カーボン膜上への酸化物膜の成膜方法及び成膜装置
【課題】カーボン膜上に酸化物膜を形成しても、カーボン膜の膜厚減少を抑制することが可能な、カーボン膜上への酸化物膜の成膜方法を提供する。
【解決手段】被処理体上にカーボン膜を形成する工程（ステップ１）と、前記カーボン膜上に被酸化体層を形成する工程（ステップ２）と、前記被酸化体層を酸化させながら、該被酸化体層上に酸化物膜を形成する工程（ステップ３）と、を具備する。前記ステップ２において、前記カーボン膜上にアミノシラン系ガスを供給しながら被処理体を加熱してシード層を形成し、続いて、前記シード層上にアミノ基を含まないシラン系ガスを供給しながら被処理体を加熱する事で、前記被酸化体層を形成する。
【解決手段】被処理体上にカーボン膜を形成する工程（ステップ１）と、前記カーボン膜上に被酸化体層を形成する工程（ステップ２）と、前記被酸化体層を酸化させながら、該被酸化体層上に酸化物膜を形成する工程（ステップ３）と、を具備する。前記ステップ２において、前記カーボン膜上にアミノシラン系ガスを供給しながら被処理体を加熱してシード層を形成し、続いて、前記シード層上にアミノ基を含まないシラン系ガスを供給しながら被処理体を加熱する事で、前記被酸化体層を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カーボン膜上への酸化物膜の成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造プロセスにおいて、カーボン膜上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成し、パターニングを行う場合がある。
【０００３】
例えば、特許文献１の段落０００５には、アモルファスカーボン膜上にＳｉＯ２膜を形成し、このＳｉＯ２膜をパターニングし、さらに、パターニングされたＳｉＯ２膜を用いてアモルファスカーボン膜をエッチングする、という技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−５３３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、カーボン膜上に直接ＳｉＯ２膜を成膜した場合、カーボン膜の膜厚が減少してしまう、という事情がある。例えば、処理温度を室温としてプラズマを用いたＡＬＤ法を行うと、カーボン膜が３〜４ｎｍ程度膜減りする。また、処理温度を３００℃として同じ条件でプラズマを用いたＡＬＤ法を行うと、５〜７ｎｍ程度の膜減りがカーボン膜に起こる。この一つの要因は、ＳｉＯ２膜の成膜初期段階において、カーボン膜表面のカーボンが酸素（Ｏ２）や酸素ラジカル（Ｏ＊）と反応し、ＣＯ２やＣＯとなって揮発するためである。
【０００６】
この発明は、カーボン膜上に酸化物膜を形成しても、カーボン膜の膜厚減少を抑制することが可能なカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法、及びその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の第１の態様に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法は、（１）被処理体上にカーボン膜を形成する工程と、（２）前記カーボン膜上に被酸化体層を形成する工程と、（３）前記被酸化体層を酸化させながら、前記被酸化体層上に酸化物膜を形成する工程と、を具備する。
【０００８】
この発明の第２の態様に係る成膜装置は、カーボン膜上に酸化物膜を成膜する成膜装置であって、前記カーボン膜が形成された被処理体を収容する処理室と、前記処理室内に、被酸化体層を成膜する被酸化体成膜ガス、及び酸化物膜を成膜する酸化物成膜ガスを供給するガス供給機構と、前記ガス供給機構を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置が、前記処理室内において、上記第１の態様に係る成膜方法を前記被処理体に対して実行するように、前記ガス供給機構を制御する。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、カーボン膜上に酸化物膜を形成しても、カーボン膜の膜厚減少を抑制することが可能なカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法、及びその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１Ａはこの発明の一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法の一例を示す流れ図、図１Ｂは図１Ａ中のステップ２の一例を示す流れ図
【図２】図２Ａ〜図２Ｅは図１Ａ及び図１Ｂに示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図３】堆積時間とシリコン層４の膜厚との関係を示す図
【図４】図３中の破線枠Ａ内を拡大した拡大図
【図５】一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の一例を概略的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（成膜方法）
図１Ａはこの発明の一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法の一例を示す流れ図、図１Ｂは図１Ａ中のステップ２の一例を示す流れ図、図２Ａ〜図２Ｅは、図１Ａ及び図１Ｂに示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。
【００１２】
まず、図１Ａ中のステップ１に示すように、被処理体上にカーボン膜を形成する。本例では、被処理体として半導体ウエハ、例えば、シリコンウエハＷを用いた。このシリコンウエハＷのシリコン基板１上に、本例ではアモルファスカーボン膜２を形成する（図２Ａ）。アモルファスカーボン膜２は、例えば、処理温度を２００℃〜４００℃としてプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、プラズマＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、又はプラズマＭＬＤ(Molecular Layer Deposition)法を用いて成膜する方法や、処理温度を７００℃〜９００℃として熱ＣＶＤ法用いて成膜する方法で形成することができる。成膜ガスとしては、炭素を含むガス、例えば、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガスなどを用いることができる。
【００１３】
次に、図１Ａ中のステップ２に示すように、アモルファスカーボン膜２上に被酸化体層を形成する。被酸化体層を構成する物質は酸化可能な物質であれば良い。本例では、被酸化体層を構成する物質としてシリコンを選択し、シリコンを含む層を形成した。また、本例では、シリコンを含む層を、図１Ｂに示すように二段階で形成した。
【００１４】
最初に、図１Ｂ中のステップ２１に示すように、アモルファスカーボン膜２が形成されたシリコンウエハＷを成膜装置の処理室内に搬入し、アモルファスカーボン膜２上にシード層３を形成する（図２Ｂ）。本例では、処理室内の温度を上げ、アモルファスカーボン膜２が形成されたシリコンウエハＷを加熱し、加熱されたアモルファスカーボン膜２の表面にアミノシラン系ガスを供給する。これにより、アモルファスカーボン膜２の表面上にシード層３を形成する。
【００１５】
アミノシラン系ガスの例としては、
ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）
ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）
ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）
ＢＤＭＡＳ（ビスジメチルアミノシラン）
ＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）、
ＤＥＡＳ（ジエチルアミノシラン）、
ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）、
ＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）、
ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）
等を挙げることができる。本例では、ＤＩＰＡＳを用いた。
【００１６】
ステップ２１における処理条件の一例は、
ＤＩＰＡＳ流量： ４００ｓｃｃｍ
処 理 時 間： ５ｍｉｎ
処 理 温 度： ４００℃
処 理 圧 力： １３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
である。ステップ２１の工程を、本明細書では以下プリフローと呼ぶ。
【００１７】
ステップ２１は、シリコン原料を、アモルファスカーボン膜２に吸着させやすくする工程である。なお、本明細書では、ステップ２１においてシード層３を形成する、と記載しているが、実際にはほとんど成膜されることはない。シード層３の厚さは、好ましくは単原子層レベルの厚さ程度であることが良い。具体的なシード層３の厚さを言及すれば、０．１ｎｍ以上０．３ｎｍ以下である。
【００１８】
次に、図１Ｂ中のステップ２２に示すように、シード層３上にシリコン層４を形成する（図２Ｃ）。本例では、上記処理室内で、シード層３が形成されたシリコンウエハＷを加熱し、加熱されたシード層３の表面にアミノ基を含まないシラン系ガスを供給する。これにより、シード層３の表面上でアミノ基を含まないシラン系ガスが熱分解され、シード層３上にシリコン層４が形成される。このように本例の被酸化体層５は、膜厚０．１ｎｍ以上０．１ｎｍ以下のシード層３と、シード層３上に形成されるシリコン層４とを含み、全体の膜厚の一例としては、例えば、３ｎｍ以上５ｎｍ以下とされる。
【００１９】
アミノ基を含まないシラン系ガスの例としては、
ＳｉＨ２
ＳｉＨ４
ＳｉＨ６
Ｓｉ２Ｈ４
Ｓｉ２Ｈ６
ＳｉｍＨ２ｍ＋２（ただし、ｍは３以上の自然数）の式で表されるシリコンの水素化物、及び
ＳｉｎＨ２ｎ（ただし、ｎは３以上の自然数）の式で表されるシリコンの水素化物の少なくとも一つを含むガスを挙げることができる。本例では、ＳｉＨ４（モノシラン）を用いた。
【００２０】
ステップ２２における処理条件の一例は、
モノシラン流量： ８００ｓｃｃｍ
処 理 時 間： ３ｍｉｎ
処 理 温 度： ５３０℃
処 理 圧 力： １３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
である。
【００２１】
上記モノシラン流量、処理温度、および処理圧力の条件では、およそ３ｍｉｎの処理時間（堆積時間）で、３ｎｍ程度の薄いシリコン層４がシード層３上に形成され、シード層３及びシリコン層４を含む被酸化体層５が形成される。
【００２２】
次に、図１Ａ中のステップ３に示すように、上記処理室内で、被酸化体層５、本例ではシード層３及びシリコン層４を含む被酸化体層５を酸化させつつ（図２Ｄ）、被酸化体層５上に酸化物膜を形成する。本例では、酸化物膜として、酸化シリコン膜６を、被酸化体層５上に成膜した（図２Ｅ）。
【００２３】
このような一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法によれば、本例ではアモルファスカーボン膜２上に形成された被酸化体層５を酸化させつつ、アモルファスカーボン膜２上に酸化物膜、本例では酸化シリコン膜６を形成する。このため、アモルファスカーボン膜２上に酸化シリコン膜６を形成しても、アモルファスカーボン膜２の膜厚減少を抑制することができる。
【００２４】
アモルファスカーボン膜２の膜厚減少の要因の一つは、酸化シリコン膜６の成膜初期段階において、酸化剤、例えば、酸素（Ｏ２）や酸素ラジカル（Ｏ＊）が、アモルファスカーボン膜２表面に接触すると、カーボンが酸素や酸素ラジカルと反応し、ＣＯ２やＣＯとなって揮発してしまうこと、である。
【００２５】
このような事情に対して、一実施形態においては、アモルファスカーボン膜２の表面上に、被酸化体層５を形成しておく。このため、酸化シリコン膜６の成膜初期段階においては、酸素や酸素ラジカルが、直接にアモルファスカーボン膜２の表面に接触することが抑制される。したがって、アモルファスカーボン膜２のカーボンが揮発し難くなり、その膜厚減少を抑制することができる。
【００２６】
また、一実施形態においては、被酸化体層５が酸化された後、その後、形成される酸化物膜と同一の膜になるようにしている。本例では、被酸化体層５を、シリコンを含む層とし、酸化物膜を酸化シリコン膜６としている。シリコンを含む層は酸化されて酸化シリコン層となり、酸化シリコン膜６と同じとなる。また、被酸化体層５を成膜するための成膜ガスと酸化物膜を成膜するための成膜ガスとを共通化できる利点もある。本例では、アミノシラン系ガス、又はアミノ基を含まないシラン系ガスを、酸化物膜の成膜ガスとして使用することができる。もちろん、アモルファスカーボン膜２と酸化シリコン膜６との間に、酸化シリコンとは異なった酸化物が挟まった構造となっても良いが、異なった酸化物を挟まない構造としたいのであれば、本一実施形態のようにすると良い。
【００２７】
また、シリコンを含む被酸化体層５が酸化されて形成された酸化シリコン層は、酸素を通し難い酸素障壁層として機能する。このため、酸化シリコン膜６を成膜している間、酸化剤が被酸化体層５を通過し、アモルファスカーボン膜２に達する事情も抑制できる。したがって、酸化シリコン膜６を成膜している間も、不慮のアモルファスカーボン膜２の膜厚減少を抑制することができる。
【００２８】
また、一実施形態においては、被酸化体層５を、シード層３の形成、及びシリコン層４の形成の二段階で形成した。この構成によれば、アモルファスカーボン膜２上に形成される被酸化体層５の膜厚を極めて薄くできる、という利点を得ることができる。極めて薄い膜厚の一例を挙げれば、３ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
【００２９】
シリコン層は、通常、アミノ基を含まないシラン系ガスを用いて形成される。しかし、アミノ基を含まないシラン系ガスを用いて、アモルファスカーボン膜２上に、膜厚が、例えば、３ｎｍ以上５ｎｍ以下であるシリコン層４を成膜すると、シリコンがグレイン成長している段階であるため、グレイン間に隙間を生じたシリコン層４ができる。このようなシリコン層４では、酸化シリコン膜６の成膜初期段階において、酸化剤が隙間を介して直接にアモルファスカーボン膜２の表面に接触する。その結果、アモルファスカーボン膜２が酸化され、揮発してしまう。このため、隙間がないシリコン層４に比較して、アモルファスカーボン膜の膜厚減少を抑制する効果が弱まる。
【００３０】
しかし、一実施形態では、シリコン層４を形成する前に、アミノシラン系ガスを用いて、アモルファスカーボン膜２上にシード層３を形成する（プリフロー）。シリコン層４は、シード層３上に形成する。このようにすると、シリコン層４の成膜が始まるまでの時間（以下インキュベーション時間という）を短くすることができる。インキュベーション時間が短い、ということは、極めて薄いシリコン層４、例えば、膜厚が３ｎｍ以上５ｎｍ以下であるシリコン層４であっても、隙間がなく、膜質が均一なシリコン層４が得られる、ということである。
【００３１】
図３に、堆積時間とシリコン層４の膜厚との関係を示す。図３に示す結果は下地を酸化シリコン（ＳｉＯ２）とした場合であるが、下地が酸化シリコンであってもアモルファスカーボンであっても、同様の傾向を示す。なぜなら、プリフロー、即ちアミノシラン系ガスが熱分解されることで得られたシード層３が下地上に形成されるからである。シリコン層４は、あくまでシード層３上に吸着されて成膜される。
【００３２】
本例で用いたプリフローにおける処理条件は、
ＤＩＰＡＳ流量： ５００ｓｃｃｍ
処 理 時 間： ５ｍｉｎ
処 理 温 度： ４００℃
処 理 圧 力： ５３．２Ｐａ（０．４Ｔｏｒｒ）
である。
【００３３】
同じく本例で用いたシリコン層４を成膜するための処理条件は、
モノシラン流量： ５００ｓｃｃｍ
堆 積 時 間： ３０ｍｉｎ／４５ｍｉｎ／６０ｍｉｎ
処 理 温 度： ５００℃
処 理 圧 力： ５３．２Ｐａ（０．４Ｔｏｒｒ）
である。
【００３４】
シリコン層４の膜厚は、堆積時間を３０ｍｉｎとしたとき、４５ｍｉｎとしたとき、及び６０ｍｉｎとしたときの３点で測定した。
【００３５】
図３中の線Ｉはプリフロー有りの場合、線IIはプリフロー無しの場合の結果を示している。線Ｉ、IIは、測定された３つの膜厚を最小二乗法で直線近似した直線であり、式は次の通りである。
【００３６】
線Ｉ ： ｙ ＝ 17.572ｘ − 20.855 …（１）
線II ： ｙ ＝ 17.605ｘ − 34.929 …（２）
図３に示すように、プリフロー有りの場合、プリフロー無しに比較してシリコン層４の膜厚が増す傾向が明らかとなった。
【００３７】
上記（１）、（２）式をｙ＝０、即ち、シリコン層４の膜厚を“０”としたとき、線Ｉ、IIと堆積時間との交点を求めたものを図４に示す。
【００３８】
なお、図４は図３中の破線枠Ａ内を拡大した拡大図である。
【００３９】
図４に示すように、プリフロー有りのとき、シリコン層４の堆積が処理開始から約１．２ｍｉｎ（ｘ≒１．１８９）から始まる。対して、プリフロー無しのシリコン層のときには、シリコン層４の堆積が処理開始から約２．０ｍｉｎ（ｘ≒１．９８４）から始まる。
【００４０】
このように、下地に対してアミノシラン系ガスのプリフローを行うことで、インキュベーション時間を、約２．０ｍｉｎから約１．２ｍｉｎに短縮することができる。この結果、薄い膜厚、例えば３ｎｍ〜５ｎｍ程度の膜厚のシリコン層４を、モノシランを用いて成膜することができる。
【００４１】
以上、一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法によれば、カーボン膜上に酸化物膜を形成しても、カーボン膜の膜厚減少を抑制することが可能なカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法を得ることができる。
【００４２】
（成膜装置）
次に、上記一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の一例を説明する。
【００４３】
図５は、一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。
【００４４】
図５に示すように、成膜装置１００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理室１０１を有している。処理室１０１の全体は、例えば、石英により形成されている。処理室１０１内の天井には、石英製の天井板１０２が設けられている。処理室１０１の下端開口部には、例えば、ステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド１０３がＯリング等のシール部材１０４を介して連結されている。
【００４５】
マニホールド１０３は処理室１０１の下端を支持している。マニホールド１０３の下方からは、被処理体として複数枚、例えば、５０〜１００枚の半導体ウエハ、本例では、シリコンウエハＷを多段に載置可能な石英製のウエハボート１０５が処理室１０１内に挿入可能となっている。ウエハボート１０５は複数本の支柱１０６を有し、支柱１０６に形成された溝により複数枚のシリコンウエハＷが支持されるようになっている。
【００４６】
ウエハボート１０５は、石英製の保温筒１０７を介してテーブル１０８上に載置されている。テーブル１０８は、マニホールド１０３の下端開口部を開閉する、例えば、ステンレススチール製の蓋部１０９を貫通する回転軸１１０上に支持される。回転軸１１０の貫通部には、例えば、磁性流体シール１１１が設けられ、回転軸１１０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。蓋部１０９の周辺部とマニホールド１０３の下端部との間には、例えば、Ｏリングよりなるシール部材１１２が介設されている。これにより処理室１０１内のシール性が保持されている。回転軸１１０は、例えば、ボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１１３の先端に取り付けられている。これにより、ウエハボート１０５および蓋部１０９等は、一体的に昇降されて処理室１０１内に対して挿脱される。
【００４７】
成膜装置１００は、処理室１０１内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構１１４と、処理室１０１内に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構１１５と、を有している。
【００４８】
処理ガス供給機構１１４は、炭素を含むガス供給源１１６、アミノシラン系ガス供給源１１７、アミノ基を含まないシラン系ガス供給源１１８、酸化剤を含むガス供給源１１９を含んでいる。炭素を含むガスの一例はエチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス、酸化剤を含むガスの一例は酸素（Ｏ２）ガスである。
【００４９】
不活性ガス供給機構１１５は、不活性ガス供給源１２０を含んでいる。不活性ガスは、パージガス等に利用される。不活性ガスの一例は窒素（Ｎ２）ガスである。
【００５０】
炭素を含むガス供給源１１６は、流量制御器１２１ａ及び開閉弁１２２ａを介して、分散ノズル１２３に接続されている。分散ノズル１２３は石英管よりなり、マニホールド１０３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる。分散ノズル１２３の垂直部分には、複数のガス吐出孔１２４が所定の間隔を隔てて形成されている。炭素を含むガスは、各ガス吐出孔１２４から水平方向に処理室１０１内に向けて略均一に吐出される。
【００５１】
アミノシラン系ガス供給源１１７は、流量制御器１２１ｂ及び開閉弁１２２ｂを介して、分散ノズル１２３に接続されている。アミノシラン系ガスも、各ガス吐出孔１２４から水平方向に処理室１０１内に向けて略均一に吐出される。
【００５２】
また、アミノ基を含まないシラン系ガス供給源１１８も、流量制御器１２１ｃ及び開閉弁１２２ｃを介して、例えば、分散ノズル１２３に接続される。アミノ基を含まないシラン系ガスも、各ガス吐出孔１２４から水平方向に処理室１０１内に向けて略均一に吐出される。
【００５３】
酸化剤を含むガス供給機構１１９は、流量制御器１２１ｄ及び開閉弁１２２ｄを介して、分散ノズル１２５に接続されている。分散ノズル１２５は石英管よりなり、マニホールド１０３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる。分散ノズル１２５の垂直部分には、複数のガス吐出孔１２６が所定の間隔を隔てて形成されている。酸化剤を含むガスは、各ガス吐出孔１２６から水平方向に処理室１０１内に向けて略均一に吐出される。
【００５４】
不活性ガス供給源１２０は、流量制御器１２１ｅ及び開閉弁１２２ｅを介して、ノズル１２８に接続されている。ノズル１２８は、マニホールド１０３の側壁を貫通し、その先端から不活性ガスを、水平方向に処理室１０１内に向けて吐出させる。
【００５５】
処理室１０１内の、分散ノズル１２３及び１２５と反対側の部分には、処理室１０１内を排気するための排気口１２９が設けられている。排気口１２９は処理室１０１の側壁を上下方向へ削りとることによって細長く形成されている。処理室１０１の排気口１２９に対応する部分には、排気口１２９を覆うように断面がコの字状に成形された排気口カバー部材１３０が溶接により取り付けられている。排気口カバー部材１３０は、処理室１０１の側壁に沿って上方に延びており、処理室１０１の上方にガス出口１３１を規定している。ガス出口１３１には、真空ポンプ等を含む排気機構１３２が接続される。排気機構１３２は、処理室１０１内を排気することで処理に使用した処理ガスの排気、及び処理室１０１内の圧力を処理に応じた処理圧力とする。
【００５６】
処理室１０１の外周には筒体状の加熱装置１３３が設けられている。加熱装置１３３は、処理室１０１内に供給されたガスを活性化するとともに、処理室１０１内に収容された被処理体、本例ではシリコンウエハＷを加熱する。
【００５７】
成膜装置１００の各部の制御は、例えばマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ１５０により行われる。コントローラ１５０には、オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１５１が接続されている。
【００５８】
コントローラ１５０には記憶部１５２が接続されている。記憶部１５２は、成膜装置１００で実行される各種処理をコントローラ１５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納される。レシピは、例えば、記憶部１５２の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。レシピは、必要に応じて、ユーザーインターフェース１５１からの指示等にて記憶部１５２から読み出され、読み出されたレシピに従った処理をコントローラ１５０が実行することで、成膜装置１００は、コントローラ１５０の制御のもと、所望の処理が実施される。
【００５９】
本例では、コントローラ１５０の制御のもと、上記一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法のステップ１、ステップ２１、ステップ２２、ステップ３に従った処理を順次実行する。ステップ３における酸化物膜の成膜は、シリコンを含むガス、例えば、アミノ基を含まないシラン系ガス、及び酸化剤を含むガスを、アミノ基を含まないシラン系ガス供給源１１８、及び酸化剤を含むガス供給源１１９から処理室１０１内に供給するとともに、加熱装置１３３を用いてシリコンウエハＷを加熱することで実行することができる。この場合、酸化物膜として酸化シリコン膜６が形成される。
【００６０】
酸化シリコン膜６の成膜には、シリコンを含むガスと酸化剤を含むガスとを交互に供給しながら成膜する、いわゆるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、又はＭＬＤ(Molecular Layer Deposition)法が採用されても良いし、シリコンを含むガスと酸化剤を含むガスとを同時に供給しながら成膜する、いわゆるＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法が採用されても良い。ＡＬＤ（又はＭＬＤ）法の例としては、処理温度を室温（２５℃）〜４００℃としたプラズマＡＬＤ（又はＭＬＤ）法、又はＡＬＤ（又はＭＬＤ）法を挙げることができ、熱ＣＶＤ法の例としては、処理温度を４００℃〜８００℃としたプラズマＣＶＤ法、又は熱ＣＶＤ法を挙げることができる。
【００６１】
上記一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法は、図５に示すような成膜装置１００によって実施することができる。
【００６２】
以上、この発明を一実施形態に従って説明したが、この発明は、上記一実施形態に限定されることは無く、種々変形可能である。また、この発明の実施形態は、上記一実施形態が唯一の実施形態でもない。
【００６３】
例えば、酸化物膜はプラズマＣＶＤ法を用いて形成することも可能である。この場合には、例えば、処理室１０１に、プラズマ生成機構を設け、例えば、酸化剤を含むガスをプラズマ化する。
【００６４】
また、酸化剤にオゾン（Ｏ３）ガスを用いることもでき、この場合には酸化剤を含むガス供給源１１９にオゾンガスを発生させるオゾナイザーを備えるようにしても良い。
【００６５】
また、上記一実施形態では、成膜装置１００が炭素を含むガス供給源１１６を備えており、アモルファスカーボン膜２の成膜から、シリコンを含む被酸化体層５、及び酸化シリコン膜６までをインサイチュで成膜可能な成膜装置１００を例示した。しかし、成膜装置は、アミノシラン系ガス供給源１１７、アミノ基を含まないシラン系ガス供給源１１８、酸化剤を含むガス供給源１１９を少なくとも備えていれば良い。このような成膜装置においても、別の成膜装置で成膜されたアモルファスカーボン膜２上に、シリコンを含む被酸化体層５、及び酸化シリコン膜６をインサイチュで成膜でき、アモルファスカーボン膜２の膜減りを抑制することができる。
【００６６】
また、上記一実施形態では本発明を複数のシリコンウエハＷを搭載して一括して成膜を行うバッチ式の成膜装置に適用した例を示したが、これに限らず、一枚のウエハ毎に成膜を行う枚葉式の成膜装置に適用することもできる。
【００６７】
また、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤガラス基板等の他の基板にも本発明を適用することができる。
【００６８】
その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１…シリコン基板、２…アモルファスカーボン膜、３…シード層、４…シリコン層、５…被酸化体層、６…酸化シリコン膜。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カーボン膜上への酸化物膜の成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造プロセスにおいて、カーボン膜上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成し、パターニングを行う場合がある。
【０００３】
例えば、特許文献１の段落０００５には、アモルファスカーボン膜上にＳｉＯ２膜を形成し、このＳｉＯ２膜をパターニングし、さらに、パターニングされたＳｉＯ２膜を用いてアモルファスカーボン膜をエッチングする、という技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−５３３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、カーボン膜上に直接ＳｉＯ２膜を成膜した場合、カーボン膜の膜厚が減少してしまう、という事情がある。例えば、処理温度を室温としてプラズマを用いたＡＬＤ法を行うと、カーボン膜が３〜４ｎｍ程度膜減りする。また、処理温度を３００℃として同じ条件でプラズマを用いたＡＬＤ法を行うと、５〜７ｎｍ程度の膜減りがカーボン膜に起こる。この一つの要因は、ＳｉＯ２膜の成膜初期段階において、カーボン膜表面のカーボンが酸素（Ｏ２）や酸素ラジカル（Ｏ＊）と反応し、ＣＯ２やＣＯとなって揮発するためである。
【０００６】
この発明は、カーボン膜上に酸化物膜を形成しても、カーボン膜の膜厚減少を抑制することが可能なカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法、及びその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の第１の態様に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法は、（１）被処理体上にカーボン膜を形成する工程と、（２）前記カーボン膜上に被酸化体層を形成する工程と、（３）前記被酸化体層を酸化させながら、前記被酸化体層上に酸化物膜を形成する工程と、を具備する。
【０００８】
この発明の第２の態様に係る成膜装置は、カーボン膜上に酸化物膜を成膜する成膜装置であって、前記カーボン膜が形成された被処理体を収容する処理室と、前記処理室内に、被酸化体層を成膜する被酸化体成膜ガス、及び酸化物膜を成膜する酸化物成膜ガスを供給するガス供給機構と、前記ガス供給機構を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置が、前記処理室内において、上記第１の態様に係る成膜方法を前記被処理体に対して実行するように、前記ガス供給機構を制御する。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、カーボン膜上に酸化物膜を形成しても、カーボン膜の膜厚減少を抑制することが可能なカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法、及びその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１Ａはこの発明の一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法の一例を示す流れ図、図１Ｂは図１Ａ中のステップ２の一例を示す流れ図
【図２】図２Ａ〜図２Ｅは図１Ａ及び図１Ｂに示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図３】堆積時間とシリコン層４の膜厚との関係を示す図
【図４】図３中の破線枠Ａ内を拡大した拡大図
【図５】一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の一例を概略的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（成膜方法）
図１Ａはこの発明の一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法の一例を示す流れ図、図１Ｂは図１Ａ中のステップ２の一例を示す流れ図、図２Ａ〜図２Ｅは、図１Ａ及び図１Ｂに示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。
【００１２】
まず、図１Ａ中のステップ１に示すように、被処理体上にカーボン膜を形成する。本例では、被処理体として半導体ウエハ、例えば、シリコンウエハＷを用いた。このシリコンウエハＷのシリコン基板１上に、本例ではアモルファスカーボン膜２を形成する（図２Ａ）。アモルファスカーボン膜２は、例えば、処理温度を２００℃〜４００℃としてプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、プラズマＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、又はプラズマＭＬＤ(Molecular Layer Deposition)法を用いて成膜する方法や、処理温度を７００℃〜９００℃として熱ＣＶＤ法用いて成膜する方法で形成することができる。成膜ガスとしては、炭素を含むガス、例えば、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガスなどを用いることができる。
【００１３】
次に、図１Ａ中のステップ２に示すように、アモルファスカーボン膜２上に被酸化体層を形成する。被酸化体層を構成する物質は酸化可能な物質であれば良い。本例では、被酸化体層を構成する物質としてシリコンを選択し、シリコンを含む層を形成した。また、本例では、シリコンを含む層を、図１Ｂに示すように二段階で形成した。
【００１４】
最初に、図１Ｂ中のステップ２１に示すように、アモルファスカーボン膜２が形成されたシリコンウエハＷを成膜装置の処理室内に搬入し、アモルファスカーボン膜２上にシード層３を形成する（図２Ｂ）。本例では、処理室内の温度を上げ、アモルファスカーボン膜２が形成されたシリコンウエハＷを加熱し、加熱されたアモルファスカーボン膜２の表面にアミノシラン系ガスを供給する。これにより、アモルファスカーボン膜２の表面上にシード層３を形成する。
【００１５】
アミノシラン系ガスの例としては、
ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）
ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）
ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）
ＢＤＭＡＳ（ビスジメチルアミノシラン）
ＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）、
ＤＥＡＳ（ジエチルアミノシラン）、
ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）、
ＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）、
ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）
等を挙げることができる。本例では、ＤＩＰＡＳを用いた。
【００１６】
ステップ２１における処理条件の一例は、
ＤＩＰＡＳ流量： ４００ｓｃｃｍ
処 理 時 間： ５ｍｉｎ
処 理 温 度： ４００℃
処 理 圧 力： １３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
である。ステップ２１の工程を、本明細書では以下プリフローと呼ぶ。
【００１７】
ステップ２１は、シリコン原料を、アモルファスカーボン膜２に吸着させやすくする工程である。なお、本明細書では、ステップ２１においてシード層３を形成する、と記載しているが、実際にはほとんど成膜されることはない。シード層３の厚さは、好ましくは単原子層レベルの厚さ程度であることが良い。具体的なシード層３の厚さを言及すれば、０．１ｎｍ以上０．３ｎｍ以下である。
【００１８】
次に、図１Ｂ中のステップ２２に示すように、シード層３上にシリコン層４を形成する（図２Ｃ）。本例では、上記処理室内で、シード層３が形成されたシリコンウエハＷを加熱し、加熱されたシード層３の表面にアミノ基を含まないシラン系ガスを供給する。これにより、シード層３の表面上でアミノ基を含まないシラン系ガスが熱分解され、シード層３上にシリコン層４が形成される。このように本例の被酸化体層５は、膜厚０．１ｎｍ以上０．１ｎｍ以下のシード層３と、シード層３上に形成されるシリコン層４とを含み、全体の膜厚の一例としては、例えば、３ｎｍ以上５ｎｍ以下とされる。
【００１９】
アミノ基を含まないシラン系ガスの例としては、
ＳｉＨ２
ＳｉＨ４
ＳｉＨ６
Ｓｉ２Ｈ４
Ｓｉ２Ｈ６
ＳｉｍＨ２ｍ＋２（ただし、ｍは３以上の自然数）の式で表されるシリコンの水素化物、及び
ＳｉｎＨ２ｎ（ただし、ｎは３以上の自然数）の式で表されるシリコンの水素化物の少なくとも一つを含むガスを挙げることができる。本例では、ＳｉＨ４（モノシラン）を用いた。
【００２０】
ステップ２２における処理条件の一例は、
モノシラン流量： ８００ｓｃｃｍ
処 理 時 間： ３ｍｉｎ
処 理 温 度： ５３０℃
処 理 圧 力： １３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
である。
【００２１】
上記モノシラン流量、処理温度、および処理圧力の条件では、およそ３ｍｉｎの処理時間（堆積時間）で、３ｎｍ程度の薄いシリコン層４がシード層３上に形成され、シード層３及びシリコン層４を含む被酸化体層５が形成される。
【００２２】
次に、図１Ａ中のステップ３に示すように、上記処理室内で、被酸化体層５、本例ではシード層３及びシリコン層４を含む被酸化体層５を酸化させつつ（図２Ｄ）、被酸化体層５上に酸化物膜を形成する。本例では、酸化物膜として、酸化シリコン膜６を、被酸化体層５上に成膜した（図２Ｅ）。
【００２３】
このような一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法によれば、本例ではアモルファスカーボン膜２上に形成された被酸化体層５を酸化させつつ、アモルファスカーボン膜２上に酸化物膜、本例では酸化シリコン膜６を形成する。このため、アモルファスカーボン膜２上に酸化シリコン膜６を形成しても、アモルファスカーボン膜２の膜厚減少を抑制することができる。
【００２４】
アモルファスカーボン膜２の膜厚減少の要因の一つは、酸化シリコン膜６の成膜初期段階において、酸化剤、例えば、酸素（Ｏ２）や酸素ラジカル（Ｏ＊）が、アモルファスカーボン膜２表面に接触すると、カーボンが酸素や酸素ラジカルと反応し、ＣＯ２やＣＯとなって揮発してしまうこと、である。
【００２５】
このような事情に対して、一実施形態においては、アモルファスカーボン膜２の表面上に、被酸化体層５を形成しておく。このため、酸化シリコン膜６の成膜初期段階においては、酸素や酸素ラジカルが、直接にアモルファスカーボン膜２の表面に接触することが抑制される。したがって、アモルファスカーボン膜２のカーボンが揮発し難くなり、その膜厚減少を抑制することができる。
【００２６】
また、一実施形態においては、被酸化体層５が酸化された後、その後、形成される酸化物膜と同一の膜になるようにしている。本例では、被酸化体層５を、シリコンを含む層とし、酸化物膜を酸化シリコン膜６としている。シリコンを含む層は酸化されて酸化シリコン層となり、酸化シリコン膜６と同じとなる。また、被酸化体層５を成膜するための成膜ガスと酸化物膜を成膜するための成膜ガスとを共通化できる利点もある。本例では、アミノシラン系ガス、又はアミノ基を含まないシラン系ガスを、酸化物膜の成膜ガスとして使用することができる。もちろん、アモルファスカーボン膜２と酸化シリコン膜６との間に、酸化シリコンとは異なった酸化物が挟まった構造となっても良いが、異なった酸化物を挟まない構造としたいのであれば、本一実施形態のようにすると良い。
【００２７】
また、シリコンを含む被酸化体層５が酸化されて形成された酸化シリコン層は、酸素を通し難い酸素障壁層として機能する。このため、酸化シリコン膜６を成膜している間、酸化剤が被酸化体層５を通過し、アモルファスカーボン膜２に達する事情も抑制できる。したがって、酸化シリコン膜６を成膜している間も、不慮のアモルファスカーボン膜２の膜厚減少を抑制することができる。
【００２８】
また、一実施形態においては、被酸化体層５を、シード層３の形成、及びシリコン層４の形成の二段階で形成した。この構成によれば、アモルファスカーボン膜２上に形成される被酸化体層５の膜厚を極めて薄くできる、という利点を得ることができる。極めて薄い膜厚の一例を挙げれば、３ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
【００２９】
シリコン層は、通常、アミノ基を含まないシラン系ガスを用いて形成される。しかし、アミノ基を含まないシラン系ガスを用いて、アモルファスカーボン膜２上に、膜厚が、例えば、３ｎｍ以上５ｎｍ以下であるシリコン層４を成膜すると、シリコンがグレイン成長している段階であるため、グレイン間に隙間を生じたシリコン層４ができる。このようなシリコン層４では、酸化シリコン膜６の成膜初期段階において、酸化剤が隙間を介して直接にアモルファスカーボン膜２の表面に接触する。その結果、アモルファスカーボン膜２が酸化され、揮発してしまう。このため、隙間がないシリコン層４に比較して、アモルファスカーボン膜の膜厚減少を抑制する効果が弱まる。
【００３０】
しかし、一実施形態では、シリコン層４を形成する前に、アミノシラン系ガスを用いて、アモルファスカーボン膜２上にシード層３を形成する（プリフロー）。シリコン層４は、シード層３上に形成する。このようにすると、シリコン層４の成膜が始まるまでの時間（以下インキュベーション時間という）を短くすることができる。インキュベーション時間が短い、ということは、極めて薄いシリコン層４、例えば、膜厚が３ｎｍ以上５ｎｍ以下であるシリコン層４であっても、隙間がなく、膜質が均一なシリコン層４が得られる、ということである。
【００３１】
図３に、堆積時間とシリコン層４の膜厚との関係を示す。図３に示す結果は下地を酸化シリコン（ＳｉＯ２）とした場合であるが、下地が酸化シリコンであってもアモルファスカーボンであっても、同様の傾向を示す。なぜなら、プリフロー、即ちアミノシラン系ガスが熱分解されることで得られたシード層３が下地上に形成されるからである。シリコン層４は、あくまでシード層３上に吸着されて成膜される。
【００３２】
本例で用いたプリフローにおける処理条件は、
ＤＩＰＡＳ流量： ５００ｓｃｃｍ
処 理 時 間： ５ｍｉｎ
処 理 温 度： ４００℃
処 理 圧 力： ５３．２Ｐａ（０．４Ｔｏｒｒ）
である。
【００３３】
同じく本例で用いたシリコン層４を成膜するための処理条件は、
モノシラン流量： ５００ｓｃｃｍ
堆 積 時 間： ３０ｍｉｎ／４５ｍｉｎ／６０ｍｉｎ
処 理 温 度： ５００℃
処 理 圧 力： ５３．２Ｐａ（０．４Ｔｏｒｒ）
である。
【００３４】
シリコン層４の膜厚は、堆積時間を３０ｍｉｎとしたとき、４５ｍｉｎとしたとき、及び６０ｍｉｎとしたときの３点で測定した。
【００３５】
図３中の線Ｉはプリフロー有りの場合、線IIはプリフロー無しの場合の結果を示している。線Ｉ、IIは、測定された３つの膜厚を最小二乗法で直線近似した直線であり、式は次の通りである。
【００３６】
線Ｉ ： ｙ ＝ 17.572ｘ − 20.855 …（１）
線II ： ｙ ＝ 17.605ｘ − 34.929 …（２）
図３に示すように、プリフロー有りの場合、プリフロー無しに比較してシリコン層４の膜厚が増す傾向が明らかとなった。
【００３７】
上記（１）、（２）式をｙ＝０、即ち、シリコン層４の膜厚を“０”としたとき、線Ｉ、IIと堆積時間との交点を求めたものを図４に示す。
【００３８】
なお、図４は図３中の破線枠Ａ内を拡大した拡大図である。
【００３９】
図４に示すように、プリフロー有りのとき、シリコン層４の堆積が処理開始から約１．２ｍｉｎ（ｘ≒１．１８９）から始まる。対して、プリフロー無しのシリコン層のときには、シリコン層４の堆積が処理開始から約２．０ｍｉｎ（ｘ≒１．９８４）から始まる。
【００４０】
このように、下地に対してアミノシラン系ガスのプリフローを行うことで、インキュベーション時間を、約２．０ｍｉｎから約１．２ｍｉｎに短縮することができる。この結果、薄い膜厚、例えば３ｎｍ〜５ｎｍ程度の膜厚のシリコン層４を、モノシランを用いて成膜することができる。
【００４１】
以上、一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法によれば、カーボン膜上に酸化物膜を形成しても、カーボン膜の膜厚減少を抑制することが可能なカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法を得ることができる。
【００４２】
（成膜装置）
次に、上記一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の一例を説明する。
【００４３】
図５は、一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。
【００４４】
図５に示すように、成膜装置１００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理室１０１を有している。処理室１０１の全体は、例えば、石英により形成されている。処理室１０１内の天井には、石英製の天井板１０２が設けられている。処理室１０１の下端開口部には、例えば、ステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド１０３がＯリング等のシール部材１０４を介して連結されている。
【００４５】
マニホールド１０３は処理室１０１の下端を支持している。マニホールド１０３の下方からは、被処理体として複数枚、例えば、５０〜１００枚の半導体ウエハ、本例では、シリコンウエハＷを多段に載置可能な石英製のウエハボート１０５が処理室１０１内に挿入可能となっている。ウエハボート１０５は複数本の支柱１０６を有し、支柱１０６に形成された溝により複数枚のシリコンウエハＷが支持されるようになっている。
【００４６】
ウエハボート１０５は、石英製の保温筒１０７を介してテーブル１０８上に載置されている。テーブル１０８は、マニホールド１０３の下端開口部を開閉する、例えば、ステンレススチール製の蓋部１０９を貫通する回転軸１１０上に支持される。回転軸１１０の貫通部には、例えば、磁性流体シール１１１が設けられ、回転軸１１０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。蓋部１０９の周辺部とマニホールド１０３の下端部との間には、例えば、Ｏリングよりなるシール部材１１２が介設されている。これにより処理室１０１内のシール性が保持されている。回転軸１１０は、例えば、ボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１１３の先端に取り付けられている。これにより、ウエハボート１０５および蓋部１０９等は、一体的に昇降されて処理室１０１内に対して挿脱される。
【００４７】
成膜装置１００は、処理室１０１内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構１１４と、処理室１０１内に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構１１５と、を有している。
【００４８】
処理ガス供給機構１１４は、炭素を含むガス供給源１１６、アミノシラン系ガス供給源１１７、アミノ基を含まないシラン系ガス供給源１１８、酸化剤を含むガス供給源１１９を含んでいる。炭素を含むガスの一例はエチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス、酸化剤を含むガスの一例は酸素（Ｏ２）ガスである。
【００４９】
不活性ガス供給機構１１５は、不活性ガス供給源１２０を含んでいる。不活性ガスは、パージガス等に利用される。不活性ガスの一例は窒素（Ｎ２）ガスである。
【００５０】
炭素を含むガス供給源１１６は、流量制御器１２１ａ及び開閉弁１２２ａを介して、分散ノズル１２３に接続されている。分散ノズル１２３は石英管よりなり、マニホールド１０３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる。分散ノズル１２３の垂直部分には、複数のガス吐出孔１２４が所定の間隔を隔てて形成されている。炭素を含むガスは、各ガス吐出孔１２４から水平方向に処理室１０１内に向けて略均一に吐出される。
【００５１】
アミノシラン系ガス供給源１１７は、流量制御器１２１ｂ及び開閉弁１２２ｂを介して、分散ノズル１２３に接続されている。アミノシラン系ガスも、各ガス吐出孔１２４から水平方向に処理室１０１内に向けて略均一に吐出される。
【００５２】
また、アミノ基を含まないシラン系ガス供給源１１８も、流量制御器１２１ｃ及び開閉弁１２２ｃを介して、例えば、分散ノズル１２３に接続される。アミノ基を含まないシラン系ガスも、各ガス吐出孔１２４から水平方向に処理室１０１内に向けて略均一に吐出される。
【００５３】
酸化剤を含むガス供給機構１１９は、流量制御器１２１ｄ及び開閉弁１２２ｄを介して、分散ノズル１２５に接続されている。分散ノズル１２５は石英管よりなり、マニホールド１０３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる。分散ノズル１２５の垂直部分には、複数のガス吐出孔１２６が所定の間隔を隔てて形成されている。酸化剤を含むガスは、各ガス吐出孔１２６から水平方向に処理室１０１内に向けて略均一に吐出される。
【００５４】
不活性ガス供給源１２０は、流量制御器１２１ｅ及び開閉弁１２２ｅを介して、ノズル１２８に接続されている。ノズル１２８は、マニホールド１０３の側壁を貫通し、その先端から不活性ガスを、水平方向に処理室１０１内に向けて吐出させる。
【００５５】
処理室１０１内の、分散ノズル１２３及び１２５と反対側の部分には、処理室１０１内を排気するための排気口１２９が設けられている。排気口１２９は処理室１０１の側壁を上下方向へ削りとることによって細長く形成されている。処理室１０１の排気口１２９に対応する部分には、排気口１２９を覆うように断面がコの字状に成形された排気口カバー部材１３０が溶接により取り付けられている。排気口カバー部材１３０は、処理室１０１の側壁に沿って上方に延びており、処理室１０１の上方にガス出口１３１を規定している。ガス出口１３１には、真空ポンプ等を含む排気機構１３２が接続される。排気機構１３２は、処理室１０１内を排気することで処理に使用した処理ガスの排気、及び処理室１０１内の圧力を処理に応じた処理圧力とする。
【００５６】
処理室１０１の外周には筒体状の加熱装置１３３が設けられている。加熱装置１３３は、処理室１０１内に供給されたガスを活性化するとともに、処理室１０１内に収容された被処理体、本例ではシリコンウエハＷを加熱する。
【００５７】
成膜装置１００の各部の制御は、例えばマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ１５０により行われる。コントローラ１５０には、オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１５１が接続されている。
【００５８】
コントローラ１５０には記憶部１５２が接続されている。記憶部１５２は、成膜装置１００で実行される各種処理をコントローラ１５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納される。レシピは、例えば、記憶部１５２の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。レシピは、必要に応じて、ユーザーインターフェース１５１からの指示等にて記憶部１５２から読み出され、読み出されたレシピに従った処理をコントローラ１５０が実行することで、成膜装置１００は、コントローラ１５０の制御のもと、所望の処理が実施される。
【００５９】
本例では、コントローラ１５０の制御のもと、上記一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法のステップ１、ステップ２１、ステップ２２、ステップ３に従った処理を順次実行する。ステップ３における酸化物膜の成膜は、シリコンを含むガス、例えば、アミノ基を含まないシラン系ガス、及び酸化剤を含むガスを、アミノ基を含まないシラン系ガス供給源１１８、及び酸化剤を含むガス供給源１１９から処理室１０１内に供給するとともに、加熱装置１３３を用いてシリコンウエハＷを加熱することで実行することができる。この場合、酸化物膜として酸化シリコン膜６が形成される。
【００６０】
酸化シリコン膜６の成膜には、シリコンを含むガスと酸化剤を含むガスとを交互に供給しながら成膜する、いわゆるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、又はＭＬＤ(Molecular Layer Deposition)法が採用されても良いし、シリコンを含むガスと酸化剤を含むガスとを同時に供給しながら成膜する、いわゆるＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法が採用されても良い。ＡＬＤ（又はＭＬＤ）法の例としては、処理温度を室温（２５℃）〜４００℃としたプラズマＡＬＤ（又はＭＬＤ）法、又はＡＬＤ（又はＭＬＤ）法を挙げることができ、熱ＣＶＤ法の例としては、処理温度を４００℃〜８００℃としたプラズマＣＶＤ法、又は熱ＣＶＤ法を挙げることができる。
【００６１】
上記一実施形態に係るカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法は、図５に示すような成膜装置１００によって実施することができる。
【００６２】
以上、この発明を一実施形態に従って説明したが、この発明は、上記一実施形態に限定されることは無く、種々変形可能である。また、この発明の実施形態は、上記一実施形態が唯一の実施形態でもない。
【００６３】
例えば、酸化物膜はプラズマＣＶＤ法を用いて形成することも可能である。この場合には、例えば、処理室１０１に、プラズマ生成機構を設け、例えば、酸化剤を含むガスをプラズマ化する。
【００６４】
また、酸化剤にオゾン（Ｏ３）ガスを用いることもでき、この場合には酸化剤を含むガス供給源１１９にオゾンガスを発生させるオゾナイザーを備えるようにしても良い。
【００６５】
また、上記一実施形態では、成膜装置１００が炭素を含むガス供給源１１６を備えており、アモルファスカーボン膜２の成膜から、シリコンを含む被酸化体層５、及び酸化シリコン膜６までをインサイチュで成膜可能な成膜装置１００を例示した。しかし、成膜装置は、アミノシラン系ガス供給源１１７、アミノ基を含まないシラン系ガス供給源１１８、酸化剤を含むガス供給源１１９を少なくとも備えていれば良い。このような成膜装置においても、別の成膜装置で成膜されたアモルファスカーボン膜２上に、シリコンを含む被酸化体層５、及び酸化シリコン膜６をインサイチュで成膜でき、アモルファスカーボン膜２の膜減りを抑制することができる。
【００６６】
また、上記一実施形態では本発明を複数のシリコンウエハＷを搭載して一括して成膜を行うバッチ式の成膜装置に適用した例を示したが、これに限らず、一枚のウエハ毎に成膜を行う枚葉式の成膜装置に適用することもできる。
【００６７】
また、被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤガラス基板等の他の基板にも本発明を適用することができる。
【００６８】
その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１…シリコン基板、２…アモルファスカーボン膜、３…シード層、４…シリコン層、５…被酸化体層、６…酸化シリコン膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１） 被処理体上にカーボン膜を形成する工程と、
（２） 前記カーボン膜上に被酸化体層を形成する工程と、
（３） 前記被酸化体層を酸化させながら、前記被酸化体層上に酸化物膜を形成する工程と、
を具備することを特徴とするカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法。
【請求項２】
前記被酸化体層が、シリコンを含む層であることを特徴とする請求項１に記載のカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法。
【請求項３】
前記（２）工程が、
前記被処理体を加熱し、前記カーボン膜の表面にアミノシラン系ガスを供給して前記カーボン膜上にシード層を形成する工程と、
前記シード層が形成された前記被処理体を加熱し、前記シード層の表面にアミノ基を含まないシラン系ガスを供給して前記シード層上に前記シリコン層を形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項２に記載のカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法。
【請求項４】
前記アミノシラン系ガスが、
ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）
ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）
ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）
ＢＤＭＡＳ（ビスジメチルアミノシラン）
ＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）
ＤＥＡＳ（ジエチルアミノシラン）
ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）
ＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）、及び
ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）
の少なくとも一つを含むガスから選ばれ、
前記アミノ基を含まないシラン系ガスが、
ＳｉＨ２
ＳｉＨ４
ＳｉＨ６
Ｓｉ２Ｈ４
Ｓｉ２Ｈ６
ＳｉｍＨ２ｍ＋２（ただし、ｍは３以上の自然数）の式で表されるシリコンの水素化物、及び
ＳｉｎＨ２ｎ（ただし、ｎは３以上の自然数）の式で表されるシリコンの水素化物
の少なくとも一つを含むガスから選ばれることを特徴とする請求項３に記載のカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法。
【請求項５】
前記ＳｉｍＨ２ｍ＋２（ただし、ｍは３以上の自然数）の式で表されるシリコンの水素化物が、
トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）
テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）
ペンタシラン（Ｓｉ５Ｈ１２）
ヘキサシラン（Ｓｉ６Ｈ１４）
ヘプタシラン（Ｓｉ７Ｈ１６）
の少なくとも一つから選ばれ、
前記ＳｉｎＨ２ｎ（ただし、ｎは３以上の自然数）の式で表されるシリコンの水素化物が、
シクロトリシラン（Ｓｉ３Ｈ６）
シクロテトラシラン（Ｓｉ４Ｈ８）
シクロペンタシラン（Ｓｉ５Ｈ１０）
シクロヘキサシラン（Ｓｉ６Ｈ１２）
シクロヘプタシラン（Ｓｉ７Ｈ１４）
の少なくともいずれか一つから選ばれることを特徴とする請求項４に記載のカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法。
【請求項６】
前記シリコン層の膜厚が、３ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載のカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法。
【請求項７】
前記酸化物膜が、酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法。
【請求項８】
前記被処理体が半導体ウエハであり、前記成膜方法が、半導体装置の製造プロセスに用いられることを特徴とする請求項１から請求項７いずれか一項に記載のカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法。
【請求項９】
カーボン膜上に酸化物膜を成膜する成膜装置であって、
前記カーボン膜が形成された被処理体を収容する処理室と、
前記処理室内に、被酸化体層を成膜する被酸化体成膜ガス、及び酸化物膜を成膜する酸化物成膜ガスを供給するガス供給機構と、
前記ガス供給機構を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置が、前記処理室内において、請求項１又は請求項２に記載の成膜方法を前記被処理体に対して実行するように、前記ガス供給機構を制御することを特徴とする成膜装置。
【請求項１０】
被酸化体層を成膜する被酸化体成膜ガスが、アミノシラン系ガス、アミノ基を含まないシラン系ガスを含み、
前記制御装置が、前記処理室内において、請求項３から請求項８のいずれか一項に記載の成膜方法を前記被処理体に対して実行するように、前記ガス供給機構を制御することを特徴とする請求項９に記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記ガス供給機構が、さらに、炭素を含むガスを供給することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の成膜装置。
【請求項１】
（１） 被処理体上にカーボン膜を形成する工程と、
（２） 前記カーボン膜上に被酸化体層を形成する工程と、
（３） 前記被酸化体層を酸化させながら、前記被酸化体層上に酸化物膜を形成する工程と、
を具備することを特徴とするカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法。
【請求項２】
前記被酸化体層が、シリコンを含む層であることを特徴とする請求項１に記載のカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法。
【請求項３】
前記（２）工程が、
前記被処理体を加熱し、前記カーボン膜の表面にアミノシラン系ガスを供給して前記カーボン膜上にシード層を形成する工程と、
前記シード層が形成された前記被処理体を加熱し、前記シード層の表面にアミノ基を含まないシラン系ガスを供給して前記シード層上に前記シリコン層を形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項２に記載のカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法。
【請求項４】
前記アミノシラン系ガスが、
ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）
ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）
ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）
ＢＤＭＡＳ（ビスジメチルアミノシラン）
ＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）
ＤＥＡＳ（ジエチルアミノシラン）
ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）
ＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）、及び
ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）
の少なくとも一つを含むガスから選ばれ、
前記アミノ基を含まないシラン系ガスが、
ＳｉＨ２
ＳｉＨ４
ＳｉＨ６
Ｓｉ２Ｈ４
Ｓｉ２Ｈ６
ＳｉｍＨ２ｍ＋２（ただし、ｍは３以上の自然数）の式で表されるシリコンの水素化物、及び
ＳｉｎＨ２ｎ（ただし、ｎは３以上の自然数）の式で表されるシリコンの水素化物
の少なくとも一つを含むガスから選ばれることを特徴とする請求項３に記載のカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法。
【請求項５】
前記ＳｉｍＨ２ｍ＋２（ただし、ｍは３以上の自然数）の式で表されるシリコンの水素化物が、
トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）
テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）
ペンタシラン（Ｓｉ５Ｈ１２）
ヘキサシラン（Ｓｉ６Ｈ１４）
ヘプタシラン（Ｓｉ７Ｈ１６）
の少なくとも一つから選ばれ、
前記ＳｉｎＨ２ｎ（ただし、ｎは３以上の自然数）の式で表されるシリコンの水素化物が、
シクロトリシラン（Ｓｉ３Ｈ６）
シクロテトラシラン（Ｓｉ４Ｈ８）
シクロペンタシラン（Ｓｉ５Ｈ１０）
シクロヘキサシラン（Ｓｉ６Ｈ１２）
シクロヘプタシラン（Ｓｉ７Ｈ１４）
の少なくともいずれか一つから選ばれることを特徴とする請求項４に記載のカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法。
【請求項６】
前記シリコン層の膜厚が、３ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載のカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法。
【請求項７】
前記酸化物膜が、酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法。
【請求項８】
前記被処理体が半導体ウエハであり、前記成膜方法が、半導体装置の製造プロセスに用いられることを特徴とする請求項１から請求項７いずれか一項に記載のカーボン膜上への酸化物膜の成膜方法。
【請求項９】
カーボン膜上に酸化物膜を成膜する成膜装置であって、
前記カーボン膜が形成された被処理体を収容する処理室と、
前記処理室内に、被酸化体層を成膜する被酸化体成膜ガス、及び酸化物膜を成膜する酸化物成膜ガスを供給するガス供給機構と、
前記ガス供給機構を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置が、前記処理室内において、請求項１又は請求項２に記載の成膜方法を前記被処理体に対して実行するように、前記ガス供給機構を制御することを特徴とする成膜装置。
【請求項１０】
被酸化体層を成膜する被酸化体成膜ガスが、アミノシラン系ガス、アミノ基を含まないシラン系ガスを含み、
前記制御装置が、前記処理室内において、請求項３から請求項８のいずれか一項に記載の成膜方法を前記被処理体に対して実行するように、前記ガス供給機構を制御することを特徴とする請求項９に記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記ガス供給機構が、さらに、炭素を含むガスを供給することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１３８４９２（Ｐ２０１２−１３８４９２Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９０４０５（Ｐ２０１０−２９０４０５）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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