JP2014116626A - 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 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板を処理容器内に搬入する工程と、処理容器内に所定元素を含む第1の原料ガスと所定元素を含む第2の原料ガスと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、処理容器内に第1の原料ガスおよび第2の原料ガスとは異なる反応ガスを供給し排気することで、所定元素含有層を酸化層、窒化層または酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、基板上に所定膜厚の酸化膜、窒化膜または酸窒化膜を形成する処理を行う工程と、処理済基板を処理容器内から搬出する工程と、を有し、第1の原料ガスは第2の原料ガスよりも反応性が高く、所定元素含有層を形成する工程では第1の原料ガスの供給量を第2の原料ガスの供給量よりも少なくする。
【選択図】 図4
Description
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内に所定元素を含む第1の原料ガスと前記所定元素を含む第2の原料ガスとを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、前記処理容器内に前記第1の原料ガスおよび前記第2の原料ガスとは異なる反応ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を酸化層、窒化層または酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の酸化膜、窒化膜または酸窒化膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記第1の原料ガスは前記第2の原料ガスよりも反応性が高く、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給量を、前記第2の原料ガスの供給量よりも少なくする半導体装置の製造方法が提供される。
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内にシリコンを含む第1の原料ガスとシリコンを含む第2の原料ガスとを供給し排気することで、前記基板上にシリコン含有層を形成する工程と、前記処理容器内に前記第1の原料ガスおよび前記第2の原料ガスとは異なる反応ガスを供給し排気することで、前記シリコン含有層をシリコン酸化層、シリコン窒化層またはシリコン酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記第1の原料ガスは前記第2の原料ガスよりも反応性が高く、
前記シリコン含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給量を、前記第2の原料ガスの供給量よりも少なくする半導体装置の製造方法が提供される。
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に所定元素を含む第1の原料ガスを供給する第1の原料ガス供給系と、
前記処理容器内に前記所定元素を含む第2の原料ガスを供給する第2の原料ガス供給系と、
前記処理容器内に前記第1の原料ガスおよび前記第2の原料ガスとは異なる反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理容器内に前記第1の原料ガスと前記第2の原料ガスとを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する処理と、前記処理容器内に前記反応ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を酸化層、窒化層または酸窒化層に改質する処理と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の酸化膜、窒化膜または酸窒化膜を形成する処理を行うように、前記第1の原料ガス供給系、前記第2の原料ガス供給系、前記反応ガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、を有し、
前記第1の原料ガスは前記第2の原料ガスよりも反応性が高く、
前記制御部は、さらに、前記所定元素含有層を形成する処理において、前記第1の原料ガスの供給量を、前記第2の原料ガスの供給量よりも少なくするように前記第1の原料ガス供給系および前記第2の原料ガス供給系を制御するよう構成される基板処理装置が提供される。
SiH2Cl2+Si2Cl6→2Si+SiCl4+2HCl
SiH2Cl2+Si2Cl6→Si+2SiCl4+H2
なお、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(NH3)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を介して処理室201内に供給されるようにしてもよい。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してもよい。このとき同時に、第2不活性ガス供給管234b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2ガス供給管232b内に供給されるようにしてもよい。
以下、これを具体的に説明する。なお、本実施形態では、シリコンを含む第1の原料ガスとしてHCDガスを、シリコンを含む第2の原料ガスとしてDCSガスを、反応ガスとしての酸素含有ガス、水素含有ガスとしてO2ガス、H2ガスをそれぞれ用い、図3の成膜フロー、図4、図5、図6の成膜シーケンスにより、基板上に絶縁膜としてシリコン酸化膜(SiO2膜)を形成する例について説明する。
第3ガス供給管232cのバルブ243e、第3不活性ガス供給管234cのバルブ243fを開き、第3ガス供給管232cにHCDガス、第3不活性ガス供給管234cに不活性ガス(例えばN2ガス)を流す。また、第4ガス供給管232dのバルブ243gを開き、第4ガス供給管232dにDCSガスを流す。不活性ガスは、第3不活性ガス供給管234cから流れ、マスフローコントローラ241fにより流量調整される。HCD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241eにより流量調整される。DCS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241gにより流量調整される。流量調整されたHCDガスと、流量調整されたDCSガスと、流量調整された不活性ガスは、第3ガス供給管232c内で混合されて、第3ノズル233c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(HCD及びDCS供給)。
ウエハ200上にシリコン含有層が形成された後、第3ガス供給管232cのバルブ243eを閉じ、HCDガスの供給を停止する。また、第4ガス供給管232dのバルブ243gを閉じ、DCSガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ242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ガスやDCSガスを処理室201内から排除する。このとき、不活性ガスを処理室201内へ供給すると、残留したHCDガスやDCSガスを排除する効果が更に高まる(残留ガス除去)。このときのヒータ207の温度は、ウエハ200の温度がHCDガスおよびDCSガスの供給時と同じく350〜850℃、好ましくは400〜700℃の範囲内の温度となるように設定する。
処理室201内の残留ガスを除去した後、第1ガス供給管232aのバルブ243a、第1不活性ガス供給管234aのバルブ243cを開き、第1ガス供給管232aにO2ガス、第1不活性ガス供給管234aに不活性ガスを流す。不活性ガスは、第1不活性ガス供給管234a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。O2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O2ガスは、流量調整された不活性ガスと第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。
このとき同時に、第2ガス供給管232bのバルブ243b、第2不活性ガス供給管234bのバルブ243dを開き、第2ガス供給管232bにH2ガス、第2不活性ガス供給管234bに不活性ガスを流す。不活性ガスは、第2不活性ガス供給管234b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。H2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H2ガスは、流量調整された不活性ガスと第2ガス供給管232b内で混合されて、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処理室201内に供給され排気管231から排気される(O2及びH2供給)。なお、O2ガス及びH2ガ
スはプラズマによって活性化することなく処理室201内に供給する。
シリコン含有層をシリコン酸化層へと改質した後、第1ガス供給管232aのバルブ243aを閉じ、O2ガスの供給を停止する。また、第2ガス供給管232bのバルブ243bを閉じ、H2ガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ242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O2ガスやH2ガスを処理室201内から排除する。このとき、不活性ガスを処理室201内へ供給すると、残留したO2ガスやH2ガスを排除する効果が更に高まる(残留ガス除去)。このときのヒータ207の温度は、ウエハ200の温度がO2ガス及びH2ガスの供給時と同じく350〜850℃、好ましくは400〜700℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
上述の実施形態では、水素含有ガスとしてのH2ガスは、図4、図5、図6に示すように間欠的に、すなわち、ステップ3においてのみ供給する例について説明したが、連続的に、すなわち、ステップ1〜4を繰り返す間中、常に供給し続けるようにしてもよい。また、H2ガスを間欠的に供給する場合でも、ステップ1および3においてのみ供給するようにしてもよいし、ステップ1〜3にかけて供給するようにしてもよい。また、ステップ2〜3にかけて供給するようにしてもよいし、ステップ3〜4にかけて供給するようにしてもよい。
例えば本発明は、シリコン含有層をシリコン酸化層に改質する代わりにシリコン窒化層に改質することで、基板上に所定膜厚のシリコン窒化膜を形成する場合(SiN成膜)にも適用できる。この場合、反応ガスとしては窒素含有ガスを用いる。窒素含有ガスとしては、例えばNH3ガスを用いる。この場合の成膜フローは上述の実施形態における成膜フローとはステップ3、4だけが異なることとなり、その他は上述の実施形態における成膜フローと同様となる。以下、本発明をSiN成膜へ適用する場合の成膜シーケンスについて説明する。
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、第2不活性ガス供給管234bのバルブ243dを開き、第2ガス供給管232bにNH3ガス、第2不活性ガス供給管234bに不活性ガスを流す。不活性ガスは、第2不活性ガス供給管234b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。NH3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NH3ガスは、流量調整された不活性ガスと第2ガス供給管232b内で混合されて、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処理室201内に供給され排気管231から排気される(NH3供給)。なお、NH3ガスはプラズマによって活性化することなく処理室201内に供給する。
シリコン含有層をシリコン窒化層へと改質した後、第2ガス供給管232bのバルブ243bを閉じ、NH3ガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ242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NH3ガスを処理室201内から排除する。このとき、不活性ガスを処理室201内へ供給すると、残留したNH3ガスを排除する効果が更に高まる(残留ガス除去)。このときのヒータ207の温度は、ウエハ200の温度がNH3ガスの供給時と同じく350〜850℃、好ましくは400〜700℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
また例えば本発明は、シリコン含有層をシリコン酸化層に改質する代わりにシリコン酸窒化層に改質することで、基板上に所定膜厚のシリコン酸窒化膜を形成する場合(SiON成膜)にも適用できる。この場合、反応ガスとしては窒素含有ガスおよび酸素含有ガスを用いる。窒素含有ガスとしては、例えばNH3ガスを用いる。酸素含有ガスとしては、例えばO2ガスを用いる。この場合の成膜フローは上述の実施形態における成膜フローとはステップ3、4だけが異なることとなり、その他は上述の実施形態における成膜フローと同様となる。以下、本発明をSiON成膜へ適用する場合の成膜シーケンスについて説明する。
ステップ3は、上述のSiN成膜への適用におけるステップ3と同様に行う。
ステップ4は、上述のSiN成膜への適用におけるステップ4と同様に行う。
処理室201内の残留ガスを除去した後、第1ガス供給管232aのバルブ243a、第1不活性ガス供給管234aのバルブ243cを開き、第1ガス供給管232aにO2ガス、第1不活性ガス供給管234aに不活性ガスを流す。不活性ガスは、第1不活性ガス供給管234a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。O2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O2ガスは、流量調整された不活性ガスと第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。
SiN層をシリコン酸化層へと改質した後、第1ガス供給管232aのバルブ243aを閉じ、O2ガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ242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O2ガスを処理室201内から排除する。このとき、不活性ガスを処理室201内へ供給すると、残留したO2ガスを排除する効果が更に高まる(残留ガス除去)。このときのヒータ207の温度は、ウエハ200の温度がO2ガスの供給時と同じく350〜850℃、好ましくは400〜700℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
また本発明は、所定元素としてのシリコン(Si)等の半導体元素を含む原料ガスを用いる代わりに、所定元素としてのチタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、アルミニウム(Al)等の金属元素を含む原料ガスを用いることで、基板上に所定膜厚の金属酸化膜、金属窒化膜または金属酸窒化膜を形成する場合にも適用できる。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内に所定元素を含む第1の原料ガスと前記所定元素を含む第2の原料ガスとを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、前記処理容器内に前記第1の原料ガスおよび前記第2の原料ガスとは異なる反応ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を酸化層、窒化層または酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の酸化膜、窒化膜または酸窒化膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記第1の原料ガスは前記第2の原料ガスよりも反応性が高く、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給量を、前記第2の原料ガスの供給量よりも少なくする半導体装置の製造方法が提供される。
よりも先に、前記第1の原料ガスの供給を停止する。
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内にシリコンを含む第1の原料ガスとシリコンを含む第2の原料ガスとを供給し排気することで、前記基板上にシリコン含有層を形成する工程と、前記処理容器内に前記第1の原料ガスおよび前記第2の原料ガスとは異なる反応ガスを供給し排気することで、前記シリコン含有層をシリコン酸化層、シリコン窒化層またはシリコン酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記第1の原料ガスは前記第2の原料ガスよりも反応性が高く、
前記シリコン含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給量を、前記第2の原料ガスの供給量よりも少なくする半導体装置の製造方法が提供される。
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内にヘキサクロロジシランガスとジクロロシランガスとを供給し排気することで、前記基板上にシリコン含有層を形成する工程と、前記処理容器内に反応ガスを供給し排気することで、前記シリコン含有層をシリコン酸化層、シリコン窒化層またはシリコン酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記シリコン含有層を形成する工程では、前記ヘキサクロロジシランガスの供給量を、前記ジクロロシランガスの供給量よりも少なくする半導体装置の製造方法が提供される。
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に所定元素を含む第1の原料ガスを供給する第1の原料ガス供給系と、
前記処理容器内に前記所定元素を含む第2の原料ガスを供給する第2の原料ガス供給系と、
前記処理容器内に前記第1の原料ガスおよび前記第2の原料ガスとは異なる反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理容器内に前記第1の原料ガスと前記第2の原料ガスとを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する処理と、前記処理容器内に前記反応ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を酸化層、窒化層または酸窒化層に改質する処理と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の酸化膜、窒化膜または酸窒化膜を形成する処理を行うように、前記第1の原料ガス供給系、前記第2の原料ガス供給系、前記反応ガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、を有し、
前記第1の原料ガスは前記第2の原料ガスよりも反応性が高く、
前記制御部は、さらに、前記所定元素含有層を形成する処理において、前記第1の原料ガスの供給量を、前記第2の原料ガスの供給量よりも少なくするように前記第1の原料ガス供給系および前記第2の原料ガス供給系を制御するよう構成される基板処理装置が提供される。
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内に所定元素を含む少なくとも2種類の原料ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、前記処理容器内に前記原料ガスとは異なる反応ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を酸化層、窒化層または酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の酸化膜、窒化膜または酸窒化膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記少なくとも2種類の原料ガスのうち、反応性の最も高い原料ガスの供給量を、他の原料ガスの供給量よりも少なくする半導体装置の製造方法が提供される。
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内にシリコンを含む少なくとも2種類の原料ガスを供給し排気することで、前記基板上にシリコン含有層を形成する工程と、前記処理容器内に前記原料ガスとは異なる反応ガスを供給し排気することで、前記シリコン含有層をシリコン酸化層、シリコン窒化層またはシリコン酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記シリコン含有層を形成する工程では、前記少なくとも2種類の原料ガスのうち、反応性の最も高い原料ガスの供給量を、他の原料ガスの供給量よりも少なくする半導体装置の製造方法が提供される。
基板を処理する処理容器と、
前記処理容器内に所定元素を含む少なくとも2種類の原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に前記原料ガスとは異なる反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理容器内に前記少なくとも2種類の原料ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する処理と、前記処理容器内に前記反応ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を酸化層、窒化層または酸窒化層に改質する処理と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の酸化膜、窒化膜または酸窒化膜を形成する処理を行うと共に、前記所定元素含有層を形成する処理において、前記少なくとも2種類の原料ガスのうち、反応性の最も高い原料ガスの供給量を、他の原料ガスの供給量よりも少なくするように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系および前記排気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。
200 ウエハ
201 処理室
202 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
232c 第3ガス供給管
232d 第4ガス供給管
Claims (6)
- 基板に対して所定元素を含み反応性がそれぞれ異なる少なくとも2種類の原料ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
前記基板に対して前記原料ガスとは異なる反応ガスを供給することで、前記所定元素含有層を改質する工程と、
を交互に繰り返すことで、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工程を有する半導体装置の製造方法。 - 前記所定元素含有層を形成する工程では、前記少なくとも2種類の原料ガスのうち、反応性の最も高い原料ガスの供給量を、他の原料ガスの供給量よりも少なくする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記所定元素含有層を形成する工程では、前記反応性の最も高い原料ガスの供給流量を、前記他の原料ガスの供給流量よりも少なくする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記所定元素含有層を形成する工程では、前記反応性の最も高い原料ガスの供給時間を、前記他の原料ガスの供給時間よりも短くする請求項2または3に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板に対して所定元素を含み反応性がそれぞれ異なる少なくとも2種類の原料ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
前記基板に対して前記原料ガスとは異なる反応ガスを供給することで、前記所定元素含有層を改質する工程と、
を交互に繰り返すことで、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工程を有する基板処理方法。 - 基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に所定元素を含み反応性がそれぞれ異なる少なくとも2種類の原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に前記原料ガスとは異なる反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内の基板に対して前記少なくとも2種類の原料ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する処理と、前記処理容器内の前記基板に対して前記反応ガスを供給することで、前記所定元素含有層を改質する処理と、を交互に繰り返すことで、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。
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