JP2007227804A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Atsushi Sano
敦 佐野
Kazuhiro Harada
和宏 原田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of smoothly generating plasma by effectively discharging water produced in an activation process of a gas so as not to leave the water in an apparatus for remote plasma excitation. <P>SOLUTION: The method includes the steps of: supplying a raw material gas to a substrate; supplying a gas-containing oxygen atoms and a gas-containing hydrogen atoms to a plasma unit in a plasma generating state so as to activate the gas, and supplying the activated gases to the substrate; and maintaining a state of the plasma unit for generating the plasma while the supply of the gas-containing oxygen atoms and the gas-containing hydrogen atoms to the plasma unit is stopped. The method forms a film on the substrate by repeating the steps above for a plurality of number of times. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、シリコンウェーハ、ガラス基板等の基板に薄膜を生成し、又不純物の拡散、アニール処理等を行って半導体装置を製造する半導体装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device by forming a thin film on a substrate such as a silicon wafer or a glass substrate, and performing impurity diffusion, annealing, and the like.

半導体製造工程の1工程である基板処理の内、基板に薄膜を生成する成膜工程がある。   Of the substrate processing, which is one process of the semiconductor manufacturing process, there is a film forming process for generating a thin film on the substrate.

半導体製造に於いて用いられる薄膜成膜方法には、スパッタリング等の様な物理気相成長(PVD)と化学反応を利用した化学気相成長(CVD)がある。   Thin film deposition methods used in semiconductor manufacturing include physical vapor deposition (PVD) such as sputtering and chemical vapor deposition (CVD) utilizing chemical reaction.

一般的にCVDは、温度に対して敏感に依存性を持ち、ステップカバレージ・初期成膜特性を初め成膜速度が異なる性質を有する場合がある。   In general, CVD is sensitively dependent on temperature, and may have characteristics such as step coverage and initial film formation characteristics that have different film formation speeds.

CVDはPVDに比ベステップカバレージに優れる点等の膜特性の向上に加え、原料(ターゲット)交換の為に反応室を大気開放する必要がない等生産性の向上を図れる点から量産に適している。   CVD is suitable for mass production from the viewpoint of improving productivity such as not having to open the reaction chamber to the atmosphere for exchanging raw materials (targets) in addition to improving film characteristics such as superior step coverage compared to PVD. Yes.

ハフニウムシリケート膜の有機原料を用いたCVD(MOCVD)の原料としては、例えば、Hf[OC(CH3 )3 ]4 (テトラキスタ−シャリ−ブトラキシ−ハフニウム、以下Hf−OtBuと略す)、Hf[OC(CH3 )2 CH2 OCH3 ]4 (テトラキス(1−メトキシ−2―メチル−2−プロポキシ)ハフニウム、以下、Hf−MMPと略す)、Si[OC(CH3 )2 CH2 OCH3 ]4 (テトラキス(1―メトキシ−2−メチル−2−プロポキシ)シラン、以下Si―MMPと略す)、Si(OC2 H5 )4 (TEOSと略す)等様々な化学物質が組合されて利用されている。この様な材料の多くは常温常圧に於いて液体であったり固体であったりする。その為、殆どの原料は加熱して蒸気圧を高めて気体に変換して利用される。   As a material for CVD (MOCVD) using an organic material for a hafnium silicate film, for example, Hf [OC (CH3) 3] 4 (tetraxista-salibutroxy-hafnium, hereinafter abbreviated as Hf-OtBu), Hf [OC ( CH3) 2 CH2 OCH3] 4 (tetrakis (1-methoxy-2-methyl-2-propoxy) hafnium, hereinafter abbreviated as Hf-MMP), Si [OC (CH3) 2 CH2 OCH3] 4 (tetrakis (1-methoxy) Various chemical substances such as 2-methyl-2-propoxy) silane (hereinafter abbreviated as Si-MMP), Si (OC2 H5) 4 (abbreviated as TEOS) are used in combination. Many of such materials are liquid or solid at normal temperature and pressure. For this reason, most raw materials are heated to increase vapor pressure and converted to gas.

国際公開第2005/071723号パンフレットInternational Publication No. 2005/071723 Pamphlet

有機原料の反応を進める、若しくは促進する為の酸化剤として、酸素・リモートプラズマで励起した酸素、水(気体)、オゾン等を用いるが、リモートプラズマにより酸素と水素の混合ガスを励起した場合、酸素(O)ラジカル、水酸素(OH)ラジカルが発生すると共に水(H2 O)も生じる。   As an oxidant for advancing or promoting the reaction of organic raw materials, oxygen, water (gas), ozone, etc. excited by oxygen / remote plasma are used, but when a mixed gas of oxygen and hydrogen is excited by remote plasma, Oxygen (O) radicals, water oxygen (OH) radicals are generated, and water (H2 O) is also generated.

本発明者は、リモートプラズマ励起装置或は配管内で発生した水分がリモートプラズマ励起装置内に残留した場合、プラズマの着火に失敗する確率が非常に高くなる等、プラズマの発生が妨げられるという現象を見出した。   The present inventor has a phenomenon in which the generation of plasma is hindered, for example, when the water generated in the remote plasma excitation device or piping remains in the remote plasma excitation device, the probability of failure to ignite plasma becomes very high. I found.

本発明は斯かる実情に鑑み、ガスの活性化過程で発生した水をリモートプラズマ励起装置内に残留しない様効果的に排出し、プラズマの発生を円滑にする方法を提供するものである。   In view of such circumstances, the present invention provides a method for smoothly discharging the water generated in the gas activation process so that it does not remain in the remote plasma excitation device and smoothing the generation of plasma.

本発明は、基板に対して原料ガスを供給する工程と、プラズマを発生させた状態のプラズマユニットに酸素原子を含むガスと水素原子を含むガスとを供給して活性化し、活性化したガスを基板に対して供給する工程と、前記プラズマユニットヘの酸素原子を含むガスと水素原子を含むガスの供給を停止した状態で、前記プラズマユニットにてプラズマを発生させた状態を維持する工程とを有し、これらの工程を複数回繰返すことで基板上に膜を形成する半導体装置の製造方法に係るものである。   The present invention includes a step of supplying a source gas to a substrate, and supplying a gas containing oxygen atoms and a gas containing hydrogen atoms to a plasma unit in a plasma-generated state to activate the activated gas. Supplying to the substrate, and maintaining the state in which plasma is generated in the plasma unit in a state where supply of the gas containing oxygen atoms and the gas containing hydrogen atoms to the plasma unit is stopped. And a method of manufacturing a semiconductor device in which a film is formed on a substrate by repeating these steps a plurality of times.

本発明によれば、基板に対して原料ガスを供給する工程と、プラズマを発生させた状態のプラズマユニットに酸素原子を含むガスと水素原子を含むガスとを供給して活性化し、活性化したガスを基板に対して供給する工程と、前記プラズマユニットヘの酸素原子を含むガスと水素原子を含むガスの供給を停止した状態で、前記プラズマユニットにてプラズマを発生させた状態を維持する工程とを有し、これらの工程を複数回繰返すことで基板上に膜を形成するので、酸素原子を含むガスと水素原子を含むガスとをプラズマユニットに供給して活性化した場合に生じる水は、プラズマユニットに残留することなく排出され、水の残留によってプラズマの発生が妨げられることがないという優れた効果を発揮する。   According to the present invention, the source gas is supplied to the substrate, and the plasma unit in a state where the plasma is generated is supplied by supplying the gas containing oxygen atoms and the gas containing hydrogen atoms to be activated and activated. A step of supplying a gas to the substrate, and a step of maintaining a state in which plasma is generated in the plasma unit in a state where supply of a gas containing oxygen atoms and a gas containing hydrogen atoms to the plasma unit is stopped. And by repeating these steps a plurality of times, a film is formed on the substrate, so that water generated when activated by supplying a gas containing oxygen atoms and a gas containing hydrogen atoms to the plasma unit is It is discharged without remaining in the plasma unit, and exhibits an excellent effect that generation of plasma is not hindered by water remaining.

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

先ず、図1、図2に於いて、本発明に係る半導体装置の製造方法が実施される基板処理装置について説明する。   First, with reference to FIGS. 1 and 2, a substrate processing apparatus in which a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is implemented will be described.

以下に説明する基板処理装置は基板を1枚ずつ処理する枚葉式であり、該基板処理装置に於いて、ウェーハ等の基板を搬送する為の基板搬送容器としては、FOUP(front opening unified pod 以下、ポッドと称す)が使用されている。   The substrate processing apparatus described below is a single wafer type that processes substrates one by one. In the substrate processing apparatus, a substrate transport container for transporting a substrate such as a wafer is a FOUP (front opening unified pod). Hereinafter referred to as a pod).

又、以下の説明に於いて、前後左右は図1を基準とする。即ち、図1が示されている紙面に対して、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。   In the following description, front, rear, left and right are based on FIG. That is, with respect to the paper shown in FIG. 1, the front is below the paper, the back is above the paper, and the left and right are the left and right of the paper.

図1及び図2に示されている様に、基板処理装置は真空状態等の大気圧未満の圧力(負圧)に耐え得る気密構造に構成された第1搬送室1を備えており、該第1搬送室1の筐体2は平面視が六角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。前記第1搬送室1には負圧下でウェーハ3を移載する第1ウェーハ移載機4が設置されている。該第1ウェーハ移載機4は、エレベータ5によって、前記第1搬送室1の気密性を維持しつつ昇降できる様に構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the substrate processing apparatus includes a first transfer chamber 1 configured in an airtight structure capable of withstanding a pressure (negative pressure) less than atmospheric pressure such as a vacuum state. The casing 2 of the first transfer chamber 1 is formed in a box shape in which the plan view is hexagonal and the upper and lower ends are closed. The first transfer chamber 1 is provided with a first wafer transfer device 4 for transferring the wafer 3 under a negative pressure. The first wafer transfer device 4 is configured to be moved up and down by an elevator 5 while maintaining the airtightness of the first transfer chamber 1.

該第1搬送室1を囲む側壁の内、前側に位置する2つの側壁には、搬入用の第1予備室6と搬出用の第2予備室7とがそれぞれゲートバルブ8,9を介して連設されており、それぞれ負圧に耐え得る気密構造に構成されている。更に、前記第1予備室6には搬入室用の基板置き台11が設置され、前記第2予備室7には搬出室用の基板置き台12が設置されている。   Among the side walls surrounding the first transfer chamber 1, a first auxiliary chamber 6 for carrying in and a second auxiliary chamber 7 for carrying out are respectively connected to gate walls 8 and 9 through two side walls located on the front side. They are connected in series, and each has an airtight structure that can withstand negative pressure. Further, the first preliminary chamber 6 is provided with a substrate placing table 11 for carrying in, and the second spare chamber 7 is provided with a substrate placing table 12 for carrying out.

前記第1予備室6及び前記第2予備室7の前側には、略大気圧下で用いられる第2搬送室13がゲートバルブ14,15を介して連結されている。前記第2搬送室13にはウェーハ3を移載する第2ウェーハ移載機16が設置されている。該第2ウェーハ移載機16は前記第2搬送室13に設置されたエレベータ17によって昇降される様に構成されていると共に、リニアアクチュエータ18によって左右方向に往復移動される様に構成されている。   A second transfer chamber 13 used under a substantially atmospheric pressure is connected to the front sides of the first preliminary chamber 6 and the second preliminary chamber 7 via gate valves 14 and 15. A second wafer transfer device 16 for transferring the wafer 3 is installed in the second transfer chamber 13. The second wafer transfer device 16 is configured to be moved up and down by an elevator 17 installed in the second transfer chamber 13 and to be reciprocated in the left-right direction by a linear actuator 18. .

前記第2搬送室13の左端部にはウェーハ3のノッチ又はオリエンテーションフラットによりウェーハ3の姿勢を整合する整合装置19が設置されている。又、前記第2搬送室13の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット21が設置されている。   An alignment device 19 for aligning the posture of the wafer 3 by a notch or an orientation flat of the wafer 3 is installed at the left end portion of the second transfer chamber 13. A clean unit 21 for supplying clean air is installed in the upper part of the second transfer chamber 13.

前記第2搬送室13の筐体22の前側には、ウェーハ3を前記第2搬送室13に対して搬入搬出する為のウェーハ搬入搬出口23と、ポッドオープナ24が設置されている。前記ウェーハ搬入搬出口23を挾んで前記ポッドオープナ24と反対側、即ち前記筐体22の外側にはIOステージ25が設置されている。前記ポッドオープナ24は、ポッド26の蓋27を開閉すると共に前記ウェーハ搬入搬出口23を開閉可能であり、前記IOステージ25に載置された前記ポッド26の前記蓋27を開閉することにより、前記ポッド26に対するウェーハ3の出入れを可能にする。又、前記ポッド26は図示しない工程内搬送装置(RGV)によって、前記IOステージ25に対して、供給及び排出される様になっている。   A wafer loading / unloading port 23 for loading / unloading the wafer 3 into / from the second transfer chamber 13 and a pod opener 24 are installed on the front side of the housing 22 of the second transfer chamber 13. An IO stage 25 is installed on the opposite side of the pod opener 24 with respect to the wafer loading / unloading port 23, that is, on the outside of the housing 22. The pod opener 24 can open and close the lid 27 of the pod 26 and can open and close the wafer loading / unloading port 23. By opening and closing the lid 27 of the pod 26 mounted on the IO stage 25, the pod opener 24 The wafer 3 can be taken in and out of the pod 26. The pod 26 is supplied to and discharged from the IO stage 25 by an in-process transfer device (RGV) (not shown).

前記筐体2の後ろ側(背面側)に位置する2つの側壁には、ウェーハ3に所望の処理を行う第1処理炉28と、第2処理炉29とがゲートバルブ31,32を介してそれぞれ連設されている。前記第1処理炉28及び前記第2処理炉29はいずれもコールドウォール式の処理炉によって構成されている。又、前記筐体2に於ける残りの対向する2つの側壁には、第1クーリングユニット33と、第2クーリングユニット34とがそれぞれ気密に連設され、前記第1クーリングユニット33及び前記第2クーリングユニット34はいずれも処理済みのウェーハ3を冷却する様に構成されている。   A first processing furnace 28 for performing a desired process on the wafer 3 and a second processing furnace 29 are provided via gate valves 31 and 32 on two side walls located on the rear side (back side) of the housing 2. Each one is connected. The first processing furnace 28 and the second processing furnace 29 are both configured by a cold wall type processing furnace. Further, a first cooling unit 33 and a second cooling unit 34 are connected to the remaining two opposite side walls of the housing 2 in an airtight manner, and the first cooling unit 33 and the second cooling unit 34 are connected to each other. Each of the cooling units 34 is configured to cool the processed wafer 3.

以下、前記構成を持つ基板処理装置を使用した処理工程を説明する。   Hereinafter, processing steps using the substrate processing apparatus having the above-described configuration will be described.

未処理のウェーハ3は所定枚数、例えば25枚が前記ポッド26に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置へ前記工程内搬送装置によって搬送される。搬送されて来た前記ポッド26は前記IOステージ25の上に載置される。前記ポッド26の前記蓋27が前記ポッドオープナ24によって取外され、前記ポッド26のウェーハ出入れ口が開放される。   An unprocessed wafer 3 is transferred by the in-process transfer apparatus to a substrate processing apparatus for performing a process step in a state where a predetermined number, for example, 25 sheets are accommodated in the pod 26. The pod 26 that has been transported is placed on the IO stage 25. The lid 27 of the pod 26 is removed by the pod opener 24, and the wafer inlet / outlet of the pod 26 is opened.

該ポッド26が前記ポッドオープナ24により開放されると、前記第2ウェーハ移載機16は、前記ポッド26からウェーハ3をピックアップして前記第1予備室6に搬入し、ウェーハ3を前記基板置き台11に移載する。この移載作業中には、前記ゲートバルブ8は閉じられており、前記第1搬送室1内の負圧は維持されている。前記ポッド26に収納された所定枚数のウェーハ3が前記基板置き台11へ移載されると、前記ゲートバルブ14が閉じられ、前記第1予備室6内が排気装置(図示せず)によって負圧に排気される。   When the pod 26 is opened by the pod opener 24, the second wafer transfer device 16 picks up the wafer 3 from the pod 26 and carries it into the first preliminary chamber 6, and the wafer 3 is placed on the substrate. Transfer to the table 11. During the transfer operation, the gate valve 8 is closed, and the negative pressure in the first transfer chamber 1 is maintained. When a predetermined number of wafers 3 stored in the pod 26 are transferred to the substrate table 11, the gate valve 14 is closed, and the inside of the first preliminary chamber 6 is negatively charged by an exhaust device (not shown). Exhausted to pressure.

該第1予備室6内が予め設定された圧力値となると、前記ゲートバルブ8が開かれ、前記第1予備室6と前記第1搬送室1とが連通される。続いて、前記第1ウェーハ移載機4は前記基板置き台11からウェーハ3をピックアップして前記第1搬送室1に搬入する。前記ゲートバルブ8が閉じられた後、前記ゲートバルブ31が開かれ、前記第1搬送室1と前記第1処理炉28とが連通される。続いて前記第1ウェーハ移載機4は、ウェーハ3を前記第1搬送室1から前記第1処理炉28に搬入して、該第1処理炉28内の支持具に移載する。前記ゲートバルブ31が閉じられた後、前記第1処理炉28内に処理ガスが供給され、ウェーハ3に所望の処理が施される。   When the pressure in the first preliminary chamber 6 reaches a preset pressure value, the gate valve 8 is opened, and the first preliminary chamber 6 and the first transfer chamber 1 are communicated. Subsequently, the first wafer transfer machine 4 picks up the wafer 3 from the substrate table 11 and carries it into the first transfer chamber 1. After the gate valve 8 is closed, the gate valve 31 is opened, and the first transfer chamber 1 and the first processing furnace 28 are communicated with each other. Subsequently, the first wafer transfer device 4 carries the wafer 3 from the first transfer chamber 1 into the first processing furnace 28 and transfers it to a support in the first processing furnace 28. After the gate valve 31 is closed, a processing gas is supplied into the first processing furnace 28 and a desired process is performed on the wafer 3.

前記第1処理炉28でウェーハ3に対する処理が完了すると、前記ゲートバルブ31が開かれ、処理済みのウェーハ3は前記第1ウェーハ移載機4によって前記第1搬送室1に搬出される。搬出後、前記ゲートバルブ31は閉じられる。   When the processing on the wafer 3 is completed in the first processing furnace 28, the gate valve 31 is opened, and the processed wafer 3 is unloaded to the first transfer chamber 1 by the first wafer transfer device 4. After unloading, the gate valve 31 is closed.

前記第1ウェーハ移載機4は前記第1処理炉28から搬出したウェーハ3を前記第1クーリングユニット33へ搬送し、処理済みのウェーハ3は冷却される。   The first wafer transfer device 4 transports the wafer 3 unloaded from the first processing furnace 28 to the first cooling unit 33, and the processed wafer 3 is cooled.

前記第1クーリングユニット33に処理済みのウェーハ3を搬送すると、前記第1ウェーハ移載機4は前記第1予備室6の前記基板置き台11に予め準備されたウェーハ3を前述した作動と同様に、前記第1処理炉28に搬送し、該第1処理炉28内でウェーハ3に所望の処理が施される。   When the processed wafer 3 is transported to the first cooling unit 33, the first wafer transfer device 4 operates the wafer 3 prepared in advance in the substrate table 11 of the first preliminary chamber 6 in the same manner as described above. Then, the wafer 3 is transferred to the first processing furnace 28, and a desired process is performed on the wafer 3 in the first processing furnace 28.

前記第1クーリングユニット33に於いて予め設定された冷却時間が経過すると、冷却済みのウェーハ3は前記第1ウェーハ移載機4によって前記第1クーリングユニット33から前記第1搬送室1に搬出される。   When a preset cooling time elapses in the first cooling unit 33, the cooled wafer 3 is unloaded from the first cooling unit 33 to the first transfer chamber 1 by the first wafer transfer device 4. The

冷却済みのウェーハ3が前記第1クーリングユニット33から前記第1搬送室1に搬出された後、前記ゲートバルブ9が開かれる。前記第1ウェーハ移載機4は前記第1クーリングユニット33から搬出したウェーハ3を前記第2予備室7へ搬送し、前記基板置き台12に移載した後、前記第2予備室7は前記ゲートバルブ9によって閉じられる。   After the cooled wafer 3 is unloaded from the first cooling unit 33 to the first transfer chamber 1, the gate valve 9 is opened. The first wafer transfer device 4 transports the wafer 3 unloaded from the first cooling unit 33 to the second preliminary chamber 7 and transfers it to the substrate table 12. It is closed by the gate valve 9.

以上の作動が繰返されることにより、前記第1予備室6内に搬入された所定枚数、例えば25枚のウェーハ3が順次処理されていく。   By repeating the above operation, a predetermined number of, for example, 25 wafers 3 carried into the first preliminary chamber 6 are sequentially processed.

前記第1予備室6内に搬入された全てのウェーハ3に対する処理が終了し、全ての処理済みのウェーハ3が前記第2予備室7に収納され、該第2予備室7が前記ゲートバルブ9によって閉じられると、前記第2予備室7内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。該第2予備室7内が略大気圧に戻されると、前記ゲートバルブ15が開かれ、前記IOステージ25に載置された空の前記ポッド26の前記蓋27が前記ポッドオープナ24によって開かれる。続いて、前記第2ウェーハ移載機16は前記基板置き台12からウェーハ3をピックアップして前記第2搬送室13に搬出し、前記ウェーハ搬入搬出口23を通して前記ポッド26に収納していく。25枚の処理済みのウェーハ3の前記ポッド26への収納が完了すると、該ポッド26の前記蓋27が前記ポッドオープナ24によって閉じられる。前記ポッド26は前記IOステージ25の上から次の工程へ前記工程内搬送装置によって搬送されていく。   The processing for all the wafers 3 carried into the first preliminary chamber 6 is completed, all the processed wafers 3 are stored in the second preliminary chamber 7, and the second preliminary chamber 7 is stored in the gate valve 9. When closed by the above, the inside of the second preliminary chamber 7 is returned to the substantially atmospheric pressure by the inert gas. When the inside of the second preliminary chamber 7 is returned to substantially atmospheric pressure, the gate valve 15 is opened, and the lid 27 of the empty pod 26 placed on the IO stage 25 is opened by the pod opener 24. . Subsequently, the second wafer transfer device 16 picks up the wafer 3 from the substrate mounting table 12, carries it out to the second transfer chamber 13, and stores it in the pod 26 through the wafer carry-in / out port 23. When the storage of the 25 processed wafers 3 into the pod 26 is completed, the lid 27 of the pod 26 is closed by the pod opener 24. The pod 26 is transferred from the IO stage 25 to the next process by the in-process transfer device.

以上の作動は前記第1処理炉28及び前記第1クーリングユニット33が使用される場合を例にして説明したが、前記第2処理炉29及び前記第2クーリングユニット34が使用される場合についても同様の作動が実施される。又、上述の基板処理装置では、前記第1予備室6を搬入用、前記第2予備室7を搬出用としたが、該第2予備室7を搬入用、前記第1予備室6を搬出用としてもよい。   The above operation has been described by taking the case where the first processing furnace 28 and the first cooling unit 33 are used as an example, but also when the second processing furnace 29 and the second cooling unit 34 are used. Similar operations are performed. In the above-described substrate processing apparatus, the first preliminary chamber 6 is used for carrying in and the second preliminary chamber 7 is used for carrying out. However, the second preliminary chamber 7 is used for carrying in, and the first preliminary chamber 6 is carried out. It may be used.

又、前記第1処理炉28と前記第2処理炉29は、それぞれ同じ処理を行ってもよいし、別の処理を行ってもよい。前記第1処理炉28と前記第2処理炉29で別の処理を行う場合、例えば前記第1処理炉28でウェーハ3にある処理を行った後、続けて前記第2処理炉29で別の処理を行わせてもよい。又、前記第1処理炉28でウェーハ3にある処理を行った後、前記第2処理炉29で別の処理を行わせる場合、前記第1クーリングユニット33又は前記第2クーリングユニット34を経由する様にしてもよい。   In addition, the first processing furnace 28 and the second processing furnace 29 may perform the same processing, or may perform different processing. When the first processing furnace 28 and the second processing furnace 29 perform different processing, for example, after the processing on the wafer 3 is performed in the first processing furnace 28, another processing is performed in the second processing furnace 29. Processing may be performed. In addition, when a process is performed on the wafer 3 in the first processing furnace 28 and then another process is performed in the second processing furnace 29, the first processing unit 28 passes through the first cooling unit 33 or the second cooling unit 34. You may do it.

次に、上記基板処理装置に用いられる処理炉の一例を説明する。   Next, an example of a processing furnace used in the substrate processing apparatus will be described.

図3はリモートプラズマユニットが組込まれた枚葉式処理装置の処理炉を示している。尚、上記第1処理炉28、第2処理炉29は同等の構成であり、以下は第1処理炉28(以下処理炉28と称す)について説明する。   FIG. 3 shows a processing furnace of a single wafer processing apparatus in which a remote plasma unit is incorporated. The first processing furnace 28 and the second processing furnace 29 have the same configuration, and the first processing furnace 28 (hereinafter referred to as the processing furnace 28) will be described below.

図3に示す様に、処理容器41により形成される処理室42内には、処理する基板を支持する支持台43が設けられる。該支持台43の上部には基板を支持する支持板としてのサセプタ44が設けられる。前記支持台43の内部には加熱機構(加熱手段)としてのヒータ45が設けられ、該ヒータ45によって前記サセプタ44上に載置されるウェーハ3を加熱する様になっている。前記ヒータ45は基板の温度が所定の温度となる様に温度制御部(温度制御手段)としての温度コントローラ46により制御される。前記サセプタ44上に載置される基板は、例えば半導体ウェーハ、ガラス基板等である。   As shown in FIG. 3, a support base 43 that supports a substrate to be processed is provided in a processing chamber 42 formed by the processing container 41. A susceptor 44 as a support plate for supporting the substrate is provided on the upper portion of the support base 43. A heater 45 as a heating mechanism (heating means) is provided inside the support base 43, and the wafer 3 placed on the susceptor 44 is heated by the heater 45. The heater 45 is controlled by a temperature controller 46 as a temperature control unit (temperature control means) so that the substrate temperature becomes a predetermined temperature. The substrate placed on the susceptor 44 is, for example, a semiconductor wafer or a glass substrate.

前記処理室42の外部には、回転機構(回転手段)47が設けられ、該回転機構47によって前記支持台43を回転して、前記サセプタ44上のウェーハ3を回転する様になっている。又、前記処理室42の外部には昇降機構(昇降手段)48が設けられ、前記支持台43は前記昇降機構48によって昇降可能となっている。   A rotation mechanism (rotation means) 47 is provided outside the processing chamber 42, and the support base 43 is rotated by the rotation mechanism 47 to rotate the wafer 3 on the susceptor 44. Further, an elevating mechanism (elevating means) 48 is provided outside the processing chamber 42, and the support base 43 can be moved up and down by the elevating mechanism 48.

前記処理室42の上部には多数のガス噴出孔としての孔49を有するシャワーヘッド51が前記サセプタ44と対向する様に設けられる。前記シャワーヘッド51は、2つの室、即ち原料ガス供給部52と活性化ガス供給部53とに分割され、分割されたそれぞれのガス供給部52,53から、後述する原料ガスと活性化ガスを、それぞれ別々にウェーハ3に対してシャワー状に噴出できる様になっている。前記原料ガス供給部52と前記活性化ガス供給部53とでウェーハ3に対して原料ガスと活性化ガスをそれぞれ供給する別々の供給口が構成される。尚、原料ガスと活性化ガスは前記シャワーヘッド51内で混ざることはない。   A shower head 51 having a plurality of holes 49 as gas ejection holes is provided at the upper portion of the processing chamber 42 so as to face the susceptor 44. The shower head 51 is divided into two chambers, that is, a source gas supply unit 52 and an activation gas supply unit 53, and a source gas and an activation gas to be described later are supplied from the divided gas supply units 52 and 53, respectively. These can be sprayed separately on the wafer 3 in the form of a shower. The source gas supply unit 52 and the activation gas supply unit 53 constitute separate supply ports for supplying the source gas and the activation gas to the wafer 3, respectively. The source gas and the activation gas are not mixed in the shower head 51.

前記処理室42の外部には、液体原料である第1原料を供給する第1原料供給源54が設けられ、該第1原料供給源54には液体原料供給管55が接続されている。該液体原料供給管55は、第1原料の液体供給流量を制御する流量制御装置(流量制御手段)としての液体流量コントローラ56を介して、第1原料を気化する気化器57に接続されている。   A first raw material supply source 54 that supplies a first raw material that is a liquid raw material is provided outside the processing chamber 42, and a liquid raw material supply pipe 55 is connected to the first raw material supply source 54. The liquid raw material supply pipe 55 is connected to a vaporizer 57 that vaporizes the first raw material via a liquid flow rate controller 56 as a flow rate control device (flow rate control means) that controls the liquid supply flow rate of the first raw material. .

第1原料としては、例えば、常温で液体の有機金属材料、即ち有機金属液体原料が用いられる。   As the first raw material, for example, an organometallic material that is liquid at room temperature, that is, an organometallic liquid raw material is used.

尚、ハフニウムシリケート膜を成膜する場合、第1原料ガスとしては、Hfを含む液体原料、及びSiを含む液体原料を気化したガスであり、第1原料としては、例えば、Hf−OtBu、Hf−MMP、Si―MMP、TEOS等様々な化学物質が組合されて使用される。ここでは、第1原料として、Hf−MMPとSi―MMPとを液体状態で混合した混合原料が用いられる。   When the hafnium silicate film is formed, the first source gas is a gas obtained by vaporizing a liquid source containing Hf and a liquid source containing Si. Examples of the first source gas include Hf-OtBu and Hf. -Various chemical substances such as MMP, Si-MMP and TEOS are used in combination. Here, a mixed raw material in which Hf-MMP and Si-MMP are mixed in a liquid state is used as the first raw material.

前記気化器57には原料ガス供給管58が接続されており、該原料ガス供給管58はバルブ59を介して前記シャワーヘッド51の前記原料ガス供給部52に接続されている。   A source gas supply pipe 58 is connected to the vaporizer 57, and the source gas supply pipe 58 is connected to the source gas supply unit 52 of the shower head 51 through a valve 59.

前記処理室42の外部には、非反応性ガスとしての不活性ガスを供給する不活性ガス供給源61が設けられ、該不活性ガス供給源61には不活性ガス供給管62が接続されている。該不活性ガス供給管62は、不活性ガスの供給流量を制御する流量制御装置(流量制御手段)としてのガス流量コントローラ63、バルブ64を介して前記原料ガス供給管58に接続されている。不活性ガスとしては、例えば、Ar、He、N2 等を用いる。   An inert gas supply source 61 that supplies an inert gas as a non-reactive gas is provided outside the processing chamber 42, and an inert gas supply pipe 62 is connected to the inert gas supply source 61. Yes. The inert gas supply pipe 62 is connected to the source gas supply pipe 58 via a gas flow rate controller 63 and a valve 64 as a flow rate control device (flow rate control means) for controlling the supply flow rate of the inert gas. As the inert gas, for example, Ar, He, N2 or the like is used.

前記原料ガス供給管58は、前記シャワーヘッド51の前記原料ガス供給部52に、前記気化器57にて気化した第1原料、即ち原料ガスと、前記不活性ガス供給管62からの不活性ガスとを供給する様になっている。又、前記原料ガス供給管58、前記不活性ガス供給管62からのガスは、前記バルブ59,64を開閉することにより、それぞれのガスの供給を制御することが可能となっている。   The source gas supply pipe 58 is connected to the source gas supply section 52 of the shower head 51, the first source gas vaporized by the vaporizer 57, that is, the source gas, and the inert gas from the inert gas supply pipe 62. To supply. The gas from the source gas supply pipe 58 and the inert gas supply pipe 62 can be controlled by opening and closing the valves 59 and 64.

前記処理室42の外部には、ガスをプラズマにより活性化させる活性化機構(活性化手段)としてのリモートプラズマユニット65が設けられる。該リモートプラズマユニット65の上流側には、ガス供給管66が設けられる。該ガス供給管66には、第2原料を供給する第2原料供給源67、プラズマを発生させる為のガスを供給するプラズマ着火用ガス供給源68、クリーニングガスを供給するクリーニングガス供給源69がそれぞれ供給管71,72,73を介して接続され、それぞれのガスを前記リモートプラズマユニット65に対して供給する様になっている。前記供給管71,72,73には、それぞれのガスの供給流量を制御するガス流量コントローラ74,75,76と、バルブ77,78,79がそれぞれ設けられている。該バルブ77,78,79を開閉することにより、それぞれのガスの供給を制御することが可能となっている。   Outside the processing chamber 42, a remote plasma unit 65 is provided as an activation mechanism (activation means) for activating gas with plasma. A gas supply pipe 66 is provided on the upstream side of the remote plasma unit 65. The gas supply pipe 66 includes a second raw material supply source 67 for supplying a second raw material, a plasma ignition gas supply source 68 for supplying a gas for generating plasma, and a cleaning gas supply source 69 for supplying a cleaning gas. These are connected via supply pipes 71, 72, 73, respectively, so that each gas is supplied to the remote plasma unit 65. The supply pipes 71, 72, 73 are provided with gas flow rate controllers 74, 75, 76 for controlling the supply flow rates of the respective gases, and valves 77, 78, 79, respectively. Each gas supply can be controlled by opening and closing the valves 77, 78, and 79.

尚、第2原料としては、酸素原子(O)を含むガスと水素原子(H)を含むガスを用いる。プラズマ着火用ガスとしては、例えばアルゴン(Ar)ガスを用いる。クリーニングガスとしては、例えば、フッ素原子(F)を含むガス、塩素原子(Cl)を含むガスを用いる。   As the second raw material, a gas containing oxygen atoms (O) and a gas containing hydrogen atoms (H) are used. For example, argon (Ar) gas is used as the plasma ignition gas. As the cleaning gas, for example, a gas containing fluorine atoms (F) or a gas containing chlorine atoms (Cl) is used.

ここで、前記酸素原子(O)を含むガスとはO2 、N2 O、NOからなる群から選択される少なくとも1つのガスであり、前記水素原子(H)を含むガスとはH2 、NH3 からなる群から選択される少なくとも1つのガスである。ここでは、酸素原子を含むガスとしてO2 を、水素原子を含むガスとしてH2 を用いる。   Here, the gas containing oxygen atoms (O) is at least one gas selected from the group consisting of O2, N2 O and NO, and the gas containing hydrogen atoms (H) consists of H2 and NH3. At least one gas selected from the group. Here, O2 is used as a gas containing oxygen atoms, and H2 is used as a gas containing hydrogen atoms.

前記リモートプラズマユニット65の下流側には、活性化ガス供給管81が設けられる。該活性化ガス供給管81はバルブ82を介して前記活性化ガス供給部53に接続され、該活性化ガス供給部53に前記リモートプラズマユニット65にて活性化した第2原料、即ち活性化ガスを供給する様になっている。又、前記活性化ガス供給管81に設けられた前記バルブ82を開閉することにより、活性化ガスの供給を制御することが可能となっている。   An activated gas supply pipe 81 is provided on the downstream side of the remote plasma unit 65. The activated gas supply pipe 81 is connected to the activated gas supply unit 53 via a valve 82, and the activated gas is supplied to the activated gas supply unit 53 by the remote plasma unit 65, that is, an activated gas. To supply. The supply of the activated gas can be controlled by opening and closing the valve 82 provided in the activated gas supply pipe 81.

前記処理容器41の下部側壁には排気口83が設けられ、該排気口83には排気管84が連通され、該排気管84には排気装置(排気手段)としての真空ポンプ85、除害装置(図示せず)が接続されている。又、前記排気管84には、前記処理室42内の圧力を制御する圧力制御部(圧力制御手段)としての圧力コントローラ86と、原料を回収する為の原料回収トラップ87が設けられる。前記排気口83、前記排気管84、前記真空ポンプ85等により排気系が構成される。前記原料回収トラップ87は、原料の回収を必要としなければ省略することができる。例えば、原料やその反応副生成物が液化・固化し難い場合、逆に除害装置迄の経路で液化・固化させずに全て除害装置で処理する場合等である。   An exhaust port 83 is provided in the lower side wall of the processing container 41, and an exhaust pipe 84 is communicated with the exhaust port 83. The exhaust pipe 84 has a vacuum pump 85 as an exhaust device (exhaust means), an abatement device. (Not shown) is connected. The exhaust pipe 84 is provided with a pressure controller 86 as a pressure control unit (pressure control means) for controlling the pressure in the processing chamber 42 and a raw material recovery trap 87 for recovering the raw material. The exhaust port 83, the exhaust pipe 84, the vacuum pump 85, and the like constitute an exhaust system. The raw material recovery trap 87 can be omitted if recovery of the raw material is not required. For example, when it is difficult to liquefy and solidify the raw material and its reaction by-products, conversely, it is possible to treat all by the detoxifying device without liquefying and solidifying by the route to the detoxifying device.

前記処理室42内の前記支持台43上には、前記シャワーヘッド51から供給されたガスの流れを調整する整流板としてのプレート88が設けられる。該プレート88は円環(リング)形状であり、基板の周囲に設けられる。前記シャワーヘッド51からウェーハ3に供給されたガスはウェーハ3の径方向外方に向かって流れ、前記プレート88上を通り、該プレート88と前記処理容器41の側壁(内壁)との間を通り、前記排気口83より排気される。尚、基板外周部等、ウェーハ3に膜を形成したくない箇所がある場合は、前記プレート88の内径をウェーハ3の外径より小さくして、ウェーハ3の外周部を覆う様にしてもよい。この場合、基板搬送を可能とする為に、前記プレート88を前記処理室42内の基板処理位置に固定したり、前記プレート88を昇降させる機構を設ける様にしてもよい。   A plate 88 as a current plate for adjusting the flow of gas supplied from the shower head 51 is provided on the support base 43 in the processing chamber 42. The plate 88 has an annular shape and is provided around the substrate. The gas supplied from the shower head 51 to the wafer 3 flows radially outward of the wafer 3, passes over the plate 88, and passes between the plate 88 and the side wall (inner wall) of the processing vessel 41. The air is exhausted from the exhaust port 83. In addition, when there is a portion where it is not desired to form a film on the wafer 3 such as the outer peripheral portion of the substrate, the inner diameter of the plate 88 may be made smaller than the outer diameter of the wafer 3 to cover the outer peripheral portion of the wafer 3. . In this case, in order to enable substrate transfer, the plate 88 may be fixed at a substrate processing position in the processing chamber 42, or a mechanism for moving the plate 88 up and down may be provided.

前記原料ガス供給管58及び前記活性化ガス供給管81には、前記排気管84に設けらた前記原料回収トラップ87に接続される原料ガスバイパス管89及び活性化ガスバイパス管91がそれぞれ設けられる。前記原料ガスバイパス管89、前記活性化ガスバイパス管91には、それぞれバルブ92,93が設けられる。   The source gas supply pipe 58 and the activation gas supply pipe 81 are provided with a source gas bypass pipe 89 and an activation gas bypass pipe 91 connected to the source recovery trap 87 provided in the exhaust pipe 84, respectively. . The source gas bypass pipe 89 and the activated gas bypass pipe 91 are provided with valves 92 and 93, respectively.

前記排気口83と対向する側壁には、仕切弁としてのゲートバルブ94によって開閉される基板搬入搬出口95が設けられ、該基板搬入搬出口95を通してウェーハ3を前記処理室42に搬入搬出し得る様に構成されている。   A substrate loading / unloading port 95 that is opened and closed by a gate valve 94 as a gate valve is provided on the side wall facing the exhaust port 83, and the wafer 3 can be loaded into and unloaded from the processing chamber 42 through the substrate loading / unloading port 95. It is configured like this.

前記バルブ59,64,77,78,79,82,92,93、前記流量コントローラ56,63,74,75,76、前記温度コントローラ46、前記圧力コントローラ86、前記気化器57、前記リモートプラズマユニット65、前記回転機構47、前記昇降機構48等の基板処理装置を構成する各部の動作の制御は、主制御部(主制御手段)としてのメインコントローラ96により行う。   The valves 59, 64, 77, 78, 79, 82, 92, 93, the flow controllers 56, 63, 74, 75, 76, the temperature controller 46, the pressure controller 86, the vaporizer 57, the remote plasma unit 65, the operation of each part of the substrate processing apparatus such as the rotation mechanism 47 and the lifting mechanism 48 is controlled by a main controller 96 as a main control unit (main control means).

次に、上述した図3の様な構成の処理炉を用いて、半導体デバイスの製造工程の1工程として基板上に薄膜を堆積する方法について説明する。本実施の形態では、常温で液体である有機金属液体原料を用いて、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、特にMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、又はALD(Atomic Layer Deposition)法により基板上に金属膜や金属酸化膜等の薄膜を形成する場合について説明する。   Next, a method of depositing a thin film on a substrate as one step of a semiconductor device manufacturing process using the processing furnace having the configuration as shown in FIG. 3 will be described. In this embodiment mode, an organic metal liquid raw material that is liquid at room temperature is used, and a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, particularly a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, or an ALD (Atomic Layer Deposition) method is used. A case where a thin film such as a metal film or a metal oxide film is formed will be described.

尚、以下の説明に於いて、基板処理装置を構成する各部の動作は前記メインコントローラ96により制御される。   In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the main controller 96.

前記支持台43が基板搬送位置迄下降した状態で、前記ゲートバルブ94が開かれ、前記基板搬入搬出口95が開放されると、前記第1ウェーハ移載機4(図1参照)によりウェーハ3が前記処理室42内に搬入される(基板搬入工程)。ウェーハ3が前記処理室42内に搬入され、図示しない突上げピン上に載置された後、前記ゲートバルブ94が閉じられる。前記支持台43が基板搬送位置からそれよりも上方の基板処理位置迄上昇する。その間にウェーハ3は突上げピン上から前記サセプタ44上に載置される(基板載置工程)。   When the gate valve 94 is opened and the substrate loading / unloading port 95 is opened while the support base 43 is lowered to the substrate transfer position, the wafer 3 is transferred by the first wafer transfer device 4 (see FIG. 1). Are loaded into the processing chamber 42 (substrate loading step). After the wafer 3 is loaded into the processing chamber 42 and placed on a push-up pin (not shown), the gate valve 94 is closed. The support base 43 rises from the substrate transfer position to the substrate processing position above it. In the meantime, the wafer 3 is mounted on the susceptor 44 from above the push-up pins (substrate mounting step).

前記支持台43が基板処理位置に到達すると、ウェーハ3は前記回転機構47により回転される。又、前記ヒータ45に電力が供給されウェーハ3は所定の処理温度となる様に均一に加熱される(基板昇温工程)。同時に、前記処理室42内は前記真空ポンプ85により真空排気され、所定の処理圧力となる様に制御される(圧力調整工程)。尚、基板搬送時や基板昇温時や圧力調整時に於いては、前記不活性ガス供給管62に設けられた前記バルブ64は常時開いた状態とされ、前記不活性ガス供給源61より前記処理室42内に不活性ガスが常に流される。これにより、パーティクルや金属汚染物のウェーハ3への付着を防ぐことができる。   When the support table 43 reaches the substrate processing position, the wafer 3 is rotated by the rotation mechanism 47. Further, electric power is supplied to the heater 45, and the wafer 3 is uniformly heated so as to reach a predetermined processing temperature (substrate heating step). At the same time, the inside of the processing chamber 42 is evacuated by the vacuum pump 85 and controlled so as to have a predetermined processing pressure (pressure adjusting step). Note that the valve 64 provided in the inert gas supply pipe 62 is always open when the substrate is transported, when the temperature of the substrate is increased, or when the pressure is adjusted, and the processing is performed from the inert gas supply source 61. An inert gas always flows into the chamber 42. Thereby, adhesion of particles or metal contaminants to the wafer 3 can be prevented.

ウェーハ3の温度、前記処理室42内の圧力が、それぞれ所定の処理温度、所定の処理圧力に到達して安定すると、該処理室42内に原料ガスが供給される。即ち、前記第1原料供給源54から供給された第1原料としての有機金属液体原料が、前記液体流量コントローラ56で流量制御され、前記気化器57へ供給されて気化される。前記バルブ92が閉じられると共に前記バルブ59が開かれ、気化された第1原料、即ち原料ガスが、前記原料ガス供給管58を通り、前記シャワーヘッド51の前記原料ガス供給部52を介してウェーハ3上へ供給される。この時も、前記バルブ64は開いたままの状態とされ、前記処理室42内には不活性ガスが常に流される。原料ガスと不活性ガスとは前記原料供給管58内で混合されて前記原料ガス供給部52に導かれ、前記サセプタ44上のウェーハ3上へシャワー状に供給される(原料ガス供給工程)。尚、原料ガスは不活性ガスで希釈されることにより撹拌され易くなる。   When the temperature of the wafer 3 and the pressure in the processing chamber 42 reach a predetermined processing temperature and a predetermined processing pressure, respectively, and stabilize, the source gas is supplied into the processing chamber 42. That is, the organometallic liquid raw material as the first raw material supplied from the first raw material supply source 54 is flow-controlled by the liquid flow controller 56 and supplied to the vaporizer 57 for vaporization. The valve 92 is closed and the valve 59 is opened, and the vaporized first raw material, that is, the raw material gas passes through the raw material gas supply pipe 58 and passes through the raw material gas supply unit 52 of the shower head 51 to the wafer. 3 is supplied. Also at this time, the valve 64 is kept open, and an inert gas is always flowed into the processing chamber 42. The raw material gas and the inert gas are mixed in the raw material supply pipe 58, guided to the raw material gas supply unit 52, and supplied in a shower form onto the wafer 3 on the susceptor 44 (raw material gas supply step). The source gas is easily stirred by being diluted with an inert gas.

原料ガスの供給が所定時間行われた後、前記バルブ59が閉じられ、原料ガスのウェーハ3への供給が停止される。この時も、前記バルブ64は開いたままの状態なので、前記処理室42内への不活性ガスの供給は維持される。これにより、該処理室42内が不活性ガスによりパージされ、該処理室42内の残留ガスが除去される(パージ工程)。   After supplying the source gas for a predetermined time, the valve 59 is closed and the supply of the source gas to the wafer 3 is stopped. Also at this time, since the valve 64 remains open, the supply of the inert gas into the processing chamber 42 is maintained. Thereby, the inside of the processing chamber 42 is purged with the inert gas, and the residual gas in the processing chamber 42 is removed (purge process).

尚、この際、前記バルブ92を開き、原料ガスを前記バイパス管89より排気して、前記気化器57からの原料ガスの供給を停止しない様にするのが好ましい。液体原料を気化して、気化した原料ガスを安定供給する迄には時間が掛るので、前記気化器57からの原料ガスの供給を停止することなく、前記処理室42をバイパスする様に流しておくと、次の原料ガス供給工程では、流れを切換えるだけで、直ちに原料ガスをウェーハ3へ供給できる。   At this time, it is preferable not to stop the supply of the raw material gas from the vaporizer 57 by opening the valve 92 and exhausting the raw material gas from the bypass pipe 89. Since it takes time to vaporize the liquid raw material and to stably supply the vaporized raw material gas, it is allowed to bypass the processing chamber 42 without stopping the supply of the raw material gas from the vaporizer 57. In other words, in the next source gas supply process, the source gas can be immediately supplied to the wafer 3 by simply switching the flow.

前記処理室42内のパージが所定時間行われた後、該処理室42内に活性化ガスが供給される。即ち、前記バルブ78が開かれ、前記プラズマ着火用ガス供給源68から供給されたプラズマ着火用ガスとしてのArガスが、前記供給管72を通り、前記ガス流量コントローラ75で流量制御されて、前記リモートプラズマユニット65へ供給され、Arプラズマが生成される。Arプラズマが生成された後、前記バルブ77が開かれ、前記第2原料供給源67から供給された第2原料が前記供給管71を通り、前記ガス流量コントローラ74で流量制御され、Arプラズマが生成されている前記リモートプラズマユニット65へ供給され、第2原料がプラズマにより活性化される。これによりOラジカル(酸素活性種)やOHラジカル(水酸基活性種)等の反応種が生成される。   After purging the processing chamber 42 for a predetermined time, an activation gas is supplied into the processing chamber 42. That is, the valve 78 is opened, and Ar gas as plasma ignition gas supplied from the plasma ignition gas supply source 68 passes through the supply pipe 72 and is controlled in flow rate by the gas flow rate controller 75. Supplied to the remote plasma unit 65, Ar plasma is generated. After the Ar plasma is generated, the valve 77 is opened, the second raw material supplied from the second raw material supply source 67 passes through the supply pipe 71, the flow rate is controlled by the gas flow rate controller 74, and the Ar plasma is The generated remote plasma unit 65 is supplied and the second raw material is activated by the plasma. Thereby, reactive species such as O radical (oxygen active species) and OH radical (hydroxyl active species) are generated.

前記バルブ93が閉じられると共に前記バルブ82が開かれ、前記リモートプラズマユニット65から第2原料をプラズマにより活性化したガス、即ち活性化ガスが、活性化ガス供給管81を通り、前記活性化ガス供給部53を介してウェーハ3上へシャワー状に供給される(活性化ガス供給工程)。尚、この時も、前記バルブ64は開いたままの状態とされ、前記処理室42内には不活性ガスが常に供給される。又、Oラジカル、OHラジカルを含む活性化ガスには酸化剤としての役割があり、O2 とH2 を前記リモートプラズマユニット65によって活性化させて発生させたOラジカル、OHラジカルを用いて酸化を行う処理をリモートプラズマ酸化処理(RPO:Remote Plasma Oxidation)とも言う。   The valve 93 is closed and the valve 82 is opened. A gas obtained by activating the second raw material from the remote plasma unit 65 by plasma, that is, an activated gas passes through an activated gas supply pipe 81 and passes through the activated gas. It is supplied as a shower onto the wafer 3 via the supply unit 53 (activated gas supply step). At this time, the valve 64 is kept open, and an inert gas is always supplied into the processing chamber 42. The activated gas containing O radicals and OH radicals has a role as an oxidizing agent, and oxidizes using O radicals and OH radicals generated by activating O2 and H2 by the remote plasma unit 65. The treatment is also referred to as remote plasma oxidation treatment (RPO: Remote Plasma Oxidation).

活性化ガスの供給が所定時間行われた後、前記バルブ82が閉じられ、活性化ガスのウェーハ3への供給が停止される。この時も、前記バルブ64は開いたままの状態なので、前記処理室42内への不活性ガスの供給は維持される。これにより、該処理室42内が不活性ガスによりパージされ、該処理室42内の残留ガスが除去される(パージ工程)。   After supplying the activation gas for a predetermined time, the valve 82 is closed and the supply of the activation gas to the wafer 3 is stopped. Also at this time, since the valve 64 remains open, the supply of the inert gas into the processing chamber 42 is maintained. Thereby, the inside of the processing chamber 42 is purged with the inert gas, and the residual gas in the processing chamber 42 is removed (purge process).

尚、この際、前記バルブ93を開き、活性化ガスを前記バイパス管91より排気して、前記リモートプラズマユニット65からの活性化ガスの供給を停止しない様にするのが好ましい。活性化ガスを安定供給する迄には時間が掛るので、前記リモートプラズマユニット65からの活性化ガスの供給を停止することなく、前記処理室42をバイパスする様に流しておくと、次の活性化ガス供給工程では、流れを切換えるだけで、直ちに活性化ガスをウェーハ3へ供給できる。   At this time, it is preferable not to stop the supply of the activated gas from the remote plasma unit 65 by opening the valve 93 and exhausting the activated gas from the bypass pipe 91. Since it takes time until the activation gas is stably supplied, if the process chamber 42 is allowed to flow without stopping the supply of the activation gas from the remote plasma unit 65, the next activation In the activated gas supply process, the activated gas can be immediately supplied to the wafer 3 by simply switching the flow.

前記処理室42内のパージが所定時間行われた後、再び、前記バルブ92が閉じられると共に前記バルブ59が開かれ、気化した第1原料、即ち原料ガスが、不活性ガスと共に前記シャワーヘッド51の前記原料ガス供給部52を介してウェーハ3上へ供給され、原料ガス供給工程が行われる。   After purging the processing chamber 42 for a predetermined time, the valve 92 is closed and the valve 59 is opened again, and the vaporized first raw material, that is, the raw material gas, together with the inert gas, is added to the shower head 51. The material gas is supplied onto the wafer 3 via the material gas supply unit 52, and a material gas supply process is performed.

以上の様な、原料ガス供給工程、パージ工程、活性化ガス供給工程、パージ工程を、1サイクルとして、このサイクルを複数回繰返すサイクル処理を行うことにより、ウェーハ3上に所定膜厚の薄膜を形成することができる(薄膜形成工程)。   The raw material gas supply process, the purge process, the activation gas supply process, and the purge process as described above are performed as one cycle, and a thin film having a predetermined film thickness is formed on the wafer 3 by performing cycle processing that repeats this cycle a plurality of times. It can be formed (thin film forming step).

ウェーハ3への薄膜形成処理終了後、前記回転機構47によるウェーハ3の回転が停止され、処理済みのウェーハ3は基板搬入工程と逆の手順で前記処理室42外へ搬出される(基板搬出工程)。   After completion of the thin film formation process on the wafer 3, the rotation of the wafer 3 by the rotating mechanism 47 is stopped, and the processed wafer 3 is carried out of the processing chamber 42 in the reverse procedure of the substrate carrying-in process (substrate carrying-out process). ).

尚、薄膜形成工程をCVD法により行う場合には、処理温度を原料ガスが自己分解する程度の温度帯となる様に制御する。この場合、原料ガス供給工程に於いては、原料ガスが熱分解し、ウェーハ3上に数原子層程度以下(10Å程度以下)の薄膜が形成される。この間、ウェーハ3は回転しながら所定温度に保たれているので、基板面内に渡り均一な膜を形成できる。活性化ガス供給工程に於いては、活性化ガスによりウェーハ3上に形成された数原子層程度以下(10Å程度以下)の薄膜より炭素原子(C)、水素原子(H)等の不純物が除去される。この間も、ウェーハ3は回転しながら所定温度に保たれているので、薄膜より不純物を素早く均一に除去できる。   When the thin film forming step is performed by the CVD method, the processing temperature is controlled to be a temperature range in which the source gas is self-decomposed. In this case, in the raw material gas supply step, the raw material gas is thermally decomposed to form a thin film of about several atomic layers or less (about 10 mm or less) on the wafer 3. During this time, since the wafer 3 is kept at a predetermined temperature while rotating, a uniform film can be formed over the substrate surface. In the activated gas supply process, impurities such as carbon atoms (C) and hydrogen atoms (H) are removed from the thin film of about several atomic layers or less (about 10 mm or less) formed on the wafer 3 by the activated gas. Is done. During this time, since the wafer 3 is kept at a predetermined temperature while rotating, impurities can be quickly and uniformly removed from the thin film.

又、薄膜形成工程をALD法により行う場合には、処理温度を原料ガスが自己分解しない程度の温度帯となる様に制御する。この場合、原料ガス供給工程に於いては、原料ガスは熱分解することなくウェーハ3上に吸着する。この間、ウェーハ3は回転しながら所定温度に保たれているので、基板面内に渡り均一に原料を吸着させることができる。活性化ガス供給工程に於いては、ウェーハ3上に吸着した原料と活性化ガスとが反応することによりウェーハ3上に数原子層程度以下(10Å程度以下)の薄膜が形成される。この間も、ウェーハ3は回転しながら所定温度に保たれているので、基板面内に渡り均一な膜を形成できる。尚、この時、活性化ガスに含まれるラジカル成分により薄膜中に混入する炭素原子(C)、水素原子(H)等の不純物を脱離させることができる。   Further, when the thin film forming process is performed by the ALD method, the processing temperature is controlled to be a temperature range in which the raw material gas is not self-decomposed. In this case, in the source gas supply step, the source gas is adsorbed on the wafer 3 without being thermally decomposed. During this time, since the wafer 3 is maintained at a predetermined temperature while rotating, the raw material can be uniformly adsorbed over the substrate surface. In the activation gas supply step, the raw material adsorbed on the wafer 3 reacts with the activation gas, whereby a thin film of about several atomic layers or less (about 10 mm or less) is formed on the wafer 3. During this time, since the wafer 3 is kept at a predetermined temperature while rotating, a uniform film can be formed over the substrate surface. At this time, impurities such as carbon atoms (C) and hydrogen atoms (H) mixed in the thin film can be desorbed by radical components contained in the activation gas.

上記処理炉に於いて、第2原料ガスに酸素原子(O)を含むガス、水素原子(H)を含むガスを用い、プラズマ着火用ガスとしてアルゴン(Ar)ガスを用いた場合の前記リモートプラズマユニット65での、第2原料ガス(酸化剤)の供給及びプラズマの発生状態について、図4、図5を参照して説明する。   In the above processing furnace, the remote plasma in the case where a gas containing oxygen atoms (O) and a gas containing hydrogen atoms (H) are used as the second source gas and argon (Ar) gas is used as the plasma ignition gas. The supply of the second source gas (oxidant) and the generation state of the plasma in the unit 65 will be described with reference to FIGS.

図4は、酸化剤をパルス状に供給し、アルゴンガスを連続的に供給し、プラズマを連続して発生させたものである。   FIG. 4 shows a case where plasma is continuously generated by supplying an oxidizer in a pulsed manner and continuously supplying an argon gas.

プラズマを発生させた状態で、前記リモートプラズマユニット65に酸素原子、水素原子を含む酸化剤を供給した場合、酸素(O)ラジカル、水酸基(OH)ラジカルが発生すると共に水(H2 O)も生じ、前記酸化剤の供給を停止した場合、前記リモートプラズマユニット65内、前記活性化ガス供給管81内に残留する場合がある。   When an oxidant containing oxygen atoms and hydrogen atoms is supplied to the remote plasma unit 65 with the plasma generated, oxygen (O) radicals and hydroxyl (OH) radicals are generated and water (H2 O) is also generated. When the supply of the oxidizing agent is stopped, it may remain in the remote plasma unit 65 and the activated gas supply pipe 81.

図4に示す実施の態様では、プラズマは連続的に発生させているので、発生した水の前記リモートプラズマユニット65内壁、前記活性化ガス供給管81内等への吸着は、プラズマによる活性な粒子により妨げられ、前記リモートプラズマユニット65内、前記活性化ガス供給管81内等に残留することなく排出される。   In the embodiment shown in FIG. 4, since plasma is continuously generated, the generated water is adsorbed on the inner wall of the remote plasma unit 65, the activated gas supply pipe 81, and the like. And is discharged without remaining in the remote plasma unit 65, the activated gas supply pipe 81, or the like.

図5に示す実施の態様では、プラズマをパルス的に発生させたものである。プラズマをパルス的に発生させる場合は、酸化剤の供給後、所定時間Qだけプラズマの発生を継続させる。プラズマの発生を継続させることで、プラズマによる加熱が維持され、発生した水の前記リモートプラズマユニット65内壁、前記活性化ガス供給管81内壁等への吸着はプラズマによる活性な粒子により妨げられ、前記リモートプラズマユニット65内、前記活性化ガス供給管81内等に残留することなく排出される。   In the embodiment shown in FIG. 5, plasma is generated in a pulse manner. When the plasma is generated in a pulsed manner, the plasma generation is continued for a predetermined time Q after the oxidant is supplied. By continuing the generation of the plasma, the heating by the plasma is maintained, and the adsorption of the generated water to the inner wall of the remote plasma unit 65, the inner wall of the activated gas supply pipe 81, etc. is hindered by the active particles by the plasma, It is discharged without remaining in the remote plasma unit 65, the activated gas supply pipe 81 or the like.

所定時間Qの値については、基板処理装置の構成によって異なるので、水が残留しない値については、実験或は実際に稼働する等して予め求めておく。   Since the value of the predetermined time Q varies depending on the configuration of the substrate processing apparatus, the value at which water does not remain is obtained in advance by experimentation or actual operation.

本発明に於いては、酸化剤をパルス状に供給する酸化剤供給工程に続き、プラズマの発生を維持する工程(水分除去工程、図4、図5中のQ)を設けることで、前記リモートプラズマユニット65、前記活性化ガス供給管81等の配管中に水分が残留することを防止する。   In the present invention, following the oxidant supply step of supplying the oxidant in a pulsed manner, a step of maintaining the generation of plasma (moisture removal step, Q in FIGS. 4 and 5) is provided, so that the remote Water is prevented from remaining in the piping such as the plasma unit 65 and the activated gas supply pipe 81.

前記リモートプラズマユニット65、前記活性化ガス供給管81等の配管中に水分が残留しないことで、プラズマの発生を確実にすることができ、発生の失敗の確率を格段に低下させることができる。   Since moisture does not remain in the remote plasma unit 65, the activated gas supply pipe 81, and the like, the generation of plasma can be ensured, and the probability of the generation failure can be significantly reduced.

又、水分の残留を防止する為、配管を加熱したり、或は前記リモートプラズマユニット65への供給ガスを熱交換器等により昇温させることも効果がある。又、酸素を含むガスと、水素を含むガスの供給位置を変えることで、例えば酸素を含むガスについては、前記リモートプラズマユニット65の上流から供給し、水素を含むガスについては該リモートプラズマユニット65の下流から供給し、酸素、水素が個別に励起される様に、水の発生を抑制する様にしてもよい。尚、励起効率を考慮すると、酸素、水素の混合ガスを前記リモートプラズマユニット65に供給して励起した方が好ましい。   In order to prevent moisture from remaining, it is also effective to heat the piping or to raise the temperature of the supply gas to the remote plasma unit 65 with a heat exchanger or the like. Further, by changing the supply position of the gas containing oxygen and the gas containing hydrogen, for example, the gas containing oxygen is supplied from the upstream of the remote plasma unit 65, and the gas containing hydrogen is supplied from the remote plasma unit 65. The generation of water may be suppressed so that oxygen and hydrogen are separately excited. In consideration of excitation efficiency, it is preferable to supply the remote plasma unit 65 with a mixed gas of oxygen and hydrogen for excitation.

尚、リモートプラズマユニット65を用いてCVD処理を実施する場合、ハフニウムシリケートの成膜に限らず、酸化剤として、酸素を含むガスと水素を含むガスを用いる場合に広く適用が可能である。   In the case where the CVD process is performed using the remote plasma unit 65, the present invention can be widely applied not only to the formation of hafnium silicate but also to the case where a gas containing oxygen and a gas containing hydrogen are used as the oxidizing agent.

本発明によれば、酸素を含むガスと水素を含むガスを用いCVD処理を実施する場合に、安定して成膜処理が行える。   According to the present invention, when a CVD process is performed using a gas containing oxygen and a gas containing hydrogen, film formation can be performed stably.

尚、本実施の形態の処理炉にて、CVD法により、基板を処理する際の処理条件としては、例えばHfSiO膜を成膜する場合、処理温度350〜500℃、処理圧力50〜300Pa、第1原料Hf−MMPとSi−MMPとの混合液、供給流量0.05g/min〜0.4g/min、第2原料H2 +O2 、供給流量H2 +O2 の合計流量、10〜500sccmが例示される。   In the processing furnace of the present embodiment, the processing conditions for processing the substrate by the CVD method are, for example, when a HfSiO film is formed, a processing temperature of 350 to 500 ° C., a processing pressure of 50 to 300 Pa, Examples include a mixed solution of 1 raw material Hf-MMP and Si-MMP, supply flow rate 0.05 g / min to 0.4 g / min, total flow rate of second raw material H2 + O2 and supply flow rate H2 + O2, 10 to 500 sccm.

又、本実施の形態の処理炉にて、ALD法により、基板を処理する際の処理条件としては、例えばHfSiO膜を成膜する場合、処理温度200〜350℃、処理圧力50〜300Pa、第1原料Hf−MMPとSi−MMPとの混合液、供給流量0.05g/min〜0.4g/min、第2原料H2 +O2 、供給流量H2 +O2 の合計流量、10〜500sccmが例示される。   In addition, as a processing condition for processing a substrate by the ALD method in the processing furnace of the present embodiment, for example, when a HfSiO film is formed, a processing temperature of 200 to 350 ° C., a processing pressure of 50 to 300 Pa, Examples include a mixed solution of 1 raw material Hf-MMP and Si-MMP, supply flow rate 0.05 g / min to 0.4 g / min, total flow rate of second raw material H2 + O2 and supply flow rate H2 + O2, 10 to 500 sccm.

(付記)
尚、本発明は以下の実施の態様を含む。
(Appendix)
The present invention includes the following embodiments.

(付記1)基板に対して原料ガスを供給する工程と、プラズマを発生させた状態のプラズマユニットに酸素原子を含むガスと水素原子を含むガスとを供給して活性化し、活性化したガスを基板に対して供給する工程と、前記プラズマユニットヘの酸素原子を含むガスと水素原子を含むガスの供給を停止した状態で、前記プラズマユニットにてプラズマを発生させた状態を維持する工程とを有し、これらの工程を複数回繰返すことで基板上に膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。   (Supplementary note 1) Supplying a raw material gas to the substrate, supplying a gas containing oxygen atoms and a gas containing hydrogen atoms to a plasma unit in a plasma-generated state, and activating the activated gas Supplying to the substrate, and maintaining the state in which plasma is generated in the plasma unit in a state where supply of the gas containing oxygen atoms and the gas containing hydrogen atoms to the plasma unit is stopped. And forming a film on the substrate by repeating these steps a plurality of times.

(付記2)前記プラズマユニットにてプラズマを発生させた状態を維持する工程では、前記プラズマユニットに於いて酸素原子を含むガスと水素原子を含むガスとを活性化する際に生じる水分の除去を行う付記1の半導体装置の製造方法。   (Appendix 2) In the step of maintaining the state in which the plasma is generated in the plasma unit, the removal of moisture generated when the gas containing oxygen atoms and the gas containing hydrogen atoms are activated in the plasma unit. The manufacturing method of the semiconductor device of the additional note 1 performed.

(付記3)前記プラズマユニットにてプラズマを発生させた状態を維持する工程では、不活性ガスのプラズマにより、前記プラズマユニットに於いて酸素原子を含むガスと水素原子を含むガスとを活性化する際に生じる水分の除去を行う付記1の半導体装置の製造方法。   (Supplementary Note 3) In the step of maintaining the state where the plasma is generated in the plasma unit, the gas containing oxygen atoms and the gas containing hydrogen atoms are activated in the plasma unit by the plasma of the inert gas. The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, wherein moisture generated during the removal is removed.

(付記4)前記酸素原子を含むガスとは、O2 、N2 O、NOからなる群から選択される少なくとも1つのガスであり、前記水素原子を含むガスとはH2 、NH3 からなる群から選択される少なくとも1つのガスである付記1の半導体装置の製造方法。   (Supplementary Note 4) The gas containing oxygen atoms is at least one gas selected from the group consisting of O2, N2 O and NO, and the gas containing hydrogen atoms is selected from the group consisting of H2 and NH3. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, wherein the semiconductor device is at least one gas.

(付記5)前記原料ガスとは、Hfを含む液体原料及びSiを含む液体原料を気化したガスであり、形成する膜はハフニウムシリケート膜である付記1の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 5) The said source gas is the gas which vaporized the liquid raw material containing Hf, and the liquid raw material containing Si, The film | membrane to form is a manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 1 which is a hafnium silicate film | membrane.

(付記6)Hfを含む液体原料とは、Hf[OC(CH3 )3 ]4 (Hf−OtBu)、Hf[OC(CH3 )2 CH2 OCH3 ]4 (Hf−MMP)であり、Siを含む液体原料とはSi[OC(CH3 )2 CH2 OCH3 ]4 (Si―MMP)、Si(OC2 H5 )4 (TEOS)である付記5の半導体装置の製造方法。 (Supplementary Note 6) The liquid raw material containing Hf is Hf [OC (CH3) 3] 4 (Hf-OtBu), Hf [OC (CH3) 2 CH2 OCH3] 4 (Hf-MMP), and a liquid containing Si The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 5, wherein the raw material is Si [OC (CH3) 2 CH2 OCH3] 4 (Si-MMP), Si (OC2 H5) 4 (TEOS).

(付記7)基板に対して原料ガスを供給する工程及び基板に対して活性化したガスを供給する工程の各工程の後に、基板に対して供給した各ガスを取除く工程を有し、前記プラズマユニットにてプラズマを発生させた状態を維持する工程は、基板に対して供給した各ガスを取除く工程と並行して行う付記1の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 7) It has the process of removing each gas supplied with respect to a board | substrate after each process of the process of supplying source gas with respect to a board | substrate, and the process of supplying the activated gas with respect to a board | substrate, The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, wherein the step of maintaining the state in which the plasma is generated in the plasma unit is performed in parallel with the step of removing each gas supplied to the substrate.

(付記8)基板を処理する処理室と、該処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給管と、ガスをプラズマにより活性化するプラズマユニットと、該プラズマユニットに酸素原子を含むガス、水素原子を含むガス、不活性ガスを供給する供給管と、プラズマにより活性化したガスを前記処理室内に供給する活性化ガス供給管と、前記処理室内を排気する排気管と、前記プラズマユニットヘの酸素原子を含むガスと水素原子を含むガスの供給を停止した状態で、前記プラズマユニットにてプラズマを発生させた状態を維持するコントローラとを有することを特徴とする基板処理装置。   (Appendix 8) A processing chamber for processing a substrate, a source gas supply pipe for supplying a source gas into the processing chamber, a plasma unit for activating the gas with plasma, a gas containing oxygen atoms in the plasma unit, hydrogen atoms A supply pipe for supplying an inert gas, an activated gas supply pipe for supplying a gas activated by plasma into the processing chamber, an exhaust pipe for exhausting the processing chamber, and oxygen to the plasma unit A substrate processing apparatus comprising: a controller that maintains a state in which plasma is generated in the plasma unit in a state where supply of a gas containing atoms and a gas containing hydrogen atoms is stopped.

本発明が実施される基板処理装置の平断面図である。1 is a plan sectional view of a substrate processing apparatus in which the present invention is implemented. 該基板処理装置の側断面図である。It is a sectional side view of this substrate processing apparatus. 該基板処理装置の処理炉を示す概略図である。It is the schematic which shows the processing furnace of this substrate processing apparatus. 本発明の実施の形態に係る第1の処理態様を示すグラフである。It is a graph which shows the 1st processing mode concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る第2の処理態様を示すグラフである。It is a graph which shows the 2nd processing mode concerning an embodiment of the invention.

符号の説明Explanation of symbols

3 ウェーハ
4 第1ウェーハ移載機
28 第1処理炉
29 第2処理炉
41 処理容器
43 支持台
51 シャワーヘッド
54 第1原料供給源
56 液体流量コントローラ
57 気化器
61 不活性ガス供給源
63 ガス流量コントローラ
65 リモートプラズマユニット
67 第2原料供給源
68 プラズマ着火用ガス供給源
69 クリーニングガス供給源
74 ガス流量コントローラ
75 ガス流量コントローラ
76 ガス流量コントローラ
85 真空ポンプ
86 圧力コントローラ
87 原料回収トラップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Wafer 4 1st wafer transfer machine 28 1st processing furnace 29 2nd processing furnace 41 Processing container 43 Support stand 51 Shower head 54 1st raw material supply source 56 Liquid flow controller 57 Vaporizer 61 Inert gas supply source 63 Gas flow rate Controller 65 Remote plasma unit 67 Second raw material supply source 68 Plasma ignition gas supply source 69 Cleaning gas supply source 74 Gas flow controller 75 Gas flow controller 76 Gas flow controller 85 Vacuum pump 86 Pressure controller 87 Raw material recovery trap

Claims (1)

基板に対して原料ガスを供給する工程と、プラズマを発生させた状態のプラズマユニットに酸素原子を含むガスと水素原子を含むガスとを供給して活性化し、活性化したガスを基板に対して供給する工程と、前記プラズマユニットヘの酸素原子を含むガスと水素原子を含むガスの供給を停止した状態で、前記プラズマユニットにてプラズマを発生させた状態を維持する工程とを有し、これらの工程を複数回繰返すことで基板上に膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。   A step of supplying a source gas to the substrate, and a plasma unit in a state where plasma is generated are activated by supplying a gas containing oxygen atoms and a gas containing hydrogen atoms, and the activated gas is supplied to the substrate. And a step of maintaining a state in which plasma is generated in the plasma unit in a state where supply of a gas containing oxygen atoms and a gas containing hydrogen atoms to the plasma unit is stopped. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a film is formed on a substrate by repeating the step of a plurality of times.
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