JP2012104720A - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
処理室と、加熱ユニットと、原料ガス供給ユニットと、原料ガスノズルと、排気ユニットと、少なくとも加熱ユニット、原料ガス供給ユニット、排気ユニットを制御する制御部と、を有し、原料ガスノズルは、処理室内の温度が原料ガスの熱分解温度よりも高い場合であっても内部で原料ガスが分解しないような処理室内の所定位置に配設され、制御部は、異なる流速で互いに混合させないよう処理室内に原料ガスを供給する処理を含むサイクルを所定回数実施させる。
【選択図】図2
Description
(1)基板処理装置の構成
まず、本実施形態に係る基板処理装置101の構成例について、図1及び図5を用いて説明する。
次に、本実施形態に係る基板処理装置101の動作について説明する。
た後、カセット棚105又は予備カセット棚107から移載棚123に移載されるか、もしくは直接移載棚123に搬送される。
続いて、本実施形態に係る処理炉202の構成について、図2〜図4を参照しながら説明する。図2は、本実施形態に係る基板処理装置が備える処理炉202の縦断面図である。図3は、本実施形態に係る基板処理装置が備えるインナチューブ204の斜視図であり、ガス排気口204aが穴形状である場合を示している。図4は、本実施形態に係る基板処理装置が備えるプロセスチューブ205の横断面図であり、インナチューブ204にノズル収容部201aが設けられている場合を示している。
本実施形態に係る処理炉202は、反応管としてのプロセスチューブ205と、マニホールド209とを備えている。プロセスチューブ205は、複数枚のウエハ200を水平姿勢に積層した状態で収容する処理室201を内部空間に構成するインナチューブ204と、インナチューブ204を取り囲むアウタチューブ203と、から構成される。インナチューブ204及びアウタチューブ203は、それぞれ例えば石英(SiO2)や炭化珪素(SiC)等の耐熱性を有する非金属材料から構成され、上端が閉塞され、下端が開放された構成となっている。インナチューブ204の側壁の一部は、ウエハ200が積載される方向(鉛直方向)に沿って、インナチューブ204の側壁よりもインナチューブ204の径方向外側(アウタチューブ203の側壁側)に突出している。処理室201のうち、インナチューブ204の径方向外側(アウタチューブ203の側壁側)に突出した空間は、後述の原料ガスノズル233a、反応ガスノズル233bを収容するノズル収容部201aとして構成されている。マニホールド209は、例えばSUS等の金属材料から構成され、上端及び下端が開放された円筒形状となっている。インナチューブ204及びアウタチューブ203は、マニホールド209により下端側から縦向きに支持されている。インナチューブ204、アウタチューブ203、及びマニホールド209は、互いに同心円状に配置されている。マニホールド209の下端(炉口)は、上述したボートエレベータ115が上昇した際に、シールキャップ219により気密に封止されるように構成されている。マニホールド209の下端とシールキャップ219との間には、インナチューブ204内を気密に封止するOリングなどの封止部材(図示しない)が設けられている。
されている。
ノズル収容部201a内には、原料ガスノズル233aと、反応ガスノズル233bとが、処理室201の周方向に沿ってそれぞれ配設されている。原料ガスノズル233a及び反応ガスノズル233bは、垂直部と水平部とを有するL字形状にそれぞれ構成されている。原料ガスノズル233aは、その垂直部が処理室201内のウエハ200の収容予定領域よりも下方の所定位置に配設されるショートノズルとして構成されている。また、反応ガスノズル233bは、その垂直部がウエハ200の積層方向に沿ってノズル収容部201a内に配設(延在)されるロングノズルとして構成されている。原料ガスノズル233a及び反応ガスノズル233bの水平部は、マニホールド209の側壁を貫通するようにそれぞれ設けられている。
近まで到達するようノズル収容部201aの上部まで延びた構成となっている。反応ガスノズル233bの垂直部側面には、複数の反応ガス噴出口248bが、ウエハ200の積層方向(鉛直方向)に沿って、それぞれのウエハ200に対応する位置(高さ位置)に開設されている。また、反応ガス噴出口248bの開口径は、処理室201内の反応ガスの流量分布や速度分布を適正化するように適宜調整することができ、下部から上部にわたって同一としてもよく、下部から上部にわたって徐々に大きくしてもよい。このように、反応ガスノズル233bを多孔式のロングノズルとして構成することで、ウエハ200への反応ガスの供給量をウエハ200間で均一化させることが可能となる。なお、反応ガスが熱分解し易い性質を有する場合には、反応ガスノズル233bを、原料ガスノズル233aと同様にショートノズルとして構成してもよい。
マニホールド209の側壁から突出した原料ガスノズル233aの水平部の上流端には、原料ガス供給管240aの下流端が接続されている。原料ガス供給管240aの上流端には、液体原料としての液体TMAを気化して原料ガスとしてのTMAガスを生成するTMAタンク260が接続されている。具体的には、原料ガス供給管240aの上流端は、TMAタンク260内であって液体TMAの液面の上方に配置されている。原料ガス供給管240aには開閉バルブ241aが設けられている。開閉バルブ241aを開けることにより、TMAタンク260内にて生成されたTMAガスが、原料ガスノズル233aを介して処理室201内へ供給されるように構成されている。なお、気化されたTMAガスが配管内で再液化されないよう、原料ガス供給管240aは例えば40℃以上130℃以下に加熱され、マニホールド209は例えば40℃以上150℃以下に加熱されるように構成されている。
マニホールド209の側壁から突出した反応ガスノズル233bの水平部の上流端には、反応ガス供給管240bの下流端が接続されている。反応ガス供給管240bの上流端
には、反応ガス(酸化剤)としてのオゾン(O3)ガスを生成するオゾナイザ270が接続されている。反応ガス供給管240bには、上流側から順に、流量コントローラ(MFC)242b、開閉バルブ241bが設けられている。オゾナイザ270には、酸素ガス供給管240eの下流端が接続されている。酸素ガス供給管240eの上流端は、酸素(O2)ガスを供給する図示しない酸素ガス供給源に接続されている。酸素ガス供給管240eには開閉バルブ241eが設けられている。開閉バルブ241eを開けることによりオゾナイザ270に酸素ガスが供給され、開閉バルブ241bを開けることによりオゾナイザ270にて生成されたオゾンガスが反応ガス供給管240bを介して処理室201内へ供給されるように構成されている。なお、処理室201内へのオゾンガスの供給流量は、流量コントローラ242bによって制御することが可能なように構成されている。
原料ガス供給管240aにおけるTMAタンク260と開閉バルブ241aとの間には、原料ガスベント管240iの上流端が接続されている。原料ガスベント管240iの下流端は、後述する排気管231の下流側(後述するAPCバルブ231aと真空ポンプ231bとの間)に接続されている。原料ガスベント管240iには開閉バルブ241iが設けられている。開閉バルブ241aを閉め、開閉バルブ241iを開けることにより、TMAタンク260における原料ガスの生成を継続したまま、処理室201内への原料ガスの供給を停止することが可能なように構成されている。原料ガスを安定して生成するには所定の時間を要するが、開閉バルブ241a、開閉バルブ241iの切り替え動作によって、処理室201内への原料ガスの供給・停止をごく短時間で切り替えることが可能なように構成されている。
原料ガス供給管240aにおける開閉バルブ241aの下流側には、第1不活性ガス供給管240gの下流端が接続されている。第1不活性ガス供給管240gには、上流側から順に、N2ガス等の不活性ガスを供給する図示しない不活性ガス供給源、流量コントローラ(MFC)242g、開閉バルブ241gが設けられている。同様に、反応ガス供給管240bにおける開閉バルブ241bの下流側には、第2不活性ガス供給管240hの下流端が接続されている。第2不活性ガス供給管240hには、上流側から順に、N2ガス等の不活性ガスを供給する図示しない不活性ガス供給源、流量コントローラ(MFC)242h、開閉バルブ241hが設けられている。
性ガスは、原料ガスや反応ガスを希釈する希釈ガス、及び処理室201内をパージするパージガスとしての機能を有する。
インナチューブ204の側壁には、ウエハ200が積載される方向に沿って、インナチューブ204の側壁の一部を構成するガス排気部204bが設けられている。ガス排気部204bは、処理室201内に収容されたウエハ200を挟み、ノズル収容部201aと対向する位置に設けられている。
マニホールド209の側壁には排気管231の上流端が接続されている。排気管231
には、上流側から順に、圧力検出器としての圧力センサ245、圧力調整器としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ231a、真空排気装置としての真空ポンプ231b、排気ガス中から有害成分を除去する除害設備231cが設けられている。真空ポンプ231bを作動させつつ、圧力センサ245からの圧力情報に基づいてAPCバルブ231aの開閉弁の開度を調整することにより、処理室201内の圧力を所望の圧力とすることが可能なように構成されている。
制御部としてのコントローラ280は、ヒータ207、圧力センサ245、APCバルブ231a、真空ポンプ231b、除害設備231c、回転機構267、ボートエレベータ115、開閉バルブ241a,241b,241e,241f,241g,241h,241i,241j、流量コントローラ242b,242f,242g,242h、TMAタンク260、オゾナイザ270、オゾン除害装置242j、温度センサ(図示は省略)等にそれぞれ接続されている。コントローラ280により、ヒータ207の温度調整動作、APCバルブ231aの開閉及び圧力調整動作、真空ポンプ231bの起動・停止、回転機構267の回転速度調節、ボートエレベータ115の昇降動作、開閉バルブ241a,241b,241e,241f,241g,241h,241i,241jの開閉動作、流量コントローラ242b,242f,242g,242hの流量調整等の制御が行われる。
続いて、本実施形態に係る基板処理工程について、図面を参照しながら説明する。図6は、本実施形態に係る基板処理工程のフローチャート図である。図7は、ウエハ200上に酸化アルミニウム膜(AlO膜)500が形成される様子を模式的に示す断面図である。図8は、本実施形態に係るガス供給の様子を模式的に示す図である。図9は、本実施形態の基板処理工程に係るガス供給に係るタイミングチャート図である。なお、本実施形態では、原料ガスとしてTMAガスを、反応ガスとしてオゾンガスを用い、ALD法によりウエハ200上に所定の膜、すなわち高誘電率膜としての酸化アルミニウム膜500を成膜する方法を例示して説明する。ここで実施されるALD法は、半導体装置の製造工程の一工程として実施される。なお、以下の説明において、基板処理装置101を構成する各部の動作はコントローラ280により制御される。
まず、複数枚のウエハ200をボート217に装填(ウエハチャージ)する。そして、複数枚のウエハ200を保持したボート217を、ボートエレベータ115によって持ち
上げて処理室201内に収容(ボートロード)する。この状態で、シールキャップ219はOリング(図示は省略)を介してマニホールド209の下端を気密に封止した状態となる。なお、ウエハチャージ、ボートロード時においては、開閉バルブ241g、開閉バルブ241hを開けて、処理室201内にパージガスを供給し続けることが好ましい。
続いて、開閉バルブ241g、開閉バルブ241hを閉め、処理室201内が所望の処理圧力(真空度)となるように、真空ポンプ231bにより排気する。この際、圧力センサ245で測定した圧力情報に基づき、APCバルブ231aの開度をフィードバック制御する。また、ウエハ200表面が所望の処理温度となるようにヒータ207への通電量を調整する。この際、温度センサ(図示は省略)が検出した温度情報に基づき、ヒータ207への通電具合をフィードバック制御する。そして、回転機構267により、ボート217及びウエハ200の回転を開始させる。なお、温度調整、圧力調整、ウエハ200の回転は、後述する酸化アルミニウム膜形成工程S30の完了時まで継続する。
処理圧力:1〜100Pa、好ましくは40Pa、
処理温度:450〜650℃、好ましくは550℃
が例示される。
続いて、ウエハ200上に、所望の厚さの高誘電率膜としての酸化アルミニウム膜500を形成する(図7を参照)。
まず、開閉バルブ241fを開けてTMAタンク260内にキャリアガスとしてのArガスを供給し、TMAタンク260内の液体TMAをバブリングする。これにより、TMAタンク260内にて液体TMAを気化させて原料ガスとしてのTMAガスを生成する。TMAガスが安定して生成されるまでは、開閉バルブ241aが閉じた状態で、開閉バルブ241iを開けて、TMAガスとArガスとの混合ガスを原料ガスベント管240iから排出しておく。なお、TMAガスの生成は、上述の減圧・昇温工程S20と並行して実施することとし(予備気化)、減圧・昇温工程S20の完了時にはTMAガスの生成量を安定させておくことが好ましい。
0に供給されたTMAガスは、その一部が熱分解することでALD反応のみならずCVD反応を生じさせ、ウエハ200上にアルミニウム原子同士の結合(Al−Al結合)を含むAl層を形成する。ここで、TMA分子の吸着層とは、TMA分子の連続的な吸着層の他、不連続な吸着層、及び不連続な層が重なって出来る連続的な層をも含む。また、Al層とは、Alにより構成される連続的な層の他、不連続な層、及び不連続な層が重なって出来る連続的な層をも含む。なお、Alはそれ単独で固体となる元素である。以下、ウエハ200上に形成されるTMA分子の吸着層及びAl層を、Al含有層500aとも呼ぶ。図7(b)に、各ウエハ200上にAl含有層500aがそれぞれ形成された様子を示す。
続いて、開閉バルブ241a,241bを閉めた状態で、開閉バルブ241g及び開閉バルブ241hを開けてN2ガス(パージガス)を供給して処理室201内をパージしつつ、処理室201内を排気することにより、処理室201内に残留するTMAガス(残留ガス)等を除去する。所定時間が経過して処理室201内の雰囲気がN2ガスに置換(パージ)されたら、開閉バルブ241g及び開閉バルブ241hを閉めて処理室201内へのN2ガスの供給を停止する。排気工程S32を実施することにより、図9に示すように、原料ガス供給工程S31で供給したTMAガスと、後述の反応ガス供給工程S33で供給するオゾンガスとを、互いに混合させないようにできる。なお、パージは所定回数繰り返すようにしてもよい(サイクルパージ)。この場合、処理室201内に残留するTMAガス等をより確実に除去することができる。
続いて、処理室201内に反応ガスとしてのオゾンガスを供給し、ウエハ200上のAl含有層500aを酸化させる。まず、開閉バルブ241eを開けてオゾナイザ270に酸素ガスを供給し、反応ガスとしてのオゾンガス(酸化剤)を生成する。オゾンガスが安定して生成されるまでは、開閉バルブ241bを閉めた状態で、開閉バルブ241jを開けて、オゾンガスを反応ガスベント管240jから排出しておく。なお、オゾンガスの生成は、上述の減圧・昇温工程S20と並行して実施することとし、減圧・昇温工程S20の完了時にはオゾンガスの生成量を安定させておくことが好ましい。
続いて、排気工程S32と同様の手順及び処理条件により、処理室201内に残留するオゾンガス(残留ガス)等を除去する。排気工程S34を実施することにより、図9に示すように、反応ガス供給工程S33で供給したオゾンガスと、次のサイクルの原料ガス供給工程S31で供給するTMAガスとを、互いに混合させないようにできる。
処理圧力:50〜150Pa、好ましくは100Pa、
キャリアガス(Arガス)の流量:0.1〜2slm、好ましくは0.5slm、
処理温度:450〜650℃、好ましくは550℃、
実施時間:5〜20秒、好ましくは10秒
希釈ガス(N2ガス)の流量:10〜20slm、好ましくは17slm
処理圧力:50〜200Pa、好ましくは70Pa、
反応ガス(オゾンガス)の流量:3〜20slm、好ましくは6slm、
希釈ガス(N2ガス)の流量:0〜2slm、好ましくは0.5slm、
処理温度:450〜650℃、好ましくは550℃、
実施時間:10〜60秒、好ましくは20秒
処理圧力:50〜200Pa、好ましくは100Pa、
パージガス(N2ガス)の流量(第1不活性ガス供給管):1〜10slm、好ましくは5slm、
パージガス(N2ガス)の流量(第2不活性ガス供給管):1〜10slm、好ましくは5slm、
処理温度:450〜650℃、好ましくは550℃、
実施時間:5〜60秒、好ましくは10秒
ウエハ200上に所望の厚さの酸化アルミニウム膜500を形成した後、APCバルブ231aの弁の開度を小さくし、開閉バルブ241g、開閉バルブ241hを開けて、プロセスチューブ205内(処理室201内及びアウタチューブ203内)の圧力が大気圧になるまで処理室201内にN2ガス(パージガス)を供給する。
そして、基板搬入工程S10と逆の手順で、処理室201内からボート217を搬出し(ボートアンロード)、成膜済のウエハ200をボート217から脱装する(ウエハディスチャージ)。なお、ボートアンロード、ウエハディスチャージ時においては、開閉バル
ブ241g、開閉バルブ241hを開けて、処理室201内にパージガスを供給し続けることが好ましい。
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果を奏する。
る薄膜中に原料ガス分子に含まれる炭素原子や水素原子等が残留してしまい、薄膜中の不純物量が増加してしまう場合があった。本実施形態よれば、原料ガスノズル233aをショートノズルとして構成し、処理温度を比較的高くしているので、これらの課題を解決できる。
第1の実施形態では、原料ガスノズル233aを、反応ガスノズル233bのような多孔式のロングノズルとして構成せず、その垂直部がウエハ200の収容予定領域よりも下方に配置されるショートノズルとして構成していた。しかしながら、原料ガスノズル233aをショートノズルとして構成すると、原料ガスノズル233a内部での原料ガスの熱分解を抑えることはできるものの、TMAガスの供給量が処理室201内で(ウエハ200間で)局所的にばらついてしまう場合があった。例えば、ウエハ200に対するサイクル毎のTMAガスの供給量が、処理室201内の上部側のウエハ200では多くなり、下部側のウエハ200では少なくなってしまう等の場合があった。その結果、ウエハ200上に形成される酸化アルミニウム膜500の膜厚が、ウエハ200間でばらついてしまうことがあった。
本実施形態に係るコントローラ280は、異なる流速で互いに混合させないよう処理室201内に原料ガスを供給する処理を含むサイクルを所定回数実施させるように構成されている。例えば、コントローラ280は、第1の流速で主に処理室201内の下部側のウエハ200にTMAガスを供給する処理と、第1の流速よりも大きい第2の流速で主に処理室201内の上部側のウエハ200にTMAガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数実施させるように構成されている。
図10は、本実施形態に係る基板処理工程のフローチャート図である。図11は、本実施形態に係る原料ガス供給の様子を模式的に示す図であり、(a)原料ガスの流速を第1の流速とした場合、(b)原料ガスの流速を第1の流速より大きな第2の流速とした場合をそれぞれ示す。図12は、本実施形態のガス供給に係るタイミングチャート図である。これらの図面を参照しつつ、本実施形態に係る基板処理工程について説明する。図13は、本実施形態に係るTMAガス供給シーケンス、及び処理条件を従来と比較して示す図である。
本実施形態では、以下に示す第1の原料ガス供給工程S131〜排気工程S136を1サイクルとして、このサイクルを所定回数実施することにより、ウエハ200上に所望の厚さの酸化アルミニウム膜500を形成する。なお、ここでは、減圧・昇温工程S20の完了時にはTMAタンク260からTMAガスが安定して生成され、オゾナイザ270からオゾンガスが安定して生成されているものとする。
第1の原料ガス供給工程S131では、第1の実施形態に係る原料ガス供給工程S31とほぼ同様の処理手順により処理室201内にTMAガスを供給する。このとき、例えば、図11(a)に示すように、主に処理室201内の下部側のウエハ200にTMAガスが供給されるよう、TMAガスの流速を比較的小さな第1の流速に調整する。具体的には、第1不活性ガス供給管240gから供給されるN2ガス(流量調整ガス)の流量を少なくして、TMAガスの流速を第1の流速に調整する。
的に水平方向のガス流となる。ウエハ200を通過したTMAガスは、その後、排気管231から排気される。各ウエハ200に供給されたTMAガスは、各ウエハ200の表面、あるいはウエハ200上にすでに吸着しているTMA分子の吸着層等の表面と化学吸着(表面反応)を起こす。その結果、主に処理室201内の下部側のウエハ200上に、図7(b)に示すAl含有層500aが形成される。
続いて、排気工程S132では、第1の実施形態に係る排気工程S32とほぼ同様の処理手順及び処理条件により処理室201内をパージする。排気工程S132を行うことにより、図12(a)に示すように、第1の原料ガス供給工程S131で供給したTMAガスと、後述の第2の原料ガス供給工程S133で供給するTMAガスとが、互いに混合しないようにしている。
続いて、第1の実施形態に係る原料ガス供給工程S31とほぼ同様の処理手順により処理室201内にTMAガスを供給する。このとき、例えば、図11(b)に示すように、主に処理室201内の下部側のウエハ200にTMAガスが供給されるよう、TMAガスの流速を第1の流速よりも大きな第2の流速に調整する。具体的には、第1不活性ガス供給管240gから供給されるN2ガスの流量(流量調整ガス)を多くして、TMAガスの流量を工程S131から変更することなく、TMAガスの流速を第2の流量に切り替える。
続いて、排気工程S134では、第1の実施形態に係る排気工程S32とほぼ同様の処理手順及び処理条件により処理室201内をパージする。排気工程S134を行うことにより、図11(a)に示すように、第2の原料ガス供給工程S133で供給したTMAガスと、後述の反応ガス供給工程S135で供給するオゾンガスとが、互いに混合しないようにしている。
続いて、反応ガス供給工程S135では、第1の実施形態に係る反応ガス供給工程S33とほぼ同様の処理手順及び処理条件により処理室201内にオゾンガスを供給する。反応ガスノズル233bから処理室201内に供給されたオゾンガスは、図5に示す原料ガスと同様に反応ガス噴出口248bからガス排気口204aへと向かう水平方向のガス流10となり、排気管231から排気される。その際、積層された各ウエハ200にオゾンガスが供給され、オゾンガスは、各ウエハ200上のAl含有層500aを酸化させ、酸化アルミニウム層500bが形成される(図7(c))。なお、反応ガスノズル233bは、上述のように多孔式のロングノズルとして構成されているため、ウエハ200へのオ
ゾンガスの供給量はウエハ200間で均等となる。
続いて、排気工程S136では、第1の実施形態に係る排気工程S34と同様の処理手順及び処理条件により処理室201内をパージする。排気工程S136を行うことにより、図11(a)に示すように反応ガス供給工程S135で供給されたオゾンガスと、次のサイクルの第1の原料ガス供給工程S131で供給されるTMAガスとが、互いに混合しないようにしている。
処理圧力:20〜100Pa、好ましくは50Pa、
キャリアガス(Arガス)の流量:0.1〜2slm、好ましくは0.5slm、
流量調整ガス(N2ガス)の流量:1〜5slm、好ましくは3slm、
処理温度:450〜650℃、好ましくは550℃、
実施時間:2〜10秒、好ましくは5秒
処理圧力:50〜200Pa、好ましくは120Pa、
キャリアガス(Arガス)の流量:0.1〜2slm、好ましくは0.5slm、
流量調整ガス(N2ガス)の流量:10〜30slm、好ましくは20slm、
処理温度:450〜650℃、好ましくは550℃、
実施時間:2〜10秒、好ましくは5秒
処理圧力:50〜200Pa、好ましくは70Pa、
反応ガス(オゾンガス)の流量:3〜20slm、好ましくは6slm、
希釈ガス(N2ガス)の流量:0〜2slm、好ましくは0.5slm、
処理温度:450〜650℃、好ましくは550℃、
実施時間:10〜60秒、好ましくは20秒
処理圧力:50〜200Pa、好ましくは100Pa、
流量調整ガス(N2ガス)の流量(第1不活性ガス供給管):1〜10slm、好ましくは5slm、
流量調整ガス(N2ガス)の流量(第2不活性ガス供給管):1〜10slm、好ましくは5slm、
処理温度:450〜650℃、好ましくは550℃、
実施時間:5〜60秒、好ましくは10秒
本実施形態によれば、第1の実施形態に係る効果に加え、以下に示す1つ又は複数の効果を奏する。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態は、第1の流速での処理室201内へのTMAガスの供給処理を実施した後、第2の流量での処理室201内へのTMAガスの供給処理を実施する前に、処理室201内へのオゾンガスの供給処理を行うようにした点が第2の実施形態とは異なる。すなわち、本実施形態では、異なる流速で処理室201内にTMAガスを供給する毎に、処理室201内にオゾンガスを供給してウエハ200上のAl含有層500aを酸化する。本実施形態は、反応ガスが熱分解し易い性質を有する場合には、特に有効である。すなわち、反応ガスノズル233bを、原料ガスノズル233aと同様にショートノズルとして構成した場合に特に有効である。なお、以下では、第1,第2の実施形態と重複する内容を適宜省略しながら説明する。
本実施形態においては、制御部としてのコントローラ280は、第1の流速で主に処理室201内の下部側のウエハ200へのTMAガスの供給処理と、処理室201内へのオゾンガスの供給処理と、第1の流速よりも大きい第2の流速で主に処理室201内の上部側のウエハ200へのTMAガスの供給処理と、処理室201内へのオゾンガスの供給処理と、を1サイクルとして、このサイクルを所定回数実施させるように構成されている。なお、TMAガスの流速の切り替えは、第2の実施形態とほぼ同様の手法で行うことができる。
次に、本実施形態に係る基板処理工程について説明する。図14は、本実施形態に係る基板処理工程のフローチャート図である。図15は、本実施形態のガス供給に係るタイミングチャート図である。これらの図面を参照しつつ、本実施形態に係る基板処理工程について説明する。
本実施形態では、以下に示す第1の原料ガス供給工程S231〜排気工程S238を1サイクルとして、このサイクルを所定回数実施することにより、ウエハ200上に所望の厚さの酸化アルミニウム膜500を形成する。
第1の原料ガス供給工程S231では、第2の実施形態の第1の原料ガス供給工程S131とほぼ同様の手順及び処理条件により、第1の流速で主に処理室201内の下部側のウエハ200にTMAガスを供給し(図11(a)を参照)、ウエハ200上に図7(b)に示すAl含有層500aを形成する。
続いて、排気工程S232では、第1の実施形態に係る排気工程S32とほぼ同様の処理手順及び処理条件により処理室201内をパージする。排気工程S232を行うことにより、図15(a)に示すように、第1の原料ガス供給工程S231で供給したTMAガスと、後述の反応ガス供給工程S233で供給するオゾンガスとが、互いに混合しないようにしている。
続いて、反応ガス供給工程S233では、第1の実施形態に係る反応ガス供給工程S33とほぼ同様の手順及び処理条件に基づき処理室201内にオゾンガスを供給し、ウエハ200上のAl含有層500aを酸化させ、ウエハ200上に図7(c)に示す酸化アルミニウム層500bを形成する。なお、反応ガスノズル233bを、原料ガスノズル233aと同様にショートノズルとして構成した場合には、第2不活性ガス供給管240hからのN2ガス(流量調整ガス)の流量やオゾンガスの流量を調整すること等によってオゾンガスの流速を調整し、主に処理室201内の下部側のウエハ200(第1の原料ガス供給工程S231でTMAガスが供給されたウエハ200)にオゾンガスが供給されるようにするとよい。
続いて、排気工程S234では、第1の実施形態に係る排気工程S34とほぼ同様の処理手順及び処理条件により処理室201内をパージする。排気工程S234を行うことにより、図15(a)に示すように、反応ガス供給工程S233で供給したオゾンガスと、後述の第1の原料ガス供給工程S231で供給するTMAガスとが、互いに混合しないようにしている。
続いて、第2の原料ガス供給工程S235では、第2の実施形態の第2の原料ガス供給工程S133とほぼ同様の手順及び処理条件により、第2の流速で主に処理室201内の上部側のウエハ200にTMAガスを供給し(図11(b)を参照)、ウエハ200上に図7(b)に示すAl含有層500aを形成する。この際、TMAガスの流量は工程S231と工程S235とで変更されていないため、ウエハ200へのTMAガスの供給量は、工程S231と工程S235とで均等となる。そのため、工程S231及び工程S235の処理時間を揃えることで、ウエハ200上に形成されるAl含有層500aの厚さを、ウエハ200間で均一化することができる。
続いて、排気工程S236では、第1の実施形態に係る排気工程S34とほぼ同様の処理手順及び処理条件により処理室201内をパージする。排気工程S236を行うことにより、図15(a)に示すように、第2の原料ガス供給工程S235で供給したTMAガスと、後述の反応ガス供給工程S237で供給するオゾンガスとが、互いに混合しないようにしている。
続いて、反応ガス供給工程S237では、第1の実施形態に係る反応ガス供給工程S33とほぼ同様の手順及び処理条件により処理室201内にオゾンガスを供給し、ウエハ200上のAl含有層500aを酸化させ、ウエハ200上に図7(c)に示す酸化アルミニウム層500bを形成する。なお、反応ガスノズル233bを、原料ガスノズル233aと同様にショートノズルとして構成した場合には、反応ガス供給工程S233と同様にオゾンガスの流速を調整し、主に処理室201内の上部側のウエハ200(第2の原料ガス供給工程S235でTMAガスが供給されたウエハ200)にオゾンガスが供給されるようにするとよい。
続いて、排気工程S238では、第1の実施形態に係る排気工程S34とほぼ同様の処理手順及び処理条件により処理室201内をパージする。排気工程S238を行うことにより、図15(a)に示すように、反応ガス供給工程S237で供給したオゾンガスと、次のサイクルの第1の原料ガス供給工程S231で供給するTMAガスとが、互いに混合しないようにしている。
本実施形態によれば、第1,第2の実施形態に係る効果に加え、以下に示す効果を奏する。
上述の実施形態では、TMAガスの流量、Arガス(キャリアガス)をそれぞれ一定にしつつ、第1不活性ガス供給管240gから供給されるN2ガス(流速調整ガス)の流量を異ならせることにより、TMAガスの流速を第1の流速と第2の流速とで切り替えていた。しかしながら、本発明はこのような実施形態に限定されない。例えば、本実施形態のように、第1不活性ガス供給管240gから供給されるN2ガス(流速調整ガス)の流量を一定にしつつ(或いは供給することなく)、TMAガス自体の流量を変えることで、TMAガスの流速を第1の流速と第2の流速とで切り替えるようにしてもよい。例えば、処理室201内の下部側のウエハ200へTMAガスを供給する場合にはTMAガスの流量を少なくしてTMAガスの流速を小さく(第1の流速)し、処理室201内の上部側のウエハ200へTMAガスを供給する場合には、TMAガスの流量を多くしてTMAガスの流速を大きく(第2の流速)するとよい。
TMAガスの流速は、ガス噴射口の口径によっても調整できる。例えば、ガス噴射口の口径が広いと処理室201内に供給されるTMAガスの流速は遅くなり、ガス噴射口の口径が狭いと処理室201内に供給されるTMAガスの流速は速くなる。そこで、本実施形態では、ノズル収容部201a内におけるガス噴射口の高さ位置を揃えつつ、ウエハ200の収容予定領域よりも下方のノズル収容部201a内の所定位置に、ガス噴射口の口径が異なる複数の原料ガスノズルを備えるようにしている。ガス噴射口の口径が大きい原料ガスノズルは、第1の流速で主に処理室201内の下部側のウエハ200にTMAガスを供給するように構成されている。これに対して、ガス噴射口の口径が小さい原料ガスノズルは、第2の流速で主に処理室201内の上部側のウエハ200にTMAガスを供給するように構成されている。
、TMAガスの流速を調整することができる。なお、本実施形態に係る原料ガスノズルの上流端は、例えば、複数に分岐された原料ガス供給管240aの下流端にそれぞれ接続されるようにすればよい。その場合、原料ガスノズルに接続される原料ガス供給管240aの各分岐部分に、開閉バルブをそれぞれ設けるようにすればよい。また、原料ガスノズルの開閉バルブは、コントローラ280により開閉動作が制御されるようにすればよい。このような構成とすれば、原料ガス供給管240aから供給されるTMAガスの流速を、原料ガスノズルの開閉バルブの開閉動作のみで切り替えることが可能となる。これにより、TMAガスの流速に係る制御が簡略化される。
TMAガスの流速は、原料ガスノズルの長さ(或いはノズル内壁の表面粗さ)によっても調整できる。TMAガスは原料ガスノズルの内壁と摩擦を起こしながらノズル内を流通するため、例えば、原料ガスノズルが長いと(或いはノズル内壁の表面粗さが大きいと)摩擦が大きく、処理室201内に供給されるTMAガスの流速は遅くなり、原料ガスノズルが短いと(或いはノズル内壁の表面粗さが小さいと)摩擦が小さく、処理室201内に供給されるTMAガスの流速は速くなる。そこで、本実施形態では、ノズル収容部201a内におけるガス噴射口の高さ位置を揃えつつ、ウエハ200の収容予定領域よりも下方のノズル収容部201a内の所定位置に、長さが異なる(或いはノズル内壁の表面粗さが異なる)複数の原料ガスノズルを備えるようにしている。長い原料ガスノズル(或いは内壁の表面粗さが大きいノズル)は、第1の流速で主に処理室201内の下部側のウエハ200にTMAガスを供給するように構成されている。これに対して、短い原料ガスノズル(或いは内壁の表面粗さが小さいノズル)は、第2の流速で主に処理室201内の上部側のウエハ200にTMAガスを供給するように構成されている。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
第1の原料ガスとしてTMAを気化させたTMAガスを用いる場合に限定されず、Si原子、Hf原子、Zr原子、Al原子、Ta原子、Ti原子、Ru原子、Ir原子、Ge原子、Sb原子、Te原子のいずれかを含む有機化合物あるいは塩化物を気化或いは分解させた他のガスを用いてもよい。
以下に本発明の望ましい態様について付記する。
本発明の第1の態様は、
複数枚の基板を水平姿勢に積層した状態で収容する処理室と、
前記処理室の外側に設けられ、前記処理室内を加熱する加熱ユニットと、
原料ガスを供給する原料ガス供給ユニットと、
前記原料ガス供給ユニットと接続され、前記原料ガス供給ユニットから供給される前記原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガスノズルと、
前記処理室内を実質的に水平方向に排気する排気ユニットと、
少なくとも前記加熱ユニット、前記原料ガス供給ユニット、前記排気ユニットを制御する制御部と、
を有し、
前記原料ガスノズルは、前記処理室内の温度が前記原料ガスの熱分解温度よりも高い場合であっても内部で前記原料ガスが分解しないような前記処理室内の所定位置に配設されている基板処理装置である。
本発明の第2の態様は、
複数枚の基板を水平姿勢に積層した状態で収容する処理室と、
前記処理室の外側に設けられ、前記処理室内を加熱する加熱ユニットと、
原料ガスを供給する原料ガス供給ユニットと、
前記原料ガス供給ユニットと接続され、前記原料ガス供給ユニットから供給される前記原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガスノズルと、
前記処理室内を実質的に水平方向に排気する排気ユニットと、
少なくとも前記加熱ユニット、前記原料ガス供給ユニット、前記排気ユニットを制御する制御部と、
を有し、
前記原料ガスノズルは、前記処理室内の温度が前記原料ガスの熱分解温度よりも高い場合であっても内部で前記原料ガスが分解しないような前記処理室内の所定位置に配設され、
前記制御部は、異なる流速で互いに混合させないよう前記処理室内に前記原料ガスを供給する処理を含むサイクルを所定回数実施させるように構成されている基板処理装置である。
好ましくは、
前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給ユニットと、
前記反応ガス供給ユニットと接続され、前記基板の積層方向に沿って前記処理室内に配設され、前記反応ガス供給ユニットから供給される前記反応ガスを前記処理室内に供給する反応ガスノズルと、
を有し、
前記制御部は、第1の流速での前記処理室内への前記原料ガスの供給処理と、前記第1の流速とは異なる第2の流速での前記処理室内への前記原料ガスの供給処理と、前記処理室内への前記反応ガスの供給処理と、を1サイクルとして、このサイクルを所定回数実施させるように構成されている。
本発明の第3の態様は、
複数枚の基板を水平姿勢に積層した状態で収容する処理室と、
前記処理室の外側に設けられ、前記処理室内を加熱する加熱ユニットと、
原料ガスを供給する原料ガス供給ユニットと、
前記原料ガス供給ユニットと接続され、前記原料ガス供給ユニットから供給される前記原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガスノズルと、
前記処理室内を実質的に水平方向に排気する排気ユニットと、
少なくとも前記加熱ユニット、前記原料ガス供給ユニット、前記排気ユニットを制御する制御部と、
を有し、
前記原料ガスノズルは、前記処理室内の温度が前記原料ガスの熱分解温度よりも高い場合であっても内部で前記原料ガスが分解しないような前記処理室の下部の所定位置に配設されるとともに、前記処理室の上部に向けて前記原料ガスを供給するように原料ガス噴出口が開設され、
前記制御部は、第1の流速での前記処理室の下部側に収容される前記基板への前記原料ガスの供給処理と、前記第1の流速よりも大きい第2の流速での前記処理室の上部側に収容されるそれ以外の前記基板への前記原料ガスの供給処理と、を含むサイクルを所定回数実施させるように構成されている基板処理装置である。
本発明の第4の態様は、
複数枚の基板を水平姿勢に積層した状態で収容する処理室を内部空間に構成するインナチューブと、
前記インナチューブを取り囲むアウタチューブと、
前記アウタチューブの外側に設けられ、前記処理室内を加熱する加熱ユニットと、
原料ガスを供給する原料ガス供給ユニットと、
前記原料ガス供給ユニットと接続され、前記原料ガス供給ユニットから供給される前記原料ガスを原料ガス供給口を介して前記処理室内に供給する原料ガスノズルと、
前記インナチューブの側壁に開設されたガス排気口と、
前記アウタチューブと前記インナチューブとに挟まれる空間を排気して、前記原料ガス噴出口から前記ガス排気口へと向かう実質的に水平方向のガス流を生成させながら前記処理室内を排気する排気ユニットと、
少なくとも前記加熱ユニット、前記原料ガス供給ユニット、前記排気ユニットを制御する制御部と、
を有し、
前記原料ガスノズルは、前記処理室内の温度が前記原料ガスの熱分解温度よりも高い場合であっても内部で前記原料ガスが分解しないような前記処理室の下部の所定位置に配設されるとともに、前記処理室の上部に向けて前記原料ガスを供給するように前記原料ガス噴出口が開設され、
前記制御部は、第1の流速での前記処理室の下部側に収容される前記基板への前記原料ガスの供給処理と、前記第1の流速よりも大きい第2の流速での前記処理室の上部側に収容されるそれ以外の前記基板への前記原料ガスの供給処理と、を含むサイクルを所定回数実施させるように構成されている基板処理装置である。
好ましくは、
前記原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給ユニットと、
前記反応ガス供給ユニットと接続され、前記基板の積層方向に沿って前記処理室内に配設され、前記反応ガス供給ユニットから供給される前記反応ガスを前記処理室内に供給する反応ガスノズルと、
を有し、
前記制御部は、前記第1の流速での前記原料ガスの供給処理と、前記第2の流速での前記原料ガスの供給処理と、前記反応ガスの供給処理と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施させるように構成されている。
また、好ましくは、
前記原料ガスノズルに不活性ガスを供給する不活性ガス供給管が接続され、
前記制御部は、前記不活性ガスの流量を変化させることで前記原料ガスの流速を前記第1の流速と前記第2の流速とで異ならせるように構成されている。
また、好ましくは、
前記制御部は、
前記原料ガスの流量を変化させることにより前記原料ガスの流速を前記第1の流速と第2の流速とで異ならせるとともに、
前記第1の流速による前記原料ガスの供給処理を前記第2の流速による前記原料ガスの供給処理よりも長時間実施させるように構成されている。
また、好ましくは、
前記制御部は、
前記原料ガスの流量を変化させることにより前記原料ガスの流速を異ならせるとともに、
前記第1の流速での前記原料ガスの供給処理を所定回数実施させる処理と、
前記第1の流速の場合よりも少ない回数で前記第2の流量での前記原料ガスの供給処理を所定回数実施させる処理と、を少なくとも含むサイクルを所定回数実施させるように構成されている。
また、好ましくは、
前記処理室内の前記所定位置に、前記ガス噴射口の口径が異なる複数の前記原料ガスノズルを備える。
また、好ましくは、
前記処理室の前記所定位置に、長さが異なる複数の前記原料ガスノズルを備える。
本発明の第5の態様は、
水平姿勢で積層された複数枚の基板を処理室内に収容する基板搬入工程と、
前記処理室内の温度が原料ガスの熱分解温度よりも高い場合であっても内部で前記原料ガスが分解しないような前記処理室内の所定位置に配設された原料ガスノズルから、第1の流速で前記処理室内に前記原料ガスを供給する第1の原料ガス供給工程と、
前記原料ガスノズルから、前記第1の流速とは異なる第2の流速で前記処理室内に前記原料ガスを供給する第2の原料ガス供給工程と、
前記基板の積層方向に沿って前記処理室内に配設された反応ガスノズルから、前記原料ガスと反応する反応ガスを前記処理室内に供給する反応ガス供給工程と、
前記処理室内を実質的に水平方向に排気する排気工程と、
処理が完了した前記基板を前記処理室から搬出する基板搬出工程と、を有し、
前記第1の原料ガス供給工程と、前記第2の原料ガス供給工程と、前記反応ガス供給工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施して前記基板上に所定の膜を形成する半導体装置の製造方法である。
本発明の第6の態様は、
水平姿勢で積層された複数枚の基板を処理室内に収容する基板搬入工程と、
前記処理室内の温度が原料ガスの熱分解温度よりも高い場合であっても内部で前記原料ガスが分解しないような前記処理室の下部の所定位置に配設されるとともに、前記処理室の上部に向けて原料ガス噴出口が開設された原料ガスノズルから、第1の流速で前記処理室の下部側に収容される前記基板へ前記原料ガスを供給する第1の原料ガス供給工程と、
前記原料ガスノズルから、前記第1の流速よりも大きい第2の流速で前記処理室の上部側に収容されるそれ以外の前記基板へ前記原料ガスを供給する第2の原料ガス供給工程と、
前記基板の積層方向に沿って前記処理室内に配設された反応ガスノズルから、前記原料ガスと反応する反応ガスを前記処理室内に供給する反応ガス供給工程と、
前記処理室内を実質的に水平方向に排気する排気工程と、
処理が完了した前記基板を前記処理室から搬出する基板搬出工程と、を有し、
前記第1の原料ガス供給工程と、前記第2の原料ガス供給工程と、前記反応ガス供給工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施して前記基板上に所定の膜を形成する半導体装置の製造方法である。
本発明の第7の態様は、
水平姿勢で積層された複数枚の基板をインナチューブの内部に構成される処理室内に収容する基板搬入工程と、
前記処理室内の温度が原料ガスの熱分解温度よりも高い場合であっても内部で前記原料ガスが分解しないような前記処理室の下部の所定位置に配設されるとともに、前記処理室の上部に向けて原料ガス噴出口が開設された原料ガスノズルから、第1の流速で前記処理室の下部側に収容される前記基板へ前記原料ガスを供給する第1の原料ガス供給工程と、
前記原料ガスノズルから、前記第1の流速よりも大きい第2の流速で前記処理室の上部側に収容されるそれ以外の前記基板へ前記原料ガスを供給する第2の原料ガス供給工程と、
前記基板の積層方向に沿って前記処理室内に配設された反応ガスノズルから、前記原料ガスと反応する反応ガスを前記処理室内に供給する反応ガス供給工程と、
前記インナチューブの側壁にガス排気口が開設され、前記インナチューブを取り囲むアウタチューブと前記インナチューブとに挟まれる空間を排気して前記原料ガス噴出口から前記ガス排気口へと向かう実質的に水平方向のガス流を生成させながら前記処理室内を排気する排気工程と、
処理が完了した前記基板を前記処理室から搬出する基板搬出工程と、を有し、
前記第1の原料ガス供給工程と、前記第2の原料ガス供給工程と、前記反応ガス供給工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施して前記基板上に所定の膜を形成する半導体装置の製造方法である。
好ましくは、
前記第1の原料ガス供給工程では、前記原料ガスノズルに接続された不活性ガス供給管からの不活性ガスとともに前記第1の流速で前記処理室内に前記原料ガスを供給し、
前記第2の原料ガス供給工程では、前記第1の原料ガス供給工程よりも流量を増やした前記不活性ガスとともに前記第2の流速で前記処理室内に前記原料ガスを供給する。
また、好ましくは、
前記原料ガスの流量を変化させることにより前記第1の原料ガス供給工程と前記第2の原料ガス供給工程とで前記原料ガスの流速を異ならせるとともに、
前記第1の原料ガス供給工程を前記第2の原料ガス供給工程よりも長時間実施する。
また、好ましくは、
前記原料ガスの流量を変化させることにより前記第1の原料ガス供給工程と前記第2の原料ガス供給工程とで前記原料ガスの流速を異ならせるとともに、
前記第1の原料ガス供給工程を所定回数実施し、
前記第1の原料ガス供給工程よりも少ない回数で前記第2の原料ガス供給工程を所定回数実施するサイクルを所定回数実施する。
本発明の第8の態様は、
積層された基板を収容する処理室内の温度が原料ガスの熱分解温度よりも高い場合であっても内部で前記原料ガスが分解しないような前記処理室内の所定位置に配設された原料ガスノズルから、第1の流速で前記処理室内に前記原料ガスを供給する第1の原料ガス供給工程と、前記原料ガスノズルから前記第1の流速とは異なる第2の流速で前記処理室内に前記原料ガスを供給する第2の原料ガス供給工程と、前記基板の積層方向に沿って前記処理室内に配設された反応ガスノズルから前記原料ガスと反応する反応ガスを前記処理室内に供給する反応ガス供給工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施することにより形成される所定の膜を有する半導体装置である。
201 処理室
207 ヒータ(加熱ユニット)
233a 原料ガスノズル
280 コントローラ
Claims (3)
- 複数枚の基板を水平姿勢に積層した状態で収容する処理室と、
前記処理室の外側に設けられ、前記処理室内を加熱する加熱ユニットと、
原料ガスを供給する原料ガス供給ユニットと、
前記原料ガス供給ユニットと接続され、前記原料ガス供給ユニットから供給される前記原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガスノズルと、
前記処理室内を実質的に水平方向に排気する排気ユニットと、
少なくとも前記加熱ユニット、前記原料ガス供給ユニット、前記排気ユニットを制御する制御部と、
を有し、
前記原料ガスノズルは、前記処理室内の温度が前記原料ガスの熱分解温度よりも高い場合であっても内部で前記原料ガスが分解しないような前記処理室内の所定位置に配設され、
前記制御部は、異なる流速で互いに混合させないよう前記処理室内に前記原料ガスを供給する処理を含むサイクルを所定回数実施させるように構成されていることを特徴とする基板処理装置。 - 水平姿勢で積層された複数枚の基板を処理室内に収容する基板搬入工程と、
前記処理室内の温度が原料ガスの熱分解温度よりも高い場合であっても内部で前記原料ガスが分解しないような前記処理室内の所定位置に配設された原料ガスノズルから、第1の流速で前記処理室内に前記原料ガスを供給する第1の原料ガス供給工程と、
前記原料ガスノズルから、前記第1の流速とは異なる第2の流速で前記処理室内に前記原料ガスを供給する第2の原料ガス供給工程と、
前記基板の積層方向に沿って前記処理室内に配設された反応ガスノズルから、前記原料ガスと反応する反応ガスを前記処理室内に供給する反応ガス供給工程と、
前記処理室内を実質的に水平方向に排気する排気工程と、
処理が完了した前記基板を前記処理室から搬出する基板搬出工程と、を有し、
前記第1の原料ガス供給工程と、前記第2の原料ガス供給工程と、前記反応ガス供給工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施して前記基板上に所定の膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 積層された複数枚の基板を収容する処理室内の温度が原料ガスの熱分解温度よりも高い場合であっても内部で前記原料ガスが分解しないような前記処理室内の所定位置に配設された原料ガスノズルから、第1の流速で前記処理室内に前記原料ガスを供給する第1の原料ガス供給工程と、前記原料ガスノズルから前記第1の流速とは異なる第2の流速で前記処理室内に前記原料ガスを供給する第2の原料ガス供給工程と、前記基板の積層方向に沿って前記処理室内に配設された反応ガスノズルから前記原料ガスと反応する反応ガスを前記処理室内に供給する反応ガス供給工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数実施することにより形成されることを特徴とする半導体装置。
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