特許 7563845 成膜方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】成膜方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20241001BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20241001BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20241001BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 C

H01L21/316 X

C23C16/42

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020208755

(22)【出願日】2020-12-16

(65)【公開番号】P2022095428

(43)【公開日】2022-06-28

【審査請求日】2023-08-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】駒井 優

【審査官】河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１３１２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２２２８５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／０４５１３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－０３８１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１４２５７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１６１７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１７５０５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８６１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８６５４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

Ｃ２３Ｃ １６／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理容器内において基板の表面に形成された凹部にシリコン酸化膜を成膜する方法であって、
（ａ）基板にシリコン含有ガスを吸着させる工程と、
（ｂ）所望の圧力において、前記基板を、酸素ガス及び不活性ガスを含む酸化ガスから形成されたプラズマに曝露する工程と、
（ｃ）前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）を繰り返す工程と、
を有し、
前記工程（ｂ）において、前記所望の圧力と、前記処理容器内の圧力ごとに酸素ガスと不活性ガスとの比率とローディング効果に関する情報とが対応付けされた対応情報とに基づいて、酸素ガスと不活性ガスとの比率を決定する、
成膜方法。

【請求項2】

前記工程（ｂ）は、前記処理容器内を真空ポンプによる引き切りの状態で行われる、
請求項１に記載の成膜方法。

【請求項3】

前記不活性ガスは、窒素ガスであり、
酸素ガスと窒素ガスとの比率は、５：１～２：１である、
請求項１又は２に記載の成膜方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、成膜方法に関する。

【背景技術】

【0002】

室温下の反応管内にジイソプロピルアミノシランと酸素ラジカルとを交互に繰り返し供給することで、ウエハＷにシリコン酸化膜を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－２０６５００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、所望の圧力におけるローディング効果を改善できる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様による成膜方法は、処理容器内において基板の表面に形成された凹部にシリコン酸化膜を成膜する方法であって、（ａ）基板にシリコン含有ガスを吸着させる工程と、（ｂ）所望の圧力において、前記基板を、酸素ガス及び不活性ガスを含む酸化ガスから形成されたプラズマに曝露する工程と、（ｃ）前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）を繰り返す工程と、を有し、前記工程（ｂ）において、前記所望の圧力と、前記処理容器内の圧力ごとに酸素ガスと不活性ガスとの比率とローディング効果に関する情報とが対応付けされた対応情報とに基づいて、酸素ガスと不活性ガスとの比率を決定する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、所望の圧力におけるローディング効果を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態の成膜装置の一例を示す概略縦断面図

【図2】実施形態の成膜装置の一例を示す概略横断面図

【図3】実施形態の成膜装置の制御部の構成例を示す図

【図4】実施形態の成膜方法の一例を示す図

【図5】ローディング効果が改善するメカニズムを説明する図

【図6】実施例１の評価結果を示す図

【図7】実施例２の評価結果を示す図

【図8】実施例３の評価結果を示す図

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。

【0009】

〔成膜装置〕
図１～図３を参照し、実施形態の成膜装置の一例について説明する。本実施形態では、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法により、シリコン酸化膜を形成する場合を例に挙げて説明する。

【0010】

成膜装置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処理容器２を備えている。処理容器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。

【0011】

処理容器２の一の側方には、処理容器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、処理容器２に沿って上方に延びるように形成され、処理容器２の側壁に設けられた開口（図示せず）を介して、処理容器２と連通する。排気部３の上端は、処理容器２の上部に配置された排気口４に接続されている。排気口４には排気配管（図示せず）が接続され、排気配管にはバルブ（図示せず）や後述する真空ポンプ１２７等の圧力調整機構が設けられている。圧力調整機構により、処理容器２内のガスが、開口、排気部３、排気口４を介して、排気配管に排気され、処理容器２内が所望の圧力（真空度）に制御される。

【0012】

処理容器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。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。ボートエレベータ１２８により蓋体５が上昇すると、処理容器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、処理容器２の下方側（炉口部分）が開口される。

【0013】

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、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、処理容器２の炉口部分から処理容器２内の温度が低下することを防止する保温筒や、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に収容されたウエハＷを均一な温度に制御しやすくなる。

【0014】

処理容器２の周囲には、処理容器２を取り囲むように、温度調整機構、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。昇温用ヒータ７により処理容器２の内部が所定の温度に設定され、この結果、処理容器２の内部に収容されたウエハＷが所定の温度になる。

【0015】

処理容器２の下端近傍の側面には、処理容器２内に処理ガスを供給する、処理ガス供給管８、９が挿通されている。本実施形態では、処理ガスとして、ソースガス、酸化ガス、パージガス等が用いられる。ソースガスは、ウエハＷにソース（Ｓｉ）を吸着させるシリコン含有ガスであり、例えばジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）ガスであってよい。ソースガスは、後述する吸着ステップで用いられる。酸化ガスは、吸着されたソース（Ｓｉ）を酸化するガスであり、例えば酸素（Ｏ_２）ガスであってよい。酸化ガスは、後述する酸化ステップで用いられる。パージガスは、処理ガスを希釈するガスであり、例えば窒素（Ｎ_２）ガス等の不活性ガスであってよい。

【0016】

処理ガス供給管８は、処理容器２内に酸化ガス及びパージガスを供給する。処理ガス供給管８は、後述するプラズマ発生部１０に挿通されている。このため、処理ガス供給管８から供給される酸化ガス及び希釈ガスは、プラズマ励起（活性化）される。処理ガス供給管８としては、例えば分散インジェクタが用いられる。

【0017】

処理ガス供給管９は、処理容器２内にソースガス及びパージガスを供給する。処理ガス供給管９は、図２に示されるように、処理容器２の内壁に配置されている。このため、処理ガス供給管９から供給されたソースガス及びパージガスは、プラズマ励起（活性化）されない。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。

【0018】

各処理ガス供給管８、９には、垂直方向の所定間隔ごとに供給孔（図示せず）が設けられており、供給孔から処理容器２内に処理ガスが供給される。このため、図１に矢印で示されるように、処理ガスが垂直方向の複数箇所から処理容器２内に供給される。また、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、処理ガス供給源（図示せず）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（本実施形態では、酸化ガス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、酸化ガス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（本実施形態では、ソースガスやパージガスを供給する処理ガス供給管）とを図示している。

【0019】

処理容器２の他の側方、すなわち、排気部３が配置されている処理容器２の一の側方の反対側には、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、一対の電極１１等を備えている。一対の電極１１間には、処理ガス供給管８が挿通されている。一対の電極１１は、高周波電源、整合器（図示せず）等に接続されている。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間に供給された処理ガスをプラズマ励起（活性化）させ、例えば酸素ラジカル（Ｏ^＊）を生成する。酸素ラジカル（Ｏ^＊）等は、プラズマ発生部１０から処理容器２内に供給される。

【0020】

処理容器２内には、処理容器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及び処理容器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。

【0021】

成膜装置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の構成例を示す。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

温度センサ（群）１２２は、処理容器２内及び排気配管内等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。

【0025】

圧力計（群）１２３は、処理容器２内及び排気配管内等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。

【0026】

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。

【0027】

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共に、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。

【0028】

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。

【0029】

真空ポンプ１２７は、排気配管に接続され、処理容器２内のガスを排気する。

【0030】

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（ウエハＷ）を処理容器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（ウエハＷ）を処理容器２内からアンロードする。

【0031】

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^＊）等を生成させる。

【0032】

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。

【0033】

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。成膜装置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る。プロセス用レシピは、処理容器２へのウエハＷのロードから、処理済みのウエハＷをアンロードするまでの、各部の温度の変化、処理容器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流量等を規定する。

【0034】

ＲＯＭ１１２は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク等から構成され、ＣＰＵ１１５の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。

【0035】

ＲＡＭ１１３は、ＣＰＵ１１５のワークエリア等として機能する。

【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する。また、ＣＰＵ１１５は、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、成膜装置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等に処理容器２内及び排気配管内等の各部の温度、圧力、流量等を測定させる。また、ＣＰＵ１１５は、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。

【0038】

バス１１６は、各部の間で情報を伝達する。

【0039】

〔成膜方法〕
図４を参照し、実施形態の成膜方法の一例について説明する。実施形態の成膜方法では、前述の成膜装置１を用いて、ＡＬＤ法により、ウエハＷ上にシリコン酸化膜を成膜する場合を例に挙げて説明する。

【0040】

実施形態の成膜方法は、吸着ステップと酸化ステップとを含むサイクルを所定の回数（例えば１００回）実行する（繰り返す）ことにより、ウエハＷ上に所望の膜厚を有するシリコン酸化膜を形成する方法である。吸着ステップは、ウエハＷの表面にシリコン（Ｓｉ）を含むシリコン含有物質（以下「シリコン」又は「Ｓｉ」という）を吸着するステップである。酸化ステップは、ウエハＷの表面に吸着したＳｉを酸化するステップである。本実施形態では、ソースガスとしてＤＩＰＡＳガス、酸化ガスとしてＯ_２ガス、パージガスとしてＮ_２ガスを用いている。

【0041】

以下の説明において、成膜装置１を構成する各部の動作は、制御部１００（ＣＰＵ１１５）により制御される。また、各処理における処理容器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に示すレシピに従った条件に設定される。

【0042】

まず、ウエハＷを処理容器２内に搬入（ロード）する。具体的には、昇温用ヒータ７により処理容器２内を所定のロード温度に維持し、処理容器２内に所定量のＮ_２ガスを供給する。また、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、ウエハＷ（ウエハボート６）を処理容器２内にロードする。

【0043】

搬入ステップの後、吸着ステップを実施する。吸着ステップは、ウエハＷにソースガスを供給して、その表面にＳｉを吸着させる工程である。本実施形態では、ウエハＷにＤＩＰＡＳガスを供給することにより、ウエハＷにＳｉを吸着させている。

【0044】

吸着ステップでは、まず、処理容器２内を所定の温度（例えば室温）に設定する。なお、本実施形態では、処理容器２内を室温に設定することから、処理容器２内を昇温用ヒータ７により加熱していない。また、処理ガス供給管９からＤＩＰＡＳガス及びＮ_２ガスを処理容器２内に供給し、処理ガス供給管８からＮ_２ガスを処理容器２内に供給する（フロー工程）。

【0045】

吸着ステップのフロー工程を、所定の時間（例えば１秒～１０秒）実施し、ウエハＷの表面に所定量のＳｉが吸着すると、処理ガス供給管９からのＤＩＰＡＳガス及びＮ_２ガスの供給及び処理ガス供給管８からのＮ_２ガスの供給を停止する。そして、処理容器２内のガスを排出すると共に、例えば処理ガス供給管８、９から処理容器２内に所定量のＮ_２ガスを供給して処理容器２内のガスを処理容器２外に排出する（パージ、Vacuum工程）。

【0046】

吸着ステップの後、酸化ステップを実施する。酸化ステップは、Ｓｉが吸着されたウエハＷを酸化ガスから形成されたプラズマに曝露してＳｉを酸化する工程である。

【0047】

酸化ステップでは、処理容器２内を所定の温度（例えば室温）に設定する。また、処理ガス供給管８からＯ_２ガス及びＮ_２ガスを所定の比率で処理容器２内に供給し、処理ガス供給管９からＮ_２ガスを処理容器２内に供給する。そして、電極１１間に高周波電源（図示せず）から整合器（図示せず）を介して、所定の出力の高周波電力を印加する。これにより、電極１１間に供給されたＯ_２ガス及びＮ_２ガスはプラズマ励起（活性化）され、酸素ラジカル（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から処理容器２内に供給される。処理容器２内に酸素ラジカルが供給されると、ウエハＷ上に吸着されたＳｉが酸化され、ウエハＷ上にシリコン酸化膜が形成される（フロー工程）。なお、フロー工程は、例えば処理容器２内を真空ポンプ１２７による引き切りの状態で行われる。

【0048】

フロー工程では、所望の圧力と、処理容器２内の圧力ごとにＯ_２ガスとＮ_２ガスとの比率とローディング効果に関する情報とが対応付けされた対応情報とに基づいて決定される比率で、処理ガス供給管８からＯ_２ガス及びＮ_２ガスを処理容器２内に供給する。これにより、所望の圧力におけるローディング効果が改善する条件でシリコン酸化膜を成膜できる。対応情報は、例えば後述する実施例による実験、シミュレーション等により算出され、予めレシピ記憶部１１１、ＲＯＭ１１２等に記憶されている。なお、ローディング効果とは、パターンが形成されたウエハＷにシリコン酸化膜を成膜したときの面内均一性の指標である。ローディング効果が改善するとは、膜厚の面内均一性、例えばウエハＷの中央部の膜厚の落ち込みが改善することを意味する。本実施形態では、ローディング効果を、以下の（１）式の値の中で最も大きい値を指標値として用いて評価している。

【0049】

【数1】

【0050】

（１）式において、ベアウエハ上の膜厚とは、パターンが形成されていないベアウエハにシリコン酸化膜を成膜したときの膜厚である。パターンウエハ上の膜厚とは、凹部を含むパターンが形成されたパターンウエハに対して、ベアウエハと同じプロセス条件でシリコン酸化膜を成膜したときの膜厚である。ローディング効果は、夫々の膜厚をウエハＷの直径上の多数の位置において測定し、膜厚の各測定位置において、（１）式により求められる。ローディング効果の指標値が小さいほど、ベアウエハとの膜厚の差が小さく、ローディング効果が改善されることになる。

【0051】

酸化ステップのフロー工程を、所定の時間（例えば５秒～１００秒）実施し、ウエハＷ上に所望のシリコン酸化膜が形成されると、処理ガス供給管８からのＯ_２ガスの供給を停止すると共に、高周波電源（図示せず）からの高周波電力の印加を停止する。また、処理ガス供給管８、９からのＮ_２ガスの供給を停止する。そして、処理容器２内のガスを排出すると共に、処理ガス供給管８、９から処理容器２内に所定量のＮ_２ガスを供給して処理容器２内のガスを処理容器２外に排出する（パージ、Vacuum工程）。

【0052】

これにより、吸着ステップと酸化ステップとを含むＡＬＤ法の１サイクルが終了する。

【0053】

続いて、再び、吸着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、このサイクルを所定の回数繰り返す。これにより、ウエハＷの表面にＳｉを吸着させ、吸着されたＳｉを酸化することにより、さらにシリコン酸化膜が形成される。その結果、ウエハＷ上に所望の膜厚を有するシリコン酸化膜が形成される。

【0054】

ウエハＷ上に所望の膜厚を有するシリコン酸化膜が形成されると、ウエハＷを搬出（アンロード）する。具体的には、処理ガス供給管８、９から処理容器２内に所定量のＮ_２ガスを供給して、処理容器２内の圧力を常圧に戻すと共に、昇温用ヒータ７により処理容器２内を所定温度に維持する。続いて、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、ウエハＷがアンロードされる。

【0055】

〔メカニズム〕
図５を参照し、実施形態の成膜方法により、ローディング効果が改善するメカニズムについて説明する。

【0056】

図５（ａ）は、酸化ステップにおいて、酸素ラジカル（Ｏ^＊）と共にウエハＷに供給されるＮ_２ガスの流量（処理ガス供給管８から供給されるＮ_２ガスの流量）が適量である場合のウエハＷの表面反応を説明するための図である。酸化ステップにおいて、Ｏ^＊と共にウエハＷに供給されるＮ_２ガスの流量が適量である場合、Ｎ_２ガスがＯ^＊の輸送に寄与してＯ^＊の平均自由行程が長くなり、酸化反応が促進されるため、ローディング効果が改善すると推察される。

【0057】

図５（ｂ）は、酸化ステップにおいて、Ｏ^＊と共にウエハＷに供給されるＮ_２ガスの流量（処理ガス供給管８から供給されるＮ_２ガスの流量）が少ない場合のウエハＷの表面反応を説明するための図である。酸化ステップにおいて、Ｏ^＊と共にウエハＷに供給されるＮ_２ガスの流量が少ない場合、Ｎ_２ガスによるＯ^＊の輸送への寄与が小さくＯ^＊の平均自由行程が短くなり、ウエハＷの表面を酸化する前にＯ^＊が失活し、ローディング効果が悪化すると推察される。

【0058】

図５（ｃ）は、酸化ステップにおいてＯ^＊と共にウエハＷに供給されるＮ_２ガスの流量（処理ガス供給管８から供給されるＮ_２ガスの流量）が多い場合のウエハＷの表面反応を説明するための図である。酸化ステップにおいてＯ^＊と共にウエハＷに供給されるＮ_２ガスの流量が多い場合、ウエハＷに向かうＯ^＊がＮ_２ガスにより阻害されるため、ローディング効果が悪化すると推察される。

【0059】

以上のことから、ローディング効果を改善する方法として、Ｏ_２ガスとＮ_２ガスの流量比率を調整することが有効であると言える。

【0060】

〔実施例〕
実施例１では、成膜装置１において、処理容器２内の圧力（以下「炉内圧力」ともいう。）を変更したときのローディング効果（Loading Effect）への影響を評価した。実施例１では、ベアウエハ及びパターンウエハの夫々に対し、以下の表１に示されるプロセス条件（条件Ａ、Ｂ）でシリコン酸化膜を成膜した。

【0061】

【表1】

【0062】

なお、表１中、「ＤＩＰＡＳ」及び「ＩＰ－Ｎ_２（Ｓｉ）」は、夫々処理ガス供給管９から処理容器２内に供給するＤＩＰＡＳガスの流量及びＮ_２ガスの流量を示す。また、表１中、「Ｏ_２」及び「ＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）」は、夫々処理ガス供給管８から処理容器２内に供給するＯ_２ガスの流量及びＮ_２ガスの流量を示す。また、表１中、「ＲＦ」は高周波電源から一対の電極１１間に印加する高周波電力の出力を示し、「圧力」は炉内圧力を示す。

【0063】

表１に示されるように、条件Ａ及び条件Ｂは、夫々酸化ステップのフロー工程における炉内圧力を５５．０Ｐａ、３６．５Ｐａに設定した条件であり、該炉内圧力を除く他の条件は全て同じである。

【0064】

図６は、実施例１の評価結果を示す図であり、炉内圧力とローディング効果との関係を示す。図６中、横軸は酸化ステップのフロー工程における炉内圧力［Ｐａ］を示し、縦軸はローディング効果［％］を示す。ローディング効果は、前述の（１）式により算出した。

【0065】

図６に示されるように、酸化ステップのフロー工程における炉内圧力を５５．０Ｐａ、３６．５Ｐａに設定したときのローディング効果は、夫々２５．６３％、１０．６３％であった。この結果から、炉内圧力を低くすることにより、ローディング効果が改善することが示された。

【0066】

実施例２では、成膜装置１において、酸化ステップのフロー工程において処理ガス供給管８から処理容器２内にＯ_２ガスと共に供給するＮ_２ガス（以下「ＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）」という。）の流量を変更したときのローディング効果への影響を評価した。実施例２では、実施例１と同様、ベアウエハ及びパターンウエハの夫々に対し、以下の表２に示されるプロセス条件（条件Ｃ～Ｅ）でシリコン酸化膜を成膜した。

【0067】

【表2】

【0068】

なお、表２中、「ＤＩＰＡＳ」及び「ＩＰ－Ｎ_２（Ｓｉ）」は、夫々処理ガス供給管９から処理容器２内に供給するＤＩＰＡＳガスの流量及びＮ_２ガスの流量を示す。また、表２中、「Ｏ_２」及び「ＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）」は、夫々処理ガス供給管８から処理容器２内に供給するＯ_２ガスの流量及びＮ_２ガスの流量を示す。また、表２中、「ＲＦ」は高周波電源から一対の電極１１間に印加する高周波電力の出力を示し、「圧力」は炉内圧力を示す。

【0069】

表２に示されるように、条件Ｃ、条件Ｄ及び条件Ｅは、夫々酸化ステップのフロー工程におけるＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）の流量を０．５ｓｌｍ、１ｓｌｍ及び２ｓｌｍに設定した条件であり、該ＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）の流量を除く他の条件は全て同じである。

【0070】

図７は、実施例２の評価結果を示す図であり、図７（ａ）はＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）の流量とローディング効果との関係を示し、図７（ｂ）はＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）の流量と炉内圧力との関係を示す。図７（ａ）中、横軸はＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）の流量［ｓｌｍ］を示し、縦軸はローディング効果［％］を示す。図７（ｂ）中、横軸はＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）の流量［ｓｌｍ］を示し、縦軸は酸化ステップにおける炉内圧力［Ｐａ］を示す。ローディング効果は、前述の（１）式により算出した。

【0071】

図７（ａ）に示されるように、ＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）の流量を０．５ｓｌｍ、１ｓｌｍ、２ｓｌｍに設定したときのローディング効果は、夫々９．６２％、７．４３％、１０．１４％であった。また、図７（ｂ）に示されるように、ＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）の流量を０．５ｓｌｍ、１ｓｌｍ、２ｓｌｍに設定したときの炉内圧力は、夫々３６．２７Ｐａ、３８．１３Ｐａ、４１．６７Ｐａであった。この結果から、ＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）の流量を変更することにより、炉内圧力が高い条件でもローディング効果が改善する場合があることが示された。

【0072】

実施例３では、成膜装置１において、酸化ステップのフロー工程において処理ガス供給管８から処理容器２内に供給するＯ_２ガスとＮ_２ガスの総流量を５．５ｓｌｍに固定し、Ｏ_２ガスとＮ_２ガスとの比率を変更したときのローディング効果への影響を評価した。実施例３では、実施例１と同様、ベアウエハ及びパターンウエハの夫々に対し、以下の表３に示されるプロセス条件（条件Ｆ～Ｊ）でシリコン酸化膜を成膜した。

【0073】

【表3】

【0074】

なお、表３中、「ＤＩＰＡＳ」及び「ＩＰ－Ｎ_２（Ｓｉ）」は、夫々処理ガス供給管９から処理容器２内に供給するＤＩＰＡＳガスの流量及びＮ_２ガスの流量を示す。また、表３中、「Ｏ_２」及び「ＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）」は、夫々処理ガス供給管８から処理容器２内に供給するＯ_２ガスの流量及びＮ_２ガスの流量を示す。また、表１中、「Ｏ_２：ＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）」は、処理ガス供給管８から処理容器２内に供給するＯ_２ガスとＮ_２ガスとの比率を示す。また、表３中、「ＲＦ」は高周波電源から一対の電極１１間に印加する高周波電力の出力を示し、「圧力」は炉内圧力を示す。

【0075】

表３に示されるように、条件Ｆ、条件Ｇ、条件Ｈ、条件Ｉ及び条件Ｊは、夫々処理ガス供給管８から処理容器２内に供給するＯ_２ガスとＮ_２ガスとの比率を１０：１、５：１、４：１、３：１、２：１に設定した条件であり、該比率を除く他の条件は全て同じである。

【0076】

図８は、実施例３の評価結果を示す図である。図８（ａ）は、処理ガス供給管８から処理容器２内に供給するＯ_２ガスとＮ_２ガスとの比率とローディング効果との関係を示し、図８（ｂ）は、処理ガス供給管８から処理容器２内に供給するＯ_２ガスとＮ_２ガスとの比率と炉内圧力との関係を示す。図８（ａ）中、横軸は処理ガス供給管８から処理容器２内に供給するＯ_２ガスとＮ_２ガスとの比率を示し、縦軸はローディング効果［％］を示す。図８（ｂ）中、横軸は処理ガス供給管８から処理容器２内に供給するＯ_２ガスとＮ_２ガスとの比率を示し、縦軸は炉内圧力［Ｐａ］を示す。ローディング効果は、前述の（１）式により算出した。

【0077】

図８（ａ）に示されるように、Ｏ_２：ＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）を１０：１、５：１、４：１、３：１、２：１に設定したときのローディング効果は、夫々９．６２％、６．８％、５．８２％、５．７４％、６．４７％であった。また、図８（ｂ）に示されるように、Ｏ_２：ＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）を１０：１、５：１、４：１、３：１、２：１に設定したときの炉内圧力は、夫々３６．２７Ｐａ、３６．２７Ｐａ、３６．２３Ｐａ、３６．０７Ｐａ、３５．９０Ｐａであった。この結果から、処理ガス供給管８から処理容器２内に供給するＯ_２ガスとＮ_２ガスとの比率を変更することにより、炉内圧力を変化させることなく、ローディング効果が改善することが示された。具体的には、Ｏ_２：ＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）を５：１～２：１に設定することにより、ローディング効果が改善することが示された。特に、Ｏ_２：ＩＰ－Ｎ_２（Ｏ_２）を３：１にすることにより、ローディング効果が特に改善することが示された。

【0078】

なお、上記の実施形態において、処理ガス供給管８、９はガス供給部の一例であり、ウエハＷは基板の一例である。

【0079】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【符号の説明】

【0080】

１ 成膜装置
２ 処理容器
３ 排気部
８ 処理ガス供給管
９ 処理ガス供給管
１００ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】