JP2011009752A - Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、第1の原料ガスと第2の原料ガスとを交互に供給することにより基板上に薄膜を形成する基板処理装置に関するものである。 The present invention relates to a substrate processing apparatus for forming a thin film on a substrate by alternately supplying a first source gas and a second source gas.
図3に、半導体デバイスであるMOSFET構造を示す。基板10上に成長したエピタキシャル層11に素子分離層12を設けることにより区画形成したトランジスタ領域に埋込み層13を設け、その上に歪チャンネル層17が形成される。歪チャンネル層17には、ソース領域(n+領域)15及びドレイン領域(n+領域)16、及びソース領域15とドレイン領域16とに挟まれたゲート領域を形成する。ゲート領域の上にゲート絶縁膜18、ゲート電極19、ゲート電極20が積層され、その外側がオフセットスペーサ21を介してスペーサ22で覆われている(これらの部分をゲート部という)。ソース領域15上にはコンタクト23を介してコンタクトプラグ(W)24及びメタル配線層(Cu)25が設けられる。ドレイン領域16上にもコンタクト26を介してコンタクトプラグ27及びメタル配線層28が設けられる。なお、符号30は層間絶縁膜である。
FIG. 3 shows a MOSFET structure which is a semiconductor device. A buried
上述したMOSFETは微細化により、ゲート絶縁膜18、あるいはゲート部のオフセットスペーサ21及びスペーサ22(以下、スペーサ部分という)の薄膜化や、成膜時の低温化が進んでいる。ゲート絶縁膜やスペーサ部分は酸素を含む薄膜で構成される。例えば、ゲート絶縁膜は高誘電体膜(High−k膜)となるHfO2膜やZrO2膜で形成され、スペーサ部分はSiO2膜で形成されることが多い。
薄膜化及び低温化に対応するために、ゲート絶縁膜やスペーサ部分を原子層成長と呼ばれるALD(Atomic Layer Deposition)により成膜することが検討されている。ALDとは、複数種類、例えば2種類の原料を交互に供給し、原子層を1層ずつ増やして薄膜を成長させる成膜方法である。
As the above-described MOSFET is miniaturized, the
In order to cope with thinning and low temperature, it has been studied to form a gate insulating film and a spacer portion by ALD (Atomic Layer Deposition) called atomic layer growth. ALD is a film forming method in which a plurality of types, for example, two types of raw materials are alternately supplied, and a thin film is grown by increasing atomic layers one by one.
ALDは、原料供給サイクル内で各原料の供給が十分であれば基板表面の形状に関係無く原料供給のサイクル毎に一定した厚さの膜が形成され、膜の成長速度は時間ではなく、原料供給サイクルの数に比例するだけであって、原料供給量などの工程条件に敏感ではないため薄い膜の厚みを精密に制御することができる。 In ALD, if the supply of each raw material is sufficient in the raw material supply cycle, a film having a constant thickness is formed for each raw material supply cycle regardless of the shape of the substrate surface. Since it is only proportional to the number of supply cycles and is not sensitive to process conditions such as the amount of raw material supply, the thickness of the thin film can be precisely controlled.
ALDの特長は、
(1)非常に薄い膜の形成ができる。
(2)基板の面積が広くても均一した厚さの膜を形成することができ、300mmウェハにも適用できる。
(3)基板の凸凹に関係無く一定した厚さの膜形成ができるため段差被覆性に優れている。
(4)形成されている膜にはピンホールがない。
(5)粉末のような物質にも均一した厚さの膜を形成することができる。
The feature of ALD is
(1) A very thin film can be formed.
(2) A film having a uniform thickness can be formed even if the substrate has a large area, and can be applied to a 300 mm wafer.
(3) Since a film having a constant thickness can be formed regardless of the unevenness of the substrate, the step coverage is excellent.
(4) There is no pinhole in the formed film.
(5) A film having a uniform thickness can be formed on a substance such as powder.
このALDを用いて、酸素を含む薄膜を成膜する場合、2種類の原料ガスのうち一方の原料ガスに膜原料ガスを用い、他方の原料ガスに酸化性ガスを使用する。例えば、シリコン酸化膜(SiO2)を形成する場合は、シリコンを含むSi系ガスと酸化性ガスとの2種類のガスを用いて、原子層を1層ずつ増やして薄膜を成長させ、SiO2膜を成膜させる。なお、酸素を含む薄膜には、その他に、Al2O3、ZrO2、HfO2、Y2O3、La2O3等がある。 When a thin film containing oxygen is formed using this ALD, a film source gas is used for one of the two source gases, and an oxidizing gas is used for the other source gas. For example, when forming a silicon oxide film (SiO 2), using the two kinds of gases of Si-based gas and an oxidizing gas containing silicon, it is grown a thin film by increasing the atomic layer by one layer, SiO 2 A film is formed. Other examples of the thin film containing oxygen include Al 2 O 3 , ZrO 2 , HfO 2 , Y 2 O 3 , and La 2 O 3 .
上記酸化性ガスには、H2O(水)やO3(オゾン)が多く用いられ、一般的にはH2O(水)が良く使用される。H2O(水)は、直接、水分を直接供給する方法と、水分を直接供給しない方法の2種類がある。 As the oxidizing gas, H 2 O (water) and O 3 (ozone) are often used, and generally H 2 O (water) is often used. There are two types of H 2 O (water): a method of directly supplying moisture and a method of not supplying moisture directly.
ALDでは、専ら水分を直接供給するやり方が用いられるが、この場合、水分の純度が低く、形成される薄膜の品質に問題があり、良質な膜生成が困難であった。なお、水分を直接供給しない場合は、水分発生器が必要となりコスト高となってしまう。さらに、O3を用いる場合も、オゾン発生器が大掛かりになるという問題点があった。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、酸素を含む高品質な膜形成が可能で、水分発生器やオゾン発生器を必要とせず、低コスト化を実現することが可能な基板処理装置を提供することにある。
In ALD, a method of directly supplying moisture is used, but in this case, the purity of the moisture is low, there is a problem in the quality of the thin film to be formed, and it is difficult to produce a good film. In the case where moisture is not directly supplied, a moisture generator is required and the cost is increased. Further, when O 3 is used, there is a problem that the ozone generator becomes large.
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to form a high-quality film containing oxygen, to realize a low cost without requiring a moisture generator or an ozone generator. An object of the present invention is to provide a possible substrate processing apparatus.
第1の発明は、基板を収容する処理室と、前記基板および処理室内を加熱する加熱手段と、前記第1の原料ガスを前記処理室へ供給する第1のガス供給手段と、前記第1の原料ガスとは異なるO含有ガスとH含有ガスとを含む第2の原料ガスを前記処理室へ供給する第2のガス供給手段と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段と、処理室内の基板に対して第1の原料ガスと前記第2の原料ガスとを互いに混合することなく交互に供給するよう制御する制御手段とを備えて、前記処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給して第1の原料を基板上に吸着させ、第2の原料ガスを供給してOラジカルとOHラジカルを発生させ、前記ラジカルにより、前記第1の原料が吸着した基板表面で表面反応を行わせ、基板上に酸化膜を形成するようにしたことを特徴とする基板処理装置である。
制御手段により処理室内に交互に供給する第1の原料ガスと第2の原料ガスのうち、第2の原料ガスにO含有ガス(酸化性ガス)とH含有ガス(還元性ガス)とを含むガスを用いて、処理室内でOラジカルとOHラジカルを発生させ、第1の原料が吸着した基板表面で表面反応を行わせるようにしたので、簡単な構造でありながら、水分を酸化性ガスとして使用するときのような純度の悪化を解決し、また水分発生器やオゾン発生器を必要とせず、低コスト化を実現することができる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a processing chamber that accommodates a substrate, a heating unit that heats the substrate and the processing chamber, a first gas supply unit that supplies the first source gas to the processing chamber, and the first A second gas supply means for supplying a second source gas containing an O-containing gas and an H-containing gas different from the source gas to the processing chamber, an exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing chamber, and a processing chamber Control means for controlling the first source gas and the second source gas to be alternately supplied to the substrate without being mixed with each other, and the first source material for the substrate in the processing chamber A gas is supplied to adsorb the first raw material on the substrate, a second raw material gas is supplied to generate O radicals and OH radicals, and the radicals cause a surface on the surface of the substrate on which the first raw material is adsorbed. Let the reaction occur and form an oxide film on the substrate A substrate processing apparatus, characterized in that had Unishi.
Of the first source gas and the second source gas supplied alternately into the processing chamber by the control means, the second source gas includes an O-containing gas (oxidizing gas) and an H-containing gas (reducing gas). Since gas is used to generate O radicals and OH radicals in the processing chamber and the surface reaction is performed on the substrate surface on which the first raw material is adsorbed, moisture is used as an oxidizing gas while having a simple structure. It is possible to solve the deterioration of purity as in use, and to reduce the cost without requiring a moisture generator or an ozone generator.
第2の発明は、処理室内の基板に対して第1の原料ガスを供給して基板上に第1の原料を吸着させる工程と、その後処理室内のパージを行う工程と、前記パージ後、処理室内の基板上に吸着させた第1の原料に対して、前記第1の原料ガスとは異なるO含有ガスとH含有ガスとを含む第2の原料ガスを供給して、OラジカルとOHラジカルを発生させ、前記ラジカルにより、前記第1の原料が吸着した基板表面で表面反応を行わせ、基板上に酸化膜を形成する工程と、その後処理室内のパージを行う工程と、を複数回繰り返す半導体デバイスの製造方法である。
第2の原料ガスにO含有ガスとH含有ガスとを含むガスを用いて、処理室内でOラジカルとOHラジカルを発生させることにより、第1の原料が吸着した基板表面で表面反応を行わせるようにしたので、簡単な方法でありながら、水分を酸化性ガスとして使用するときのような純度の悪化を解決し、また水分発生器やオゾン発生器を必要とせず、低コスト化を実現することができる。
According to a second aspect of the present invention, a step of supplying a first source gas to a substrate in a processing chamber to adsorb the first source material on the substrate, a step of purging the processing chamber thereafter, a process after the purging, A second raw material gas containing an O-containing gas and an H-containing gas different from the first raw material gas is supplied to the first raw material adsorbed on the substrate in the room, and the O radical and the OH radical are supplied. And the surface reaction is performed on the surface of the substrate on which the first raw material is adsorbed by the radicals, and the step of forming an oxide film on the substrate and the step of purging the processing chamber thereafter are repeated a plurality of times. It is a manufacturing method of a semiconductor device.
Using a gas containing an O-containing gas and an H-containing gas as the second source gas, an O radical and an OH radical are generated in the processing chamber, so that a surface reaction is performed on the substrate surface on which the first source is adsorbed. As a result, it is a simple method, but it solves the deterioration of purity as when moisture is used as an oxidizing gas, and does not require a moisture generator or ozone generator, thus realizing cost reduction. be able to.
本発明によれば、酸素を含む高品質な膜形成が可能で、水分発生器やオゾン発生器を必要とせず、低コスト化を実現することができる。 According to the present invention, a high-quality film containing oxygen can be formed, and a cost reduction can be realized without requiring a moisture generator or an ozone generator.
以下に本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
図4、図5において本発明が適用される基板処理装置の一例である半導体製造装置についての概略を説明する。 4 and 5, an outline of a semiconductor manufacturing apparatus which is an example of a substrate processing apparatus to which the present invention is applied will be described.
筐体101内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット100の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ105が設けられ、該カセットステージ105の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ115が設けられ、該カセットエレベータ115には搬送手段としてのカセット移載機114が取りつけられている。又、前記カセットエレベータ115の後側には、前記カセット100の載置手段としてのカセット棚109が設けられると共に前記カセットステージ105の上方にも予備カセット棚110が設けられている。前記予備カセット棚110の上方にはクリーンユニット118が設けられクリーンエアを前記筐体101の内部を流通させるように構成されている。
A
前記筐体101の後部上方には、処理炉202が設けられ、該処理炉202の下方には基板としてのウェハ200を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート217を該処理炉202に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ121が設けられ、該ボートエレベータ121に取りつけられた昇降部材122の先端部には蓋体としてのシールキャップ219が取りつけられ該ボート217を垂直に支持している。前記ボートエレベータ121と前記カセット棚109との間には昇降手段としての移載エレベータ113が設けられ、該移載エレベータ113には搬送手段としてのウェハ移載機112が取りつけられている。又、前記ボートエレベータ121の横には、開閉機構を持ち前記処理炉202の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ116が設けられている。
A
前記ウェハ200が装填された前記カセット100は、図示しない外部搬送装置から前記カセットステージ105に該ウェハ200が上向き姿勢で搬入され、該ウェハ200が水平姿勢となるよう該カセットステージ105で90°回転させられる。更に、前記カセット100は、前記カセットエレベータ115の昇降動作、横行動作及び前記カセット移載機114の進退動作、回転動作の協働により前記カセットステージ105から前記カセット棚109又は前記予備カセット棚110に搬送される。
The
前記カセット棚109には前記ウェハ移載機112の搬送対象となる前記カセット100が収納される移載棚123があり、前記ウェハ200が移載に供される該カセット100は前記カセットエレベータ115、前記カセット移載機114により該移載棚123に移載される。
The
前記カセット100が前記移載棚123に移載されると、前記ウェハ移載機112の進退動作、回転動作及び前記移載エレベータ113の昇降動作の協働により該移載棚123から降下状態の前記ボート217に前記ウェハ200を移載する。
When the
前記ボート217に所定枚数の前記ウェハ200が移載されると前記ボートエレベータ121により該ボート217が前記処理炉202に挿入され、前記シールキャップ219
により前記処理炉202が気密に閉塞される。気密に閉塞された前記処理炉202内では前記ウェハ200が加熱されると共に処理ガスが該処理炉202内に供給され、前記ウェハ200に処理がなされる。
When a predetermined number of
As a result, the
前記ウェハ200への処理が完了すると、該ウェハ200は上記した作動の逆の手順により、前記ボート217から前記移載棚123の前記カセット100に移載され、該カセット100は前記カセット移載機114により該移載棚123から前記カセットステージ105に移載され、図示しない外部搬送装置により前記筐体101の外部に搬出される。尚、前記炉口シャッタ116は、前記ボート217が降下状態の際に前記処理炉202の下面を塞ぎ、外気が該処理炉202内に巻き込まれるのを防止している。
When the processing on the
前記カセット移載機114等の搬送動作は、搬送制御手段124により制御される。
The transport operation of the
次に図1を用いて、実施の形態による縦型ALD装置の処理炉202の概略について説明する。
加熱手段としてのヒータ207の内側に、ウェハ200を収容する処理室201を構成する反応管203が設けられる。反応管203は炉口フランジ205によって支持される。炉口フランジ205の下端開口はシールキャップ218により気密に閉塞され、シールキャップ218上にボート217が立設されて反応管203内に挿入される。ボート217にはバッチ処理される複数のウェハ200が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。前記ヒータ207は反応管203内のウェハ200を所定の温度に加熱する。
Next, the outline of the
A
反応管203に、第1及び第2の原料ガスを反応管203内に供給する供給手段としての2本のガス供給配管232a、232bが設けられる。第1の原料ガスを供給する第1のガス供給配管232aは、反応管203を支持する炉口フランジ205に接続されている。また、第2の原料ガスとは異なるO含有ガスとH含有ガスとを含む第1の原料ガスを供給する第2のガス供給配管232bは、反応管203の頂部に接続されている。炉口フランジ205の第1のガス供給配管232aとは反対側に、処理室201を排気する排気手段としての排気配管231が設けられ、排気配管231には真空ポンプ246が設けられ、処理室201内を真空排気するようになっている。
The
第1のガス供給配管232aは、反応管203内においてボート217に沿って立設されたノズル233に連結される。このノズル233には、多段に積載された多数枚の各ウェハ200と対向するように多数の出口穴248aがノズル軸方向に沿って設けられる。
The first
出口穴248aは、ガス上流のウェハ200からガス下流のウェハ200まで第2の原料ガスを均一に供給するために、ガス上流の出口穴径を小さくし、ガス下流の出口穴径を大きくすることによりコンダクタンスを変化させて、上流でも下流でも均等にガスが吹き出す構造とするとよい。
In order to uniformly supply the second source gas from the gas
また、上述した2種類の原料ガスの供給方法、及びウェハ200の成膜温度を制御する制御手段としてのコントローラ125が設けられる。コントローラ125は、2種類のガスを一種類ずつ交互に繰り返し流すように、第1のガス供給配管232a及び第2のガス供給配管232bに設けたバルブ(図示せず)を制御するガス供給制御手段と、ヒータ加熱によるウェハ温度が成膜温度となるようにヒータ207を制御する温度制御手段とを内部に有している。
Further, a
次に上述した縦型ALD装置の処理炉202を用いて成膜する方法を、図2を用いて説明する。膜はSiO2を形成する。第1の原料ガスにDCS(SiH2Cl2:ジクロルシラン)を用い、第2の原料ガスに酸素(O2:酸化性ガス)及び水素(H2:還元性ガ
ス)を用いる。
Next, a method for forming a film using the
成膜しようとするウェハ200をボート217に装填し、反応管203内(以下、単に炉内ともいう)に搬入する。次にウェハ上にSiO2膜の成膜を行なう。このときの炉内温度は、下地膜と密着性がよく界面の欠陥の少ない膜が形成される温度、例えば450〜600℃である。この成膜には、DCSとO2及びH2とを交互に流して1原子層ずつ膜を形成するALDを用いる。
A
まず第1のガス供給配管232aから処理室201内にDCSを供給しつつ排気配管231から排気する。DCSは上記炉内温度で反応する。このとき、炉内圧力は比較的低い圧力13Pa(0.1Torr)〜1333Pa(10Torr)に維持しつつ、DCSを10sccm〜300slm、0.1秒〜60秒間供給する。処理室201内に供給される原料ガスはDCSだけなので、DCSは気相反応を起こすことなく、ウェハ200上の下地膜と表面反応して、下地膜にSi原子が吸着する。
First, the exhaust gas is exhausted from the
Si原子を吸着させた後、例えば第1のガス供給配管232aから処理室201内をN2パージして第1のガス供給配管232a及び処理室201内の残留ガスを排気する。このときのパージN2ガス流量は10sccm〜100slm、パージ時間は0.1秒〜60秒間である。
After the Si atoms are adsorbed, for example, the inside of the
つぎに第2のガス供給配管232bから酸素及び水素を処理室210内に供給する。O2及びH2の供給により、後述するように酸素活性種O*を発生させ、この酸素活性種と下地膜上のSi原子とを表面反応させて、SiO2膜を成膜させる。
Next, oxygen and hydrogen are supplied into the processing chamber 210 from the second
H2とO2を使用すると、H2は、500〜600℃でO2と反応を開始する。このとき処理室内では下記反応が起こっていると考えられる。
H2+O2→H*+HO2
O2+H*→OH*+O*
H2+O*→H*+OH*
H2+OH*→H*+H2O
O*(酸素活性種)、OH*(水酸基活性種)
When H 2 and O 2 are used, H 2 initiates reaction with O 2 at 500-600 ° C. At this time, it is considered that the following reaction occurs in the processing chamber.
H 2 + O 2 → H * + HO 2
O 2 + H * → OH * + O *
H 2 + O * → H * + OH *
H 2 + OH * → H * + H 2 O
O * (oxygen active species), OH * (hydroxyl active species)
よって、O2及びH2の供給時の炉内温度は500℃以上とする。また、O*(酸素活性種)は炉内圧力が266Pa(2Torr)以下の低圧力下であると、活性種の寿命が伸びる。したがって、ウェハ面内、ウェハ面間の薄膜均一性向上のために、このときの炉内圧力は266Pa以下とする。
また、このとき流すH2流量は10sccm〜30slm、O2流量は10sccm〜30slm、H2/O2ガス供給時間は0.1〜60秒間である。
Therefore, the furnace temperature when supplying O 2 and H 2 is set to 500 ° C. or higher. O * (active oxygen species) extends the life of active species when the pressure in the furnace is a low pressure of 266 Pa (2 Torr) or less. Therefore, in order to improve the uniformity of the thin film within the wafer surface and between the wafer surfaces, the furnace pressure at this time is set to 266 Pa or less.
Further, the H 2 flow rate to flow at this time is 10 sccm to 30 slm, the O 2 flow rate is 10 sccm to 30 slm, and the H 2 / O 2 gas supply time is 0.1 to 60 seconds.
SiO2膜を形成させた後、処理室201内をN2パージして処理室201内の残留ガスを排気する。このときのパージN2ガス流量は10sccm〜100slm、パージ時間は0.1秒〜60秒間である。
After forming the SiO 2 film, the inside of the
上述したDCSと酸素及び水素とを交互に流す工程を1サイクルとする。このサイクルを繰り返すことにより、所定厚のSiO2膜が形成される。
これらのサイクル制御はコントローラ125によって行われる。
The above-described process of alternately flowing DCS, oxygen, and hydrogen is defined as one cycle. By repeating this cycle, a SiO 2 film having a predetermined thickness is formed.
These cycle controls are performed by the
上述したように、本実施の形態によれば、DCSを用いてALDによりSiO2膜を形成するために、Si原子とO2原子とを1層ずつ増やしてSiO2を堆積させる。この場合、減圧下の炉内にO2とH2を導入し、酸素活性種O*を発生させるようにしている。
したがって、純度の低い水分を用いる場合と比べて、高品質な酸素活性種が得られ、高品質な膜生成を実現でき、半導体素子の性能を向上でき生産性を高めることができる。また、炉内温度をH2がO2と反応を開始する500〜600℃としておけば、O2及びH2を処理室内に供給するだけで、酸素活性種O*を発生させることができるので、水分発生器もオゾン発生器も必要とせず、一般的に使用されるO2、H2といった容易に入手でき且つ安価なガスを使用するので、低コスト化を実現できる。
特に本実施の形態によるSiO2の成膜方法を、MOSFETのスペーサ部分に適用すれば、オフセットスペーサ及びスペーサの成膜の低温化、及びオフセットスペーサ及びスペーサの薄膜化を実現できる。
As described above, according to the present embodiment, in order to form a SiO 2 film by ALD using DCS, Si 2 and O 2 atoms are increased by one layer and SiO 2 is deposited. In this case, O 2 and H 2 are introduced into a furnace under reduced pressure to generate oxygen active species O * .
Therefore, compared with the case where moisture with low purity is used, high-quality oxygen active species can be obtained, high-quality film formation can be realized, semiconductor device performance can be improved, and productivity can be increased. Also, if the furnace temperature H 2 is the O 2 and the start 500 to 600 ° C. The reaction, only supplies the O 2 and H 2 into the processing chamber, it is possible to generate oxygen active species O * Further, since neither a moisture generator nor an ozone generator is required, and a gas that is easily available and inexpensive such as generally used O 2 and H 2 is used, cost reduction can be realized.
In particular, if the SiO 2 film forming method according to the present embodiment is applied to the spacer portion of the MOSFET, it is possible to realize a low temperature of the film formation of the offset spacer and the spacer and a thin film of the offset spacer and the spacer.
上述した実施の形態では、酸素を含む薄膜としてSiO2膜を形成する場合について説明した、本発明はこれに限定されない。例えば、HfO2やZrO2などについても上述した装置及び方法を用いて適用可能である。 In the above-described embodiment, the case where the SiO 2 film is formed as a thin film containing oxygen has been described, but the present invention is not limited to this. For example, HfO 2 and ZrO 2 can also be applied using the above-described apparatus and method.
ここに、HfO2、ZrO2の成膜条件を共通に例示すれば次の通りである。
炉内温度:450℃〜600℃(但し、O2/H2供給時の炉内温度:50℃〜600℃)
炉内圧力:13Pa(0.1Torr)〜1333Pa(10Torr)(但し、O2/H2供給時の炉内圧力は266Pa以下)
HfCl4/ZrCl4:10sccm〜300slm(昇華時のガス流量)
H2流量:10sccm〜30slm
O2流量:10sccm〜30slm
パージN2流量:10sccm〜100slm
また、1サイクル当り各ガスを流す時間は次の通りである。
HfCl4/ZrCl4:0.1秒〜500秒
パージガス(N2):0.1秒〜180秒
H2/O2:0.1秒〜180秒
パージガス(N2):0.1秒〜120秒
Here, the film forming conditions of HfO 2 and ZrO 2 are exemplified as follows.
Furnace temperature: 450 ° C. to 600 ° C. (however, furnace temperature when O 2 / H 2 is supplied: 50 ° C. to 600 ° C.)
Furnace pressure: 13 Pa (0.1 Torr) to 1333 Pa (10 Torr) (however, the furnace pressure when supplying O 2 / H 2 is 266 Pa or less)
HfCl 4 / ZrCl 4 : 10 sccm to 300 slm (gas flow rate during sublimation)
H 2 flow rate: 10sccm~30slm
O 2 flow rate: 10 sccm to 30 slm
Purge N 2 flow rate: 10 sccm to 100 slm
The time for each gas to flow per cycle is as follows.
HfCl 4 / ZrCl 4 : 0.1 seconds to 500 seconds Purge gas (N 2 ): 0.1 seconds to 180 seconds H 2 / O 2 : 0.1 seconds to 180 seconds Purge gas (N 2 ): 0.1 seconds to 120 seconds
このように酸化性ガスとしてO2及びH2を用いて酸素活性種O*を発生させ、これをウェハに吸着したHf原子やZr原子と表面反応させることにより、ウェハ上に高品質のHfO2やZrO2を堆積させることもできる。特に本実施の形態によるHfO2やZrO2の成膜方法を、MOSFETのゲート絶縁膜に適用すれば、ゲート絶縁膜の成膜の低温化、及びゲート絶縁膜の薄膜化を実現できる。 In this way, oxygen active species O * is generated using O 2 and H 2 as oxidizing gases, and this is surface-reacted with Hf atoms and Zr atoms adsorbed on the wafer, so that high-quality HfO 2 is formed on the wafer. Or ZrO 2 can be deposited. In particular, when the method for forming HfO 2 or ZrO 2 according to the present embodiment is applied to the gate insulating film of a MOSFET, the temperature of the gate insulating film can be lowered and the thickness of the gate insulating film can be reduced.
200 ウェハ(基板)
201 処理室
207 ヒータ(加熱手段)
232a 第1のガス供給配管(第1のガス供給手段)
232b 第2のガス供給配管(第2のガス供給手段)
231 排気配管(排気手段)
125 コントローラ(制御手段)
200 wafer (substrate)
201
232a First gas supply pipe (first gas supply means)
232b Second gas supply pipe (second gas supply means)
231 Exhaust piping (exhaust means)
125 controller (control means)
Claims (4)
前記反応管内に第1の原料ガスを供給する第1のガス供給手段と、
前記反応管内にO含有ガスとH含有ガスとを含む第2の原料ガスを供給する第2のガス供給手段と、
前記反応管内を排気する排気手段と、
前記第1のガス供給手段、前記第2のガス供給手段および前記排気手段を制御する制御手段と、を有し、
前記第1のガス供給手段は、前記反応管の下部に接続され、前記反応管内に前記第1の原料ガスを供給する第1のガス供給配管と、前記第1のガス供給配管と接続されて前記基板の積層方向に沿って前記反応管内に立設され、複数のガス供給口を有するガスノズルと、を備え、
前記第2のガス供給手段は、前記反応管の頂部に接続され、前記反応管内に前記第2の原料ガスを供給する第2のガス供給管を備え、
前記制御手段は、前記第1のガス供給手段、前記第2のガス供給手段および前記排気手段を制御して、前記第1の原料ガスと前記第2の原料ガスとを互いに混合することなく交互に供給して前記基板上に酸化膜を形成する
ことを特徴とする基板処理装置。 A reaction tube for laminating and accommodating a plurality of substrates;
First gas supply means for supplying a first source gas into the reaction tube;
A second gas supply means for supplying a second source gas containing an O-containing gas and an H-containing gas in the reaction tube;
An exhaust means for exhausting the reaction tube;
Control means for controlling the first gas supply means, the second gas supply means and the exhaust means,
The first gas supply means is connected to a lower portion of the reaction tube, and is connected to a first gas supply pipe for supplying the first source gas into the reaction tube and the first gas supply pipe. A gas nozzle standing in the reaction tube along the stacking direction of the substrate and having a plurality of gas supply ports,
The second gas supply means includes a second gas supply pipe connected to the top of the reaction tube and supplying the second source gas into the reaction tube,
The control means controls the first gas supply means, the second gas supply means, and the exhaust means so that the first source gas and the second source gas are alternately mixed without being mixed with each other. And an oxide film is formed on the substrate.
ことを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。 The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the exhaust unit includes a gas exhaust pipe that is connected to the lower side of the reaction tube and opposite to the first gas supply tube.
前記反応管内に残留する前記第1の原料ガスを排気する工程と、
前記反応管内の頂部からO含有ガスとH含有ガスとを含む第2の原料ガスを供給する工程と、
前記反応管内に残留する前記第2の原料ガスを排気する工程と、
を順に複数回行なうことで前記基板上に酸化膜を形成する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 Supplying a first source gas to a plurality of substrates stacked in a reaction tube from a plurality of gas supply ports that open to gas nozzles erected along the stacking direction of the substrates;
Exhausting the first source gas remaining in the reaction tube;
Supplying a second source gas containing an O-containing gas and an H-containing gas from the top in the reaction tube;
Exhausting the second source gas remaining in the reaction tube;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein an oxide film is formed on the substrate by sequentially performing a plurality of times.
前記酸化膜は、
反応管内に積層載置された複数の基板に、前記基板の積層方向に沿って立設されたガスノズルに開口する複数のガス供給口から第1の原料ガスを供給する工程と、
前記反応管内に残留する前記第1の原料ガスを排気する工程と、
前記反応管内の頂部からO含有ガスとH含有ガスとを含む第2の原料ガスを供給する工程と、
前記反応管内に残留する前記第2の原料ガスを排気する工程と、
を順に複数回行なうことで前記基板上に形成されている
ことを特徴とする半導体デバイス。 A semiconductor device having an oxide film,
The oxide film is
Supplying a first source gas to a plurality of substrates stacked in a reaction tube from a plurality of gas supply ports that open to gas nozzles erected along the stacking direction of the substrates;
Exhausting the first source gas remaining in the reaction tube;
Supplying a second source gas containing an O-containing gas and an H-containing gas from the top in the reaction tube;
Exhausting the second source gas remaining in the reaction tube;
The semiconductor device is formed on the substrate by sequentially performing a plurality of times.
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