TWI817031B - 成膜方法 - Google Patents

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TWI817031B TW109126629A TW109126629A TWI817031B TW I817031 B TWI817031 B TW I817031B TW 109126629 A TW109126629 A TW 109126629A TW 109126629 A TW109126629 A TW 109126629A TW I817031 B TWI817031 B TW I817031B
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Abstract

提供一種可將不容易在後續蝕刻工序中產生接縫之矽氧化膜填埋在凹部的技術。本揭露之一態樣所致之成膜方法，係具有：使胺基矽烷氣體吸附在於表面上形成有凹部之基板上的步驟；將氧化氣體供給至該基板，並使吸附在該基板上之該胺基矽烷氣體氧化以使矽氧化膜沉積在該基板上的步驟；以及藉由電漿來使包含氮氣及氫氣之混合氣體活性化並供給至該矽氧化膜，以進行該矽氧化膜之改質處理的步驟。

Description

成膜方法
本揭露係關於一種成膜方法。
已知有一種成膜方法，係包含使第1反應氣體吸附於基板的步驟、使該第1反應氣體與第2反應氣體反應以在基板形成反應生成物的步驟、將含氫氣體所生成之電漿照射至反應生成物的步驟(例如，參照專利文獻1)。
專利文獻1：日本特開2012-255203號公報
本揭露係提供一種可將不容易在後續蝕刻工序中產生接縫之矽氧化膜填埋在凹部的技術。
本揭露一形態之成膜方法，係具有：使胺基矽烷氣體吸附在於表面上形成有凹部之基板上的步驟；將氧化氣體供給至該基板，並使吸附在該基板上之該胺基矽烷氣體氧化以使矽氧化膜沉積在該基板上的步驟；以及藉由電漿來使包含氮氣及氫氣之混合氣體活性化並供給至該矽氧化膜，以進行該矽氧化膜之改質處理的步驟。
根據本揭露，便可將不容易在後續蝕刻工序中產生接縫之矽氧化膜填埋在凹部。
1:真空容器
2:旋轉台
P1:胺基矽烷氣體吸附區域
P2:氧化氣體供給區域
P3:電漿處理區域
D:分離區域
圖1係顯示一實施形態之成膜裝置的構成例之剖面圖。
圖2係顯示圖1之成膜裝置的真空容器內之構成的立體圖。
圖3係顯示圖1之成膜裝置的真空容器內之構成的俯視圖。
圖4係沿著可旋轉地設在圖1之成膜裝置的真空容器內之旋轉台的同心圓之該真空容器的剖面圖。
圖5係圖1之成膜裝置的其他剖面圖。
圖6係設在圖1之成膜裝置的電漿產生源之剖面圖。
圖7係設在圖1之成膜裝置的電漿產生源之其他剖面圖。
圖8係設在圖1之成膜裝置的電漿產生源之俯視圖。
圖9係顯示一實施形態之成膜方法的流程圖。
圖10係用以說明一實施形態之成膜方法的示意圖。
圖11係一實施形態之成膜方法的機制之說明圖(1)。
圖12係一實施形態之成膜方法的機制之說明圖(2)。
圖13係顯示實施例1之實施結果的圖。
圖14係顯示實施例2之實施結果的圖。
以下，一邊參照圖式來一邊對本揭露之非限定例示的實施形態進行說明。在所有圖式中，會針對相同或對應之構件或零件賦予相同或對應之參照符號，以省略重複之說明。
(成膜裝置)
針對用以實施一實施形態之成膜方法的較佳成膜裝置來進行說明。參照圖1至圖3，成膜裝置1係具備具有大致圓形平面形狀的扁平真空容器1、及設在真空 容器1內且在真空容器1之中心具有旋轉中心的旋轉台2。真空容器1係具備具有有底圓筒形狀的容器本體12、及透過例如O型環等之密封構件13(圖1)來氣密且可拆裝地配置在容器本體12之上面的頂板11。
旋轉台2係以中心部固定於圓筒形狀之芯部21。芯部21係固定在往鉛錘方向延伸之旋轉軸22的上端。旋轉軸22係貫通真空容器1之底部14，其下端係安裝在會使旋轉軸22(圖1)繞鉛錘軸旋轉的驅動部23。旋轉軸22及驅動部23係收納於開口在上面之筒狀殼體20內。在殼體20之上面所設置的凸緣部分係氣密地安裝在真空容器1之底部14的下面，以維持殼體20之內部環境氣氛與外部環境氣氛的氣密狀態。
如圖2及圖3所示，在旋轉台2之表面係沿著旋轉方向(周向)設有用以載置多數(圖示之範例為5片)基板之半導體晶圓(以下稱為「晶圓W」)的圓形狀之凹部24。此外，為了圖示方便，圖3中只有在一個凹部24內顯示晶圓W。凹部24係具有相較於晶圓W直徑要稍微大例如4mm的內徑、及與晶圓W厚度大致相等的深度。因此，當晶圓W收納在凹部24時，晶圓W表面與旋轉台2表面(未載置晶圓W之區域)係成為相同高度。在凹部24之底面形成有被用以支撐晶圓W內面並使晶圓W升降之例如3根升降銷所貫通的貫通孔(皆未圖示)。
圖2及圖3係說明真空容器1內之構造的圖，為了方便說明，係省略頂板11之圖示。如圖2及圖3所示，在旋轉台2上方係在真空容器1之周向(圖3之箭頭A所示的旋轉台2之旋轉方向)彼此相隔間隔地配置有例如石英所構成之反應氣體噴嘴31,32,33及分離氣體噴嘴41,42。圖示之範例中，從後述搬送口15起往順時針方向(旋轉台2之旋轉方向)係依序排列有反應氣體噴嘴33、分離氣體噴嘴41、反應氣體噴嘴31、分離氣體噴嘴42、及反應氣體噴嘴32。該等反應氣 體噴嘴31,32,33及分離氣體噴嘴41,42之基端部，即氣體導入埠31a,32a,33a,41a,42a(圖3)係固定在容器本體12的外周壁。此外，反應氣體噴嘴31,32,33及分離氣體噴嘴41,42係安裝成從真空容器1的外周壁被導入至真空容器1內，且沿著容器本體12之半徑方向相對於旋轉台2而水平延伸。
此外，如圖3中以虛線簡化來顯示般，在反應氣體噴嘴33之上方係設有電漿產生源80。關於電漿產生源80將於之後說明。
反應氣體噴嘴31係透過配管及流量控制器等(未圖示)來連接於胺基矽烷氣體的供給源(未圖示)。作為胺基矽烷氣體，係可利用例如DIPAS(Di(isopropylamino)silane)、3DMAS(Tris(dimethylamino)silane)氣體、BTBAS(Bis(tertiary-butylamino)silane)。
反應氣體噴嘴32係透過配管及流量控制器等(未圖示)來連接於氧化氣體的供給源(未圖示)。作為氧化氣體，係可利用例如臭氧(O3)氣體。
反應氣體噴嘴33係透過未圖示的配管及流量控制器等(未圖示)來連接於改質氣體的供給源(未圖示)。作為改質氣體，係可利用例如氬(Ar)氣、氮(N2)氣、氫(H2)氣。
分離氣體噴嘴41,42皆透過配管及流量控制閥等(未圖示)來連接於分離氣體的供給源(未圖示)。作為分離氣體，係可利用例如氬(Ar)氣、氮(N2)氣。
在反應氣體噴嘴31,32係沿著反應氣體噴嘴31,32之長邊方向而以例如10mm之間隔來排列有朝向旋轉台2開口之多個噴出孔31h,32h(圖4)。反應氣體噴嘴31之下方區域係成為用以使胺基矽烷氣體吸附於晶圓W的胺基矽烷氣體吸附區域P1。反應氣體噴嘴32之下方區域係成為使在胺基矽烷氣體吸附區域P1 中吸附於晶圓W的胺基矽烷氣體氧化的氧化氣體供給區域P2。此外，圖4中未顯示的反應氣體噴嘴33之構成將於之後說明。
參照圖2及圖3，在真空容器1內係設有2個凸狀部4。凸狀部4由於會與分離氣體噴嘴41,42一起構成分離區域D，如後述，係以朝向旋轉台2突出之方式來加以安裝在頂板11內面。另外，凸狀部4係具有頂部被切斷成圓弧狀之扇形平面形狀，在一實施形態中，係配置成內圓弧會連結於突出部5(後述)，且外圓弧會沿著真空容器1之容器本體12的內周面。
圖4係顯示從反應氣體噴嘴31至反應氣體噴嘴32為止而沿著旋轉台的同心圓之真空容器1的剖面。如圖4所示，在頂板11之內面係安裝有凸狀部4。因此，在真空容器1內係存在有作為凸狀部4之下面而較低平坦之頂面(第1頂面44)、及位於第1頂面44之周向兩側而較第1頂面44要高之頂面(第2頂面45)。第1頂面44係具有頂部被切斷成圓弧狀之扇形平面形狀。另外，如圖示，在凸狀部4於周向中央，係形成有以往半徑方向延伸之方式來加以形成的槽部43，且分離氣體噴嘴42係收納在槽部43內。在另一個凸狀部4也同樣地形成有槽部43，且分離氣體噴嘴41係收納在槽部43內。另外，在第2頂面45之下方空間係分別設有反應氣體噴嘴31,32。該等反應氣體噴嘴31,32係離開第2頂面45而設在晶圓W附近。如圖4所示，在凸狀部4右側的第2頂面45之下方空間481係設有反應氣體噴嘴31，且在左側的第2頂面45之下方空間482係設有反應氣體噴嘴32。
另外，在凸狀部4之槽部43所收納的分離氣體噴嘴42係沿著分離氣體噴嘴42之長邊方向而以例如10mm之間隔來排列有朝向旋轉台2開口之多個噴出孔42h(參照圖4)。另外，在另一個凸狀部4之槽部43所收納的分離氣體噴嘴 41也同樣地沿著分離氣體噴嘴41之長邊方向而以例如10mm之間隔來排列有朝向旋轉台2開口之多個噴出孔41h。
第1頂面44會相對於旋轉台2而形成狹窄空間之分離空間H。從分離氣體噴嘴42之噴出孔42H供給Ar氣體時，Ar氣體會通過分離空間H而朝向空間481,482流動。此時，由於分離空間H之容積較空間481,482之容積要小，因此能藉由Ar氣體來使分離空間H之壓力相較於空間481,482之壓力而更高。亦即，在空間481,482之間係形成壓力較高之分離空間H。另外，從分離空間H往空間481,482流出之Ar氣體係作為相對於來自胺基矽烷氣體吸附區域P1的胺基矽烷氣體與來自氧化氣體供給區域P2的氧化氣體之逆流來運作。因此，來自胺基矽烷氣體吸附區域P1的胺基矽烷氣體與來自氧化氣體供給區域P2的氧化氣體會被分離空間H分離。因此，可抑制胺基矽烷氣體與氧化氣體在真空容器1內混合、反應的情形。
第1頂面44離旋轉台2上面之高度h1，係考量到成膜時之真空容器1內之壓力、旋轉台2之旋轉速度、分離氣體(Ar氣體)之流量等來設定成會使分離空間H之壓力相較於空間481,482之壓力而更高的適當高度。
另一方面，在頂板11之下面係設有會包圍固定旋轉台2之芯部21外周的突出部5(圖2及圖3)。突出部5在一實施形態中係與凸狀部4在旋轉中心一側之部位連續，且其下面係形成為與第1頂面44相同高度。
之前參照之圖1係沿著圖3之I-I’線的剖面圖，其係顯示設有第2頂面45之區域。另一方面，圖5係顯示設有第1頂面44之區域的剖面圖。如圖5所示，在扇形之凸狀部4的周緣(真空容器1之外緣側的部位)係以與旋轉台2之外端面對向的方式來形成有折曲成L字型的折曲部46。折曲部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，且抑制胺基矽烷氣體與氧化氣體的混合。扇形之凸狀部4係設在頂板11，且頂板11可從容器本體12移除，因此在折曲部46之外周面與容器本體12之間會存在有些微間隙。折曲部46的內周面與旋轉台2的外端面之間的間隙、及折曲部46之外周面與容器本體12之間的間隙係設定成例如與第1頂面44離旋轉台2上面之高度相同的尺寸。
容器本體12之內周壁在分離區域D中，係與折曲部46之外周面接近且形成為垂直面(圖5)，但在分離區域D以外之部位中，則會例如從與旋轉台2之外端面對向之部位起至底部14為止而往外側凹陷(圖1)。以下，為了方便說明，係將具有大致矩形剖面形狀之凹陷部分記載為排氣區域E。具體而言，是將連通於胺基矽烷氣體吸附區域P1之排氣區域記載為第1排氣區域E1，且將連通於氧化氣體供給區域P2之區域記載為第2排氣區域E2。在該等第1排氣區域E1及第2排氣區域E2之底部，如圖1至圖3所示，係分別形成有第1排氣口61及第2排氣口62。第1排氣口61及第2排氣口62，如圖1所示，係分別透過排氣管63而連接於作為真空排氣部之例如真空泵64。此外，圖1中係顯示有壓力控制器65。
在旋轉台2與真空容器1的底部14之間的空間，如圖1及圖5所示，係設有作為加熱部之加熱器單元7，會透過旋轉台2將旋轉台2上之晶圓W加熱至程序程式庫所決定之溫度(例如400℃)。在旋轉台2之周緣附近的下方係設有圓環狀之蓋構件71(圖5)。蓋構件71會將從旋轉台2之上方空間至第1排氣區域E1及第2排氣區域E2之環境氣氛與放置有加熱器單元7之環境氣氛加以劃分以抑制氣體侵入旋轉台2之下方區域。蓋構件71係具備設成從下方面對旋轉台2之外緣及相較外緣要外側之外周側的內側構件71a、及設在內側構件71a與真空容器1的內周面之間的外側構件71b。外側構件71b會在分離區域D中形成在凸狀部4之外緣的 折曲部46之下方處與折曲部46接近來加以設置。內側構件71a會在旋轉台2之外緣下方(及相較於外緣要稍微外側部分之下方)中圍繞加熱器單元7之整個周圍。
在相較於配置有加熱器單元7之空間要靠旋轉中心一側的部位上之底部14，係以會與旋轉台2下面之中心部附近的芯部21接近之方式往上方突出而形成突出部12a。突出部12與芯部21之間係成為狹窄空間，且貫通底部14之旋轉軸22的貫通孔之內周面與旋轉軸22之間的間隙會變得狹窄，該等狹窄空間會與殼體20連通。此外，在殼體20係設有用以將作為吹淨氣體之Ar氣體供給至狹窄空間內以進行吹淨之吹淨氣體供給管72。另外，在真空容器1之底部14係在加熱器單元7下方於周向以既定角度間隔設有用以將加熱器單元7之配置空間加以吹淨的多個吹淨氣體供給管73(圖5係顯示一個吹淨氣體供給管73)。另外，在加熱器單元7與旋轉台2之間係為了抑制氣體侵入設有加熱器單元7的區域，而設有在周向覆蓋外側構件71b之內周壁(內側構件71a之上面)至突出部12a的上端之間的蓋構件7a。蓋構件7a係例如由石英所形成。
另外，在真空容器1之頂板11的中心部係連接有分離氣體供給管51，而構成為會將作為分離氣體之Ar氣體供給至頂板11與芯部21之間的空間52。供給至空間52之分離氣體，係透過突出部5與旋轉台20之間的狹窄間隙50而沿著旋轉台2之晶圓載置區域一側的表面朝向周緣噴出。間隙50可藉由分離氣體而維持在較空間481,482要高的壓力。因此，藉由間隙50便可抑制供給至胺基矽烷氣體吸附區域P1的胺基矽烷氣體與供給至氧化氣體供給區域P2的氧化氣體通過中心區域C而混合的情形。亦即，間隙50(或中心區域C)係與分離空間H(或分離區域D)具有相同的功能。
再者，真空容器1的側壁如圖2及圖3所示，係形成有用以在外部之搬送臂10與旋轉台2之間進行晶圓W之收授的搬送口15。搬送口15係藉由未圖示之閘閥而被加以開閉。旋轉台12之下方係在對應於晶圓W之收授位置的部位處，設有貫通凹部24且用以將晶圓從內面頂起之收授用升降銷及其升降機構(皆未圖示)。
接著，一邊參照圖6至圖8來一邊說明電漿產生源80。圖6係設在圖1之成膜裝置的電漿產生源80之剖面圖，其顯示沿著旋轉台2之半徑方向的電漿產生源80之剖面。圖7係設在圖1之成膜裝置的電漿產生源80之其他剖面圖，其顯示沿著與旋轉台2之半徑方向正交方向的電漿產生源80之剖面。圖8係設在圖1之成膜裝置的電漿產生源80之俯視圖。為了方便圖示，該等圖之中係簡化一部分構件。
參照圖6，電漿產生源80係具備框構件81、法拉第屏蔽板82、絕緣板83、及天線85。框構件81係以高頻透射性材料製作，其具有從上面凹陷的凹部，且被嵌入至形成在頂板11的開口部11a。法拉第屏蔽板82係收納在框構件81之凹部內，且具有開口在上部之大致箱狀的形狀。絕緣板83係配置在法拉第屏蔽板82的底面上。天線85係支撐在絕緣板83上方，且形成為具有大致八角形之平面形狀的線圈狀。
頂板11之開口部11a係具有多個段部，在其中一個段部上係整圈形成有槽部，在槽部會嵌入有例如O型環等之密封構件81a。另一方面，框構件81係具有與開口部11a之段部對應的多個段部。藉此，將框構件81嵌入開口部11a時，多個段部之中一個段部的內面會與嵌入至開口部11a之槽部的密封構件81a相接，以維持頂板11與框構件81之間的氣密性。另外，如圖6所示，會沿著嵌入 至頂板11的開口部11a之密封構件81a的外周而設有按壓構件81c，藉此，框構件81便會相對於頂板11而被往下方按壓。因此，可更確實地維持頂板11與框構件81之間的氣密性。
框構件81之下面會與真空容器1內之旋轉台2對向，且在其下面之外周上係整圈設有會往下方(朝向旋轉台2)突起之突起部81b。突起部81b之下面係與旋轉台2之表面接近，且藉由突起部81b、旋轉台2之表面、框構件81之下面而在旋轉台2之上方區劃出電漿處理區域P3。此外，突起部81b的下面與旋轉台2的表面之間的間隔也可以與分離空間H(圖4)中第1頂面44離旋轉台2之上面的高度h1大致相同。
另外，在電漿處理區域P3係延伸有貫通突起部81b之反應氣體噴嘴33。一實施形態中，如圖6所示，在反應氣體噴嘴33係連接有填充有Ar氣體之氬氣供給源90、填充有N2氣體之氮氣供給源91、及填充有H2氣體之氫氣供給源92。從氬氣供給源90、氮氣供給源91及氫氣供給源92會以既定流量比(混合比)將被對應之流量控制器93,94,95控制流量的Ar氣體、N2氣體及H2氣體供給至電漿處理區域P3。
另外，在反應氣體噴嘴33係沿著其長邊方向以既定間隔(例如10mm)形成有多個噴出孔33h，且從噴出孔33h會噴出前述Ar氣體、N2氣體及H2氣體。如圖7所示，噴出孔33h係從與旋轉台2垂直之方向朝向旋轉台2之旋轉方向的上游側傾斜。因此，從反應氣體噴嘴33供給之混合氣體係朝向與旋轉台2之旋轉方向相反的方向，具體而言，即突起部81b的下面與旋轉台2的表面之間的間隙噴出。藉此，可抑制氧化氣體與分離氣體從沿著旋轉台2之旋轉方向而位於較電漿產生源80要更上游側之第2頂面45的下方空間流入至電漿處理區域P3 內。另外，如上述，沿著框構件81下面之外周所形成的突起部81b係與旋轉台2的表面接近，因此可輕易藉由來自反應氣體噴嘴33的氣體來將電漿處理區域P3內之壓力維持在較高。藉此，也可抑制氧化氣體與分離氣體流入電漿處理區域P3內。
法拉第屏蔽板82係由金屬等導電性材料製作，且雖然省略了圖示但其係接地。如圖8中明確所示，在法拉第屏蔽板82之底部係形成有多個狹縫82s。各狹縫82s係以會與具有大致八角形之平面形狀的天線85之對應邊大致正交之方式來加以延伸。
另外，如圖7及圖8所示，法拉第屏蔽板82係在上端的2個部位具有往外側彎折的支撐部82a。藉由支撐部82a支撐在框構件81之上面，法拉第屏蔽板82便會支撐在框構件81內之既定位置。
絕緣板83係由例如石英所製作，其具有較法拉第屏蔽板82的底面要稍小的尺寸，且係載置在法拉第屏蔽板82的底面。絕緣板83係將法拉第屏蔽板82與天線85加以絕緣，另一方面，其會使從天線85放射之高頻往下方穿透。
天線85係以平面形狀成為大致八角形之方式將銅製的中空管(管)例如捲繞成3層來加以形成。在管內能使冷卻水循環，藉此，便可防止天線85因為供給至天線85的高頻而被加熱至高溫。另外，在天線85係設有豎設部85a，且在豎設部85a係安裝有支撐部85b。藉由支撐部85b能將天線85維持在法拉第屏蔽板82內的既定位置。另外，在支撐部85b係透過匹配箱86而連接有高頻電源87。高頻電源87會產生具有例如13.56MHz的頻率之高頻。
根據上述電漿產生源80，從高頻電源87透過匹配箱86將高頻電力供給至天線85時，會藉由天線85來產生電磁場。電磁場中的電場成分會被法拉 第屏蔽板82所屏蔽，因此不會往下方傳播。另一方面，磁場成分則會通過法拉第屏蔽板82的多個狹縫82而往電漿處理區域P3內傳播。藉由磁場成分，會從由反應氣體噴嘴33以既定流量比(混合比)供給至電漿處理區域P3的改質氣體產生電漿。根據以此方式產生的電漿，便能夠降低對沉積在晶圓W上之薄膜的照射損傷或真空容器1內之各構件的損傷等。
另外，如圖1所示，在成膜裝置設有用以進行裝置整體之動作控制的電腦所構成之控制部100。在控制部100的記憶體內儲存有在控制部100的控制下使成膜裝置實施後述成膜方法的程式。程式係組合有步驟群組，以執行後述成膜方法。程式係儲存在硬碟、CD、磁光碟、記憶卡、軟碟等之媒體102，且會被既定讀取裝置讀取至記憶部101，並安裝在控制部100內。
(成膜方法)
針對一實施形態之成膜方法，係以使用上述成膜裝置來使矽氧化膜(SiO2膜)成膜之情形為範例來加以說明。圖9係顯示一實施形態之成膜方法的流程圖。圖10係用以說明一實施形態之成膜方法的示意圖。一實施形態中，如圖10(a)所示，係以將矽氧化膜填埋於在表面形成有溝槽T之晶圓W的溝槽T內而加以成膜之情形為範例來加以說明。此外，溝槽T係形成在晶圓W的表面U之凹部的一例，除了溝槽T之外，也可以形成有通孔等。另外，也可以在晶圓W表面形成有矽氮化膜等之基底膜。
首先，開啟閘閥，且藉由搬送臂10來將晶圓W從外部透過搬送口15收授至旋轉台2之凹部24內。晶圓W之收授係藉由凹部24停止在面對搬送口15之位置時使升降銷從真空容器1之底部側透過凹部24底面之貫通孔升降來加以 進行。使旋轉台2間歇地旋轉來進行此般晶圓W之收授，以將晶圓W分別載置在旋轉台2之5個凹部24內。
接著，關閉閘閥，且藉由真空泵64來將真空容器1內排氣至可到達真空度為止。之後，從分離氣體噴嘴41,42來將Ar氣體作為分離氣體以既定流量噴出，且從分離氣體供給管51及吹淨氣體供給管72來將Ar氣體以既定流量噴出。另外，藉由壓力控制器65來將真空容器1內控制成預先設定之處理壓力。接著，一邊使旋轉台2以例如5rpm之旋轉速度繞順時針旋轉一邊藉由加熱器單元7來將晶圓W加熱成例如400℃。
之後，從反應氣體噴嘴31供給胺基矽烷氣體，並從反應氣體噴嘴32供給O3氣體。另外，從反應氣體噴嘴33供給Ar/N2/H2氣體，且以例如4000W之電力來將具有13.56MHz之頻率的高頻供給至電漿產生源80之天線85。藉此，便會在電漿產生源80與旋轉台2之間的電漿處理區域P3產生電漿。在電漿中會產生有NH活性基與高能量粒子。
藉由旋轉台2之旋轉，晶圓W便會依序反覆通過胺基矽烷氣體吸附區域P1、分離區域D、氧化氣體供給區域P2、電漿處理區域P3及分離區域D。在胺基矽烷氣體吸附區域P1中，如圖10(a)所示，在晶圓W之表面U或溝槽T之內面會產生SiH3基(步驟S11)。通過分離區域D後，在氧化氣體供給區域P2中，在晶圓W之表面U或溝槽T之內面所產生之SiH3基會被O3分子氧化(步驟S12)。藉此，如圖10(b)所示，便會沿著溝槽T之內面來產生羥基(OH基)。
接著，晶圓W到達電漿產生源80之電漿處理區域P3時，晶圓W會曝露在Ar/N2/H2氣體所產生之電漿(步驟S13)。此時，部分的OH基會因為電漿所含之NH活性基的碰撞而被置換成胺基(NH2基)。電漿雖然會到達晶圓W之表面U 或溝槽T之開口附近，但並不容易到達溝槽T之底部附近。因此，在晶圓W之表面U或溝槽T之開口附近的側面，會有較多量的OH基被置換成NH2基。其結果，如圖10(c)所示，OH基會分布成OH基在溝槽T之底部及底部附近的側面密度較高，且朝向溝槽T之開口及晶圓W之表面U則密度變低。
接著，晶圓W藉由旋轉台2的旋轉而再次到達胺基矽烷氣體吸附區域P1時，從反應氣體噴嘴31供給之胺基矽烷氣體的分子會吸附在晶圓W之表面U或溝槽T之內面。此時，胺基矽烷氣體的分子會容易吸附於OH基，但不易吸附於NH2基，因此如圖10(d)所示，會按照OH基分布的分布來吸附於晶圓W之表面U或溝槽T之內面。亦即，胺基矽烷氣體的分子會以在溝槽T之底部及底部附近的側面密度較高，且朝向溝槽T之開口則密度變低之方式，來吸附在溝槽T之內面。
接著，在晶圓W通過氧化氣體供給區域P2時，吸附在晶圓W之表面U或溝槽T之內面的胺基矽烷氣體會被O3氣體氧化，使矽氧化膜進一步地成膜。此時，矽氧化膜之膜厚分布會與吸附在溝槽T之內面的胺基矽烷氣體之密度相符。亦即，矽氧化膜會在溝槽T之底部及底部附近的側面變厚，且朝向溝槽T之開口變薄。接著，胺基矽烷氣體的氧化所產生的OH基會吸附在矽氧化膜的表面。
接著，晶圓W再次到達電漿產生源80之電漿處理區域P3時，便如上述，OH基會分布成OH基在溝槽T之底部及底部附近的側面密度較高，且朝向溝槽T之開口則密度變低。
之後，反覆上述程序時，矽氧化膜便會從溝槽T之底部逐漸變厚。當矽氧化膜進一步逐漸變厚時，則溝槽T便會在不產生空隙的情況下被矽氧化膜所填埋，而完成溝槽T之填埋。
如以上所說明，根據一實施形態之成膜方法，在電漿處理區域P3所進行之矽氧化膜111的改質處理中，係以電漿來使作為改質氣體的Ar/N2/H2氣體活性化並加以供給。藉此，便能使不容易在後續蝕刻工序中產生接縫之矽氧化膜成膜。此外，藉由以電漿來使作為改質氣體的Ar/N2/H2氣體活性化並加以供給，便能使不容易在後續蝕刻工序中產生接縫之矽氧化膜成膜的機制及實施結果將於之後說明。
此外，上述成膜方法中，雖示範了以電漿來使Ar/N2/H2氣體活性化並加以供給，以進行矽氧化膜之改質處理的情形，但改質處理所用之混合氣體只要含有N2及H2氣體，則也可以是其他混合氣體。例如，也可以使用包含He氣體來替代Ar氣體的He/N2/H2氣體、或除了Ar氣體外也包含He氣體的Ar/He/N2/H2氣體。此情形，也與上述成膜方法相同，係藉由電漿來加以活性化以產生NH活性基。
(機制)
針對藉由以電漿而使作為改質氣體的Ar/N2/H2氣體活性化並加以供給，便能使不容易在後續蝕刻工序中產生接縫之矽氧化膜成膜的機制來加以說明。
首先，係針對藉由電漿產生源80所產生之電漿而活性化之改質氣體來加以說明。一般而言，在以胺基矽烷氣體作為原料氣體來使矽氧化膜成膜時，OH基係成為吸附部位，胺基矽烷氣體會吸附在OH基上。然而，在晶圓W表面形成凹部，且在該凹部進行填埋成膜時，為了不使凹部上部的開口堵塞導致 在內部形成空隙，較佳係從凹部底面逐漸往上方進行成膜之由下而上(Bottom up)成膜(V字成膜)。
以電漿使作為改質氣體之H2氣體與O2氣體的混合氣體(以下稱為「H2/O2氣體」)活性化時，雖然可以使良好膜質的膜成膜，但會在晶圓W上面形成胺基矽烷氣體的吸附部位，即OH基。因此，便不易進行由下而上成膜。
為了進行由下而上成膜，會有使用不含H2氣體之改質氣體，例如Ar氣體與O2氣體的混合氣體(以下稱為「Ar/O2氣體」)或Ar氣體與N2氣體的混合氣體(以下稱為「Ar/N2氣體」)之情形。然而，若使用Ar/O2氣體或Ar/N2氣體來作為改質氣體時，在後續蝕刻工序中對填埋在凹部內之部分矽氧化膜進行蝕刻時，會有在凹部內產生接縫(seam)之情形。
因此，一實施形態中，藉由包含以電漿來使包含N2氣體與H2氣體的混合氣體(以下稱為「N2/H2氣體」)活性化並加以供給之改質處理的工序來使矽氧化膜成膜，並填充在晶圓W表面上所形成的凹部內(填埋)。如此，在改質處理中使用N2/H2氣體時，矽氧化膜表面之OH基(參照圖11(a))便會被改質處理中所供給的NH活性基置換成NH2基(參照圖11(b))。另一方面，在改質處理中使用Ar/N2氣體時，矽氧化膜表面之OH基(參照圖12(a))則會在改質處理中被置換成N基(參照圖12(b))。
此處，Si-N鍵結的鍵解離能係302kJ/mol，Si-NH2鍵結的鍵解離能係286kJ/mol，因此Si-NH2鍵結相較於Si-N鍵結要更容易被O3氣體置換。因此，O3氣體被供給至Si-NH2鍵結時，Si-NH2鍵結會被切斷且相鄰之Si原子彼此會透過O原子來形成化學鍵結(Si-O-Si鍵結)(參照圖11(c))。如此般在膜中不易產生物理鍵結所致之邊界部分，因此可推定為能夠在後續蝕刻工序中抑制接縫的產生。
另一方面，在改質處理中使用Ar/N2氣體的情形，O3氣體被供給至Si-N鍵結時，在相鄰之Si原子間係不容易透過O原子來形成化學鍵結。因此，在膜中會產生鍵結力相較於化學鍵結要弱之OH基彼此相鄰的物理鍵結所致之邊界部分(參照圖12(c))。如此般在膜中會容易產生物理鍵結所致之邊界部分，因此可推定為在後續蝕刻工序中物理鍵結所致之邊界部分會較其他部分更容易被蝕刻而產生接縫。
(實施例)
以下針對實施一實施形態之成膜方法並進行實施結果之評估的實施例1進行說明。實施例1中，作為晶圓W係使用在表面形成有溝槽的矽晶圓。
首先，將矽晶圓載置在上述成膜裝置之旋轉台2的凹部24內，且從分離氣體噴嘴41,42會噴出Ar氣體來作為分離氣體，從分離氣體供給管51及吹淨氣體供給管72會噴出Ar氣體。另外，藉由壓力控制器65來將真空容器1內控制成預先設定的處理壓力。接著，一邊使旋轉台2繞順時針旋轉一邊藉由加熱器單元7來將矽晶圓加熱至處理溫度。
之後，從反應氣體噴嘴31供給胺基矽烷氣體，且從反應氣體噴嘴32供給氧化氣體。另外，從反應氣體噴嘴33供給改質氣體，且將具有13.56MHz之頻率的高頻供給至電漿產生源80之天線85。
接著，藉由旋轉台2旋轉，使矽晶圓依序反覆通過胺基矽烷氣體吸附區域P1、分離區域D、氧化氣體供給區域P2、電漿處理區域P3及分離區域D，以在溝槽內進行矽氧化膜的填埋。此外，實施例1中，係以矽氧化膜填埋在溝槽內的部分之方式來加以調整處理時間。
處理條件係如下述。
處理溫度：400℃
處理壓力：240Pa
胺基矽烷氣體：二異丙基胺基矽烷(DIPAS)氣體
氧化氣體：O3氣體
改質氣體：Ar/O2氣體、Ar/N2氣體、Ar/N2/H2氣體
高頻電力：4000W
旋轉台2的旋轉速度：20rpm
接著，使用掃描型電子顯微鏡(SEM：Scanning Electron Microscope)來觀察填埋在溝槽內之部分的矽氧化膜，並評估矽氧化膜的階段披覆性。
圖13係顯示實施例1之實施結果的圖，其表示改質氣體的種類與階段披覆性的關係。圖13中，橫軸係表示改質氣體的種類，縱軸係表示溝槽之高度方向中的中央部(以下稱為「MID」)相對於上部(以下稱為「TOP」)之膜厚的比例[%]。
如圖13所示，使用Ar/N2/H2氣體時，MID相對於TOP之膜厚的比例，在N2/H2氣體之流量比為1：1、1：2、1：3的任一情形皆為250~300%的範圍內。另一方面，使用Ar/O2氣體時，MID相對於TOP之膜厚的比例為100~150%的範圍內。另外，使用Ar/N2氣體時，MID相對於TOP之膜厚的比例為150~200%的範圍內。
根據該等結果，可說是相較於使用Ar/O2氣體或Ar/N2氣體之情形，藉由使用Ar/N2/H2氣體便能夠提高MID相對於TOP之膜厚的比例。亦即，相 較於使用Ar/O2氣體或Ar/N2氣體之情形，藉由使用Ar/N2/H2氣體便能夠促進由下而上成膜。
接著，針對實施一實施形態之成膜方法並進行實施結果之評估的實施例2進行說明。實施例2中，係與實施例1相同，作為晶圓W係使用在表面形成有溝槽的矽晶圓。
首先，將矽晶圓載置在上述成膜裝置之旋轉台2的凹部24內，且從分離氣體噴嘴41,42會噴出Ar氣體來作為分離氣體，從分離氣體供給管51及吹淨氣體供給管72會噴出Ar氣體。另外，藉由壓力控制器65來將真空容器1內控制成預先設定的處理壓力。接著，一邊使旋轉台2繞順時針旋轉一邊藉由加熱器單元7來將矽晶圓加熱至處理溫度。
之後，從反應氣體噴嘴31供給胺基矽烷氣體，且從反應氣體噴嘴32供給氧化氣體。另外，從反應氣體噴嘴33供給改質氣體，且將具有13.56MHz之頻率的高頻供給至電漿產生源80之天線85。
接著，藉由旋轉台2旋轉，使矽晶圓依序反覆通過胺基矽烷氣體吸附區域P1、分離區域D、氧化氣體供給區域P2、電漿處理區域P3及分離區域D，以在溝槽內進行矽氧化膜的填埋。此外，實施例2中，會以矽氧化膜完全填埋在溝槽內之方式來加以調整處理時間。處理條件除了處理時間外係與實施例1相同。
接著，藉由使用氫氟酸(DHF：Diluted Hydrofluoric Acid)之濕式蝕刻法來將矽氧化膜加以蝕刻去除直到露出矽晶圓表面為止。
接著，使用掃描型電子顯微鏡(SEM：Scanning Electron Microscope)來確認殘留在溝槽內之矽氧化膜是否產生了接縫。
圖14係顯示實施例2之實施結果的圖，其係顯示填埋在溝槽內之矽氧化膜在蝕刻前後之剖面的SEM影像。圖14(a)及圖14(b)分別係使用Ar/O2氣體(O2氣體供給量：75sccm)來作為改質氣體時在蝕刻前後的SEM影像。圖14(c)及圖14(d)分別係使用Ar/N2氣體(N2氣體供給量：50sccm)來作為改質氣體時在蝕刻前後的SEM影像。圖14(e)及圖14(f)分別係使用Ar/N2/H2氣體(N2氣體供給量：50sccm、H2氣體供給量：100sccm)來作為改質氣體時在蝕刻前後的SEM影像。此外，圖14的SEM影像中，係對產生接縫的部分附加有假想線(虛線)。
首先，針對矽氧化膜對溝槽內之填埋特性進行探討。如圖14(a)、圖14(c)及圖14(e)所示，使用Ar/O2氣體、Ar/N2氣體及Ar/N2/H2氣體來作為改質氣體之情形，在不會產生空隙、接縫等的情形下即可將矽氧化膜填埋在溝槽內。亦即，可說是使用上述任一氣體來作為改質氣體皆可獲得良好的填埋特性。
接著，針對填埋後之蝕刻所致之影響進行探討。如圖14(f)所示，使用Ar/N2/H2氣體來作為改質氣體之情形，在填埋在溝槽內之矽氧化膜上不會產生接縫。另一方面，如圖14(b)所示，使用Ar/O2氣體來作為改質氣體之情形，在填埋在溝槽內之矽氧化膜上產生了較大的接縫。另外，如圖14(d)所示，使用Ar/N2氣體來作為改質氣體之情形，在填埋在溝槽內之矽氧化膜上產生了較小的接縫。亦即，可說是藉由使用Ar/N2/H2氣體來作為改質氣體，便可將不容易在填埋後的蝕刻中產生接縫之矽氧化膜填埋在凹部內。
應被認為本說明書揭露的實施形態在所有方面皆為例示，而非用來加以限制。上述實施形態在不脫離申請專利範圍及其要旨的情況下，也能夠以各種形態來加以省略、置換、變更。
S11:使胺基矽烷氣體吸附
S12:使胺基矽烷氣體氧化
S13:使用氬/氮/氫氣來改質
S14:既定次數？

Claims (8)

  1. 一種成膜方法，係具有：使胺基矽烷氣體吸附在於表面上形成有凹部之基板上的步驟；將氧化氣體供給至該基板，並使吸附有該胺基矽烷氣體之該基板的該表面及該凹部之包含側面與底部的內面氧化以使矽氧化膜沉積在該基板上的步驟；以及藉由電漿來使包含氮氣及氫氣之混合氣體活性化並供給至該矽氧化膜，以進行該矽氧化膜之改質處理來使該凹部的該底部及該底部附近的該側面之OH基的密度變得較該基板的該表面及該凹部的開口附近之該側面之OH基的密度要高的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其中進行該改質處理的步驟中，會生成NH活性基。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其中該氫氣之供給量相對於該氮氣之供給量之比係在1~3的範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其中使該胺基矽烷氣體吸附的步驟、使該矽氧化膜沉積的步驟、及進行該改質處理的步驟係反覆進行。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其中使該胺基矽烷氣體吸附的步驟、使該矽氧化膜沉積的步驟、及進行該改質處理的步驟係反覆進行至該凹部被該矽氧化膜填充為止。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其中在使該胺基矽烷氣體吸附的步驟與使該矽氧化膜沉積的步驟之間、及進行該改質處理的步驟與使 該胺基矽烷氣體吸附的步驟之間，係分別設有將第1吹淨氣體及第2吹淨氣體供給至該基板的步驟。
  7. 如申請專利範圍第6項之成膜方法，其中該基板係沿著設在真空容器內之旋轉台上的周向來加以配置；在該真空容器內之該旋轉台上方，係沿著該旋轉台之旋轉方向而設有胺基矽烷氣體吸附區域、第1分離區域、氧化氣體供給區域、電漿處理區域、第2分離區域，並藉由使該旋轉台旋轉來反覆進行使該胺基矽烷氣體吸附的步驟、供給該第1吹淨氣體的步驟、使該氧化矽膜沉積的步驟、進行該改質處理的步驟、及供給該第2吹淨氣體的步驟。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其中在該基板之表面會預先形成有由矽氮化膜所構成之基底膜。
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