JP2014084506A - 基板処理方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板に対して、所定元素と、所定元素に結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有する原料ガスを供給する工程と、基板に対して、原料ガスの分解を促進させる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、基板上に、所定元素を含む膜を形成する工程を有する。
【選択図】図1
Description
基板に対して、所定元素と、該所定元素に結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有する原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、前記原料ガスの分解を促進させる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、前記所定元素を含む膜を形成する工程を有する基板処理方法が提供される。
基板に対して処理が行われる処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して、所定元素と、該所定元素に結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有する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、前記原料ガスの分解を促進させる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、前記所定元素を含む膜を形成する処理を行うように、前記ガス供給系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
基板処理装置の処理室内の基板に対して、所定元素と、該所定元素に結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有する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、前記原料ガスの分解を促進させる反応ガスを供給する手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素を含む膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
(1)基板処理装置の構成
まず、本実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図2〜4を参照しながら説明する。図2は、本実施形態にかかる基板処理装置40のウエハ処理時における断面構成図であり、図3は、本実施形態にかかる基板処理装置40のウエハ搬送時における断面構成図である。図4は、本実施形態で好適に用いられる基板処理装置40のコントローラ280の概略構成図である。
図2,3に示されているとおり、本実施形態にかかる基板処理装置40は処理容器202を備えている。処理容器202は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器202は、例えばアルミニウム(Al)やステンレス(SUS)などの金属材料により構成されている。処理容器202内には、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ200に対して処理が行われる処理室201が形成されている。
処理室201内には、ウエハ200を支持する支持台203が設けられている。ウエハ200が直接触れる支持台203の上面には、例えば、石英(SiO2)、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素(SiC)、酸化アルミニウム(Al2O3)、又は窒化アルミニウム(AlN)などから構成された支持板としてのサセプタ217が設けられている。また、支持台203には、ウエハ200を加熱する加熱手段(加熱源)としてのヒータ206と、温度検出器としての温度センサ206bとが内蔵されている。温度センサ206bにより検出された温度情報に基づきヒータ206への通電具合を調整することで、サセプタ217上に支持されたウエハ200の温度が所望の温度分布となるように構成されている。なお、支持台203の下端部は、処理容器202の底部を貫通している。
処理室201の外部には、支持台203を昇降させる昇降機構207bが設けられている。この昇降機構207bを作動させて支持台203を昇降させることにより、サセプタ217上に支持されるウエハ200を昇降させることが可能となっている。支持台203は、ウエハ200の搬送時には図3で示される位置(ウエハ搬送位置)まで下降し、ウエハ200の処理時には図2で示される位置(ウエハ処理位置)まで上昇する。なお、支持台203下端部の周囲は、ベローズ203aにより覆われており、処理室201内は気密に保持されている。
また、処理室201の底面(床面)には、例えば3本のリフトピン208bが鉛直方向に立ち上がるように設けられている。また、支持台203(サセプタ217も含む)には、かかるリフトピン208bを貫通させる貫通孔208aが、リフトピン208bに対応する位置にそれぞれ設けられている。そして、支持台203をウエハ搬送位置まで下降させた時には、図3に示されているように、リフトピン208bの上端部がサセプタ217の上面から突出して、リフトピン208bがウエハ200を下方から支持するようになっている。また、支持台203をウエハ処理位置まで上昇させたときには、図2に示されているようにリフトピン208bはサセプタ217の上面から埋没して、サセプタ217がウエハ200を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン208bは、ウエハ200と直接触れるため、例えば、石英や酸化アルミニウムなどの材質で形成することが望ましい。
処理室201(処理容器202)の内壁側面には、処理室201の内外にウエハ200を搬送するウエハ搬送口250が設けられている。ウエハ搬送口250にはゲートバルブ44が設けられており、ゲートバルブ44を開くことにより、処理室201内と負圧移載室11内とが連通するようになっている。負圧移載室11は搬送容器(密閉容器)12内に形成されており、負圧移載室11内にはウエハ200を搬送する負圧移載機13が設けられている。負圧移載機13には、ウエハ200を搬送する際にウエハ200を支持する搬送アーム13aが備えられている。支持台203をウエハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ44を開くことにより、負圧移載機13により処理室201内と負圧移載室11内との間でウエハ200を搬送することが可能となっている。すなわち、負圧移載機13は、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。処理室201内に搬送されたウエハ200は、上述したようにリフトピン208b上に一時的に載置される。なお、負圧移載室11のウエハ搬送口250が設けられた側と反対側には、図示しないロードロック室が設けられており、負圧移載機13によりロードロック室内と負圧移載室11内との間でウエハ200を搬送することが可能となっている。なお、ロードロック室は、未処理もしくは処理済のウエハ200を一時的に収容する予備室として機能する。
処理室201(処理容器202)の内壁側面であって、ウエハ搬送口250の反対側には、処理室201内の雰囲気を排気する排気口260が設けられている。排気口260には、排気チャンバ260aを介して排気管261が接続されている。排気チャンバ260a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265が設けられている。排気管261には、処理室201内の圧力を所定の圧力とするように制御する圧力調整器(圧力調整部)としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ262および原料回収トラップ263を介して、真空排気装置としての真空ポンプ264が接続されている。なお、APCバルブ262は、真空ポンプ264を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室201内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ264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バルブである。主に、排気チャンバ260a、圧力センサ265、排気管261、APCバルブ262により排気系(排気ライン)が構成される。なお、原料回収トラップ263、真空ポンプ264を排気系に含めて考えてもよい。排気系は、真空ポンプ264を作動させつつ、圧力センサ265により検出された圧力情報に基づいてAPCバルブ262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。
処理室201の上部に設けられる後述のシャワーヘッド240の上面(天井壁)には、処理室201内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給口210aと、処理室201内に原料ガスの分解を促進させる反応ガスを供給する反応ガス供給口210bと、が設けられている。つまり、反応ガス供給口210bは、原料ガス供給口210aとは独立して設けられており、原料ガスと反応ガスとは異なる供給口より別々に処理室201内へ供給されるように構成されている。なお、図2、図3には、反応ガス供給口210bを原料ガス供給口210aの内側に原料ガス供給口210aと同心円状に配置する構成を例示しているが、本発明は係る態様に限定されず、反応ガス供給口210bを原料ガス供給口210aの外側に設けてもよい。なお、原料ガス供給口210a、反応ガス供給口210bに接続される各ガス供給系の構成については後述する。
原料ガス供給口210aと処理室201との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド240が設けられている。シャワーヘッド240は、原料ガス供給口210aから供給される原料ガスを分散させる分散板240aと、分散板240aを通過した原料ガスをさらに均一に分散させて支持台203上のウエハ200の表面に供給するシャワー板240bと、を備えている。分散板240aおよびシャワー板240bには、それぞれ、複数の通気孔が設けられている。分散板240aは、シャワーヘッド240の上面及びシャワー板240bと対向するように配置されており、シャワー板240bは、支持台203上のウエハ200と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド240の上面と分散板240aとの間、および分散板240aとシャワー板240bとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、原料ガス供給口210aから供給される原料ガスを分散させる第1バッファ空間(分散室)240c、および分散板240aを通過した原料ガスを拡散させる第2バッファ空間(拡散室)240dとしてそれぞれ機能する。
処理室201(処理容器202)の内壁側面には、段差部201aが設けられている。そして、この段差部201aは、コンダクタンスプレート204をウエハ処理位置近傍に保持するように構成されている。コンダクタンスプレート204は、内周部にウエハ200を収容する穴が設けられた1枚のドーナツ状(リング状)をした円板として構成されている。コンダクタンスプレート204の外周部には、所定間隔を空けて周方向に配列された複数の排出口204aが設けられている。排出口204aは、コンダクタンスプレート204の外周部がコンダクタンスプレート204の内周部を支えることができるよう、不連続に形成されている。
処理室201の外部には、液体原料を収容する原料容器としてのバブラ220a,220b,220cが設けられている。バブラ220a,220b,220cは、内部に液体原料を収容(充填)可能なタンク(密閉容器)として構成されており、また、液体原料をバブリングにより気化させて原料ガスを生成させる気化部としても構成されている。なお、バブラ220a,220b,220cの周りには、バブラ220a,220b,220cおよび内部の液体原料を加熱するサブヒータ206aが設けられている。
バブラ220a,220b,220cには、それぞれ、バブラ220a,220b,220c内で生成された各原料ガスを処理室201内に供給する原料ガス供給管213a,213b,213cが接続されている。原料ガス供給管213a,213b,213cの上流側端部は、それぞれ、バブラ220a,220b,220cの上部に存在する空間に連通している。原料ガス供給管213a,213b,213cの下流側端部は、原料ガス供給口210aに合流するように接続されている。
また、処理室201の外部には、触媒作用により上述の原料ガスの分解を促進させる反応ガスを供給する反応ガス供給源220dが設けられている。反応ガス供給源220dには、反応ガス供給管213dの上流側端部が接続されている。反応ガス供給管213dの下流側端部は、バルブvd3を介して反応ガス供給口210bに接続されている。反応ガス供給管213dには、反応ガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ(MFC)222dと、反応ガスの供給を制御するバルブvd1,vd2,vd3とが設けられている。反応ガスとしては、例えばアンモニア(NH3)ガスが用いられる。主に、反応ガス供給管213d、MFC222d、バルブvd1,vd2,vd3により、反応ガス供給系(反応ガス供給ライン)としてのNH3ガス供給系(NH3ガス供給ライン)が構成される。なお、反応ガス供給源220dを反応ガス供給系に含めて考えてもよい。反応ガス供給系(反応ガス供給ライン)は、還元ガス供給系(還元ガス供給ライン)と称することもでき、水素含有ガス供給系(水素含有ガス供給ライン)と称することもできる。
また、処理室201の外部には、パージガスである不活性ガスを供給する不活性ガス供給源220e,220fが設けられている。不活性ガス供給源220e,220fには、それぞれ、不活性ガス供給管213e,213fの上流側端部が接続されている。不活性ガス供給管213eの下流側端部は、バルブve3を介して原料ガス供給口210aに接続されている。不活性ガス供給管213fの下流側端部は、バルブvf3を介して反応ガス供給口210bに接続されている。不活性ガス供給管213eには、不活性ガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ(MFC)222eと、不活性ガスの供給を制御するバルブve1,ve2,ve3が設けられている。不活性ガス供給管213fには、不活性ガスの供給流量を制御する流量制御器としてのマスフローコントローラ(MFC)222fと、不活性ガスの供給を制御するバルブvf1,vf2,vf3が設けられている。
また、原料ガス供給管213a,213b,213cのバルブva3,vb3,vc3よりも上流側には、それぞれ、ベント管215a,215b,215cの上流側端部が接続されている。また、ベント管215a,215b,215cの下流側端部は、それぞれ、排気管261のAPCバルブ262よりも下流側であって原料回収トラップ263よりも上流側に接続されている。ベント管215a,215b,215cには、それぞれ、ガスの流通を制御するバルブva4,vb4,vc4が設けられている。
図4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280は、CPU(Central Processing Unit)280a、RAM(Random Access Memory)280b、記憶装置280c、I/Oポート280dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM280b、記憶装置280c、I/Oポート280dは、内部バス280eを介して、CPU280a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280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281が接続されている。
次に、上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として、基板上に所定元素を含む膜を形成する基板処理工程について説明する。
処理室201内のウエハ200に対して、原料ガスとして、所定元素としてのGeと、該Geに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するGe原料ガスを供給する工程と、
処理室201内のウエハ200に対して、Ge原料ガスの分解を促進させる反応ガスとしてNH3ガスを供給する工程と、
を交互に所定回数(1回以上)行うことで、ウエハ200上に、Geを含む膜としてゲルマニウム膜(Ge膜)を形成する例について説明する。
図5(a)は、本実施形態に係るガス供給シーケンスを示すタイミング図であり、図15は、本実施形態に係るGe膜の成膜メカニズムを示す図である。
昇降機構207bを作動させ、支持台203を、図3に示すウエハ搬送位置まで下降させる。そして、ゲートバルブ44を開き、処理室201と負圧移載室11とを連通させる。そして、上述のように負圧移載機13により負圧移載室11内から処理室201内へウエハ200を搬送アーム13aで支持した状態でロードする。処理室201内に搬入されたウエハ200は、支持台203の上面から突出しているリフトピン208b上に一時的に載置される。負圧移載機13の搬送アーム13aが処理室201内から負圧移載室11内へ戻ると、ゲートバルブ44が閉じられる。
続いて、処理室201内の圧力が所定の処理圧力(真空度)となるように真空ポンプ264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265で測定され、この測定された圧力情報に基づきAPCバルブ262がフィードバック制御される(圧力調整)。なお、真空ポンプ264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。
その後、次の2つのステップ、すなわち、ステップ1a,2aを順次実行する。
(Ge原料ガス供給)
バルブva4を閉じ、va3を開いて、処理室201内へのGe原料ガスの供給を開始する。原料ガス供給口210aからシャワーヘッド240の上部へと供給されたGe原料ガスは、第1バッファ空間(分散室)240cを経て分散板240aの複数の通気孔から第2バッファ空間240dへと入り、さらにシャワー板240bの複数の通気孔を通過して処理室201内に供給され、加熱されたウエハ200に対して供給される。なお、処理室201内へのGe原料ガスの供給時には、処理室201内におけるGe原料ガスの拡散を促すように、バルブve1,ve2,ve3,vf1,vf2,vf3は開いたままとし、処理室201内にN2ガスを常に流しておくことが好ましい。
所定の厚さのGe層が形成された後、バルブva3を閉じ、バルブva4を開いて、処理室201内へのGe原料ガスの供給を停止する。このとき、排気管261のAPCバルブ262は開いたままとして、真空ポンプ264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Ge層形成に寄与した後のGe原料ガスを処理室201内から排除する。なお、このとき、バルブve1,ve2,ve3,vf1,vf2,vf3は開いたままとして、不活性ガスとしてのN2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2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Ge層形成に寄与した後のGe原料ガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。
(NH3ガス供給)
ステップ1aが終了し処理室201内の残留ガスを除去した後、バルブvd1,vd2,vd3を開いて、処理室201内へのNH3ガスの供給を開始する。反応ガス供給口210bから供給されたNH3ガスは、シャワー板240bの下方側から、つまり、シャワーヘッド240を介さずに処理室201内に供給され、加熱されたウエハ200に対して供給される。なお、処理室201内へのNH3ガスの供給時には、処理室201内におけるNH3ガスの拡散を促すように、バルブve1,ve2,ve3,vf1,vf2,vf3は開いたままとし、処理室201内にN2ガスを常に流しておくことが好ましい。
Ge層から残留リガンドを除去した後、バルブvd3を閉じ、処理室201内へのNH3ガスの供給を停止する。このとき、排気管261のAPCバルブ262は開いたままとして、真空ポンプ264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Ge層からの残留リガンドの除去に寄与した後のNH3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ve1,ve2,ve3,vf1,vf2,vf3は開いたままとして、不活性ガスとしてのN2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2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Ge層からの残留リガンドの除去に寄与した後のNH3ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する効果を高めることができる。
上述したステップ1a,2aを1サイクルとして、このサイクルを1回以上(所定回数)行うことにより、ウエハ200上に、所定膜厚のGeを含む膜(Ge膜)が形成される。なお、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、1サイクルあたりに形成するGe層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい。
ウエハ温度:200〜400℃
処理室内圧力:50〜400Pa
Ge原料ガス流量:0.1〜100sccm
NH3ガス流量:50〜1000sccm
N2流量:0〜2000sccm
Ge原料ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
NH3ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
N2ガス供給時間(パージ時間):1〜120秒、好ましくは1〜60秒
Ge膜厚:1〜100nm
が例示される。
所定膜厚のGe膜が形成された後、排気管261のAPCバルブ262は開いたままとして、真空ポンプ264により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留するガスや反応副生成物を処理室201内から排除する(残留ガス除去)。なお、このとき、バルブve1,ve2,ve3,vf1,vf2,vf3は開いたままとして、不活性ガスとしてのN2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留するガスや反応副生成物を処理室201内から排除する効果を高めることができる。
その後、上述した基板搬入工程、基板載置工程に示した手順とは逆の手順により、Ge膜を形成した後のウエハ200を、処理室201内から負圧移載室11内へ搬出する。その後、ウエハ200の温度が室温になるまで、負圧移載室11に隣接する保持室内で処理後のウエハ200を保持する。なお、形成したGe膜の酸化を抑制するように、負圧移載室11内や保持室内の雰囲気は、例えば、大気圧未満の圧力雰囲気であって、かつ、N2ガス等の不活性ガス雰囲気とし、酸素(O2)ガスの分圧を低下させておく。
本実施形態によれば、以下に示す効果のうち1つ又は複数の効果を奏する。
図5(a)に示した上述の成膜シーケンスでは、Ge原料ガス供給工程とNH3ガス供給工程とを、それらの間に処理室201内をパージする残留ガス除去工程を挟んで交互に行うサイクルを所定回数行う例について説明したが、本実施形態は係る形態に限定されない。すなわち、図5(b)に示されているように、Ge原料ガス供給工程とNH3ガス供給工程とを、それらの間に処理室201内をパージする残留ガス除去工程を挟まずに交互に連続して行うサイクルを所定回数(n回)行うようにしてもよい。但し、図5(a)に示す成膜シーケンスの方が、処理室201内においてGe原料ガスとNH3ガスとが気相中で混合し反応してしまうことをより確実に防ぐことができ、処理室201内でのパーティクルの発生を抑制したり、処理室201内のクリーニング頻度を低減したりすることができ、好ましい。
上述の実施形態では、1元系の膜であるGe膜を基板上に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。すなわち、複数種類の所定元素を含む膜、すなわち、多元系の膜を基板上に形成する場合にも、本発明は好適に適用可能である。
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのGeと、該Geに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するGe原料ガスと、所定元素としてのSbと、該Sbに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するSb原料ガスと、所定元素としてのTeと、該Teに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するTe原料ガスと、を供給する工程と、
処理室201内のウエハ200に対して、Ge原料ガス、Sb原料ガスおよびTe原料ガスの分解をそれぞれ促進させる反応ガスとしてNH3ガスを供給する工程と、
を交互に所定回数(1回以上)行うことで、ウエハ200上に、Ge,Sb,Teの3つの所定元素を含む3元系の膜であるGeSbTe膜を形成する例について説明する。
図6(a)は、本実施形態に係るガス供給シーケンスを示すタイミング図である。なお、以下では、Ge原料ガス、Sb原料ガス、Te原料ガスを総称して、単に、原料ガスとも称する。
基板搬入工程、載置工程〜圧力調整工程、温度調整工程については、上述の第1実施形態と同様の処理手順および同様の処理条件で行う。
その後、次の2つのステップ、すなわち、ステップ1b,2bを順次実行する。
(原料ガス供給)
va4,vb4,vc4を同時に閉じ、va3,vb3,vc3を同時に開いて、処理室201内へのGe原料ガス、Sb原料ガス、Te原料ガスの供給を同時に開始する。原料ガス供給口210aからシャワーヘッド240の上部へと供給されたGe原料ガス、Sb原料ガス、Te原料ガスは、それぞれ、第1バッファ空間(分散室)240cを経て分散板240aの複数の通気孔から第2バッファ空間240dへと入り、さらにシャワー板240bの複数の通気孔を通過して処理室201内に供給され、加熱されたウエハ200に対して供給される。なお、処理室201内へのGe原料ガス、Sb原料ガス、Te原料ガスの供給時には、処理室201内におけるGe原料ガス、Sb原料ガス、Te原料ガスの拡散を促すように、バルブve1,ve2,ve3,vf1,vf2,vf3は開いたままとし、処理室201内にN2ガスを常に流しておくことが好ましい。
所定の厚さのGeSbTe層が形成された後、バルブva3,vb3,vc3を閉じ、バルブva4,vb4,vc4を開いて、処理室201内へのGe原料ガス、Sb原料ガス、Te原料ガスの供給を停止する。このとき、排気管261のAPCバルブ262は開いたままとして、真空ポンプ264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GeSbTe層形成に寄与した後のGe原料ガス、Sb原料ガス、Te原料ガスを処理室201内から排除する。なお、このとき、バルブve1,ve2,ve3,vf1,vf2,vf3は開いたままとして、不活性ガスとしてのN2ガスの処理室201内への供給を維持する点や、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。この点は、第1実施形態で説明した通りである。
(NH3ガス供給)
ステップ2bは、第1実施形態のステップ2aと同様の処理手順および同様の処理条件で行う。すなわち、このステップでは、加熱されたウエハ200に対して、原料ガスの分解を促すNH3ガスを供給する。
GeSbTe層から残留リガンドを除去した後、バルブvd3を閉じ、処理室201内へのNH3ガスの供給を停止する。このとき、排気管261のAPCバルブ262は開いたままとして、真空ポンプ264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GeSbTe層からの残留リガンドの除去に寄与した後のNH3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ve1,ve2,ve3,vf1,vf2,vf3は開いたままとして、不活性ガスとしてのN2ガスの処理室201内への供給を維持する点や、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点は、第1実施形態で説明した通りである。
上述したステップ1b,2bを1サイクルとして、このサイクルを1回以上(所定回数)行うことにより、ウエハ200上に、所定膜厚のGe,Sb,Teを含む膜(GeSbTe膜)が形成される。なお、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、1サイクルあたりに形成するGeSbTe層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい。
ウエハ温度:200〜400℃
処理室内圧力:50〜400Pa
Ge原料ガス流量:0.1〜100sccm
Sb原料ガス流量:0.1〜100sccm
Te原料ガス流量:0.1〜100sccm
NH3ガス流量:50〜1000sccm
N2流量:0〜2000sccm
Ge原料ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
Sb原料ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
Te原料ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
NH3ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
N2ガス供給時間(パージ時間):1〜120秒、好ましくは1〜60秒
GeSbTe膜厚:1〜100nm
が例示される。
パージ及び大気圧復帰工程〜基板搬出工程については、上述の第1実施形態と同様の処理手順および同様の処理条件で行う。
図6(a)に示した上述の成膜シーケンスでは、原料ガス(Ge原料ガス、Sb原料ガス、Te原料ガス)供給工程とNH3ガス供給工程とを、それらの間に処理室201内をパージする残留ガス除去工程を挟んで交互に行うサイクルを所定回数行う例について説明したが、本実施形態は係る形態に限定されない。すなわち、図6(b)に示されているように、原料ガス(Ge原料ガス、Sb原料ガス、Te原料ガス)供給工程とNH3ガス供給工程とを、それらの間に処理室201内をパージする残留ガス除去工程を挟まずに交互に連続して行うサイクルを所定回数行うようにしてもよい。但し、図6(a)に示す成膜シーケンスの方が、処理室201内において原料ガス(Ge原料ガス、Sb原料ガス、Te原料ガス)とNH3ガスとが気相中で混合し反応してしまうことをより確実に防ぐことができ、処理室201内でのパーティクルの発生を抑制したり、処理室201内のクリーニング頻度を低減したりすることができ、好ましい。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の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。
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのGeと、該Geに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するGe原料ガスを供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、Ge原料ガスの分解を促進させる反応ガスとしてNH3ガスを供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのSbと、該Sbに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するSb原料ガスを供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、Sb原料ガスの分解を促進させる反応ガスとしてNH3ガスを供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのTeと、該Teに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するTe原料ガスを供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、Te原料ガスの分解を促進させる反応ガスとしてNH3ガスを供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
を含むサイクルを所定回数(n回)行うことで、ウエハ200上に、GeSbTe膜を形成することができる。
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのGeと、該Geに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するGe原料ガスを供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、Ge原料ガスの分解を促進させる反応ガスとしてNH3ガスを供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
を1セットとしてこのセットを所定回数(x回)行う工程と、
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのSbと、該Sbに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するSb原料ガスを供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、Sb原料ガスの分解を促進させる反応ガスとしてNH3ガスを供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
を1セットとしてこのセットを所定回数(y回)行う工程と、
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのTeと、該Teに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するTe原料ガスを供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、Te原料ガスの分解を促進させる反応ガスとしてNH3ガスを供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
を1セットとしてこのセットを所定回数(z回)行う工程と、
を含むサイクルを所定回数(n回)行うことで、ウエハ200上に、GeSbTe膜を形成することができる。
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのGeと、該Geに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するGe原料ガスを供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのSbと、該Sbに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するSb原料ガスを供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのTeと、該Teに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するTe原料ガスを供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、Ge原料ガス、Sb原料ガスおよびTe原料ガス)の分解をそれぞれ促進させる反応ガスとしてNH3ガスを供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
を含むサイクルを所定回数(n回)行うことで、ウエハ200上に、GeSbTe膜を形成することができる。
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのGeと、該Geに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するGe原料ガスと、Ge原料ガスの分解を促進させる反応ガスとしてのNH3ガスとを同時に供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのSbと、該Sbに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するSb原料ガスと、Sb原料ガスの分解を促進させる反応ガスとしてのNH3ガスとを同時に供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのTeと、該Teに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するTe原料ガスと、Te原料ガスの分解を促進させる反応ガスとしてのNH3ガスとを同時に供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
を含むサイクルを所定回数(n回)行うことで、ウエハ200上に、GeSbTe膜を形成することができる。
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのGeと、該Geに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するGe原料ガスと、所定元素としてのSbと、該Sbに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するSb原料ガスと、Ge原料ガスおよびSb原料ガスの分解をそれぞれ促進させる反応ガスとしてのNH3ガスとを同時に供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのTeと、該Teに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するTe原料ガスと、Te原料ガスの分解を促進させる反応ガスとしてのNH3ガスとを同時に供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
を含むサイクルを所定回数(n回)行うことで、ウエハ200上に、GeSbTe膜を形成することができる。
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのGeと、該Geに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するGe原料ガスと、Ge原料ガスの分解を促進させる反応ガスとしてのNH3ガスとを同時に供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのSbと、該Sbに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するSb原料ガスと、所定元素としてのTeと、該Teに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するTe原料ガスと、Sb原料ガスおよびTe原料ガスの分解をそれぞれ促進させる反応ガスとしてのNH3ガスとを同時に供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
を含むサイクルを所定回数(n回)行うことで、ウエハ200上に、GeSbTe膜を形成することができる。
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのGeと、該Geに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するGe原料ガスと、所定元素としてのTeと、該Teに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するTe原料ガスと、Ge原料ガスおよびTe原料ガスの分解をそれぞれ促進させる反応ガスとしてのNH3ガスとを同時に供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、所定元素としてのSbと、該Sbに結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有するSb原料ガスと、Sb原料ガスの分解を促進させる反応ガスとしてのNH3ガスとを同時に供給し、その後、処理室201内をパージするステップと、
を含むサイクルを所定回数(n回)行うことで、ウエハ200上に、GeSbTe膜を形成することができる。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
基板に対して、所定元素と、該所定元素に結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有する原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、前記原料ガスの分解を促進させる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、前記所定元素を含む膜を形成する工程を有する基板処理方法が提供される。
付記1の基板処理方法であって、好ましくは、
前記原料ガスの組成式中(1分子中)における前記リガンドの数が3以下である。
付記1の基板処理方法であって、好ましくは、
前記原料ガスの組成式中(1分子中)における前記リガンドの数が2または3である。
付記1の基板処理方法であって、好ましくは、
前記原料ガスの組成式中(1分子中)における前記リガンドの数が2である。
付記1乃至4のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記リガンドは、炭素(C)、水素(H)、酸素(O)および窒素(N)のうち少なくともいずれかの元素を含む。
付記1乃至5のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記所定元素と前記各リガンドとを結ぶ直線同士がなす角度が略180°または略120°である。
付記1乃至6のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記所定元素の原子価は4価以上である。
付記1乃至6のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記所定元素の原子価は4価である。
付記1乃至8のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記所定元素と前記リガンドとの結合は、二重結合以上の結合を含む。
付記1乃至8のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記所定元素と前記リガンドとの結合は、二重結合または三重結合を含む。
付記1乃至10のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記所定元素は金属元素、半金属元素および半導体元素のうち少なくともいずれかの元素を含む。
付記1乃至10のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記所定元素はゲルマニウム(Ge)を含む。
付記1乃至11のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記原料ガスは複数の原料ガスを含み、前記複数の原料ガスは、それぞれ異なる所定元素を含む。
付記1乃至11のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記原料ガスは、第1の所定元素を含む第1の原料ガスと、第2の所定元素を含む第2の原料ガスとを含む。
付記1乃至11のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記原料ガスは、第1の所定元素を含む第1の原料ガスと、第2の所定元素を含む第2の原料ガスと、第3の所定元素を含む第3の原料ガスとを含む。
付記13乃至15のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記各所定元素は金属元素、半金属元素および半導体元素のうち少なくともいずれかの元素を含む。
付記1乃至13、15のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記原料ガスは、ゲルマニウム(Ge)を含む第1の原料ガスと、アンチモン(Sb)を含む第2の原料ガスと、テルル(Te)を含む第3の原料ガスとを含む。
付記1乃至17のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記反応ガスは、還元ガスを含む。
付記1乃至18のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記反応ガスは、水素含有ガスを含む。
付記1乃至19のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記反応ガスは、アンモニア(NH3)ガスおよび水素(H2)ガスのうち少なくとも何れかを含む。
付記1乃至20のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記所定元素を含む膜を形成する工程では、前記原料ガスを供給する工程と、前記反応ガスを供給する工程と、を交互に行うサイクルを所定回数行う。
付記1乃至21のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記所定元素を含む膜を形成する工程は、基板を処理室内に収容した状態で行われ、
前記原料ガスと前記反応ガスとは、異なる供給口より別々に前記処理室内へ供給される。
付記1乃至22のいずれかの基板処理方法であって、好ましくは、
前記所定元素を含む膜を形成する工程は、前記原料ガスが熱分解する条件下で行われる。
本発明の他の態様によれば、
基板に対して、所定元素と、該所定元素に結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有する原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、前記原料ガスの分解を促進させる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、前記所定元素を含む膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板に対して処理が行われる処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して、所定元素と、該所定元素に結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有する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、前記原料ガスの分解を促進させる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、前記所定元素を含む膜を形成する処理を行うように、前記ガス供給系を制御するよう構成される制御部と、
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、所定元素と、該所定元素に結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有する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、前記原料ガスの分解を促進させる反応ガスを供給する手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素を含む膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
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、所定元素と、該所定元素に結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有する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、前記原料ガスの分解を促進させる反応ガスを供給する手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素を含む膜を形成する手順をコンピュータに実行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。
206 ヒータ
201 処理室
202 処理容器
210a 原料ガス供給口
210b 反応ガス供給口
280 コントローラ(制御部)
Claims (3)
- 基板に対して、所定元素と、該所定元素に結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有する原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、前記原料ガスの分解を促進させる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、前記所定元素を含む膜を形成する工程を有する基板処理方法。 - 基板に対して処理が行われる処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して、所定元素と、該所定元素に結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有する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、前記原料ガスの分解を促進させる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、前記所定元素を含む膜を形成する処理を行うように、前記ガス供給系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 - 基板処理装置の処理室内の基板に対して、所定元素と、該所定元素に結合するリガンドと、が同一平面上に配置されてなる構造を有する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、前記原料ガスの分解を促進させる反応ガスを供給する手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素を含む膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラム。
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