JP2010080737A - 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板処理装置は、ウエハ200を処理する処理室201と、処理室201内に金属含有原料ガスを供給する原料ガス供給ライン10と、処理室201内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給ライン30と、処理室201内を加熱するヒータ206と、所定の処理温度に設定された処理室201内に金属含有原料ガスを供給してウエハ200上に所定膜厚の金属膜を形成し、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された処理室201内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理し、これを1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成するように、ヒータ206、原料ガス供給ライン10及び水素含有ガス供給ライン30を制御するコントローラ280と、を有する。
【選択図】図1
Description
従って、本発明の主な目的は、金属膜中の不純物が少ない高品質な金属膜を形成可能な半導体装置の製造方法及び基板処理装置を提供することにある。
処理室内に基板を搬入する工程と、
所定の処理温度に設定された前記処理室内に金属含有原料ガスを供給して基板上に所定膜厚の金属膜を形成する工程と、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された前記処理室内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理する工程とを、1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理室内から搬出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に金属含有原料ガスを供給する金属含有原料ガス供給系と、
前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記処理室内を加熱するヒータと、
所定の処理温度に設定された前記処理室内に金属含有原料ガスを供給して基板上に所定膜厚の金属膜を形成し、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された前記処理室内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理し、これを1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成するように、前記ヒータ、前記金属含有原料ガス供給系及び前記水素含有ガス供給系を制御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が提供される。
まず、本実施例にかかる基板処理装置の構成について、図1,図2を参照しながら説明する。
図1,図2に示すとおり、本実施例にかかる基板処理装置は、処理容器202を備えている。処理容器202は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器202は、例えばアルミニウム(Al)やステンレス(SUS)など金属材料により構成されている。処理容器202内には、基板としてのウエハ200を処理する処理室201が構成されている。
処理室201の内壁側面には、処理室201の内外にウエハ200を搬送するためのウエハ搬送口250が設けられている。ウエハ搬送口250にはゲートバルブ251が設けられており、ゲートバルブ251を開けることにより、処理室201内と搬送室(予備室)271内とが連通するように構成されている。搬送室271は密閉容器272内に形成されており、搬送室271内にはウエハ200を搬送する搬送ロボット273が設けられている。搬送ロボット273には、ウエハ200を搬送する際にウエハ200を支持する搬送アーム273aが備えられている。支持台203をウエハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ251を開くことにより、搬送ロボット273により処理室201内と搬送室271内との間でウエハ200を搬送することが可能なように構成されている。処理室201内に搬送されたウエハ200は、上述したようにリフトピン208b上に一時的に載置される。
処理室201の内壁側面であって、ウエハ搬送口250の反対側には、処理室201内の雰囲気を排気する排気口260が設けられている。排気口260には排気管261が接続されており、排気管261には、処理室201内を所定の圧力に制御するAPC(Auto Pressure Controller)等の圧力調整器262、原料回収トラップ263、及び真空ポンプ264が順に直列に接続されている。主に、排気口260、排気管261、圧力調整器262、原料回収トラップ263、真空ポンプ264により排気系(排気ライン)が構成される。
処理室201の上部に設けられる後述のシャワーヘッド240の上面(天井壁)には、処理室201内に各種ガスを供給するためのガス導入口210が設けられている。なお、ガス導入口210に接続されるガス供給系の構成については後述する。
ガス導入口210と、ウエハ処理位置におけるウエハ200との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド240が設けられている。シャワーヘッド240は、ガス導入口210から導入されるガスを分散させるための分散板240aと、分散板240aを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台203上のウエハ200の表面に供給するためのシャワー板240bと、を備えている。分散板240aおよびシャワー板240bには、複数の通気孔が設けられている。分散板240aは、シャワーヘッド240の上面及びシャワー板240bと対向するように配置されており、シャワー板240bは、支持台203上のウエハ200と対向するように配置されている。
処理室201の内壁側面には、段差部201aが設けられている。そして、この段差部201aは、コンダクタンスプレート204をウエハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート204は、内周部にウエハ200を収容する穴が設けられた1枚のドーナツ状(リング状)をした円板として構成されている。コンダクタンスプレート204の外周部には、所定間隔を開けて周方向に配列された複数の排出口204aが設けられている。排出口204aは、コンダクタンスプレート204の外周部がコンダクタンスプレート204の内周部を支えることができるよう、不連続に形成される。
ガス導入口210には原料ガス供給ライン10が接続されている。原料ガス供給ライン10には開閉バルブ12、気化器(VAP)14、液体流量コントローラ(LMFC)16が設けられおり、その基端に原料供給源18が設けられている。原料供給源18は金属含有原料の供給源であり、本実施例では当該金属含有原料としてDER(2,4−ジメチルペンタジエニルエチルシクロペンタジエニルルテニウム,Ru(C2H5C5H4)((CH3)C5H5))が用いられる。
原料ガス供給ライン10にはベントライン50の一端が接続されている。ベントライン50には開閉バルブ52が設けられており、その他端が排気管261の真空ポンプ264より上流側に接続されている。不活性ガス供給ライン20にもベントライン60の一端が接続されている。ベントライン60には開閉バルブ62が設けられており、その他端が排気管261の真空ポンプ264より上流側に接続されている。反応ガス供給ライン40にもベントライン70の一端が接続されている。ベントライン70には開閉バルブ72が設けられており、その他端が排気管261の真空ポンプ264より上流側に接続されている。なお、反応ガス供給ライン40とベントライン60との間にはこれらラインを互いに接続する接続ライン80が設けられており、接続ライン80には開閉バルブ82が設けられている。
本実施例にかかる基板処理装置は、基板処理装置の各部の動作を制御するコントローラ280を有している。コントローラ280は、ゲートバルブ251、昇降機構207b、搬送ロボット273、ヒータ206、圧力調整器262、気化器14、真空ポンプ264、開閉バルブ12,22,32,42,52,62,72,82、液体流量コントローラ16、流量コントローラ24,34,44等の動作を制御する。
続いて、図1〜図3を参照しながら、本実施例にかかる半導体装置の製造工程の一工程として、主に、上述の基板処理装置を用いたALD(Atomic Layer Deposition)法により、ウエハ200上に金属膜を形成する基板処理工程について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、コントローラ280により制御される。
まず、昇降機構207bを作動させ、支持台203を、図2に示すウエハ搬送位置まで下降させる。そして、ゲートバルブ251を開き、処理室201と搬送室271とを連通させる。そして、搬送ロボット273により搬送室271内から処理室201内へ処理対象のウエハ200を搬送アーム273aで支持した状態で搬入する(S1)。処理室201内に搬入したウエハ200は、支持台203の上面から突出しているリフトピン208b上に一時的に載置される。搬送ロボット273の搬送アーム273aが処理室201内から搬送室271内へ戻ると、ゲートバルブ251が閉じられる。
続いて、圧力調整器262により、処理室201内の圧力が所定の処理圧力となるように制御する(S3)。また、ヒータ206に供給する電力を調整し、ウエハ200の表面温度が所定の処理温度となるように制御する(S4)。
成膜工程(S5)は主に、原料ガス供給工程(S5−1)、原料ガスパージ工程(S5−2)、反応ガス供給工程(S5−3)及び反応ガスパージ工程(S5−4)の4つの工程で構成されている。
続いて、水素含有ガス供給ライン30の開閉バルブ32を開けて、H2ガスを、流量コントローラ34で流量制御しながらガス導入口210からシャワーヘッド240に導入する。H2ガスはシャワーヘッド240を流通して処理室201内に供給され、その結果ウエハ200上に形成された所定膜厚のRu膜に対しH2ガスを用いた熱処理がなされる(S7)。余剰なH2ガスは、排気ダクト259を経由して排気口260から排気される。この状態で所定時間経過したら、開閉バルブ32を閉じてH2ガスの供給を停止するとともに、不活性ガス供給ライン20の開閉バルブ22を開けて処理室201内をパージする。
その後、上述した基板搬入工程(S1)、基板載置工程(S2)に示した手順とは逆の手順により、目標膜厚のRu膜を形成した後のウエハ200を処理室201内から搬送室271内へ搬出して、本実施例にかかる基板処理工程を完了する。
図4は、横軸がRu膜の成膜と水素処理とを1サイクルとした場合のサイクル数を示しており、縦軸が抵抗率を示している。
図5は、横軸がRu膜の成膜と水素処理とを1サイクルとした場合の1サイクル当たりに形成されるRu膜の膜厚を示しており、縦軸が抵抗率を示している。
なお、図4,図5は同一の実験結果を示すものであり、横軸だけを変えたものである。また、実験では、Ru膜の成膜工程と水素処理工程とのそれぞれの処理条件を上述の処理条件の範囲内の値に設定し、Ru膜の成膜工程と水素処理工程とを1サイクルとした場合のサイクル数と、1サイクル当たりに形成するRu膜の膜厚を変えて成膜を行った。
反応ガスとしては、H2O,NO,N2Oが使用可能である。
金属膜としては、Si,Al,Ti,Ni,Sr,Y,Zr,Nb,Nb,Ru,Sn,Ba,La,Hf,W,Re,Ir,Pt,W,Pb,Biのうち少なくともいずれかの金属を含むものが形成可能である。
水素含有ガスとしては、H2,H2O,H2O2,NH3,N2H6等のガスのいずれかや、これらガスのいずれかを活性化手段により活性化させることにより生成可能なラジカル種又はイオン種が使用可能である。
処理室内に基板を搬入する工程と、
所定の処理温度に設定された前記処理室内に金属含有原料ガスを供給して基板上に所定膜厚の金属膜を形成する工程と、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された前記処理室内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理する工程とを、1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理室内から搬出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
処理室内に基板を搬入する工程と、
所定の処理温度に設定された前記処理室内に金属含有原料ガスと反応ガスとを交互に又は同時に供給して基板上に所定膜厚の金属膜を形成する工程と、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された前記処理室内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理する工程とを、1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理室内から搬出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に金属含有原料ガスを供給する金属含有原料ガス供給系と、
前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記処理室内を加熱するヒータと、
所定の処理温度に設定された前記処理室内に金属含有原料ガスを供給して基板上に所定膜厚の金属膜を形成し、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された前記処理室内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理し、これを1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成するように、前記ヒータ、前記金属含有原料ガス供給系及び前記水素含有ガス供給系を制御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が提供される。
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に金属含有原料ガスを供給する金属含有原料ガス供給系と、
前記処理室内に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記処理室内を加熱するヒータと、
所定の処理温度に設定された前記処理室内に金属含有原料ガスと反応ガスとを交互に又は同時に供給して基板上に所定膜厚の金属膜を形成し、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された前記処理室内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理し、これを1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成するように、前記ヒータ、前記金属含有原料ガス供給系及び前記水素含有ガス供給系を制御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が提供される。
好ましくは、前記1サイクルで形成する前記金属膜の膜厚が0.03nm以上6nm以下である。
好ましくは、前記1サイクルで形成する前記金属膜の膜厚が0.05nm以上2nm以下である。
好ましくは、前記所定膜厚の金属膜を形成する工程と前記金属膜を熱処理する工程とで、前記処理室内の温度および圧力を同一の処理温度および処理圧力に設定する。
好ましくは、前記金属膜がルテニウム膜であり、前記水素含有ガスが水素ガスである。
30 水素含有ガス供給ライン
200 ウエハ
201 処理室
206 ヒータ
280 コントローラ
Claims (2)
- 処理室内に基板を搬入する工程と、
所定の処理温度に設定された前記処理室内に金属含有原料ガスを供給して基板上に所定膜厚の金属膜を形成する工程と、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された前記処理室内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理する工程とを、1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理室内から搬出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 基板を処理する処理室と、
前記処理室内に金属含有原料ガスを供給する金属含有原料ガス供給系と、
前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記処理室内を加熱するヒータと、
所定の処理温度に設定された前記処理室内に金属含有原料ガスを供給して基板上に所定膜厚の金属膜を形成し、前記所定の処理温度と同一の処理温度に設定された前記処理室内に水素含有ガスを供給することにより前記金属膜を熱処理し、これを1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことにより目標膜厚の金属膜を形成するように、前記ヒータ、前記金属含有原料ガス供給系及び前記水素含有ガス供給系を制御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。
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