KR20210020790A - 성막 방법 - Google Patents

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KR20210020790A
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oxide film
film
rotary table
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KR1020200097240A
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준 사토
히로유키 기쿠치
다케히로 후카다
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

후의 에칭 공정에 의해 심이 생기기 어려운 실리콘 산화막을 오목부에 매립할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 성막 방법은, 표면에 오목부가 형성된 기판 상에 아미노실란 가스를 흡착시키는 스텝과, 상기 기판에 산화 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 흡착된 상기 아미노실란 가스를 산화시켜 상기 기판 상에 실리콘 산화막을 퇴적시키는 스텝과, 상기 실리콘 산화막에 질소 가스 및 수소 가스를 포함하는 혼합 가스를 플라스마에 의해 활성화해서 공급하여, 상기 실리콘 산화막의 개질 처리를 행하는 스텝을 갖는다.

Description

성막 방법{FILM FORMING METHOD}
본 개시는, 성막 방법에 관한 것이다.
제1 반응 가스를 기판에 흡착시키는 스텝, 해당 제1 반응 가스와 제2 반응 가스를 반응시켜서 기판에 반응 생성물을 형성하는 스텝, 수소 함유 가스로 생성되는 플라스마를 반응 생성물에 조사하는 스텝을 포함하는 성막 방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2012-255203호 공보
본 개시는, 후의 에칭 공정에 의해 심이 생기기 어려운 실리콘 산화막을 오목부에 매립할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 성막 방법은, 표면에 오목부가 형성된 기판 상에 아미노실란 가스를 흡착시키는 스텝과, 상기 기판에 산화 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 흡착된 상기 아미노실란 가스를 산화시켜 상기 기판 상에 실리콘 산화막을 퇴적시키는 스텝과, 상기 실리콘 산화막에 질소 가스 및 수소 가스를 포함하는 혼합 가스를 플라스마에 의해 활성화해서 공급하여, 상기 실리콘 산화막의 개질 처리를 행하는 스텝을 갖는다.
본 개시에 의하면, 후의 에칭 공정에 의해 심이 생기기 어려운 실리콘 산화막을 오목부에 매립할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태의 성막 장치의 구성예를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 사시도.
도 3은 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 평면도.
도 4는 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내에 회전 가능하게 마련되는 회전 테이블의 동심원을 따른 당해 진공 용기의 단면도.
도 5는 도 1의 성막 장치의 다른 단면도.
도 6은 도 1의 성막 장치에 마련되는 플라스마 발생원의 단면도.
도 7은 도 1의 성막 장치에 마련되는 플라스마 발생원의 다른 단면도.
도 8은 도 1의 성막 장치에 마련되는 플라스마 발생원의 상면도.
도 9는 일 실시 형태의 성막 방법의 흐름을 도시하는 도면.
도 10은 일 실시 형태의 성막 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 11은 일 실시 형태의 성막 방법의 메커니즘의 설명도(1).
도 12는 일 실시 형태의 성막 방법의 메커니즘의 설명도(2).
도 13은 실시예 1의 실시 결과를 도시하는 도면.
도 14는 실시예 2의 실시 결과를 도시하는 도면.
이하, 첨부의 도면을 참조하면서, 본 개시의 한정적이지 않은 예시의 실시 형태에 대해서 설명한다. 첨부의 전체 도면 중, 동일하거나 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일하거나 또는 대응하는 참조 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
(성막 장치)
일 실시 형태의 성막 방법을 실시하는데 적합한 성막 장치에 대해서 설명한다. 도 1부터 도 3까지를 참조하면, 성막 장치는, 거의 원형의 평면 형상을 갖는 편평한 진공 용기(1)와, 진공 용기(1) 내에 마련되고, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(1)는, 바닥이 있는 원통 형상을 갖는 용기 본체(12)와, 용기 본체(12)의 상면에 대하여, 예를 들어 O링 등의 시일 부재(13)(도 1)를 개재시켜 기밀하게 착탈 가능하게 배치되는 천장판(11)을 갖고 있다.
회전 테이블(2)은, 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정되어 있다. 코어부(21)는, 연직 방향으로 신장되는 회전축(22)의 상단에 고정되어 있다. 회전축(22)은, 진공 용기(1)의 저부(14)를 관통하여, 그 하단이 회전축(22)(도 1)을 연직축 주위로 회전시키는 구동부(23)에 설치되어 있다. 회전축(22) 및 구동부(23)는, 상면이 개구된 통상의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다. 케이스체(20)는, 그 상면에 마련된 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있어, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀 상태가 유지되어 있다.
회전 테이블(2)의 표면에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 회전 방향(주위 방향)을 따라 복수(도시의 예에서는 5매)의 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼(W)」라고 함)를 적재하기 위한 원 형상의 오목부(24)가 마련되어 있다. 또한, 도 3에는 편의상 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼(W)를 도시한다. 오목부(24)는, 웨이퍼(W)의 직경보다도 약간, 예를 들어 4mm 큰 내경과, 웨이퍼(W)의 두께에 거의 동등한 깊이를 갖고 있다. 따라서, 웨이퍼(W)가 오목부(24)에 수용되면, 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면(웨이퍼(W)가 적재되지 않는 영역)이 동일한 높이가 된다. 오목부(24)의 저면에는, 웨이퍼(W)의 이면을 지지해서 웨이퍼(W)를 승강시키기 위한 예를 들어 3개의 승강 핀이 관통하는 관통 구멍(모두 도시하지 않음)이 형성되어 있다.
도 2 및 도 3은, 진공 용기(1) 내의 구조를 설명하는 도면이며, 설명의 편의상, 천장판(11)의 도시를 생략하고 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)의 상방에는, 예를 들어 석영으로 이루어지는 반응 가스 노즐(31, 32, 33) 및 분리 가스 노즐(41, 42)이 진공 용기(1)의 주위 방향(도 3의 화살표 A로 나타내는 회전 테이블(2)의 회전 방향)으로 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 도시의 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 시계 방향(회전 테이블(2)의 회전 방향)으로, 반응 가스 노즐(33), 분리 가스 노즐(41), 반응 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42) 및 반응 가스 노즐(32)이, 이 순서대로 배열되어 있다. 이들 반응 가스 노즐(31, 32, 33) 및 분리 가스 노즐(41, 42)의 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 33a, 41a, 42a)(도 3)는, 용기 본체(12)의 외주벽에 고정되어 있다. 그리고, 반응 가스 노즐(31, 32, 33) 및 분리 가스 노즐(41, 42)은, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 진공 용기(1) 내에 도입되어, 용기 본체(12)의 반경 방향을 따라서 회전 테이블(2)에 대하여 수평하게 신장되도록 설치된다.
또한, 반응 가스 노즐(33)의 상방에는, 도 3에서, 파선으로 간략화하여 나타낸 바와 같이 플라스마 발생원(80)이 마련되어 있다. 플라스마 발생원(80)에 대해서는 후술한다.
반응 가스 노즐(31)은, 배관 및 유량 제어기 등(도시하지 않음)을 통해서, 아미노실란 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 아미노실란 가스로서는, 예를 들어 DIPAS[디이소프로필아미노실란], 3DMAS[트리스디메틸아미노실란] 가스, BTBAS[비스터셔리부틸아미노실란]를 이용할 수 있다.
반응 가스 노즐(32)은, 배관 및 유량 제어기 등(도시하지 않음)을 통해서, 산화 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 산화 가스로서는, 예를 들어 오존(O3) 가스를 이용할 수 있다.
반응 가스 노즐(33)은, 도시하지 않은 배관 및 유량 제어기 등(도시하지 않음)을 통해서, 개질 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 개질 가스로서는, 예를 들어 아르곤(Ar) 가스, 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스를 이용할 수 있다.
분리 가스 노즐(41, 42)은, 모두 배관 및 유량 제어 밸브 등(도시하지 않음)을 통해서, 분리 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 분리 가스로서는, 예를 들어 Ar 가스, 질소(N2) 가스를 이용할 수 있다.
반응 가스 노즐(31, 32)에는, 회전 테이블(2)을 향해서 개구되는 복수의 토출 구멍(31h, 32h)(도 4)이, 반응 가스 노즐(31, 32)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10mm의 간격으로 배열되어 있다. 반응 가스 노즐(31)의 하방 영역은, 아미노실란 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 아미노실란 가스 흡착 영역(P1)이 된다. 반응 가스 노즐(32)의 하방 영역은, 아미노실란 가스 흡착 영역(P1)에서 웨이퍼(W)에 흡착된 아미노실란 가스를 산화시키는 산화 가스 공급 영역(P2)이 된다. 또한, 도 4에는 도시되어 있지 않은 반응 가스 노즐(33)의 구성에 대해서는 후술한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 진공 용기(1) 내에는 2개의 볼록 형상부(4)가 마련되어 있다. 볼록 형상부(4)는, 분리 가스 노즐(41, 42)과 함께 분리 영역(D)을 구성하기 위해서, 후술하는 바와 같이, 회전 테이블(2)을 향해서 돌출되도록 천장판(11)의 이면에 설치되어 있다. 또한, 볼록 형상부(4)는, 정상부가 원호 형상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고, 일 실시 형태에서는, 내 원호가 돌출부(5)(후술)에 연결되고, 외 원호가, 진공 용기(1)의 용기 본체(12)의 내주면을 따르도록 배치되어 있다.
도 4는, 반응 가스 노즐(31)부터 반응 가스 노즐(32)까지 회전 테이블(2)의 동심원을 따른 진공 용기(1)의 단면을 도시하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 천장판(11)의 이면에 볼록 형상부(4)가 설치되어 있다. 이 때문에, 진공 용기(1) 내에는, 볼록 형상부(4)의 하면인 평탄한 낮은 천장면(제1 천장면(44))과, 제1 천장면(44)의 주위 방향 양측에 위치하는, 제1 천장면(44)보다도 높은 천장면(제2 천장면(45))이 존재한다. 제1 천장면(44)은, 정상부가 원호 형상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고 있다. 또한, 도시한 바와 같이, 볼록 형상부(4)에는, 주위 방향 중앙에 있어서, 반경 방향으로 신장되도록 형성된 홈부(43)가 형성되어, 분리 가스 노즐(42)이 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 또 하나의 볼록 형상부(4)에도 마찬가지로 홈부(43)가 형성되어, 홈부(43)에 분리 가스 노즐(41)이 수용되어 있다. 또한, 제2 천장면(45)의 하방의 공간에 반응 가스 노즐(31, 32)이 각각 마련되어 있다. 이들 반응 가스 노즐(31, 32)은, 제2 천장면(45)으로부터 이격해서 웨이퍼(W)의 근방에 마련되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 볼록 형상부(4)의 우측의 제2 천장면(45)의 하방의 공간(481)에 반응 가스 노즐(31)이 마련되고, 좌측의 제2 천장면(45)의 하방의 공간(482)에 반응 가스 노즐(32)이 마련되어 있다.
또한, 볼록 형상부(4)의 홈부(43)에 수용되는 분리 가스 노즐(42)에는, 회전 테이블(2)을 향해서 개구되는 복수의 토출 구멍(42h)(도 4 참조)이, 분리 가스 노즐(42)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10mm의 간격으로 배열되어 있다. 또한, 또 하나의 볼록 형상부(4)의 홈부(43)에 수용되는 분리 가스 노즐(41)에도 마찬가지로, 회전 테이블(2)을 향해서 개구되는 복수의 토출 구멍(41h)이, 분리 가스 노즐(41)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10mm의 간격으로 배열되어 있다.
제1 천장면(44)은, 좁은 공간인 분리 공간(H)을 회전 테이블(2)에 대하여 형성한다. 분리 가스 노즐(42)의 토출 구멍(42h)으로부터 Ar 가스가 공급되면, Ar 가스는 분리 공간(H)을 통해서 공간(481, 482)을 향해서 흐른다. 이때, 분리 공간(H)의 용적은 공간(481, 482)의 용적보다도 작기 때문에, Ar 가스에 의해 분리 공간(H)의 압력을 공간(481, 482)의 압력에 비해서 높게 할 수 있다. 즉, 공간(481, 482)의 사이에 압력이 높은 분리 공간(H)이 형성된다. 또한, 분리 공간(H)으로부터 공간(481, 482)으로 흘러 나오는 Ar 가스가, 아미노실란 가스 흡착 영역(P1)으로부터의 아미노실란 가스와, 산화 가스 공급 영역(P2)으로부터의 산화 가스에 대한 카운터 플로로서 작용한다. 따라서, 아미노실란 가스 흡착 영역(P1)으로부터의 아미노실란 가스와, 산화 가스 공급 영역(P2)으로부터의 산화 가스가 분리 공간(H)에 의해 분리된다. 따라서, 진공 용기(1) 내에서 아미노실란 가스와 산화 가스가 혼합하여, 반응하는 것이 억제된다.
회전 테이블(2)의 상면에 대한 제1 천장면(44)의 높이(h1)는, 성막 시의 진공 용기(1) 내의 압력, 회전 테이블(2)의 회전 속도, 분리 가스(Ar 가스)의 유량 등을 고려하여, 분리 공간(H)의 압력을 공간(481, 482)의 압력에 비해서 높게 하는데 적합한 높이로 설정된다.
한편, 천장판(11)의 하면에는, 회전 테이블(2)을 고정하는 코어부(21)의 외주를 둘러싸는 돌출부(5)(도 2 및 도 3)가 마련되어 있다. 돌출부(5)는, 일 실시 형태에서는, 볼록 형상부(4)에서의 회전 중심의 측의 부위와 연속하고 있고, 그 하면이 제1 천장면(44)과 동일한 높이로 형성되어 있다.
앞서 참조한 도 1은, 도 3의 I-I'선을 따른 단면도이며, 제2 천장면(45)이 마련되어 있는 영역을 도시하고 있다. 한편, 도 5는, 제1 천장면(44)이 마련되어 있는 영역을 도시하는 단면도이다. 도 5에 도시되는 바와 같이, 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연(진공 용기(1)의 외연측 부위)에는, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡한 굴곡부(46)가 형성되어 있다. 굴곡부(46)는, 볼록 형상부(4)와 마찬가지로, 분리 영역(D)의 양측으로부터 반응 가스가 침입하는 것을 억제하여, 아미노실란 가스와 산화 가스의 혼합을 억제한다. 부채형의 볼록 형상부(4)는, 천장판(11)에 마련되어, 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 분리할 수 있도록 되어 있으므로, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)의 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 제1 천장면(44)의 높이와 마찬가지의 치수로 설정되어 있다.
용기 본체(12)의 내주벽은, 분리 영역(D)에 있어서는, 굴곡부(46)의 외주면과 접근해서 수직면에 형성되어 있지만(도 5), 분리 영역(D) 이외의 부위에서는, 예를 들어 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 저부(14)에 걸쳐서 외측으로 오목하게 되어 있다(도 1). 이하, 설명의 편의상, 대략 직사각형의 단면 형상을 갖는 오목하게 된 부분을 배기 영역(E)이라고 기재한다. 구체적으로는, 아미노실란 가스 흡착 영역(P1)에 연통하는 배기 영역을 제1 배기 영역(E1)이라고 기재하고, 산화 가스 공급 영역(P2)에 연통하는 영역을 제2 배기 영역(E2)이라고 기재한다. 이들 제1 배기 영역(E1) 및 제2 배기 영역(E2)의 저부에는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 각각, 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)가 형성되어 있다. 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)는, 도 1에 도시되는 바와 같이 각각 배기관(63)을 통해서 진공 배기부인 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다. 또한 도 1 중, 압력 제어기(65)가 도시되어 있다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저부(14)의 사이의 공간에는, 도 1 및 도 5에 도시되는 바와 같이 가열부인 히터 유닛(7)이 마련되어, 회전 테이블(2)을 통해서 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)가, 프로세스 레시피에서 정해진 온도(예를 들어 400℃)로 가열된다. 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방에는, 원환상의 커버 부재(71)가 마련되어 있다(도 5). 커버 부재(71)는, 회전 테이블(2)의 상방 공간으로부터 제1 배기 영역(E1) 및 제2 배기 영역(E2)에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(7)이 놓여 있는 분위기를 구획해서 회전 테이블(2)의 하방 영역에의 가스의 침입을 억제한다. 커버 부재(71)는, 회전 테이블(2)의 외연 및 외연보다도 외주측을 하방으로부터 면하도록 마련된 내측 부재(71a)와, 내측 부재(71a)와 진공 용기(1)의 내주면의 사이에 마련된 외측 부재(71b)를 구비하고 있다. 외측 부재(71b)는, 분리 영역(D)에 있어서 볼록 형상부(4)의 외연에 형성된 굴곡부(46)의 하방에서, 굴곡부(46)와 근접해서 마련되어 있다. 내측 부재(71a)는, 회전 테이블(2)의 외연 하방(및 외연보다도 약간 외측 부분 하방)에서, 히터 유닛(7)을 전체 주위에 걸쳐서 둘러싸고 있다.
히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 중심의 측의 부위에서의 저부(14)는, 회전 테이블(2)의 하면의 중심부 부근에서의 코어부(21)에 접근하도록 상방으로 돌출되어 돌출부(12a)를 이루고 있다. 돌출부(12a)와 코어부(21)의 사이는 좁은 공간으로 되어 있고, 또한 저부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁게 되어 있으며, 이들 좁은 공간은 케이스체(20)에 연통하고 있다. 그리고 케이스체(20)에는 퍼지 가스인 Ar 가스를 좁은 공간 내에 공급해서 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 마련되어 있다. 또한 진공 용기(1)의 저부(14)에는, 히터 유닛(7)의 하방에서 주위 방향으로 소정의 각도 간격으로, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 복수의 퍼지 가스 공급관(73)이 마련되어 있다(도 5에는 하나의 퍼지 가스 공급관(73)을 도시함). 또한, 히터 유닛(7)과 회전 테이블(2)의 사이에는, 히터 유닛(7)이 마련된 영역에의 가스의 침입을 억제하기 위해서, 외측 부재(71b)의 내주벽(내측 부재(71a)의 상면)으로부터 돌출부(12a)의 상단과의 사이를 주위 방향에 걸쳐서 덮는 덮개 부재(7a)가 마련되어 있다. 덮개 부재(7a)는, 예를 들어 석영으로 형성되어 있다.
또한, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있어, 천장판(11)과 코어부(21)의 사이의 공간(52)에 분리 가스인 Ar 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 공간(52)에 공급된 분리 가스는, 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(50)을 통해서 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역의 측의 표면을 따라 주연을 향해서 토출된다. 간극(50)은, 분리 가스에 의해 공간(481, 482)보다도 높은 압력으로 유지될 수 있다. 따라서, 간극(50)에 의해, 아미노실란 가스 흡착 영역(P1)에 공급되는 아미노실란 가스와 산화 가스 공급 영역(P2)에 공급되는 산화 가스가, 중심 영역(C)을 통과해서 혼합하는 것이 억제된다. 즉, 간극(50)(또는 중심 영역(C))은, 분리 공간(H)(또는 분리 영역(D))과 마찬가지로 기능한다.
또한, 진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 외부의 반송 암(10)과 회전 테이블(2)의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 반송구(15)는, 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐된다. 회전 테이블(2)의 하방에는, 웨이퍼(W)의 전달 위치에 대응하는 부위에, 오목부(24)를 관통해서 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어 올리기 위한 전달용 승강 핀 및 그 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 마련되어 있다.
이어서, 도 6부터 도 8까지를 참조하면서, 플라스마 발생원(80)에 대해서 설명한다. 도 6은, 도 1의 성막 장치에 마련되는 플라스마 발생원(80)의 단면도이며, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따른 플라스마 발생원(80)의 단면을 나타낸다. 도 7은, 도 1의 성막 장치에 마련되는 플라스마 발생원(80)의 다른 단면도이며, 회전 테이블(2)의 반경 방향과 직교하는 방향을 따른 플라스마 발생원(80)의 단면을 나타낸다. 도 8은, 도 1의 성막 장치에 마련되는 플라스마 발생원(80)의 상면도이다. 도시의 편의상, 이들 도면에서 일부 부재를 간략화하고 있다.
도 6을 참조하면, 플라스마 발생원(80)은, 프레임 부재(81)와, 패러데이 차폐판(82)과, 절연판(83)과, 안테나(85)를 구비한다. 프레임 부재(81)는, 고주파 투과성 재료로 제작되고, 상면으로부터 오목하게 된 오목부를 가져, 천장판(11)에 형성된 개구부(11a)에 끼워진다. 패러데이 차폐판(82)은, 프레임 부재(81)의 오목부 내에 수용되어, 상부가 개구된 대략 상자 형상을 갖는다. 절연판(83)은, 패러데이 차폐판(82)의 저면 상에 배치된다. 안테나(85)는, 절연판(83)의 상방에 지지되어, 대략 팔각형의 평면 형상을 갖는 코일상으로 형성되어 있다.
천장판(11)의 개구부(11a)는, 복수의 단차부를 갖고 있으며, 그 중 하나의 단차부에는 전체 주위에 걸쳐서 홈부가 형성되고, 홈부에 예를 들어 O-링 등의 시일 부재(81a)가 끼워져 있다. 한편, 프레임 부재(81)는, 개구부(11a)의 단차부에 대응하는 복수의 단차부를 갖는다. 이에 의해, 프레임 부재(81)를 개구부(11a)에 끼우면, 복수의 단차부 중 1개의 단차부의 이면이 개구부(11a)의 홈부에 끼워진 시일 부재(81a)와 접하여, 천장판(11)과 프레임 부재(81)의 사이의 기밀성이 유지된다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 천장판(11)의 개구부(11a)에 끼워지는 프레임 부재(81)의 외주를 따른 압박 부재(81c)가 마련되고, 이에 의해, 프레임 부재(81)가 천장판(11)에 대하여 하방으로 압박된다. 이 때문에, 천장판(11)과 프레임 부재(81)의 사이의 기밀성이 보다 확실하게 유지된다.
프레임 부재(81)의 하면은, 진공 용기(1) 내의 회전 테이블(2)에 대향하고 있고, 그 하면의 외주에는 전체 주위에 걸쳐서 하방으로(회전 테이블(2)을 향해서) 돌기하는 돌기부(81b)가 마련되어 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 플라스마 처리 영역(P3)이 구획 형성되어 있다. 또한, 돌기부(81b)의 하면과 회전 테이블(2)의 표면의 간격은, 분리 공간(H)(도 4)에서의 제1 천장면(44)의 회전 테이블(2)의 상면에 대한 높이(h1)와 거의 동일해도 된다.
또한, 플라스마 처리 영역(P3)에는, 돌기부(81b)를 관통한 반응 가스 노즐(33)이 연장되어 있다. 반응 가스 노즐(33)에는, 일 실시 형태에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, Ar 가스가 충전되는 아르곤 가스 공급원(90)과, N2 가스가 충전되는 질소 가스 공급원(91)과, H2 가스가 충전되는 수소 가스 공급원(92)이 접속되어 있다. 아르곤 가스 공급원(90), 질소 가스 공급원(91) 및 수소 가스 공급원(92)으로부터, 대응하는 유량 제어기(93, 94, 95)에 의해 유량이 제어된 Ar 가스, N2 가스 및 H2 가스가, 소정의 유량비(혼합비)로 플라스마 처리 영역(P3)에 공급된다.
또한, 반응 가스 노즐(33)에는, 그 길이 방향을 따라서 소정 간격(예를 들어 10mm)으로 복수의 토출 구멍(33h)이 형성되어 있어, 토출 구멍(33h)으로부터 상술한 Ar 가스, N2 가스 및 H2 가스가 토출된다. 토출 구멍(33h)은, 도 7에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)에 대하여 수직인 방향으로부터 회전 테이블(2)의 회전 방향의 상류측을 향해서 기울어져 있다. 이 때문에, 반응 가스 노즐(33)로부터 공급되는 혼합 가스는, 회전 테이블(2)의 회전 방향과 역의 방향으로, 구체적으로는, 돌기부(81b)의 하면과 회전 테이블(2)의 표면의 사이의 간극을 향해서 토출된다. 이에 의해, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라 플라스마 발생원(80)보다도 상류측에 위치하는 제2 천장면(45)의 하방의 공간으로부터 산화 가스나 분리 가스가, 플라스마 처리 영역(P3) 내에 유입되는 것이 억제된다. 또한, 상술한 바와 같이, 프레임 부재(81)의 하면의 외주를 따라 형성되는 돌기부(81b)가 회전 테이블(2)의 표면에 근접하고 있기 때문에, 반응 가스 노즐(33)로부터의 가스에 의해 플라스마 처리 영역(P3) 내의 압력을 용이하게 높게 유지할 수 있다. 이것에 의해서도, 산화 가스나 분리 가스가 플라스마 처리 영역(P3) 내에 유입되는 것이 억제된다.
패러데이 차폐판(82)은, 금속 등의 도전성 재료로 제작되어, 도시는 생략하지만 접지되어 있다. 도 8에 명확하게 도시된 바와 같이, 패러데이 차폐판(82)의 저부에는, 복수의 슬릿(82s)이 형성되어 있다. 각 슬릿(82s)은, 대략 팔각형의 평면 형상을 갖는 안테나(85)가 대응하는 변과 거의 직교하도록 연장되어 있다.
또한, 패러데이 차폐판(82)은, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 상단의 2군데에서 외측으로 꺾여 구부러지는 지지부(82a)를 갖고 있다. 지지부(82a)가 프레임 부재(81)의 상면에 지지됨으로써, 프레임 부재(81) 내의 소정 위치에 패러데이 차폐판(82)이 지지된다.
절연판(83)은, 예를 들어 석영 유리에 의해 제작되어, 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 중공 관(파이프)을 예를 들어 3겹으로 권회함으로써 형성된다. 파이프 내에 냉각수를 순환시킬 수 있어, 이에 의해, 안테나(85)에 공급되는 고주파에 의해 안테나(85)가 고온으로 가열되는 것이 방지된다. 또한, 안테나(85)에는 세움 설치부(85a)가 마련되어 있고, 세움 설치부(85a)에 지지부(85b)가 설치되어 있다. 지지부(85b)에 의해, 안테나(85)가 패러데이 차폐판(82) 내의 소정 위치에 유지된다. 또한, 지지부(85b)에는, 매칭 박스(86)를 통해서 고주파 전원(87)이 접속되어 있다. 고주파 전원(87)은, 예를 들어 13.56MHz의 주파수를 갖는 고주파를 발생시킨다.
이러한 플라스마 발생원(80)에 의하면, 매칭 박스(86)를 통해서 고주파 전원(87)으로부터 안테나(85)에 고주파 전력을 공급하면, 안테나(85)에 의해 전자계가 발생한다. 전자계 중 전계 성분은, 패러데이 차폐판(82)에 의해 차폐되기 때문에, 하방으로 전파할 수는 없다. 한편, 자계 성분은 패러데이 차폐판(82)의 복수의 슬릿(82s)을 통해서 플라스마 처리 영역(P3) 내에 전파한다. 자계 성분에 의해, 반응 가스 노즐(33)로부터 소정의 유량비(혼합비)로 플라스마 처리 영역(P3)에 공급되는 개질 가스로부터 플라스마가 발생한다. 이와 같이 하여 발생하는 플라스마에 의하면, 웨이퍼(W) 상에 퇴적되는 박막에의 조사 손상이나, 진공 용기(1) 내의 각 부재의 손상 등을 저감할 수 있다.
또한, 성막 장치에는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 마련되어 있다. 제어부(100)의 메모리 내에는, 제어부(100)의 제어 하에, 후술하는 성막 방법을 성막 장치에 실시시키는 프로그램이 저장되어 있다. 프로그램은, 후술하는 성막 방법을 실행하도록 스텝 군이 짜여져 있다. 프로그램은, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 매체(102)에 기억되어 있어, 소정의 판독 장치에 의해 기억부(101)에 판독되어, 제어부(100) 내에 인스톨된다.
(성막 방법)
일 실시 형태의 성막 방법에 대해서, 상술한 성막 장치를 사용해서 실리콘 산화막(SiO2막)을 성막하는 경우를 예로 들어 설명한다. 도 9는, 일 실시 형태의 성막 방법의 흐름을 도시하는 도면이다. 도 10은, 일 실시 형태의 성막 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 일 실시 형태에서는, 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 표면에 트렌치(T)가 형성된 웨이퍼(W)의 트렌치(T)에 실리콘 산화막을 매립 성막하는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 트렌치(T)는, 웨이퍼(W)의 표면(U)에 형성되어 있는 오목부의 일례이며, 트렌치(T) 외에, 비아 홀 등이 형성되어 있어도 된다. 또한, 웨이퍼(W)의 표면에 실리콘 질화막 등의 하지막이 형성되어 있어도 된다.
먼저, 게이트 밸브를 개방하여, 외부로부터 반송 암(10)에 의해 반송구(15)를 통해서 웨이퍼(W)를 회전 테이블(2)의 오목부(24) 내에 전달한다. 웨이퍼(W)의 전달은, 오목부(24)가 반송구(15)에 면하는 위치에 정지했을 때 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통해서 진공 용기(1)의 저부측으로부터 승강 핀이 승강함으로써 행하여진다. 이러한 웨이퍼(W)의 수수를, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜서 행하여, 회전 테이블(2)의 5개의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼(W)를 적재한다.
계속해서 게이트 밸브를 닫고, 진공 펌프(64)에 의해 도달 가능 진공도까지 진공 용기(1) 내를 배기한다. 그 후, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스로서 Ar 가스를 소정 유량으로 토출하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72)으로부터 Ar 가스를 소정 유량으로 토출한다. 또한, 압력 제어기(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 제어한다. 이어서, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 예를 들어 5rpm의 회전 속도로 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 예를 들어 400℃로 가열한다.
그 후, 반응 가스 노즐(31)로부터 아미노실란 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 O3 가스를 공급한다. 또한, 반응 가스 노즐(33)로부터 Ar/N2/H2 가스를 공급하고, 플라스마 발생원(80)의 안테나(85)에 대하여 13.56MHz의 주파수를 갖는 고주파를 예를 들어 4000W의 전력으로 공급한다. 이에 의해, 플라스마 발생원(80)과 회전 테이블(2)의 사이의 플라스마 처리 영역(P3)에서 플라스마가 생성된다. 플라스마에는, NH 활성종이나 고에너지 입자가 생성되어 있다.
회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)는, 아미노실란 가스 흡착 영역(P1), 분리 영역(D), 산화 가스 공급 영역(P2), 플라스마 처리 영역(P3) 및 분리 영역(D)을 이 순서대로 반복해서 통과한다. 아미노실란 가스 흡착 영역(P1)에서, 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면(U)이나 트렌치(T)의 내면에 SiH3기가 생성된다(스텝 S11). 분리 영역(D)을 통과한 후, 산화 가스 공급 영역(P2)에서, 웨이퍼(W)의 표면(U)이나 트렌치(T)의 내면에 생성된 SiH3기가 O3 가스 분자에 의해 산화된다(스텝 S12). 이에 의해, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 트렌치(T)의 내면을 따라 수산기(OH기)가 생성된다.
이어서, 플라스마 발생원(80)의 플라스마 처리 영역(P3)에 웨이퍼(W)가 도달하면, 웨이퍼(W)는 Ar/N2/H2 가스에 의해 생성된 플라스마에 노출된다(스텝 S13). 이때, OH기의 일부는 플라스마에 포함되는 NH 활성종의 충돌에 의해 아미노기(NH2기)로 치환된다. 플라스마는, 웨이퍼(W)의 표면(U)이나, 트렌치(T)의 개구 부근에는 도달하지만, 트렌치(T)의 저부 부근까지는 도달하기 어렵다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 표면(U)과 트렌치(T)의 개구 부근의 측면에서, 비교적 다량의 OH기가 NH2기로 치환된다. 그 결과, 도 10의 (c)에 도시된 바와 같이, 트렌치(T)의 저부 및 저부 부근의 측면에서 OH기의 밀도가 높고, 트렌치(T)의 개구 및 웨이퍼(W)의 표면(U)을 향해서 밀도가 낮아지도록 OH기가 분포한다.
이어서, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 아미노실란 가스 흡착 영역(P1)에 다시 도달하면, 반응 가스 노즐(31)로부터 공급되는 아미노실란 가스의 분자가 웨이퍼(W)의 표면(U)이나 트렌치(T)의 내면에 흡착된다. 이때, 아미노실란 가스의 분자는, OH기에 흡착되기 쉽고, NH2기에 흡착되기 어렵기 때문에, 도 10의 (d)에 도시된 바와 같이, OH기의 분포를 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 측면에서 밀도가 높고, 트렌치(T)의 개구를 향해서 밀도가 낮아지도록 아미노실란 가스의 분자가 흡착된다.
계속해서, 웨이퍼(W)가 산화 가스 공급 영역(P2)을 통과할 때, 웨이퍼(W)의 표면(U)이나 트렌치(T)의 내면에 흡착된 아미노실란 가스가 O3 가스에 의해 산화되어, 실리콘 산화막이 더 성막된다. 이때, 실리콘 산화막의 막 두께 분포는, 트렌치(T)의 내면에 흡착된 아미노실란 가스의 밀도가 반영된다. 즉, 실리콘 산화막은, 트렌치(T)의 저부 및 저부 부근의 측면에서 두꺼워지고, 트렌치(T)의 개구를 향해서 얇아지고 있다. 그리고, 아미노실란 가스의 산화에 의해 생성된 OH기가 실리콘 산화막의 표면에 흡착된다.
이어서, 웨이퍼(W)가 다시 플라스마 발생원(80)의 플라스마 처리 영역(P3)에 도달하면, 상술한 바와 같이, 트렌치(T)의 저부 및 저부 부근의 측면에서 OH기의 밀도가 높고, 트렌치(T)의 개구를 향해서 밀도가 낮아지도록 OH기가 분포한다.
그 후, 상술한 프로세스가 반복되면, 실리콘 산화막은 트렌치(T)의 저부로부터 두꺼워져 간다. 실리콘 산화막이 더욱 두꺼워져 가면, 보이드가 생기지 않고 트렌치(T)가 실리콘 산화막으로 매립되어, 트렌치(T)의 매립이 완료된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 일 실시 형태의 성막 방법에 의하면, 플라스마 처리 영역(P3)에서 행하여지는 실리콘 산화막(111)의 개질 처리에 있어서, 개질 가스로서 Ar/N2/H2 가스를 플라스마로 활성화해서 공급한다. 이에 의해, 후의 에칭 공정에 의해 심이 발생하기 어려운 실리콘 산화막을 성막할 수 있다. 또한, 개질 가스로서 Ar/N2/H2 가스를 플라스마로 활성화해서 공급함으로써, 후의 에칭 공정에 의해 심이 발생하기 어려운 실리콘 산화막을 성막할 수 있는 메커니즘 및 실시 결과에 대해서는 후술한다.
또한, 상기 성막 방법에서는, Ar/N2/H2 가스를 플라스마에 의해 활성화해서 공급하여, 실리콘 산화막의 개질 처리를 행하는 경우를 나타냈지만, 개질 처리에 사용되는 혼합 가스는 N2 가스 및 H2 가스를 포함하고 있으면, 다른 혼합 가스이어도 된다. 예를 들어, Ar 가스 대신에 He 가스를 포함하는 He/N2/H2 가스나, Ar 가스에 더하여 He 가스를 포함하는 Ar/He/N2/H2 가스를 사용할 수도 있다. 이 경우에도, 상기 성막 방법과 마찬가지로, 플라스마에 의해 활성화함으로써, NH 활성종이 생성된다.
(메커니즘)
개질 가스로서 Ar/N2/H2 가스를 플라스마로 활성화해서 공급함으로써, 후의 에칭 공정에 의해 심이 발생하기 어려운 실리콘 산화막을 성막할 수 있는 메커니즘에 대해서 설명한다.
먼저, 플라스마 발생원(80)에서 생성되는 플라스마에 의해 활성화되는 개질 가스에 대해서 설명한다. 일반적으로, 아미노실란 가스를 원료 가스로 해서 실리콘 산화막을 성막하는 경우, OH기가 흡착 사이트가 되어, OH기 상에 아미노실란 가스는 흡착된다. 그러나, 웨이퍼(W)의 표면에 오목부가 형성되어, 해당 오목부에 매립 성막을 행하는 경우, 오목부의 상부의 개구를 막아서 내부에 보이드가 형성되지 않도록 하기 위해서, 오목부의 저면으로부터 서서히 상방으로 성막이 진행되는 보텀 업 성막(V자 성막)이 선호된다.
개질 가스로서 H2 가스와 O2 가스의 혼합 가스(이하, 「H2/O2 가스」라고 함)를 플라스마로 활성화하면, 양호한 막질의 막을 성막할 수 있지만, 웨이퍼(W)의 상면에 아미노실란 가스의 흡착 사이트인 OH기가 형성된다. 그 때문에, 보텀 업 성막이 곤란하다.
보텀 업 성막을 행하기 위해서, H2 가스를 포함하지 않는 개질 가스, 예를 들어 Ar 가스와 O2 가스의 혼합 가스(이하, 「Ar/O2 가스」라고 함)나 Ar 가스와 N2 가스의 혼합 가스(이하, 「Ar/N2 가스」라고 함)가 사용되는 경우가 있다. 그러나, 개질 가스로서 Ar/O2 가스나 Ar/N2 가스를 사용하면, 후의 에칭 공정에서 오목부 내에 매립된 실리콘 산화막의 일부를 에칭할 때, 오목부 내에 심(이음매)이 발생하는 경우가 있다.
그래서, 일 실시 형태에서는, N2 가스와 H2 가스를 포함하는 혼합 가스(이하, 「N2/H2 가스」라고 함)를 플라스마로 활성화해서 공급하는 개질 처리를 포함하는 공정에 의해 실리콘 산화막을 성막하여, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 오목부 내에 충전한다(매립한다). 이와 같이, 개질 처리에서 N2/H2 가스를 사용하면, 실리콘 산화막의 표면의 OH기(도 11의 (a) 참조)는, 개질 처리에서 공급되는 NH 활성종에 의해 NH2기로 치환된다(도 11의 (b) 참조). 한편, 개질 처리에서 Ar/N2 가스를 사용하면, 실리콘 산화막의 표면의 OH기(도 12의 (a) 참조)는, 개질 처리에서 N기로 치환된다(도 12의 (b) 참조).
여기서, Si-N 결합의 결합 해리 에너지는 302kJ/mol이며, Si-NH2 결합의 결합 해리 에너지는 286kJ/mol이므로, Si-NH2 결합은 Si-N 결합에 비해서 O3 가스에 의해 치환되기 쉽다. 그 때문에, Si-NH2 결합에 O3 가스가 공급되면, Si-NH2 결합이 절단되어 인접하는 Si 원자끼리가 O 원자를 통해 화학 결합(Si-O-Si 결합)을 형성한다(도 11의 (c) 참조). 이렇게 막 내에 물리 결합에 의한 경계 부분이 생기기 어렵기 때문에, 후의 에칭 공정에서 심이 생기는 것을 억제할 수 있는 것으로 추정된다.
한편, 개질 처리에서 Ar/N2 가스를 사용하는 경우, Si-N 결합에 O3 가스가 공급되면, 인접하는 Si 원자간에 있어서 O 원자를 통한 화학 결합이 형성되기 어렵다. 그 때문에, 막 내에는, 화학 결합보다도 결합력이 약한 OH기끼리가 인접하는 물리 결합에 의한 경계 부분이 생긴다(도 12의 (c) 참조). 이렇게 막 내에 물리 결합에 의한 경계 부분이 생기기 쉽기 때문에, 후의 에칭 공정에서 물리 결합에 의한 경계 부분이 다른 부분보다도 에칭되어 심이 생기는 것으로 추정된다.
(실시예)
일 실시 형태의 성막 방법을 실시하여, 실시 결과의 평가를 행한 실시예 1에 대해서 설명한다. 실시예 1에서는, 웨이퍼(W)로서, 표면에 트렌치가 형성된 실리콘 웨이퍼를 사용하였다.
먼저, 상술한 성막 장치의 회전 테이블(2)의 오목부(24) 내에 실리콘 웨이퍼를 적재하여, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스로서 Ar 가스를 토출하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72)으로부터 Ar 가스를 토출하였다. 또한, 압력 제어기(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 제어하였다. 이어서, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의해 실리콘 웨이퍼를 처리 온도로 가열하였다.
그 후, 반응 가스 노즐(31)로부터 아미노실란 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 산화 가스를 공급하였다. 또한, 반응 가스 노즐(33)로부터 개질 가스를 공급하고, 플라스마 발생원(80)의 안테나(85)에 대하여 13.56MHz의 주파수를 갖는 고주파를 공급하였다.
그리고, 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 실리콘 웨이퍼를, 아미노실란 가스 흡착 영역(P1), 분리 영역(D), 산화 가스 공급 영역(P2), 플라스마 처리 영역(P3) 및 분리 영역(D)을 이 순서대로 반복해서 통과시켜서, 트렌치 내에 실리콘 산화막의 매립을 행하였다. 또한, 실시예 1에서는, 트렌치 내의 일부분에 실리콘 산화막이 매립되도록 처리 시간을 조정하였다.
처리 조건은 이하와 같다.
처리 온도: 400℃
처리 압력: 240Pa
아미노실란 가스: 디이소프로필아미노실란(DIPAS) 가스
산화 가스: O3 가스
개질 가스: Ar/O2 가스, Ar/N2 가스, Ar/N2/H2 가스
고주파 전력: 4000W
회전 테이블(2)의 회전 속도: 20rpm
계속해서, 주사형 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)을 사용하여, 트렌치 내의 일부분에 매립된 실리콘 산화막을 관찰함으로써, 실리콘 산화막의 단차 피복성을 평가하였다.
도 13은, 실시예 1의 실시 결과를 도시하는 도면이며, 개질 가스의 종류와 단차 피복성의 관계를 나타낸다. 도 13 중, 횡축에 개질 가스의 종류를 나타내고, 종축에 트렌치의 높이 방향의 상부(이하, 「TOP」이라고 함)에 대한 중앙부(이하, 「MID」라고 함)의 막 두께의 비율[％]을 나타낸다.
도 13에 도시된 바와 같이, Ar/N2/H2 가스를 사용한 경우, TOP에 대한 MID의 막 두께의 비율은, N2/H2 가스의 유량비가 1:1, 1:2, 1:3의 어느 경우에든, 250 내지 300％의 범위 내이었다. 한편, Ar/O2 가스를 사용한 경우, TOP에 대한 MID의 막 두께의 비율은, 100 내지 150％의 범위 내이었다. 또한, Ar/N2 가스를 사용한 경우, TOP에 대한 MID의 막 두께의 비율은, 150 내지 200％의 범위 내이었다.
이들 결과로부터, Ar/N2/H2 가스를 사용함으로써, Ar/O2 가스나 Ar/N2 가스를 사용하는 경우와 비교하여, TOP에 대한 MID의 막 두께의 비율을 높게 할 수 있다고 할 수 있다. 즉, Ar/N2/H2 가스를 사용함으로써, Ar/O2 가스나 Ar/N2 가스를 사용하는 경우와 비교하여, 보텀 업 성막을 촉진할 수 있다.
이어서, 일 실시 형태의 성막 방법을 실시하여, 실시 결과의 평가를 행한 실시예 2에 대해서 설명한다. 실시예 2에서는, 실시예 1과 마찬가지로, 웨이퍼(W)로서, 표면에 트렌치가 형성된 실리콘 웨이퍼를 사용하였다.
먼저, 상술한 성막 장치의 회전 테이블(2)의 오목부(24) 내에 실리콘 웨이퍼를 적재하여, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스로서 Ar 가스를 토출하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72)으로부터 Ar 가스를 토출하였다. 또한, 압력 제어기(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 제어하였다. 이어서, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의해 실리콘 웨이퍼를 처리 온도로 가열하였다.
그 후, 반응 가스 노즐(31)로부터 아미노실란 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 산화 가스를 공급하였다. 또한, 반응 가스 노즐(33)로부터 개질 가스를 공급하고, 플라스마 발생원(80)의 안테나(85)에 대하여 13.56MHz의 주파수를 갖는 고주파를 공급하였다.
그리고, 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 실리콘 웨이퍼를, 아미노실란 가스 흡착 영역(P1), 분리 영역(D), 산화 가스 공급 영역(P2), 플라스마 처리 영역(P3) 및 분리 영역(D)을 이 순서대로 반복해서 통과시켜서, 트렌치 내에 실리콘 산화막의 매립을 행하였다. 또한, 실시예 2에서는, 트렌치 내에 실리콘 산화막이 완전히 매립되도록 처리 시간을 조정하였다. 처리 조건은, 처리 시간을 제외하고 실시예 1과 동일하다.
계속해서, 희불산(DHF: Diluted Hydrofluoric Acid)을 사용한 습식 에칭법에 의해, 실리콘 웨이퍼의 표면이 노출될 때까지 실리콘 산화막을 에칭해서 제거하였다.
계속해서, 주사형 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)을 사용하여, 트렌치 내에 잔존한 실리콘 산화막에 심이 생겼는지 여부를 확인하였다.
도 14는, 실시예 2의 실시 결과를 도시하는 도면이며, 트렌치 내에 매립된 실리콘 산화막의 에칭 전후의 단면을 나타내는 SEM상이다. 도 14의 (a) 및 도 14의 (b)는, 각각 개질 가스로서 Ar/O2 가스(O2 가스 공급량: 75sccm)를 사용했을 때의 에칭 전후의 SEM 화상이다. 도 14의 (c) 및 도 14의 (d)는, 각각 개질 가스로서 Ar/N2 가스(N2 가스 공급량: 50sccm)를 사용했을 때의 에칭 전후의 SEM 화상이다. 도 14의 (e) 및 도 14의 (f)는, 각각 개질 가스로서 Ar/N2/H2 가스(N2 가스 공급량: 50sccm, H2 가스 공급량: 100sccm)를 사용했을 때의 에칭 전후의 SEM 화상이다. 또한, 도 14의 SEM 화상에서는, 심이 생긴 부분에 가상선(파선)을 부여하고 있다.
먼저, 트렌치 내에의 실리콘 산화막의 매립 특성에 대해서 검토한다. 도 14의 (a), 도 14의 (c) 및 도 14의 (e)에 도시된 바와 같이, 개질 가스로서 Ar/O2 가스, Ar/N2 가스 및 Ar/N2/H2 가스를 사용한 경우, 보이드, 심 등을 생기게 하지 않고 트렌치 내에 실리콘 산화막을 매립할 수 있었다. 즉, 개질 가스로서, 상기 어느 가스를 사용해도 양호한 매립 특성이 얻어진다고 할 수 있다.
이어서, 매립 후의 에칭에 의한 영향에 대해서 검토한다. 도 14의 (f)에 도시된 바와 같이, 개질 가스로서 Ar/N2/H2 가스를 사용한 경우, 트렌치 내에 매립된 실리콘 산화막에 심은 생기지 않았다. 한편, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 개질 가스로서 Ar/O2 가스를 사용한 경우, 트렌치 내에 매립된 실리콘 산화막에는 큰 심이 생겼다. 또한, 도 14의 (d)에 도시된 바와 같이, 개질 가스로서 Ar/N2 가스를 사용한 경우, 트렌치 내에 매립된 실리콘 산화막에는 작은 심이 생겼다. 즉, 개질 가스로서 Ar/N2/H2 가스를 사용함으로써, 매립 후의 에칭에 의해 심이 생기기 어려운 실리콘 산화막을 트렌치 내에 매립할 수 있다고 할 수 있다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 다양한 형태에서 생략, 치환, 변경되어도 된다.

Claims (8)

  1. 표면에 오목부가 형성된 기판 상에 아미노실란 가스를 흡착시키는 스텝과,
    상기 기판에 산화 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 흡착된 상기 아미노실란 가스를 산화시켜 상기 기판 상에 실리콘 산화막을 퇴적시키는 스텝과,
    상기 실리콘 산화막에 질소 가스 및 수소 가스를 포함하는 혼합 가스를 플라스마에 의해 활성화해서 공급하여, 상기 실리콘 산화막의 개질 처리를 행하는 스텝을
    포함하는 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개질 처리를 행하는 스텝에서는, NH 활성종을 생성하는, 성막 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 질소 가스의 공급량에 대한 상기 수소 가스의 공급량의 비는, 1 내지 3의 범위 내인, 성막 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아미노실란 가스를 흡착시키는 스텝, 상기 실리콘 산화막을 퇴적시키는 스텝 및 상기 개질 처리를 행하는 스텝은, 반복해서 행하여지는, 성막 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아미노실란 가스를 흡착시키는 스텝, 상기 실리콘 산화막을 퇴적시키는 스텝 및 상기 개질 처리를 행하는 스텝은, 상기 오목부에 상기 실리콘 산화막이 충전될 때까지 반복되는, 성막 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아미노실란 가스를 흡착시키는 스텝과 상기 실리콘 산화막을 퇴적시키는 스텝의 사이, 및 상기 개질 처리를 행하는 스텝과 상기 아미노실란 가스를 흡착시키는 스텝의 사이에는, 상기 기판에 제1 퍼지 가스 및 제2 퍼지 가스를 공급하는 스텝이 각각 마련되어 있는, 성막 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기판은, 진공 용기 내에 마련된 회전 테이블 상의 주위 방향을 따라 배치되고,
    상기 진공 용기 내의 상기 회전 테이블의 상방에는, 상기 회전 테이블의 회전 방향을 따라서 아미노실란 가스 흡착 영역과, 제1 분리 영역과, 산화 가스 공급 영역과, 플라스마 처리 영역과, 제2 분리 영역이 마련되고, 상기 회전 테이블을 회전시킴으로써 상기 아미노실란 가스를 흡착시키는 스텝, 상기 제1 퍼지 가스를 공급하는 스텝, 상기 실리콘 산화막을 퇴적시키는 스텝, 상기 개질 처리를 행하는 스텝 및 상기 제2 퍼지 가스를 공급하는 스텝이 반복되는, 성막 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판의 표면에는, 실리콘 질화막으로 이루어지는 하지막이 미리 형성되어 있는, 성막 방법.
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