成膜方法与流程

1.本发明涉及一种在真空室内对靶进行溅射从而在被处理基板的表面上形成电介质膜的成膜方法。


背景技术：

2.在半导体器件的制造工序中，有在硅晶片等被处理基板表面上形成氮化硅膜、氧化铝膜这类电介质膜的工序，这样的电介质膜的成膜中例如会采用反应性溅射法，其使用了导电性的靶和氧、氮这类反应气体。此时，通常是对靶以脉冲状施加负电位，抑制诱发异常放电(例如参照专利文献1)。此时，与用于在单一的被处理基板上以规定的薄膜厚度成膜的成膜时间、以脉冲状施加负电位时的频率相对应设置占空比。
3.但是，已发现即使有效抑制诱发异常放电地设置了占空比，但刚成膜后的被处理基板表面上附着的粒子的数量会增加。因此，本技术发明人经过不断研究，认识到一个周期内的负电位的施加时间会影响刚成膜后的被处理基板表面上附着的粒子的数量的增减。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.【专利文献1】日本专利公开2019-99907号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的技术问题
8.本发明是基于上述认识而产生的，其要解决的技术问题是提供一种成膜方法，当通过靶的溅射形成电介质膜时，该方法可不损害有效抑制诱发异常放电这一功能地尽量减少刚成膜后的被处理基板表面上附着的粒子的数量。
9.解决技术问题的手段
10.为了解决上述技术问题，本发明是在真空室内对靶进行溅射从而在被处理基板的表面上形成电介质膜的成膜方法，其特征在于，在靶的溅射时，对靶以脉冲状施加负电位，将以脉冲状施加负电位时的频率设置在100khz以上150khz以下的范围内，将负电位的施加时间设置在长于5μsec且短于8μsec的范围内。此时，优选对所述靶以脉冲状施加负电位时的占空比设置为60％以上且小于85％。
11.采用上述方式，可不损害有效抑制诱发异常放电这一功能，而大幅减少刚成膜后的被处理基板表面附着的粒子的数量。此外，当频率小于100khz时，成膜时间会增加，充电的电荷的重置会更难，而当频率超过150khz时，存在成膜速度下降、电压不跟随这样的问题。再有，当施加时间在5μsec以下时，粒子的数量大幅增加，而当施加时间在8μsec以上时，不能有效抑制异常放电，粒子的数量也会增加。
12.本发明可适当适用于所述靶设置为硅材质，在靶的溅射时与稀有气体一同导入反应气体从而通过反应性溅射形成作为电介质膜的氮化硅膜的情况。
附图说明
13.图1是本发明的实施方式的溅射装置的剖视示意图。
14.图2是说明负电位相对于靶的施加时间ton的图表。
具体实施方式
15.以下参照附图，以将被处理基板设置为硅晶片(下称“基板sw”)，将靶设置为硅材质，通过反应性溅射在基板sw表面形成作为电介质膜的氮化硅膜的情况为例，对本发明的实施方式的成膜方法进行说明。
16.参照图1，sm是可实施本实施方式的成膜方法的溅射装置，溅射装置sm具有真空室1。以下表示“上”“下”这类的方向的术语以图1所示的溅射装置sm的设置姿态为基准进行说明。
17.在真空室1上连接有排气管11，其与由涡轮分子泵或旋转泵等构成的真空泵单元pu连通，可将真空室1内真空排气到规定压力(例如1
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pa)。真空室1的侧壁上连接有气管13，其与省略图示的气源连通，其间设置有质量流量控制器12a、12b，可向真空室1内分别以规定流量导入作为放电用的稀有气体的氩气和作为反应气体的氮气。
18.真空室1的上部设置有靶2。靶2在以溅射面2a设置在下方的姿态下，在上表面上经省略图示的粘接材料结合背板21的状态下，经绝缘体io1配置在真空室1侧壁的上部。靶2上连接作为溅射电源ps的脉冲dc电源的输出，在靶2的溅射时，以规定频率对靶2脉冲状地施加负电位vn。作为脉冲dc电源ps，可使用公知的电源，因此省略更多说明。
19.在真空室1的下部配置有与靶2相对的台架3。台架3具有经设置在真空室1下部的绝缘体io2而设置的具有筒状轮廓的金属材质的基台31和设置在该基台31上的卡板32。卡板32中内置静电卡合用的电极，当在该电极上施加来自图外的卡合电源的规定电压时，基板sw以成膜面在上侧地静电吸附在其上表面上。
20.真空室1内配置有防尘板4，其由分别具有筒状轮廓的上防尘板41和下防尘板42构成，防止溅射粒子、溅射粒子和反应气体的反应生成物附着到真空室1的内壁面。上述溅射装置sm虽未特别图示，但具有具备微电脑、定序器等的公知的控制装置，通过控制装置统一管理脉冲dc电源ps的运转、质量流量控制器12a、12b的运转、真空泵单元pu的运转等。以下对使用上述溅射装置sm的成膜方法进行说明。
21.首先，在真空室1内的台架3上安装了基板sw后，启动真空泵单元pu将真空室1内抽真空到规定的真空度(例如1
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pa)。当真空室1内达到规定压力时，控制质量流量控制器12a，12b，向以固定的排气速度被抽真空的真空室1内以规定流量比导入氩气(10～100sccm)和氮气(30～200sccm)(此时，真空室1内的压力在0.01～30pa的范围内)。并且，通过脉冲dc电源ps对靶2以规定频率脉冲状地施加负电位vn，以此在真空室1内形成等离子体气氛。此时，向靶2施加的电力设置在2kw～15kw的范围内。此时，采用低于2kw的电力，存在生产率下降的问题，而采用高于15kw的电力，存在给靶2的损害增加的问题。再有，频率设置在100khz～150khz的范围内。当频率小于100khz时，成膜时间拖长，充入的电荷的重置变得困难，而当频率超过150khz时，存在成膜速度的下降、电压不跟随这样的问题。由此，溅射靶2的溅射面2a，主要从溅射面飞散的溅射粒子和氮气的反应生成物堆积附着在基板sw表面，形成氮化硅膜。
22.此处，像上述那样在基板sw表面形成氮化硅膜时，存在即使设置占空比以有效地抑制诱发异常放电，但在刚成膜后的基板sw表面上附着的粒子(尤其是尺寸在0.2μm以上的粒子)的数量也会增加的情况。在本实施方式中，负电位vn的施加时间ton设置在长于5μsec短于8μsec的范围内。由此，既可无损于有效抑制诱发异常放电的功能，也可大幅降低刚成膜后的基板sw表面上附着的粒子的数量。存在的问题是当施加时间ton在5μsec以下时，粒子的数量大幅增加，而当施加时间ton在8μsec以上时，无法有效抑制异常放电，从而粒子的数量会大幅增加。此外，优选占空比(一个周期内施加时间ton的比例)设置在60％以上小于85％，更优选设置在60％以上小于81％。再有，也可在非施加时间toff期间施加正电位vp(例如 50v)。
23.接着，为了确认上述效果，使用上述溅射装置sm进行了接下来的实验。在发明实验1中，使用φ300mm的硅晶片作为基板sw，将该基板sw安装在真空室1内的台架3上后，控制质量流量控制器12a、12b向真空室1内导入作为稀有气体的氩气20sccm和作为反应气体的氮气100sccm(此时的真空室1内的压力是0.3pa)，对靶2脉冲状地施加负电位vn(-480v)。在本实验中，设置施加该负电位vn时的频率为150khz，施加时间ton为5.3μsec(此时的占空比为80.3％)。由此，在真空室1内形成等离子体气氛，通过反应性溅射在基板sw表面形成氮化硅膜。刚成膜后的基板sw表面上附着的粒子数采用公知的粒子计数器测量，该测量值在以下面提到的比较实验7测量的粒子数为1.00进行标准化时是0.06(参照表1)，确认小于考虑产品成品率而设置的基准值(0.24)。再有，采用公知的测量方法测量成膜中的异常放电次数，该测量值在以下面提到的比较实验7中发生的异常放电次数为1.00进行标准化时是0.09，确认有效地抑制诱发异常放电。
24.【表1】
[0025][0026]
在发明实验2中，除将脉冲状地施加负电位vn时的频率设置为140khz、施加时间ton设置为5.7μsec(此时的占空比为80.3％)外，与上述发明实验1同样地形成氮化硅膜。测量刚成膜后的基板sw表面上附着的粒子数，将该测量值标准化后是0.06，确认少于上述基准值。再有，测量成膜过程中的异常放电次数，在将该测量值标准化后是0.07，确认可有效地抑制诱发异常放电。
[0027]
为了与上述发明实验2比较而进行比较实验1、2。在这些比较实验1、2中，除将施加时间ton分别设置为比上述发明实验2短的4.3μsec(此时的占空比为60.6％)、5.0μsec(此时的占空比为70.4％)外，与上述发明实验2同样地形成氮化硅膜。分别测量成膜过程中的异常放电次数，将各测量值标准化后是0.05、0.07，确认有效地抑制诱发异常放电。但是，分别测量刚成膜后的基板sw表面上附着的粒子数，将各测量值标准化后是0.54、0.42，确认超过了上述基准值。
[0028]
在发明实验3中，除将脉冲状地施加负电位时的频率设置为120khz、施加时间ton为5.8μsec(此时的占空比为69.9％)外，与上述发明实验1同样地形成氮化硅膜。测量刚成膜后的基板sw表面上附着的粒子数，将该测量值标准化后是0.06，确认少于上述基准值。再有，测量成膜过程中的异常放电次数，在将该测量值标准化后是0.01，确认有效地抑制诱发异常放电。
[0029]
在发明实验4中，除将施加时间ton设置为比上述发明实验3长的6.7μsec(此时的占空比为80.7％)外，与上述发明实验3同样地形成氮化硅膜。测量刚成膜后的基板sw表面
上附着的粒子数，将该测量值标准化后是0.15，确认少于上述基准值。再有，测量成膜过程中的异常放电次数，在将该测量值标准化后是0.06，确认有效地抑制诱发异常放电。
[0030]
为了与上述发明实验3、4比较而进行比较实验3、4。在这些比较实验3、4中，除将施加时间ton分别设置为比上述发明实验3短的5.0μsec(此时的占空比为60.2％)、比上述发明实验4长的7.3μsec(此时的占空比为90.1％)外，与上述发明实验3、4同样地形成氮化硅膜。分别测量成膜过程中的异常放电次数，将各测量值标准化后是0.00、0.58，确认在比较实验3中有效抑制诱发异常放电，而在比较实验4中未有效抑制诱发异常放电。再有，分别测量刚成膜后的基板sw表面上附着的粒子数，将各测量值标准化后是0.56、0.04，确认在比较实验3中超过了上述基准值，而在比较实验4中少于上述基准值。
[0031]
在发明实验5中，除将脉冲状地施加负电位时的频率设置为100khz、施加时间ton设置为6.0μsec(此时的占空比为60.0％)外，与上述发明实验1同样地形成氮化硅膜。测量刚成膜后的基板sw表面上附着的粒子数，将该测量值标准化后是0.04，确认少于上述基准值。再有，测量成膜过程中的异常放电次数，在将该测量值标准化后是0.00，确认有效地抑制诱发异常放电。
[0032]
在发明实验6中，除将施加时间ton设置为比上述发明实验5长的7.0μsec(此时的占空比为70.0％)外，与上述发明实验5同样地形成氮化硅膜。测量刚成膜后的基板sw表面上附着的粒子数，将该测量值标准化后是0.06，确认少于上述基准值。再有，测量成膜过程中的异常放电次数，在将该测量值标准化后是0.03，确认有效地抑制诱发异常放电。
[0033]
为了与上述发明实验5、6比较而进行比较实验5。在比较实验5中，除将施加时间ton设置为比上述发明实验5、6长的8.0μsec(此时的占空比为80.0％)外，与上述发明实验5、6同样地形成氮化硅膜。测量刚成膜后的基板sw表面上附着的粒子数，将该测量值标准化后是0.29，确认超过上述基准值。测量成膜过程中的异常放电次数，在将该测量值标准化后是0.41，确认未有效抑制诱发异常放电。
[0034]
在比较实验6中，除将脉冲状地施加负电位vn时的频率设置为80khz、施加时间ton设置为7.5μsec(此时的占空比为60.0％)外，与上述发明实验1同样地形成氮化硅膜。测量刚成膜后的基板sw表面上附着的粒子数，将该测量值标准化后是0.08，确认在上述基准值以下。再有，测量成膜过程中的异常放电次数，在将该测量值标准化后是0.11，确认有效地抑制诱发异常放电。然而，确认成膜时间增加，生产率下降。
[0035]
在比较实验7中，将施加时间ton设置为比上述比较实验6长的10.0μsec(此时的占空比为80.0％)外，与上述比较实验6同样地形成氮化硅膜。测量刚成膜后的基板sw表面上附着的粒子数，将该测量值标准化后是1.00，确认超过上述基准值。再有，测量成膜过程中的异常放电次数，在将该测量值标准化后是1.00，确认未有效抑制诱发异常放电。
[0036]
采用上述实验，可知通过将脉冲状地施加负电位时的频率设置在100khz以上150khz以下的范围内、负电位的施加时间ton设置在比5μsec长比8μsec短的范围内，可不损害有效地抑制诱发异常放电的功能地减少刚成膜后的基板sw表面上附着的粒子的数量。
[0037]
以上说明了本发明的实施方式，但本发明并不限于上述方式。在上述实施方式中，以使用硅材质的靶2形成氮化硅膜的情况为例进行了说明，但电介质膜不限于氮化硅膜，在形成氧化硅膜、氧氮化硅膜的情况、使用铝材质的靶形成氧化铝膜的情况下也可适用本发明。
[0038]
附图标记说明
[0039]
sm.溅射装置、sw.基板(被处理基板)、ton.负电位的施加时间、1.真空室、2.靶。