JP2011058067A - 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】基板処理する際において、基板を収容した基板処理室内に、所定の元素を含む原料ガスを供給して、基板上に所定の元素を含む膜を形成する第1の工程と、基板処理室内に不活性ガスを供給して、基板処理室内に残留する原料ガスを除去する第2の工程と、基板処理室内に、前記所定の元素と反応する改質ガスを供給して、基板上に第1の工程により形成された所定の元素を含む膜を改質する第3の工程と、基板処理室内に不活性ガスを供給して、基板処理室内に残留する改質ガスを除去する第4の工程とを行う際に、第2の工程及び第4の工程の前に、基板処理室に接続されたガス溜め部に不活性ガスを充填する不活性ガス充填工程を行い、第2の工程及び第4の工程では、不活性ガス充填工程によりガス溜め部に充填された不活性ガスを基板処理室内に供給する。
【選択図】図1
Description
本発明の目的は、基板処理室内から余分な原料分子を、短時間で除去することができる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。
また、パージ用不活性ガスが、極めて短時間で基板処理室内へ供給されるので、不活性ガスを供給しつつ排気する従来のパージ方法よりも、基板処理室内の圧力が上昇し、基板表面に形成された溝や穴の奥まで、不活性ガス分子が到達して、溝部や穴部におけるパージ効果が高まる。物理的な吸着力は、膜表面に対する原料分子のファンデルワールス力に依存するので、基板処理室内の圧力をどの程度まで上昇させるかは、原料の種類、及び膜種により異なる。
具体的には、本発明の代表的な構成は、次のとおりである。
基板を収容した基板処理室内に、所定の元素を含む原料ガスを供給して、前記基板上に前記所定の元素を含む膜を形成する第1の工程と、
前記基板処理室内に不活性ガスを供給して、前記基板処理室内に残留する前記原料ガスを除去する第2の工程と、
前記基板処理室内に、前記所定の元素と反応する改質ガスを供給して、前記基板上に前記第1の工程により形成された所定の元素を含む膜を改質する第3の工程と、
前記基板処理室内に不活性ガスを供給して、前記基板処理室内に残留する前記改質ガスを除去する第4の工程と、
前記基板処理室に接続されたガス溜め部に不活性ガスを充填する不活性ガス充填工程とを備え、
前記第2の工程及び前記第4の工程の前に、前記不活性ガス充填工程を行い、
前記第2の工程及び前記第4の工程では、前記不活性ガス充填工程により前記ガス溜め部に充填された不活性ガスを、前記基板処理室内に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
本実施例において、本発明に係る基板処理装置は、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〜数原子層単位で吸着させ、表面反応により成膜を行う。
図1、図2および図6に示されているように、本実施例に係る基板処理装置100は、処理炉202を備えており、処理炉202は、石英製の反応管203を備えている。反応管203は、基板(本例ではウエハ200)を収容し、加熱処理する反応容器である。反応管203は、加熱部(本例では抵抗ヒータ207)の内側に設けられている。反応管203は、その下端開口をシールキャップ219により、気密部材(本例ではOリング220)を介して気密に閉塞される。
反応管203およびヒータ207の外側には、断熱部材208が設けられている。断熱部材208は、反応管203およびヒータ207の上方を覆うように設けられている。
ヒータ207、断熱部材208、反応管203およびシールキャップ219により、処理炉202が形成されている。また、反応管203、シールキャップ219、および反応管203内に形成されたバッファ室237により、基板処理室201が形成されている。シールキャップ219の上には、基板保持部材(ボート217)が、石英キャップ218を介して立設されている。石英キャップ218は、ボート217を保持する保持体である。ボート217は、処理炉202内に、処理炉202の下端開口から挿入される。ボート217には、バッチ処理される複数のウエハ200が、それぞれ水平姿勢で管軸方向(垂直方向)に多段に積載される。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。
処理炉202には、複数(少なくとも2本)のガス供給管232a、232bが設けられている。2本のガス供給管232a、232bにより、互いに反応しあう少なくとも2種類の処理ガス(原料ガス)が、独立して、交互に処理炉202に供給される。
第1のガス供給管232bは、第1のガス供給源240bから、流量制御装置であるMFC(マスフローコントローラ)241b、開閉バルブ(開閉弁)243b、およびガス供給室249(図2参照)を介して、第1の処理ガスを基板処理室201に供給する。
第2のガス供給管232aは、第2のガス供給源240aから、MFC241a、開閉バルブ243a、および反応管203内に形成されたバッファ室237を介して、第2の処理ガスを基板処理室201に供給する。
上記の第1のガス供給源240b、MFC241b、ガス供給管232b等から、第1の原料ガス供給部が構成される。また、第2のガス供給源240a、MFC241a、ガス供給管232a等から、第2の原料ガス供給部が構成される。
図1に示すように、第1のガス供給管232bの上流には、ガス供給管232fが接続されている。ガス供給管232fには、上流側から順に、第1の不活性ガス供給源240f、MFC241f、開閉バルブ243f、ガス溜め部245f、開閉バルブ243kが設けられている。ガス溜め部245fには、圧力センサ244fが設けられている。本例では、ガス溜め部245fの内径は、第1の不活性ガス供給源240fと開閉バルブ243fの間のガス供給管の内径、ガス溜め部245fと開閉バルブ243fの間のガス供給管の内径、ガス溜め部245fと開閉バルブ243kの間のガス供給管の内径、ガス供給管232fの内径、第1のガス供給管232bの内径のいずれよりも大きい。
第2のガス供給管232aの上流には、ガス供給管232eが接続されている。ガス供給管232eには、上流側から順に、第2の不活性ガス供給源240e、MFC241e、開閉バルブ243e、ガス溜め部245e、開閉バルブ243hが設けられている。ガス溜め部245eには、圧力センサ244eが設けられている。本例では、ガス溜め部245eの内径は、第2の不活性ガス供給源240eと開閉バルブ243eの間のガス供給管の内径、ガス溜め部245eと開閉バルブ243eの間のガス供給管の内径、ガス溜め部245eと開閉バルブ243hの間のガス供給管の内径、ガス供給管232eの内径、第2のガス供給管232aの内径のいずれよりも大きい。
なお、本実施例では、前記基板処理室201の容積と、前記ガス溜め部245fの容積との容積比、あるいは、前記基板処理室201の容積と、前記ガス溜め部245eの容積との容積比は、約200〜2000としている。
上記の第1の不活性ガス供給源240f、MFC241f、ガス供給管232b等から、あるいは、第2の不活性ガス供給源240e、MFC241e、ガス供給管232a等から、不活性ガス供給部が構成される。
図5においては、第1の不活性ガス供給源240fとは別に、不活性ガス供給源240nを設け、該不活性ガス供給源240nを、MFC241n、開閉バルブ243nを介して、第1のガス供給管232bに接続している。図5に示す例においても、図4に示す例と同様に、一方で、開閉バルブ243fを開き、開閉バルブ243kを閉じた状態で、ガス溜め部245fに不活性ガスを溜めつつ、他方で、開閉バルブ243nを開き、MFC241nで流量調整した不活性ガスを、第1のガス供給管232bに流し、基板処理室201へ供給することができる。
なお、上述したように本実施例では、ガス溜め部245f、245eの内径を、ガス供給管の内径よりも大きくしているが、ガス供給管の内径が十分大きい場合は、ガス溜めの内径をガス供給管の内径よりも大きくしなくてもよい。また、ガス溜め部は、第1のガス供給管232bや第2のガス供給管232aに接続せず、不活性ガス供給管232e、232fを直接、基板処理室201へ接続することもできる。
また、ガス溜め部は、複数設けるようにし、それぞれのガス溜め部から基板処理室201内へ不活性ガスを供給するようにしてもよい。あるいは、ガス溜め部は1つだけ設け、該ガス溜め部から基板処理室201内へ不活性ガスを供給するようにしてもよい。例えば、ガス溜め部245f、245eのうち、1つだけを設けるようにしてもよい。
第1のガス供給管232b及び第2のガス供給管232aには、クリーニングガス供給管232cが、それぞれ、開閉バルブ243cおよび開閉バルブ243dの下流側において接続されている。クリーニングガス供給管232cには、上流側から順に、第3のガス(クリーニングガス)供給源240c、MFC241c、開閉バルブ243c、又は開閉バルブ243dが設けられている。
ガス供給管232cは、第2のガス供給管232aおよび第1のガス供給管232bに接続されており、MFC241c、開閉バルブ243d、バッファ室237を介して、あるいは、MFC241c、開閉バルブ243c、ガス供給室249を介して、クリーニングガスを基板処理室201に供給する。
反応副生成物の付着を防ぐために、ガス供給管232a、232b、232cには、少なくとも120℃程度まで加熱可能な配管ヒータ(図示せず)が装着されている。
基板処理室201には、基板処理室201内のガスを排気するガス排気管231の一端が接続されている。ガス排気管231の他端は、真空ポンプ246(排気装置)にAPC(Auto Pressure Controller)バルブ243gを介して接続されている。ガス排気管231は、複数の排気管を直列につなぎ合わせて一つの排気管としており、つなぎ合わせた箇所にはOリング234が設けられている。基板処理室201内は、真空ポンプ246によって排気される。
なお、APCバルブ243gは、弁の開閉により基板処理室201の排気および排気停止を行なうことができる開閉弁であり、かつまた、弁開度の調節により圧力を調整することができる圧力調整弁である。
反応副生成物の付着を防ぐために、ガス排気管231には、少なくとも150℃以上に加熱可能なヒータ247(排気管加熱部)が装着されている。ヒータ247は、コントローラ321によって制御される。
上記のガス排気管231、APCバルブ243g、真空ポンプ246等から、排気部が構成される。
図2に示すように、反応管203の内壁には、第1の処理ガスを供給するガス供給室249が設けられている。ガス供給室249は、反応管203下部より上部に亘って、反応管203の内壁に沿って、垂直方向(ウエハ200の積載方向)に設けられており、ガス分散空間を形成している。ガス供給室249は、後述する第2の処理ガスを供給するバッファ室237とは、別の独立した構造である。ガス供給室249は、ALD法による成膜において、ウエハ200へ、複数種類の処理ガスを1種類ずつ交互に供給する際に、前記バッファ室237とガス供給種を分担して供給する。
ガス供給室249は、複数のガス供給孔248cを有する。後述するバッファ室237のガス供給孔248aと同様に、ガス供給孔248cは、ウエハと隣接する位置に垂直方向に同一ピッチで設けられ、第1の処理ガスを供給する。ガス供給室249の下部には、第1のガス供給管232bが接続されている。
ガス供給孔248cの開口面積は、後述するバッファ室237のガス供給孔248aと同様に、ガス供給室249と基板処理室201の差圧が小さい場合、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよい。しかし、差圧が大きい場合、ガス供給孔248cの開口面積を、上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。
図2に示すように、反応管203内壁には、第2の処理ガスを供給するバッファ室237が設けられている。バッファ室237は、反応管203下部より上部に亘って、反応管203の内壁に沿って、垂直方向(ウエハ200の積載方向)に設けられており、ガス分散空間を形成している。
図2に示すように、バッファ室237の内側壁部、すなわち、ウエハ200と隣接する側の壁の周方向における一端の近傍には、基板処理室201内にガスを供給するガス供給孔248aが設けられている。ガス供給孔248aは、ガス供給孔248cの位置から反応管203の内周を120度程度、時計回りに回った位置にある。ガス供給孔248aは、反応管203の中心(軸心)へ向けて開口している。ガス供給孔248aは、バッファ室237の下部から上部にかけ所定の長さ(所定長a)にわたって、垂直方向(ウエハ200の積載方向)に、それぞれ同一の開口面積を有し、同じ開口ピッチで設けられている。
複数のガス供給孔248bは、前記ガス供給孔248aの場合の所定の長さ(所定長a)と同じ長さにわたって、垂直方向(ウエハ200の積載方向)に沿って配設されている。複数のガス供給孔248bのそれぞれは、複数のガス供給孔248aと、1対1で対応している。
しかし、差圧が大きい場合、ガス供給孔248bの開口面積は、上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。
上流側から下流にかけて、ガス供給孔248bの開口面積や開口ピッチを調節することで、各ガス供給孔248bから噴出されるガスを、略同流量として噴出させることができる。各ガス供給孔248bから噴出するガスを、バッファ室237に噴出させて一旦導入し、ガスの流速差の均一化を行うことができる。
すなわち、バッファ室237において、各ガス供給孔248bより噴出したガスは、バッファ室237で各ガスの粒子速度が緩和された後、ガス供給孔248aより基板処理室201に噴出する。このようにして、各ガス供給孔248bより噴出したガスが、各ガス供給孔248aより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガス流とすることができる。
電極保護管275は、棒状電極269および棒状電極270を、バッファ室237内の雰囲気と隔離した状態で、バッファ室237に配置可能とするものである。電極保護管275の内部が外気(大気)と同一雰囲気であると、電極保護管275にそれぞれ挿入された棒状電極269および棒状電極270は、ヒータ207の加熱によって酸化されてしまう。そこで、電極保護管275の内部に、窒素等の不活性ガスを充填あるいは充填しつつ排出し、酸素濃度を充分低く抑えて、棒状電極269または棒状電極270の酸化を防止するための不活性ガス充填機構が設けられる。
図1に示すように、反応管203内の中央部にはボート217が載置されている。ボート217は、複数枚のウエハ200を多段に同一間隔で鉛直方向に収容する。ボート217は、図6に記載のボートエレベータ121により、反応管203に出入りできる。図6の説明は、後述する。
処理の均一性を向上するために、ボート217を回転するためのボート回転機構267が設けてある。ボート回転機構267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。
コントローラ321(制御部)は、MFC241a、241b、241c、241e、241f、開閉バルブ243a、243b、243c、243d、243e、243f、243h、243k、APCバルブ243g、圧力センサ244e、244f、244g、ヒータ207、真空ポンプ246、ボート回転機構267、ボートエレベータ121、高周波電源273、整合器272等に電気的に接続されている。
コントローラ321は、MFC241a、241b、241c、241e、241fの流量調整、開閉バルブ243a、243b、243c、243d、243e、243f、243h、243kの開閉動作、APCバルブ243gの開閉および圧力調整動作、ヒータ207の温度調節、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、ボートエレベータ121の昇降動作制御、高周波電極273の電力供給制御、整合器272によるインピーダンス制御等、基板処理装置100の各構成部の制御を行なう。
次に、ALD法により、処理ガスであるTiCl4(四塩化チタン)およびNH3 (アンモニア)ガスを用いてTiN膜を成膜する例について説明する。ALD法は、互いに反応しあう少なくとも2種類の処理ガスを、交互に処理室内に供給して、処理室内の基板表面に所望の膜を成膜する方法である。
まず、コントローラ321は、成膜しようとするウエハ200をボート217に装填し、ボート217を処理炉202に搬入する。搬入後、コントローラ321は、次のステップ(A)〜ステップ(F)を実行する。
ステップ(A)では、第1のガス供給管232bに設けた開閉バルブ243bおよびガス排気管231に設けたAPCバルブ243gを共に開けて、MFC241bにより流量調整されたTiCl4ガス(第1の処理ガス)を、ガス供給室249のガス供給孔248cから基板処理室201に供給しつつ、ガス排気管231から排気する。
TiCl4を流すときは、圧力センサ244gにより基板処理室201内の圧力値を検出してAPCバルブ243gを適正に調整し、基板処理室201内圧力を約20〜200Paとする。MFC241bで制御するTiCl4供給流量は、0.2〜0.8g/min である。TiCl4にウエハ200を晒す時間は、約2〜20秒間である。このときのヒータ207の温度は,ウエハが約200〜600℃になるよう設定している。TiCl4を流すことにより、ウエハ200の表面にTiCl4が化学結合する。また、ウエハ200の表面には、化学結合していないが物理的に吸着しているTiCl4も存在する。
そこで、有機金属材料により基板を処理している間は、ヒータ247を加熱し、Oリングに有機金属材料が付着しないようにする。例えばTiCl4は、150℃未満で付着しやすいので、ヒータ247は、ガス排気管231を150℃以上の温度に加熱する。
TiCl4の成膜が終了すると、開閉バルブ243bを閉じ、APCバルブ243gを開けたまま、基板処理室201を真空排気し、TiCl4の成膜が終了した後の残留ガスを排気する。このとき、基板処理室201内の圧力は、約10Pa以下とする。
ステップ(B)では、ガス溜め部245f下流の開閉バルブ243kを閉じ、ガス溜め部245f上流の開閉バルブ243fを開けて、不活性ガス源240fからガス溜め部245fへ不活性ガス(窒素ガス)を供給する。ガス溜め部245f内の圧力を、圧力センサ244fで検知し、所定の第1の圧力に到達すると、開閉バルブ243fを閉じ、ガス溜め部245fへの不活性ガスの供給を停止する。不活性ガスの供給を停止するときの前記所定の第1の圧力は、ガス溜め部245fの容積と基板処理室201の容積との関係や、ガス供給管232fやガス供給管232bの内径の大きさ等から決定される。その所定の第1の圧力は、後述するステップ(C)において、ガス溜め部245f内の不活性ガスを基板処理室201内に流したときに、流す前と比べて、基板処理室201内の圧力が、約10〜200Pa上昇する程度の圧力である。その所定の第1の圧力は、本実施例では、0.1〜2気圧である。
このように、ガス溜め部内の圧力を、圧力センサで検知し、所定の圧力に到達すると、ガス溜め部への不活性ガスの供給を停止するようにすると、ガス溜め部の容積を一定としたまま、容積の異なる種々の基板処理室に対応することができる。あるいは、ガス溜め部の容積を一定としたまま、前記基板処理室内に不活性ガスを供給した直後の前記基板処理室内の最適な圧力上昇値が異なる種々の成膜プロセスに対応することができる。
なお、ステップ(B)は、図3に示すように、前記ステップ(A)等の時間帯、すなわち、後述するステップ(C)以外の時間帯で行うことが、スループット向上のために好ましい。図3は、本発明の実施例に係る成膜シーケンスを示す図である。図3において、横軸は時間を表わし、縦軸は流量を模式的に表わす。図3において、311は前記ステップ(A)、312はステップ(B)、313は後述するステップ(C)、314は後述するステップ(D)、315は後述するステップ(E)、316は後述するステップ(F)を示す。図3においては、ステップ(B)は、前記ステップ(A)や後述するステップ(D)等と並行して行っている。しかし、スループットは低下するが、並行せずに行うことも可能である。
ステップ(C)では、前記ステップ(A)において基板処理室201の排気が完了した後、開閉バルブ243fが閉じられ、かつ、ガス排気管231のAPCバルブ243gが開かれた状態で、開閉バルブ243kを開けて、ガス溜め部245fからガス供給管232f、232bを通して、基板処理室201内へ不活性ガス(本例では窒素ガス)を供給して、不活性ガスパージ(本例では窒素パージ)を行う。この窒素パージにより、基板200の表面等に、化学結合はしていないが物理的に吸着している原料ガス(TiCl4)が、基板200から脱離する。
本実施例では、基板処理室内の排気を停止した状態で、ステップ(B)において約0.1〜2気圧とされたガス溜め部245fから、基板処理室201内へ、パルス的に不活性ガスを流す。窒素パージの時間は約1〜5秒間である。
その後、ガス供給管232fの開閉バルブ243kを閉じて、真空ポンプ246により、基板処理室201を約10Pa以下に排気し、基板200から脱離した原料ガスや窒素を基板処理室201から排除する。
このように、ガス排気管231のAPCバルブ243gが開かれた状態で、ガス溜め部245fから不活性ガスを供給すると、ウエハ200上であって、バッファ室237の反対側の下流側であっても、不活性ガスの流速が低下することなく、パージの効果を得ることができる。
ステップ(D)では、ステップ(C)において基板処理室201内の残留ガス排気が終了後、前記第2の処理ガス供給部から、基板処理室201内へ、第2の処理ガスを供給する。詳しく説明すると、ステップ(C)において基板処理室201内の残留ガス排気が終了後、ガス排気管231のAPCバルブ243gを開けた状態で、第2のガス供給管232aの開閉バルブ243aを開けて、第2のガス供給源240aからMFC241aにより流量調整されたアンモニア(NH3 )ガス(第2の処理ガス)を、ノズル233のガス供給孔248bからバッファ室237へ噴出する。その後、基板処理室201内へ供給された余剰のアンモニアガス及び反応後のアンモニアガス等が、ガス排気管231から排気される。なお、このとき、棒状電極269および棒状電極270間に高周波電源273から整合器272を介して高周波電力を印加して、バッファ室237内のアンモニアガスをプラズマ励起してから、基板処理室201に供給してもよい。
アンモニアガスの供給により、ステップ(A)により基板200のシリコンに化学結合したTiCl4に、アンモニアが化学結合し、Ti(チタン原子)−N(窒素原子)の結合を形成する。本実施例では、第2の処理ガスであるアンモニアガスは、ステップ(A)により基板200に化学結合したTiCl4を、Ti−Nに改質する改質ガスである。したがって、本実施例では、前記第2の処理ガス供給部は、改質ガス供給部である。ここで、改質とは、基板上に形成された第1の元素を含む膜を、第2の元素を含むガスにより、第1の元素と第2の元素を含む膜にすることを意味する。
その後、第2のガス供給管232aの開閉バルブ243aを閉めて、アンモニアガスの供給を止める。ガス排気管231のAPCバルブ243gは開いたままにし、真空ポンプ246により、基板処理室201を約10Pa以下に排気し、残留アンモニアガスを基板処理室201から排気する。
なお、アンモニアガスを流すときに、ステップ(A)と同様に、不活性ガス源240eから不活性ガスを流すようにしてもよい。
ステップ(E)では、ガス溜め部245e下流の開閉バルブ243hを閉じ、ガス溜め部245e上流の開閉バルブ243eを開けて、不活性ガス源240eからガス溜め部245eへ不活性ガス(窒素ガス)を供給する。ガス溜め部245e内の圧力を圧力センサ244eで検知し、所定の第2の圧力に到達すると、開閉バルブ243eを閉じ、ガス溜め部245eへの不活性ガスの供給を停止する。不活性ガスの供給を停止する前記所定の第2の圧力は、ガス溜め部245eの容積と基板処理室201の容積との関係や、ガス供給管232eやガス供給管232aの内径の大きさ等から決定される。その所定の第2の圧力は、後述するステップ(F)において、ガス溜め部245e内の不活性ガスを基板処理室201内に流したときに、流す前と比べて、基板処理室201内の圧力が、約10〜200Pa上昇する程度の圧力である。その所定の第2の圧力は、本実施例では、約0.1〜2気圧である。
なお、ステップ(E)も、ステップ(B)と同様に、図3に示すように、前記ステップ(D)等の時間帯、すなわち、後述するステップ(F)以外の時間帯で行うことが、スループット向上のために好ましい。
ステップ(F)では、前記ステップ(C)と同様に、前記ステップ(D)において基板処理室201の排気が完了した後、開閉バルブ243eが閉じられ、かつ、ガス排気管231のAPCバルブ243gが開かれた状態で、開閉バルブ243hを開けて、ガス溜め部245eからガス供給管232e、232aを通して、基板処理室201内へ不活性ガス(本例では窒素ガス)を供給して、窒素パージを行う。この窒素パージにより、基板200の表面等に、化学結合はしていないが物理的に吸着している原料ガス(アンモニア)が、基板200から脱離する。窒素パージの時間は約1〜5秒間である。
その後、ガス供給管232eの開閉バルブ243hを閉じて、真空ポンプ246により、基板処理室201を約10Pa以下に排気し、基板200から脱離した原料ガスや窒素を基板処理室201から排除する。
このように、ガス排気管231のAPCバルブ243gが開かれた状態で、ガス溜め部245eから不活性ガスを供給すると、ウエハ200上であって、バッファ室237の反対側の下流側であっても、不活性ガスの流速が低下することなく、パージの効果を得ることができる。
また、パージ用不活性ガスが、瞬時に基板処理室201内へ供給されるので、従来のパージ方法よりも基板処理室201内の圧力が上昇し、基板200表面に形成された溝や穴の奥まで、不活性ガス分子が到達して、溝部や穴部におけるパージ効果(原料ガス分子の除去効果)が高まる。本実施例では、基板処理室201内の圧力が、ステップ(C)やステップ(F)においてガス溜め部245fやガス溜め部245e内の不活性ガスを基板処理室201内に流したときに、流す前と比べて、基板処理室201内の圧力が、約2秒以内に、約10〜200Pa上昇するようにしている。
圧力上昇値が約10Paより低いと、パージ効果が不十分となる。また、APCバルブ243gが開の状態で、圧力上昇値が約200Paより高いと、排気系のコンダクタンスが小さいため、パージガスが運動エネルギをもって物理吸着分子に衝突しない状態となり、パージ効果が不十分となる。
ステップ(C)のパージステップにおいては、基板200等に物理的に吸着しているが化学結合していない状態の原料ガスの分子が十分に除去されることが必要である。物理的な吸着力は、原料分子の膜表面へのファンデルワールス力に依存するので、基板処理室201内の圧力上昇値が十分か否かは、原料の種類、及び膜種により異なる。不活性ガス分子により原料分子がアタックされる程度は、基板処理室201内の圧力上昇のピーク値により判断することができる。
ステップ(A)からステップ(F)においては、ヒータ247(排気管加熱部)は、ガス排気管231が所定の温度以上に維持するよう、連続してガス排気管231を加熱し続けることが望ましい。ステップ(B)からステップ(F)において、ヒータ247を停止し、加熱を停止した場合、一度停止し再度加熱しようとすると再度所定の温度に加熱するには時間がかかり、その結果スループットが低下してしまうためである。そこで、ステップ(A)からステップ(F)の間、常にヒータ247が、ガス排気管231を加熱するよう制御を行なう。
また、NH3を活性化させる方法として、NH3プラズマを生成したが、それに限るものではなく、ヒータ207によりNH3を加熱し、活性化させることもできる。
次に、図6、図7を参照して、本実施例に係る基板処理装置100を概略的に説明する。図6は、本発明の実施例に係るバッチ式縦型成膜装置を示す斜視図である。図7は、本発明の実施例に係るバッチ式縦型成膜装置の垂直断面図である。
図6に示すように、基板処理装置100の筐体101内部の前面側には、カセットステージ105が設けられている。カセットステージ105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。カセットステージ105の後方には、カセット搬送機115が設けられている。カセット搬送機115の後方には、カセット100を保管するためのカセット棚109が設けられる。また、カセットステージ105の上方には、カセット100を保管するための予備カセット棚110が設けられている。予備カセット棚110の上方には、クリーンユニット118が設けられている。クリーンユニット118は、クリーンエアを筐体101の内部を流通させる。
ボートエレベータ121とカセット棚109との間には、ウエハ200を搬送するウエハ移載機112が設けられている。ボートエレベータ121の横には、処理炉202の下端を気密に閉塞するための炉口シャッタ116が設けられている。炉口シャッタ116は、ボート217が処理炉202の外にあるときに、処理炉202の下端を閉塞することができる。
ウエハ200の処理が完了すると、上記した動作の逆の手順により、ウエハ200は、ウエハ移載機112により、ボート217から移載棚123のカセット100に移載され、カセット100は、カセット搬送機115により、移載棚123からカセットステージ105に移載され、図示しない外部搬送装置により、筐体101の外部に搬出される。
ボート217が降下状態において、炉口シャッタ116は、処理炉202の下端を気密に閉塞し、外気が処理炉202内に巻き込まれるのを防止している。
例えば、成膜処理は窒化チタン膜を形成する処理に限らず、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、他の酸化膜や窒化膜、さらには、金属膜および半導体膜(例えば、ポリシリコン膜)等の他の薄膜を形成する処理であってもよい。
前記実施例においては、ALD法を実施するバッチ式縦型成膜装置について説明したが、本発明は、枚葉装置にも適用することができる。
前記実施例では、ウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
基板を収容した基板処理室内に、第1の元素を含む原料ガスを供給して、前記基板上に前記第1の元素を含む膜を形成する第1の工程と、
前記基板処理室内に不活性ガスを瞬時に供給して、前記基板処理室内に残留する前記原料ガスを除去する第2の工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができる。
前記基板処理室内に、第2の元素を含む改質ガスを供給して、前記基板上に前記第1の工程により形成された第1の元素を含む膜を、前記第1の元素と第2の元素を含む膜に改質する第3の工程と、
前記基板処理室内に不活性ガスを瞬時に供給して、前記基板処理室内に残留する前記改質ガスを除去する第4の工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、第1の工程と第3の工程において基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができる。
前記原料ガスは、常温常圧において液体であり、
前記第1の工程では、前記基板処理室内の雰囲気を排気しつつ、前記原料ガスを前記基板処理室内に供給し、
前記第3の工程では、前記基板処理室内の雰囲気を排気しつつ、前記改質ガスを前記基板処理室内に供給することを特徴とする。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、第1の工程や第3の工程において、基板表面等への原料ガスや改質ガスの吸着を抑制できるので、第2の工程や第4の工程において、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができる。
前記第2の工程及び前記第4の工程において、前記基板処理室内に不活性ガスを供給した後の前記基板処理室内の圧力上昇値が、約10〜200Paであることを特徴とする。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、効果的に、短時間で除去することができる。
さらに、前記基板処理室に接続されたガス溜め部に不活性ガスを充填する不活性ガス充填工程を備え、
前記第2の工程及び前記第4の工程の前に、前記不活性ガス充填工程を行い、
前記第2の工程及び前記第4の工程では、前記不活性ガス充填工程により前記ガス溜め部に充填された不活性ガスを、前記基板処理室内に供給することを特徴とする。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することが容易となる。
前記不活性ガス充填工程は、前記第1の工程又は前記第3の工程と、時間的に重なるよう並行して行われることを特徴とする。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、生産性を落とすことなく、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができる。
前記不活性ガス充填工程においては、前記ガス溜め部の圧力が所定の圧力となるまで、前記ガス溜め部に不活性ガスを充填可能であることを特徴とする。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、ガス溜め部の容積を一定としたまま、容積の異なる種々の基板処理室に対応することができる。あるいは、ガス溜め部の容積を一定としたまま、前記基板処理室内に不活性ガスを供給した直後の前記基板処理室内の最適な圧力上昇値が異なる種々の成膜プロセスに対応することができる。
さらに、前記基板処理室内の雰囲気を排気する排気工程を備え、
前記第1の工程、前記第2の工程、前記排気工程、前記第3の工程、前記第4の工程、前記排気工程の順に処理を行うことを特徴とする。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、基板表面から脱離した原料分子を、確実に除去することができる。
さらに、前記基板処理室に接続された不活性ガス供給管に不活性ガスを充填する不活性ガス充填工程を備え、
前記第2の工程及び前記第4の工程の前に、前記不活性ガス充填工程を行い、
前記第2の工程及び前記第4の工程では、前記不活性ガス充填工程により前記不活性ガス供給管に充填された不活性ガスを、前記基板処理室内に供給することを特徴とする。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することが容易となる。
基板を収容する基板処理室と、
前記基板処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記基板処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
前記基板処理室内の雰囲気を排気する排気部と、
前記原料ガス供給部、前記不活性ガス供給部、前記排気部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記基板処理室内に原料ガスを供給した後、前記基板処理室内に不活性ガスを供給し、前記基板処理室内に不活性ガスを供給するときは、不活性ガスを瞬時に供給するよう制御することを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができる。
前記基板処理室内に改質ガスを供給する改質ガス供給部を備え、
前記制御部は、前記基板処理室内に原料ガスを供給した後、前記基板処理室内に不活性ガスを供給し、次に、前記基板処理室内に改質ガスを供給した後、前記基板処理室内に不活性ガスを供給するよう制御するものであり、前記基板処理室内に不活性ガスを供給するときは、不活性ガスを瞬時に供給するよう制御することを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、原料ガス供給工程と改質ガス供給工程において基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができる。
前記不活性ガス供給部は、前記基板処理室と接続された不活性ガス供給管と、該不活性ガス供給管を開閉する第1の不活性ガス開閉バルブと、該第1の不活性ガス開閉バルブよりも上流に設けられたガス溜め部を備え、
前記制御部は、前記第1の不活性ガス開閉バルブを閉じた状態で、不活性ガスを前記不活性ガス供給管に供給してガス溜め部に溜めた後、前記第1の不活性ガス開閉バルブを開けて、前記ガス溜め部に溜めた不活性ガスを、前記基板処理室に供給するよう制御することを特徴とする。
このように基板処理装置を構成すると、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができる。
前記不活性ガス供給部は、前記ガス溜め部よりも上流に設けられた第2の不活性ガス開閉バルブを備え、
前記制御部は、前記第1の不活性ガス開閉バルブを閉じ、前記第2の不活性ガス開閉バルブを開けた状態で、不活性ガスを前記不活性ガス供給管に供給してガス溜め部に溜めた後、前記第1の不活性ガス開閉バルブを開け、前記第2の不活性ガス開閉バルブを閉じた状態で、前記ガス溜め部に溜めた不活性ガスを、前記基板処理室に供給するよう制御することを特徴とする。
このように基板処理装置を構成すると、基板処理室内の圧力上昇値を制御することが容易となる。
前記ガス溜め部の内径は、前記不活性ガス供給管の内径よりも大きいものであることを特徴とする。
このように基板処理装置を構成すると、ガス溜め部に溜めた不活性ガスを、短時間で、基板処理室へ供給することが容易となる。
前記基板処理室の容積と、前記ガス溜め部の容積との容積比は、約200〜2000であることを特徴とする。
このように基板処理装置を構成すると、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、効果的に、短時間で除去することができる。
前記不活性ガス供給部は、前記基板処理室と接続された不活性ガス供給管と、該不活性ガス供給管を開閉する第1の不活性ガス開閉バルブとを備え、
前記制御部は、前記第1の不活性ガス開閉バルブを閉じた状態で、不活性ガスを前記不活性ガス供給管に充填した後、前記第1の不活性ガス開閉バルブを開けて、前記不活性ガス供給管に充填した不活性ガスを、前記基板処理室に供給するよう制御することを特徴とする。
このように基板処理装置を構成すると、基板表面等に吸着した余分な原料分子を、短時間で除去することができる。
Claims (5)
- 基板を収容した基板処理室内に、所定の元素を含む原料ガスを供給して、前記基板上に前記所定の元素を含む膜を形成する第1の工程と、
前記基板処理室内に不活性ガスを供給して、前記基板処理室内に残留する前記原料ガスを除去する第2の工程と、
前記基板処理室内に、前記所定の元素と反応する改質ガスを供給して、前記基板上に前記第1の工程により形成された所定の元素を含む膜を改質する第3の工程と、
前記基板処理室内に不活性ガスを供給して、前記基板処理室内に残留する前記改質ガスを除去する第4の工程と、
前記基板処理室に接続されたガス溜め部に不活性ガスを充填する不活性ガス充填工程とを備え、
前記第2の工程及び前記第4の工程の前に、前記不活性ガス充填工程を行い、
前記第2の工程及び前記第4の工程では、前記不活性ガス充填工程により前記ガス溜め部に充填された不活性ガスを、前記基板処理室内に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記原料ガスは、常温常圧において液体であり、
前記第1の工程では、前記基板処理室内の雰囲気を排気しつつ、前記原料ガスを前記基板処理室内に供給し、
前記第3の工程では、前記基板処理室内の雰囲気を排気しつつ、前記改質ガスを前記基板処理室内に供給することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - さらに、前記基板処理室内の雰囲気を排気する排気工程を備え、
前記第1の工程、前記第2の工程、前記排気工程、前記第3の工程、前記第4の工程、前記排気工程の順に処理を行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 基板を収容した基板処理室内に、所定の元素を含む原料ガスを供給して、前記基板上に前記所定の元素を含む膜を形成する第1の工程と、
前記基板処理室内に不活性ガスを供給して、前記基板処理室内に残留する前記原料ガスを除去する第2の工程と、
前記基板処理室内に、前記所定の元素と反応する改質ガスを供給して、前記基板上に前記第1の工程により形成された所定の元素を含む膜を改質する第3の工程と、
前記基板処理室内に不活性ガスを供給して、前記基板処理室内に残留する前記改質ガスを除去する第4の工程と、
前記基板処理室に接続された不活性ガス供給管に不活性ガスを充填する不活性ガス充填工程とを備え、
前記第2の工程及び前記第4の工程の前に、前記不活性ガス充填工程を行い、
前記第2の工程及び前記第4の工程では、前記不活性ガス充填工程により前記不活性ガス供給管に充填された不活性ガスを、前記基板処理室内に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 基板を収容する基板処理室と、
前記基板処理室内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記基板処理室内に改質ガスを供給する改質ガス供給部と、
前記基板処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
前記基板処理室内の雰囲気を排気する排気部と、
前記原料ガス供給部、前記改質ガス供給部、前記不活性ガス供給部、前記排気部を制御する制御部とを備えた基板処理装置であって、
前記不活性ガス供給部は、前記基板処理室と接続された不活性ガス供給管と、該不活性ガス供給管を開閉する第1の不活性ガス開閉バルブと、該第1の不活性ガス開閉バルブよりも上流に設けられたガス溜め部を備え、
前記制御部は、前記基板処理室内に原料ガスを供給した後、前記基板処理室内に不活性ガスを供給し、次に、前記基板処理室内に改質ガスを供給した後、前記基板処理室内に不活性ガスを供給するよう制御するものであり、前記基板処理室内に不活性ガスを供給するときは、前記第1の不活性ガス開閉バルブを閉じた状態で、不活性ガスを前記不活性ガス供給管に供給してガス溜め部に溜めた後、前記第1の不活性ガス開閉バルブを開けて、前記ガス溜め部に溜めた不活性ガスを、前記基板処理室に供給するよう制御することを特徴とする基板処理装置。
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