JP2006286716A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体デバイスの製造方法に関し、特に、基板処理装置を用いて、シリコンウ
エハなどの基板表面にCVD法の中の1つであるALD(Atomic Layer D
eposition)法により薄膜を形成して、半導体デバイスを製造する方法に関する
。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular, using a substrate processing apparatus, an ALD (Atomic Layer D) which is one of the CVD methods on a substrate surface such as a silicon wafer.
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device by forming a thin film by an evaporation method.
基板処理装置の一例として、複数枚の基板を一括処理するバッチ式の縦型炉を用いた半
導体製造装置が用いられているが、この様な縦型炉にあっては、基板を垂直方向に平行に
等間隔で保持し、反応管と基板の間に付設したノズルより原料を基板面に対して平行に導
入して成膜を実施した場合、成膜に使用する原料によっては、基板周辺部の膜厚が極めて
厚くなり、膜厚の面内均一性が非常に悪化する場合がある。
As an example of a substrate processing apparatus, a semiconductor manufacturing apparatus using a batch type vertical furnace that batch-processes a plurality of substrates is used. In such a vertical furnace, the substrate is vertically oriented. If the film is formed by holding the raw material parallel to the substrate surface from a nozzle attached between the reaction tube and the substrate in parallel at equal intervals, depending on the raw material used for film formation, The film thickness of the film becomes extremely large, and the in-plane uniformity of the film thickness may be extremely deteriorated.
この様な縦型炉においては、膜厚の面内均一性の悪化に対して、リングボートの使用に
より均一性改善が図られている。このリングボートとは、基板と基板の間にドーナッツ状
のリングが配置されている基板保持治具で、基板周辺部への多量な成膜を基板周辺部を覆
うリングにも成膜させることで消費させ、膜厚の面内均一性を向上させるものである。
In such a vertical furnace, the uniformity is improved by using a ring boat against the deterioration of the in-plane uniformity of the film thickness. This ring boat is a substrate holding jig in which a donut-shaped ring is arranged between substrates, and a large amount of film is formed on the periphery of the substrate on the ring that covers the periphery of the substrate. It is consumed to improve the in-plane uniformity of the film thickness.
しかし、リングボートの使用により、ALD法によるAl2O3(酸化アルミニウム)
膜のように膜厚の面内均一性の充分な改善が得られる膜種もあるが、ALD法によるHf
O2(酸化ハフニウム)膜のように膜厚の面内均一性は向上するものの充分な改善には到
らない膜種もある。
However, by using a ring boat, Al 2 O 3 (aluminum oxide) by the ALD method
Some film types, such as a film, can sufficiently improve the in-plane uniformity of film thickness.
Some film types, such as an O 2 (hafnium oxide) film, improve the in-plane uniformity of the film thickness but do not reach a sufficient improvement.
本発明の目的は、ALD法における一部膜種において、リングボートを使用しても充分
な膜厚の面内均一性が得られない問題を解決し、膜厚の面内均一性を更に向上することの
できる半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
The object of the present invention is to solve the problem that in-plane uniformity of sufficient film thickness cannot be obtained even if a ring boat is used in some film types in the ALD method, and the in-plane uniformity of film thickness is further improved. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can be used.
本発明によれば、
少なくとも第1の処理ガスと第2の処理ガスとを交互に処理室内に供給し、基板表面に
所望の膜を形成する半導体デバイスの製造方法であって、
処理室内に前記第1の処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に残留する前記第1の処理ガスを前記処理室から除去する工程と、
前記処理室内に前記第2の処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に残留する前記第2の処理ガスを前記処理室から除去する工程と、
を含み、
少なくとも前記第1の処理ガス供給工程と第2の処理ガス供給工程のいずれかの工程に
おいて、処理ガスと共にキャリアガスが同時に供給され、前記キャリアガスの供給量を変
化させて供給することを特徴とする半導体デバイスの製造方法が提供される。
According to the present invention,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein at least a first processing gas and a second processing gas are alternately supplied into a processing chamber, and a desired film is formed on a substrate surface,
Supplying the first processing gas into the processing chamber;
Removing the first processing gas remaining in the processing chamber from the processing chamber;
Supplying the second processing gas into the processing chamber;
Removing the second processing gas remaining in the processing chamber from the processing chamber;
Including
At least in any one of the first processing gas supply step and the second processing gas supply step, a carrier gas is supplied simultaneously with the processing gas, and the supply amount of the carrier gas is changed and supplied. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
本発明によれば、基板表面に生成された薄膜の膜厚面内均一性を向上させた半導体デバ
イスの製造方法が提供できる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the semiconductor device which improved the film thickness in-plane uniformity of the thin film produced | generated on the substrate surface can be provided.
次に、本発明の好ましい実施形態を説明する。
まず、図1、図2を参照して本発明の好ましい実施形態の基板処理装置の概略を説明す
る。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described.
First, an outline of a substrate processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
<基板処理装置の構成>
本発明の基板処理装置の構成を図面を用いて説明する。
尚、以下の説明では、基板処理装置として基板に拡散処理やCVD処理などを行う縦型
の装置(以下、単に処理装置という)を適用した場合について述べる。図1は、本発明に
適用される処理装置の外観斜視図である。なお、この図は透視図として描かれている。ま
た、図2は図1に示す処理装置の側面図である。
<Configuration of substrate processing apparatus>
The structure of the substrate processing apparatus of this invention is demonstrated using drawing.
In the following description, a case where a vertical apparatus (hereinafter simply referred to as a processing apparatus) that performs diffusion processing, CVD processing, or the like is applied to the substrate as the substrate processing apparatus will be described. FIG. 1 is an external perspective view of a processing apparatus applied to the present invention. This figure is drawn as a perspective view. FIG. 2 is a side view of the processing apparatus shown in FIG.
本発明の処理装置は、シリコン等からなるウエハ(基板)200を収納したポッド(基
板収納容器)100を、外部から筐体101内へ挿入するため、およびその逆に筐体10
1内から外部へ払出すためのI/Oステージ(保持具授受部材)105が筐体101の前
面に付設され、筐体101内には挿入されたポッド100を保管するためのカセット棚(
載置手段)109が敷設されている。また、ウエハ200の搬送エリアであり、後述のボ
ート(基板保持手段)217のローディング、アンローディング空間となるN2パージ室
(気密室)102が設けられている。ウエハ200に処理を行うときのN2パージ室10
2の内部は、ウエハ200の自然酸化膜を防止するためにN2ガスなどの不活性ガスが充
満されるように、N2パージ室102は密閉容器となっている。
The processing apparatus of the present invention inserts a pod (substrate storage container) 100 containing a wafer (substrate) 200 made of silicon or the like into the
An I / O stage (holding member transfer member) 105 for paying out from the inside to the outside is attached to the front surface of the
(Placing means) 109 is laid. In addition, an N 2 purge chamber (airtight chamber) 102 serving as a transfer area for the
The interior of 2 is filled with an inert gas such as N 2 gas to prevent a natural oxide film on the
上述したポッド100としては、現在FOUPというタイプが主流で使用されており、
ポッド100の一側面に設けられた開口部を蓋体(図示せず)で塞ぐことで大気からウエ
ハ200を隔離して搬送でき、蓋体を取り去る事でポッド100内へウエハ200を入出
させることができる。このポッド100の蓋体を取外し、ポッド内の雰囲気とN2パージ
室102の雰囲気とを連通させるために、N2パージ室102の前面側には、ポッドオー
プナ(開閉手段)108が設けられている。ポッドオープナ108、カセット棚109、
およびI/Oステージ105間のポッド100の搬送は、カセット移載機114によって
行なわれる。このカセット移載機114によるポッド100の搬送空間には、筐体101
に設けられたクリーンユニット(図示せず)によって清浄化した空気をフローさせるよう
にしている。
As the
By closing an opening provided on one side surface of the
The
The air purified by a clean unit (not shown) provided in the is made to flow.
N2パージ室102の内部には、複数のウエハ200を多段に積載するボート217と
、ウエハ200のノッチ(又はオリエンテーションフラット)の位置を任意の位置に合わ
せる基板位置合わせ装置106と、ポッドオープナ108上のポッド100と基板位置合
わせ装置106とボート217との間でウエハ200の搬送を行うウエハ移載機(搬送手
段)112とが設けられている。また、N2パージ室102の上部にはウエハ200を処
理するための処理炉202が設けられており、ボート217はボートエレベータ(昇降手
段)115によって処理炉202へローディング、又は処理炉202からアンローディン
グすることができる。
Inside the N 2 purge chamber 102, a
<基板処理装置の動作>
次に、本発明の基板処理装置の動作について説明する。
<Operation of substrate processing apparatus>
Next, the operation of the substrate processing apparatus of the present invention will be described.
先ず、AGVやOHTなどにより筐体101の外部から搬送されてきたポッド100は
、I/Oステージ105に載置される。I/Oステージ105に載置されたポッド100
は、カセット移載機114によって、直接ポッドオープナ108上に搬送されるか、また
は、一旦カセット棚109にストックされた後にポッドオープナ108上に搬送される。
ポッドオープナ108上に搬送されたポッド100は、ポッドオープナ108によってポ
ッド100の蓋体を取外され、ポッド100の内部雰囲気がN2パージ室102の雰囲気
と連通される。
First, the
Is transferred directly onto the
The
次に、ウエハ搬送機112によって、N2パージ室102の雰囲気と連通した状態のポ
ッド100内からウエハ200を取出す。取出されたウエハ200は、基板位置合わせ装
置106によって任意の位置にノッチが定まる様に位置合わせが行なわれ、位置合わせ後
、ボート217へ搬送される。
Next, the
ボート217へのウエハ200の搬送が完了したならば、処理室201の炉口シャッタ
116を開けて、ボートエレベータ115によりウエハ200を搭載したボート217を
ローディングする。
When the transfer of the
ローディング後は、処理炉202にてウエハ200に任意の処理が実施され、処理後は
上述の逆の手順で、ウエハ200およびポッド100は筐体101の外部へ払出される。
After loading, arbitrary processing is performed on the
次に、図3、図4を参照して本発明の好ましい実施形態に係る基板処理装置の処理炉の
概略を説明する。
Next, the outline of the processing furnace of the substrate processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
なお、本発明の実施の形態にて行った、ウエハ等の基板へのプロセス処理例としてAL
D法を用いた成膜処理について、簡単に説明する。
In addition, AL is an example of a process performed on a substrate such as a wafer performed in the embodiment of the present invention.
A film forming process using the D method will be briefly described.
ALD法は、ある成膜条件(温度、時間等)の下で、成膜に用いる2種類(またはそれ
以上)の原料となるガスを1種類ずつ交互に基板上に供給し、1原子層単位で吸着させ、
表面反応を利用して成膜を行う手法である。
In the ALD method, under one film formation condition (temperature, time, etc.), two kinds (or more) of raw material gases used for film formation are alternately supplied onto the substrate one by one, and one atomic layer unit. Adsorbed with
This is a technique for performing film formation using surface reaction.
即ち、利用する化学反応は、例えばHfO2膜形成の場合ALD法ではTEMAH(H
f[NCH3C2H5]4、テトラキスメチルエチルアミノハフニウム)とO3(オゾン)
を用いて180〜250℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、ガス供給は、複数
種類の反応性ガスを1種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給の
サイクル数で制御する。(例えば、成膜速度が1Å/サイクルとすると、20Åの膜を形
成する場合、処理を20サイクル行う。)
That is, chemical reactions utilizing, for example, in the case of HfO 2 film formed ALD method TEMAH (H
f [NCH 3 C 2 H 5 ] 4 , tetrakismethylethylaminohafnium) and O 3 (ozone)
Can be used to form a high-quality film at a low temperature of 180 to 250 ° C. Further, the gas supply alternately supplies a plurality of types of reactive gases one by one. And film thickness control is controlled by the cycle number of reactive gas supply. (For example, assuming that the film formation rate is 1 mm / cycle, the process is performed 20 cycles when a film of 20 mm is formed.)
<処理炉の構成>
図3は、本実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦
断面で示し、図4は本実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉
部分を横断面で示す。加熱手段であるヒータ207の内側に、基板であるウエハ200を
処理する反応容器として反応管203が設けられ、この反応管203の下端開口は蓋体で
あるシールキャップ219により気密部材であるOリング220を介して気密に閉塞され
、少なくとも、このヒータ207、反応管203、及びシールキャップ219により処理
炉202を形成している。シールキャップ219には石英キャップ218を介して基板保
持手段であるボート217が立設され、前記石英キャップ218はボートを保持する保持
体となっている。そして、ボート217は処理炉202に挿入される。ボート217には
バッチ処理される複数のウエハ200が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。前記ヒ
ータ207は処理炉202に挿入されたウエハ200を所定の温度に加熱する。
<Processing furnace configuration>
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a vertical substrate processing furnace according to the present embodiment, showing a processing furnace portion in a vertical cross section, and FIG. 4 is a schematic configuration of the vertical substrate processing furnace according to the present embodiment. It is a figure and shows a processing furnace part in a cross section. A
そして、処理炉202へは複数種類、ここでは2種類のガスを供給する供給管としての
2本のガス供給管232a、232bが設けられる。第1のガス供給管232aから供給
される原料が液体の場合、第1のガス供給管232aからは流量制御手段である液体マス
フローコントローラ240、気化器241及び開閉弁である第1のバルブ243aを介し
、第1のキャリアガス供給管234aと合流し、更に第1のノズル233aを介して処理
炉202に反応ガスが供給されている。第1のガス供給管232aから供給される原料が
気体の場合には、液体マスフローコントローラ240を気体用に交換し、気化器241は
不要となる。また、第2のガス供給管232bからは流量制御手段である第1のマスフロ
ーコントローラ241a及び開閉弁である第2のバルブ243bを介し、第2のキャリア
ガス供給管234bと合流し、更に第2のノズル233bを介して処理炉202に反応ガ
スが供給されている。
The
処理炉202はガスを排気する排気管であるガス排気管231により第5のバルブ24
3eを介して排気手段である真空ポンプ246に接続され、真空排気されるようになって
いる。尚、この第5のバルブ243eは弁を開閉して処理炉202の真空排気・真空排気
停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。
The
3e is connected to a
処理炉202を構成している反応管203の内壁とウエハ200との間における円弧状
の空間には、反応管203の下部より上部の内壁にウエハ200の積載方向に沿って、第
1のノズル233a及び第2のノズル233bが設けられており、第1のノズル233a
及び第2のノズル233bの側面にはガスを供給する供給孔である第1のガス供給孔24
8a及び第2のガス供給孔248bがそれぞれ設けられている。この第1のガス供給孔2
48a及び第2のガス供給孔248bは反応管203の中心へ向けて開口している。この
第1のガス供給孔248a及び第2のガス供給孔248bは、下部から上部にわたってそ
れぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
In the arc-shaped space between the inner wall of the
The first gas supply hole 24 is a supply hole for supplying gas to the side surface of the
8a and a second
The 48 a and the second
反応管203内の中央部には複数枚のウエハ200を多段に同一間隔で載置するボート
217が設けられており、このボート217は図中省略のボートエレベータ機構により反
応管203に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上する為にボート2
17を回転するための回転手段であるボート回転機構267が設けてあり、ボート回転機
構267を回転することにより、石英キャップ218に保持されたボート217を回転す
るようになっている。
A
A
制御手段であるコントローラ121は、液体マスフローコントローラ240、第1〜第
3のマスフローコントローラ241a、241b、241c、第1〜第5のバルブ243
a、243b、243c、243d、243e、ヒータ207、真空ポンプ246、ボー
ト回転機構267、図中省略のボート昇降機構に接続されており、液体マスフローコント
ローラ240、第1〜第4のマスフローコントローラ241a、241b、241c、の
流量調整、第1〜第4のバルブ243a、243b、243c、243dの開閉動作、第
5のバルブ243eの開閉及び圧力調整動作、ヒータ207温度調節、真空ポンプ246
の起動・停止、ボート回転機構267の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御が
行われる。
The
a, 243b, 243c, 243d, 243e,
Is started / stopped, the rotation speed of the boat
<処理炉の動作および成膜例>
次にALD法による成膜例について、TEMAH及びO3を用いてHfO2膜を成膜す
る例で説明する。
<Process furnace operation and film formation example>
Next, an example of film formation by the ALD method will be described using an example in which an HfO 2 film is formed using TEMAH and O 3.
まず成膜しようとするウエハ200をボート217に装填し、処理炉202に搬入する
。搬入後、次の3つのステップを順次実行する。
First, a
[ステップ1]
ステップ1では、TEMAHとキャリアガス(N2)を流す。まず第1のガス供給管2
32aに設けた第1のバルブ243a、第1のキャリアガス供給管234aに設けた第3
のバルブ243c、及びガス排気管231に設けた第5のバルブ243eを共に開けて、
第1のガス供給管232aから液体マスフローコントローラ240により流量調整され、
気化器242により気化されたTEMAHと第1のキャリアガス供給管234aから第2
のマスフローコントローラ241bにより流量調整されたキャリアガスを混合し、第1の
ノズル233aの第1のガス供給孔248aから処理炉202に供給しつつガス排気管2
31から排気する。液体マスフローコントローラ240で制御するTEMAHの供給流量
は0.01〜0.1g/minである。TEMAHガスにウエハ200を晒す時間は30
〜180秒間である。このときのヒータ207温度はウエハが180〜250℃になるよ
う設定してある。
[Step 1]
In Step 1, TEMAH and carrier gas (N 2 ) are flowed. First, the first gas supply pipe 2
A
And the
The flow rate is adjusted by the liquid
From the TEMAH vaporized by the
The gas exhaust pipe 2 is mixed with the carrier gas whose flow rate is adjusted by the
31 is exhausted. The supply flow rate of TEMAH controlled by the liquid
~ 180 seconds. At this time, the temperature of the
[ステップ2]
ステップ2では、第1のガス供給管232aの第1のバルブ243aおよび第1のキャ
リアガス供給管234aの第3のバルブ243cを閉めて、TEMAHとキャリアガスの
供給を止める。ガス排気管231の第5のバルブ243eは開いたままにし真空ポンプ2
46により、処理炉202を20Pa以下に排気し、残留TEMAHを処理炉202から
排除する。また、この時にはN2等の不活性ガスを処理炉202に供給すると、更に残留
TEMAHを排除する効果が高まる。
[Step 2]
In step 2, the
46, the
[ステップ3]
ステップ3では、O3とキャリアガス(N2)を流す。まず第2のガス供給管232b
に設けた第2のバルブ243b、第2のキャリアガス供給管234bに設けた第4のバル
ブ243dを共に開けて、第2のガス供給管232bから第1のマスフローコントローラ
241aにより流量調整されたO3と第2のキャリアガス供給管234bから第3のマス
フローコントローラ241cにより流量調整されたキャリアガスを混合し、第2のノズル
233bの第2のガス供給孔248bから処理炉202に供給しつつガス排気管231か
ら排気する。O3にウエハ200を晒す時間は10〜120秒間である。このときのウエ
ハ温度はTEMAHガスの供給時と同じく、180〜250℃である。O3の供給により
、下地膜上のTEMAHとO3とが表面反応して、ウエハ200上にHfO膜が成膜され
る。成膜後、第2のバルブ243b及び第4のバルブ243dを閉じ、真空ポンプ246
により処理炉202を真空排気し、残留するO3の成膜に寄与した後のガスを排除する。
また、この時にはN2等の不活性ガスを処理炉202に供給すると、更に残留するO3の
成膜に寄与した後のガスを処理炉202から排除する効果が高まる。
[Step 3]
In step 3, O 3 and carrier gas (N 2 ) are flowed. First, the second
The
Thus, the
At this time, if an inert gas such as N 2 is supplied to the
上記ステップ1〜3を1サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエ
ハ上に所定膜厚のHfO膜を成膜する。
Steps 1 to 3 are defined as one cycle, and this cycle is repeated a plurality of times to form a HfO film having a predetermined thickness on the wafer.
<実施例>
本発明の好ましい実施例を図を用いて説明する。なお、図5〜図10における、第1の
キャリアガスは第1の原料に混合するキャリアガス、第2のキャリアガスは第2の原料に
混合するキャリアガスである。
<Example>
A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 5 to 10, the first carrier gas is a carrier gas mixed with the first raw material, and the second carrier gas is a carrier gas mixed with the second raw material.
(1)キャリアガスの流量を少量から多量に変化させる実施例(図5)。
第1の原料および/または第2の原料に混合するキャリアガスの流量を、前半は少量、
後半は多量に変化させる。これにより、第1の原料および/または第2の原料の供給時に
おける前半は基板の外延部を中心に原料を吸着、後半は基板の中央部を中心に原料を吸着
させる。
(1) An embodiment in which the flow rate of the carrier gas is changed from a small amount to a large amount (FIG. 5).
The flow rate of the carrier gas mixed with the first raw material and / or the second raw material is small in the first half,
The second half changes a lot. Thereby, the first half of the supply of the first raw material and / or the second raw material adsorbs the raw material around the outer extension of the substrate, and the latter half adsorbs the raw material around the central portion of the substrate.
(2)キャリアガスの流量を多量から少量に変化させる実施例(図6)。
前述の実施例(1)とは逆に、第1の原料および/または第2の原料に混合するキャリ
アガスの流量を、前半は多量、後半は少量に変化させる。これにより、第1の原料および
/または第2の原料の供給時における前半は基板の中心部を中心に原料を吸着、後半は基
板の外延部を中心に原料を吸着させる。
(2) An embodiment in which the flow rate of the carrier gas is changed from a large amount to a small amount (FIG. 6).
Contrary to the above-described embodiment (1), the flow rate of the carrier gas mixed with the first raw material and / or the second raw material is changed to a large amount in the first half and a small amount in the second half. Thereby, the first half of the supply of the first raw material and / or the second raw material adsorbs the raw material around the central portion of the substrate, and the second half adsorbs the raw material around the extended portion of the substrate.
(3)キャリアガスの流量を三段階以上に変化させる実施例(図7)。
前述の実施例(1)(2)におけるキャリアガスの流量の変化は二段階であったが、こ
の手法では、第1の原料および/または第2の原料に混合するキャリアガスの流量を三段
階以上に変化させる。これにより、第1の原料および/または第2の原料の供給時におけ
る序盤は基板の外延部を中心に、中盤は基板の外延部と中央部の中間あたりを中心に、終
盤は基板の中央部を中心に原料を吸着させる。
(3) An embodiment in which the flow rate of the carrier gas is changed in three stages or more (FIG. 7).
Although the change in the flow rate of the carrier gas in the above-described embodiments (1) and (2) was two steps, in this method, the flow rate of the carrier gas mixed into the first raw material and / or the second raw material is set in three steps. Change to above. As a result, the beginning of the supply of the first raw material and / or the second raw material is centered on the outer extension of the substrate, the middle is centered around the middle between the outer extension and the center of the substrate, and the final is the center of the substrate. The raw material is adsorbed around the center.
(4)キャリアガスの流量を直線的に変化させる実施例(図8)。
前述の実施例(1)〜(3)ではキャリアガスの流量を段階的に変化させていたが、こ
の手法では、第1の原料および/または第2の原料に混合するキャリアガスの流量を直線
的に変化させる。これにより、基板上における原料分子の密度の高い箇所を外延部から中
央部へと徐々に推移させ、基板全面に原料を吸着させる。
(4) An embodiment in which the flow rate of the carrier gas is changed linearly (FIG. 8).
In the above-described embodiments (1) to (3), the flow rate of the carrier gas is changed stepwise, but in this method, the flow rate of the carrier gas mixed with the first raw material and / or the second raw material is linear. Change. As a result, the part where the density of the raw material molecules is high on the substrate is gradually changed from the extended part to the central part, and the raw material is adsorbed on the entire surface of the substrate.
(5)キャリアガスの流量を少量から多量、多量から再び少量に変化させる実施例(図9
)。
前述の実施例(1)〜(4)ではキャリアガスの流量の変化は少量から多量またはその
逆のみであったが、この手法では、第1の原料および/または第2の原料に混合するキャ
リアガスの流量を少量から多量、多量から再び少量に変化させる。これにより、第1の原
料および/または第2の原料の供給時における序盤は基板の外延部を中心に、中盤は基板
の中央部を中心に、終盤は再び基板の外延部を中心に原料を吸着させる。
(5) Embodiment in which the flow rate of the carrier gas is changed from a small amount to a large amount and from a large amount to a small amount again (FIG. 9).
).
In the above-described Examples (1) to (4), the change in the flow rate of the carrier gas was from a small amount to a large amount or vice versa. In this method, the carrier mixed with the first raw material and / or the second raw material is used. Change the gas flow rate from small to large and from large to small again. Thus, at the beginning of the supply of the first raw material and / or the second raw material, the initial stage is centered on the outer extension of the substrate, the middle stage is centered on the central part of the substrate, and the final stage is again centered on the outer extension of the substrate. Adsorb.
(6)キャリアガスの流量を多量から少量、少量から再び多量に変化させる実施例(図1
0)。
前述の実施例(5)とは逆に、この手法では、第1の原料および/または第2の原料に混
合するキャリアガスの流量を多量から少量、少量から再び多量に変化させる。これにより
、第1の原料および/または第2の原料の供給時における序盤は基板の中央部を中心に、
中盤は基板の外延部を中心に、終盤は再び基板の中央部を中心に原料を吸着させる。
(6) Embodiment in which the flow rate of the carrier gas is changed from a large amount to a small amount and from a small amount to a large amount again (FIG. 1).
0).
Contrary to the above-described embodiment (5), in this method, the flow rate of the carrier gas mixed with the first raw material and / or the second raw material is changed from a large amount to a small amount, and again from a small amount to a large amount again. Thereby, the beginning of the supply of the first raw material and / or the second raw material is centered on the central portion of the substrate,
In the middle plate, the raw material is adsorbed around the extended portion of the substrate, and in the final plate, the central portion of the substrate is again adsorbed.
以上説明したように、本発明の好ましい実施形態によれば、ALD法における一部膜種
において、リングボートを使用しても充分な膜厚の面内均一性が得られない問題を解決で
きる。
As described above, according to a preferred embodiment of the present invention, it is possible to solve the problem that in-plane uniformity with a sufficient film thickness cannot be obtained even when a ring boat is used in some film types in the ALD method.
即ち、従来、原料の供給時に混合するキャリアガスの流量は一定であるが、このキャリ
アガスの流量を変化させた場合、膜厚の面内分布に次のような変化が表れた。
That is, conventionally, the flow rate of the carrier gas mixed at the time of supplying the raw material is constant, but when the flow rate of the carrier gas is changed, the following change appears in the in-plane distribution of the film thickness.
キャリアガスの流量を少量にした場合、膜厚の分布は基板の外延部が厚く、中央部が薄
い分布となる。これは、原料とキャリアガスの総量が少量のため原料が中央部まで入り込
まず、基板上の原料分子の密度は外延部よりも中央部が低くなり、基板の外延部における
原料分子の吸着量が多くなるためと考えられる。
When the flow rate of the carrier gas is small, the distribution of the film thickness is such that the outer extension part of the substrate is thick and the central part is thin. This is because the total amount of raw material and carrier gas is small, so the raw material does not enter the central part, the density of the raw material molecules on the substrate is lower in the central part than the extended part, and the adsorbed amount of raw material molecules in the extended part of the substrate is This is thought to increase.
一方、キャリアガスの流量を多量にした場合、膜厚の分布は基板の外延部が薄く、中央
部が厚い分布となる。これは、原料とキャリアガスの総量が多量のため原料が中央部まで
入り込み、基板上の原料分子の密度は外延部よりも中央部で高くなり、基板の中央部にお
ける原料分子の吸着量が多くなるためと考えられる。
On the other hand, when the flow rate of the carrier gas is increased, the distribution of the film thickness is such that the outer extension portion of the substrate is thin and the central portion is thick. This is because the total amount of raw material and carrier gas is large, so that the raw material enters the central part, the density of raw material molecules on the substrate is higher in the central part than in the outer extension part, and the amount of raw material molecules adsorbed in the central part of the substrate is large. It is thought to be.
実施例(1)を例にとり説明すれば、原料に混合するキャリアガスの流量により膜厚の
面内分布が変化する現象を利用し、ALD法の各周期における第1の原料および/または
第2の原料の供給時に、第1の原料および/または第2の原料に混合するキャリアガスの
流量を、前半は少量、後半は多量というように変化させる。
これにより、第1の原料および/または第2の原料の供給時における前半は基板の外延
部を中心に原料を吸着、後半は基板の中央部を中心に原料を吸着させることで、第1の原
料および/または第2の原料の供給時における基板上の吸着の偏りを無くし、積層されて
いく各層毎の面内均一性を向上させ、最終的に成膜される膜の面内均一性が得られる。
Taking Example (1) as an example, the phenomenon that the in-plane distribution of the film thickness changes depending on the flow rate of the carrier gas mixed with the raw material is used, and the first raw material and / or the second raw material in each period of the ALD method is used. When the raw material is supplied, the flow rate of the carrier gas mixed with the first raw material and / or the second raw material is changed so that the first half is a small amount and the second half is a large amount.
As a result, the first half of the first raw material and / or the second raw material at the time of supplying the first raw material adsorbs the raw material around the outer extension of the substrate, and the second half adsorbs the raw material around the central portion of the substrate. The unevenness of adsorption on the substrate at the time of supplying the raw material and / or the second raw material is eliminated, the in-plane uniformity of each layer to be laminated is improved, and the in-plane uniformity of the film finally formed is increased. can get.
100 ポッド
101 筐体
102 N2パージ室
105 I/Oステージ
106 基板位置合せ装置
108 ポッドオープナ
109 カセット棚
112 ウエハ移載機
114 カセット移載機
115 ボートエレベータ
116 炉口シャッタ
121 コントローラ
200 ウエハ
202 処理炉
203 反応管
207 ヒータ
217 ボート
218 石英キャップ
219 シールキャップ
220 Oリング
231 ガス排気管
232a 第1のガス供給管
232b 第2のガス供給管
233a 第1のノズル
233b 第2のノズル
234a 第1のキャリアガス供給管
234b 第2のキャリアガス供給管
240 液体マスフローコントローラ
241a 第1のマスフローコントローラ
241b 第2のマスフローコントローラ
241c 第3のマスフローコントローラ
242 気化器
243a 第1のバルブ
243b 第2のバルブ
243c 第3のバルブ
243d 第4のバルブ
243e 第5のバルブ
246 真空ポンプ
248a 第1のガス供給孔
248b 第2のガス供給孔
267 ボート回転機構
100
Claims (1)
所望の膜を形成する半導体デバイスの製造方法であって、
処理室内に前記第1の処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に残留する前記第1の処理ガスを前記処理室から除去する工程と、
前記処理室内に前記第2の処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に残留する前記第2の処理ガスを前記処理室から除去する工程と、
を含み、
少なくとも前記第1の処理ガス供給工程と第2の処理ガス供給工程のいずれかの工程に
おいて、処理ガスと共にキャリアガスが同時に供給され、前記キャリアガスの供給量を変
化させて供給することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein at least a first processing gas and a second processing gas are alternately supplied into a processing chamber, and a desired film is formed on a substrate surface,
Supplying the first processing gas into the processing chamber;
Removing the first processing gas remaining in the processing chamber from the processing chamber;
Supplying the second processing gas into the processing chamber;
Removing the second processing gas remaining in the processing chamber from the processing chamber;
Including
At least in any one of the first processing gas supply step and the second processing gas supply step, a carrier gas is supplied simultaneously with the processing gas, and the supply amount of the carrier gas is changed and supplied. A method for manufacturing a semiconductor device.
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