米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 電気素子 -> 東京エレクトロン株式会社

発明の名称 シリコン酸窒化膜の形成方法、シリコン酸窒化膜の形成装置及びプログラム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−19145(P2007−19145A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−197283(P2005−197283)
出願日 平成17年7月6日(2005.7.6)
代理人 【識別番号】100095407
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 満
発明者 松浦 廣行
要約 課題
低温下で、ステップカバレッジのよいシリコン酸窒化膜を形成することができるシリコン酸窒化膜の形成方法、シリコン酸窒化膜の形成装置及びプログラムを提供する。

解決手段
まず、反応管2内にDCSを供給し、半導体ウエハWにDCSを吸着させる。次に、反応管2内に酸素ラジカルを供給して、吸着したDCSを酸化させ、半導体ウエハWにシリコン酸化膜を形成する。続いて、反応管2内にアンモニアラジカルを供給して、形成されたシリコン酸化膜を窒化させ、半導体ウエハWにシリコン酸窒化膜を形成する。この処理を複数回繰り返すことにより所望のシリコン酸窒化膜を形成することができる。
特許請求の範囲
【請求項1】
被処理体が収容された反応室内にジクロロシランを供給し、前記被処理体に前記ジクロロシランを吸着させる吸着ステップと、
前記反応室内に酸化ガスのラジカルを供給し、前記吸着ステップで吸着されたジクロロシランを酸化させ、前記被処理体にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成ステップと、
前記反応室内に窒化ガスのラジカルを供給し、前記シリコン酸化膜形成ステップで形成されたシリコン酸化膜を窒化させ、前記被処理体にシリコン酸窒化膜を形成するシリコン酸窒化膜形成ステップと、を備え、
前記吸着ステップと、前記シリコン酸化膜形成ステップと、前記シリコン酸窒化膜形成ステップとを、この順に複数回繰り返す、ことを特徴とするシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項2】
前記反応室内を400℃〜550℃に設定する、ことを特徴とする請求項1に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項3】
前記シリコン酸化膜形成ステップでは、前記酸化ガスに、酸素、酸化窒素、または、一酸化二窒素を用いる、ことを特徴とする請求項1または2に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項4】
前記シリコン酸窒化膜形成ステップでは、前記窒化ガスに、アンモニアを用いる、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項5】
前記吸着ステップでは、前記反応室内を400Pa〜1200Paに設定する、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項6】
前記吸着ステップでは、前記反応室内にジクロロシランを0.5slm〜2slm供給する、ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項7】
前記シリコン酸化膜形成ステップでは、前記反応室内を40Pa〜400Paに設定する、ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項8】
前記シリコン酸化膜形成ステップでは、70Pa〜400Paに設定されたプラズマ発生室に酸化ガスを供給して酸化ガスのラジカルを形成し、形成した酸化ガスのラジカルを前記プラズマ発生室から前記反応室内に供給する、ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項9】
前記シリコン酸化膜形成ステップでは、前記プラズマ発生室に酸化ガスを0.5slm〜5slm供給する、ことを特徴とする請求項8に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項10】
前記シリコン酸窒化膜形成ステップでは、前記反応室内を40Pa〜100Paに設定する、ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項11】
前記シリコン酸窒化膜形成ステップでは、70Pa〜600Paに設定されたプラズマ発生室に窒化ガスを供給して窒化ガスのラジカルを形成し、形成した窒化ガスのラジカルを前記プラズマ発生室から前記反応室内に供給する、ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項12】
前記シリコン酸窒化膜形成ステップでは、前記プラズマ発生室に窒化ガスを1slm〜8slm供給する、ことを特徴とする請求項11に記載のシリコン酸窒化膜の形成方法。
【請求項13】
被処理体を収容する反応室と、
前記反応室内のガスを排気する排気手段と、
前記反応室内にジクロロシランを供給するジクロロシラン供給手段と、
前記反応室内に酸化ガスのラジカルを供給する酸化ガスラジカル供給手段と、
前記反応室内に窒化ガスのラジカルを供給する窒化ガスラジカル供給手段と、
装置の各部を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記ジクロロシラン供給手段を制御して前記反応室内にジクロロシランを供給し、前記反応室内に収容された被処理体に前記ジクロロシランを吸着させ、
前記酸化ガスラジカル供給手段を制御して前記反応室内に酸化ガスのラジカルを供給し、前記吸着されたジクロロシランを酸化させて前記被処理体にシリコン酸化膜を形成し、
前記窒化ガスラジカル供給手段を制御して前記反応室内に窒化ガスのラジカルを供給し、前記シリコン酸化膜を窒化させて前記被処理体にシリコン酸窒化膜を形成する、
処理を複数回繰り返す、ことを特徴とするシリコン酸窒化膜の形成装置。
【請求項14】
コンピュータに、
被処理体が収容された反応室内にジクロロシランを供給し、前記被処理体に前記ジクロロシランを吸着させる吸着ステップと、
前記反応室内に酸化ガスのラジカルを供給し、前記吸着ステップで吸着されたジクロロシランを酸化させ、前記被処理体にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成ステップと、
前記反応室内に窒化ガスのラジカルを供給し、前記シリコン酸化膜形成ステップで形成されたシリコン酸化膜を窒化させ、前記被処理体にシリコン酸窒化膜を形成するシリコン酸窒化膜形成ステップとを、
この順に複数回繰り返す手順、
を実行させるためのプログラム。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、シリコン酸窒化膜の形成方法、シリコン酸窒化膜の形成装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体ウエハにシリコン酸窒化膜やシリコン酸化膜等を形成する場合、例えば、500℃以下のような低温下で処理を行うことが求められている。シリコン酸窒化膜の形成においては、例えば、500℃以下のような低温下で、テトラエトキシシラン(TEOS:Si(OC)を用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、半導体ウエハにシリコン酸化膜を形成した後、このシリコン酸化膜を窒化してシリコン酸窒化膜を形成している。
【0003】
しかし、デバイスの微細化に伴い、例えば、ゲート間のギャップが狭くなると、この方法ではゲート間ギャップを埋めることが困難となり、ステップカバレッジが悪くなってしまうという問題がある。低温化で、ステップカバレッジのよい薄膜を形成する方法としては、例えば、原子層蒸着(ALD:Atomic Layer Deposition)法が考えられる。
【0004】
ALD法は、ある成膜条件(温度、時間等)の下で、成膜に用いる2種類(またはそれ以上)の原料となるガスを1種類ずつ交互に基板上に供給し、1原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。例えば、被処理体上に第1の原料ガスと第2の原料ガスとを交互に、被処理体表面に沿った流れの形で供給し、第1の原料ガス中の原料ガス分子を被処理体表面に吸着させ、この吸着した第1の原料ガス中の原料ガス分子に第2の原料ガス中の原料ガス分子を反応させることにより、一分子層分の厚さの膜を形成する。そして、このプロセスを繰り返すことにより、被処理体表面に高品質な誘電体膜、特に、高誘電体膜を形成することができる。
【0005】
このようなALD法を用いた薄膜の成形については様々な方法が提案されている。例えば、特許文献1には、ALD法を用いて、300℃〜600℃の低温でシリコン窒化膜が成膜できることが開示されている。
【特許文献1】特開2004−281853号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、ALD法を用いて、シリコン酸窒化膜を形成する方法については、全く提案されていない。このため、低温下で、ステップカバレッジのよいシリコン酸窒化膜を形成することができる方法が求められている。
【0007】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、低温下で、ステップカバレッジのよいシリコン酸窒化膜を形成することができるシリコン酸窒化膜の形成方法、シリコン酸窒化膜の形成装置及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係るシリコン酸窒化膜の形成方法は、
被処理体が収容された反応室内にジクロロシランを供給し、前記被処理体に前記ジクロロシランを吸着させる吸着ステップと、
前記反応室内に酸化ガスのラジカルを供給し、前記吸着ステップで吸着されたジクロロシランを酸化させ、前記被処理体にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成ステップと、
前記反応室内に窒化ガスのラジカルを供給し、前記シリコン酸化膜形成ステップで形成されたシリコン酸化膜を窒化させ、前記被処理体にシリコン酸窒化膜を形成するシリコン酸窒化膜形成ステップと、を備え、
前記吸着ステップと、前記シリコン酸化膜形成ステップと、前記シリコン酸窒化膜形成ステップとを、この順に複数回繰り返す、ことを特徴とする。
【0009】
前記反応室内を400℃〜550℃に設定することが好ましい。
前記シリコン酸化膜形成ステップでは、前記酸化ガスとして、例えば、酸素、酸化窒素、または、一酸化二窒素を用いる。
前記シリコン酸窒化膜形成ステップでは、前記窒化ガスとして、例えば、アンモニアを用いる。
【0010】
前記吸着ステップでは、前記反応室内を400Pa〜1200Paに設定することが好ましい。
前記吸着ステップでは、前記反応室内にジクロロシランを0.5slm〜2slm供給することが好ましい。
【0011】
前記シリコン酸化膜形成ステップでは、前記反応室内を40Pa〜400Paに設定することが好ましい。
前記シリコン酸化膜形成ステップでは、70Pa〜400Paに設定されたプラズマ発生室に酸化ガスを供給して酸化ガスのラジカルを形成し、形成した酸化ガスのラジカルを前記プラズマ発生室から前記反応室内に供給してもよい。
前記シリコン酸化膜形成ステップでは、前記プラズマ発生室に酸化ガスを0.5slm〜5slm供給することが好ましい。
【0012】
前記シリコン酸窒化膜形成ステップでは、前記反応室内を40Pa〜100Paに設定することが好ましい。
前記シリコン酸窒化膜形成ステップでは、70Pa〜600Paに設定されたプラズマ発生室に窒化ガスを供給して窒化ガスのラジカルを形成し、形成した窒化ガスのラジカルを前記プラズマ発生室から前記反応室内に供給してもよい。
前記シリコン酸窒化膜形成ステップでは、前記プラズマ発生室に窒化ガスを1slm〜8slm供給することが好ましい。
【0013】
本発明の第2の観点に係るシリコン酸窒化膜の形成装置は、
被処理体を収容する反応室と、
前記反応室内のガスを排気する排気手段と、
前記反応室内にジクロロシランを供給するジクロロシラン供給手段と、
前記反応室内に酸化ガスのラジカルを供給する酸化ガスラジカル供給手段と、
前記反応室内に窒化ガスのラジカルを供給する窒化ガスラジカル供給手段と、
装置の各部を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記ジクロロシラン供給手段を制御して前記反応室内にジクロロシランを供給し、前記反応室内に収容された被処理体に前記ジクロロシランを吸着させ、
前記酸化ガスラジカル供給手段を制御して前記反応室内に酸化ガスのラジカルを供給し、前記吸着されたジクロロシランを酸化させて前記被処理体にシリコン酸化膜を形成し、
前記窒化ガスラジカル供給手段を制御して前記反応室内に窒化ガスのラジカルを供給し、前記シリコン酸化膜を窒化させて前記被処理体にシリコン酸窒化膜を形成する、
処理を複数回繰り返す、ことを特徴とする。
【0014】
本発明の第3の観点に係るプログラムは、
コンピュータに、
被処理体が収容された反応室内にジクロロシランを供給し、前記被処理体に前記ジクロロシランを吸着させる吸着ステップと、
前記反応室内に酸化ガスのラジカルを供給し、前記吸着ステップで吸着されたジクロロシランを酸化させ、前記被処理体にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜形成ステップと、
前記反応室内に窒化ガスのラジカルを供給し、前記シリコン酸化膜形成ステップで形成されたシリコン酸化膜を窒化させ、前記被処理体にシリコン酸窒化膜を形成するシリコン酸窒化膜形成ステップとを、
この順に複数回繰り返す手順、
を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、低温下で、ステップカバレッジのよいシリコン酸窒化膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、本発明の実施の形態に係るシリコン酸窒化膜の形成方法、シリコン酸窒化膜の形成装置及びプログラムについて説明する。本実施の形態では、シリコン酸窒化膜(SiON膜)の形成装置として、バッチ式の縦型処理装置を用いた場合を例に説明する。図1に本実施の形態の処理装置の構成を示す。また、図2に本実施の形態の処理装置の断面構成を示す。
【0017】
図1に示すように、処理装置1は、長手方向が垂直方向に向けられた、有天井で略円筒状の反応管2を備えている。反応管2は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。
【0018】
反応管2の一側方には、反応管2内のガスを排気するための排気部3が配置されている。排気部3は、反応管2に沿って上方に延びるように形成され、図示しない反応管2の側壁に設けられた開口を介して、反応管2と連通する。排気部3の上端は、反応管2の上部に配置された排気口4に接続されている。この排気口4には図示しない排気管が接続され、排気管には図示しないバルブや後述する真空ポンプ127などの圧力調整機構が設けられている。この圧力調整機構により、反応管2内のガスが、開口、排気部3、排気口4を介して、排気管に排気され、反応管2内が所望の圧力(真空度)に制御される。
【0019】
反応管2の下方には、蓋体5が配置されている。蓋体5は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。また、蓋体5は、後述するボートエレベータ128により上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータ128により蓋体5が上昇すると、反応管2の下方側(炉口部分)が閉鎖され、ボートエレベータ128により蓋体5が下降すると、反応管2の下方側(炉口部分)が開口される。
【0020】
蓋体5の上には、ウエハボート6が載置されている。ウエハボート6は、例えば、石英により形成されている。ウエハボート6は、半導体ウエハWが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚、収容可能に構成されている。なお、蓋体5の上部に、反応管2の炉口部分から反応管2内の温度が低下することを防止する保温筒や、半導体ウエハWを収容するウエハボート6を回転可能に載置する回転テーブルを設け、これらの上にウエハボート6を載置してもよい。これらの場合、ウエハボート6に収容された半導体ウエハWを均一な温度に制御しやすくなる。
【0021】
反応管2の周囲には、反応管2を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ7が設けられている。この昇温用ヒータ7により反応管2の内部が所定の温度に加熱され、この結果、反応管2の内部に収容された半導体ウエハWが所定の温度に加熱される。
【0022】
反応管2の下端近傍の側面には、反応管2内に処理ガス(例えば、ジクロロシラン(DCS:SiHCl)、酸化ガス(例えば、酸素(O))、窒化ガス(例えば、アンモニア(NH))、窒素(N))を供給する、処理ガス供給管8、9が複数挿通されている。各処理ガス供給管8、9は、後述するマスフローコントローラ(MFC)125を介して、図示しない処理ガス供給源に接続されている。なお、図1では、後述するプラズマ処理を行う処理ガスを供給する処理ガス供給管8(本実施の形態では、酸素やアンモニアを供給する処理ガス供給管)のみを図示している。また、図2では、この酸素やアンモニアを供給する処理ガス供給管8と、後述するプラズマ処理を行わない処理ガスを供給する処理ガス供給管9(本実施の形態では、DCSや窒素を供給する処理ガス供給管)と、を図示している。処理ガス供給管9としては、例えば、分散インジェクタが用いられる。
【0023】
反応管2の他側方、すなわち、排気部3が配置されている反応管2の一側方の反対側には、プラズマ発生部10が設けられている。プラズマ発生部10は、酸素やアンモニアを供給する処理ガス供給管8や、一対の電極11等から構成されている。処理ガス供給管8は、一対の電極11間に酸素やアンモニアを供給できるように、例えば、一対の電極11間に配置されている。一対の電極11は、図示しない高周波電源、整合器等に接続されている。そして、一対の電極11間に高周波電源から整合器を介して高周波電力を印加することにより、一対の電極11間に供給された酸素等をプラズマ励起(活性化)させ、酸素ラジカル(O)等を生成する。このように生成された酸素ラジカル(O)等がプラズマ発生部10から反応管2内に供給される。
【0024】
また、反応管2内には、反応管2内の温度を測定する、例えば、熱電対からなる温度センサ122、及び、反応管2内の圧力を測定する圧力計123が複数本配置されている。
【0025】
また、処理装置1は、装置各部の制御を行う制御部100を備えている。図3に制御部100の構成を示す。図3に示すように、制御部100には、操作パネル121、温度センサ(群)122、圧力計(群)123、ヒータコントローラ124、MFC125、バルブ制御部126、真空ポンプ127、ボートエレベータ128、プラズマ制御部129等が接続されている。
【0026】
操作パネル121は、表示画面と操作ボタンとを備え、オペレータの操作指示を制御部100に伝え、また、制御部100からの様々な情報を表示画面に表示する。
【0027】
温度センサ(群)122は、反応管2内及び排気管内などの各部の温度を測定し、その測定値を制御部100に通知する。
圧力計(群)123は、反応管2内及び排気管内などの各部の圧力を測定し、その測定値を制御部100に通知する。
【0028】
ヒータコントローラ124は、昇温用ヒータ7を個別に制御するためのものであり、制御部100からの指示に応答して、昇温用ヒータ7に通電してこれらを加熱し、また、昇温用ヒータ7の消費電力を個別に測定して、制御部100に通知する。
【0029】
MFC125は、処理ガス供給管8、9等の各配管に配置され、各配管を流れるガスの流量を制御部100から指示された量に制御するとともに、実際に流れたガスの流量を測定して、制御部100に通知する。
【0030】
バルブ制御部126は、各配管に配置され、各配管に配置された弁の開度を制御部100から指示された値に制御する。
真空ポンプ127は、排気管に接続され、反応管2内のガスを排気する。
【0031】
ボートエレベータ128は、蓋体5を上昇させることにより、ウエハボート6(半導体ウエハW)を反応管2内にロードし、蓋体5を下降させることにより、ウエハボート6(半導体ウエハW)を反応管2内からアンロードする。
【0032】
プラズマ制御部129は、プラズマ発生部10を制御するためのものであり、制御部100からの指示に応答して、プラズマ発生部10を制御し、プラズマ発生部10内に供給された、例えば、酸素を活性化し、酸素ラジカル(O)を生成させる。
【0033】
制御部100は、レシピ記憶部111と、ROM112と、RAM113と、I/Oポート114と、CPU115と、これらを相互に接続するバス116とから構成されている。
【0034】
レシピ記憶部111には、セットアップ用レシピと複数のプロセス用レシピとが記憶されている。処理装置1の製造当初は、セットアップ用レシピのみが格納される。セットアップ用レシピは、各処理装置に応じた熱モデル等を生成する際に実行されるものである。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行う熱処理(プロセス)毎に用意されるレシピであり、反応管2への半導体ウエハWのロードから、処理済みの半導体ウエハWをアンロードするまでの、各部の温度の変化、反応管2内の圧力変化、処理ガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量などを規定する。
【0035】
ROM112は、EEPROM、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、CPU115の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。
RAM113は、CPU115のワークエリアなどとして機能する。
【0036】
I/Oポート114は、操作パネル121、温度センサ122、圧力計123、ヒータコントローラ124、MFC125、バルブ制御部126、真空ポンプ127、ボートエレベータ128、プラズマ制御部129等に接続され、データや信号の入出力を制御する。
【0037】
CPU(Central Processing Unit)115は、制御部100の中枢を構成し、ROM112に記憶された制御プログラムを実行し、操作パネル121からの指示に従って、レシピ記憶部111に記憶されているレシピ(プロセス用レシピ)に沿って、処理装置1の動作を制御する。すなわち、CPU115は、温度センサ(群)122、圧力計(群)123、MFC125等に反応管2内及び排気管内などの各部の温度、圧力、流量等を測定させ、この測定データに基づいて、ヒータコントローラ124、MFC125、バルブ制御部126、真空ポンプ127等に制御信号等を出力し、上記各部がプロセス用レシピに従うように制御する。
バス116は、各部の間で情報を伝達する。
【0038】
次に、以上のように構成された処理装置1を用いたシリコン酸窒化膜の形成方法について、図4に示すレシピを参照して説明する。本実施の形態のシリコン酸窒化膜の形成方法では、原子層蒸着(ALD:Atomic Layer Deposition)法により、半導体ウエハW上にシリコン酸窒化膜を形成する。
【0039】
図4に示すレシピは、DCSを供給するDCS供給ステップと、酸化膜を形成する酸化膜形成ステップと、酸化膜を窒化する窒化ステップとを備えており、これらのステップがALD法の1サイクルを示している。この図4のレシピに示すサイクルを複数回、例えば、200サイクル実行する(繰り返す)ことにより、半導体ウエハW上に所望のシリコン酸窒化膜が形成される。
【0040】
なお、以下の説明において、処理装置1を構成する各部の動作は、制御部100(CPU115)により制御されている。また、各処理における反応管2内の温度、圧力、ガスの流量等は、前述のように、制御部100(CPU115)がヒータコントローラ124(昇温用ヒータ7)、MFC125(処理ガス供給管8、9)、バルブ制御部126、真空ポンプ127、プラズマ制御部129(プラズマ発生部10)等を制御することにより、図4に示すレシピ(タイムシーケンス)に従った条件になる。
【0041】
まず、被処理体としての半導体ウエハWを反応管2内に収容(ロード)する。具体的には、昇温用ヒータ7により反応管2内を所定のロード温度に維持し、反応管2内に所定量の窒素を供給する。また、半導体ウエハWを収容したウエハボート6を蓋体5上に載置する。そして、ボートエレベータ128により蓋体5を上昇させ、半導体ウエハW(ウエハボート6)を反応管2内にロードする。
【0042】
次に、DCSを供給するDCS供給ステップを実行する。図4(c)に示すように、例えば、処理ガス供給管9から反応管2内に所定量、例えば、0.5slmの窒素を供給するとともに、昇温用ヒータ7により反応管2内を所定の温度、例えば、図4(a)に示すように、450℃に設定する。また、反応管2内のガスを排出し、反応管2を所定の圧力、例えば、図4(b)に示すように、400Paに設定する。そして、この操作を、反応管2が所定の圧力及び温度で安定するまで行う(安定化工程)。
【0043】
反応管2内が所定の圧力及び温度で安定すると、処理ガス供給管9からDCSを所定量、例えば、図4(d)に示すように、1slmと、窒素を所定量、例えば、図4(c)に示すように、0.5slmを反応管2内に供給する(フロー工程)。反応管2内に供給されたDCSは、反応管2内で加熱されてDCSが活性化し、半導体ウエハWの表面に吸着する。
【0044】
ここで、反応管2内の温度は、400℃〜550℃にすることが好ましい。400℃より低くなると、シリコン酸窒化膜を成膜することができなくなるおそれが生じ、反応管2内の温度が550℃より高くなると、形成されるシリコン酸窒化膜の膜質や膜厚均一性等が悪化してしまうおそれが生じるためである。反応管2内の温度は、450℃〜500℃にすることがさらに好ましい。かかる範囲の温度にすることにより、形成されるシリコン酸窒化膜の膜質や膜厚均一性等をさらに向上させることができるためである。
【0045】
また、シリコン酸窒化膜の形成方法においては、成膜シーケンス上、反応管2内の温度を変化させないことが好ましい。このため、本実施の形態では、後述するように、酸化膜形成ステップ及び窒化ステップにおいても反応管2内の温度を変化させず、450℃に設定している。
【0046】
反応管2内の圧力は、400Pa〜1200Paにすることが好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、半導体ウエハW表面とDCSとの反応を促進することができるためである。反応管2内の圧力は、800Pa〜1000Paにすることがさらに好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、反応管2内の圧力制御が容易になるためである。
【0047】
DCSの供給量は、0.5slm〜2slmにすることが好ましい。0.5slmより少ないと半導体ウエハW表面に十分なDCSが供給されないおそれが生じ、2slmより多いと半導体ウエハW表面に反応に寄与しないDCSが多くなってしまうおそれが生じるためである。DCSの供給量は、1slm〜2slmにすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、半導体ウエハW表面とDCSとの反応が促進されるためである。
【0048】
半導体ウエハWの表面に所定量のDCSが吸着されると、処理ガス供給管9からのDCSの供給を停止する。そして、反応管2内のガスを排出するとともに、例えば、処理ガス供給管9から反応管2内に所定量、例えば、図4(c)に示すように、5slmの窒素を反応管2内に供給して反応管2内のガスを反応管2外に排出する(パージ、Vacuum工程)。
【0049】
続いて、酸化膜を形成する酸化膜形成ステップを実行する。酸化膜形成ステップは、DCS供給ステップで、半導体ウエハW上に吸着されたDCSに酸化ガスを供給して酸化させることにより、半導体ウエハW上にシリコン酸化膜を形成する工程である。本実施の形態では、半導体ウエハW上に酸素(酸素ラジカル)を供給することによりDCSを酸化している。
【0050】
図4(c)に示すように、例えば、処理ガス供給管9から反応管2内に所定量、例えば、0.5slmの窒素を供給するとともに、昇温用ヒータ7により反応管2内を所定の温度、例えば、図4(a)に示すように、450℃に設定する。また、反応管2内のガスを排出し、反応管2を所定の圧力、例えば、図4(b)に示すように、400Paに設定する。そして、この操作を、反応管2が所定の圧力及び温度で安定するまで行う(安定化工程)。
【0051】
反応管2内が所定の圧力及び温度で安定すると、図4(g)に示すように、電極11間に図示しない高周波電源から整合器を介して高周波電力を印加(RF:ON)するとともに、処理ガス供給管8から酸素を所定量、例えば、図4(e)に示すように、3slmを一対の電極11間(プラズマ発生部10内)に供給する。一対の電極11間に供給された酸素はプラズマ励起(活性化)され、酸素ラジカル(O、O)を生成する。このように生成された酸素ラジカルがプラズマ発生部10から反応管2内に供給される。また、処理ガス供給管9から窒素を所定量、例えば、図4(c)に示すように、0.5slmを反応管2内に供給する(フロー工程)。反応管2内に酸素ラジカルが供給されると、半導体ウエハW上に吸着されたDCSが酸化され、半導体ウエハW上にシリコン酸化膜が形成される。
【0052】
ここで、酸素の供給量は、0.5slm〜5slmにすることが好ましい。かかる範囲にすることにより、プラズマを問題なく発生できるとともにシリコン酸化膜を形成するのに十分な酸素ラジカルを供給できるためである。酸素の供給量は、2.5slm〜3.5slmにすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、酸素プラズマを安定して発生させることができるためである。
【0053】
RFパワーは、10W〜1500Wにすることが好ましい。10Wより少ないと、酸素ラジカルが生成しにくくなり、1500Wを超えると、プラズマ発生部10を構成する石英壁がダメージを受けるおそれが生じるためである。RFパワーは、300W〜500Wとすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、酸素ラジカルを効率的に生成することができるためである。
【0054】
反応管2内の圧力は、40Pa〜400Paにすることが好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、酸素ラジカルが発生しやすく、かつ、半導体ウエハWが置かれた空間における酸素ラジカルの平均自由行程が大きくなるためである。反応管2内の圧力は、50Pa〜70Paにすることがさらに好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、反応管2内の圧力制御が容易になるためである。
【0055】
また、プラズマ発生部10内の圧力は、70Pa〜400Paにすることが好ましく、350Pa〜400Paにすることがさらに好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、プラズマを問題なく発生できるとともにシリコン酸化膜を形成するのに十分な酸素ラジカルを供給できるためである。
【0056】
半導体ウエハW上にシリコン酸化膜が形成されると、処理ガス供給管8から酸素の供給を停止するとともに、図示しない高周波電源からの高周波電力の印加を停止する。そして、反応管2内のガスを排出するとともに、例えば、処理ガス供給管9から反応管2内に窒素を所定量、例えば、図4(c)に示すように、0.5slmを反応管2内に供給して反応管2内のガスを反応管2外に排出する(Vacuum工程)。
【0057】
次に、酸化膜を窒化する窒化ステップを実行する。窒化ステップは、酸化膜形成ステップで、半導体ウエハW上に形成されたシリコン酸化膜に窒化ガスを供給して窒化し、シリコン酸窒化膜を形成する工程である。本実施の形態では、半導体ウエハW(シリコン酸化膜)上にアンモニア(アンモニアラジカル)を供給することによりシリコン酸窒化膜を窒化している。
【0058】
まず、図4(c)に示すように、例えば、処理ガス供給管9から反応管2内に所定量、例えば、0.5slmの窒素を供給するとともに、昇温用ヒータ7により反応管2内を所定の温度、例えば、図4(a)に示すように、450℃に設定する。また、反応管2内のガスを排出し、反応管2を所定の圧力、例えば、図4(b)に示すように、40Paに設定する。そして、この操作を、反応管2が所定の圧力及び温度で安定するまで行う(安定化工程)。
【0059】
反応管2内が所定の圧力及び温度で安定すると、図4(g)に示すように、電極11間に図示しない高周波電源から整合器を介して高周波電力を印加(RF:ON)するとともに、処理ガス供給管8からアンモニア(NH)を所定量、例えば、図4(f)に示すように、3slmを一対の電極11間(プラズマ発生部10内)に供給する。一対の電極11間に供給されたアンモニアはプラズマ励起(活性化)され、アンモニアラジカル(NH)を生成する。このように生成されたアンモニアラジカルがプラズマ発生部10から反応管2内に供給される。また、処理ガス供給管9から窒素を所定量、例えば、図4(c)に示すように、0.5slmを反応管2内に供給する(フロー工程)。
【0060】
ここで、アンモニアの供給量は、1slm〜8slmにすることが好ましい。かかる範囲にすることにより、プラズマを問題なく発生できるとともにシリコン酸化膜を窒化するのに十分なアンモニアラジカルを供給できるためである。アンモニアの供給量は、3slm〜4slmにすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、アンモニアプラズマを安定して発生させることができるためである。
【0061】
RFパワーは、10W〜1500Wにすることが好ましい。10Wより少ないと、アンモニアラジカルが生成しにくくなり、1500Wを超えると、プラズマ発生部10を構成する石英壁がダメージを受けるおそれが生じるためである。RFパワーは、300W〜500Wとすることがさらに好ましい。かかる範囲にすることにより、アンモニアラジカルを効率的に生成することができるためである。
【0062】
反応管2内の圧力は、40Pa〜100Paにすることが好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、アンモニアラジカルが発生しやすく、かつ、半導体ウエハWが置かれた空間におけるアンモニアラジカルの平均自由行程が大きくなるためである。反応管2内の圧力は、50Pa〜70Paにすることがさらに好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、反応管2内の圧力制御が容易になるためである。
【0063】
また、プラズマ発生部10内の圧力は、70Pa〜600Paにすることが好ましく、280Pa〜330Paにすることがさらに好ましい。かかる範囲の圧力にすることにより、プラズマを問題なく発生できるとともにシリコン酸化膜を窒化するのに十分なアンモニアラジカルを供給できるためである。
【0064】
反応管2内にアンモニアラジカルが供給されると、半導体ウエハW上に形成されたシリコン酸化膜が窒化され、半導体ウエハW上にシリコン酸窒化膜が形成される。これにより、DCSを供給するDCS供給ステップと、酸化膜を形成する酸化膜形成ステップと、酸化膜を窒化する窒化ステップとからなる、ALD法の1サイクルが終了する。
【0065】
続いて、再び、DCSを供給するDCS供給ステップから始まるALD法の1サイクルを開始する。そして、このサイクルを複数回、例えば、200回繰り返す。これにより、半導体ウエハW上に所望のシリコン酸窒化膜が形成される。
【0066】
ここで、酸化膜を窒化する窒化ステップ後には、半導体ウエハW上にシリコン酸窒化膜が形成されるので、シリコン酸窒化膜の表面には−NH基が存在する。これは、半導体ウエハW上に形成されたシリコン酸化膜をアンモニアラジカルで窒化することにより、半導体ウエハW上では、シリコン酸化膜の表面に存在する−OH基の一部と−H基の一部とが−NH基に置換されるためである。この−NH基が存在する状態でDCSを供給しているので、シリコン酸窒化膜の表面では、反応式1に示す反応が起こり、DCSの吸着が促進される。このため、シリコン酸窒化膜の成膜速度を向上させることができる。
(反応式1)
−NH+SiHCl → −NH(SiHCl)+HCl
【0067】
半導体ウエハW上に所望のシリコン酸窒化膜が形成されると、半導体ウエハWをアンロードする。具体的には、処理ガス供給管9から反応管2内に所定量の窒素を供給して、反応管2内の圧力を常圧に戻すとともに、昇温用ヒータ7により反応管2内を所定温度に維持する。そして、ボートエレベータ128により蓋体5を下降させることにより、半導体ウエハWがアンロードされる。
【0068】
このように形成されたシリコン酸窒化膜について、ステップカバレッジを確認したところ、ほぼ100%近いステップカバレッジであることが確認できた。また、膜厚均一性も良好であった。このため、低温下で、ステップカバレッジのよいシリコン酸窒化膜が形成されていることが確認できた。
【0069】
以上説明したように、本実施の形態によれば、DCSを供給するDCS供給ステップと、酸化膜を形成する酸化膜形成ステップと、酸化膜を窒化する窒化ステップとからなるサイクルを複数回繰り返しているので、低温下で、ステップカバレッジのよいシリコン酸窒化膜を形成することができる。
【0070】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。
【0071】
上記実施の形態では、酸化ガスとして酸素を用いた場合を例に本発明を説明したが、酸化ガスは、半導体ウエハW上に吸着されたDCSを酸化してシリコン酸化膜を形成可能なものであればよく、例えば、酸化窒素(NO)や一酸化二窒素(NO)であってもよい。
【0072】
上記実施の形態では、窒化ガスとしてアンモニアを用いた場合を例に本発明を説明したが、窒化ガスは、半導体ウエハW上に形成されたシリコン酸化膜を窒化してシリコン酸窒化膜を形成可能なものであればよく、アンモニアに限定されるものではない。
【0073】
上記実施の形態では、200サイクル実行することにより、半導体ウエハW上にシリコン酸窒化膜を形成した場合を例に本発明を説明したが、例えば、50サイクル、100サイクルのように、サイクル数を少なくしてもよい。また、300サイクル、400サイクルのように、サイクル数を多くしてもよい。この場合にも、サイクル数に応じて、例えば、DCS、酸素及びアンモニアの供給量、RFパワー等を調整することにより、所望の厚さのシリコン酸窒化膜の形成が可能である。
【0074】
上記実施の形態では、プラズマにより酸素ラジカル及びアンモニアラジカルを発生させた場合を例に本発明を説明したが、本発明は、酸素及びアンモニアを活性化させることができるものであればよく、例えば、磁力、紫外線などを用いてもよい。
【0075】
上記実施の形態では、DCS等の処理ガス供給時に窒素を供給する場合を例に本発明を説明したが、処理ガス供給時に窒素を供給しなくてもよい。ただし、窒素を希釈ガスとして含ませることにより処理時間の設定等が容易になることから、希釈ガスを含ませることが好ましい。希釈ガスとしては、不活性ガスであることが好ましく、窒素ガスの他に、例えば、ヘリウムガス(He)、ネオンガス(Ne)、アルゴンガス(Ar)が適用できる。
【0076】
上記実施の形態では、プラズマ処理を行う処理ガスを供給する処理ガス供給管8と、プラズマ処理を行わない処理ガスを供給する処理ガス供給管9が設けられている場合を例に本発明を説明したが、例えば、処理ガスの種類毎に処理ガス供給管が設けられていてもよい。また、複数本から同じガスが供給されるように、反応管2の下端近傍の側面に、複数本の処理ガス供給管8、9が挿通されていてもよい。この場合、複数本の処理ガス供給管8,9から反応管2内に処理ガスが供給され、反応管2内に処理ガスをより均一に供給することができる。
【0077】
本実施の形態では、処理装置1として、単管構造のバッチ式の処理装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、反応管2が内管と外管とから構成された二重管構造のバッチ式の縦型処理装置に本発明を適用することも可能である。また、被処理体は半導体ウエハWに限定されるものではなく、例えば、LCD用のガラス基板であってもよい。
【0078】
本発明の実施の形態にかかる制御部100は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納した記録媒体(フレキシブルディスク、CD−ROMなど)から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する制御部100を構成することができる。
【0079】
そして、これらのプログラムを供給するための手段は任意である。上述のように所定の記録媒体を介して供給できる他、例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システムなどを介して供給してもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板(BBS)に当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して搬送波に重畳して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、OSの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【0080】
【図1】本発明の実施の形態の処理装置を示す図である。
【図2】図1の処理装置の断面構成を示す図である。
【図3】図1の制御部の構成を示す図である。
【図4】シリコン酸窒化膜の形成方法を説明する図である。
【符号の説明】
【0081】
1 処理装置
2 反応管
3 排気部
4 排気口
5 蓋体
6 ウエハボート
7 昇温用ヒータ
8、9 処理ガス供給管
10 プラズマ発生部
11 電極
100 制御部
111 レシピ記憶部
112 ROM
113 RAM
114 I/Oポート
115 CPU
116 バス
121 操作パネル
122 温度センサ
123 圧力計
124 ヒータコントローラ
125 MFC
126 バルブ制御部
127 真空ポンプ
128 ボートエレベータ
129 プラズマ制御部
W 半導体ウエハ




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013