이다. 또한, 프리코트막 PC의 형성 장소는 처리실(4) 내의 거의 전면(全面)이다.
이상, 바람직한 실시 형태에 대해 본 발명의 원리를 도시하여 설명해 왔지만, 본 발명은 그러한 원리로부터 일탈하는 일없이 배치 및 상세에서 변경될 수 있는 것은 당업자라면 인식할 수 있다. 본 발명은, 본 실시 형태에 개시된 특정의 구성에 한정되지 않는다. 따라서, 특허청구범위 및 그 정신의 범위로부터 도출되는 모든 수정 및 변경에 권리를 청구한다.
1: 처리 용기
10: 플라즈마 처리 장치
11: 샤워 케이스
12: 가스 유로
12a: 가스 공급 구멍
13: 고주파 안테나
13a: 스페이서
14: 정합기
15: 고주파 전원
16: 급전 부재
18: 콘덴서
1a: 접지선
2: 유전체벽
20: 처리 가스 공급계
20a: 가스 공급관
22: 서셉터
24: 절연체 프레임
25: 지주
26: 벨로우즈
27: 게이트 밸브
27a: 반입출구
3: 안테나실
30: 배기 장치
31: 배기관
3a: 측벽
4: 처리실
41: 급전부
43: 급전부
4a: 측벽
5: 지지 선반
6: 주면
BA: 기체부
Cnt: 제어부
MT: 방법
PC: 프리코트막
SU: 표층부
TR: 홈부
TR1: 측면
TR2: 바닥면
SU1: 단면
ME: 막부
W: 웨이퍼
WD1: 폭
WD2: 폭
DP: 깊이
TH: 두께

Claims (10)

  1. 피처리체에 대한 성막 방법으로,
    상기 피처리체는 주면(主面)과 홈부를 구비하고, 상기 홈부는 상기 주면에 마련되고,
    상기 성막 방법은,
    플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 상기 피처리체를 수용하는 제 1 공정과,
    상기 제 1 공정의 후에, 상기 처리실 내에 제 1 가스의 공급을 개시하는 제 2 공정과,
    상기 제 2 공정의 후에, 제 2 가스와 플라즈마 생성용 고주파 전력을 상기 처리실 내에 공급하여 상기 제 2 가스를 포함하는 상기 처리실 내의 가스에 의한 플라즈마를 상기 처리실 내에서 생성하는 처리를 개시하는 제 3 공정
    을 구비하고,
    상기 제 1 가스는 수소 원자를 포함하지 않는 산화제를 함유하는 가스이고,
    상기 제 2 가스는 규소 원자 및 불소 원자를 포함하고 수소 원자를 포함하지 않는 화합물을 함유하는 가스이고,
    규소 및 산소를 함유하는 막은 상기 홈부를 제외한 상기 피처리체의 상기 주면 상에 선택적으로 형성되는
    성막 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 공정의 실행시에 있어서의 상기 피처리체의 온도는 섭씨 450도 미만인
    성막 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 주면과 상기 홈부의 측면은 절연성 재료를 함유하는
    성막 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 가스는 SixFy(x, y는 1 이상의 정수)의 조성을 가지는 하나 또는 복수의 종류의 가스를 함유하는
    성막 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 가스는 SiF4를 함유하는 가스, 또는 SiF4와 Si2F6을 함께 함유하는 가스인
    성막 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 O2, O3, NxOy(x, y는 1 이상의 정수) 중 어느 하나를 함유하는 가스인
    성막 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 가스는 희가스를 더 함유하는
    성막 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 공정에서, 상기 처리실 내로의 상기 제 2 가스의 공급을 개시하는 제 1 개시 타이밍은 상기 처리실 내로의 상기 플라즈마 생성용 고주파 전력의 공급을 개시하는 제 2 개시 타이밍의 이후의 기간 내에 있는
    성막 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 공정의 후에, 플라즈마의 생성을 종료하는 제 4 공정을 더 구비하고,
    상기 제 4 공정에서, 상기 처리실 내로의 상기 제 2 가스의 공급을 종료하는 제 1 종료 타이밍은 상기 처리실 내로의 상기 플라즈마 생성용 고주파 전력의 공급을 종료하는 제 2 종료 타이밍의 이후이고, 또한 상기 처리실 내로의 상기 제 1 가스의 공급을 종료하는 제 3 종료 타이밍보다 전의 기간 내에 있거나, 또는 상기 제 2의 종료 타이밍보다 후이고 또한 상기 제 3의 종료 타이밍의 이전의 기간 내에 있는
    성막 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에서, 상기 처리실의 내측의 표면은 실리콘과 불소를 함유하는 프리코트막으로 덮여 있는 부분을 가지는
    성막 방법.
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