TW201523733A - 遮罩結構體之形成方法、成膜裝置及非暫時性記錄媒體 - Google Patents
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Abstract
本發明旨在提供一種遮罩結構體之形成方法、成膜裝置及非暫時性記錄媒體。其中，該遮罩結構體之形成方法，用來在含有矽與氧之絕緣膜上進行蝕刻，其特徵在於包含下列程序：在形成於基板之該絕緣膜上沉積第1矽膜；於該第1矽膜之表層形成反應阻止層；在該反應阻止層上形成第2矽膜；及對該第2矽膜供給含有鎢的化合物之處理氣體，將該第2矽膜之矽取代為鎢，而形成鎢膜。
Description
本發明，係關於含有W（鎢）膜之遮罩結構體之形成方法、成膜裝置、與用於該成膜裝置之非暫時性記錄媒體。
形成例如DRAM（Dynamic Random Access Memory）之電容器之程序中，業界探討於SiO2（氧化矽）膜形成相對較深的凹部，為此要求將相對於該SiO2膜蝕刻選擇性高之遮罩膜沉積在該SiO2膜上。亦即，蝕刻SiO2膜時，有將蝕刻耐性高之遮罩膜形成在SiO2膜上需要。又，已知使W膜成膜之技術。
[發明所欲解決之課題]
作為該遮罩膜，使用例如Si（矽）膜或摻雜雜質之Si膜。然而自蝕刻耐性評價可知，相較於此等Si膜W膜之蝕刻耐性高，有人探討作為該遮罩膜形成此W膜。然而，W膜相對於SiO2膜密接性低，若在SiO2膜上直接沉積W膜，W膜即會剝落，有SiO2膜因濺鍍受到損害之虞。
為改善該密接性，可考慮將TiN（氮化鈦）膜，作為相對於SiO2膜之密接層在SiO2膜上沉積，以此TiN膜為基底（密接層），使W膜成膜。具體說明以該TiN膜為基底形成W膜之手法。首先，在基板之SiO2膜上使該TiN膜成膜後，對基板供給SiH4（矽甲烷）氣體。為在TiN膜上增加活性部位，促進W膜成長並提高W膜之密度，供給此SiH4氣體。其後，例如交互供給WF6（六氟化鎢）氣體與SiH4氣體，形成種晶膜（W膜）。其後，供給WF6氣體與H2（氫）氣體，形成W膜。以此WF6氣體及氫氣形成之W膜，電阻低於該種晶膜，雜質少，結晶化度高。又，不形成該種晶膜，以WF6氣體及氫氣使該W膜成長相當困難。
如上述形成TiN膜後，需供給各種氣體，故如上述以TiN膜為基底使W膜成膜之手法中程序數多，相當麻煩。業界除如此要求抑制成膜之手續外，亦要求於基板之面內及基板間，提高關於W膜之厚度之均一性。
本發明提供一種技術，在含有矽與氧之絕緣膜上，形成該絕緣膜之蝕刻用遮罩結構體時，可抑制構成該遮罩結構體之鎢膜剝離，並就其膜厚高精度地控制。 [解決課題之手段]
依本發明之一實施形態之遮罩結構體之形成方法，用來在含有矽與氧之絕緣膜上進行蝕刻，其特徵在於包含下列程序：在形成於基板之該絕緣膜上沉積第1矽膜；於該第1矽膜之表層形成反應阻止層；在該反應阻止層上形成第2矽膜；及對該第2矽膜供給含有鎢的化合物之處理氣體，將該第2矽膜之矽取代為鎢，而形成鎢膜。
依本發明之另一實施形態之成膜裝置，對在反應容器內所載置之基板進行成膜處理，其特徵在於包含：加熱機構，用來對該反應容器內之該基板加熱；第1氣體供給部，對該反應容器內供給用來於該基板形成矽膜之矽膜形成用氣體；第2氣體供給部，對該反應容器內供給用來於該矽膜之表層形成反應阻止層之反應阻止層形成用氣體；第3氣體供給部，對該反應容器內供給含有用來將該矽膜之矽取代為鎢之鎢之化合物之鎢膜形成用氣體；壓力調整部，調整該反應容器內之壓力；及控制部，控制該加熱機構、該第1氣體供給部、該第2氣體供給部、該第3氣體供給部及該壓力調整部，俾進行下列程序：對該反應容器內供給該矽膜形成用氣體，在形成於該基板上且以矽與氧為主成分之絕緣膜上，形成第1矽膜；對該反應容器內供給該反應阻止層形成用氣體，於該第1矽膜之表層形成該反應阻止層；對該反應容器內供給該矽膜形成用氣體，在該反應阻止層上形成第2矽膜；及對該反應容器內供給該鎢膜形成用氣體，將該第2矽膜之矽取代為鎢，而形成鎢膜。
依本發明之另一實施形態，可提供一種非暫時性記錄媒體，為實施上述遮罩結構體形成方法，儲存有用於成膜裝置之程式。
以下，參照圖式，同時說明關於本發明之實施形態。下述之詳細之說明中，賦予大量具體的詳細內容，俾可充分理解本發明。然而，孰悉該技藝者即使無如此之詳細之說明亦可達成本發明係自明之事項。其他例中，為避免各種實施形態難以理解，不詳細揭示關於公知之方法、順序、系統或構成要素。[第1實施形態]
圖1係成膜裝置之略縱剖面圖，圖中2係以例如石英呈縱型之圓筒狀形成之反應容器。此反應容器2之下端，作為爐口開口，於該開口部21之周緣部，一體形成凸緣22。於反應容器2之下方，設置抵接該凸緣22之下表面，氣密地封閉開口部21之例如石英製蓋體3，俾藉由未圖示之晶舟升降部，沿上下方向移動，而可使開口部21開合。於蓋體3之中央部，貫通設置旋轉軸31，於旋轉軸31之上端部，搭載作為基板固持具之晶圓舟4。
此晶圓舟4，具有3根以上例如4根支柱41，於該支柱41形成溝槽（狹縫），俾將作為複數片例如125片被處理體之半導體晶圓（以下稱晶圓）10呈棚架狀固持。於該旋轉軸31之下部，設置作為使該旋轉軸31旋轉之驅動部之馬達32，因此晶圓舟4可以馬達32旋轉。且在蓋體3上設置保溫單元33，俾包圍該旋轉軸31。
設置用來對反應容器2內之晶圓10供給氣體之例如L字型注射器51、61、71、81，俾插入該反應容器2之下部之凸緣22。注射器51之基端側，連接作為氣體供給路之氣體供給管52。此氣體供給管52之基端側，自上游側起依序設置作為W膜形成用氣體之WF6氣體之供給源53、作為流量控制部之質量流量控制器54及閥55。
注射器61之基端側，連接作為氣體供給路之氣體供給管62。此氣體供給管62之基端側，自上游側起依序設置作為矽膜形成用氣體之SiH4氣體之供給源63、質量流量控制器64及閥65。注射器71之基端側，連接作為氣體供給路之氣體供給管72。此氣體供給管72之基端側，自上游側起依序設置H2（氫）氣體之供給源73、質量流量控制器74及閥75。於後述之變形例使用此等注射器71、氣體供給管72、H2（氫）氣體之供給源73、質量流量控制器74及閥75。
連接注射器81之基端側之氣體供給路82，於此例中分為2系統，於其一方自上游側起依序設置作為反應阻止層形成用氣體之氧（O2）氣體之供給源83、質量流量控制器84、閥85，且於另一方自上游側起依序設置氮（N2）氣體之供給源86、質量流量控制器87、閥88。各注射器、氣體供給源、質量流量控制器、閥及氣體供給路，構成氣體供給部。
且於反應容器2之上方，形成用來使反應容器2內排氣之排氣口23。此排氣口23，連接包含可使反應容器2內減壓排氣至所希望之真空度之真空泵24及壓力調整部25之排氣管26。於反應容器2之周圍，設置包含作為用來加熱反應容器2內之加熱機構之加熱器34之加熱爐35。
且於此成膜裝置，包含電腦所構成之控制部20。此控制部20，具有起動處理程式，讀取未圖示之記憶體內之處理配方之記載事項，根據該配方控制處理條件之功能，輸出用來分別控制加熱器34、壓力調整部25及各氣體供給部之氣體供給設備（閥、質量流量控制器等）之控制信號。包含該處理程式及處理配方（包含處理配方輸入用畫面資料）之軟體，儲存於記錄媒體，例如軟碟、光碟、磁光碟（所謂MO）等，安裝於控制部20。
其次參照圖2，與圖3～圖8之晶圓10之各膜之縱剖面圖，同時說明關於使用上述成膜裝置實施之遮罩結構體之形成方法之一例。圖2，係相互相對應地顯示反應容器2內之設定溫度及設定壓力之變化曲線，與對反應容器2內供給各氣體之時機之以該成膜裝置進行之處理之程序圖。
將既定片數Si所構成之多數之該晶圓10，呈棚架狀載置於晶圓舟4。於此晶圓10之表面，如圖3所示，使作為Si與O為主成分之絕緣膜之矽氧化膜（SiO2）101成膜，SiO2膜101之厚度L1，為例如1μm。控制反應容器2內之溫度為例如530℃，且對該反應容器2內供給氮氣，控制反應容器2內之壓力為大氣壓。於此例，處理晶圓W中，維持反應容器2內之設定溫度為530℃。又，未圖示之晶舟升降部上昇，藉此，將晶圓舟4送入反應容器2內（程序S1）。
凸緣22之下端開口部由蓋體3阻塞，呈待命狀態後（程序S2），以裝置之壓力調整部25降低反應容器2內之壓力（程序S3）。然後，停止對反應容器2供給氮氣，以該壓力調整部25維持反應容器2內為既定之壓力（程序S4）。其後，對反應容器2內供給氮氣，反應容器2內之壓力上昇至例如60Pa（0.45Torr），反應容器2內之溫度穩定化（程序S5）。
接著，停止對反應容器2內供給氮氣，並開始對反應容器2內供給SiH4氣體（程序S6）。以此SiH4氣體，在SiO2膜101上沉積非晶矽（a-Si）膜102（圖4）。此a-Si膜102，與後述之W膜105一齊係在蝕刻SiO2膜101之際之遮罩。為扮演作為此遮罩之角色，該a-Si膜102成膜，俾其厚度L2在例如300nm以上。且此a-Si膜102，相較於SiO2膜101對W膜105之密接性高，具有作為使W膜105密接SiO2膜101之密接層之角色。業界期待如此在SiO2膜101上形成之膜，係該密接層，且如後述係其表層可氧化或氮化而形成反應阻止層之膜。又，即使形成a-Si膜102，俾該L2約為5nm，亦具有作為密接層之角色，故厚度可在5nm以上。形成例如該L2在20nm以下之a-Si膜102時，難以以SiH4氣體成膜，故設定反應容器2內為約400℃，不使用SiH4氣體，代之以Si2H6（矽乙烷）氣體，以CVD成膜。如此使用Si2H6氣體時，可在SiO2膜101上直接形成a-Si膜102，亦可以胺基矽烷形成種晶層後，在該種晶層上形成a-Si膜102。
形成所希望之厚度之a-Si膜102後，停止對反應容器2內供給SiH4氣體，使反應容器2內之SiH4氣體排氣，自該反應容器2內去除之。然後，對反應容器2內供給氮氣與氧氣之混合氣體，反應容器2內之壓力，為例如133Pa（1.0Torr）。以此混合氣體中之氧氣使a-Si膜102之表層氧化，如圖5所示，形成作為氧化層之反應阻止層103（程序S7）。此反應阻止層103，如後述形成W膜105時，具有阻止其下層之a-Si膜102與WF6氣體反應之角色，為扮演該角色，其厚度L3宜為例如0.6nm～1.0nm，此例中為0.8nm～0.9nm。
然後，停止對反應容器2內供給該混合氣體，使該混合氣體排氣，自反應容器2內去除之。又，再對反應容器2內供給SiH4氣體（程序S8），控制反應容器2內之壓力為例如60Pa（0.45Torr）。又，如圖6所示，在反應阻止層103上，沉積a-Si膜104。如後述自a-Si膜104形成W膜105，故依所希望之W膜105之膜厚設定此a-Si膜104之膜厚。
形成該a-Si膜104後，即停止對反應容器2內供給SiH4氣體，使SiH4氣體排氣，自反應容器2內去除之。接著，對反應容器2內供給氮氣，控制反應容器2內之壓力為133Pa（1.0Torr）。持續供給氮氣，反應容器2內之溫度穩定化（程序S9）。
接著，停止對反應容器2內供給氮氣，並對反應容器2內供給WF6氣體（程序S10）。WF6氣體與a-Si膜104如下述之式1所示反應，自a-Si膜104取代為W膜105獲得進展（圖7）。3Si＋2WF6→2W＋3SiF4‧‧‧式1
該取代自a-Si膜104之上層朝下層進展，至a-Si膜104之下層止取代為W膜105後，上述式1之反應即因反應阻止層103停止。亦即以反應阻止層103，妨礙該WF6氣體與a-Si膜102接觸，故即使持續供給WF6氣體，亦可防止a-Si膜102取代為W膜105（圖8）。如此形成之W膜105中，其膜應力相對較大，為抑制因該膜應力膜剝離或形變等，其厚度L4，宜在100nm以下，此例中為50nm。又，a-Si膜104成膜後，供給WF6氣體而形成之W膜105，含有Si，故可係W為主成分之膜。本說明書中為便於說明，記載施行對矽膜供給含有鎢之化合物之處理氣體，將矽膜之矽取代為鎢之處理之膜為W膜。
然後，停止供給WF6氣體，使反應容器2內之WF6氣體排氣，自反應容器2內去除之（程序S11）。接著對反應容器2內供給氮氣（程序S12）。又，持續供給氮氣，並以壓力調整部25使反應容器2內之壓力上昇（程序S13），為大氣壓後晶舟升降部即下降，自反應容器2內送出晶圓舟4（程序S14）。
亦說明關於其後對晶圓10進行之處理。在W膜105上形成光阻膜106，該光阻膜106開口，形成圖案107（圖9）。沿此圖案107蝕刻W膜105。藉此，於W膜105形成圖案108（圖10）。作為W膜105之蝕刻用氣體，使用例如Cl2（氯）氣或CF4（四氟化碳）氣體。
然後，去除光阻膜106，如圖11所示，沿圖案108，蝕刻a-Si膜102、SiO2膜101，於SiO2膜101形成凹部109（圖11）。作為SiO2膜101之蝕刻用氣體，使用例如C4F6（六氟丁二烯）或C4F8（八氟丁烯）等氟類氣體。
使用該蝕刻用氣體蝕刻此SiO2膜101時，相對於W膜105對SiO2膜101之蝕刻選擇比大，亦即相較於SiO2膜101，以較慢之速度蝕刻W膜105。亦即，W膜105係相對於SiO2膜101之蝕刻用遮罩。且使用上述蝕刻用氣體時，SiO2膜101，相對於a-Si膜102蝕刻選擇比大，因此在形成該凹部109之途中，蝕刻W膜105而使其消失後，如已述，即以a-Si膜102為遮罩，持續蝕刻SiO2膜101（圖12）。於如此形成之凹部109，埋入構成例如DRAM之電容器。
依上述遮罩結構體之形成方法，在SiO2膜101上為密接W膜105而形成a-Si膜102，使此a-Si膜102之表層氧化，成為用來防止該a-Si膜102與WF6氣體反應之反應阻止層103。又，在此反應阻止層103上形成之a-Si膜104，取代為W膜105。藉此，可防止該a-Si膜102成為W膜105，故可防止W膜105剝離。且阻止該a-Si膜102成為W膜105，故可對應該a-Si膜104之厚度決定W膜105之厚度。因此，可高精度地控制該W膜105之厚度。
又，該WF6氣體與SiH4之反應性相對較高。即使於反應容器2內各部WF6氣體之濃度或流量不均一，依該反應性之高度，在晶圓10之面內各部，及晶圓10間，於該反應之進展程度發生差異，如上述，可阻止較反應阻止層103更下層側之反應，故亦可在晶圓10之面內及晶圓10間，高精度地控制W膜105之膜厚。亦即，本實施形態之手法，於一併處理大量晶圓10時，可在晶圓10之面內各部，及晶圓10間進行均一性高之處理，故有可實現處理能力之提升及防止降低良率之優點。
且發明所欲解決之課題之項目中，雖已說明以TiN膜為密接層形成W膜之例，但此TiN膜係密接層時亦與本實施形態之形成W膜105時相同，依W膜之膜應力於其厚度有限制。亦即，業界期待有時在此TiN膜之外，另外作為用來在W膜之下層蝕刻SiO2膜之遮罩，形成a-Si膜等膜。然而，如此形成作為遮罩之膜，會導致處理程序更複雜化。相對於此，依本實施形態之手法，a-Si膜102，兼扮演該密接層之角色與SiO2膜101之蝕刻遮罩之角色，故可抑制至形成W膜止形成於晶圓10之膜種之數量，防止處理之複雜化。
又，藉由對晶圓10供給Si2H6氣體，於該程序S8形成a-Si膜104時，作為變形例，可在該Si2H6氣體排氣後，供給程序S9之氮氣前，對反應容器2內供給氫氣。供給氫氣時反應容器2內之壓力，為例如800Pa（6.0Torr）。為降低反應容器2內之設定溫度至低於530℃之溫度，供給此氫氣，以下各程序S於如此降低之設定溫度中進展。藉由如此降低溫度，可防止自Si2H6氣體形成之a-Si膜104遷移，藉此，抑制W膜105之膜應力，抑制W膜105之變形或剝離。為防止因溫度降低上述式1之反應難以進展，在使用上述SiH4氣體形成a-Si膜104之例中，不供給氫氣。
亦可不形成a-Si膜102、104，代之以多晶矽膜。惟為如此形成多晶矽膜，需提高反應容器2內之設定溫度至高於以非晶矽形成膜102、104之情形。亦即，形成a-Si膜102、104之上述第1實施形態中，在形成W膜105前，可抑制反應容器2內之溫度升高，故於程序S9降低反應容器2內之溫度至設定溫度時，可實現至該設定溫度止時間之縮短化。因此，上述第1實施形態中，可更確實地抑制處理能力降低。
上述第1實施形態中，在將晶圓10收納於反應容器2內之情形下，直接進行自形成a-Si膜102至形成W膜105之處理，故可實現處理能力之提升。惟例如亦可至形成反應阻止層103止，於反應容器2之外部之裝置進行處理，然後，將晶圓10送入反應容器2內，至形成W膜105止，不自反應容器2內送出晶圓10而進行處理。自形成a-Si膜104至形成W膜105止，為防止因反應容器2之外部氛圍所含有之氧，使a-Si膜104之表層氧化而妨礙W膜105之形成，不自反應容器2內送出晶圓10較為有效。[第2實施形態]
其次，說明關於依第2實施形態之遮罩結構體之形成方法。此第2實施形態中，使用於第1實施形態所示之成膜裝置，形成沉積之W膜。例如依已述之S1～S11止之程序進行處理，於晶圓10形成W膜105，自反應容器2去除WF6氣體後，與程序S8相同，對反應容器2內供給SiH4氣體，在W膜105上形成a-Si膜111（圖13）。
其後，進行上述S9～S10之程序，使SiH4氣體排氣後，對反應容器2內供給WF6氣體。WF6氣體與a-Si膜111反應，自a-Si膜111取代為W膜112獲得進展，W膜112沉積於W膜105（圖14）。可更重複如此之對反應容器2內供給SiH4氣體與供給WF6氣體，如圖15所示，形成W膜113，形成3層沉積之W膜，亦可使W膜之沉積數在4以上。又，每一層之W膜之膜厚增大後，於成膜中W之晶粒即成長，因此，W膜之膜應力升高。然而，藉由沉積膜厚相對較小之W膜，可抑制各層中W之該晶粒成長，抑制膜應力增大，同時可藉由增多沉積數增大各層之合計之W膜之膜厚。依此手法，可形成W膜，使其合計各層有例如150nm以上之膜厚。每一層之W膜之膜厚，為例如50nm，此時，使例如W膜之合計膜厚為200nm，沉積數需為4。
且a-Si膜111取代為W膜112時，隨著自膜之表面朝底部，Si之濃度傾向於增大。因此，沿膜之深度方向Si之濃度之均一性（W之濃度之均一性），相較於a-Si膜111之膜厚大時，a-Si膜111之膜厚小時較佳。因此，沿膜之深度方向W之濃度之均一性，相較於膜厚大的a-Si膜111成膜，一口氣取代為W膜時，重複使膜厚小的a-Si膜111成膜與供給WF6氣體，依序沉積W膜之手法較佳。其後W膜112經過蝕刻程序，成為SiO2膜101之遮罩，而藉由使用W之濃度之均一性佳之W膜，可易於進行此蝕刻程序中之管理，順利地進行蝕刻。[第3實施形態]
其次說明關於使用上述成膜裝置進行之依第3實施形態之遮罩結構體之形成方法。第3實施形態中，亦使用第1實施形態所揭示之成膜裝置。此第3實施形態中，形成分別包含複數反應阻止層與W膜之沉積膜。如圖13所示，在W膜105上沉積a-Si膜111後，依上述程序S7供給氧氣，使a-Si膜111之表層氧化，形成反應阻止層121（圖16）。以下，依上述程序S8～S11進行處理。亦即，對反應容器2內供給SiH4氣體，在反應阻止層121上形成a-Si膜122後（圖17），對反應容器2內供給WF6氣體，自該a-Si膜122形成W膜123（圖18）。亦可更重複如此在W膜上沉積a-Si膜111及程序S8～S11，形成分別設置3層以上反應阻止層及W膜之沉積膜。
於第2、第3實施形態說明之形成沉積膜之情形，亦可獲得與於第1實施形態說明之形成沉積膜之情形相同之效果。如於第2、第3實施形態所揭示，W膜亦可為複數層。
又，各實施形態中作為反應阻止層，雖藉由使係密接層之a-Si膜之表層氧化形成，但亦可藉由使a-Si膜之表層氮化形成。作為用來氮化之氣體，可使用例如NH3（氨）、NO（一氧化氮）、N2O等（一氧化二氮）。不使用a-Si膜，代之以以上述多晶矽膜為密接層時，亦同樣地可使其表層氧化或氮化，使其為反應阻止層。且作為形成W膜之氣體，不限於WF6氣體，可使用例如WCl6（六氯化鎢）氣體。
且作為以W膜為遮罩之被蝕刻膜，不限於SiO2膜，只要是Si與O為主成分之膜即可。例如亦可為SiCOH膜或SiOC膜。
且亦可在a-Si膜成膜之際植入摻雜物。在a-Si膜成膜之際植入摻雜物，藉此，於成膜之W膜中分布摻雜物，故可改善W膜之蝕刻耐性。作為摻雜物植入之物質，可舉出例如，O（氧）、C（碳）、N（氮）、B（硼）、P（磷）、Ge（鍺）等。且下述揭示植入各元素之際使用之物質之例。O：N2O、NOC：C2H4等CxHyN：NH3B：BCl3、（三氯化硼）、B2H6（二硼烷）P：PH3（膦）Ge：GeH4（氫鍺）
可單獨植入此等物質，亦可組合複數之物質，植入摻雜物。評價試驗1
說明關於與本發明相關進行之評價試驗。於形成有SiO2膜101之晶圓10形成a-Si膜102後，供給WF6氣體，自a-Si膜102使W膜105成膜。亦即，此評價試驗1中與上述實施形態不同，不形成反應阻止層103及a-Si膜104。W膜105成膜後，就晶圓10之面內各部，觀察其縱剖面。圖19～圖21，示意顯示其縱剖面。
依觀察之處，可觀察到於W膜105之形成狀態差異相當大。具體而言，觀察未形成W膜105之處（參照圖19）、a-Si膜102之上層由W膜105取代，於W膜105之下層殘留未反應之a-Si膜102之處（參照圖20）、及a-Si膜102自上層至下層由W膜105取代，故無法觀察到該a-Si膜102之處（參照圖21）。上述a-Si膜102至下層皆由W膜105取代之處中，W膜105不密接SiO2膜101，觀察到自該SiO2膜101浮起。圖21中，顯示如此浮起之W膜105。
顯示各膜之厚度即知，圖19中a-Si膜102之厚度L11為362nm，SiO2膜101之厚度L12為99nm。圖20中W膜105之厚度L13為130nm，a-Si膜102之厚度L14為142nm，SiO2膜101之厚度L15為99nm。圖21中W膜105之厚度L16為130nm。
如已述a-Si膜102與WF6氣體之反應性相對較高，因此可想像於晶圓10之面內W膜105之形成狀況發生上述差異。又，自此評價試驗1之結果可知，可想像依該評價試驗1之成膜手法，使各晶圓10之面內所有處一致，俾呈如圖20所示之SiO2膜101、a-Si膜102、W膜105之沉積構造有其困難。亦即，可想像難以於晶圓10之面內所有處及複數之晶圓10，形成W膜105，且抑制W膜105之剝離。評價試驗2
與評價試驗1相同，於形成SiO2膜101之晶圓10形成a-Si膜102，且供給WF6氣體，自該a-Si膜102使W膜105成膜。成膜後，觀察晶圓10之剖面。此試驗中，於每一處理設定形成不同膜厚之該a-Si膜102。於一處理中該a-Si膜102之設定膜厚為30nm，於其他處理中該a-Si膜102之設定膜厚為100nm。
觀察結果，a-Si膜102之設定膜厚為30nm之晶圓10之W膜105之膜厚為22.3nm，a-Si膜102之設定膜厚為100nm之晶圓10之W膜105之膜厚為78.2nm。亦即，可知W膜105之膜厚，依a-Si膜102之膜厚變化。因此，自此評價試驗2可知，可以說於上述各實施形態，亦可依在反應阻止層103上形成之a-Si膜之膜厚，控制W膜之膜厚。評價試驗3
將搭載有複數片晶圓10之晶圓舟4送入反應容器2，與評價試驗1相同，在各晶圓10之SiO2膜101上形成a-Si膜102後，供給WF6氣體，自a-Si膜102形成W膜105。又，觀察分別搭載於晶圓舟4中晶圓10之載置區域之上部側、中央部、下部側之晶圓10之剖面。
觀察結果，可觀察到各晶圓10中，a-Si膜102至下層止由W膜105取代之處。該處中該W膜105之厚度，為相互大致相同之厚度。具體而言，配置於該載置區域之上部側之晶圓10之W膜105之膜厚、配置於中央部之晶圓10之W膜105之膜厚、配置於下部側之晶圓10之W膜105之膜厚，分別為79.6nm、79.3nm、78.2nm。就如此至下層止由W膜105取代之處，可確認有發生該W膜105相對於SiO2膜101剝離之處。可確認有如此完全由W膜105取代之處，另一方面，有a-Si膜102，與WF6氣體反應不充分，a-Si膜102殘留之處。自此評價試驗3亦可知，可想像難以不形成實施形態中說明之反應阻止層，而於晶圓10之面內所有處及複數之晶圓10間，形成W膜105，且抑制W膜105之剝離。評價試驗4
依上述第1實施形態對晶圓10進行處理，形成W膜105。形成W膜105後，觀察晶圓10之剖面。此處理中設定成膜裝置，俾a-Si膜102、104之膜厚，分別為150nm、100nm。且對在該晶圓10之外另外的晶圓10，依第1實施形態進行處理。惟針對此另一晶圓10之處理中，在形成a-Si膜104後，形成W膜105前，自反應容器2取出該晶圓10。就此晶圓10自反應容器2取出後，亦觀察其剖面。
圖22，顯示未形成上述W膜105之晶圓10各膜之剖面，圖23，顯示形成上述W膜105之晶圓10各膜之剖面。惟反應阻止層103相當薄，故各圖中作為a-Si膜102所包含者省略圖示。圖22中，a-Si膜102及a-Si膜104之合計膜厚L21，為272nm。亦即形成與設定之膜厚大致相同之膜厚之a-Si膜102、104。圖23中W膜105之膜厚L22，為69.3nm，a-Si膜102之膜厚L23為147nm。自其結果可知，較反應阻止層103更下層側之a-Si膜102不與WF6氣體反應而殘留。亦即，顯示藉由反應阻止層103，可阻止較該反應阻止層103更下層之a-Si膜與WF6氣體反應。因此，顯示相較於評價試驗1～3中記載之未形成反應阻止層103之手法，可高精度地控制W膜105之膜厚，防止W膜105剝離。評價試驗5
依上述第1實施形態進行處理，形成W膜105，觀察晶圓10各膜之剖面。與評價試驗4相同，設定成膜裝置而進行處理，俾a-Si膜102、104之膜厚，分別為150nm、100nm。此評價試驗5中，於晶圓舟4搭載100片晶圓10，一併處理此等晶圓10。此處理中，圖2之程序S7之氧氣供給2分鐘期間，程序S10之WF6氣體供給30分鐘期間。
處理結束後，將搭載於晶圓舟4之晶圓10之載置區域之上部側之晶圓10（上部側晶圓10）、載置於中央部之晶圓10（中央部晶圓10）、載置於下部側之晶圓10（下部側晶圓10）分別取出。又，就取出之各晶圓10之中心部與周緣部，觀察其剖面。其結果，確認於進行觀察之各晶圓10之中心部、周緣部，皆如圖24所示，形成W膜105、a-Si膜102及SiO2膜101所構成之沉積膜。
且就進行觀察之各晶圓10之中心部及周緣部之W膜105、a-Si膜102、SiO2膜101，分別測定膜厚L31、L32、L33。該上部側晶圓10之中心部中，該膜厚L31、L32、L33分別為67.0nm、144nm、95.0nm，周緣部中該膜厚L31、L32、L33分別為73.0nm、145nm、94.0nm。中央部晶圓10之中心部中，該膜厚L31、L32、L33分別為70.0nm、151nm、93.0nm，周緣部中該膜厚L31、L32、L33分別為75.0nm、146nm、92.0nm。下部側晶圓10之中心部中，該膜厚L31、L32、L33，為72.0nm、149nm、92.0nm，周緣部中該膜厚L31、L32、L33，為65.0nm、149nm、92.0nm。
如此於相同晶圓10之面內，及不同晶圓10間，各膜膜厚大致相同。且未觀察到如於評價試驗3所見之W膜之剝離。亦即，依本發明之遮罩結構體之形成方法，可於反應容器2內一併在多數之晶圓10大致同樣地形成W膜105及a-Si膜102。且可抑制W膜105之剝離。因此，自此評價試驗5可知，顯示依本發明，可實現處理能力之提升並防止良率降低。評價試驗6
依上述第2實施形態對晶圓10進行處理，沉積複數層膜厚小的W膜，形成膜厚大的W膜。形成W膜後，以SIMS（二次離子質量分析法）量測關於Si及W各元素之濃度（原子％）。此處理中設定成膜裝置，俾W膜中，沉積5層50nm之W膜，沉積5層20nm之W膜，沉積20層10.5nm之W膜。又，雖亦以SiMS之量測偵測O及C，但幾乎未偵測到。
圖25～圖27顯示其結果，分別係顯示沉積5層50nm之W膜時、沉積5層20nm之W膜時、沉積20層10.5nm之W膜時，SIMS中相對於濺鍍時間偵測到的元素之構成比之特性圖。圖25、26中，Si之底部分（W之山之頂部）相當於各W層之交界。如圖25、圖26所示，可知各W層之表面部分中W之濃度高，隨著變深W之濃度變低（Si之濃度提高）。且比較圖25與圖26即知，相較於設定一層之W膜之厚度為50nm時，設定為20nm時，各W膜內沿深度方向Si之濃度之均一性（W之濃度之均一性）較佳。且如圖27所示，可知設定一層之W膜之厚度為10.5nm時，幾乎無沿深度方向W之濃度（Si之濃度）之差。
依其結果顯示，第2實施形態中，藉由重複供給SiH4氣體與供給WF6氣體，以沉積較薄的W膜，可沿深度方向改善Si之濃度之均一性（W之濃度之均一性）。又，此時可觀察到藉由使每1層之W膜之厚度變薄，可沿深度方向改善Si之濃度之均一性（W之濃度之均一性）之傾向。評價試驗7
依以下之3種手法形成W膜，評價W膜之表面之粗糙度。[評價試驗7－1]
依第2實施形態，分別沉積1層、2層及5層膜厚為45nm之W膜，藉此，獲得3種W膜。分別就此等3種W膜，以AFM（原子力顯微鏡法）量測W膜之表面之粗糙度（Ra：算術平均粗糙度）。又，W膜為1層時，與後述之評價試驗7－3中膜厚為45nm之W膜相同，但為易於掌握評價結果，包含於評價試驗7－1中記載。[評價試驗7－2]
依第2實施形態，分別沉積5層及10層膜厚為20nm之W膜，藉此獲得2種W膜。分別就此等2種W膜，同樣地量測粗糙度。[評價試驗7－3]
依第1實施形態，分別使膜厚為30nm、45nm、70nm及120nm之W膜成膜（1次成膜），藉此獲得4種W膜。分別就此等4種W膜，同樣地量測粗糙度。
圖28，係顯示於評價試驗7－1至7－3獲得之W膜之膜厚與粗糙度之關係之曲線圖，◇表示評價試驗7－1之結果，△表示評價試驗7－2之結果，□表示評價試驗7－3之結果。又，圖28中，附記於描點之數字表示W膜之沉積數。
依其結果可知，以一層成膜時，隨著膜厚增大粗糙度增大。可知如第2實施形態所示，重複供給SiH4氣體與供給WF6氣體，沉積較薄的W膜時，粗糙度之值減小。且可知相較於沉積5層45nm之W膜時，沉積10層20nm之W膜時粗糙度之值小。因此，自此評價試驗7顯示，依第2實施形態，可抑制表面之粗糙度，又，藉由使沉積之各W膜之膜厚變薄，可改善粗糙度。
依本發明，於設在矽與氧為主成分而含有之絕緣膜上之第1矽膜之表層，形成反應阻止層，在此反應阻止層上沉積第2矽膜，再以鎢膜形成用氣體將該第2矽膜取代為鎢膜。因此，可抑制第1矽膜之矽由鎢取代，故可高精度地控制該鎢膜之膜厚。且可防止鎢膜鄰接該絕緣膜而形成，故可抑制鎢膜剝離。
應理解本次揭示之實施形態於所有點上皆係例示，非限制性者。事實上，上述之實施形態可以各種形態實現。且上述之實施形態只要不逸脫添附之申請範圍及其主旨，亦可以各種形態省略、取代、變更。本發明之範圍企圖包含添附之申請專利範圍與其均等之意義及在範圍內之所有變更。
2‧‧‧反應容器
3‧‧‧蓋體
4‧‧‧晶圓舟
10‧‧‧半導體晶圓（晶圓）
21‧‧‧開口部
22‧‧‧凸緣
31‧‧‧旋轉軸
32‧‧‧馬達
33‧‧‧保溫單元
41‧‧‧支柱
51、61、71、81‧‧‧注射器
52‧‧‧氣體供給管
53‧‧‧供給源
54‧‧‧質量流量控制器
55‧‧‧閥
3‧‧‧蓋體
4‧‧‧晶圓舟
10‧‧‧半導體晶圓（晶圓）
21‧‧‧開口部
22‧‧‧凸緣
31‧‧‧旋轉軸
32‧‧‧馬達
33‧‧‧保溫單元
41‧‧‧支柱
51、61、71、81‧‧‧注射器
52‧‧‧氣體供給管
53‧‧‧供給源
54‧‧‧質量流量控制器
55‧‧‧閥
附圖，係作為本說明書之一部分導入，揭示本發明之實施形態，與上述一般性的說明及後述之實施形態之詳細內容，一齊說明本發明之概念。
【圖1】係進行本發明之沉積膜之形成處理之成膜裝置之縱剖面圖。
【圖2】係顯示該成膜裝置中之處理程序之流程圖。
【圖3】係該成膜裝置中處理之晶圓之膜之縱剖面圖。
【圖4】係該成膜裝置中處理之晶圓之膜之縱剖面圖。
【圖5】係該成膜裝置中處理之晶圓之膜之縱剖面圖。
【圖6】係該成膜裝置中處理之晶圓之膜之縱剖面圖。
【圖7】係該成膜裝置中處理之晶圓之膜之縱剖面圖。
【圖8】係該成膜裝置中處理之晶圓之膜之縱剖面圖。
【圖9】係該成膜後之晶圓之膜之縱剖面圖。
【圖10】係該成膜後被蝕刻之晶圓之膜之縱剖面圖。
【圖11】係該成膜後被蝕刻之晶圓之膜之縱剖面圖。
【圖12】係該成膜後被蝕刻之晶圓之膜之縱剖面圖。
【圖13】係該成膜裝置中處理之晶圓之膜之縱剖面圖。
【圖14】係該成膜裝置中處理之晶圓之膜之縱剖面圖。
【圖15】係該成膜裝置中處理之晶圓之膜之縱剖面圖。
【圖16】係該成膜裝置中處理之晶圓之膜之縱剖面圖。
【圖17】係該成膜裝置中處理之晶圓之膜之縱剖面圖。
【圖18】係該成膜裝置中處理之晶圓之膜之縱剖面圖。
【圖19】係評價試驗中於晶圓形成之膜之縱剖面圖。
【圖20】係評價試驗中於晶圓形成之膜之縱剖面圖。
【圖21】係評價試驗中於晶圓形成之膜之縱剖面圖。
【圖22】係評價試驗中於晶圓形成之膜之縱剖面圖。
【圖23】係評價試驗中於晶圓形成之膜之縱剖面圖。
【圖24】係評價試驗中於晶圓形成之膜之縱剖面圖。
【圖25】係顯示評價試驗中沿晶圓之厚度方向原子之構成比之特性圖。
【圖26】係顯示評價試驗中沿晶圓之厚度方向原子之構成比之特性圖。
【圖27】係顯示評價試驗中沿晶圓之厚度方向原子之構成比之特性圖。
【圖28】係顯示評價試驗中晶圓之表面之粗糙度之特性圖。
S1~S14‧‧‧程序
Claims (14)
- 一種遮罩結構體之形成方法，該遮罩結構體係用來在含有矽與氧之絕緣膜上進行蝕刻，該遮罩結構體之形成方法的特徵在於包含下列程序：在形成於基板之該絕緣膜上沉積第1矽膜；於該第1矽膜之表層形成反應阻止層；在該反應阻止層上形成第2矽膜；及對該第2矽膜供給含有鎢的化合物之處理氣體，將該第2矽膜之矽取代為鎢，而形成鎢膜。
- 如申請專利範圍第1項之遮罩結構體之形成方法，其中該反應阻止層，係藉由使該第1矽膜之表層氧化或氮化而形成之氧化層或氮化層。
- 如申請專利範圍第1項之遮罩結構體之形成方法，其中該第1矽膜及該第2矽膜，係以非晶矽構成。
- 如申請專利範圍第1項之遮罩結構體之形成方法，其中該鎢之化合物，係鎢之鹵化物。
- 如申請專利範圍第1項之遮罩結構體之形成方法，其中包含下列程序：在該鎢膜上沉積第3矽膜；及對該基板供給該處理氣體，將該第3矽膜取代為該鎢膜，而沉積鎢膜。
- 如申請專利範圍第1項之遮罩結構體之形成方法，其中包含下列程序：在該鎢膜上沉積第3矽膜；於該第3矽膜之表層形成反應阻止層；在該反應阻止層上形成第4矽膜；及對該第4矽膜供給含有鎢的化合物之處理氣體，將該第4矽膜之矽取代為鎢，而沉積鎢膜。
- 一種成膜裝置，對在反應容器內所載置之基板進行成膜處理，其特徵在於包含：加熱機構，用來對該反應容器內之該基板加熱；第1氣體供給部，對該反應容器內供給用來於該基板形成矽膜之矽膜形成用氣體；第2氣體供給部，對該反應容器內供給用來於該矽膜之表層形成反應阻止層之反應阻止層形成用氣體；第3氣體供給部，對該反應容器內供給鎢膜形成用氣體，該鎢膜形成用氣體含有用來將該矽膜之矽取代為鎢的鎢之化合物；壓力調整部，調整該反應容器內之壓力；及控制部，控制該加熱機構、該第1氣體供給部、該第2氣體供給部、該第3氣體供給部及該壓力調整部，俾進行下列程序：對該反應容器內供給該矽膜形成用氣體，在形成於該基板上且以矽與氧為主成分之絕緣膜上，形成第1矽膜；對該反應容器內供給該反應阻止層形成用氣體，於該第1矽膜之表層形成該反應阻止層；對該反應容器內供給該矽膜形成用氣體，在該反應阻止層上形成第2矽膜；及對該反應容器內供給該鎢膜形成用氣體，將該第2矽膜之矽取代為鎢，而形成鎢膜。
- 如申請專利範圍第7項之成膜裝置，其中該控制部輸出控制信號，俾形成非晶矽膜，作為該第1矽膜及該第2矽膜。
- 如申請專利範圍第7項之成膜裝置，其中該第2氣體供給部，供給用來使該矽膜氧化或氮化之氣體。
- 如申請專利範圍第7項之成膜裝置，其中該第3氣體供給部，供給含有鎢之鹵化物的氣體。
- 如申請專利範圍第7項之成膜裝置，其中該控制部控制該加熱機構、該各氣體供給部及該壓力調整部，俾在將該第2矽膜之矽取代為鎢之程序後，接著進行下列程序：對該反應容器內供給該矽膜形成用氣體，以在該鎢膜上形成第3矽膜；及對該反應容器內供給該鎢膜形成用氣體，將該第3矽膜之矽取代為鎢，而形成鎢膜。
- 如申請專利範圍第7項之成膜裝置，其中該控制部控制該加熱機構、該各氣體供給部及該壓力調整部，俾在將該第2矽膜之矽取代為鎢之程序後，接著進行下列程序：對該反應容器內供給該矽膜形成用氣體，在該鎢膜上形成第3矽膜；對該反應容器內供給該反應阻止層形成用氣體，於該第3矽膜之表層形成該反應阻止層；對該反應容器內供給該矽膜形成用氣體，在該反應阻止層上形成第4矽膜；及對該反應容器內供給該鎢膜形成用氣體，將該第4矽膜之矽取代為鎢，而形成鎢膜。
- 如申請專利範圍第7項之成膜裝置，其中為一併處理多數之基板，將沿該反應容器之長度方向排列固持該多數之基板用之固持具，送入該反應容器。
- 一種非暫時性記錄媒體，為實施如申請專利範圍第1項之遮罩結構體之形成方法，儲存有用於成膜裝置之程式。
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