专利名称：成膜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种成膜装置。
背景技术：
为了进行半导体集成电路装置的接触孔(contact hole)、线的填充而使用非晶硅。非晶硅的成膜方法例如记载于专利文献1。近年来，伴随着半导体集成电路装置的微细化，接触孔、线的填充要求变得日益严格。此外，确立与微细化相对应的生产技术也很重要，但在半导体制造装置的领域中， 特别重视提高生产能力。半导体集成电路装置在上述微细化的同时也进行多层布线结构化，进一步改观为三维结构。在具有多层布线结构、三维结构的半导体集成电路装置中多用填充工序。为了进一步提高生产能力，提高填充工序中的生产率(throughput)成为当务之急。专利文献1 日本特开昭63-299M号公报
发明内容
本发明提供一种能够提高填充工序中的生产率且即使是多用填充工序的半导体集成电路装置也能够发挥良好的生产能力的成膜装置。本发明的一技术方案的成膜装置是能够用于填充被形成在绝缘膜中的、到达导电体的开孔的成膜装置，该成膜装置包括一个处理室，其用于容纳被处理体，该被处理体在上述导电体之上形成有具有到达该导电体的开孔的绝缘膜；气体供给机构，其用于向上述处理室内供给氨基硅烷类气体及不包含氨基的硅烷类气体，在上述一个处理室内依次执行下述处理(1)向上述处理室内供给上述氨基硅烷类气体而在具有到达上述导电体的开孔的绝缘膜的表面及上述开孔的底部的表面形成晶种层的处理；( 向上述处理室内供给上述不包含氨基的硅烷类气体而在上述晶种层之上形成硅膜的处理。将在下面的说明中阐述本发明的其它目的和优点，其部分地从下面的说明中显现或者可以通过实施本发明而了解。本发明的目的和优点可以借助于在下文中特别指示的手段和组合实现及获得。
被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分的附示出本发明的实施方式， 并且与上述概略说明及下面给出的对实施方式的详细说明一起，用于解释本发明的原理。图1是概略表示本发明的第1实施方式的成膜装置的一例的剖视图。图2是概略表示图1所示的气体供给机构的一结构例的框图。图3A 图3C是表示能够利用第1实施方式的成膜装置执行的成膜方法的一例的剖视图。
图4是表示沉积时间和非晶硅膜的膜厚的关系的图。图5是放大图4中的虚线框A内的放大图。图6A 图6C是表示能够利用第1实施方式的成膜装置执行的成膜方法的变形例的剖视图。图7是概略表示第2实施方式的成膜装置所包括的气体供给机构的一结构例的框图。图8A 图8D是表示能够利用第2实施方式的成膜装置执行的成膜方法的一例的剖视图。图9是概略表示第3实施方式的成膜装置所包括的气体供给机构的一结构例的框图。图IOA 图IOC是表示能够利用第3实施方式的成膜装置执行的成膜方法的一例的剖视图。图IlA 图IlC是表示能够利用第3实施方式的成膜装置执行的成膜方法的变形例的剖视图。图12是概略表示第4实施方式的成膜装置所包括的气体供给机构的一结构例的框图。图13A 图13E是表示能够利用第4实施方式的成膜装置执行的成膜方法的一例的剖视图。图14是概略表示第5实施方式的成膜装置所包括的气体供给机构的一结构例的框图。图15是表示能够利用第5实施方式的成膜装置执行的成膜方法的处理气体供给及处理温度的一例的时间图表(time-chart)。图16A 图16J是表示使用第5实施方式的成膜装置的成膜方法的剖视图。
具体实施例方式现在，将参照
基于上面给出的发现而实现的本发明的实施方式。在下面的说明中，用相同的附图标记指示具有实质相同的功能和结构的构成元件，并且仅在必需时才进行重复说明。第1实施方式图1是概略表示本发明的第1实施方式的成膜装置的一例的剖视图。如图1所示，成膜装置100具有下端开口的有顶部的圆柱体状的处理室101。处理室101整体例如由石英形成。在处理室101内的顶部设有石英制的顶部板102。在处理室101的下端开口部处，例如夹着0型密封圈等密封构件104连接有由不锈钢成形为圆柱体状的歧管(Manifold) 103。歧管103支承处理室101的下端。能够从歧管103的下方将石英制的晶圆舟皿 105插入到处理室101内。晶圆舟皿105能够多层载置作为被处理体的多张、例如50张 100张半导体基板，在本例中，能够多层载置掺杂有η型杂质的η型硅基板1。由此，在处理室101内容纳被处理体，在本例中，该被处理体在η型硅基板(晶圆)1上形成有具有到达该η型硅基板1的开孔的绝缘膜。晶圆舟皿105具有多根支柱106，利用形成在支柱106上的槽支承多张η型硅基板1。晶圆舟皿105隔着石英制的保温筒107载置在工作台108上。工作台108被支承于旋转轴110上，该旋转轴110贯穿用于开闭歧管103的下端开口部的例如不锈钢制的盖部109。在旋转轴110的贯穿部中，例如设有磁性流体密封件111，其气密地密封旋转轴110 且以能够使该旋转轴110旋转的方式支承该旋转轴110。例如由0型密封圈构成的密封构件112介于盖部109的周边部和歧管103的下端部之间。由此，保持处理室101内的密封性。旋转轴110例如安装在被舟皿升降机等升降机构(未图示)支承的臂113的顶端处。 由此，使晶圆舟皿105及盖部109等一体地升降而相对于处理室101内进行插入脱离。成膜装置100具有向处理室101内供给用于处理的气体的气体供给机构114。图2是概略表示图1所示的气体供给机构的一结构例的框图。本例的气体供给机构114包括用于供给非活性气体的非活性气体供给源115、用于供给不包含氨基的硅烷类气体的硅烷类气体供给源121及用于供给氨基硅烷类气体的氨基硅烷类气体供给源122。在本例中，准备作为上述气体的一例的下述气体，或者准备能够产生下述气体的结构。非活性气体氮(N2)气不包含氨基的硅烷类气体甲硅烷(SiH4)气体氨基硅烷类气体二异丙基氨基硅烷(乂 π > 7 $ 7 *，> =DIPAS)气体气体供给机构114所包括的气体供给源与多个分散喷嘴125相连接。在本例中， 硅烷类气体供给源121经由流量控制器123f及开闭阀124f与分散喷嘴125d相连接，氨基硅烷类气体供给源122经由流量控制器123g及开闭阀124g与分散喷嘴12 相连接。此外，非活性气体供给源115经由流量控制器12 及开闭阀126d与分散喷嘴125d相连接， 经由流量控制器12 及开闭阀126e与分散喷嘴12 相连接。将非活性气体用作稀释不包含氨基的硅烷类气体及氨基硅烷类气体的稀释气体或者载气，或者用作吹扫处理室101 的内部的吹扫气体。此外，在将非活性气体用作吹扫气体的情况下，也可以使非活性气体供给源115 与同分散喷嘴125d、12k分开设置的未图示的气体导入部相连接。未图示的气体导入部例如以朝向内侧贯穿歧管103的侧壁的方式设置。而且，气体导入部具有大于分散喷嘴125d、 125e的气体喷出孔的气体喷出孔，经由歧管103的内侧从处理室101的下方在高度方向上朝向处理室101内供给非活性气体。多个分散喷嘴125(在本例中为分散喷嘴125d、125e)分别由石英管构成，朝向内侧贯穿歧管103的侧壁而向上方弯曲，如图1所示，该分散喷嘴125朝向处理室101的内部铅垂延伸。此外，在图1中，在分散喷嘴125的铅垂部分上隔着规定的间隔形成有多个气体喷出孔127。从各气体喷出孔127沿着水平方向朝向处理室101内大致均勻地喷出上述气体。在处理室101内的与分散喷嘴125相反的一侧的部分上设有用于对处理室101内进行排气的排气口 129。通过在上下方向上削掉处理室101的侧壁从而形成细长的排气口 129。在处理室101的与排气口 1 相对应的部分上，利用焊接以覆盖排气口 1 的方式安装有以截面成形为U字状的排气口覆盖构件130。排气口覆盖构件130沿处理室101的侧壁向上方延伸，在处理室101的上方处规定出气体出口 131。包含真空泵等的排气机构132 与气体出口 131相连接。通过利用排气机构132对处理室101内进行排气从而使用于处理的处理气体的废气以及处理室101内的压力为与处理相应的处理压力。在处理室101的外周处设有筒体状的加热装置133。加热装置133用于活化被供给到处理室101内的气体，并且加热被容纳在处理室101内的被处理体，例如半导体基板， 在本例中为η型硅基板1。成膜装置100的各部的控制是利用例如由微处理器(计算机)构成的控制器150 进行的。控制器150连接有用户界面151，该用户界面151由键盘和可视化地显示成膜装置100的工作状况的显示器等构成，该键盘用于供操作员为了管理成膜装置100而进行指令的输入操作等。在控制器150上连接有存储部152。存储部152储存有用于在控制控制器150下而实现由成膜装置100执行的各种处理的控制程序以及用于根据处理条件使成膜装置100 的各结构部执行处理的程序、即制程程序(recipe)。制程程序例如存储在存储部152中的存储介质中。存储介质可以是硬盘、半导体存储器，也可以是CD-R0M、DVD、闪存器等可移动性存储介质。此外，也可以例如经由专用线路从其它装置适当地传输制程程序。根据需要利用来自用户界面151的指示等从存储部152读出制程程序，使控制器150按照读出的制程程序执行处理，从而在控制器150的控制下利用成膜装置100实施期望的处理。在本例中，在控制器150的控制下，在一个处理室101内依次执行下述说明的成膜方法。图3A 图3C是表示能够利用第1实施方式的成膜装置执行的成膜方法的一例的剖视图。图3A所示的截面表示在形成在η型硅基板1上的层间绝缘膜2中形成了到达上述η型硅基板1的接触孔3的时刻。如图3Α所示，在形成接触孔3后，从蚀刻装置的处理室输出η型硅基板1时，在暴露于接触孔3的底部的η型硅基板1表面上形成较薄的自然氧化膜4。自然氧化膜4成为增加接触电阻的一个原因。因此，优选除去自然氧化膜4，但是即使例如在增大接触孔的直径D而增加由自然氧化膜4产生的接触电阻也不会阻碍半导体集成电路装置的动作的情况下，不一定需要除去自然氧化膜4。在本例中，不除去自然氧化膜4。接着，将形成有上述自然氧化膜4的η型硅基板1输入到图1所示的成膜装置100 的处理室101内。输入后，使用加热装置133使处理室101内的温度为规定的温度。在本例中，处理室101内的温度为例如使η型硅基板1的温度成为300°C 550°C那样的温度。接着，打开开闭阀124g、U6e，从非活性气体供给源115经由分散喷嘴12 将氮气供给到处理室101内，从氨基硅烷类气体供给源122经由分散喷嘴12 将二异丙基氨基硅烷(乂 π O 7 S 7 *，> =DIPAS)供给到处理室101内。通过上述处理，如图 3Β所示，在层间绝缘膜2的表面及接触孔3的底部的表面上形成晶种层7。若完成处理，则关闭开闭阀124g而停止供给二异丙基氨基硅烷，并且用氮气吹扫处理室101内的气氛。之后，使排气机构132停止，并且关闭开闭阀U6e，停止供给氮气。接着，使处理室101内的温度为例如使η型硅基板1的温度成为400°C 650°C那样的温度。接下来，打开开闭阀124f、U6d，从非活性气体供给源115经由分散喷嘴125d 将氮气供给到处理室101内，从硅烷类气体供给源121经由分散喷嘴125d将甲硅烷气体(SiH4)供给到处理室101内。通过上述处理，如图3C所示，在晶种层7上形成硅膜，在本例中形成非晶硅膜8a，利用上述非晶硅膜8a填充接触孔3。若完成处理，则关闭开闭阀124f 而停止供给甲硅烷气体，并且用氮气吹扫处理室101内的气氛。之后，使排气机构132停止， 并且关闭开闭阀U6d，停止供给氮气。在图4中表示沉积时间和非晶硅膜8a的膜厚的关系。图4所示的结果是以二氧化硅膜(SiO2)作为基底的情况。该基底在本例中相当于层间绝缘膜2。本例所使用的处理条件如下所示DIPAS 流量500sccm处理时间5min处理温度400°C处理压力53.2Pa (0. 4Torr)。同样地用于形成本例所使用的非晶硅膜8a的处理条件如下所示甲硅烷流量500sccm沉积时间30min/45min/60min处理温度500°C处理压力53.2Pa (0. 4Torr)。在沉积时间为30min、45min及60min时这三点处测定非晶硅膜8a的膜厚。图4中的线I表示具有晶种层7的情况的结果，线II表示不具有晶种层7的情况的结果。线I、II是通过以最小二乘法对测定出的三个膜厚进行近似直线的直线，式如下所述。线I :y = 17. 572χ-20. 855 ... (1)线II :y = 17. 605χ-34· 929 . . . (2)如图4所示，在具有晶种层7的情况下，与不具有晶种层7的情况相比较，非晶硅膜8a的膜厚增加倾向明显。在图5中表示上述⑴式、(2)式中y = 0、即非晶硅膜8a的膜厚为“0”时求得的线I、II与沉积时间的交点。此外，图5是放大图4中的虚线框A内的放大图。如图5所示，在基底为具有晶种层7的二氧化硅膜时，非晶硅膜8a的沉积从处理开始大约1. 2min(x ^ 1. 189)后开始。与此相对，在基底为不具有晶种层7的二氧化硅膜时，非晶硅膜8a的沉积从处理开始大约2. Omin(x ^ 1. 984)后开始。如上所述，能够通过对基底使用氨基硅烷类气体而形成晶种层7，从而使培养 (incubation)时间从大约2. Omin缩短到大约1. 2min。若采用上述的第1实施方式的成膜装置100，在接触孔3的填充工序中，使用氨基硅烷类气体在层间绝缘膜2的表面及接触孔的底部的表面上形成晶种层7后，使用不包含氨基的硅烷类气体在晶种层7上形成硅膜，在本例中为非晶硅膜8a。通过能够实施上述的工序，从而能够与不形成晶种层7的情况相比缩短非晶硅膜8a的培养时间。如上所述，能够缩短用于填充接触孔3的非晶硅膜8a的培养时间，其结果，能够获得下述优点，即，能够提高填充工序中的生产率，即使是多用填充工序的半导体集成电路装置，也可以获得能够发挥良好的生产能力的成膜装置100。
变形例图6A 图6C是表示能够利用第1实施方式的成膜装置执行的成膜方法的变形例的剖视图。如图6A所示，存在有伴随着接触孔3的微细化而接触孔3的直径D变窄时、即接触部的表面积减小时接触电阻增加的情况。作为一个消除上述的接触电阻增加的方法，如图6A中的附图标记5所示，存在有挖掘接触孔3的底部使接触部的表面积增加的方法。第1实施方式如图6A 图6C所示那样也能够应用于预先挖掘接触孔3的底部的半导体集成电路装置。此外，第1实施方式的一例与本变形例的区别点在于是否挖掘接触孔3的底部，本变形例的制法与图3A 图3C所示的一例的制法相同。因此，变形例的说明只限于图6A 图6C的图示，省略其详细说明。此外，以下说明的实施方式是按照挖掘了接触孔3的底部的例子进行说明的。第2实施方式图7是概略表示本发明的第2实施方式的成膜装置所包括的气体供给机构的一结构例的框图。如图7所示，第2实施方式的成膜装置所包括的气体供给机构114与第1实施方式的成膜装置的气体供给机构114的不同之处在于，该第2实施方式的气体供给机构114 还包括用于供给能够除去自然氧化膜的气体的气体供给源。在本例中，利用两种气体作为能够除去自然氧化膜的气体，第2实施方式的气体供给机构114包括用于供给能够除去自然氧化膜的第1气体的第1气体供给源116及用于供给同样地能够除去自然氧化膜的与上述第1气体不同的第2气体的第2气体供给源117。在本例中，作为上述气体的一例准备下述气体，或者准备能够产生下述气体的结构。第1气体氨(NH3)气第2气体氟化氢(HF)气体第1气体供给源116经由流量控制器123a及开闭阀12 与分散喷嘴12 相连接。同样地，第2气体供给源117经由流量控制器12 及开闭阀124b与分散喷嘴12 相连接。各个分散喷嘴125a、12^与其它的分散喷嘴相同地由石英管构成，该分散管嘴朝向内侧贯穿歧管103的侧壁而向上方弯曲，如图1所示，朝向处理室101的内部铅垂延伸。图8A 图8D是表示能够利用第2实施方式的成膜装置执行的成膜方法的一例的剖视图。首先，如图8A所示，将形成有上述自然氧化膜4的η型硅基板1输入到成膜装置 100的处理室101内。输入后，使用加热装置133，使处理室101内的温度为规定的温度。在本例中处理室101内的温度为使η型硅基板1的温度成为20°C 300°C那样的温度。接下来，打开图7所示的开闭阀12如、1Mb、126a及126b，分别从非活性气体供给源115、第1气体供给源116及第2气体供给源117经由分散喷嘴12如、12恥将氮气(N2)、氨气(NH3)及氟化氢气体(HF)供给到处理室101内。通过上述处理，如图8B所示，除去已暴露于接触孔3 的底部的η型硅基板1表面上的自然氧化膜4。若完成处理，则关闭开闭阀12^、lMb，停止供给氨气及氟化氢气体。与此同时，使用排气机构132对处理室101内进行排气，并且将氮气供给到处理室101内，用氮气吹扫处理室101内的气氛。之后，使排气机构132停止， 并且关闭开闭阀126a、U6b，停止供给氮气。之后，如图8C、图8D所示，按照参照上述图3B、图3C进行说明的制法，形成晶种层 7及非晶硅膜8a。若采用上述的第2实施方式的成膜装置，与第1实施方式相同地进行接触孔3的填充工序，因此能够缩短填充接触孔3的非晶硅膜8a的培养时间，能够提高填充工序中的生产率。因此，能够获得下述优点，即，与第1实施方式相同地即使是多用填充工序的半导体集成电路装置，也可以获得能够发挥良好的生产能力的成膜装置100。在上述优点之外，还能够获得下述优点，S卩，若采用第2实施方式的成膜装置，能够除去自然氧化膜4，因此能够抑制接触电阻的增加。而且，自然氧化膜4的除去是在成膜装置的用于进行非晶硅膜8a的成膜的处理室内进行的。因此，在除去自然氧化膜4后，能够迅速地进行非晶硅膜8a的成膜。因此，能够获得下述优点，即，在进行自然氧化膜4的除去的情况下，能够抑制填充工序中的生产率的
T^ ο第3实施方式图9是概略表示本发明的第3实施方式的成膜装置所包括的气体供给机构的一结构例的框图。如图9所示，第3实施方式的成膜装置所包括的气体供给机构114与第2实施方式的成膜装置的气体供给机构114的不同之处在于，第3实施方式的气体供给机构114还包括用于供给包含掺杂剂的气体的掺杂剂气体供给源120。在本例中，作为掺杂剂，选择与η型硅基板1的导电型相同的η型杂质。在掺杂剂气体供给源120中准备作为包含η型杂质的气体的下述气体，或者掺杂剂气体供给源120 构成为能够产生下述气体。掺杂剂气体磷化氢(PH3)气体本例的掺杂剂气体供给源120经由流量控制器12 及开闭阀12 与分散喷嘴 125d相连接。图IOA 图IOC是表示能够利用第3实施方式的成膜装置执行的成膜方法的一例的剖视图。例如，按照第2实施方式所说明的制法，除去已暴露于接触孔3的底部的η型硅基板1表面上的自然氧化膜4。之后，使处理室101内的温度为例如η型硅基板1的温度成为 400°C 650°C那样的温度。接下来，打开开闭阀12^、U6d，从非活性气体供给源115经由分散喷嘴125d将氮气供给到处理室101内，从掺杂剂气体供给源120经由分散喷嘴125d 将磷化氢气体(PH3)供给到处理室101内。通过上述处理，如图IOA所示，在被挖掘的η型硅基板1的表面上如附图标记6所示那样吸附作为η型杂质的磷(P)，从而提高η型硅基板1的表面部分的η型杂质浓度。其结果，降低η型硅基板1的表面部分的电阻值。若完成处理，则关闭开闭阀12 而停止供给磷化氢气体，并且用氮气吹扫处理室101内的气氛。之后，使排气机构132停止，并且关闭开闭阀U6d，停止供给氮气。
之后，如图10B、图IOC所示，按照参照上述图3B、图3C进行说明的制法，形成晶种
层7及非晶硅膜8a。在上述的第3实施方式的成膜装置中，也与第1实施方式相同地进行接触孔3的填充工序。因此，与第1实施方式相同地即使是多用填充工序的半导体集成电路装置，也能够获得下述优点，即，可以获得能够发挥良好的生产能力的成膜装置100。此外，若采用第3实施方式的成膜装置，能够将η型杂质导入到接触孔3的底部的 η型硅基板1的表面部分。因此，能够获得下述优点，S卩，能够提高接触孔3的底部的η型硅基板1的η型杂质浓度，能够降低接触电阻。而且，η型杂质的导入是在成膜装置的用于形成非晶硅膜8a的处理室内进行的。 因此，在导入η型杂质后，能够迅速地进行非晶硅膜8a的成膜。因此，能够获得下述的优点， 即，在进行η型杂质的导入的情况下，能够抑制填充工序中的生产率的恶化。变形例图IlA 图IlC是表示能够利用第3实施方式的成膜装置执行的成膜方法的变形例的剖视图。虽然在上述第3实施方式中，将η型杂质导入到η型硅基板1中，但是第3实施方式的成膜装置也能够将η型杂质导入到非晶硅膜8a中。如图11A、图IlB所示，按照参照图8B、图8C进行说明的制法，在形成晶种层7后， 打开开闭阀12^、U6d、124f，从非活性气体供给源115经由分散喷嘴125d将氮气供给到处理室101内，从掺杂剂气体供给源120经由分散喷嘴125d将磷化氢气体供给到处理室101 内，从硅烷类气体供给源121经由分散喷嘴125d将甲硅烷气体供给到处理室101内。通过上述处理，如图IlC所示，形成含有η型杂质、在本例中为掺杂有磷(P)的非晶硅膜8a*，利用掺杂的非晶硅膜8a*填充接触孔3。此外，在掺杂的非晶硅膜8a*的η型杂质浓度高于η 型硅基板1的η型杂质浓度的情况下，如图IlC所示，例如，η型杂质从掺杂的非晶硅膜8a* 向η型硅基板1扩散。如上所述，也能够通过将η型杂质导入到非晶硅膜8a而形成掺杂的非晶硅膜8a*。 在该情况下也能够获得下述优点，即，减小掺杂的非晶硅膜8a*的电阻，其结果，能够降低接触电阻。此外，在掺杂的非晶硅膜8a*的η型杂质浓度高于η型硅基板1的η型杂质浓度的情况下，如图IlC所示，例如，η型杂质从掺杂的非晶硅膜8a*向η型硅基板1扩散。也能够利用上述扩散，从而减小η型硅基板1的接触部分的电阻。当然，也可以以参照图IOA进行说明的那样将η型杂质预先导入到η型硅基板1 的接触部分，然后，按照参照图IlC进行说明的制法形成掺杂的非晶硅膜8a*。第4实施方式图12是概略表示本发明的第4实施方式的成膜装置所包括的气体供给机构的一结构例的框图。如图12所示，第4实施方式的成膜装置所包括的气体供给机构114与第3实施方式的成膜装置的气体供给机构114的不同之处在于，该第4实施方式的成膜装置的气体供给机构114还包括用于供给能够蚀刻硅膜的气体的第3气体供给源119。在本例中，在第3气体供给源119中准备作为能够蚀刻硅膜的气体的下述气体，或者第3气体供给源119构成为能够产生下述气体。能够蚀刻硅膜的气体氯(Cl2)气本例的第3气体供给源119经由流量控制器123d及开闭阀124d与分散喷嘴125c 相连接。 分散喷嘴125c也由石英管构成且向内侧贯穿歧管103的侧壁而向上方弯曲，如图 1所示，该分散喷嘴125c朝向处理室101的内部垂直延伸。图13A 图13E是表示能够利用第4实施方式的成膜装置执行的成膜方法的一例的剖视图。也能够在形成了非晶硅膜8a的阶段完成接触孔3的填充。然而，在接触孔3的径深比较高(接触孔3在高度方向上细长)的情况下，如图13A所示，有时在非晶硅膜8a中产生空隙9。在本例中，假定产生了空隙9，然后，执行下述处理。首先，使处理室101内的温度为例如使η型硅基板1的温度成为200°C 500°C那样的温度。接下来，打开开闭阀124d、U6c，从非活性气体供给源115经由分散喷嘴125c将氮气供给到处理室101内，从第3气体供给源119经由分散喷嘴125c将氯气(Cl2)供给到处理室101内。通过上述处理，如图1 所示，到接触孔3的中途为止，除去了例如假定在非晶硅膜8a中产生空隙9的区域的非晶硅膜8a。若完成处理，则关闭开闭阀124d而停止供给氯气，并且用氮气吹扫处理室101内的气氛。之后，使排气机构132停止，并且关闭开闭阀U6c，停止供给氮气。接着，使处理室101内的温度为例如使η型硅基板1的温度成为400°C 650°C那样的温度。接下来，打开开闭阀124f、U6d，从非活性气体供给源115经由分散喷嘴125d 将氮气供给到处理室101内，从硅烷类气体供给源121经由分散喷嘴125d将甲硅烷气体 (SiH4)供给到处理室101内。通过上述处理，如图13C所示，在晶种层7上及非晶硅膜8a 上形成硅膜、在本例中为非晶硅膜8b，再度填充接触孔3。若完成处理，则关闭开闭阀124f 而停止供给甲硅烷气体，并且利用氮气吹扫处理室101内的气氛。之后，使排气机构132停止，并且关闭开闭阀U6d，停止供给氮气。例如，如图13D、图13E所示重复上述的沉积、蚀刻，从非晶硅膜8a、8b除去假定产生空隙9的区域，并且用非晶硅膜8a、8b及8c填充接触孔3。若完成最后的非晶硅膜、在本例中为第3层非晶硅膜8c的形成，从处理室101内输出η型硅基板1。在上述的第4实施方式的成膜装置中，也与第1实施方式相同地进行接触孔3的填充工序的最初阶段、即非晶硅膜8a的形成。因此，能够获得与第1实施方式相同的优点。此外，若采用第4实施方式的成膜装置，能够除去产生于非晶硅膜8a、8b的空隙9， 因此，能够消除通过产生空隙而增大电阻的情况。此外，能够在同一成膜装置的处理室内进行非晶硅膜8a、8b的成膜和蚀刻，因此能够获得下述的优点，即，能够不需要在成膜工序和蚀刻工序中进行装置间的输送作业，从而抑制生产率的降低。第5实施方式上述第1实施方式是主要目标在于缩短进行成膜的膜的培养时间且提高填充工序中的生产率的例子。此外，第2实施方式 第4实施方式是谋求提高生产率并且消除伴随着微细化而在接触孔、线中增加接触电阻的情况的例子。作为伴随着微细化而在接触孔、线中增加接触电阻的原因，如第2实施方式 第4实施方式所说明的那样，例如举出1)由自然氧化膜产生的电阻增加的影响显著化；2)接触部的表面积减小；3)填充的导电物的体积小，由产生于导电物内的空隙所引起的体积减小表现明显寸。第5实施方式是欲提供一种用一台成膜装置能够解决1) 3)的情况并且也能够谋求缩短进行成膜的膜的培养时间及提高生产率的成膜装置的例子。图14是概略表示本发明的第5实施方式的成膜装置所包括的气体供给机构的一结构例的框图。如图14所示，第5实施方式的成膜装置所包括的气体供给机构114与第4实施方式的成膜装置的气体供给机构114的不同之处在于，在第5实施方式的成膜装置的气体供给机构114中还包括用于供给能够蚀刻导电体、在本例中为η型硅基板1的第4气体的第 4气体供给源118。在本例中，在第4气体供给源118中准备作为能够蚀刻导电体的气体的下述气体， 或者第4气体供给源118构成为能够产生下述气体。能够蚀刻导电体的气体氟og气本例的第4气体供给源118经由流量控制器123c及开闭阀12 与分散喷嘴125c 相连接。图15是表示能够利用第5实施方式的成膜装置执行的成膜方法的处理气体供给及处理温度的一例的时间图，此外，图16A 图16J是表示该成膜方法的剖视图。首先，图16A所示的截面表示在形成在η型硅基板1上的层间绝缘膜2中形成有到达上述η型硅基板1的接触孔3的时刻。如图16Α所示，形成有接触孔3后，当从蚀刻装置的处理室输出η型硅基板1时， 在暴露于接触孔3的底部的η型硅基板1表面上形成较薄的自然氧化膜4。接着，将形成有上述自然氧化膜4的η型硅基板1输入到图1所示的成膜装置100 的处理室101内。输入后，使用加热装置133使处理室101内的温度为规定的温度。在本例中处理室101内的温度为使η型硅基板1的温度成为20°C 300°C那样的温度。接下来， 打开图14所示的开闭阀12如、1Mb、126a及126b，分别从非活性气体供给源115、第1气体供给源116及第2气体供给源117经由分散喷嘴12如、12恥将氮气(N2)、氨气(NH3)及氟化氢气体(HF)供给到处理室101内(图15中的步骤1 :C0R)。通过上述处理，如图16B所示，除去已暴露于接触孔3的底部的η型硅基板1表面上的自然氧化膜4。若完成处理，则关闭开闭阀12如、1Mb，停止供给氨气及氟化氢气体。与此同时，使用排气机构132，对处理室101内进行排气，并且将氮气供给到处理室101内，用氮气吹扫处理室101内的气氛。之后，使排气机构132停止，并且关闭开闭阀126a、U6b，停止供给氮气。接着，与第2实施方式相同地使处理室101内的温度为例如使η型硅基板1的温度成为20°C 300°C那样的温度。接下来，打开开闭阀12k、U6c，从非活性气体供给源115 经由分散喷嘴125c将氮气供给到处理室101内，从第4气体供给源118经由分散喷嘴125c 将氟气(F2)供给到处理室101内(图15中的步骤2 :Si recess (凹进))。通过上述处理，如图16C所示，如附图标记5所示那样挖掘已暴露于接触孔3的底部的η型硅基板1。若完成处理，则关闭开闭阀12 而停止供给氟气，并且用氮气吹扫处理室101内的气氛。之后， 使排气机构132停止，并且关闭开闭阀U6c，停止供给氮气。接着，与第3实施方式同样地使处理室101内的温度为例如使η型硅基板1的温度成为400°C 650°C那样的温度。接下来，打开开闭阀12^、U6d，从非活性气体供给源 115经由分散喷嘴125d将氮气供给到处理室101内，从掺杂剂气体供给源120经由分散喷嘴125d将磷化氢气体(PH3)供给到处理室101内(图15中的步骤3 :PH3 adsorption)。通过上述处理，如图16D所示，如附图标记6所示那样在被挖掘的η型硅基板1的表面上吸附作为η型杂质的磷(P)，提高η型硅基板1的表面部分的η型杂质浓度。其结果，降低η型硅基板1的表面部分的电阻值。若完成处理，则关闭开闭阀12 而停止供给磷化氢气体， 并且用氮气吹扫处理室101内的气氛。之后，使排气机构132停止，并且关闭开闭阀U6d， 停止供给氮气。接着，与第1实施方式相同地使处理室101内的温度为例如使η型硅基板1的温度成为300°C 550°C那样的温度。接下来，打开开闭阀124g、U6e，从非活性气体供给源 115经由分散喷嘴12 将氮气供给到处理室101内，从氨基硅烷类气体供给源122经由分散喷嘴12 将二异丙基氨基硅烷(yl 乂口 O 7 S 7 *，> :DIPAS，在图15中记载为I^re-X)供给到处理室101内(图15中的步骤4 :Seed (晶种))。通过上述处理，如图 16E所示，在层间绝缘膜2及被挖掘的η型硅基板1的表面上形成晶种层7。若完成处理， 则关闭开闭阀124g而停止供给二异丙基氨基硅烷，并且用氮气吹扫处理室101内的气氛。 之后，使排气机构132停止，并且关闭开闭阀U6e，停止供给氮气。接着，使处理室101内的温度为例如使η型硅基板1的温度成为400°C 650°C那样的温度。接下来，打开开闭阀124f、U6d，从非活性气体供给源115经由分散喷嘴125d 将氮气供给到处理室101内，从硅烷类气体供给源121经由分散喷嘴125d将甲硅烷气体 (SiH4)供给到处理室101内(图15中的步骤5 :D印o(沉积))。通过上述处理，如图16F所示，在晶种层7上形成硅膜、在本例中为非晶硅膜8a，使其填充接触孔3。若完成处理，则关闭开闭阀124f而停止供给甲硅烷气体，并且用氮气吹扫处理室101内的气氛。之后，使排气机构132停止，并且关闭开闭阀U6d，停止供给氮气。此外，在本例中，也能够从掺杂剂气体供给源120经由分散喷嘴125d将掺杂剂导入到非晶硅膜8a，与第3实施方式的变形例相同地形成掺杂的非晶硅膜8a*。此外，在本例中，也能够在形成了非晶硅膜8a的阶段，完成接触孔3的填充。然而， 也能够如第4实施方式那样，重复蚀刻和成膜，一边从非晶硅膜8a除去空隙9，一边进行成膜。在本例中，假定产生了空隙9，进一步执行下述处理。与第4实施方式相同地使处理室101内的温度为例如使η型硅基板1的温度成为 200°C 500°C那样的温度。接下来，打开开闭阀124d、U6c，从非活性气体供给源115经由分散喷嘴125c将氮气供给到处理室101内，从第3气体供给源119经由分散喷嘴125c将氯气(Cl2)供给到处理室101内(图15中的步骤6 :Etch(蚀刻))。通过上述处理，如图16G 所示，到接触孔3的中途为止，除去例如假定在非晶硅膜8a中产生空隙9的区域的非晶硅膜8a。若完成处理，则关闭开闭阀124d而停止供给氯气，并且用氮气吹扫处理室101内的气氛。之后，使排气机构132停止，并且关闭开闭阀U6c，停止供给氮气。
接着，使处理室101内的温度为例如使η型硅基板1的温度成为400°C 650°C那样的温度。接下来，打开开闭阀124f、U6d，从非活性气体供给源115经由分散喷嘴125d 将氮气供给到处理室101内，从硅烷类气体供给源121经由分散喷嘴125d将甲硅烷气体 (SiH4)供给到处理室101内(图15中的步骤7 :D印o(沉积))。通过上述处理，如图16H所示，在晶种层7上及非晶硅膜8a上形成硅膜、在本例中为非晶硅膜8b，使其再度填充接触孔
3。若完成处理，则关闭开闭阀124f而停止供给甲硅烷气体，用氮气吹扫处理室101内的气氛。之后，使排气机构132停止，并且关闭开闭阀U6d，停止供给氮气。例如，如图161、图16J所示地重复上述的沉积、蚀刻，从非晶硅膜8a、8b除去假定产生空隙9的区域，并且利用非晶硅膜8a、8b及8c填充接触孔3。若完成最后的非晶硅膜、 在本例中为第3层非晶硅膜8c的形成，则从处理室101内输出η型硅基板1。此外，在非晶硅膜8b、8c中也可以与第3实施方式的变形例相同地形成为掺杂的非晶硅膜。如上所述那样完成使用第5实施方式的成膜装置的成膜方法、在本例中为接触孔 3的填充工艺。若采用上述的第5实施方式的成膜装置，即使伴随着接触孔的微细化，也能够获得下述优点(1)在步骤1中，从暴露于接触孔3的底部的η型硅基板1表面上除去自然氧化膜
4。因此，能够抑制由自然氧化膜4导致的接触电阻增加；(2)在步骤2中，挖掘已暴露于接触孔3的底部的η型硅基板1。因此，与不挖掘η 型硅基板1的情况相比能够增大接触部的表面积，能够抑制由接触部的表面积减小而引起的接触电阻增加；(3)维持上述(1)、(幻的优点，并且在步骤4中，使用氨基硅烷类气体形成晶种层 7。因此，能够获得下述优点，即，能够缩短步骤5中的使用硅烷类气体形成的非晶硅膜8a 的培养时间。而且，能够仅通过使用一台成膜装置100进行处理而获得上述⑴ (3)的优点。此外，在上述第5实施方式中，(4)在步骤6、7中，通过重复非晶硅膜的沉积及蚀刻，从而除去可能产生于沉积的非晶硅膜中的空隙。因此，能够获得下述优点，即，能够抑制填充到接触孔3内的非晶硅膜的、由空隙产生的体积减小，能够抑制由体积减小产生的接触电阻增加。此外，在上述第5实施方式中，(5)在步骤3中，在被挖掘的η型硅基板1的表面上吸附作为η型杂质的磷(P)。 因此，能够获得下述优点，即，能够提高η型硅基板1的表面部分的η型杂质浓度，能够降低 η型硅基板1的表面部分的电阻值。也能够仅使用一台成膜装置100进行处理而在获得上述(1) (3)的优点的同时，获得上述⑷、(5)的优点。从而，若采用第5实施方式的成膜装置，能够提供一种成膜装置，其即使在伴随着微细化的接触孔中也能够进行能够抑制或者减少接触电阻增加的成膜，并且能够谋求缩短进行成膜的膜的培养时间，提高生产率。以上，虽然按照第1实施方式 第5实施方式说明本发明，但是本发明并不限定于上述第1实施方式 第5实施方式，本发明能够进行各种变形。例如，在上述第5实施方式中，在步骤6中蚀刻非晶硅膜8a后，接着，在步骤7中使用不包含氨基的硅烷类气体形成非晶硅膜8b。然而，也能够在到接触孔3的中途为止除去非晶硅膜8a后，将氨基硅烷类气体再度供给到处理室101内，在层间绝缘膜2及非晶硅膜8a表面上形成新的晶种层，之后，将不包含氨基的硅烷类气体到再度供给处理室101内，在新的晶种层上形成新的非晶硅膜Sb。此外，在上述第5实施方式中，说明将成膜装置100应用于到达η型硅基板1的接触孔3内的填充工艺的例子。然而，并不限于接触孔3内的填充工艺，也能够将上述成膜装置100具有上述优点地应用于凹状的线的填充工艺。此外，接触孔3并不限于到达η型硅基板1的接触孔，也可以是到达ρ型硅基板的接触孔，也可以是到达形成于η型或者P型的硅基板的接触孔、或者到达凹下部(well)的源极(source)区域、漏极(drain)区域那样的活性区域的接触孔。此外，不仅是到达半导体区域的接触孔，也可以是到达铜等金属布线的接触孔。能够在到达金属布线那样的到达半导体区域以外的情况下，省略图15所示的步骤3、也就是说省略掺杂剂的吸附工序。此外，虽然在上述第1实施方式 第5实施方式中，使用二异丙基氨基硅烷(” λ y α τ ^ 7 ν 7 > =DIPAS)作为氨基硅烷类气体，但是也能够在DIPAS之外使用下述的氨基硅烷类气体，BAS为丁基氨基硅烷(7· 手卟7 S 7 *，> )、BTBAS为双叔丁基氨基硅烷(匕· 7夕一* Y〗J 7··手卟7 S 7 *，> )、DMAS为二甲氨基硅烷(夕乂子卟了笑乂〉，> )、BDMAS为双(二甲氨基)硅烷(匕义夕乂子卟了笑乂〉，> )、TDMAS为(三(二甲氨基)硅烷)(卜'J夕乂子卟了笑乂〉，> )、DEAS为二乙基氨基硅烷(夕工子卟7笑乂〉，> )、BDEAS为双(二乙基氨基)硅烷(匕·义夕工手卟7 S 7 *，> )、DPAS为二丙基氨基硅烷(夕口匕。卟7笑乂〉，> )。此外，虽然在上述一实施方式中，使用甲硅烷气体(SiH4)作为不包含氨基的硅烷类气体，但是也能够在SiH4之外使用下述的不包含氨基的硅烷类气体作为不含有氨基的硅烷类气体，SiH6,Si2H4、Si2H6、以SimH2_(其中，m为3以上的自然数)的式表示的硅的氢化物、以SinHa^其中，η为3以上的自然数)的式表示的硅的氢化物。作为以上述SimH2l^2(其中，m为3以上的自然数)的式表示的硅的氢化物，能够使用下述物质中的至少一种，丙硅烷(Si3H8)、丁硅烷(Si4H10)、戊硅烷(Si5H12)、
己硅烷(Si6H14)、
庚硅烷(Si7H16)。
此外，作为以上述SinH2n(其中，η为3以上的自然数)的形式表示的硅的氢化物，能够使用下述物质中的至少一种，
环丙硅烷(Si3H6)、
环丁硅烷(Si4H8)、
环戊硅烷(Si5H10)、
环己硅烷(Si6H12)、
环庚硅烷(Si7H14)。
此外，也能够在上述第3实施方式 第5实施方式中省略构成要件。
例如，能够从第3实施方式的图9所示的气体供给机构114中省略第1气体供给
源116及第2气体供给源117。此外，能够从第4实施方式的图12所示的气体供给机构114中省略第1气体供给源116、第2气体供给源117及掺杂剂气体供给源120的至少任意一个。此外，能够从第5实施方式的图14所示的气体供给机构114中省略第1气体供给源116、第2气体供给源117、第3气体供给源119及掺杂剂气体供给源120的至少任意一个。发明的效果若采用本发明，能够提供一种成膜装置，其能够提高填充工序中的生产率且即使是多用填充工序的半导体集成电路装置也能够发挥良好的生产能力。除此之外，本发明能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变形。关联申请的相互参照本申请基于在2010年10月四日向日本专利厅提出的日本特许出愿编号第 2010-243130号及于2011年9月22日提出的日本特许出愿编号第2011-207962号主张优先权的利益，以参照的方式将其全部公开内容包含在本说明书中。
权利要求
1.一种成膜装置，其能够用于填充被形成在绝缘膜中的、到达导电体的开孔，其特征在于，其包括一个处理室，其用于容纳被处理体，该被处理体在上述导电体上形成有具有到达该导电体的开孔的绝缘膜；气体供给机构，其用于向上述处理室内供给氨基硅烷类气体及不包含氨基的硅烷类气体，在上述一个处理室内依次执行下述处理(1)向上述处理室内供给上述氨基硅烷类气体而在具有到达上述导电体的开孔的绝缘膜的表面及上述开孔的底部的表面上形成晶种层的处理；(2)向上述处理室内供给上述不包含氨基的硅烷类气体而在上述晶种层之上形成硅膜的处理。
2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，在上述处理室内还包括用于供给能够除去形成在上述导电体之上的自然氧化膜的第1 气体的气体供给机构，在上述一个处理室内还执行下述处理(3)向容纳有上述被处理体的上述处理室内供给上述第1气体而除去已暴露于上述开孔的底部的上述导电体表面之上的自然氧化膜的处理。
3.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，在上述处理室内还包括用于供给能够蚀刻上述导电体的第2气体的气体供给机构， 在上述一个处理室内还执行下述处理(4)向上述处理室内供给上述第2气体而挖掘上述开孔的底部的上述导电体的处理。
4.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，在上述处理室内还包括用于供给能够蚀刻上述硅膜的第3气体的第3气体供给机构， 在上述O)的处理之后，重复执行下述处理，直至上述开孔被上述硅膜及新的硅膜填充(5)向上述处理室内供给上述第3气体而直到上述开孔的中途为止除去上述硅膜的处理；(6)向上述处理室内再度供给上述不包含氨基的硅烷类气体而在上述硅膜之上形成上述新的硅膜的处理。
5.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，在上述处理室内还包括用于供给能够蚀刻上述硅膜的第4气体的第4气体供给机构， 在上述O)的处理之后，重复执行下述处理，直至上述开孔被上述硅膜及新的硅膜填充(7)向上述处理室内供给上述第4气体而直到上述开孔的中途为止除去上述硅膜的处理；(8)向上述处理室内再度供给上述氨基硅烷类气体而在上述绝缘膜及上述硅膜的表面上形成新的晶种层的处理；(9)向上述处理室内再度供给上述不包含氨基的硅烷类气体而在上述新的晶种层之上形成上述新的硅膜的处理。
6.根据权利要求4所述的成膜装置，其特征在于，在上述处理室内还包括用于供给第5气体的第5气体供给机构，该第5气体包含作为半导体的掺杂剂的物质，在上述导电体为半导体时执行下述处理(10)向上述处理室内供给上述第5气体来降低上述半导体的表面部分的电阻值的处理；及/或(11)向上述处理室内供给上述第5气体而使上述硅膜和上述新的硅膜的至少任意一种中含有上述掺杂剂的处理。
7.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，上述氨基硅烧类气体从包含BAS、BTBAS、DMAS、BDMAS、TDMAS、DEAS、BDEAS、DPAS以及 DIPAS中的至少一种的气体选择，BAS为丁基氨基硅烷；BTBAS为双叔丁基氨基硅烷；DMAS为二甲氨基硅烷；BDMAS为双 (二甲氨基)硅烷；TDMAS为(三(二甲氨基)硅烷)；DEAS为二乙基氨基硅烷；BDEAS为双 (二乙基氨基)硅烷；DPAS为二丙基氨基硅烷；DIPAS为二异丙基氨基硅烷；上述不包含氨基的硅烷类气体从包含SiH4、SiH6、Si2H4、Si2H6、&SimH2m+2的式表示的硅的氢化物以及以SinH2n的式表示的硅的氢化物中的至少一种的气体选择，其中，m为3以上的自然数，η为3以上的自然数。
8.根据权利要求7所述的成膜装置，其特征在于，以上述SimH2m+2的式表示的硅的氢化物从丙硅烷即Si3H8、丁硅烷即Si4Hltl、戊硅烷即 Si5H12、己硅烷即Si6H14、庚硅烷即Si7H16中的至少一种选择，其中，m为3以上的自然数，以上述SinH2n的式表示的硅的氢化物从环丙硅烷即Si3H6、环丁硅烷即Si4H8、环戊硅烷即Si5Hltl、环己硅烷即Si6H12、环庚硅烷即Si7H14中的至少任意一种选择，其中，η为3以上的自然数。
全文摘要
本发明提供一种成膜装置，其包括用于供给氨基硅烷类气体的供给机构及用于供给不包含氨基的硅烷类气体的供给机构，并且在一个处理室内依次执行下述处理，即，供给氨基硅烷类气体而在具有到达导电体的开孔的绝缘膜的表面及上述开孔的底部的表面上形成晶种层的处理，以及供给不包含氨基的硅烷类气体而在晶种层上形成硅膜的处理。
文档编号C23C16/44GK102543795SQ20111033897
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月31日 优先权日2010年10月29日
发明者小森克彦, 柿本明修, 长谷部一秀 申请人:东京毅力科创株式会社