JP2012089888A - 半導体装置の製造方法、基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板を処理室内に搬入する工程と、処理ガス噴出口と排気孔とを結ぶ第1の直線が基板の中心付近を通るように構成された処理ガス噴出口から処理室内に処理ガスを供給するとともに、一対の不活性ガス噴出口と排気孔とを結ぶ第2の直線及び第3の直線が第1の直線をそれぞれ両側から挟むように構成された一対の不活性ガス供給ノズルから処理室内に不活性ガスを供給して基板を処理する工程と、処理後の基板を処理室内から搬出する工程と、を有する。
【選択図】図1
Description
チューブの側壁であって前記処理ガス供給ノズルに対向した位置に設けられた排気孔と、を備え、前記処理ガス供給ユニットは、前記基板の積層方向に延在するように前記インナチューブの内部に立設され、前記処理ガスを供給する1つ以上の処理ガス噴出口を備えた1本以上の処理ガス供給ノズルを有し、前記不活性ガス供給ユニットは、前記基板の積層方向に延在するとともに前記基板の周方向に沿って前記処理ガス供給ノズルを両側から挟むように前記インナチューブの内部に立設され、前記不活性ガスを供給する1つ以上の不活性ガス噴出口を備えた一対の不活性ガス供給ノズルを有する基板処理装置である。
以下に、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
まず、半導体装置の製造工程の一工程としての基板処理工程を実施する基板処理装置101の構成例について説明する。図6は、本実施形態にかかる基板処理装置101の斜透視図である。
成されている。
次に、本実施形態にかかる基板処理装置101の動作について説明する。
予備カセット棚107の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡されて一時的に保管された後、カセット棚105ないし予備カセット棚107から移載棚123に移載されるか、もしくは移載棚123に直接搬送される。
続いて、本実施形態にかかる基板処理装置の処理炉202の構成について説明する。図1は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の処理炉の垂直断面図である。図2は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の処理炉の水平断面図である。図3は、処理炉内における処理ガス及び不活性ガスの流れを示す概略図である。なお、本実施形態にかかる処理炉202は、図1に示されているようにCVD装置(バッチ式縦形ホットウオール形減圧CVD装置)として構成されている。
処理炉202は、中心線が垂直になるように縦向きに配されて筐体111によって固定的に支持された縦形のプロセスチューブ1を備えている。プロセスチューブ1は、インナチューブ2とアウタチューブ3とを備えている。インナチューブ2およびアウタチューブ3は、石英(SiO2)や炭化珪素(SiC)等の耐熱性の高い材料によって、円筒形状にそれぞれ一体成形されている。
マニホールド6の側壁の一部には、処理室4内の雰囲気を排気する排気ラインとしての
排気管7aが接続されている。マニホールド6と排気管7aとの接続部には、処理室4内の雰囲気を排気する排気口7が形成されている。排気管7a内は、排気口7を介して、インナチューブ2とアウタチューブ3との間に形成された隙間からなる排気路8内に連通している。なお、排気路8の横断面形状は、一定幅の円形リング形状になっている。排気管7aには、上流から順に、圧力センサ7d、圧力調整バルブとしてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ7b、真空排気装置としての真空ポンプ7cが設けられている。真空ポンプ7cは、処理室4内の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気し得るように構成されている。APCバルブ7bおよび圧力センサ7dには、圧力制御部236が電気的に接続されている。圧力制御部236は、処理室4内の圧力が所望のタイミングにて所望の圧力となるように、圧力センサ7dにより検出された圧力に基づいてAPCバルブ7bの開度を制御するように構成されている。主に、排気管7a、排気口7、排気路8、圧力センサ7d、APCバルブ7b、真空ポンプ7cにより、本実施形態に係る排気ユニットが構成される。
マニホールド6には、マニホールド6の下端開口を閉塞するシールキャップ9が垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ9は、アウタチューブ3の外径と同等以上の円盤形状に形成されており、プロセスチューブ1の外部に垂直に設備されたボートエレベータ115によって水平姿勢で垂直方向に昇降されるように構成されている。
アウタチューブ3の外部には、プロセスチューブ1内を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱する加熱機構としてのヒータユニット20が、アウタチューブ3を包囲するように設けられている。ヒータユニット20は、基板処理装置101の筐体111に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっており、例えばカーボンヒータ等の抵抗加熱ヒータとして構成されている。
インナチューブ2の側壁(後述する排気孔25とは180度反対側の位置)には、チャンネル形状の予備室21が、インナチューブ2の側壁からインナチューブ2の径方向外向きに突出して垂直方向に長く延在するように形成されている。予備室21の側壁26はインナチューブ2の側壁の一部を構成している。また、予備室21の内壁は処理室4の内壁の一部を形成するように構成されている。予備室21の内部には、予備室21の内壁(すなわち処理室4の内壁)に沿うようにウエハ10の積層方向に延在されて処理室4内に処理ガスを供給する処理ガス供給ノズル22a,22bが設けられている。また、予備室21の内部には、予備室21の内壁(すなわち処理室4の内壁)に沿うようにウエハ10の積層方向に延在されるとともにウエハ10の周方向に沿って処理ガス供給ノズル22a,22bを両方から挟むように設けられ、処理室4内に不活性ガスを供給する一対の不活性ガス供給ノズル22c,22dが設けられている。
理ガスを供給する処理ガス供給源28b、流量制御装置としてのMFC(マスフローコントローラ)27b、及び開閉バルブ26bがそれぞれ設けられている。なお、処理ガス供給管25bの開閉バルブ26bよりも下流側には、図示しないキャリアガス供給管が接続されている。係るキャリアガス供給管からキャリアガスとしてのN2ガスを供給することにより、処理ガスを希釈して、処理室4内への処理ガスの供給や処理室4内での処理ガスの拡散を促すことが可能なように構成されている。
処理ガス供給ノズル22a,22bや不活性ガス供給ノズル22c,22dが予備室21内に設けられることで、処理ガス供給ノズル22a,22bの噴出口24a,24b、及び不活性ガス供給ノズル22c,22dの噴出口24c,24dは、インナチューブ2の内周面よりも、インナチューブ2の径方向外側に配置された状態となっている。
bから処理室4内に供給された処理ガス、及び不活性ガス供給ノズル22c,22dの噴出口24a,24bから処理室4内に供給された処理ガスは、排気孔25を介して排気路8内へと流れた後、排気口7を介して排気管7a内に流れ、処理炉202外へと排出されるように構成されている。なお、排気孔25はスリット状の貫通孔として構成される場合に限らず、複数個の孔により構成されていてもよい。
ガス供給・流量制御部235、圧力制御部236、駆動制御部237、及び温度制御部238は、操作部、入出力部をも構成し、基板処理装置全体を制御する主制御部239に電気的に接続されている。これら、ガス供給・流量制御部235、圧力制御部236、駆動制御部237、温度制御部238、及び主制御部239は、コントローラ240として構成されている。
次に、上述の基板処理装置101により実施される半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程を説明する。上述したように、不活性ガスにより両側から挟まれる処理ガスとしては、熱分解温度が処理温度(成膜温度)より低いようなガスであって、例えばTEMAHやTEMAZを気化させたガス(TEMAHガスやTEMAZガス)等を用いることができる。以下では、処理ガスとしてTEMAHガス及びO3ガスを用いてALD法によりHfO2膜を成膜する例を説明する。下記の説明において、基板処理装置101を構成する各部の動作は、コントローラ240によって制御される。
間等)の下で、成膜に用いる少なくとも2種類の互いに反応する処理ガスを1種類ずつ交互に基板上に供給し、1原子単位で基板上に吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。このとき、膜厚の制御は、反応性ガスを供給するサイクル数で行う(例えば、成膜速度が1Å/サイクルとすると、20Åの膜を形成する場合、20サイクル行う)。例えばALD法によりHfO2膜を形成する場合、TEMAH(Hf[NCH3C2H5]4、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム)ガスとO3(オゾン)ガスとを用いて、180〜250℃の低温で高品質の成膜が可能である。
処理ガス供給管25aの開閉バルブ26a、及び排気管7aのAPCバルブ7bを共に開け、真空ポンプ7cにより処理室4内を排気しつつ、処理ガス供給ノズル22aの噴出口24aから処理ガスとしてのTEMAHガスを処理室4内に供給する。TEMAHガスは、図示しないキャリアガス供給管から供給されるキャリアガス(N2ガス)により希釈して供給する。
給がさらに促進される。また、ウエハ10の周縁と処理室4との間の隙間においてN2ガスによるTEMAHガスの希釈が更に促進される。
処理ガス供給管25aの開閉バルブ26aを閉め、処理室4内へのTEMAHガスの供給を停止する。このとき、排気管7aのAPCバルブ7bは開いたままとし、真空ポンプ7cにより処理室4内を例えば20Pa以下となるまで排気し、残留するTEMAHガスを処理室4内から排除する。また、不活性ガス供給管25c,25dの開閉バルブ26c,26dを開けてN2ガスを処理室4内へ供給すると、残留するTEMAHガスを処理室4内から排除する効果が更に高まる。ステップ2においては、不活性ガス供給管25c,25dから供給するN2ガスは、処理室4内の残留ガスの排出を促すパージガスとして機能する。
排気管7aのAPCバルブ7bを開いたまま、処理ガス供給管25bの開閉バルブ26bを開け、真空ポンプ7cにより処理室4内を排気しつつ、処理ガス供給ノズル22bの噴出口24bから処理ガスとしてのO3ガスを処理室4内に供給する。O3ガスは、図示しないキャリアガス供給管から供給されるキャリアガス(N2ガス)により希釈して供給する。
処理ガス供給管25bの開閉バルブ26bを閉め、処理室4内へのO3ガスの供給を停止する。このとき排気管7aのAPCバルブ7bは開いたままとし、真空ポンプ7cにより処理室4内を20Pa以下となるまで排気し、残留するO3ガスを処理室4内から排除する。また、不活性ガス供給管25c,25dの開閉バルブ26c,26dを開けてN2ガスを処理室4内へ供給すると、残留するO3ガスを処理室4内から排除する効果が更に高まる。ステップ4においては、不活性ガス供給管25c,25dから供給するN2ガスは、処理室4内の残留ガスの排出を促すパージガスとして機能する。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
るTEMAHガスの流量以上の流量でN2ガスを供給するようにすると、各ウエハ10の中心付近へのTEMAHガスの供給がさらに促進される。また、ウエハ10の周縁と処理室4との間の隙間においてN2ガスによるTEMAHガスの希釈がさらに促進され、ウエハ10の外周付近においてHfO2膜が過剰に厚く形成されることがさらに抑制される。
上述の実施形態では、処理室4内に処理ガスを供給する1本以上の処理ガス供給ノズル22a,22bと、処理ガス供給ノズル22a,22bを両方から挟むように設けられ処理室4内に不活性ガスを供給する一対の不活性ガス供給ノズル22c,22dと、をそれぞれ個別に有していた。そして、処理ガス供給ノズル22aから供給する処理ガス(例えばTEMAHガス)と、処理ガス供給ノズル22bから供給する処理ガス(例えばO3ガ
ス)とを、それぞれ不活性ガス供給ノズル22c,22dからの不活性ガスによって両側から挟んでいた。
Zr原料ガスを供給する際に、不活性ガス供給ノズル22c,22d及び処理ガス供給ノズル22bからN2ガスを供給しなかった。その他の条件は図8に示す実施例とほぼ同一である。その結果、図7に示すとおり、ボート11内の上部に装填されたウエハ10についてはZr酸化膜の平均膜厚が37.6(Å)、面内均一度が±9.7(%)となり、ボート11内の中部に装填されたウエハ10についてはZr酸化膜の平均膜厚が36.7(Å)、面内均一度が±8.5(%)となり、ボート11内の下部に装填されたウエハ10についてはZr酸化膜の平均膜厚が36.5(Å)、面内均一度が±7.3(%)となり、ウエハ間の均一度が±1.4(%)となった。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
水平姿勢で多段に積層された基板を収納して処理する処理室と、
前記処理室内に1種以上の処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ユニットと、
前記処理室内を排気する排気ユニットと、を備え、
前記処理ガス供給ユニットは、前記処理室の内壁に沿うように前記基板の積層方向に延在されて前記処理室内に処理ガスを供給する1本以上の処理ガス供給ノズルを有し、
前記不活性ガス供給ユニットは、前記処理室の内壁に沿うように前記基板の積層方向に延在されるとともに前記基板の周方向に沿って前記処理ガス供給ノズルを両側から挟むように設けられ、前記処理室内に不活性ガスを供給する一対の不活性ガス供給ノズルを有する
基板処理装置が提供される。
前記処理室内の雰囲気を加熱する加熱ユニットと、
少なくとも前記処理ガス供給ユニット、前記不活性ガス供給ユニット、及び前記加熱ユニットを制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記不活性ガスの供給流量が前記処理ガスの供給流量より多くなるよう前記処理ガス供給ユニット及び前記不活性ガス供給ユニットを制御するとともに、前記処理室内の雰囲気が所定の処理温度になるように前記加熱ユニットを制御する
基板処理装置が提供される。
アウタチューブと、
前記アウタチューブの内部に配設され、少なくとも下端が開放されて水平姿勢で多段に積層された基板を収納するインナチューブと、
前記インナチューブの内部に1種以上の処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記インナチューブの内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ユニットと、
前記インナチューブの側壁であって前記処理ガス供給ノズルに対向した位置に設けられた排気孔と、を備え、
前記処理ガス供給ユニットは、
前記基板の積層方向に延在するように前記インナチューブの内部に立設され、前記処理ガスを供給する1つ以上の処理ガス噴出口を備えた1本以上の処理ガス供給ノズルを有し、
前記不活性ガス供給ユニットは、
前記基板の積層方向に延在するとともに前記基板の周方向に沿って前記処理ガス供給ノズルを両側から挟むように前記インナチューブの内部に立設され、前記不活性ガスを供給する1つ以上の不活性ガス噴出口を備えた一対の不活性ガス供給ノズルを有する
基板処理装置が提供される。
前記予備室内には前記処理ガス供給ノズルが設けられ、
前記処理ガス噴出口は前記インナチューブの内周面よりも径方向外側に配置されている。
前記予備室内には前記一対の不活性ガス供給ノズルが設けられ、
前記不活性ガス噴出口は前記インナチューブの内周面よりも径方向外側に配置されている。
少なくとも前記加熱ユニットを制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記処理室内の雰囲気が所定の処理温度になるように前記加熱ユニットを制御する。
前記制御部は、
前記不活性ガスの供給流量が前記処理ガスの供給流量より多くなるよう前記処理ガス供給ユニット及び前記不活性ガス供給ユニットを制御する。
少なくとも前記処理ガス供給ユニット、前記不活性ガス供給ユニット、及び前記加熱ユニットを制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記不活性ガスの供給流量が前記処理ガスの供給流量より多くなるよう前記処理ガス供給ユニット及び前記不活性ガス供給ユニットを制御するとともに、前記処理室内の雰囲気が所定の処理温度になるように前記加熱ユニットを制御する。
2種類以上の処理ガスを互いに混合しないように所定回数交互に繰り返し基板の表面に供給し、前記基板の表面に薄膜を形成する基板処理装置であって、
水平姿勢で多段に積層された前記基板を収納して処理する処理室と、
前記処理室内に2種類以上の前記処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ユニットと、
前記処理室内を排気する排気ユニットと、を有し、
前記処理ガス供給ユニットは、前記処理室の内壁に沿うように前記基板の積層方向に延在されて前記処理室内に処理ガスを供給する2本以上の処理ガス供給ノズルを有し、
前記不活性ガス供給ユニットは、前記処理室の内壁に沿うように前記基板の積層方向に延在されるとともに、前記基板の周方向に沿って前記2本以上の処理ガス供給ノズルのうち少なくとも1本の処理ガス供給ノズルを両側から挟むように設けられ、前記処理室内に不活性ガスを供給する一対の不活性ガス供給ノズルを有する基板処理装置が提供される。
前記薄膜の厚さの面内均一性に影響を及ぼす第1の処理ガスを供給する第1の処理ガス供給ノズルと、
前記薄膜の厚さの面内均一性に影響を及ぼさない第2の処理ガスを供給する第2の処理ガス供給ノズルと、有し、
前記第1の処理ガス供給ノズルは、前記基板の周方向に沿って前記一対の不活性ガス供給ノズルにより両側から挟まれる。
水平姿勢で多段に積層された基板を収納して処理する処理室と、
前記処理室の内壁に沿うように前記基板の積層方向に延在されて前記処理室内に処理ガスを供給する1本以上の処理ガス供給ノズルと、
前記処理室の内壁に沿うように前記基板の積層方向に延在されて前記処理室内に不活性ガスを供給する一対の不活性ガス供給ノズルと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、を備え、
前記処理ガス供給ノズルから供給される前記処理ガスのガス流が、前記不活性ガス供給ノズルから供給される前記不活性ガスのガス流によって流路が制限されるように、前記一対の不活性ガス供給ノズルを配設する基板処理装置が提供される。
水平姿勢で多段に積層された基板を収納して処理する処理室と、
前記処理室の内壁に沿うように前記基板の積層方向に延在されて前記処理室内に処理ガスを供給する1本以上の処理ガス供給ノズルと、
前記処理室の内壁に沿うように前記基板の積層方向に延在されて前記処理室内に不活性ガスを供給する一対の不活性ガス供給ノズルと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、を備え、
前記一対の不活性ガス供給ノズルは、前記処理室の内壁と前記基板との間の隙間へ前記不活性ガスを供給する基板処理装置が提供される。
水平姿勢で多段に積層された基板を収納して処理する処理室と、
前記処理室の内壁に沿うように基板の積層方向に延在されて前記処理室内に処理ガスを供給する1本以上の処理ガス供給ノズルと、
前記処理室の内壁に沿うように基板の積層方向に延在されるとともに基板の周方向に沿って前記処理ガス供給ノズルを両方から挟むように設けられ前記処理室内に不活性ガスを供給する一対の不活性ガス供給ノズルと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、を有する基板処理装置が提供される。
給する際に、該処理ガス供給ノズルから供給される処理ガスの流量以上の流量で不活性ガスを供給する。
水平姿勢で多段に積層された基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室の内壁に沿うように基板の積層方向に延在された1本以上の処理ガス供給ノズルから前記処理室内に処理ガスを供給するとともに、前記処理室の内壁に沿うように基板の積層方向に延在されるとともに基板の周方向に沿って前記処理ガス供給ノズルを両方から挟むように設けられた一対の不活性ガス供給ノズルから前記処理室内に不活性ガスを供給して基板を処理する工程と、
処理後の基板を前記処理室から搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
2種類以上の処理ガスを互いに混合しないように所定回数交互に繰り返して基板の表面に供給し、前記基板の表面に所定の薄膜を形成する半導体装置の製造方法であって、
水平姿勢で多段に積層された基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内に第1の処理ガスを供給する第1のガス供給工程と、
前記処理室内の雰囲気を排気する第1の排気工程と、
前記処理室内に第2の処理ガスを供給する第2のガス供給工程と、
前記処理室内の雰囲気を排気する第2の排気工程と、を有し、 前記第1のガス供給工程及び前記第2のガス供給工程のうち少なくともいずれか1の工程では、前記第1の処理ガスのガス流若しくは前記第2の処理ガスのガス流を両側から挟むように不活性ガスを供給する半導体装置の製造方法が提供される。
3 アウタチューブ
4 処理室
7a 排気管(排気ライン)
10 ウエハ(基板)
11 ボート(基板保持具)
20 ヒータユニット
22a 処理ガス供給ノズル
22b 処理ガス供給ノズル
22c 不活性ガス供給ノズル
22d 不活性ガス供給ノズル
24a 処理ガス噴出口
24b 処理ガス噴出口
24c 不活性ガス噴出口
24d 不活性ガス噴出口
25 排気孔
101 基板処理装置
202 処理炉
240 コントローラ(制御部)
Claims (9)
- 基板を処理室内に搬入する工程と、
処理ガス噴出口と排気孔とを結ぶ第1の直線が前記基板の中心付近を通るように構成された前記処理ガス噴出口から前記処理室内に処理ガスを供給するとともに、一対の不活性ガス噴出口と前記排気孔とを結ぶ第2の直線及び第3の直線が前記第1の直線をそれぞれ両側から挟むように構成された前記一対の不活性ガス噴出口から前記処理室内に不活性ガスを供給して基板を処理する工程と、
処理後の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。 - 前記処理ガス噴出口の向きは、前記第1の直線とほぼ平行に設定される
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。 - 前記不活性ガス噴出口の向きは、前記第2の直線および前記第3の直線とほぼ平行に設定され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。
- 前記不活性ガス噴出口の向きは、前記第2の直線および前記第3の直線より外側に開いた向きに設定され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。
- 基板を処理室内に搬入する工程と、
処理ガス噴出口と排気孔とを結ぶ第1の直線が前記基板の中心付近を通るように構成された前記処理ガス噴出口から前記処理室内に処理ガスを供給するとともに、一対の不活性ガス噴出口と前記排気孔とを結ぶ第2の直線及び第3の直線が前記第1の直線をそれぞれ両側から挟むように構成された前記一対の不活性ガス噴出口から前記処理室内に不活性ガスを供給して基板を処理する工程と、
処理後の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基板処理方法。 - 基板を収納して処理する処理室と、
前記処理室内に1種以上の処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットであって、前記処理室内に開口して処理ガスを噴出する処理ガス噴出口を有する処理ガス供給ユニットと、
前記処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ユニットであって、前記処理室内に開口して不活性ガスを噴出する一対の不活性ガス噴出口を有する不活性ガス供給ユニットと、
前記処理室内を排気する排気ユニットであって、前記処理室内に開口して前記処理室内を排気する排気孔を有する排気ユニットと、
少なくとも前記処理ガス供給ユニット、前記不活性ガス供給ユニット、及び前記排気ユニットを制御する制御部と、を備え、
前記処理ガス噴出口と前記排気孔とを結ぶ第1の直線は前記基板の中心付近を通るように構成され、前記一対の不活性ガス噴出口と前記排気孔とを結ぶ第2の直線及び第3の直線が前記第1の直線をそれぞれ両側から挟むように構成されることを特徴とする基板処理装置。 - 前記処理ガス噴出口の向きは、前記第1の直線とほぼ平行に設定されることを特徴とする請求項6に記載の基板処理装置。
- 前記不活性ガス噴出口の向きは、前記第2の直線及び前記第3の直線とほぼ平行に設定されることを特徴とする請求項6に記載の基板処理装置。
- 前記不活性ガス噴出口の向きは、前記第2の直線及び前記第3の直線よりも外側に開いた向きに設定されることを特徴とする請求項6に記載の基板処理装置。
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