成膜方法

成膜方法
【专利摘要】本发明提供一种成膜方法。在该成膜方法中，向形成有凹部的基板供给含硅气体并使含硅气体吸附于该基板，用氧化气体氧化所吸附的含硅气体，从而在基板上形成氧化硅膜。即使将基板加热至比含硅气体可分解的温度高的温度的情况下，也能利用自用于将含硅气体供给部和氧化气体供给部分开的分离区域供给的非活性气体将被供给含硅气体的基板的上方气氛的气相温度维持得较低，因此含硅气体能够不在气相中分解，而吸附于基板。
【专利说明】成膜方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过对基板交替供给互相反应的至少两种反应气体而使两反应气体的反应生成物在基板上成膜的成膜方法，尤其是涉及适用于填充形成在基板上的凹部的成膜方法。
【背景技术】
[0002]在集成电路(IC)的制造工艺中，有利用氧化硅填充例如沟槽、导通孔(日文:匕T* 一 >)、或者线?空间?图案(日文:9 ^、y.>)中的空间等凹部的工序。利用氧化硅填充凹部时，适于采用被称为原子层成膜(ALD)法(分子层成膜(MLD)法)的成膜方法，该成膜方法能够沿着凹部形状(保形地)进行氧化硅膜的成膜。能够利用ALD法进行保形的成膜的原因在于，一原料气体自我限制地吸附在凹部的内表面上，该一原料气体与另一原料气体发生反应从而形成反应生成物的膜。(例如专利文献I)。
[0003]利用ALD法对凹部进行氧化硅填充时，伴随凹部的两内侧面上堆积的氧化硅变厚，两内侧面的表面互相接近，并最终在凹部的中央附近接触，从而凹部被氧化硅膜填充。但是，双方的氧化硅膜所互相接触的接触面(接缝)有时会在凹部填充工序之后进行的加热工序中因为凹部内的氧化硅膜收缩而互相分开，导致氧化硅膜中产生间隙。此外，在凹部的填充工序之后进行的蚀刻工序中，也有时会沿着接缝促进蚀刻的进行而导致间隙产生。
[0004]专利文献1:日本特开 2010-56470号公报
[0005]专利文献2:日本特开平6-132276号公报(0021段)

【发明内容】

[0006]本发明是参照上述情况而做成的，提供一种能够抑制在向基板上形成的凹部进行了填充的氧化硅膜中沿着接缝产生间隙的成膜方法。
[0007]米用本发明的实施方式，提供一种将基板交替暴露于含娃气体和氧化气体中、而在该基板上形成氧化硅膜的成膜方法。该成膜方法包括:将形成有凹部的基板载置在以能够旋转的方式设置在真空容器内的旋转台上的工序；将上述旋转台加热到第2温度的工序，该第2温度高于作为能使上述含硅气体在气相中分解的温度的第I温度；自非活性气体供给部经由狭小空间而至少向上述真空容器内的第I空间供给上述非活性气体，从而抑制上述第I空间的气相温度的上升，抑制上述含硅气体的在气相中分解的工序，上述非活性气体供给部配置于顶面形成部内，用于向第2顶面与上述旋转台之间的上述狭小空间供给非活性气体，该顶面形成部设于上述真空容器内的第I空间和沿上述旋转台的周向同该第I空间分开的第2空间之间，用于提供比上述第I空间的第I顶面以及上述第2空间的第I顶面低的上述第2顶面；自设在上述第I空间的用于向上述旋转台供给上述含硅气体的第I气体供给部向载置在上述旋转台上的上述基板供给上述含硅气体的工序；自设在上述第2空间的用于向上述旋转台供给用于氧化上述含硅气体的氧化气体的第2气体供给部向载置在上述旋转台的上述基板供给上述氧化气体的工序；等离子体生成工序，利用设在上述第2气体供给部和位于上述旋转台的旋转方向下游侧的上述顶面形成部之间的等离子体产生部在该等离子体产生部与上述旋转台之间生成等离子体；利用上述旋转台的旋转，将载置在该旋转台的上述基板暴露于上述含硅气体、上述氧化气体以及上述等离子体，而在上述基板上形成氧化硅膜的工序；以及加热工序，对成膜有上述氧化硅膜的上述基板进行加热。
【专利附图】

【附图说明】
[0008]图1是表示适用于实施本发明的实施方式的成膜方法的成膜装置的剖视图。
[0009]图2是表示图1的成膜装置的真空容器内的构造的立体图。
[0010]图3是表示图1的成膜装置的真空容器内的构造的概略俯视图。
[0011]图4是表示图1的成膜装置的等离子体产生源的概略剖视图。
[0012]图5是表示图1的成膜装置的等离子体产生源的另一概略剖视图。
[0013]图6是表示图1的成膜装置的等离子体产生源的概略俯视图。
[0014]图7是表示图1的成膜装置的局部剖视图。
[0015]图8是表示图1的成膜装置的另一局部剖视图。
[0016]图9A是说明本发明的实施方式的成膜方法的说明图。
[0017]图9B是接着图9A说明本发明的实施方式的成膜方法的说明图。
[0018]图10是与比较例以及参考例一起表示利用本发明的实施方式的成膜方法形成的氧化硅膜的蚀刻速度的图表。
[0019]图11是表示利用本发明的实施方式的成膜方法进行了填充的凹部的截面的扫描型电子显微镜图像。
[0020]图12是表示用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对利用本发明的实施方式的成膜方法形成的氧化硅膜进行了评价的结果的图表。
[0021]图13是与比较例一起表示对利用本发明的实施方式的成膜方法形成的氧化硅膜进行了测量的漏电流的图表。
【具体实施方式】
[0022]下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明，该实施方式为示例，并非用于限定本发明。在整个附图中，对于相同或者对应的构件或者零件，标注相同或者对应的附图标记，省略重复的说明。此外，在附图中，不以表示构件或者零件间的对比为目的，因此，对于具体的尺寸，应由本领域技术人员参照下面的并非用于限定本发明的实施方式来决定。
[0023](成膜装置)
[0024]首先，说明适用于实施本发明的实施方式的成膜方法的成膜装置。图1是成膜装置的概略剖视图，图2及图3是说明真空容器I内的构造的图，为了便于说明，在图2及图3中省略了顶板11的图示。
[0025]参照图1至图3，根据本发明的实施方式的成膜装置包括:扁平的真空容器1，其具有大致圆形的俯视形状；以及旋转台2，其设置在该真空容器I内，在真空容器I的中心具有旋转中心。真空容器I具有:容器主体12，其具有有底的圆筒形状；顶板11，其夹着例如O型密封圈等密封构件13 (图1)气密地可装卸地配置于容器主体12的上表面。[0026]旋转台2的中心部固定于圆筒形状的芯部21，该芯部21固定于沿铅垂方向延伸的旋转轴22的上端。旋转轴22贯穿真空容器I的底部14，其下端安装于驱动部23。利用驱动部23能够使旋转轴22以铅垂轴线为中心旋转，进而使旋转台2以铅垂轴线为中心旋转。旋转轴22以及驱动部23收纳在上表面开口的筒状的壳体20内。该壳体20的设置在其上表面上的凸缘部分气密地安装于真空容器I的底部14的下表面，将壳体20的内部气氛与外部气氛分隔开。
[0027]在旋转台2的表面上如图2及图3所示那样沿着旋转方向(周向)设有多个(图示的例子为5个)圆形的晶圆载置部24，该晶圆载置部24用于载置半导体晶圆(下面称为「晶圆」)W。但是，为了方便，图3表示为只有I个晶圆载置部24载置有晶圆W。该晶圆载置部24具有比晶圆W的直径(例如300mm)稍微大例如大4mm的内径以及与晶圆W的厚度大致相等的深度。因此，在将晶圆W载置于晶圆载置部24时，晶圆W的表面与旋转台2的表面(不载置晶圆W的区域)大致等高。
[0028]如图2及图3所示，在旋转台2的上方，反应气体喷嘴31、分离气体喷嘴42、反应气体喷嘴32、气体导入喷嘴92、以及分离气体喷嘴41按照该顺序沿着真空容器I的周向隔开间隔地配置。这些喷嘴31、32、41、42、以及92通过分别将作为各自的基端部的气体导入部31a、32a、41a、42a、以及92a(图3)固定于容器主体12的外周壁上，从而自真空容器I的外周壁导入真空容器I内，沿着容器主体12的径向相对于旋转台2平行延伸。
[0029]在反应气体 喷嘴31、32上沿着反应气体喷嘴31、32的长度方向以例如IOmm的间隔配置有朝向旋转台2而在下方开口的多个气体喷出孔33 (参照图7)。
[0030]如图3所示，未图示的填充有三(二甲氨基)硅烷(Si (N (CH3) 2)3H、以下记为3DMAS)气体的含硅(Si)气体供给源经由开闭阀和流量调整器(均未图示)与反应气体喷嘴31的气体导入部31a连接。由此，自反应气体喷嘴31对载置于旋转台2的晶圆载置部24中的晶圆W供给3DMAS气体。此外，未图示的臭氧(O3)气体供给源经由开闭阀和流量调整器(均未图示)与反应气体喷嘴32连接。由此，自反应气体喷嘴32对载置于旋转台2的晶圆载置部24中的晶圆W供给臭氧气体。需要说明的是，有时将反应气体喷嘴31的下方区域称为用于供3DMAS气体吸附于晶圆W的第I处理区域P1，将反应气体喷嘴32的下方区域称为使在第I处理区域Pl中吸附于晶圆W的3DMAS气体氧化的第2处理区域P2。
[0031]此外，在分离气体喷嘴41、42上沿着分离气体喷嘴41、42的长度方向以例如IOmm的间隔配置有朝向旋转台2而在下方开口的多个气体喷出孔42h (参照图7)。另外，Ar、He等稀有气体、氮气等非活性气体的供给源经由开闭阀和流量调整器(均未图示)与分离气体喷嘴41、42连接。在本实施方式中，使用氮气作为非活性气体。
[0032]另外，在气体导入喷嘴92设有等离子体产生源80。下面，参照图4至图6说明等离子体产生源80。图4是等离子体产生源80的沿着旋转台2的径向剖切而得到的概略剖视图，图5是等离子体产生源80的沿着与旋转台2的径向正交的方向剖切而得到的概略剖视图，图6是表示等离子体产生源80的概略的俯视图。为了图示方便，将这些图中的一部分构件进行了简化。
[0033]参照图4，等离子体产生源80包括:框构件81，其由高频透过性的材料做成，且具有自上表面凹陷而成的凹部，其嵌入被形成在顶板11的开口部Ila中；收容在框构件81的凹部内、具有上部开口的大致箱状的法拉第屏蔽板82 ;配置在法拉第屏蔽板82的底面上的绝缘板83 ;被支撑于绝缘板83的上方且具有大致呈八边形的俯视形状的线圈状天线85。
[0034]顶板11的开口部Ila具有多个台阶部，在其中I个台阶部的整个一周上形成有槽部，该槽部嵌入有例如O型密封圈等密封构件81a。另一方面，框构件81具有与开口部Ila的台阶部相对应的多个台阶部，将框构件81嵌入开口部Ila时，多个台阶部中的I个台阶部的背面与嵌入开口部Ila的槽部中的密封构件81a相接触，由此，能够维持顶板11与框构件81之间的气密性。另外，如图4所示，沿着嵌入顶板11的开口部Ila中的框构件81的外周设有按压构件81c，由此，框构件81相对于顶板11被向下方按压。因此，能够更切实地维持顶板11与框构件81之间的气密性。[0035]框构件81的下表面与真空容器I内的旋转台2相面对，在其下表面的外周的整个一周上设有向下方(朝向旋转台2)突起的突起部81b。突起部81b的下表面与旋转台2的表面接近，利用突起部81b、旋转台2的表面、框构件81的下表面在旋转台2的上方形成空间(以下，称为内部空间S)。需要说明的是，突起部81b的下表面与旋转台2的表面之间的间隔大致与分离空间H (图7)中的顶面44与旋转台2的上表面之间的高度hi相等即可。
[0036]另外，气体导入喷嘴92的贯穿突起部81b后的部分在该内部空间S中延伸。在本实施方式中，如图4所示，气体导入喷嘴92与填充有氩气(Ar)的氩气供给源93a、填充有氧气(O2)的氧气供给源93b、填充有氨气(NH3)的氨气供给源93c相连接。自氩气供给源93a、氧气供给源93b以及氨气供给源93c将由对应的流量制御器94a、94b以及94c进行了流量控制的Ar气体、O2气体以及NH3气体按照规定的流量比(混合比)向内部空间S供给。
[0037]另外，在气体导入喷嘴92上沿其长度方向以规定的间隔(例如IOmm)形成有多个喷出孔92h(参照图5)，自喷出孔92h将上述的Ar气体等喷出。如图5所示，喷出孔92h自相对于旋转台2垂直的方向向旋转台2的旋转方向的上游侧倾斜。因此，自气体导入喷嘴92供给的气体沿着与旋转台2的旋转方向相反的方向、具体而言朝向突起部81b的下表面与旋转台2表面之间的间隙喷出。由此，抑制了反应气体、分离气体自位于比等离子体产生源80靠旋转台2的旋转方向的上游侧的顶面45的下方空间向内部空间S流入。另外，如上所述，因为沿着框构件81的下表面的外周形成的突起部81b与旋转台2表面接近，因此利用自气体导入喷嘴92喷出的气体能够容易地将内部空间S内的压力维持为较高。由此，也能够抑制反应气体、分离气体向内部空间S内流入。
[0038]法拉第屏蔽板82由金属等导电性材料制成，图示中省略了但被接地。如图6明确所示的那样，在法拉第屏蔽板82的底部形成有多个狭缝82s。各狭缝82s以与具有大致八边形的俯视形状的天线85的对应的边大致正交的方式延伸。
[0039]此外，如图5和图6所示，法拉第屏蔽板82在上端的2处位置具有向外侧弯折的支承部82a。由于支承部82a支承于框构件81的上表面，能够将法拉第屏蔽板82支承在框构件81内的规定位置。
[0040]绝缘板83例如由石英玻璃制成，具有比法拉第屏蔽板82的底面稍微小一些的大小，并载置于法拉第屏蔽板82的底面。绝缘板83使法拉第屏蔽板82和天线85之间绝缘，又能使自天线85福射的高频向下方透过。
[0041]天线85是以俯视形状为大致八边形的方式将铜制的中空管(管)例如卷绕3层而形成的。能够使冷却水在管内循环，由此，能够防止由于向天线85供给高频而将天线85加热至高温的情况。另外，在天线85上设有立起设置部85a，在该立起设置部85a上安装有支承部85b。利用支承部85b将天线85维持在法拉第屏蔽板82内的规定位置。另外，借助匹配器86将高频电源87连接于支承部85b。高频电源87能够产生具有例如13.56MHz的频
率的高频。
[0042]采用具有这种结构的等离子体产生源80，经由匹配器86自高频电源87向天线85供给高频电力，并由天线85产生电磁场。该电磁场中的电场部分由于被法拉第屏蔽板82屏蔽，无法向下方传播。另一方面，磁场成分经由法拉第屏蔽板82的多条狭缝82s向内部空间S内传播。利用该磁场部分，从气体导入喷嘴92以规定的流量比(混合比)向内部空间S供给的Ar气体、O2气体、以及NH3气体等气体产生等离子体。采用由此产生的等离子体，能够减轻对晶圆W上堆积的薄膜的照射损伤、对真空容器I内的各构件的损伤等。
[0043]再次参照图2及图3，在真空容器I内设有两个凸状部4。凸状部4具有顶部被切为圆弧状的大致扇形的俯视形状，在本实施方式中，内圆弧与突出部5 (后述)连接,外圆弧沿着真空容器I的容器主体12的内周面配置。另外，图7为真空容器I的自反应气体喷嘴31至反应气体喷嘴32的范围中的、沿着与旋转台2呈同心圆状的假想线AL剖切而得到的剖视图，由图7可知，将凸状部4安装于顶板11的背面。因此，在真空容器I内，存在作为凸状部4的下表面的较低的顶面44 (第2顶面)和作为顶板11的下表面的、比顶面44高的顶面45 (第I顶面)。在下面的说明中，有时将较低的顶面44与旋转台2之间的狭小空间称作分离空间H。此外，在较高的顶面45与旋转台2之间的空间中，利用附图标记481表示设有反应气体喷嘴31的空间，用附图标记482表示设有反应气体喷嘴32的空间。
[0044]还有，如图7所示，在凸状部4的周向中央 部分，形成有沿旋转台2的径向延伸的槽部43，用于收纳上述的分离气体喷嘴42。另一个凸状部4也同样形成有槽部43，用于收纳分离气体喷嘴41。自分离气体喷嘴42供给氮气时，该氮气经过分离空间H向空间481和空间482流动。此时，因为分离空间H的容积比空间481和空间482的容积小，由于氮气而致使分离空间H的压力比空间481和空间482的压力要高。即，在空间481和空间482之间，分离空间H能够提供压力壁障的作用。而且，自分离空间H向空间481和空间482流出的氮气相对于向第I处理区域Pl供给的向凸状部4流动的3DMAS气体以及向第2区域P2供给的向凸状部4流动的臭氧气体进行对流式运动。因此，第I处理区域Pl的3DMAS气体与第2区域P2的臭氧气体能够被分离空间H切实地分离开，于是，能够抑制在真空容器I内3DMAS气体与臭氧气体混合而发生反应。
[0045]另外，考虑到成膜时的真空容器I内的压力、旋转台2的旋转速度、供给的分离气体(氮气)的供给量等，优选将顶面44的相对于旋转台2的上表面的高度hi设定为适于使分离空间H的压力比空间481和空间482压力大的高度。
[0046]再次参照图2和图3，在顶板11的下表面以包围用于固定旋转台2的芯部21的外周的方式设置有突出部5。在本实施方式中，该突出部5形成为与凸状部4的靠旋转中心侧的部位连续，并且该突出部5的下表面与顶面44等高。
[0047]之前参照的图1是图3的1-1’剖视图，表示设有顶面45的区域，图8是表示设有顶面44的区域的局部剖视图。如图8所示，在大致扇形的凸状部4的周缘部(靠真空容器I的外缘侧的部位)，形成有以与旋转台2的外端面相对的方式呈L字形弯曲的弯曲部46。该弯曲部46穿过旋转台2与容器主体12的内周面之间的空间，抑制气体在空间481和空间482之间流通。扇形的凸状部4设置于顶板11，顶板11能够自容器主体12取下，因此弯曲部46的外周面与容器主体12之间稍有间隙。弯曲部46的内周面与旋转台2的外端面之间的间隙、以及弯曲部46的外周面与容器主体12之间的间隙例如设定为与顶面44的相对于旋转台2上表面的高度相同的尺寸。
[0048]再次参照图3，在旋转台2与容器主体的内周面之间形成有与空间481连通的第I排气口 610、与空间482连通的第2排气口 620。第I排气口 610和第2排气口 620如图1所示，分别借助各排气管630与作为真空排气部件的例如真空泵640连接。另外，图1中附图标记650表不压力调整器。
[0049]在旋转台2与真空容器I的底部14之间的空间，如图1和图8所示，设有作为加热部件的加热单元7，隔着旋转台2将旋转台2上的晶圆W加热至由工艺制程程序决定的温度(例如450°C)。在旋转台2的周缘附近的下方侧，为了抑制气体向旋转台2的下方的空间的进入而设有环状的盖构件71。如图8所示，该盖构件71具有以自下方侧与旋转台2的外缘部和比外缘部靠外周侧的部位面对的方式设置的内侧构件71a以及在该内侧构件71a与真空容器I的内壁面之间设置的外侧构件71b。外侧构件71b设置为在形成在凸状部4的外缘部的弯曲部46的下方与弯曲部46接近；内侧构件71a在旋转台2的外缘部下方(以及比外缘部稍靠外侧的部分的下方)绕热单元7的整个一周地将其包围。
[0050]如图1所示，底部14的比配置有加热单元7的空间靠旋转中心的部位构成有以接近旋转台2的下表面的中心部附近的芯部21的方式向上方侧突出的突出部12a。该突出部12a与芯部21之间构成狭小空间。另外，贯穿底部14的旋转轴22的贯穿孔的内周面与旋转轴22之间的间隙狭窄，这些狭窄空间与壳体20连通。因此，在壳体20上设有用于向狭窄空间供给作为吹扫气体的氮气来进行吹扫的吹扫气体供给管72。进而，在真空容器I的底部14设有在加热单元7的 下方沿周向以规定的角度间隔设置的用于吹扫加热单元7的配置空间的多个吹扫气体供给管73 (图8中表示了一个吹扫气体供给管)。并且，在加热单元7和旋转台2之间设置有沿周向覆盖自外侧构件71b的内周壁(内侧构件71a的上表面)到突出部12a的上端部之间的整个空间的盖构件7a，以抑制气体进入设有加热器单元7的区域。盖构件7a能够用例如石英制成。
[0051]自吹扫气体供给管72供给氮气时，该氮气经过旋转轴22的贯通孔的内周面与旋转轴22之间的间隙、突出部12a与芯部21之间的间隙、在旋转台2与盖构件7a之间的空间流动，并自第I排气口 610或第2排气口 620 (图3)排出。另外，自吹扫气体供给管73供给氮气时，该氮气自收纳加热单元7的空间、经由盖构件7a与内侧构件7Ia之间的间隙(未图示)流出，并自第I排气口 610或第2排气口 620 (图3)排出。利用这些氮气的流动，能够抑制空间481和空间482内的气体经由真空容器I的中央下方的空间、旋转台2的下方的空间而混合。
[0052]另外，真空容器I的顶板11的中心部连接有分离气体供给管51，向顶板11与芯部21之间的空间52供给作为分离气体的氮气。向该空间52供给的分离气体经由突出部5与旋转台2之间的狭小空间50沿着旋转台2的晶圆载置区域侧的表面向周缘喷出。空间50在分离气体的作用下能够维持比空间481和空间482中的压力高的压力。因此，利用空间50能够抑制向第I处理区域Pl供给的3DMAS气体、向第2处理区域P2供给的臭氧气体经由中心区域C而混合。即，空间50 (或者中心区域C)能够发挥与分离空间H (或者分离区域D)相同的功能。[0053]并且，如图2、图3所示，在真空容器I的侧壁形成有在外部的输送臂10 (图3)与旋转台2之间用于进行作为基板的晶圆W的交接的输送口 15。该输送口 15利用未图示的闸阀进行开闭。另外，旋转台2的作为晶圆载置区域的晶圆载置部24在与该输送口 15面对的位置与输送臂10之间进行晶圆W的交接，因此，在旋转台2的下方侧的与交接位置相对应的部位设有用于贯穿晶圆载置部24而自背面举起晶圆W的交接用升降销及其升降机构(均未图示)。
[0054]另外，如图1所示，在本实施方式的成膜装置中，设有用于控制装置整体的动作的由计算机构成的控制部100，在该控制部100的存储器内存储有在控制部100的控制下使成膜装置实施后述的成膜方法的程序。该程序为了执行后述的成膜方法而编入有工序组，并存储在硬盘、光盘、光磁盘、内存卡、软盘等存储介质102中，利用规定的读取装置读入存储部101，并安装到控制部100内。
[0055](成膜方法)
[0056]接着，参照图9A和图9B，说明在上述成膜装置中所实施的本发明的实施方式的成膜方法。在以下的说明中，使用硅晶圆作为晶圆W，如图9A的(a)所示，在该硅晶圆上形成有沟槽T。
[0057](晶圆W的搬入)
[0058]首先，打开未图示的闸阀，利用输送臂10 (图3)经由输送口 15 (图2及图3)将晶圆W搬入真空容器I内，利用升降销(未图示)将晶圆W载置于旋转台2的晶圆载置部24内。使旋转台2间歇地旋转，按照该顺序分别将晶圆W载置于旋转台2的5个晶圆载置部24内。
[0059](条件设定)
[0060]接着关闭闸阀，利用真空泵640将真空容器I内排气到能够达到的真空度后，自分离气体喷嘴41、42 (图3)以规定流量供给作为分离气体的氮气，自分离气体供给管51和吹扫气体供给管72、73 (图8)也供给规定流量的氮气。与此相伴随，利用压力控制部件650(图1)将真空容器I内控制为预先设定的处理压力。接着，一边沿着图3中箭头A所示的方向以例如20rpm的旋转速度使旋转台2旋转，一边利用加热单元7将晶圆W加热到例如600。。。
[0061](氧化硅膜的成膜)
[0062]之后，自反应气体喷嘴31 (图2和图3)供给3DMAS气体，自反应气体喷嘴32供给臭氧气体。另外，自气体导入喷嘴92供给Ar气体、氧气、以及NH3气体的混合气体，并对等离子体产生源80的天线85供给高频。此时，高频的频率例如为13.56MHz较好，该电力优选例如在1000W~10000W的范围内。
[0063]利用旋转台2的旋转，晶圆W到达第I处理区域Pl (反应气体喷嘴31的下方区域)后，如图9A的(a)示意性所示，在晶圆W的表面、沟槽T的内表面上吸附了 I个分子层(或者多个分子层)量的3DMAS气体分子MD。晶圆W经过分离区域D，到达第2处理区域P2(反应气体喷嘴32的下方区域)时，如图9A的(b)所示，在晶圆W的表面、沟槽T的内表面上吸附的3DMAS气体分子MD被臭氧气体分子MO氧化，从而在晶圆W的表面、沟槽T的内表面形成氧化硅膜16。
[0064]接着，晶圆W到达等离子体产生源80的下方的空间(内部空间S、参照图4和图5)时，如图9A的(c)所示，氧化硅膜16暴露于在由等离子体产生源80产生的氧等离子体P。在该氧等离子体中，产生有氧离子、氧自由基等活性种、高能量粒子。由此，能够使氧化硅膜16达到闻品质(后述)。
[0065]接下来，若继续进行旋转台2的旋转，则反复进行吸附3DMAS气体、利用臭氧气体氧化3DMAS气体、利用氧等离子体进行高品质化的过程，氧化硅膜16逐渐变厚。此时，在沟槽T的内侧面成膜的氧化硅膜16以其表面自两侧互相靠近的方式进行成膜(图9B的(d))，最终互相接触，从而利用氧化硅膜16填充沟槽T (图9B的(e))。
[0066](晶圆W的搬出)
[0067]晶圆W的沟槽T被填充后，将3DMAS气体及臭氧气体的供给停止，而结束氧化硅膜16的成膜。晶圆W的温度降低后，利用与晶圆W的搬入顺序相反的顺序将晶圆W从真空容器I搬出。
[0068](退火工序)
[0069]接着，如图9B的(f)所示，将自真空容器I搬出的晶圆W搬入到例如立式的退火炉F，在例如800°C至1200°C的温度下，在非活性气体的气氛下或者氧化气体的气氛下进行规定时间的退火。冷却后，将晶圆W自退火炉取出，本实施方式的成膜方法结束。
[0070]接着，说明本实施方式的成膜方法的效果(优点)。
[0071]如上所述，设定旋转台2达到例如600°C这样的温度。此时，在空间481内的氮气(分离气体)、3DMAS气体被旋转台2加热，因此，空间481的气相温度(气相中的气体的温度)能上升到接近于设定温度600°C 的温度。例如在使用3DMAS气体和氧气的情况下，已知在达到大致400°C这一较低的成膜温度也能进行氧化硅膜的成膜(例如专利文献2)。因此，在气相温度接近600°C的情况下，要考虑3DMAS气体在气相中分解的问题。若3DMAS气体在气相中分解，就会发生无法实现原子层成膜的问题。而且，在气相中分解的3DMAS会堆积在腔室内壁上，成为微粒产生源。
[0072]但是，在实施本发明的实施方式的上述成膜装置中，空间481及第I处理区域Pl的气相温度不会高于3DMAS可能分解的温度。其原因在于，自分离气体喷嘴41向分离空间H供给的分离气体未被旋转台2充分加热就流入到空间481，利用分离气体来抑制了空间481和第I处理区域Pl中的气相温度的上升。若气相温度的上升被抑制，则3DMAS气体未在气相中分解就到达晶圆W的表面，能够在晶圆W的表面吸附I分子层(或者多个分子层)的厚度。
[0073]另外，作为能够促进3DMAS气体向晶圆W的吸附的因素还能举例出:因为反应气体喷嘴31接近旋转台2的表面，因此，3DMAS气体在自旋转台2受到足够使其分解的热能前就能够到达旋转台2 (晶圆W)。
[0074]考虑到吸附在晶圆W的表面的3DMAS气体受到自晶圆W的热而热分解，会在晶圆W的表面析出硅原子。当晶圆W通过第2处理区域P2时，该硅原子被自反应气体喷嘴32供给的臭氧气体氧化，从而生成具有I分子层(或者多分子层)厚度的氧化硅层。另外，吸附在晶圆W的表面的3DMAS的一部分虽然没有热分解而以未分解的状态存在，也被臭氧气体氧化而生成氧化硅。
[0075]另外，利用分离气体，虽然也能够使旋转台2的温度比设定温度低，但是在实际测量的结果中表明相对于设定温度600°C，实际温度大致为570°C。即，旋转台2的温度只比设定温度低30°C左右，可以说是以比例如400°C~450°C这样的温度高的温度进行氧化硅膜的成膜的。
[0076] 另外，采用本发明的实施方式的成膜方法，能够以比较高的温度进行成膜，因此能够形成水分混入量少的高品质的氧化硅膜。因为3DMAS气体的分子中含有氢，3DMAS气体被臭氧气体氧化而生成的氧化硅会含有水分。但是，因为成膜温度比较高，能够减少水分混入量。
[0077]另外，若减少水分混入量，还能减少在后面的退火工序中氧化硅膜的收缩。通常，若填充形成在晶圆W的缝隙(日文^ y十、的氧化硅收缩，则有时缝隙内的氧化硅上会沿着接缝形成间隙。但是，采用本实施方式的成膜方法，因为能够减少氧化硅的收缩，从而能够抑制沿着接缝形成间隙。
[0078]进而，在成膜温度比较高的情况下，3DMAS气体吸附于晶圆W的表面、凹部的内表面的吸附系数有变大的倾向，所以易于吸附大致I分子层的3DMAS气体。即，在本实施方式的成膜方法中具有更易于形成保形的氧化硅膜的优点。
[0079]另外，吸附在晶圆W的表面、凹部的内表面的3DMAS气体在第2处理区域P2被臭氧气体氧化而生成氧化硅膜16后，该氧化硅膜16暴露于等离子体产生源80的下方的空间中的氧等离子体中，因此能利用等离子体中的活性种、高能量粒子进行氧化硅膜16的高品质化。具体而言，利用氧离子、氧自由基等活性种将残存在氧化硅膜16中的有机物氧化，并自氧化硅膜16向外部放出。由此，减少了氧化硅膜16中的杂质。
[0080]另外，氧化硅膜16的硅原子、氧原子自与氧化硅膜16的表面发生碰撞的高能量粒子获得高能量，会因为该能量而进行振动并进行再排列。因此，能够实现氧化硅膜16的高品质化。
[0081]并且，氧化硅膜16中的水分也能利用来自高能量粒子的高能量从氧化硅膜16脱离。即，通过将在晶圆W上成膜的氧化硅膜16暴露于等离子体产生源80生成的等离子体中，氧化硅膜16更难进行收缩。因此，即使在后续的加热工序中，也能减少沿着接缝产生间隙的可能性。
[0082]另外，因为氧化硅膜16是在例如800°C至1200°C的温度范围内进行退火，因此氧化硅膜16更加细密化，能获得更高品质的氧化硅膜。另外，如上所述，因为氧化硅膜16中的混入水分量减少，氧化硅膜16不会收缩到在氧化硅膜16上沿着接缝形成间隙的程度。
[0083]接着，说明为了确认本发明的实施方式的成膜方法的效果而进行的实验及其结
果O
[0084](实验I)
[0085]首先，说明调查根据上述的成膜方法进行成膜的氧化硅膜的蚀刻速率的实验I。在该实验中，为了进行比较，也调查在将向等离子体产生源80供给的高频电力和退火温度作为参数的各种条件下成膜的氧化硅膜的蚀刻速率。另外，本实验中使用未形成凹部的晶圆，在该晶圆的整个表面上进行氧化硅膜的成膜。在蚀刻中，使用以质量比计、氟酸溶液(50体积％):纯水=1:99的蚀刻液。在室温下将晶圆浸入该蚀刻液I分钟来进行氧化硅膜的蚀刻。
[0086]图10是表示以热氧化膜的蚀刻速率规格化了的蚀刻速率的图表。如图10中的(b)所示，以未将氧化硅膜暴露于氧等离子体(电力0W)的方式成膜并且也未进行退火而得到的氧化硅膜的蚀刻速率是热氧化膜的蚀刻速率的大约7倍多。但是，经暴露于以3000W的高频电力生成的氧等离子体中的氧化硅膜(图中的(C))和经暴露于以5000W的高频电力生成的氧等离子体中的氧化硅膜(图中的(d))的蚀刻速率仅为热氧化膜的蚀刻速率的1.3倍。依据该结果，能够理解氧等离子体照射的效果。
[0087]另外，若将图中的(b)所表示的结果与(e)、(f)以及(g)所表示的结果进行比较，会理解由于进行退火而降低蚀刻速率。另外，参照(e)、(f)、以及(g)所示的结果，可知退火温度越高蚀刻速率越低，尤其是以850°C进行退火的氧化硅膜，其蚀刻速率降低至热氧化膜的蚀刻速率的大约2.5倍左右。
[0088]进而，如图中的(h)所示，成膜时暴露于以3000W的高频电力生成的氧等离子体中、以850°C进行退火的氧化硅膜的蚀刻速率是热氧化膜的蚀刻速率的大约1.2倍，如图中的(i)所示，成膜时暴露于以5000W的高频电力生成的氧等离子体中、以850°C进行退火的氧化硅膜的蚀刻速率仅为热氧化膜的蚀刻速率的大约1.1倍。另外，也可以看出图中的(h)和(i)的蚀刻速率比图中的其他条件下成膜的氧化硅膜的蚀刻速率低。通过该结果，能够理解本发明的实施方式的成膜方法的效果。[0089](实验2)
[0090]接着，按照上述的成膜方法，在形成有沟槽的晶圆上以成膜温度600°C进行氧化硅膜的成膜，来调查填充沟槽的氧化硅的膜质。另外，在该实验中，利用上述成膜装置在形成于晶圆的沟槽的内表面进行氮化硅(SiN)膜的成膜，而形成图11的(e)所示的狭小缝隙G，利用上述的成膜方法用氧化硅膜填充缝隙G。
[0091]图11是表示利用氧化硅膜16填充的沟槽(缝隙G)的截面的扫描型电子显微镜(SEM)图像。图11的(a)中，缝隙G是利用成膜时暴露于以5000W的高频电力生成的氧等离子体中、未退火的氧化硅膜进行填充的。如图所示，即使未进行退火，也能未形成空隙地对缝隙G进行填充。图11的(b)是表示将形成有按照与图11的(a)所示的氧化硅膜16相同的条件进行成膜的氧化硅膜的晶圆W与上述相同地用氟酸系蚀刻液蚀刻后的SEM截面图像。如图所示，填充缝隙G的氧化硅膜16被蚀刻从而产生间隙。
[0092]另一方面，在图11的(C)中，缝隙G是用成膜时暴露于以5000W的高频电力生成的氧等离子体中、以1000°c进行退火的氧化硅膜16填充的。在该情况下，即使与上述一样进行蚀刻后，在缝隙G中也没有形成间隙。从以上的结果可以推测出利用退火使氧化硅膜细密化。
[0093](实验3)
[0094]接着，说明利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对按照上述的成膜方法成膜的氧化硅膜进行了评价的结果。图12是表示利用FTIR求得的SiOH中H-O键的密度、H2O中H-O键的密度的图表。如图所示，可知与成膜时未照射氧等离子体的情况相比，在成膜时将氧等离子体(高频电力3300W)照射在氧化硅膜的情况下，H-O键的密度降低。即，利用照射氧等离子体使氧化硅膜中的H原子减少，其结果，能够获得混入水分量减少的氧化硅膜。
[0095](实验4)
[0096]接着，说明按照上述的成膜方法成膜的氧化硅膜的电流-电压(电场)特性。如图13所示，可知在成膜时以未照射氧等离子体的方式成膜的氧化硅膜(OW)与照射以1500W、3300W以及4000W这样的高频电力生成的等离子体而成膜的氧化硅膜相比，有较大的电流流动。即，由于在成膜过程中照射氧等离子体，能够获得漏电流低的高品质的氧化硅膜。此外，对生成等离子体的高频电力为1500W、3300W及4000W的情况进行比较，未发现电流-电压特性有大的变化。由该结果可知，关于漏电流，即使用于生成等离子体的高频电力为1500W左右也有效果。
[0097]以上，虽然参照多个实施方式及实施例来对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式及实施例，可以参照附带的权利要求书，进行各种变形或者变更。
[0098]例如，例示了旋转台2在氧化硅膜的成膜时的温度为600°C，但并不限定于此。使用3DMAS气体的情况下，通常，将成膜温度设定在350°C至450°C的范围内，能够进行氧化硅膜的成膜。相对于此，在本发明的实施方式的成膜方法中，成膜温度设定在约450°C至约6500C的范围内。即，优选将旋转台2的温度(成膜温度)设定为比用3DMAS气体进行氧化硅膜的成膜的温度(例如350°C至450°C)高约100°C至约200°C的温度。
[0099]另外，使用3DMAS气体时，在例如200°C至300°C的低温下不能进行氧化硅膜的成膜，需要将成膜温度设定在350°C至450°C的温度范围。
[0100]另外，也可以使用能够进行原子层成膜的其他有机硅化合物气体来代替3DMAS气体。在此情况下，也优选针对例如在400°C至450°C也能够进行氧化硅膜的成膜的有机硅化合物气体，将成膜温度设定在约450°C至约550°C的温度范围。
[0101]另外，上述的等离子体产生源80是具有天线85的即所谓的电感耦合等离子体(ICP)源，但也可以是在彼此平行延伸的2根棒电极之间施加高频而使等离子体产生的电容耦合等离子体(CCP)源。CCP源也能够产生氧等离子体，因此也能发挥上述效果。
[0102]另外，自反应气体喷嘴32供给的氧化气体并不限定于臭氧气体，例如能够使用O2气体(氧气)或者O2与O3的混合气体。
[0103]另外，本发明的实施方式的成膜方法不仅适用于沟槽，对在线.空间中的空间、导通孔、沟孔(卜>等的内表面成膜的情况(或者、将它们填充的情况)也适用。
[0104]采用本发明的实施方式，提供一种能够抑制在被形成在基板上的凹部中填充的氧化硅膜沿着接缝产生间隙。
[0105]本发明基于2012年7月6日向日本专利局提出申请的日本专利申请2012-152111号主张优先权，在此引用日本专利申请2012-152111号的全部内容。
【权利要求】
1.一种成膜方法,其为将基板交替暴露于含娃气体和氧化气体中而在该基板上形成氧化硅膜的方法，其中， 该成膜方法包括: 将形成有凹部的基板载置在以能够旋转的方式设置在真空容器内的旋转台上的工序; 将上述旋转台加热到第2温度的工序，该第2温度高于作为能使上述含硅气体在气相中分解的温度的第I温度； 自非活性气体供给部经由狭小空间而至少向上述真空容器内的第I空间供给上述非活性气体，从而抑制上述第I空间的气相温度的上升，抑制上述含硅气体的在气相中分解的工序，上述非活性气体供给部配置于顶面形成部内，用于向第2顶面与上述旋转台之间的上述狭小空间供给非活性气体，该顶面形成部设于上述真空容器内的第I空间和沿上述旋转台的周向同该第I空间分开的第2空间之间，用于提供比上述第I空间的第I顶面以及上述第2空间的第I顶面低的上述第2顶面； 自设在上述第I空间的用于向上述旋转台供给上述含硅气体的第I气体供给部向载置在上述旋转台上的上述基板供给上述含硅气体的工序； 自设在上述第2空间的用于向上述旋转台供给用于氧化上述含硅气体的氧化气体的第2气体供给部向载置在上述旋转台的上述基板供给上述氧化气体的工序； 等离子体生成工序，利用设在上述第2气体供给部和位于上述旋转台的旋转方向下游侧的上述顶面形成部之间 的等离子体产生部在该等离子体产生部与上述旋转台之间生成等离子体； 利用上述旋转台的旋转，将载置在该旋转台的上述基板暴露于上述含硅气体、上述氧化气体以及上述等离子体，而在上述基板上形成氧化硅膜的工序；以及， 加热工序，对成膜有上述氧化硅膜的上述基板进行加热。
2.根据权利要求1所记载的成膜方法，其中， 上述狭小空间的容积比上述第I空间的容积小。
3.根据权利要求1所记载的成膜方法，其中， 上述含硅气体是三(二甲氨基)硅烷。
4.根据权利要求3所记载的成膜方法，其中， 上述第2温度是在450°C~650°C的范围内。
5.根据权利要求1所记载的成膜方法，其中， 在加热工序中，以800°C~1200°C范围内的温度对上述氧化硅膜进行加热。
6.根据权利要求1所记载的成膜方法，其中， 在上述等离子体生成工序中，自含有非活性气体和氧气的气体生成上述等离子体。
7.根据权利要求1所记载的成膜方法，其中， 在上述等离子体生成工序中，用于生成上述等离子体的高频电力在1000W~1000OW的范围内。
【文档编号】C23C16/40GK103526180SQ201310279224
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月4日 优先权日:2012年7月6日
【发明者】加藤寿, 熊谷武司, 田村辰也, 菊地宏之 申请人:东京毅力科创株式会社