JP2006190787A - Substrate treatment apparatus and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Kenji Takaishi
賢治 高石
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Hitachi Kokusai Electric Inc
株式会社日立国際電気
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve low cost without requiring a moisture generator or an ozone generator by forming a thin film of high quality including oxygen. <P>SOLUTION: This apparatus is provided with a treatment chamber 201, a heater 207 for heating the inside of the treatment chamber, first gas supply piping 232a for supplying a first material gas, second gas supply piping 232b for supplying gas containing an O-containing gas and an H-containing gas, exhaust piping 231 for exhausting the atmosphere of the inside of the processing chamber 201, and a control means 121 for performing control to alternately supply an Si-based gas and an oxidized gas to a wafer 200 in the treatment chamber without mixing the gases. The control means 121 supplies the Si-based gas to the wafer 200 in the treatment chamber 201 to cause the wafer to absorb a first material, and supplies the oxidized gas to generate an O radical and an OH radical so that the radicals may perform an oxidation reaction on the surface of the wafer having absorbed the first material, thereby forming an oxidized film on the wafer 200. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、第1の原料ガスと第2の原料ガスとを交互に供給することにより基板上に薄膜を形成する基板処理装置に関するものである。 The present invention relates to a substrate processing apparatus for forming a thin film on a substrate by supplying a first source gas and the second source gas alternately.

図3に、半導体デバイスであるMOSFET構造を示す。 Figure 3 shows a MOSFET structure is a semiconductor device. 基板10上に成長したエピタキシャル層11に素子分離層12を設けることにより区画形成したトランジスタ領域に埋込み層13を設け、その上に歪チャンネル層17が形成される。 The buried layer 13 in the transistor regions defined and formed by providing the isolation layer 12 in the epitaxial layer 11 grown on the substrate 10 provided, strained channel layer 17 is formed thereon. 歪チャンネル層17には、ソース領域(n +領域)15及びドレイン領域(n +領域)16、及びソース領域15とドレイン領域16とに挟まれたゲート領域を形成する。 The strained channel layer 17 forms a source region (n + region) 15 and the drain region (n + region) 16, and the source region 15 and gate region sandwiched between the drain region 16. ゲート領域の上にゲート絶縁膜18、ゲート電極19、ゲート電極20が積層され、その外側がオフセットスペーサ21を介してスペーサ22で覆われている(これらの部分をゲート部という)。 The gate insulating film 18 on the gate region, a gate electrode 19, the gate electrode 20 are stacked, it is covered with the spacer 22 through its outer offset spacers 21 (these portions of the gate portion). ソース領域15上にはコンタクト23を介してコンタクトプラグ(W)24及びメタル配線層(Cu)25が設けられる。 On the source region 15 is a contact plug (W) 24 and the metal wiring layer (Cu) 25 is provided through a contact 23. ドレイン領域16上にもコンタクト26を介してコンタクトプラグ27及びメタル配線層28が設けられる。 Contact plugs 27 and metal wiring layer 28 through the contact 26 is also provided on the drain region 16. なお、符号30は層間絶縁膜である。 Reference numeral 30 denotes an interlayer insulating film.

上述したMOSFETは微細化により、ゲート絶縁膜18、あるいはゲート部のオフセットスペーサ21及びスペーサ22(以下、スペーサ部分という)の薄膜化や、成膜時の低温化が進んでいる。 MOSFET by miniaturization described above, the gate insulating film 18 or the offset spacers 21 and the spacer 22 of the gate portion (hereinafter, referred to as a spacer moiety), thinning or, is progressing lower temperature during the deposition. ゲート絶縁膜やスペーサ部分は酸素を含む薄膜で構成される。 The gate insulating film and the spacer portion consists of a thin film containing oxygen. 例えば、ゲート絶縁膜は高誘電体膜(High−k膜)となるHfO 2膜やZrO 2膜で形成され、スペーサ部分はSiO 2膜で形成されることが多い。 For example, the gate insulating film is formed of a HfO 2 film and ZrO 2 film serving as the high-dielectric film (High-k film), the spacer portion is often formed in the SiO 2 film.
薄膜化及び低温化に対応するために、ゲート絶縁膜やスペーサ部分を原子層成長と呼ばれるALD(Atomic Layer Deposition)により成膜することが検討されている。 To accommodate thinning and low temperature, it is considered to be deposited by ALD (Atomic Layer Deposition) called a gate insulating film and a spacer portion and atomic layer deposition. ALDとは、複数種類、例えば2種類の原料を交互に供給し、原子層を1層ずつ増やして薄膜を成長させる成膜方法である。 The ALD, a plurality of types, for example, two kinds of raw materials were supplied alternately, a film deposition method of growing a thin film by increasing the atomic layer by one layer.

ALDは、原料供給サイクル内で各原料の供給が十分であれば基板表面の形状に関係無く原料供給のサイクル毎に一定した厚さの膜が形成され、膜の成長速度は時間ではなく、原料供給サイクルの数に比例するだけであって、原料供給量などの工程条件に敏感ではないため薄い膜の厚みを精密に制御することができる。 ALD is supplied of each raw material in the raw material supply cycle is the thickness of the film constant per cycle regardless raw material supply to the shape of the substrate surface as long as sufficient is formed, the growth rate of the film is not the time, raw material be only proportional to the number of feed cycles, the thin film thickness for not sensitive to process conditions such as raw material supply amount can be precisely controlled.

ALDの特長は、 ALD of the features are,
(1)非常に薄い膜の形成ができる。 (1) it can form a very thin film.
(2)基板の面積が広くても均一した厚さの膜を形成することができ、300mmウェハにも適用できる。 (2) even if a large area of ​​the substrate can be formed uniformly with thickness of the film can be applied to 300mm wafers.
(3)基板の凸凹に関係無く一定した厚さの膜形成ができるため段差被覆性に優れている。 (3) it has excellent step coverage, which can constant thickness of the film formed regardless the unevenness of the substrate.
(4)形成されている膜にはピンホールがない。 (4) no pinholes in films formed.
(5)粉末のような物質にも均一した厚さの膜を形成することができる。 (5) can form a membrane thickness uniformity was also substances such as powder.

このALDを用いて、酸素を含む薄膜を成膜する場合、2種類の原料ガスのうち一方の原料ガスに膜原料ガスを用い、他方の原料ガスに酸化性ガスを使用する。 Using this ALD, the case of forming a thin film containing oxygen, using two kinds of film material gas to one of the source gas of the feed gas, using an oxidizing gas to the other of the source gas. 例えば、シリコン酸化膜(SiO 2 )を形成する場合は、シリコンを含むSi系ガスと酸化性ガスとの2種類のガスを用いて、原子層を1層ずつ増やして薄膜を成長させ、SiO 2膜を成膜させる。 For example, when forming a silicon oxide film (SiO 2), using the two kinds of gases of Si-based gas and an oxidizing gas containing silicon, it is grown a thin film by increasing the atomic layer by one layer, SiO 2 thereby forming a film. なお、酸素を含む薄膜には、その他に、Al 23 、ZrO 2 、HfO 2 、Y 23 、La 23等がある。 Note that the thin film containing oxygen, and other, there are Al 2 O 3, ZrO 2, HfO 2, Y 2 O 3, La 2 O 3 and the like.

上記酸化性ガスには、H 2 O(水)やO 3 (オゾン)が多く用いられ、一般的にはH 2 O(水)が良く使用される。 The aforementioned oxidizing gas, H 2 O (water) and O 3 (ozone) is often used, generally H 2 O (water) is often used. 2 O(水)は、直接、水分を直接供給する方法と、水分を直接供給しない方法の2種類がある。 H 2 O (water) directly, there are two types of water and a method directly supplied, a method that does not supply the water directly.

ALDでは、専ら水分を直接供給するやり方が用いられるが、この場合、水分の純度が低く、形成される薄膜の品質に問題があり、良質な膜生成が困難であった。 In ALD, although exclusively water directly supplied way is used, in this case, low purity water, there is a problem with the quality of the thin film formed, high-quality film produced is difficult. なお、水分を直接供給しない場合は、水分発生器が必要となりコスト高となってしまう。 Note that when not supplying water directly, moisture generator becomes costly required. さらに、O 3を用いる場合も、オゾン発生器が大掛かりになるという問題点があった。 Furthermore, even when using the O 3, it has a problem that the ozone generator is bulky.
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、酸素を含む高品質な膜形成が可能で、水分発生器やオゾン発生器を必要とせず、低コスト化を実現することが可能な基板処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the problems of the prior art described above, it can be a high-quality film forming containing oxygen, without the need for water generators and ozone generator, is possible to realize cost reduction it is desirable to provide a substrate processing apparatus.

第1の発明は、基板を収容する処理室と、前記基板および処理室内を加熱する加熱手段と、前記第1の原料ガスを前記処理室へ供給する第1のガス供給手段と、前記第1の原料ガスとは異なるO含有ガスとH含有ガスとを含む第2の原料ガスを前記処理室へ供給する第2のガス供給手段と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、処理室内の基板に対して第1の原料ガスと前記第2の原料ガスとを互いに混合することなく交互に供給するよう制御する制御手段とを備えて、前記処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給して第1の原料を基板上に吸着させ、第2の原料ガスを供給してOラジカルとOHラジカルを発生させ、前記ラジカルにより、前記第1の原料が吸着した基板表面で表面反応を行わせ、基板上に酸化膜を形成する A first invention is a processing chamber for accommodating a substrate, and heating means for heating the substrate and the processing chamber, a first gas supply means for supplying the first source gas into the processing chamber, said first and exhaust means for exhausting the second gas supply means for supplying the atmosphere of the processing chamber a second raw material gas containing a different O-containing gas and the H-containing gas into the processing chamber and the source gas, process chamber and control means for controlling so as to supply alternately without mixing with respect to the substrate and the first source gas and the second source gas from each other, the first material with respect to the processing chamber of the substrate gas first material adsorbed on a substrate by supplying, by supplying the second source gas to generate O radicals and OH radicals, the surface by the radicals, in the first substrate surface material was adsorbed the reaction was carried out to form an oxide film on a substrate うにしたことを特徴とする基板処理装置である。 A substrate processing apparatus, characterized in that had Unishi.
制御手段により処理室内に交互に供給する第1の原料ガスと第2の原料ガスのうち、第2の原料ガスにO含有ガス(酸化性ガス)とH含有ガス(還元性ガス)とを含むガスを用いて、処理室内でOラジカルとOHラジカルを発生させ、第1の原料が吸着した基板表面で表面反応を行わせるようにしたので、簡単な構造でありながら、水分を酸化性ガスとして使用するときのような純度の悪化を解決し、また水分発生器やオゾン発生器を必要とせず、低コスト化を実現することができる。 One of the first source gas and the second source gas are alternately supplied into the processing chamber by the control means, and a O-containing gas to the second material gas (oxidizing gas) and H-containing gas (reducing gas) using gas, process chamber to generate the O radical and OH radical, since the first raw material was caused to perform the surface reaction on the substrate surface adsorbed, with a simple structure, the water as the oxidizing gas solve the deterioration of purity, such as when using, also without requiring water generator, ozone generator, it is possible to realize cost reduction.

第2の発明は、処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給して基板上に第1の原料を吸着させる工程と、その後処理室内のパージを行う工程と、前記パージ後、処理室内の基板上に吸着させた第1の原料に対して、前記第1の原料ガスとは異なるO含有ガスとH含有ガスとを含む第2の原料ガスを供給して、OラジカルとOHラジカルを発生させ、前記ラジカルにより、前記第1の原料が吸着した基板表面で表面反応を行わせ、基板上に酸化膜を形成する工程と、その後処理室内のパージを行う工程と、を複数回繰り返す半導体デバイスの製造方法である。 The second invention comprises the steps of adsorbing the first material to the first material gas by supplying the substrate with respect to the substrate in the processing chamber, and performing subsequent processing chamber purge, after the purge, treated for the first material adsorbed to the room on the substrate, wherein the first material gas by supplying a second material gas containing a different O-containing gas and the H-containing gas, O radicals and OH radicals to generate, by the radical, the allowed first raw material made of the surface reaction on the substrate surface adsorbed, forming an oxide film on the substrate, is repeated a plurality of times a step, the performing subsequent processing chamber purge it is a manufacturing method of a semiconductor device.
第2の原料ガスにO含有ガスとH含有ガスとを含むガスを用いて、処理室内でOラジカルとOHラジカルを発生させることにより、第1の原料が吸着した基板表面で表面反応を行わせるようにしたので、簡単な方法でありながら、水分を酸化性ガスとして使用するときのような純度の悪化を解決し、また水分発生器やオゾン発生器を必要とせず、低コスト化を実現することができる。 Using a gas containing O-containing gas and the H-containing gas into the second source gas, by generating the O radical and OH radical in the process chamber, the first raw material to perform a surface reaction on the substrate surface adsorbed since the way, yet simple method to solve the deterioration of purity, such as when using water as the oxidizing gas, also without requiring water generator, ozone generator, to realize a cost reduction be able to.

本発明によれば、酸素を含む高品質な膜形成が可能で、水分発生器やオゾン発生器を必要とせず、低コスト化を実現することができる。 According to the present invention, can be a high-quality film forming containing oxygen, without the need for water generators and ozone generator, it is possible to realize cost reduction.

以下に本発明の実施の形態についてい説明する。 There will be described embodiments of the present invention are described below.

図4、図5において本発明が適用される基板処理装置の一例である半導体製造装置についての概略を説明する。 Figure 4, an outline of a semiconductor manufacturing apparatus which is an example of a substrate processing apparatus to which the present invention is applied in FIG.

筐体101内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット100の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ105が設けられ、該カセットステージ105の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ115が設けられ、該カセットエレベータ115には搬送手段としてのカセット移載機114が取りつけられている。 On the front side of the housing 101, a cassette stage 105 as the holder transfer member for transferring the cassette 100 as a substrate storage container with an external transport device (not shown) is provided, the rear side of the cassette stage 105 cassette elevator 115 as elevator means is provided in the cassette loader 114 of the conveying means in the cassette elevator 115 is mounted. 又、前記カセットエレベータ115の後側には、前記カセット100の載置手段としてのカセット棚109が設けられると共に前記カセットステージ105の上方にも予備カセット棚110が設けられている。 Further, the behind of the cassette elevator 115, standby cassette shelf 110 also above the cassette stage 105 with the cassette shelf 109 is provided as a mounting means for said cassette 100 is provided. 前記予備カセット棚110の上方にはクリーンユニット118が設けられクリーンエアを前記筐体101の内部を流通させるように構成されている。 The Above the standby cassette shelf 110 is configured to clean air cleaning unit 118 is provided so as to circulate inside the casing 101.

前記筐体101の後部上方には、処理炉202が設けられ、該処理炉202の下方には基板としてのウェハ200を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート217を該処理炉202に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ121が設けられ、該ボートエレベータ121に取りつけられた昇降部材122の先端部には蓋体としてのシールキャップ219が取りつけられ該ボート217を垂直に支持している。 Wherein the upper rear of the housing 101, the processing furnace 202 is provided, the processing furnace 202 boat 217 as a substrate holding means downward to hold the multi-stage wafer 200 as a substrate in a horizontal posture of the processing furnace 202 boat elevator 121 is provided as an elevating means for elevating, the distal end portion of the elevating member 122 which is mounted on the boat elevator 121 to support the boat 217 vertically sealing cap 219 is mounted as a lid member is in . 前記ボートエレベータ121と前記カセット棚109との間には昇降手段としての移載エレベータ113が設けられ、該移載エレベータ113には搬送手段としてのウェハ移載機112が取りつけられている。 Wherein between the boat elevator 121 and the cassette shelf 109 is provided transfer elevator 113 as an elevating means, the wafer transfer device 112 as conveying means by the movable mounting elevator 113 is mounted. 又、前記ボートエレベータ121の横には、開閉機構を持ち前記処理炉202の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ116が設けられている。 Further, the side of the boat elevator 121, the furnace port shutter 116 of the shielding member for closing the lower surface of the processing furnace 202 has an opening and closing mechanism is provided.

前記ウェハ200が装填された前記カセット100は、図示しない外部搬送装置から前記カセットステージ105に該ウェハ200が上向き姿勢で搬入され、該ウェハ200が水平姿勢となるよう該カセットステージ105で90°回転させられる。 The cassette 100 in which the wafer 200 is loaded, the wafer 200 is loaded in an upward orientation from the external carrying device (not shown) on the cassette stage 105, 90 ° rotation in the cassette stage 105 to the wafer 200 is horizontal posture provoking. 更に、前記カセット100は、前記カセットエレベータ115の昇降動作、横行動作及び前記カセット移載機114の進退動作、回転動作の協働により前記カセットステージ105から前記カセット棚109又は前記予備カセット棚110に搬送される。 Furthermore, the cassette 100, the vertical movement of the cassette elevator 115, traverse operation and forward and backward movement of the cassette loader 114, the from the cassette stage 105 by the cooperation of rotation cassette shelf 109 or the standby cassette shelf 110 It is transported.

前記カセット棚109には前記ウェハ移載機112の搬送対象となる前記カセット100が収納される移載棚123があり、前記ウェハ200が移載に供される該カセット100は前記カセットエレベータ115、前記カセット移載機114により該移載棚123に移載される。 The cassette is in the rack 109 has a transfer shelf 123 in which the cassette 100 is housed as a transport target of the wafer transfer device 112, the cassette 100 where the wafer 200 is subjected to transfer is the cassette elevator 115, It is transferred by the movable shelf 123 by the cassette loader 114.

前記カセット100が前記移載棚123に移載されると、前記ウェハ移載機112の進退動作、回転動作及び前記移載エレベータ113の昇降動作の協働により該移載棚123から降下状態の前記ボート217に前記ウェハ200を移載する。 When the cassette 100 is transferred to the transfer shelf 123, the forward and backward movement of the wafer transfer device 112, by cooperation of the lifting operation of the rotary operation and the transfer elevator 113 drop state from 該移 shelf 123 transferring the wafer 200 to the boat 217.

前記ボート217に所定枚数の前記ウェハ200が移載されると前記ボートエレベータ121により該ボート217が前記処理炉202に挿入され、前記シールキャップ219により前記処理炉202が気密に閉塞される。 Wherein said wafer and said 200 a predetermined number into the boat 217 is transferred the boat 217 by the boat elevator 121 is inserted into the processing furnace 202, the processing furnace 202 by the seal cap 219 is hermetically closed. 気密に閉塞された前記処理炉202内では前記ウェハ200が加熱されると共に処理ガスが該処理炉202内に供給され、前記ウェハ200に処理がなされる。 In occluded the processing furnace 202 in an airtight process gas with the wafer 200 is heated is supplied into the processing furnace 202, processing is performed on the wafer 200.

前記ウェハ200への処理が完了すると、該ウェハ200は上記した作動の逆の手順により、前記ボート217から前記移載棚123の前記カセット100に移載され、該カセット100は前記カセット移載機114により該移載棚123から前記カセットステージ105に移載され、図示しない外部搬送装置により前記筐体101の外部に搬出される。 When the process to the wafer 200 is completed, the wafer 200 in the reverse procedure of the operation described above, is transferred to the cassette 100 of the transfer shelf 123 from the boat 217, the cassette 100 is the cassette loader the 114 is transferred to the cassette stage 105 from 該移 shelf 123, it is carried to the outside of the housing 101 by the external transport device (not shown). 尚、前記炉口シャッタ116は、前記ボート217が降下状態の際に前記処理炉202の下面を塞ぎ、外気が該処理炉202内に巻き込まれるのを防止している。 Note that the furnace port shutter 116, the boat 217 closes the lower surface of the processing furnace 202 during the descent state, outside air is prevented from being involved in the processing furnace 202.

前記カセット移載機114等の搬送動作は、搬送制御手段124により制御される。 Transport operation, such as the cassette loader 114 is controlled by the conveyance control unit 124.

次に図1を用いて、実施の形態による縦型ALD装置の処理炉202の概略について説明する。 Next, referring to FIG. 1, the outline of the processing furnace 202 of a vertical ALD apparatus according to the embodiment.
加熱手段としてのヒータ207の内側に、ウェハ200を収容する処理室201を構成する反応管203が設けられる。 Inside of the heater 207 as a heating unit, a reaction tube 203 constituting the processing chamber 201 for accommodating the wafer 200 is provided. 反応管203は炉口フランジ205によって支持される。 The reaction tube 203 is supported by a furnace port flange 205. 炉口フランジ205の下端開口はシールキャップ218により気密に閉塞され、シールキャップ218上にボート217が立設されて反応管203内に挿入される。 The lower end opening of the furnace opening flange 205 is air-tightly sealed by the seal cap 218, the boat 217 is inserted into the reaction tube 203 is erected on the seal cap 218. ボート217にはバッチ処理される複数のウェハ200が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。 The boat 217 a plurality of wafers 200 to be batch processed are stacked in multiple stages in the axial direction of the tube in a horizontal attitude. 前記ヒータ207は反応管203内のウェハ200を所定の温度に加熱する。 The heater 207 heats the wafer 200 in the reaction tube 203 to a predetermined temperature.

反応管203に、第1及び第2の原料ガスを反応管203内に供給する供給手段としての2本のガス供給配管232a、232bが設けられる。 The reaction tube 203, two gas supply pipe 232a as means for supplying the first and second raw material gas into the reaction tube 203, 232b is provided. 第1の原料ガスを供給する第1のガス供給配管232aは、反応管203を支持する炉口フランジ205に接続されている。 The first gas supply pipe 232a for supplying the first material gas is connected to the furnace opening flange 205 for supporting the reaction tube 203. また、第2の原料ガスとは異なるO含有ガスとH含有ガスとを含む第1の原料ガスを供給する第2のガス供給配管232bは、反応管203の頂部に接続されている。 The second gas supply pipe 232b supplies a first source gas and the second source gas and a different O-containing gas and the H-containing gas is connected to the top of the reaction tube 203. 炉口フランジ205の第1のガス供給配管232aとは反対側に、処理室201を排気する排気手段としての排気配管231が設けられ、排気配管231には真空ポンプ246が設けられ、処理室201内を真空排気するようになっている。 On the opposite side of the first gas supply pipe 232a of the furnace opening flange 205, an exhaust pipe 231 as exhaust means for exhausting the processing chamber 201 is provided, the vacuum pump 246 is provided in the exhaust pipe 231, the processing chamber 201 It is adapted to evacuate the inside.

第1のガス供給配管232aは、反応管203内においてボート217に沿って立設されたノズル233に連結される。 The first gas supply pipe 232a is connected to the nozzle 233 set up along the boat 217 in the reaction tube 203. このノズル233には、多段に積載された多数枚の各ウェハ200と対向するように多数の出口穴248aがノズル軸方向に沿って設けられる。 This nozzle 233, multiple outlet holes 248a so as to face the wafer 200 large number stacked in multiple stages is provided along the nozzle axis.

出口穴248aは、ガス上流のウェハ200からガス下流のウェハ200まで第2の原料ガスを均一に供給するために、ガス上流の出口穴径を小さくし、ガス下流の出口穴径を大きくすることによりコンダクタンスを変化させて、上流でも下流でも均等にガスが吹き出す構造とするとよい。 Outlet holes 248a, in order to uniformly supply the second source gas from the wafer 200 of the gas upstream to the wafer 200 of the gas downstream, to reduce the exit hole diameter of the gas upstream, to increase the exit hole diameter of the gas downstream by varying the conductance, it may be a structure that uniformly gas blown both downstream upstream.

また、上述した2種類の原料ガスの供給方法、及びウェハ200の成膜温度を制御する制御手段としてのコントローラ125が設けられる。 Further, the method of supplying the two kinds of material gases described above, and the controller 125 as a control means for controlling the deposition temperature of the wafer 200 is provided. コントローラ125は、2種類のガスを一種類ずつ交互に繰り返し流すように、第1のガス供給配管232a及び第2のガス供給配管232bに設けたバルブ(図示せず)を制御するガス供給制御手段と、ヒータ加熱によるウェハ温度が成膜温度となるようにヒータ207を制御する温度制御手段とを内部に有している。 Controller 125, two kinds of gases to flow repeatedly alternately one by one kind, the gas supply control means for controlling the valve provided in the first gas supply pipe 232a and the second gas supply pipe 232b (not shown) When, and a temperature control means for the wafer temperature by heater controls the heater 207 so that the deposition temperature therein.

次に上述した縦型ALD装置の処理炉202を用いて成膜する方法を、図2を用いて説明する。 The method for forming a film and then by using the processing furnace 202 of the above-mentioned vertical ALD apparatus will be described with reference to FIG. 膜はSiO 2を形成する。 Film is formed a SiO 2. 第1の原料ガスにDCS(SiH 2 Cl 2 :ジクロルシラン)を用い、第2の原料ガスに酸素(O 2 :酸化性ガス)及び水素(H 2 :還元性ガス)を用いる。 DCS to the first raw material gas (SiH 2 Cl 2: dichlorosilane) with oxygen in the second material gas (O 2: oxidizing gas) and hydrogen (H 2: reducing gas) is used.

成膜しようとするウェハ200をボート217に装填し、反応管203内(以下、単に炉内ともいう)に搬入する。 The wafer 200 to be deposited are loaded on the boat 217, within the reaction tube 203 (hereinafter, simply referred to as a furnace) is loaded into. 次にウェハ上にSiO 2膜の成膜を行なう。 Then a film is formed of SiO 2 film on the wafer. このときの炉内温度は、下地膜と密着性がよく界面の欠陥の少ない膜が形成される温度、例えば450〜600℃である。 Furnace temperature at this time, the temperature of less film adhesion as a base film is a well-interface defect of being formed, for example, 450 to 600 ° C.. この成膜には、DCSとO 2及びH 2とを交互に流して1原子層づつ膜を形成するALDを用いる。 The deposition, using ALD to form one atomic layer at a time film by passing the DCS and O 2 and H 2 alternately.

まず第1のガス供給配管232aから処理室201内にDCSを供給しつつ排気配管231から排気する。 First DCS into the process chamber 201 through the first gas supply pipe 232a for exhausting from the exhaust pipe 231 while supplying. DCSは上記炉内温度で反応する。 DCS is reacted in the furnace temperature. このとき、炉内圧力は比較的低い圧力13Pa(0.1Torr)〜1333Pa(10Torr)に維持しつつ、DCSを10sccm〜300slm、0.1秒〜60秒間供給する。 At this time, the pressure inside the furnace while maintaining a relatively low pressure 13Pa (0.1Torr) ~1333Pa (10Torr), 10sccm~300slm the DCS, and supplies 0.1 seconds to 60 seconds. 処理室201内に供給される原料ガスはDCSだけなので、DCSは気相反応を起こすことなく、ウェハ200上の下地膜と表面反応して、下地膜にSi原子が吸着する。 Since the raw material gas supplied into the processing chamber 201 is only DCS, DCS without causing gas phase reaction, and the base film and the surface reaction on the wafer 200, Si atoms adsorbed on the base film.

Si原子を吸着させた後、例えば第1のガス供給配管232aから処理室201内をN 2パージして第1のガス供給配管232a及び処理室201内の残留ガスを排気する。 After the Si atom is adsorbed, to evacuate the example first residual gas of the first gas supply pipe 232a and the processing chamber 201 the process chamber 201 through the gas supply pipe 232a and N 2 purge. このときのパージN 2ガス流量は10sccm〜100slm、パージ時間は0.1秒〜60秒間である。 Purging N 2 gas flow rate at this time is 10Sccm~100slm, purge time is 0.1 seconds to 60 seconds.

つぎに第2のガス供給配管232bから酸素及び水素を処理室210内に供給する。 Then supply oxygen and hydrogen into the process chamber 210 from the second gas supply pipe 232b. 2及びH 2の供給により、後述するように酸素活性種O *を発生させ、この酸素活性種と下地膜上のSi原子とを表面反応させて、SiO 2膜を成膜させる。 By the supply of O 2 and H 2, to generate oxygen active species O * as described below, a Si atom on the oxygen active species and the base film by the surface reaction is a SiO 2 film.

2とO 2を使用すると、H 2は、500〜600℃でO 2と反応を開始する。 With H 2 and O 2, H 2 starts reacting with O 2 at 500 to 600 ° C.. このとき処理室内では下記反応が起こっていると考えられる。 In the process chamber at this time it is believed the following reaction is taking place.
2 +O 2 →H * +HO 2 H 2 + O 2 → H * + HO 2
2 +H * →OH * +O * O 2 + H * → OH * + O *
2 +O * →H * +OH * H 2 + O * → H * + OH *
2 +OH * →H * +H 2 H 2 + OH * → H * + H 2 O
* (酸素活性種)、OH * (水酸基活性種) O * (active oxygen species), OH * (active hydroxyl species)

よって、O 2及びH 2の供給時の炉内温度は500℃以上とする。 Thus, the furnace temperature at the time of supply of O 2 and H 2 is set to 500 ° C. or higher. また、O * (酸素活性種)は炉内圧力が266Pa(2Torr)以下の低圧力下であると、活性種の寿命が伸びる。 Also, O * (active oxygen species) is the pressure inside the furnace is under a following low pressure 266 Pa (2 Torr), extending the active species lifetimes. したがって、ウェハ面内、ウェハ面間の薄膜均一性向上のために、このときの炉内圧力は266Pa以下とする。 Thus, the wafer surface, for thickness uniformity improvement between the wafer surface, the pressure inside the furnace at this time is less 266 Pa.
また、このとき流すH 2流量は10sccm〜30slm、O 2流量は10sccm〜30slm、H 2 /O 2ガス供給時間は0.1〜60秒間である。 Moreover, H 2 flow rate passing this time 10sccm~30slm, O 2 flow rate 10sccm~30slm, H 2 / O 2 gas supply time is 0.1 to 60 seconds.

SiO 2膜を形成させた後、処理室201内をN 2パージして処理室201内の残留ガスを排気する。 After forming the SiO 2 film, evacuating the residual gas in the processing chamber 201 and the inside of the processing chamber 201 by N 2 purge. このときのパージN 2ガス流量は10sccm〜100slm、パージ時間は0.1秒〜60秒間である。 Purging N 2 gas flow rate at this time is 10Sccm~100slm, purge time is 0.1 seconds to 60 seconds.

上述したDCSと酸素及び水素とを交互に流す工程を1サイクルとする。 The step of flowing the above described DCS and oxygen and hydrogen are alternately and 1 cycle. このサイクルを繰り返すことにより、所定厚のSiO 2膜が形成される。 By repeating this cycle, the predetermined thickness of the SiO 2 film is formed.
これらのサイクル制御はコントローラ125によって行われる。 These cycle control is performed by the controller 125.

上述したように、本実施の形態によれば、DCSを用いてALDによりSiO 2膜を形成するために、Si原子とO 2原子とを1層ずつ増やしてSiO 2を堆積させる。 As described above, according to this embodiment, in order to form the SiO 2 film by ALD using DCS, the Si atoms and O 2 atoms is increased layer by layer deposition of SiO 2. この場合、減圧下の炉内にO 2とH 2を導入し、酸素活性種O *を発生させるようにしている。 In this case, by introducing O 2 and H 2 into the furnace under reduced pressure, and so as to generate oxygen active species O *. したがって、純度の低い水分を用いる場合と比べて、高品質な酸素活性種が得られ、高品質な膜生成を実現でき、半導体素子の性能を向上でき生産性を高めることができる。 Therefore, as compared with the case of using a low-purity water, high-quality oxygen active species is obtained, it can achieve high-quality film produced, thereby increasing the productivity can improve performance of the semiconductor device. また、炉内温度をH 2がO 2と反応を開始する500〜600℃としておけば、O 2及びH 2を処理室内に供給するだけで、酸素活性種O *を発生させることができるので、水分発生器もオゾン発生器も必要とせず、一般的に使用されるO 2 、H 2といった容易に入手でき且つ安価なガスを使用するので、低コスト化を実現できる。 Also, if the furnace temperature H 2 is the O 2 and the start 500 to 600 ° C. The reaction, only supplies the O 2 and H 2 into the processing chamber, it is possible to generate oxygen active species O * moisture generator also ozone generator also not required, because it uses readily available and inexpensive gas such as O 2, H 2, which is commonly used, low cost can be realized.
特に本実施の形態によるSiO 2の成膜方法を、MOSFETのスペーサ部分に適用すれば、オフセットスペーサ及びスペーサの成膜の低温化、及びオフセットスペーサ及びスペーサの薄膜化を実現できる。 Especially the SiO 2 film forming method according to the present embodiment, if applied to the spacer portion of the MOSFET, lowering the formation of offset spacers and spacer, and the thinning of the offset spacers and spacer can be realized.

上述した実施の形態では、酸素を含む薄膜としてSiO 2膜を形成する場合について説明した、本発明はこれに限定されない。 In the embodiment described above has described the case where a SiO 2 film is formed as a thin film containing oxygen, the present invention is not limited thereto. 例えば、HfO 2やZrO 2などについても上述した装置及び方法を用いて適用可能である。 For example, it can be applied using the apparatus and method described above also including HfO 2 or ZrO 2.

ここに、HfO 2 、ZrO 2の成膜条件を共通に例示すれば次の通りである。 Here, it is as follows To exemplify HfO 2, ZrO 2 film forming conditions in common.
炉内温度:450℃〜600℃(但し、O 2 /H 2供給時の炉内温度:50℃〜600℃) Furnace temperature: 450 ° C. to 600 ° C. (However, O 2 / H 2 feed when the furnace temperature: 50 ° C. to 600 ° C.)
炉内圧力:13Pa(0.1Torr)〜1333Pa(10Torr)(但し、O 2 /H 2供給時の炉内圧力は266Pa以下) Furnace pressure: 13Pa (0.1Torr) ~1333Pa (10Torr ) ( provided that the furnace pressure during O 2 / H 2 supply below 266 Pa)
HfCl 4 /ZrCl 4 :10sccm〜300slm(昇華時のガス流量) HfCl 4 / ZrCl 4: 10sccm~300slm (gas flow rate at the time of sublimation)
2流量:10sccm〜30slm H 2 flow rate: 10sccm~30slm
2流量:10sccm〜30slm O 2 flow rate: 10sccm~30slm
パージN 2流量:10sccm〜100slm Purge N 2 flow rate: 10sccm~100slm
また、1サイクル当り各ガスを流す時間は次の通りである。 The time flow per cycle each gas is as follows.
HfCl 4 /ZrCl 4 :0.1秒〜500秒 パージガス(N 2 ):0.1秒〜180秒 H 2 /O 2 :0.1秒〜180秒 パージガス(N 2 ):0.1秒〜120秒 HfCl 4 / ZrCl 4: 0.1 sec to 500 sec purge gas (N 2): 0.1 to 180 seconds H 2 / O 2: 0.1 to 180 seconds purge gas (N 2): 0.1 seconds to 120 seconds

このように酸化性ガスとしてO 2及びH 2を用いて酸素活性種O *を発生させ、これをウェハに吸着したHf原子やZr原子と表面反応させることにより、ウェハ上に高品質のHfO 2やZrO 2を堆積させることもできる。 Thus the O 2 and H 2 to generate oxygen active species O * is used as the oxidizing gas, by which is reacted adsorbed Hf atoms and Zr atoms and the surface on the wafer, HfO high quality on a wafer 2 It may be deposited or ZrO 2. 特に本実施の形態によるHfO 2やZrO 2の成膜方法を、MOSFETのゲート絶縁膜に適用すれば、ゲート絶縁膜の成膜の低温化、及びゲート絶縁膜の薄膜化を実現できる。 In particular the HfO 2 and ZrO 2 film forming method according to the present embodiment, by applying the gate insulating film of the MOSFET, lowering the formation of the gate insulating film, and the thickness of the gate insulating film can be realized.

実施の形態における縦型ALD装置の処理炉の概略図である。 It is a schematic view of the processing furnace of the vertical type ALD apparatus in the embodiment. 実施の形態におけるALDによるH 2 /O 2ガスとSi系ガスとのガスフロー図である。 It is a gas flow diagram of the H 2 / O 2 gas and Si-based gas by ALD in the embodiment. 半導体デバイスであるMOSFET構造の断面図である。 Is a cross-sectional view of a MOSFET structure is a semiconductor device. 実施の形態における半導体製造装置の透視斜視図である。 It is a transparent perspective view of a semiconductor manufacturing apparatus in the embodiment. 実施の形態における半導体製造装置の縦断面図である It is a longitudinal sectional view of a semiconductor manufacturing apparatus in the embodiment

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

200 ウェハ(基板) 200 wafer (substrate)
201 処理室207 ヒータ(加熱手段) 201 the processing chamber 207 heater (heating means)
232a 第1のガス供給配管(第1のガス供給手段) 232a first gas supply pipe (first gas supply means)
232b 第2のガス供給配管(第2のガス供給手段) 232b second gas supply pipe (the second gas supply means)
231 排気配管(排気手段) 231 exhaust pipe (exhaust means)
125 コントローラ(制御手段) 125 controller (control means)

Claims (1)

  1. 基板を収容する処理室と、 A processing chamber for accommodating a substrate,
    前記基板および処理室内を加熱する加熱手段と、 Heating means for heating the substrate and processing chamber,
    前記第1の原料ガスを前記処理室へ供給する第1のガス供給手段と、 A first gas supply means for supplying the first source gas into the processing chamber,
    前記第1の原料ガスとは異なるO含有ガスとH含有ガスとを含む第2の原料ガスを前記処理室へ供給する第2のガス供給手段と、 A second gas supply means for supplying a second material gas containing a different O-containing gas and the H-containing gas from the first source gas into the processing chamber,
    前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、 And exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber,
    処理室内の基板に対して第1の原料ガスと前記第2の原料ガスとを互いに混合することなく交互に供給するよう制御する制御手段とを備えて、 And control means for controlling so as to supply alternately without mixing with the first source gas to the substrate processing chamber and said second source gas from each other,
    前記処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給して第1の原料を基板上に吸着させ、第2の原料ガスを供給してOラジカルとOHラジカルを発生させ、前記ラジカルにより、前記第1の原料が吸着した基板表面で表面反応を行わせ、基板上に酸化膜を形成するようにしたことを特徴とする基板処理装置。 Wherein processing the first raw material is adsorbed on the substrate relative to the chamber substrate by supplying the first material gas, to generate O radicals and OH radicals by supplying a second source gas, by the radical, a substrate processing apparatus, wherein the first material has to carry out the surface reaction on the substrate surface adsorbed to form an oxide film on the substrate.
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