TWI672393B - 成膜方法 - Google Patents

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Abstract

一種成膜方法，係藉由可吸附於氫氧基之第1處理氣體，以及會與該第1處理氣體反應之第2處理氣體的反應生成物來形成膜，包含有：將該第1處理氣體供給至基板表面，而讓該第1處理氣體吸附於該基板表面的工序；藉由將該第2處理氣體供給至吸附有該第1處理氣體之該基板，來讓該第1處理氣體與該第2處理氣體反應而生成該反應生成物之工序；以及藉由將電漿處理用氣體電漿化並供給至該基板，來將該反應生成物表面改質之工序；將該反應生成物表面改質之工序係以在該基板整面形成有平行於該基板表面的方向之流向的方式來供給第1電漿處理用氣體，並且將包含有含氫氣體的第2電漿處理用氣體供給至該第1電漿處理用氣體之流向平行於該基板表面的方向之上游側的工序。

Description

成膜方法
本發明係關於一種成膜方法。
自以往，便已知一種成膜裝置，係藉由將複數基板載置於真空容器內所設置之旋轉台的旋轉方向，並在讓旋轉台旋轉的狀態下從沿著旋轉台之徑向而設置之氣體供給部來供給反應氣體，以於基板成膜出膜(例如，參照專利文獻1)。
此成膜裝置係藉由依序重複讓基板吸附第1處理氣體之工序、讓所吸附之第1處理氣體與第2處理氣體反應而生成反應生成物之工序以及藉由電漿來將反應生成物改質之工序來形成反應生成物之膜。
另外，伴隨著電路圖案之微細化，在例如溝槽元件構造中之溝槽的長寬比變大時，上述成膜裝置中便會有在將反應生成物之膜填埋於溝槽時，在填埋於溝槽的反應生成物的膜產生空隙的情況。
於是，自以往便已知一種方法，係讓易吸附於氫氧基(OH基)的有機氨基矽烷氣體與氧化氣體反應，而將矽氧化膜填埋於溝槽等的凹部(例如，參照專利文獻2)。
此方法係在藉由氧化氣體來氧化有機氨基矽烷時，於矽氧化膜表面生成有OH基。然後，在改質工序中，藉由對矽氧化膜供給電漿化後之處理氣體，來讓吸附於矽氧化膜表面之OH基會以在溝槽底部密度較高，而朝向溝槽開口則密度變低的方式來加以分布。藉此，由於可以使得薄膜會從溝槽底部朝向開口變薄的方式來形成矽氧化膜(底部向上成膜)，故可抑制填埋於溝槽之矽氧化膜產生空隙之情事。
然而，上述方法中，係難以在改質工序中控制OH基之分布。具體而言，在改質工中，將電漿化後之處理氣體供給至矽氧化膜時，OH基會從矽氧化膜表面脫離，而脫離後之OH基會沿著處理氣體之流向而擴散至下游側。
特別是，在使用形成有包含凹部之圖案的基板，並於凹部內面形成矽氧化膜的情況，從矽氧化膜表面脫離並沿著處理氣體的流向而擴散至下游側之OH基的量會變多。這是因為在形成有包含凹部之圖案的情況，矽氧化膜之表面積會較未形成有包含凹部之圖案的情況要大，而使得吸附於矽氧化膜表面之OH基的量會較多之故。
在脫離後之OH基擴散至處理氣體之流向的下游側時，OH基便會再度在下游側中吸附於矽氧化膜表面，而使得下游側之OH基的吸附量會較上游側之OH基的吸附量要多。因此，改質工序後所進行之吸附有機氨基矽烷氣體的工序中，有機氨基矽烷在基板的處理氣體之流向的下游側中便會變得易於吸附。因此，便會產生在基板的處理氣體之流向的下游側之矽氧化膜的膜厚會較基板的處理氣體之流向的上游側之矽氧化膜的膜厚要厚般之膜厚的不均勻。
因此，便需要一種可提升基板所形成之膜的膜厚之面內均勻性的成膜方法。
【先前技術文獻】
【專利文獻】
專利文獻1：日本特開2010-239103號公報
專利文獻2：日本特開2013-135154號公報
為了達成上述目的，本發明一態樣相關之成膜方法，係藉由可吸附於氫氧基之第1處理氣體，以及會與該第1處理氣體反應之第2處理氣體的反應生成物來形成膜的成膜方法，包含有：將該第1處理氣體供給至基板表面，而讓該第1處理氣體吸附於該基板表面的工序；藉由將該第2處理氣體供給至吸附有該第1處理氣體之該基板，來讓該第1處理氣體與該第2處理氣體反應而生成該反應生成物之工序；以及藉由將電漿處理用氣體電漿化並供給至該基板，來將該反應生成物表面改質之工序；將該反應生成物表面改質 之工序係以在該基板整面形成有平行於該基板表面的方向之流向的方式來供給第1電漿處理用氣體，並且將包含有含氫氣體的第2電漿處理用氣體供給至該第1電漿處理用氣體之流向平行於該基板表面的方向之上游側的工序。
33、34、35‧‧‧氣體噴嘴
39‧‧‧氣體噴出孔
P2‧‧‧第2處理區域
本發明之其他目的、特徵以及優點應可藉由參照添附圖式且閱讀下述詳細說明來進一步地了解。
圖1係本實施形態之成膜裝置一範例的概略縱剖面圖。
圖2係本實施形態之成膜裝置一範例的概略平面圖。
圖3係沿著本實施形態之成膜裝置的旋轉台之同心圓的剖面圖。
圖4係本實施形態之成膜裝置的電漿產生部一範例的縱剖面圖。
圖5係本實施形態之成膜裝置的電漿產生部一範例的立體分解圖。
圖6係本實施形態之成膜裝置的電漿產生部所設置之框體一範例的立體圖。
圖7係沿著本實施形態之成膜裝置的旋轉台之旋轉方向來裁切真空容器的縱剖面圖。
圖8係擴大顯示本實施形態之成膜裝置的電漿處理區域所設置之電漿處理用氣體噴嘴的立體圖。
圖9係本實施形態之成膜裝置的電漿產生部一範例的平面圖。
圖10係顯示本實施形態之成膜裝置的電漿產生部所設置之法拉第遮蔽的一部分之立體圖。
圖11係顯示本實施形態之成膜裝置的電漿處理區域中的電漿處理用氣體之流量的模擬結果之平面圖。
圖12係說明本實施形態之成膜方法的效果之圖式。
以下，便參照圖式，就用以實施本發明之形態來加以說明。另外，本說明及圖式中關於實質上相同之構成係附加相同符號並省略重複的說明。
(成膜裝置)
關於本實施形態之成膜裝置，係基於圖1至圖10來加以說明。圖1係本 實施形態之成膜裝置一範例的概略剖面圖。圖2係本實施形態之成膜裝置一範例的概略平面圖。
如圖1所示，本實施形態之成膜裝置係具備有：平面形狀為概略圓形之真空容器1；以及設置於此真空容器1內，且於真空容器1中心具有旋轉中心並讓半導體晶圓(以下稱為「晶圓W」。)公轉用之旋轉台2。晶圓W係基板一範例。
真空容器1係用以收納晶圓W並於晶圓W表面形成膜之處理容器。真空容器1係具備有頂板11以及容器本體12。又，容器本體12上面之周緣部係設置有設為環狀之密封構件13。頂板11係構成為可從容器本體12裝卸自如。以俯視來觀察，真空容器1之直徑尺寸(內徑尺寸)雖未限制，但可例如為1100mm左右。另外，圖2中為了簡化說明，便省略頂板11之圖示。
真空容器1內上面側的中央部係連接有為了抑制在真空容器1內的中心部區域C中互為相異的處理氣體彼此會混合，而供給分離氣體SG之分離氣體供給管51。
旋轉台2係在中心部被固定於為概略圓筒形狀之核心部21，且構成為會藉由驅動部23而相對於連接於此核心部21下面且延伸於垂直方向的旋轉軸22，來繞垂直軸，在圖2所示的範例中為繞順時針(旋轉方向R)地自由旋轉。旋轉台2之直徑尺寸雖未限制，但可例如為1000mm左右。
旋轉軸22及驅動部23會被收納於殼體20，此殼體20會在真空容器1之底面部14下面氣密地安裝有上面側之凸緣狀部分。又，此殼體20係連接有用以將氮氣(N2)等供給至旋轉台2下方區域來作為沖淨氣體(分離氣體SG)的沖淨氣體供給管72。
真空容器1之底面部14會在核心部21外周側，以從下方側靠近旋轉台2的方式來形成為環狀，而成為突出部12a。
旋轉台2與真空容器1之底面部14之間的空間係設置有為加熱機構之加熱器單元7。加熱器單元7會構成為可透過旋轉台2來將旋轉台2上之晶圓W加熱至例如室溫至400℃左右。加熱器單元7之側邊側係設置有側邊覆蓋構件71，加熱器單元7上方側係設置有覆蓋加熱器單元7之上方覆蓋構件7a。又，真空容器1之底面部14係橫跨周圍方向而在複數處設置有用以在加熱器單元7下方側沖淨加熱器單元7之配置空間的沖淨氣體供給管73。
旋轉台2表面係形成有用以載置直徑尺寸為例如300mm之晶圓W的圓形凹部24。此凹部24會沿著旋轉台2之旋轉方向R而設置在複數處，例如6處。凹部24係具有較晶圓W之直徑稍微要大，具體而言為大1mm至4mm左右的內徑。又，凹部24之深度會構成為幾乎等於晶圓W之厚度，或是較晶圓W之厚度要大。從而，在將晶圓W收納於凹部24時，便會使得晶圓W表面與旋轉台2未載置有晶圓W的區域之表面為相同高度，或是使得晶圓W表面會較旋轉台2表面要低。另外，凹部24之深度在較晶圓W之厚度要深的情況，由於過深時會對成膜造成影響，故較佳地係到晶圓W之厚度的3倍左右的深度為止。又，凹部24之底面係形成有用以從下方側來抬起晶圓W而進行升降之例如後述3支升降銷會貫穿的未圖示之貫穿孔。
真空容器1側壁如圖2所示，係形成有用以在搬送臂10與旋轉台2之間進行晶圓W之收授的搬送口15。此搬送口15會構成為藉由閘閥G來氣密地開閉自如。
旋轉台2之凹部24會在對向於此搬送口15的位置，並於與搬送臂10之間進行晶圓W之收授。因此，在對應於旋轉台2下方側的收授位置處便設置有會貫穿凹部24，而從內面來抬升晶圓W用之未圖示的升降銷及升降機購。
又，真空容器1內之旋轉台2上係於旋轉台2之旋轉方向R而依序形成有第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以及分離區域D。在各區域之旋轉台2的凹部24之通過區域所對向的位置係在真空容器1周圍方向互相隔有間隔並放射狀地配置有由例如石英所構成之複數支，例如7支的氣體噴嘴31、42、32、33(及34)、35以及41。氣體噴嘴31、42、32、33、34、35以及41會被配置在旋轉台2與頂板11之間。該等中，各氣體噴嘴31、42、32、33、35及41的下端緣與旋轉台2上面的分離距離會配置為例如1~5mm左右。又，該等中，氣體噴嘴31、42、32、33及41會分別安裝為例如從真空容器1外周壁朝向中心部區域C而對向於晶圓W來延伸為水平。
各氣體噴嘴31、42、32、33、34、35及41會透過流量調整閥來連結於未圖示之各氣體供給源。
具體而言，第1處理區域P1、第2處理區域P2係分別設置有第1處理氣體噴嘴31、第2處理氣體噴嘴32。從第1處理氣體噴嘴31來供給第1處理氣體PG1。第1處理氣體噴嘴31下方之第1處理區域P1係用以讓第1處理氣體 PG1(例如含矽氣體)吸附於晶圓W的區域。從第2處理氣體噴嘴32來供給第2處理氣體PG2。第2處理氣體噴嘴32下方之第2處理區域P2係用以讓吸附於晶圓W之第1處理氣體PG1與第2處理氣體PG2(例如氧化氣體)反應以生成反應生成物之區域。
又，2個分離區域D係分別設置有分離氣體噴嘴42及分離氣體噴嘴41。從分離氣體噴嘴42及分離氣體噴嘴41分別供給分離氣體SG。分離氣體噴嘴42及分離氣體噴嘴41係藉由供給分離氣體SG來用以形成分離第1處理區域P1及第2處理區域P2等的分離區域D者。分離氣體SG係可使用氦氣(He)或氬氣(Ar)等的稀有氣體或N2氣體等的非活性氣體。
圖3係沿著本實施形態之成膜裝置的旋轉台2之同心圓的剖面圖，為從分離區域D經過第1處理區域P1而到分離區域D的剖面圖。
第1處理氣體噴嘴31、分離氣體噴嘴42及分離氣體噴嘴41下面側(對向於旋轉台2之側)係沿著旋轉台2徑向並於複數處等間隔地形成有用以噴出氣體之氣體噴出孔36。另外，第2處理氣體噴嘴32亦同樣地設置有氣體噴出孔36。
分離區域D之真空容器1的頂板11係設置有概略扇形之凸狀部4。凸狀部4會被安裝於頂板11內面，真空容器1內係形成有為凸狀部4下面之平坦的較低頂面44(第1頂面)，以及位於此頂面44的周圍方向兩側之較頂面44要高的頂面45(第2頂面)。
形成頂面44之凸狀部4如圖2所示，係具有將頂部裁切為圓弧狀之扇形平面形狀。又，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形成的溝部43，分離氣體噴嘴41及42會被收納於此溝部43內。另外，凸狀部4周緣部(真空容器1外緣部側之部位)為了阻止各處理氣體彼此的混合，係以對向於旋轉台2外端面並相對於容器本體12而稍微分離的方式來彎曲為L字形(未圖示)。
第1處理氣體噴嘴31上方側係以讓第1處理氣體沿著晶圓W流通，且使得分離氣體SG會避開晶圓W附近而流通於真空容器1之頂板11側的方式來設置有噴嘴覆蓋體230。噴嘴覆蓋體230如圖3所示，係具備有覆蓋體231以及整流板232。覆蓋體231係為了收納第1處理氣體噴嘴31而形成為下面側有開口之概略箱型。整流板232係分別連接於覆蓋體231下面側開口端之旋轉台2的旋轉方向上游側及下游側的板狀體。另外，旋轉台2之旋轉中心側的 覆蓋體231之側壁面會以對向於第1處理氣體噴嘴31之前端部的方式來朝向旋轉台2伸出(未圖示)。又，旋轉台2外緣部側之覆蓋體231的側壁面會以不干擾第1處理氣體噴嘴31的方式來切凹(未圖示)。
回到圖1及圖2，電漿處理區域P3係設置有基底噴嘴33(第1電漿處理用氣體噴嘴)、外側噴嘴34(第3電漿處理用氣體噴嘴)以及軸側噴嘴35(第2電漿處理用氣體噴嘴)來作為電漿處理用氣體噴嘴。另外，以下，亦會將基底噴嘴33、外側噴嘴34及軸側噴嘴35統稱為電漿處理用氣體噴嘴33~35。電漿處理用氣體噴嘴33~35上方側為了將噴出至真空容器1內之電漿處理用氣體電漿化，係設置有電漿產生部81。電漿處理用氣體噴嘴33~35下方的電漿處理區域P3係藉由將電漿處理用氣體(PLG)電漿化並供給至晶圓W，來將晶圓W表面所形成之反應生成物表面改質用的區域。關於電漿產生部81及電漿處理用氣體噴嘴33~35係在之後詳述。
在旋轉台2外周側中較旋轉台2稍微要靠下方的位置係配置有為覆蓋體之側環100。側環100上面係以在周圍方向互相分離的方式來於例如2處形成有第1排氣口61及第2排氣口62。換言之，真空容器1之底面係形成有2個排氣口，在對應於該等排氣口之位置的側環100係形成有第1排氣口61及第2排氣口62。
本實施形態中，第1排氣口61會在第1處理氣體噴嘴31以及相對於此第1處理氣體噴嘴31而位於旋轉台2之旋轉方向下游側的分離區域D之間，被形成在較靠近分離區域D側的位置。又，第2排氣口62會在電漿產生部81以及較此電漿產生部81要靠旋轉台2之旋轉方向下游側的分離區域D之間，被形成在較靠近分離區域D側的位置。
第1排氣口61係用以將第1處理氣體PG1及分離氣體SG排氣者。第2排氣口62係用以將第2處理氣體PG2、電漿處理用氣體PLG以及分離氣體SG排氣者。該等第1排氣口61及第2排氣口62會藉由介設有蝶閥等的壓力調整部65之排氣管63來連接於為真空排氣機構之例如真空泵64。
又，雖在之後會詳述，但電漿產生部81係包含有從真空容器1之中心部區域C側橫跨外緣部側而插入至內部區域之框體90。因此，相對於電漿處理區域P3而從旋轉台2之旋轉方向上游側來流通的氣體便會有因框體90而限制欲朝向第2排氣口62之流向的情況。因此，較框體90要靠外周側之側環100 上面便會形成有流通氣體用之溝狀的氣體流道101。
頂板11下面的中央部係設置有會與凸狀部4之中心部區域C側部位連續而橫跨周圍方向來形成為概略環狀，且其下面會形成為與凸狀部4下面(頂面44)相同高度之突出部5。較此突出部5要靠旋轉台2之旋轉中心側的核心部21上方側係配置有用以抑制各種氣體會在中心部區域C中互相混合的曲徑構造部110。
由於框體90會形成至靠近中心部區域C側的位置為止，故支撐旋轉台2中央部之核心部21便會以旋轉台2上方側部位會避開框體90的方式來形成在旋轉中心側。藉此，中心部區域C側便會成為較外緣部側而要使各種氣體彼此會容易混合的狀態。因此，藉由於核心部21上方側形成曲徑構造部110，便可增加氣體流道，而防止氣體彼此混合。
又，本實施形態的成膜裝置如圖1所示，係設置有由用以控制裝置整體動作之電腦所構成的控制部120。此控制部120之記憶體內係儲存有在控制部120之控制下來讓成膜裝置實行後述成膜方法的程式。此程式會以實行後述成膜方法的方式來構成有步驟群，且會從硬碟等的記憶媒體之記憶部121來安裝於控制部120內。
接著，便說明電漿產生部81之構成。圖4係本實施形態之成膜裝置的電漿產生部81一範例的縱剖面圖。又，圖5係本實施形態之成膜裝置的電漿產生部81一範例的立體分解圖。進一步地，圖6係本實施形態之成膜裝置的電漿產生部81所設置之框體一範例的立體圖。圖9係本實施形態之成膜裝置的電漿產生部81一範例的平面圖，圖10係顯示本實施形態之成膜裝置的電漿產生部81所設置之法拉第遮蔽95的一部分之立體圖。
電漿產生部81會構成為將由金屬線等所形成天線83線圈狀地例如繞垂直軸捲繞成3重。又，電漿產生部81會以俯視看來圍繞延伸於旋轉台2之徑向的帶狀體區域的方式，以及以跨越旋轉台2上之晶圓W的直徑部分之方式來加以配置。
如圖1及圖2所示，天線83會透過匹配器84來連接於頻率為例如13.56MHz及輸出電力為例如4000W的高頻電源85。然後，此天線83係設置為從真空容器1內部區域來被氣密地區劃。天線83與匹配器84以及高頻電源85會透過連接電極86來電性連接。
如圖4及圖5所示，電漿處理用氣體噴嘴33~35上方側的頂板11係形成有俯視觀察下為開口呈概略扇形之開口部11a。此開口部11a會以從頂板11上面側朝向下面側來使得該開口部11a之開口徑階段性地變小的方式來橫跨周圍方向而形成有例如3層段部11b。該等段部11b中最下層的段部11b上面如圖4所示，係橫跨周圍方向而配置有密封構件11c。另外，關於密封構件11c在圖5中係省略圖示。
開口部11a如圖4所示，為了讓天線83位於較頂板11要靠下方側，係設置有例如由石英等的介電體所構成之框體90。框體90底面係構成電漿處理區域P3之頂面46。
框體90如圖6所示，係以上方側周緣部會橫跨周圍方向而凸緣狀地延伸於水平來成為凸緣部90a，並在俯視觀察下中央部會朝向下方側之真空容器1內部區域凹陷的方式來加以形成。
框體90係在晶圓W位於此框體90下方的情況，以跨越旋轉台2之徑向中的晶圓W直徑部分的方式來加以配置。
框體90會被氣密地安裝於真空容器1。具體而言，係將框體90放進開口部11a內，接著藉由以沿著為框體90上面的框體90之接觸部的方式來形成為框狀的按壓構件91來將框體90朝向下方側並橫跨周圍方向來加以按壓。進一步地，藉由未圖示之螺栓等來將此按壓構件91固定於頂板11。藉此，真空容器1之內部氛圍便會被保持為氣密。
如圖6所示，框體90下面係以沿著周圍方向圍繞該框體90下方側之電漿處理區域P3的方式來形成有朝向旋轉台2而垂直地延伸之突起部92。然後，此突起部92內周面、框體90下面以及旋轉台2上面所圍繞之區域係收納有上述電漿處理用氣體噴嘴33~35。另外，電漿處理用氣體噴嘴33~35的基端部(真空容器1內壁側)中的突起部92會以沿著電漿處理用氣體噴嘴33~35外形之方式來切凹為概略圓弧狀。
框體90下方(電漿處理區域P3)側如圖4所示，係橫跨周圍方向來形成有突起部92。密封構件11c會因此突起部92而不會直接暴露於電漿，亦即，被從電漿處理區域P3來加以隔離。因此，即便電漿欲從電漿處理區域P3來擴散至例如密封構件11c側，由於會經由突起部92下方，故電漿便會在到達至密封構件11c前失去活性。
框體90上方側係收納有由以概略沿著該框體90內部形狀的方式來形成之導電性板狀體的金屬板(例如銅等)所構成，並接地之法拉第遮蔽95。此法拉第遮蔽95係具備有：以沿著框體90底面之方式來被水平地卡固的水平面95a；以及從此水平面95a外終端並橫跨周圍方向而延伸於上方側的垂直面95b，在俯視觀察下可構成為例如概略六角形。
從旋轉台2之旋轉中心來觀察法拉第遮蔽95的情況，右側及左側中之法拉第遮蔽95上端緣會分別在右側及左側水平地延伸出而成為支撐部96。然後，法拉第遮蔽95及框體90之間係設置有從下方側來支撐支撐部96並分別被框體90之中心部區域C側及旋轉台2之外緣部側的凸緣部90a所支撐的框狀體99。
在電場到達至晶圓W的情況，便會有使得晶圓W內部所形成之電氣配線等受到電性損害的情況。因此，便如圖10所示，水平面95a為了阻止天線83所產生之電場及磁場(電磁場)中之電場成分朝向下方晶圓W，並讓磁場到達至晶圓W，係形成有多數狹縫97。
狹縫97如圖9及圖10所示，係以延伸於相對於天線83之捲繞方向而正交的方向之方式來橫跨周圍方向而形成於天線83之下方位置。狹縫97係形成為供給於天線83之高頻所對應的波長之1/10000以下左右的寬度尺寸。又，各狹縫97之長度方向中的一端側及另端側係以阻塞該等狹縫97之開口端的方式來橫跨周圍方向而配置有由接地之導電體等所形成的導電路徑97a。法拉第遮蔽95中從該等狹縫94之形成區域遠離的區域，亦即，天線83之捲繞區域的中央側係透過該區域而形成有用以確認電漿發光狀態的開口部98。另外，圖2中為了簡化係省略狹縫97，而以一點鏈線來顯示狹縫97之形成區域範例。
如圖5所示，法拉第遮蔽95之水平面95a上為了確保與法拉第遮蔽95上方所載置之電漿產生部81之間的絕緣性，係層積有厚度尺寸為例如2mm左右，且由石英等所形成之絕緣板94。亦即，電漿產生部81會透過框體90、法拉第遮蔽95以及絕緣板94來配置為覆蓋真空容器1內部(旋轉台2上之晶圓W)。
接著，便就電漿處理用氣體噴嘴33~35來加以說明。圖7係沿著本實施形態之成膜裝置的旋轉台之旋轉方向R來裁切真空容器1的縱剖面圖。圖8 係擴大顯示本實施形態之成膜裝置的電漿處理區域P3所設置之電漿處理用氣體噴嘴33~35的立體圖。
如圖8所示，基底噴嘴33係可在旋轉台2之徑向中覆蓋配置有晶圓W的凹部24整體，而將第1電漿處理用氣體PLG1供給至晶圓W整面。基底噴嘴33會在晶圓W整面，以形成平行於晶圓W表面的既定方向之流向的方式來供給第1電漿處理用氣體PLG1。第1電漿處理用氣體PLG1可使用例如Ar氣體、Ar氣體及氧氣(O2)的混合氣體(以下，稱為Ar/O2氣體)。
如圖7所示，由於在成膜處理中係旋轉台2會繞順時針(旋轉方向R)旋轉，故在第2處理區域P2中從第2處理氣體噴嘴32所噴出之第2處理氣體PG2便會伴隨著此旋轉台2之旋轉而欲從旋轉台2與突起部92之間的間隙d來入侵至框體90下方側。於是，為了阻止第2處理氣體透過間隙d來朝框體90下方側之入侵，基底噴嘴33便會構成為朝向構成區劃出電漿處理區域P3之側面的突起部92，而相對於間隙d來噴出第1電漿處理用氣體PLG1。具體而言，便如圖4及圖7所示，基底噴嘴33之氣體噴出孔37會以朝向間隙d的方式，亦即以朝向旋轉台2之旋轉方向R的上游側及下方的方式來加以配置。相對於垂直軸之基底噴嘴33的氣體噴出孔37所朝向的角度θ可為如圖7所示般，例如45°左右，亦可以對向於突起部92內側面的方式來為90°左右。亦即，氣體噴出孔37所朝向之角度θ係可在能適當地防止第2處理氣體PG2的入侵之45°~90°左右的範圍內對應於用途來加以設定。
外側噴嘴34會重點性地將第3電漿處理用氣體PLG3供給至晶圓W面內之真空容器1的外周壁側區域(外周側區域)。外側噴嘴34會在較基底噴嘴33要靠上方，以略重疊於基底噴嘴33的方式來被加以設置，並具有基底噴嘴33一半左右的長度。外側噴嘴34會朝向例如電漿處理區域P3之頂面46來噴出第3電漿處理用氣體PLG3。因此，外側噴嘴34係設置有例如朝向頂面46之氣體噴出孔38。外側噴嘴34係在利用從基底噴嘴33所供給之第1電漿處理用氣體PLG1之電漿處理產生有不均勻之情況下為了降低不均勻而加以設置。第3電漿處理用氣體PLG3係可使用與第1電漿處理用氣體PLG1相同之氣體。具體而言，第3電漿處理用氣體PLG3係可使用例如Ar氣體、Ar/O2氣體。
軸側噴嘴35係將第2電漿處理用氣體PLG2供給至從基底噴嘴33所供給之第1電漿處理用氣體PLG1的流向平行於晶圓W表面之方向的上游側。軸側 噴嘴35係具有以從真空容器1外周壁沿著扇形電漿處理區域P3之旋轉台2的旋轉方向R下游側之半徑的方式來延伸，並以到達至中心部區域C附近後便沿著中心部區域C的方式來繞逆時針(旋轉台2之旋轉方向R的相反方向)且直線性地延伸的彎曲形狀。
軸側噴嘴35係重點性地將第2電漿處理用氣體PLG2供給至晶圓W面內之真空容器1的中心部區域C側之區域(中心側區域)。因此，便會構成為僅在軸側噴嘴35前端之沿著中心部區域C的部分形成有氣體噴出孔39(參照圖8)，而將第2電漿處理用氣體PLG2供給至靠近晶圓W之旋轉台2軸側的區域。雖軸側噴嘴35之氣體噴出孔39的朝向並不特別限制，但可例如構成為與外側噴嘴34同樣地朝向頂面46。第2電漿處理用氣體PLG2會使用包含含氫氣體之氣體，例如可使用將微量氫氣(H2)添加於Ar氣體之混合氣體(以下，稱為Ar/H2氣體)。從軸側噴嘴35所供給之第2電漿處理用氣體PLG2的效果之細節係在之後詳述。
[成膜方法]
就本實施形態之成膜裝置的動作(成膜方法)來加以說明。本實施形態之成膜方法係包含有：吸附工序；氧化工序；以及改質工序，並依序重複該等工序，以於晶圓W表面形成既定膜的方法。
吸附工序係將可吸附於OH基之第1處理氣體PG1供給至晶圓W表面，而讓第1處理氣體PG1吸附於晶圓W表面之工序。氧化工序係藉由將第2處理氣體PG2供給至吸附有第1處理氣體PG1的晶圓W，來讓第1處理氣體PG1與第2處理氣體PG2反應而生成反應生成物之工序。
改質工序係藉由將電漿處理用氣體PLG1~PLG3電漿化而供給至晶圓W，來將反應生成物表面改質的工序。然後，本實施形態之改質工序中，係於晶圓W整面，以形成平行於晶圓W表面的方向之流向的方式來供給第1電漿處理用氣體PLG1，並將包含有含氫氣體之第2電漿處理用氣體PLG2供給至第1電漿處理用氣體PLG1之流量平行於晶圓W表面的方向之上游側。藉此，來讓含氫氣體所生成之OH基重點性地吸附於反應生成物表面之OH基吸附量較少的第1電漿處理用氣體PLG1之流向的上游側。因此，即便在改質工序中因為電漿而使得吸附於反應生成物表面之OH基脫離，含氫氣體所生成之OH基仍會再次吸附於反應生成物表面。其結果，便會使得晶圓W面內之 OH基的吸附量分布被均勻化，並以在反應生成物表面成為略均勻的方式來吸附第1處理氣體PG1之分子，而使得藉由第2處理氣體PG2來氧化而形成反應生成物之膜的膜厚會在面內被均勻化。
以下，便就本實施形態之成膜方法的各工序來具體地說明。以下，便以使用有機氨基矽烷氣體來作為第1處理氣體PG1，使用臭氧(O3)氣體來作為第2處理氣體PG2，使用Ar/O2氣體來作為第1電漿處理用氣體PLG1，使用Ar/H2氣體來作為第2電漿處理用氣體PLG2，使用Ar氣體來作為第3電漿處理用氣體PLG3，來於晶圓W表面形成矽氧化膜之情況作為範例來加以說明。
首先，開啟閘閥G，而從外部藉由搬送臂10並透過搬送口15來將晶圓W收授至旋轉台2之凹部24內。此收授係藉由在凹部24停止在對向於搬送口15的位置時，透過凹部24底面之貫穿孔而從真空容器1底部側讓未圖示之升降銷進行升降來加以進行。讓旋轉台2間歇性地旋轉來進行此般晶圓W的收授，以分別將晶圓W載置於旋轉台2的6個凹部24內。
接著，關閉閘閥G，而在藉由真空泵64來將真空容器1內排氣到可到達真空度後，便從分離氣體噴嘴41及42以既定流量來噴出為分離氣體SG之N2氣體。又，亦從分離氣體供給管51、沖淨氣體供給管72及73以既定流量來噴出為分離氣體SG之N2氣體。伴隨於此，藉由壓力調整部65來將真空容器1內控制為預設之處理壓力(例如2Torr)。接著，讓旋轉台2繞順時針且以例如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℃。
接著，從第1處理氣體噴嘴31來供給有機氨基矽烷氣體，從第2處理氣體噴嘴32來供給O3氣體。又，從基底噴嘴33來供給Ar/O2氣體，從外側噴嘴34來供給Ar氣體，從軸側噴嘴35來供給Ar/H2氣體，並以例如4000W的電力來對電漿產生部81之天線83供給具有13.56MHz之頻率的高頻。藉此，便會在電漿處理區域P3中生成電漿。在此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。
藉由旋轉台2之旋轉，晶圓W便會依序重複通過第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以及分離區域D。此時，在第1處理區域P1中，有機氨基矽烷氣體之分子便會吸附於晶圓W表面，而形成有機氨基矽烷分子層(吸附工序)。在通過分離區域D後，便會在第2處理區域P2中，藉由O3氣體分子來氧化吸附於晶圓W表面之有機氨基矽烷氣體，而 形成1層或複數層矽氧化膜分子層，並形成反應生成物(氧化工序)。在氧化有機氨基矽烷氣體時，便會生成有副產物之氫氧基(OH基)，而所生成之OH基會吸附於矽氧化膜表面。
接著，在晶圓W通過電漿處理區域P3時，讓矽氧化膜暴露於電漿，而將矽氧化膜表面改質(改質工序)。此時，吸附於矽氧化膜之OH基的一部分會因電漿中之例如高能量粒子的衝撞，而從矽氧化膜表面脫離。此時，從基底噴嘴33所供給之Ar/O2氣體便會朝向第2排氣口62流去。亦即，從基底噴嘴33所供給之Ar/O2氣體會從中心側區域朝向外周側區域流去。
關於本實施形態之成膜裝置的電漿處理區域P3中之電漿處理用氣體的流向FL係基於圖11來加以說明。圖11係顯示本實施形態之成膜裝置的電漿處理區域中之電漿處理用氣體的流向FL之模擬結果的平面圖。
在此模擬中，真空容器1內之壓力為2Torr(2.7×102Pa)，利用加熱器單元7之加熱溫度為400℃，旋轉台2之旋轉速度為5rpm，從基底噴嘴33所供給之Ar/O2氣體的流量為14.8slm/75sccm，從外側噴嘴34所供給之Ar氣體的流量為0.1slm，從軸側噴嘴35所供給之Ar氣體的流量為0.1slm。
如圖11所示，得知從基底噴嘴33所供給之Ar/O2氣體會被吸引至旋轉台2外周側之電漿處理區域P3下游側所設置的第2排氣口62。藉此，從矽氧化膜脫離之OH便會沿著氣流而朝向旋轉台2外周側擴散，其一部分會在較所脫離之區域要靠外周側中再次吸附於矽氧化膜表面。因此，在晶圓W面內便會以外周側區域之OH基密度會較中心側區域之OH基密度要高的方式來讓OH基分布。亦即，會在晶圓W表面所形成之矽氧化膜表面的OH基之吸附量產生不均勻。
於是，本實施形態係在改質工序中藉由從軸側噴嘴35供給Ar/H2氣體，來讓H2氣體所生成之OH基重點性地吸附於矽氧化膜表面之OH基吸附量較少的中心側區域。藉此，即便在氧化工序中吸附於矽氧化膜表面之OH基會因為改質工序之電漿而脫離，H2氣體所生成OH基仍會再次重點性地吸附於矽氧化膜之中心側區域表面。其結果，便會使得晶圓W面內之OH基吸附量的分布均勻化。又，藉由調整Ar/H2中之H2氣體的比例，便可控制晶圓W面內之OH基吸附量的分布。
接著，在藉由旋轉台2之旋轉來讓晶圓W再次通過第1處理區域P1時， 從第1處理氣體噴嘴31所供給之有機氨基矽烷氣體之分子便會吸附於晶圓W表面。此時，由於有機氨基矽烷氣體之分子會易吸附於OH基，故會以依照OH基之分布的分布來吸附於矽氧化膜表面。由於本實施形態係在改質工序中將晶圓W面內之OH基的分布均勻化，故會以在矽氧化膜表面成為略均勻的方式來吸附有機氨基矽烷氣體之分子。
接著，在晶圓W通過第2處理區域P2時，吸附於矽氧化膜表面之有機氨基矽烷氣體便會因O3氣體而被氧化，而進一步地形成1層或複數層矽氧化膜分子層，並形成反應生成物。此時，由於矽氧化膜之膜厚分布係反映出吸附於矽氧化膜表面的有機氨基矽烷氣體的密度，故矽氧化膜會在面內成為略均勻。此時，因有機氨基矽烷氣體之氧化而生成的OH基便會吸附於矽氧化膜表面。
接著，在晶圓W再次通過電漿處理區域P3時，便會如上述般，在晶圓W面內讓OH基分布為略均勻。
之後，藉由依序重複上述吸附工序、氧化工序以及改質工序，便可於晶圓W表面形成具有既定膜厚之矽氧化膜。
參照圖11來進一步地說明本實施形態中之成膜方法的機制。本實施形態中，基底噴嘴33係設置為在旋轉台2之徑向覆蓋配置有晶圓W之凹部24整體，氣體噴出孔37亦會設置為橫跨配置有晶圓W之凹部24整體。因此，從基底噴嘴33所供給之Ar/O2氣體(第1電漿處理用氣體PL1)便會在晶圓W整面形成平行於晶圓W表面之方向的流向。在此，係在電漿處理區域P3之旋轉台2外周側與分離區域D的邊界部份(電漿處理區域P3之旋轉方向下游側，途中左下)設置有第2排氣口62。因此，Ar/O2氣體便會向從基底噴嘴33朝向第2排氣口62之方向，特別是從中心側區域朝向外周側區域的方向流去。此時，OH基的密度會在Ar/O2氣體之流向的上游側，特別是中心側區域中變低。於是，本實施形態中，便從軸側噴嘴35來將包含有可生成OH基之含氫氣體的Ar/H2氣體供給至從基底噴嘴33所供給之Ar/O2氣體之流向的上游側，特別是中心側區域。藉此，便可將晶圓W面內之OH基吸附量的分布均勻化。
如上述說明般，本實施形態之成膜方法係在改質工序中，藉由從軸側噴嘴35供給Ar/H2氣體，來讓H2氣體所生成之OH基重點性地吸附於矽氧化膜表面之OH基吸附量較少的中心側區域。藉此，即便在氧化工序中吸附於矽 氧化膜表面之OH基會因改質工序中之電漿而脫離，H2氣體所生成之OH基仍會重點性地再次吸附於矽氧化膜之中心側區域表面。其結果，由於會使得晶圓W面內之OH基吸附量的分布被均勻化，而以在矽氧化膜表面成為略均勻的方式來吸附有機氨基矽烷氣體之分子，並藉由O3氣體來氧化，故可提升矽氧化膜之膜厚的面內均勻性。
[實施例]
以下，雖在實施例中具體說明使用上述成膜裝置之本發明的成膜方法，但本發明並非被限制於該等實施例而被加以解釋者。
本實施例中，係使用Ar/H2氣體來作為從軸側噴嘴35所供給之第2電漿處理用氣體PLG2，而就Ar/H2氣體中之H2氣體的流量會對晶圓W表面所形成之矽氧化膜的膜厚分布造成之影響來進行評價。另外，晶圓W係使用於表面形成有熱氧化膜之矽晶圓。具體而言，係將從軸側噴嘴35所供給之Ar/H2氣體中之Ar氣體的流量為1slm，並將H2氣體的流量控制為0sccm、0.2sccm、0.5sccm、1.0sccm。第2電漿處理用氣體PLG2以外的主要成膜條件係如下所示。
‧第1處理氣體PG1：有機氨基矽烷氣體
‧第2處理氣體PG2：O3氣體
‧第1電漿處理用氣體PLG1：Ar/O2=13slm/75sccm
‧第3電漿處理用氣體PLG3：Ar=1slm
‧旋轉台之旋轉速度：5rpm
‧高頻電力：4000W
‧加熱溫度：400℃
‧壓力：2Torr(2.7×102Pa)
圖12係說明本實施形態之成膜方法的效果之圖式，並顯示晶圓W表面所形成之矽氧化膜的晶圓W面內之膜厚分布及面內均勻性之H2氣體流量依存性。圖12之(a)、(b)、(c)以及(d)係顯示分別將H2氣體之流量控制為0sccm、0.2sccm、0.5sccm以及1.0sccm時，晶圓W表面所形成之矽氧化膜的膜厚分布及面內均勻性。
另外，在圖12中顯示膜厚分布的圖式中，上側係表示真空容器1之中心部區域C側區域(中心側區域)，下側係表示真空容器1之外周壁側區域(外周 側區域)。又，圖12中之膜厚的面內均勻性(Uniformity)[%]係測量各晶圓W面內之最大膜厚[nm]以及最小膜厚[nm]，並就6片晶圓W，來平均出適用下述(1)式而計算出之面內均勻性的數值。
±((最大膜厚-最小膜厚)/(最大膜厚+最小膜厚))×100 (1)
如圖12(a)所示，在未添加H2氣體(H2氣體流量為0sccm)的情況，表示矽氧化膜之膜厚會從中心側區域朝向外周側區域增加之分布，膜厚之面內均勻性係±34.71%。這應該是因為在改質工序中，OH基係以在晶圓W外周側區域之OH基密度會較中心側區域之OH基密度要高的方式來加以分布。
相對於此，如圖12(b)~(d)所示，得知藉由添加H2氣體，便會使得中心側區域之矽氧化膜的膜厚增加。又，如圖12(c)及(d)所示，伴隨著H2氣體流量之增加，便會改變為矽氧化膜之膜厚會從中心側區域朝向外周側區域減少的分布。本實施例中，將H2氣體之流量為0.2sccm、0.5sccm以及1.0sccm的情況，矽氧化膜之膜厚的面內均勻性分別為±9.79%、±11.60%以及±7.44%。亦即，會較未添加H2氣體的情況要能提高矽氧化膜之膜厚均勻性。這應該是藉由從軸側噴嘴35來供給添加有H2氣體之氣體，來讓OH基吸附於為矽氧化膜表面之OH基吸附量較少的部分之中心側區域，並可以將晶圓W面內之OH基吸附量的分布成為略均勻的方式來加以調整之故。
以上，雖已藉由上述實施形態及實施例來說明成膜方法，但本發明並不限制於上述實施形態及實施例，而可在本發明範圍內進行各種變形及改良。
例如，雖在本實施形態中，電漿產生部81係具有天線83之感應耦合電漿(ICP：Inductively Coupled Plasma)源，但並不限定於此。電漿產生部81亦可為例如藉由將高頻施加至互相平行延伸之2根棒狀電極之間，來產生電漿之電容耦合電漿(CCP：Capacitively Coupled Plasma)源。即便為CCP源，由於可生成電漿，故可達成與上述實施形態相同之效果。
又，雖本實施形態中，係在未形成有包含凹部之圖案的晶圓W表面形成矽氧化膜，但並不限定於此。例如，亦可以在形成有溝槽元件構造中之溝槽、包含有線．空間．圖案中的空間、貫穿孔、溝槽孔等的凹部之圖案的晶圓W之凹部內面填埋矽氧化膜的方式來加以形成。即便在以於凹部內面填埋矽氧化膜的方式來加以形成的情況，藉由從軸側噴嘴35來供給添加有H2 氣體之氣體，由於可讓OH基重點性地吸附於為矽氧化膜表面之OH基吸附量較少的部分之中心側區域，故可達成與上述實施形態相同之效果。
又，本實施形態中，從第1處理氣體噴嘴31所供給之第1處理氣體只要可吸附於OH基的話，便不限於上述有機氨基矽烷氣體，亦可為有機矽化合物氣體等的其他含矽氣體。又，從第2處理氣體噴嘴32所供給之第2處理氣體並不限於O3氣體，亦可例如為O2氣體、O2氣體及O3氣體之混合氣體等的其他氧化氣體。
又，只要可吸附於OH基的話，亦可從第1處理氣體噴嘴31來供給例如有機金屬氣體。藉由從第1處理氣體噴嘴31來供給作為有機金屬氣體之例如含有鋯(Zr)之有機金屬氣體，從第2處理氣體噴嘴32來供給O3氣體等，便可形成氧化鋯(ZrO)膜。另外，含有Zr之有機金屬氣體可適當地使用例如四(乙基甲基胺基酸)鋯(TEMAZ)。
又，亦可使用含有鋁(Al)之有機金屬氣體來作為有機金屬氣體。藉由從第1處理氣體噴嘴31來供給含有Al之有機金屬氣體，從第2處理氣體噴嘴32來供給O3氣體等，便可形成氧化鋁(AlO)膜。含有Al之有機金屬氣體可適當地使用例如三甲基鋁(TMA)、二甲基乙胺醛烷絡合物。又，亦可藉由從第1處理氣體噴嘴31來互補地供給含有Zr之有機金屬氣體以及含有Al之有機金屬氣體，來形成ZrAlO膜。
又，從軸側噴嘴35供給至電漿處理區域P3之含氫氣體只要為能吸附於第1處理氣體表面而生成OH之氣體的話即可，並不限於H2氣體。含氫氣體亦可使用例如氨氣(NH3)。
又，雖上述實施形態中，係顯示從軸側噴嘴35來將含氫氣體(第2電漿處理用氣體PL2)供給至電漿處理區域P3的構成，但供給含氫氣體之構成並不限於上述軸側噴嘴35。可為對應於排氣口之配置處等，來將含氫氣體供給至第1電漿處理用氣體PL1之流向平行於晶圓W表面之方向的上游側，特別是OH基密度較低之處的各種構成。
根據所揭露之成膜方法，便可提升基板所形成之膜的膜厚之面內均勻性。
本申請係基於2016年1月29日所提申之日本特許出願第2016-0115490號來作為優先權基礎者，並參照其全內容來編入至此。

Claims (13)

  1. 一種成膜方法，係藉由可吸附於氫氧基之第1處理氣體，以及會與該第1處理氣體反應之第2處理氣體的反應生成物來形成膜的成膜方法，包含有：將該第1處理氣體供給至基板表面，而讓該第1處理氣體吸附於該基板表面的工序；藉由將該第2處理氣體供給至吸附有該第1處理氣體之該基板，來讓該第1處理氣體與該第2處理氣體反應而生成該反應生成物之工序；以及藉由將電漿處理用氣體電漿化並供給至該基板，來將該反應生成物表面改質之工序；將該反應生成物表面改質之工序係以在該基板整面形成有平行於該基板表面的方向之流向的方式來供給第1電漿處理用氣體，並且將包含有含氫氣體的第2電漿處理用氣體供給至該第1電漿處理用氣體之流向平行於該基板表面的方向之上游側的工序。
  2. 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中該基板係被載置於處理容器內所設置之旋轉台上；藉由旋轉該旋轉台，來依序進行讓該第1處理氣體吸附於該基板表面的工序，讓該第1處理氣體與該第2處理氣體反應而生成該反應生成物的工序，以及將該反應生成物表面改質的工序。
  3. 如申請專利範圍第2項之成膜方法，其中將該反應生成物表面改質的工序中，係從沿著該旋轉台之徑向而設置的第1電漿處理用氣體噴嘴來供給該第1電漿處理用氣體；從設置於較該第1電漿處理用氣體噴嘴要靠該旋轉台之中心側的第2電漿處理用氣體噴嘴來供給該第2電漿處理用氣體。
  4. 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中將該反應生成物表面改質的工序係包含有讓氫氧基吸附於該反應生成物表面的工序。
  5. 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中該第1處理氣體係有機氨基矽烷；該第2處理氣體係臭氧。
  6. 如申請專利範圍第5項之成膜方法，其中該第2電漿處理用氣體係含有氫氣以及氬氣；該氫氣的流量係該氬氣的流量之1/1000以下。
  7. 如申請專利範圍第6項之成膜方法，其中該第1電漿處理用氣體係氬氣或氬氣及氧氣(O2)的混合氣體。
  8. 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中該基板係形成有包含凹部之圖案，於該凹部內面形成有該反應生成物的膜。
  9. 如申請專利範圍第3項之成膜方法，其中將該反應生成物表面改質的工序中係從沿著該旋轉台之徑向而設置於該旋轉台外周側的第3電漿處理用氣體噴嘴來供給第3電漿處理用氣體。
  10. 如申請專利範圍第9項之成膜方法，其中該第1處理氣體係有機氨基矽烷；該第2處理氣體係臭氧。
  11. 如申請專利範圍第10項之成膜方法，其中該第2電漿處理用氣體係含有氫氣以及氬氣；該氫氣的流量係該氬氣的流量之1/1000以下。
  12. 如申請專利範圍第11項之成膜方法，其中該第1電漿處理用氣體係氬氣或氬氣及氧氣(O2)的混合氣體。
  13. 如申請專利範圍第12項之成膜方法，其中該第3電漿處理用氣體係氬氣或氬氣及氧氣(O2)的混合氣體。
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