(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽に基板を載置して、反応ガスを用いて、基板に薄膜を形成する薄膜形成方法において、
前記処理槽内の圧力を調整する圧力調整ステップと、
前記反応ガスとキャリアガスとを、前記処理槽に導入し、前記基板に薄膜を形成する成膜ステップと、
前記処理槽内のガスを置換する置換ステップとを備え、
前記成膜ステップは、前記キャリアガスとしてＨｅを用いて成膜を行う前期成膜ステップと、
前記前期成膜ステップの後、前記キャリアガスとして、Ｎ２を用いて成膜を行う後期成膜ステップとを含むことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
前記前期成膜ステップにおいては、前記基板に形成する薄膜が所定の厚さの半分になるまで成膜を行い、
前記後期成膜ステップにおいては、前記基板に形成する薄膜が所定の厚さになるまで成膜を行うことを特徴とする請求項５に記載の薄膜形成方法。
【請求項３】
前記圧力調整ステップにおいては、前記処理槽の圧力を調整するガスとして、Ｎ２を用いることを特徴とする請求項1または２に記載の薄膜形成方法。
【請求項４】
前記置換ステップにおいては、置換用のガスとして、Ｎ２を用いることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の薄膜形成方法。
【請求項５】
前記成膜ステップは、ＣＶＤ法により行うことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、薄膜形成方法に関する。さらに具体的には、基板に薄膜を形成する装置において用いられるガスの使用量を調整する薄膜形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、処理槽内で薄膜を形成する場合に一般に用いられる方法を示すフロー図である。
図５に示すように、処理槽内部の圧力を調整する圧力調整ステップＳ１０と、処理槽内に載置された基板に薄膜を形成する成膜ステップＳ２０と、処理槽内の雰囲気を置換する置換ステップＳ３０により、基板への薄膜形成が行われる。
【０００３】
このような、薄膜の形成における、圧力調整ステップＳ１０においては、処理槽内の圧力を調整し、かつ圧力を安定化させるガスとしてＨｅを用いる。また、成膜ステップＳ２０においては、薄膜形成用の反応ガスの供給に用いるキャリアガスとして、Ｈｅガスを用いる。さらに、置換ステップＳ３０においては、処理槽内を置換するパージガスとしてＨｅが用いられる。
【０００４】
このように、各ステップにおいてＨｅを用いる理由としては、Ｈｅの分子量が軽いこと、また、Ｈｅが、反応性に乏しく、成膜に用いる反応ガスとの化学的、物理的な相互作用が少ないことなどがあげられる。即ち、Ｈｅを使用すれば、成膜用の反応ガス本来の成膜反応が円滑に進み、微細な溝や、孔を、ボイドの発生無く埋め込むことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ｈｅは、一般に、高価であり、特に日本では、Ｎ２の約１０倍になる場合もある。このため、例えば上述した薄膜形成の場合などのように、Ｈｅを大量に用いるプロセスでは、一般にランニングコストが大きくなってしまう。
【０００６】
従って、ランニングコストを下げるため、Ｈｅより安価なＮ２を用いる場合がある。高エネルギーのプラズマや光などの励起手段等を用いない一般的な熱ＣＶＤ法により行われ、かつ、６００度以下の温度で行われる薄膜形成方法においては、Ｎ２も、成膜用の反応ガスとはほとんど化学的に反応しない。
【０００７】
しかし、Ｎ２分子の質量はＨｅの７倍と重く、また、これにより、気体密度の差はＨｅの５倍、平均自由工程の差はＨｅの３倍と大きい。従って、Ｎ２は、反応ガスとの物理的相互作用が大きい。このため、微細な溝や孔への埋め込みがＨｅに比べ劣化する。その結果、Ｎ２を用いて、ボイドが発生しないように薄膜形成を行おうとすれば、溝や孔の限界サイズが大きくなってしまう。
【０００８】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、埋め込み性の劣化を抑え、かつ、ランニングコストを下げることを可能にする薄膜の形成方法を提案するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の薄膜形成方法は、処理槽に基板を載置して、反応ガスを用いて、基板に薄膜を形成する薄膜形成方法において、
前記処理槽内の圧力を調整する圧力調整ステップと、
前記反応ガスとキャリアガスとを前記処理槽に導入し、前記基板に薄膜を形成する成膜ステップと、
前記処理槽内のガスを置換する置換ステップとを備え、
前記成膜ステップは、前記キャリアガスとしてＨｅを用いて成膜を行う前期成膜ステップと、
前記前期成膜ステップの後、前記キャリアガスとして、Ｎ２を用いて成膜を行う後期成膜ステップとを含むものである。
【００１４】
また、この発明の薄膜形成方法は、前記前期成膜ステップにおいて、前記基板に形成する薄膜が所定の厚さの半分になるまで成膜を行い、
前記後期成膜ステップにおいては、前記基板に形成する薄膜が所定の厚さになるまで成膜を行うものである。
【００１５】
また、この発明の薄膜形成方法は、前記圧力調整ステップにおいて、前記処理槽の圧力を調整するガスとして、Ｎ２を用いるものである。
【００１６】
また、この発明の薄膜形成方法は、前記置換ステップにおいて、置換用のガスとして、Ｎ２を用いるものである。
【００１７】
また、この発明の薄膜形成方法は、前記成膜ステップを、ＣＶＤ法により行うものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００１９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１において用いるＣＶＤ装置の概略構成を示す図である。
図１において、符号１００は、この実施の形態において用いるＣＶＤ装置を示す。
【００２０】
符号２は、処理槽を示す。処理槽２は、基板に薄膜を形成する処理を行う部分である。符号４は、気化器を示す。気化器４は導入された液体材料を気化させる部分である。符号８は、Ｎ２導入口、符号１０はＨｅ導入口を示す。Ｎ２導入口８及びＨｅ導入口１０からは、それぞれ、Ｎ２及びＨｅが導入される。符号１２及び符号１４は、配管を示す。
【００２１】
符号６は、ＴＥＯＳ導入口、符号１６は、Ｂ含有有機液体材料導入口、符号１８は、Ｐ含有有機液体材料導入口である。ＴＥＯＳ導入口６、Ｂ含有有機液体材料導入口１６、Ｐ含有有機液体材料導入口１８からは、成膜用に用いられる液体材料、ＴＥＯＳ、Ｂ含有有機材料、Ｐ含有有機材料が導入される。
ＴＥＯＳ導入口６、Ｂ含有有機液体材料導入口１６、あるいは、Ｐ含有有機液体材料導入口１８及びＮ２導入口８及びＨｅ導入口１０は、それぞれ、配管１２を介して、気化器４に接続され、気化器４は、配管１４を介して処理槽２に接続される。
【００２２】
また、符号２０は、ガス排出口を示す。ガス排出口２０には、排気を促すための吸引ポンプ（図示せず）が備えられている。ガス排出口２０は、処理槽２に備えられ、処理槽２内部の反応後のガス及び未反応のガスを排出する。
【００２３】
符号２２は、支持台、符号２４は、基板を示す。支持台２２は、処理槽２の下部のほぼ中央に配置され、薄膜を形成する基板２４を支持する部分である。支持台２２の下部には、加熱手段（図示せず）が備えられ、支持台２２の上に載置された基板２４を加熱することができる。
【００２４】
このように構成されたＣＶＤ装置１００を用いて、薄膜を形成する方法について説明する。
図２は、この発明の実施の形態１における薄膜形成方法を説明するフロー図である。
【００２５】
図２に示すように、まず、薄膜を形成する基板２４をＣＶＤ装置１００の支持台２２の上に載置する。
次にステップＳ１０に示すように、圧力調整ステップをおこなう。
まず、処理槽２内に、３つのＮ２導入口８から、それぞれ約５（ｌ／ｍｉｎ）ずつ、合計約１５（ｌ／ｍｉｎ）のＮ２を導入する。Ｎ２は、各Ｎ２ガス導入口８から導入され、配管１２、気化器４及び配管１４を介し、処理槽２に充填される。Ｎ２の導入は、処理槽２内が所定の圧力になるまで続けられた後、停止する。
【００２６】
次に、ステップＳ２０に示すように、Ｈｅをキャリアガスとして、成膜ステップを行う。
まず、ＴＥＯＳ導入口６からは、液体材料としてＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ；Ｅｔｈｙｌ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）の液体を導入する。ＴＥＯＳの液体は、配管１２を通り、気化器４に導入される。気化器４において、液体材料は気化されて反応ガスとなる。
同時に、Ｈｅ導入口１０から約５（ｌ／ｍｉｎ）のＨｅを導入する。ここで、Ｈｅは、反応ガスのキャリアガスとして機能する。Ｈｅ導入口１０から導入されたＨｅと、反応ガスとは、気化器４において混合される。
【００２７】
また、Ｂ含有有機液体材料導入口１６からは、Ｂ含有有機液体材料を導入する。Ｂ含有有機液体材料は、配管１２を介して気化器４に導入され、気化される。同時に、Ｈｅ導入口１０からは約５（ｌ／ｍｉｎ）のＨｅが導入され、配管１２を介して気化器４に導入されている。気化器４において、反応ガスとＨｅとが混合される。
【００２８】
さらに、Ｐ含有有機液体材料導入口１８からは、Ｐ含有有機液体材料を導入する。Ｐ含有有機液体材料は、配管１２を介して気化器４に導入され、気化される。同時に、Ｈｅ導入口１０からは約５（ｌ／ｍｉｎ）のＨｅが導入され、配管１２を介して気化器４に導入されている。気化器４において、反応ガスとＨｅとが混合される。
【００２９】
以上のようにして、各気化器４において混合されたガスは、配管１４を介して、処理槽２に同時に導入される。
【００３０】
このようにして、基板２４上にはＢＰＳＧ膜（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）が成膜される。
尚、成膜の際は、基板２４の下部の支持台２２から基板２４は加熱され、この熱と反応ガスとにより反応が起こり、基板上に薄膜が形成する。
また、成膜の際は、反応後のガス及び未反応のガスが、ガス排出口２０から吸引ポンプにより排出され、一方では、反応ガスとＨｅとの混合ガスが供給されつづけ、濃度や圧力は所定の範囲内に保たれている。ＢＰＳＧ膜の成膜が完成した後、反応ガス及びＨｅの供給が停止される。
【００３１】
次に、処理槽２を置換するための置換ステップ３０に入る。
置換ステップ３０では、Ｎ２を置換用のパージガスとして用いる。各Ｎ２導入管８から、Ｎ２の導入が開始され、配管１２、気化器４、配管１４を介して、処理槽２内に、Ｎ２の供給が開始される。このとき、ガス排出口２０から、吸引ポンプにより、処理槽２内の雰囲気が吸引される。
これによって、処理槽２内の雰囲気を置換することができる。
【００３２】
以上説明したように、この実施の形態では、圧力調整ステップＳ１０における圧力調整用のガスと、置換ステップＳ３０におけるパージガスとして、Ｎ２を用い、成膜ステップにおいてのみＨｅを用いる。従って、割高となりやすいＨｅの使用量を抑え、コストダウンを図ることができる。また、薄膜の埋め込み性などに直接影響を与える成膜ステップでは、Ｈｅを用いるため、埋め込み性の劣化などを抑え、ボイドの発生を防ぐことができる。
【００３３】
具体的に、この方法による薄膜形成方法の場合、成膜ステップＳ２０で用いるキャリアガスの量は、その他のステップをあわせたガスの使用総量に対して約５０％程度である。従って、他のステップにおいて使用するガスをＮ２にしたことによりＨｅの使用量を５０％に抑えることができる。例えば、Ｈｅの価格がＮ２の１０倍であるとすれば、ランニングコストは４５％削減することができることになる。
【００３４】
尚、この実施の形態は液体材料を用いた熱ＣＶＤ法による成膜について説明したが、これに限るものではない。例えば、反応ガスとして室温で気体のＳｉＨ４を用い、希釈ガスとしてＨｅを用いて行うような薄膜形成方法など、他の方法であってもよく、この場合にも、埋め込み性などに直接影響を与える成膜のステップにおいてのみＨｅを使用するようにすればよい。
【００３５】
また、実施の形態１では、液体材料としてＴＥＯＳ、Ｂ含有有機液体材料及びＰ含有有機液体材料を用いてＢPＳＧ膜を形成した。しかしこれに限るものではなく、例えば、ＢやＰが無添加のシリコン酸化膜など他の薄膜を形成するものであってもよい。
【００３６】
また、実施の形態１では、ＴＥＯＳ、Ｂ含有有機液体材料、Ｐ含有有機液体材料を気化させて反応ガスとして用いた。しかし、これらの材料と共に、反応ガスとして、Ｏ３を導入してもよい。
【００３７】
また、この実施の形態においては、圧力調整用、置換用のガスとして、共に、Ｎ２を用いたが、圧力調整用あるいは置換用のガスとしてはＨｅを用いて、他方のみＮ２を用いてもよい。これによってもある程度は、コストの削減を図ることは可能である。
【００３８】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２における薄膜形成方法を示す図である。実施の形態２においても、実施の形態１と同様のＣＶＤ装置１００を用いて説明する。
【００３９】
まず、圧力調整ステップＳ１０を行う。ここでは、実施の形態１と同様にＮ２を用いて圧力調整を行う。
【００４０】
ステップＳ１０終了後、基板２４に薄膜を形成する成膜ステップＳ２０を開始する。
まず、ＴＥＯＳ導入口６からは、液体材料であるＴＥＯＳの液体が導入され気化器４において気化され、反応ガスとなる。
同時に、Ｎ２導入口８とＨｅ導入口１０からは、それぞれ、Ｎ２とＨｅとが配管１２を介して気化器４に導入される。このとき、Ｈｅは、Ｎ２とは１：２の割合になるように導入し、Ｎ２とＨｅとの混合ガスからなるキャリアガス中のＨｅの割合が、Ｎ２の割合よりも小さくなるようにする。
このキャリアガスと反応ガスとは、気化器４において混ぜ合わされた後、配管１４を介して処理槽２に導入され、基板に薄膜が形成される。
【００４１】
成膜完了後、処理槽２内の雰囲気を置換する置換ステップＳ３０がＮ２を用いて行われる。
その他の部分は実施の形態１と同様であるから説明を省略する。
【００４２】
この方法によれば、Ｈｅの使用量はさらに抑えることができる。また、Ｎ２のみをキャリアガスとして用いて成膜する場合よりも埋め込み性もよい。但しＨｅのみをキャリアガスとする場合に比べれば埋め込み性は劣る。
【００４３】
実施の形態１に示すように、キャリアガスとしてＨｅ１００％とするか、Ｎ２との混合ガスを用いるかは、対象となる基板の設計等から埋め込み性を考慮して適宜変えればよい。多くの場合には、成膜工程に続いて、熱処理工程が存在し、その熱処理工程により埋め込み性が異なることなどから、一義的な判断を下すことはできない。
【００４４】
尚、実施の形態２においては、成膜終了後の基板に対し、８５０℃、３０分の熱処理を施し、ギャップサイズ１００ｎｍ、アスペクト比５〜８の微細なパターンに対しボイドなしで埋め込むことができることを確認した。
【００４５】
尚、この実施の形態においては、埋め込み性などを考慮して、Ｎ２とＨｅの割合を２：１とし、Ｈｅの割合が少ないものとしたが、これに限るものではなく、Ｎ２が少ないものであってもよい。
【００４６】
また、実施の形態２では、ＢやＰが無添加のシリコン酸化膜を形成したが、実施の形態１に記載した方法で、ＢＰＳＧを形成するなど、他の薄膜の形成に用いるものであってもよい。
【００４７】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３における成膜方法を説明するためのフロー図である。実施の形態３においても、実施の形態１で説明したものと同じＣＶＤ装置１００を用いる。
【００４８】
まず、処理槽２内の圧力を調整する圧力調整ステップＳ１０を行う。ここでは、圧力調整用のガスとして、Ｎ２を用いる。
【００４９】
ステップＳ１０終了後、Ｈｅをキャリアガスとして、前期成膜ステップＳ２２を行う。
まずＴＥＯＳ導入口６から、ＴＥＯＳの液体材料を導入し、気化器４において気化して、反応ガスをつくる。同時に、Ｈｅ導入口１０から、Ｈｅを導入する。Ｈｅ導入口１０から導入されたＨｅと気化された反応ガスとが気化器４で混合され、配管１４を介して処理槽２に充填される。このようにして、基板２４上には、所定の膜厚の半分間までシリコン酸化膜を形成し、Ｈｅの導入を停止する。
【００５０】
次に、Ｎ２をキャリアガスとして、後期成膜ステップＳ２４を行う。
まず、Ｎ２導入口８から、Ｎ２の導入を開始する。Ｎ２導入口８から導入されたＮ２は、配管１２を介して気化器４に導入され、気化器４内で、反応ガスと混ぜあわされる。Ｎ２と反応ガスとの混合ガスは、気化器４から配管１４を介して処理槽２内に導入され、所定の厚さになるまでシリコン酸化膜が形成される。
【００５１】
その他の部分は、実施の形態１及び２と同様であるから説明を省略する。
この方法によれば、成膜ステップにおいても、ボイドの発生などに意味のある工程のみＨｅを用いることができる。従って、Ｈｅの使用量をおさえ、ランニングコストを下げることができる。また、埋め込み性を劣化させるなどの影響を与える場合にはＨｅを用いているため、ボイドの発生などを抑えることができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、成膜過程において、埋め込み性に影響を与えるステップでのみＨｅガスを用い、他のステップにおいては、安価なＮ２ガスを用いる。従って、ボイドの発生などを抑えつつ、かつ、ランニングコストを抑えて、薄膜を形成することができる。
【００５３】
またこの発明において、埋め込み性に影響を与える成膜ステップで、キャリアガスとして、ＨｅとＮ２との混合ガスを用いることもできる。この場合、高価なＨｅの使用量をさらに少なくすることができ、さらにランニングコストを下げることができる。
【００５４】
またこの発明において、埋め込み性に影響を与える前期の成膜ステップにおいてのみキャリアガスとしてＨｅを用いるものにおいては、さらにＨｅの使用量を抑えて、ランニングコストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明におけるＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】  この発明の実施の形態１における成膜方法を示すフロー図である。
【図３】  この発明の実施の形態２における成膜方法を示すフロー図である。
【図４】  この発明の実施の形態３における成膜方法を示すフロー図である。
【図５】  従来の成膜方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
１００  ＣＶＤ装置
２  処理槽
４  気化器
６  ＴＥＯＳ導入口
８  Ｎ２導入口
１０  Ｈｅ導入口
１２  配管
１４  配管
１６  Ｂ含有有機液体材料導入口
１８  Ｐ含有有機液体材料導入口
２０  ガス排出口
２２  支持台
２４  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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