TWI623642B - 含矽膜之成膜方法 - Google Patents

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Abstract

一種含矽膜之成膜方法，係使用成膜裝置來進行成膜，該成膜裝置具有：旋轉台2，可載置基板W；以及第1處理氣體供給機構與第2處理氣體供給機構，係沿著該旋轉台之旋轉方向相互分離設置；該成膜方法具有下述製程：種晶層形成製程，係一邊使得該旋轉台做旋轉、一邊從該第1處理氣體供給機構對該基板供給胺基矽烷氣體，以於該基板之表面形成種晶層；觸媒供給製程，係一邊使得該旋轉台做旋轉、一邊從該第1處理氣體供給機構將含硼氣體供給於該基板之表面；以及原料氣體供給製程，係一邊使得該旋轉台做旋轉、一邊從該第2處理氣體供給機構將矽烷系氣體供給於該基板之表面，而於該基板之表面產生矽彼此之鍵結。

Description

含矽膜之成膜方法
本發明係關於一種含矽膜之成膜方法。
以往為人所知的直立型熱處理裝置，係使得複數片晶圓保持在水平狀態下載置於在鉛直方向上保有間隔而多段式積載保持之晶圓舟上，將保持著晶圓之晶圓舟收容至縱長的處理容器內，對處理容器內供給既定氣體並加熱處理容器而於晶圓上進行成膜。
如日本特開2011-254063號公報所揭示般，在使用相關直立型熱處理裝置之成膜方法方面，已知有交互地反覆進行第1氣體供給製程(以被處理體之表面會成為吸附矽烷系氣體的狀態的方式來對處理容器內供給由矽與氫所構成之矽烷系氣體)與第2氣體供給製程(對處理容器內供給含有BCl3等雜質之氣體)而以非晶質狀態形成含雜質之矽膜的成膜方法。
同樣地，如日本特開2010-251654號公報所揭示般，已知有一種含硼氮化矽膜之成膜方法，係使用直立型熱處理裝置者，包含：一邊逐次進行N2沖洗的情況下對基材上依序供給矽烷系氣體(DCS)、氮化性氣體(NH3)以及含硼氣體(BCl3)來形成含硼氮化矽層之製程；以及，對此含硼氮化矽層供給經電漿活性化之氮化性氣體(活性化NH3)之製程，而依序反覆進行此等製程。
上述直立型熱處理裝置中，由於處理室內未受到區劃，一旦將種類不同的氣體同時供給於處理室內，則不同氣體彼此會在處理室內混合而相互反應。為了防止如此之反應，日本特開2011-254063號公報所記載之成膜方法中，為了交互進行第1氣體供給製程與第2氣體供給製程，係於進行了第1氣體供給製程後，停止矽烷系氣體的供給並進行用以排除矽烷系氣 體之殘留氣體的沖洗製程，進而於第2氣體供給製程結束後也停止含雜質氣體之供給並進行用以排除此殘留氣體之沖洗製程。然後，以此做為1循環，反覆上述循環進行成膜直到既定循環數。
同樣地，於日本特開2010-251654號公報所記載之成膜方法中也如上述般在供給矽烷系氣體、氮化性氣體、含硼氣體之各製程間插入進行N2沖洗之製程，並對其加入供給由電漿所活性化之氮化性氣體之製程，而反覆循環來進行成膜。
如此之成膜方法，係將第1反應氣體供給於基板而於基板表面吸附第1反應氣體，其次將第2反應氣體供給於基板而使得已吸附於基板表面之第1反應氣體來和第2反應氣體起反應，藉此於基板上沉積由此等反應氣體之反應生成物所構成之膜的成膜方法，被稱為原子層成膜(ALD)法或是分子層成膜(MLD)法。
但是，上述日本特開2011-254063號公報以及日本特開2010-251654號公報所記載之構成，由於頻繁進行氣體之供給與停止，故進行1循環需要相當長的時間。此外，為了進行具有既定膜厚之成膜，必須反覆進行此循環複數次，需要非常長時間，而有生產性非常差的問題。
另一方面，如日本特開2010-263245號公報所揭示般，在實施上述ALD法或是MLD法之成膜裝置方面已知有所謂的旋轉台式者。相關旋轉台式成膜裝置具有：載置基板之旋轉台；第1反應氣體供給部，朝旋轉台供給第1反應氣體；第2反應氣體供給部，朝旋轉台供給第2反應氣體；以及分離區域，係設置於第1反應氣體供給部與第2反應氣體供給部之間，用以分離第1反應氣體與第2反應氣體。分離區域設有：天花板面，係較被供給第1反應氣體之區域以及被供給第2反應氣體之區域來得低；以及分離氣體供給部，係供給分離氣體。
依據利用相關旋轉台式ALD法或是MLD法之成膜裝置，能以高生產性來實施專利文獻1、2所記載之成膜方法。亦即，可使得旋轉台僅進行1旋轉即實施上述1循環，而藉由使得旋轉台做複數次旋轉，則可在無需停止氣體供給的前提下連續地進行複數循環。
但是，旋轉台式成膜裝置由於相較於上述直立型熱處理裝置在裝置之 構成、成膜程序的溫度條件等不同，故即使上述日本特開2011-254063號公報以及日本特開2010-251654號公報所記載之成膜方法係以旋轉台式成膜裝置來實施，也未必可得到高品質膜。
是以，本發明之目的在於提供一種含矽膜之成膜方法，可使用採旋轉台式ALD法或是MLD法之成膜裝置來形成高品質的含矽膜。
為了達成上述目的，本發明之一態樣的含矽膜之成膜方法，係使用成膜裝置進行成膜，該成膜裝置具有：旋轉台，於處理室內可載置基板；第1以及第2處理區域，係沿著該旋轉台之旋轉方向來相互分離設置；第1處理氣體供給機構，可於該第1處理區域內對該基板供給第1處理氣體；以及第2處理氣體供給機構，可於該第2處理區域內對該基板供給第2處理氣體；該成膜方法具有下述製程：種晶層形成製程，係一邊使得該旋轉台做旋轉、一邊從該第1處理氣體供給機構對該基板以既定期間來供給胺基矽烷氣體，而於該基板之表面形成種晶層；觸媒供給製程，係於該種晶層形成製程結束後，一邊使得該旋轉台做旋轉、一邊從該第1處理氣體供給機構對該基板之表面供給做為觸媒氣體之含硼氣體；以及原料氣體供給製程，係一邊使得該旋轉台做旋轉、一邊從該第2處理氣體供給機構對該基板之表面供給做為原料氣體之矽烷系氣體，藉由該含硼氣體之觸媒作用以於該基板之表面上產生該矽烷系氣體所含矽彼此的鍵結。
1‧‧‧真空容器
2‧‧‧旋轉台
4‧‧‧凸狀部
5‧‧‧突出部
7‧‧‧加熱器單元
7a‧‧‧蓋構件
11‧‧‧頂板
11a‧‧‧開口部
12‧‧‧容器本體
12a‧‧‧突出部
13‧‧‧密封構件
14‧‧‧底部
15‧‧‧搬送口
20‧‧‧盒體
21‧‧‧核心部
22‧‧‧旋轉軸
23‧‧‧驅動部
24‧‧‧凹部
25‧‧‧貫通孔
31~33‧‧‧處理氣體噴嘴
35‧‧‧氣體噴出孔
41~43‧‧‧分離氣體噴嘴
42h‧‧‧氣體噴出孔
44‧‧‧低天花板面
45‧‧‧高天花板面
46‧‧‧彎曲部
47‧‧‧溝槽部
50‧‧‧間隙
51‧‧‧分離氣體供給管
52‧‧‧空間
61‧‧‧第1排氣口
62‧‧‧第2排氣口
63‧‧‧排氣管
64‧‧‧真空泵
65‧‧‧壓力調整器
71‧‧‧蓋構件
71a‧‧‧內側構件
71b‧‧‧外側構件
72,73‧‧‧沖洗氣體供給管
80‧‧‧電漿產生器
81‧‧‧框構件
81a‧‧‧密封構件
81b‧‧‧突起部
81c‧‧‧抵壓構件
82‧‧‧法拉第遮蔽板
82a‧‧‧支撐部
82s‧‧‧狹縫
83‧‧‧絕緣板
85‧‧‧天線
85a‧‧‧立設部
85b‧‧‧支撐部
86‧‧‧匹配箱
87‧‧‧高頻電源
93a‧‧‧氬氣體供給源
93b‧‧‧氮氣體供給源
93c‧‧‧氫氣體供給源
94a~94c‧‧‧流量控制器
100‧‧‧控制部
101‧‧‧記憶部
102‧‧‧媒體
481,482‧‧‧空間
C‧‧‧中心區域
D‧‧‧分離區域
E‧‧‧排氣區域
H‧‧‧分離空間
h1‧‧‧高度
P1‧‧‧第1處理區域
P2‧‧‧第2處理區域
P3‧‧‧第3處理區域
S‧‧‧內部空間
W‧‧‧晶圓
圖1係顯示本發明之實施形態所用之成膜裝置之概略截面圖。
圖2係顯示圖1之成膜裝置之真空容器內構成之概略立體圖。
圖3係顯示圖1之成膜裝置之真空容器內構成之概略俯視圖。
圖4係沿著圖1之成膜裝置之真空容器內以可旋轉方式設置之旋轉台的同心圓之該真空容器的概略截面圖。
圖5係顯示圖1之成膜裝置之其他概略截面圖。
圖6係顯示於圖1之成膜裝置所設電漿產生源之概略截面圖。
圖7係顯示於圖1之成膜裝置所設電漿產生源之其他概略截面圖。
圖8係顯示於圖1之成膜裝置所設電漿產生源之概略俯視圖。
圖9A以及9B係用以說明本發明之第1實施形態相關的含矽膜之成膜方法之處理流程圖。
圖10A至10C係用以說明硼對於不含氯之矽烷系氣體的觸媒作用之圖。
圖11係顯示本發明之第1實施例相關的含矽膜之成膜方法之實施結果圖。
圖12係顯示本發明之第2實施例相關的成膜方法之實施結果圖。
圖13A以及13B係顯示本發明之第3實施例相關的成膜方法之實施結果圖。
圖14係顯示本發明之第3實施例相關的含矽膜之成膜方法之實施結果(膜之表面粗度測定結果)之圖。
圖15A以及15B係用以說明本發明之第2實施形態相關的含矽膜之成膜方法之一例之圖。
圖16係顯示本發明之第4實施例相關的含矽膜之成膜方法之實施結果圖。
圖17係顯示對於藉由本發明之第5實施例相關的含矽膜之成膜方法所成膜出的膜之蝕刻耐性進行調查的結果圖。
圖18係顯示對於藉由本發明之第6實施例相關的含矽膜之成膜方法所成膜出之膜之絕緣性進行調查之結果圖。
圖19A以及19B係顯示對於藉由本發明之第7實施例相關的含矽膜之成膜方法所成膜出之膜之覆蓋性進行調查之結果圖。
圖20係顯示對於藉由本發明之第8實施例相關的含矽膜之成膜方法所成膜出之膜之表面粗度進行調查之結果圖。
以下，參見圖式，說明用以實施本發明之形態。
首先，針對實施本發明之實施形態相關的含矽膜之成膜方法為適切的成膜裝置來說明。圖1係成膜裝置之一例的縱截面圖，圖2係成膜裝置之一例的分解立體圖。此外，圖3係成膜裝置之一例的分解俯視圖。
參見圖1至圖3，可實施本發明之實施形態相關的含矽膜之成膜方法的成膜裝置(以下稱為「成膜裝置」)具備有：扁平的真空容器1，具有大致圓形的平面形狀；以及旋轉台2，設置於此真空容器1內，於真空容器1之中心具有旋轉中心。真空容器1具有：容器本體12，係具有有底的圓筒形狀；以及頂板11，對於容器本體12之上面係經由例如O型環等密封構件13(圖1)而可氣密性裝卸地受到配置。真空容器1由於為在其中進行晶圓W處理之容器，故也稱為處理室1。
旋轉台2係以中心部固定於圓筒形狀之核心部21，此核心部21被固定於在鉛直方向上延伸之旋轉軸22之上端。旋轉軸22貫通真空容器1之底部14，其下端則安裝於使得旋轉軸22(圖1)繞鉛直軸做旋轉之驅動部23。旋轉軸22以及驅動部23被收納於上面開口之筒狀盒體20內。此盒體20設置於上面的凸緣部分係氣密安裝於真空容器1之底部14之下面，維持著盒體20之內部雰圍與外部雰圍之氣密狀態。
於旋轉台2之表面部，如圖2以及圖3所示般沿著旋轉方向(周向)設有用以載置複數(圖示例為5片)基板亦即半導體晶圓(以下稱為「晶圓」)W的圓形狀之凹部24。凹部24具有較晶圓W之直徑略大例如4mm之內徑以及和晶圓W之厚度大致相等之深度。從而，若晶圓W被收容於凹部24，則晶圓W之表面與旋轉台2之表面(未載置晶圓W之區域)會成為相同高度。於凹部24之底面形成有貫通孔25(參見圖3)，用以支撐晶圓W內面而讓晶圓W進行升降之例如3支的升降銷(未圖示)可朝貫通孔25做貫通。
圖2以及圖3係說明真空容器1內構造之圖，基於方便說明起見而省略頂板11之圖示。如圖2以及圖3所示般，於旋轉台2之上方，個別例如由石英所構成之處理氣體噴嘴31~33、分離氣體噴嘴41~43係於真空容器1之周向(旋轉台2之旋轉方向(圖3之箭頭A)上彼此保有間隔而配置。圖示之例，係從後 述搬送口15繞順時鐘(旋轉台2之旋轉方向)依序配置有分離氣體噴嘴41、處理氣體噴嘴31、分離氣體噴嘴42、處理氣體噴嘴32、分離氣體噴嘴43以及處理氣體噴嘴33。此等噴嘴31~33、41~43藉由將各噴嘴31~33、41~43之基端部固定於容器本體12之外周壁而從真空容器1之外周壁導入於真空容器1內，係沿著容器本體12之半徑方向相對於旋轉台2朝水平延伸的方式受到安裝。
此外，於處理氣體噴嘴33之上方設有如圖3中簡化顯示的電漿產生器80。關於電漿產生器80將於後述。
處理氣體噴嘴31經由未圖示之配管以及流量調整器等而連接於做為第1處理氣體之含硼氣體之供給源(未圖示)。處理氣體噴嘴32經由未圖示之配管以及流量調整器等而連接於做為第2處理氣體之含Si(矽)氣體之供給源(未圖示)。處理氣體噴嘴33經由未圖示之配管以及流量調整器等而連接於做為第3處理氣體之氮化氣體之供給源(未圖示)。分離氣體噴嘴41~43均經由未圖示之配管以及流量調整閥等而連接於做為分離氣體之氮(N2)氣體之供給源(未圖示)。
此外，處理氣體噴嘴32之構成上除了可連接於形成含矽膜之成膜用原料氣體(矽烷系氣體)供給源以外，也可連接於用以形成種晶層(seed layer)之胺基矽烷氣體之供給源。本實施形態相關的含矽膜之成膜方法中，最初於晶圓W表面形成種晶層，之後進行以矽為主成分之含矽膜之成膜。種晶層形成用處理氣體也為胺基矽烷氣體，故雙方皆為矽烷系氣體。此外，種晶層形成用胺基矽烷氣體與成膜用矽烷系氣體之切換可藉由未圖示之閥等來對於連接在處理氣體噴嘴32之供給源做切換來進行。
做為種晶層形成用胺基矽烷氣體可使用例如二異丙基胺基矽烷氣體。此外，做為成膜用矽烷系氣體可使用例如SiH4、Si2H6、Si3H8等高次矽烷系氣體。此外，從處理氣體噴嘴31所供給之含硼氣體係使用硼的觸媒機能而用以產生矽彼此鍵結之觸媒氣體。含硼氣體可使用例如BH3、B2H6、B(CH3)3、B(C2H5)3或是BCl3。此外，從處理氣體噴嘴33所供給之氮化氣體係用以使得以矽為主成分之膜進行氮化來生成矽氮化膜之氣體，係以經電漿活性化之狀態而被供給。氮化氣體可使用例如含有N2氣體、NH3氣體等含氮氣體之 混合氣體。此外，處理氣體噴嘴33為形成氮化膜時所必要之處理氣體供給機構，若不形成氮化膜而是形成Si膜之情況可無須設置。從而，處理氣體噴嘴33可視必要性來設置。
於處理氣體噴嘴31、32、33，朝向旋轉台2而開口之複數氣體噴出孔35係沿著處理氣體噴嘴31、32、33之長度方向以例如10mm之間隔配置著。處理氣體噴嘴31之下方區域成為用以使得含硼氣體吸附於晶圓W之第1處理區域P1。處理氣體噴嘴32之下方區域則成為第2處理區域P2，係藉由在第1處理區域P1已吸附於晶圓W之含硼氣體之觸媒作用，使得所供給之矽烷系氣體所含矽彼此產生鍵結而沉積矽膜。
參見圖2以及圖3，於真空容器1內設有3個凸狀部4。凸狀部4係和分離氣體噴嘴41~43一起構成分離區域D，所以如後述般係以朝旋轉台2突出的方式安裝於頂板11之內面。此外，凸狀部4具有頂部被切斷成為圓弧狀之扇型的平面形狀，於圖示之成膜裝置中，內圓弧連結於突出部5(後述)，外圓弧則沿著真空容器1之容器本體12之內周面來配置著。
圖4係顯示從處理氣體噴嘴31到處理氣體噴嘴32沿著旋轉台2之同心圓所得真空容器1之截面。如圖示般，由於在頂板11之內面安裝著凸狀部4，故真空容器1內存在有：做為凸狀部4下面的平坦的低天花板面44(第1天花板面)、以及位於此天花板面44之周向兩側而較天花板面44為高之天花板面45(第2天花板面)。天花板面44具有頂部被切斷成為圓弧狀之扇型的平面形狀。此外，如圖示般，凸狀部4於周向中央形成有以延伸於半徑方向的方式所形成之溝槽部47，分離氣體噴嘴42被收容於溝槽部47內。另一凸狀部4也同樣形成有溝槽部47，於該處收容分離氣體噴嘴41。此外，於高天花板面45之下方空間分別設有反應氣體噴嘴31、32。此等反應氣體噴嘴31、32係自天花板面45分離而設置於晶圓W附近。此外，基於說明之方便起見，如圖4所示般，於設置反應氣體噴嘴31之高天花板面45之下方形成有空間481，於設置反應氣體噴嘴32之高天花板面45之下方形成有空間482。
此外，收容於凸狀部4之溝槽部47處的分離氣體噴嘴41、42，其朝向旋轉台2開口之複數氣體噴出孔42h(參見圖4)係沿著分離氣體噴嘴41、42之長度方向以例如10mm的間隔配置著。
天花板面44相對於旋轉台2形成狹窄空間之分離空間H。若從分離氣體噴嘴42之噴出孔42h供給N2氣體，則此N2氣體會通過分離空間H而朝空間481以及空間482流動。此時，由於分離空間H之容積小於空間481以及482之容積，而可藉由N2氣體使得分離空間H之壓力高於空間481以及482之壓力。亦即，於空間481以及482之間形成高壓力之分離空間H。此外，從分離空間H朝空間481以及482流出之N2氣體相對於來自第1區域P1之含硼氣體以及來自第2區域P2之矽烷系氣體發揮逆向流的作用。從而，來自第1區域P1之含硼氣體與來自第2區域P2之矽烷系氣體會被分離空間H所分離。從而，可抑制含Si氣體與含硼氣體於真空容器1內出現混合、反應。
圖4中，基於圖示權宜起見而僅顯示了分離氣體噴嘴42，僅對此做說明，但由於分離氣體噴嘴41也具有同樣之構成，故省略其說明。
此外，天花板面44相對於旋轉台2上面之高度h1較佳為考慮成膜時之真空容器1內的壓力、旋轉台2之旋轉速度、所供給之分離氣體(N2氣體)之供給量等，而設定成為有助於讓分離空間H之壓力高於空間481以及482之壓力的高度。
另一方面，於頂板11之下面設有包圍核心部21(用以固定旋轉台2)之外周的突出部5(圖1以及圖2)。此突出部5於本實施形態中係和凸狀部4之旋轉中心側的部位成為連續，其下面形成為和天花板面44為相同高度。
圖5係顯示設有天花板面44之區域的截面圖。如圖5所示般，於扇型之凸狀部4之周緣部(真空容器1之外緣側部位)係以對向於旋轉台2外端面的方式形成有彎曲為L字形之彎曲部46。此彎曲部46和凸狀部4同樣地用以抑制反應氣體自分離區域D兩側侵入，而抑制兩反應氣體之混合。扇型之凸狀部4由於設置於頂板11、而頂板11可從容器本體12卸除，故於彎曲部46之外周面與容器本體12之間保有些微間隙。彎曲部46之內周面與旋轉台2之外端面之間隙、以及彎曲部46之外周面與容器本體12之間隙係例如設定為和天花板面44相對於旋轉台2上面之高度為同樣的尺寸。
容器本體12之內周壁在分離區域D如圖5所示般係接近於彎曲部46之外周面而形成為垂直面，但分離區域D以外的部位則如圖1所示般例如從和旋轉台2之外端面成為對向的部位經過底部14而往外方側凹陷。以下，基於說 明之方便起見，將具有大致矩形之截面形狀的凹陷部分記為排氣區域E(參見圖1)。排氣區域E之底部如圖1至圖3所示般形成有第1排氣口61以及第2排氣口62。第1排氣口61以及第2排氣口62如圖1所示般分別經由排氣管63而連接於做為真空排氣機構的例如真空泵64。又如圖1所示般，在排氣口61與真空泵64之間的排氣管63設有壓力調整器65。
於旋轉台2與真空容器1之底部14之間的空間，如圖1以及圖5所示般設有做為加熱機構之加熱器單元7，經由旋轉台2使得旋轉台2上之晶圓W被加熱至由程序配方所決定之溫度(例如250℃)。於旋轉台2之周緣附近下方側設有環狀的蓋構件71(參見圖5)，用以將從旋轉台2之上方空間到排氣區域E的雰圍與置放加熱器單元7之雰圍加以區劃來抑制氣體侵入旋轉台2之下方區域。此蓋構件71具備有：內側構件71a，係以從下方側面臨於旋轉台2之外緣部以及外緣部的更外周側的方式而設置；以及，外側構件71b，係設置於此內側構件71a與真空容器1之內壁面之間。外側構件71b於分離區域D係在凸狀部4之外緣部所形成的彎曲部46下方來和彎曲部46近接設置，內側構件71a於旋轉台2之外緣部下方(以及較外緣部略為外側的部分之下方)則圍繞著加熱器單元7整個全周。
相對於配置著加熱器單元7之空間靠近旋轉中心之部位的底部14係以接近於旋轉台2下面之中心部附近的核心部21的方式往上方側突出而成為突出部12a。此突出部12a與核心部21之間成為狹窄空間，又貫通底部14之旋轉軸22之貫通孔的內周面與旋轉軸22之間隙變狹窄，此等狹窄空間連通於盒體20。此外盒體20設有沖洗氣體供給管72，用以將做為沖洗氣體之N2氣體供給於狹窄空間內來進行沖洗。此外於真空容器1之底部14，在加熱器單元7之下方於周向上以既定角度間隔設置有用以對加熱器單元7之配置空間進行沖洗之複數沖洗氣體供給管73(圖5中顯示了一個沖洗氣體供給管73)。此外，於加熱器單元7與旋轉台2之間設有在周向上橫跨外側構件71b之內周壁(內側構件71a之上面)至突出部12a之上端部之間進行覆蓋之蓋構件7a，以抑制氣體侵入設有加熱器單元7之區域。蓋構件7a能以例如石英來製作。
此外，於真空容器1之頂板11之中心部連接著分離氣體供給管51，係以對頂板11與核心部21之間的空間52來供給做為分離氣體之N2氣體的方式所 構成。供給至此空間52之分離氣體係經由突出部5與旋轉台2之狹窄間隙50沿著旋轉台2之晶圓載置區域側表面往周緣噴出。空間50可藉由分離氣體而被維持在較空間481以及空間482來得高的壓力。從而，藉由空間50來抑制供給至第1處理區域P1之含硼氣體與供給至第2處理區域P2之矽烷系氣體通過中心區域C而混合。亦即，空間50(或是中心區域C)可發揮和分離空間H(或是分離區域D)為同樣的機能。
再者，於真空容器1之側壁，如圖2以及圖3所示般，形成有用以在未圖示之外部的搬送臂與旋轉台2之間進行晶圓W傳輸的搬送口15。此搬送口15由未圖示之閘閥所開閉。此外在旋轉台2之晶圓載置區域亦即凹部24係在和搬送口15為對向的位置處於搬送臂之間進行晶圓W的傳輸。從而，於旋轉台2之下方側對應於傳輸位置的位置處，設有用以貫通凹部24而將晶圓W從內面上舉之傳輸用升降銷及其升降機構(均未圖示)。
其次，參見圖6至圖8，針對電漿產生器80來說明。圖6係沿著旋轉台2之半徑方向的電漿產生器80之概略截面圖，圖7係沿著與旋轉台2之半徑方向為正交方向之電漿產生器80之概略截面圖，圖8係顯示電漿產生器80之概略之俯視圖。圖示之權宜起見，此等圖中簡化了一部分的構件。
參見圖6，電漿產生器80具有：框構件81，係以高頻穿透性之材料所製作，具有從上面凹陷的凹部，嵌入於頂板11所形成之開口部11a中；法拉第遮蔽板82，收容於框構件81之凹部內，具有上部開口之略箱狀的形狀；絕緣板83，配置於法拉第遮蔽板82之底面上；以及線圈狀的天線85，被支撐於絕緣板83之上方，具有略八角形之上面形狀。
頂板11之開口部11a具有複數段部，其當中的一段部在整個全周形成溝槽部，此溝槽部中嵌入有例如O型環等密封構件81a。另一方面，框構件81具有和開口部11a之段部相對應之複數段部，若將框構件81嵌入開口部11a，則複數段部當中的一段部之內面會和嵌入於開口部11a之溝槽部的密封構件81a相接，藉此，頂板11與框構件81之間的氣密性受到維持。此外，如圖6所示般，設有抵壓構件81c(沿著被嵌入頂板11之開口部11a中的框構件81之外周)，藉此，框構件81對於頂板11往下方壓緊。因此，可更確實地維持頂板11與框構件81之間的氣密性。
於框構件81之下面設有突起部81b，其對向於真空容器1內之旋轉台2，且於下面之外周在整個全周上朝下方(朝向旋轉台2)突起。突起部81b之下面近接於旋轉台2之表面，藉由突起部81b、旋轉台2之表面、框構件81之下面而於旋轉台2之上方區劃出空間(以下稱為內部空間S)。此外，突起部81b之下面與旋轉台2之表面之間隔可和分離空間H(圖4)中之天花板面11相對於旋轉台2上面之高度h1大致相同。
內部空間S中有貫通突起部81b之處理氣體噴嘴33延伸設置著。如圖6所示般，處理氣體噴嘴33連接著被充填氬(Ar)氣體之氬氣體供給源93a、被充填氮(N2)氣體之氮氣體供給源93b、以及被充填氫(H2)氣體之氫氣體供給源93c。從氬氣體供給源93a、氮氣體供給源93b、以及氫氣體供給源93c使得經由對應之流量控制器94a、94b、以及94c做過流量控制之Ar氣體、N2氣體、以及H2氣體以既定流量比(混合比)供給於內部空間S。此外，被充填氮氣體之氮氣體供給源93b也可為取代氮氣體而被充填氨氣體之氨氣體供給源93b。亦即，氮氣體供給源93b只要可發揮被充填氮化氣體之氮化氣體供給源93b的機能即可。
處理氣體噴嘴33沿著長邊方向以既定間隔(例如10mm)形成有複數噴出孔35，從噴出孔35噴出上述Ar氣體等。噴出孔35如圖7所示般係從對旋轉台2之垂直方向起往旋轉台2之旋轉方向上游側做傾斜。因此，從處理氣體噴嘴33所供給之氣體係朝旋轉台2之旋轉方向的相反方向(具體而言朝突起部81b之下面與旋轉台2之表面之間的間隙)噴出。藉此，可抑制反應氣體、分離氣體沿著旋轉台2之旋轉方向上從相對於電漿產生器80位於上游側之天花板面45之下方空間流入內部空間S內。此外，如上述般，由於沿著框構件81之下面外周所形成之突起部81b近接於旋轉台2之表面，而可藉由來自處理氣體噴嘴33之氣體來容易維持高的內部空間S內之壓力。藉此也可抑制反應氣體、分離氣體流入內部空間S內。
法拉第遮蔽板82由金屬等導電性材料所製作，雖圖示省略但處於接地狀態。如圖8所示，於法拉第遮蔽板82之底部形成有複數狹縫82s。各狹縫82s係以和具有大致八角形平面形狀的天線85之對應邊為大致正交的方式延伸著。
此外，法拉第遮蔽板82如圖7以及圖8所示般，於上端2部位具有朝外側彎折之支撐部82a。支撐部82a被支撐於框構件81之上面，使得法拉第遮蔽板82被支撐於框構件81內之既定位置。
絕緣板83係例如由石英玻璃所製作，尺寸較法拉第遮蔽板82之底面來得略小，載置於法拉第遮蔽板82之底面。絕緣板83將法拉第遮蔽板82與天線85加以絕緣，另一方面使得從天線85所放射之高頻朝下方穿透。
天線85係以平面形狀成為略八角形的方式將銅製中空管(pipe)例如做3重捲繞而形成。可於管內循環冷卻水，藉此，可防止天線85受到供給於天線85之高頻的影響而被高溫加熱。此外，於天線83之兩端設有立設部85a，於立設部85a安裝著支撐部85b。藉由支撐部85b，天線85被維持在法拉第遮蔽板82內之既定位置處。此外，支撐部85b經由匹配箱86而連接著高頻電源87。高頻電源87可產生例如具有13.56MHz頻率的高頻。
依據具有如此構成之電漿產生器80，若經由匹配箱86從高頻電源87對天線85供給高頻電力，則藉由天線85產生電磁場。此電磁場當中的電場成分由於受到法拉第遮蔽板82所遮蔽而無法往下方傳遞。另一方面，磁場成分則通過法拉第遮蔽板82之複數狹縫82s往內部空間S內傳遞。藉由此磁場成分，會從處理氣體噴嘴33以既定流量比(混合比)供給於內部空間S之Ar氣體、N2氣體、以及H2氣體等氣體來產生電漿。依據以此方式所產生之電漿，可降低對沉積於晶圓W上之薄膜的照射損傷、真空容器1內各構件的損傷等。
此外，成膜裝置中如圖1所示般設有由用以進行裝置全體動作控制之電腦所構成之控制部100，於此控制部100之記憶體內儲存有程式，可在控制部100之控制下，於成膜裝置實施後述本實施形態相關的成膜方法。此程式係以實行本實施形態相關的成膜方法的方式組入有步驟群，記憶於硬碟、光碟、光磁碟、記憶卡、軟碟等媒體102中，藉由既定讀取裝置而被讀入至記憶部101，於控制部100內受到安裝。
其次，針對本發明之實施形態相關的含矽膜之成膜方法來說明。本發明之實施形態相關的成膜方法，係針對使用圖1至圖8所說明過之旋轉台式成膜裝置來實施成膜方法之形態來說明。
〔第1實施形態〕
圖9A以及9B係用以說明本發明之第1實施形態相關的含矽膜之成膜方法之處理流程圖。圖9A係顯示用以實施本發明之第1實施形態相關的含矽膜之成膜方法所用的成膜裝置之供給氣體之平面配置一例之圖，圖9B係顯示本發明之第1實施形態相關的含矽膜之成膜方法之一例的時機圖表之圖。此外，圖9B中也顯示以往不形成種晶層之成膜方法做為比較態樣，上段的時機圖表為以往之成膜方法。圖9B之下段所示時機圖表為第1實施形態相關的成膜方法之處理流程。
第1實施形態相關的含矽膜之成膜方法中，係針對於晶圓W上形成含硼矽膜(SiB膜)之方法做說明。此處所說含硼矽膜(SiB膜)為些許混入了當作觸媒使用之硼(B)的矽膜，基本上意指以矽為主成分之單膜。
首先，從可說是第1實施形態相關的含矽膜之成膜方法之準備動作的基板搬入製程來說明。此外，後續說明中係適宜參見到目前為止所參見過的圖式，對於和到目前為止所說明過之構成要素為同樣之構成要素係賦予同一參見符號，而適宜省略相關說明。
最初，開啟未圖示之閘閥，從外部藉由未圖示之搬送臂而經由搬送口15(圖2、3)將晶圓W傳輸至旋轉台2之凹部24內。此傳輸係當凹部24停止在面臨搬送口15之位置時經由凹部24之底面的貫通孔25而從真空容器1之底部側使得未圖示之升降銷做升降來進行者。如此之晶圓W之傳輸係使得旋轉台2做間歇性旋轉來進行，而於旋轉台2之5個凹部24內分別載置晶圓W。
接著關閉閘閥，藉由真空泵640進行排氣直到真空容器1到達既定真空度為止。一旦真空容器1內到達既定真空度，則如圖9(a)之步驟S1所示般，從分離區域D內之分離氣體噴嘴41、42、43使得做為分離氣體之N2氣體以既定流量噴出，從分離氣體供給管51以及沖洗氣體供給管72、73也使得N2氣體以既定流量噴出。伴隨於此，藉由壓力調整器65將真空容器1內調整為預設之處理壓力。其次，一邊使得旋轉台2繞順時鐘以例如最大240rpm之旋轉速度進行旋轉、一邊藉由加熱器單元7將晶圓W加熱至250~450℃之範圍中某一溫度(例如250℃)。此外，真空容器1內之壓力例如可設定為0.5~9.5Torr。
其次，如圖9B之步驟S2所示般，進行種晶層形成製程。具體而言，於旋轉台2進行旋轉之狀態下，從處理氣體噴嘴32對第2處理區域P2內供給胺基矽烷氣體。當晶圓W被搬入真空容器1內之際，一般而言會於晶圓W表面形成自然氧化膜。自然氧化膜乃當晶圓W於大氣中受到載置、保存時即使未進行任何程序也會自然地生成於晶圓W表面的氧化膜。當晶圓W為矽晶圓之情況，SiO2膜係以自然氧化膜的形式形成。一旦如此之自然氧化膜形成於晶圓W之表面，則即使供給成膜用矽烷系氣體也難以在晶圓W表面直接吸附矽烷系氣體。例如，即使以3小時程度供給矽烷系氣體，絕大多數的情況於晶圓W表面不會吸附矽烷系氣體，而是要耗費6~8小時程度才終於吸附的等級。如此之吸附度在實際製造程序中要在晶圓W表面形成Si膜其生產性非常差而困難。
是以，本發明之第1實施形態相關的含矽膜之成膜方法中，最初供給即使在晶圓W表面形成了自然氧化膜也能吸附之胺基矽烷氣體，而於晶圓W表面形成種晶層。若使得胺基矽烷氣體所構成之種晶層形成於晶圓W表面，則供給做為成膜用原料氣體之矽烷系氣體時，可於種晶層上吸附矽烷系氣體，使得後續之成膜程序效率變佳，而能以高生產性來進行。
此外，基於種晶層形成用途從處理氣體噴嘴32所供給之胺基矽烷氣體只要是胺基矽烷氣體則種類無限定，可因應於用途來使用各種胺基矽烷氣體。本實施形態中舉出使用二異丙基胺基矽烷(DIPAS，〔SiH3N(iPr)2〕)做為胺基矽烷氣體之例來說明。
如圖9A所示般，於旋轉台2進行旋轉之狀態下，從第2處理氣體噴嘴32供給二異丙基胺基矽烷氣體，而其他噴嘴31、33、41~43則停止氣體之供給而不供給任何氣體、或是供給N2氣體。此外，二異丙基胺基矽烷氣體之流量例如可設定在50~500sccm之範圍內。
種晶層形成製程只要種晶層可於晶圓W表面覆蓋性良好地形成即可，其時間可因應於用途來選擇適切時間，通常為1~10分鐘之範圍，較佳為3~7分鐘之範圍，更佳為4~6分鐘之範圍，可適宜地設定在5分鐘左右。
一旦種晶層形成製程結束，乃停止從處理氣體噴嘴32供給胺基矽烷氣體。如圖9B之步驟S3所示般，在種晶層形成製程結束後進行沖洗製程。 沖洗製程並不從處理氣體噴嘴31~33供給處理氣體，僅從分離氣體噴嘴41~43供給N2氣體。此外，當從處理氣體噴嘴31~33也可供給N2氣體之情況，可進行N2氣體之供給。此外，本實施形態中，雖以沖洗製程供給N2氣體，但也可取代N2氣體而改為供給Ar、He等稀有氣體。
如圖9B之上段所示般，以往之成膜方法並未進行步驟S2之種晶層形成製程與步驟S3之沖洗製程。以往之成膜方法以步驟S1對真空容器1內全體供給了分離氣體之後，並不進行步驟S1之種晶層形成製程以及步驟S2之沖洗製程而是進入成膜製程。於此情況，如上述般，矽烷系氣體朝晶圓W表面上之吸附變得困難，有生產性降低之虞。另一方面，依據本實施形態相關的成膜方法，藉由於晶圓W表面形成種晶層，而可營造出容易吸附成膜用矽烷系氣體之狀態。
此外，步驟S2之沖洗製程的進行是為了使得在種晶層形成製程所供給之胺基矽烷氣體從真空容器1內被排出而準備進行後續成膜製程。步驟S4~S9為基於ALD法之一迴圈成膜，藉由反覆步驟S6~S9之循環於晶圓W表面上沉積含矽膜。步驟S6~S9並非依序分別以1階段來進行之製程，而是藉由旋轉台2之旋轉來依序進行之連續性製程，全體之循環也可稱為成膜製程或是沉積製程。
於進行沉積製程之際，從分離氣體噴嘴41~43連續地供給後續之分離氣體(N2)氣體，從第1處理氣體噴嘴31供給含硼氣體，從第2處理氣體噴嘴32供給矽烷系氣體。旋轉台2可從步驟S1起連續地旋轉，當於步驟S3之沖洗製程停止了旋轉台2之情況，使得旋轉台2旋轉。
如圖9A所示般，藉由旋轉台2繞順時鐘方向之旋轉，旋轉台2上之晶圓W會依序通過設有分離氣體噴嘴41之分離區域D、設有第1處理氣體噴嘴31之第1處理區域P1、設有分離氣體噴嘴42之分離區域D、設有第2處理氣體噴嘴32之第2處理區域P2、設有分離氣體噴嘴43之分離區域D。於開始沉積製程之際，由於各晶圓W之位置不同，故未必從具有分離氣體噴嘴41之分離區域D開始沉積製程，但從旋轉台2上任意位置起開始沉積製程後，只要以搬送口15(圖9A中之上部)為起點，則會成為使得依序通過上述各區域之循環連續地進行。以下，詳細說明晶圓W通過各區域之 際所進行之各製程。
首先，於圖9B之步驟S4中進行觸媒供給製程。觸媒供給製程係從第1處理區域P1之第1處理氣體噴嘴31供給做為觸媒氣體之含硼氣體。含硼氣體具有切離矽烷系氣體之H2的分解促進作用，並有促進Si彼此鍵結之觸媒作用。晶圓W藉由旋轉台2之旋轉通過第1處理區域P1之際係被供給含硼氣體而吸附於晶圓W表面。可使用的含硼氣體之例可舉出含有BH3、B2H6、B(CH3)3、B(C2H5)3以及BCl3等之氣體。本實施形態中，舉出使用二硼烷(B2H6)與H2氣體之混合氣體做為含硼氣體之例來說明。此外，含硼氣體當為二硼烷(B2H6)與H2氣體之混合氣體之情況，例如二硼烷之比例可為0.1%程度。此外，在含硼氣體方面若從第1處理氣體噴嘴31供給B2H6之情況，能以例如0.1%之B2H6以50~500sccm之流量來供給。此外，從第2處理氣體噴嘴32所供給之Si2H6等矽烷系氣體之流量也可例如設定在50~500sccm之範圍內。
步驟S5中，旋轉台2上之晶圓W係移動至設有分離氣體噴嘴42之分離區域D下方，以分離區域D進行氣體分離製程。分離區域D中係從分離氣體噴嘴42供給分離氣體以沖洗晶圓W。此外，氣體分離製程也稱為沖洗製程。
步驟S6中，旋轉台2上之晶圓W係移動至設有第2處理氣體噴嘴32之第2處理區域P2之下方，從第2處理氣體噴嘴32對晶圓W表面供給做為原料氣體之矽烷系氣體。亦即，進行對晶圓W供給原料氣體之原料氣體供給製程。在矽烷系氣體方面可使用例如SiH4、Si2H6或是Si3H8等高次之矽烷系氣體。本實施形態中舉出將Si2H6當作矽烷系氣體使用之例來說明。
供給於晶圓W上之Si2H6脫去H2氣體而以SiH2基形式和吸附的硼產生鍵結，產生Si彼此之鍵結來沉積Si膜。
圖10A至10C係用以說明硼相對於不含氯之矽烷系氣體的觸媒作用之圖。圖10A係顯示在晶圓W表面形成有B(SiH2)3之狀態下，供給矽烷(SiH4)之狀態之圖。
圖10B係顯示所供給之矽烷(SiH4)和硼(B)起反應而鍵結，且從矽烷脫去H2而生成B(SiH2)4之狀態之圖。
圖10C係顯示產生了新的Si-Si鍵結之狀態之圖。一旦產生如此之反應，則Si彼此鍵結而逐漸沉積Si膜。如此之反應係於圖9B之步驟S6產生。相關反應如圖10A至10C所示由於係以1.2eV程度之低活性化能量狀態來進行，而可使得真空容器1內成為低溫化，可實現低溫程序。一般係以400℃以上之溫度來進行含Si膜之成膜，但依據本實施形態相關的成膜方法，能以250~300℃程度之低溫來進行成膜。
回到圖9B，步驟S7中，晶圓W係移動至設有分離氣體噴嘴43之分離區域D的下方而進行氣體分離製程。此製程由於和步驟S5之氣體分離製程為同樣的製程，故省略其說明。
步驟S8中，晶圓W係移動至設有處理氣體噴嘴33之第3處理區域P3之下方，繼續進行氣體分離製程。在第1實施形態相關的含矽膜之成膜方法中並未進行電漿之施加。從而，處理氣體噴嘴33並非做為供給處理氣體之噴嘴，而是做為供給N2氣體之分離氣體來發揮機能。此外，若無需要也可不設置處理氣體噴嘴33。第3處理區域P3由於在旋轉台2之旋轉方向上游側和包含分離氣體噴嘴43之分離區域D相鄰接，而旋轉方向下游側則和包含分離氣體噴嘴41之分離區域D相鄰接故從雙方的分離區域D被供給分離氣體，即使未從處理氣體噴嘴33供給分離氣體也會被分離氣體所充滿。是以，即使設置處理氣體噴嘴33而未供給分離氣體亦可。
步驟S9中，晶圓W移動至設有分離氣體噴嘴41之分離區域D之下方，從分離氣體噴嘴41供給分離氣體而進行氣體分離製程。此製程由於和步驟S5、S7之氣體分離製程為同樣的製程，故省略其說明。
如此般，每當旋轉台2進行1旋轉則沉積製程進行1循環。反覆步驟S4~S9之循環所構成之沉積製程直到沉積於晶圓W上的含矽膜成為既定膜厚為止，一旦到達既定膜厚則停止從第1以及第2處理氣體噴嘴31、32供給第1以及第2處理氣體。接著，也停止從分離氣體噴嘴41~43、第3處理氣體噴嘴33、分離氣體供給管51、以及沖洗氣體供給管72供給N2氣體，停止旋轉台2之旋轉。此後，藉由和將晶圓W搬入真空容器1內之順序為相反的順序，從真空容器1內搬出晶圓W。
如此般，依據第1實施形態相關的含矽膜之成膜方法，可無須使用電漿 而可以高生產性之低溫程序來形成含矽膜。
〔實施例〕
其次，針對實施第1實施形態相關的含矽膜之成膜方法之實施例做說明。
圖11係顯示本發明之第1實施例相關的含矽膜之成膜方法之實施結果之圖。實施例1中和第1實施形態同樣地使用二異丙基胺基矽烷來實施種晶層形成製程達5分鐘，之後，以二硼烷(B2B6)做為含硼氣體、二矽烷(Si2H6)做為原料氣體來實施沉積製程。此外，旋轉台2之旋轉速度係設定為2rpm。
此外，第1實施例中，真空容器1內之壓力定為1Torr，二異丙基胺基矽烷之流量定為300sccm，二硼烷之流量定為250sccm，二矽烷之流量定為200sccm。
圖11中，橫軸為循環時間，縱軸為膜厚。直線F為比較例1相關的成膜方法，晶圓溫度設為350℃，未形成種晶層而進行了成膜。亦即，圖9B上段所示成膜方法。於此情況，從40循環開始成膜。亦即，直到40循環即使實施了沉積製程也未沉積任何膜，意味著並未成膜。此開始了沉積製程(成膜製程)到實際成膜開始為止的時間被稱為醞釀時間，而比較例1相關的成膜方法係發生了40循環程度的醞釀時間。
另一方面，圖11中之直線G係和直線F同樣地將晶圓溫度設定為350℃，於進行了種晶層形成製程後再實施沉積製程之實施例1相關的成膜方法。依據實施例1相關的成膜方法，醞釀時間止於3~5循環等級，可得到實施了沉積製程後以短時間來開始實際成膜此一結果。
直線I係將晶圓溫度設定為300℃而進行種晶層形成製程之實施例2相關的成膜方法之實施結果。雖晶圓溫度設定為低50℃，但醞釀時間為13~15循環程度，即便晶圓溫度設定為低溫但相較於比較例1相關的成膜方法可縮短醞釀時間。
直線J係將晶圓溫度設定為250℃而進行了做為更低溫程序之種晶層形成製程之實施例3相關的成膜方法之實施結果。雖相較於比較例1設定為低100℃之溫度，但醞釀時間和比較例1為大致同樣的40循環。
如此般，依據實施例1~3相關的成膜方法，藉由於進行了種晶層形成製 程後進行沉積製程，可降低醞釀時間並使得低溫化程序成為可能。
圖12係顯示本發明之第2實施例相關的成膜方法之實施結果之圖。第2實施例相關的成膜方法中，係以包含250~300℃之低溫程序的各溫度來進行基於有無種晶層形成製程之成膜循環速率與面內均一性之比較。
其他程序條件和第1實施例同樣，真空容器1內之壓力定為1Torr，二異丙基胺基矽烷之流量定為300sccm，二硼烷之流量定為250sccm，二矽烷之流量定為200sccm。
圖12中，橫軸表示晶圓溫度與旋轉台2之旋轉速度的設定條件，縱軸表示成膜(膜厚)之循環速率(Å/cycle)以及面內均一性(+/-%)。此外，圖12中，三角形之實心黑以及留白繪點係分別顯示具有種晶層形成製程之晶圓溫度250℃、300℃、350℃、400℃情況下之實施例4~7相關的成膜方法之循環速率(Å/cycle)以及面內均一性(+/-%)。旋轉台之旋轉速度為2rpm。此外，菱形之實心黑以及留白繪點係分別顯示不具種晶層形成製程之晶圓溫度250℃、300℃、350℃、400℃情況下之比較例2~5相關的成膜方法之循環速率(Å/cycle)以及面內均一性(+/-%)。旋轉台2之旋轉速度在比較例3相關的300℃以及比較例4相關的350℃之條件下係取得2rpm、5rpm、10rpm之3樣品，但晶圓溫度250℃相關的比較例2以及晶圓溫度400℃相關的比較例5則僅為旋轉速度2rpm之1樣品。
若比較晶圓溫度250℃之實施例4相關的成膜方法與比較例2相關的成膜方法之循環速率，則實施例4為0.73(Å/cycle)，相對於此，比較例2則為0.00(Å/cycle)。此意表設定3小時以上之成膜時間來進行實驗的結果，實施例4相關的成膜方法有0.73(Å/cycle)的成膜，而比較例2相關的成膜方法則即便進行了3小時以上成膜也完全未成膜，而不得不以0.00(Å/cycle)顯示。如此般，藉由於形成種晶層後再進行沉積製程，可於成膜開始時之成膜中抑制醞釀時間，不會發生多餘的待機時間而可迅速開始實質的成膜。
另一方面，若比較晶圓溫度300℃之實施例5與比較例3、晶圓溫度350℃之實施例6與比較例4、晶圓溫度400℃之實施例7與比較例5，則不論有無種晶層，在循環速率以及面內均一性顯現大致同樣的值。種晶層之形成在迅速進行成膜開始時之成膜這點上為有效，然發現一旦開始成膜，並未延 及於循環速率、面內均一性來發揮特殊效果。亦即，一旦開始成膜，由於底層的膜成為同一，故種晶層之有無並不會對後續的成膜造成影響。
圖13A以及13B係顯示本發明之第3實施例相關的成膜方法之實施結果之圖。第3實施例相關的成膜方法中係對於在晶圓W表面形成有槽渠之凹陷形狀圖案時，形成於槽渠之含矽膜之覆蓋性進行測定。
此外，程序條件和第1實施例同樣，真空容器1內之壓力定為1Torr，二異丙基胺基矽烷之流量定為300sccm，二硼烷之流量定為250sccm，二矽烷之流量定為200sccm。
圖13A係用以說明測定部位之圖。第3實施例所使用之晶圓W之槽渠，高寬比為10，槽渠寬度為0.23μm，深度為2.3μm。如圖13A所示般，槽渠係針對包含表面之R、接近於表面之TOP Side、槽渠中間附近之MID1、2、3以及Bottom Side這6部位來進行膜厚之測定。係以TOP之膜厚為100%來測定各部位相對於TOP係以幾%的膜厚來成膜。
圖13B係針對第3實施例相關的成膜方法之覆蓋性的測定結果連同比較例做顯示之圖。圖13B中顯示了經過5分鐘種晶層形成製程之晶圓溫度250℃之情況的實施例8與經過5分鐘種晶層形成製程之晶圓溫度350℃之情況的實施例9。此外，一併顯示了未進行種晶層形成製程之晶圓溫度350℃之情況的比較例6、未進行種晶層形成製程之晶圓溫度400℃之情況的比較例7、以及未進行種晶層形成製程之晶圓溫度450℃之情況的比較例8。旋轉台2之旋轉速度均定為2rpm。
若以晶圓溫度350℃做比較，則實施例9與比較例6在覆蓋性並未出現明顯差異。此外，即使與晶圓溫度400℃、450℃之情況的比較例7、比較例8做比較仍未出現明顯差異。此乃由於兩者以平均而言為80%程度之覆蓋性。
另一方面，晶圓溫度250℃之情況之實施例8，發現覆蓋性大幅提高。亦即，於絕大多數的部位均成為接近100%之膜厚，而成為約90%之覆蓋性。此顯示出若於250℃程度之低溫條件下形成種晶層後進行沉積製程，可成為覆蓋性高的成膜。低溫程序可防止加熱能量過度浪費，此外，可縮短加熱時間，故於成本上、時間上較高溫程序來得有利。再者，當晶圓W導入真空容器1內之際，可謀求降低晶圓W之翹曲。此外，可使得真空容器1內 外各種器具之處理使用變得容易，具有各種優點。本實施例可說暗示了本實施形態相關的矽氧化膜之成膜方法之用途擴大的可能性。
圖14係顯示本發明之第3實施例相關的含矽膜之成膜方法之實施結果之膜表面粗度的測定結果圖。圖14中，橫軸表示溫度(℃)，縱軸表示表面粗度Ra(nm)。此外，成膜條件和圖13A以及13B所示條件同樣，成為對於以圖13A以及13B來成膜所得膜之表面粗度Ra進行測定的結果。
圖14中顯示了用以表示，形成種晶層之後進行成膜之實施例8、9之結果的實心黑菱形以及未形成種晶層而進行成膜之比較例6~9之留白菱形。此外，晶圓溫度為300℃、未形成種晶層之比較例9之測定結果也於圖14中追加顯示。
如圖14所示般，相對於比較例6~9中之表面粗度Ra為0.7nm程度，實施例8則為0.58，實施例9為0.51，實施例中減少成為0.5~0.6nm之等級。從而，於形成種晶層後進行成膜，具有降低膜表面粗度之效果。
如此般，從第1~第3實施例之結果可知，依據第1實施形態相關的含矽膜之成膜方法，可減少成膜開始時之醞釀時間，並可實施覆蓋性高的低溫化程序，進而可降低膜之表面粗度。
此外，確認了第1~第3實施例之結果以外，能以較實施例為高之4Torr、晶圓溫度200℃進行成膜，藉由提高真空容器1內之壓力，能以更低溫進行成膜。是以，本發明之實施形態相關的含矽膜之成膜方法，能以200~350℃之範圍進行含矽膜之成膜。
〔第2實施形態〕
圖15A以及15B係用以說明本發明之第2實施形態相關的含矽膜之成膜方法之一例之圖。第2實施形態相關的含矽膜之成膜方法中，並非說明形成矽的單膜而是說明形成氮化矽膜(SiN)之方法。此外，氮化矽膜由於也含有微量硼(B)，故嚴格來說屬SiBN膜之成膜方法。
圖15A係顯示用以實施第2實施形態相關的含矽膜之成膜方法的成膜裝置之一例之平面構成圖。如圖15A所示般，於真空容器1內，設有第1處理氣體噴嘴31之第1處理區域P1、設有第2處理氣體噴嘴32之第2處理區域P2係沿著旋轉台2之旋轉方向來分離設置，在第1處理區域P1之上游側設置具有分 離氣體噴嘴之分離區域D、在第1處理區域P1與第2處理區域P2之間設置具有分離氣體噴嘴42之分離區域D、在第2處理區域P2之下游側設置具有分離氣體噴嘴43之分離區域D這些方面係和用以實施圖9A所示第1實施形態相關的含矽膜之成膜方法之成膜裝置同樣，但在設有分離氣體噴嘴43之分離區域D的下游側之第3處理區域P3內進而設置電漿產生器80這點上則不同。於第2實施形態相關的成膜方法中，經由各分離區域D在第1處理區域P1以及第2處理區域P2形成SiB膜之後，於第3處理區域P3以電漿產生器80將氮化自由基供給於晶圓W來形成SiBN膜。
圖15B係顯示第2實施形態相關的含矽膜之成膜方法之一例的時機圖表。圖15B所示時機圖表中，步驟S1~S7以及晶圓W之搬送動作由於和圖9B所說明之內容同樣，故省略其說明。以下，僅說明和以圖9B所說明過的第1實施形態相關的含矽膜之成膜方法不同的內容。
首先，將複數晶圓W搬入真空容器1內依序載置於旋轉台2上而進行真空容器1內之真空排氣、加熱器單元7之溫度調整等之後，圖15B之步驟S1以及S2係進行和圖9B所說明過的內容為同樣的處理。亦即，進行沖洗製程至種晶層形成製程為止係以和第1實施形態為同樣的順序來進行處理。此外，真空容器1內之壓力可設定為例如0.5~9.5Torr。此外，二異丙基胺基矽烷氣體之流量可設定為例如50~500sccm之範圍內。
之後，於步驟S3進行了沖洗製程後，於步驟S4之開始前，從處理氣體噴嘴31、32分別噴出含硼氣體(B2H6與H2之混合氣體)以及矽烷系氣體(Si2H6)，並從處理氣體噴嘴33將以既定流量比混合的Ar氣體、N2氣體以及H2氣體之混合氣體供給於內部空間S，從高頻電源87對電漿產生器80之天線85以例如700W之電力來供給高頻。藉此，於內部空間S生成電漿。此電漿中存在著氮離子、氮自由基等活性氮種以及氫離子或氫自由基之活性氫種。此外，也可取代電漿生成用混合氣體之N2氣體而改用NH3氣體來生成NH3電漿。
此處，從第1處理氣體噴嘴31供給B2H6做為含硼氣體之情況，也可例如將0.1%之B2H6以50~500sccm的流量來供給。此外，從第2處理氣體噴嘴32所供給之Si2H6等矽烷系氣體之流量也可例如設定在50~500sccm之範圍內。此外，從高頻電源87所供給之高頻電力也可例如設定在 1500~5000W之範圍內。此外，電漿用混合氣體當中之N2氣體之流量可設定在0.5~10sLm之範圍內。
其次，實施以步驟S4~S9做為1循環所構成之ALD迴圈的沉積製程，在旋轉台2進行一旋轉之中，係如以下般於晶圓W形成氮化矽。亦即，首先當晶圓W通過處理氣體噴嘴31下方的第1處理區域P1之際，於晶圓W表面吸附發揮觸媒功能之含硼氣體。其次，當晶圓W通過處理氣體噴嘴32下方之第2處理區域P2之際，從處理氣體噴嘴32所供給之Si2H6氣體會和硼(B)產生鍵結，並產生H2而解離。然後，產生Si彼此的鍵結，形成含B之Si單膜之一原子層(或是數原子層)(步驟S4~S6)。
接著，晶圓W經過具有分離氣體噴嘴43之分離區域D後(步驟S7)，當通過設置於第3處理區域P3之電漿產生器80之下方之際，晶圓W上的含硼矽層(SiB)會暴露於活性氮種以及活性氫種中。此處，N自由基會和含硼矽層起反應，生成含硼氮化矽膜(SiBN)(步驟S8)。
此後，晶圓W通過具有分離氣體噴嘴41之分離區域D(步驟S9)，再從步驟S4開始ALD迴圈。然後，反覆步驟S4~S9之沉積製程直到成為既定膜厚。
以下，使得旋轉台2旋轉次數達到對應於形成具有所希望膜厚之氮化矽膜之後，停止含硼氣體、矽烷系氣體、Ar氣體、N2氣體以及H2氣體之混合氣體之供給來結束成膜方法。接著，也停止自分離氣體噴嘴41~43、分離氣體供給管51以及沖洗氣體供給管72供給N2氣體，停止旋轉台2之旋轉。此後，以和將晶圓W搬入真空容器1內之時的順序為相反的順序，從真空容器1內搬出晶圓W。
如此般，依據第2實施形態相關的含矽膜之成膜方法，可一面形成種晶層抑制醞釀時間來提高生產性、一面形成氮化矽膜。此外，即使於第2實施形態相關的含矽膜之成膜方法中，也可實施低溫化程序，當形成氮化矽膜之情況，藉由低溫化可形成非晶質狀態之矽單膜，而有氮化容易進行之優點。以下包含此點係以具體的實施例來更詳細說明第2實施形態相關的含矽膜之成膜方法。
〔實施例〕
圖16係顯示本發明之第4實施例相關的含矽膜之成膜方法之實施結果 圖。圖16中顯示循環時間與膜厚之關係的實施結果。圖16中顯示各例之成膜速度，傾斜愈大表示成膜速度愈高，意涵著生產性高。此外，旋轉台2之旋轉速度為2rpm。
此外，第4實施例中，真空容器1內之壓力定為1Torr，二異丙基胺基矽烷之流量定為300sccm，二硼烷之流量定為250sccm，二矽烷之流量定為200sccm。高頻電源87之高頻電力設定為3000W。此外，電漿用混合氣體之N2氣體之流量設定為4sLm。
圖16中，直線K為以晶圓溫度250℃進行了種晶層形成製程之實施例10之實施結果，直線L為以晶圓溫度350℃進行了種晶層形成製程之實施例11之實施結果。此外，直線M為以晶圓溫度300℃但不含種晶層形成製程之比較例10之實施結果，直線N為以晶圓溫度350℃但不含種晶層形成製程之比較例11之實施結果，直線O為以晶圓溫度400℃但不含種晶層形成製程之比較例12之實施結果。
如圖16所示般，若比較晶圓溫度低達250℃之實施例10之實施結果與晶圓溫度350℃相對較高之實施例11之實施結果，可發現晶圓溫度低之實施例10之成膜速度較快。此外，若和比較例10~12做比較，雖晶圓溫度高達400℃之比較例12之成膜速度較實施例10來得快，但晶圓溫度分別為300℃、350℃之溫度相對較低之比較例10、11相較於實施例10、11之雙方成為成膜速度慢的結果。
從而，於SiN膜之成膜中，當形成種晶層之情況，低溫者的成膜速度快。亦即，SiN膜之成膜中，可得到低溫化程序從提高成膜速度之觀點來看為有效之結果。此外，當未形成種晶層之情況，也得到高溫之程序程成膜速度變快之結果。
圖17係顯示對於以本發明之第5實施例相關的含矽膜之成膜方法所成膜之膜之蝕刻耐性進行調查的結果之圖。圖17中，為了調查膜之緻密度而使用了氫氟酸來進行蝕刻，調查了各膜之蝕刻耐性。如圖17所示般，在晶圓溫度250℃進行了種晶層形成製程之實施例12、在晶圓溫度300℃進行了種晶層形成製程之實施例13、在晶圓溫度350℃未進行種晶層形成製程之比較例13、在晶圓溫度400℃未進行種晶層形成製程之比較例14、在晶圓溫度 450℃未進行種晶層形成製程之比較例15、以及未進行種晶層形成而形成了SiO2膜之比較例16係做為為實驗對象。
此外，第5實施例中，其他程序條件和第4實施例同樣，真空容器1內之壓力定為1Torr，二異丙基胺基矽烷之流量定為300sccm，二硼烷之流量定為250sccm，二矽烷之流量定為200sccm。高頻電源87之高頻電力設定為3000W。此外，電漿用混合氣體之N2氣體之流量設定為4sLm。
如圖17所示，可知當在晶圓溫度250℃此低溫來形成種晶層之情況的蝕刻量、以及在晶圓溫度450℃此高溫未形成種晶層之情況的蝕刻量少，無法得到緻密的膜。
如此般，當形成種晶層來抑制醞釀時間之情況，低溫程序較能在成膜速度以及膜質這雙方得到高的結果。
此被推定為由於Si結晶構造以300℃前後為分界而出現變化之故。亦即，矽結晶化之溫度在300℃前後，於250℃之程序的情況，可能是以非晶質狀態之矽來進行程序。若為非晶質狀態，即使氮與Si膜起反應之情況，可能仍保有相當多氮進入的餘地，而維持在容易反應之狀態。
另一方面，若以300℃以上來結晶化，可能按一般性原則，而得到溫度愈高則成膜速度愈快、膜質也愈為良好之趨勢。
從而，依據第2實施形態相關的含矽膜之成膜方法，可說在使用非晶質矽之各種程序中存在著許多可今後發展之可能性。
圖18對於以本發明之第6實施例相關的含矽膜之成膜方法所成膜之膜之絕緣性進行了調查之結果圖。第6實施例中，於各實施例以及比較例之成膜後施加電場來調查漏電流之發生量。圖18中，有成為參見特性之特性Q，相對於此另表示了未形成種晶層而顯示晶圓溫度450℃之特性R的比較例17、未形成種晶層而顯示晶圓溫度400℃之特性T的比較例18、形成種晶層而顯示晶圓溫度350℃之特性U的實施例14、形成種晶層而顯示晶圓溫度250之特性V之實施例15。
此外，第6實施例中，其他程序條件和第4實施例同樣，真空容器1內之壓力定為1Torr，二異丙基胺基矽烷之流量定為300sccm，二硼烷之流量定為250sccm，二矽烷之流量定為200sccm。高頻電源87之高頻電力設定為3000W 。此外，電漿用混合氣體之N2氣體之流量設定為4sLm。
如圖18所示般，漏電流於實施例14(特性U)、實施例15(特性V)、比較例17(特性R)、比較例18(特性T)全部呈現出和參見特性Q大致同樣的特性。藉此，顯示出由本實施例相關的成膜方法所成膜之膜具有無問題之電氣特性(絕緣性)。
圖19A以及19B係對於以本發明之第7實施例相關的含矽膜之成膜方法所成膜之膜之覆蓋性進行了調查之結果圖。第7實施例在晶圓溫度以外之程序條件也和第4實施例同樣。
如圖19A所示般，針對包含高寬比10、寬度0.23μm、深度2.3μm之槽渠的表面之R、TOP Side、MID1、2、3、BTM Side這6部位，以頂部之膜厚為100%，調查其他部位之膜厚的百分比。樣品為在晶圓溫度250℃形成了種晶層之實施例16、在晶圓溫度350℃形成了種晶層之實施例17、以及在晶圓溫度350℃未形成種晶層之比較例19。
如圖19B所示般，在350℃彼此之比較中，相較於不具種晶層之比較例19，具有種晶層之實施例17之覆蓋性較佳，進而若以具有種晶層之實施例16與實施例17來比較，則低溫程序之實施例16可得到更良好的覆蓋性。此顯示出即使是SiN膜之成膜，藉由種晶層之形成，不僅可縮短醞釀時間，也可提高覆蓋性，進而藉由採行比300℃更低溫之程序，可進而提高覆蓋性。
圖20係顯示對於以本發明之第8實施例相關的含矽膜之成膜方法所成膜之膜之表面粗度進行了調查之結果圖。樣品係採用具有種晶層之矽膜之實施例18、具有種晶層之氮化矽膜之實施例19、不具種晶層之矽膜之比較例19、不具種晶層之氮化矽膜之比較例20。此外，第8實施例之晶圓溫度以外的程序條件也和第4實施例同樣。
若以矽膜彼此來比較實施例18與比較例19，則不論何種溫度，實施例18均在表面粗度Ra方面得到較小的結果。此外，若以氮化矽膜彼此來比較實施例19與比較例20，則不論何種溫度，實施例19均在表面粗度方面得到較小的結果。進而，實施例19之晶圓溫度250℃，可得到表面粗度Ra=0.16此一極小值。
相關結果顯示出形成種晶層之本實施形態相關的含矽膜之成膜方法在 形成表面粗度Ra小的平坦膜上極為有效。
依據本發明之實施形態，可使用旋轉台式之成膜裝置來形成高品質之含矽膜。
以上，雖針對本發明之較佳實施形態以及實施例詳細說明之，但本發明不限於上述實施形態以及實施例，可在不脫離本發明之範圍內對上述實施形態以及實施例加入各種變形以及置換。
本專利申請係基於在2015年2月26日對日本特許廳提出申請的日本專利申請第2015-36142號主張優先權，將日本專利申請第2015-36142號之全部內容援引於此。

Claims (13)

  1. 一種含矽膜之成膜方法，係使用成膜裝置進行成膜，該成膜裝置具有：旋轉台，於處理室內可載置基板；第1以及第2處理區域，係沿著該旋轉台之旋轉方向來相互分離設置；第1處理氣體供給機構，可於該第1處理區域內對該基板供給第1處理氣體；以及第2處理氣體供給機構，可於該第2處理區域內對該基板供給第2處理氣體；該成膜方法具有下述製程：種晶層形成製程，係一邊使得該旋轉台做旋轉、一邊從該第1處理氣體供給機構對該基板以既定期間來供給胺基矽烷氣體，而於該基板之表面形成種晶層；觸媒供給製程，係於該種晶層形成製程結束後，一邊使得該旋轉台做旋轉、一邊從該第1處理氣體供給機構對該基板之表面供給做為觸媒氣體之含硼氣體；以及原料氣體供給製程，係一邊使得該旋轉台做旋轉、一邊從該第2處理氣體供給機構對該基板之表面供給做為原料氣體之矽烷系氣體，藉由該含硼氣體之觸媒作用以於該基板之表面上產生該矽烷系氣體所含矽彼此的鍵結。
  2. 如申請專利範圍第1項之含矽膜之成膜方法，其中該觸媒供給製程以及該原料氣體供給製程係反覆進行直到該基板之表面上沉積具有既定膜厚之含矽膜。
  3. 如申請專利範圍第1項之含矽膜之成膜方法，係在該基板被加熱至200~350℃之範圍的狀態下，進行該種晶層形成製程、該觸媒供給製程、以及該原料氣體供給製程。
  4. 如申請專利範圍第3項之含矽膜之成膜方法，係在該基板被加熱至250~350℃之範圍的狀態下，進行該種晶層形成製程、該觸媒供給製程、以及該原料氣體供給製程。
  5. 如申請專利範圍第2項之含矽膜之成膜方法，係於該種晶層形成製程與該觸媒供給製程之間進而具有供給分離氣體之沖洗製程。
  6. 如申請專利範圍第1項之含矽膜之成膜方法，其中該種晶層形成製程係進行3~7分鐘。
  7. 如申請專利範圍第1項之含矽膜之成膜方法，其中該胺基矽烷氣體係二異丙基胺基矽烷氣體。
  8. 如申請專利範圍第1項之含矽膜之成膜方法，其中該含硼氣體係含有BH3、B2H6、B(CH3)3、B(C2H5)3或是BCl3。
  9. 如申請專利範圍第1項之含矽膜之成膜方法，其中該矽烷系氣體係含有SiH4、Si2H6或是Si3H8。
  10. 如申請專利範圍第1項之含矽膜之成膜方法，其中在該第1處理區域之該旋轉台之旋轉方向上游側、以及該第1處理區域與該第2處理區域之間，設有分離區域而可供給將該第1處理氣體與該第2處理氣體加以分離之分離氣體；於該觸媒供給製程之前、以及該觸媒供給製程與該原料氣體供給製程之間，進而設有一邊使得該旋轉台做旋轉、一邊對該基板供給分離氣體之第1以及第2分離製程。
  11. 如申請專利範圍第1項之含矽膜之成膜方法，其中該成膜裝置進而具有：第3處理區域，係於該旋轉台之該旋轉方向下游側和該第2處理區域呈分離設置者；第3處理氣體供給機構，係於該第3處理區域內對該基板之表面供給第3處理氣體；以及電漿產生器，係將從該第3處理氣體供給機構所供給之該第3處理氣體加以電漿化；於該原料氣體供給製程之後進而具有氮化製程，係一邊使得該旋轉台做旋轉、一邊在該第3處理區域將氮化電漿供給於該基板之表面。
  12. 如申請專利範圍第11項之含矽膜之成膜方法，其中該第3處理氣體係氮氣體或是氨氣體；該氮化電漿係N2電漿或是NH3電漿。
  13. 如申請專利範圍第11項之含矽膜之成膜方法，其中於該第2區域與該第3區域之間設有第3分離區域，可供給將該第2處理氣體與該第3處理氣體加以分離之分離氣體；於該觸媒供給製程與該原料氣體供給製程之間進而具有第3分離製程，係一邊使得該旋轉台做旋轉、一邊對該基板供給分離氣體。
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