JP2013179239A - 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置、及びプログラム - Google Patents

半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置、及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】本構成を有さない場合と比較して低温条件下において生産性を向上させることができる半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置、及びプログラムを提供する。
【解決手段】処理室201内のウエハ200に対してIPCSガスを供給する工程と、この処理室201内のウエハ200に対してNHガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、ウエハ200上に薄膜を形成する工程を有し、NHガスを供給する工程では、このNHガスの供給流量を多段階で変化させる。
【選択図】図5

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置、及びプログラムに関する。
半導体装置の製造に用いられる薄膜の形成方法には、スパッタリング等の物理気相成長(PVD : Physical Vapor Deposition)と、化学反応を利用する化学気相成長(CVD : Chemical Vapor Deposition)とがある。一般的にCVDにおいては、ステップカバレッジ(段差被覆性)や初期成膜特性、成膜速度等の特性が処理温度に依存する。
CVDによるシリコン窒化膜(SiN膜)の形成としては、反応室内及び被処理基板を所定の温度に加熱して、SiHClとNHとを同時に供給する方法が知られている。段差被覆性への要求が比較的高くない場合においては、生産性を重視して、成膜速度を速めるよう高温条件下(例えば、650℃〜800℃)で成膜処理が行われる。
一方、段差被覆性への要求が比較的高い場合や処理温度の低温化が要求される場合にあっては、低温条件下(例えば、450℃〜650℃)において、SiHClと、加熱又は加熱以外(例えばプラズマ等)の方法で活性化させたNHとを個別に供給し成膜する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2010−062230号公報
近年、低温条件下における生産性の向上が望まれている。
本発明は、本構成を有さない場合と比較して低温条件下において生産性を向上させることができる半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置、及びプログラムを提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する工程を有し、
前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させる半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の他の態様によれば、
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する工程を有し、
前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させる基板処理方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する処理を行い、前記反応ガスを供給する処理では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させるように、前記原料ガス供給系および前記反応ガス供給系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。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内の基板に対して原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して反応ガスを供給する手順と、
前記各手順を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させ、
前記反応ガスを供給する手順では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させるプログラムが提供される。
本発明によれば、本構成を有さない場合と比較して低温条件下において生産性を向上させることができる。
本発明の一実施形態にかか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図で示す図である。 本発明の一実施形態にかか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部分を図1のA−A線断面図で示す図である。 本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のコントローラの概略構成図である。 第1実施形態にかかる成膜フローを示す図である。 第1実施形態にかかる成膜シーケンスにおけるガス供給及びプラズマパワー供給のタイミングを示す図である。 第1実施形態にかかる成膜機構の模式図を示す図である。 第2実施形態にかかる成膜フローを示す図である。 第2実施形態にかかる成膜シーケンスにおけるガス供給及びプラズマパワー供給のタイミングを示す図である。 第2実施形態にかかる成膜機構の模式図を示す図である。
<本発明の第1実施形態>
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部分を縦断面図で示している。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。
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。
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。
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、第3ガス導入部としての第3ノズル233c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、第2ノズル233b、第3ノズル233cには、第1ガス供給管232a、第2ガス供給管232b、第3ガス供給管232cが、それぞれ接続されている。このように、反応管203には3本のノズル233a,233b,233cと、3本のガス供給管232a,232b,233cが設けられており、処理室201内へ複数種類、ここでは2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。
なお、反応管203の下方に、反応管203を支持する金属製のマニホールドを設け、各ノズルを、この金属製のマニホールドの側壁を貫通するように設けるようにしてもよい。この場合、この金属製のマニホールドに、さらに後述する排気管231を設けるようにしてもよい。なお、この場合であっても、排気管231を金属製のマニホールドではなく、反応管203の下部に設けるようにしてもよい。このように、処理炉202の炉口部を金属製とし、この金属製の炉口部にノズル等を取り付けるようにしてもよい。
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232dが接続されている。この第1不活性ガス供給管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241d、及び開閉弁であるバルブ243d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の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。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おり、その水平部は反応管203の下部側壁を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。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。
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232eが接続されている。この第2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237b内に設けられている。
バッファ室237b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、また、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237bは、ウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。バッファ室237b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238bが設けられている。ガス供給孔238b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238b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。
第2ノズル233bは、バッファ室237bのガス供給孔238b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の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。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おり、その水平部は反応管203の下部側壁を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。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237b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237bのガス供給孔238b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237b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。
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237b内に導入し、バッファ室237b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237b内に噴出したガスはバッファ室237b内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室237bのガス供給孔238b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237b内に噴出したガスは、バッファ室237bのガス供給孔238b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。
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232fが接続されている。この第3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3ガス供給管232cの先端部には、上述の第3ノズル233cが接続されている。第3ノズル233cは、ガス分散空間であるバッファ室237c内に設けられている。
バッファ室237c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、また、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237cは、ウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。バッファ室237c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238cが設けられている。ガス供給孔238c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238c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。
第3ノズル233cは、バッファ室237cのガス供給孔238c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3ノズル233cは、ウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。第3ノズル233cはL字型のロングノズルとして構成されており、その水平部は反応管203の下部側壁を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。第3ノズル233cの側面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はバッファ室237cの中心を向くように開口している。このガス供給孔248cは、バッファ室237cのガス供給孔238c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248cのそれぞれの開口面積は、バッファ室237c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。
本実施形態においては、第3ノズル233cのガス供給孔248c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248c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248cのそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室237c内に導入し、バッファ室237c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3ノズル233cのガス供給孔248cのそれぞれよりバッファ室237c内に噴出したガスはバッファ室237c内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室237cのガス供給孔238cより処理室201内に噴出する。これにより、第3ノズル233cのガス供給孔248cのそれぞれよりバッファ室237c内に噴出したガスは、バッファ室237cのガス供給孔238c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。
このように、本実施形態におけるガス供給の方法は、反応管203の内壁と、積載された複数枚のウエハ200の端部とで定義される円弧状の縦長の空間内に配置したノズル233a,233b,233cおよびバッファ室237b,237cを経由してガスを搬送し、ノズル233a,233b,233cおよびバッファ室237b,237cにそれぞれ開口されたガス供給孔248a,248b,248c,238b,238cからウエハ200の近傍で初めて反応管203内にガスを噴出させており、反応管203内におけるガスの主たる流れをウエハ200の表面と平行な方向、すなわち水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ200に均一にガスを供給でき、各ウエハ200に形成される薄膜の膜厚を均一にできる効果がある。なお、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管231の方向に向かって流れるが、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。
なお、2つのバッファ室237b,237cは、ウエハ200の中心(すなわち反応管203の中心)を挟んで対向するように配置されている。具体的には、2つのバッファ室237b,237cは、図2に示すように平面視において、ウエハ200の中心と、反応管203側壁に設けられた後述する排気口231aの中心とを結ぶ直線を対象軸として、線対称となるように配置されている。そして、バッファ室237bのガス供給孔238b、バッファ室237cのガス供給孔238c、排気口231aの各中心を結ぶ直線が二等辺三角形を構成するように配置されている。これにより、2つのバッファ室237b,237cからウエハ200に対して流れるガス流が均一になる。すなわち、2つのバッファ室237b,237cからウエハ200に対して流れるガス流が、ウエハ200の中心と排気口231aの中心とを結ぶ直線を対象軸として線対称となる。
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IPCS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。なお、IPCSのように常温常圧下で液体状態である原料を用いる場合は、液体状態の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232dから、不活性ガスが、マスフローコントローラ241d、バルブ243dを介して第1ガス供給管232a内に供給されるようにしてもよい。
第2ガス供給管232bからは、反応ガスとして、例えばアンモニア(NH)ガス等の窒素含有ガスや酸素(O)ガス等の酸素含有ガスが、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237bを介して処理室201内に供給される。このとき同時に、第2不活性ガス供給管232eから、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2ガス供給管232b内に供給されるようにしてもよい。
第3ガス供給管232cからは、反応ガスとして、例えばアンモニア(NH)ガス等の窒素含有ガスや酸素(O)ガス等の酸素含有ガスが、マスフローコントローラ241c、バルブ243c、第3ノズル233c、バッファ室237cを介して処理室201内に供給される。このとき同時に、第3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3ガス供給管232c内に供給されるようにしてもよい。
第1ガス供給管232aから上述のようにガスを流す場合、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、処理室201内のウエハ200に対してIPCSガスを供給する第1ガス供給系(原料ガス供給系(シリコン含有ガス供給系))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232d、マスフローコントローラ241d、バルブ243d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。
また、第2ガス供給管232b、第3ガス供給管232cから上述のようにガスを流す場合、主に、第2ガス供給管232b、第3ガス供給管232c、マスフローコントローラ241b,241c、バルブ243b,243cにより、処理室201内のウエハ200に対して窒素含有ガスや酸素含有ガス等の反応ガスを供給する第2ガス供給系(反応ガス供給系(窒素含有ガス供給系、酸素含有ガス供給系))が構成される。なお、第2ノズル233b、第3ノズル233c、バッファ室237b,237c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232e、第3不活性ガス供給管232f、マスフローコントローラ241e,241f、バルブ243e,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。
図2に示すように、バッファ室237b内には、細長い構造を有する第1の電極である第1の棒状電極269b及び第2の電極である第2の棒状電極270b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それぞれ配設されている。第1の棒状電極269b及び第2の棒状電極270b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269b及び第2の棒状電極270b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275b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269b又は第2の棒状電極270b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224bにプラズマが生成される。
同様に、バッファ室237c内には、細長い構造を有する第1の電極である第1の棒状電極269c及び第2の電極である第2の棒状電極270c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それぞれ配設されている。第1の棒状電極269c及び第2の棒状電極270cのそれぞれは、第3ノズル233cと平行に設けられている。第1の棒状電極269c及び第2の棒状電極270c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275c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269c又は第2の棒状電極270c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269c及び第2の棒状電極270c間のプラズマ生成領域224cにプラズマが生成される。
主に、第1の棒状電極269b、第2の棒状電極270b、電極保護管275b、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)としての第1プラズマ源が構成される。また、主に、第1の棒状電極269c、第2の棒状電極270c、電極保護管275c、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)としての第2プラズマ源が構成される。第1プラズマ源及び第2プラズマ源は、それぞれ、後述するようにガスをプラズマで活性化(励起)させる活性化機構(励起部)として機能する。このように、本実施形態の基板処理装置には、複数、ここでは2つの励起部が設けられている。そして、これら複数の励起部は分散配置されている。
電極保護管275b,275cは、第1の棒状電極269b,269c及び第2の棒状電極270b,270cのそれぞれを、バッファ室237b,237cの雰囲気と隔離した状態でバッファ室237b,237c内に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管275b,275cの内部が外気(大気)と同一雰囲気であると、電極保護管275b,275c内にそれぞれ挿入された第1の棒状電極269b,269c及び第2の棒状電極270b,270c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275b,275c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269b,269c又は第2の棒状電極270b,270c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。
反応管203には上述の排気口231aが設けられている。排気口231aには処理室201内の雰囲気を排気する排気管231が接続されている。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、真空ポンプ246を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室201内の真空排気・真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ246を作動させた状態で弁開度を調節することで、処理室201内の圧力を調整することができる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。
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。すなわち、ボートエレベータ115は、ボート217すなわちウエハ200を、処理室201内外に搬送する搬送装置(搬送機構)として構成される。
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。
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。
図3に示されているように、制御部(制御手段)であるコントローラ121は、CPU(Central Processing Unit)121a、RAM(Random Access Memory)121b、記憶装置121c、I/Oポート121dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM121b、記憶装置121c、I/Oポート121dは、内部バス121eを介して、CPU121aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ121には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置122が接続されている。
記憶装置121cは、例えばフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等から構成されている。記憶装置121c内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ121に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、RAM121bは、CPU121aによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域(ワークエリア)として構成されている。
I/Oポート121dは、上述のマスフローコントローラ241a,241b,241c,241d,241e,241f、バルブ243a,243b,243c,243d,243e,243f、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。
CPU121aは、記憶装置121cから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置122からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置121cからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、CPU121aは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、マスフローコントローラ241a,241b,241c,241d,241e,241fによる各種ガスの流量調整動作、バルブ243a,243b,243c,243d,243e,243f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等を制御するように構成されている。
なお、コントローラ121は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、CDやDVD等の光ディスク、MO等の光磁気ディスク、USBメモリやメモリカード等の半導体メモリ)123を用意し、係る外部記憶装置123を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ121を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置123を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置123を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置121cや外部記憶装置123は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置121c単体のみを含む場合、外部記憶装置123単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
次に、上述の基板処理装置の処理炉202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、基板上に薄膜を成膜する方法について説明する。ここでは、薄膜として絶縁膜である窒化膜を成膜する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。
図4に本実施形態における成膜フロー図を、図5に本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給およびプラズマパワー供給のタイミング図を示す。本実施形態の成膜シーケンスでは、処理室内のウエハ200に対して原料ガスとしてアミノクロロシラン系原料ガスであるSiHClNR(NRはアミノ基を示す)ガスを供給することで、ウエハ200上にシリコン含有層を形成する工程と、処理室内のウエハ200に対して反応ガスとして窒素含有ガスを供給することで、シリコン含有層を窒化させてシリコン窒化層に変化させる工程と、を交互に所定回数行うことで、ウエハ200上に所定膜厚のシリコン窒化膜を形成する。なお、SiHClNRのアミノ基(NR)を構成するRは、炭化水素基を表しており、このアミノ基(NR)における2つの炭化水素基は、同じ炭化水素基であってもよいし、異なる炭化水素基であってもよい。2つの炭化水素基が異なる炭化水素基である場合に、それぞれの炭化水素基をR1、R2と表した場合、アミノ基はNR1R2と表すことができ、SiHClNRはSiHClNR1R2と表すことができる。このアミノ基は、環状構造を有していてもよい。なお、IPCSは、アミノ基(NR)における2つの炭化水素基が同じ炭化水素基(CH(CH)である原料、すなわち、アミノ基としてN[CH(CHを含む原料である。
以下、これを具体的に説明する。なお、本実施形態では、原料ガスとしてジイソプロピルアミノクロロシラン(SiHClN[CH(CH、略称:IPCS)ガスを、窒素含有ガスとしてNHガスを用い、図4の成膜フロー、図5の成膜シーケンスにより、ウエハ200上に絶縁膜としてシリコン窒化膜(Si膜、以下、単にSiN膜ともいう)を形成する例について説明する。
まず、SiN膜を形成する際の成膜機構の概要について説明する。図6に、ウエハ200上にSiN膜が形成される際の成膜機構の模式図を示す。
図6(a)に示すように、IPCSガス供給工程においてウエハ200に対してIPCSガスが供給されると、このIPCS(分子)は、ウエハ200(既成のSiN層)表面に吸着するか、熱分解してウエハ200表面上にシリコン(Si)が堆積する。これにより、シリコン含有層(IPCSの化学吸着層またはSi層)が形成される。図6(a)は、シリコン含有層として、IPCSの化学吸着層が形成される例を示している。この際、ウエハ200側の水素(H)とIPCSのクロロ基(−Cl)とが反応し塩化水素(HCl)となって脱離するとともに、ウエハ200側の窒素(N)とIPCSのシリコン(Si)とが結合する。
図6(b)に示すように、ウエハ200表面にシリコン含有層が形成された(IPCSが化学吸着した)状態において、ウエハ200に対してアンモニア活性種(NH )が供給されると、このNH のNとシリコン含有層側のSiとが反応するとともに、IPCSのアミノ基(−NR)が脱離する。
そして、図6(c)に示すように、シリコン含有層が窒化され、新たなSiN層が形成される。
これらが繰り返されることで、所定の膜厚のSiN膜が形成される。
次に、図4に示す成膜フローに沿って説明する。
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。
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)。なお、真空ポンプ246は、少なくともウエハ200に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。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。なお、回転機構267によるボート217及びウエハ200の回転は、少なくとも、ウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。その後、後述する4つのステップを順次実行する。
[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232dのバルブ243dを開き、第1ガス供給管232aにIPCSガス、第1不活性ガス供給管232dにNガスを流す。Nガスは、第1不活性ガス供給管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。IPCS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IPCS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。このとき、ウエハ200に対してIPCSガスが供給されることとなる(IPCSガス供給工程)。なお、このとき、第2ノズル233b、第3ノズル233c、バッファ室237b,237c内へのIPCSガスの侵入を防止するため、バルブ243e,243fを開き、第2不活性ガス供給管232e、第3不活性ガス供給管232f内にNガスを流す。Nガスは、第2ガス供給管232b、第3ガス供給管232c、第2ノズル233b、第3ノズル233c、バッファ室237b,237cを介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
このとき、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IPCSガスの供給流量は、例えば100〜2000sccm(0.1〜2slm)の範囲内の流量とする。マスフローコントローラ241d,241e,241fで制御するNガスの供給流量は、それぞれ例えば100〜2000sccm(0.1〜2slm)の範囲内の流量とする。IPCSガスにウエハ200を晒す時間、すなわち、IPCSガスの供給時間(照射時間)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内で化学的蒸着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250〜630℃、好ましくは300〜500℃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、ウエハ200の温度が300℃未満となると、ウエハ200上においてIPCSが分解、吸着しにくくなり、成膜速度が低下することがある。特に、ウエハ200の温度が250℃未満となると、ウエハ200上においてIPCSが分解、吸着したとしても、ウエハ面内の部位やウエハのポジションにより、分解量、吸着量に差が生じ、ウエハ面内やウエハ間において、IPCSが均一に分解、吸着しなくなる。また、この温度帯では塩素の脱離反応が起こりにくくなり、後述するステップ3aでのSi−N結合の形成を阻害させるSi−Cl結合の解離やClの脱離が阻害され、結果として膜密度が低下することとなる。ウエハ200の温度を250℃以上とすることで、これらを解消することができ、更に、ウエハ200の温度を300℃以上とすることで、成膜速度の低下を抑制することが可能となる。
また、ウエハ200の温度が550℃を超えると気相反応が支配的になり、特に630℃を超えると膜厚均一性が悪化しやすくなり、その制御が困難となってしまう。ウエハ200の温度を630℃以下とすることで、膜厚均一性の悪化を抑制でき、その制御が可能となり、550℃以下とすることで気相反応が支配的になる状態を避けることができ、特に500℃以下とすることで、表面反応が支配的になり、膜厚均一性を確保しやすくなり、その制御が容易となる。なお、ウエハ200の温度が630℃を超えると、塩素の脱離反応が顕著となり残留塩素量が少なくなるのに対し、630℃以下の低温領域においては、塩素の脱離反応は生じるが、高温領域に比べると残留塩素量が多くなる傾向にある。しかしながら、この残留塩素は、後述するステップ3aにおいて、効率的に脱離させることができる。
以上のことから、ウエハ200の温度は250℃以上630℃以下、好ましくは300℃以上500℃以下とするのがよい。
上述の条件、すなわち化学的蒸着反応が生じる条件下でIPCS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、例えば1原子層未満から数原子層程度の厚さのシリコン含有層が形成される。シリコン含有層はIPCSガスの吸着層であってもよいし、シリコン層(Si層)であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。ただし、シリコン含有層はシリコン(Si)及び塩素(Cl)を含む層であることが好ましい。ここでシリコン層とは、シリコン(Si)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、Si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。なお、シリコン層を構成するSiは、ClやHとの結合が完全に切れていないものも含む。また、IPCSガスの吸着層は、IPCS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。すなわち、IPCSガスの吸着層は、IPCS分子で構成される1分子層もしくは1分子層未満の厚さの化学吸着層を含む。なお、IPCSガスの化学吸着層を構成するIPCS(SiHClN[CH(CH)分子は、SiとClとの結合やSiとHとの結合が一部切れたもの(SiHN[CH(CH分子やSiHClN[CH(CH分子)等も含む。すなわち、IPCSの吸着層は、SiHClN[CH(CH分子および/またはSiHN[CH(CH分子および/またはSiHClN[CH(CH分子等の連続的な化学吸着層や不連続な化学吸着層を含む。なお、1原子層未満の厚さの層とは不連続に形成される原子層のことを意味しており、1原子層の厚さの層とは連続的に形成される原子層のことを意味している。また、1分子層未満の厚さの層とは不連続に形成される分子層のことを意味しており、1分子層の厚さの層とは連続的に形成される分子層のことを意味している。IPCSガスが自己分解(熱分解)する条件下、すなわち、IPCSの熱分解反応が生じる条件下では、ウエハ200上にSiが堆積することでシリコン層が形成される。IPCSガスが自己分解(熱分解)しない条件下、すなわち、IPCSの熱分解反応が生じない条件下では、ウエハ200上にIPCSガスが吸着することでIPCSガスの吸着層が形成される。なお、ウエハ200上にIPCS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。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での窒化の作用や塩素脱離作用がシリコン含有層の全体に届きにくくなる。また、ウエハ200上に形成可能なシリコン含有層の厚さの最小値は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、シリコン含有層の厚さを1原子層以下、すなわち、1原子層もしくは1原子層未満とすることで、後述するステップ3aでの窒化の作用や塩素脱離作用を相対的に高めることができ、ステップ3aでの窒化に要する時間を短縮することができる。ステップ1aのシリコン含有層形成に要する時間を短縮することもできる。結果として、1サイクルあたりの処理時間を短縮することができ、トータルでの処理時間を短縮することも可能となる。すなわち、成膜レートを高くすることも可能となる。また、シリコン含有層の厚さを1原子層以下とすることで、膜厚均一性の制御性を高めることも可能となる。
なお、ステップ1aでは、塩素(Cl)含有率が低く、表面吸着力の高いガスであるIPCSガスを用いることにより、処理室201内に供給される塩素の量を低減させることができる。これにより、シリコン含有層と結合する塩素の割合、すなわちSi−Cl結合を減少させることができ、塩素濃度の低いシリコン含有層を形成することができる。その結果、ステップ3aにおいて、塩素濃度の低いシリコン窒化層を形成できるようになる。
また、シリコン含有層中のSi−Cl結合を減少させることにより、シリコン含有層中のSi−H結合を増加させることができる。Si−Cl結合は、Si−H結合よりも結合エネルギーが大きく、ステップ3aでのSi−N結合の形成、すなわちシリコン含有層の窒化を阻害させるように作用する。逆にSi−H結合は、Si−Cl結合よりも結合エネルギーが小さく、ステップ3aでのSi−N結合の形成、すなわちシリコン含有層の窒化を促進させるように作用する。
すなわち、Si−Cl結合が少なく塩素濃度の低いシリコン含有層を形成することで、シリコン含有層の窒化を阻害させる要因を減らすことができ、ステップ3aでのシリコン含有層の窒化を促進させることができる。また、Si−H結合をシリコン含有層中に増加させることで、シリコン含有層の窒化を促す要因を増やすことができ、ステップ3aでのシリコン含有層の窒化をさらに促進させることができる。これにより、ステップ3aでのシリコン含有層の窒化効率を高めることが可能となり、窒化時間を短縮させ、処理時間を短縮させることができることとなる。
原料としては、クロロシラン系原料、アミノシラン系原料、またはアミノクロロシラン系原料等のクロロ基を有する原料、アミノ基を有する原料、またはアミノ基とクロロ基とを有する原料等を用いてもよい。
具体的には、アミノクロロシラン系のジイソプロピルアミノクロロシラン(SiHClN[CH(CH、略称:IPCS)等の有機原料の他、クロロシラン系のモノクロロシラン(SiHCl、略称:MCS)、ヘキサクロロジシラン(SiCl、略称:HCDS)、テトラクロロシランすなわちシリコンテトラクロライド(SiCl、略称:STC)、トリクロロシラン(SiHCl、略称:TCS)、ジクロロシラン(SiHCl、略称:DCS)等や、トリシラン(Si、略称:TS)、ジシラン(Si、略称:DS)、モノシラン(SiH、略称:MS)等の無機原料や、アミノシラン系のテトラキスジメチルアミノシラン(Si[N(CH、略称:4DMAS)、トリスジメチルアミノシラン(Si[N(CHH、略称:3DMAS)、ビスジエチルアミノシラン(Si[N(C、略称:2DEAS)、ビスターシャリーブチルアミノシラン(SiH[NH(C)]、略称:BTBAS)などの有機原料を用いることができる。ただし、塩素(Cl)を含むアミノクロロシラン系原料やクロロシラン系原料を用いる場合は、組成式中におけるCl数の少ない原料を用いるのが好ましい。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。
[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、IPCSガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、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IPCSガスを処理室201内から排除する。なお、このとき、バルブ243d,243e,243f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。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IPCS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(第1のパージ工程)。
なお、このとき、処理室201内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室201内を完全にパージしなくてもよい。処理室201内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ3aにおいて悪影響が生じることはない。このとき処理室201内に供給するNガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管203(処理室201)の容積と同程度の量を供給することで、ステップ3aにおいて悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室201内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Nガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
このときのヒータ207の温度は、ウエハ200の温度がIPCSガスの供給時と同じく250〜630℃、好ましくは300〜500℃の範囲内の一定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、それぞれ例えば100〜2000sccm(0.1〜2slm)の範囲内の流量とする。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。
この際、第2ガス供給管232bのバルブ243bを開き、第2ガス供給管232b内にNHガスを流す。第2ガス供給管232b内を流れたNHガスは、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からバッファ室237b内に供給される。バッファ室237b内に供給されたNHガスは、ガス供給孔238bから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
また、第3ガス供給管232cのバルブ243cを開き、第3ガス供給管232c内にNHガスを流す。第3ガス供給管232c内を流れたNHガスは、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NHガスは第3ノズル233cのガス供給孔248cからバッファ室237c内に供給される。バッファ室237c内に供給されたNHガスは、ガス供給孔238c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、図5(a)に示すように、NHガスは第1の流量aで供給される。すなわち、第2のノズル233b及び第3のノズル233cからバッファ室237b及び237cを介して処理室201内に供給されるNHガスの総流量が第1の流量aとなるように、第2ガス供給管232b内及び第3ガス供給管232c内を流れるそれぞれのNHガスの流量がマスフローコントローラ241b及びマスフローコントローラ241cによってそれぞれ調整される。このとき、マスフローコントローラ241b及びマスフローコントローラ241cで制御するNHガスの供給流量は、それぞれ例えば、1〜2000sccm(0.001〜2.0slm)の範囲内の流量とする。
ステップ2aにおいて、NHガスを供給することにより、余剰なIPCSガスの排出が促されるとともに、少なくとも一時的に処理室201内に比較的少量ずつのNHガスとIPCSガスとが併存することとなる。
[ステップ3a]
処理室201内の残留ガスを除去した後、2つのプラズマ発生部(励起部)でNHガスを同時にプラズマで励起させ、プラズマ励起させたNHガスを2つのプラズマ発生部(励起部)から処理室201内に同時に供給する(NHガス供給工程)。
すなわち、このステップでは、第2ガス供給管232b内を流れたNHガスは、ステップ2aにおいて設定された流量とは異なる流量となるようマスフローコントローラ241bにより再度流量調整される。流量調整し直され、供給流量が変更されたNHガスは第2ノズル233bのガス供給孔248bからバッファ室237b内に供給される。このとき、第1の棒状電極269b及び第2の棒状電極270b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237b内に供給されたNHガスはプラズマ励起され、活性種(励起種)としてガス供給孔238b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、ウエハ200に対してプラズマ励起されたNHガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ243eを開き、第2不活性ガス供給管232e内にNガスを流す。NガスはNHガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
また、第3ガス供給管232c内を流れたNHガスは、ステップ2aにおいて設定された流量とは異なる流量となるようマスフローコントローラ241cにより再度流量調整される。流量調整し直され、供給流量が変更されたNHガスは第3ノズル233cのガス供給孔248cからバッファ室237c内に供給される。このとき、第1の棒状電極269c及び第2の棒状電極270c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237c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238c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、ウエハ200に対してプラズマ励起されたNHガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ243fを開き、第3不活性ガス供給管232f内にNガスを流す。NガスはNHガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
このとき、図5(a)に示すように、NHガスは第1の流量aよりも多い第2の流量bで供給される。すなわち、第2のノズル233b及び第3のノズル233cからバッファ室237b及び237cを介して処理室201内に供給されるNHガスの総流量が第2の流量bとなるように、第2ガス供給管232b内及び第3ガス供給管232c内を流れるそれぞれのNHガスの流量がマスフローコントローラ241b及びマスフローコントローラ241cによってそれぞれ調整される。
なお、このとき、第1ノズル233a内へのNHガスの侵入を防止するため、バルブ243dを開き、第1不活性ガス供給管232d内にNガスを流す。Nガスは、第1ガス供給管232a、第1ノズル233aを介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
NHガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、APCバルブ244を適正に調整して、処理室201内の圧力を、例えば10〜1000Paの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ241b,241cで制御するNHガスの供給流量は、それぞれ例えば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241e,241f,241dで制御するNガスの供給流量は、それぞれ例えば100〜2000sccm(0.1〜2slm)の範囲内の流量とする。NHガスをプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ200を晒す時間、すなわちガス供給時間(照射時間)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、スループットを考慮すると、シリコン含有層が窒化される温度であって、ステップ1aのIPCS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設定することが好ましい。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250〜630℃、好ましくは300〜500℃の範囲内の一定の温度となるように、ヒータ207の温度を設定するのが好ましい。さらには、ステップ1a〜ステップ4a(後述)にかけて処理室201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。高周波電源273から第1の棒状電極269b,269c及び第2の棒状電極270b,270c間に印加する高周波電力は、それぞれ例えば50〜1000Wの範囲内の電力となるように設定する。このとき、NHガスを熱励起、すなわち熱で活性化させて供給することもできる。しかしながら、減圧雰囲気下でNHガスを熱的に活性化させて流す場合に十分な窒化力を得るには、処理室201内の圧力を比較的高い圧力帯、例えば10〜3000Paの範囲内の圧力とし、また、ウエハ200の温度を550℃以上とする必要がある。これに対し、NHガスをプラズマ励起して流す場合は、処理室201内の温度を例えば250℃以上とすれば、十分な窒化力が得られる。なお、NHガスをプラズマ励起して流す場合は、処理室201内の温度を常温としても十分な窒化力が得られる。ただし、処理室201内の温度を150℃未満とすると処理室201内やウエハ200等に塩化アンモニウム(NHCl)等の反応副生成物が付着する。よって、処理室201内の温度は150℃以上とするのが好ましく、本実施形態では250℃以上としている。
上述の条件にてNHガスを処理室201内に供給することで、プラズマ励起されることにより活性種となったNHガスは、ステップ1aでウエハ200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)。
なお、ステップ3aでは、複数のプラズマ発生部を用いることで、各プラズマ生成部(励起部)に印加する高周波電力をそれぞれ小さくして各プラズマ発生部(励起部)におけるプラズマ出力を低出力としつつ、ウエハ200への活性種の供給量を増やすことができる。これにより、ウエハ200やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ200への活性種の供給量を増やすことが可能となる。
そしてこれにより、ウエハ200やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ200への活性種の供給量を増やすことができ、窒化力を高め、シリコン含有層の窒化を促進させることができる。すなわち、窒化効率を高めることが可能となる。そして、シリコン含有層の窒化が飽和してセルフリミットがかかる状態(窒化されきった状態)まで素早く遷移させることが可能となり、窒化時間を短縮させることができる。その結果として処理時間を短縮させることが可能となる。また、窒化処理のウエハ面内均一性を向上させることができる。すなわち、ウエハ200面内全域に対して活性種をより均一に供給することが可能となり、例えばウエハ200の外周付近とウエハ200の中心側との間で窒化の度合いに顕著な違いが起こらないようにできる。
また、複数のプラズマ発生部を用いることで、ウエハ200やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ200への活性種の供給量を増やすことができ、ステップ1aにおいて形成された塩素濃度の低いシリコン含有層に含まれる塩素を、効率的に脱離させることができる。これにより、塩素濃度が極めて低いシリコン窒化層を形成することができる。また、塩素を効率的に脱離させることで、窒化効率をさらに向上させることができる。すなわち、窒化を阻害させる要因となる塩素をシリコン含有層から効率的に脱離させることで、窒化効率をさらに向上させることができる。なお、シリコン含有層から脱離した塩素は、排気管231から処理室201外へと排気される。
窒素含有ガスとしては、アンモニア(NH)ガス以外に、ジアジン(N)ガス、ヒドラジン(N)ガス、Nガス等を用いてもよく、また、窒素元素を含むアミン系のガスを用いてもよい。
[ステップ4a]
シリコン含有層をシリコン窒化層へと変化させた後、NHガスの供給流量を再度変更する。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、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ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。なお、このとき、バルブ243e,243f,243d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。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ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する効果を更に高めることができる(第2のパージ工程)。
このとき第2ガス供給管232b内を流れたNHガスは、ステップ3aにおいて設定された流量とは異なる流量となるようマスフローコントローラ241bにより再度流量調整される。流量調整し直され、供給流量が変更されたNHガスは第2ノズル233bのガス供給孔248bからバッファ室237b内に供給される。バッファ室237b内に供給されたNHガスは、ガス供給孔238bから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
また、第3ガス供給管232c内を流れたNHガスは、ステップ3aにおいて設定された流量とは異なる流量となるようマスフローコントローラ241cにより再度流量調整される。流量調整し直され、供給流量が変更されたNHガスは第3ノズル233cのガス供給孔248cからバッファ室237c内に供給される。バッファ室237c内に供給されたNHガスは、ガス供給孔238c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、図5(a)に示すように、NHガスは第1の流量aと同量である第3の流量cで供給される。すなわち、第2のノズル233b及び第3のノズル233cからバッファ室237b及び237cを介して処理室201内に供給されるNHガスの総流量が第3の流量c(すなわち第1の流量a)となるように、第2ガス供給管232b内及び第3ガス供給管232c内を流れるそれぞれのNHガスの流量がマスフローコントローラ241b及びマスフローコントローラ241cによってそれぞれ調整される。
ステップ4aにおいてNHガスを供給することにより、NHガス供給工程(ステップ3a)を経て生成された副生成物のウエハ200表面への付着を抑制しつつ、その排出が促される。また、NHガス供給工程(ステップ3a)で形成されたSiN層(下地)の表面がNHガスによって改質され、次のサイクルのIPCSガス供給工程(ステップ1a)で供給されるIPCSガスが吸着し易い状態となり、成膜速度の向上につながる。
なお、このとき、処理室201内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室201内を完全にパージしなくてもよい。処理室201内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるステップ1aにおいて悪影響が生じることはない。このとき処理室201内に供給するNガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管203(処理室201)の容積と同程度の量を供給することで、ステップ1aにおいて悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室201内を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Nガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
このときのヒータ207の温度は、ウエハ200の温度がステップ3aにおけるNHガスの供給時と同じく250〜630℃、好ましくは300〜500℃の範囲内の一定の温度となるように設定する。マスフローコントローラ241b及びマスフローコントローラ241cで制御するNHガスの供給流量は、それぞれ例えば1〜2000sccm(0.001〜2.0slm)の範囲内の流量とする。パージガスとしてのNガスの供給流量は、それぞれ例えば100〜2000sccm(0.1〜2slm)の範囲内の流量とする。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。
第1のパージ工程(ステップ2a)〜第2のパージ工程(ステップ4a)で供給されるNHガスの流量は、第1の流量a=第3の流量c<第2の流量bとなる。つまり、NHガスの供給流量を多段階で変化させるようにしている。このように、NHガス供給工程(ステップ3a)の前後において比較的少量のNHガスが供給されることで、NHガスとIPCSガスとが比較的少量ずつ併存する期間が確保される。これにより、NHガスとIPCSガスとの気相反応が僅かに生じ、NHガス供給工程(ステップ3a)の前後においてNHガスが供給されない(存在しない)場合と比較して成膜速度を向上させることができる。
一方で、成膜速度が大きくなり過ぎると膜厚の面内・面間均一性の悪化やパーティクルの問題等が生じ得る。このため、第1の流量a及び第3の流量cをNHガス供給工程(ステップ3a)における第2の流量bと比較して少なくすることで、これら第1の流量a及び第3の流量cでのNHガス供給時に緩やかな反応を生じさせることができ、成膜速度が大きくなり過ぎることによる弊害が抑制される。
上述したステップ1a〜4aを1サイクルとして、このサイクルを所定回数、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窒化膜(Si膜、以下、単にSiN膜ともいう。)を成膜することが出来る。
所定膜厚のシリコン窒化膜が成膜されると、バルブ243d,243e,243fを開き、第1不活性ガス供給管232d、第2不活性ガス供給管232e、第3不活性ガス供給管232f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内に残留するガスや反応副生成物が処理室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)。
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)。
なお、図5(b)に示すように、第2のパージ工程(ステップ4a)で流す第3の流量cを第1の流量aより多く第2の流量bよりも少なくするようにしてもよい。すなわち、第1のパージ工程(ステップ2a)〜第2のパージ工程(ステップ4a)で供給されるNHガスの流量を、第1の流量a<第3の流量c<第2の流量bとしてもよい。第3の流量cを増加させることで、NHガス供給工程(ステップ3a)を経て生成された副生成物の排出をより促進させることができる。また、NHガス供給工程(ステップ3a)で形成されたSiN層(下地)の表面改質効果をより高めることができ、次のサイクルのIPCSガス供給工程(ステップ1a)におけるIPCSガスの吸着をより促進させることができる。これにより、成膜速度をより向上させることができる。このとき、第2パージ工程(ステップ4a)において、マスフローコントローラ241b及びマスフローコントローラ241cで制御するNHガスの供給流量は、それぞれ例えば1〜5000sccm(0.001〜5.0slm)の範囲内の流量とする。
つまり、図5(a)、(b)におけるNHガスの流量をまとめると、第1のパージ工程(ステップ2a)〜第2のパージ工程(ステップ4a)で供給されるNHガスの流量を、第1の流量a≦第3の流量c<第2の流量bとするのが好ましい。
また、図5(c)に示すように、さらに、IPCSガス供給工程(ステップ1a)において、NHガスを第1の流量aで供給するようにしてもよい。すなわち、NHガスを、IPCSガス供給工程(ステップ1a)、第1のパージ工程(ステップ2a)、及び第2のパージ工程(ステップ4a)において第1の流量aで供給し、NHガス供給工程(ステップ3a)において第2の流量bで供給するようにしてもよい。
IPCSガス供給工程(ステップ1a)においてNHガスを供給することで、NHガスとIPCSガスとが比較的少量ずつ併存する期間がより多く確保される。これにより、NHガスとIPCSガスとの気相反応が生じる割合が増大し、本構成を有さない場合と比較して成膜速度を向上させることができる。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
(a)本実施形態に係るステップ1aでは、塩素(Cl)含有率が低く、表面吸着力の高いガスであるIPCSガスを用いる。これにより、処理室内に供給される塩素の量を低減させることができる。そしてこれにより、シリコン含有層と結合する塩素の割合、すなわちSi−Cl結合を減少させることができ、塩素濃度の低いシリコン含有層を形成することができる。そしてこれが一つの要因となり、ステップ3aにおいて、塩素濃度の低いシリコン窒化層を形成できるようになる。その結果として、塩素濃度の低いシリコン窒化膜、すなわち膜密度の高いシリコン窒化膜を形成できるようになり、シリコン窒化膜のフッ化水素に対する耐性を向上させることが可能となる。また、シリコン窒化膜の絶縁性を向上させることも可能となる。
また、シリコン含有層中のSi−Cl結合を減少させることにより、シリコン含有層中のSi−H結合を増加させることができる。Si−Cl結合は、Si−H結合よりも結合エネルギーが大きく、ステップ3aでのSi−N結合の形成、すなわちシリコン含有層の窒化を阻害させるように作用する。逆に、Si−H結合は、Si−Cl結合よりも結合エネルギーが小さく、ステップ3aでのSi−N結合の形成、すなわちシリコン含有層の窒化を促進させるように作用する。
すなわち、Si−Cl結合が少なく、塩素濃度の低いシリコン含有層を形成する(層中のSi−Cl結合を減少させる)ことで、シリコン含有層の窒化を阻害させる要因を減らすことができ、ステップ3aでのシリコン含有層の窒化を促進させることができる。また、Si−H結合をシリコン含有層中に増加させることで、シリコン含有層の窒化を促す要因を増やすことができ、ステップ3aでのシリコン含有層の窒化をさらに促進させることができる。そしてこれらが一つの要因となることで、ステップ3aでのシリコン含有層の窒化効率を高めることが可能となり、窒化時間を短縮させ、処理時間を短縮させることができることとなる。
(b)本実施形態に係るステップ2aでは、処理室201内の排気とともに、窒素含有ガスとしてのNHガスを供給する。これにより、ステップ1aで供給され、処理室201内に残留した余剰なIPCSガスの排出を促すことができる。また、このようにNHガス供給工程(ステップ3a)の前に、少なくとも一時的に処理室201内に比較的少量ずつのNHガスとIPCSガスとを併存させることで、このNHガス供給工程(ステップ3a)の前の段階においてNHガスとIPCSガスとの気相反応を僅かに生じさせることができ、成膜速度を向上させることが可能となる。
(c)本実施形態に係るステップ4aでは、処理室201の排気とともに、窒素含有ガスとしてのNHガスを供給する。これにより、NHガス供給工程(ステップ3a)を経て生成された副生成物のウエハ200表面への付着を抑制しつつ、その排出を促進させることができる。また、このようにNHガス供給工程(ステップ3a)の後であって次のサイクルのIPCSガス供給工程(ステップ1a)の前にNHガスを供給することで、このNHガス供給工程(ステップ3a)で形成されたSiN層の表面をNHガスで改質することができる。これにより、SiN層の表面をIPCSが吸着し易い状態とすることができ、成膜速度を向上させることが可能となる。また、このようにNHガス供給工程(ステップ3a)の後に、少なくとも一時的に処理室201内に比較的少量ずつのNHガスとIPCSガスとを併存させることで、このNHガス供給工程(ステップ3a)の後の段階においてNHガスとIPCSガスとの気相反応を僅かに生じさせることができ、成膜速度を向上させることが可能となる。
(d)本実施形態に係るステップ4aで供給されるNHガスの流量(すなわち第3の流量c)を、ステップ2aで供給されるNHガスの流量(すなわち第1の流量a)より多くするようにしてもよい。これにより、NHガス供給工程(ステップ3a)を経て生成された副生成物の排出をより促進させることができる。また、NHガス供給工程(ステップ3a)で形成されたSiN層の表面改質効果をより高めることができ、成膜速度をより向上させることが可能となる。
(e)本実施形態に係るステップ1aでは、原料ガスとしてのIPCSガスを供給するとともに、窒素含有ガスとしてのNHガスを供給するようにしてもよい。これにより、NHガスとIPCSガスとを比較的少量ずつ併存させる期間をより多く確保することができ、成膜速度をより向上させることが可能となる。
上記(a)〜(e)の効果は、プラズマ発生部の数によらず得られるものである。なお、複数のプラズマ発生部を有する本実施形態に係る処理炉202の構成によれば、さらに以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
(f)本実施形態に係る処理炉202によれば、ステップ3aでは、複数のプラズマ発生部においてプラズマ励起させたNHガスを各プラズマ発生部より同時に供給してシリコン含有層を窒化させる。このように、複数のプラズマ発生部を用いることで、各プラズマ発生部に印加する高周波電力をそれぞれ小さくして、各プラズマ発生部におけるプラズマ出力を低出力としつつ、ウエハ200への活性種の供給量を増やすことができる。そしてこれにより、ウエハ200やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ200への活性種の供給量を増やすことが可能となる。
なお、プラズマ発生部を1つしか設けない場合、ウエハ200への活性種の供給量を増加させるには、プラズマ出力を大きくする必要がある。しかしながら、係る場合には、プラズマ化される範囲が大きくなり過ぎてしまい、ウエハ200までもがプラズマに晒されてしまうことがある。そして、ウエハ200やウエハ200上に形成するシリコン窒化膜に大きなダメージ(プラズマダメージ)が加わってしまうことがある。また、ウエハ200やその周辺がプラズマによりスパッタリングされることでパーティクルが発生したり、シリコン窒化膜の膜質を低下させてしまうことがある。また、ウエハ200上に形成するシリコン窒化膜の膜質が、プラズマに晒されるウエハ200の外周付近とプラズマに晒されないウエハ200の中心側との間で、顕著に異なってしまうことがある。
これに対して本実施形態に係る処理炉202のように複数のプラズマ発生部を用いる場合、各プラズマ発生部におけるプラズマ出力を低出力としつつ、ウエハ200への活性種の供給量を増やすことができ、これらの問題を生じさせないようにすることができる。
(g)本実施形態に係る処理炉202では、複数のプラズマ発生部を用いることで、ウエハ200やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ200への活性種の供給量を増やすことができ、窒化力を高め、シリコン含有層の窒化を促進させることができる。すなわち、窒化効率を高めることが可能となる。そして、シリコン含有層の窒化が飽和してセルフリミットがかかる状態(窒化されきった状態)まで素早く遷移させることが可能となり、窒化時間を短縮させることができる。これにより、シリコン窒化膜の成膜時間を短縮でき、生産性を向上させることが可能となる。また、窒化処理のウエハ面内均一性を向上させることができる。すなわち、ウエハ200面内全域に対して活性種をより均一に供給することが可能となり、例えばウエハ200の外周付近とウエハ200の中心側との間でシリコン窒化膜の膜質や膜厚に顕著な違いが起こらないようにできる。その結果として、シリコン窒化膜のウエハ面内膜質均一性及びウエハ面内膜厚均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。
(h)本実施形態に係る処理炉202では、複数のプラズマ発生部を用いることで、ウエハ200やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ200への活性種の供給量を増やすことができ、ステップ1aにおいて形成された塩素濃度の低いシリコン含有層に含まれる塩素を、効率的に脱離させることができる。これにより、塩素濃度が極めて低いシリコン窒化層を形成することができ、シリコン窒化膜の塩素濃度をさらに低減できる。その結果として、塩素濃度が極めて低いシリコン窒化膜、すなわち膜密度が極めて高いシリコン窒化膜を形成できるようになり、シリコン窒化膜のフッ化水素に対する耐性を一層向上させることが可能となる。また、シリコン窒化膜の絶縁性を一層向上させることも可能となる。また、塩素を効率的に脱離させることで、窒化効率をさらに向上させることができる。すなわち、窒化を阻害させる要因となる塩素をシリコン含有層から効率的に脱離させることで、窒化効率をさらに向上させることができる。そして、シリコン窒化膜の成膜時間をさらに短縮でき、生産性を一層向上させることができる。
(i)本実施形態に係る処理炉202では、複数のプラズマ発生部を用いることで、成膜中におけるウエハ200の回転数を高めた(回転速度を速くした)場合と同等の効果を得ることができ、シリコン窒化膜のウエハ面内膜厚均一性を向上させることができる。すなわち、本実施形態の成膜シーケンスでは、ウエハ200を回転させながらIPCSガスやNHガスの間欠供給を行うが、係るシーケンスでは、ウエハ200の回転数とシリコン窒化膜のウエハ面内膜厚均一性との間に一定の相関関係が存在する。具体的には、回転数が高いほど(回転速度が速いほど)、1回のガス供給でカバーされるウエハ200の領域が増加するため、シリコン窒化膜のウエハ面内膜厚均一性を向上させることができる。しかしながら、ウエハ200の振動防止等のため、ウエハ200の回転数には上限があり、例えば3rpmより大きくすることが困難な場合がある。これに対し本実施形態では、2つのプラズマ発生部を用いることで、回転数を実質的に2倍に増加させることと同等の効果を得ることができ、シリコン窒化膜のウエハ面内膜厚均一性を向上させることができる。係る効果は、シリコン窒化膜を例えば50Å以下の厚さの薄膜とする場合に特に有効である。
(j)以上述べたとおり、本実施形態の成膜シーケンスによれば、例えば、500℃以下、さらには、400℃以下の低温領域において、十分な成膜速度を得ることができる。これにより、成膜シーケンスの低温化と生産性の向上との両立を図ることができる。また、例えば500℃以下、さらには400℃以下の低温領域において、塩素濃度が極めて低いシリコン窒化膜、すなわち膜密度が極めて高いシリコン窒化膜を形成することができる。これにより、シリコン窒化膜のフッ化水素に対する耐性及び絶縁性を向上させ、膜質を向上させることが可能となる。また、ウエハ200やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、シリコン含有層の窒化効率を高め、窒化時間を短縮させ、処理時間を短縮させ、スループットを向上させることが可能となる。また、窒化処理のウエハ面内均一性を向上させ、シリコン窒化膜のウエハ面内膜質均一性及びウエハ面内膜厚均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。また、成膜時における立体障害による未結合手の発生を低減させることが可能となる。また、膜中の塩素濃度が低いことから、ボートアンロード時等のウエハ200搬送中におけるシリコン窒化膜の自然酸化を抑制することが可能となる。
(第1実施形態の変形例)
上述の第1実施形態では、ステップ1a,2a,3a,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窒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,2a,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窒化膜を成膜するようにしてもよい。
<本発明の第2実施形態>
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態は、ウエハ200上にシリコン酸化膜を形成する点で、第1実施形態と異なる。
上述の基板処理装置の処理炉202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、基板上に薄膜を成膜する方法について説明する。ここでは、薄膜として絶縁膜である酸化膜を成膜する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。
図7に本実施形態における成膜フロー図を、図8に本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給およびプラズマパワー供給のタイミング図を示す。本実施形態の成膜シーケンスでは、処理室内のウエハ200に対して原料ガスとしてSiHClNR(NRはアミノ基を示す)ガスを供給することで、ウエハ200上にシリコン含有層を形成する工程と、処理室内のウエハ200に対して反応ガスとして酸素含有ガスを供給することで、シリコン含有層を酸化させてシリコン酸化層に変化させる工程と、を交互に所定回数行うことで、ウエハ200上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する。
以下、これを具体的に説明する。なお、本実施形態では、原料ガスとしてIPCSガスを、酸素含有ガスとしてOガスを用い、図7の成膜フロー、図8の成膜シーケンスにより、ウエハ200上に絶縁膜としてシリコン酸化膜(SiO膜、以下、単にSiO膜ともいう)を形成する例について説明する。
まず、SiO膜を形成する際の成膜機構の概要について説明する。図9に、ウエハ200上にSiO膜が形成される際の成膜機構の模式図を示す。
図9(a)に示すように、IPCSガス供給工程においてウエハ200に対してIPCSガスが供給されると、このIPCS(分子)は、ウエハ200(既成のSiO層)表面に吸着するか、熱分解してウエハ200表面上にシリコン(Si)が堆積する。これにより、シリコン含有層(IPCSの化学吸着層またはSi層)が形成される。図9(a)は、シリコン含有層として、IPCSの化学吸着層が形成される例を示している。。この際、ウエハ200側の水素(H)とIPCSのクロロ基(−Cl)とが反応し塩化水素(HCl)となって脱離するとともに、ウエハ200側の酸素(O)とIPCSのシリコン(Si)とが結合する。
図9(b)に示すように、ウエハ200表面にシリコン含有層が形成された(IPCSが化学吸着した)状態において、ウエハ200に対して酸素活性種(O )が供給されると、このO のOとシリコン含有層側のSiとが反応するとともに、IPCSのアミノ基(−NR)が脱離する。
そして、図9(c)に示すように、シリコン含有層が酸化され、新たなSiO層が形成される。
これらが繰り返されることで、所定の膜厚のSiO膜が形成される。
次に、図7に示す成膜フローに沿って説明する。なお、第1実施形態と実質的に同様となる記載については省略する。
本実施形態においては、以下に示すステップ1b〜4bを1サイクルとして、このサイクルを所定回数、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。
[ステップ1b]
ステップ1bでは、第1実施形態と同様にIPCSガス供給工程を行う。
[ステップ2b]
ステップ2bでは、第1のパージ工程を行う。
このとき、図8(a)に示すように、Oガスは第1の流量aで供給される。すなわち、第2のノズル233b及び第3のノズル233cからバッファ室237b及び237cを介して処理室201内に供給されるOガスの総流量が第1の流量aとなるように、第2が供給管232b内及び第3ガス供給管232c内を流れるそれぞれのOガスの流量がマスフローコントローラ241b及びマスフローコントローラ241cによってそれぞれ調整される。このときマスフローコントローラ241b及び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、それぞれ例えば、1〜2000sccm(0.001〜2.0slm)の範囲内の流量とする。
ステップ2bにおいて、Oガスを供給することにより、余剰なIPCSガスの排出が促されるとともに、少なくとも一時的に処理室201内に比較的少量ずつのOガスとIPCSガスとが併存することとなる。
[ステップ3b]
処理室201内の残留ガスを除去した後、2つのプラズマ発生部(励起部)でOガスを同時にプラズマで励起させ、プラズマ励起させたOガスを2つのプラズマ発生部(励起部)から処理室201内に同時に供給する(Oガス供給工程)。
すなわち、このステップでは、第2ガス供給管232b内を流れたOガスは、ステップ2bにおいて設定された流量とは異なる流量となるようマスフローコントローラ241bにより再度流量調整される。流量調整し直され、供給流量が変更されたOガスは第2ノズル233bのガス供給孔248bからバッファ室237b内に供給される。このとき、第1の棒状電極269b及び第2の棒状電極270b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237b内に供給されたOガスはプラズマ励起され、活性種(励起種)としてガス供給孔238b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、ウエハ200に対してプラズマ励起されたOガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ243eを開き、第2不活性ガス供給管232e内にNガスを流す。NガスはOガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
また、第3ガス供給管232c内を流れたOガスは、ステップ2bにおいて設定された流量とは異なる流量となるようマスフローコントローラ241cにより再度流量調整される。流量調整し直され、供給流量が変更されれたOガスは第3ノズル233cのガス供給孔248cからバッファ室237c内に供給される。このとき、第1の棒状電極269c及び第2の棒状電極270c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237c内に供給されたOガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔238c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、ウエハ200に対してプラズマ励起されたOガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ243fを開き、第3不活性ガス供給管232f内にNガスを流す。NガスはOガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
このとき、図8(a)に示すように、Oガスは第1の流量aよりも多い第2の流量bで供給される。すなわち、第2のノズル233b及び第3のノズル233cからバッファ室237b及び237cを介して処理室201内に供給されるOガスの総流量が第2の流量bとなるように、第2ガス供給管232b内及び第3ガス供給管232c内を流れるそれぞれのOガスの流量がマスフローコントローラ241b及びマスフローコントローラ241cによってそれぞれ調整される。
なお、このとき、第1ノズル233a内へのOガスの侵入を防止するため、バルブ243dを開き、第1不活性ガス供給管232d内にNガスを流す。Nガスは、第1ガス供給管232a、第1ノズル233aを介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、APCバルブ244を適正に調整して、処理室201内の圧力を、例えば10〜1000Paの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ241b,241cで制御するOガスの供給流量は、それぞれ例えば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241e,241f,241dで制御するNガスの供給流量は、それぞれ例えば100〜2000sccm(0.1〜2slm)の範囲内の流量とする。Oガスをプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ200を晒す時間、すなわちガス供給時間(照射時間)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、スループットを考慮すると、シリコン含有層が酸化される温度であって、ステップ1bのIPCS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設定することが好ましい。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250〜630℃、好ましくは300〜500℃の範囲内の一定の温度となるように、ヒータ207の温度を設定するのが好ましい。さらには、ステップ1b〜ステップ4b(後述)にかけて処理室201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。高周波電源273から第1の棒状電極269b,269c及び第2の棒状電極270b,270c間に印加する高周波電力は、それぞれ例えば50〜1000Wの範囲内の電力となるように設定する。このとき、Oガスを熱励起、すなわち熱で活性化させて供給することもできる。しかしながら、減圧雰囲気下でOガスを熱的に活性化させて流す場合に十分な酸化力を得るには、処理室201内の圧力を比較的高い圧力帯、例えば10〜3000Paの範囲内の圧力とし、また、ウエハ200の温度を550℃以上とする必要がある。これに対し、Oガスをプラズマ励起して流す場合は、処理室201内の温度を例えば250℃以上とすれば、十分な酸化力が得られる。なお、Oガスをプラズマ励起して流す場合は、処理室201内の温度を常温としても十分な酸化力が得られる。ただし、処理室201内の温度を150℃未満とすると処理室201内やウエハ200等に反応副生成物が付着する。よって、処理室201内の温度は150℃以上とするのが好ましく、本実施形態では250℃以上としている。
上述の条件にてOガスを処理室201内に供給することで、プラズマ励起されることにより活性種となったOガスは、ステップ1bでウエハ200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酸化処理が行われ、この酸化処理により、シリコン含有層はシリコン酸化層へと変化させられる(改質される)。
なお、ステップ3bでは、複数のプラズマ発生部を用いることで、各プラズマ生成部(励起部)に印加する高周波電力をそれぞれ小さくして各プラズマ発生部(励起部)におけるプラズマ出力を低出力としつつ、ウエハ200への活性種の供給量を増やすことができる。これにより、ウエハ200やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ200への活性種の供給量を増やすことが可能となる。
そしてこれにより、ウエハ200やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ200への活性種の供給量を増やすことができ、酸化力を高め、シリコン含有層の酸化を促進させることができる。すなわち、酸化効率を高めることが可能となる。そして、シリコン含有層の酸化が飽和してセルフリミットがかかる状態(酸化されきった状態)まで素早く遷移させることが可能となり、酸化時間を短縮させることができる。その結果として処理時間を短縮させることが可能となる。また、酸化処理のウエハ面内均一性を向上させることができる。すなわち、ウエハ200面内全域に対して活性種をより均一に供給することが可能となり、例えばウエハ200の外周付近とウエハ200の中心側との間で酸化の度合いに顕著な違いが起こらないようにできる。
また、複数のプラズマ発生部を用いることで、ウエハ200やシリコン含有層へのプラズマダメージを抑制しつつ、ウエハ200への活性種の供給量を増やすことができ、ステップ1bにおいて形成された塩素濃度の低いシリコン含有層に含まれる塩素を、効率的に脱離させることができる。これにより、塩素濃度が極めて低いシリコン酸化層を形成することができる。また、塩素を効率的に脱離させることで、酸化効率をさらに向上させることができる。すなわち、酸化を阻害させる要因となる塩素をシリコン含有層から効率的に脱離させることで、酸化効率をさらに向上させることができる。なお、シリコン含有層から脱離した塩素は、排気管231から処理室201外へと排気される。
酸素含有ガスとしては、酸素(O)ガスの他、亜酸化窒素(NO)ガスや一酸化窒素(NO)ガス、二酸化窒素(NO)ガス、オゾン(O)ガス、水素(H)ガスとOガスとの混合ガス、HガスとOガスとの混合ガス、水蒸気(HO)ガス、一酸化炭素(CO)ガス、二酸化炭素(CO)ガス等を用いてもよい。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。
[ステップ4b]
ステップ4bでは第2のパージ工程を行う。
このとき、図8(a)に示すように、Oガスは第1の流量aと同量である第3の流量cで供給される。すなわち、第2のノズル233b及び第3のノズル233cからバッファ室237b及び237cを介して処理室201内に供給されるOガスの総流量が第3の流量c(すなわち第1の流量a)となるように、第2ガス供給管232b内及び第3ガス供給管232c内を流れるそれぞれのOガスの流量がマスフローコントローラ241b及びマスフローコントローラ241cによってそれぞれ調整される。このときマスフローコントローラ241b及び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、それぞれ例えば、、1〜2000sccm(0.001〜2.0slm)の範囲内の流量とする。
ステップ4bにおいてOガスを供給することにより、Oガス供給工程(ステップ3b)を経て生成された副生成物のウエハ200表面への付着を抑制しつつ、その排出が促される。また、Oガス供給工程(ステップ3b)で形成されたSiO層(下地)の表面がOガスによって改質され、次のサイクルのIPCSガス供給工程(ステップ1b)で供給されるIPCSガスが吸着し易い状態となり、成膜速度の向上につながる。
第1のパージ工程(ステップ2b)〜第2のパージ工程(ステップ4b)で供給されるOガスの流量は、第1の流量a=第3の流量c<第2の流量bとなる。つまり、Oガスの供給流量を多段階に変化させるようにしている。このように、Oガス供給工程(ステップ3b)の前後において比較的少量のOガスが供給されることで、OガスとIPCSガスとが比較的少量ずつ併存する期間が確保される。これにより、OガスとIPCSガスとの気相反応が僅かに生じ、Oガス供給工程(ステップ3b)の前後においてOガスが供給されない(存在しない)場合と比較して成膜速度を向上させることができる。
一方で、成膜速度が大きくなり過ぎると膜厚の面内・面間均一性の悪化やパーティクルの問題等が生じ得る。このため、第1の流量a及び第3の流量cをOガス供給工程(ステップ3b)における第2の流量bと比較して少なくすることで、これら第1の流量a及び第3の流量cでのOガス供給時に緩やかな反応を生じさせることができ、成膜速度が大きくなり過ぎることによる弊害が抑制される。
なお、図8(b)に示すように、第2のパージ工程(ステップ4b)で流す第3の流量cを第1の流量aより多く第2の流量bよりも少なくするようにしてもよい。すなわち、第1のパージ工程(ステップ2b)〜第2のパージ工程(ステップ4b)で供給されるOガスの流量を、第1の流量a<第3の流量c<第2の流量bとしてもよい。第3の流量cを増加させることで、Oガス供給工程(ステップ3b)を経て生成された副生成物の排出をより促進させることができる。また、Oガス供給工程(ステップ3b)で形成されたSiO膜(下地)の表面改質効果をより高めることができ、次のサイクルのIPCSガス供給工程(ステップ1b)におけるIPCSガスの吸着をより促進させることができる。これにより、成膜速度をより向上させることができる。このとき第2のパージ工程(ステップ4b)において、マスフローコントローラ241b及び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、それぞれ例えば1〜5000sccm(0.001〜5.0slm)の範囲内の流量とする。
つまり、図8(a)、(b)におけるOガスの流量をまとめると、第1のパージ工程(ステップ2b)〜第2のパージ工程(ステップ4b)で供給されるOガスの流量を、第1の流量a≦第3の流量c<第2の流量bとするのが好ましい。
また、図8(c)に示すように、さらにIPCSガス供給工程(ステップ1b)において、Oガスを第1の流量aで供給するようにしてもよい。すなわち、Oガスを、IPCSガス供給工程(ステップ1b)、第1のパージ工程(ステップ2b)、及び第2のパージ工程(ステップ4b)において第1の流量aで供給し、Oガス供給工程(ステップ3b)において第2の流量bで供給するようにしてもよい。
IPCSガス供給工程(ステップ1b)においてOガスを供給することで、OガスとIPCSガスとが比較的少量ずつ併存する期間がより多く確保される。これにより、OガスとIPCSガスとの気相反応が生じる割合が増大し、本構成を有さない場合と比較して成膜速度を向上させることができる。
<本発明の他の実施形態>
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば、上述の各実施形態における各成膜シーケンスを組み合わせることで、SiN膜とSiO膜とを同一処理室内で連続的にin−situで形成することができる。これによりin−situで、例えば、ON構造の積層膜(SiO膜/SiN膜)やNO構造の積層膜(SiN/SiO膜)、ONO構造の積層膜(SiO膜/SiN膜/SiO膜)、ONONO構造の積層膜(SiO膜/SiN膜/SiO膜/SiN膜/SiO膜)等を形成することができる。
また、上述の第1実施形態のSiN成膜シーケンスのサイクルに、例えば、以下の工程をさらに設けるようにしてもよい。
例えば、Oガス等の酸素含有ガスを供給する工程をさらに設けることで、シリコン酸窒化膜(SiON膜)を形成することができる。
また例えば、プロピレン(C)ガス等の炭素含有ガスを供給する工程をさらに設けることで、シリコン炭窒化膜(SiCN膜)を形成することができる。
また例えば、Oガス等の酸素含有ガスを供給する工程と、Cガス等の炭素含有ガスを供給する工程とをさらに設けることで、シリコン酸炭窒化膜(SiOCN膜)を形成することができる。
また例えば、三塩化硼素(BCl)等の硼素含有ガスを供給する工程をさらに設けることで、シリコン硼窒化膜(SiBN膜)を形成することができる。
また例えば、BCl等の硼素含有ガスを供給する工程と、Cガス等の炭素含有ガスを供給する工程とをさらに設けることで、シリコン硼炭窒化膜(SiBCN膜)を形成することができる。
また、上述の第2実施形態のSiO成膜シーケンスのサイクルに、例えば、以下の工程をさらに設けるようにしてもよい。
例えば、NHガス等の窒素含有ガスを供給する工程をさらに設けることで、シリコン酸窒化膜(SiON膜)を形成することができる。
また例えば、プロピレン(C)ガス等の炭素含有ガスを供給する工程と、NHガス等の窒素含有ガスを供給する工程とをさらに設けることで、シリコン酸炭窒化膜(SiOCN膜)を形成することができる。
また例えば、Cガス等の炭素含有ガスを供給する工程をさらに設けることで、シリコン酸炭化膜(SiOC膜)を形成することができる。
また例えば、トリエチルアミン((CN、略称:TEA)ガス等の炭素及び窒素を含むガスを供給する工程をさらに設ければ、シリコン酸炭窒化膜(SiOCN膜)を形成することができる。
また、上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて成膜する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、一度に1枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて成膜する場合にも、好適に適用できる。
また、上述の各実施形態や各変形例等は、適宜組み合わせて用いることができる。
また、本発明は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本発明に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本発明に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。
[本発明の好ましい態様]
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
(付記1)
本発明の一態様によれば、
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する工程を有し、
前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させる半導体装置の製造方法が提供される。
(付記2)
付記1の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガスの供給流量を第1の流量、第2の流量、第3の流量へと変化させ、前記第1の流量および前記第3の流量を、前記第2の流量よりも小さくする。
(付記3)
付記2の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第1の流量を前記第3の流量と等しくする。
(付記4)
付記2の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第1の流量を前記第3の流量よりも小さくする。
(付記5)
付記1〜4のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記反応ガスは、窒素含有ガスおよび酸素含有ガスのうち少なくともいずれかを含む。
(付記6)
付記1〜5のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスは、クロロ基を有するガス、アミノ基を有するガス、および、アミノ基とクロロ基とを有するガスのうち少なくともいずれかを含む。
(付記7)
付記1〜5のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスは、クロロシラン系原料、アミノシラン系原料およびアミノクロロシラン系原料のうち少なくともいずれかを含む。
(付記8)
付記1〜7のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを供給する工程では、前記処理室内の前記基板に対して熱励起させた前記反応ガスを供給する。
(付記9)
付記1〜7のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを供給する工程では、前記処理室内の前記基板に対して、複数の励起部において熱励起させた前記反応ガスを、前記各励起部より供給する。
(付記10)
付記1〜7のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを供給する工程では、前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起させた前記反応ガスを供給する。
(付記11)
付記1〜7のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを供給する工程では、前記処理室内の前記基板に対して、複数の励起部においてプラズマ励起させた前記反応ガスを、前記各励起部より供給する。
(付記12)
付記1〜11のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記薄膜を形成する工程では、前記基板を回転させる。
(付記13)
本発明の他の態様によれば、
処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する工程を有し、
前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させる基板処理方法が提供される。
(付記14)
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する処理を行い、前記反応ガスを供給する処理では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させるように、前記原料ガス供給系および前記反応ガス供給系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。
(付記15)
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内の基板に対して原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して反応ガスを供給する手順と、
前記各手順を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させ、
前記反応ガスを供給する手順では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させるプログラムが提供される。
(付記16)
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内の基板に対して原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して反応ガスを供給する手順と、
前記各手順を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させ、
前記反応ガスを供給する手順では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
121 コントローラ(制御部)
200 ウエハ(基板)
201 処理室
302 処理炉
203 反応管
207 ヒータ
231 排気管
232a 第1ガス供給管
232b 第2ガス供給管
233c 第3ガス供給管
238a 第1ノズル
238b 第2ノズル
238c 第3ノズル
237b,237c バッファ室

Claims (4)

  1. 処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
    前記処理室内の前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、
    を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する工程を有し、
    前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 処理室内の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
    前記処理室内の前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、
    を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する工程を有し、
    前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させることを特徴とする基板処理方法。
  3. 基板を収容する処理室と、
    前記処理室内の基板に対して原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
    前記処理室内の基板に対して反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
    前記処理室内の基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する処理を行い、前記反応ガスを供給する処理では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させるように、前記原料ガス供給系および前記反応ガス供給系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。
  4. 基板処理装置の処理室内の基板に対して原料ガスを供給する手順と、
    前記処理室内の前記基板に対して反応ガスを供給する手順と、
    前記各手順を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に薄膜を形成する手順と、
    をコンピュータに実行させ、
    前記反応ガスを供給する手順では、前記反応ガスの供給流量を多段階で変化させることを特徴とするプログラム。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015082525A (ja) * 2013-10-21 2015-04-27 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
KR20150104037A (ko) * 2014-03-04 2015-09-14 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
JP2016034043A (ja) * 2015-11-25 2016-03-10 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置、プログラムおよび記録媒体
JP2017112145A (ja) * 2015-12-14 2017-06-22 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置、ガス供給システムおよびプログラム
JP2019047125A (ja) * 2014-02-28 2019-03-22 レイセオン カンパニー ゲッター構造体及び当該構造体の形成方法
JP2019212740A (ja) * 2018-06-04 2019-12-12 株式会社Kokusai Electric クリーニング方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
JP2020188100A (ja) * 2019-05-13 2020-11-19 大陽日酸株式会社 シリコン含有薄膜形成用シリコン含有化合物、及びシリコン含有薄膜の形成方法
CN113846311A (zh) * 2018-02-28 2021-12-28 株式会社国际电气 半导体器件的制造方法、衬底处理方法、衬底处理装置及记录介质

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005057133A (ja) * 2003-08-06 2005-03-03 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置
JP2006049809A (ja) * 2004-06-28 2006-02-16 Tokyo Electron Ltd 成膜方法、成膜装置及び記憶媒体
JP2006516304A (ja) * 2003-01-13 2006-06-29 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 薄膜を層状堆積させるための方法及び装置
JP2007299776A (ja) * 2006-04-05 2007-11-15 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2010027702A (ja) * 2008-07-16 2010-02-04 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置及び薄膜生成方法
JP2010183069A (ja) * 2009-01-07 2010-08-19 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法及び基板処理装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006516304A (ja) * 2003-01-13 2006-06-29 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 薄膜を層状堆積させるための方法及び装置
JP2005057133A (ja) * 2003-08-06 2005-03-03 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置
JP2006049809A (ja) * 2004-06-28 2006-02-16 Tokyo Electron Ltd 成膜方法、成膜装置及び記憶媒体
JP2007299776A (ja) * 2006-04-05 2007-11-15 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2010027702A (ja) * 2008-07-16 2010-02-04 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置及び薄膜生成方法
JP2010183069A (ja) * 2009-01-07 2010-08-19 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法及び基板処理装置

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9583338B2 (en) 2013-10-21 2017-02-28 Hitachi Kokusai Electric Inc. Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium
JP2015082525A (ja) * 2013-10-21 2015-04-27 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
TWI555089B (zh) * 2013-10-21 2016-10-21 Hitachi Int Electric Inc A manufacturing method of a semiconductor device, a substrate processing device, and a recording medium
JP2019047125A (ja) * 2014-02-28 2019-03-22 レイセオン カンパニー ゲッター構造体及び当該構造体の形成方法
US9613798B2 (en) 2014-03-04 2017-04-04 Hitachi Kokusai Electric Inc. Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium
KR101676558B1 (ko) * 2014-03-04 2016-11-15 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
KR20150104037A (ko) * 2014-03-04 2015-09-14 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
JP2016034043A (ja) * 2015-11-25 2016-03-10 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置、プログラムおよび記録媒体
JP2017112145A (ja) * 2015-12-14 2017-06-22 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置、ガス供給システムおよびプログラム
US10607833B2 (en) 2015-12-14 2020-03-31 Kokusai Electric Corporation Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium
CN113846311A (zh) * 2018-02-28 2021-12-28 株式会社国际电气 半导体器件的制造方法、衬底处理方法、衬底处理装置及记录介质
JP2019212740A (ja) * 2018-06-04 2019-12-12 株式会社Kokusai Electric クリーニング方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
US11814725B2 (en) 2018-06-04 2023-11-14 Kokusai Electric Corporation Method of cleaning, method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium
JP2020188100A (ja) * 2019-05-13 2020-11-19 大陽日酸株式会社 シリコン含有薄膜形成用シリコン含有化合物、及びシリコン含有薄膜の形成方法
JP7156999B2 (ja) 2019-05-13 2022-10-19 大陽日酸株式会社 シリコン含有薄膜形成用シリコン含有化合物、及びシリコン含有薄膜の形成方法

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