TWI609986B - 成膜方法、記憶媒體及成膜裝置 - Google Patents

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Abstract

一種在真空容器內針對基板形成薄膜的成膜方法，其具備：第1工序，係包含將氣體電漿化所得到的關於該薄膜品質的活性基供給至基板的工序，並在基板上成膜第1膜；以及第2工序，係包含將氣體電漿化所得到的關於該薄膜品質的活性基藉由調整控制參數而以每單位膜厚的活性基種之供給量會較該第1工序中的每單位膜厚的活性基之第1供給量要多的方式來供給至基板的工序，並在該第1膜上成膜為與該第1膜相同種類之膜的第2膜。

Description

成膜方法、記憶媒體及成膜裝置
本發明係關於一種使用藉由處理氣體之電漿化所得到的電漿而對基板進行成膜處理的成膜方法、記錄了此成膜方法的記憶媒體以及成膜裝置。
作為對半導體晶圓(以下稱為「晶圓」)而進行成膜處理有所謂交互地複數次反覆供給成膜氣體與反應氣體之ALD(Atomic Layer Deposition)法等手法。此手法具有所成膜的薄膜會緻密，又對於凹部之埋入特性會良好等優點，且藉由將成膜氣體或反應氣體電漿化，便會得到雜質較少且高緻密性的薄膜。
然而，因為緻密性較高之品質良好的膜係應力會較大，故依膜的材質，會有在溫度變化時此應力與基底膜之應力的差變大的情形。因此，當薄膜所要求的品質進一步地被要求有高品質化時，便會有薄膜(上層膜)會從基底膜剝離的疑慮，故會期望有消除此般疑慮之手法確定。
日本特開2013-55243中記載了一種針對公轉中的晶圓依序供給會相互反應的2種反應氣體，並在晶圓公轉路徑的途中進行該晶圓上之反應生成物之電漿改質的手法。然而，此卻並未注意到上述之問題。
於是，本發明之實施例便有鑒於上述情事而為了解決其所加以完成，並提供一種新穎並有用的成膜方法。
本發明之實施例係有鑒於此般情事所完成，其目的係提供一種使用藉由處理氣體之電漿化所得到的電漿而進行成膜處理時，會得到膜質良好的 薄膜，並可抑制針對基底膜之膜剝離的技術。
根據本發明一面相的成膜方法係在真空容器內針對基板形成薄膜的成膜方法，其具備：第1工序，係包含將氣體電漿化所得到的關於該薄膜品質的活性基供給至基板的工序，並在基板上成膜第1膜；以及第2工序，係包含將氣體電漿化所得到的關於該薄膜品質的活性基藉由調整控制參數而以每單位膜厚的活性基種之供給量會較該第1工序中的每單位膜厚的活性基之第1供給量要多的方式來供給至基板的工序，並在該第1膜上成膜為與該第1膜相同種類之膜的第2膜。
進一步地，本發明之目的與優點係一部分記載於說明書，而一部分乃從說明書而自明。本發明之目的與優點係藉由附加的申請專利範圍中所特別指出的要件及其組合來加以實現與達成。上述的一般性記載與下述的詳細說明乃作為例示而加以說明者，並非用以限定所主張的本發明。
W‧‧‧晶圓
1‧‧‧真空容器
2‧‧‧旋轉台
P1、P2‧‧‧處理區域
31、32‧‧‧氣體噴嘴
80‧‧‧電漿處理部
83‧‧‧天線
302‧‧‧第1膜
303‧‧‧第2膜
[圖1]顯示本發明成膜裝置一範例的縱剖面圖。
[圖2]顯示該成膜裝置之橫剖面圖。
[圖3]顯示該成膜裝置之橫剖面圖。
[圖4]顯示該成膜裝置一部分的立體分解圖。
[圖5]顯示該成膜裝置之縱剖面圖。
[圖6]顯示以本發明之手法來成膜氮化矽膜時之順序的一範例的特性圖。
[圖7]概略地顯示該成膜裝置之作用的基板縱剖面圖。
[圖8]概略地顯示該成膜裝置之作用的基板縱剖面圖。
[圖9]概略地顯示該成膜裝置之作用的基板縱剖面圖。
[圖10]概略地顯示該成膜裝置之作用的基板縱剖面圖。
[圖11]概略地顯示該成膜裝置之作用的基板縱剖面圖。
[圖12]概略地顯示該成膜裝置之作用的基板縱剖面圖。
[圖13]顯示以一範例之手法來成膜氮化矽膜時之順序的一範例的特性圖。
[圖14]顯示實施本發明成膜方法的裝置之其他範例的縱剖面圖。
[圖15]顯示該其他範例中之裝置的橫剖面圖。
[圖16]顯示本發明實施例所得到的結果。
[圖17]顯示本發明實施例所得到的結果。
[圖18]概略地顯示本發明實施例所得到的結果之特性圖。
[圖19]顯示本發明實施例所得到的結果之特性圖。
[圖20]概略地顯示本發明實施例所得到的結果之特性圖。
[圖21]概略地顯示本發明實施例所得到的結果之特性圖。
[圖22]顯示本發明實施例所得到的結果之特性圖。
[圖23]顯示本發明實施例所得到的結果之特性圖。
[圖24]顯示本發明實施例所得到的結果之特性圖。
[圖25]顯示本發明實施例所得到的結果之特性圖。
[圖26]顯示本發明實施例所得到的結果之特性圖。
[圖27]顯示本發明實施例所得到的結果之特性圖。
[圖28]顯示本發明實施例所得到的結果之特性圖。
就用以實施本發明實施形態之成膜方法的成膜裝置，便參照圖式而加以說明。另外，以下實施例中，以下的符號一般而言係顯示以下的要件。
W 晶圓
1 真空容器
2 旋轉台
P1、P2 處理區域
31、32 氣體噴嘴
80 電漿處理部
83 天線
302 第1膜
303 第2膜
此裝置如圖1~圖4所示般，係具備有平面形狀為略圓形的真空容器1，以及在此真空容器1內繞鉛直軸旋轉自如地加以構成的旋轉台2，並構成為對由矽所構成的晶圓W使用處理氣體之電漿而藉由ALD法來進行薄 膜之成膜處理。此裝置中，如後所詳述般，構成為即使是難以貼合至為基底層的晶圓W的氮化矽膜，仍可以良好地貼合至該晶圓W之表面，並成為良好的膜質之方式來加以成膜。接著，就此成膜方法加以詳述之前，先就該成膜裝置，於以下加以簡單說明。
真空容器1係具備容器本體12以及從該容器本體12裝卸自如地加以構成的頂板11。頂板11上面側中的中央部係連接有為了在真空容器1內中心部區域C中抑制互異的處理氣體彼此混合，而用以供給氮(N2)氣來作為分離氣體的分離氣體供給管51。圖1中13為容器本體12上面的邊緣部所環狀設置的密封構件，例如O型環。
真空容器1底面部14的上方側係如圖1所示般設置有為加熱機構的加熱器單元7，並以透過旋轉台2將旋轉台2上的晶圓W加熱至成膜溫度，例如200℃~450℃之方式來加以構成。圖1中71a係加熱器單元7側方側所設置的罩構件，而7a係覆蓋此加熱器單元7上方側的包覆構件。又，圖1中73係針對加熱器單元7用以從下方側吹淨氮氣的吹淨氣體供給管。
旋轉台2係以中心部被固定於略圓筒形狀的核心部21，並藉由此核心部21下面所連接並延伸於鉛直方向的旋轉軸22來繞著鉛直軸，此範例中為順時針而旋轉自如地加以構成。圖1中23為使旋轉軸22繞鉛直軸旋轉的驅動部(旋轉機構)，而20係收納旋轉軸22及驅動部23的殼體。此殼體20上面側的凸緣部分會氣密地安裝在真空容器1底面部14下面。又，此殼體20係連接有用以將氮氣作為吹淨氣體而供給至旋轉台2下方區域的吹淨氣體供給管72。真空容器1底面部14中的核心部21外周側係成為以從下方側接近至旋轉台2之方式而環狀地加以形成的突出部12a。
旋轉台2表面部如圖2~圖3所示般，係為了讓晶圓W落入來保持而設置有作為基板載置區域的圓形的凹部24，且此凹部24係沿著該旋轉台2之旋轉方向(圓周方向)而形成在複數個位置，例如5個位置上。分別與凹部24之通過區域對向的位置係在真空容器1之圓周方向上相互間隔而放射狀地配置有分別例如由石英所構成的4支噴嘴31、32、41、42。該等各噴嘴31、32、41、42係例如以從真空容器1外周壁朝中心部區域C對向於晶圓W而水平地延伸之方式來分別加以安裝。此範例中，從後述的搬送口15觀之係順時針(旋轉台2之旋轉方向)地依序排列有兼用為電漿產生用氣體噴 嘴的第2處理氣體噴嘴32、分離氣體噴嘴41、第1處理氣體噴嘴31，以及分離氣體噴嘴42。
第1處理氣體噴嘴31係成為第1處理氣體供給部，而第2處理氣體噴嘴32係成為第2處理氣體供給部及電漿產生用氣體供給部。又，分離氣體噴嘴41、42係分別成為分離氣體供給部。另外，圖2係顯示為了能看到第2處理氣體噴嘴32而移除了後述的電漿處理部80與框體90之狀態，而圖3係顯示安裝了該等電漿處理部80與框體90之狀態。又，圖3中係省略後述的縫隙97之描繪。
各噴嘴31、32、41、42係分別透過流量調整閥而分別連接至以下各氣體供給源(未圖示)。亦即，第1處理氣體噴嘴31係連接至含Si(矽)的第1處理氣體，例如二氯矽烷(DCS)氣體等的供給源。第2處理氣體噴嘴32係以可供給為含氮(N)的第2處理氣體，例如氨(NH3)氣，以及氬(Ar)氣、氦(He)氣與氫(H2)氣中至少1種的電漿產生用氣體之方式而連接至各該等的供給源。分離氣體噴嘴41、42係分別連接至為分離氣體的氮氣之氣體供給源。該等氣體噴嘴31、32、41、42之例如下面側係分別形成有未圖示的氣體吐出孔，且此氣體吐出孔係沿著旋轉台2之半徑方向而例如等間隔地配置在複數個位置上。
處理氣體噴嘴31、32下方區域係分別成為用以讓第1處理氣體吸附至晶圓W的第1處理區域P1，以及用以讓吸附於晶圓W之第1處理氣體成分與第2處理氣體之電漿反應的第2處理區域P2。分離氣體噴嘴41、42係用以形成分別分離第1處理區域P1與第2處理區域P2的分離區域D。此分離區域D中之真空容器1的頂板11如圖2及圖3所示般，係設置有略扇形的凸狀部4，分離氣體噴嘴41、42係收納於此凸狀部4內。因此，分離氣體噴嘴41、42中之旋轉台2的圓周方向兩側係為了阻止各處理氣體彼此混合而配置有為該凸狀部4下面的較低頂面，且此頂面之該圓周方向兩側係配置有較該頂面要高的頂面。凸狀部4邊緣部(真空容器1的外緣側部位)係為了阻止各處理氣體彼此混合，而以對向於旋轉台2外端面並相對於容器本體12僅些微分隔之方式朝下方側直角地彎曲。
接著，就上述的電漿處理部80加以說明。此電漿處理部80如圖3與圖4所示般，係將由金屬線所構成的天線(電力供給部)83線圈狀地捲繞而 加以構成，且以平面觀之時，係以從旋轉台2中央部側橫跨至外周部側而跨越晶圓W之通過區域的方式來加以配置。此天線83係以透過匹配器84來連接至頻率例如為13.56MHz且輸出電力例如為5000W的高頻電源85，並從真空容器1的內部區域氣密地被加以區劃之方式來加以配置。亦即，上述第2處理氣體噴嘴32上方側中的頂板11以平面地觀之時，係為略扇形地開口，並藉由例如由石英所構成的框體90氣密地加以堵塞。此框體90係以上端側周緣部會圓周方向而凸緣狀地水平伸出，且中央部會往真空容器1內部區域凹陷之方式來加以形成，而此框體90內側則收納有該天線83。圖1中91係用以將框體90邊緣部往下方側按壓之按壓構件。又，圖1中86係用以電性連接電漿處理部80與匹配器84及高頻電源85之連接電極。
框體90下面係為了阻止氮氣或氨氣等侵入至該框體90下方區域，便如圖5所示般，外緣部會橫跨於圓周方向而朝下方側(旋轉台2側)垂直地伸出，而成為氣體限制用的突起部92。然後，由此突起部92內周面、框體90下面及旋轉台2上面所包圍的區域係收納有上述第2處理氣體噴嘴32。此突起部92外側係以將由該突起部92所包圍的區域從更外側包圍之方式而設置有例如由石英所構成的略環狀包圍構件93，且此包圍構件93係安裝於例如頂板11中的旋轉台2中心側部位。藉由此包圍構件93，而構成為即便透過後述驅動部122而將框體90從旋轉台2遠離至上方側，亦可阻止氮氣或氨氣侵入至該框體90下方側。另外，圖2中，係以一點鏈線來描繪包圍構件93。
框體90與天線83之間如圖4及圖5所示般，係配置有上面側會開口的略箱形的法拉第屏蔽95，此法拉第屏蔽95係由為導電性板狀體的金屬板所構成並加以接地。此法拉第屏蔽95底面係為了阻止天線83上所產生的電場及磁場(電磁場)中的電場成分會朝向下方的晶圓W，且使磁場到達至晶圓W，便形成有縫隙97。縫隙97係以相對於天線83之捲繞方向而延伸於正交方向之方式來加以形成，並以沿著天線83之長度方向的方式而橫跨圓周方向設置於該天線83下方位置。法拉第屏蔽95與天線83間係介設有用以取得該等法拉第屏蔽95與天線83間之絕緣的例如由石英所構成的絕緣板94。
以上說明的框體90(詳細而言係後述的支撐構件123)上面如圖1所示般，係連接有自用以使該框體90連同天線83、法拉第屏蔽95以及絕緣板94一起升降的驅動部122所延伸的升降軸121。藉由此驅動部122而構成為將真空容器1內部保持在氣密，並以可調整框體90相對於旋轉台2表面之下面(天線83)的高度位置，亦即該旋轉台2上面側所形成的電漿空間中之電漿強度。亦即，框體90與頂板11之間係設置有上面側外緣部會在水平方向朝外側凸緣狀地伸出的略環狀支撐構件123。然後，此支撐構件123之該外緣部下面側與真空容器1之頂板11之間係設置有環狀彈性壁124。此環狀彈性壁124係於內部氣密地收納有彈簧等彈性體，且上端面及下端面會分別氣密地固定至支撐構件123及頂板11。因此，即便使框體90相對於旋轉台2升降，真空容器1內部區域亦維持氣密。圖5中125係密封構件。另外，上述的圖1中係省略支撐構件123或彈性壁124之描繪。
旋轉台2外周側中較該旋轉台2要低一點的位置係配置有環狀側環100，且此側環100上面係以在圓周方向上相互分離之方式而在2個位置上形成有排氣口61、62。將該等2個排氣口61、62中的一邊及另一邊分別稱為第1排氣口61及第2排氣口62，第1排氣口61係形成於第1處理氣體噴嘴31與較該第1處理氣體噴嘴31要更靠旋轉台之旋轉方向下游側中的分離區域D之間，並且靠近於該分離區域D側的位置上。第2排氣口62係形成於第2處理氣體噴嘴32與較該第2處理氣體噴嘴32要更靠旋轉台之旋轉方向下游側中的分離區域D之間，並且靠近於該分離區域D側的位置上。
第1排氣口61係用以將第1處理氣體與分離氣體排氣，而第2排氣口62係用以將第2處理氣體與分離氣體排氣。然後，框體90外緣側中的側環100上面係形成有用以避開該框體90而使氣體流通至第2排氣口62的溝狀氣體流路101。該等第1排氣口61與第2排氣口62如圖1所示般，係分別藉由介設有蝶閥等壓力調節部65的排氣管63來連接至真空排氣機構，例如真空幫浦64。
頂板11下面中的中央部如圖3所示般，係設置有與凸狀部4中的中心部區域C側部位連續橫跨於圓周方向上而形成為略環狀，且其下面會形成於與凸狀部4下面相同高度的突出部5。較此突出部5要更靠旋轉台2之旋 轉中心側中的核心部21上方側係為了抑制中心部區域C中第1處理氣體與第2處理氣體相互混合，而於旋轉台2之半徑方向上交互地配置有從旋轉台2側與頂板11側中的一邊側朝另一邊側延伸的壁部111。
真空容器1側壁如圖2~圖4所示般，係形成有在未圖示的外部搬送臂與旋轉台2之間用以進行晶圓W收授的搬送口15，且此搬送口15係構成為藉由閘閥G而氣密地開閉自如。又，面對此搬送口15之位置上的旋轉台2下方側係設置有用以透過旋轉台2的貫通口而將晶圓W從內面側舉起的升降銷(皆未圖示)。
又，此成膜裝置係設置有由用以進行裝置全體動作之控制的電腦所構成的控制部200，且此控制部200之記憶體內係儲存有用以進行後述成膜處理的程式。此程式係為了實施後述裝置之動作而組構有步驟群，並從為硬碟、光碟、磁光碟、記憶卡、軟碟等記憶媒體的記憶部201加以安裝至控制部200內。
接著，就上述實施形態之作用加以說明。於此，根據本發明實施例之成膜方法係如以下詳述般，係採用當使用ALD法來進行薄膜的成膜時，將薄膜分成上下2層，且下層側與上層側分別適用各自的成膜條件之所謂將2階段成膜順序加以組合的手法。關於如此般使用2階段成膜方法的理由則與以習知僅1階段得成膜方法來成膜薄膜之情形所產生的問題點，於以下加以說明。
亦即，欲藉由ALD法以1階段成膜處理來在由矽所構成的晶圓W上成膜氮化矽膜之情形中，如上述般會分別使用含矽氣體與含氮氣體來作為第1處理氣體與第2處理氣體。然後，為了例如使用氨氣來作為此含氮氣體，並進行晶圓W上所吸附的矽成分之氮化，便會讓氨氣電漿化(活性化)。從而，為了得到良好的(緻密的)膜質，較佳是在不對晶圓W內部所形成的裝置造成損害的程度下，盡可能提高氨氣的電漿化程度。
然而，氮化矽膜相較於構成晶圓W之矽層，內部應力會極大。因此，越要使得氮化矽膜之緻密化，則上述應力便會越大，從而從晶圓W之膜剝離便會容易發生。後述的實施例所示的圖16與圖17係顯示此般的氮化矽膜之膜剝離的SEM(電子顯微鏡)照片，圓狀的膜剝離發生在晶圓W表面中多個地方。因此，要在晶圓W上形成氮化矽膜之情形中，使該氮化矽膜之 緻密度(密度)向上提升，與確保氮化矽膜與晶圓W之緊貼性便會成為取捨關係，且要抑制膜剝離並得到緻密的氮化矽膜係極其困難。
於是本發明中，為了抑制從晶圓W之膜剝離並成膜緻密的氮化矽膜，便採用2階段成膜方法。以下便包含裝置具體的使用方法來說明此成膜方法。首先，打開圖2所示閘閥G，使旋轉台2間歇性地旋轉，並藉由未圖示的搬送臂透過搬送口15而載置例如5片晶圓W至旋轉台2上。接著，關閉閘閥G，藉由真空幫浦64讓真空容器1內的處理氛圍成為抽完的狀態。圖6係顯示本發明成膜方法之一實施形態之順序的圖式。然後，讓旋轉台2之旋轉速度朝例如30rpm增加，並不在天線83供電，亦即不進行處理氣體之電漿化，而例如分別以2000sccm及3500sccm之流量從第2處理氣體噴嘴32供給氬氣與氨氣至真空容器1內(時間t0)。又，亦以既定流量從分離氣體噴嘴41、42、分離氣體供給管51，以及吹淨氣體供給管72、72吐出氮氣。
接著，藉由圖1所示加熱器單元7使得晶圓W之加熱溫度穩定在例如400℃左右後，便開始在時間t1以例如3000W來供電至圖5等所示的天線83。然後，停止氬氣之供給，並讓氨氣的流量增加至8000sccm，來進行晶圓W表面之氮化處理(時間t2)。亦即，如圖7所示，搬入至真空容器1內時的晶圓W表面係形成有搬送於大氣氛圍所伴隨的自然氧化膜300。因此，針對此晶圓W表面供給氨氣之電漿時，如圖8所示，便會藉由包含於此電漿的活性基來使該自然酸化膜300氮化而形成氮化層301。如此一來，在各晶圓W之自然氧化膜300被加以除去為止，亦即在旋轉台2旋轉至預先設定的圈數為止，便繼續該自然氧化膜300之氮化處理。
接著，時間t3中，開始例如以900sccm供給二氯矽烷氣體至真空容器1內，並讓供給至天線83的電力增加至5000W。藉由旋轉台2讓交互地通過第1處理區域P1與第2處理區域P2之各晶圓W表面在第1處理區域P1吸附有二氯矽烷氣體的成分。接著，在表面吸附了二氯矽烷氣體的成分的晶圓W到達至第2處理區域P2時，如圖9所示，上述成分會藉由氨氣之電漿(活性基)來加以氮化，而形成為成為薄膜之一部分的反應生成物的氮化矽膜來作為第1膜302。
此第1膜302係因為將旋轉台2之旋轉速度設定成30rpm左右比較快 的速度，故並沒有那麼密緻化。亦即，如已詳述般，旋轉台2上的晶圓W係因為快速地通過第2處理區域P2，故在該第2處理區域P2中的滯留時間會極短，因此便無法藉由氨氣之電漿來那麼強地加以氮化。因此，如於圖10所概略地顯示般，第1膜302係採用所謂氮化矽分子會稀疏地加以配置的構成。因此，此第1膜302便不會相對下層側的晶圓W(詳細而言係氮化層301)產生那樣大的應力差。另外，圖10中，係省略上述氮化層301之描繪。後述之圖11亦相同。
亦即，如上述般，欲形成緻密的氮化矽膜於晶圓W表面上時，則會因該氮化矽膜之內部應力而從晶圓W容易引起膜剝離。然而，如第1膜302般當氮化矽分子稀疏地分散時，即使在該第1膜302內部會產生應力，也不會產生那麼大的應力，又第1膜302中，該氮化矽分子會容易移動，因此便會易於緩和應力。因此，此第1膜302便會針對下層側的晶圓W以良好的緊貼性加以緊貼。如此一來，當以設定次數來反覆進行由二氯矽烷氣體成分之吸附處理與該成分之氮化處理所構成的成膜步驟時，便會以例如5nm左右膜厚般地層積有該第1膜302。此第1膜302之成膜工序係成為第1工序。又，第1膜302係成為應力緩和層。
之後，時間t4中，會將旋轉台2之旋轉速度下降至10rpm之低速，而同樣地將成膜步驟繼續針對各晶圓W進行多數次。如此般，因為旋轉台2之旋轉速度設定成低速度，故各晶圓W相較於上述之第1工序，在第2處理區域P2中的滯留時間會變長，因此氨氣之電漿(活性基)供給量便會變多。換言之，將旋轉台2之旋轉速度設定成低速度而進行成膜的工序稱為「第2工序」時，在此第2工序的各成膜步驟所供給至各晶圓W的氨氣活性基的量會較第1工序中在各成膜步驟所供給至各晶圓W的氨氣活性基的量要多。因此，每單位膜厚所供給之活性基的量與第1工序相比，第2工序會較多。亦即，在第2工序所成膜的第2膜303中之觀察任意的膜厚時，供給至該任意膜厚全體之活性基的量係較供給至與此任意的膜厚相同膜厚的第1膜302之活性基的量要多。
因此，在此第2工序所成膜的氮化矽膜係如圖11所示般，會成為較下層側的第1膜302密度要高的第2膜(緻密層)303。此第2膜303與矽層之間的應力差會極大。然而，因為讓第1膜302介設在此第2膜303與晶圓 W之間，故藉由此第1膜302來緩和第2膜303與晶圓W之間的應力差，便會抑制該第2膜303之膜剝離。如此一來，藉由反覆操作成膜步驟，如圖12所示般，便會藉由該等第1膜302與第2膜303來形成薄膜。第2膜303之膜厚尺寸為例如15nm~50nm。因此，第1膜302的膜厚尺寸相對於薄膜的全體膜厚(第1膜302與第2膜303之合計膜厚)所佔比例為10%~25%。
根據上述實施形態，將交互地供給二氯矽烷氣體與氨氣之電漿至晶圓W的成膜步驟繼續進行多數次來形成由氮化矽膜所構成的薄膜，該薄膜便由下層側的第1膜302與上層側的第2膜303所構成。然後，讓形成第1膜302時的成膜步驟中供給至晶圓W之活性基的量較形成第2膜303時的成膜步驟中供給至晶圓W之活性基的量要小。因此，即使要成膜保持良好密度並內部應力會與晶圓W有較大差異的第2膜303，亦可藉由第1膜302來緩和該等第2膜303與晶圓W之間的應力差。因此，可抑制薄膜之膜剝離並將保持良好密度的第2膜303形成在晶圓W之露出面(最表面)。
又，因為第1工序中係以較第2工序要更高速來讓旋轉台2旋轉，故此第1工序之成膜速度會較第2工序要快。因此，相較於從成膜初期到成膜結束而以與第2工序相同程度的旋轉速度來讓旋轉台2旋轉之情形，可將薄膜迅速地成膜。圖13係顯示以習知僅1階段的成膜處理來將任意膜厚的薄膜加以成膜的情形中，氣體流量或電漿電力等的時間序列資料，而當與上述之圖6比較時，亦較本發明實施例要有更長的薄膜處理時間。
然後，以上說明的氮化矽膜係因為在最表面上形成有第2膜303，故可良好地適用於例如對氟酸之耐蝕刻性有所要求的裝置，例如將該氮化矽膜作為蝕刻停止膜而加以利用之情形。亦即，即使將較第2膜303密度要低的第1膜302形成在薄膜的下層側，因為此第1膜302不會露出在薄膜表面，而且該第1膜302之膜厚尺寸相較於薄膜全體的膜厚尺寸會極小，故藉由本發明實施例之手法所得到的薄膜係可作為蝕刻停止膜而具有良好機能。
如以上般，上述實施形態中，相較於在成膜為緻密層的第2膜303時之電漿處理，在成膜為應力緩和層的第1膜302時之電漿處理係在ALD的1循環時，活性基對晶圓W的供給量會較少的狀態下加以進行。亦即，上 述實施形態係藉由讓成膜第1膜302時之旋轉台2的旋轉速度會較成膜第2膜303時之旋轉速度要高，而產生出ALD的1循環時，活性基對晶圓W的供給量會較少的狀態。
然而，ALD的1循環時，活性基對晶圓W的供給量之調整(控制參數調整值)並不限於調整旋轉台2之旋轉速度。作為活性基供給量之調整參數可列舉有電漿產生區域之壓力(真空度)、氨氣流量、讓電漿產生的天線83與晶圓W之分隔距離、對天線83之供給電力，以及H2(氫)氣之添加等。
此情形中，為了相對第2膜303之成膜時，而讓第1膜302之成膜時的該活性基供給量較小，可列舉有所謂讓壓力變高、讓氨氣流量變小、讓上述分隔距離變大、讓上述供給電力變小，讓氫氣之添加量變少之調整。
具體而言，藉由增加氫氣添加量，從後述之圖28可知，薄膜內之壓力會朝向壓縮方向(Compressive)。亦即，為用以成膜氮化矽膜之第1處理氣體的上述DCS氣體係含有氯(Cl)元素。因此，將此DCS氣體用於氮化矽膜之成膜時，該氮化矽膜便有氯成分會作為雜質而混入之可能性。因此，添加氫氣於第2處理氣體時，薄膜中所含有的氯成分會因氫氣活性基之作用而脫離，成為更純粹的(緻密的)氮化膜。
又，可使用枚葉裝置，或者亦可使用針對多數片晶圓W而一併進行成膜的批次式裝置來取代上述小批次式裝置，而作為用以實施以上說明之本發明實施例的成膜方法的裝置。圖14及圖15係顯示此般裝置中的批次式縱型熱處理裝置，反應管401內部係從下方側氣密地收納有將多數的晶圓W棚狀地裝載的晶舟402。
反應管401內部係以透過晶舟402而對向之方式，橫跨該反應管401之長度方向而配置有2根氣體噴射器403、404。用以供給為第2處理氣體的氨氣之噴射器404與晶舟402之間係配置有用以將氨氣電漿化的一對電極405、405。
此縱型熱處理裝置中，從氣體噴射器403對各晶圓W供給二氯矽烷氣體後，將反應管401之氛圍從反應管401上端部所設置的排氣口406加以排氣，接著供給氨氣之電漿至各晶圓W，而進行上述之成膜步驟。就此範例，形成第1膜302時供給至晶圓W的氨氣活性基之量亦設定成較形成第2膜303時供給至晶圓W的氨氣活性基之量要小。圖14中410係用以讓晶 舟402繞鉛直軸旋轉的馬達，而412係壓力調整部，而411係真空幫浦。
又，以上各範例中，在第2處理區域P2中的旋轉台2之旋轉方向下游側的位置，且為第1處理區域P1中的旋轉台2之旋轉方向上游側的位置上亦可設置進行反應生成物之電漿改質處理的改質區域。亦即，就上述電漿處理部80(天線83)或框體90等構件，從搬送口15觀之，亦可另外設置在旋轉台2之旋轉方向上游側的位置上，而在該旋轉方向上游側之位置進行上述氨氣活性基之供給處理。
然後，從搬送口15觀之，會在旋轉台2之旋轉方向下游側之電漿處理部80中進行上述電漿改質處理。亦即，電漿改質處理係藉由將氬氣等電漿產生用氣體，或者該電漿產生用氣體及第2處理氣體(氨氣)電漿化，並將利用此電漿化所得到的電漿(活性基)供給至晶圓W來加以進行。在此電漿改質處理中所供給至晶圓W的電漿係相當於關係到薄膜品質的活性基。因此，成膜薄膜於晶圓W表面上時，該關係到該薄膜品質的活性基為藉由第2處理氣體之電漿化所得到的活性基、藉由進行薄膜(反應生成物)之改質時所供給至晶圓W的電漿產生用氣體之電漿化所得到的活性基中之至少其中一者。
作為以上說明之薄膜可為氮化鈦(TiN)膜等氮化膜，或者亦可為矽氧化膜(SiO2膜)。成膜矽氧化膜時，在第2處理區域P2中會供給氧(O2)氣體或臭氧(O3)氣體等之電漿(活性基)至晶圓W。在成膜此般的矽氧化膜時，進行上述電漿改質處理之情形中，亦可採用使用臭氧發生器來讓臭氧氣體產生之手法來取代利用天線83之電漿化的手法，而作為產生第2處理氣體(臭氧氣體)之活性基的手法。
進一步地，亦可使用CVD(Chemical Vapor Deposition)法來取代ALD法，而作為在晶圓W上成膜薄膜之手法。亦即，亦可將上述第1處理氣體與藉由第2處理氣體之電漿化所得到的電漿對晶圓W同時地加以供給，來成膜薄膜。在此情形中，會以成膜第1膜302時供給至晶圓W之活性基的每單位膜厚的量亦較成膜第2膜303時供給至晶圓W之活性基的每單位膜厚的量要少之方式來調整控制參數的調整值。
使用CVD法之情形中，亦可成膜鎢(W)系膜等金屬膜。成膜此般金屬膜時係使用例如氫(H2)氣體或矽烷(Si-H系化合物)氣體來作為第2處理氣 體，並讓此氣體電漿化。又，亦可取代由矽所構成的晶圓W而在該晶圓W表面上形成有該氮化膜、金屬膜或矽氧化膜等，來作為成膜薄膜的基底層。
[實施例]
接著，就本發明所得到的實施例加以說明。首先，將習知的1階段成膜處理中成膜緻密的氮化矽膜時的樣子顯示在圖16及圖17。晶圓W表面係在多個位置上發生有直徑尺寸數十μm左右的略圓狀膜剝離，且此膜剝離係被認為是因為在水平方向上膜欲收縮之壓縮性應力會發生在氮化矽膜內部，且此應力會較氮化矽膜與晶圓W之間的密著力要大而發生者。
於是，進行了將供給至晶圓W的氨氣活性基的量進行各種改變時，此般的膜剝離會有怎樣變化之實驗。具體而言，係觀察將旋轉台2上的晶圓W與框體90下面(詳細而言為天線83下方位置中的框體90下面)之間的分隔尺寸進行各種改變時，發生在晶圓W表面上的膜剝離之分佈。另外，該分隔尺寸以外的成膜條件係在各範例中設定成相同條件。
其結果如圖18所示，在該分隔尺寸成為30mm為止，當讓框體90接近於旋轉台2時，膜剝離便會發生。另一方面，此時之薄膜的膜厚均勻性係如圖19所示，該分隔尺寸越小，則越有良好的結果。此理由係被認為是當讓框體90接近至晶圓W時，接觸至該晶圓W的電漿區域會變廣，因而橫跨於面內而進行良好的電漿處理之故。因此，便得知可藉由框體90之高度位置來調整供給至晶圓W之氨氣活性基的量。就薄膜之膜厚，係將該分隔尺寸設定在45mm以下之情形會相較於該分隔尺寸為90mm之情形有良好的結果。另外，圖18中，係在晶圓W表面上發生了膜剝離的部分加上灰色的著色，且因應每單位面積之膜剝離之發生量讓該著色越濃。後述的圖20亦相同。
於是，在圖18未發生膜剝離之條件中，在盡可能地讓氨氣活性基之供給量會較多的條件(該分隔尺寸：37.5mm)中，才剛提高真空容器1內的真空度，並讓供給至天線83的電力變大，便如圖20般發生了膜剝離。因此，便得知供給至晶圓W的氨氣活性基的供給量越多，則氮化矽膜之膜剝離會越容易發生。
此時，以圖20的條件進行薄膜之成膜處理前，在該薄膜之下層側形成上述第1膜302，便如圖21所示般未發現膜剝離。又，膜厚均勻性亦加以 改善。因此，得知藉由經過上述2階段成膜順序，便能對膜剝離發生及膜厚均勻性中任一者得到良好的結果。
圖22係顯示將上述的分隔尺寸(框體90與旋轉台2之間的尺寸：間隙)進行各種改變而成膜氮化矽膜時，量測在該氮化矽膜內部中的應力會成為具壓縮性或具拉伸性之結果。其結果得知因為間隙，氮化矽膜內部之應力形狀便會改變。從此結果得知因為壓縮性應力會發生在薄膜內，便關係到上述膜剝離之發生。
又，圖23係顯示以以下條件11、12、13來成膜氮化矽膜時之應力。
(條件11)
第2處理氣體：氨氣(3.5slm)
高頻電力：4.5kW
旋轉台2之旋轉速度：10rpm
(條件12)
第2處理氣體：氨氣(7slm)；氬氣(1slm)
高頻電力：5kW
旋轉台2之旋轉速度：10rpm
(條件13)
第2處理氣體：氨氣(3.5slm)
高頻電力：4.5kW
旋轉台2之旋轉速度：5rpm
從該等結果得知，氮化矽膜內之應力會因應電漿產生用氣體(第2處理氣體)之成分、第2處理氣體之流量、旋轉台2之旋轉速度及電漿產生用高頻電力而改變。
圖24係顯示以以下條件21、22、23來成膜時，量測氮化矽膜內之應力的結果。
(條件21：1階段成膜處理)
第2處理氣體：氨氣(5slm)
高頻電力：4.5kW
旋轉台2之旋轉速度：10rpm
(條件22：2階段成膜處理)
第2處理氣體：氨氣(8slm)
高頻電力：5kW
旋轉台2之旋轉速度：30rpm(第1階段)→10rpm(第2階段)
(條件23：1階段成膜處理)
第2處理氣體：氨氣(8slm)
高頻電力：5kW
旋轉台2之旋轉速度：10rpm
根據此條件，將第1階段設定成30rpm而形成稀疏膜後，在第2階段將旋轉台2之旋轉速度變更為低速旋轉來使得氨氣的吸附機率提升，便可成膜緻密的薄膜(第2膜303)。從該等結果亦是藉由第2氣體之流量及高頻電力來讓氮化矽膜內部之應力變化，並藉由在上層側的氮化矽膜與晶圓W之間透過其他的氮化矽膜(第1膜302)來同樣地使膜內之應力變化。因此，換句話說，藉由適當設定該等旋轉台2之旋轉速度、第2氣體之流量及高頻電力，便可成膜持有任意壓力(應力)的薄膜(第1膜302或第2膜303)。
圖25係顯示將晶圓W之加熱溫度設定成400℃(條件31、32)及450℃(條件33、34)，並將氮化矽膜之膜厚設定為50nm(條件31、33)及25nm(條件32、34)時，量測該膜內所產生應力的結果。得知晶圓W之加熱溫度及氮化矽膜之膜厚亦是同樣為改變應力的主因。
圖26係顯示將氮化矽膜之膜厚固定為25nm時，調查晶圓W之加熱溫度對氮化矽膜內之應力所給予影響的結果。具體而言，就該加熱溫度，便從條件41往條件46而從200℃開始每次升高50℃。此圖26中亦得到與圖25相同的結果。
圖27係顯示氮化矽膜之成膜溫度與該氮化矽膜之相對於氟酸的濕蝕刻率之關係的結果。在成膜處理上，係顯示使用圖1所示半批次式裝置與圖14所示批次式縱型熱處理裝置而分別藉由ALD法來進行成膜的結果。圖1的半批次式裝置中得知即使成膜溫度在400℃之低溫亦可得到與縱型熱處理裝置中以550℃所得到的特性相同等級的氮化矽膜。又，即使在任一裝置中，亦得知成膜溫度越高，則濕蝕刻率會越低，因此會進行氮化矽膜之緻密化。
因此，成膜第2膜303時，藉由讓成膜溫度較成膜第1膜302時更高， 則第2膜303便會變得較第1膜302要緻密，故換句話說，因為可在第2膜303下層側形成較該第2膜303要軟質的應力緩和層，故便得到與上述範例相同的效果。如此般地在薄膜之成膜中提高成膜溫度之情形下，係在成膜初期(成膜第1膜302時)例如以200℃來進行成膜。接著，在進行了相當於第1膜302之膜厚量之成膜後，便將成膜溫度提高至400℃，而進行第2膜303之成膜。
圖28係顯示在以下各條件中而成膜氮化矽膜之情形下，量測殘存於該氮化矽膜之應力的結果。另外，作為處理壓力及供給至天線83的電力，係就各條件51~53中任一範例均分別設定成93.3Pa(0.7Torr)及5000W。又，框體90與旋轉台2之間的分隔距離係分別設定成30mm。
(條件51)
第2處理氣體：氨/氫=5000sccm/0sccm)
(條件52)
第2處理氣體：氨/氫=5000sccm/600sccm)
(條件53)
第2處理氣體：氨/氫=300sccm/600sccm)
其結果，如上述般，越增加氫氣之添加量(第2處理氣體全體所包含的氫氣之比例)，則氮化矽膜便會越緻密化，因此得知亦可利用氫氣之添加量(氫氣活性基的量)來調整薄膜之緻密度。利用氫氣之添加來調整上述第1膜302與第2膜303之緻密度的情形中，具體而言係採用以下手法。亦即，成膜第1膜302時，係例如不使用氫氣而僅使用氨氣來作為第2處理氣體。然後，成膜第2膜303時，係使用添加了氫氣的氨氣來作為第2處理氣體。換句話說，在成膜第2膜303時所使用的第2處理氣體係藉由讓氫氣之添加量(第2處理氣體中氫氣所佔之添加比例)相較於成膜第1膜302時所使用的第2處理氣體較多，來得到與上述各範例相同的效果。另外，圖28等中的實驗結果係各自條件中所得到者，在適當地變更處理壓力或氣體流量等參數的情形中，當然便可得到各種不同結果。
本發明之實施例中，藉由供給關係到薄膜品質的活性基至基板，而在成膜薄膜於該基板上時，將該薄膜之下側部分藉由第1膜(應力緩和層)來加以構成，並在此下側部分的上層側形成第2膜(緻密膜)來作為薄膜之一部分。 然後，讓成膜第1膜時供給至基板之每單位膜厚的該活性基的量較成膜第2膜時供給至基板之每單位膜厚的該活性基的量要小。因此，即使該第2膜因為基板與第2膜之間的應力差而欲引起膜剝離，亦可藉由第1膜來緩和此應力差，故便可抑制膜剝離並形成良好膜質的(緻密的)薄膜。
以上，基於各實施形態而進行了本發明之說明者係完整說明而促進發明之理解，並以幫助讓技術更進展之方式來加以記載者。因此，實施形態所示要件並非限定本發明者。又，實施形態之例示並非表示其優缺點。雖然實施形態詳細記載了發明，但在不脫離發明旨趣的範圍中可進行各式各樣的變更、置換、改變。
本申請係將2013年6月26日申請之日本特願2013-134002號作為優先權主張的基礎申請案，於此以其為基礎而主張優先權，並因參照而插入其全部內容。
1‧‧‧真空容器
2‧‧‧旋轉台
5‧‧‧突出部
7‧‧‧加熱器單元
11‧‧‧頂板
12‧‧‧容器本體
12a‧‧‧突出部
13‧‧‧密封構件
14‧‧‧真空容器底面部
20‧‧‧殼體
21‧‧‧核心部
22‧‧‧旋轉軸
23‧‧‧驅動部
32‧‧‧噴嘴
51‧‧‧分離氣體供給管
62‧‧‧排氣口
63‧‧‧排氣管
64‧‧‧真空幫浦
65‧‧‧壓力調節部
71a‧‧‧罩構件
72、73‧‧‧吹淨氣體供給管
80‧‧‧電漿處理部
84‧‧‧匹配器
85‧‧‧高頻電源
86‧‧‧連接電極
100‧‧‧側環
101‧‧‧氣體流路
111‧‧‧壁部
122‧‧‧驅動部
200‧‧‧控制部
201‧‧‧記憶部
C‧‧‧中心部區域
W‧‧‧晶圓

Claims (19)

  1. 一種成膜方法，係在真空容器內針對基板形成薄膜的成膜方法，其具備：第1工序，係包含將氣體電漿化所得到的關於該薄膜品質的活性基供給至基板的工序，並在基板上成膜第1膜；以及第2工序，係包含將該活性基藉由調整控制參數而以每單位膜厚的活性基之供給量會較該第1工序中的每單位膜厚的活性基之第1供給量要多的方式來供給至基板的工序，並在該第1膜上成膜為與該第1膜相同種類之膜的第2膜；在供給第1處理氣體至基板與供給第2處理氣體至基板之間，係介設有將薄膜改質用氣體電漿化而將改質用活性基供給至基板的改質工序。
  2. 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中各該第1工序及第2工序係針對基板而交互地供給第1處理氣體，及與此第1處理氣體反應而在基板上生成反應生成物的第2處理氣體之工序；該第1處理氣體及第2處理氣體之至少一者的處理氣體之供給係將該處理氣體電漿化而將活性基供給至基板的工序。
  3. 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中各該第1工序及第2工序係針對基板而交互地供給第1處理氣體，及與此第1處理氣體反應而在基板上生成反應生成物的第2處理氣體之工序。
  4. 如申請專利範圍第2項之成膜方法，其中該第1工序及第2工序係藉由使載置了基板的旋轉台旋轉而讓基板公轉，並在旋轉台圓周方向上相互分離的第1處理區域與第2處理區域中分別供給第1處理氣體與第2處理氣體之工序。
  5. 如申請專利範圍第4項之成膜方法，其中第1工序中旋轉台的旋轉速度係較第2工序中旋轉台的旋轉速度要低。
  6. 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中該第1工序及第2工序為根據電漿CVD法的成膜工序。
  7. 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中在該第1工序及第2工序所使用的電漿係藉由從電力供給部供給電力至氣體來加以生成；該控制參數之調整係至少為下述一者：a)讓第1工序中電力供給部與基板之間距較第2工序中電力供給部與基板之間距要大；b)讓第1工序中電力供給部之供給電力較第2工序中電力供給部之供給電力要小。
  8. 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中該控制參數之調整係至少為下述一者：a)讓第1工序中處理氛圍之壓力較第2工序中處理氛圍之壓力要高；b)就應電漿化的氣體，讓第1工序中的流量較第2工序中的流量要小。
  9. 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中第1膜及第2膜為矽氮化膜，而第1膜的基底膜為矽膜。
  10. 如申請專利範圍第9項之成膜方法，其中第1工序及第2工序中活性基係將氨氣電漿化所得到者。
  11. 一種非臨時性電腦可讀取記憶媒體，係儲存了在真空容器內針對基板形成薄膜的成膜裝置所使用的電腦程式的非臨時性電腦可讀取記憶媒體，該電腦程式係以實施下述之方式在電腦上加以處理：第1工序，係包含將氣體電漿化所得到的關於該薄膜品質的活性基供給至基板的工序，並在基板上成膜第1膜；以及第2工序，係包含將該活性基藉由調整控制參數而以每單位膜厚的活性基之供給量會較該第1工序中的每單位膜厚的活性基之第1供給量要多的方式來供給至基板的工序，並在該第1膜上成膜為與該第1膜相 同種類的膜的第2膜；在供給第1處理氣體至基板與供給第2處理氣體至基板之間，係介設有將薄膜改質用氣體電漿化而將改質用活性基供給至基板的改質工序。
  12. 一種成膜裝置，係在真空容器內針對基板形成薄膜的成膜裝置，其具備：處理氣體供給部，係用以將成膜用處理氣體供給至基板；電漿產生部，係為了將關於該薄膜品質的活性基供給至基板而用以讓電漿產生；以及控制部，係輸出用以藉由該處理氣體之供給以及該電漿之產生而在基板上成膜第1膜，並以每單位膜厚的活性基之供給量會較該第1膜之成膜時的每單位膜厚的活性基之第1供給量要多的方式來調整控制參數，而進行該處理氣體之供給以及該電漿之產生，來在該第1膜上成膜為與該第1膜相同種類之膜的第2膜之控制訊號；該電漿產生部係以在第1處理氣體之供給時與第2處理氣體之供給時之間，將薄膜改質用氣體電漿化而將改質用活性基供給至基板之方式來加以構成。
  13. 如申請專利範圍第12項之成膜裝置，其中該處理氣體供給部係具備用以供給第1處理氣體的第1處理氣體供給部，以及用以供給與該第1處理氣體反應而在基板上生成反應生成物的第2處理氣體供給部；該電漿產生部係以將該第1處理氣體與第2處理氣體之至少一者電漿化之方式來加以構成；該控制部係以交互地供給該第1處理氣體與第2處理氣體至基板之方式來輸出控制訊號。
  14. 如申請專利範圍第12項之成膜裝置，其中該處理氣體供給部係具備用以供給第1處理氣體的第1處理氣體供給部，以及用以供給與該第1處理氣體反應而在基板上生成反應生成物的第2處理氣體供給部。
  15. 如申請專利範圍第13項之成膜裝置，其具備用以載置而讓基板公轉的旋轉台，且該第1處理氣體供給部與第2處理氣體供給部係以分別供給第1處理氣體與第2處理氣體至旋轉台圓周方向上相互分離的第1處理區域與第2處理區域之方式來加以設置。
  16. 如申請專利範圍第15項之成膜裝置，其中該第1膜成膜時之旋轉台的旋轉速度係較該第2膜成膜時之旋轉台的旋轉速度要低。
  17. 如申請專利範圍第12項之成膜裝置，其中該電漿產生部係以將從該處理氣體供給部所供給的處理氣體電漿化之方式來加以構成；且該第1膜及第2膜會以根據CVD法而加以製膜之方式來加以構成。
  18. 如申請專利範圍第12項之成膜裝置，其中該電漿產生部係具備供給電力至該處理氣體的電力供給部；該控制參數之調整係至少為下述一者：a)讓第1膜成膜時之電力供給部與基板之間距較第2膜成膜時之電力供給部與基板之間距要大；b)讓第1膜成膜時之電力供給部之供給電力較第2膜成膜時之電力供給部之供給電力要小。
  19. 如申請專利範圍第12項之成膜裝置，其中該控制參數之調整係至少為下述一者：a)讓第1膜成膜時之處理氛圍之壓力較第2膜成膜時之處理氛圍之壓力要高；b)就應電漿化的氣體，讓第1膜成膜時之的流量較第2膜成膜時之的流量要小。
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