氮化膜的制造裝置及其制造方法、以及其制造程序的制作方法
【專利摘要】使氮化膜的折射率及/或沉積速度的分布均勻性穩(wěn)定在預(yù)定數(shù)值范圍內(nèi)，同時(shí)提高氮化膜的應(yīng)力的控制性。一種氮化膜的制造裝置(100)，其為在反應(yīng)室(30)內(nèi)所配置的基板(20)上使用等離子體CVD法形成氮化膜(70(70a))的氮化膜的制造裝置(100)。具體而言，此氮化膜的制造裝置(100)具備控制部(39)，此控制部(39)基于用以形成氮化膜(70(70a))而使用獨(dú)立地施加相對較高頻率的第一高頻電力及/或相對較低頻率的第二高頻電力而得到穩(wěn)定在預(yù)定數(shù)值范圍內(nèi)的前述氮化膜的折射率分布及/或前述氮化膜的沉積速度分布，算出用以得到所需要(包含應(yīng)力為0時(shí))的氮化膜(70(70a))的壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力的被施加第一高頻電力的第一期間及被施加第二高頻電力的第二期間。
【專利說明】氮化膜的制造裝置及其制造方法、以及其制造程序
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)于一種氮化膜的制造裝置及其制造方法、以及其制造程序。
【背景技術(shù)】
[0002]使用半導(dǎo)體的各種元件的開發(fā)及活用的趨勢至今仍未衰退，且無疑地今后仍將繼續(xù)占有重要的地位。支撐使用此半導(dǎo)體的元件開發(fā)的主要的要素技術(shù)之一，為氧化膜、氮化膜、或氧氮化膜等所謂薄膜的形成技術(shù)。在半導(dǎo)體構(gòu)造的精細(xì)化日新月異地進(jìn)展之中，在提升膜質(zhì)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)形成控制性高的膜是發(fā)展此要素技術(shù)所不可缺少的。
[0003]至今為止，已公開了許多成膜技術(shù)。例如，在平行平板型的等離子體CVD裝置中，已公開一種通過同時(shí)施加兩種類型的不同頻率的電力，來抑制或防止所形成的絕緣膜的充電損傷(charge up damage)的技術(shù)(專利文獻(xiàn)I)。
[0004]〈現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)〉
[0005]<專利文獻(xiàn)>
[0006]<專利文獻(xiàn)I >特開2002-367986號公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]<發(fā)明所欲解決的課題>
[0008]如上述，在使用半導(dǎo)體的各種元件的開發(fā)中，強(qiáng)烈地希望提升作為薄膜的形成技術(shù)的膜質(zhì)和控制性。
[0009]在半導(dǎo)體構(gòu)造逐年地精細(xì)化之中，在其膜質(zhì)提升的同時(shí)，若未適當(dāng)?shù)乜刂埔蚰さ男纬啥赡墚a(chǎn)生的各種應(yīng)力(亦稱為承受力(stress)。在本申請總稱為“應(yīng)力”。)，則會對包含其元件的耐久性的信賴性等造成不小的影響。特別是氧氮化膜和氮化膜(以下，在本申請總稱為“氮化膜”)因?yàn)槠渥鳛槟べ|(zhì)的有用性而被廣泛地活用，但是另一方面，存在有因其膜的形成而產(chǎn)生應(yīng)力的控制非常困難的缺點(diǎn)。
[0010]例如，如上述的現(xiàn)有技術(shù)所公開，在平行平板型的等離子體CVD裝置中，通過同時(shí)施加兩種類型不同頻率的電力而形成的氮化膜雖能夠解決充電問題，但是其氮化膜的應(yīng)力的控制性較低的問題仍然未解決。
[0011]本申請的
【發(fā)明者】為了得到對于使用等離子體CVD法而形成的氮化膜所需要的折射率或沉積速度的均勻性，已理解氮化膜容易產(chǎn)生拉伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力。但是，通常為使這些應(yīng)力消失而改變成膜條件(例如，形成氮化膜的基板的溫度或配置此基板的反應(yīng)室內(nèi)的壓力等)時(shí)，會產(chǎn)生無法得到所需要的折射率的問題。反過來說，為了得到所需要的應(yīng)力而謀求各種工藝過程條件的最佳化時(shí)，多半的情況下所得到的氮化膜的折射率或沉積速度的均勻性脫離所需要數(shù)值范圍，為了得到上述的全部物性值和工藝過程特性，必須經(jīng)過許多次的錯(cuò)誤嘗試。
[0012]<解決課題的手段>
[0013]本發(fā)明通過提供一種在使氮化膜的物性(折射率)及/或工藝過程特性(沉積速度的分布均勻性)穩(wěn)定在預(yù)定的數(shù)值范圍內(nèi)的同時(shí)，顯著地提高氮化膜的應(yīng)力的控制性的技術(shù)，而對于有用性高的氮化膜的形成技術(shù)的進(jìn)一步提升有所貢獻(xiàn)。
[0014]如上述，在難以得到所需要的氮化膜的情況中，本
【發(fā)明者】對于基于許多的成膜條件的氮化膜的應(yīng)力、折射率、及沉積速度的均勻性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及分析的結(jié)果，得到若干個(gè)具有相當(dāng)有趣的相關(guān)性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。具體而言，已清楚明白例如在形成等離子體時(shí)所施加的頻率相對較高的高頻電力時(shí)的氮化膜為具有壓縮應(yīng)力；另一方面，其頻率相對較低時(shí)，氮化膜則具有拉伸應(yīng)力。更進(jìn)一步進(jìn)行分析時(shí)，已清楚明白只要將獨(dú)立而被施加的相對較高的高頻電力(以下亦稱為“第一高頻電力”)與相對較低的高頻電力(以下亦稱為“第二高頻電力”)的施加時(shí)間之比進(jìn)行調(diào)整，不僅能夠得到對所形成的氮化膜的所需要的應(yīng)力，而且能夠正確性高地得到所需要的折射率及沉積速度的均勻性。本發(fā)明基于如上述的著眼點(diǎn)及事實(shí)而被創(chuàng)造出來。
[0015]本發(fā)明之一的氮化膜的制造裝置，其為在反應(yīng)室內(nèi)所配置的基板上使用等離子體CVD法形成氮化膜的氮化膜的制造裝置。更具體而言，該氮化膜的制造裝置具備控制部，該控制部基于為了形成氮化膜，使用獨(dú)立地施加相對較高頻率的第一高頻電力及/或相對較低頻率的第二高頻電力而得到穩(wěn)定在一預(yù)定數(shù)值范圍內(nèi)的前述氮化膜的折射率分布及/或前述氮化膜的沉積速度分布，算出用以得到所需要(包含應(yīng)力為O時(shí))的該氮化膜的壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力而被施加前述第一高頻電力的第一期間及被施加前述第二高頻電力的第二期間。
[0016]根據(jù)此制造裝置，在能夠?qū)⑹褂锚?dú)立地施加上述第一高頻電力及/或第二高頻電力而在基板上形成氮化膜時(shí)的氮化膜的折射率分布及/或其氮化膜的沉積速度分布穩(wěn)定在預(yù)定數(shù)值范圍內(nèi)的條件掌握的情況下，能夠算出用以得到所需要的應(yīng)力(包含應(yīng)力為O時(shí))的第一期間及第二期間。換言之，不限定于只有施加第一高頻電力或只有施加第二高頻電力，即便是通過各自獨(dú)立地施加第一高頻電力及第二高頻電力所形成的所謂積層膜的情況，亦能夠算出在為了得到所需要的應(yīng)力的任意的第一期間及第二期間時(shí)，能夠正確性高地得到預(yù)定數(shù)值范圍的氮化膜的折射率分布及/或其氮化膜的沉積速度。而且，附帶一提，在此制造裝置中，第一高頻電力或第二高頻電力中的任一者被單獨(dú)施加時(shí)，第一期間或第二期間將不存在。
[0017]因此，根據(jù)上述的制造裝置，只要設(shè)定最后所欲得到的氮化膜的應(yīng)力，不僅能夠通過控制部算出此目的的第一期間與第二期間，而且能夠得到此氮化膜的折射率分布及/或其氮化膜的沉積速度分布能夠穩(wěn)定在預(yù)定的數(shù)值范圍內(nèi)的特別的效果。
[0018]此外，本發(fā)明之一的氮化膜的制造方法，其為在反應(yīng)室內(nèi)所配置的基板上，使用等離子體CVD法而形成氮化膜的氮化膜的制造方法。更具體而言，此氮化膜的制造裝置包含以下工序:為了形成氮化膜，使用獨(dú)立地施加相對較高頻率的第一高頻電力及/或相對較低頻率的第二高頻電力而得到穩(wěn)定在預(yù)定數(shù)值范圍內(nèi)的前述氮化膜的折射率分布及/或前述氮化膜的沉積速度分布的工序；以及基于其氮化膜的折射率分布及/或前述氮化膜的沉積速度分布，算出用以得到所需要(包含應(yīng)力為O時(shí))的前述氮化膜的壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力而被施加前述第一高頻電力的第一期間及被施加前述第二高頻電力的第二期間的工序。
[0019]根據(jù)此制造方法，在能夠?qū)⑹褂锚?dú)立地施加上述第一高頻電力及/或第二高頻電力而在基板上形成氮化膜時(shí)的氮化膜的折射率分布及/或其氮化膜的沉積速度分布穩(wěn)定在預(yù)定數(shù)值范圍內(nèi)的條件掌握的狀況下，能夠算出用以得到所需要的應(yīng)力(包含應(yīng)力為O時(shí))的第一期間及第二期間。換言之，不限定于只有施加第一高頻電力或只有施加第二高頻電力，即便是通過各自獨(dú)立地施加第一高頻電力及第二高頻電力所形成的所謂積層膜的情況，亦能夠算出在為了得到所需要的應(yīng)力的任意的第一期間及第二期間時(shí)，能夠正確性高地得到預(yù)定數(shù)值范圍的氮化膜的折射率分布及/或其氮化膜的沉積速度。而且，附帶一提，在此制造方法中，第一高頻電力或第二高頻電力中的任一者被單獨(dú)施加時(shí)，第一期間或第二期間將不存在。
[0020]因此，根據(jù)上述的制造方法，只要設(shè)定最后所欲得到的氮化膜的應(yīng)力，不僅能夠算出此目的的第一期間與第二期間，而且能夠得到其氮化膜的折射率分布及/或其氮化膜的沉積速度分布能夠穩(wěn)定在預(yù)定的數(shù)值范圍內(nèi)的特別的效果。
[0021]此外，本發(fā)明之一的氮化膜的制造程序，其為在反應(yīng)室內(nèi)所配置的基板上，使用等離子體CVD法而形成氮化膜的氮化膜的制造程序。更具體而言，該氮化膜的制造程序包含使電腦運(yùn)行以下步驟的命令:使其取得為了形成氮化膜，使用獨(dú)立地施加相對較高頻率的第一高頻電力及/或相對較低頻率的第二高頻電力而得到穩(wěn)定在預(yù)定數(shù)值范圍內(nèi)的前述氮化膜的折射率分布及/或前述氮化膜的沉積速度分布的步驟；以及使其基于其氮化膜的折射率分布及/或前述氮化膜的沉積速度分布，算出用以得到所需要(包含應(yīng)力為O時(shí))的氮化膜的壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力而被施加前述第一高頻電力的第一期間及被施加前述第二高頻電力的第二期間的步驟。
[0022]根據(jù)此制造程序，在能夠?qū)⑹褂锚?dú)立地施加上述第一高頻電力及/或第二高頻電力而在基板上形成氮化膜時(shí)的氮化膜的折射率分布及/或其氮化膜的沉積速度分布穩(wěn)定在預(yù)定數(shù)值范圍內(nèi)的條件掌握的狀況下，能夠算出用以得到所需要的應(yīng)力(包含應(yīng)力為O時(shí))的第一期間及第二期間。換言之，不限定于只有施加第一高頻電力或只有施加第二高頻電力，即便是通過各自獨(dú)立地施加第一高頻電力及第二高頻電力所形成的所謂積層膜的情況，亦能夠算出在為了得到所需要的應(yīng)力的任意的第一期間及第二期間時(shí)，能夠正確性高地得到預(yù)定數(shù)值范圍的氮化膜的折射率分布及/或其氮化膜的沉積速度。而且，附帶一提，在此制造程序中，第一高頻電力或第二高頻電力中的任一者被單獨(dú)施加時(shí)，第一期間或第二期間將不存在。
[0023]因此，根據(jù)上述的制造程序，只要設(shè)定最后所欲得到的氮化膜的應(yīng)力，不僅能夠算出其目的的第一期間與第二期間，而且能夠得到此氮化膜的折射率分布及/或其氮化膜的沉積速度分布能夠穩(wěn)定在預(yù)定的數(shù)值范圍內(nèi)的特別的效果。
[0024]并且，在本申請中，亦公開一個(gè)制造裝置的例子，其為具備使用上述的制造程序進(jìn)行控制的控制部的氮化膜的制造裝置。
[0025]另外，在本申請中，在上述的制造裝置、制造方法及制造程序中所謂的“拉伸應(yīng)力”是如圖1所示，指在基板20上形成有氮化膜90a的狀態(tài)下，膜進(jìn)行收縮(圖1的箭號91a)的方向的應(yīng)力。就該應(yīng)力而言，雖然依照基板20的材質(zhì)等而有程度上的差異，但基板20以向箭號21a的方向彎曲的方式變形。而且，通常對該方向的應(yīng)力賦予“ + ”(正)的數(shù)值。另一方面，在上述的制造裝置、制造方法及制造程序中所謂的“壓縮應(yīng)力”是如圖2所表示，指在基板20上形成有氮化膜90b的狀態(tài)下，膜進(jìn)行膨張(圖2的箭號91b)的方向的應(yīng)力。就該應(yīng)力而言，雖然依照基板20的材質(zhì)等而有程度上的差異，但基板20以向箭號21b的方向彎曲的方式變形。而且，通常對該方向的應(yīng)力賦予(負(fù))的數(shù)值。
[0026]此外，在上述的制造裝置、制造方法、及制造程序中，“所需要的壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力”亦包含應(yīng)力與0(零)為不同的值的情況。在考慮氮化膜單層的情況，以不產(chǎn)生上述的應(yīng)力(亦即，為“0(零)”)為佳，但是在與其他的膜(例如已產(chǎn)生某應(yīng)力的氧化膜)形成積層膜時(shí)，有要求不使其積層膜整體產(chǎn)生應(yīng)力的情形。在此種情況下，對所形成的氮化膜單層特意地賦予拉伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力亦是現(xiàn)實(shí)上能夠采用的。
[0027]<發(fā)明的效果>
[0028]根據(jù)本發(fā)明的氮化膜的制造裝置，只要設(shè)定最后所欲得到的氮化膜的應(yīng)力，不僅能夠通過控制部算出為達(dá)此目的的第一期間與第二期間，而且能夠得到此氮化膜的折射率分布及/或此氮化膜的沉積速度分布能夠穩(wěn)定在預(yù)定的數(shù)值范圍內(nèi)的特別的效果。此外，根據(jù)本發(fā)明的氮化膜的制造方法，或是本發(fā)明的氮化膜的制造程序，只要設(shè)定最后所欲得到的氮化膜的應(yīng)力，不僅能夠算出為達(dá)此目的的第一期間與第二期間，而且能夠得到此氮化膜的折射率分布及/或其氮化膜的沉積速度分布能夠穩(wěn)定在預(yù)定的數(shù)值范圍內(nèi)的特別的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本申請的拉伸應(yīng)力的定義的概念圖。
[0030]圖2為本申請的壓縮應(yīng)力的定義的概念圖。
[0031]圖3為本發(fā)明的一實(shí)施方式的氮化膜的制造裝置的構(gòu)成的部分剖面圖。
[0032]圖4為本發(fā)明的一實(shí)施方式的只有施加第一高頻電力及只有施加第二高頻電力時(shí)施加電力的變化對氮化硅膜的應(yīng)力的變化的圖表。
[0033]圖5為本發(fā)明的一實(shí)施方式的只有施加第一高頻電力及只有施加第二高頻電力時(shí)反應(yīng)室內(nèi)壓力的變化對氮化硅膜的應(yīng)力的變化的圖表。
[0034]圖6為本發(fā)明的一實(shí)施方式的只有施加第一高頻電力及只有施加第二高頻電力時(shí)將在反應(yīng)室內(nèi)所導(dǎo)入的兩種類型的反應(yīng)性氣體(硅烷(SiH4)氣及氨(NH3)氣)的流量比設(shè)作1:1時(shí)的總流量變化對氮化硅膜的應(yīng)力的變化的圖表。
[0035]圖7為本發(fā)明的一實(shí)施方式的只有施加第一高頻電力及只有施加第二高頻電力時(shí)在反應(yīng)室內(nèi)所導(dǎo)入的非反應(yīng)性氣體(氮(N2)氣)的流量變化對氮化硅膜的應(yīng)力變化的圖表。
[0036]圖8為本發(fā)明的一實(shí)施方式的只有施加第一高頻電力及只有施加第二高頻電力時(shí)基板溫度變化對氮化硅膜的應(yīng)力變化的圖表。
[0037]圖9為本發(fā)明的一實(shí)施方式的使第一期間與第二期間的比率變動(dòng)時(shí)的應(yīng)力變化的圖表。
[0038]圖10為本發(fā)明的一實(shí)施方式的使第一期間與第二期間的比率變動(dòng)時(shí)的沉積速度及面內(nèi)均勻性(換言之，面內(nèi)不均勻性)的變化的圖表。
[0039]圖11為本發(fā)明的一實(shí)施方式使第一期間與第二期間的比率變動(dòng)時(shí)的折射率變化的圖表。
[0040]圖12為本發(fā)明的一實(shí)施方式的氮化膜的制造流程圖。[0041]圖13為本發(fā)明其他實(shí)施方式的使第一期間與第二期間的比率變動(dòng)時(shí)的應(yīng)力變化的圖表。
[0042]圖14為本發(fā)明其他實(shí)施方式的使第一期間與第二期間的比率變動(dòng)時(shí)的沉積速度及面內(nèi)均勻性(換言之，面內(nèi)不均勻性)的變化的圖表。
[0043]圖15為本發(fā)明另外實(shí)施方式的第一期間與第二期間的比率變動(dòng)時(shí)的折射率變化的圖表。
[0044]主要元件符號說明:
[0045]20-基板，31-載物臺，32a、32b、32c_氣體罐，33a、33b、33c_氣體調(diào)整器，30-反應(yīng)室，36a-第一高頻電源，36b-第二高頻電源，37-真空泵，38-排氣流量調(diào)整器，39-控制部，34a,34b-加熱器，35-噴頭氣體導(dǎo)入部，40-開關(guān)，70、70a、90a、90b_氮化膜，100-氮化膜的
制造裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0046]接著，將根據(jù)附圖詳細(xì)地?cái)⑹霰景l(fā)明的實(shí)施方式。而且，在說明時(shí)，在所有的附圖中，共同的部分附加共同的參照符號。此外，圖中本實(shí)施方式的要素未必按照比例所顯示。此外，以下的各種氣體的流量表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的流量。
[0047]<第I實(shí)施方式>
[0048]圖3為本實(shí)施方式的氮化膜(具體而言是氮化硅膜(SiN))的制造裝置100的構(gòu)成的部分剖面圖。因?yàn)楸靖綀D為概略圖，包含眾所周知的氣體供給機(jī)構(gòu)的一部分和各排氣機(jī)構(gòu)的一部分的周邊裝置將被省略。
[0049]如圖3所表示，本實(shí)施方式的氮化膜的制造裝置100為平行平板型的等離子體CVD裝置，大略地分類時(shí)，具備:反應(yīng)室30 ;多個(gè)氣體罐32a、32b、32c ;以及連接至電腦60的控制部39。此外，通過眾所周知的搬運(yùn)機(jī)構(gòu)(未圖示)搬運(yùn)的基板(本實(shí)施方式為硅基板)20被載置在設(shè)置于反應(yīng)室30的中央附近的載物臺31。基板20及反應(yīng)室30被裝設(shè)在反應(yīng)室30的外壁的加熱器34a、34b加熱。此外，反應(yīng)室30經(jīng)由氣體流量調(diào)整器33a而連接硅烷(SiH4)氣的氣體罐32a ;經(jīng)由氣體流量調(diào)整器33b而連接氨(NH3)氣的氣體罐32b ;而且經(jīng)由氣體流量調(diào)整器33c而連接氮(N2)氣的氣體罐32c。此外，雖然因?yàn)楸緦?shí)施方式顯示用以形成氮化硅膜(SiN膜)的例子而未圖示酸素(O2)氣的氣體罐，但是例如為了形成氧氮化硅膜(SiON膜)，除了上述各氣體罐以外，將一氧化二氮(N2O)氣的氣體罐連接至反應(yīng)室30也是另外能夠采用的一個(gè)方式。
[0050]從硅烷(SiH4)氣的氣體罐32a、氨(NH3)氣的氣體罐32b及氮(N2)氣的氣體罐32c所送入的氣體，最后通過同一路徑而到達(dá)反應(yīng)室30。而且，在本實(shí)施方式硅烷(SiH4)氣及氨(NH3)氣為所謂反應(yīng)性氣體，氮(N2)氣為非反應(yīng)性氣體。在此，作為本申請的分類，氮(N2)氣雖屬于“非反應(yīng)性氣體”，但是并不否定其一部分有助于反應(yīng)的可能性。亦即，代表性地，氮(N2)氣雖用以稀釋反應(yīng)性氣體、維持導(dǎo)入至反應(yīng)室30內(nèi)的氣體全體的適當(dāng)?shù)牧髁慷皇褂?，但是亦存在其一部分有助于反?yīng)的可能性。而且，其他的非反應(yīng)性氣體包含氬(Ar)。
[0051]另外，本實(shí)施方式的氮化膜的制造裝置100具備:施加相對較高頻率(本實(shí)施方式為13.56MHz)的高頻電力的第一高頻電源36a ;施加相對較低頻率(本實(shí)施方式380kHz)的高頻電力的第二高頻電源36b ;以及用以選擇施加其中一方的開關(guān)40。第一高頻電源36a或第二高頻電源36b通過對噴頭(shower head)氣體導(dǎo)入部35施加高頻電力，將從噴頭導(dǎo)入部35吐出的上述的氣體等離子體化。其結(jié)果，通過使所生成的等離子體到達(dá)載物臺31上的基板20而在基板20上形成氮化硅膜70。
[0052]而且，噴頭氣體導(dǎo)入部35通過環(huán)狀的密封材S而與反應(yīng)室30為電絕緣。此外，載物臺31亦通過環(huán)狀密封材S而與反應(yīng)室30為電絕緣。此外，為了將該反應(yīng)室30內(nèi)減壓且將制造后所生成的氣體排氣，反應(yīng)室30通過排氣流量調(diào)整器38而連接真空泵37。而且，通過排氣流量調(diào)整器38能夠變更從該反應(yīng)室30的排氣流量。上述的第一高頻電源36a、第二高頻電源36b、開關(guān)40、氣體流量調(diào)整器33a、33b、液體流量調(diào)整器33c、加熱器34a、34b及排氣流量調(diào)整器38是被控制部39所控制。
[0053]<實(shí)施例(預(yù)備性實(shí)驗(yàn))>
[0054]其次，針對在反應(yīng)室30的氮化膜的形成工藝過程進(jìn)行說明。本實(shí)施方式為在反應(yīng)室30內(nèi)的基板20上形成氮化硅膜70。顯示具體上的工藝過程的一個(gè)例子時(shí)，供給5?50sccm的硅烷(SiH4)氣、及5?50sccm的氨(NH3)氣至反應(yīng)室30內(nèi)的壓力為50?200Pa為止。又，本實(shí)施方式除了前述兩種類型的氣體以外，亦供給500?2000sCCm的氮(N2)氣。
[0055]其次，將載物臺31的溫度以加熱器34加熱至150°C?350°C。在此，為了使基板20的溫度穩(wěn)定化而待機(jī)60秒以上。隨后，噴頭氣體導(dǎo)入部35通過第一高頻電源36a或第二高頻電源36b施加30W?400W的第一高頻電力及/或30W?400W的第二高頻電力。本實(shí)施方式使用上述的等離子體條件的氧化膜形成工藝過程進(jìn)行約10?約100分鐘。采用上述的工藝過程條件時(shí)，能夠在基板20上形成具有約0.1?約I μ m的厚度的氮化硅膜70。
[0056]圖4為本實(shí)施方式的只有施加上述的第一高頻電力及只有施加第二高頻電力時(shí)施加電力的變化對氮化硅膜70的應(yīng)力的變化的圖表。而且，此時(shí)的硅烷(SiH4)氣流量為5sccm且氨(NH3)氣的流量為5sccm。此外，此時(shí)的氮(N2)氣流量為2000sccm，反應(yīng)室內(nèi)壓力為50Pa。此外，基板溫度為250°C。
[0057]如圖4所示，非常有趣地，可清楚明白氮化硅膜70的應(yīng)力在只有施加上述的第一高頻電力時(shí)與只有施加上述的第二高頻電力時(shí)，在所有研究的范圍中是產(chǎn)生彼此相反方向的應(yīng)力。
[0058]此外，圖5為本實(shí)施方式的只有施加上述的第一高頻電力及只有施加第二高頻電力時(shí)反應(yīng)室內(nèi)壓力的變化對氮化硅膜70的應(yīng)力的變化的圖表。而且,此時(shí)的硅烷(SiH4)氣流量為5sccm且氨(NH3)氣的流量為5sccm。此外，此時(shí)的氮(N2)氣流量為2000sccm，基板溫度為250°C。
[0059]如圖5所表示，可清楚明白氮化硅膜70的應(yīng)力在只有施加上述的第一高頻電力時(shí)與只有施加上述的第二高頻電力時(shí)，至少在壓力為IOOPa以下的范圍中，是產(chǎn)生彼此相反方向的應(yīng)力。此外，能夠確認(rèn)在大于IOOPa的范圍，這些應(yīng)力亦產(chǎn)生(即便是相同方向的應(yīng)力)很大的差異。
[0060]此外，圖6為本實(shí)施方式的只有施加上述的第一高頻電力時(shí)將在反應(yīng)室內(nèi)所導(dǎo)入的兩種類型的反應(yīng)性氣體(硅烷(SiH4)氣及氨(NH3)氣)的流量比設(shè)作1:1時(shí)的總流量變化對氮化硅膜70的應(yīng)力的變化的圖表。而且，此時(shí)的氮(N2)氣流量為2000sccm且反應(yīng)室內(nèi)壓力為50Pa。此外，基板溫度為250°C。
[0061]如圖6所示，可清楚明白氮化硅膜70的應(yīng)力在只有施加上述的第一高頻電力時(shí)與只有施加上述的第二高頻電力時(shí)，至少在總流量為40sccm以下的范圍中，是產(chǎn)生彼此相反方向的應(yīng)力。此外，能夠確認(rèn)在大于40sccm的范圍,這些應(yīng)力亦產(chǎn)生(即便是相同方向的應(yīng)力)很大的差異。
[0062]此外，圖7為本實(shí)施方式的只有施加上述的第一高頻電力時(shí)在反應(yīng)室內(nèi)所導(dǎo)入的非反應(yīng)性氣體(氮(N2)氣)的流量變化對氮化硅膜70的應(yīng)力變化的圖表。而且,此時(shí)的硅烷(SiH4)氣流量為5SCCm，氨(NH3)氣流量為5sCCm。此外，此時(shí)的反應(yīng)室內(nèi)壓力為50Pa，基板溫度為250°C。
[0063]如圖7所示，可清楚明白氮化硅膜70的應(yīng)力在只有施加上述的第一高頻電力時(shí)與只有施加上述的第二高頻電力時(shí)，在所有研究的范圍中是產(chǎn)生彼此相反方向的應(yīng)力。
[0064]此外，圖8為本實(shí)施方式的只有施加上述的第一高頻電力及只有施加第二高頻電力時(shí)基板溫度變化對氮化硅膜70的應(yīng)力變化的圖表。而且，此時(shí)的硅烷(SiH4)氣流量為5sccm，氨(NH3)氣的流量為5sccm。又，此時(shí)的氮(N2)氣流量為2000sccm，反應(yīng)室內(nèi)壓力為50Pa。
[0065]如圖8所表不,能夠確認(rèn)氮化娃膜70的應(yīng)力在只有施加上述的第一高頻電力時(shí)與只有施加上述的第二高頻電力時(shí)，至少在基板溫度為300°C以下的范圍中，是產(chǎn)生互相相反方向的應(yīng)力。此外，能夠確認(rèn)在大于300°C的范圍，這些應(yīng)力亦產(chǎn)生(即便是相同方向的應(yīng)力)較大的差異。
[0066]并且，在本實(shí)施方式在只有施加上述的第一高頻電力時(shí)的氮化硅膜70的折射率為約1.8?約2.2。此外，此膜的沉積速度的平均值為約10?約50nm/min.，且此膜的沉積速度的不均勻性為±1?±10%。另一方面，只有施加上述的第二高頻電力時(shí)的氮化硅膜70的折射率為約1.7?約2。又，此膜的沉積速度的平均值為約10?約50nm/min.，且此膜的沉積速度的不均勻性為±5%以下，更具體地為±1%以上且±5%以下。
[0067]〈實(shí)施例1>
[0068]其次，依據(jù)上述各種相當(dāng)有趣的結(jié)果，本
【發(fā)明者】使用本實(shí)施方式的氮化膜的制造裝置100，在基板20上將通過只有施加第一高頻電力而形成的氮化硅膜、以及通過只有施加第二高頻電力而形成的氮化硅膜，通過所謂積層而制造氮化硅膜70a。此時(shí)，本
【發(fā)明者】對將前述各自的高頻電力的處理時(shí)間之比改變時(shí)，氮化膜的應(yīng)力、氮化膜的折射率、以及氮化膜的沉積速度的依存性進(jìn)行研究。以下，將被施加第一高頻電力的期間稱為“第一期間”，并將被施加第二高頻電力的期間稱為“第二期間”。
[0069]圖9顯示使第一期間與第二期間的比率變動(dòng)時(shí)的應(yīng)力變化的圖表。如圖9所示，可清楚明白隨著第二期間的比率增加，應(yīng)力大致直線狀地從拉伸應(yīng)力(+)往壓縮應(yīng)力(_)變化。這顯示通過使第一期間與第二期間的比率變動(dòng)，能夠得到在只有施加第一高頻電力時(shí)所得到應(yīng)力的數(shù)值與只有施加第二高頻電力時(shí)所得到應(yīng)力的數(shù)值之間的任意所需要的應(yīng)力。
[0070]另外，針對第一期間與第二期間的比率與氮化硅膜70a的物性的相關(guān)性進(jìn)行研究時(shí)，更進(jìn)一步得到了相當(dāng)有趣的知識。具體而言如以下所述。
[0071]圖10為本實(shí)施方式的使第一期間與第二期間的比率變動(dòng)時(shí)的平均沉積速度及面內(nèi)均勻性(換言之，沉積速度的不均勻性)的變化。又，圖11為本實(shí)施方式的使第一期間與第二期間的比率變動(dòng)時(shí)的氮化硅膜70a的折射率變化的圖表。[0072]如圖10及圖11所示,能夠確認(rèn)沉積速度、面內(nèi)不均勻性及折射率中任一者均不依存于第一期間與第二期間的比率，而顯示大致一定的值。因此，將圖10及圖11所表示的結(jié)果與圖9的結(jié)果合并時(shí)，即便導(dǎo)出用以得到所需要的應(yīng)力的任意的第一期間及第二期間，亦能夠得到預(yù)定數(shù)值范圍的氮化膜的折射率分布及/或其氮化膜的沉積速度。
[0073]通過得到如上述的成果，本實(shí)施方式的氮化膜的制造裝置100的控制部39，具備使用獨(dú)立地施加第一高頻電力及/或第二高頻電力而得到穩(wěn)定在預(yù)定數(shù)值范圍內(nèi)的氮化膜70a的折射率分布及/或氮化膜70a的沉積速度分布(更詳細(xì)而言，沉積速度的基板面內(nèi)分布)，而算出用以得到所需要(包含應(yīng)力為O時(shí))的氮化膜70a的壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力的第一期間及第二期間的功能。更具體而言，例如記憶有基于上述的各種預(yù)備性實(shí)驗(yàn)的各種數(shù)據(jù)而得到的相當(dāng)于圖9至圖11的數(shù)據(jù)的控制部39，在被賦予氮化膜的制造工藝過程中所被要求的膜的應(yīng)力的值時(shí)，以最后所形成的氮化膜的應(yīng)力為其所需要的應(yīng)力的方式算出第一期間及第二期間。然后，本實(shí)施方式的控制部39如上述，通過控制第一高頻電源36a、第二高頻電源36b、開關(guān)40、及/或氣體流量調(diào)整器33a、33b等，來制造具有在基板20上所需要的應(yīng)力，同時(shí)具有所需要范圍內(nèi)的折射率及/或沉積速度的氮化硅膜70a。
[0074]另外，如前所述，控制部39連接至電腦60。該電腦60通過用以運(yùn)行上述各工藝過程的氮化膜的制造程序，來進(jìn)行監(jiān)視或綜合性地控制上述的各工藝過程。此外，不用特別提及的是，控制部39具備用以算出上述第一期間及第二期間的記錄部及演算部(圖中未示)。以下，將在顯示具體的制造流程圖的同時(shí)，說明氮化膜的制造程序。此外，在本實(shí)施方式中，上述的制造程序被保存在電腦60內(nèi)的硬盤、或是插入電腦60所設(shè)置的光碟機(jī)等的光盤等眾所周知的記錄媒體，但是該制造程序的保存處不被此限定。例如，該制造程序的一部分或全部亦可以被保存在本實(shí)施方式的控制部39內(nèi)。此外，該制造程序亦能夠通過局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)電路等眾所周知的技術(shù)而進(jìn)行監(jiān)視或控制上述的各工藝過程。此外，使電腦60具備用以算出上述的第一期間及第二期間的記錄部及演算部(未圖示)來代替控制部39的方式，亦是能夠采用的另外一種方式。
[0075]首先，針對本實(shí)施方式的氮化膜的制造程序進(jìn)行說明。圖12為本實(shí)施方式的氮化膜的制造流程圖。
[0076]如圖12所示，首先，在步驟SlOl中，基板20被導(dǎo)入至反應(yīng)室20內(nèi)。隨后，在等離子體CVD裝置進(jìn)行通常所進(jìn)行的工藝過程，例如排氣至預(yù)定壓力為止、以及載物臺31的加熱及待機(jī)等。其次，在步驟S102中，輸入最后欲得到的氮化膜的應(yīng)力的值。如此進(jìn)行時(shí)，本實(shí)施方式在步驟S103中，記憶有基于上述的各種預(yù)備性實(shí)驗(yàn)的各種數(shù)據(jù)而得到的相當(dāng)于圖9至圖11的數(shù)據(jù)的控制部39，以成為在步驟S102所被要求的應(yīng)力的值的方式算出第一期間及第二期間。
[0077]隨后，在步驟S104中，基于通過控制部39所算出，換言之所設(shè)定的第一期間及第二期間，控制部39通過控制第一高頻電源36a、第二高頻電源36b、開關(guān)40、及/或氣體流量調(diào)整器33a、33b等，而在基板20上形成氮化膜。在此，例如將第一期間及第二期間只有各實(shí)行I次時(shí)無法形成所欲得到程度的較厚膜厚度的情況下，能夠重復(fù)前述第一期間及第二期間多次。
[0078]最后，在步驟S105中，在工藝過程結(jié)束之后，將基板20從反應(yīng)室30取出。如上所述，通過實(shí)施步驟SlOl至步驟S106，能夠得到具有所需要的應(yīng)力，同時(shí)具有所需要范圍內(nèi)的折射率及/或沉積速度的氮化膜。
[0079]<其他的實(shí)施方式>
[0080]另外，上述的實(shí)施方式雖然主要針對氮化硅膜的制造裝置及其制造方法、以及其制造程序進(jìn)行說明，但是上述的實(shí)施方式對于氧氮化膜(例如，氧氮化硅膜)亦能夠應(yīng)用。氧氮化膜亦與狹義的氮化膜同樣地，在通常的情況下對所形成的膜產(chǎn)生壓縮應(yīng)力和拉伸應(yīng)力，想要一邊進(jìn)行控制其應(yīng)力，一邊控制折射率和沉積速度的分布是非常困難的。但是通過將上述的實(shí)施方式應(yīng)用在氧氮化膜，即能夠達(dá)成與上述的實(shí)施方式同等的效果或至少一部分的效果。
[0081]例如，圖13相當(dāng)于圖9，顯示使在氧氮化膜的第一期間與第二期間的比率變動(dòng)時(shí)的應(yīng)力變化的圖表。如圖13所示，能夠確認(rèn)制造氧氮化硅膜時(shí)，從橫軸的0%至100%為止，應(yīng)力亦是大致往右降低地下降。
[0082]此外，圖14相當(dāng)于圖10，顯示使在氧氮化硅膜的第一期間與第二期間的比率變動(dòng)時(shí)的平均沉積速度及面內(nèi)不均勻性(換言之，沉積速度的不均)的變化。此外，圖15相當(dāng)于圖11，顯示使在氧氮化硅膜的第一期間與第二期間的比率變動(dòng)時(shí)的氧氮化硅膜的折射率變化的圖表。
[0083]如圖13至圖15所示，與氮化硅膜同樣地，在進(jìn)行控制氧氮化硅膜的應(yīng)力的同時(shí)，能夠控制氧氮化硅膜的折射率和沉積速度分布。因此，如上所述，在氧氮化硅膜亦能夠應(yīng)用上述的實(shí)施方式。
[0084]而且，在上述的實(shí)施例1中，雖是采用將通過只有施加第一高頻電力而形成的氮化硅膜、及通過只有施加第二高頻電力而形成的氮化硅膜，積層各I層而成的氮化硅膜70a，但是本實(shí)施例的氮化硅膜70a不被此限定。如前所述，例如只有施加第一高頻電力的第一期間與只有施加第二高頻電力的第二期間各自多次交替地設(shè)置，亦是另外能夠采用的一個(gè)方式。因?yàn)橥ㄟ^第一期間及第二期間重復(fù)多次，能夠針對最后所形成的氮化硅膜的物性謀求整體的均質(zhì)化，此種方式可說是較佳。而且，通過比較短時(shí)間的第一期間及第二期間各自多次交替地設(shè)置而進(jìn)行多次薄膜積層，例如在隨后施行蝕刻處理時(shí)，亦能夠達(dá)成容易得到蝕刻速度等的穩(wěn)定性的效果。
[0085]并且，在上述的各實(shí)施方式，控制部39直接連接排氣流量調(diào)整器38等，但是上述的各實(shí)施方式的形式，不被這些構(gòu)成限定。例如，控制部39通過局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)電路等眾所周知的技術(shù)而以所謂間接地與排氣流量調(diào)整器38等連接的形式，亦能夠被包含在上述的各實(shí)施方式的另外能夠采用的一種方式。此外，在本申請的“控制部”亦包含將控制部39之中，算出第一期間及第二期間的演算功能以與控制部39分開的演算部發(fā)揮的形式。而且，將此演算部如上述直接或間接地連接至氮化膜的制造裝置100的方式，亦是另外能夠采用的一種方式。此外，在上述的各實(shí)施方式中，第一期間及第二期間雖是代表性地通過控制部39算出，但是此算出主體亦不被限定。例如，通過氮化硅膜的制造裝置100的管理者和作業(yè)者等將基于上述的預(yù)備性實(shí)驗(yàn)而算出的第一期間及第二期間，輸入控制部39或電腦60而使其記憶來制造氮化硅膜的方式亦能夠被包含在上述的制造工序。
[0086]另外，作為等離子體生成手段，上述的實(shí)施方式雖使用平行平板型(CCP ;Capacitive-Coupled Plasma),但是本發(fā)明不被此限定。使用其他的高密度等離子體、例如ICP (Inductively-Coupled Plasma) > ECR(Electron-Cyclotron Resonance Plasma)亦倉泛夠得到本發(fā)明的效果。
[0087]而且，上述的各實(shí)施方式的公開是用以說明這些實(shí)施方式而記載，不是用以限定本發(fā)明。并且，包含各實(shí)施方式的其他組合的在本發(fā)明的范圍內(nèi)所存在的變形例，亦被包含在權(quán)利要求書中。
【權(quán)利要求】
1.一種氮化膜的制造裝置，其為在反應(yīng)室內(nèi)所配置的基板上使用等離子體CVD法形成氮化膜的氮化膜的制造裝置，其特征在于，包含: 控制部，該控制部為了形成該氮化膜，根據(jù)使用獨(dú)立地施加相對較高頻率的第一高頻電力及/或相對較低頻率的第二高頻電力而得到穩(wěn)定在預(yù)定數(shù)值范圍內(nèi)的該氮化膜的折射率分布及/或該氮化膜的沉積速度分布，算出用以得到所需要(包含應(yīng)力為O時(shí))的該氮化膜的壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力而被施加該第一高頻電力的第一期間及被施加該第二高頻電力的第二期間。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化膜的制造裝置，其特征在于，該控制部交替地施加該第一期間及該第二期間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的氮化膜的制造裝置，其特征在于，該預(yù)定數(shù)值范圍使該氮化膜的折射率分布及/或該氮化膜的沉積速度分布的不均勻性為±5%以內(nèi)的范圍。
4.如權(quán)利要求1或2所述的氮化膜的制造裝置，其特征在于，穩(wěn)定在該預(yù)定數(shù)值范圍內(nèi)的該氮化膜的折射率及/或該氮化膜的沉積速度分布是通過使選自由該基板的溫度、該反應(yīng)室內(nèi)的壓力、被導(dǎo)入至該反應(yīng)室內(nèi)的反應(yīng)性氣體的流量、及被導(dǎo)入至該反應(yīng)室內(nèi)的非反應(yīng)性氣體的流量所組成群組中的至少一個(gè)數(shù)值變動(dòng)而得到。
5.一種氮化膜的制造方法，其為在反應(yīng)室內(nèi)所配置的基板上，使用等離子體CVD法而形成氮化膜的氮化膜的制造方法，其特征在于，包含以下工序: 為了形成該氮化膜，使用獨(dú)立地施加相對較高頻率的第一高頻電力及/或相對較低頻率的第二高頻電力而得到的穩(wěn)定在預(yù)定數(shù)值范圍內(nèi)的該氮化膜的折射率分布及/或該氮化膜的沉積速度分布的工序；以及 基于該氮化膜的折射率分布及/或該氮化膜的沉積速度分布，算出用以得到所需要(包含應(yīng)力為O時(shí))的該氮化膜的壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力而被施加該第一高頻電力的第一期間及被施加該第二高頻電力的第二期間的工序。
6.如權(quán)利要求5所述的氮化膜的制造方法，其特征在于，該第一期間與該第二期間是交替地設(shè)置。
7.如權(quán)利要求5或6所述的氮化膜的制造方法，其特征在于，該預(yù)定數(shù)值范圍是使該氮化膜的折射率分布及/或該氮化膜的沉積速度分布的不均勻性為±5%以內(nèi)的范圍。
8.一種氮化膜的制造程序，其為在反應(yīng)室內(nèi)所配置的基板上，使用等離子體CVD法而形成氮化膜的氮化膜的制造程序，其特征在于，包含使電腦運(yùn)行以下步驟的命令: 使其取得為了形成該氮化膜，使用獨(dú)立地施加相對較高頻率的第一高頻電力及/或相對較低頻率的第二高頻電力而得到穩(wěn)定在預(yù)定數(shù)值范圍內(nèi)的該氮化膜的折射率分布及/或該氮化膜的沉積速度分布的步驟；以及 使其基于該氮化膜的折射率分布及/或該氮化膜的沉積速度分布，算出用以得到所需要(包含應(yīng)力為O時(shí))的該氮化膜的壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力而被施加該第一高頻電力的第一期間及被施加該第二高頻電力的第二期間的步驟。
9.一種記錄媒體，其特征在于，其記錄如權(quán)利要求8的該氮化膜的制造程序。
10.一種氮化膜的制造裝置，其特征在于，其具備使用如權(quán)利要求8或9的該氮化膜的制造程序進(jìn)行控制的控制部。
【文檔編號】C23C16/505GK103748668SQ201280038970
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月11日
【發(fā)明者】村上彰一, 畑下晶保 申請人:Spp科技株式會社