JP2012134412A - Semiconductor device manufacturing method, substrate processing method and substrate processing apparatus - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method, substrate processing method and substrate processing apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a nitride film having low hydrogen concentration in the film, excellent film thickness uniformity and less leakage current in a high temperature region.SOLUTION: A semiconductor device manufacturing method comprises: a step of forming a predetermined element containing layer on an oxide film by housing a substrate on which the oxide film is formed in a processing chamber under a heated pressure atmosphere of less than an atmospheric pressure and supplying a material gas; a step of changing the predetermined element containing layer to a nitride layer by supplying a nitrogen containing gas into the processing chamber under the heated pressure atmosphere of less than the atmospheric pressure; and a step of forming a nitride film on the oxide film by repeatedly performing the forming step and the changing step of the predetermined element containing layer alternately with performing a step of purging by supplying an inert gas into the processing chamber between the forming step and the changing step of the predetermined element containing layer. In the forming step of the predetermined element containing layer, an inert gas or a hydrogen containing gas is supplied via a nozzle provided lateral to the substrate when the material gas is supplied via the nozzle, and a flow rate of the material gas flowing in parallel with the substrate is set larger than a flow rate of the inert gas flowing in parallel with the substrate in the step of purging the inside of the processing chamber.

Description

この発明は、基板上に薄膜を形成する工程を含む半導体装置の製造方法及び基板処理方法、並びにその工程で好適に用いられる基板処理装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing method including a step of forming a thin film on a substrate, and a substrate processing apparatus suitably used in the step.

フラッシュメモリは、絶縁膜で囲まれた電子蓄積領域(浮遊ゲート)を備え、薄いトンネル酸化膜を介した電子のやり取りによって、情報の書き込みを行うと同時に、この薄い酸化膜の絶縁性を利用し長時間にわたり電子を保持し記憶を保つのが動作原理である。フラッシュメモリでは、書込み、消去時に電子やホール(正孔)がトンネル絶縁膜を通って浮遊ゲートにたまることによって情報が記憶されるが、微細化が進むに従い、トンネル絶縁膜におけるEOT(Equivalent Oxide Thickness:酸化膜換算膜厚)の薄膜化が求められている。そこで、酸化膜(SiO膜、以下、単にSiO膜ともいう)と比較し誘電率が高い窒化膜(Si膜、以下、単にSiN膜ともいう)をトンネル絶縁膜として用いることも考えられるが、SiN膜は欠陥密度が高く、その低減が求められている。欠陥として知られているダングリングボンドなどの構造欠陥は容易に水素と結合するため、膜中の水素原子が多い膜は欠陥密度の高い膜と言い換えることが出来、水素を含まない高品質なSiN膜が求められている。 A flash memory has an electron storage region (floating gate) surrounded by an insulating film, and writes information by exchanging electrons through a thin tunnel oxide film, and at the same time uses the insulating properties of this thin oxide film. The principle of operation is to hold electrons for a long time and keep the memory. In a flash memory, information is stored when electrons and holes (holes) accumulate in a floating gate through a tunnel insulating film at the time of writing and erasing. However, as miniaturization progresses, EOT (Equivalent Oxide Thickness) in the tunnel insulating film is stored. : Equivalent oxide thickness) is required. Therefore, a nitride film (Si 3 N 4 film, hereinafter also simply referred to as SiN film) having a higher dielectric constant than that of an oxide film (SiO 2 film, hereinafter also simply referred to as SiO film) may be used as the tunnel insulating film. However, the SiN film has a high defect density, and its reduction is required. Structural defects such as dangling bonds, which are known as defects, easily bond to hydrogen, so a film with many hydrogen atoms in the film can be rephrased as a film having a high defect density, and high-quality SiN that does not contain hydrogen. There is a need for membranes.

従来、SiN膜は、例えば700℃〜800℃付近の温度帯でSiHClガスとNHガスとを用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)法により成膜されているが、CVD法で形成されたSiN膜(CVD−SiN膜)は欠陥密度が高いこと、TDS(昇温脱離法)による水素の定量値で10の21乗オーダーの水素を含有することから、これらの改善が望まれる。 Conventionally, the SiN film is formed by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method using SiH 2 Cl 2 gas and NH 3 gas in a temperature range of about 700 ° C. to 800 ° C., but is formed by the CVD method. Further, since SiN film (CVD-SiN film) has a high defect density and contains hydrogen in the order of 10 21, which is a quantitative value of hydrogen by TDS (thermal desorption method), these improvements are desired.

また、CVD法では膜厚均一性やステップカバレッジ特性の制約により、成膜温度の高温化による水素低減は困難であり、CVD法に代わる成膜手法が望まれている。   Further, in the CVD method, it is difficult to reduce hydrogen by increasing the film formation temperature due to restrictions on film thickness uniformity and step coverage characteristics, and a film formation method replacing the CVD method is desired.

CVD法に代わる手法として挙げられるALD(Atomic Layer Deposition)法では、例えばSiHClガスとNHガスとを用いたALD−SiN成膜の場合、原材料に水素を含んでおり、ALD法が成り立つ温度領域(〜550℃程度)では、原材料起因の水素が膜中に残留するため、SiHClガスとNHガスとを用いたALD−SiN成膜に代わる膜厚均一性やステップカバレッジ特性の良い手法が望まれている。 In an ALD (Atomic Layer Deposition) method, which is cited as an alternative to the CVD method, for example, in the case of ALD-SiN film formation using SiH 2 Cl 2 gas and NH 3 gas, the raw material contains hydrogen. In the temperature range (about 550 ° C.), hydrogen derived from the raw material remains in the film. Therefore, film thickness uniformity and step coverage can be substituted for ALD-SiN film formation using SiH 2 Cl 2 gas and NH 3 gas. A method with good characteristics is desired.

発明者等は、鋭意研究の結果、高温領域において、膜中の水素濃度が極めて低く、膜厚均一性が良好な窒化膜を形成する方法を考案した。   As a result of diligent research, the inventors have devised a method of forming a nitride film having a very low hydrogen concentration and good film thickness uniformity in a high temperature region.

係る方法では、大気圧未満の圧力に設定されると共に加熱された状態の処理容器内に、基板を収容した状態で、所定元素を含む原料ガスを供給し排気することで基板上に所定元素含有層を形成する工程と、大気圧未満の圧力に設定されると共に加熱された状態の処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気することで所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、その間に処理容器内に不活性ガスを供給し排気して処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返すことで、基板上に所定膜厚の窒化膜を形成する。なお、所定元素含有層を形成する工程において、原料ガスを基板の側方に設けられたノズルから基板に向けて供給し、その際、そのノズルと同じノズルから、原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水
素含有ガスを供給することで、基板の表面と平行方向に流れる原料ガスの流速を、パージの際に基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする。
In such a method, a predetermined element is contained on the substrate by supplying and exhausting a raw material gas containing the predetermined element in a state where the substrate is accommodated in a heated processing container set to a pressure lower than atmospheric pressure. A step of forming a layer, and a step of changing the predetermined element-containing layer to a nitride layer by supplying and exhausting a nitrogen-containing gas into a processing vessel that is set to a pressure lower than atmospheric pressure and heated. In the meantime, a nitride film having a predetermined thickness is formed on the substrate by alternately repeating the process of supplying and exhausting an inert gas into the processing container and purging the inside of the processing container. In the process of forming the predetermined element-containing layer, the source gas is supplied from the nozzle provided on the side of the substrate toward the substrate, and at that time, the inert gas is supplied together with the source gas from the same nozzle as the nozzle. Alternatively, by supplying the hydrogen-containing gas, the flow rate of the source gas flowing in the direction parallel to the surface of the substrate is made larger than the flow rate of the inert gas flowing in the direction parallel to the surface of the substrate during the purge.

しかしながら、上述の方法で形成した窒化膜は、膜中の水素濃度が極めて低く、膜厚均一性が良好であるにもかかわらず、リーク電流が多くなることがあった。   However, the nitride film formed by the above-described method sometimes has a high leakage current despite the extremely low hydrogen concentration in the film and good film thickness uniformity.

本発明の目的は、高温領域において、膜中の水素濃度が極めて低く、膜厚均一性が良好であり、リーク電流の少ない窒化膜を形成することができる半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device, a substrate processing method, and a substrate processing method capable of forming a nitride film with extremely low hydrogen concentration in the film, good film thickness uniformity, and low leakage current in a high temperature region. It is to provide a substrate processing apparatus.

本発明の一態様によれば、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある処理容器内に、表面に所定膜厚の酸化膜が形成された基板を収容した状態で、該処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給し排気して、前記酸化膜上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気して、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返して、前記酸化膜上に所定膜厚の窒化膜を形成する工程を有し、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする工程において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする半導体装置の製造方法が提供される。
According to one aspect of the invention,
A raw material gas containing a predetermined element is supplied into the processing container in a state where a substrate having an oxide film with a predetermined film thickness formed on the surface is accommodated in a heated processing container under a pressure atmosphere less than atmospheric pressure. Evacuating and forming a predetermined element-containing layer on the oxide film;
Supplying and exhausting a nitrogen-containing gas into the processing vessel under a heated pressure atmosphere less than atmospheric pressure to change the predetermined element-containing layer into a nitride layer;
In the meantime, a process of forming a nitride film having a predetermined thickness on the oxide film is alternately repeated with a process of supplying and exhausting an inert gas into the processing container and purging the processing container. ,
In the step of forming the predetermined element-containing layer, the source gas is supplied toward the substrate through a nozzle provided on a side of the substrate, and at that time, together with the source gas through the nozzle By supplying an inert gas or a hydrogen-containing gas toward the substrate, the flow rate of the source gas flowing in a direction parallel to the surface of the substrate is parallel to the surface of the substrate in the step of purging the inside of the processing container. A method for manufacturing a semiconductor device is provided which is larger than the flow rate of the inert gas flowing through the substrate.

本発明の他の態様によれば、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある処理容器内に、表面に所定膜厚の酸化膜が形成された基板を収容した状態で、該処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給し排気して、前記酸化膜上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気して、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返して、前記酸化膜上に所定膜厚の窒化膜を形成する工程を有し、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする工程において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする基板処理方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
A raw material gas containing a predetermined element is supplied into the processing container in a state where a substrate having an oxide film with a predetermined film thickness formed on the surface is accommodated in a heated processing container under a pressure atmosphere less than atmospheric pressure. Evacuating and forming a predetermined element-containing layer on the oxide film;
Supplying and exhausting a nitrogen-containing gas into the processing vessel under a heated pressure atmosphere less than atmospheric pressure to change the predetermined element-containing layer into a nitride layer;
In the meantime, a process of forming a nitride film having a predetermined thickness on the oxide film is alternately repeated with a process of supplying and exhausting an inert gas into the processing container and purging the processing container. ,
In the step of forming the predetermined element-containing layer, the source gas is supplied toward the substrate through a nozzle provided on a side of the substrate, and at that time, together with the source gas through the nozzle By supplying an inert gas or a hydrogen-containing gas toward the substrate, the flow rate of the source gas flowing in a direction parallel to the surface of the substrate is parallel to the surface of the substrate in the step of purging the inside of the processing container. There is provided a substrate processing method in which the flow rate of the inert gas flowing in the substrate is larger than that of the inert gas.

本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、
前記処理容器内に不活性ガスまたは水素含有ガスを供給する不活性ガスまたは水素含有ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に、表面に所定膜厚の酸化膜が形成された基板を収容した状態で、該処理容器内に前記原料ガスを供給し排気して、前記酸化膜上に所定元素含有層を形成する処理と、加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に前記窒素含有ガスを供給し排気して、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる処理とを、その間に前記処理容器内に前記不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする処理を挟んで交互に繰り返して、前記酸化膜上に所定膜厚の窒化膜を形成すると共に、前記所定元素含有層を形成する処理では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に前記不活性ガスまたは前記水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする処理において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくするように、前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系、前記不活性ガスまたは水素含有ガス供給系、前記排気系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
According to yet another aspect of the invention,
A processing container for containing a substrate;
A heater for heating the inside of the processing container;
A source gas supply system for supplying a source gas containing a predetermined element in the processing container;
A nitrogen-containing gas supply system for supplying a nitrogen-containing gas into the processing vessel;
An inert gas or hydrogen-containing gas supply system for supplying an inert gas or a hydrogen-containing gas into the processing vessel;
An exhaust system for exhausting the inside of the processing vessel;
A pressure adjusting unit for adjusting the pressure in the processing container;
The raw material gas is supplied into the processing vessel and evacuated in a state where a substrate having an oxide film with a predetermined film thickness formed on the surface is accommodated in the processing vessel under a pressure atmosphere less than atmospheric pressure. A process of forming a predetermined element-containing layer on the oxide film, and supplying and exhausting the nitrogen-containing gas into the processing vessel under a heated pressure atmosphere less than atmospheric pressure, and the predetermined element-containing layer And a process of changing the gas to a nitride layer, alternately repeating the process of supplying and exhausting the inert gas into the process vessel and purging the process vessel in the meantime, thereby forming a predetermined film on the oxide film. In the process of forming a predetermined nitride-containing layer while forming a thick nitride film, the source gas is supplied toward the substrate through a nozzle provided on the side of the substrate, and at that time, the nozzle Together with the source gas through By supplying the active gas or the hydrogen-containing gas toward the substrate, the flow rate of the source gas flowing in the direction parallel to the surface of the substrate is set in the direction parallel to the surface of the substrate in the process of purging the inside of the processing container. The heater, the raw material gas supply system, the nitrogen-containing gas supply system, the inert gas or hydrogen-containing gas supply system, the exhaust system, and the pressure adjustment unit A control unit to control;
A substrate processing apparatus is provided.

本発明によれば、高温領域において、膜中の水素濃度が極めて低く、膜厚均一性が良好であり、リーク電流の少ない窒化膜を形成することができる半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置を提供できる。   According to the present invention, in a high-temperature region, a method for manufacturing a semiconductor device, a substrate processing method, and a method for forming a nitride film that can form a nitride film with extremely low hydrogen concentration, good film thickness uniformity, and low leakage current A substrate processing apparatus can be provided.

本実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示す図である。It is a schematic block diagram of the vertical processing furnace of the substrate processing apparatus used suitably by this embodiment, and is a figure which shows a processing furnace part with a vertical cross section. 本実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を図1のA−A線断面図で示す図である。It is a schematic block diagram of the vertical processing furnace of the substrate processing apparatus used suitably by this embodiment, and is a figure which shows a processing furnace part with the sectional view on the AA line of FIG. 本実施形態における成膜フローを示す図である。It is a figure which shows the film-forming flow in this embodiment. 本実施形態に係る酸化膜の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図であり、堆積・吸着阻害ガスとして不活性ガスを用いる例を示している。It is a figure which shows the timing of the gas supply in the film-forming sequence of the oxide film which concerns on this embodiment, and has shown the example which uses inert gas as deposition and adsorption inhibition gas. 本実施形態に係る酸化膜の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図であり、堆積・吸着阻害ガスとして水素含有ガスを用いる例を示している。It is a figure which shows the timing of the gas supply in the film-forming sequence of the oxide film which concerns on this embodiment, and has shown the example using hydrogen-containing gas as deposition and adsorption | suction inhibition gas. 本実施形態に係る窒化膜の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図であり、堆積・吸着阻害ガスとして不活性ガスを用いる例を示している。It is a figure which shows the timing of the gas supply in the film-forming sequence of the nitride film which concerns on this embodiment, and has shown the example using inert gas as deposition and adsorption | suction inhibition gas. 本実施形態に係る窒化膜の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図であり、堆積・吸着阻害ガスとして水素含有ガスを用いる例を示している。It is a figure which shows the timing of the gas supply in the film-forming sequence of the nitride film which concerns on this embodiment, and has shown the example using hydrogen-containing gas as deposition / adsorption inhibition gas. SiO膜を介して形成したSiN膜(実施例)及びウエット酸化により形成したSiO膜(参考例)のリーク電流密度及びEOTをそれぞれ示すグラフ図である。It is a graph which shows the leakage current density and EOT of the SiN film (Example) formed through the SiO film and the SiO film (reference example) formed by wet oxidation, respectively. SiO膜を介さずにウエハ上に直接形成したSiN膜(比較例)及びウエット酸化により形成したSiO膜(参考例)のリーク電流密度及びEOTをそれぞれ示すグラフ図である。It is a graph which respectively shows the leakage current density and EOT of the SiN film (comparative example) formed directly on the wafer without passing through the SiO film, and the SiO film (reference example) formed by wet oxidation. シリコンの堆積またはHCDガスの吸着の様子を模式的に示す図であり、(a)はHCDガスの流速が小さい場合、(b)はHCDガスの流速が大きい場合をそれぞれ示している。It is a figure which shows typically the mode of silicon deposition or adsorption | suction of HCD gas, (a) shows the case where the flow velocity of HCD gas is small, and (b) shows the case where the flow velocity of HCD gas is large, respectively. 本実施形態に係る成膜シーケンスによりウエハ上にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが順に積層された様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that the silicon oxide film and the silicon nitride film were laminated | stacked in order on the wafer by the film-forming sequence concerning this embodiment.

発明者等は、上述した窒化膜のリーク電流の増大要因について鋭意研究を行った。その結果、窒化膜の成膜温度を高温化すると、温度上昇時間および温度安定時間が長くなり、基板表面上における吸着酸素や巻き込み酸素等による基板表面と窒化膜との界面への影響
が大きくなることが、この現象の一要因となることを究明した。また、窒化膜の成膜温度を高温化することにより、サーマルエッチングによるエッチピット等のダメージが基板表面に生じ、基板の実効的な表面積が増大することがあり、これが窒化膜の電気特性に影響を与える一要因となることも究明した。また、基板表面の酸化(母材酸化)により形成される従来の熱酸化膜は、基板と熱酸化膜との界面が常に更新されるため良好な特性を持つが、基板上に窒化物を堆積させることにより形成される窒化膜は、基板と窒化膜との界面が更新されないため、エッチピット等のダメージがそのまま残留し、この界面特性が窒化膜の電気特性に影響を与える一要因となることも究明した。
The inventors diligently studied the above-described factors for increasing the leakage current of the nitride film. As a result, when the deposition temperature of the nitride film is increased, the temperature rise time and the temperature stabilization time become longer, and the influence on the interface between the substrate surface and the nitride film due to adsorbed oxygen or entrained oxygen on the substrate surface increases. Has been found to be a factor in this phenomenon. In addition, by increasing the temperature of the nitride film, damage such as etch pits due to thermal etching may occur on the substrate surface, increasing the effective surface area of the substrate, which affects the electrical properties of the nitride film. It was also found that this is one factor that gives In addition, the conventional thermal oxide film formed by oxidation of the substrate surface (base material oxidation) has good characteristics because the interface between the substrate and the thermal oxide film is constantly updated, but nitride is deposited on the substrate. Since the interface between the substrate and the nitride film is not updated, damage such as etch pits remains as it is, and this interface characteristic becomes a factor that affects the electrical characteristics of the nitride film. I also investigated.

そして発明者等は、上述の課題は、窒化膜を基板上に直接形成するのではなく、所定膜厚の酸化膜を介して形成することで、解決可能との知見を得た。すなわち、加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある処理容器内に、表面に所定膜厚の酸化膜が形成された基板を収容した状態で、処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給し排気して、酸化膜上に所定元素含有層を形成する工程と、加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気して、所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、その間に処理容器内に不活性ガスを供給し排気して処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返して、酸化膜上に所定膜厚の窒化膜を形成する場合に、所定元素含有層を形成する工程では、原料ガスを基板の側方に設けられたノズルを介して基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを基板に向けて供給することで、基板の表面と平行方向に流れる原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする工程において基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする。これにより、高温領域において、膜中の水素濃度が極めて低く、膜厚均一性が良好であり、リーク電流の少ない窒化膜を形成することが可能であるとの知見を得た。   The inventors have found that the above-described problem can be solved by forming the nitride film through an oxide film having a predetermined thickness instead of directly forming the nitride film on the substrate. That is, a raw material gas containing a predetermined element is supplied into a processing container in a state where a substrate having an oxide film of a predetermined thickness formed on the surface is accommodated in a heated processing container under a pressure atmosphere below atmospheric pressure. And evacuating to form a predetermined element-containing layer on the oxide film, and supplying and exhausting a nitrogen-containing gas into a heated processing vessel under a pressure atmosphere less than atmospheric pressure to form the predetermined element-containing layer. The step of changing to a nitride layer is alternately repeated with the step of supplying and exhausting an inert gas into the processing vessel and purging the inside of the processing vessel therebetween, thereby forming a nitride film having a predetermined thickness on the oxide film. When forming, in the step of forming the predetermined element-containing layer, the source gas is supplied toward the substrate through a nozzle provided on the side of the substrate, and at that time, together with the source gas through the nozzle Inert gas or hydrogen-containing gas toward the substrate By feeding, the flow rate of the source gas flowing parallel to the surface direction of the substrate, is greater than the flow rate of the inert gas flowing parallel to the surface direction of the substrate in the step of purging the process container. As a result, it has been found that in a high temperature region, it is possible to form a nitride film in which the hydrogen concentration in the film is extremely low, the film thickness uniformity is good, and the leakage current is small.

窒化膜の下地膜として酸化膜を予め形成することで、窒化膜の成膜温度を高温化したとしても、基板表面上における吸着酸素や巻き込み酸素等が基板表面と窒化膜との界面へ及ぼす影響を低減することができる。また、基板表面が酸化膜により覆われることで、窒化膜の成膜温度を高温化したとしても、サーマルエッチングによる基板表面でのエッチピット等の発生を抑制でき、基板表面の実効的な表面積の増加を防ぐことができる。これらにより、窒化膜の電気特性へ及ぼす影響を低減でき、窒化膜のリーク電流を低減できる。なお、下地膜としての酸化膜は、基板上に酸化膜を堆積させることにより形成してもよく、基板の表面を熱酸化させることにより形成してもよい。酸化膜の膜厚は、2nm以上4nm以下の範囲内であって例えば2nmとすることが好ましい。酸化膜及び窒化膜の形成は、同一の処理容器内で(in−situで)連続的に行ってもよく、異なる処理容器内で別々に行ってもよい。   Even if the film formation temperature of the nitride film is increased by pre-forming an oxide film as the base film of the nitride film, the influence of adsorbed oxygen and entrained oxygen on the substrate surface on the interface between the substrate surface and the nitride film Can be reduced. In addition, since the surface of the substrate is covered with an oxide film, even if the deposition temperature of the nitride film is increased, the generation of etch pits on the substrate surface due to thermal etching can be suppressed, and the effective surface area of the substrate surface can be reduced. Increase can be prevented. As a result, the influence of the nitride film on the electrical characteristics can be reduced, and the leakage current of the nitride film can be reduced. Note that the oxide film as the base film may be formed by depositing an oxide film on the substrate, or may be formed by thermally oxidizing the surface of the substrate. The thickness of the oxide film is preferably in the range of 2 nm to 4 nm, for example, 2 nm. The formation of the oxide film and the nitride film may be performed continuously in the same processing container (in-situ) or separately in different processing containers.

なお、酸化膜上に所定元素含有層を形成する工程は、CVD反応が生じる条件下で行う。このとき酸化膜上に1原子層未満から数原子層程度の所定元素含有層としての所定元素層を形成する。所定元素含有層は所定元素を含む原料ガス(以下、単に原料ガスともいう)の吸着層であってもよい。ここで、所定元素層とは、所定元素により構成される連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできる薄膜をも含む総称である。なお、所定元素により構成される連続的な層を薄膜という場合もある。また、原料ガスの吸着層とは原料ガスのガス分子の連続的な化学吸着層の他、不連続な化学吸着層をも含む。なお、1原子層未満の層とは不連続に形成される原子層のことを意味している。原料ガスが自己分解する条件下では酸化膜上に所定元素が堆積することで所定元素層が形成される。原料ガスが自己分解しない条件下では、酸化膜上に原料ガスが吸着することで原料ガスの吸着層が形成される。なお、酸化膜上に原料ガスの吸着層を形成するよりも、所定元素層を形成する方が、成膜レートを高くすることができ好ましい。   Note that the step of forming the predetermined element-containing layer on the oxide film is performed under conditions where a CVD reaction occurs. At this time, a predetermined element layer as a predetermined element-containing layer having a thickness of less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the oxide film. The predetermined element-containing layer may be an adsorption layer of a source gas containing a predetermined element (hereinafter also simply referred to as source gas). Here, the predetermined element layer is a generic name including a continuous layer composed of a predetermined element, a discontinuous layer, and a thin film formed by overlapping these layers. In addition, the continuous layer comprised with a predetermined element may be called a thin film. The source gas adsorption layer includes a discontinuous chemical adsorption layer in addition to a continuous chemical adsorption layer of gas molecules of the source gas. In addition, the layer less than 1 atomic layer means the atomic layer formed discontinuously. Under the condition that the source gas self-decomposes, the predetermined element layer is formed by depositing the predetermined element on the oxide film. Under conditions where the source gas does not self-decompose, the source gas is adsorbed on the oxide film, thereby forming an adsorption layer of the source gas. Note that it is preferable to form the predetermined element layer because the deposition rate can be increased, rather than forming the source gas adsorption layer on the oxide film.

また、所定元素含有層を窒化層に変化させる工程では、大気圧未満の圧力雰囲気下にあ
る処理容器内で窒素含有ガスを熱で活性化させるか熱分解させて窒素を含む窒化種を生成し、この窒化種により所定元素含有層を窒化して窒化層に変化させる(改質する)。すなわち、この窒化種と所定元素含有層とを反応させて、所定元素含有層を窒化層に変化させる。所定元素含有層を窒化層に変化させる工程はノンプラズマの減圧雰囲気下で行うことができる。なお、所定元素含有層を窒化層に変化させる工程では、窒素含有ガスをプラズマで活性化させて用いることもできる。
Further, in the step of changing the predetermined element-containing layer into a nitride layer, a nitrogen-containing gas is generated by activating or thermally decomposing a nitrogen-containing gas in a processing container under a pressure atmosphere lower than atmospheric pressure. The predetermined element-containing layer is nitrided by this nitriding species to be changed (modified) into a nitride layer. That is, the nitriding species and the predetermined element-containing layer are reacted to change the predetermined element-containing layer into a nitride layer. The step of changing the predetermined element-containing layer into the nitride layer can be performed in a non-plasma reduced pressure atmosphere. In the step of changing the predetermined element-containing layer to the nitride layer, a nitrogen-containing gas can be activated with plasma and used.

そして、所定元素含有層を形成する工程において、原料ガスを基板の側方に設けられたノズルから基板に向けて供給し、その際、そのノズルと同じノズルから、原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを供給することで、基板の表面と平行方向に流れる原料ガスの流速を、パージの際に基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする。このように、基板の表面と平行方向に流れる原料ガスの流速を高めることで、酸化膜上への所定元素含有層の堆積または吸着を阻害(抑制)させつつ基板上に所定元素含有層を形成することができるようになり、所定元素含有層の堆積または吸着中心を基板のエッジ側からセンタよりに移動させることが可能となる。その結果として、高温領域において、膜厚均一性が良好な窒化膜を形成することが可能となる。   Then, in the step of forming the predetermined element-containing layer, the source gas is supplied from the nozzle provided on the side of the substrate toward the substrate, and at that time, the inert gas together with the source gas is supplied from the same nozzle as the nozzle. Alternatively, by supplying the hydrogen-containing gas, the flow rate of the source gas flowing in the direction parallel to the surface of the substrate is made larger than the flow rate of the inert gas flowing in the direction parallel to the surface of the substrate during the purge. Thus, by increasing the flow rate of the source gas flowing in the direction parallel to the surface of the substrate, the predetermined element-containing layer is formed on the substrate while inhibiting (suppressing) the deposition or adsorption of the predetermined element-containing layer on the oxide film. It becomes possible to move the deposition or adsorption center of the predetermined element-containing layer from the edge side of the substrate to the center. As a result, it is possible to form a nitride film with good film thickness uniformity in the high temperature region.

本発明は、発明者等が得たかかる知見に基づいてなされたものである。以下に、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。   The present invention has been made based on such knowledge obtained by the inventors. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

<本発明の一実施形態>
(1)基板処理装置の構成
図1は、本実施の形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉202部分を縦断面で示している。また、図2は本実施の形態で好適に用いられる縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉202部分を図1のA−A線断面図で示している。なお、本発明は、本実施形態にかかる基板処理装置に限らず、枚葉式、Hot Wall型、Cold Wall型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。
<One Embodiment of the Present Invention>
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a substrate processing apparatus suitably used in the present embodiment, and shows a processing furnace 202 portion in a vertical section. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace suitably used in the present embodiment, and the processing furnace 202 portion is shown by a cross-sectional view taken along line AA in FIG. The present invention is not limited to the substrate processing apparatus according to the present embodiment, and can be suitably applied to a substrate processing apparatus having a single wafer type, hot wall type, or cold wall type processing furnace.

図1に示されているように、処理炉202は加熱手段(加熱機構)としてのヒータ207を有する。ヒータ207は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース(図示せず)に支持されることにより垂直に据え付けられている。なお、ヒータ207は、後述するようにガスを熱で活性化させる活性化機構としても機能する。   As shown in FIG. 1, the processing furnace 202 includes a heater 207 as a heating means (heating mechanism). The heater 207 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a heater base (not shown) as a holding plate. The heater 207 also functions as an activation mechanism that activates gas with heat, as will be described later.

ヒータ207の内側には、ヒータ207と同心円状に反応容器(処理容器)を構成する反応管203が配設されている。反応管203は、例えば石英(SiO)または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管203の筒中空部には処理室201が形成されており、基板としてのウエハ200を後述するボート217によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。 Inside the heater 207, a reaction tube 203 constituting a reaction vessel (processing vessel) concentrically with the heater 207 is disposed. The reaction tube 203 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened. A processing chamber 201 is formed in a hollow cylindrical portion of the reaction tube 203, and is configured to be able to accommodate wafers 200 as substrates in a state of being aligned in multiple stages in a horizontal posture and in a vertical direction by a boat 217 described later.

処理室201内には、第1ガス導入部としての第1ノズル233aと、第2ガス導入部としての第2ノズル233bとが、反応管203の下部側壁を貫通するように設けられている。第1ノズル233aには、第1ガス供給管232aが接続されている。また、第2ノズル233bには、第2ガス供給管232b、第3ガス供給管232c及び第4ガス供給管232dが接続されている。このように、反応管203には2本のノズル233a、233bと、4本のガス供給管232a、232b、232c、232dが設けられており、処理室201内へ複数種類、ここでは4種類のガスを供給することができるように構成されている。   In the processing chamber 201, a first nozzle 233 a as a first gas introduction unit and a second nozzle 233 b as a second gas introduction unit are provided so as to penetrate the lower side wall of the reaction tube 203. A first gas supply pipe 232a is connected to the first nozzle 233a. In addition, a second gas supply pipe 232b, a third gas supply pipe 232c, and a fourth gas supply pipe 232d are connected to the second nozzle 233b. As described above, the reaction tube 203 is provided with the two nozzles 233a and 233b and the four gas supply tubes 232a, 232b, 232c, and 232d. It is comprised so that gas can be supplied.

第1ガス供給管232aには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御部)であるマ
スフローコントローラ(MFC)241a、及び開閉弁であるバルブ243aが設けられている。また、第1ガス供給管232aのバルブ243aよりも下流側には、第1不活性ガス供給管232eが接続されている。この第1不活性ガス供給管232eには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ241e、及び開閉弁であるバルブ243eが設けられている。また、第1ガス供給管232aの先端部には、上述の第1ノズル233aが接続されている。第1ノズル233aは、反応管203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、反応管203の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ200の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。すなわち、第1ノズル233aは、ウエハ200が配列されるウエハ配列領域の側方に設けられている。第1ノズル233aはL字型のロングノズルとして構成されている。第1ノズル233aの側面には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は反応管203の中心を向くように開口しており、ウエハ200に向けてガスを供給することが可能となっている。このガス供給孔248aは、反応管203の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
In the first gas supply pipe 232a, a mass flow controller (MFC) 241a that is a flow rate controller (flow rate control unit) and a valve 243a that is an on-off valve are provided in order from the upstream direction. A first inert gas supply pipe 232e is connected to the downstream side of the valve 243a of the first gas supply pipe 232a. The first inert gas supply pipe 232e is provided with a mass flow controller 241e that is a flow rate controller (flow rate control unit) and a valve 243e that is an on-off valve in order from the upstream direction. The first nozzle 233a is connected to the tip of the first gas supply pipe 232a. The first nozzle 233a is provided in an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200 so as to rise upward from the lower portion of the inner wall of the reaction tube 203 in the stacking direction of the wafer 200. It has been. That is, the first nozzle 233a is provided on the side of the wafer arrangement area where the wafers 200 are arranged. The first nozzle 233a is configured as an L-shaped long nozzle. A gas supply hole 248a for supplying gas is provided on the side surface of the first nozzle 233a. The gas supply hole 248 a is opened so as to face the center of the reaction tube 203, and gas can be supplied toward the wafer 200. A plurality of gas supply holes 248a are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 203, each having the same opening area, and further provided at the same opening pitch.

主に、第1ガス供給管232a、マスフローコントローラ241a、バルブ243aにより第1ガス供給系が構成される。なお、第1ノズル233aを第1ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第1不活性ガス供給管232e、マスフローコントローラ241e、バルブ243eにより、第1不活性ガス供給系が構成される。第1不活性ガス供給系はパージガス供給系としても機能する。   A first gas supply system is mainly configured by the first gas supply pipe 232a, the mass flow controller 241a, and the valve 243a. The first nozzle 233a may be included in the first gas supply system. Further, a first inert gas supply system is mainly configured by the first inert gas supply pipe 232e, the mass flow controller 241e, and the valve 243e. The first inert gas supply system also functions as a purge gas supply system.

第2ガス供給管232bには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)241b、及び開閉弁であるバルブ243bが設けられている。また、第2ガス供給管232bのバルブ243bよりも下流側には、第2不活性ガス供給管232fが接続されている。この第2不活性ガス供給管232fには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ241f、及び開閉弁であるバルブ243fが設けられている。また、第2ガス供給管232bの先端部には、上述の第2ノズル233bが接続されている。第2ノズル233bは、ガス分散空間であるバッファ室237内に設けられている。   In the second gas supply pipe 232b, a mass flow controller (MFC) 241b that is a flow rate controller (flow rate control unit) and a valve 243b that is an on-off valve are provided in order from the upstream direction. Further, a second inert gas supply pipe 232f is connected to the downstream side of the valve 243b of the second gas supply pipe 232b. The second inert gas supply pipe 232f is provided with a mass flow controller 241f as a flow rate controller (flow rate control unit) and a valve 243f as an on-off valve in order from the upstream direction. The second nozzle 233b is connected to the tip of the second gas supply pipe 232b. The second nozzle 233b is provided in a buffer chamber 237 that is a gas dispersion space.

バッファ室237は反応管203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、反応管203内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ200の積載方向に沿って設けられている。すなわち、バッファ室237は、ウエハ配列領域の側方に設けられている。バッファ室237のウエハ200と隣接する壁の端部にはガスを供給するガス供給孔248cが設けられている。ガス供給孔248cは反応管203の中心を向くように開口しており、ウエハ200に向けてガスを供給することが可能となっている。このガス供給孔248cは、反応管203の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。   The buffer chamber 237 is provided in a circular arc space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200 in a portion extending from the lower part to the upper part of the inner wall of the reaction tube 203 along the loading direction of the wafer 200. That is, the buffer chamber 237 is provided on the side of the wafer arrangement region. A gas supply hole 248 c for supplying a gas is provided at the end of the wall of the buffer chamber 237 adjacent to the wafer 200. The gas supply hole 248 c is opened so as to face the center of the reaction tube 203, and gas can be supplied toward the wafer 200. A plurality of gas supply holes 248c are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 203, each having the same opening area, and further provided at the same opening pitch.

第2ノズル233bは、バッファ室237のガス供給孔248cが設けられた端部と反対側の端部に、反応管203の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ200の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。すなわち、第2ノズル233bは、ウエハ配列領域の側方に設けられている。第2ノズル233bはL字型のロングノズルとして構成されている。第2ノズル233bの側面にはガスを供給するガス供給孔248bが設けられている。ガス供給孔248bはバッファ室237の中心を向くように開口している。このガス供給孔248bは、バッファ室237のガス供給孔248cと同様に、反応管203の下部から上部にわたって複数設けられている。この複数のガス供給孔248bのそれぞれの開口面積は、バッファ室237内と処理室201内の差圧が小さい場合には、上流側(下部)から下流側(上部)まで、それぞれ同一の開口面積で同一の開口ピッチと
するとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって、それぞれ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。
The second nozzle 233b is located at the end of the buffer chamber 237 opposite to the end where the gas supply hole 248c is provided, and extends upward from the bottom of the inner wall of the reaction tube 203 in the stacking direction of the wafer 200. It is provided to stand up. That is, the second nozzle 233b is provided on the side of the wafer arrangement region. The second nozzle 233b is configured as an L-shaped long nozzle. A gas supply hole 248b for supplying gas is provided on the side surface of the second nozzle 233b. The gas supply hole 248 b is opened to face the center of the buffer chamber 237. A plurality of gas supply holes 248 b are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 203, similarly to the gas supply holes 248 c of the buffer chamber 237. Each of the plurality of gas supply holes 248b has the same opening area from the upstream side (lower part) to the downstream side (upper part) when the differential pressure in the buffer chamber 237 and the processing chamber 201 is small. However, when the differential pressure is large, the opening area is increased or the opening pitch is decreased from the upstream side toward the downstream side.

本実施形態においては、第2ノズル233bのガス供給孔248bのそれぞれの開口面積や開口ピッチを、上流側から下流側にかけて上述のように調節することで、まず、ガス供給孔248bのそれぞれから、流速の差はあるものの、流量がほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこのガス供給孔248bのそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室237内に導入し、バッファ室237内においてガスの流速差の均一化を行うこととしている。すなわち、第2ノズル233bのガス供給孔248bのそれぞれよりバッファ室237内に噴出したガスはバッファ室237内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室237のガス供給孔248cより処理室201内に噴出する。これにより、第2ノズル233bのガス供給孔248bのそれぞれよりバッファ室237内に噴出したガスは、バッファ室237のガス供給孔248cのそれぞれより処理室201内に噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとなる。   In the present embodiment, by adjusting the opening area and the opening pitch of the gas supply holes 248b of the second nozzle 233b from the upstream side to the downstream side as described above, first, from each of the gas supply holes 248b, Although there is a difference in flow velocity, gas with the same flow rate is ejected. The gas ejected from each of the gas supply holes 248b is once introduced into the buffer chamber 237, and the difference in gas flow velocity is made uniform in the buffer chamber 237. That is, the gas jetted into the buffer chamber 237 from each of the gas supply holes 248b of the second nozzle 233b is reduced in the particle velocity of each gas in the buffer chamber 237, and then is processed from the gas supply hole 248c of the buffer chamber 237. It spouts into 201. Accordingly, when the gas ejected into the buffer chamber 237 from each of the gas supply holes 248b of the second nozzle 233b is ejected into the processing chamber 201 from each of the gas supply holes 248c of the buffer chamber 237, a uniform flow rate is obtained. And a gas having a flow rate.

主に、第2ガス供給管232b、マスフローコントローラ241b、バルブ243bにより第2ガス供給系が構成される。なお、第2ノズル233bおよびバッファ室237を第2ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第2不活性ガス供給管232f、マスフローコントローラ241f、バルブ243fにより第2不活性ガス供給系が構成される。第2不活性ガス供給系はパージガス供給系としても機能する。   A second gas supply system is mainly configured by the second gas supply pipe 232b, the mass flow controller 241b, and the valve 243b. Note that the second nozzle 233b and the buffer chamber 237 may be included in the second gas supply system. In addition, a second inert gas supply system is mainly configured by the second inert gas supply pipe 232f, the mass flow controller 241f, and the valve 243f. The second inert gas supply system also functions as a purge gas supply system.

第3ガス供給管232cには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)241c、及び開閉弁であるバルブ243cが設けられている。また、第3ガス供給管232cのバルブ243cよりも下流側には、第3不活性ガス供給管232gが接続されている。この第3不活性ガス供給管232gには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ241g、及び開閉弁であるバルブ243gが設けられている。また、第3ガス供給管232cの先端部は、第2ガス供給管232bのバルブ243bよりも下流側に接続されている。   The third gas supply pipe 232c is provided with a mass flow controller (MFC) 241c that is a flow rate controller (flow rate control unit) and a valve 243c that is an on-off valve in order from the upstream direction. A third inert gas supply pipe 232g is connected to the downstream side of the valve 243c of the third gas supply pipe 232c. The third inert gas supply pipe 232g is provided with a mass flow controller 241g, which is a flow rate controller (flow rate control unit), and a valve 243g, which is an on-off valve, in order from the upstream direction. The tip of the third gas supply pipe 232c is connected to the downstream side of the valve 243b of the second gas supply pipe 232b.

主に、第3ガス供給管232c、マスフローコントローラ241c、バルブ243cにより第3ガス供給系が構成される。なお、第2ガス供給管232bの第3ガス供給管232cとの接続部よりも下流側、第2ノズル233bおよびバッファ室237を第3ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第3不活性ガス供給管232g、マスフローコントローラ241g、バルブ243gにより第3不活性ガス供給系が構成される。第3不活性ガス供給系はパージガス供給系としても機能する。   A third gas supply system is mainly configured by the third gas supply pipe 232c, the mass flow controller 241c, and the valve 243c. The second gas supply pipe 232b may be considered to include the second nozzle 233b and the buffer chamber 237 in the third gas supply system on the downstream side of the connection portion between the second gas supply pipe 232b and the third gas supply pipe 232c. In addition, a third inert gas supply system is mainly configured by the third inert gas supply pipe 232g, the mass flow controller 241g, and the valve 243g. The third inert gas supply system also functions as a purge gas supply system.

第4ガス供給管232dには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)241d、及び開閉弁であるバルブ243dが設けられている。また、第4ガス供給管232dのバルブ243dよりも下流側には、第4不活性ガス供給管232hが接続されている。この第4不活性ガス供給管232hには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ241h、及び開閉弁であるバルブ243hが設けられている。また、第4ガス供給管232dの先端部は、第2ガス供給管232bのバルブ243bよりも下流側に接続されている。   In the fourth gas supply pipe 232d, a mass flow controller (MFC) 241d that is a flow rate controller (flow rate control unit) and a valve 243d that is an on-off valve are provided in order from the upstream direction. A fourth inert gas supply pipe 232h is connected to the downstream side of the valve 243d of the fourth gas supply pipe 232d. The fourth inert gas supply pipe 232h is provided with a mass flow controller 241h as a flow rate controller (flow rate control unit) and a valve 243h as an on-off valve in order from the upstream direction. The tip of the fourth gas supply pipe 232d is connected to the downstream side of the valve 243b of the second gas supply pipe 232b.

主に、第4ガス供給管232d、マスフローコントローラ241d、バルブ243dにより第4ガス供給系が構成される。なお、第2ガス供給管232bの第4ガス供給管232dとの接続部よりも下流側、第2ノズル233bおよびバッファ室237を第4ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、第4不活性ガス供給管232h、マスフローコントローラ241h、バルブ243hにより第4不活性ガス供給系が構成される。第4不活性ガス供給系はパージガス供給系としても機能する。   A fourth gas supply system is mainly configured by the fourth gas supply pipe 232d, the mass flow controller 241d, and the valve 243d. The second gas supply pipe 232b may be considered to include the second nozzle 233b and the buffer chamber 237 in the fourth gas supply system on the downstream side of the connection portion between the second gas supply pipe 232b and the fourth gas supply pipe 232d. In addition, a fourth inert gas supply system is mainly configured by the fourth inert gas supply pipe 232h, the mass flow controller 241h, and the valve 243h. The fourth inert gas supply system also functions as a purge gas supply system.

第1ガス供給管232aからは、所定元素を含む原料ガス、すなわち、所定元素としてのシリコン(Si)を含む原料ガス(シリコン含有ガス)として、例えばヘキサクロロジシラン(SiCl、略称:HCD)ガスが、マスフローコントローラ241a、バルブ243a、第1ノズル233aを介して処理室201内に供給される。すなわち、第1ガス供給系は原料ガス供給系(シリコン含有ガス供給系)として構成される。なお、HCDのように常温常圧下で液体状態である液体原料を用いる場合は、液体原料を気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、原料ガスとして供給することとなる。このとき同時に、第1不活性ガス供給管232eから、堆積・吸着阻害ガスとしての不活性ガスが、マスフローコントローラ241e、バルブ243eを介して第1ガス供給管232a内に供給される。ここで、堆積・吸着阻害ガスとは、ウエハ200表面上へのシリコンの堆積またはHCDガスの吸着を阻害させるためのガスのことである。第1ガス供給管232a内に供給された堆積・吸着阻害ガスとしての不活性ガスは、第1ノズル233aを介してHCDガスと一緒に処理室201内に供給される。なおこのとき、堆積・吸着阻害ガスとして、不活性ガスの代わりに水素含有ガスを第1ガス供給管232a内に供給するようにしてもよい。この場合、第1不活性ガス供給系を水素含有ガス供給系に置き換えればよい。すなわちこの場合、水素含有ガス供給系は、水素含有ガス供給管232e、マスフローコントローラ241e、バルブ243eにより構成されることとなる。このように、第1不活性ガス供給系は堆積・吸着阻害ガス供給系としても構成され、水素含有ガス供給系に置き換えることも可能となっている。 From the first gas supply pipe 232a, for example, hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 , abbreviation: HCD) is used as a source gas containing a predetermined element, that is, a source gas containing silicon (Si) as a predetermined element (silicon-containing gas). A gas is supplied into the processing chamber 201 via the mass flow controller 241a, the valve 243a, and the first nozzle 233a. That is, the first gas supply system is configured as a source gas supply system (silicon-containing gas supply system). In addition, when using the liquid raw material which is a liquid state under normal temperature normal pressure like HCD, a liquid raw material will be vaporized with vaporization systems, such as a vaporizer and a bubbler, and will be supplied as raw material gas. At the same time, an inert gas as a deposition / adsorption inhibition gas is supplied from the first inert gas supply pipe 232e into the first gas supply pipe 232a via the mass flow controller 241e and the valve 243e. Here, the deposition / adsorption inhibition gas is a gas for inhibiting the deposition of silicon on the surface of the wafer 200 or the adsorption of the HCD gas. The inert gas as the deposition / adsorption inhibition gas supplied into the first gas supply pipe 232a is supplied into the processing chamber 201 together with the HCD gas through the first nozzle 233a. At this time, as the deposition / adsorption inhibition gas, a hydrogen-containing gas may be supplied into the first gas supply pipe 232a instead of the inert gas. In this case, the first inert gas supply system may be replaced with a hydrogen-containing gas supply system. That is, in this case, the hydrogen-containing gas supply system includes the hydrogen-containing gas supply pipe 232e, the mass flow controller 241e, and the valve 243e. Thus, the first inert gas supply system is also configured as a deposition / adsorption inhibition gas supply system and can be replaced with a hydrogen-containing gas supply system.

第2ガス供給管232bからは、窒素を含むガス(窒素含有ガス)として、例えばアンモニア(NH)ガスが、マスフローコントローラ241b、バルブ243b、第2ノズル233b、バッファ室237を介して処理室201内に供給される。すなわち、第2ガス供給系は窒素含有ガス供給系として構成される。このとき同時に、第2不活性ガス供給管232fから、不活性ガスが、マスフローコントローラ241f、バルブ243fを介して第2ガス供給管232b内に供給されるようにしてもよい。 From the second gas supply pipe 232b, for example, ammonia (NH 3 ) gas is contained as nitrogen-containing gas (nitrogen-containing gas) via the mass flow controller 241b, the valve 243b, the second nozzle 233b, and the buffer chamber 237. Supplied in. That is, the second gas supply system is configured as a nitrogen-containing gas supply system. At the same time, the inert gas may be supplied from the second inert gas supply pipe 232f into the second gas supply pipe 232b via the mass flow controller 241f and the valve 243f.

第3ガス供給管232cからは、酸素を含むガス(酸素含有ガス)として、例えば酸素(O)ガスが、マスフローコントローラ241c、バルブ243c、第2ガス供給管232b、第2ノズル233b、バッファ室237を介して処理室201内に供給される。すなわち、第3ガス供給系は酸素含有ガス供給系として構成される。このとき同時に、第3不活性ガス供給管232gから、不活性ガスが、マスフローコントローラ241g、バルブ243gを介して第3ガス供給管232c内に供給されるようにしてもよい。 From the third gas supply pipe 232c, as a gas containing oxygen (oxygen-containing gas), for example, oxygen (O 2 ) gas includes a mass flow controller 241c, a valve 243c, a second gas supply pipe 232b, a second nozzle 233b, and a buffer chamber. 237 is supplied into the processing chamber 201. That is, the third gas supply system is configured as an oxygen-containing gas supply system. At the same time, the inert gas may be supplied from the third inert gas supply pipe 232g into the third gas supply pipe 232c via the mass flow controller 241g and the valve 243g.

第4ガス供給管232dからは、水素を含むガス(水素含有ガス)として、例えば水素(H)ガスが、マスフローコントローラ241d、バルブ243d、第2ガス供給管232b、第2ノズル233b、バッファ室237を介して処理室201内に供給される。すなわち、第4ガス供給系は水素含有ガス供給系として構成される。このとき同時に、第4不活性ガス供給管232hから、不活性ガスが、マスフローコントローラ241h、バルブ243hを介して第4ガス供給管232d内に供給されるようにしてもよい。 From the fourth gas supply pipe 232d, for example, hydrogen (H 2 ) gas as a gas containing hydrogen (hydrogen-containing gas) includes a mass flow controller 241d, a valve 243d, a second gas supply pipe 232b, a second nozzle 233b, and a buffer chamber. 237 is supplied into the processing chamber 201. That is, the fourth gas supply system is configured as a hydrogen-containing gas supply system. At the same time, the inert gas may be supplied from the fourth inert gas supply pipe 232h into the fourth gas supply pipe 232d via the mass flow controller 241h and the valve 243h.

なお、本実施形態では、NHガスとOガスとHガスとを同じノズルから処理室201内(バッファ室237内)に供給するようにしているが、それぞれを別々のノズルから処理室201内に供給するようにしてもよく、Hガスのみを別のノズルから処理室201内に供給するようにしてもよい。ただし、複数種類のガスでノズルを共用とした方が、ノズルの本数を減らすことができ、装置コストを低減することができ、メンテナンスも容易になる等のメリットがある。また、HガスとHCDガスとを同じノズルから処理室201内に供給するようにしてもよい。後述する成膜温度帯では、HガスとHCDガスとは反応しないが、NHガスとHCDガス、及びOガスとHCDガスとはそれぞれ反
応することが考えられるので、NHガスやOガスを供給するノズルと、HCDガスを供給するノズルとは別にした方がよい。
In the present embodiment, NH 3 gas, O 2 gas, and H 2 gas are supplied from the same nozzle into the processing chamber 201 (inside the buffer chamber 237). The gas may be supplied into 201, or only H 2 gas may be supplied into the processing chamber 201 from another nozzle. However, sharing the nozzles with a plurality of types of gas has the advantages that the number of nozzles can be reduced, the apparatus cost can be reduced, and maintenance is facilitated. Further, H 2 gas and HCD gas may be supplied into the processing chamber 201 from the same nozzle. The deposition temperature range described later, but do not react with H 2 gas and HCD gas, NH 3 gas and HCD gas, and since the O 2 gas and the HCD gas is considered to react respectively, NH 3 gas and O It is better to separate the nozzle for supplying the two gases and the nozzle for supplying the HCD gas.

バッファ室237内には、図2に示すように、細長い構造を有する第1の電極である第1の棒状電極269及び第2の電極である第2の棒状電極270が、反応管203の下部より上部にわたりウエハ200の積層方向に沿って配設されている。第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270のそれぞれは、第2ノズル233bと平行に設けられている。第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270のそれぞれは、上部より下部にわたって各電極を保護する保護管である電極保護管275により覆われることで保護されている。この第1の棒状電極269又は第2の棒状電極270のいずれか一方は整合器272を介して高周波電源273に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間のプラズマ生成領域224にプラズマが生成される。主に、第1の棒状電極269、第2の棒状電極270、電極保護管275、整合器272、高周波電源273によりプラズマ発生器(プラズマ発生部)としてのプラズマ源が構成される。なお、プラズマ源は、後述するようにガスをプラズマで活性化させる活性化機構として機能する。   In the buffer chamber 237, as shown in FIG. 2, a first rod-shaped electrode 269 that is a first electrode having an elongated structure and a second rod-shaped electrode 270 that is a second electrode are provided at the bottom of the reaction tube 203. The upper part is disposed along the stacking direction of the wafers 200. Each of the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 is provided in parallel with the second nozzle 233b. Each of the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 is protected by being covered with an electrode protection tube 275 that is a protection tube that protects each electrode from the top to the bottom. Either the first rod-shaped electrode 269 or the second rod-shaped electrode 270 is connected to the high-frequency power source 273 via the matching unit 272, and the other is connected to the ground as the reference potential. As a result, plasma is generated in the plasma generation region 224 between the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270. The first rod-shaped electrode 269, the second rod-shaped electrode 270, the electrode protection tube 275, the matching unit 272, and the high-frequency power source 273 mainly constitute a plasma source as a plasma generator (plasma generating unit). The plasma source functions as an activation mechanism that activates a gas with plasma as will be described later.

電極保護管275は、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270のそれぞれをバッファ室237の雰囲気と隔離した状態でバッファ室237内に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管275の内部は外気(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第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270はヒータ207による熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管275の内部には窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第1の棒状電極269又は第2の棒状電極270の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられている。   The electrode protection tube 275 has a structure in which each of the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 can be inserted into the buffer chamber 237 while being isolated from the atmosphere of the buffer chamber 237. Here, if the inside of the electrode protection tube 275 has the same atmosphere as the outside air (atmosphere), the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 inserted into the electrode protection tube 275 are oxidized by heat from the heater 207. It will be. Therefore, the inside of the electrode protection tube 275 is filled or purged with an inert gas such as nitrogen to suppress the oxygen concentration sufficiently low to prevent oxidation of the first rod-shaped electrode 269 or the second rod-shaped electrode 270. An active gas purge mechanism is provided.

反応管203には、処理室201内の雰囲気を排気する排気管231が設けられている。排気管231には処理室201内の圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ245および圧力調整器(圧力調整部)としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ244を介して真空排気装置としての真空ポンプ246が接続されている。なお、APCバルブ244は弁を開閉して処理室201内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能なように構成されている開閉弁である。真空ポンプ246を作動させつつ、圧力センサ245により検出された圧力情報に基づいてAPCバルブ244の弁の開度を調節することにより、処理室201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。主に、排気管231、APCバルブ244、真空ポンプ246、圧力センサ245により排気系が構成される。   The reaction tube 203 is provided with an exhaust pipe 231 for exhausting the atmosphere in the processing chamber 201. The exhaust pipe 231 is evacuated through a pressure sensor 245 as a pressure detector (pressure detection unit) for detecting the pressure in the processing chamber 201 and an APC (Auto Pressure Controller) valve 244 as a pressure regulator (pressure adjustment unit). A vacuum pump 246 as an exhaust device is connected. The APC valve 244 is an open / close valve configured to open and close the valve to stop evacuation / stop of evacuation in the processing chamber 201 and further adjust the pressure by adjusting the valve opening. By adjusting the opening degree of the APC valve 244 based on the pressure information detected by the pressure sensor 245 while operating the vacuum pump 246, the pressure in the processing chamber 201 becomes a predetermined pressure (degree of vacuum). It is configured so that it can be evacuated. An exhaust system is mainly configured by the exhaust pipe 231, the APC valve 244, the vacuum pump 246, and the pressure sensor 245.

反応管203の下方には、反応管203の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219は反応管203の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ219は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には反応管203の下端と当接するシール部材としてのOリング220が設けられている。シールキャップ219の処理室201と反対側には、後述する基板保持具としてのボート217を回転させる回転機構267が設置されている。回転機構267の回転軸255はシールキャップ219を貫通してボート217に接続されている。回転機構267は、ボート217を回転させることでウエハ200を回転させるように構成されている。シールキャップ219は、反応管203の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ115によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ115は、シールキャップ219を昇降させることで、ボート217を処理室201内に対して搬入・搬出することが可能なように構成されている。   Below the reaction tube 203, a seal cap 219 is provided as a furnace opening lid capable of airtightly closing the lower end opening of the reaction tube 203. The seal cap 219 is configured to contact the lower end of the reaction tube 203 from the lower side in the vertical direction. The seal cap 219 is made of a metal such as stainless steel and has a disk shape. An O-ring 220 is provided on the upper surface of the seal cap 219 as a seal member that contacts the lower end of the reaction tube 203. On the opposite side of the seal cap 219 from the processing chamber 201, a rotation mechanism 267 for rotating a boat 217 as a substrate holder described later is installed. A rotation shaft 255 of the rotation mechanism 267 passes through the seal cap 219 and is connected to the boat 217. The rotation mechanism 267 is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217. The seal cap 219 is configured to be lifted and lowered in the vertical direction by a boat elevator 115 as a lifting mechanism vertically installed outside the reaction tube 203. The boat elevator 115 is configured such that the boat 217 can be carried into and out of the processing chamber 201 by moving the seal cap 219 up and down.

基板支持具としてのボート217は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ200を水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に支持するように構成されている。なお、ボート217の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる断熱部材218が設けられており、ヒータ207からの熱がシールキャップ219側に伝わりにくくなるように構成されている。なお、断熱部材218は、石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる複数枚の断熱板と、これら断熱板を水平姿勢で多段に支持する断熱板ホルダとにより構成してもよい。   The boat 217 as a substrate support is made of a heat-resistant material such as quartz or silicon carbide, and supports a plurality of wafers 200 in a horizontal posture and aligned in a state where the centers are aligned with each other in multiple stages. It is configured. A heat insulating member 218 made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide is provided at the lower part of the boat 217 so that heat from the heater 207 is not easily transmitted to the seal cap 219 side. . The heat insulating member 218 may be constituted by a plurality of heat insulating plates made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide, and a heat insulating plate holder that supports the heat insulating plates in a horizontal posture in multiple stages.

反応管203内には温度検出器としての温度センサ263が設置されており、温度センサ263により検出された温度情報に基づきヒータ207への通電具合を調整することで、処理室201内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ263は、第1ノズル233a及び第2ノズル233bと同様に、L字型に構成されており、反応管203の内壁に沿って設けられている。   A temperature sensor 263 as a temperature detector is installed in the reaction tube 203, and the temperature in the processing chamber 201 is adjusted by adjusting the power supply to the heater 207 based on the temperature information detected by the temperature sensor 263. It is configured to have a desired temperature distribution. Similar to the first nozzle 233 a and the second nozzle 233 b, the temperature sensor 263 is configured in an L shape and is provided along the inner wall of the reaction tube 203.

制御部(制御手段)であるコントローラ121は、マスフローコントローラ241a,241b,241c,241d,241e,241f,241g,241h、バルブ243a,243b,243c,243d,243e,243f,243g,243h、圧力センサ245、APCバルブ244、真空ポンプ246、ヒータ207、温度センサ263、回転機構267、ボートエレベータ115、高周波電源273、整合器272等に接続されている。コントローラ121により、マスフローコントローラ241a,241b,241c,241d,241e,241f,241g,241hによる各種ガスの流量調整動作、バルブ243a,243b,243c,243d,243e,243f,243g,243hの開閉動作、APCバルブ244の開閉及び圧力センサ245に基づく圧力調整動作、温度センサ263に基づくヒータ207の温度調整動作、真空ポンプ246の起動・停止、回転機構267の回転速度調節動作、ボートエレベータ115によるボート217の昇降動作等の制御や、高周波電源273の電力供給制御、整合器272によるインピーダンス制御が行われる。   The controller 121 serving as a control unit (control means) includes mass flow controllers 241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h, valves 243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, 243h, and a pressure sensor 245. , APC valve 244, vacuum pump 246, heater 207, temperature sensor 263, rotating mechanism 267, boat elevator 115, high frequency power supply 273, matching device 272, and the like. The controller 121 controls the flow rates of various gases by the mass flow controllers 241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h, the opening / closing operations of the valves 243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, 243h, APC The opening and closing of the valve 244 and the pressure adjustment operation based on the pressure sensor 245, the temperature adjustment operation of the heater 207 based on the temperature sensor 263, the start / stop of the vacuum pump 246, the rotation speed adjustment operation of the rotation mechanism 267, and the boat 217 by the boat elevator 115 Control such as lifting and lowering, power supply control of the high frequency power supply 273, and impedance control by the matching unit 272 are performed.

(2)基板処理工程
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に下地膜として所定膜厚の酸化膜を形成した後、下地膜としての酸化膜上に窒化膜を成膜する方法の例について説明する。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121により制御される。
(2) Substrate Processing Step Next, after forming an oxide film with a predetermined thickness on the substrate as a base film as one step of the manufacturing process of the semiconductor device (device) using the processing furnace of the substrate processing apparatus described above. An example of a method for forming a nitride film on an oxide film as a base film will be described. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the controller 121.

図3に本実施形態における成膜フロー図を、図4、図5に本実施形態に係る酸化膜の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミング図を、図6、図7に本実施形態に係る窒化膜の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミング図をそれぞれ示す。   FIG. 3 shows a flow chart of film formation in the present embodiment, FIGS. 4 and 5 show timing diagrams of gas supply in the film formation sequence of the oxide film according to the present embodiment, and FIGS. 6 and 7 show nitridation according to the present embodiment. The timing chart of the gas supply in the film formation sequence is shown respectively.

本実施形態の成膜シーケンスでは、まず、加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある処理容器内に、基板を収容した状態で、所定元素としてのシリコンを含む原料ガスを供給し排気して、基板上に所定元素含有層としてのシリコン含有層を形成する工程と、加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し排気して、シリコン含有層を酸化層としてのシリコン酸化層に変化させる工程とを、その間に処理容器内に不活性ガスを供給し排気して処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返して、基板上に所定膜厚の酸化膜としてのシリコン酸化膜を形成する。   In the film forming sequence of the present embodiment, first, a source gas containing silicon as a predetermined element is supplied and exhausted in a state where a substrate is accommodated in a heated processing container under a pressure atmosphere less than atmospheric pressure. A step of forming a silicon-containing layer as a predetermined element-containing layer on the substrate, and supplying and exhausting an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas into a processing vessel under a heated pressure atmosphere less than atmospheric pressure, The step of changing the silicon-containing layer into a silicon oxide layer as an oxide layer is alternately repeated with a step of supplying and exhausting an inert gas into the processing container and purging the processing container in between. A silicon oxide film is formed as an oxide film having a predetermined thickness.

そして、加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある処理容器内に、表面に所定膜厚のシリコン酸化膜が形成された基板を収容した状態で、所定元素としてのシリコンを含む原料ガスを供給し排気して、シリコン酸化膜上に所定元素含有層としてのシリコン含有層を
形成する工程と、加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気して、シリコン含有層を窒化層としてのシリコン窒化層に変化させる工程とを、その間に処理容器内に不活性ガスを供給し排気して処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返して、シリコン酸化膜上に所定膜厚の窒化膜としてのシリコン窒化膜を形成する。
Then, a raw material gas containing silicon as a predetermined element is supplied in a state where a substrate having a silicon oxide film having a predetermined thickness formed on the surface thereof is housed in a heated processing vessel under a pressure atmosphere less than atmospheric pressure. And evacuating and supplying a nitrogen-containing gas into a processing container under a heated pressure atmosphere less than atmospheric pressure and exhausting the silicon-containing layer as a predetermined element-containing layer on the silicon oxide film. And the step of changing the silicon-containing layer into a silicon nitride layer as a nitride layer, and alternately repeating a process of supplying and exhausting an inert gas into the processing container and purging the processing container in between. A silicon nitride film as a nitride film having a predetermined thickness is formed on the oxide film.

なお、シリコン酸化膜を形成する際及びシリコン窒化膜を形成する際に実施する各シリコン含有層を形成する工程では、それぞれ、原料ガスを基板の側方に設けられたノズルを介して基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して原料ガスと一緒に堆積・吸着阻害ガスとしての不活性ガスまたは水素含有ガスを基板に向けて供給することで、基板の表面と平行方向に流れる原料ガスの流速を、処理容器内をパージする工程において基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする。   In the step of forming each silicon-containing layer, which is performed when forming the silicon oxide film and forming the silicon nitride film, the source gas is directed toward the substrate through a nozzle provided on the side of the substrate. The raw material flowing in a direction parallel to the surface of the substrate by supplying an inert gas or hydrogen-containing gas as a deposition / adsorption inhibition gas to the substrate together with the source gas through the nozzle. The gas flow rate is set higher than the flow rate of the inert gas flowing in the direction parallel to the surface of the substrate in the process of purging the inside of the processing container.

以下、これを具体的に説明する。なお、本実施形態では、まず、原料ガスとしてHCDガスを、酸素含有ガスとしてOガスを、水素含有ガスとしてHガスを、堆積・吸着阻害ガスとしてNガスまたはHガスを、パージガスとしてNガスを用い、図3の成膜フロー、図4、図5の成膜シーケンスにより、ウエハ200上にシリコン酸化膜(SiO膜、以下、単にSiO膜ともいう)を形成する。その後、原料ガスとしてHCDガスを、窒素含有ガスとしてNHガスを、堆積・吸着阻害ガスとしてNガスまたはHガスを、パージガスとしてNガスを用い、図3の成膜フロー、図6、図7の成膜シーケンスにより、下地膜としてのシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜(Si膜、以下、単にSiN膜ともいう)を形成する。 This will be specifically described below. In this embodiment, first, HCD gas is used as a source gas, O 2 gas is used as an oxygen-containing gas, H 2 gas is used as a hydrogen-containing gas, N 2 gas or H 2 gas is used as a deposition / adsorption inhibition gas, and purge gas is used. N 2 gas is used, and a silicon oxide film (SiO 2 film, hereinafter, also simply referred to as SiO film) is formed on the wafer 200 by the film formation flow shown in FIG. 3 and the film formation sequence shown in FIGS. Thereafter, the HCD gas as a source gas, NH 3 gas as the nitrogen-containing gas, N 2 gas or H 2 gas as the deposition and absorption inhibiting gas, a N 2 gas as a purge gas, film-forming flow of FIG. 3, FIG. 6 7, a silicon nitride film (Si 3 N 4 film, hereinafter also simply referred to as an SiN film) is formed on the silicon oxide film as the base film.

(ウエハチャージ及びボートロード)
複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、図1に示されているように、複数枚のウエハ200を支持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内に搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219はOリング220を介して反応管203の下端をシールした状態となる。
(Wafer charge and boat load)
When a plurality of wafers 200 are loaded into the boat 217 (wafer charge), as shown in FIG. 1, the boat 217 supporting the plurality of wafers 200 is lifted by the boat elevator 115 and processed in the processing chamber 201. It is carried in (boat loading). In this state, the seal cap 219 seals the lower end of the reaction tube 203 via the O-ring 220.

(圧力調整及び温度調整)
処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は圧力センサ245で測定され、この測定された圧力情報に基づきAPCバルブ244がフィードバック制御される(圧力調整)。また、処理室201内が所望の温度となるようにヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電具合がフィードバック制御される(温度調整)。続いて、回転機構267によりボート217及びウエハ200の回転を開始する。
(Pressure adjustment and temperature adjustment)
The processing chamber 201 is evacuated by a vacuum pump 246 so that a desired pressure (degree of vacuum) is obtained. At this time, the pressure in the processing chamber 201 is measured by the pressure sensor 245, and the APC valve 244 is feedback-controlled based on the measured pressure information (pressure adjustment). Further, the processing chamber 201 is heated by the heater 207 so as to have a desired temperature. At this time, the power supply to the heater 207 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the inside of the processing chamber 201 has a desired temperature distribution (temperature adjustment). Subsequently, the rotation mechanism 267 starts to rotate the boat 217 and the wafer 200.

(シリコン酸化膜形成工程)
その後、以下のステップ1a〜4a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上に所定膜厚のシリコン酸化膜を成膜する。
(Silicon oxide film formation process)
Thereafter, the following steps 1a to 4a are set as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times to form a silicon oxide film having a predetermined thickness on the wafer 200.

[ステップ1a]
第1ガス供給管232aのバルブ243a、第1不活性ガス供給管232eのバルブ243eを開き、第1ガス供給管232aにHCDガス、第1不活性ガス供給管232eに堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスを流す。Nガスは、第1不活性ガス供給管232eから流れ、マスフローコントローラ241eにより流量調整される。HCDガスは、第1ガス供給管232aから流れ、マスフローコントローラ241aにより流量調整される。流量調整されたHCDガスは、流量調整されたNガスと第1ガス供給管232a内で
混合されて、第1ノズル233aのガス供給孔248aから、加熱された減圧状態の処理室201内に供給され、排気管231から排気される(HCDガス+Nガス供給)。
[Step 1a]
The valve 243a of the first gas supply pipe 232a and the valve 243e of the first inert gas supply pipe 232e are opened, the HCD gas is used as the first gas supply pipe 232a, and the deposition / adsorption inhibition gas is used as the first inert gas supply pipe 232e. Flow N 2 gas. N 2 gas flows from the first inert gas supply pipe 232e, and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241e. The HCD gas flows from the first gas supply pipe 232a and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241a. The flow-adjusted HCD gas is mixed with the flow-adjusted N 2 gas in the first gas supply pipe 232a, and is heated from the gas supply hole 248a of the first nozzle 233a into the heated processing chamber 201 in a reduced pressure state. Supplied and exhausted from the exhaust pipe 231 (HCD gas + N 2 gas supply).

このとき、APCバルブ244を適正に調整して、処理室201内の圧力を、大気圧未満、例えば10〜1000Paの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ241aで制御するHCDガスの供給流量は、例えば20〜1000sccm(0.02〜1slm)の範囲内の流量とする。マスフローコントローラ241eで制御する堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの供給流量は、HCDガスの供給流量よりも大流量とし、例えば1000〜20000sccm(1〜20slm)の範囲内の流量とする。HCDガスをウエハ200に晒す時間は、例えば1〜120秒間の範囲内の時間とする。ヒータ207の温度は、上述の圧力帯において処理室201内でCVD反応が生じるような温度となるように設定する。すなわちウエハ200の温度が、例えば350〜950℃、好ましくは、700〜800℃の範囲内の温度となるようにヒータ207の温度を設定する。なお、ウエハ200の温度が350℃未満となるとウエハ200上においてHCDが分解、吸着しにくくなる。また、ウエハ200の温度が950℃を超えるとCVD反応が強くなり過ぎ、堆積・吸着阻害ガスの作用が十分に働かず、膜厚均一性の悪化を改善するのが困難となる。一方、ウエハ200の温度が700℃未満の場合、膜厚均一性は比較的良好となり、700℃以上の高温領域において膜厚均一性の悪化が顕著となり、堆積・吸着阻害ガスを用いる本発明が特に有効となる。また、ウエハ200の温度が800℃を超えるとCVD反応が強くなり、膜厚均一性の悪化を改善するには堆積・吸着阻害ガスの流量を更に大流量とする必要が生じ、堆積・吸着阻害ガスの消費量が多くなりコストアップとなる。また、成膜速度が低下してしまうというデメリットもある。例えば、ウエハ200の温度を900℃としたときの成膜速度は、ウエハ200の温度を700〜800℃としたときの成膜速度のおよそ3分の1程度となる。以上のことから、ウエハ200の温度は350〜950℃とするのが好ましく、700〜800℃とするのがより好ましい。 At this time, the APC valve 244 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 at a pressure lower than atmospheric pressure, for example, in a range of 10 to 1000 Pa. The supply flow rate of the HCD gas controlled by the mass flow controller 241a is, for example, a flow rate in the range of 20 to 1000 sccm (0.02 to 1 slm). The supply flow rate of N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas controlled by the mass flow controller 241e is larger than the supply flow rate of the HCD gas, for example, a flow rate in the range of 1000 to 20000 sccm (1 to 20 slm). The time for exposing the HCD gas to the wafer 200 is, for example, a time within a range of 1 to 120 seconds. The temperature of the heater 207 is set so that the CVD reaction occurs in the processing chamber 201 in the above-described pressure zone. That is, the temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 is, for example, in the range of 350 to 950 ° C., preferably 700 to 800 ° C. Note that when the temperature of the wafer 200 is less than 350 ° C., the HCD is difficult to be decomposed and adsorbed on the wafer 200. When the temperature of the wafer 200 exceeds 950 ° C., the CVD reaction becomes too strong, the action of the deposition / adsorption inhibition gas does not work sufficiently, and it becomes difficult to improve the deterioration of the film thickness uniformity. On the other hand, when the temperature of the wafer 200 is lower than 700 ° C., the film thickness uniformity is relatively good, and the film thickness uniformity is significantly deteriorated in a high temperature region of 700 ° C. or higher. Especially effective. Further, when the temperature of the wafer 200 exceeds 800 ° C., the CVD reaction becomes strong, and in order to improve the deterioration of the film thickness uniformity, it is necessary to increase the flow rate of the deposition / adsorption inhibition gas. Gas consumption increases and costs increase. In addition, there is a demerit that the film forming speed is lowered. For example, the deposition rate when the temperature of the wafer 200 is 900 ° C. is approximately one third of the deposition rate when the temperature of the wafer 200 is 700 to 800 ° C. In view of the above, the temperature of the wafer 200 is preferably 350 to 950 ° C., more preferably 700 to 800 ° C.

上述の条件、すなわちCVD反応が生じる条件下でHCDガスを処理室201内に供給することで、ウエハ200(表面の下地膜)上に1原子層未満から数原子層程度のシリコン含有層としてのシリコン層が形成される。シリコン含有層はHCDガスの吸着層であってもよい。ここでシリコン層とは、シリコンにより構成される連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるシリコン薄膜をも含む総称である。なお、シリコンにより構成される連続的な層をシリコン薄膜という場合もある。また、HCDガスの吸着層とは、HCDガスのガス分子の連続的な化学吸着層の他、不連続な化学吸着層をも含む。なお、1原子層未満の層とは不連続に形成される原子層のことを意味している。HCDガスが自己分解する条件下では、ウエハ200上にシリコンが堆積することでシリコン層が形成される。HCDガスが自己分解しない条件下では、ウエハ200上にHCDガスが吸着することでHCDガスの吸着層が形成される。ウエハ200上に形成されるシリコン含有層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ3aでの酸化の作用がシリコン含有層の全体に届かなくなる。また、ウエハ200上に形成可能なシリコン含有層の最小値は1原子層未満である。よって、シリコン含有層の厚さは1原子層未満から数原子層程度とするのが好ましい。なお、ウエハ200上にHCDガスの吸着層を形成するよりも、ウエハ200上にシリコン層を形成する方が、成膜レートを高くすることができ好ましい。   By supplying the HCD gas into the processing chamber 201 under the above-described conditions, that is, the conditions in which the CVD reaction occurs, the silicon-containing layer of less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the wafer 200 (surface underlayer film). A silicon layer is formed. The silicon-containing layer may be an HCD gas adsorption layer. Here, the silicon layer is a generic name including a continuous layer made of silicon, a discontinuous layer, and a silicon thin film formed by overlapping these layers. A continuous layer made of silicon may be referred to as a silicon thin film. The HCD gas adsorption layer includes a discontinuous chemical adsorption layer as well as a continuous chemical adsorption layer of gas molecules of the HCD gas. In addition, the layer less than 1 atomic layer means the atomic layer formed discontinuously. Under the condition that the HCD gas self-decomposes, silicon is deposited on the wafer 200 to form a silicon layer. Under conditions where the HCD gas does not self-decompose, the HCD gas is adsorbed on the wafer 200 to form an HCD gas adsorption layer. When the thickness of the silicon-containing layer formed on the wafer 200 exceeds several atomic layers, the oxidizing action in step 3a described later does not reach the entire silicon-containing layer. The minimum value of the silicon-containing layer that can be formed on the wafer 200 is less than one atomic layer. Therefore, the thickness of the silicon-containing layer is preferably set to be less than one atomic layer to several atomic layers. Note that it is preferable to form a silicon layer on the wafer 200 in order to increase the deposition rate, rather than forming an HCD gas adsorption layer on the wafer 200.

このとき、上述のように、HCDガスを供給する第1ノズル233aと同じノズルからHCDガスと一緒に堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスを大流量でウエハ200に向けて供給することで、HCDガスの流速、特にウエハ200表面と平行方向に流れる(ウエハ200表面を横切る)HCDガスの流速を速くする。すなわち、HCDガスのウエハ200表面と平行方向への吹き付けを強くする。これにより、ウエハ200上へのシリコンの堆積効率またはHCDガスの吸着効率を下げ、堆積または吸着を抑制させつつウエハ200上にシリコン含有層を形成することができるようになる。この堆積・吸着阻害ガスの
作用により、図10に示すようにシリコン含有層の堆積または吸着中心をウエハ200のエッジ側からセンタよりに移動させることが可能となり、また、シリコン含有層の最も厚い部分と最も薄い部分との差を小さくすることができ、例えば700℃以上の高温領域において吸着反応が崩れる領域、すなわちシリコン含有層の堆積または吸着が過剰となる領域においても、均一にシリコン含有層を形成することが可能となる。
At this time, as described above, the N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is supplied toward the wafer 200 at a large flow rate together with the HCD gas from the same nozzle as the first nozzle 233a that supplies the HCD gas. The flow rate of the HCD gas, particularly the flow rate of the HCD gas flowing in a direction parallel to the surface of the wafer 200 (crossing the surface of the wafer 200) is increased. That is, the HCD gas is strongly blown in the direction parallel to the surface of the wafer 200. Thereby, the deposition efficiency of silicon on the wafer 200 or the adsorption efficiency of the HCD gas can be lowered, and the silicon-containing layer can be formed on the wafer 200 while suppressing the deposition or adsorption. By the action of the deposition / adsorption inhibition gas, the deposition or adsorption center of the silicon-containing layer can be moved from the edge side of the wafer 200 to the center as shown in FIG. And the thinnest part can be reduced. For example, even in a region where the adsorption reaction breaks down in a high temperature region of 700 ° C. or higher, that is, in a region where deposition or adsorption of the silicon-containing layer is excessive, the silicon-containing layer can be uniformly formed. It becomes possible to form.

なお、図10(a)はウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速が小さい場合におけるシリコンの堆積またはHCDガスの吸着の様子を模式的に示す図である。また、図10(b)はウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速が大きい場合におけるシリコンの堆積またはHCDガスの吸着の様子を模式的に示す図である。なお、図10における白抜き矢印は、HCDガスとNガスとの流れる方向を示しており、ウエハ200上の白丸(○)は、ウエハ200上に堆積したSi原子またはウエハ200上に吸着したHCDガス分子を示している。また、図10では、便宜上、ウエハ200の左半分のみを示している。 FIG. 10A is a diagram schematically showing the state of silicon deposition or HCD gas adsorption when the flow rate of the HCD gas flowing parallel to the surface of the wafer 200 is small. FIG. 10B is a diagram schematically showing the state of silicon deposition or HCD gas adsorption when the flow rate of the HCD gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200 is large. The white arrows in FIG. 10 indicate the flow directions of the HCD gas and the N 2 gas, and the white circles (◯) on the wafer 200 are adsorbed on the Si atoms deposited on the wafer 200 or on the wafer 200. HCD gas molecules are shown. In FIG. 10, only the left half of the wafer 200 is shown for convenience.

図10に示すように、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速を大きくすることにより、シリコン含有層の厚さを全体的に薄くしつつ、シリコン含有層の堆積または吸着中心をウエハ200のエッジ側からセンタよりに移動させることが可能となる。また、シリコン含有層の最も厚い部分と最も薄い部分との差を小さくすることができ、ウエハ200面内にわたり均一にシリコン含有層を形成することが可能となる。   As shown in FIG. 10, by increasing the flow rate of the HCD gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200, the thickness of the silicon-containing layer is reduced as a whole, and the deposition or adsorption center of the silicon-containing layer is set at the wafer 200. It is possible to move from the edge side to the center. Further, the difference between the thickest portion and the thinnest portion of the silicon-containing layer can be reduced, and the silicon-containing layer can be formed uniformly over the surface of the wafer 200.

なお、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの供給流量は、上述のように1〜20slmの範囲内の流量とするのが好ましく、HCDガスの供給流量よりも大流量とするのが好ましい。このようにNガスの供給流量を設定し、Nガスの体積流量を、HCDガスの体積流量よりも大流量とすることで、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速を、HCDガスを単独で流す場合よりも速くする。すなわち、HCDガスを単独で流す場合よりも強くHCDガスをウエハ200表面と平行方向に吹き付ける。また、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの供給流量は、後述するステップ3aにおいて処理室201内に供給するOガスやHガスの供給流量よりも大流量とするのが好ましい。このようにNガスの供給流量を設定し、Nガスの体積流量を、OガスやHガスの体積流量よりも大流量とすることで、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速を、ウエハ200表面と平行方向に流れるOガスやHガスの流速よりも速くする。すなわち、OガスやHガスをウエハ200表面と平行方向に吹き付けるよりも強く、HCDガスをウエハ200表面と平行方向に吹き付ける。さらには、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの供給流量は、後述するステップ2a,4aにおいて処理室201内に供給するパージガスとしてのNガスの供給流量よりも大流量とするのが好ましい。このように堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの供給流量を設定し、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの体積流量を、パージガスとしてのNガスの体積流量よりも大流量とすることで、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速を、ウエハ200表面と平行方向に流れるパージガスとしてのNガスの流速よりも速くする。すなわち、パージガスとしてのNガスをウエハ200表面と平行方向に吹き付けるよりも強く、HCDガスをウエハ200表面と平行方向に吹き付ける。 Note that the supply flow rate of the N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is preferably set to a flow rate in the range of 1 to 20 slm as described above, and is preferably larger than the supply flow rate of the HCD gas. In this way, the supply flow rate of N 2 gas is set, and the volume flow rate of N 2 gas is set to be larger than the volume flow rate of HCD gas. Make it faster than flowing the gas alone. That is, the HCD gas is blown stronger in the direction parallel to the surface of the wafer 200 than when the HCD gas is supplied alone. The supply flow rate of N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is preferably larger than the supply flow rate of O 2 gas or H 2 gas supplied into the processing chamber 201 in step 3a described later. In this way, the supply flow rate of N 2 gas is set, and the volume flow rate of N 2 gas is set larger than the volume flow rate of O 2 gas or H 2 gas, so that the HCD gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200 is obtained. Is made faster than the flow rate of O 2 gas and H 2 gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200. That is, the HCD gas is blown in the direction parallel to the surface of the wafer 200 stronger than the O 2 gas or H 2 gas is blown in the direction parallel to the surface of the wafer 200. Furthermore, the supply flow rate of N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is preferably larger than the supply flow rate of N 2 gas as the purge gas supplied into the processing chamber 201 in steps 2a and 4a described later. . In this way, the supply flow rate of N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is set, and the volume flow rate of N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is set larger than the volume flow rate of N 2 gas as the purge gas. Thus, the flow rate of the HCD gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200 is made faster than the flow rate of the N 2 gas as the purge gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200. That is, it is stronger than spraying N 2 gas as a purge gas in the direction parallel to the surface of the wafer 200, and HCD gas is sprayed in the direction parallel to the surface of the wafer 200.

具体的には、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの体積流量は、HCDガスの体積流量の10〜30倍程度であって、パージガスとしてのNガスの体積流量の5〜30倍程度とするのが好ましい。堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの体積流量をHCDガスの体積流量の10〜30倍程度とすることで、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速をより十分に高めることが可能となり、シリコン含有層の堆積または吸着をより十分に抑制でき、堆積または吸着中心をウエハ200のエッジ側からセンタよりにすることが容易となる。また、シリコン含有層の最も厚い部分と最も薄い部分との差を小さく
することも容易となる。結果、膜厚均一性をより十分に改善できることとなる。また、HCDガスの流速が速くなり過ぎ、シリコン含有層の堆積または吸着を抑制し過ぎて、実用的な成膜速度が得られなくなることを防止することができる。
Specifically, the volume flow rate of the N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is about 10 to 30 times the volume flow rate of the HCD gas and about 5 to 30 times the volume flow rate of the N 2 gas as the purge gas. Is preferable. By setting the volume flow rate of N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas to about 10 to 30 times the volume flow rate of HCD gas, the flow rate of HCD gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200 can be increased sufficiently. Thus, deposition or adsorption of the silicon-containing layer can be more sufficiently suppressed, and the deposition or adsorption center can be easily set from the edge side of the wafer 200 to the center. It is also easy to reduce the difference between the thickest part and the thinnest part of the silicon-containing layer. As a result, the film thickness uniformity can be more sufficiently improved. Further, it is possible to prevent the practical flow rate from being obtained because the flow rate of the HCD gas becomes too high and the deposition or adsorption of the silicon-containing layer is suppressed too much.

Siを含む原料としては、HCDの他、TCS(テトラクロロシラン、SiCl)、DCS(ジクロロシラン、SiHCl)、SiH(モノシラン)等の無機原料だけでなく、アミノシラン系の4DMAS(テトラキスジメチルアミノシラン、Si[N(CH)、3DMAS(トリスジメチルアミノシラン、Si[N(CHH)、2DEAS(ビスジエチルアミノシラン、Si[N(C)、BTBAS(ビスターシャリーブチルアミノシラン、SiH[NH(C)])などの有機原料を用いてもよい。 As raw materials containing Si, not only inorganic raw materials such as TCS (tetrachlorosilane, SiCl 4 ), DCS (dichlorosilane, SiH 2 Cl 2 ), SiH 4 (monosilane), but also aminosilane-based 4DMAS (tetrakis) are included. Dimethylaminosilane, Si [N (CH 3 ) 2 ] 4 ), 3DMAS (trisdimethylaminosilane, Si [N (CH 3 ) 2 ] 3 H), 2DEAS (bisdiethylaminosilane, Si [N (C 2 H 5 ) 2 ] 2 H 2 ), BTBAS (Bisturary butylaminosilane, SiH 2 [NH (C 4 H 9 )] 2 ) or the like may be used.

堆積・吸着阻害ガスとしての不活性ガスとしては、Nガスの他、Ar、He、Ne、Xe等の希ガスを用いてもよい。また、堆積・吸着阻害ガスとしては、水素含有ガスを用いてもよい。水素含有ガスとしては、例えば水素(H)ガスや重水素(D)ガス等を用いることができる。図5に、堆積・吸着阻害ガスとして水素含有ガスであるHガスを用いた成膜シーケンス例を示す。堆積・吸着阻害ガスとしてのHガスの供給流量は、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの供給流量と同様、1000〜20000sccm(1〜20slm)の範囲内の流量とする。なお、堆積・吸着阻害ガスとしては、窒素(N)を含まないガスであるArやHe等の希ガスやHガスやDガス等の水素含有ガスを使用することで、形成されるシリコン酸化膜の膜中N不純物濃度を低減できる効果もある。 As the inert gas as the deposition / adsorption inhibition gas, a rare gas such as Ar, He, Ne, or Xe may be used in addition to the N 2 gas. Further, a hydrogen-containing gas may be used as the deposition / adsorption inhibition gas. As the hydrogen-containing gas, for example, hydrogen (H 2 ) gas, deuterium (D 2 ) gas, or the like can be used. FIG. 5 shows an example of a film forming sequence using H 2 gas, which is a hydrogen-containing gas, as the deposition / adsorption inhibition gas. The supply flow rate of H 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is set to a flow rate in the range of 1000 to 20000 sccm (1 to 20 slm), similarly to the supply flow rate of N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas. As the deposition / adsorption inhibition gas, silicon formed by using a rare gas such as Ar or He, or a hydrogen-containing gas such as H 2 gas or D 2 gas, which is a gas not containing nitrogen (N). There is also an effect that the N impurity concentration in the oxide film can be reduced.

[ステップ2a]
ウエハ200上にシリコン含有層が形成された後、第1ガス供給管232aのバルブ243aを閉じ、HCDガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、残留したHCDガスを処理室201内から排除する。このとき、バルブ243eは開いたままとして、不活性ガスとしてのNガスの処理室201内への供給を維持する。このときバルブ243f,243g,243hを開くようにしてもよい。Nガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のHCDガスを処理室201内から排除する効果を更に高めることができる(残留ガス除去)。
[Step 2a]
After the silicon-containing layer is formed on the wafer 200, the valve 243a of the first gas supply pipe 232a is closed, and the supply of HCD gas is stopped. At this time, the APC valve 244 of the exhaust pipe 231 is kept open, the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, and the remaining HCD gas is removed from the processing chamber 201. At this time, the valve 243e remains open and the supply of N 2 gas as an inert gas into the processing chamber 201 is maintained. At this time, the valves 243f, 243g, and 243h may be opened. The N 2 gas acts as a purge gas, which can further enhance the effect of removing the unreacted HCD gas remaining in the processing chamber 201 or the silicon-containing layer formation from the processing chamber 201 (residual) Gas removal).

このときのヒータ207の温度は、ウエハ200の温度がHCDガスの供給時と同じく350〜950℃、好ましくは700〜800℃の範囲内の温度となるように設定する。パージガスとしてのNガスの供給流量は、200〜1000sccm(0.2〜1slm)の範囲内の流量とする。なお、パージガスとしてのNガスの体積流量は、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの体積流量ほど大きくする必要はなく、それより小流量で十分なパージ効果が得られる。逆にいうと、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの体積流量は、パージガスとしてのNガスの体積流量よりも大きくする必要がある。すなわちシリコン含有層の堆積・吸着抑制効果を得るには、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの体積流量を、パージ効果が十分に得られるだけのNガスの体積流量よりも大流量とする必要がある。よって、パージにより処理室201内の残留ガスを除去する際は、マスフローコントローラ241eを制御して、第1不活性ガス供給管232eから供給するNガスの供給流量を1〜20slmから0.2〜1slmへと変更し、Nガスの体積流量を減少させることとなる。なお、パージガスとしては、Nガスの他、Ar、He、Ne、Xe等の希ガスを用いてもよい。 At this time, the temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 is in the range of 350 to 950 ° C., preferably 700 to 800 ° C., as in the case of supplying the HCD gas. The supply flow rate of N 2 gas as the purge gas is set to a flow rate in the range of 200 to 1000 sccm (0.2 to 1 slm). Note that the volume flow rate of the N 2 gas as the purge gas does not need to be as large as the volume flow rate of the N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas, and a sufficient purge effect can be obtained with a smaller flow rate. In other words, the volume flow rate of N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas needs to be larger than the volume flow rate of N 2 gas as the purge gas. That is, in order to obtain the deposition / adsorption suppression effect of the silicon-containing layer, the volume flow rate of the N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is set to be larger than the volume flow rate of the N 2 gas sufficient to obtain the purge effect. There is a need to. Therefore, when removing the residual gas in the processing chamber 201 by purging, the mass flow controller 241e is controlled, and the supply flow rate of N 2 gas supplied from the first inert gas supply pipe 232e is changed from 1 to 20 slm to 0.2. It will be changed to ˜1 slm and the volume flow rate of N 2 gas will be reduced. In addition to the N 2 gas, a rare gas such as Ar, He, Ne, or Xe may be used as the purge gas.

[ステップ3a]
処理室201内の残留ガスを除去した後、第3ガス供給管232cのバルブ243cを開き、第3ガス供給管232cにOガスを流す。Oガスは第3ガス供給管232cから流れ、マスフローコントローラ241cにより流量調整される。流量調整されたOガスは第2ガス供給管232bを経由して第2ノズル233bのガス供給孔248bから加熱された減圧状態のバッファ室237内に供給される。このとき同時に、第4ガス供給管232dのバルブ243dを開き、第4ガス供給管232dにHガスを流す。Hガスは第4ガス供給管232dから流れ、マスフローコントローラ241dにより流量調整される。流量調整されたHガスは第2ガス供給管232bを経由して第2ノズル233bのガス供給孔248bから加熱された減圧状態のバッファ室237内に供給される。なお、Hガスは第2ガス供給管232bを経由する際に第2ガス供給管232b内でOガスと混合される。すなわち、第2ノズル233bからは、OガスとHガスの混合ガスが供給されることとなる。バッファ室237内に供給されたOガスとHガスの混合ガスは、バッファ室237のガス供給孔248cから、加熱された減圧状態の処理室201内に供給され、排気管231から排気される(Oガス+Hガス供給)。
[Step 3a]
After the residual gas in the processing chamber 201 is removed, the valve 243c of the third gas supply pipe 232c is opened, and O 2 gas is allowed to flow through the third gas supply pipe 232c. The O 2 gas flows from the third gas supply pipe 232c, and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241c. The O 2 gas whose flow rate has been adjusted is supplied from the gas supply hole 248b of the second nozzle 233b to the heated buffer chamber 237 via the second gas supply pipe 232b. At the same time, the valve 243d of the fourth gas supply pipe 232d is opened, and H 2 gas is caused to flow through the fourth gas supply pipe 232d. The H 2 gas flows from the fourth gas supply pipe 232d and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241d. The H 2 gas whose flow rate has been adjusted is supplied to the heated buffer chamber 237 from the gas supply hole 248b of the second nozzle 233b through the second gas supply pipe 232b. The H 2 gas is mixed with O 2 gas in the second gas supply pipe 232b when passing through the second gas supply pipe 232b. That is, a mixed gas of O 2 gas and H 2 gas is supplied from the second nozzle 233b. The mixed gas of O 2 gas and H 2 gas supplied into the buffer chamber 237 is supplied from the gas supply hole 248 c of the buffer chamber 237 into the heated processing chamber 201 in a reduced pressure state and exhausted from the exhaust pipe 231. (O 2 gas + H 2 gas supply).

このとき、第3不活性ガス供給管232gのバルブ243gを開き、第3不活性ガス供給管232gから不活性ガスとしてNガスを供給するようにしてもよい。Nガスはマスフローコントローラ241gにより流量調整されて、第3ガス供給管232c内に供給される。また、第4不活性ガス供給管232hのバルブ243hを開き、第4不活性ガス供給管232hから不活性ガスとしてNガスを供給するようにしてもよい。Nガスはマスフローコントローラ241hにより流量調整されて、第4ガス供給管232d内に供給される。この場合、第2ノズル233bからは、OガスとHガスとNガスの混合ガスが供給されることとなる。なお、不活性ガスとしては、Nガスの他、Ar、He、Ne、Xe等の希ガスを用いてもよい。 At this time, the valve 243g of the third inert gas supply pipe 232g may be opened to supply N 2 gas as an inert gas from the third inert gas supply pipe 232g. The flow rate of the N 2 gas is adjusted by the mass flow controller 241g and is supplied into the third gas supply pipe 232c. Further, the valve 243h of the fourth inert gas supply pipe 232h may be opened, and N 2 gas may be supplied as an inert gas from the fourth inert gas supply pipe 232h. The flow rate of the N 2 gas is adjusted by the mass flow controller 241h, and the N 2 gas is supplied into the fourth gas supply pipe 232d. In this case, a mixed gas of O 2 gas, H 2 gas, and N 2 gas is supplied from the second nozzle 233b. As the inert gas, a rare gas such as Ar, He, Ne, or Xe may be used in addition to the N 2 gas.

このとき、APCバルブ244を適正に調整して、処理室201内の圧力を、大気圧未満、例えば1〜1000Paの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ241cで制御するOガスの供給流量は、例えば1000〜10000sccm(1〜10slm)の範囲内の流量とする。マスフローコントローラ241dで制御するHガスの供給流量は、例えば1000〜10000sccm(1〜10slm)の範囲内の流量とする。なお、Oガス及びHガスをウエハ200に晒す時間は、例えば1〜120秒間の範囲内の時間とする。ヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば350〜1000℃の範囲内の温度となるように設定する。なお、この範囲内の温度であれば減圧雰囲気下でのOガスへのHガス添加による酸化力向上の効果が得られることを確認した。また、ウエハ200の温度が低すぎると酸化力向上の効果が得られないことも確認した。ただしスループットを考慮すると、ウエハ200の温度が、酸化力向上の効果が得られる温度であってステップ1aのHCDガスの供給時と同様な温度帯となるように、すなわちステップ1aとステップ3aとで処理室201内の温度を同様な温度帯に保持するようにヒータ207の温度を設定するのが好ましい。この場合、ステップ1aとステップ3aとでウエハ200の温度、すなわち処理室201内の温度が350〜950℃、好ましくは700〜800℃の範囲内の一定の温度となるようにヒータ207の温度を設定する。さらには、ステップ1a〜ステップ4a(後述)にかけて処理室201内の温度を同様な温度帯に保持するようにヒータ207の温度を設定するのがより好ましい。この場合、ステップ1a〜ステップ4a(後述)にかけて処理室201内の温度が350〜950℃、好ましくは700〜800℃の範囲内の一定の温度となるようにヒータ207の温度を設定する。なお、減圧雰囲気下でのOガスへのHガス添加による酸化力向上の効果を得るには、処理室201内の温度を350℃以上とする必要があるが、処理室201内の温度は400℃以上とするのが好ましく、さらには450℃以上とするのが好ましい。処理室201内の温度を400℃以上とすれば、400℃以上の温度で行うO酸化処理による酸化力を超える酸化力を得ることができ、処理室201内の温度を450℃以上とすれ
ば、450℃以上の温度で行うOプラズマ酸化処理による酸化力を超える酸化力を得ることができる。
At this time, the APC valve 244 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 at a pressure lower than atmospheric pressure, for example, in a range of 1 to 1000 Pa. The supply flow rate of O 2 gas controlled by the mass flow controller 241c is, for example, a flow rate in the range of 1000 to 10,000 sccm (1 to 10 slm). The supply flow rate of the H 2 gas controlled by the mass flow controller 241d is, for example, a flow rate in the range of 1000 to 10,000 sccm (1 to 10 slm). Note that the time for exposing the O 2 gas and H 2 gas to the wafer 200 is, for example, a time within a range of 1 to 120 seconds. The temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 becomes a temperature within a range of 350 to 1000 ° C., for example. Note that it was confirmed that the effect of improving the oxidizing power by adding H 2 gas to the O 2 gas under a reduced pressure atmosphere can be obtained at a temperature within this range. It has also been confirmed that if the temperature of the wafer 200 is too low, the effect of improving the oxidizing power cannot be obtained. However, in consideration of the throughput, the temperature of the wafer 200 is a temperature at which the effect of improving the oxidizing power is obtained, and is in the same temperature range as when the HCD gas is supplied in Step 1a, that is, in Step 1a and Step 3a. It is preferable to set the temperature of the heater 207 so that the temperature in the processing chamber 201 is maintained in a similar temperature range. In this case, the temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 in step 1a and step 3a, that is, the temperature in the processing chamber 201 becomes a constant temperature in the range of 350 to 950 ° C., preferably 700 to 800 ° C. Set. Furthermore, it is more preferable to set the temperature of the heater 207 so that the temperature in the processing chamber 201 is maintained in a similar temperature range from step 1a to step 4a (described later). In this case, the temperature of the heater 207 is set so that the temperature in the processing chamber 201 becomes a constant temperature in the range of 350 to 950 ° C., preferably 700 to 800 ° C. in steps 1a to 4a (described later). Incidentally, in order to obtain the effect of the oxidizing power improvement by H 2 gas added to the O 2 gas under a reduced pressure atmosphere, although the temperature in the processing chamber 201 is required to be 350 ° C. or higher, the temperature in the processing chamber 201 Is preferably 400 ° C. or higher, more preferably 450 ° C. or higher. If the temperature in the processing chamber 201 is 400 ° C. or higher, an oxidizing power exceeding the oxidizing power by the O 3 oxidation treatment performed at a temperature of 400 ° C. or higher can be obtained. For example, an oxidizing power exceeding the oxidizing power by the O 2 plasma oxidation treatment performed at a temperature of 450 ° C. or higher can be obtained.

上述の条件にてOガス及びHガスを処理室201内に供給することで、Oガス及びHガスは加熱された減圧雰囲気下においてノンプラズマで熱的に活性化されて反応し、それにより原子状酸素(O)等の酸素を含む酸化種が生成される。そして、主にこの酸化種により、ステップ1aでウエハ200上に形成されたシリコン含有層に対して酸化処理が行われる。そして、この酸化処理により、シリコン含有層はシリコン酸化層(SiO層、以下、単にSiO層ともいう。)へと変化させられる(改質される)。この酸化処理によれば上述のように、Oガスを単独で供給する場合に比べ、酸化力を大幅に向上させることができる。すなわち、減圧雰囲気下においてOガスにHガスを添加することで、Oガス単独供給の場合に比べ大幅な酸化力向上効果が得られる。 By supplying O 2 gas and H 2 gas into the processing chamber 201 under the above-mentioned conditions, the O 2 gas and H 2 gas are thermally activated by non-plasma and react in a heated reduced pressure atmosphere. , Thereby producing an oxidizing species containing oxygen, such as atomic oxygen (O). Then, an oxidation treatment is performed on the silicon-containing layer formed on the wafer 200 in Step 1a mainly by this oxidizing species. By this oxidation treatment, the silicon-containing layer is changed (modified) into a silicon oxide layer (SiO 2 layer, hereinafter, also simply referred to as “SiO layer”). According to this oxidation treatment, as described above, the oxidizing power can be greatly improved as compared with the case where O 2 gas is supplied alone. That is, by adding H 2 gas to O 2 gas in a reduced pressure atmosphere, a significant effect of improving the oxidizing power can be obtained compared to the case of supplying O 2 gas alone.

なお、このとき、OガスとHガスのうち少なくとも何れか一方または両方をプラズマで活性化させて流すこともできる。Oガスおよび/またはHガスをプラズマで活性化させて流すことで、よりエネルギーの高い酸化種を生成することができ、この酸化種により酸化処理を行うことで、デバイス特性が向上する等の効果も考えられる。例えば、OガスとHガスの両方をプラズマで活性化させる場合、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極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することで、バッファ室237内に供給されたOガスとHガスの混合ガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔248cから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、高周波電源273から第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に印加する高周波電力は、例えば50〜1000Wの範囲内の電力となるように設定する。その他の処理条件は、上述の処理条件と同様とする。なお、上述の温度帯では、OガスとHガスとは熱で活性化されて十分に反応し、十分な量の酸化種が生成される。よって、OガスとHガスとをノンプラズマで熱的に活性化させても十分な酸化力が得られる。なお、OガスとHガスは熱で活性化させて供給した方が、ソフトな反応を生じさせることができ、上述の酸化処理をソフトに行うことができる。 At this time, at least one or both of O 2 gas and H 2 gas can be activated by plasma and flowed. O 2 gas and / or H 2 gas that flowed activated with plasma, it is possible to generate a higher oxidation species of energy, by performing the oxidation treatment by the oxidizing species, etc. the device characteristics are improved The effect of can also be considered. For example, when both O 2 gas and H 2 gas are activated by plasma, high frequency power is applied between the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 from the high-frequency power source 273 via the matching device 272. Thus, the mixed gas of O 2 gas and H 2 gas supplied into the buffer chamber 237 is plasma-excited, supplied as active species into the processing chamber 201 from the gas supply hole 248c, and exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, the high-frequency power applied between the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 from the high-frequency power source 273 is set to be, for example, a power in the range of 50 to 1000 W. Other processing conditions are the same as those described above. In the above temperature range, the O 2 gas and the H 2 gas are activated by heat and sufficiently react to generate a sufficient amount of oxidized species. Therefore, sufficient oxidizing power can be obtained even if O 2 gas and H 2 gas are thermally activated by non-plasma. Note that when the O 2 gas and the H 2 gas are activated and supplied with heat, a soft reaction can be generated, and the above-described oxidation treatment can be performed softly.

酸素含有ガス、すなわち酸化性ガスとしては、酸素(O)ガスの他、オゾン(O)ガス等を用いてもよい。なお、上述の温度帯において、一酸化窒素(NO)ガスや亜酸化窒素(NO)ガスへの水素含有ガス添加効果を試してみたところ、NOガス単独供給やNOガス単独供給に比べて酸化力向上の効果が得られないことを確認した。すなわち、酸素含有ガスとしては窒素非含有の酸素含有ガス(窒素を含まず酸素を含むガス)を用いるのが好ましい。水素含有ガス、すなわち還元性ガスとしては、水素(H)ガスの他、重水素(D)ガス等を用いてもよい。なお、アンモニア(NH)ガスやメタン(CH)ガス等を用いると、窒素(N)不純物や炭素(C)不純物の膜中への混入が考えられる。すなわち、水素含有ガスとしては、他元素非含有の水素含有ガス(他元素を含まず水素または重水素を含むガス)を用いるのが好ましい。すなわち、酸素含有ガスとしては、OガスおよびOガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスを用いることができ、水素含有ガスとしては、HガスおよびDガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスを用いることができる。 As the oxygen-containing gas, that is, the oxidizing gas, ozone (O 3 ) gas or the like may be used in addition to oxygen (O 2 ) gas. In addition, when the hydrogen-containing gas addition effect to the nitrogen monoxide (NO) gas and the nitrous oxide (N 2 O) gas was tried in the above temperature range, the NO gas alone supply and the N 2 O gas alone supply were performed. It was confirmed that the effect of improving the oxidizing power was not obtained. That is, it is preferable to use a nitrogen-free oxygen-containing gas (a gas that does not contain nitrogen but contains oxygen) as the oxygen-containing gas. As the hydrogen-containing gas, that is, the reducing gas, deuterium (D 2 ) gas or the like may be used in addition to hydrogen (H 2 ) gas. Note that when ammonia (NH 3 ) gas, methane (CH 4 ) gas, or the like is used, nitrogen (N) impurities or carbon (C) impurities may be mixed into the film. That is, as the hydrogen-containing gas, it is preferable to use a hydrogen-containing gas that does not contain other elements (a gas that does not contain other elements and contains hydrogen or deuterium). That is, as the oxygen-containing gas, at least one gas selected from the group consisting of O 2 gas and O 3 gas can be used, and as the hydrogen-containing gas, selected from the group consisting of H 2 gas and D 2 gas At least one gas can be used.

[ステップ4a]
シリコン含有層をシリコン酸化層へと変化させた後、第3ガス供給管232cのバルブ243cを閉じ、Oガスの供給を停止する。また、第4ガス供給管232dのバルブ243dを閉じ、Hガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、残留したOガスやHガスを処理室201内から排除する。このとき、バルブ243e,243f,243g,243hを開き、不活性ガスとしてのNガスを処理室201内へ供給する
。Nガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン酸化層形成に寄与した後のOガスやHガスを処理室201内から排除する効果を更に高めることができる(残留ガス除去)。
[Step 4a]
After changing the silicon-containing layer to the silicon oxide layer, the valve 243c of the third gas supply pipe 232c is closed, and the supply of O 2 gas is stopped. Further, the valve 243d of the fourth gas supply pipe 232d is closed, and the supply of H 2 gas is stopped. At this time, the APC valve 244 of the exhaust pipe 231 is kept open, the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, and the remaining O 2 gas and H 2 gas are removed from the processing chamber 201. At this time, the valves 243e, 243f, 243g, and 243h are opened, and N 2 gas as an inert gas is supplied into the processing chamber 201. The N 2 gas acts as a purge gas, thereby further enhancing the effect of removing the O 2 gas and H 2 gas remaining in the processing chamber 201 or contributing to the formation of the silicon oxide layer from the processing chamber 201. (Residual gas removal).

このときのヒータ207の温度は、ウエハ200の温度がOガス及びHガスの供給時と同じく350〜950℃、好ましくは700〜800℃の範囲内の温度となるように設定する。パージガスとしてのNガスの供給流量は、200〜1000sccm(0.2〜1slm)の範囲内の流量とする。なお、上述のようにパージガスとしてのNガスの体積流量は、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの体積流量ほど大きくする必要はなく、それより小流量で十分なパージ効果が得られる。パージガスとしては、Nガスの他、Ar、He、Ne、Xe等の希ガスを用いてもよい。 The temperature of the heater 207 at this time is set so that the temperature of the wafer 200 is in the range of 350 to 950 ° C., preferably 700 to 800 ° C., as in the case of supplying the O 2 gas and H 2 gas. The supply flow rate of N 2 gas as the purge gas is set to a flow rate in the range of 200 to 1000 sccm (0.2 to 1 slm). As described above, the volume flow rate of the N 2 gas as the purge gas does not need to be increased as much as the volume flow rate of the N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas, and a sufficient purge effect can be obtained with a smaller flow rate. As the purge gas, a rare gas such as Ar, He, Ne, or Xe may be used in addition to the N 2 gas.

上述したステップ1a〜4aを1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回、好ましくは複数回実施することにより、ウエハ200上に所定膜厚のシリコン酸化膜を成膜することが出来る。シリコン酸化膜は、後述する工程で形成するシリコン窒化膜の下地膜となる。   The above-described steps 1a to 4a are set as one cycle, and the silicon oxide film having a predetermined thickness can be formed on the wafer 200 by performing this cycle at least once, preferably a plurality of times. The silicon oxide film serves as a base film for a silicon nitride film formed in a process described later.

なお、下地膜として形成するシリコン酸化膜の膜厚を2nm未満とすると、サーマルエッチングによりウエハ200表面にエッチピットが発生してしまうことがある。また、下地膜として形成するシリコン酸化膜の膜厚を厚くしすぎるとシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが積層されてなる絶縁膜の実効的な誘電率が低下し、シリコン窒化膜を絶縁膜として利用する利点が損なわれてしまうことがある。したがって、下地膜として形成するシリコン酸化膜の膜厚は2nm以上4nm以下とすることが望ましく、更には2nmとするのがより望ましい。   If the thickness of the silicon oxide film formed as the base film is less than 2 nm, etch pits may be generated on the surface of the wafer 200 due to thermal etching. If the silicon oxide film formed as the base film is too thick, the effective dielectric constant of the insulating film formed by laminating the silicon oxide film and the silicon nitride film is lowered, and the silicon nitride film is used as the insulating film. The advantage of using it may be impaired. Therefore, the thickness of the silicon oxide film formed as the base film is preferably 2 nm or more and 4 nm or less, and more preferably 2 nm.

(シリコン窒化膜形成工程)
続いて、以下のステップ1b〜4b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、下地膜としてのシリコン酸化膜上に所定膜厚のシリコン窒化膜を成膜する。
(Silicon nitride film formation process)
Subsequently, the following steps 1b to 4b are set as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times to form a silicon nitride film having a predetermined thickness on the silicon oxide film as the base film.

[ステップ1b]
シリコン酸化膜形成工程のステップ1aと同様の手順により、加熱された減圧状態の処理室201内にHCDガスとNガスとを供給し排気する(HCDガス+Nガス供給)。
[Step 1b]
HCD gas and N 2 gas are supplied and exhausted into the heated processing chamber 201 in a decompressed state by the same procedure as in step 1a of the silicon oxide film forming process (HCD gas + N 2 gas supply).

このとき、APCバルブ244を適正に調整して、処理室201内の圧力を、大気圧未満、例えば10〜1000Paの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ241aで制御するHCDガスの供給流量は、例えば20〜1000sccm(0.02〜1slm)の範囲内の流量とする。マスフローコントローラ241eで制御する堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの供給流量は、HCDガスの供給流量よりも大流量とし、例えば1000〜20000sccm(1〜20slm)の範囲内の流量とする。HCDガスをウエハ200に晒す時間は、例えば1〜120秒間の範囲内の時間とする。ヒータ207の温度は、上述の圧力帯において処理室201内でCVD反応が生じるような温度となるように設定する。すなわちウエハ200の温度が、例えば350〜950℃、好ましくは700〜950℃、より好ましくは750〜950℃、さらに好ましくは800〜950℃の範囲内の温度となるようにヒータ207の温度を設定する。なお、ウエハ200の温度が350℃未満となるとウエハ200上においてHCDが分解、吸着しにくくなる。また、ウエハ200の温度が950℃を超えるとCVD反応が強くなり過ぎ、堆積・吸着阻害ガスの作用が十分に働かず、膜厚均一性の悪化を改善するのが困難となる。一方、ウエハ200の温度が700℃未満の場合、膜厚均一性は比較的良好となり、700℃以上
の高温領域において膜厚均一性の悪化が顕著となり、堆積・吸着阻害ガスを用いる本発明が特に有効となる。また、ウエハ200の温度が800℃未満、特に750℃未満の場合、膜中に取り込まれた水素が残留し易く、かつ、水素の吸着サイトの多い(欠陥の多い)低密度な膜が形成される。以上のことから、ウエハ200の温度は350〜950℃、好ましくは700〜950℃、より好ましくは750〜950℃、さらに好ましくは800〜950℃とするのがよい。なお、ウエハ200の温度を750〜950℃、さらに好ましくは800〜950℃とすれば、堆積・吸着阻害ガスの作用を十分に生じさせることができ、さらに、膜中に取り込まれた水素が残留し難く(脱離し易く)なり、かつ、水素の吸着サイトの少ない(欠陥の少ない)高密度な膜を形成することが可能となる。すなわち、この温度帯においては、膜中の水素濃度が極めて低く、膜厚均一性が極めて良好な膜を形成することが可能となる。
At this time, the APC valve 244 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 at a pressure lower than atmospheric pressure, for example, in a range of 10 to 1000 Pa. The supply flow rate of the HCD gas controlled by the mass flow controller 241a is, for example, a flow rate in the range of 20 to 1000 sccm (0.02 to 1 slm). The supply flow rate of N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas controlled by the mass flow controller 241e is larger than the supply flow rate of the HCD gas, for example, a flow rate in the range of 1000 to 20000 sccm (1 to 20 slm). The time for exposing the HCD gas to the wafer 200 is, for example, a time within a range of 1 to 120 seconds. The temperature of the heater 207 is set so that the CVD reaction occurs in the processing chamber 201 in the above-described pressure zone. That is, the temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 is, for example, 350 to 950 ° C., preferably 700 to 950 ° C., more preferably 750 to 950 ° C., and still more preferably 800 to 950 ° C. To do. Note that when the temperature of the wafer 200 is less than 350 ° C., the HCD is difficult to be decomposed and adsorbed on the wafer 200. When the temperature of the wafer 200 exceeds 950 ° C., the CVD reaction becomes too strong, the action of the deposition / adsorption inhibition gas does not work sufficiently, and it becomes difficult to improve the deterioration of the film thickness uniformity. On the other hand, when the temperature of the wafer 200 is lower than 700 ° C., the film thickness uniformity is relatively good, and the film thickness uniformity is significantly deteriorated in a high temperature region of 700 ° C. or higher. Especially effective. Further, when the temperature of the wafer 200 is less than 800 ° C., particularly less than 750 ° C., the hydrogen taken into the film is likely to remain, and a low-density film having many hydrogen adsorption sites (many defects) is formed. The From the above, the temperature of the wafer 200 is 350 to 950 ° C., preferably 700 to 950 ° C., more preferably 750 to 950 ° C., and still more preferably 800 to 950 ° C. If the temperature of the wafer 200 is set to 750 to 950 ° C., more preferably 800 to 950 ° C., the action of the deposition / adsorption inhibition gas can be sufficiently generated, and further, hydrogen taken into the film remains. This makes it possible to form a high-density film that is difficult (desorbed easily) and has few hydrogen adsorption sites (small defects). That is, in this temperature range, it is possible to form a film with extremely low hydrogen concentration in the film and extremely good film thickness uniformity.

上述の条件、すなわちCVD反応が生じる条件下でHCDガスを処理室201内に供給することで、シリコン酸化膜(下地膜)上に1原子層未満から数原子層程度のシリコン含有層としてのシリコン層(Si層)が形成される。シリコン含有層はHCDガスの吸着層であってもよい。ここでシリコン層とは、シリコンにより構成される連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるシリコン薄膜をも含む総称である。なお、シリコンにより構成される連続的な層をシリコン薄膜という場合もある。また、HCDガスの吸着層とは、HCDガスのガス分子の連続的な化学吸着層の他、不連続な化学吸着層をも含む。なお、1原子層未満の層とは不連続に形成される原子層のことを意味している。HCDガスが自己分解する条件下では、シリコン酸化膜上にシリコンが堆積することでシリコン層が形成される。HCDガスが自己分解しない条件下では、シリコン酸化膜上にHCDガスが吸着することでHCDガスの吸着層が形成される。シリコン酸化膜上に形成されるシリコン含有層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ3bでの窒化の作用がシリコン含有層の全体に届かなくなる。また、シリコン酸化膜上に形成可能なシリコン含有層の最小値は1原子層未満である。よって、シリコン含有層の厚さは1原子層未満から数原子層程度とするのが好ましい。なお、シリコン酸化膜上にHCDガスの吸着層を形成するよりも、シリコン酸化膜上にシリコン層を形成する方が、成膜レートを高くすることができ好ましい。   By supplying the HCD gas into the processing chamber 201 under the above-described conditions, that is, conditions under which a CVD reaction occurs, silicon as a silicon-containing layer of less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the silicon oxide film (underlying film). A layer (Si layer) is formed. The silicon-containing layer may be an HCD gas adsorption layer. Here, the silicon layer is a generic name including a continuous layer made of silicon, a discontinuous layer, and a silicon thin film formed by overlapping these layers. A continuous layer made of silicon may be referred to as a silicon thin film. The HCD gas adsorption layer includes a discontinuous chemical adsorption layer as well as a continuous chemical adsorption layer of gas molecules of the HCD gas. In addition, the layer less than 1 atomic layer means the atomic layer formed discontinuously. Under the condition that the HCD gas self-decomposes, silicon is deposited on the silicon oxide film to form a silicon layer. Under the condition that the HCD gas does not self-decompose, the HCD gas adsorbed layer is formed by adsorbing the HCD gas on the silicon oxide film. When the thickness of the silicon-containing layer formed on the silicon oxide film exceeds several atomic layers, the nitriding action in step 3b described later does not reach the entire silicon-containing layer. The minimum value of the silicon-containing layer that can be formed on the silicon oxide film is less than one atomic layer. Therefore, the thickness of the silicon-containing layer is preferably set to be less than one atomic layer to several atomic layers. Note that it is preferable to form a silicon layer on the silicon oxide film because the deposition rate can be increased, rather than forming an HCD gas adsorption layer on the silicon oxide film.

このとき、上述のように、HCDガスを供給する第1ノズル233aと同じノズルからHCDガスと一緒に堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスを大流量でウエハ200に向けて供給することで、HCDガスの流速、特にウエハ200表面と平行方向に流れる(ウエハ200表面を横切る)HCDガスの流速を速くする。すなわち、HCDガスのウエハ200表面と平行方向への吹き付けを強くする。これにより、シリコン酸化膜上へのシリコンの堆積効率またはHCDガスの吸着効率を下げ、堆積または吸着を抑制させつつシリコン酸化膜上にシリコン含有層を形成することができるようになる。この堆積・吸着阻害ガスの作用により、図10に示すようにシリコン含有層の堆積または吸着中心をウエハ200のエッジ側からセンタよりに移動させることが可能となり、また、シリコン含有層の最も厚い部分と最も薄い部分との差を小さくすることができ、例えば700℃以上の高温領域において吸着反応が崩れる領域、すなわちシリコン含有層の堆積または吸着が過剰となる領域においても、均一にシリコン含有層を形成することが可能となる。 At this time, as described above, the N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is supplied toward the wafer 200 at a large flow rate together with the HCD gas from the same nozzle as the first nozzle 233a that supplies the HCD gas. The flow rate of the HCD gas, particularly the flow rate of the HCD gas flowing in a direction parallel to the surface of the wafer 200 (crossing the surface of the wafer 200) is increased. That is, the HCD gas is strongly blown in the direction parallel to the surface of the wafer 200. As a result, the silicon deposition efficiency or the HCD gas adsorption efficiency on the silicon oxide film can be lowered, and the silicon-containing layer can be formed on the silicon oxide film while suppressing the deposition or adsorption. By the action of the deposition / adsorption inhibition gas, the deposition or adsorption center of the silicon-containing layer can be moved from the edge side of the wafer 200 to the center as shown in FIG. And the thinnest part can be reduced. For example, even in a region where the adsorption reaction breaks down in a high temperature region of 700 ° C. or higher, that is, in a region where deposition or adsorption of the silicon-containing layer is excessive, the silicon-containing layer can be uniformly formed. It becomes possible to form.

なお、図10(a)はウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速が小さい場合におけるシリコンの堆積またはHCDガスの吸着の様子を模式的に示す図である。また、図10(b)はウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速が大きい場合におけるシリコンの堆積またはHCDガスの吸着の様子を模式的に示す図である。図10では、便宜上、下地膜としてのシリコン酸化膜を図示していない。なお、図10における白抜き矢印は、HCDガスとNガスとの流れる方向を示しており、ウエハ200上の白丸(○)は、ウエハ200上(シリコン酸化膜上)に堆積したSi原子またはウエハ20
0上(シリコン酸化膜上)に吸着したHCDガス分子を示している。また、図10では、便宜上、ウエハ200の左半分のみを示している。
FIG. 10A is a diagram schematically showing the state of silicon deposition or HCD gas adsorption when the flow rate of the HCD gas flowing parallel to the surface of the wafer 200 is small. FIG. 10B is a diagram schematically showing the state of silicon deposition or HCD gas adsorption when the flow rate of the HCD gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200 is large. In FIG. 10, for convenience, a silicon oxide film as a base film is not shown. The white arrows in FIG. 10 indicate the flow directions of the HCD gas and the N 2 gas, and white circles (◯) on the wafer 200 indicate Si atoms deposited on the wafer 200 (on the silicon oxide film) or Wafer 20
HCD gas molecules adsorbed on 0 (on the silicon oxide film) are shown. In FIG. 10, only the left half of the wafer 200 is shown for convenience.

図10に示すように、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速を大きくすることにより、シリコン含有層の厚さを全体的に薄くしつつ、シリコン含有層の堆積または吸着中心をウエハ200のエッジ側からセンタよりに移動させることが可能となる。また、シリコン含有層の最も厚い部分と最も薄い部分との差を小さくすることができ、ウエハ200面内にわたり均一にシリコン含有層を形成することが可能となる。   As shown in FIG. 10, by increasing the flow rate of the HCD gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200, the thickness of the silicon-containing layer is reduced as a whole, and the deposition or adsorption center of the silicon-containing layer is set at the wafer 200. It is possible to move from the edge side to the center. Further, the difference between the thickest portion and the thinnest portion of the silicon-containing layer can be reduced, and the silicon-containing layer can be formed uniformly over the surface of the wafer 200.

なお、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの供給流量は、上述のように1〜20slmの範囲内の流量とするのが好ましく、HCDガスの供給流量よりも大流量とするのが好ましい。このようにNガスの供給流量を設定し、Nガスの体積流量を、HCDガスの体積流量よりも大流量とすることで、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速を、HCDガスを単独で流す場合よりも速くする。すなわち、HCDガスを単独で流す場合よりも強くHCDガスをウエハ200表面と平行方向に吹き付ける。また、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの供給流量は、後述するステップ3bにおいて処理室201内に供給するNHガスの供給流量よりも大流量とするのが好ましい。このようにNガスの供給流量を設定し、Nガスの体積流量を、NHガスの体積流量よりも大流量とすることで、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速を、ウエハ200表面と平行方向に流れるNHガスの流速よりも速くする。すなわち、NHガスをウエハ200表面と平行方向に吹き付けるよりも強く、HCDガスをウエハ200表面と平行方向に吹き付ける。さらには、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの供給流量は、後述するステップ2b,4bにおいて処理室201内に供給するパージガスとしてのNガスの供給流量よりも大流量とするのが好ましい。このように堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの供給流量を設定し、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの体積流量を、パージガスとしてのNガスの体積流量よりも大流量とすることで、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速を、ウエハ200表面と平行方向に流れるパージガスとしてのNガスの流速よりも速くする。すなわち、パージガスとしてのNガスをウエハ200表面と平行方向に吹き付けるよりも強く、HCDガスをウエハ200表面と平行方向に吹き付ける。 Note that the supply flow rate of the N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is preferably set to a flow rate in the range of 1 to 20 slm as described above, and is preferably larger than the supply flow rate of the HCD gas. In this way, the supply flow rate of N 2 gas is set, and the volume flow rate of N 2 gas is set to be larger than the volume flow rate of HCD gas. Make it faster than flowing the gas alone. That is, the HCD gas is blown stronger in the direction parallel to the surface of the wafer 200 than when the HCD gas is supplied alone. The supply flow rate of N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is preferably larger than the supply flow rate of NH 3 gas supplied into the processing chamber 201 in step 3b described later. Thus setting the supply flow rate of N 2 gas, the volumetric flow rate of N 2 gas, by a high flow rate than the volume flow of the NH 3 gas, the flow rate of the HCD gas flowing in the direction parallel to the wafer 200 surface, The flow rate of the NH 3 gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200 is set to be faster. That is, the HCD gas is blown in a direction parallel to the surface of the wafer 200 stronger than the NH 3 gas is blown in a direction parallel to the surface of the wafer 200. Furthermore, the supply flow rate of N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is preferably larger than the supply flow rate of N 2 gas as the purge gas supplied into the processing chamber 201 in steps 2b and 4b described later. . In this way, the supply flow rate of N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is set, and the volume flow rate of N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is set larger than the volume flow rate of N 2 gas as the purge gas. Thus, the flow rate of the HCD gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200 is made faster than the flow rate of the N 2 gas as the purge gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200. That is, it is stronger than spraying N 2 gas as a purge gas in the direction parallel to the surface of the wafer 200, and HCD gas is sprayed in the direction parallel to the surface of the wafer 200.

具体的には、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの体積流量は、HCDガスの体積流量の10〜30倍程度であって、パージガスとしてのNガスの体積流量の5〜30倍程度とするのが好ましい。堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの体積流量をHCDガスの体積流量の10〜30倍程度とすることで、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速をより十分に高めることが可能となり、シリコン含有層の堆積または吸着をより十分に抑制でき、堆積または吸着中心をウエハ200のエッジ側からセンタよりにすることが容易となる。また、シリコン含有層の最も厚い部分と最も薄い部分との差を小さくすることも容易となる。結果、膜厚均一性をより十分に改善できることとなる。また、HCDガスの流速が速くなり過ぎ、シリコン含有層の堆積または吸着を抑制し過ぎて、実用的な成膜速度が得られなくなることを防止することができる。 Specifically, the volume flow rate of the N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is about 10 to 30 times the volume flow rate of the HCD gas and about 5 to 30 times the volume flow rate of the N 2 gas as the purge gas. Is preferable. By setting the volume flow rate of N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas to about 10 to 30 times the volume flow rate of HCD gas, the flow rate of HCD gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200 can be increased sufficiently. Thus, deposition or adsorption of the silicon-containing layer can be more sufficiently suppressed, and the deposition or adsorption center can be easily set from the edge side of the wafer 200 to the center. It is also easy to reduce the difference between the thickest part and the thinnest part of the silicon-containing layer. As a result, the film thickness uniformity can be more sufficiently improved. Further, it is possible to prevent the practical flow rate from being obtained because the flow rate of the HCD gas becomes too high and the deposition or adsorption of the silicon-containing layer is suppressed too much.

Siを含む原料としては、HCDの他、TCS(テトラクロロシラン、SiCl)、DCS(ジクロロシラン、SiHCl)、SiH(モノシラン)等の無機原料だけでなく、アミノシラン系の4DMAS(テトラキスジメチルアミノシラン、Si[N(CH)、3DMAS(トリスジメチルアミノシラン、Si[N(CHH)、2DEAS(ビスジエチルアミノシラン、Si[N(C)、BTBAS(ビスターシャリーブチルアミノシラン、SiH[NH(C)])などの有機原料を用いてもよい。 As raw materials containing Si, not only inorganic raw materials such as TCS (tetrachlorosilane, SiCl 4 ), DCS (dichlorosilane, SiH 2 Cl 2 ), SiH 4 (monosilane), but also aminosilane-based 4DMAS (tetrakis) are included. Dimethylaminosilane, Si [N (CH 3 ) 2 ] 4 ), 3DMAS (trisdimethylaminosilane, Si [N (CH 3 ) 2 ] 3 H), 2DEAS (bisdiethylaminosilane, Si [N (C 2 H 5 ) 2 ] 2 H 2 ), BTBAS (Bisturary butylaminosilane, SiH 2 [NH (C 4 H 9 )] 2 ) or the like may be used.

堆積・吸着阻害ガスとしての不活性ガスとしては、Nガスの他、Ar、He、Ne、Xe等の希ガスを用いてもよい。また、堆積・吸着阻害ガスとしては、水素含有ガスを用いてもよい。水素含有ガスとしては、例えば水素(H)ガスや重水素(D)ガス等を用いることができる。図7に、堆積・吸着阻害ガスとして水素含有ガスであるHガスを用いた成膜シーケンス例を示す。堆積・吸着阻害ガスとしてのHガスの供給流量は、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの供給流量と同様、1000〜20000sccm(1〜20slm)の範囲内の流量とする。なお、例えば750℃以上、好ましくは800℃以上の高温下では、膜中に取り込まれた水素は残留し難く(脱離し易く)なることから、吸着阻害ガスとして水素含有ガスを用いても、膜中の水素濃度低減効果に影響を与えることはない。この場合においても水素の吸着サイトの少ない(欠陥の少ない)高密度な膜が形成される。なお、HCDガス供給時にHガスを供給することで、HCDガス中のClを引き抜くことが考えられ、成膜レートの向上、膜中Cl不純物の低減効果が考えられる。 As the inert gas as the deposition / adsorption inhibition gas, a rare gas such as Ar, He, Ne, or Xe may be used in addition to the N 2 gas. Further, a hydrogen-containing gas may be used as the deposition / adsorption inhibition gas. As the hydrogen-containing gas, for example, hydrogen (H 2 ) gas, deuterium (D 2 ) gas, or the like can be used. FIG. 7 shows an example of a film forming sequence using H 2 gas, which is a hydrogen-containing gas, as the deposition / adsorption inhibition gas. The supply flow rate of H 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is set to a flow rate in the range of 1000 to 20000 sccm (1 to 20 slm), similarly to the supply flow rate of N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas. Note that, for example, at a high temperature of 750 ° C. or higher, preferably 800 ° C. or higher, the hydrogen taken into the film hardly remains (is easily desorbed). There is no effect on the hydrogen concentration reduction effect. Even in this case, a high-density film with few hydrogen adsorption sites (small defects) is formed. Note that it is conceivable to extract Cl from the HCD gas by supplying H 2 gas when the HCD gas is supplied, thereby improving the film formation rate and reducing Cl impurities in the film.

[ステップ2b]
シリコン酸化膜上にシリコン含有層が形成された後、シリコン酸化膜形成工程のステップ2aと同様の手順により、HCDガスを処理室201内から排除すると共に、処理室201内をNガスによりパージする(残留ガス除去)。
[Step 2b]
After the silicon-containing layer is formed on the silicon oxide film, the HCD gas is removed from the processing chamber 201 and the processing chamber 201 is purged with N 2 gas by the same procedure as in step 2a of the silicon oxide film forming step. (Residual gas removal).

このときのヒータ207の温度は、ウエハ200の温度がHCDガスの供給時と同じく350〜950℃、好ましくは700〜950℃、より好ましくは750〜950℃、さらに好ましくは800〜950℃の範囲内の温度となるように設定する。パージガスとしてのNガスの供給流量は、200〜1000sccm(0.2〜1slm)の範囲内の流量とする。なお、パージガスとしてのNガスの体積流量は、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの体積流量ほど大きくする必要はなく、それより小流量で十分なパージ効果が得られる。逆にいうと、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの体積流量は、パージガスとしてのNガスの体積流量よりも大きくする必要がある。すなわちシリコン含有層の堆積・吸着抑制効果を得るには、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの体積流量を、パージ効果が十分に得られるだけのNガスの体積流量よりも大流量とする必要がある。よって、パージにより処理室201内の残留ガスを除去する際は、マスフローコントローラ241eを制御して、第1不活性ガス供給管232eから供給するNガスの供給流量を1〜20slmから0.2〜1slmへと変更し、Nガスの体積流量を減少させることとなる。なお、パージガスとしては、Nガスの他、Ar、He、Ne、Xe等の希ガスを用いてもよい。 The temperature of the heater 207 at this time is in the range of 350 to 950 ° C., preferably 700 to 950 ° C., more preferably 750 to 950 ° C., more preferably 800 to 950 ° C. Set the temperature to be within the range. The supply flow rate of N 2 gas as the purge gas is set to a flow rate in the range of 200 to 1000 sccm (0.2 to 1 slm). Note that the volume flow rate of the N 2 gas as the purge gas does not need to be as large as the volume flow rate of the N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas, and a sufficient purge effect can be obtained with a smaller flow rate. In other words, the volume flow rate of N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas needs to be larger than the volume flow rate of N 2 gas as the purge gas. That is, in order to obtain the deposition / adsorption suppression effect of the silicon-containing layer, the volume flow rate of the N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas is set to be larger than the volume flow rate of the N 2 gas sufficient to obtain the purge effect. There is a need to. Therefore, when removing the residual gas in the processing chamber 201 by purging, the mass flow controller 241e is controlled, and the supply flow rate of N 2 gas supplied from the first inert gas supply pipe 232e is changed from 1 to 20 slm to 0.2. It will be changed to ˜1 slm and the volume flow rate of N 2 gas will be reduced. In addition to the N 2 gas, a rare gas such as Ar, He, Ne, or Xe may be used as the purge gas.

[ステップ3b]
処理室201内の残留ガスを除去した後、第2ガス供給管232bのバルブ243bを開き、第2ガス供給管232bにNHガスを流す。NHガスは第2ガス供給管232bから流れ、マスフローコントローラ241bにより流量調整される。流量調整されたNHガスは第2ノズル233bのガス供給孔248bから加熱された減圧状態のバッファ室237内に供給される。このとき、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に高周波電力を印加しない。これにより、バッファ室237内に供給されたNHガスは、熱で活性化されて、バッファ室237のガス供給孔248cから、加熱された減圧状態の処理室201内に供給され排気管231から排気される(NHガス供給)。
[Step 3b]
After the residual gas in the processing chamber 201 is removed, the valve 243b of the second gas supply pipe 232b is opened, and NH 3 gas is allowed to flow through the second gas supply pipe 232b. The NH 3 gas flows from the second gas supply pipe 232b and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241b. The NH 3 gas whose flow rate has been adjusted is supplied from the gas supply hole 248b of the second nozzle 233b into the buffer chamber 237 in a depressurized state. At this time, high frequency power is not applied between the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270. As a result, the NH 3 gas supplied into the buffer chamber 237 is activated by heat and supplied from the gas supply hole 248 c of the buffer chamber 237 into the heated processing chamber 201 in a decompressed state, and is supplied from the exhaust pipe 231. It is exhausted (NH 3 gas supply).

このとき、第2不活性ガス供給管232fのバルブ243fを開き、第2不活性ガス供給管232fから不活性ガスとしてNガスを供給するようにしてもよい。Nガスはマスフローコントローラ241fにより流量調整されて、第2ガス供給管232b内に供給される。この場合、第2ノズル233bからは、NHガスとNガスの混合ガスが供給されることとなる。なお、不活性ガスとしては、Nガスの他、Ar、He、Ne、Xe
等の希ガスを用いてもよい。
At this time, the valve 243f of the second inert gas supply pipe 232f may be opened to supply N 2 gas as an inert gas from the second inert gas supply pipe 232f. The flow rate of the N 2 gas is adjusted by the mass flow controller 241f, and the N 2 gas is supplied into the second gas supply pipe 232b. In this case, a mixed gas of NH 3 gas and N 2 gas is supplied from the second nozzle 233b. In addition, as the inert gas, in addition to N 2 gas, Ar, He, Ne, Xe
A noble gas such as may be used.

このとき、APCバルブ244を適正に調整して、処理室201内の圧力を、大気圧未満、例えば1〜3000Paの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ241bで制御するNHガスの供給流量は、例えば100〜10000sccm(0.1〜10slm)の範囲内の流量とする。NHガスをウエハ200に晒す時間は、例えば1〜120秒間の範囲内の時間とする。ヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば350〜1200℃の範囲内の温度となるように設定する。なお、この範囲内の温度であれば減圧雰囲気下でのNHガスによる窒化の効果、すなわち、シリコン含有層の窒化反応が得られることを確認した。また、ウエハ200の温度が低すぎると窒化の効果が得られないことも確認した。ただしスループットを考慮すると、ウエハ200の温度が、シリコン含有層の窒化反応が生じる程度の温度であってステップ1bのHCDガスの供給時と同様な温度帯となるように、すなわちステップ1bとステップ3bとで処理室201内の温度を同様な温度帯に保持するようにヒータ207の温度を設定するのが好ましい。この場合、ステップ1bとステップ3bとでウエハ200の温度、すなわち処理室201内の温度が350〜950℃、好ましくは700〜950℃、より好ましくは750〜950℃、さらに好ましくは800〜950℃の範囲内の一定の温度となるようにヒータ207の温度を設定する。さらには、ステップ1b〜ステップ4b(後述)にかけて処理室201内の温度を同様な温度帯に保持するようにヒータ207の温度を設定するのがより好ましい。この場合、ステップ1b〜ステップ4b(後述)にかけて処理室201内の温度が350〜950℃、好ましくは700〜950℃、より好ましくは750〜950℃、さらに好ましくは800〜950℃の範囲内の一定の温度となるようにヒータ207の温度を設定する。なお、処理室201内の温度を550℃以上とすることで、減圧雰囲気下でのNHガスによる窒化力向上効果を得ることができる。この窒化力向上効果をより高めようとする場合、処理室201内の温度を600℃以上とするのが好ましく、さらには700℃以上とするのがより好ましい。なお、NHガスはプラズマで活性化させて供給するよりも、熱で活性化させて供給した方が、ソフトな反応を生じさせることができ、後述する窒化をソフトに行うことができる。 At this time, the APC valve 244 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 at a pressure lower than atmospheric pressure, for example, within a range of 1 to 3000 Pa. The supply flow rate of NH 3 gas controlled by the mass flow controller 241b is, for example, a flow rate in the range of 100 to 10000 sccm (0.1 to 10 slm). The time for exposing the NH 3 gas to the wafer 200 is, for example, a time within a range of 1 to 120 seconds. The temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 is in a range of 350 to 1200 ° C., for example. Note that it was confirmed that if the temperature was within this range, the effect of nitriding with NH 3 gas under a reduced pressure atmosphere, that is, the nitriding reaction of the silicon-containing layer was obtained. It was also confirmed that the nitriding effect could not be obtained if the temperature of the wafer 200 was too low. However, considering the throughput, the temperature of the wafer 200 is such that the nitridation reaction of the silicon-containing layer occurs, and is in the same temperature range as when the HCD gas is supplied in Step 1b, that is, Step 1b and Step 3b. Therefore, it is preferable to set the temperature of the heater 207 so that the temperature in the processing chamber 201 is maintained in a similar temperature range. In this case, the temperature of the wafer 200 in step 1b and step 3b, that is, the temperature in the processing chamber 201 is 350 to 950 ° C., preferably 700 to 950 ° C., more preferably 750 to 950 ° C., and still more preferably 800 to 950 ° C. The temperature of the heater 207 is set so as to be a constant temperature within the range. Furthermore, it is more preferable to set the temperature of the heater 207 so that the temperature in the processing chamber 201 is maintained in a similar temperature range from step 1b to step 4b (described later). In this case, the temperature in the processing chamber 201 is 350 to 950 ° C., preferably 700 to 950 ° C., more preferably 750 to 950 ° C., and still more preferably 800 to 950 ° C. from Step 1b to Step 4b (described later). The temperature of the heater 207 is set so as to be a constant temperature. Note that when the temperature in the processing chamber 201 is set to 550 ° C. or higher, the effect of improving the nitriding power by the NH 3 gas in a reduced pressure atmosphere can be obtained. In order to further enhance the effect of improving the nitriding power, the temperature in the processing chamber 201 is preferably 600 ° C. or higher, and more preferably 700 ° C. or higher. Note that the NH 3 gas can cause a soft reaction when supplied by being activated by heat rather than being activated by plasma, and can perform nitriding described later softly.

上述の条件にてNHガスを処理室201内に供給することで、NHガスは加熱された減圧雰囲気下においてノンプラズマで熱的に活性化されるか、もしくは熱分解して窒素を含む窒化種が生成される。このとき、処理室201内にはHCDガスは流していないので、NHガスは気相反応を起こすことはなく、NHガスが熱的に活性化されるか、もしくは熱分解することで得られた窒化種は、ステップ1bでシリコン酸化膜上に形成されたシリコン含有層の少なくとも一部と反応する。これにより、シリコン含有層に対して窒化処理が行われ、この窒化処理により、シリコン含有層はシリコン窒化層(Si層、以下、単にSiN層ともいう。)へと変化させられる(改質される)。 By supplying the NH 3 gas into the processing chamber 201 under the above-described conditions, the NH 3 gas is thermally activated by non-plasma in a heated reduced-pressure atmosphere or pyrolyzed and contains nitrogen. Nitriding species are generated. At this time, since the HCD gas does not flow in the processing chamber 201, the NH 3 gas does not cause a gas phase reaction, and the NH 3 gas is obtained by being thermally activated or thermally decomposed. The nitrided species reacted with at least a portion of the silicon-containing layer formed on the silicon oxide film in step 1b. As a result, a nitriding process is performed on the silicon-containing layer, and the silicon-containing layer is changed into a silicon nitride layer (Si 3 N 4 layer, hereinafter, also simply referred to as a SiN layer) by the nitriding process (modified). Quality).

なお、このとき、NHガスをプラズマで活性化させて流すこともできる。NHガスをプラズマで活性化させて流すことで、よりエネルギーの高い窒化種を生成することができ、この窒化種により窒化処理を行うことで、デバイス特性が向上する等の効果も考えられる。NHガスをプラズマで活性化させる場合、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極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することで、バッファ室237内に供給されたNHガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔248cから処理室201内に供給され排気管231から排気される。このとき、高周波電源273から第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に印加する高周波電力は、例えば50〜1000Wの範囲内の電力となるように設定する。その他の処理条件は、上述の処理条件と同様とする。なお、上述の温度帯では、NHガスは熱で十分に活性化され、十分な量の窒化種が生成される。よって、NHガスをノンプラズマで熱的に活性化させても十分な窒化力が得られる。なお、NHガスは熱で活性化させて供給し
た方が、ソフトな反応を生じさせることができ、上述の窒化処理をソフトに行うことができる。
At this time, NH 3 gas may be activated by plasma and flowed. By activating and flowing NH 3 gas with plasma, a higher-energy nitriding species can be generated. By performing nitriding with this nitriding species, effects such as improved device characteristics can be considered. When NH 3 gas is activated by plasma, high frequency power is applied between the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 from the high-frequency power source 273 via the matching device 272 to be supplied into the buffer chamber 237. The NH 3 gas thus excited is plasma-excited, supplied as an active species into the processing chamber 201 from the gas supply hole 248c, and exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, the high-frequency power applied between the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 from the high-frequency power source 273 is set to be, for example, a power in the range of 50 to 1000 W. Other processing conditions are the same as those described above. In the above temperature range, the NH 3 gas is sufficiently activated by heat, and a sufficient amount of nitriding species is generated. Therefore, sufficient nitriding power can be obtained even when NH 3 gas is thermally activated by non-plasma. Note that the NH 3 gas activated by heat can be supplied to cause a soft reaction, and the above-described nitriding treatment can be performed softly.

窒素含有ガスとしては、NHガスの他、ジアジン(N)ガス、ヒドラジン(N)ガス、Nガスやアミン系のガス等を用いてもよい。 As the nitrogen-containing gas, other than NH 3 gas, diazine (N 2 H 2 ) gas, hydrazine (N 2 H 4 ) gas, N 3 H 8 gas, amine-based gas, or the like may be used.

[ステップ4b]
シリコン含有層をシリコン窒化層へと変化させた後、第2ガス供給管232bのバルブ243bを閉じ、NHガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、残留したNHガスを処理室201内から排除する。このとき、バルブ243e,243f,243g,243hを開き、不活性ガスとしてのNガスを処理室201内へ供給する。Nガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン窒化層形成に寄与した後のNHガスを処理室201内から排除する効果を更に高めることができる(残留ガス除去)。
[Step 4b]
After changing the silicon-containing layer to the silicon nitride layer, the valve 243b of the second gas supply pipe 232b is closed, and the supply of NH 3 gas is stopped. At this time, the APC valve 244 of the exhaust pipe 231 is kept open, the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, and the remaining NH 3 gas is removed from the processing chamber 201. At this time, the valves 243e, 243f, 243g, and 243h are opened, and N 2 gas as an inert gas is supplied into the processing chamber 201. The N 2 gas acts as a purge gas, which can further enhance the effect of removing the NH 3 gas remaining in the processing chamber 201 or contributing to the formation of the silicon nitride layer from the processing chamber 201 ( Residual gas removal).

このときのヒータ207の温度は、ウエハ200の温度がNHガスの供給時と同じく350〜950℃、好ましくは700〜950℃、より好ましくは750〜950℃、さらに好ましくは800〜950℃の範囲内の温度となるように設定する。パージガスとしてのNガスの供給流量は、200〜1000sccm(0.2〜1slm)の範囲内の流量とする。なお、上述のようにパージガスとしてのNガスの体積流量は、堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスの体積流量ほど大きくする必要はなく、それより小流量で十分なパージ効果が得られる。パージガスとしては、Nガスの他、Ar、He、Ne、Xe等の希ガスを用いてもよい。 The temperature of the heater 207 at this time is 350 to 950 ° C., preferably 700 to 950 ° C., more preferably 750 to 950 ° C., and still more preferably 800 to 950 ° C., as in the case of supplying the NH 3 gas. Set the temperature within the range. The supply flow rate of N 2 gas as the purge gas is set to a flow rate in the range of 200 to 1000 sccm (0.2 to 1 slm). As described above, the volume flow rate of the N 2 gas as the purge gas does not need to be increased as much as the volume flow rate of the N 2 gas as the deposition / adsorption inhibition gas, and a sufficient purge effect can be obtained with a smaller flow rate. As the purge gas, a rare gas such as Ar, He, Ne, or Xe may be used in addition to the N 2 gas.

上述したステップ1b〜4bを1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回、好ましくは複数回実施することにより、下地膜としてのシリコン酸化膜上に所定膜厚のシリコン窒化膜を成膜することが出来る。図11は、上述の成膜シーケンスにより、ウエハ200上にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが順に積層された様子を示す断面図である。なおシリコン酸化膜形成工程とシリコン窒化膜形成工程とは、ウエハ200の温度を同様な温度帯に保持した状態で行うのが好ましい。   By performing the above-described steps 1b to 4b as one cycle and performing this cycle at least once, preferably a plurality of times, a silicon nitride film having a predetermined thickness can be formed on the silicon oxide film as the base film. . FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which a silicon oxide film and a silicon nitride film are sequentially stacked on the wafer 200 by the above-described film forming sequence. The silicon oxide film forming step and the silicon nitride film forming step are preferably performed in a state where the temperature of the wafer 200 is maintained in a similar temperature range.

(パージ及び大気圧復帰)
所定膜厚のシリコン窒化膜が成膜されると、バルブ243e,243f,243g,243hを開き、第1不活性ガス供給管232e、第2不活性ガス供給管232f、第3不活性ガス供給管232g、第4不活性ガス供給管232hのそれぞれから不活性ガスとしてのNガスを処理室201内へ供給し排気管231から排気する。Nガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内が不活性ガスでパージされ、処理室201内に残留するガスが処理室201内から除去される(パージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
(Purge and return to atmospheric pressure)
When the silicon nitride film having a predetermined thickness is formed, the valves 243e, 243f, 243g, and 243h are opened, and the first inert gas supply pipe 232e, the second inert gas supply pipe 232f, and the third inert gas supply pipe. N 2 gas as an inert gas is supplied into the processing chamber 201 from each of 232 g and the fourth inert gas supply pipe 232 h and exhausted from the exhaust pipe 231. The N 2 gas acts as a purge gas, whereby the inside of the processing chamber 201 is purged with an inert gas, and the gas remaining in the processing chamber 201 is removed from the inside of the processing chamber 201 (purge). Thereafter, the atmosphere in the processing chamber 201 is replaced with an inert gas, and the pressure in the processing chamber 201 is returned to normal pressure (return to atmospheric pressure).

(ボートアンロード及びウエハディスチャージ)
その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降されて、反応管203の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ200がボート217に保持された状態で反応管203の下端から反応管203の外部に搬出(ボートアンロード)される。その後、処理済みのウエハ200はボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。
(Boat unload and wafer discharge)
Thereafter, the seal cap 219 is lowered by the boat elevator 115 to open the lower end of the reaction tube 203 and the processed wafer 200 is held by the boat 217 from the lower end of the reaction tube 203 to the outside of the reaction tube 203. Unloaded (boat unload). Thereafter, the processed wafer 200 is taken out from the boat 217 (wafer discharge).

(3)本実施形態に係る効果
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。
(3) Effects according to the present embodiment According to the present embodiment, the following one or more effects are achieved.

本実施形態によれば、ウエハ200上にシリコン窒化膜を直接形成するのではなく、下地膜としてのシリコン酸化膜を介して形成するようにしている。このようにすることで、シリコン窒化膜の成膜温度を高温化したとしても、ウエハ200表面上における吸着酸素や巻き込み酸素等がウエハ200表面とシリコン窒化膜との界面に及ぼす影響を低減することができる。また、ウエハ200表面がシリコン酸化膜により覆われることで、シリコン窒化膜の成膜温度を高温化したとしても、サーマルエッチングによるウエハ200表面でのエッチピット等の発生を抑制でき、ウエハ200表面の実効的な表面積の増加を防ぐことができる。これらにより、シリコン窒化膜の電気特性へ及ぼす影響を低減でき、シリコン窒化膜のリーク電流を低減でき、またEOTを小さくすることができる。   According to the present embodiment, the silicon nitride film is not directly formed on the wafer 200, but is formed through the silicon oxide film as the base film. By doing so, even if the film formation temperature of the silicon nitride film is increased, the influence of adsorbed oxygen, entrained oxygen, etc. on the wafer 200 surface on the interface between the wafer 200 surface and the silicon nitride film is reduced. Can do. Further, since the surface of the wafer 200 is covered with the silicon oxide film, even if the film formation temperature of the silicon nitride film is increased, generation of etch pits or the like on the surface of the wafer 200 due to thermal etching can be suppressed, and the surface of the wafer 200 can be suppressed. An increase in effective surface area can be prevented. As a result, the influence on the electrical characteristics of the silicon nitride film can be reduced, the leakage current of the silicon nitride film can be reduced, and the EOT can be reduced.

なお、本実施形態によれば、下地膜としてのシリコン酸化膜の膜厚を2nm以上としている。これにより、サーマルエッチングによりウエハ200表面にエッチピットが発生してしまうことをより確実に回避できる。また、下地膜としてのシリコン酸化膜の膜厚を4nm以下としている。これにより、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが積層されてなる絶縁膜の実効的な誘電率の低下を防ぐことができる。   According to the present embodiment, the thickness of the silicon oxide film as the base film is 2 nm or more. Thereby, it is possible to more reliably avoid the occurrence of etch pits on the surface of the wafer 200 due to thermal etching. The film thickness of the silicon oxide film as the base film is 4 nm or less. Thereby, it is possible to prevent a decrease in effective dielectric constant of the insulating film formed by laminating the silicon oxide film and the silicon nitride film.

また、本実施形態のステップ1aでは、第1ノズル233aからHCDガスと一緒に堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスを上述のような大流量で処理室201内に供給することより、HCDガスの流速、特に第1ノズル233aのガス供給孔248aからウエハ200に向けて噴出されウエハ200表面と平行方向に流れる(ウエハ200表面を横切る)HCDガスの流速を速くする。これにより、ウエハ200上へのシリコンの堆積効率またはHCDガスの吸着効率を下げることができ、シリコンの堆積またはHCDガスの吸着を抑制させつつウエハ200上にシリコン含有層を形成することができるようになる。この堆積・吸着阻害ガスの作用により、シリコン含有層の堆積または吸着中心をウエハ200のエッジ側からセンタよりに移動させることが可能となり、また、シリコン含有層の最も厚い部分と最も薄い部分との差を小さくすることができ、例えば700℃以上の高温領域において吸着反応が崩れる領域、すなわちシリコン含有層の堆積または吸着が過剰となる領域においても、均一にシリコン含有層を形成することが可能となる。 In step 1a of the present embodiment, than to the N 2 gas is supplied as a deposition-adsorption inhibiting gas from the first nozzle 233a with HCD gas into the processing chamber 201 at a large flow rate as described above, HCD gas In particular, the flow rate of the HCD gas ejected from the gas supply hole 248a of the first nozzle 233a toward the wafer 200 and flowing parallel to the surface of the wafer 200 (crossing the surface of the wafer 200) is increased. Thereby, the deposition efficiency of silicon on the wafer 200 or the adsorption efficiency of the HCD gas can be lowered, and the silicon-containing layer can be formed on the wafer 200 while suppressing the deposition of silicon or the adsorption of the HCD gas. become. By the action of the deposition / adsorption inhibition gas, the deposition or adsorption center of the silicon-containing layer can be moved from the edge side of the wafer 200 to the center, and the thickest portion and the thinnest portion of the silicon-containing layer can be moved. The difference can be reduced, and for example, even in a region where the adsorption reaction collapses in a high temperature region of 700 ° C. or higher, that is, in a region where the deposition or adsorption of the silicon-containing layer is excessive, a silicon-containing layer can be formed uniformly. Become.

また、本実施形態のステップ3aでは、加熱された減圧雰囲気下においてOガスとHガスとを反応させて原子状酸素(O)等の酸素を含む酸化種を生成し、この酸化種を用いて、シリコン含有層をシリコン酸化層へと変化させる工程を行うことにより、酸化種の持つエネルギーがシリコン含有層中に含まれるSi−N、Si−Cl、Si−H、Si−C結合を切り離す。Si−O結合を形成するためのエネルギーは、Si−N、Si−Cl、Si−H、Si−Cの結合エネルギーよりも高いため、Si−O結合形成に必要なエネルギーを酸化処理対象のシリコン含有層に与えることで、シリコン含有層中のSi−N、Si−Cl、Si−H、Si−C結合は切り離される。Siとの結合を切り離されたN、H、Cl、Cは膜中から除去され、N、H、Cl、HCl、CO等として排出される。また、N、H、Cl、Cとの結合が切られることで余ったSiの結合手は、酸化種に含まれるOと結びつく。このようにしてシリコン含有層はSiO層へと変化させられる。本実施形態の成膜シーケンスにより形成したSiO膜の膜中窒素、水素、塩素、炭素濃度は極めて低く、Si/O比率は化学量論組成である0.5に極めて近い、良質な膜となることを確認した。 In Step 3a of the present embodiment, O 2 gas and H 2 gas are reacted in a heated reduced pressure atmosphere to generate an oxidizing species containing oxygen such as atomic oxygen (O). By using the step of changing the silicon-containing layer into the silicon oxide layer, the Si—N, Si—Cl, Si—H, and Si—C bonds in which the energy of the oxidized species is contained in the silicon-containing layer are obtained. Separate. Since the energy for forming the Si—O bond is higher than the bond energy of Si—N, Si—Cl, Si—H, and Si—C, the energy required for forming the Si—O bond is converted to silicon to be oxidized. By giving to the containing layer, Si—N, Si—Cl, Si—H, and Si—C bonds in the silicon containing layer are cut off. N, H, Cl, and C from which the bond with Si has been removed are removed from the film and discharged as N 2 , H 2 , Cl 2 , HCl, CO 2, and the like. Further, the remaining Si bonds due to the disconnection of N, H, Cl, and C are combined with O contained in the oxidized species. In this way, the silicon-containing layer is changed into a SiO 2 layer. The SiO 2 film formed by the film forming sequence of this embodiment has a very low concentration of nitrogen, hydrogen, chlorine, and carbon, and a Si / O ratio that is very close to the stoichiometric composition of 0.5. It was confirmed that

また、本実施形態のステップ3aでは、OガスとHガスとを同じ第2ノズル233bからバッファ室237を介して処理室201内に供給しており、第2ノズル233b内およびバッファ室237内は処理室201内と同様な温度に加熱されている。そのため、OガスとHガスとは、加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある第2ノズル233
b内およびバッファ室237内で反応し、第2ノズル233b内およびバッファ室237内で原子状酸素(O)等の酸素を含む酸化種が生成されることとなる。また、第2ノズル233b内およびバッファ室237内は、処理室201内よりも圧力が高くなっている。そのため、第2ノズル233b内およびバッファ室237内でのOガスとHガスとの反応は促進され、OガスとHガスとの反応により生じる酸化種をより多く生成することが可能となり、酸化力をより向上させることができることとなる。また、OガスとHガスとを処理室201内に供給する前に第2ノズル233b内およびバッファ室237内で均等に混合させることができることから、OガスとHガスとを第2ノズル233b内で均等に反応させることができ、酸化種の濃度を均一化でき、ウエハ200間における酸化力の均一化を図ることも可能となる。このように、OガスとHガスとを同じ第2ノズル233bから処理室201内に供給することにより、より高い酸化力向上効果および酸化力均一化効果が得られることとなる。なお、プラズマを用いない場合は、バッファ室237を省略することもできるが、この場合においても上述と同様な作用効果が得られる。
In Step 3a of the present embodiment, O 2 gas and H 2 gas are supplied from the same second nozzle 233b into the processing chamber 201 through the buffer chamber 237, and the second nozzle 233b and the buffer chamber 237 are supplied. The inside is heated to the same temperature as in the processing chamber 201. Therefore, the O 2 gas and the H 2 gas are the second nozzle 233 that is in a heated pressure atmosphere less than atmospheric pressure.
The reaction occurs in b and in the buffer chamber 237, and oxidizing species including oxygen such as atomic oxygen (O) is generated in the second nozzle 233b and the buffer chamber 237. Further, the pressure in the second nozzle 233 b and the buffer chamber 237 is higher than that in the processing chamber 201. Therefore, the reaction between the O 2 gas and the H 2 gas in the second nozzle 233b and the buffer chamber 237 is promoted, and more oxidizing species generated by the reaction between the O 2 gas and the H 2 gas can be generated. Thus, the oxidizing power can be further improved. Further, since the O 2 gas and the H 2 gas can be evenly mixed in the second nozzle 233b and the buffer chamber 237 before being supplied into the processing chamber 201, the O 2 gas and the H 2 gas can be mixed. The reaction can be performed uniformly in the two nozzles 233b, the concentration of oxidizing species can be made uniform, and the oxidizing power between the wafers 200 can be made uniform. In this way, by supplying O 2 gas and H 2 gas from the same second nozzle 233b into the processing chamber 201, higher oxidizing power improvement effect and oxidizing power equalizing effect can be obtained. Note that when the plasma is not used, the buffer chamber 237 can be omitted, but in this case, the same effect as described above can be obtained.

ただし、OガスとHガスとを同じ第2ノズル233bからバッファ室237を介して処理室201内に供給する場合、第2ノズル233b内およびバッファ室237内で酸化種をより多く生成することが可能となるものの、生成された酸化種が第2ノズル233b内やバッファ室237内を通過する際に失活することも考えられ、ウエハ200に到達する量が減少してしまうこともある。これに対して、OガスとHガスとを別々のノズルから処理室201内に供給するようにすれば、OガスとHガスとは処理室201内で初めて混合されるので、酸化種は処理室201内で生成されることとなり、酸化種の第2ノズル233b内やバッファ室237内での失活を防止することが可能となる。 However, when O 2 gas and H 2 gas are supplied from the same second nozzle 233 b into the processing chamber 201 via the buffer chamber 237, more oxidizing species are generated in the second nozzle 233 b and the buffer chamber 237. Although it is possible, the generated oxidized species may be deactivated when passing through the second nozzle 233b or the buffer chamber 237, and the amount reaching the wafer 200 may be reduced. . On the other hand, if O 2 gas and H 2 gas are supplied into the processing chamber 201 from different nozzles, the O 2 gas and H 2 gas are mixed in the processing chamber 201 for the first time. Oxidized species are generated in the processing chamber 201, and it is possible to prevent deactivation of the oxidized species in the second nozzle 233b and the buffer chamber 237.

また、本実施形態の成膜シーケンスによりシリコン酸化膜を形成すれば、ウエハ200面内における膜厚均一性は、一般的なCVD法によりシリコン酸化膜を形成する場合よりも良好なものとなることを確認した。なお、一般的なCVD法とは、無機原料であるDCSとNOとを同時に供給してCVD法によりシリコン酸化膜(HTO(High Temperature Oxide)膜)を形成する方法のことを指している。また、本実施形態の成膜シーケンスにより形成したシリコン酸化膜の膜中の窒素、塩素等の不純物の濃度は、一般的なCVD法により形成したシリコン酸化膜よりも極めて低くなることを確認した。また、本実施形態の成膜シーケンスにより形成したシリコン酸化膜の膜中の不純物濃度は、有機系シリコン原料を用いてCVD法により形成したシリコン酸化膜よりも極めて低くなることを確認した。また、本実施形態の成膜シーケンスによれば、有機系シリコン原料を用いた場合であっても、ウエハ面内における膜厚均一性、膜中の不純物濃度が良好なものとなることを確認した。 Further, if the silicon oxide film is formed by the film forming sequence of the present embodiment, the film thickness uniformity in the wafer 200 plane is better than that in the case of forming the silicon oxide film by a general CVD method. It was confirmed. Note that the general CVD method refers to a method of simultaneously forming DCS and N 2 O, which are inorganic materials, and forming a silicon oxide film (HTO (High Temperature Oxide) film) by the CVD method. . Further, it was confirmed that the concentration of impurities such as nitrogen and chlorine in the silicon oxide film formed by the film forming sequence of the present embodiment is extremely lower than that of a silicon oxide film formed by a general CVD method. Further, it was confirmed that the impurity concentration in the silicon oxide film formed by the film forming sequence of this embodiment is extremely lower than that of the silicon oxide film formed by the CVD method using an organic silicon raw material. Further, according to the film forming sequence of the present embodiment, it was confirmed that even when an organic silicon raw material was used, the film thickness uniformity in the wafer surface and the impurity concentration in the film were good. .

また、本実施形態のステップ1bでは、第1ノズル233aからHCDガスと一緒に堆積・吸着阻害ガスとしてのNガスを上述のような大流量で処理室201内に供給することより、HCDガスの流速、特に第1ノズル233aのガス供給孔248aからウエハ200に向けて噴出されウエハ200表面と平行方向に流れる(ウエハ200表面を横切る)HCDガスの流速を速くする。これにより、ウエハ200上へのシリコンの堆積効率またはHCDガスの吸着効率を下げることができ、シリコンの堆積またはHCDガスの吸着を抑制させつつウエハ200上にシリコン含有層を形成することができるようになる。この堆積・吸着阻害ガスの作用により、シリコン含有層の堆積または吸着中心をウエハ200のエッジ側からセンタよりに移動させることが可能となり、例えば700℃以上の高温領域において吸着反応が崩れる領域、すなわちシリコン含有層の堆積または吸着が過剰となる領域においても、均一にシリコン含有層を形成することが可能となる。 In step 1b of the present embodiment, than to the N 2 gas is supplied as a deposition-adsorption inhibiting gas from the first nozzle 233a with HCD gas into the processing chamber 201 at a large flow rate as described above, HCD gas In particular, the flow rate of the HCD gas ejected from the gas supply hole 248a of the first nozzle 233a toward the wafer 200 and flowing parallel to the surface of the wafer 200 (crossing the surface of the wafer 200) is increased. Thereby, the deposition efficiency of silicon on the wafer 200 or the adsorption efficiency of the HCD gas can be lowered, and the silicon-containing layer can be formed on the wafer 200 while suppressing the deposition of silicon or the adsorption of the HCD gas. become. By the action of the deposition / adsorption inhibition gas, it becomes possible to move the deposition or adsorption center of the silicon-containing layer from the edge side of the wafer 200 to the center. Even in a region where the deposition or adsorption of the silicon-containing layer is excessive, the silicon-containing layer can be formed uniformly.

また、本実施形態のステップ3bでは、加熱された減圧雰囲気下においてNHガスを
活性化もしくは熱分解させて得た窒化種を用いて、シリコン含有層をシリコン窒化層へと変化させることにより、窒化種の持つエネルギーが、Si−H結合だけでなく、Si−H結合よりも高い結合エネルギーを持つN−H結合をも乖離させることでH(水素)が除去され、H等として排出される。水素との結合が切り離されたSiやNは、それぞれN、Siと結びつき、新たなSi−N結合を形成する。本実施形態の成膜シーケンスにより形成したシリコン窒化膜は、一般的なCVD法により形成したシリコン窒化膜(CVD−SiN膜)よりも膜中水素濃度が1桁少なく、極めて良質な膜となることを確認した。なお、一般的なCVD法とは、無機原料であるDCSとNHとを同時に供給してCVD法によりシリコン窒化膜を形成する方法のことを指している。
In step 3b of the present embodiment, the silicon-containing layer is changed into a silicon nitride layer by using a nitriding species obtained by activating or thermally decomposing NH 3 gas in a heated reduced pressure atmosphere. The energy of the nitriding species is not only Si—H bond but also N—H bond having higher bond energy than Si—H bond, so that H (hydrogen) is removed and discharged as H 2 etc. The Si and N from which the bond with hydrogen is cut off are combined with N and Si, respectively, to form a new Si—N bond. The silicon nitride film formed by the film forming sequence of the present embodiment has a hydrogen concentration in the film that is one order of magnitude lower than that of a silicon nitride film (CVD-SiN film) formed by a general CVD method, and becomes a very high quality film. It was confirmed. Note that the general CVD method refers to a method in which DCS and NH 3 which are inorganic materials are simultaneously supplied to form a silicon nitride film by the CVD method.

また、本実施形態の成膜シーケンスによりシリコン窒化膜を形成すれば、ウエハ200面内における膜厚均一性は、一般的なCVD法によりシリコン窒化膜を形成する場合よりも良好なものとなることを確認した。また、本実施形態の成膜シーケンスにより形成したシリコン窒化膜の膜中の水素等の不純物の濃度は、一般的なCVD法により形成したシリコン窒化膜よりも極めて低くなることを確認した。また、本実施形態の成膜シーケンスにより形成したシリコン窒化膜の膜中の水素濃度は、有機系シリコン原料を用いてCVD法により形成したシリコン窒化膜よりも極めて低くなることを確認した。また、本実施形態の成膜シーケンスによれば、有機系シリコン原料を用いた場合であっても、ウエハ200面内における膜厚均一性、膜中の水素濃度が良好なものとなることを確認した。   Further, if the silicon nitride film is formed by the film forming sequence of the present embodiment, the film thickness uniformity in the wafer 200 plane is better than that in the case of forming the silicon nitride film by a general CVD method. It was confirmed. Further, it was confirmed that the concentration of impurities such as hydrogen in the silicon nitride film formed by the film forming sequence of the present embodiment is extremely lower than that of a silicon nitride film formed by a general CVD method. Further, it was confirmed that the hydrogen concentration in the silicon nitride film formed by the film forming sequence of this embodiment is extremely lower than that of the silicon nitride film formed by the CVD method using an organic silicon raw material. Further, according to the film forming sequence of the present embodiment, it is confirmed that the film thickness uniformity in the wafer 200 surface and the hydrogen concentration in the film are good even when the organic silicon raw material is used. did.

また、上述のように本実施形態の成膜シーケンスによれば、シリコン酸化膜上に水素濃度が極めて低いシリコン窒化膜(以下、水素フリーSiN膜ともいう。)を形成することができ、シリコン酸化膜とこの水素フリーSiN膜とが積層されてなる絶縁膜をSAC(Self Align Contact)として使用すれば、NBTI(Negative Bias Temperature Instability)特性を向上させることができる。   Further, as described above, according to the film forming sequence of this embodiment, a silicon nitride film (hereinafter also referred to as a hydrogen-free SiN film) having a very low hydrogen concentration can be formed on the silicon oxide film. If an insulating film formed by laminating a film and this hydrogen-free SiN film is used as a SAC (Self Align Contact), NBTI (Negative Bias Temperature Instability) characteristics can be improved.

また、シリコン酸化膜とこの水素フリーSiN膜とが積層されてなる絶縁膜をゲート絶縁膜として使用すれば、絶縁破壊耐性を高めることが可能となる。Si−H結合はSi−N結合と比べて結合力の弱いボンドであり、正孔−電子の再結合によって脱離する確率が高い。水素が取れたSi−未結合手(ダングリングボンド)は電荷トラップとなり、電流電導に寄与し、絶縁破壊耐性を弱くする。このため、膜中水素(特にSi−H結合)がない(極めて少ない)水素フリーSiN膜を含む絶縁膜をゲート絶縁膜として用いることで高い絶縁破壊耐性が得られることとなる。   Moreover, if an insulating film formed by laminating a silicon oxide film and this hydrogen-free SiN film is used as a gate insulating film, it is possible to increase the dielectric breakdown resistance. The Si—H bond is a bond having a weaker binding force than the Si—N bond, and has a high probability of desorption due to hole-electron recombination. The Si-unbonded hand (dangling bond) from which hydrogen is removed becomes a charge trap, contributes to current conduction, and weakens the dielectric breakdown resistance. For this reason, high dielectric breakdown resistance can be obtained by using an insulating film including a hydrogen-free SiN film having no hydrogen (particularly, Si—H bonds) in the film (very small) as a gate insulating film.

また、本実施形態の成膜シーケンスによれば、2〜4nmの下地膜としてのシリコン酸化膜上に応力が極めて低いシリコン窒化膜(以下、応力フリーSiN膜ともいう。)を形成することができ、シリコン酸化膜とこの応力フリーSiN膜とが積層されてなる絶縁膜をSTI(Shallow Trench Isolation)工程に用いれば、次のようなメリットがある。すなわち、STIの形成にはSiN膜をマスクにSiエッチングが行なわれるが、SiN膜の応力は高く、ウエハ上に直接成膜するとウエハ(チャネル部)に欠陥が入る等ダメージを与えるため、通常は、ウエハ上に10nm程度の犠牲酸化膜を形成した上にSiN膜を形成している。これに対してシリコン酸化膜と応力フリーSiN膜との積層膜をSTI工程に用いれば、ウエハ上にこの応力フリーSiN膜を含む積層膜を直接成膜してもウエハ(チャネル部)へのダメージが生じないことから、別途犠牲酸化膜を形成する必要がなく、犠牲酸化膜を成膜する工程と犠牲酸化膜を除去する工程の2つの工程を削減できる。また、通常、マスク加工後のSiN膜はウエハ裏面のみ応力が大きくかかる状態になり、ウエハ全体としてゆがんでしまうが、応力フリーSiN膜を含む絶縁膜をマスクとして用いれば、マスク加工後におけるウエハのゆがみがなくなり、研磨のあたりが均一になり、より効率よく研磨が可能となる。   In addition, according to the film forming sequence of the present embodiment, a silicon nitride film (hereinafter also referred to as a stress-free SiN film) having a very low stress can be formed on the silicon oxide film as a base film of 2 to 4 nm. If an insulating film formed by laminating a silicon oxide film and this stress-free SiN film is used in an STI (Shallow Trench Isolation) process, the following merits are obtained. In other words, the Si etching is performed using the SiN film as a mask for forming the STI. However, since the stress of the SiN film is high and the film is formed directly on the wafer, the wafer (channel portion) is damaged and damage is usually caused. A SiN film is formed on a sacrificial oxide film of about 10 nm formed on the wafer. On the other hand, if a laminated film of a silicon oxide film and a stress-free SiN film is used in the STI process, damage to the wafer (channel portion) is caused even if a laminated film including the stress-free SiN film is directly formed on the wafer. Therefore, there is no need to separately form a sacrificial oxide film, and the two steps of forming the sacrificial oxide film and removing the sacrificial oxide film can be reduced. In addition, normally, the SiN film after mask processing is in a state where a large stress is applied only to the back surface of the wafer, and the entire wafer is distorted. However, if an insulating film including a stress-free SiN film is used as a mask, Distortion is eliminated, the area around the polishing becomes uniform, and polishing can be performed more efficiently.

<本発明の他の実施形態>
上述の実施形態では、ウエハ200上にシリコン含有層を形成する工程と、シリコン含有層をシリコン酸化層に変化させる工程と、を交互に繰り返すことで、ウエハ200上に下地膜としてシリコン酸化膜を堆積させて形成する例について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。
<Other Embodiments of the Present Invention>
In the above-described embodiment, by alternately repeating the step of forming a silicon-containing layer on the wafer 200 and the step of changing the silicon-containing layer into a silicon oxide layer, a silicon oxide film is formed on the wafer 200 as a base film. Although an example of forming by deposition has been described, the present invention is not limited to such a form.

例えば、下地膜としてのシリコン酸化膜は、ウエハ200表面をウエット酸化等の手法により熱酸化させることで形成してもよい。また例えば、加熱された減圧雰囲気下でOガス等の酸素含有ガスとHガス等の水素含有ガスとを反応させて生成した原子状酸素(O)等の酸素を含む酸化種を用いてウエハ200表面を酸化させる減圧酸化により形成してもよい。また例えば、ウエハ200に対してHCDガス等の原料ガスとOガス等の酸素含有ガスとを同時に供給してウエハ200上にシリコン酸化膜を堆積させるCVD法により形成してもよい。また例えば、ウエハ200に対してHCDガス等の原料ガスとOガス等の酸素含有ガスとを交互に供給してウエハ200上にシリコン酸化膜を堆積させるALD法により形成してもよい。いずれの場合においても、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とは、上述の実施形態のように同一の処理容器内で(in−situで)連続して形成してもよく、異なる処理容器内で別々に形成してもよい。 For example, the silicon oxide film as the base film may be formed by thermally oxidizing the surface of the wafer 200 by a technique such as wet oxidation. Further, for example, using an oxidizing species containing oxygen such as atomic oxygen (O) generated by reacting an oxygen-containing gas such as O 2 gas and a hydrogen-containing gas such as H 2 gas in a heated reduced-pressure atmosphere. You may form by the reduced pressure oxidation which oxidizes the wafer 200 surface. Further, for example, the wafer 200 may be formed by a CVD method in which a source gas such as HCD gas and an oxygen-containing gas such as O 2 gas are simultaneously supplied to deposit a silicon oxide film on the wafer 200. Further, for example, it may be formed by an ALD method in which a source gas such as HCD gas and an oxygen-containing gas such as O 2 gas are alternately supplied to the wafer 200 to deposit a silicon oxide film on the wafer 200. In any case, the silicon oxide film and the silicon nitride film may be continuously formed in the same processing container (in-situ) as in the above-described embodiment, or separately in different processing containers. You may form in.

なお、下地膜としてのシリコン酸化膜は緻密である方が好ましい。シリコン酸化膜の緻密度は、一般的なALD法によるシリコン酸化膜(ALD−SiO膜)、一般的なCVD法によるシリコン酸化膜(CVD−SiO膜)、上述の実施形態の手法によるシリコン酸化膜、熱酸化膜の順に高くなる。すなわち、これらのシリコン酸化膜のうち熱酸化膜の緻密度が最も高い。そのため、その観点では、下地膜として熱酸化膜を用いることが最も好ましい。なお、下地膜として熱酸化膜を用いた実施例については後述する。   The silicon oxide film as the base film is preferably dense. The density of the silicon oxide film includes a silicon oxide film (ALD-SiO film) by a general ALD method, a silicon oxide film (CVD-SiO film) by a general CVD method, and a silicon oxide film by the method of the above-described embodiment. The order of the thermal oxide film increases. That is, among these silicon oxide films, the thermal oxide film has the highest density. Therefore, from that viewpoint, it is most preferable to use a thermal oxide film as the base film. An embodiment using a thermal oxide film as a base film will be described later.

また上述の実施形態では、堆積・吸着阻害ガスの作用により、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速を上げることでウエハ200上や下地膜としてのシリコン酸化膜上へのシリコンの堆積またはHCDガスの吸着を抑制し、膜厚均一性を向上させる例について説明したが、HCDガスの流速を上げる方法はこれに限らない。   In the above-described embodiment, the deposition / adsorption inhibition gas increases the flow rate of the HCD gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200 to increase the deposition of silicon on the wafer 200 or the silicon oxide film as the base film. The example of suppressing the adsorption of the HCD gas and improving the film thickness uniformity has been described, but the method of increasing the flow rate of the HCD gas is not limited to this.

例えば、反応管203内部の流動抵抗をウエハ200間の流動抵抗と同程度とすることにより、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速を高めることができる。例えば、反応管203上部や下部の空間を、ダミーウエハや断熱板などで充填することにより、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速を高め、ウエハ200上や下地膜としてのシリコン酸化膜上へのシリコンの堆積またはHCDガスの吸着を抑制し、膜厚均一性を向上させることができる。   For example, by setting the flow resistance inside the reaction tube 203 to the same level as the flow resistance between the wafers 200, the flow rate of the HCD gas flowing in the direction parallel to the wafer 200 surface can be increased. For example, by filling the space above and below the reaction tube 203 with a dummy wafer, a heat insulating plate, etc., the flow rate of the HCD gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200 is increased, and the wafer 200 and the silicon oxide film as the underlayer are formed. Silicon deposition or HCD gas adsorption on the substrate can be suppressed, and film thickness uniformity can be improved.

また例えば、HCDガスを供給するノズル233aとウエハ200との間のコンダクタンスを、ウエハ200間のコンダクタンスと同程度とすることにより、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速を高めることができる。例えば、第1ノズル233aの径を大きくしたり、また、反応管203の径を小さくしたりすることにより、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速を高め、ウエハ200上や下地膜としてのシリコン酸化膜上へのシリコンの堆積またはHCDガスの吸着を抑制し、膜厚均一性を向上させることができる。   Further, for example, by setting the conductance between the nozzle 233a for supplying the HCD gas and the wafer 200 to be approximately the same as the conductance between the wafers 200, the flow rate of the HCD gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200 can be increased. . For example, by increasing the diameter of the first nozzle 233a or reducing the diameter of the reaction tube 203, the flow rate of the HCD gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200 is increased, and the wafer 200 is used as a base film. The deposition of silicon on the silicon oxide film or the adsorption of HCD gas can be suppressed, and the film thickness uniformity can be improved.

また例えば、HCDガスの供給と排気を繰り返すことにより、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速を高めることができる。例えば、反応管203内のウエハ配列領域とノズル233a内(バッファ室237内)との圧力差を大きくすることにより、ウエハ200表面と平行方向に流れるHCDガスの流速を高め、ウエハ200上や下地
膜としてのシリコン酸化膜上へのシリコンの堆積またはHCDガスの吸着を抑制し、膜厚均一性を向上させることができる。
Further, for example, by repeating the supply and exhaust of the HCD gas, the flow rate of the HCD gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200 can be increased. For example, by increasing the pressure difference between the wafer arrangement region in the reaction tube 203 and the nozzle 233a (in the buffer chamber 237), the flow rate of the HCD gas flowing in the direction parallel to the surface of the wafer 200 is increased. Silicon deposition or HCD gas adsorption on the silicon oxide film as the base film can be suppressed, and the film thickness uniformity can be improved.

また上述の実施形態では、ステップ1a〜4aをこの順に行い、これを1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回、好ましくは複数回実施することにより、ウエハ200上に所定膜厚のシリコン酸化膜を成膜する例について説明したが、ステップ1aとステップ3aとを入れ替えてもよい。すなわち、ステップ3a、ステップ2a、ステップ1a、ステップ4aをこの順に行い、これを1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回、好ましくは複数回実施することにより、ウエハ200上に所定膜厚のシリコン酸化膜を成膜することもできる。同様に、ステップ1bとステップ3bとを入れ替えてもよい。すなわち、ステップ3b、ステップ2b、ステップ1b、ステップ4bをこの順に行い、これを1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回、好ましくは複数回実施することにより、シリコン酸化膜上に所定膜厚のシリコン窒化膜を成膜することもできる。   Further, in the above-described embodiment, steps 1a to 4a are performed in this order, and this is defined as one cycle, and this cycle is performed at least once, preferably a plurality of times, so that a silicon oxide film having a predetermined thickness is formed on the wafer 200. Although an example of forming a film has been described, Step 1a and Step 3a may be interchanged. That is, step 3a, step 2a, step 1a, and step 4a are performed in this order, and this is defined as one cycle. By performing this cycle at least once, preferably a plurality of times, silicon oxide having a predetermined film thickness is formed on the wafer 200. A film can also be formed. Similarly, step 1b and step 3b may be interchanged. That is, step 3b, step 2b, step 1b, and step 4b are performed in this order, and this is defined as one cycle. By performing this cycle at least once, preferably a plurality of times, silicon having a predetermined thickness is formed on the silicon oxide film. A nitride film can also be formed.

また、上述の実施形態では、酸化膜上に窒化膜として半導体元素であるシリコン(Si)を含むシリコン窒化膜(SiN膜)を形成する例について説明したが、本発明は酸化膜上に窒化膜としてチタン(Ti)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)等の金属元素を含む金属窒化膜を形成する場合にも適用することができる。この場合、原料ガスおよび堆積・吸着阻害ガス供給による酸化膜上への金属元素含有層の形成(ステップ1b)と、パージによる残留ガスの除去(ステップ2b)と、窒素含有ガス供給による金属元素含有層の金属窒化層への変換(ステップ3b)と、パージによる残留ガスの除去(ステップ4b)と、を1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回、好ましくは複数回実施することにより、酸化膜上に所定膜厚の金属窒化膜を形成する。   In the above-described embodiment, an example in which a silicon nitride film (SiN film) containing silicon (Si) as a semiconductor element is formed as a nitride film on the oxide film has been described. However, the present invention provides a nitride film on the oxide film. The present invention can also be applied to the case of forming a metal nitride film containing a metal element such as titanium (Ti), tantalum (Ta), or aluminum (Al). In this case, a metal element-containing layer is formed on the oxide film by supplying the source gas and the deposition / adsorption inhibition gas (step 1b), the residual gas is removed by purging (step 2b), and the metal element is contained by supplying the nitrogen-containing gas. By converting the layer into a metal nitride layer (step 3b) and removing the residual gas by purging (step 4b) as one cycle, this cycle is performed at least once, preferably a plurality of times, so that Then, a metal nitride film having a predetermined thickness is formed.

例えば、酸化膜上にチタン(Ti)を含む金属窒化膜としてチタン窒化膜(TiN膜)を形成する場合、原料ガスおよび堆積・吸着阻害ガス供給による酸化膜上へのチタン含有層の形成(ステップ1b)と、パージによる残留ガスの除去(ステップ2b)と、窒素含有ガス供給によるチタン含有層のチタン窒化層への変換(ステップ3b)と、パージによる残留ガスの除去(ステップ4b)と、を1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回、好ましくは複数回実施することにより酸化膜上に所定膜厚のチタン窒化膜を形成する。原料ガスとしては、例えばTiCl(四塩化チタン)ガスやTDMAT(Tetrakis(dimethylamino)titanium:Ti[N(CH)ガスを用いることができる。窒素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様、NHガスを用いることができる。この場合、上述の実施形態における基板処理装置の第1ガス供給系(原料ガス供給系)をチタン含有ガス供給系として構成する。また処理条件は、例えば上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とする。なお、TiN膜は導電性の金属窒化膜である。 For example, when a titanium nitride film (TiN film) is formed as a metal nitride film containing titanium (Ti) on the oxide film, a titanium-containing layer is formed on the oxide film by supplying a source gas and a deposition / adsorption inhibition gas (step) 1b), removal of residual gas by purging (step 2b), conversion of a titanium-containing layer to a titanium nitride layer by supplying nitrogen-containing gas (step 3b), and removal of residual gas by purging (step 4b). As one cycle, this cycle is performed at least once, preferably a plurality of times to form a titanium nitride film having a predetermined thickness on the oxide film. As the raw material gas, for example, TiCl 4 (titanium tetrachloride) gas or TDMAT (Tetrakis (dimethylamino) titanium: Ti [N (CH 3 ) 2 ] 4 ) gas can be used. As the nitrogen-containing gas, NH 3 gas can be used as in the above-described embodiment. In this case, the first gas supply system (raw material gas supply system) of the substrate processing apparatus in the above-described embodiment is configured as a titanium-containing gas supply system. Further, the processing condition is, for example, a condition within the processing condition range described in the above embodiment. The TiN film is a conductive metal nitride film.

また例えば、酸化膜上にタンタル(Ta)を含む金属窒化膜としてタンタル窒化膜(TaN膜)を形成する場合、原料ガスおよび堆積・吸着阻害ガス供給による酸化膜上へのタンタル含有層の形成(ステップ1b)と、パージによる残留ガスの除去(ステップ2b)と、窒素含有ガス供給によるタンタル含有層のタンタル窒化層への変換(ステップ3b)と、パージによる残留ガスの除去(ステップ4b)と、を1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回、好ましくは複数回実施することにより酸化膜上に所定膜厚のタンタル窒化膜を形成する。原料ガスとしては、例えばPET(Penta Ethoxy Tantalum:Ta(OC)ガスを用いることができる。窒素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様、NHガスを用いることができる。この場合、上述の実施形態における基板処理装置の第1ガス供給系(原料ガス供給系)をタンタル含有ガス供給系として構成する。また処理条件は、例えば上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とする。なお、TaN膜は導電性の金属窒化膜である。 For example, when a tantalum nitride film (TaN film) is formed as a metal nitride film containing tantalum (Ta) on the oxide film, a tantalum-containing layer is formed on the oxide film by supplying a source gas and a deposition / adsorption inhibition gas ( Step 1b), removal of residual gas by purging (Step 2b), conversion of a tantalum-containing layer to a tantalum nitride layer by supplying nitrogen-containing gas (Step 3b), removal of residual gas by purging (Step 4b), Is performed at least once, preferably a plurality of times, to form a tantalum nitride film having a predetermined thickness on the oxide film. As the source gas, for example, PET (Penta Ethoxy Tantalum: Ta (OC 2 H 5 ) 5 ) gas can be used. As the nitrogen-containing gas, NH 3 gas can be used as in the above-described embodiment. In this case, the first gas supply system (raw material gas supply system) of the substrate processing apparatus in the above-described embodiment is configured as a tantalum-containing gas supply system. Further, the processing condition is, for example, a condition within the processing condition range described in the above embodiment. The TaN film is a conductive metal nitride film.

また例えば、酸化膜上にアルミニウム(Al)を含む金属窒化膜としてアルミニウム窒化膜(AlN膜)を形成する場合、原料ガスおよび堆積・吸着阻害ガス供給による酸化膜上へのアルミニウム含有層の形成(ステップ1b)と、パージによる残留ガスの除去(ステップ2b)と、窒素含有ガス供給によるアルミニウム含有層のアルミニウム窒化層への変換(ステップ3b)と、パージによる残留ガスの除去(ステップ4b)と、を1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回、好ましくは複数回実施することにより酸化膜上に所定膜厚のアルミニウム窒化膜を形成する。原料ガスとしては、例えばTMA(Trimethyl−aluminium:Al(CH)ガスを用いることができる。窒素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様、NHガスを用いることができる。この場合、上述の実施形態における基板処理装置の第1ガス供給系(原料ガス供給系)をアルミニウム含有ガス供給系として構成する。また処理条件は、例えば上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とする。なお、AlN膜は絶縁性の金属窒化膜である。 For example, when an aluminum nitride film (AlN film) is formed as a metal nitride film containing aluminum (Al) on the oxide film, an aluminum-containing layer is formed on the oxide film by supplying a source gas and a deposition / adsorption inhibition gas ( Step 1b), removal of residual gas by purging (Step 2b), conversion of an aluminum-containing layer to an aluminum nitride layer by supplying nitrogen-containing gas (Step 3b), removal of residual gas by purging (Step 4b), Is performed at least once, preferably a plurality of times, to form an aluminum nitride film having a predetermined thickness on the oxide film. As the source gas, for example, TMA (Trimethyl-aluminum: Al (CH 3 ) 3 ) gas can be used. As the nitrogen-containing gas, NH 3 gas can be used as in the above-described embodiment. In this case, the first gas supply system (raw material gas supply system) of the substrate processing apparatus in the above-described embodiment is configured as an aluminum-containing gas supply system. Further, the processing condition is, for example, a condition within the processing condition range described in the above embodiment. The AlN film is an insulating metal nitride film.

このように、本実施形態の成膜シーケンスは、TiN膜やTaN膜等の導電性金属窒化膜を形成する工程や、AlN膜等の絶縁性金属窒化膜を形成する工程にも適用できる。すなわち、本実施形態の成膜シーケンスは、所定元素が半導体元素である場合だけでなく金属元素である場合にも適用できる。このように、本発明を金属窒化膜の形成に適用した場合においても、本発明をシリコン窒化膜の形成に適用した場合と同様な効果が得られる。   As described above, the film forming sequence of the present embodiment can also be applied to a process of forming a conductive metal nitride film such as a TiN film or a TaN film or a process of forming an insulating metal nitride film such as an AlN film. That is, the film forming sequence of this embodiment can be applied not only when the predetermined element is a semiconductor element but also when it is a metal element. Thus, even when the present invention is applied to the formation of a metal nitride film, the same effect as that obtained when the present invention is applied to the formation of a silicon nitride film can be obtained.

次に本発明の実施例を、比較例及び参考例と共に説明する。   Next, examples of the present invention will be described together with comparative examples and reference examples.

本実施例では、OガスとHガスとを燃焼させて生成したHOガスを用い、ウエット酸化によりウエハ表面に下地膜として熱酸化膜であるSiO膜を形成した。その後、下地膜としてのSiO膜上に、本実施形態の成膜シーケンス(シリコン窒化膜形成工程)と同様の手法によりSiN膜を形成し、形成したSiO膜とSiN膜との積層膜(以下、SiN/SiO積層膜ともいう)のリーク電流密度及びEOT(等価酸化膜厚)を測定した。なお、SiO膜を形成する際のウエハ温度は800℃とし、膜厚は4nmとした。また、SiN膜の成膜温度(ウエハ温度)は600〜900℃の範囲内の温度とし、膜厚は8.2〜11nmとした。なお、SiO膜の形成は上述の基板処理装置とは異なる酸化炉を用いて行い、SiN膜の形成は上述の基板処理装置と同様の構成の装置を用いて行った。すなわち、SiO膜とSiN膜とは異なる処理容器内で別々に形成した。 In this example, an SiO film, which is a thermal oxide film, was formed as a base film on the wafer surface by wet oxidation using H 2 O gas generated by burning O 2 gas and H 2 gas. Thereafter, an SiN film is formed on the SiO film as the base film by the same method as the film forming sequence (silicon nitride film forming step) of the present embodiment, and a laminated film of the formed SiO film and SiN film (hereinafter, referred to as a film stacking sequence) The leakage current density and EOT (equivalent oxide film thickness) of the SiN / SiO laminated film were measured. The wafer temperature when forming the SiO film was 800 ° C., and the film thickness was 4 nm. The film formation temperature (wafer temperature) of the SiN film was set to a temperature in the range of 600 to 900 ° C., and the film thickness was set to 8.2 to 11 nm. The SiO film was formed using an oxidation furnace different from that of the above-described substrate processing apparatus, and the SiN film was formed using an apparatus having the same configuration as the above-described substrate processing apparatus. That is, the SiO film and the SiN film were formed separately in different processing containers.

比較例では、SiO膜を介さずにウエハ上にSiN膜を直接形成し、形成したSiN膜のリーク電流密度及びEOTを測定した。なお、SiN膜は、本実施形態の成膜シーケンス(シリコン窒化膜形成工程)と同様の手法により形成した。成膜温度(ウエハ温度)は600〜900℃の範囲内の温度とし、膜厚は9〜11nmとした。   In the comparative example, the SiN film was directly formed on the wafer without using the SiO film, and the leakage current density and EOT of the formed SiN film were measured. The SiN film was formed by the same method as the film forming sequence (silicon nitride film forming step) of this embodiment. The film formation temperature (wafer temperature) was set to a temperature in the range of 600 to 900 ° C., and the film thickness was set to 9 to 11 nm.

参考例では、OガスとHガスとを燃焼させて生成したHOガスを用い、ウエット酸化によりウエハ表面に熱酸化膜であるSiO膜を形成し、形成したSiO膜のリーク電流密度及びEOTを測定した。なお、SiO膜を形成する際のウエハ温度は800℃とし、膜厚は4〜10.5nmとした。 In the reference example, a SiO film that is a thermal oxide film is formed on the wafer surface by wet oxidation using H 2 O gas generated by burning O 2 gas and H 2 gas, and the leakage current density of the formed SiO film And EOT were measured. The wafer temperature when forming the SiO film was 800 ° C., and the film thickness was 4 to 10.5 nm.

図8は、SiO膜を介して形成したSiN膜(実施例)及びウエット酸化により形成したSiO膜(参考例)のリーク電流密度及びEOTをそれぞれ示すグラフ図である。図8の横軸はEOT(nm)を、縦軸は−10Vの電圧を印加したときのリーク電流密度(A/cm)をそれぞれ示している。図8の3つの○印は、左から順に、SiN膜の成膜温度を900℃とし、SiN膜の膜厚を8.2nmとした実施例に係るSiN/SiO積層膜、SiN膜の成膜温度を800℃とし、SiN膜の膜厚を9.3nmとした実施例に係
るSiN/SiO積層膜、SiN膜の成膜温度を600℃とし、SiN膜の膜厚を11nmとした実施例に係るSiN/SiO積層膜の測定結果をそれぞれ示している。また、3つの×印は、左から順に、成膜温度を800℃として形成した膜厚7.2nmの参考例に係るSiO膜、成膜温度を800℃として形成した膜厚9.8nmの参考例に係るSiO膜、成膜温度を800℃として形成した膜厚10.5nmの参考例に係るSiO膜の測定結果をそれぞれ示している。
FIG. 8 is a graph showing the leakage current density and EOT of the SiN film (Example) formed through the SiO film and the SiO film (Reference Example) formed by wet oxidation. In FIG. 8, the horizontal axis indicates EOT (nm), and the vertical axis indicates the leakage current density (A / cm 2 ) when a voltage of −10 V is applied. The three circles in FIG. 8 indicate, in order from the left, the SiN film deposition temperature of 900 ° C. and the SiN film thickness of 8.2 nm. In the example in which the temperature was set to 800 ° C., the SiN film thickness was set to 9.3 nm, the SiN / SiO multilayer film according to the example was set to 600 ° C., and the SiN film thickness was set to 11 nm. The measurement results of the SiN / SiO multilayer film are shown. In addition, in order from the left, the three X marks are SiO films according to a reference example with a film thickness of 7.2 nm formed at a film formation temperature of 800 ° C. The measurement results of the SiO film according to the example and the SiO film according to the reference example having a film thickness of 10.5 nm formed at a film formation temperature of 800 ° C. are shown.

図9は、SiO膜を介さずにウエハ上に直接形成したSiN膜(比較例)及び熱酸化膜(参考例)のリーク電流密度及びEOTをそれぞれ示すグラフ図である。図9の横軸はEOT(nm)を、縦軸は−5Vの電圧を印加したときのリーク電流密度(A/cm)をそれぞれ示している。図9の3つの△印は、左から順に、成膜温度800℃として形成した膜厚9nmの比較例に係るSiN膜、成膜温度900℃として形成した膜厚10nmの比較例に係るSiN膜、成膜温度600℃として形成した膜厚11nmの比較例に係るSiN膜の測定結果を示している。また、×印は、成膜温度を800℃として形成した膜厚4nmの参考例に係るSiO膜の測定結果を示している。 FIG. 9 is a graph showing the leakage current density and EOT of the SiN film (comparative example) and the thermal oxide film (reference example) formed directly on the wafer without using the SiO film. In FIG. 9, the horizontal axis indicates EOT (nm), and the vertical axis indicates the leakage current density (A / cm 2 ) when a voltage of −5 V is applied. Three triangles in FIG. 9 are, in order from the left, a SiN film according to a comparative example with a film thickness of 9 nm formed at a film formation temperature of 800 ° C., and an SiN film according to a comparative example with a film thickness of 10 nm formed at a film formation temperature of 900 ° C. The measurement result of the SiN film which concerns on the comparative example with a film thickness of 11 nm formed with the film-forming temperature of 600 degreeC is shown. Further, the x mark indicates the measurement result of the SiO film according to the reference example having a film thickness of 4 nm formed at the film forming temperature of 800 ° C.

図8より、SiO膜を介して形成したSiN膜(実施例)は、ウエット酸化により形成したSiO膜(参考例)と比較して、同じEOT、すなわち同じ電気的膜厚で見ると、リーク電流密度が小さくなることが分かる。また図9より、SiO膜を介さずにウエハ上に直接形成したSiN膜(比較例)は、ウエット酸化により形成したSiO膜(参考例)と比較して、同様なEOTで見ると、リーク電流密度が大きくなることが分かる。すなわち、SiO膜を介して形成したSiN膜(実施例)は、SiO膜を介さずにウエハ上に直接形成したSiN膜(比較例)と比較して、リーク電流密度を小さくできることが分かる。   From FIG. 8, it can be seen that the SiN film (example) formed through the SiO film has the same EOT, that is, the same electric film thickness as that of the SiO film formed by wet oxidation (reference example). It turns out that a density becomes small. Further, FIG. 9 shows that the SiN film directly formed on the wafer without the SiO film (comparative example) shows a leakage current when viewed in the same EOT as compared with the SiO film formed by wet oxidation (reference example). It can be seen that the density increases. That is, it can be seen that the SiN film (example) formed through the SiO film can have a lower leakage current density than the SiN film (comparative example) formed directly on the wafer without using the SiO film.

<本発明の好ましい態様>
以下、本発明の好ましい態様を付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

本発明の一態様によれば、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある処理容器内に、表面に所定膜厚の酸化膜が形成された基板を収容した状態で、該処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給し排気して、前記酸化膜上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気して、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返して、前記酸化膜上に所定膜厚の窒化膜を形成する工程を有し、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする工程において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする半導体装置の製造方法が提供される。
According to one aspect of the invention,
A raw material gas containing a predetermined element is supplied into the processing container in a state where a substrate having an oxide film with a predetermined film thickness formed on the surface is accommodated in a heated processing container under a pressure atmosphere less than atmospheric pressure. Evacuating and forming a predetermined element-containing layer on the oxide film;
Supplying and exhausting a nitrogen-containing gas into the processing vessel under a heated pressure atmosphere less than atmospheric pressure to change the predetermined element-containing layer into a nitride layer;
In the meantime, a process of forming a nitride film having a predetermined thickness on the oxide film is alternately repeated with a process of supplying and exhausting an inert gas into the processing container and purging the processing container. ,
In the step of forming the predetermined element-containing layer, the source gas is supplied toward the substrate through a nozzle provided on a side of the substrate, and at that time, together with the source gas through the nozzle By supplying an inert gas or a hydrogen-containing gas toward the substrate, the flow rate of the source gas flowing in a direction parallel to the surface of the substrate is parallel to the surface of the substrate in the step of purging the inside of the processing container. A method for manufacturing a semiconductor device is provided which is larger than the flow rate of the inert gas flowing through the substrate.

好ましくは、前記酸化膜の膜厚が2nm以上4nm以下である。   Preferably, the thickness of the oxide film is 2 nm or more and 4 nm or less.

また好ましくは、前記酸化膜の膜厚が2nmである。   Preferably, the oxide film has a thickness of 2 nm.

また好ましくは、前記酸化膜は、前記処理容器内で形成される。   Preferably, the oxide film is formed in the processing container.

また好ましくは、前記酸化膜は、前記基板の表面を熱酸化することにより形成される。   Preferably, the oxide film is formed by thermally oxidizing the surface of the substrate.

また好ましくは、前記酸化膜は、前記基板上に酸化膜を堆積させることにより形成される。   Preferably, the oxide film is formed by depositing an oxide film on the substrate.

本発明の他の態様によれば、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある処理容器内に、表面に所定膜厚のシリコン酸化膜が形成された基板を収容した状態で、該処理容器内にシリコンを含む原料ガスを供給し排気して、前記シリコン酸化膜上にシリコン含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気して、前記シリコン含有層をシリコン窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返して、前記シリコン酸化膜上に所定膜厚のシリコン窒化膜を形成する工程を有し、
前記シリコン含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする工程において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする半導体装置の製造方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
A source gas containing silicon is supplied into the processing container in a state where a substrate having a silicon oxide film having a predetermined thickness formed on the surface is accommodated in a heated processing container under a pressure atmosphere less than atmospheric pressure. Evacuating and forming a silicon-containing layer on the silicon oxide film;
Supplying and exhausting a nitrogen-containing gas into the processing vessel under a heated pressure atmosphere less than atmospheric pressure to change the silicon-containing layer into a silicon nitride layer;
In the meantime, a process of forming a silicon nitride film having a predetermined thickness on the silicon oxide film is alternately repeated with a process of supplying and exhausting an inert gas into the processing container and purging the processing container. Have
In the step of forming the silicon-containing layer, the source gas is supplied toward the substrate through a nozzle provided on a side of the substrate, and at that time, the source gas is not discharged together with the source gas through the nozzle. By supplying the active gas or the hydrogen-containing gas toward the substrate, the flow rate of the source gas flowing in the direction parallel to the surface of the substrate is set in the direction parallel to the surface of the substrate in the step of purging the inside of the processing container. Provided is a method for manufacturing a semiconductor device in which the flow rate of flowing inert gas is greater than that.

本発明の更に他の態様によれば、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある処理容器内に、基板を収容した状態で、該処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給し排気して、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し排気して、前記所定元素含有層を酸化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返して、前記基板上に所定膜厚の酸化膜を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に前記原料ガスを供給し排気して、前記酸化膜上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気して、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返して、前記酸化膜上に所定膜厚の窒化膜を形成する工程とを有し、 前記各所定元素含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする工程において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする半導体装置の製造方法が提供される。
According to yet another aspect of the invention,
A raw material gas containing a predetermined element is supplied into the processing container and exhausted in a state where the substrate is accommodated in a heated processing container under a pressure atmosphere below atmospheric pressure, and a predetermined element-containing layer is formed on the substrate. Forming a step;
Supplying and exhausting an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas into the processing vessel under a heated pressure atmosphere less than atmospheric pressure to change the predetermined element-containing layer into an oxide layer;
A process of forming an oxide film having a predetermined thickness on the substrate by alternately repeating the process of supplying and exhausting an inert gas into the process container and purging the process container in the meantime, and
Supplying and exhausting the source gas into the processing vessel under a heated pressure atmosphere less than atmospheric pressure to form a predetermined element-containing layer on the oxide film;
Supplying and exhausting a nitrogen-containing gas into the processing vessel under a heated pressure atmosphere less than atmospheric pressure to change the predetermined element-containing layer into a nitride layer;
In the meantime, an inert gas is supplied into the processing vessel and exhausted to purge the inside of the processing vessel alternately, and a step of forming a nitride film having a predetermined thickness on the oxide film is repeated. In the step of forming each of the predetermined element-containing layers, the source gas is supplied toward the substrate through a nozzle provided on a side of the substrate, and at that time, the source gas is supplied through the nozzle. And supplying an inert gas or a hydrogen-containing gas toward the substrate together with the surface of the substrate in the step of purging the inside of the processing container with the flow rate of the source gas flowing in a direction parallel to the surface of the substrate. There is provided a method for manufacturing a semiconductor device in which the flow rate of the inert gas flowing in a direction parallel to the semiconductor device is larger than the flow rate.

本発明の更に他の態様によれば、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある処理容器内に、表面に所定膜厚の酸化膜が形成された基板を収容した状態で、該処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給し排気して、前記酸化膜上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気して、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返して、前記酸化膜上に所定膜厚の窒化膜を形成する工程を有し、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一
緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする工程において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくする基板処理方法が提供される。
According to yet another aspect of the invention,
A raw material gas containing a predetermined element is supplied into the processing container in a state where a substrate having an oxide film with a predetermined film thickness formed on the surface is accommodated in a heated processing container under a pressure atmosphere less than atmospheric pressure. Evacuating and forming a predetermined element-containing layer on the oxide film;
Supplying and exhausting a nitrogen-containing gas into the processing vessel under a heated pressure atmosphere less than atmospheric pressure to change the predetermined element-containing layer into a nitride layer;
In the meantime, a process of forming a nitride film having a predetermined thickness on the oxide film is alternately repeated with a process of supplying and exhausting an inert gas into the processing container and purging the processing container. ,
In the step of forming the predetermined element-containing layer, the source gas is supplied toward the substrate through a nozzle provided on a side of the substrate, and at that time, together with the source gas through the nozzle By supplying an inert gas or a hydrogen-containing gas toward the substrate, the flow rate of the source gas flowing in a direction parallel to the surface of the substrate is parallel to the surface of the substrate in the step of purging the inside of the processing container. There is provided a substrate processing method in which the flow rate of the inert gas flowing in the substrate is larger than that of the inert gas.

本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、
前記処理容器内に不活性ガスまたは水素含有ガスを供給する不活性ガスまたは水素含有ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に、表面に所定膜厚の酸化膜が形成された基板を収容した状態で、該処理容器内に前記原料ガスを供給し排気して、前記酸化膜上に所定元素含有層を形成する処理と、加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に前記窒素含有ガスを供給し排気して、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる処理とを、その間に前記処理容器内に前記不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする処理を挟んで交互に繰り返して、前記酸化膜上に所定膜厚の窒化膜を形成すると共に、前記所定元素含有層を形成する処理では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に前記不活性ガスまたは前記水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする処理において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくするように、前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系、前記不活性ガスまたは水素含有ガス供給系、前記排気系および前記圧力調整部を制御する制御部と、を有する基板処理装置が提供される。
According to yet another aspect of the invention,
A processing container for containing a substrate;
A heater for heating the inside of the processing container;
A source gas supply system for supplying a source gas containing a predetermined element in the processing container;
A nitrogen-containing gas supply system for supplying a nitrogen-containing gas into the processing vessel;
An inert gas or hydrogen-containing gas supply system for supplying an inert gas or a hydrogen-containing gas into the processing vessel;
An exhaust system for exhausting the inside of the processing vessel;
A pressure adjusting unit for adjusting the pressure in the processing container;
The raw material gas is supplied into the processing vessel and evacuated in a state where a substrate having an oxide film with a predetermined film thickness formed on the surface is accommodated in the processing vessel under a pressure atmosphere less than atmospheric pressure. A process of forming a predetermined element-containing layer on the oxide film, and supplying and exhausting the nitrogen-containing gas into the processing vessel under a heated pressure atmosphere less than atmospheric pressure, and the predetermined element-containing layer And a process of changing the gas to a nitride layer, alternately repeating the process of supplying and exhausting the inert gas into the process vessel and purging the process vessel in the meantime, thereby forming a predetermined film on the oxide film. In the process of forming a predetermined nitride-containing layer while forming a thick nitride film, the source gas is supplied toward the substrate through a nozzle provided on the side of the substrate, and at that time, the nozzle Together with the source gas through By supplying the active gas or the hydrogen-containing gas toward the substrate, the flow rate of the source gas flowing in the direction parallel to the surface of the substrate is set in the direction parallel to the surface of the substrate in the process of purging the inside of the processing container. The heater, the raw material gas supply system, the nitrogen-containing gas supply system, the inert gas or hydrogen-containing gas supply system, the exhaust system, and the pressure adjusting unit so as to be larger than the flow rate of the inert gas flowing through And a control unit for controlling the substrate processing apparatus.

121 コントローラ(制御部)
200 ウエハ(基板)
201 処理室
202 処理炉
203 反応管
207 ヒータ
231 排気管
244 APCバルブ(圧力調整部)
121 Controller (control unit)
200 wafer (substrate)
201 Processing chamber 202 Processing furnace 203 Reaction tube 207 Heater 231 Exhaust tube 244 APC valve (pressure adjusting unit)

Claims (3)

加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある処理容器内に、表面に所定膜厚の酸化膜が形成された基板を収容した状態で、該処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給し排気して、前記酸化膜上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気して、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返して、前記酸化膜上に所定膜厚の窒化膜を形成する工程を有し、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする工程において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A raw material gas containing a predetermined element is supplied into the processing container in a state where a substrate having an oxide film with a predetermined film thickness formed on the surface is accommodated in a heated processing container under a pressure atmosphere less than atmospheric pressure. Evacuating and forming a predetermined element-containing layer on the oxide film;
Supplying and exhausting a nitrogen-containing gas into the processing vessel under a heated pressure atmosphere less than atmospheric pressure to change the predetermined element-containing layer into a nitride layer;
In the meantime, a process of forming a nitride film having a predetermined thickness on the oxide film is alternately repeated with a process of supplying and exhausting an inert gas into the processing container and purging the processing container. ,
In the step of forming the predetermined element-containing layer, the source gas is supplied toward the substrate through a nozzle provided on a side of the substrate, and at that time, together with the source gas through the nozzle By supplying an inert gas or a hydrogen-containing gas toward the substrate, the flow rate of the source gas flowing in a direction parallel to the surface of the substrate is parallel to the surface of the substrate in the step of purging the inside of the processing container. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the flow rate of the inert gas flowing through the substrate is larger than that of the inert gas.
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある処理容器内に、表面に所定膜厚の酸化膜が形成された基板を収容した状態で、該処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給し排気して、前記酸化膜上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に窒素含有ガスを供給し排気して、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程とを、
その間に前記処理容器内に不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする工程を挟んで交互に繰り返して、前記酸化膜上に所定膜厚の窒化膜を形成する工程を有し、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に不活性ガスまたは水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする工程において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくすることを特徴とする基板処理方法。
A raw material gas containing a predetermined element is supplied into the processing container in a state where a substrate having an oxide film with a predetermined film thickness formed on the surface is accommodated in a heated processing container under a pressure atmosphere less than atmospheric pressure. Evacuating and forming a predetermined element-containing layer on the oxide film;
Supplying and exhausting a nitrogen-containing gas into the processing vessel under a heated pressure atmosphere less than atmospheric pressure to change the predetermined element-containing layer into a nitride layer;
In the meantime, a process of forming a nitride film having a predetermined thickness on the oxide film is alternately repeated with a process of supplying and exhausting an inert gas into the processing container and purging the processing container. ,
In the step of forming the predetermined element-containing layer, the source gas is supplied toward the substrate through a nozzle provided on a side of the substrate, and at that time, together with the source gas through the nozzle By supplying an inert gas or a hydrogen-containing gas toward the substrate, the flow rate of the source gas flowing in a direction parallel to the surface of the substrate is parallel to the surface of the substrate in the step of purging the inside of the processing container. And a flow rate of the inert gas flowing through the substrate.
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、
前記処理容器内に不活性ガスまたは水素含有ガスを供給する不活性ガスまたは水素含有ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に、表面に所定膜厚の酸化膜が形成された基板を収容した状態で、該処理容器内に前記原料ガスを供給し排気して、前記酸化膜上に所定元素含有層を形成する処理と、加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に前記窒素含有ガスを供給し排気して、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる処理とを、その間に前記処理容器内に前記不活性ガスを供給し排気して前記処理容器内をパージする処理を挟んで交互に繰り返して、前記酸化膜上に所定膜厚の窒化膜を形成すると共に、前記所定元素含有層を形成する処理では、前記原料ガスを前記基板の側方に設けられたノズルを介して前記基板に向けて供給し、その際、そのノズルを介して前記原料ガスと一緒に前記不活性ガスまたは前記水素含有ガスを前記基板に向けて供給することで、前記基板の表面と平行方向に流れる前記原料ガスの流速を、前記処理容器内をパージする処理において前記基板の表面と平行方向に流れる不活性ガスの流速よりも大きくするように、前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系、前記不
活性ガスまたは水素含有ガス供給系、前記排気系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
A processing container for containing a substrate;
A heater for heating the inside of the processing container;
A source gas supply system for supplying a source gas containing a predetermined element in the processing container;
A nitrogen-containing gas supply system for supplying a nitrogen-containing gas into the processing vessel;
An inert gas or hydrogen-containing gas supply system for supplying an inert gas or a hydrogen-containing gas into the processing vessel;
An exhaust system for exhausting the inside of the processing vessel;
A pressure adjusting unit for adjusting the pressure in the processing container;
The raw material gas is supplied into the processing vessel and evacuated in a state where a substrate having an oxide film with a predetermined film thickness formed on the surface is accommodated in the processing vessel under a pressure atmosphere less than atmospheric pressure. A process of forming a predetermined element-containing layer on the oxide film, and supplying and exhausting the nitrogen-containing gas into the processing vessel under a heated pressure atmosphere less than atmospheric pressure, and the predetermined element-containing layer And a process of changing the gas to a nitride layer, alternately repeating the process of supplying and exhausting the inert gas into the process vessel and purging the process vessel in the meantime, thereby forming a predetermined film on the oxide film. In the process of forming a predetermined nitride-containing layer while forming a thick nitride film, the source gas is supplied toward the substrate through a nozzle provided on the side of the substrate, and at that time, the nozzle Together with the source gas through By supplying the active gas or the hydrogen-containing gas toward the substrate, the flow rate of the source gas flowing in the direction parallel to the surface of the substrate is set in the direction parallel to the surface of the substrate in the process of purging the inside of the processing container. The heater, the raw material gas supply system, the nitrogen-containing gas supply system, the inert gas or hydrogen-containing gas supply system, the exhaust system, and the pressure adjustment unit A control unit to control;
A substrate processing apparatus comprising:
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