专利名称：硅氧化膜的形成方法、硅氧化膜的形成装置和程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及在半导体晶片等被处理基板上形成硅氧化膜的半导体处理用的成膜装置和方法。在此，所谓半导体处理，是指按照规定的图案在晶片、LCD(Liquid Crystal Display液晶显示器)、FPD(Flat PanelDisplay平板显示器)用的玻璃基板等被处理基板上形成半导体层、绝缘层、导电层等，由此，用于在该被处理基板上制造包括半导体器件、与半导体器件连接的配线、电极等结构物而实施的各种处理。
背景技术：
在制造构成半导体集成电路的半导体器件时，要对被处理基板、例如半导体晶片实施成膜、刻蚀、氧化、扩散、改性、退火、除去自然氧化膜等各种处理。例如，在半导体晶片上形成硅氧化膜的情况下，可以在立式(所谓的间歇式)的热处理装置中，使用四乙氧基硅烷(TEOSSi(OC2H5)4)进行作为成膜处理的一种的CVD(Chemical VaporDeposition化学气相沉积)处理。在该处理中，首先将半导体晶片从晶片盒中移载到立式的晶舟上、支撑在多级中。晶片盒能够容纳例如25片晶片，晶舟能够载置30～150片晶片。接着，将晶舟从处理容器的下方装载到其内部，同时将处理容器密封地关闭。接着，在处理气体的流量、处理压力、处理温度等各种处理条件受到控制的状态下，进行规定的处理。
近年来，随着半导体集成电路的进一步高集成化和高微细化的要求，希望减少半导体器件在制造工序中的受热历程、以提高器件的特性。在立式的处理装置中，也希望根据这种要求对半导体处理方法进行改良。例如，在CVD处理中，采用一边间歇地供给原料气体等、一边重复形成一层或多层原子或分子水平的厚度的层的成膜方法。这种成膜方法一般被称为ALD(Atomic layer Deposition原子层沉积)，由此，可以进行目标处理而不将晶片暴露在那样的高温下。另外，ALD成膜的阶梯覆盖(step coverage)良好，所以，随着器件的微细化，适合于填补狭窄的半导体器件内的凹部、例如栅极间的间隙。
例如，特开2004-281853号公报(专利文献1)公开了使用ALD法、在300℃～600℃的低温下形成氮化硅膜的方法。在该方法中，使用作为硅烷类气体的二氯硅烷(DCSSiH2Cl2)气体和作为氮化气体的氨气(NH3)形成氮化硅膜(SiN)。即，间隔着吹扫期间、交替间歇地向处理容器内供给DCS气体和氨气。在供给氨气时，通过施加RF(高频)，在处理容器内生成等离子体，促进氮化反应。在此，首先，通过向处理容器内供给DCS气体，DCS在晶片表面上以分子水平吸附一层或多层。其余的DCS在吹扫期间被排除。接着，供给氨气生成等离子体，由此，通过低温下的氮化而形成氮化硅膜。重复进行上述一系列的工序，完成规定厚度的膜。
发明内容
本发明的目的是提供可以在低温下形成阶梯覆盖良好的硅氧化膜的硅氧化膜形成方法和装置。
本发明的第一方面为一种半导体处理用的成膜方法，在能够选择性地供给含有氯硅烷类气体的第一处理气体、含有氯置换用气体的第二处理气体和含有氧化气体的第三处理气体的处理区域内，利用CVD在被处理基板上形成硅氧化膜，其特征在于按照以下的顺序，交替地具有下列工序向上述处理区域供给上述第一处理气体，另一方面，停止向上述处理区域供给上述第二和第三处理气体的第一工序；停止向上述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第二工序；向上述处理区域供给上述第二处理气体，另一方面，停止向上述处理区域供给上述第一和第三处理气体的第三工序，上述第三工序具有将上述第二处理气体在由上述激发机构激发的状态下供给上述处理区域的激发期间；停止向上述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第四工序；向上述处理区域供给上述第三处理气体，另一方面，停止向上述处理区域供给上述第一和第二处理气体的第五工序，上述第五工序具有将上述第三处理气体在由激发机构激发的状态下供给上述处理区域的激发期间；和停止向上述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第六工序。
本发明的第二方面为一种半导体处理用的成膜装置，其特征在于，具有具有收纳被处理基板的处理区域的处理容器；在上述处理区域内，支撑上述被处理基板的支撑部件；对上述处理区域内的上述被处理基板进行加热的加热器；对上述处理区域内进行排气的排气系统；向上述处理区域供给含有氯硅烷类气体的第一处理气体的第一处理气体供给系统；向上述处理区域供给含有氯置换用气体的第二处理气体的第二处理气体供给系统；向上述处理区域供给含有氧化气体的第三处理气体的第三处理气体供给系统；对供给到上述处理区域的上述第二和第三处理气体进行选择性地激发的激发机构；和控制上述装置的动作的控制部，为了利用CVD在上述被处理基板上形成硅氧化膜，上述控制部按照以下的顺序交替运行下列工序向上述处理区域供给上述第一处理气体，另一方面，停止向上述处理区域供给上述第二和第三处理气体的第一工序；停止向上述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第二工序；向上述处理区域供给上述第二处理气体，另一方面，停止向上述处理区域供给上述第一和第三处理气体的第三工序，上述第三工序具有将上述第二处理气体在由上述激发机构激发的状态下供给上述处理区域的激发期间；
停止向上述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第四工序；向上述处理区域供给上述第三处理气体，另一方面，停止向上述处理区域供给上述第一和第二处理气体的第五工序，上述第五工序具有将上述第三处理气体在由激发机构激发的状态下供给上述处理区域的激发期间；和停止向上述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第六工序。
本发明的第三方面为一种计算机可读取的介质，含有用于在处理器上运行的程序指令，其特征在于上述程序指令在处理器上运行时，在能够选择性地供给含有氯硅烷类气体的第一处理气体、含有氯置换用气体的第二处理气体和含有氧化气体的第三处理气体的处理区域内，利用CVD在被处理基板上形成硅氧化膜的半导体处理用的成膜装置中，按照以下的顺序交替运行下列工序向上述处理区域供给上述第一处理气体，另一方面，停止向上述处理区域供给上述第二和第三处理气体的第一工序；停止向上述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第二工序；向上述处理区域供给上述第二处理气体，另一方面，停止向上述处理区域供给上述第一和第三处理气体的第三工序，上述第三工序具有将上述第二处理气体在由上述激发机构激发的状态下供给上述处理区域的激发期间；停止向上述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第四工序；向上述处理区域供给上述第三处理气体，另一方面，停止向上述处理区域供给上述第一和第二处理气体的第五工序，上述第五工序具有将上述第三处理气体在由激发机构激发的状态下供给上述处理区域的激发期间；和停止向上述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第六工序。
本发明的其它目的和优点将在以下说明中阐明、通过以下说明部分地变得明显、或可通过对本发明的实施而获知。本发明的目的和优点可通过以下具体指出的手段及组合而实现和获得。
结合在本说明书中且构成其一部分的附图，图解显示了本发明目前的优选实施例，与以上给出的总体说明和以下给出的优选实施例的详细说明一起，用于解释本发明的本质。
图1为表示本发明的实施方式的成膜装置(立式CVD装置)的截面图。
图2为表示图1所示的装置的一部分的横截平面图。
图3为表示图1所示的装置的控制部的结构的图。
图4为表示本发明的实施方式的成膜处理的方案的时间图。
具体实施例方式
本发明人在本发明的开发过程中，对利用ALD法形成硅氧化膜时可能发生的问题进行了研究。结果，本发明人得到与专利文献1相关的下述的认识。即，为了形成硅氧化膜，仿照专利文献1，使用二氯硅烷(DCS)和氧自由基(O2*)。但是，在这种情况下，当处理温度为550℃以下时，用于形成硅氧化膜的DCS的反应速度小，难以实用化。
以下，参照附图，对根据这种认识而构成的本发明的实施方式进行说明。在以下的说明中，具有大致相同的功能和结构的结构要素，用相同符号表示，只在必要时进行重复说明。
图1为表示本发明的实施方式的成膜装置(立式CVD装置)的截面图。图2为表示图1所示装置的一部分的横截平面图。该成膜装置2具有可以选择性地供给含有作为氯硅烷类气体的六氯二硅烷(HCDSi2Cl6)气体的第一处理气体、含有作为氯置换用气体的氢气(H2)的第二处理气体和含有作为氧化气体的氧气(O2)的第三处理气体的处理区域。成膜装置2被构成为在这样的处理区域内，利用CVD在被处理基板上形成硅氧化膜。
成膜装置2具有在内部规划出容纳隔开间隔堆积的多片半导体晶片(被处理基板)并进行处理的处理区域5、下端开口的带顶的圆筒体形的处理容器4。处理容器4的整体例如由石英制成。石英制的顶板6被配置在处理容器4内的顶部并将其封闭。成形为圆筒体形的歧管(manifold)8，通过O形环等密封部件10，与处理容器4的下端开口连接。此外，也可以不另外设置歧管8、而将整体构成为圆筒体形的石英制的处理容器。
歧管8例如由不锈钢制成，支撑处理容器4的下端。石英制的晶舟12通过歧管8下端的开口升降，由此，晶舟12被装载到处理容器4中或从处理容器4中卸载。作为被处理基板，将多片半导体晶片W分多层载置在晶舟12中。例如，在本实施方式中，晶舟12的支柱12A中能够以大致相等的间距在多层中支撑例如50～100片左右直径为300mm的晶片W。
晶舟12通过石英制的保温筒14被载置在台子16上。台子16被支撑在旋转轴20上，该旋转轴20贯穿对歧管8的下端开口进行开关的例如不锈钢制的盖体18。
在旋转轴20贯穿的部位设置有例如磁性流体密封22，气密地密封旋转轴20、同时能够旋转地支撑该旋转轴。盖体18的周边部和歧管8的下端部设置有例如由O形环等构成的密封部件24，以保持容器内的密封性。
旋转轴20安装在由例如晶舟升降机等升降机构25支撑的臂26的前端。晶舟12和盖体18等通过升降机构25整体升降。此外，也可以将台子16固定设置在盖体18一侧、在不使晶舟12旋转的情况下进行晶片W的处理。
用于向处理容器4内的处理区域5供给规定的处理气体的气体供给部与歧管8的侧面连接。气体供给部包括第一处理气体供给系统30、第二处理气体供给系统32、第三处理气体供给系统34和吹扫气体供给系统36。第一处理气体供给系统30供给含有作为硅烷类气体的六氯二硅烷(HCDSi2Cl6)气体的第一处理气体。第二处理气体供给系统32供给含有作为氯置换用气体的氢气(H2)的第二处理气体。第三处理气体供给系统34供给含有作为氧化气体的氧气(O2)的第三处理气体。吹扫气体供给系统36供给惰性气体、例如N2气体，作为吹扫气体。第一～第三处理气体中，根据需要可混合适当量的载气，但在下面为了简化说明，没有提及载气。
具体地说，第一、第二和第三处理气体供给系统30、32、34分别具有向内侧贯穿歧管8的侧壁、向上方弯曲并延伸的由石英管制成的气体分散喷管40、42、44(参照图1)。在各气体分散喷管40至44中，隔开规定的间隔形成多个气体喷射孔40A、42A、44A，使它们沿着喷管的长度方向(上下方向)并且遍及晶舟12上的全体晶片W。气体喷射孔40A、42A、44A分别以形成与晶舟12上的多片晶片W平行的气流的方式，在水平方向上大致均匀地供给对应的处理气体。另一方面，吹扫气体供给系统36具有贯穿歧管8的侧壁设置的较短的气体喷管46。
喷管40、42、44、46分别通过气体供给管路(气体通路)50、52、54、56与HCD气体、H2气体、O2气体和N2气体的气体源30S、32S、34S、36S连接。在气体供给管路50、52、54、56上设置有开关阀50A、52A、54A、56A和质量流量控制器之类的流量控制器50B、52B、54B、56B。由此，能够分别一边对HCD气体、H2气体、O2气体和N2气体进行流量控制一边进行供给。
在处理容器4的一部分侧壁上，沿着其高度方向设置有气体激发部66。为了对该内部气氛进行真空排气，在与气体激发部66相对的处理容器4的相反侧，设置有通过在例如上下方向削去处理容器4的侧壁而形成的细长的排气口68。
具体地说，气体激发部66具有通过沿着上下方向将处理容器4的侧壁削去规定的宽度而形成的上下方向细长的开口70。开口70被与处理容器4的外壁气密地焊接接合的石英制的盖子(cover)72覆盖。盖子72向处理容器4的外侧突出，形成截面凹部形状，并具有上下方向细长的形状。
通过该结构，形成从处理容器4的侧壁突出、并且一侧向处理容器4内开口的气体激发部66。即，气体激发部66的内部空间与处理容器4内的处理区域5连通。开口70在上下方向上形成足够长，使其能够在高度方向上覆盖住保持在晶舟12内的所有晶片W。
在盖子72的两个侧壁的外侧面上，沿着其长度方向(上下方向)互相相对地设置有一对细长的电极74。等离子体发生用的高频电源76通过供电管线78与电极74连接。通过在电极74上施加例如13.56MHz的高频电压，在一对电极74之间形成用于激发等离子体的高频电场。此外，高频电压的频率并不限于13.56MHz，也可以使用其它的频率、例如400kHz等。
第二和第三处理气体的气体分散喷管42、44在比晶舟12上的最下层的晶片W更下的位置，向处理容器4的半径方向的外方弯曲。其后，气体分散喷管42、44在气体激发部66内的最深处(距处理容器4的中心最远的部分)的位置，垂直立起。如图2所示，气体分散喷管42、44被并排设置在被一对相对的电极74夹住的区域(高频电场最强的位置)，即比实际产生主要等离子体的等离子体发生区域PS更向外侧的位置。从气体分散喷管42、44的气体喷射孔42A、44A喷射出的含有H2气体的第二处理气体和含有O2气体的第三处理气体，向等离子体发生区域PS喷射，在此被激发(分解或活化)，在该状态下被供给到晶舟12上的晶片W。
在盖子72的外侧安装有将其覆盖的、由例如石英制成的绝缘保护盖80。在绝缘保护盖80的内侧、与电极74相对的部分，设置有由制冷剂通路构成的冷却机构(未图示)。通过使例如被冷却的氮气作为制冷剂在制冷剂通路中流动，将电极74冷却。此外，在绝缘保护盖80的外侧，设置有将其覆盖并用于防止高频泄漏的屏蔽物(shield)(未图示)。
在气体激发部66的开口70的外侧附近，即在开口70的外侧(处理容器4内)的一侧，垂直立起地设置第一处理气体的气体分散喷管40。从气体分散喷管40上形成的气体喷射孔40A向处理容器4的中心方向喷射含有HCD气体的第一处理气体。
另一方面，在与气体激发部66相对设置的排气口68上，通过焊接安装有覆盖该排气口、由石英制成的成形为截面呈コ字形的排气口覆盖部件82。排气口覆盖部件82沿着处理容器4的侧壁向上方延伸，在处理容器4的上方形成气体出口84。配置有真空泵等的真空排气系统GE与气体出口84连接。
以包围处理容器4的方式设置有对处理容器4内的气氛和晶片W进行加热的加热器86。在处理容器4内的排气口68的附近，设置有用于控制加热器86的热电偶(未图示)。
另外，成膜装置2具有由控制装置整体的动作的计算机等构成的主控制部100。图3为表示主控制部100的结构的图。如图3所示，主控制部100上连接有操作面板121、温度传感器(组)122、压力计(组)123、加热器控制器124、MFC125(对应于图1的流量控制器50B、52B、54B、56B)、阀控制部126、真空泵127(对应于图1的真空排气系统GE)、晶舟升降机128(对应于图1的升降机构25)、等离子体控制部129等。
操作面板121具有显示画面和操作按钮，将操作人员的操作指示传递到主控制部100，并且，将来自主控制部100的各种信息显示在显示画面上。温度传感器(组)122测定处理容器4内和排气管内的各部分的温度，将测定值通知主控制部100。压力计(组)123测定处理容器4内和排气管内的各部分的压力，将测定值通知主控制部100。
加热器控制器124用于分别控制加热器86的各部分。加热器控制器124响应来自主控制部100的指示，对加热器86的各部分通电并将它们加热。另外，加热器控制器124分别测定加热器86的各部分的消耗电力，并通知主控制部100。
MFC125配置在气体供给管路的配管上。MFC125将流过各配管的气体流量控制在由主控制部100指示的量。另外，MFC125测定实际流过的气体流量，并通知主控制部100。
阀控制部126配置在各配管上，将配置在各配管上的阀门的开度控制在由主控制部100指示的值。真空泵127与排气管连接，排出处理容器4内的气体。
通过使盖体18上升，晶舟升降机128将载置在旋转台16上的晶舟11(半导体晶片W)装载到处理容器4内。另外，通过使盖体18下降，晶舟升降机128将载置在旋转台16上的晶舟11(半导体晶片W)从处理容器4内卸载。
等离子体控制部129响应来自主控制部100的指示，控制气体激发部66。由此，将供给到气体激发部66内的氢气、氧气活化，生成自由基。
主控制部100包括方案存储部111、ROM112、RAM113、I/O端口114和CPU115。它们通过总线116相互连接，信息通过总线116在各部分之间传递。
在方案存储部111中，存储有设置(setup)用方案和多个处理(process)用方案。最初制造成膜装置2时，只存储设置用方案。设置用方案是在生成相应于各成膜装置的热模型等时运行的方案。处理用方案是为用户每次实际进行的热处理(process处理)而准备的方案。处理用方案规定从向处理容器4装载半导体晶片W到卸载处理完成后的晶片W的过程中各部分的温度变化、处理容器4内的压力变化、处理气体的供给开始和停止的时间和供给量等。
ROM112由EEPROM、闪存(flash memory)、硬盘等构成，是存储CPU115的动作程序等的记录介质。RAM113作为CPU115的工作区域等发挥作用。
I/O端口114与操作面板121、温度传感器122、压力计123、加热器控制器124、MFC125、阀控制部126、真空泵127、晶舟升降机128、等离子体控制部129等连接，控制数据和信号的输入输出。
CPU(Central Processing Unit中央处理器)115构成主控制部100的中枢。CPU115运行存储在ROM112中的控制程序，根据来自操作面板121的指示，按照方案存储部111中存储的方案(处理用方案)，控制成膜装置2的动作。即，CPU115通过温度传感器(组)122、压力计(组)123、MFC125等测定处理容器4内和排气管内的各部分的温度、压力、流量等。另外，CPU115根据该测定数据，将控制信号等输出到加热器控制器124、MFC125、阀控制部126、真空泵127等，上述各部分根据处理用方案进行控制。
接着，说明使用图1所示的装置、在主控制部100的控制下进行的成膜方法(所谓的ALD(Atomic Layer Deposition原子层沉积)成膜)。在该实施方式的成膜方法中，利用CVD在半导体晶片W上形成硅氧化膜。为此，向容纳晶片W的处理区域5内选择性地供给含有作为硅烷类气体的六氯二硅烷(HCD)气体的第一处理气体、含有作为氯置换用气体的H2气体的第二处理气体和含有作为氧化气体的O2气体的第三处理气体。
首先，将保持有多片、例如50～100片的300mm大小的晶片W的常温的晶舟12载入到设定为规定温度的处理容器4内，将处理容器4密闭。接着，对处理容器4内进行抽真空，并维持在规定的处理压力，同时，使晶片温度升高、直到在成膜用的处理温度下稳定，待机。接着，一边使晶舟12旋转，一边分别对第一至第三处理气体进行流量控制、并从气体分散喷管40、42、44间歇地供给。
概括地说，首先，从气体分散喷管40的气体喷射孔40A，以形成与晶舟12上的多片晶片W平行的气流的方式，供给含有HCD气体的第一处理气体。在此期间，HCD气体的分子或者由它们分解产生的分解生成物的分子或原子被吸附在晶片上，形成吸附层(第一阶段HCD吸附)。
接着，从气体分散喷管42的气体喷射孔42A，以形成与晶舟12上的多片晶片W平行的气流的方式供给含有H2气体的第二处理气体。第二处理气体在通过一对电极74之间的等离子体发生区域PS时，被选择性地激发，一部分被等离子体化。此时，生成H*、H2*等氢自由基(活性种)(符号“*”表示是自由基)。这些自由基从气体激发部66的开口70向处理容器4的中心流出，以层流状态供给到晶片W相互之间。
将氢自由基供给到晶片W上时，晶片W上的吸附层中的Cl原子和吸附在晶片W上的Cl原子，被氢自由基的氢原子置换(从Si-Cl转变为Si-H)或与氢自由基反应。由此，从晶片W上和吸附层中除去氯原子(第二阶段氯除去)。
接着，从气体分散喷管44的气体喷射孔44A，以形成与晶舟12上的多片晶片W平行的气流的方式，供给含有O2气体的第三处理气体。第三处理气体在通过一对电极74之间的等离子体发生区域PS时，被选择性地激发，一部分被等离子体化。此时，生成O*、O2*等氧自由基(活性种)。这些自由基从气体激发部66的开口70向处理容器4的中心流出，以层流状态供给到晶片W相互之间。
将氧自由基供给到晶片W上时，其与晶片W上的已除去Cl原子的吸附层的Si和H反应，由此，H被除去，同时在晶片W上形成硅氧化物的薄膜(第三阶段氧化)。此外，与此相反，HCD气体在晶片W表面上附着有氧自由基的地方流动时，发生同样的反应，在晶片W上形成硅氧化物的薄膜。
图4为表示本发明的实施方式的成膜处理的方案的时间图。如图4所示，在该实施方式的成膜方法中，将第一～第三阶段ST1～ST3按照该顺序、交替地重复例如200次。即，通过将由第一～第三阶段ST1～ST3构成的循环重复多次、将每次循环形成的硅氧化物的薄膜叠层，得到最终厚度的硅氧化膜。以下，具体地说明各阶段。
首先，向处理区域5内供给规定量的、例如如图4(c)所示的0.5slm(standard liter per minute标准升/分)的氮气。与此同时，将处理区域5内设定为规定的温度、例如如图4(a)所示的200℃。另外，对处理区域5内进行排气，将处理区域5设定为规定的压力、例如如图4(b)所示的900Pa。进行这些操作，直到处理区域5在规定的压力和温度下稳定(稳定化工序)。
处理区域5内在规定的压力和温度下稳定后，向处理区域5内供给规定量的、例如如图4(d)所示的0.3slm的HCD气体、和规定量的、例如如图4(c)所示的0.5slm的氮气(送气(flow)工序)。供给到处理区域5内的HCD，在处理区域5内被加热而活化，在晶片W的表面形成吸附层。
优选将处理区域5内的温度设定为180℃～250℃。低于180℃时，有可能不能形成硅氧化膜。处理区域5内的温度高于250℃时，吸附层不均匀，形成的硅氧化膜的膜质、膜厚均匀性等有可能恶化。更优选将处理区域5内的温度设定为190℃～220℃。通过设定在该范围的温度，可以使形成的硅氧化膜的膜质、膜厚均匀性等进一步提高。
优选将处理区域5内的压力设定为400Pa～1200Pa。通过设定为该范围的压力，可以促进HCD在晶片W上的吸附。更优选将处理区域5内的压力设定为800Pa～1000Pa。通过设定为该范围的压力，处理区域5内的压力控制变得容易。
优选将HCD气体的供给量设定为0.1slm～0.5slm。少于0.1slm时，晶片W上有可能无法吸附足够的HCD。多于0.5slm时，有助于向晶片W上吸附的HCD的比例有可能过低。更优选将HCD气体的供给量设定为0.3slm～0.5slm，通过设定在该范围，可以促进HCD在晶片W上的吸附。
供给HCD气体规定时间后，停止HCD气体的供给。增加氮气的供给量，向处理区域5内供给规定量、例如如图4(c)所示的5slm。此时，对处理区域5内进行排气，由此将处理区域5内的气体排出到处理区域5外(吹扫工序)。
此外，优选使处理区域5内的温度在成膜顺序上的第一～第三阶段期间不变化。因此，在本实施方式中，在第一～第三阶段期间，将处理区域5内的温度设定为200℃。另外，处理区域5内的排气，在第一～第三阶段期间也连续进行。
接着，如图4(c)所示，例如向处理区域5内供给规定量、例如0.5slm的氮气。与此同时，将处理区域5内设定为规定的温度、例如如图4(a)所示的200℃。另外，对处理区域5内进行排气，将处理区域5设定为规定的压力、例如如图4(b)所示的40Pa。进行这些操作，直到处理区域5在规定的压力和温度下稳定(稳定化工序)。
处理区域5内在规定的压力和温度下稳定后，如图4(g)所示，在电极11之间施加高频电力(RF接通(ON))。与此同时，向一对电极11之间(气体激发部66内)供给规定量的、例如如图4(e)所示的3slm的氢气。供给到一对电极11之间的氢气被等离子体激发(活化)，生成氢自由基。这样生成的氢自由基被从气体激发部66供给到处理区域5内。另外，向处理区域5内供给规定量的、例如如图4(c)所示的0.5slm的氮气(送气工序)。
在此，优选将氢气的供给量设定为0.5slm～5slm。通过设定在该范围，可以没有问题地产生等离子体，同时，可以为将晶片W上的氯置换为氢提供足够的氢自由基。更优选将氢气的供给量设定为1.5slm～2.3slm。通过设定在该范围，可以使形成的膜中的氯浓度进一步降低。
优选将RF功率设定为10W～1500W。少于10W时，难以生成氢自由基。超过1500W时，构成气体激发部66的石英壁有可能受到损害。更优选将RF功率设定为300W～500W。通过设定在该范围，可以有效地生成氢自由基。
优选将处理区域5内的压力设定为40Pa～100Pa。通过设定为该范围的压力，容易产生氢自由基，并且处理区域5内的氢自由基的平均自由程大。更优选将处理区域5内的压力设定为50Pa～70Pa。通过设定为该范围的压力，处理区域5内的压力控制变得容易。
另外，优选将气体激发部66内的压力(气体喷射孔的压力)设定为70Pa～400Pa，更优选设定为350Pa～400Pa。通过设定为该范围的压力，可以没有问题地产生等离子体，同时可以为将晶片W上的氯置换为氢提供足够的氢自由基。
供给氢气规定时间后，停止氢气的供给，同时，停止施加高频电力。维持氮气的供给量，向处理区域5内供给规定量、例如如图4(c)所示的0.5slm。此时，对处理区域5内进行排气，由此将处理区域5内的气体排出到处理区域5外(吹扫工序)。该吹扫工序与第一和第三阶段ST1、ST3的吹扫工序相比，将氮气的供给量减少，例如，减少为小于1/5、优选小于1/8。由此，在下面的氧化处理中，可防止残留氮气对氧化气体产生影响而生成NO*、NO2*等会对氧化带来不良影响的自由基(活性种)。
接着，如图4(c)所示，例如向处理区域5内供给规定量的、例如0.5slm的氮气。与此同时，将处理区域5内设定为规定的温度、例如如图4(a)所示的200℃。另外，对处理区域5内进行排气，将处理区域5设定为规定的压力、例如如图4(b)所示的40Pa。进行这些操作，直到处理区域5在规定的压力和温度下稳定(稳定化工序)。
处理区域5内在规定的压力和温度下稳定后，如图4(g)所示，在电极11之间施加高频电力(RF接通(ON))。与此同时，向一对电极11之间(气体激发部66内)供给规定量的、例如如图4(f)所示的3slm的氧气。供给到一对电极11之间的氧气被等离子体激发(活化)，生成氧自由基。这样生成的氧自由基被从气体激发部66供给到处理区域5内。另外，向处理区域5内供给规定量的、例如如图4(c)所示的0.5slm的氮气(送气工序)。
在此，优选将氧气的供给量设定为1slm～8slm，更优选设定为3slm～5slm。通过设定在该范围，可以没有问题地产生等离子体，同时，可以为将晶片W上的Si-H基置换为Si-O基提供足够的氧自由基。
优选将RF功率设定为10W～1500W。少于10W时，难以生成氧自由基。超过1500W时，构成气体激发部66的石英壁有可能受到损害。更优选将RF功率设定为300W～500W。通过设定在该范围，可以有效地生成氧自由基。
优选将处理区域5内的压力设定为40Pa～100Pa。通过设定为该范围的压力，容易产生氧自由基，并且处理区域5内的氧自由基的平均自由程大。更优选将处理区域5内的压力设定为50Pa～70Pa。通过设定为该范围的压力，处理区域5内的压力控制变得容易。
另外，优选将气体激发部66内的压力(气体喷射孔的压力)设定为70Pa～600Pa，更优选设定为280Pa～330Pa。通过设定为该范围的压力，可以没有问题地产生等离子体，同时，可以为将晶片W上的Si-H基置换为Si-O基提供足够的氧自由基。
供给氧气规定时间后，停止氧气的供给，同时，停止施加高频电力。增加氮气的供给量，向处理区域5内供给规定量、例如如图4(c)所示的5slm。此时，对处理区域5内进行排气，由此将处理区域5内的气体排出到处理区域5外(吹扫工序)。接着，边对处理区域5内进行排气，边使氮气的供给量减少至0.5slm。该使用低供给量的氮气的追加的吹扫也可以省略。
在该实施方式的成膜方法中，将第一～第三阶段ST1～ST3按该顺序交替重复例如200次。这样，将HCD供给晶片W，形成吸附层；接着，供给氢自由基，从吸附层中除去氯；接着，供给氧自由基，将吸附层氧化。由此，可以高效地、在残留氯少的状态下形成硅氧化膜。
在晶片W上形成期望厚度的硅氧化膜后，将晶片W卸载。具体地说，向处理区域5内供给规定量的氮气，使处理区域5内的压力恢复至常压，同时，将处理区域5内维持在规定温度。利用晶舟升降机25使盖体18下降，由此，将晶舟12与晶片W一起从处理容器4中卸载。
对这样形成的硅氧化膜确认阶梯覆盖时，可以确认为大约接近100％的阶梯覆盖。另外，膜厚均匀性也良好。因此，确认可在低温下形成阶梯覆盖良好的硅氧化膜。
在上述实施方式中，作为成膜装置2，举例说明了将形成等离子体的激发部66与处理容器4组成一体的结构。取而代之，也可以将激发部66与处理容器4分开设置，在处理容器4之外预先对气体进行激发(所谓的远程等离子体)，再将此激发气体供给到处理容器4内。此外，在不将气体活化的情况下进行供给时，为了补偿由于不使用等离子体而引起的能量降低，需要提高处理温度。
在上述实施方式中，作为第一处理气体中的硅烷类气体，举出HCD气体为例进行了说明。关于这一点，作为硅烷类气体，可以使用选自二氯硅烷(DCS)、六氯二硅烷(HCD)、三氯硅烷(SiHCl3)、四氯硅烷(TCSSiCl4)中的1种以上的气体。
在上述实施方式中，作为第三处理气体中的氧化气体，举出氧气例进行了说明。关于这一点，作为氧化气体，可以使用选自氧气、一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)中的1种以上的气体。
在上述实施方式中，举例说明了以第一阶段ST1(HCD吸附)、第二阶段ST2(氯除去)和第三阶段ST3(氧化)作为一个循环、重复该循环200次的情况。关于这一点，例如，对于最初的100次循环，不进行第二阶段ST2(氯除去)，以第一阶段ST1(HCD吸附)和第三阶段ST3(氧化)作为一个循环，进行100次循环也可以。通过这样调整氯除去阶段的运行次数，可以控制形成的硅氧化膜的膜质。
在上述实施方式中，举例说明了通过运行200次循环、在半导体晶片W上形成硅氧化膜的情况。关于这一点，例如，可以将循环数减少到50次循环、100次循环等。另外，也可以将循环数增加到300次循环、400次循环等。在这种情况下，通过根据循环数调整HCD气体和氧气的供给量、RF功率等，可以形成期望厚度的硅氧化膜。
在上述实施方式中，举例说明了利用等离子体产生氢自由基和氧自由基的情况。关于这一点，也可以使用其它能量，例如磁力，紫外线等，使氢和氧活化。
在上述实施方式中，举例说明了在供给HCD气体等处理气体时供给氮气的情况。关于这一点，在供给处理气体时，不供给氮气也可以。但是，通过含有氮气作为稀释气体，容易设定处理时间等，因此优选含有稀释气体。作为稀释气体，优选为惰性气体，除了氮气以外，可以使用例如氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)。
在上述实施方式中，对每种气体配置气体供给喷管。取而代之，也可以从共同的气体供给喷管供给几种气体。另外，也可以在处理容器4的下端附近的侧面上插通多根气体供给喷管，使得从多根喷管导入相同的气体。在这种情况下，由于从多根气体供给喷管向处理容器4内供给处理气体，所以可以更均匀地将处理气体导入处理容器4内。
在上述实施方式中，作为成膜装置，使用单管结构的间歇式热处理装置。取而代之，本发明可以应用于例如处理容器由内管和外管构成的双层管结构的间歇式立式热处理装置。另外，本发明也可以应用于单片式的热处理装置。被处理基板不限于半导体晶片W，也可以是例如LCD用的玻璃基板。
热处理装置的控制部100，不利用专用的系统，能够使用通常的计算机系统实现。例如，通过从存储有用于执行上述处理的程序的记录介质(软盘、CD-ROM等)中将该程序安装在通用的计算机上，可以构成执行上述处理的控制部100。
用于提供这些程序的方法是任意的。程序除了可以如上所述通过规定的记录介质提供以外，也可以通过例如通信线路、通信网络、通信系统等提供。此时，例如，也可以在通信网络的公告板(BBS)上公布该程序，将其叠加在载波中通过网络提供。然后，启动这样提供的程序，可以在OS的控制下、与其它应用程序同样地运行来实施上述的处理。
其它优点和改型对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，本发明的更广泛的实施方式不局限于在此显示和说明的具体细节和代表性的实施例。因此，可进行不同的改型，而不脱离由所附权利要求及其等效物所确定的总体发明构思的实质或范围。
权利要求
1.一种半导体处理用的成膜方法，在能够选择性地供给含有氯硅烷类气体的第一处理气体、含有氯置换用气体的第二处理气体和含有氧化气体的第三处理气体的处理区域内，利用CVD在被处理基板上形成硅氧化膜，其特征在于按照以下的顺序，交替地具有下列工序向所述处理区域供给所述第一处理气体，另一方面，停止向所述处理区域供给所述第二和第三处理气体的第一工序；停止向所述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第二工序；向所述处理区域供给所述第二处理气体，另一方面，停止向所述处理区域供给所述第一和第三处理气体的第三工序，所述第三工序具有将所述第二处理气体在由激发机构激发的状态下供给所述处理区域的激发期间；停止向所述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第四工序；向所述处理区域供给所述第三处理气体，另一方面，停止向所述处理区域供给所述第一和第二处理气体的第五工序，所述第五工序具有将所述第三处理气体在由激发机构激发的状态下供给所述处理区域的激发期间；和停止向所述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第六工序。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述第一～第六工序中，将所述处理区域设定为180℃～250℃。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述第一工序中，将所述处理区域设定为400Pa～1200Pa；在所述第三和第五工序中，将所述处理区域设定为40Pa～100Pa。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述氯置换用气体具有氢气。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述氯硅烷类气体具有选自六氯二硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、和二氯硅烷的1种以上的气体。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述氧化气体含有选自氧气、一氧化氮、一氧化二氮的1种以上的气体。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于从所述第一工序至所述第六工序期间，连续对所述处理区域内进行排气。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述第二和第六工序具有向所述处理区域供给氮气作为吹扫气体的期间。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述第四工序具有向所述处理区域供给氮气作为吹扫气体的期间，所述第四工序的氮气的流量小于所述第二和第六工序的氮气流量的1/5。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于激发所述第二处理气体的所述激发机构和激发所述第三处理气体的所述激发机构具有共同的激发机构。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述共同的激发机构具有在并排设置在与所述处理区域连通的空间内的所述第二和第三处理气体各自的供给口与所述被处理基板之间设置的等离子体发生区域，所述第二和第三处理气体各自在通过所述等离子体发生区域时被激发。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述第一处理气体，在所述等离子体发生区域和所述基板之间被供给所述处理区域。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于在所述第三和第五工序中，将所述第二和第三处理气体的各自的供给口设定为70Pa～400Pa。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于多块被处理基板在上下隔开间隔而叠层的状态下被收纳在所述处理区域内，所述多块被处理基板由配置在所述处理区域周围的加热器进行加热。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于所述第一、第二和第三处理气体各自以形成与所述多块被处理基板平行的气流的方式，从相对于所述多块被处理基板沿上下方向排列的多个气体喷射孔供给。
16.一种半导体处理用的成膜装置，其特征在于，具有具有收纳被处理基板的处理区域的处理容器；在所述处理区域内，支撑所述被处理基板的支撑部件；对所述处理区域内的所述被处理基板进行加热的加热器；对所述处理区域内进行排气的排气系统；向所述处理区域供给含有氯硅烷类气体的第一处理气体的第一处理气体供给系统；向所述处理区域供给含有氯置换用气体的第二处理气体的第二处理气体供给系统；向所述处理区域供给含有氧化气体的第三处理气体的第三处理气体供给系统；对供给到所述处理区域的所述第二和第三处理气体进行选择性地激发的激发机构；和控制所述装置的动作的控制部，为了利用CVD在所述被处理基板上形成硅氧化膜，所述控制部按照以下的顺序交替运行下列工序向所述处理区域供给所述第一处理气体，另一方面，停止向所述处理区域供给所述第二和第三处理气体的第一工序；停止向所述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第二工序；向所述处理区域供给所述第二处理气体，另一方面，停止向所述处理区域供给所述第一和第三处理气体的第三工序，所述第三工序具有将所述第二处理气体在由所述激发机构激发的状态下供给所述处理区域的激发期间；停止向所述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第四工序；向所述处理区域供给所述第三处理气体，另一方面，停止向所述处理区域供给所述第一和第二处理气体的第五工序，所述第五工序具有将所述第三处理气体在由所述激发机构激发的状态下供给所述处理区域的激发期间；和停止向所述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第六工序。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于所述激发机构具有在并排设置在与所述处理区域连通的空间内的所述第二和第三处理气体各自的供给口与所述被处理基板之间的等离子体发生区域，所述第二和第三处理气体各自在通过所述等离子体发生区域时被激发。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于所述等离子体发生区域具有利用所述处理容器中附设的电极和高频电源，在所述第二和第三处理气体的供给口与所述被处理基板之间形成的高频电场。
19.如权利要求16所述的装置，其特征在于所述处理区域被构成为在上下隔开间隔而叠层的状态下收纳多块被处理基板，所述多块被处理基板由配置在所述处理区域周围的所述加热器进行加热。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于所述第一、第二和第三处理气体各自以形成与所述多块被处理基板平行的气流的方式，从相对于所述多块被处理基板沿上下方向排列的多个气体喷射孔供给。
21.一种计算机可读取的介质，含有用于在处理器上运行的程序指令，其特征在于所述程序指令在处理器上运行时，在能够选择性地供给含有氯硅烷类气体的第一处理气体、含有氯置换用气体的第二处理气体和含有氧化气体的第三处理气体的处理区域内，利用CVD在被处理基板上形成硅氧化膜的半导体处理用的成膜装置中，按照以下的顺序交替运行下列工序向所述处理区域供给所述第一处理气体，另一方面，停止向所述处理区域供给所述第二和第三处理气体的第一工序；停止向所述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第二工序；向所述处理区域供给所述第二处理气体，另一方面，停止向所述处理区域供给所述第一和第三处理气体的第三工序，所述第三工序具有将所述第二处理气体在由激发机构激发的状态下供给所述处理区域的激发期间；停止向所述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第四工序；向所述处理区域供给所述第三处理气体，另一方面，停止向所述处理区域供给所述第一和第二处理气体的第五工序，所述第五工序具有将所述第三处理气体在由激发机构激发的状态下供给所述处理区域的激发期间；和停止向所述处理区域供给第一、第二和第三处理气体的第六工序。
全文摘要
在能够选择性地供给含有氯硅烷类气体的第一处理气体、含有氯置换用气体的第二处理气体和含有氧化气体的第三处理气体的处理区域内，利用CVD在被处理基板上形成硅氧化膜。该成膜方法交替地具有第一～第六工序。在第一、第三和第五工序中，分别供给第一、第二和第三处理气体，停止其它2种处理气体的供给。在第二、第四和第六工序中，停止第一、第二和第三处理气体的供给。上述第三和第五工序分别具有将上述第二和第三处理气体在由激发机构激发的状态下供给上述处理区域的激发期间。
文档编号H01L23/532GK1881543SQ200610092209
公开日2006年12月20日 申请日期2006年6月14日 优先权日2005年6月14日
发明者松浦广行 申请人:东京毅力科创株式会社