TW201907040A - 成膜方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的在於提供一種不使用含氫氣體卻能穩定地產生氧電漿，而可成膜出面內均勻性良好的矽氧化膜之成膜方法。
一種在形成有凹陷圖案之基板的表面上成膜出矽氧化膜之成膜方法，係具有：使氨基矽烷氣體吸附於包含該凹陷圖案之該基板的表面上的工序；將氧化氣體供給至包含該凹陷圖案之該基板的表面上，來將吸附於該基板的表面上的該氨基矽烷氣體氧化，以讓矽氧化膜層沉積於包含該凹陷圖案之該基板的表面上之工序；以及藉由電漿來將包含氧、氬及氮的混合氣體活化而供給至該矽氧化膜層，以進行該矽氧化膜層之改質處理的工序。

Description

成膜方法
本發明係關於一種成膜方法。
自以往，便已知一種成膜方法，係藉由第1反應氣體以及會與第1反應氣體反應之第2反應氣體的反應生成物來成膜出膜之方法，包含：以所欲分布來讓羥基吸附於基板所形成的凹部之內面的步驟；對於凹部之內面吸附有羥基的基板供給第1反應氣體的步驟；以及藉由對吸附有第1反應氣體的基板供給第2反應氣體，來使第1反應氣體與第2反應氣體反應而生成反應生成物的步驟(例如，參考專利文獻1)。
根據相關專利文獻1所記載的成膜方法，由於羥基會形成第1反應氣體之吸附側，故若是能以於羥基之凹部內面的底面形成較多的方式來加以控制的話，便可進行由下而上(Bottom-up)的成膜。又，作為所欲吸附羥基的一範例，係記載有在吸附羥基的步驟中將基板暴露於氧電漿，而藉由從包含含氫氣體的氣體來生成氧電漿，以補足不足之羥基的範例
【先前技術文獻】
【專利文獻】
專利文獻1：日本特開2013-135154號公報
然而，由於為了進行上述般之由下而上的成膜，會需要減少基板之表面及凹部上部附近的羥基，而不在基板之表面及凹部上部附近形成吸附側，故較不適合在氧電漿生成時使用含氫氣體。
另一方面，氫氣係具有容易進行電漿點火，並均勻地產生電漿的性質，且在以與氧之混合氣體來生成電漿情況下，亦會發揮相關性質，而有助於 均勻地產生氧電漿。因此，在不含有氫的狀態下生成氧電漿時，便會在氧電漿產生不均勻，而會有無法進行均勻的電漿處理之情況。
於是，本發明的目的在於提供一種不使用含氫氣體卻能穩定地產生氧電漿，而可成膜出面內均勻性良好的矽氧化膜之成膜方法。
為了達成上述目的，本發明一態樣相關的成膜方法，係在形成有凹陷圖案之基板的表面上成膜出矽氧化膜之成膜方法，具有：使氨基矽烷氣體吸附於包含該凹陷圖案的該基板之表面上的工序；將氧化氣體供給至包含該凹陷圖案的該基板之表面上，來將吸附於該基板的表面上的該氨基矽烷氣體氧化，以讓矽氧化膜層沉積於包含該凹陷圖案之該基板的表面上之工序；以及藉由電漿來將包含氧、氬及氮的混合氣體活化而供給至該矽氧化膜層，以進行該矽氧化膜層之改質處理的工序。
根據本發明便可成膜出面內均勻性良好的矽氧化膜。
1‧‧‧真空容器
2‧‧‧旋轉台
4‧‧‧凸狀部
5‧‧‧突出部
7‧‧‧加熱器單元
10‧‧‧搬送臂
11‧‧‧頂板
12‧‧‧容器本體
15‧‧‧搬送口
21‧‧‧核心部
24‧‧‧凹部(基板載置部)
31、32、33、34、35、36‧‧‧反應氣體噴嘴
41、42‧‧‧分離氣體噴嘴
43‧‧‧溝部
44‧‧‧(低)頂面
45‧‧‧(高)頂面
51‧‧‧分離氣體供給管
610、620‧‧‧排氣口
640‧‧‧真空泵
71‧‧‧沖淨氣體供給管
80‧‧‧電漿產生器
83‧‧‧法拉第遮蔽板
85‧‧‧天線
87‧‧‧高頻電源
111‧‧‧矽氧化膜
C‧‧‧中心區域
D‧‧‧分離區域
E1、E2‧‧‧排氣區域.
Ms‧‧‧氨基矽烷氣體(第1反應氣體)的分子
Mo‧‧‧臭氧氣體(第2反應氣體)的分子
Hy‧‧‧OH基
T‧‧‧溝槽
W‧‧‧晶圓
圖1係顯示本發明實施形態之成膜裝置的概略剖面圖。
圖2係顯示圖1之成膜裝置的真空容器之構成的概略立體圖。
圖3係顯示圖1之成膜裝置的真空容器之構成的概略平面圖。
圖4係沿著可旋轉地設置於圖1之成膜裝置的真空容器內的旋轉台之同心圓的該真空容器之概略剖面圖。
圖5係圖1之成膜裝置的另一概略剖面圖。
圖6係顯示圖1之成膜裝置所設置的電漿產生源之概略剖面圖。
圖7係顯示圖1之成膜裝置所設置的電漿產生源之另一概略剖面圖。
圖8係顯示圖1之成膜裝置所設置的電漿產生源之概略俯視圖。
圖9係顯示與反應氣體噴嘴33不同形態之反應氣體噴嘴34~36一範例的圖式。
圖10係用以說明本發明實施形態相關之成膜方法的第1示意圖。
圖11係用以說明本發明實施形態相關之成膜方法的第2示意圖。
圖12係顯示實施例1之實施結果的圖式。
圖13係用以就實施例2所使用的晶圓W之溝槽T的形狀來加以說明之圖式。
圖14係顯示實施例2之實施結果的圖式。
圖15係顯示實施例3之實施結果的圖式。
圖16係顯示實施例4之實施結果的圖式。
圖17係顯示實施例5之實施結果的圖式。
以下，便參照圖式，來進行用以實施本發明之形態的說明。
[成膜裝置]
首先，就適於實施本發明實施形態之成膜方法的成膜裝置來加以說明。參照圖1至圖3，成膜裝置係具備：具有幾乎圓形之平面形狀的扁平真空容器1；以及設置於此真空容器1內，而於真空容器1中心具有旋轉中心的旋轉台2。真空容器1係具有：具有底圓筒形狀之容器本體12；以及相對於容器本體12上面而透過例如O型環等的密封構件13(圖1)來氣密且可裝卸地配置之頂板11。
旋轉台2會在中心部被固定於圓筒形狀之核心部21，此核心部21會被固定於延伸於垂直方向的旋轉軸22上端。旋轉軸22會貫穿真空容器1之底部14，且其下端會被安裝於使旋轉軸22(圖1)繞垂直軸旋轉的驅動部23。旋轉軸22及驅動部23會被收納於上面呈開口的筒狀殼體20內。此殼體20係其上面所設置之凸緣部分會被氣密地安裝於真空容器1之底部14下面，且會維持殼體20之內部氛圍與外部氛圍的氣密狀態。
旋轉台2表面部如圖2及圖3所示，係設置有沿著旋轉方向(周圍方向)來載置複數(圖式範例中為5片)為基板的半導體晶圓(以下稱為「晶圓」)W用的圓形狀凹部24。另外，圖3為了簡化僅顯示1個凹部24。此凹部24係具有： 較晶圓W之直徑稍微要大例如4mm的內徑；以及幾乎等同於晶圓W之厚度的深度。從而，在將晶圓W收納於凹部24時，便會使晶圓W表面與旋轉台2表面(未載置有晶圓W的區域)成為相同高度。凹部24底面係形成有會讓支撐晶圓W內面，而用以使晶圓W進行升降的例如3根升降銷貫穿之貫穿孔(皆未圖示)。
圖2及圖3係說明真空容器1內之構造的圖式，為了簡化說明，便省略頂板11之圖示。如圖2及圖3所示，旋轉台2上方係分別在真空容器1之周圍方向(旋轉台2之旋轉方向(圖3之箭頭A))互相隔有間隔地來配置有由例如石英所構成之反應氣體噴嘴31、32、33以及分離氣體噴嘴41、42。圖式範例中，會從下述搬送口15繞順時針(旋轉台2之旋轉方向)依序配列有反應氣體噴嘴33、分離氣體噴嘴41、反應氣體噴嘴31、分離氣體噴嘴42以及反應氣體噴嘴32。該等噴嘴31、32、33、41、42會藉由將各噴嘴31、32、33、41、42的基端部之氣體導入埠31a、32a、33a、41a、42a(圖3)固定於容器本體12外周壁，來從真空容器1外周壁導入至真空容器1內，而以沿著容器本體12之徑向而相對於旋轉台2水平延伸的方式來加以安裝。
另外，氣體導入噴嘴92上方係在圖3中以虛線來簡化表示的方式而設置有電漿產生器80。關於電漿產生器80會在之後詳述。
本實施形態中，反應氣體噴嘴31會透過非圖示之配管及流量控制器等，來連接於作為第1反應氣體的氨基矽烷氣體之供給源(未圖示)。反應氣體噴嘴32會透過非圖示之配管及流量控制器等，來連接於作為第2反應氣體的氧化氣體之供給源(未圖示)。反應氣體噴嘴33會透過非圖示之配管及流量控制器等，來連接於作為第3反應氣體的Ar/O2/N2的混合氣體之供給源(未圖示)。分離氣體噴嘴41、42均是透過未圖示之配管及流量控制閥等，來連接於作為分離氣體之氬(Ar)氣的供給源。
本實施形態中，作為氧化氣體會使用O3(臭氧)氣體。
本實施形態中作為氨基矽烷氣體一範例係舉例有DIPAS[二異丙基胺基矽烷]、3DMAS[三(二甲胺基)矽烷]氣體、BTBAS[二(特丁胺基)矽烷]等的氨基矽烷氣體。
反應氣體噴嘴31、32係沿著反應氣體噴嘴31、32之長度方向以例如10mm的間隔來配列有朝向旋轉台2開口的複數氣體噴出孔31h、32h。反應噴嘴31下方區域會成為用以使氨基矽烷氣體吸附於晶圓W的第1處理區域P1。反應氣體噴嘴32下方區域係成為使在第1處理區域P1中吸附於晶圓W的氨基矽烷氣體氧化之第2處理區域P2。另外，關於未圖示於圖4的反應氣體噴嘴33之構成會在之後詳述。
參照圖2及圖3，真空容器1內係設置有2個凸狀部4。由於凸狀部4會與分離氣體噴嘴41、42一同地構成分離區域D，故如下述，會以朝向旋轉台2突出之方式來被安裝於頂板11內面。又，凸狀部4係具有頂部會被裁切為圓弧狀之扇形平面形狀，在本實施形態中，內圓弧會連結於突出部5(下述)，而外圓弧則會以沿著真空容器1之容器本體12內周面的方式來加以配置。
圖4係顯示從反應氣體噴嘴31沿著旋轉台2之同心圓到反應氣體噴嘴32的真空容器1之剖面。如圖所示，由於凸狀部4會被安裝於頂板11內面，故真空容器1內便會存在有為凸狀部4下面之平坦低底面44(第1頂面)以及位於此頂面44之周圍方向兩側且會較頂面44要高的頂面45(第2頂面)。頂面44係具有頂部會被裁切為圓弧狀之扇形平面形狀。又，如圖所示，凸狀部4係在周圍方向中央形成有以延伸於徑向的方式來加以形成之溝部43，分離氣體噴嘴42會被收納於溝部43內。另一個凸狀部4亦同樣地形成有溝部43，並在此收納有分離氣體噴嘴41。又，反應氣體噴嘴31、32會分別被設置在較高之頂面45的下方空間。該等反應氣體噴嘴31、32會從頂面45分離而設置於晶圓W附近。如圖4所示，反應氣體噴嘴31會被設置在凸狀部4右側之較高的頂面45之下方空間481，反應氣體噴嘴32會被設置在凸狀部4左側之較高的頂面45之下方空間482。
又，凸狀部4之溝部43所收納的分離氣體噴嘴41、42係沿著分離氣體噴嘴41、42之長度方向以例如10mm的間隔來配列有朝向旋轉台2開口的複數氣體噴出孔41h(參照圖4)。
頂面44係相對於旋轉台2來形成為狹窄空間之分離空間H。在從分離氣體噴嘴42之噴出孔42h來供給Ar氣體時，此Ar氣體會通過分離空間H而朝向 空間481及空間482來流去。此時，由於分離空間H的體積會較空間481及482的體積要小，故可藉由Ar氣體來使分離空間H之壓力成為較空間481及482之壓力要高。亦即，在空間481及482之間形成有壓力較高的分離空間H。又，從分離空間H朝空間481及482流出的Ar氣體會作為相對於來自第1區域P1的氨基矽烷氣體與來自第2區域P2的氧化氣體之對抗氣流來加以作動。從而，來自第1區域P1的氨基矽烷氣體與來自第2區域P2的氧化氣體便會藉由分離空間H來被加以分離。因此，便會抑制氨基矽烷氣體與氧化氣體會在真空容器1內混合而反應。
另外，相對於旋轉台2上面的頂面44的高度h1會考量到成膜時之真空容器1內的壓力、旋轉台2之旋轉速度、所供給之分離氣體(Ar氣體)的供給量等，而較佳地係設定為適於讓分離空間H的壓力高於空間481及482的壓力之高度。
另一方面，頂板11下面係設置有圍繞固定旋轉台2之核心部21外周的突出部5(圖2及圖3)。此突出部5在本實施形態中，係與凸狀部4之旋轉中心側的部位連續，且其下面會形成為與頂面44相同高度。
先前所參照之圖1係沿著圖3之I-I’的剖面圖，並顯示設置有頂面45的區域。另一方面，圖5係顯示設置有頂面44之區域的剖面圖。如圖5所示，扇形凸狀部4的周緣部(真空容器1外緣側部位)係形成有以對向於旋轉台2外端面的方式來彎曲為L字型的彎曲部46。此彎曲部46係與凸狀部4同樣地會抑制反應氣體從分離區域D兩側侵入，而抑制兩反應氣體之混合。由於扇形凸狀部4係設置於頂板11，且頂板11能從容器本體12卸下，故彎曲部46外周面與容器本體12之間會稍微有間隙。彎曲部46內周面與旋轉台2外端面的間隙，以及彎曲部46外周面與容器本體12的間隙係設定為例如與頂面44相對於旋轉台2上面的高度相同之尺寸。
如圖4所示，雖容器本體12內周壁在分離區域D中，係與彎曲部46外周面接近而形成為垂直面，但在分離區域D以外的部位中，如圖1所示，係例如從與旋轉台2外端面對向的部位橫跨底部14來朝外邊側凹陷。以下，為了簡化說明，便將具有概略矩形之剖面形狀的凹陷部分記為排氣區域。具體 而言，係將連通於第1處理區域P1的排氣區域記為第1排氣區域E1，將連通於第2處理區域P2的區域記為第2排氣區域E2。該等第1排氣區域E1及第2排氣區域E2的底部如圖1至圖3所示，係分別形成有第1排氣口610及第2排氣口620。第1排氣口610及第2排氣口620如圖1所示，係分別透過排氣管630來連接於為真空排氣機構的例如真空泵640。另外，圖1中係顯示有壓力控制器650。
旋轉台2與真空容器1之底部14之間的空間如圖1及圖4所示，係設置有為加熱機構之加熱器單元7，而透過旋轉台2來將旋轉台2上的晶圓W加熱至以程序配方所決定的溫度(例如400℃)。旋轉台2周緣附近的下方側為了區劃出從旋轉台2上方空間到排氣區域E1、E2為止的氛圍與置放有加熱器單元7之氛圍，並抑制氣體朝旋轉台2下方區域入侵，係設置有環狀之覆蓋構件71(圖5)。此覆蓋構件71係具備有：以從下方側面對旋轉台2外緣部及較外緣部要靠外周側的方式來設置之內側構件71a；以及設置於此內側構件71a與真空容器1內壁面之間的外側構件71b。外側構件71b係設置為在分離區域D中於凸狀部4外緣部所形成的彎曲部46下方而靠近彎曲部46，內側構件71a係在旋轉台2外緣部下方(以及較外緣部稍微要靠外側的部分下方)中，橫跨全周來圍繞加熱器單元7。
較配置有加熱器單元7的空間要靠近旋轉中心的部位之底部14會以靠近旋轉台2下面之中心部附近的核心部21的方式來朝上方側突出而成為突出部12a。此突出部12a與核心部21之間會成為狹窄空間，又，貫穿底部14之旋轉軸22的貫穿孔之內周面與旋轉軸22的間隙會變窄，該等狹窄空間會連通於殼體20。然後，殼體20係設置有用以將為沖淨氣體之Ar氣體供給至狹窄空間內的沖淨氣體供給管72。又，真空容器1之底部14係在加熱器單元7下方，於周圍方向以既定角度間隔來設置有用以沖淨加熱器單元7之配置空間的複數沖淨氣體供給管73(圖5係顯示一個沖淨氣體供給管73)。又，加熱器單元7與旋轉台2之間為了抑制氣體朝設置有加熱器單元7之區域入侵，係設置有橫跨周圍方向來從外側構件71b內周壁(內側構件71a上面)覆蓋與突出部12a上端部之間的蓋構件7a。蓋構件7a可以例如石英來加以製作。
又，真空容器1之頂板11中心部係連接有分離氣體供給管51，且會構成為將為分離氣體之Ar氣體供給至頂板11與核心部21之間的空間52。被供給至此空間52的分離氣體會透過突出部5與旋轉台2之狹窄間隙50來沿著旋轉台2之晶圓載置區域側的表面而朝向周緣來噴出。空間50可藉由分離氣體來維持在較空間481及空間482要高之壓力。從而，藉由空間50，便會抑制供給至第1處理區域P1的氨基矽烷氣體與供給至第2處理區域P2的氧化氣體會通過中心區域C而混合。亦即，空間50(或中心區域C)可具有與分離空間H(或分離區域D)相同之機能。
進一步地，真空容器1側壁如圖2、圖3所示，係形成有用以在外部搬送臂10與旋轉台2之間進行為基板之晶圓W的收授之搬送口15。此搬送口15係藉由未圖示之閘閥來加以開閉。又，旋轉台2中為晶圓載置區域的凹部24由於會在面對此搬送口15的位置與搬送臂10之間進行晶圓W之收授，故在旋轉台2下方側中收授位置所對應之部位係設置有貫穿凹部24而用以從內面來抬升晶圓W的收授用升降銷及其升降機構(皆未圖示)。
接著，便參照圖6至圖8，就電漿產生器80來加以說明。圖6係沿著旋轉台2之徑向的電漿產生器80之概略剖面圖，圖7係沿著與旋轉台2之徑向正交之方向的電漿產生器80之概略剖面圖，圖8係顯示電漿產生器80之概略的俯視圖。為了簡化圖式，便將該等圖式中一部分的構件簡略化。
參照圖6，電漿產生器80係具備有：框體構件81，係以高頻穿透性之材料來加以製作，並具有從上面來凹陷之凹部，而被嵌入至頂板11所形成的開口部11a；法拉第遮蔽板82，係被收納於框體構件81之凹部內，且具有上部會呈開口的略箱狀形狀；絕緣板83，係被配置於法拉第遮蔽板82底面上；以及線圈狀之天線85，係被絕緣板83上方所支撐，並具有略八角形之上面形狀。
頂板11之開口部11a係具有複數階段部，其中一個階段部會橫跨全周來形成有溝部，而將例如O型環等的密封構件81a嵌入至此溝部。另一方面，框體構件81係具有對應於開口部11a之階段部的複數階段部，在將框體構件81嵌入至開口部11a時，複數階段部中的一個階段部內面便會與嵌入至開口 部11a之溝部的密封構件81a相接，藉此，便會維持頂板11與框體構件81之間的氣密性。又，如圖6所示，會沿著嵌入至頂板11之開口部11a的框體構件81外周來設置有按壓構件81c，藉此，便會使框體構件81相對於頂板11而被朝下方按壓。因此，便可更確實地維持頂板11與框體構件81之間的氣密性。
框體構件81下面會對向於真空容器1內之旋轉台2，其下面外周會橫跨全周來設置有朝下方(朝向旋轉台2)突起之突起部81b。突起部81b下面會接近於旋轉台2表面，而藉由突起部81b、旋轉台2表面以及框體構件81下面來在旋轉台2上方區劃出電漿處理區域(或「第3處理區域」)P3。另外，突起部81b下面與旋轉台2表面之間隔只要為與分離空間H(圖4)中之頂面11相對於旋轉台2上面的高度h1幾乎相同即可。
又，此電漿處理區域P3係延伸有貫穿突起部81b的反應氣體噴嘴33。反應氣體噴嘴33在本實施形態中，如圖6所示，係連接有：填充有氬(Ar)氣的氬氣供給源90；填充有氧(O2)氣的氧氣供給源91；以及填充有氮(N2)氣的氮氣供給源92。從氬氣供給源90、氧氣供給源91以及氮氣供給源92來將藉由所對應之流量控制器93、94以及95而進行流量控制後的Ar氣體、O2氣體以及N2氣體以既定流量比(混合比)供給至電漿處理區域P3。
又，反應氣體噴嘴33會沿著其長邊方向以既定間隔(例如10mm)來形成有複數噴出孔33h，而從噴出孔33h來噴出上述Ar/O2/N2氣體。噴出孔33h如圖7所示，係相對於旋轉台2而從垂直方向朝向旋轉台2之旋轉方向上游側來傾斜。因此，從反應氣體噴嘴33所供給之混合氣體便會朝向旋轉台2之旋轉方向相反的方向，具體而言為朝向突起部81b下面與旋轉台2表面之間的間隙來噴出。藉此，便可抑制氧化氣體或分離氣體會從沿著旋轉台2之旋轉方向而位於較電漿產生器80要靠上游側的頂面45之下方空間朝電漿處理區域P3內流入之情事。又，如上述，由於沿著框體構件81下面之外周所形成的突起部81b會接近於旋轉台2之表面，故藉由來自反應氣體噴嘴33之氣體便可輕易地將電漿處理區域P3內之壓力維持為較高。亦可藉此，來抑制氧化氣體或分離氣體會朝電漿處理區域P3內流入之情事。
法拉第遮蔽板82係由金屬等的導電性材料所製作，雖然省略圖示，但 是為接地。如圖8明確地顯示般，法拉第遮蔽板82底部係形成有複數狹縫82s。各狹縫82s會以與具有略八角形之平面形狀的天線85所對應的邊幾乎呈正交的方式來加以延伸。
又，法拉第遮蔽板82如圖7及圖8所示，係在上端2處中具有朝外側彎折的支撐部82a。藉由支撐部82a會被框體構件81上面所支撐，便能將法拉第遮蔽板82支撐於框體構件81內之既定位置。
絕緣板83係藉由例如石英玻璃來加以製作，而具有較法拉第遮蔽板82底面稍微要小的大小，並被載置於法拉第遮蔽板82底面。絕緣板83會將法拉第遮蔽板82與天線85絕緣，另一方面，會讓從天線85所放射出之高頻朝下方穿透。
天線85會藉由以使平面形狀成為略八角形的方式而將銅製中空管(管體)捲繞3圈來加以形成。可使冷卻水在管體內循環，藉此，便可防止因為供給至天線85之高頻而將天線85加熱為高溫之情事。又，天線85係設置有立設部85a，支撐部85b是被安裝於立設部85a。藉由支撐部85b，便可將天線85維持在法拉第遮蔽板82內之既定位置。又，支撐部85b會透過匹配箱86來連接有高頻電源87。高頻電源87可產生具有例如13.56MHz之頻率的高頻。
藉由具有此般構成的電漿產生器80，來透過匹配箱86而從高頻電源87將高頻電力供給至天線85時，便會藉由天線85來產生電磁場。由於此電磁場中之電場成分會因為法拉第遮蔽板82而被遮蔽，故無法朝下方傳遞。另一方面，磁場成分會通過法拉第遮蔽板82之複數狹縫82s而朝電漿處理區域P3內傳遞。藉由此磁場成分，便會從以既定流量比率(混合比率)而由氣體導入噴嘴92供給至電漿處理區域P3的Ar/O2/N2氣體來產生電漿。藉由此般所產生的電漿，便可降低對晶圓W上所沉積的薄膜之照射損傷以及真空容器1內之各構件的損傷等。
在此，便就藉由以電漿產生器80所生成的電漿而活化的Ar/O2/N2氣體來加以說明。一般而言，在以氨基矽烷作為原料氣體來成膜出矽氧化膜(SiO2)的情況，羥基(OH基)便會成為吸附側，而使氨基矽烷氣體吸附於OH基上。然而，在晶圓W表面形成有溝槽、貫孔等的凹陷圖案，而欲在該等凹陷圖 案進行填埋成膜的情況，為了不阻塞凹陷圖案上部之開口而在內部形成空隙，較佳地係進行從凹陷圖案底面逐漸朝上方進行成膜的由下而上成膜。為了進行相關由下而上成膜，便要讓OH基不形成於晶圓W表面上。在以電漿來活化組合Ar/O2/H2氣體之混合氣體時，便會從O2/H2來形成OH基，而在晶圓W表面上形成有為氨基矽烷氣體之吸附側的OH基。
另一方面，由於矽氧化膜的改質處理會使用電漿，故必須包含Ar/O2氣體的組合，而活化該等。然而，在保持Ar/O2氣體來電漿化時，相較於將包含H2的Ar/O2/H2氣體電漿化的情況，會發生不會產生均勻電漿的現象。這應該是雖Ar、O2的激發能會較H2較大，而在電漿化時需要較大的能量，但以此般較大的能量所激發、生成的電漿卻會有使能量集中在圖8之天線85的角部85c，而無法生成均勻電漿的傾向。另一方面，在於Ar/O2氣體添加H2氣體而成為Ar/O2/H2氣體時，H2電漿便會沿著天線85之形狀而在天線95的正下方均勻地被激發、生成，而受到其影響，Ar/O2氣體的電漿亦會依天線85之形狀而均勻地被激發、生成。
若不在Ar/O2氣體混合H2氣體的話，便會產生此般電漿的不均衡，而無法確保電漿處理的面內均勻性，並無法進行面內均勻性高的成膜處理。然而，如上述，為了進行由下而上成膜，便無法混合H2。因此，本實施形態中，便取代H2而將氮(N2)混合進Ar/O2氣體，來將Ar/O2/N2氣體電漿化。氮係激發能會較Ar及O2要低，且在激發、生成氮電漿時，會以較小的能量來沿著天線85之形狀而產生在天線85正下方的位置(真空容器1內)。藉此，便可不添加氫，而激發、生成均勻的電漿，可實現與添加氫時相同的面內均勻性。另外，氮並非成膜出之矽氧化膜的成分，但藉由將包含氨基之氨基矽烷氣體使用於原料氣體，便會使氧自由基的反應會較氮自由基要優先，而不會使氮氣進入至矽氧化膜，因此，便不會使矽氧化膜的品質下降。另外，關於該等點的細節會在之後詳述。
圖9係顯示與反應氣體噴嘴33不同形態之反應氣體噴嘴34~36一範例的圖式。電漿生成用之混合氣體可使用例如此般之複數根反應氣體噴嘴34~36來加以供給。
如圖9所示，反應氣體噴嘴34係可覆蓋配置有晶圓W之凹部24整體，而將電漿處理用氣體供給至晶圓W整面之噴嘴。另一方面，反應氣體噴嘴35係以在較反應氣體噴嘴34要微靠上方而與反應氣體噴嘴34略重疊的方式來加以設置，並具有反應氣體噴嘴34一半左右的長度之噴嘴。又，反應氣體噴嘴36係具有從真空容器1外周壁以沿著扇形電漿處理區域P3之晶座2的旋轉方向下游側半徑的方式來延伸，而在到達中心區域C附近後以沿著中心區域C的方式來直線性地彎曲的形狀。之後，為了易於區別，可將覆蓋整體的反應氣體噴嘴34稱為基底噴嘴34，將僅覆蓋外側之反應氣體噴嘴35稱為外側噴嘴35，將延伸至內側之反應氣體噴嘴36稱為軸側噴嘴36。
基底噴嘴34係用以將電漿處理用之混合氣體(以下，稱為「電漿處理用氣體」)供給至晶圓W整面的氣體噴嘴，如圖7所說明般，會朝向構成區劃出電漿處理區域P3之側面的突起部81b之方向來噴出電漿處理用氣體。
另外，外側噴嘴35係用以將電漿處理用氣體重點式地供給至晶圓W外側區域的噴嘴。
軸側噴嘴36係用以將電漿處理用氣體重點式地供給至靠近晶圓W之晶座2軸側的中心區域之噴嘴。
如此般，可使用複數根，例如3根的反應氣體噴嘴34~36來供給電漿處理用氣體。
本實施形態的成膜裝置如圖1所示，係設置有由用以進行裝置整體動作之控制的電腦所構成之控制部100，此控制部100之記憶體內係儲存有在控制部100之控制下來讓成膜裝置實施下述成膜方法的程式。此程式會以實行下述成膜方法的方式來組設有步驟群，而會被記憶於硬碟、光碟、磁光碟、記憶卡、軟碟等的媒體102，並可藉由既定的讀取裝置來寫入至記憶部101來被安裝於控制100內。
[成膜方法]
接著，關於本發明實施形態相關之成膜方法，係舉使用上述成膜裝置而進行之情況為範例來加以說明。本實施形態中，係使用矽晶圓來作為晶圓W，此矽晶圓如圖10(a)所示，係形成有溝槽T。溝槽T係晶圓W之表面U 所形成的凹陷圖案一範例，而除了溝槽T以外，亦可形成有貫孔等。如此般，晶圓W之表面U所形成的凹陷圖案便不究形狀或個數。
又，會從反應氣體噴嘴31來供給氨基矽烷氣體，從反應氣體噴嘴32來供給作為氧化氣體之O3氣體，從反應氣體噴嘴33來供給Ar氣體、O2氣體、N2氣體的混合氣體(以下，表記為Ar/O2/N2氣體)。另外，關於Ar/O2/N2氣體，係Ar流量會壓倒性地多，而將N2氣體流量設定為未達1%的Ar之流量。例如，在使用圖9所示之3根反應氣體噴嘴34~36的情況，於Ar之流量為軸側噴嘴36/主噴嘴34/外側噴嘴35=100/5900/4000sccm時，便將O2之流量設定為0/75/0sccm，將N2流量設定為0/0/(5~50)sccm的程度。如此般，N2之添加只要微量即可。即便是微量的N2之添加，電漿之激發仍會牽引到N2，而可對應於天線85之形狀來激發電漿。
首先，開啟未圖示之閘閥，而從外部藉由搬送臂10(圖3)，透過搬送口15(圖2及圖3)來將晶圓W收授至旋轉台2之凹部24內。此收授係藉由在讓凹部24停止於面對搬送口15的位置時，讓未圖示之升降銷透過凹部24底面之貫穿孔而從真空容器1底部側升降來加以進行。讓旋轉台2間歇性地旋轉來進行此般晶圓W的收授，而將晶圓W分別載置於旋轉台2的5個凹部24內。
接著，便關閉閘閥，藉由真空泵640來將真空容器1內排氣到所能到達的真空度後，便從分離氣體噴嘴41、42以既定流量來噴出為分離氣體之N2氣體，且亦會從分離氣體供給管51及沖淨氣體供給管72以既定流量來噴出N2氣體。伴隨於此，藉由壓力控制機構650(圖1)來將真空容器1內控制為預設之處理壓力。接著，便讓旋轉台2繞順時針以例如5rpm的旋轉速度來旋轉，並藉由加熱器單元7來將晶圓W加熱至例如400℃。
之後，便從反應氣體噴嘴31(圖2及圖3)來供給氨基矽烷氣體，從反應氣體噴嘴32來供給O3氣體。又，會從氣體導入噴嘴92來供給Ar/O2/N2氣體，並對電漿產生源80之天線85以例如4000W的電力來供給具有13.56MHz的頻率之高頻。藉此，來在電漿產生源80(圖6)與旋轉台2之間的電漿處理區域P3中生成氧電漿。此氧電漿中係生成有氧離子或氧自由基等的活性基，或是 高能量粒子。又，藉由所添加之激發能較小的氮之作用，氧電漿便可在天線85的正下方沿著天線85之形狀來被均勻地激發、生成。
藉由旋轉台2之旋轉，便可使晶圓W依序反覆通過第1處理區域P1、分離區域D、第2處理區域P2、電漿處理區域P3(的下方區域)以及分離區域D(參照圖3)。在第1處理區域P1中，如圖10(b)所示，氨基矽烷氣體的分子Ms會吸附於晶圓W的表面U及溝槽T內面，而形成有氨基矽烷的分子層61。通過分離區域D後，在第2處理區域P2中，如圖10(c)所示，吸附於晶圓W的表面U及溝槽T內面的氨基矽烷氣體便會藉由O3氣體分子Mo來被氧化，而如圖10(d)所示，沿著溝槽T內面來成膜出矽氧化膜111之層。在氧化氨基矽烷氣體時，便會生成作為副產物之OH基Hy，而所生成之OH基Hy便會吸附於矽氧化膜111表面。
接著，在晶圓到達電漿產生器80之電漿處理區域P3時，晶圓W便如圖10(e)所示，會被暴露於氧電漿Po。此時，吸附於矽氧化膜111之OH基Hy的一部分便會藉由氧電漿Po中之例如高能量粒子的衝撞，而從矽氧化膜111之層脫離。雖然氧電漿Po會到達晶圓W的表面U以及溝槽T之開口附近，但卻會難以到達至溝槽T之底部附近。因此，在晶圓W的表面U與溝槽T之開口附近的側面中，會有較多量的OH基Hy脫離。其結果，便如圖10(e)所示，會以在溝槽T之底部及底部附近之側面中OH基Hy的密度較高，而朝向溝槽T之開口及晶圓W的表面U則密度變低的方式來分布OH基Hy。
在此，會因為激發能較低之N2的影響，而使氧電漿會沿著天線85之形狀來在天線85的正下方被激發而產生。由於天線85會以覆蓋旋轉台2之凹部24的徑向中之全體的方式來加以形成，故可從旋轉台2中心側至外周側來生成均勻的氧電漿，而可在徑向中進行均勻的改質處理。又，由於氨基矽烷氣體包含有氨基，故幾乎不會與氮自由基反應而會優先產生與氧自由基的反應。因此，便不會使氮自由基混入矽氧化膜111，而使矽氧化膜111的品質下降。
又，如圖10(e)所示，雖在氧電漿Po內含有微量氮電漿Pn，但由於矽氧化膜111係氧化氨基矽烷而形成的膜，故會包含氨基，而不會成為氮的吸附 基，倒不如說會反抗氮自由基。因此，氮自由基便不會混入至矽氧化膜111，並且不會因氮自由基而使矽氧化膜111之品質下降。亦即，氮電漿僅有助於均勻地產生氧電漿，而有助於矽氧化膜111的品質提升。另外，雖在電漿中佔據大半的是Ar，但由於Ar為稀有氣體，而有助於電漿生成，卻不會對改質反應造成影響，故在圖10(e)並不特別顯示。
接著，在藉由旋轉台2之旋轉來使晶圓W再度到達第1處理區域P1時，便會讓從反應氣體噴嘴31所供給之氨基矽烷氣體的分子Ms吸附於晶圓W的表面U及溝槽T之內面。此時，由於氨基矽烷氣體的分子Ms會容易被吸附於OH基Hy，故如圖10(f)所示，會以依OH基Hy的分布之分布來吸附於晶圓W的表面U及溝槽T內面。亦即，會以於溝槽T之內面在溝槽T之底部及底部附近側面中密度較高，朝向溝槽T之開口則密度變低的方式來吸附氨基矽烷氣體的分子Ms。
又，由於晶圓W的表面U會藉由均勻的Ar/O2/N2氣體的電漿來進行均勻的改質處理，故會均勻地吸附氨基矽烷氣體。
接著，在晶圓W通過第2處理區域P2時，便會藉由O3氣體來氧化吸附於晶圓W的表面U及溝槽T內面的氨基矽烷氣體，而如圖11(a)所示，進一步地成膜出矽氧化膜111。在此，矽氧化膜111之膜厚分布會反映出吸附於溝槽T內面的氨基矽烷氣體的密度。亦即，矽氧化膜111係在溝槽T的底部及底部附近側面中較厚，而朝向溝槽T之開口變薄。然後，藉由氨基矽烷氣體的氧化所生成的OH基便會吸附於矽氧化膜111的表面。
接著，在晶圓W再度到達至電漿產生器80之電漿處理區域P3時，便如上述，會以在溝槽T之底部及底部附近側面中OH的密度會較高，朝向溝槽T之開口則密度變低的方式來分布OH基。
之後，在反覆上述程序時，便如圖11(b)所示，矽氧化膜11會從溝槽T底部來變厚。在矽氧化膜111進一步地變厚時，便如圖11(c)所示，不會形成空隙而以氧化矽來填埋溝槽T，再如圖11(d)所示，完成溝槽T之填埋。
此時，關於晶圓W的表面U上的矽氧化膜111，亦可藉由均勻的電漿處理，來成膜出具有面內均勻性良好的膜厚及膜質的矽氧化膜111。
如上述，根據本實施形態相關之成膜方法，便可良好地保持晶圓W的表面U上的矽氧化膜11之面內均勻性，並可進行由下而上成膜。亦即，由於在電漿處理區域P3所進行的矽氧化膜111之改質處理中，可均勻地產生氧電漿，故可以良好的面內均勻性來成膜出晶圓W的表面U上的矽氧化膜111。進一步地，關於溝槽T內的填埋，藉由氨基矽烷氣體的氧化所生成而吸附於氧化矽膜111的OH基會因電漿產生器80所生成的氧電漿，而以在溝槽T之底部及底部附近的側面中密度會較高，朝向溝槽T的開口則密度會變低的方式來加以分布。OH基會作為氨基矽烷氣體的吸附側來加以作動，由於會對應於OH基的分布來吸附氨基矽烷氣體，故氨基矽烷氣體亦會以在溝槽T之底部及底部附近的側面中密度會較高，而朝向溝槽T的開口則密度會變低的方式來加以分布。從而，氧化矽膜111便會以在溝槽T之底部及底部附近的側面中變厚，而朝向溝槽T開口變薄的方式來加以成膜。
另外，由於本實施形態相關之成膜方法中，不會將O2/H2氣體電漿化而供給，故不會進行補充OH基。因此，便會有將晶圓W的表面U上的矽氧化膜11之膜厚薄薄地形成的傾向，由相關觀點看來，可說是整體性地成為由下而上般的成膜。
又，在進行相關成膜處理前，可在晶圓W表面預先形成有作為基底膜之矽氧化膜，而在基底膜上進行圖10所說明之成膜處理。又，亦可連續性地進行矽氧化膜之基底膜的形成以及圖10所說明之成膜處理。在此情況，亦可為例如於基底膜形成時，不進行電漿改質處理，而在正規成膜時進行電漿改質般的處理模式。
[實施例]
接著，便就實施本實施形態相關之成膜方法，而進行實施結果評價的實施例來加以說明。另外，實施例係使用具有圖9所示之3根反應氣體噴嘴34~36的成膜裝置來加以實施。
圖12係顯示實施例1之實施結果的圖式。實施例1中，係使用圖9所示之3根反應氣體噴嘴34~36來進行Ar/O2/N2氣體的供給。真空容器1內仍是將框體構件81設置於第2處理區域P2，而將第2處理區域P2之壓力設定為 1.8Torr，將第3處理區域(電漿處理區域)P3之壓力設定為1.9Torr。晶圓W之溫度會設定為400℃。原料氣體會使用為有機氨基矽烷氣體一種類的二異丙基胺基矽烷(DIPAS)，而以50sccm的流量來加以供給。氧化氣體係以濃度300g/Nm3、流量6000sccm來供給臭氧氣體。在電漿處理區域P3中，係從軸側噴嘴36/主噴嘴34/外側噴嘴35，而將Ar、O2、N2以100/5900/4000sccm的流量、0/75/0sccm、0/Y/0sccm的流量來加以供給。在此，來自主噴嘴34之N2流量Y係設定為5、10、25、50sccm的4種類。高頻電源87之輸出係設定為4000W，旋轉台2之旋轉速度係設定為5rpm。然後，便進行4128秒期間的矽氧化膜111之成膜。另外，實施例1中，係使用未在表面U形成有溝槽T等的凹陷圖案的晶圓W來進行評價。
圖12(a)係用以進行X軸、Y軸之說明的圖式。將晶圓W載置於旋轉台2之凹部24上而進行成膜，而如圖12(a)所示，將沿著旋轉台2之旋轉方向的方向設定為X軸方向，將沿著徑向的方向設定為Y軸方向。
圖12(b)係顯示X軸方向中，成膜於晶圓W上的矽氧化膜111之膜厚，圖12(c)係顯示Y軸方向中，成膜於晶圓W上的矽氧化膜111之膜厚。如圖12(a)所示，在X軸方向中，將左側設定為原點，將右側設定為300mm，在Y軸方向中，將中心軸側設定為原點，將外周側設定為300mm。
圖12(d)係顯示圖12(b)、(c)的圖表中，來自主噴嘴34之N2流量，會被設定為0、5、10、25、50sccm，並分別以曲線J、K、L、M、N來加以表示。另外，N2流量為0之曲線J為比較例。
如圖12(b)所示，關於X軸方向，不論在曲線J~N任一者之N2添加量中，膜厚都幾乎為固定，而顯示良好的面內均勻性。在X軸方向中，由於不論為哪一種座標，移動速度都為固定，故若是相同流量的N2的話，由於因座標之差異而在膜厚產生差異的情況較少，故面內均勻性並沒有特別的問題。
另一方面，在Y軸方向中，由於在中心軸側的位置與外周側的位置移動速度有所不同，而外周側的位置之移動速度會較中心軸側的位置要快，故一般而言會容易在膜厚產生差異，但如圖12(c)所示，N2流量為5sccm的曲線 K、為10sccm的曲線L都顯示面內均勻性之指標為3.6%、4.66%的良好結果(越低者係面內均勻性為良好)。
如此般，由實施例1之結果看來，便顯示出藉由於Ar/O2氣體添加少量的N2，便可提升膜厚的面內均勻性。又，N2的添加量係由於添加量愈少則愈可得到良好的面內均勻性，故得知較佳地為相對於Ar的流量而大於0%，未達1%，更佳地為未達0.1%的流量比或混合比率。
圖13係用以就實施例2所使用之晶圓W之溝槽T的形狀來加以說明的圖式。實施例2中，係就溝槽T內之成膜的階段覆蓋性來進行評價。如圖13所示，就開口寬度43.6mm，深度331.1nm，縱寬比7.5~8的溝槽T來進行20nm之膜厚的填埋成膜。又，關於溝槽T之深度方向的位置，係將晶圓W的表面U成為TOP，將較表面U要稍微靠下方的位置成為TOP-SIDE，將正中央附近成為MID，將底面成為BTM。
實施例2之實施條件係與實施例1相同，關於添加在Ar/O2氣體的N2流量係就0、5、50sccm的3種類來加以進行。
圖14係顯示實施例2之實施結果的圖式。如圖14所示，顯示出不論在N2添加量為0、5sccm、50sccm的任一種模式中，底面的階段覆蓋都會是最大，而隨著靠近於TOP，階段覆蓋便會減少，而為由下而上成膜。
圖15係顯示實施例3之實施結果的圖式。實施例3中，係就溝槽T內之矽氧化膜進行濕蝕刻，而進行是否有對矽氧化膜之蝕刻特性產生影響的評價。實施例3之實施條件係與實施例1相同。如圖15所示，確認到在添加有N2的情況(右側2個)亦會得到與未添加N2的情況(左端)幾乎相同的蝕刻厚度，而關於蝕刻特性亦沒有問題。
圖16係顯示實施例4之實施結果的圖式。實施例4中，係進行溝槽T內之矽氧化膜111的壓力(應力)評價。實施例4之實施條件係與實施例1相同。圖16中，縱軸之正向側係表示拉伸應力，負向側則表示壓縮應力。關於在未添加N2的情況(左端)，在添加有5sccm的N2的情況(中央)，在添加有50sccm的N2的情況(右端)係得到幾乎相同的結果，表示在添加有N2的情況不會對矽氧化膜111的壓力特性產生任何影響。
圖17係顯示實施例5之實施結果的圖式。實施例5中，係就溝槽T內之矽氧化膜111的折射率來進行評價。實施例5之實施條件係與實施例1相同。圖17中，係在縱軸顯示折射率與其面內均勻性。如圖17所示，關於在未添加N2的情況(左端)，在添加有5sccm的N2的情況(中央)，在添加有50sccm的N2的情況(右端)係得到相同的折射率1.463，關於面內均勻性亦得到與0.03或0.05幾乎相同的結果，表示在添加有N2的情況不會對矽氧化膜111的折射率產生任何影響。
如此般，由實施例1~5看來，即便為於Ar/O2添加少量N2而進行矽氧化膜111的改質處理之情況，仍不會對矽氧化膜111的特性造成任何影響，而表示能進行由下而上成膜，並提升面內均勻性。
以上，雖已就本發明的較佳實施形態及實施例來詳細說明，但本發明並不被限制於上述實施形態及實施例，而可不脫離本發明範圍來對上述實施形態及實施例追加各種變形及置換。

Claims (13)

  1. 一種成膜方法，係在形成有凹陷圖案之基板的表面上成膜出矽氧化膜之成膜方法，具有：使氨基矽烷氣體吸附於包含該凹陷圖案的該基板之表面上的工序；將氧化氣體供給至包含該凹陷圖案的該基板之表面上，來將吸附於該基板的表面上的該氨基矽烷氣體氧化，以讓矽氧化膜層沉積於包含該凹陷圖案之該基板的表面上之工序；以及藉由電漿來將包含氧、氬及氮的混合氣體活化而供給至該矽氧化膜層，以進行該矽氧化膜層之改質處理的工序。
  2. 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中該氮的混合比率係未達該氬的1%。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其中讓該氨基矽烷氣體吸附的工序、讓該矽氧化膜沉積的工序以及進行該矽氧化膜之改質處理的工序會被週期性地反覆。
  4. 如申請專利範圍第3項之成膜方法，其中在讓該氨基矽烷氣體吸附的工序與讓該矽氧化膜沉積的工序之間，以及在進行該矽氧化膜之改質處理的工序與讓該氨基矽烷氣體吸附的工序之間係分別設置有將第1及第2沖淨氣體供給至該基板的表面上的工序。
  5. 如申請專利範圍第4項之成膜方法，其中讓該氨基矽烷氣體吸附的工序、供給該第1沖淨氣體之工序、讓該矽氧化膜沉積的工序、進行該矽氧化膜之改質處理的工序以及供給該第2沖淨氣體的工序會反覆至將該矽氧化膜層充填至該凹陷圖案為止。
  6. 如申請專利範圍第4或5項之成膜方法，其中該基板會沿著處理室內所設置之旋轉台上的周圍方向來加以配置；在該處理室內之該旋轉台的上方係沿著該旋轉台之旋轉方向來設置有氨基矽烷氣體吸附區域、第1沖淨氣體供給區域、氧化氣體供給區域、改質區域以及第2沖淨氣體供給區域；藉由讓該旋轉台旋轉來週期性地反覆讓該氨基矽烷氣體吸附的工序、供給該第1沖淨氣體之工序、讓該矽氧化膜沉積 的工序、進行該矽氧化膜之改質處理的工序以及供給該第2沖淨氣體的工序。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其中該氮會藉由將含氮氣體添加至該混合氣體來被加以供給。
  8. 如申請專利範圍第7項之成膜方法，其中該含氮氣體係包含N 2、N 2O、NO、NO 2。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其中該混合氣體並不含氫。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其中該氨基矽烷氣體係有機氨基矽烷氣體。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其中該氧化氣體係包含臭氧或氧。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其中該電漿係使用天線來產生的感應耦合型電漿。
  13. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其中該基板的表面會預先形成由矽氧化膜所構成之基底膜。
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