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JP2017120884A - Protection film-forming method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a protection film-forming method by which a protection film can be formed at a desired position in a self-alignment manner.SOLUTION: A protection film-forming method is arranged so that a protection film 62 is formed on a surface U of each non-trench formation region between a plurality of adjacent trenches T of a substrate W with the plurality of trenches T formed in a surface of the substrate. The method comprises: a material gas adsorption step for supplying a material gas including an organic metal gas or organic semimetal gas to the substrate surface involving the plurality of trenches to cause the adsorption of the material gas onto the surface of the substrate; and an oxidation step for supplying an oxidation gas onto the substrate surface to oxidize the material gas adsorbing the substrate surface, thereby growing an oxide film of an organic metal or organic semimetal included in the material gas. In the method, the material gas adsorption step and the oxidation step are repeatedly executed in a repetition cycle of 90 to 300 times per minute.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、保護膜形成方法に関する。   The present invention relates to a protective film forming method.

従来から、シリコン層の表面にLOCOS酸化膜を形成し、シリコン層に不純物を注入して不純物領域を形成した後、シリコン層上にSiN層及びSiO層を積層し、フォトリソグラフィ及びエッチングによりSiN層及びSiO層に選択的に開口を形成し、これをマスクとしてLOCOS酸化膜及びシリコン層にトレンチを形成する半導体装置の製造方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a LOCOS oxide film is formed on the surface of a silicon layer, impurities are implanted into the silicon layer to form an impurity region, an SiN layer and an SiO 2 layer are stacked on the silicon layer, and SiN layer is formed by photolithography and etching. A method of manufacturing a semiconductor device is known in which openings are selectively formed in a layer and a SiO 2 layer, and trenches are formed in a LOCOS oxide film and a silicon layer using the openings as a mask (see, for example, Patent Document 1).

特開2010−103242号公報JP 2010-103242 A

しかしながら、近年の微細化の進行により、コンタクトホールを所望のターゲットに対して正確に落とすことが困難になりつつある。また、ターゲットと同じ寸法のコンタクトホールを形成するためのマスクの作製も困難になりつつある。これらの問題を回避するためには、アライメントエラーが発生しても、所望の部分以外はエッチングされないような保護膜を形成する必要があるが、リソグラフィ精度の限界により、局所的に保護膜を残すことは非常に困難である。これらの問題を解決するため、所望の位置にのみ自己整合的に保護膜を形成できる手法の提供が望まれている。   However, with the recent progress of miniaturization, it is becoming difficult to accurately drop the contact hole with respect to the desired target. In addition, it is becoming difficult to manufacture a mask for forming a contact hole having the same dimensions as the target. In order to avoid these problems, it is necessary to form a protective film that does not etch except the desired part even if an alignment error occurs. However, the protective film is left locally due to the limit of lithography accuracy. It is very difficult. In order to solve these problems, it is desired to provide a method capable of forming a protective film in a self-aligned manner only at a desired position.

そこで、本発明は、所望の位置に自己整合的に保護膜を形成することができる保護膜形成方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a protective film forming method capable of forming a protective film in a self-aligned manner at a desired position.

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る保護膜形成方法は、基板の表面に複数の窪み形状が形成され、隣接する該複数の窪み形状間の非窪み形状形成領域の表面上に保護膜を形成する保護膜形成方法であって、
前記複数の窪み形状を含む前記基板の表面上に有機金属ガス又は有機半金属ガスからなる原料ガスを供給し、前記基板の表面上に前記原料ガスを吸着させる原料ガス吸着工程と、
前記複数の窪み形状を含む前記基板の表面上に酸化ガスを供給し、前記基板の表面上に吸着した前記原料ガスを酸化し、前記原料ガスに含まれる有機金属又は有機半金属の酸化膜を成膜する酸化工程と、を有し、
前記原料ガス吸着工程及び前記酸化工程は、1分間に90回以上300回以下の繰り返し周期で繰り返し行われる。
In order to achieve the above object, a method for forming a protective film according to one embodiment of the present invention includes forming a plurality of recess shapes on a surface of a substrate, and forming a non-depression shape forming region between the plurality of adjacent recess shapes on the surface. A protective film forming method for forming a protective film,
A source gas adsorption step of supplying a source gas composed of an organic metal gas or an organic metalloid gas onto the surface of the substrate including the plurality of recess shapes, and adsorbing the source gas on the surface of the substrate;
An oxidizing gas is supplied onto the surface of the substrate including the plurality of depressions, the source gas adsorbed on the surface of the substrate is oxidized, and an organic metal or organic metalloid oxide film contained in the source gas is formed. An oxidation step of forming a film,
The source gas adsorption step and the oxidation step are repeatedly performed at a repetition cycle of 90 to 300 times per minute.

本発明によれば、トレンチ構造又はホール構造等の窪み形状同士の間の領域に保護膜を局所的に形成することができる。   According to the present invention, a protective film can be locally formed in a region between recess shapes such as a trench structure or a hole structure.

本発明の実施形態に係る成膜装置を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the film-forming apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図1の成膜装置の真空容器内の構成を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the structure in the vacuum vessel of the film-forming apparatus of FIG. 図1の成膜装置の真空容器内の構成を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure in the vacuum vessel of the film-forming apparatus of FIG. 図1の成膜装置の回転テーブルの同心円に沿った真空容器の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the vacuum vessel along the concentric circle of the turntable of the film-forming apparatus of FIG. 図1の成膜装置の別の概略断面図である。It is another schematic sectional drawing of the film-forming apparatus of FIG. 図1の成膜装置に設けられるプラズマ発生源を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the plasma generation source provided in the film-forming apparatus of FIG. 図1の成膜装置に設けられるプラズマ発生源を示す他の概略断面図である。It is another schematic sectional drawing which shows the plasma generation source provided in the film-forming apparatus of FIG. 図1の成膜装置に設けられるプラズマ発生源を示す概略上面図である。It is a schematic top view which shows the plasma generation source provided in the film-forming apparatus of FIG. 本発明の実施形態に係る保護膜形成方法の一例を説明するための図である。図9(a)は、本実施形態に係る保護膜形成方法で用いられるウエハWの表面パターンの一例を示した図である。図9(b)は、原料ガス吸着工程の一例を示した図である。図9(c)は、酸化工程の一例を示した第1の図である。図9(d)は、酸化工程の一例を示した第2の図である。図9(e)は、改質処理工程の一例を示した図である。図9(f)は、再度繰り返される原料ガス吸着工程の一例を示した図である。It is a figure for demonstrating an example of the protective film formation method which concerns on embodiment of this invention. FIG. 9A is a diagram showing an example of the surface pattern of the wafer W used in the protective film forming method according to the present embodiment. FIG. 9B is a diagram showing an example of the source gas adsorption process. FIG. 9C is a first diagram showing an example of the oxidation process. FIG. 9D is a second diagram showing an example of the oxidation process. FIG. 9E is a diagram showing an example of the reforming process. FIG. 9F is a diagram showing an example of the source gas adsorption process repeated again. 本発明の実施形態に係る保護膜形成方法を適用可能な原料ガスの例を示した表である。It is the table | surface which showed the example of the source gas which can apply the protective film formation method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施例に係る保護膜形成方法の実施結果を比較例に係る保護膜形成方法の実施結果とともに示した図である。図11(a)は、比較例1に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。図11(b)は、比較例2に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。図11(c)は、実施例1に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。図11(d)は、実施例2に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。It is the figure which showed the implementation result of the protective film formation method which concerns on the Example of this invention with the implementation result of the protective film formation method which concerns on a comparative example. FIG. 11A is a diagram showing an implementation result of the protective film forming method according to Comparative Example 1. FIG. FIG. 11B is a diagram showing an implementation result of the protective film forming method according to Comparative Example 2. FIG. 11C is a diagram showing an implementation result of the protective film forming method according to the first embodiment. FIG. 11 (d) is a diagram showing an implementation result of the protective film formation method according to Example 2. 実施例3に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。図12(a)は、成膜開始から0秒の実施結果を示した図である。図12(b)は、成膜開始から180秒の実施結果を示した図である。図12(c)は、成膜開始から240秒の実施結果を示した図である。図12(d)は、成膜開始から300秒の実施結果を示した図である。図12(e)は、成膜開始から360秒の実施結果を示した図である。It is the figure which showed the implementation result of the protective film formation method which concerns on Example 3. FIG. FIG. 12A is a diagram showing an implementation result of 0 seconds from the start of film formation. FIG. 12B is a diagram showing an implementation result for 180 seconds from the start of film formation. FIG. 12C is a diagram showing a result of implementation for 240 seconds from the start of film formation. FIG. 12D is a diagram showing an implementation result for 300 seconds from the start of film formation. FIG. 12 (e) is a diagram showing the result of 360 seconds from the start of film formation. 比較例3、4に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。図13(a)は、比較例3に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。図13(b)は、比較例4に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。It is the figure which showed the implementation result of the protective film formation method which concerns on the comparative examples 3 and 4. FIG. FIG. 13A is a diagram showing an implementation result of the protective film forming method according to Comparative Example 3. FIG. 13B is a diagram showing an implementation result of the protective film forming method according to Comparative Example 4. 実施例4に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。図14(a)は、成膜により保護膜を形成した状態を示した図である。図14(b)は、図14(a)の状態から、保護膜にウェットエッチングを施した後の状態を示した図である。It is the figure which showed the implementation result of the protective film formation method which concerns on Example 4. FIG. FIG. 14A is a diagram showing a state in which a protective film is formed by film formation. FIG. 14B is a diagram showing a state after wet etching is performed on the protective film from the state of FIG. 実施例5に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。It is the figure which showed the implementation result of the protective film formation method which concerns on Example 5. FIG.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

[成膜装置]
まず、本発明の実施形態に係る保護膜形成方法を実施するのに好適な成膜装置について説明する。本発明の実施形態に係る保護膜形成方法は、基板に供給するガスの種類を高速で切り替えることができれば、種々の成膜装置で実施可能であり、成膜装置の形態は問わない。ここでは、そのような基板に供給するガスの種類を高速に切り替える成膜処理が可能な成膜装置の一例について説明する。
[Film deposition system]
First, a film forming apparatus suitable for carrying out the protective film forming method according to the embodiment of the present invention will be described. The protective film forming method according to the embodiment of the present invention can be implemented by various film forming apparatuses as long as the type of gas supplied to the substrate can be switched at high speed, and the form of the film forming apparatus is not limited. Here, an example of a film forming apparatus capable of performing a film forming process for switching the type of gas supplied to the substrate at high speed will be described.

図1から図3までを参照すると、成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な真空容器1と、真空容器1内に設けられ、真空容器1の中心に回転中心を有する回転テーブル2と、を備えている。真空容器1は、内部に収容したウエハの表面上に成膜処理を行うための処理室である。真空容器1は、有底の円筒形状を有する容器本体12と、容器本体12の上面に対して、例えばOリングなどのシール部材13(図1)を介して気密に着脱可能に配置される天板11とを有している。   Referring to FIGS. 1 to 3, a film forming apparatus includes a flat vacuum vessel 1 having a substantially circular plane shape, and a rotary table 2 provided in the vacuum vessel 1 and having a rotation center at the center of the vacuum vessel 1. And. The vacuum container 1 is a processing chamber for performing a film forming process on the surface of a wafer accommodated therein. The vacuum vessel 1 is a container body 12 having a bottomed cylindrical shape, and a ceiling that is detachably attached to the upper surface of the container body 12 through a seal member 13 (FIG. 1) such as an O-ring, for example. And a plate 11.

回転テーブル2は、中心部にて円筒形状のコア部21に固定され、このコア部21は、鉛直方向に伸びる回転軸22の上端に固定されている。回転軸22は真空容器1の底部14を貫通し、下端が回転軸22(図1)を鉛直軸回りに回転させる駆動部23に取り付けられている。回転軸22及び駆動部23は、上面が開口した筒状のケース体20内に収納されている。ケース体20はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器1の底部14の下面に気密に取り付けられており、ケース体20の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。   The rotary table 2 is fixed to a cylindrical core portion 21 at the center, and the core portion 21 is fixed to the upper end of a rotary shaft 22 extending in the vertical direction. The rotary shaft 22 penetrates the bottom 14 of the vacuum vessel 1 and the lower end is attached to a drive unit 23 that rotates the rotary shaft 22 (FIG. 1) about the vertical axis. The rotating shaft 22 and the drive unit 23 are accommodated in a cylindrical case body 20 whose upper surface is open. The flange portion provided on the upper surface of the case body 20 is airtightly attached to the lower surface of the bottom portion 14 of the vacuum vessel 1, and the airtight state between the internal atmosphere and the external atmosphere of the case body 20 is maintained.

詳細は後述するが、本発明の実施形態に係る保護膜形成方法では、回転テーブル2を、90rpm〜300rpmの範囲、より好ましくは120〜300rpmの範囲の所定速度で高速回転させる。よって、駆動部23は、少なくとも90rpm以上300rpm以下の範囲で回転テーブル2の高速回転が可能なように構成される。なお、一般的な成膜プロセスでは、回転テーブル2の回転速度は20〜30rpm程度に設定される場合が多い。   Although details will be described later, in the protective film forming method according to the embodiment of the present invention, the rotary table 2 is rotated at a high speed at a predetermined speed in the range of 90 rpm to 300 rpm, more preferably in the range of 120 to 300 rpm. Therefore, the drive part 23 is comprised so that the high speed rotation of the turntable 2 is possible in the range of 90 rpm or more and 300 rpm or less. In general film formation processes, the rotation speed of the turntable 2 is often set to about 20 to 30 rpm.

回転テーブル2の表面部には、図2及び図3に示すように回転方向(周方向)に沿って複数(図示の例では5枚)の基板である半導体ウエハ(以下「ウエハ」という)Wを載置するための円形状の凹部24が設けられている。なお、図3には便宜上1個の凹部24だけにウエハWを示す。この凹部24は、ウエハWの直径よりも僅かに例えば4mm大きい内径と、ウエハWの厚さにほぼ等しい深さとを有している。したがって、ウエハWが凹部24に収容されると、ウエハWの表面と回転テーブル2の表面(ウエハWが載置されない領域)とが同じ高さになる。凹部24の底面には、ウエハWの裏面を支えてウエハWを昇降させるための例えば3本の昇降ピンが貫通する貫通孔(いずれも図示せず)が形成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”) W that is a plurality of (five in the illustrated example) substrates along the rotation direction (circumferential direction) is provided on the surface portion of the turntable 2. Is provided with a circular recess 24 for mounting the. In FIG. 3, for convenience, the wafer W is shown in only one recess 24. The recess 24 has an inner diameter slightly larger than the diameter of the wafer W, for example, 4 mm, and a depth substantially equal to the thickness of the wafer W. Therefore, when the wafer W is accommodated in the recess 24, the surface of the wafer W and the surface of the turntable 2 (regions where the wafer W is not placed) are at the same height. On the bottom surface of the recess 24, a through hole (not shown) through which, for example, three lifting pins for supporting the back surface of the wafer W to raise and lower the wafer W is formed.

図2及び図3は、真空容器1内の構造を説明するための図であり、説明の便宜上、天板11の図示を省略している。図2及び図3に示すように、回転テーブル2の上方には、各々例えば石英からなる反応ガスノズル31、反応ガスノズル32、反応ガスノズル33、及び分離ガスノズル41、42が真空容器1の周方向(回転テーブル2の回転方向(図3の矢印A))に互いに間隔をおいて配置されている。図示の例では、後述の搬送口15から時計回り(回転テーブル2の回転方向)に、分離ガスノズル41、反応ガスノズル31、分離ガスノズル42、反応ガスノズル32及び反応ガスノズル33がこの順番で配列されている。これらのノズル31、32、33、41、42は、各ノズル31、32、33、41、42の基端部であるガス導入ポート31a、32a、33a、41a、42a(図3)を容器本体12の外周壁に固定することにより、真空容器1の外周壁から真空容器1内に導入され、容器本体12の半径方向に沿って回転テーブル2に対して水平に伸びるように取り付けられている。   2 and 3 are diagrams for explaining the structure inside the vacuum vessel 1, and the top plate 11 is not shown for convenience of explanation. As shown in FIGS. 2 and 3, a reaction gas nozzle 31, a reaction gas nozzle 32, a reaction gas nozzle 33, and separation gas nozzles 41 and 42 each made of, for example, quartz are disposed above the turntable 2 in the circumferential direction (rotation) of the vacuum vessel 1. They are arranged at intervals in the rotation direction of the table 2 (arrow A in FIG. 3). In the illustrated example, the separation gas nozzle 41, the reaction gas nozzle 31, the separation gas nozzle 42, the reaction gas nozzle 32, and the reaction gas nozzle 33 are arranged in this order in a clockwise direction (a rotation direction of the turntable 2) from a later-described transfer port 15. . These nozzles 31, 32, 33, 41, and 42 have gas introduction ports 31 a, 32 a, 33 a, 41 a, and 42 a (FIG. 3) that are the base ends of the nozzles 31, 32, 33, 41, and 42 (FIG. 3). By being fixed to the outer peripheral wall of 12, the vacuum vessel 1 is introduced into the vacuum container 1 from the outer peripheral wall, and is attached so as to extend horizontally with respect to the rotary table 2 along the radial direction of the container main body 12.

本実施形態においては、図3に示されるように、反応ガスノズル31は、配管110及び流量制御器120などを介して、原料ガスの供給源130に接続されている。反応ガスノズル32は、配管111及び流量制御器121などを介して、酸化ガス(HO、H、O又はO)供給源131に接続されている。更に、反応ガスノズル33は、配管112及び流量制御器122などを介して、希ガス(Ar等)供給源132及び添加ガス(O又はH等)供給源133に接続されている。分離ガスノズル41、42は、いずれも不図示の配管及び流量制御バルブなどを介して、分離ガスの供給源(図示せず)に接続されている。分離ガスとしては、ヘリウム(He)やアルゴン(Ar)などの希ガスや窒素(N)ガスなどの不活性ガスを用いることができる。本実施形態では、Nガスを用いる例を挙げて説明する。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the reactive gas nozzle 31 is connected to a source gas supply source 130 via a pipe 110 and a flow rate controller 120. The reactive gas nozzle 32 is connected to an oxidizing gas (H 2 O, H 2 O 2 , O 2, or O 3 ) supply source 131 via a pipe 111 and a flow rate controller 121. Further, the reactive gas nozzle 33 is connected to a rare gas (Ar, etc.) supply source 132 and an additive gas (O 2, H 2, etc.) supply source 133 via a pipe 112 and a flow rate controller 122. The separation gas nozzles 41 and 42 are both connected to a separation gas supply source (not shown) via a pipe and a flow rate control valve (not shown). As the separation gas, a rare gas such as helium (He) or argon (Ar) or an inert gas such as nitrogen (N 2 ) gas can be used. In this embodiment, an example using N 2 gas will be described.

なお、反応ガスノズル32は、窒化ガス供給源に接続されてもよい。反応ガスノズル32から窒化ガスを供給し、窒化プロセスを行う場合には、図3の酸化ガス供給源131にNH含有ガス、N含有ガス等の窒化ガスを充填し、窒化ガス供給源131として機能させることができる。この場合、反応ガスノズル32は、図3に示される通り、配管111及び流量制御器121などを介して、窒化ガス(NH又はN)供給源131に接続されることになる。 The reactive gas nozzle 32 may be connected to a nitriding gas supply source. When the nitriding process is performed by supplying the nitriding gas from the reaction gas nozzle 32, the oxidant gas supply source 131 of FIG. 3 is filled with a nitriding gas such as an NH 3 -containing gas or an N 2 -containing gas. Can function. In this case, the reactive gas nozzle 32 is connected to the nitriding gas (NH 3 or N 2 ) supply source 131 via the pipe 111 and the flow rate controller 121 as shown in FIG.

反応ガスノズル31、32、33には、回転テーブル2に向かって開口する複数のガス吐出孔35(図4参照)が、反応ガスノズル31、32、33の長さ方向に沿って、例えば10mmの間隔で配列されている。反応ガスノズル31の下方領域は、原料ガスをウエハWに吸着させるための第1の処理領域P1となる。反応ガスノズル32の下方領域は、第1の処理領域P1においてウエハWに吸着した原料ガスを酸化する酸化ガスを供給し、熱酸化により、原料ガスに含まれる有機金属又は有機半金属の酸化物の分子層を反応生成物として生成する第2の処理領域P2となる。なお、有機金属酸化物又は有機半金属酸化物の分子層が、成膜される保護膜を構成する。反応ガスノズル33の下方領域は、第2の処理領域P2において熱酸化により生成した有機金属酸化物又は有機半金属酸化物(保護膜)に希ガス及び添加ガスをプラズマ化して供給し、プラズマトリートメント(改質処理)を行う第3の処理領域P3となる。ここで、第1の処理領域P1は、原料ガスを供給する領域であるので、原料ガス供給領域P1と呼んでもよいこととする。同様に、第2の処理領域P2は、熱酸化を行う酸化ガスを供給する領域であるので、酸化ガス供給領域P2と呼んでもよいこととする。また、第3の処理領域P3は、プラズマ処理を行うプラズマガス(希ガス及び添加ガス)を供給する領域であるので、プラズマガス供給領域P3と呼んでもよいこととする。   The reaction gas nozzles 31, 32, 33 have a plurality of gas discharge holes 35 (see FIG. 4) that open toward the turntable 2 along the length direction of the reaction gas nozzles 31, 32, 33, for example, at an interval of 10 mm. Are arranged in A region below the reactive gas nozzle 31 is a first processing region P1 for adsorbing the source gas to the wafer W. The lower region of the reaction gas nozzle 32 supplies an oxidizing gas that oxidizes the raw material gas adsorbed on the wafer W in the first processing region P1, and by thermal oxidation, an organic metal or organic semi-metal oxide contained in the raw material gas is supplied. It becomes the 2nd processing field P2 which generates a molecular layer as a reaction product. Note that a molecular layer of an organic metal oxide or an organic metalloid oxide forms a protective film to be formed. The lower region of the reactive gas nozzle 33 supplies a rare gas and an additive gas into plasma to the organometallic oxide or organometalloid oxide (protective film) generated by thermal oxidation in the second processing region P2, and plasma treatment ( This is the third processing region P3 where the reforming process is performed. Here, since the first processing region P1 is a region for supplying a source gas, it may be called a source gas supply region P1. Similarly, since the second processing region P2 is a region for supplying an oxidizing gas for performing thermal oxidation, it may be called an oxidizing gas supply region P2. Further, since the third processing region P3 is a region for supplying plasma gas (rare gas and additive gas) for performing plasma processing, it may be referred to as a plasma gas supply region P3.

なお、反応ガスノズル32から窒化ガスを供給する場合も、反応ガスノズル32の下方領域は、第2の処理領域P2となる。この場合、第2の処理領域P2では、第1の処理領域P1においてウエハWに吸着した原料ガスを窒化する窒化ガスを供給し、熱窒化により、原料ガスに含まれる有機金属又は有機半金属の窒化物の分子層を反応生成物として生成する。有機金属窒化物又は有機半金属窒化物の分子層が、成膜される保護膜を構成する。反応ガスノズル33の下方領域が、第2の処理領域P2において熱窒化により生成した有機金属窒化物又は有機半金属窒化物(保護膜)に希ガス及び添加ガスをプラズマ化して供給し、プラズマトリートメント(改質処理)を行う第3の処理領域P3となる点も、酸化の場合と同様である。この場合、第2の処理領域P2は、熱酸化を行う酸化ガスを供給する領域であるので、窒化ガス供給領域P2と呼んでもよい。また、両者を統合し、第2の処理領域P2を、酸窒化ガス供給領域P2と呼んでもよい。   Even when the nitriding gas is supplied from the reactive gas nozzle 32, the lower region of the reactive gas nozzle 32 becomes the second processing region P2. In this case, in the second processing region P2, a nitriding gas for nitriding the source gas adsorbed on the wafer W in the first processing region P1 is supplied, and an organic metal or organic semimetal contained in the source gas is formed by thermal nitridation. A molecular layer of nitride is produced as a reaction product. The molecular layer of the organic metal nitride or organic metalloid nitride constitutes a protective film to be formed. The region below the reactive gas nozzle 33 supplies a rare gas and an additive gas in plasma form to the organometallic nitride or organometalloid nitride (protective film) generated by thermal nitridation in the second treatment region P2, and plasma treatment ( The point of becoming the third processing region P3 where the reforming process is performed is the same as in the case of oxidation. In this case, since the second processing region P2 is a region for supplying an oxidizing gas for performing thermal oxidation, it may be called a nitriding gas supply region P2. Moreover, both may be integrated and the 2nd process area | region P2 may be called the oxynitride gas supply area | region P2.

なお、第3の処理領域P3は、必ずしも設けられなくてもよい。つまり、プラズマによる改質処理は任意であり、第2の処理領域P2において熱酸化処理又は熱窒化処理のみを行う構成としてもよい。この場合には、プラズマ発生器80及び反応ガスノズル33は設けなくてもよい。   Note that the third processing region P3 is not necessarily provided. That is, the modification process using plasma is optional, and only the thermal oxidation process or the thermal nitridation process may be performed in the second processing region P2. In this case, the plasma generator 80 and the reactive gas nozzle 33 need not be provided.

一方、第3の処理領域P3を設ける場合には、第3の処理領域P3の上方にプラズマ発生器80を設けるとともに、反応ガスノズル33も設ける。   On the other hand, when the third processing region P3 is provided, the plasma generator 80 is provided above the third processing region P3, and the reactive gas nozzle 33 is also provided.

また、更に別の態様として、第2の処理領域P2を設けず、第3の処理領域P3のみを設けてもよい。この場合には、第3の処理領域P3において、添加ガスとしてOガス等の酸化ガスを供給してプラズマ発生器80を用いたプラズマ酸化処理のみを行い、熱酸化処理は行わない。この場合、酸化処理と改質処理を同時に行うことになる。よって、反応ガスノズル32は設けなくてよく、反応ガスノズル33及びプラズマ発生器80を設ける構成となる。なお、いずれの場合であっても、反応ガスノズル31は必ず設けられるとともに、反応ガスノズル32、33の少なくとも一方は設けられる。また、分離ガスノズル41、42も、いずれの場合でも設けられることが好ましい。 As yet another aspect, only the third processing region P3 may be provided without providing the second processing region P2. In this case, in the third processing region P3, an oxidizing gas such as O 2 gas is supplied as an additive gas, and only the plasma oxidation process using the plasma generator 80 is performed, and the thermal oxidation process is not performed. In this case, the oxidation process and the reforming process are performed simultaneously. Therefore, the reactive gas nozzle 32 may not be provided, and the reactive gas nozzle 33 and the plasma generator 80 are provided. In any case, the reaction gas nozzle 31 is always provided, and at least one of the reaction gas nozzles 32 and 33 is provided. Moreover, it is preferable that the separation gas nozzles 41 and 42 are also provided in any case.

同様に、窒化プロセスにおいても、第2の処理領域P2を設けず、第3の処理領域P3のみを設ける構成としてもよい。この場合には、第3の処理領域P3において、添加ガスとしてNHガス等の窒化ガスを供給してプラズマ発生器80を用いたプラズマ窒化処理のみを行い、熱窒化処理は行わない。この場合、窒化処理と改質処理を同時に行うことになる。 Similarly, in the nitriding process, the second processing region P2 may not be provided, and only the third processing region P3 may be provided. In this case, in the third processing region P3, a nitriding gas such as NH 3 gas is supplied as an additive gas, and only the plasma nitriding process using the plasma generator 80 is performed, and the thermal nitriding process is not performed. In this case, the nitriding process and the modifying process are performed simultaneously.

このように、本発明の実施形態に係る保護膜形成方法は、種々の酸化工程及び窒化工程を設けることができ、これに応じて、成膜装置の構成も種々の態様とすることができる。   As described above, the method for forming a protective film according to the embodiment of the present invention can be provided with various oxidation processes and nitridation processes, and the configuration of the film forming apparatus can be set in various modes according to this.

なお、図3において、プラズマ発生器80は、破線で簡略化して示されている。プラズマ発生器80の詳細については後述する。   In FIG. 3, the plasma generator 80 is simplified by a broken line. Details of the plasma generator 80 will be described later.

反応ガスノズル33から供給される原料ガスは、有機金属ガス又は有機半金属ガスである。原料ガスは、種々の有機金属ガス又は有機半金属ガスを用いることができ、形成する保護膜の種類に応じて選択される。例えば、有機金属ガスは、High−k膜の成膜に用いられる有機金属ガスが用いられてもよい。有機金属ガスは、種々の有機金属を含むガスであってよく、例えば、TiOの保護膜を形成する場合には、TDMAT(テトラキスジメチルアミノチタニウム)等の有機アミノチタニウムを含有するガスが選択される。また、有機半金属ガスは、有機シランガス、例えば、3DMASi等の有機アミノシランガスが用いられてもよい。 The source gas supplied from the reaction gas nozzle 33 is an organic metal gas or an organic metalloid gas. As the source gas, various organic metal gases or organic metalloid gases can be used, and are selected according to the type of protective film to be formed. For example, the organometallic gas used for forming the high-k film may be used as the organometallic gas. The organic metal gas may be a gas containing various organic metals. For example, when forming a protective film of TiO 2 , a gas containing organic amino titanium such as TDMAT (tetrakisdimethylaminotitanium) is selected. The The organic metalloid gas may be an organic silane gas, for example, an organic aminosilane gas such as 3DMASi.

また、反応ガスノズル32から供給される酸化ガスとしては、供給された有機金属ガスと反応して有機金属酸化物を生成し得る酸化ガスであれば、種々の酸化ガスを用いることができるが、例えば、熱酸化により有機金属ガスを酸化する場合には、HO、H、O、O等が選択される。 In addition, as the oxidizing gas supplied from the reactive gas nozzle 32, various oxidizing gases can be used as long as the oxidizing gas can react with the supplied organometallic gas to generate an organometallic oxide. When the organic metal gas is oxidized by thermal oxidation, H 2 O, H 2 O 2 , O 2 , O 3 or the like is selected.

同様に、反応ガスノズル32から供給される窒化ガスとしては、供給された有機金属ガスと反応して有機金属窒化物を生成し得る酸化ガスであれば、種々の窒化ガスを用いることができるが、例えば、熱酸化により有機金属ガスを窒化する場合には、NH含有ガスが選択され、プラズマ窒化により有機金属ガスを窒化する場合には、NH含有ガス又はN含有ガスが選択される。 Similarly, as the nitriding gas supplied from the reactive gas nozzle 32, various nitriding gases can be used as long as they are oxidizing gases that can react with the supplied organometallic gas to generate organometallic nitride. For example, when the organometallic gas is nitrided by thermal oxidation, an NH 3 -containing gas is selected, and when the organometallic gas is nitrided by plasma nitriding, an NH 3 -containing gas or an N 2 -containing gas is selected.

反応ガスノズル33から供給される希ガスとしては、プラズマ化に適したArガス又はHeガス等が選択され、添加ガスとしてOガス又はHガス等が選択される。 As the noble gas supplied from the reactive gas nozzle 33, Ar gas or He gas suitable for plasmatization is selected, and O 2 gas or H 2 gas or the like is selected as an additive gas.

図2及び図3を参照すると、真空容器1内には2つの凸状部4が設けられている。凸状部4は、分離ガスノズル41、42とともに分離領域Dを構成するため、後述のとおり、回転テーブル2に向かって突出するように天板11の裏面に取り付けられている。また、凸状部4は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有し、本実施形態においては、内円弧が突出部5(後述)に連結し、外円弧が、真空容器1の容器本体12の内周面に沿うように配置されている。   Referring to FIGS. 2 and 3, two convex portions 4 are provided in the vacuum vessel 1. Since the convex portion 4 constitutes the separation region D together with the separation gas nozzles 41 and 42, the convex portion 4 is attached to the back surface of the top plate 11 so as to protrude toward the turntable 2 as described later. The convex portion 4 has a fan-like planar shape with the top portion cut into an arc shape. In the present embodiment, the inner arc is connected to the protruding portion 5 (described later), and the outer arc is a vacuum vessel. It arrange | positions so that the inner peripheral surface of one container main body 12 may be met.

図4は、反応ガスノズル31から反応ガスノズル32まで回転テーブル2の同心円に沿った真空容器1の断面を示している。図示のとおり、天板11の裏面に凸状部4が取り付けられているため、真空容器1内には、凸状部4の下面である平坦な低い天井面44(第1の天井面)と、この天井面44の周方向両側に位置する、天井面44よりも高い天井面45(第2の天井面)とが存在する。天井面44は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、図示のとおり、凸状部4には周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部43が形成され、分離ガスノズル42が溝部43内に収容されている。もう一つの凸状部4にも同様に溝部43が形成され、ここに分離ガスノズル41が収容されている。また、高い天井面45の下方の空間に反応ガスノズル31、32がそれぞれ設けられている。これらの反応ガスノズル31、32は、天井面45から離間してウエハWの近傍に設けられている。なお、図4に示すように、高い天井面45の下方の右側の空間481に反応ガスノズル31が設けられ、高い天井面45の下方の左側の空間482に反応ガスノズル32が設けられる。   FIG. 4 shows a cross section of the vacuum vessel 1 along the concentric circle of the rotary table 2 from the reaction gas nozzle 31 to the reaction gas nozzle 32. As shown in the figure, since the convex portion 4 is attached to the back surface of the top plate 11, a flat low ceiling surface 44 (first ceiling surface) which is the lower surface of the convex portion 4 is provided in the vacuum vessel 1. There are ceiling surfaces 45 (second ceiling surfaces) located on both sides in the circumferential direction of the ceiling surface 44 and higher than the ceiling surface 44. The ceiling surface 44 has a fan-shaped planar shape with a top portion cut into an arc shape. Further, as shown in the figure, the convex portion 4 is formed with a groove 43 formed so as to extend in the radial direction at the center in the circumferential direction, and the separation gas nozzle 42 is accommodated in the groove 43. A groove 43 is similarly formed in the other convex portion 4, and a separation gas nozzle 41 is accommodated therein. In addition, reaction gas nozzles 31 and 32 are provided in the space below the high ceiling surface 45, respectively. These reaction gas nozzles 31 and 32 are provided in the vicinity of the wafer W so as to be separated from the ceiling surface 45. As shown in FIG. 4, the reactive gas nozzle 31 is provided in the right space 481 below the high ceiling surface 45, and the reactive gas nozzle 32 is provided in the left space 482 below the high ceiling surface 45.

また、凸状部4の溝部43に収容される分離ガスノズル41、42には、回転テーブル2に向かって開口する複数のガス吐出孔41h(図4参照)が、分離ガスノズル41、42の長さ方向に沿って、例えば10mmの間隔で配列されている。   Further, the separation gas nozzles 41 and 42 accommodated in the groove portion 43 of the convex portion 4 have a plurality of gas discharge holes 41 h (see FIG. 4) that open toward the rotary table 2, and the length of the separation gas nozzles 41 and 42. Along the direction, for example, they are arranged at intervals of 10 mm.

天井面44は、狭隘な空間である分離空間Hを回転テーブル2に対して形成している。分離ガスノズル42の吐出孔42hからNガスが供給されると、このNガスは、分離空間Hを通して空間481及び空間482へ向かって流れる。このとき、分離空間Hの容積は空間481及び482の容積よりも小さいため、Nガスにより分離空間Hの圧力を空間481及び482の圧力に比べて高くすることができる。すなわち、空間481及び482の間に圧力の高い分離空間Hが形成される。また、分離空間Hから空間481及び482へ流れ出るNガスが、第1の領域P1からの第1の反応ガスと、第2の領域P2からの第2の反応ガスとに対するカウンターフローとして働く。したがって、第1の領域P1からの第1の反応ガスと、第2の領域P2からの第2の反応ガスとが分離空間Hにより分離される。よって、真空容器1内において第1の反応ガスと第2の反応ガスとが混合し、反応することが抑制される。 The ceiling surface 44 forms a separation space H that is a narrow space with respect to the turntable 2. When N 2 gas is supplied from the discharge hole 42 h of the separation gas nozzle 42, the N 2 gas flows toward the space 481 and the space 482 through the separation space H. At this time, since the volume of the separation space H is smaller than the volume of the spaces 481 and 482, the pressure of the separation space H can be made higher than the pressure of the spaces 481 and 482 by N 2 gas. That is, a separation space H having a high pressure is formed between the spaces 481 and 482. Further, the N 2 gas flowing out from the separation space H to the spaces 481 and 482 serves as a counter flow for the first reaction gas from the first region P1 and the second reaction gas from the second region P2. Therefore, the first reaction gas from the first region P1 and the second reaction gas from the second region P2 are separated by the separation space H. Therefore, mixing and reaction of the first reaction gas and the second reaction gas in the vacuum container 1 is suppressed.

なお、回転テーブル2の上面に対する天井面44の高さh1は、成膜時の真空容器1内の圧力、回転テーブル2の回転速度、供給する分離ガス(Nガス)の供給量などを考慮し、分離空間Hの圧力を空間481及び482の圧力に比べて高くするのに適した高さに設定することが好ましい。 The height h1 of the ceiling surface 44 with respect to the upper surface of the turntable 2 takes into account the pressure in the vacuum vessel 1 during film formation, the rotation speed of the turntable 2, the supply amount of separation gas (N 2 gas) to be supplied, and the like. In addition, it is preferable to set the pressure in the separation space H to a height suitable for increasing the pressure in the spaces 481 and 482.

一方、天板11の下面には、回転テーブル2を固定するコア部21の外周を囲む突出部5(図2及び図3)が設けられている。この突出部5は、本実施形態においては、凸状部4における回転中心側の部位と連続しており、その下面が天井面44と同じ高さに形成されている。   On the other hand, a protrusion 5 (FIGS. 2 and 3) surrounding the outer periphery of the core portion 21 that fixes the rotary table 2 is provided on the lower surface of the top plate 11. In this embodiment, the protruding portion 5 is continuous with a portion on the rotation center side of the convex portion 4, and the lower surface thereof is formed at the same height as the ceiling surface 44.

先に参照した図1は、図3のI−I'線に沿った断面図であり、天井面45が設けられている領域を示している。一方、図5は、天井面44が設けられている領域を示す断面図である。図5に示すように、扇型の凸状部4の周縁部(真空容器1の外縁側の部位)には、回転テーブル2の外端面に対向するようにL字型に屈曲する屈曲部46が形成されている。この屈曲部46は、凸状部4と同様に、分離領域Dの両側から反応ガスが侵入することを抑制して、両反応ガスの混合を抑制する。扇型の凸状部4は天板11に設けられ、天板11が容器本体12から取り外せるようになっていることから、屈曲部46の外周面と容器本体12との間には僅かに隙間がある。屈曲部46の内周面と回転テーブル2の外端面との隙間、及び屈曲部46の外周面と容器本体12との隙間は、例えば回転テーブル2の上面に対する天井面44の高さと同様の寸法に設定されている。   FIG. 1 referred to above is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 3 and shows a region where the ceiling surface 45 is provided. On the other hand, FIG. 5 is a cross-sectional view showing a region where the ceiling surface 44 is provided. As shown in FIG. 5, a bent portion 46 that bends in an L shape so as to be opposed to the outer end surface of the rotary table 2 at the peripheral portion of the fan-shaped convex portion 4 (a portion on the outer edge side of the vacuum vessel 1). Is formed. Similar to the convex portion 4, the bent portion 46 suppresses the reaction gas from entering from both sides of the separation region D and suppresses the mixing of both reaction gases. The fan-shaped convex portion 4 is provided on the top plate 11 so that the top plate 11 can be removed from the container body 12, so that there is a slight gap between the outer peripheral surface of the bent portion 46 and the container body 12. There is. The gap between the inner peripheral surface of the bent portion 46 and the outer end surface of the turntable 2 and the gap between the outer peripheral surface of the bent portion 46 and the container body 12 are, for example, the same dimensions as the height of the ceiling surface 44 with respect to the upper surface of the turntable 2. Is set to

容器本体12の内周壁は、分離領域Dにおいては図4に示すように屈曲部46の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域D以外の部位においては、図1に示すように例えば回転テーブル2の外端面と対向する部位から底部14に亘って外方側に窪んでいる。以下、説明の便宜上、概ね矩形の断面形状を有する窪んだ部分を排気領域と記す。具体的には、第1の処理領域P1に連通する排気領域を第1の排気領域E1と記し、第2及び第3の処理領域P2、P3に連通する領域を第2の排気領域E2と記す。これらの第1の排気領域E1及び第2の排気領域E2の底部には、図1から図3に示すように、それぞれ、第1の排気口610及び第2の排気口620が形成されている。第1の排気口610及び第2の排気口620は、図1に示すように各々排気管630を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ640に接続されている。また、真空ポンプ640と排気管630との間に、圧力制御器650が設けられる。   As shown in FIG. 4, the inner peripheral wall of the container main body 12 is formed in a vertical plane close to the outer peripheral surface of the bent portion 46 as shown in FIG. 4. As shown, for example, it is recessed outward from the portion facing the outer end surface of the turntable 2 to the bottom 14. Hereinafter, for convenience of explanation, a recessed portion having a substantially rectangular cross-sectional shape is referred to as an exhaust region. Specifically, an exhaust region communicating with the first processing region P1 is referred to as a first exhaust region E1, and regions communicating with the second and third processing regions P2, P3 are referred to as a second exhaust region E2. . As shown in FIGS. 1 to 3, a first exhaust port 610 and a second exhaust port 620 are formed at the bottoms of the first exhaust region E1 and the second exhaust region E2, respectively. . As shown in FIG. 1, the first exhaust port 610 and the second exhaust port 620 are connected to, for example, a vacuum pump 640 that is a vacuum exhaust unit via an exhaust pipe 630. A pressure controller 650 is provided between the vacuum pump 640 and the exhaust pipe 630.

回転テーブル2と真空容器1の底部14との間の空間には、図1及び図4に示すように加熱手段であるヒータユニット7が設けられ、回転テーブル2を介して回転テーブル2上のウエハWが、プロセスレシピで決められた温度(例えば150℃)に加熱される。回転テーブル2の周縁付近の下方側には、回転テーブル2の上方空間から排気領域E1、E2に至るまでの雰囲気とヒータユニット7が置かれている雰囲気とを区画して回転テーブル2の下方領域へのガスの侵入を抑えるために、リング状のカバー部材71が設けられている(図5)。このカバー部材71は、回転テーブル2の外縁部及び外縁部よりも外周側を下方側から臨むように設けられた内側部材71aと、この内側部材71aと真空容器1の内壁面との間に設けられた外側部材71bと、を備えている。外側部材71bは、分離領域Dにおいて凸状部4の外縁部に形成された屈曲部46の下方にて、屈曲部46と近接して設けられ、内側部材71aは、回転テーブル2の外縁部下方(及び外縁部よりも僅かに外側の部分の下方)において、ヒータユニット7を全周に亘って取り囲んでいる。   As shown in FIGS. 1 and 4, a heater unit 7 serving as a heating unit is provided in the space between the turntable 2 and the bottom 14 of the vacuum vessel 1, and the wafer on the turntable 2 is interposed via the turntable 2. W is heated to a temperature determined in the process recipe (for example, 150 ° C.). On the lower side near the periphery of the turntable 2, the lower area of the turntable 2 is partitioned by dividing the atmosphere from the upper space of the turntable 2 to the exhaust areas E1 and E2 and the atmosphere in which the heater unit 7 is placed. A ring-shaped cover member 71 is provided to suppress gas intrusion into the substrate (FIG. 5). This cover member 71 is provided between the outer edge of the turntable 2 and an inner member 71 a provided so that the outer peripheral side faces the lower side from the outer edge, and between the inner member 71 a and the inner wall surface of the vacuum vessel 1. An outer member 71b. The outer member 71b is provided close to the bent portion 46 below the bent portion 46 formed at the outer edge portion of the convex portion 4 in the separation region D, and the inner member 71a is provided below the outer edge portion of the turntable 2. The heater unit 7 is surrounded over the entire circumference (and below the portion slightly outside the outer edge).

ヒータユニット7が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底部14は、回転テーブル2の下面の中心部付近におけるコア部21に接近するように上方側に突出して突出部12aをなしている。この突出部12aとコア部21との間は狭い空間になっており、また底部14を貫通する回転軸22の貫通穴の内周面と回転軸22との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体20に連通している。そしてケース体20にはパージガスであるNガスを狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管72が設けられている。また真空容器1の底部14には、ヒータユニット7の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット7の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管73が設けられている(図5には一つのパージガス供給管73を示す)。また、ヒータユニット7と回転テーブル2との間には、ヒータユニット7が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材71bの内周壁(内側部材71aの上面)から突出部12aの上端部との間を周方向に亘って覆う蓋部材7aが設けられている。蓋部材7aは例えば石英で作製することができる。 The bottom portion 14 at a portion closer to the rotation center than the space where the heater unit 7 is disposed protrudes upward so as to approach the core portion 21 near the center portion of the lower surface of the turntable 2 to form a protrusion 12a. Yes. The space between the projecting portion 12a and the core portion 21 is a narrow space, and the gap between the inner peripheral surface of the through hole of the rotary shaft 22 penetrating the bottom portion 14 and the rotary shaft 22 is narrow, and these narrow spaces are formed. The space communicates with the case body 20. The case body 20 is provided with a purge gas supply pipe 72 for supplying N 2 gas as a purge gas into a narrow space for purging. A plurality of purge gas supply pipes 73 for purging the arrangement space of the heater unit 7 are provided at the bottom 14 of the vacuum vessel 1 at predetermined angular intervals in the circumferential direction below the heater unit 7 (FIG. 5). Shows one purge gas supply pipe 73). In addition, between the heater unit 7 and the turntable 2, in order to suppress gas intrusion into the region where the heater unit 7 is provided, the protruding portion 12a from the inner peripheral wall of the outer member 71b (the upper surface of the inner member 71a). A lid member 7a is provided to cover the space between the upper end portion of the cover member and the upper end portion in the circumferential direction. The lid member 7a can be made of quartz, for example.

また、真空容器1の天板11の中心部には分離ガス供給管51が接続されていて、天板11とコア部21との間の空間52に分離ガスであるNガスを供給するように構成されている。この空間52に供給された分離ガスは、突出部5と回転テーブル2との狭い隙間50を介して回転テーブル2のウエハ載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出される。空間50は分離ガスにより空間481及び空間482よりも高い圧力に維持され得る。したがって、空間50により、第1の処理領域P1に供給される有機金属ガスと第2の処理領域P2に供給される酸化ガスとが、中心領域Cを通って混合することが抑制される。すなわち、空間50(又は中心領域C)は分離空間H(又は分離領域D)と同様に機能することができる。 Further, a separation gas supply pipe 51 is connected to the central portion of the top plate 11 of the vacuum vessel 1 so that N 2 gas as separation gas is supplied to the space 52 between the top plate 11 and the core portion 21. It is configured. The separation gas supplied to the space 52 is discharged toward the periphery along the surface of the turntable 2 on the wafer mounting region side through a narrow gap 50 between the protrusion 5 and the turntable 2. The space 50 can be maintained at a higher pressure than the spaces 481 and 482 by the separation gas. Therefore, the space 50 suppresses mixing of the organometallic gas supplied to the first processing region P1 and the oxidizing gas supplied to the second processing region P2 through the central region C. That is, the space 50 (or the center region C) can function in the same manner as the separation space H (or the separation region D).

さらに、真空容器1の側壁には、図2、図3に示すように、外部の搬送アーム10と回転テーブル2との間で基板であるウエハWの受け渡しを行うための搬送口15が形成されている。この搬送口15は図示しないゲートバルブにより開閉される。また回転テーブル2におけるウエハ載置領域である凹部24はこの搬送口15に臨む位置にて搬送アーム10との間でウエハWの受け渡しが行われることから、回転テーブル2の下方側において受け渡し位置に対応する部位に、凹部24を貫通してウエハWを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構(いずれも図示せず)が設けられている。   Further, as shown in FIGS. 2 and 3, a transfer port 15 for transferring a wafer W as a substrate between the external transfer arm 10 and the rotary table 2 is formed on the side wall of the vacuum vessel 1. ing. The transport port 15 is opened and closed by a gate valve (not shown). Further, since the wafer 24 is transferred to and from the transfer arm 10 at the position facing the transfer port 15 in the recess 24 which is a wafer placement area on the rotary table 2, it is at the transfer position on the lower side of the rotary table 2. In the corresponding part, there are provided lifting pins for passing through the recess 24 and lifting the wafer W from the back surface and its lifting mechanism (both not shown).

次に、図6から図8までを参照しながら、必要に応じて設けられるプラズマ発生器80について説明する。図6は、回転テーブル2の半径方向に沿ったプラズマ発生器80の概略断面図であり、図7は、回転テーブル2の半径方向と直交する方向に沿ったプラズマ発生器80の概略断面図であり、図8は、プラズマ発生器80の概略を示す上面図である。図示の便宜上、これらの図において一部の部材を簡略化している。   Next, the plasma generator 80 provided as necessary will be described with reference to FIGS. 6 is a schematic cross-sectional view of the plasma generator 80 along the radial direction of the turntable 2, and FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the plasma generator 80 along the direction orthogonal to the radial direction of the turntable 2. FIG. 8 is a top view schematically showing the plasma generator 80. For convenience of illustration, some members are simplified in these drawings.

図6を参照すると、プラズマ発生器80は、高周波透過性の材料で作製され、上面から窪んだ凹部を有し、天板11に形成された開口部11aに嵌め込まれるフレーム部材81と、フレーム部材81の凹部内に収容され、上部が開口した略箱状の形状を有するファラデー遮蔽板82と、ファラデー遮蔽板82の底面上に配置される絶縁板83と、絶縁板83の上方に支持され、略八角形の上面形状を有するコイル状のアンテナ85とを備える。   Referring to FIG. 6, the plasma generator 80 is made of a high-frequency-transmitting material, has a recess recessed from the upper surface, and a frame member 81 fitted into an opening 11 a formed in the top plate 11, and a frame member 81, a Faraday shielding plate 82 having a substantially box-like shape opened in the upper portion, an insulating plate 83 disposed on the bottom surface of the Faraday shielding plate 82, and supported above the insulating plate 83, And a coiled antenna 85 having a substantially octagonal top surface shape.

天板11の開口部11aは複数の段部を有しており、そのうちの一つの段部には全周に亘って溝部が形成され、この溝部に例えばO−リングなどのシール部材81aが嵌め込まれている。一方、フレーム部材81は、開口部11aの段部に対応する複数の段部を有しており、フレーム部材81を開口部11aに嵌め込むと、複数の段部のうちの一つの段部の裏面が、開口部11aの溝部に嵌め込まれたシール部材81aと接し、これにより、天板11とフレーム部材81との間の気密性が維持される。また、図6に示すように、天板11の開口部11aに嵌め込まれるフレーム部材81の外周に沿った押圧部材81cが設けられ、これにより、フレーム部材81が天板11に対して下方に押し付けられる。このため、天板11とフレーム部材81との間の気密性がより確実に維持される。   The opening 11a of the top plate 11 has a plurality of steps, and one of the steps is formed with a groove over the entire circumference, and a sealing member 81a such as an O-ring is fitted into the groove. It is. On the other hand, the frame member 81 has a plurality of step portions corresponding to the step portions of the opening portion 11a. When the frame member 81 is fitted into the opening portion 11a, one of the plurality of step portions is provided. The back surface is in contact with the seal member 81a fitted in the groove portion of the opening 11a, whereby the airtightness between the top plate 11 and the frame member 81 is maintained. Further, as shown in FIG. 6, a pressing member 81 c is provided along the outer periphery of the frame member 81 that is fitted into the opening 11 a of the top plate 11, whereby the frame member 81 is pressed downward against the top plate 11. It is done. For this reason, the airtightness between the top plate 11 and the frame member 81 is more reliably maintained.

フレーム部材81の下面は、真空容器1内の回転テーブル2に対向しており、その下面の外周には全周に亘って下方に(回転テーブル2に向かって)突起する突起部81bが設けられている。突起部81bの下面は回転テーブル2の表面に近接しており、突起部81bと、回転テーブル2の表面と、フレーム部材81の下面とにより回転テーブル2の上方に空間(以下、第3の処理領域P3)が画成されている。なお、突起部81bの下面と回転テーブル2の表面との間隔は、分離空間H(図4)における天井面11の回転テーブル2の上面に対する高さh1とほぼ同じであって良い。   The lower surface of the frame member 81 faces the rotary table 2 in the vacuum vessel 1, and a protrusion 81b is provided on the outer periphery of the lower surface so as to protrude downward (toward the rotary table 2) over the entire circumference. ing. The lower surface of the protrusion 81b is close to the surface of the turntable 2, and a space (hereinafter referred to as a third process) is formed above the turntable 2 by the protrusion 81b, the surface of the turntable 2, and the lower surface of the frame member 81. Region P3) is defined. In addition, the space | interval of the lower surface of the projection part 81b and the surface of the turntable 2 may be substantially the same as the height h1 with respect to the upper surface of the turntable 2 of the ceiling surface 11 in the separation space H (FIG. 4).

また、この第3の処理領域P3には、突起部81bを貫通した反応ガスノズル33が延びている。反応ガスノズル33には、本実施形態においては、図6に示すように、Ar又はHe等の希ガスが充填される希ガス供給源132が、流量制御器122を介して配管112により接続されているとともに、Oガス又はHガス等の添加ガスが充填される添加ガス供給源133が、流量制御器123を介して配管112により接続されている。つまり、流量制御器122により流量制御された希ガス及び流量制御器123により流量制御された添加ガスが、ともに所定の流量で混合され、混合ガスがプラズマ発生器80によりプラズマ化されて第3の処理領域P3に供給される。 In addition, the reactive gas nozzle 33 penetrating the protrusion 81b extends in the third processing region P3. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, a rare gas supply source 132 filled with a rare gas such as Ar or He is connected to the reaction gas nozzle 33 via a flow rate controller 122 through a pipe 112. In addition, an additive gas supply source 133 that is filled with an additive gas such as O 2 gas or H 2 gas is connected by a pipe 112 via a flow rate controller 123. In other words, the rare gas whose flow rate is controlled by the flow rate controller 122 and the additive gas whose flow rate is controlled by the flow rate controller 123 are mixed together at a predetermined flow rate, and the mixed gas is converted into plasma by the plasma generator 80 to be converted into the third state. It is supplied to the processing area P3.

また、反応ガスノズル33には、その長手方向に沿って所定の間隔(例えば10mm)で複数の吐出孔35が形成されており、吐出孔35から上述の混合ガスが吐出される。吐出孔35は、図7に示すように、回転テーブル2に対して垂直な方向から回転テーブル2の回転方向の上流側に向かって傾いている。このため、反応ガスノズル33から供給されるガスは、回転テーブル2の回転方向と逆の方向に、具体的には、突起部81bの下面と回転テーブル2の表面との間の隙間に向かって吐出される。これにより、回転テーブル2の回転方向に沿ってプラズマ発生器80よりも上流側に位置する天井面45の下方の空間から反応ガスや分離ガスが、第3の処理領域P3内へ流れ込むのが抑止される。また、上述のとおり、フレーム部材81の下面の外周に沿って形成される突起部81bが回転テーブル2の表面に近接しているため、反応ガスノズル33からのガスにより第3の処理領域P3内の圧力を容易に高く維持することができる。これによっても、反応ガスや分離ガスが第3の処理領域P3内へ流れ込むのが抑止される。   The reaction gas nozzle 33 is formed with a plurality of discharge holes 35 at predetermined intervals (for example, 10 mm) along the longitudinal direction, and the mixed gas is discharged from the discharge holes 35. As shown in FIG. 7, the discharge hole 35 is inclined from the direction perpendicular to the turntable 2 toward the upstream side in the rotation direction of the turntable 2. Therefore, the gas supplied from the reaction gas nozzle 33 is discharged in the direction opposite to the rotation direction of the turntable 2, specifically, toward the gap between the lower surface of the protrusion 81 b and the surface of the turntable 2. Is done. Accordingly, the reaction gas and the separation gas are prevented from flowing into the third processing region P3 from the space below the ceiling surface 45 located upstream of the plasma generator 80 along the rotation direction of the turntable 2. Is done. Further, as described above, since the protruding portion 81b formed along the outer periphery of the lower surface of the frame member 81 is close to the surface of the turntable 2, the gas in the third processing region P3 is generated by the gas from the reaction gas nozzle 33. The pressure can be easily maintained high. This also prevents the reaction gas and the separation gas from flowing into the third processing region P3.

このように、フレーム部材81は、第3の処理領域P3を第2の処理領域P2から分離するための役割を担っている。よって、本発明の実施形態に係る成膜装置は、プラズマ発生器80の全体を必ずしも備えていなくて良いが、第3の処理領域P3を第2の処理領域P2から区画し、第2の反応ガスの混入を防ぐため、フレーム部材81を備えているものとする。   Thus, the frame member 81 has a role for separating the third processing region P3 from the second processing region P2. Therefore, the film forming apparatus according to the embodiment of the present invention does not necessarily include the entire plasma generator 80. However, the third processing region P3 is partitioned from the second processing region P2, and the second reaction is performed. In order to prevent gas mixture, it is assumed that a frame member 81 is provided.

ファラデー遮蔽板82は、金属などの導電性材料から作製され、図示は省略するが接地されている。図8に明確に示されるように、ファラデー遮蔽板82の底部には、複数のスリット82sが形成されている。各スリット82sは、略八角形の平面形状を有するアンテナ85の対応する辺とほぼ直交するように延びている。   The Faraday shielding plate 82 is made of a conductive material such as metal and is grounded although not shown. As clearly shown in FIG. 8, a plurality of slits 82 s are formed at the bottom of the Faraday shielding plate 82. Each slit 82s extends so as to be substantially orthogonal to a corresponding side of the antenna 85 having a substantially octagonal planar shape.

また、ファラデー遮蔽板82は、図7及び図8に示すように、上端の2箇所において外側に折れ曲がる支持部82aを有している。支持部82aがフレーム部材81の上面に支持されることにより、フレーム部材81内の所定の位置にファラデー遮蔽板82が支持される。   Further, as shown in FIGS. 7 and 8, the Faraday shielding plate 82 has support portions 82 a that bend outward at two locations at the upper end. By supporting the support portion 82 a on the upper surface of the frame member 81, the Faraday shielding plate 82 is supported at a predetermined position in the frame member 81.

絶縁板83は、例えば石英ガラスにより作製され、ファラデー遮蔽板82の底面よりも僅かに小さい大きさを有し、ファラデー遮蔽板82の底面に載置される。絶縁板83は、ファラデー遮蔽板82とアンテナ85とを絶縁する一方、アンテナ85から放射される高周波を下方へ透過させる。   The insulating plate 83 is made of, for example, quartz glass, has a size slightly smaller than the bottom surface of the Faraday shielding plate 82, and is placed on the bottom surface of the Faraday shielding plate 82. The insulating plate 83 insulates the Faraday shielding plate 82 and the antenna 85, and transmits the high frequency radiated from the antenna 85 downward.

アンテナ85は、平面形状が略八角形となるように銅製の中空管(パイプ)を例えば3重に巻き回すことにより形成される。パイプ内に冷却水を循環させることができ、これにより、アンテナ85へ供給される高周波によりアンテナ85が高温に加熱されるのが防止される。また、アンテナ85には立設部85aが設けられており、立設部85aに支持部85bが取り付けられている。支持部85bにより、アンテナ85がファラデー遮蔽板82内の所定の位置に維持される。また、支持部85bには、マッチングボックス86を介して高周波電源87が接続されている。高周波電源87は、例えば13.56MHzの周波数を有する高周波を発生することができる。   The antenna 85 is formed by, for example, winding a copper hollow tube (pipe) in a triple manner so that the planar shape is substantially octagonal. Cooling water can be circulated in the pipe, which prevents the antenna 85 from being heated to a high temperature by the high frequency supplied to the antenna 85. The antenna 85 is provided with a standing portion 85a, and a support portion 85b is attached to the standing portion 85a. The antenna 85 is maintained at a predetermined position in the Faraday shielding plate 82 by the support portion 85b. Further, a high frequency power supply 87 is connected to the support portion 85b via a matching box 86. The high frequency power supply 87 can generate a high frequency having a frequency of 13.56 MHz, for example.

このような構成を有するプラズマ発生器80によれば、マッチングボックス86を介して高周波電源87からアンテナ85に高周波電力を供給すると、アンテナ85により電磁界が発生する。この電磁界のうちの電界成分は、ファラデー遮蔽板82により遮蔽されるため、下方へ伝播することはできない。一方、磁界成分はファラデー遮蔽板82の複数のスリット82sを通して第3の処理領域P3内へ伝播する。この磁界成分により、反応ガスノズル33から所定の流量比で第3の処理領域P3に供給される希ガス及び添加ガスの混合ガスが活性化される。   According to the plasma generator 80 having such a configuration, when high frequency power is supplied from the high frequency power supply 87 to the antenna 85 via the matching box 86, an electromagnetic field is generated by the antenna 85. The electric field component of this electromagnetic field is shielded by the Faraday shielding plate 82 and cannot propagate downward. On the other hand, the magnetic field component propagates into the third processing region P3 through the plurality of slits 82s of the Faraday shielding plate 82. By this magnetic field component, the mixed gas of the rare gas and the additive gas supplied from the reaction gas nozzle 33 to the third processing region P3 at a predetermined flow rate ratio is activated.

また、本実施形態による成膜装置には、図1に示すように、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部100が設けられており、この制御部100のメモリ内には、制御部100の制御の下に、後述する成膜方法を成膜装置に実施させるプログラムが格納されている。このプログラムは後述の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの媒体102に記憶されており、所定の読み取り装置により記憶部101へ読み込まれ、制御部100内にインストールされる。   In addition, as shown in FIG. 1, the film forming apparatus according to the present embodiment is provided with a control unit 100 including a computer for controlling the operation of the entire apparatus. A program for causing the film forming apparatus to perform a film forming method to be described later is stored under the control of the control unit 100. This program has a set of steps so as to execute a film forming method to be described later, and is stored in a medium 102 such as a hard disk, a compact disk, a magneto-optical disk, a memory card, a flexible disk, and the like. The data is read into the storage unit 101 and installed in the control unit 100.

なお、制御部100は、回転テーブル2の回転速度も制御してよい。これにより、回転テーブル2の回転速度を、上述のような90〜300rpm又は120〜300rpmの高速回転に設定できる。   Note that the control unit 100 may also control the rotation speed of the turntable 2. Thereby, the rotational speed of the turntable 2 can be set to the above high-speed rotation of 90-300 rpm or 120-300 rpm.

[保護膜形成方法]
次に、図9を用いて、本発明の実施形態による保護膜形成方法について上述の成膜装置を用いて行う場合を例に挙げて説明する。図9は、本発明の実施形態に係る保護膜形成方法の一例を説明するための図である。
[Protective film forming method]
Next, the protective film forming method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram for explaining an example of the protective film forming method according to the embodiment of the present invention.

図9(a)は、本実施形態に係る保護膜形成方法で用いられるウエハWの表面パターンの一例を示した図である。本実施形態では、ウエハWとしてシリコンウエハを使用することとし、そのシリコンウエハには、図9(a)に示すように、複数のトレンチTが形成されている。また、反応ガスノズル31から有機アミノチタニウムガスが供給され、反応ガスノズル32から酸化ガスとしてHガスが供給され、反応ガスノズル33からArガス及びOガスの混合ガス(以下、Ar/Oガスと記す)が供給されることとする。 FIG. 9A is a diagram showing an example of the surface pattern of the wafer W used in the protective film forming method according to the present embodiment. In this embodiment, a silicon wafer is used as the wafer W, and a plurality of trenches T are formed in the silicon wafer as shown in FIG. Also, organic amino titanium gas is supplied from the reaction gas nozzle 31, H 2 O 2 gas is supplied as the oxidizing gas from the reaction gas nozzle 32, and a mixed gas of Ar gas and O 2 gas (hereinafter referred to as Ar / O 2) is supplied from the reaction gas nozzle 33. (Referred to as gas).

なお、以下、酸化工程を中心に説明するが、反応ガスノズル32から窒化ガスを供給することにより、窒化膜からなる保護膜を形成することが可能であるので、窒化工程を行う場合も併せて説明する。窒化プロセスを行う場合には、反応ガスノズル32から窒化ガスとしてNHガスが供給され、反応ガスノズル33からArガス及びNガスの混合ガス(以下、Ar/Nガスと記す)が供給されることになる。 Hereinafter, the description will focus on the oxidation step. However, since a protective film made of a nitride film can be formed by supplying a nitriding gas from the reaction gas nozzle 32, the case where the nitriding step is performed is also described. To do. When performing the nitriding process, NH 3 gas is supplied as a nitriding gas from the reaction gas nozzle 32, and a mixed gas of Ar gas and N 2 gas (hereinafter referred to as Ar / N 2 gas) is supplied from the reaction gas nozzle 33. It will be.

また、Tiプリカーサとして用いられる有機アミノチタニウムガスは、種々のガスを用いてよいが、代表的なものとしては、TDAMT(テトラジメチルアミノチタニウム)が挙げられる。但し、以下の説明では、特に種類は限定せず、いずれかの有機アミノチタニウムガスを用いた例を挙げて説明する。   Various gases may be used as the organic amino titanium gas used as the Ti precursor, but a typical example is TDAMT (tetradimethylamino titanium). However, in the following description, the type is not particularly limited, and an example using any organic amino titanium gas will be described.

先ず、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム10(図3)により搬送口15(図2及び図3)を介してウエハWを回転テーブル2の凹部24内に受け渡す。この受け渡しは、凹部24が搬送口15に臨む位置に停止したときに凹部24の底面の貫通孔を介して真空容器1の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このようなウエハWの受け渡しを、回転テーブル2を間欠的に回転させて行い、回転テーブル2の5つの凹部24内に夫々ウエハWを載置する。   First, a gate valve (not shown) is opened, and the wafer W is transferred from the outside into the recess 24 of the turntable 2 via the transfer port 15 (FIGS. 2 and 3) by the transfer arm 10 (FIG. 3). This delivery is performed by raising and lowering a lifting pin (not shown) from the bottom side of the vacuum vessel 1 through the through hole on the bottom surface of the recess 24 when the recess 24 stops at a position facing the transport port 15. Such delivery of the wafer W is performed by intermittently rotating the turntable 2, and the wafer W is placed in each of the five recesses 24 of the turntable 2.

続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ640により到達可能真空度にまで真空容器1内を排気した後、分離ガスノズル41、42から分離ガスであるNガスを所定の流量で吐出し、分離カス供給管51及びパージガス供給管72、73からもNガスを所定の流量で吐出する。これに伴い、圧力制御手段650(図1)により真空容器1内を予め設定した処理圧力に制御する。次いで、回転テーブル2を時計回りに例えば120rpmの高速の回転速度で回転させながらヒータユニット7によりウエハWを例えば150℃に加熱する。 Subsequently, after closing the gate valve and evacuating the vacuum vessel 1 to a reachable vacuum level by the vacuum pump 640, the separation gas nozzles 41 and 42 discharge N 2 gas as separation gas at a predetermined flow rate to supply separation waste. N 2 gas is also discharged from the pipe 51 and the purge gas supply pipes 72 and 73 at a predetermined flow rate. Along with this, the pressure control means 650 (FIG. 1) controls the inside of the vacuum vessel 1 to a preset processing pressure. Next, the wafer W is heated to, for example, 150 ° C. by the heater unit 7 while rotating the turntable 2 clockwise, for example, at a high rotation speed of 120 rpm.

この後、反応ガスノズル31(図2及び図3)から有機アミノチタニウムガスを供給し、反応ガスノズル32からHガスを供給する。また、反応ガスノズル33からAr/Oガスを供給し、プラズマ発生源80のアンテナ85に対して13.56MHzの周波数を有する高周波を例えば1400Wの電力で供給する。これにより、プラズマ発生源80(図6)と回転テーブル2との間の第3の処理領域P3において酸素プラズマが生成される。この酸素プラズマ中には、酸素イオンや酸素ラジカルなどの活性種や、高エネルギー粒子が生成されている。 Thereafter, organic amino titanium gas is supplied from the reactive gas nozzle 31 (FIGS. 2 and 3), and H 2 O 2 gas is supplied from the reactive gas nozzle 32. Further, Ar / O 2 gas is supplied from the reactive gas nozzle 33, and a high frequency having a frequency of 13.56 MHz is supplied to the antenna 85 of the plasma generation source 80 with power of 1400 W, for example. Thus, oxygen plasma is generated in the third processing region P3 between the plasma generation source 80 (FIG. 6) and the turntable 2. In this oxygen plasma, active species such as oxygen ions and oxygen radicals and high energy particles are generated.

同様に、窒化プロセスの場合には、反応ガスノズル32からNHガスを供給し、反応ガスノズル33からAr/Nガスを供給する。他の条件は、酸化プロセスと同様である。なお、プラズマ発生源80と回転テーブル2との間の第3の処理領域P3においては窒素プラズマが生成される。窒素プラズマ中には、窒素イオンや窒素ラジカルなどの活性種や、高エネルギー粒子が生成されている。 Similarly, in the case of the nitriding process, NH 3 gas is supplied from the reactive gas nozzle 32 and Ar / N 2 gas is supplied from the reactive gas nozzle 33. Other conditions are similar to the oxidation process. Note that nitrogen plasma is generated in the third processing region P3 between the plasma generation source 80 and the turntable 2. In the nitrogen plasma, active species such as nitrogen ions and nitrogen radicals and high energy particles are generated.

図9(b)は、原料ガス吸着工程の一例を示した図である。回転テーブル2の回転により、ウエハWは、第1の処理領域P1、分離領域D、第2の処理領域P2、第3の処理領域P3、及び分離領域Dをこの順に繰り返して通過する(図3参照)。第1の処理領域P1において、図9(b)に示すように、ウエハWの表面Uに有機アミノチタニウムガスの分子Mtが吸着し、有機アミノチタニウムの分子層61が形成される。ここで、有機アミノチタニウムガスの分子Mtは、有機金属ガスであり、金属であるチタンの周囲に有機基が付着しており、分子Mtの径が大きい。更に、回転テーブル2が高速で回転しているため、有機アミノチタニウムの分子Mtは、トレンチTの奥まで到達せず、ウエハの表面U上に吸着する。   FIG. 9B is a diagram showing an example of the source gas adsorption process. As the turntable 2 rotates, the wafer W passes through the first processing region P1, the separation region D, the second processing region P2, the third processing region P3, and the separation region D repeatedly in this order (FIG. 3). reference). In the first processing region P1, as shown in FIG. 9B, the organic amino titanium gas molecule Mt is adsorbed on the surface U of the wafer W, and the molecular layer 61 of organic amino titanium is formed. Here, the molecule Mt of the organic aminotitanium gas is an organometallic gas, an organic group is attached around the metal titanium, and the diameter of the molecule Mt is large. Furthermore, since the turntable 2 is rotating at high speed, the organic amino titanium molecule Mt does not reach the back of the trench T and is adsorbed on the surface U of the wafer.

図9(c)、(d)は、酸化工程の一例を示した図である。図9(c)に示すように、分離領域Dを通過した後、第2の処理領域P2において、ウエハWの表面Uに吸着した有機アミノチタニウムガスがHガス分子Moにより酸化され、図9(d)に示すように、トレンチTの上端のウエハWの表面U上に酸化チタニウム(TiO)からなる保護膜62が成膜される。 FIGS. 9C and 9D are diagrams showing an example of the oxidation process. As shown in FIG. 9C, after passing through the separation region D, the organic amino titanium gas adsorbed on the surface U of the wafer W is oxidized by the H 2 O 2 gas molecules Mo in the second processing region P2. As shown in FIG. 9D, a protective film 62 made of titanium oxide (TiO 2 ) is formed on the surface U of the wafer W at the upper end of the trench T.

窒化プロセスの場合には、図9(c)、(d)は、窒化工程の一例を示した図となる。図9(c)に示すように、分離領域Dを通過した後、第2の処理領域P2において、ウエハWの表面Uに吸着した有機アミノチタニウムガスがNHガス分子Moにより酸化され、図9(d)に示すように、トレンチTの上端のウエハWの表面U上に窒化チタニウム(TiN)からなる保護膜62が成膜される。 In the case of the nitriding process, FIGS. 9C and 9D show an example of the nitriding step. As shown in FIG. 9C, after passing through the separation region D, the organic amino titanium gas adsorbed on the surface U of the wafer W is oxidized by the NH 3 gas molecules Mo in the second processing region P2, and FIG. As shown in (d), a protective film 62 made of titanium nitride (TiN) is formed on the surface U of the wafer W at the upper end of the trench T.

図9(e)は、プラズマ処理(改質処理)工程の一例を示した図である。図9(e)に示すように、プラズマ発生源80のある第3の処理領域P3にウエハWが至ると、ウエハWは、酸素プラズマPLに曝される。これにより、保護膜62の酸化が促進され、保護膜62の膜密度が高くなり、保護膜62の膜質が向上する。   FIG. 9E is a diagram showing an example of a plasma processing (modification processing) step. As shown in FIG. 9E, when the wafer W reaches the third processing region P3 where the plasma generation source 80 is located, the wafer W is exposed to the oxygen plasma PL. Thereby, the oxidation of the protective film 62 is promoted, the film density of the protective film 62 is increased, and the film quality of the protective film 62 is improved.

図9(f)は、再度繰り返される原料ガス吸着工程の一例を示した図である。図9(f)に示されるように、回転テーブル2の回転によりウエハWが第1の処理領域P1に再び至ると、反応ガスノズル31から供給される有機アミノチタニウムガスの分子MtがウエハWの表面Uに吸着する。このとき、有機アミノチタニウムガスの分子Mtの粒径は、チタンに有機基が付着しているため比較的大きく、また、回転テーブル2が高速で回転しているため、トレンチTの奥まで到達せず、ウエハWの表面付近で吸着してしまう。   FIG. 9F is a diagram showing an example of the source gas adsorption process repeated again. As shown in FIG. 9 (f), when the wafer W reaches the first processing region P <b> 1 again by the rotation of the turntable 2, the organic amino titanium gas molecules Mt supplied from the reaction gas nozzle 31 are changed to the surface of the wafer W. Adsorb to U. At this time, the particle diameter of the organic amino titanium gas molecule Mt is relatively large because the organic group is attached to the titanium, and since the turntable 2 is rotating at high speed, the particle diameter Mt cannot reach the depth of the trench T. Instead, it is adsorbed near the surface of the wafer W.

以下、回転テーブル2が高速で回転し続ける間、同様のプロセスが繰り返され、トレンチT同士の間のウエハWの表面にTiO膜が堆積し、保護膜62が形成される。   Thereafter, while the rotary table 2 continues to rotate at a high speed, the same process is repeated, and a TiO film is deposited on the surface of the wafer W between the trenches T, and a protective film 62 is formed.

このように、分子径の大きい有機金属ガスを原料ガスとして反応ガスノズル31から供給するとともに、回転テーブル2を高速で回転させることにより、トレンチT内には成膜を進行させず、トレンチTの間の領域にのみ選択的に成膜を行い、局所的な保護膜62を形成することができる。本実施形態では、有機アミノチタニウムを原料ガスとして用いた例を挙げたが、有機金属ガスは、一般的に分子径が大きいので、他の種類の有機金属ガスを用いて本実施形態に係る保護膜成膜方法を実施することも可能である。また更に、有機金属ガスのみならず、有機シランガス等の有機半金属ガスも、分子径が大きく、本実施形態に係る保護膜形成方法を実施することが可能である。   In this way, an organometallic gas having a large molecular diameter is supplied from the reaction gas nozzle 31 as a source gas, and the turntable 2 is rotated at a high speed, so that film formation does not proceed in the trench T, and between the trenches T It is possible to form a local protective film 62 by selectively depositing only in the region. In this embodiment, an example in which organic amino titanium is used as a source gas has been described. However, since an organic metal gas generally has a large molecular diameter, the protection according to this embodiment is performed using other types of organic metal gases. It is also possible to carry out a film forming method. Furthermore, not only an organic metal gas but also an organic metalloid gas such as an organic silane gas has a large molecular diameter, and the protective film forming method according to this embodiment can be carried out.

このように、有機金属ガス及び有機半金属ガスは、一般的に分子径が大きいので、他の有機金属ガス又は有機半金属ガスを用いた場合にも本実施形態に係る保護膜形成方法を実施することができる。原料ガスには、例えば、高誘電体膜(High-k膜)を成膜するために用いられる有機金属ガス等が原料ガスとして用いられてもよく、例えば、トリ(ジメチルアミノ)シクロペンタジエニルジルコニウム(C1123Zr)等のガスが用いられてもよい。その他、アルミニウム、ハフニウム、チタン等の金属又はシラン等の半金属を含む有機金属化合物を蒸発させた有機金属ガスが原料ガスとして用いられてもよい。 As described above, since the organic metal gas and the organic metalloid gas generally have a large molecular diameter, the protective film forming method according to this embodiment is performed even when another organic metal gas or organic metalloid gas is used. can do. As the source gas, for example, an organometallic gas used to form a high dielectric film (High-k film) may be used as the source gas, for example, tri (dimethylamino) cyclopentadienyl. A gas such as zirconium (C 11 H 23 N 3 Zr) may be used. In addition, an organometallic gas obtained by evaporating an organometallic compound containing a metal such as aluminum, hafnium, titanium, or a semimetal such as silane may be used as a source gas.

一般に、High-k膜を成膜する原料ガスとして用いられる有機金属化合物は、アミンを含む化合物であり、アミノ基(-NH2, -NHR, -NRR')を含む。例えば、有機金属ガスが酸化ガスと反応して酸化する際、アミノ基が脱離し、有害ガスが発生してしまう。本実施形態に係る排気管無害化方法及び成膜装置では、アミノ基を十分に酸化し、有害ガスを無害化する処理を行うが、この点については後述する。但し、原料ガスは、上述のガスに限定されるものではなく、種々のガスを用いてよい。 In general, an organometallic compound used as a source gas for forming a high-k film is a compound containing an amine and contains an amino group (—NH 2, —NHR, —NRR ′). For example, when an organometallic gas reacts with an oxidizing gas and oxidizes, an amino group is eliminated and a harmful gas is generated. In the exhaust pipe detoxification method and film forming apparatus according to the present embodiment, a process of sufficiently oxidizing an amino group and detoxifying a harmful gas is performed, which will be described later. However, the source gas is not limited to the gas described above, and various gases may be used.

図10は、本発明の実施形態に係る保護膜形成方法を適用可能な原料ガスの例を示した表である。このように、種々の有機金属ガス及び有機半金属ガスを用いて、保護膜の形成が可能である。なお、図10は、飽くまで例に過ぎず、他の有機金属ガス及び有機半金属ガスを用いて本実施形態に係る保護膜形成方法を実施することが可能である。   FIG. 10 is a table showing examples of source gases to which the protective film forming method according to the embodiment of the present invention can be applied. As described above, the protective film can be formed using various organometallic gases and organic metalloid gases. Note that FIG. 10 is only an example until the end, and it is possible to carry out the protective film forming method according to the present embodiment using other organic metal gases and organic metalloid gases.

なお、回転テーブル2の回転速度は、90〜300rpmに設定されるが、これらは原料ガスの種類によっても左右される。例えば、TDMATを用いてTiOの保護膜を形成する場合、回転テーブル2の回転速度は、90〜240rpmに設定されることが好ましく、90〜120rpmに設定されることがより好ましい。 In addition, although the rotational speed of the turntable 2 is set to 90-300 rpm, these also depend on the kind of source gas. For example, when a protective film of TiO 2 is formed using TDMAT, the rotation speed of the turntable 2 is preferably set to 90 to 240 rpm, and more preferably set to 90 to 120 rpm.

また、回転テーブル2の回転速度は、120〜300rpm、より好ましくは120〜240rpm、最適には180rpmに設定してもよい。特に、窒化プロセスの場合には、酸化プロセスよりも回転テーブル2の回転速度が速い方が好ましい結果が得られる場合があるので、例えば、TDMATを用いてTiNの保護膜を形成する場合、120rpm以上の高速、例えば180rpmに設定してもよい。   The rotation speed of the turntable 2 may be set to 120 to 300 rpm, more preferably 120 to 240 rpm, and optimally 180 rpm. In particular, in the case of the nitriding process, a preferable result may be obtained when the rotation speed of the turntable 2 is higher than that of the oxidation process. For example, when forming a TiN protective film using TDMAT, 120 rpm or more May be set at a high speed of, for example, 180 rpm.

また、有機シランガス等の有機半金属ガスを原料ガスに用いる場合、回転テーブル2の回転速度は、有機金属ガスを原料ガスに用いる場合よりも、高速に設定されることが好ましい。例えば、有機シランガス等の有機半金属ガスを原料ガスに用いる場合、回転テーブル2の回転速度は150〜300rpmに設定されることが好ましく、180〜300rpmに設定されることがより好ましい。   Moreover, when organic metalloid gas, such as organosilane gas, is used for source gas, it is preferable that the rotational speed of the turntable 2 is set to a high speed rather than the case where organic metal gas is used for source gas. For example, when an organic metalloid gas such as an organic silane gas is used as the raw material gas, the rotation speed of the turntable 2 is preferably set to 150 to 300 rpm, and more preferably set to 180 to 300 rpm.

回転テーブル2の回転速度は、原料ガス、ウエハWの表面に形成されたトレンチT、ホール等の開口幅等に応じて、90rpm以上の範囲で、適宜適切な値が設定されてよい。現在の所、回転テーブル2の回転速度の機械的限界が300rpmであるため、300rpmを上限として説明しているが、回転テーブル22が300rpmよりも高速、例えば、400rpm、500rpmといった高速回転が可能になれば、もっと高速に回転テーブル2の回転速度を設定してもよい。   The rotation speed of the turntable 2 may be appropriately set within a range of 90 rpm or more according to the raw material gas, the opening width of trenches T formed on the surface of the wafer W, holes, and the like. At present, since the mechanical limit of the rotation speed of the turntable 2 is 300 rpm, the upper limit of 300 rpm has been described. However, the turntable 22 can be rotated at a speed higher than 300 rpm, for example, 400 rpm and 500 rpm. If so, the rotational speed of the turntable 2 may be set at a higher speed.

また、ウエハWの表面に形成されるパターンも、トレンチ以外に、複数のホールが形成されたパターンや、トレンチとホールの双方が一緒に形成されたパターンであってもよく、窪みパターン同士の間の領域であれば、保護膜62を形成することは可能である。   Further, the pattern formed on the surface of the wafer W may be a pattern in which a plurality of holes are formed in addition to the trench, or a pattern in which both the trench and the hole are formed together. In this region, the protective film 62 can be formed.

なお、上述の実施形態では、酸化工程では熱酸化処理を行い、その後、プラズマ処理(改質処理)工程を行う例を挙げて説明したが、プラズマ処理工程は必須ではなく、熱酸化処理のみでもよい。この場合に。図9(e)の工程を省略すればよい。   In the above-described embodiment, an example in which thermal oxidation treatment is performed in the oxidation step and then a plasma treatment (modification treatment) step is described. However, the plasma treatment step is not essential, and only the thermal oxidation treatment is performed. Good. In this case. What is necessary is just to omit the process of FIG.9 (e).

同様に、窒化プロセスにおいても、窒化工程で熱窒化処理を行い、その後プラズマ処理(改質処理)工程を行ってもよいし、図9(e)の工程を省略し、熱窒化処理のみとしてもよい。   Similarly, also in the nitriding process, the thermal nitriding process may be performed in the nitriding process, and then the plasma process (modifying process) may be performed, or the process of FIG. Good.

また、熱酸化処理を行わず、プラズマ処理工程のみを行い、酸化工程と改質処理工程を兼用してもよい。この場合には、図9(b)の工程において、図9(e)に示したプラズマPLを発生させて酸化処理を行うようにする。   Further, only the plasma treatment process may be performed without performing the thermal oxidation process, and the oxidation process and the reforming process may be combined. In this case, in the step of FIG. 9B, the plasma PL shown in FIG. 9E is generated to perform the oxidation treatment.

同様に、窒化プロセスにおいても、熱窒化処理を行わずにプラズマ処理工程のみを行い、窒化工程と改質処理工程を兼用してもよい。この場合には、図9(b)の工程において、図9(e)に示したプラズマPLを発生させて窒化処理を行うようにする。   Similarly, in the nitriding process, only the plasma treatment process may be performed without performing the thermal nitridation process, and the nitriding process and the reforming process may be combined. In this case, in the step of FIG. 9B, the plasma PL shown in FIG. 9E is generated to perform nitriding.

このように、酸化工程及びプラズマ処理工程については、用途に応じて、種々の選択が可能である。   Thus, various selections are possible for the oxidation step and the plasma treatment step depending on the application.

同様に、窒化プロセスにおける窒化工程及びプラズマ工程についても、用途に応じて種々の選択が可能である。   Similarly, various selections are possible for the nitriding step and the plasma step in the nitriding process depending on the application.

また、本実施形態においては、回転テーブル2を用いた成膜装置による保護膜形成方法の例を示したが、高速にガスの供給切り替えが可能であれば、回転テーブル2を用いなくても本実施形態に係る保護膜形成方法を実施することは可能である。この場合、回転テーブル2が1回転する度に一連の工程が一度ずつ行われるので、1回転で、一連の原料吸着工程、酸化工程、プラズマ処理工程及び原料吸着工程と酸化工程との間のパージ工程、プラズマ処理工程と原料吸着工程との間のパージ工程が1回ずつ行われることになる。120rpmの場合は、1分間に120周期、90rpmの場合は1分間に90周期行われるとして換算すればよい。   In the present embodiment, an example of a method for forming a protective film by a film forming apparatus using the turntable 2 has been described. However, if the gas supply can be switched at high speed, the present embodiment can be used without using the turntable 2. It is possible to carry out the protective film forming method according to the embodiment. In this case, since a series of steps are performed once every time the turntable 2 makes one rotation, a series of raw material adsorption step, oxidation step, plasma treatment step, and purge between the raw material adsorption step and the oxidation step are performed in one rotation. The purge process between the process, the plasma treatment process, and the raw material adsorption process is performed once. In the case of 120 rpm, 120 cycles may be performed per minute, and in the case of 90 rpm, conversion may be performed assuming that 90 cycles are performed per minute.

同様に、窒化プロセスの場合も、回転テーブル2が1回転したときに、一連の原料吸着工程、窒化工程、プラズマ処理工程及び原料吸着工程と窒化工程との間のパージ工程、プラズマ処理工程と原料吸着工程との間のパージ工程が1回ずつ行われることになる。この場合にも、120rpmの場合は、1分間に120周期、90rpmの場合は1分間に90周期行われるとして換算すればよい。   Similarly, in the case of the nitriding process, when the turntable 2 rotates once, a series of raw material adsorption steps, nitriding steps, plasma processing steps, a purge step between the raw material adsorption steps and the nitriding steps, plasma processing steps and raw materials are performed. The purge process between the adsorption process and the adsorption process is performed once. In this case as well, conversion may be performed assuming that 120 cycles are performed in 120 minutes for 120 rpm, and 90 cycles are performed in 1 minute for 90 rpm.

[実施例]
次に、本発明を実施した実施例について説明する。
[Example]
Next, examples in which the present invention is implemented will be described.

図11は、本発明の実施例に係る保護膜形成方法の実施結果を比較例に係る保護膜形成方法の実施結果とともに示した図である。   FIG. 11 is a diagram illustrating an implementation result of the protective film forming method according to the example of the present invention, together with an implementation result of the protective film forming method according to the comparative example.

図11(a)、(b)は、比較例に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。具体的には、原料ガスにTDMATを用い、酸化ガスとしてHを用いた。プラズマ発生器80は使用しなかった。ウエハの温度は150℃に設定した。また、トレンチ開口幅は50nmとした。 FIGS. 11A and 11B are diagrams showing the results of carrying out the protective film forming method according to the comparative example. Specifically, TDMAT was used as the source gas, and H 2 O 2 was used as the oxidizing gas. The plasma generator 80 was not used. The temperature of the wafer was set to 150 ° C. The trench opening width was 50 nm.

図11(a)は、回転テーブル2の回転速度を30rpmとした比較例1に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。図11(a)に示されるように、比較例1においては、トレンチの内部にも成膜がなされ、保護膜を局所的に成膜できていないことが示されている。   FIG. 11A is a diagram showing an implementation result of the protective film forming method according to Comparative Example 1 in which the rotation speed of the turntable 2 is 30 rpm. As shown in FIG. 11A, in Comparative Example 1, it is shown that the film is also formed inside the trench, and the protective film cannot be locally formed.

図11(b)は、回転テーブル2の回転速度を30rpmとした比較例2に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。図11(b)に示されるように、比較例2においては、図11(a)の比較例1と同様に、トレンチの内部にも成膜がなされ、保護膜を局所的に成膜できていないことが示されている。   FIG. 11B is a diagram showing an implementation result of the protective film forming method according to Comparative Example 2 in which the rotation speed of the turntable 2 is 30 rpm. As shown in FIG. 11B, in Comparative Example 2, as in Comparative Example 1 in FIG. 11A, a film is also formed inside the trench, and a protective film can be locally formed. Not shown.

図11(c)は、回転テーブル2の回転速度を90rpmとした実施例1に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。図11(c)に示されるように、トレンチの内部に成膜はあまりなされず、トレンチ同士の間のウエハの表面にのみ成膜がなされ、きのこ状に保護膜が形成されていることが示されている。   FIG. 11C is a diagram showing an implementation result of the protective film forming method according to Example 1 in which the rotation speed of the turntable 2 is 90 rpm. As shown in FIG. 11C, it is shown that the film is not formed so much in the trenches, but only on the surface of the wafer between the trenches, and a protective film is formed in a mushroom shape. Has been.

図11(d)は、回転テーブル2の回転速度を120rpmとした実施例2に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。図11(d)に示されるように、トレンチの内部に成膜は殆どなされず、トレンチ同士の間のウエハの表面にのみ成膜がなされ、保護膜が必要な箇所にのみ、キャップ状に保護膜が形成されていることが示されている。このよに、90rpmよりも120rpm、つまり回転速度が高い方がより選択的、かつ局所的に保護膜を形成できることが示されている。   FIG. 11 (d) is a diagram showing an implementation result of the protective film forming method according to Example 2 in which the rotation speed of the turntable 2 is 120 rpm. As shown in FIG. 11 (d), film formation is hardly performed inside the trench, film formation is performed only on the surface of the wafer between the trenches, and protection is provided in a cap shape only where a protective film is required. It is shown that a film is formed. Thus, it is shown that a protective film can be formed more selectively and locally at 120 rpm than 90 rpm, that is, at a higher rotation speed.

図12は、実施例3に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。実施例3においては、回転テーブル2の回転速度を120rpmとし、プラズマ発生器80を用いた場合の保護膜形成の時間経過を観察した。   FIG. 12 is a diagram illustrating an implementation result of the protective film forming method according to the third embodiment. In Example 3, the rotation speed of the turntable 2 was set to 120 rpm, and the passage of time for forming the protective film was observed when the plasma generator 80 was used.

図12(a)は成膜開始から0秒、図12(b)は成膜開始から180秒、図12(c)は成膜開始から240秒、図12(d)は成膜開始から300秒、図12(e)は成膜開始から360秒経過した成膜状態を各々示している。   12A shows 0 seconds from the start of film formation, FIG. 12B shows 180 seconds from the start of film formation, FIG. 12C shows 240 seconds from the start of film formation, and FIG. 12D shows 300 seconds from the start of film formation. FIG. 12E shows the film formation state after 360 seconds from the start of film formation.

図12(a)〜(e)に示されるように、時間が経過していっても、トレンチの内部への成膜は厚さが増加せず、トレンチ同士の間のウエハの表面の領域の成膜のみが成長している。このように、実施例3の結果から、本発明の保護膜形成方法が、保護膜を選択的に形成するのにいかに優れた方法であるかが示された。   As shown in FIGS. 12A to 12E, even when time has elapsed, the film formation inside the trench does not increase in thickness, and the wafer surface area between the trenches does not increase. Only film formation is growing. As described above, the results of Example 3 show how the protective film forming method of the present invention is an excellent method for selectively forming a protective film.

図13は、比較例3、4に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。比較例3、4では、原料ガスにTiClを用いて、回転テーブル2の回転速度を変えて成膜を行った。TiClは、有機金属ガスではないTi含有ガスであり、分子径は有機金属ガスと比較して相当に小さい。 FIG. 13 is a diagram showing an implementation result of the protective film forming method according to Comparative Examples 3 and 4. In Comparative Examples 3 and 4, film formation was performed using TiCl 4 as a source gas and changing the rotation speed of the turntable 2. TiCl 4 is a Ti-containing gas that is not an organometallic gas, and its molecular diameter is considerably smaller than that of an organometallic gas.

図13(a)は、比較例3に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。比較例3においては、原料ガスにTiClを用いて、回転テーブル2の回転速度を高速の120rpmとした。この場合、図13(a)に示されるように、トレンチ内部に成膜がなされ、選択的な保護膜は形成されなかった。 FIG. 13A is a diagram showing an implementation result of the protective film forming method according to Comparative Example 3. In Comparative Example 3, TiCl 4 was used as the source gas, and the rotation speed of the turntable 2 was set to a high speed of 120 rpm. In this case, as shown in FIG. 13A, a film was formed inside the trench, and a selective protective film was not formed.

図13(b)は、比較例4に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。比較例3においては、原料ガスにTiClを用いて、回転テーブル2の回転速度を低速の30rpmとした。この場合も、図13(b)に示されるように、トレンチ内部に成膜がなされ、選択的な保護膜は形成されなかった。 FIG. 13B is a diagram showing an implementation result of the protective film forming method according to Comparative Example 4. In Comparative Example 3, TiCl 4 was used as the source gas, and the rotation speed of the turntable 2 was set to a low speed of 30 rpm. Also in this case, as shown in FIG. 13B, a film was formed inside the trench, and a selective protective film was not formed.

このように、本発明の実施形態に係る保護膜形成方法を実施するためには、原料ガスとして有機金属ガス又は有機半金属ガスを用いる必要があることが分かる。   Thus, in order to implement the protective film formation method concerning embodiment of this invention, it turns out that it is necessary to use organometallic gas or organic semi-metal gas as source gas.

図14は、実施例4に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。実施例4においては、保護膜形成後、ウェットエッチングを行い、加工後の保護膜を観察した。   FIG. 14 is a diagram showing an implementation result of the protective film formation method according to Example 4. In Example 4, after forming the protective film, wet etching was performed, and the processed protective film was observed.

図14(a)は、成膜により保護膜を形成した状態を示した図である。一方、図14(b)は、図14(a)の状態から、保護膜にウェットエッチングを施した後の状態を示した図である。図14(b)に示される通り。ウェットエッチングを施すことにより、保護膜の大きさを小さくすることができ、保護が必要な領域にのみ保護膜を設けることが可能となる。   FIG. 14A is a diagram showing a state in which a protective film is formed by film formation. On the other hand, FIG. 14B is a diagram showing a state after wet etching is performed on the protective film from the state of FIG. As shown in FIG. By performing wet etching, the size of the protective film can be reduced, and the protective film can be provided only in a region that needs protection.

また、逆に、図14(a)の状態は、上面が塞がれたエアギャップが形成された状態であり、将来的に、このようなエアギャップの形成が必要な需要があれば、エアギャップの形成方法として応用することが可能である。   On the other hand, the state of FIG. 14A is a state in which an air gap whose upper surface is closed is formed, and if there is a demand for the formation of such an air gap in the future, It can be applied as a gap forming method.

このように、本発明の実施形態に係る保護膜形成方法によれば、保護膜の形成だけでなく、局所的な成膜が必要とされる将来的な種々の分野での応用が可能である。   As described above, according to the method for forming a protective film according to the embodiment of the present invention, not only the formation of the protective film but also applications in various future fields that require local film formation are possible. .

図15は、実施例5に係る保護膜形成方法の実施結果を示した図である。実施例5においては、窒化プロセスにより、TDMATを用いてトレンチギャップ上にTiN膜を成膜した。   FIG. 15 is a diagram illustrating an implementation result of the protective film forming method according to the fifth embodiment. In Example 5, a TiN film was formed on the trench gap using TDMAT by a nitriding process.

プロセス条件としては、トレンチの開口幅は44nmであり、真空容器1内の圧力は1.4〜1.8Torrに設定した。原料ガスはTDMAT、窒化ガスはNHとした。ウエハWの温度は200℃に設定し、回転テーブル2の回転速度は180rpmに設定した。7〜10分成膜を行い、39.60nmの膜厚まで成膜を行った。 As process conditions, the opening width of the trench was 44 nm, and the pressure in the vacuum vessel 1 was set to 1.4 to 1.8 Torr. The source gas was TDMAT, and the nitriding gas was NH 3 . The temperature of the wafer W was set to 200 ° C., and the rotation speed of the turntable 2 was set to 180 rpm. The film was formed for 7 to 10 minutes, and the film was formed to a film thickness of 39.60 nm.

その結果、図15に示されるように、TiN膜からなるキャップ状の保護膜が上端に形成され、保護膜の厚さは23.8nmであった。このように、窒化膜によっても、保護膜の形成が可能であることが示された。   As a result, as shown in FIG. 15, a cap-shaped protective film made of a TiN film was formed on the upper end, and the thickness of the protective film was 23.8 nm. Thus, it was shown that a protective film can also be formed by a nitride film.

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments and examples of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and the above-described embodiments and examples can be performed without departing from the scope of the present invention. Various modifications and substitutions can be made to the embodiments.

1 真空容器
2 回転テーブル
7 ヒータユニット
11 天板
12 容器本体
15 搬送口
24 凹部
31〜33 反応ガスノズル
41、42 分離ガスノズル
80 プラズマ発生器
130〜132 ガス供給源
P1〜P3 処理領域
W ウエハ
T トレンチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 2 Rotary table 7 Heater unit 11 Top plate 12 Container body 15 Conveying port 24 Recessed part 31-33 Reaction gas nozzle 41, 42 Separation gas nozzle 80 Plasma generator 130-132 Gas supply source P1-P3 Processing area W Wafer T Trench

Claims (23)

基板の表面に複数の窪み形状が形成され、隣接する該複数の窪み形状間の非窪み形状形成領域の表面上に保護膜を形成する保護膜形成方法であって、
前記複数の窪み形状を含む前記基板の表面上に有機金属ガス又は有機半金属ガスからなる原料ガスを供給し、前記基板の表面上に前記原料ガスを吸着させる原料ガス吸着工程と、
前記複数の窪み形状を含む前記基板の表面上に酸化ガスを供給し、前記基板の表面上に吸着した前記原料ガスを酸化し、前記原料ガスに含まれる有機金属又は有機半金属の酸化膜を成膜する酸化工程と、を有し、
前記原料ガス吸着工程及び前記酸化工程は、1分間に90回以上300回以下の繰り返し周期で繰り返し行われる保護膜形成方法。
A method for forming a protective film, wherein a plurality of depression shapes are formed on a surface of a substrate, and a protective film is formed on the surface of a non-dent formation area between the plurality of depression shapes adjacent to each other,
A source gas adsorption step of supplying a source gas composed of an organic metal gas or an organic metalloid gas onto the surface of the substrate including the plurality of recess shapes, and adsorbing the source gas on the surface of the substrate;
An oxidizing gas is supplied onto the surface of the substrate including the plurality of depressions, the source gas adsorbed on the surface of the substrate is oxidized, and an organic metal or organic metalloid oxide film contained in the source gas is formed. An oxidation step of forming a film,
The method for forming a protective film, wherein the source gas adsorption step and the oxidation step are repeatedly performed at a repetition cycle of 90 to 300 times per minute.
前記酸化ガスはHO、H、O又はOであり、熱酸化により前記原料ガスを酸化する請求項1に記載の保護膜形成方法。 The protective film forming method according to claim 1, wherein the oxidizing gas is H 2 O, H 2 O 2 , O 2, or O 3 , and the source gas is oxidized by thermal oxidation. 前記酸化工程と前記原料ガス吸着工程との間に、前記有機金属又は前記有機半金属の酸化膜にプラズマ化された希ガス及び添加ガスを供給する改質工程を更に有する請求項1又は2に記載の保護膜形成方法。   3. The reforming step of supplying a rare gas and an additive gas converted into plasma to the oxide film of the organic metal or the organic metalloid between the oxidation step and the source gas adsorption step. The protective film formation method of description. 前記酸化工程では、プラズマ化された前記酸化ガスを供給する請求項1に記載の保護膜形成方法。   The method for forming a protective film according to claim 1, wherein, in the oxidation step, the oxidizing gas converted into plasma is supplied. 前記基板は、処理室内に設けられた回転テーブル上に周方向に沿って配置され、
該回転テーブルより上方に、該回転テーブルの該周方向に沿って前記原料ガスを前記基板の表面上に供給可能な原料ガス供給領域及び前記酸化ガスを前記基板の表面上に供給可能な酸化ガス供給領域が互いに離間して設けられ、
前記回転テーブルを90〜300rpmの回転速度で回転させ、前記基板に前記原料ガス供給領域及び前記酸化ガス供給領域を順次通過させることにより、前記原料ガス吸着工程及び前記酸化工程を1分間に90回以上300回以下の繰り返し周期で行う請求項1乃至4のいずれか一項に記載の保護膜形成方法。
The substrate is disposed along a circumferential direction on a rotary table provided in the processing chamber,
A source gas supply region capable of supplying the source gas onto the surface of the substrate along the circumferential direction of the rotary table, and an oxidizing gas capable of supplying the oxidizing gas onto the surface of the substrate. Supply areas are provided spaced apart from one another,
By rotating the rotary table at a rotation speed of 90 to 300 rpm and sequentially passing the source gas supply region and the oxidizing gas supply region through the substrate, the source gas adsorption step and the oxidation step are performed 90 times per minute. The method for forming a protective film according to any one of claims 1 to 4, wherein the method is performed at a repeating cycle of 300 times or less.
前記基板は、処理室内に設けられた回転テーブル上に周方向に沿って配置され、
該回転テーブルより上方に、該回転テーブルの回転方向に沿って前記原料ガスを前記基板の表面上に供給可能な原料ガス供給領域、前記酸化ガスを前記基板の表面上に供給可能な酸化ガス供給領域及び前記プラズマ化された希ガス及び添加ガスを前記基板の表面上に供給可能なプラズマガス供給領域が互いに離間して設けられ、
前記回転テーブルを90〜300rpmの回転速度で回転させ、前記基板に前記原料ガス供給領域、前記酸化ガス供給領域及び前記プラズマガス供給領域を順次通過させることにより、前記原料ガス吸着工程、前記酸化工程及び前記改質工程を1分間に90回以上300回以下の繰り返し周期で行う請求項3に記載の保護膜形成方法。
The substrate is disposed along a circumferential direction on a rotary table provided in the processing chamber,
A source gas supply region capable of supplying the source gas onto the surface of the substrate along the rotation direction of the rotary table, and an oxidizing gas supply capable of supplying the oxidizing gas onto the surface of the substrate. A plasma gas supply region capable of supplying the region and the plasmad rare gas and additive gas onto the surface of the substrate are provided apart from each other;
The source gas adsorption step and the oxidation step are performed by rotating the rotary table at a rotation speed of 90 to 300 rpm and sequentially passing the source gas supply region, the oxidizing gas supply region, and the plasma gas supply region through the substrate. The protective film forming method according to claim 3, wherein the reforming step is performed at a repetition cycle of 90 to 300 times per minute.
前記基板は、処理室内に設けられた回転テーブル上に周方向に沿って配置され、
該回転テーブルより上方に、該回転テーブルの回転方向に沿って前記原料ガスを前記基板の表面上に供給可能な原料ガス供給領域及び前記プラズマ化された前記酸化ガスを前記基板の表面上に供給可能なプラズマガス供給領域が互いに離間して設けられ、
前記回転テーブルを90〜300rpmの回転速度で回転させ、前記基板に前記原料ガス供給領域及び前記プラズマガス供給領域を順次通過させることにより、前記原料ガス吸着工程及び前記酸化工程を1分間に90回以上300回以下の繰り返し周期で行う請求項4に記載の保護膜形成方法。
The substrate is disposed along a circumferential direction on a rotary table provided in the processing chamber,
A source gas supply region in which the source gas can be supplied onto the surface of the substrate along the direction of rotation of the rotary table, and the plasmad oxidizing gas is supplied onto the surface of the substrate. Possible plasma gas supply regions are provided spaced apart from each other;
By rotating the rotary table at a rotation speed of 90 to 300 rpm and sequentially passing the source gas supply region and the plasma gas supply region through the substrate, the source gas adsorption step and the oxidation step are performed 90 times per minute. The method for forming a protective film according to claim 4, which is performed at a repetition cycle of 300 times or less.
基板の表面に複数の窪み形状が形成され、隣接する該複数の窪み形状間の非窪み形状形成領域の表面上に保護膜を形成する保護膜形成方法であって、
前記複数の窪み形状を含む前記基板の表面上に有機金属ガス又は有機半金属ガスからなる原料ガスを供給し、前記基板の表面上に前記原料ガスを吸着させる原料ガス吸着工程と、
前記複数の窪み形状を含む前記基板の表面上に窒化ガスを供給し、前記基板の表面上に吸着した前記原料ガスを酸化し、前記原料ガスに含まれる有機金属又は有機半金属の窒化膜を成膜する窒化工程と、を有し、
前記原料ガス吸着工程及び前記窒化工程は、1分間に90回以上300回以下の繰り返し周期で繰り返し行われる保護膜形成方法。
A method for forming a protective film, wherein a plurality of depression shapes are formed on a surface of a substrate, and a protective film is formed on the surface of a non-dent formation area between the plurality of depression shapes adjacent to each other,
A source gas adsorption step of supplying a source gas composed of an organic metal gas or an organic metalloid gas onto the surface of the substrate including the plurality of recess shapes, and adsorbing the source gas on the surface of the substrate;
A nitriding gas is supplied onto the surface of the substrate including the plurality of depressions, the source gas adsorbed on the surface of the substrate is oxidized, and an organic metal or organic metalloid nitride film contained in the source gas is formed. A nitriding step for forming a film,
The method for forming a protective film, wherein the source gas adsorption step and the nitriding step are repeatedly performed at a repetition cycle of 90 to 300 times per minute.
前記窒化ガスはNH含有ガスであり、熱窒化により前記原料ガスを窒化する請求項8に記載の保護膜形成方法。 The protective film forming method according to claim 8, wherein the nitriding gas is an NH 3 -containing gas, and the source gas is nitrided by thermal nitriding. 前記窒化工程と前記原料ガス吸着工程との間に、前記有機金属又は前記有機半金属の窒化膜にプラズマ化された希ガス及び添加ガスを供給する改質工程を更に有する請求項8又は9に記載の保護膜形成方法。   10. The reforming step of supplying a rare gas and an additive gas converted into plasma to the nitride film of the organic metal or the organic metalloid between the nitriding step and the source gas adsorption step. The protective film formation method of description. 前記窒化工程では、プラズマ化されたNH含有ガス又はN含有ガスを供給する請求項8に記載の保護膜形成方法。 The protective film forming method according to claim 8, wherein in the nitriding step, plasmaized NH 3 -containing gas or N 2 -containing gas is supplied. 前記基板は、処理室内に設けられた回転テーブル上に周方向に沿って配置され、
該回転テーブルより上方に、該回転テーブルの該周方向に沿って前記原料ガスを前記基板の表面上に供給可能な原料ガス供給領域及び前記窒化ガスを前記基板の表面上に供給可能な窒化ガス供給領域が互いに離間して設けられ、
前記回転テーブルを90〜300rpmの回転速度で回転させ、前記基板に前記原料ガス供給領域及び前記窒化ガス供給領域を順次通過させることにより、前記原料ガス吸着工程及び前記窒化工程を1分間に90回以上300回以下の繰り返し周期で行う請求項8乃至11のいずれか一項に記載の保護膜形成方法。
The substrate is disposed along a circumferential direction on a rotary table provided in the processing chamber,
A source gas supply region capable of supplying the source gas onto the surface of the substrate along the circumferential direction of the turntable and a nitriding gas capable of supplying the nitriding gas onto the surface of the substrate above the turntable Supply areas are provided spaced apart from one another,
The raw gas adsorption process and the nitriding process are performed 90 times per minute by rotating the rotary table at a rotational speed of 90 to 300 rpm and sequentially passing the raw material gas supply area and the nitriding gas supply area through the substrate. The method for forming a protective film according to any one of claims 8 to 11, which is performed at a repetition cycle of 300 times or less.
前記基板は、処理室内に設けられた回転テーブル上に周方向に沿って配置され、
該回転テーブルより上方に、該回転テーブルの回転方向に沿って前記原料ガスを前記基板の表面上に供給可能な原料ガス供給領域、前記窒化ガスを前記基板の表面上に供給可能な窒化ガス供給領域及び前記プラズマ化された希ガス及び添加ガスを前記基板の表面上に供給可能なプラズマガス供給領域が互いに離間して設けられ、
前記回転テーブルを90〜300rpmの回転速度で回転させ、前記基板に前記原料ガス供給領域、前記窒化ガス供給領域及び前記プラズマガス供給領域を順次通過させることにより、前記原料ガス吸着工程、前記窒化工程及び前記改質工程を1分間に90回以上300回以下の繰り返し周期で行う請求項10に記載の保護膜形成方法。
The substrate is disposed along a circumferential direction on a rotary table provided in the processing chamber,
A source gas supply region capable of supplying the source gas onto the surface of the substrate along the rotation direction of the rotary table, and a nitriding gas supply capable of supplying the nitriding gas onto the surface of the substrate. A plasma gas supply region capable of supplying the region and the plasmad rare gas and additive gas onto the surface of the substrate are provided apart from each other;
The source gas adsorption step and the nitridation step are performed by rotating the rotary table at a rotational speed of 90 to 300 rpm and sequentially passing the source gas supply region, the nitriding gas supply region, and the plasma gas supply region through the substrate. The protective film forming method according to claim 10, wherein the reforming step is performed at a repetition cycle of 90 to 300 times per minute.
前記基板は、処理室内に設けられた回転テーブル上に周方向に沿って配置され、
該回転テーブルより上方に、該回転テーブルの回転方向に沿って前記原料ガスを前記基板の表面上に供給可能な原料ガス供給領域及び前記プラズマ化された前記窒化ガスを前記基板の表面上に供給可能なプラズマガス供給領域が互いに離間して設けられ、
前記回転テーブルを90〜300rpmの回転速度で回転させ、前記基板に前記原料ガス供給領域及び前記プラズマガス供給領域を順次通過させることにより、前記原料ガス吸着工程及び前記窒化工程を1分間に90回以上300回以下の繰り返し周期で行う請求項11に記載の保護膜形成方法。
The substrate is disposed along a circumferential direction on a rotary table provided in the processing chamber,
A source gas supply region in which the source gas can be supplied onto the surface of the substrate along the rotation direction of the rotary table, and the plasmad nitriding gas is supplied onto the surface of the substrate above the rotary table. Possible plasma gas supply regions are provided spaced apart from each other;
By rotating the rotary table at a rotation speed of 90 to 300 rpm and sequentially passing the source gas supply region and the plasma gas supply region through the substrate, the source gas adsorption step and the nitridation step are performed 90 times per minute. The method for forming a protective film according to claim 11, which is performed at a repeating cycle of 300 times or less.
前記回転テーブルを90〜240rpmの回転速度で回転させる請求項5乃至7又は12乃至14のいずれか一項に記載の保護膜形成方法。   The protective film forming method according to claim 5, wherein the rotary table is rotated at a rotation speed of 90 to 240 rpm. 前記回転テーブルを90〜120rpmの回転速度で回転させる請求項15に記載の保護膜形成方法。   The protective film forming method according to claim 15, wherein the rotary table is rotated at a rotation speed of 90 to 120 rpm. 前記回転テーブルを150〜300rpmの回転速度で回転させる請求項5乃至7又は12乃至14のいずれか一項に記載の保護膜形成方法。   The protective film forming method according to claim 5, wherein the rotary table is rotated at a rotational speed of 150 to 300 rpm. 前記回転テーブルを180〜300rpmの回転速度で回転させる請求項17に記載の保護膜形成方法。   The protective film forming method according to claim 17, wherein the turntable is rotated at a rotation speed of 180 to 300 rpm. 前記有機金属ガスは、High−k膜を成膜可能なガスである請求項1乃至16のいずれか一項に記載の保護膜形成方法。   The protective film forming method according to claim 1, wherein the organometallic gas is a gas capable of forming a high-k film. 前記有機金属ガスは、有機アミノチタニウムを含むガスである請求項1乃至16のいずれか一項に記載の保護膜形成方法。   The method of forming a protective film according to claim 1, wherein the organometallic gas is a gas containing organic amino titanium. 前記有機アミノチタニウムを含むガスは、テトラキスジメチルアミノチタニウムを含むガスである請求項20に記載の保護膜形成方法。   The method for forming a protective film according to claim 20, wherein the gas containing organic aminotitanium is a gas containing tetrakisdimethylaminotitanium. 前記有機半金属ガスは、有機シランガスである請求項1乃至14、17又は18のいずれか一項に記載の保護膜形成方法。   The method for forming a protective film according to claim 1, wherein the organic metalloid gas is an organosilane gas. 前記窪み形状は、トレンチである請求項1乃至22のいずれか一項に記載の保護膜形成方法。   The method for forming a protective film according to claim 1, wherein the hollow shape is a trench.
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