JP2016103650A - 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 - Google Patents
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Abstract
Description
基板上に薄膜を形成する工程と、
前記薄膜を形成する工程における前記基板の温度よりも高い第1の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記薄膜中から水分および塩素を含む第1の不純物を除去する工程と、
前記第1の温度以上の第2の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記第1の温度で熱処理した後の前記薄膜中から、炭化水素化合物を含む第2の不純物を除去する工程と、
を有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室と、
薄膜を形成するための処理ガスを前記処理室内へ供給する処理ガス供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内の基板に対して前記処理ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する処理と、前記薄膜を形成する処理における前記基板の温度よりも高い第1の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記薄膜中から水分および塩素を含む第1の不純物を除去する処理と、前記第1の温度以上の第2の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記第1の温度で熱処理した後の前記薄膜中から、炭化水素化合物を含む第2の不純物を除去する処理と、を行うように、前記処理ガス供給系および前記ヒータ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。
基板上に薄膜を形成する第1基板処理部と、前記薄膜を熱処理する第2基板処理部と、
を有する基板処理システムであって、
前記第1基板処理部は、
基板を収容する第1処理室と、
薄膜を形成するための処理ガスを前記第1処理室内へ供給する処理ガス供給系と、
前記第1処理室内の基板に対して前記処理ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する処理を行うように、前記処理ガス供給系を制御するよう構成される第1制御部と、を有し、
前記第2基板処理部は、
基板を収容する第2処理室と、
前記第2処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記第2処理室内に前記薄膜が形成された前記基板を収容した状態で、前記薄膜を形成する処理における前記基板の温度よりも高い第1の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記薄膜中から水分および塩素を含む第1の不純物を除去する処理と、前記第1の温度以上の第2の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記第1の温度で熱処理した後の前記薄膜中から、炭化水素化合物を含む第2の不純物を除去する処理と、を行うように、前記ヒータを制御するよう構成される第2制御部と、を有する基板処理システムが提供される。
処理室内の基板上に薄膜を形成する手順と、
前記薄膜を形成する手順における前記基板の温度よりも高い第1の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記薄膜中から水分および塩素を含む第1の不純物を除去する手順と、
前記第1の温度以上の第2の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記第1の温度で熱処理した後の前記薄膜中から、炭化水素化合物を含む第2の不純物を除去する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
以下、本発明の第1実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1に示すように、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。ヒータ207は、後述するようにガスを熱で活性化(励起)させる活性化機構(励起部)としても機能する。
上述の基板処理装置を用い、半導体装置(半導体デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に薄膜を形成(成膜)するシーケンス例について、図4(a)を用いて説明する。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。
基板としてのウエハ200に対してSi、CおよびClを含みSi−C結合を有する原料ガスとしてBTCSMガスを供給する工程と、
ウエハ200に対して酸化ガスとしてH2Oガスを供給する工程と、
ウエハ200に対して触媒ガスとしてピリジンガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200上に、Si、OおよびCを含む薄膜としてシリコン酸炭化膜(以下、SiOC膜ともいう)を形成する工程を行う。このSiOC膜を、Cを含むSiO膜や、Cがドープ(添加)されたSiO膜と称することもできる。
BTCSMガスを供給する工程を、ピリジンガスを供給する工程を実施した状態で行い、
H2Oガスを供給する工程を、ピリジンガスを供給する工程を実施した状態で行う。
SiOC膜を形成する工程におけるウエハ200の温度よりも高い第1の温度でSiOC膜を熱処理することにより、SiOC膜中から第1の不純物を除去する工程と、
第1の温度以上の第2の温度でSiOC膜を熱処理することにより、第1の温度で熱処理した後のSiOC膜中から、第1の不純物とは異なる第2の不純物を除去する工程と、を更に行う。
これらの熱処理は、酸素非含有の雰囲気下、すなわち、ウエハ200に対して酸素非含有ガスとしてN2ガスを供給することにより生成された酸素非含有の雰囲気下で行われる。
複数のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、図1に示すように、複数のウエハ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内へ搬入(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220bを介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。
処理室201内の圧力、すなわち、ウエハ200が存在する空間の圧力が所望の圧力(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。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内のウエハ200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。ヒータ207による処理室201内の加熱は、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継続して行われる。ただし、後述するように、室温でウエハ200に対する処理を行う場合は、ヒータ207による処理室201内の加熱は行わなくてもよい。続いて、回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転を開始する。回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転は、少なくともウエハ200に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
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。
(BTCSMガス+ピリジンガス供給)
バルブ243aを開き、ガス供給管232a内へBTCSMガスを流す。BTCSMガスは、MFC241aにより流量調整され、ガス供給孔250aから処理室201内へ供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してBTCSMガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ243jを開き、ガス供給管232j内へN2ガスを流す。N2ガスは、MFC241jにより流量調整され、BTCSMガスと一緒に処理室201内へ供給され、排気管231から排気される。
第1の層が形成された後、バルブ243aを閉じ、BTCSMガスの供給を停止する。また、バルブ243cを閉じ、ピリジンガスの供給を停止する。このとき、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第1の層の形成に寄与した後のBTCSMガスおよびピリジンガスを処理室201内から排除する。また、バルブ243j〜243lは開いたままとして、処理室201内へのN2ガスの供給を維持する。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第1の層の形成に寄与した後のBTCSMガスおよびピリジンガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。
(H2Oガス+ピリジンガス供給)
ステップ1aが終了した後、バルブ243bを開き、ガス供給管232b内へH2Oガスを流す。H2Oガスは、MFC241bにより流量調整され、ガス供給孔250bからバッファ室237内へ供給されてガス供給孔250dから処理室201内へ供給され、排気管231から排気される。このとき、ノンプラズマの雰囲気下で、ウエハ200に対してH2Oガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ243kを開き、ガス供給管232k内へN2ガスを流す。N2ガスは、MFC241kにより流量調整され、H2Oガスと一緒に処理室201内へ供給され、排気管231から排気される。
その後、バルブ243bを閉じ、H2Oガスの供給を停止する。また、バルブ243cを閉じ、ピリジンガスの供給を停止する。このとき、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反応に寄与した後のH2Oガスやピリジンガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。また、バルブ243j〜243lは開いたままとして、処理室201内へのN2ガスの供給を維持する。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第2の層の形成に寄与した後のH2Oガスやピリジン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、すなわち、所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200上に、所定組成および所定膜厚のSiOC膜を成膜することができる。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SiOC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。
上述のように、例えば150℃以下の低温条件下で形成されたSiOC膜中には、水分やCl等の不純物や、CxHy系の不純物が混入していることがある。SiOC膜中にこれらの不純物が混入すると、SiOC膜のエッチング耐性が低下し、また、誘電率が増加してしまうことがある。すなわち、膜中にCを添加した効果が損なわれてしまうことがある。
SiOC膜を形成する工程におけるウエハ200の温度よりも高い第1の温度でSiOC膜を熱処理することにより、SiOC膜中から第1の不純物(水分やCl等の不純物)を除去する工程(第1の熱処理工程)と、
第1の温度以上の第2の温度でSiOC膜を熱処理することにより、第1の温度で熱処理した後のSiOC膜中から、第1の不純物とは異なる第2の不純物(CxHy系の不純物)を除去する工程(第2の熱処理工程)と、
を行い、SiOC膜中における複数種類の不純物を少なくとも2段階で除去する改質処理を行う。すなわち、SiOC膜を改質する処理、いわゆる、アニール処理を2段階で行う。以下、このSiOC膜改質工程のシーケンス例について説明する。
処理室201内の圧力、すなわち、ウエハ200が存在する空間の圧力が所望の圧力(真空度)となるよう、APCバルブ244をフィードバック制御しながら、真空ポンプ246によって処理室201内を真空排気する。また、処理室201内のウエハ200が所望の温度、すなわち、第1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。この工程においても、回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転を継続しておく。
処理室201内が所望の圧力を有するN2ガス雰囲気となり、また、ウエハ200の温度が所望の温度、すなわち、第1の温度となったら、この状態を所定時間保持し、ウエハ200上に形成されたSiOC膜に対して第1の熱処理を行う。
(昇温脱離ガス分光法)による脱離スペクトルを例示する図であり、(a)は水分(H2O)の脱離スペクトルを、(b)はClの脱離スペクトルを、(c)はC2H2の脱離スペクトルをそれぞれ例示している。図12(a)〜(c)の横軸は熱処理時のウエハ200の温度(℃)を、縦軸はイオン電流値(A)を示している。
第1の熱処理終了後、すなわち、SiOC膜中から水分やCl等の不純物を充分に脱離させて除去させた後、ウエハ200の温度を第1の温度から第2の温度へ変更する。第2の温度は第1の温度以上の温度とする。すなわち、第2の温度は、第1の温度よりも高い温度とするか、第1の温度と同等な温度とする。処理室201内の雰囲気は、第1の熱処理工程と同様の所望の圧力を有するN2ガス雰囲気に維持する。
SiOC膜を改質する処理が終了したら、バルブ243j〜243lを開いたままとして、ガス供給管232j〜232lのそれぞれからN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内がパージされ、処理室201内に残留するガスやSiOC膜から脱離した不純物等の物質を含むガス等が処理室201内から除去される。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。
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、マニホールド209の下端が開口され、処理済のウエハ200がボート217に支持された状態でマニホールド209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。処理済のウエハ200はボート217より取出される(ウエハディスチャージ)。
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。
本実施形態の成膜シーケンスは、図4(a)に示す態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。
原料ガスを供給するステップ1aでは、原料ガスとして、例えば、BTCSEガスのような、BTCSMガスとは種類の異なるアルキレンハロシラン原料ガスを供給するようにしてもよい。また例えば、TCDMDSガスのような、アルキルハロシラン原料ガスを供給するようにしてもよい。図4(b)は、原料ガスとして、BTCSMガスの代わりにTCDMDSガスを用いる例を示している。この場合、ステップ1aでは、バルブ243dの開閉制御を、図4(a)に示す成膜シーケンスのステップ1aにおけるバルブ243aの開閉制御と同様の手順で行う。その他の処理条件や処理手順は、例えば、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様とする。
することで、SiOC膜中のC濃度を高めることが容易となる。また、原料ガスとして例えばTCDMDSガスやDCTMDSガス等を選択して供給することで、エッチング耐性を維持しつつ、SiOC膜中のC濃度を適正に抑えることが可能となる。このように、複数種類の原料ガスの中から特定の原料ガスを選択して供給することで、SiOC膜中のC濃度等を精度よく制御することが可能となる。
O2ガスを供給するステップ2aでは、触媒ガスとして、ピリジンガスとは異なる分子構造を有する触媒ガス、すなわち、ピリジンガスとは異なる種類のアミン系触媒ガスを供給するようにしてもよい。すなわち、原料ガスと共に供給する触媒ガスの種類と、酸化ガスと共に供給する触媒ガスの種類と、を異ならせてもよい。この場合、ステップ2aでは、ガス供給管232cから、ピリジンガスとは異なる種類のアミン系触媒ガスを供給すればよい。その他の処理条件や処理手順は、例えば、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様とする。
上述のステップ1a,2aのサイクルを複数回行う際、その途中で、原料ガスの種類や触媒ガスの種類を変更してもよい。また、ステップ1a,2aのサイクルを複数回行う際、その途中で、触媒ガスの供給量を変更してもよい。
図1に示すような原料ガス供給ライン、触媒ガス供給ラインをそれぞれ複数備えた基板処理装置を用いる場合に限らず、図1に示す複数のガス供給ラインのうち特定のガス供給ラインのみを備えた基板処理装置を用いることも可能である。但し、複数のガス供給ラインを備えた基板処理装置を用いる場合、使用するガス供給ラインを適宜選択することで、所望の膜組成等に応じて、複数種のガスの中から特定のガスを選択して供給することが容易となる。また、1台の基板処理装置で、様々な組成比、膜質を有する膜を、汎用的かつ再現性よく形成できるようになる。また、ガス種の追加や入替等に際して、装置運用の自由度を確保することが可能となる。
SiOC膜形成工程とSiOC膜改質工程とを、異なる処理室内にて行うようにしてもよい。
次に、本発明の第2実施形態について、図6(a)を用いて説明する。本実施形態においても、上述の実施形態と同様、図1、図2に示す基板処理装置を用いる。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。
ウエハ200に対してSi、CおよびClを含みSi−C結合を有する原料ガスとしてBTCSMガスを供給する工程と、
ウエハ200に対して酸化ガスとしてO3ガスを供給する工程と、
ウエハ200に対して触媒ガスとしてTEAガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200上に、Si、OおよびCを含む薄膜としてSiOC膜を形成する工程を行う。
ウエハチャージ、ボートロード、圧力調整および温度調整後、次の2つのステップ1c,2cを順次実行する。
(BTCSMガス供給)
図4(a)に示す成膜シーケンスのステップ1aと同様の手順にて、ウエハ200に対してBTCSMガスを供給する。このとき、バルブ243c,243iを閉じた状態とし、ウエハ200に対するBTCSMガスの供給を、ピリジンガスやTEAガス等のアミン系触媒ガスの供給を停止した状態、すなわち、アミン系触媒ガスを非供給とした状態で行う。すなわち、ウエハ200に対するBTCSMガスの供給を行うときは、触媒ガスの供給を行わないこととする。
その後、上述の実施形態と同様の手順にて、BTCSMガスの供給を停止し、処理室201内からの残留ガスの除去を行う。
(O3ガス+TEAガス供給)
ステップ1cが終了した後、処理室201内へO3ガスおよびTEAガスを流す。ステップ2cでは、バルブ243g,243iの開閉制御を、図4(a)に示す成膜シーケンスのステップ2aにおけるバルブ243a,243cの開閉制御と同様の手順で行う。
その後、バルブ243gを閉じ、O3ガスの供給を停止する。また、バルブ243iを閉じ、TEAガスの供給を停止する。そして、上述の実施形態と同様の手順にて、処理室201内からの残留ガスの除去を行う。
上述したステップ1c,2cを1サイクルとして、このサイクルを1回以上、すなわち、所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200上に、所定組成および所定膜厚のSiOC膜を成膜することができる。このサイクルを複数回繰り返すのが好ましい点は、上述の実施形態と同様である。
本実施形態においても、低温条件下で形成されたSiOC膜中には、水分やCl等の不純物や、CxHy系の不純物が多く含まれる場合がある。よって、上述の実施形態と同様の手順および処理条件にて、圧力調整、温度調整、第1の熱処理、第2の熱処理、パージおよび大気圧復帰を行って、SiOC膜中の不純物を除去し、SiOC膜を改質する。これにより、SiOC膜改質工程を行う前のSiOC膜よりも、高エッチング耐性で、低誘電率のSiOC膜が得られることとなる。
本実施形態によれば、上述の実施形態と同様の効果を奏する他、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
本実施形態の成膜シーケンスは、図6(a)に示す態様に限定されず、例えば図6(b)や図6(c)に示す変形例のように変更し、ウエハ200上にSiO膜を形成することができる。
にC、H、N等の不純物が含まれる可能性もある。上述の実施形態と同様の手順および処理条件にて、SiO膜に対する第1の熱処理および第2の熱処理を行って、SiO膜中の不純物を除去し、SiO膜を改質することにより、SiO膜改質工程を行う前のSiO膜よりも、高エッチング耐性で、低誘電率のSiO膜が得られる。
次に、本発明の第3実施形態について、図7(a)、図7(b)を用いて説明する。本実施形態においても、上述の実施形態と同様、図1、図2に示す基板処理装置を用いる。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。
ウエハ200に対してSiおよびClを含む原料ガスとしてHCDSガスを供給する工程を、ウエハ200に対して触媒ガスとしてピリジンガスを供給する工程を実施した状態で行い(ステップ1d)、ウエハ200に対して酸化ガスとしてH2Oガスを供給する工程を、ウエハ200に対して触媒ガスとしてピリジンガスを供給する工程を実施した状態で行い(ステップ2d)、これらの工程を含むセットを所定回数(m1回)行うことにより、SiおよびOを含む第1の薄膜としてSiO膜を形成する工程と、
ウエハ200に対してSi、CおよびClを含みSi−C結合を有する原料ガスとしてBTCSMガスを供給する工程を、ウエハ200に対して触媒ガスとしてピリジンガスを供給する工程を実施した状態で行い(ステップ1e)、ウエハ200に対して酸化ガスとしてH2Oガスを供給する工程を、ウエハ200に対して触媒ガスとしてピリジンガスを供給する工程を実施した状態で行い(ステップ2e)、これらの工程を含むセットを所定回数(m2回)行うことにより、Si,OおよびCを含む第2の薄膜としてSiOC膜を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200上に、SiO膜とSiOC膜との積層膜を形成する工程を行う。
ウエハチャージ、ボートロード、圧力調整および温度調整後、次の2つのステップ1d,2dを順次実行する。
(HCDSガス+ピリジンガス供給)
図6(b)に示す成膜シーケンスのステップ1cと同様の手順にて、ウエハ200に対してHCDSガスを供給する。また、図4(a)に示す成膜シーケンスのステップ1aと同様の手順にて、ウエハ200に対してピリジンガスを供給する。このときの処理条件は、例えば、図6(b)に示す成膜シーケンスのステップ1cおよび図4(a)に示す成膜シーケンスのステップ1aと同様な処理条件とする。ピリジンガスは、HCDSガスに対しても、BTCSMガスに対する触媒作用と同様の触媒作用を示す。
その後、上述の実施形態と同様の手順にて、HCDSガスとピリジンガスとの供給を停止し、処理室201内からの残留ガスの除去を行う。
(H2Oガス+ピリジンガス供給)
ステップ1dが終了し処理室201内の残留ガスを除去した後、図4(a)に示す成膜シーケンスのステップ2aと同様の供給手順にて、ウエハ200に対してH2Oガスとピリジンガスとを供給する。このときの処理条件は、例えば、図4(a)に示す成膜シーケンスのステップ2aと同様な処理条件とする。これにより、第1の層は、ノンプラズマで熱的に酸化され、SiおよびOを含む第2の層、すなわち、シリコン酸化層(SiO層)へと変化させられる。
その後、上述の実施形態と同様の手順にて、H2Oガスとピリジンガスとの供給を停止し、処理室201内からの残留ガスの除去を行う。
上述したステップ1d,2dを1セットとして、このセットを1回以上、すなわち、所定回数(m1回)行うことにより、ウエハ200上に、所定組成および所定膜厚のSiO膜を成膜することができる。このセットを複数回繰り返すのが好ましい点は、上述の実施形態と同様である。
次に、図4(a)に示す成膜シーケンスのステップ1a,2aと同様の手順および処理条件で、ステップ1e,2eを順次実行する。ステップ1e,2eを1セットとして、このセットを1回以上、すなわち、所定回数(m2回)行うことにより、SiO膜上に、所定組成および所定膜厚のSiOC膜を成膜することができる。このセットを複数回繰り返すのが好ましい点は、上述の実施形態と同様である。
上述のSiO膜形成工程とSiOC膜形成工程とを1サイクルとして、このサイクルを1回以上、すなわち、所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200上に、SiO膜とSiOC膜との積層膜が形成される。なお、SiO膜形成工程とSiOC膜形成工程とは、どちらから開始してもよい。
本実施形態においても、低温条件下で形成されたSiO膜とSiOC膜との積層膜中には、水分やCl等の不純物や、CxHy系の不純物が多く含まれる場合がある。よって、上述の実施形態と同様の手順および処理条件にて、圧力調整、温度調整、第1の熱処理、第2の熱処理、パージおよび大気圧復帰を行って、積層膜中の不純物を除去し、積層膜を改質する。これにより、積層膜改質工程を行う前の積層膜よりも、高エッチング耐性で、低誘電率の積層膜が得られることとなる。
本実施形態の成膜シーケンスは、図7(a)、図7(b)に示す態様に限定されず、図8(a)や図8(b)に示す変形例のように変更することもできる。すなわち、SiO膜形成工程では、触媒ガスの供給を行わなくてもよい。また、SiO膜形成工程では、原料ガスとして、HCDSガスを用いず、例えば、Si、CおよびNを含みSi−N結合を有するBDEASガスを用いてもよい。また、SiO膜形成工程では、酸化ガスとして、プラズマで活性化させたO2ガス、すなわち、プラズマ状態に励起したO2ガスを用いてもよい。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。但し、本発明は上述の実施形態や変形例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。
らの第1の不純物および第2の不純物の脱離が開始される。その際、第1の純物の脱離が、第2の不純物の脱離よりも先に完了する。このアニールシーケンスでは、ウエハ200の温度が、SiOC膜中からの第1の不純物の脱離が開始される温度(第1の温度付近の温度)に到達してから、SiOC膜中からの第1の不純物の脱離が完了するまでの間に、第1の熱処理工程が行われる。また、SiOC膜中からの第1の不純物の脱離が概ね完了してから、すなわち、膜中から脱離する不純物のうち第2の不純物の占める割合が支配的となってから、膜中からの第2の不純物の脱離が完了するまでの間に、第2の熱処理工程が行われる。なお、SiOC膜中からの第2の不純物の脱離が開始されてから、SiOC膜中からの第1の不純物の脱離が完了するまでの期間を、第2の熱処理工程に含めて考えてもよい。すなわち、第1の熱処理工程と第2の熱処理工程とが同時に開始され、先に第1の熱処理工程が完了し、その後、第2の熱処理工程が完了するものと考えてもよい。なお、第1の熱処理工程と第2の熱処理工程とが同時に開始されても、第1の温度は上述の所望しない反応が生じる温度帯を含まないことから、第1の熱処理工程と第2の熱処理工程とが同時に行われる際に、上述の所望しない反応が生じることはない。
本発明の実施例として、上述の実施形態における基板処理装置を用い、上述の実施形態における図4(a)の成膜シーケンスによりウエハ上にSiOC膜を形成し、その後、SiOC膜の改質処理を行って、それぞれのSiOC膜の各種特性を評価した。成膜処理と改質処理とは、それぞれ異なる処理室内で、すなわち、Ex−situで行った。改質処理としては、第1の熱処理を行わず、第2の熱処理のみ行った。原料ガスとしてはBTCSMガスを、酸化ガスとしてはH2Oガスを、触媒ガスとしてはピリジンガスを、改質処理時の熱処理ガスとしてはN2ガスを用いた。処理条件は上述の実施形態と同様な処理条件とした。
本発明の実施例として、上述の実施形態における基板処理装置を用い、上述の実施形態における図4(a)の成膜シーケンスによりウエハ上にSiOC膜を形成し、その後、SiOC膜の改質処理を行った。成膜処理と改質処理とは、それぞれ異なる処理室内で、すなわち、Ex−situで行った。
本発明の実施例として、上述の実施形態における基板処理装置を用い、上述の実施形態における図4(a)の成膜シーケンスによりウエハ上にSiOC膜を形成し、その後、SiOC膜の改質処理を行った。成膜処理と改質処理とは、それぞれ異なる処理室内で、すなわち、Ex−situで行った。
本発明の実施例として、上述の実施形態における基板処理装置を用い、上述の実施形態における図4(a)の成膜シーケンスによりウエハ上にSiOC膜を形成し、その後、SiOC膜の改質処理を行った。成膜処理と改質処理とは、それぞれ異なる処理室内で、すなわち、Ex−situで行った。
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、
基板上に薄膜を形成する工程と、
前記薄膜を形成する工程における前記基板の温度よりも高い第1の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記薄膜中から水分(H2O)および塩素(Cl)を含む第1の不純物を除去する工程と、
前記第1の温度以上の第2の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記第1の温度で熱処理した後の前記薄膜中から、炭化水素化合物(CxHy系の不純物)を含む第2の不純物を除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法、および、基板処理方法が提供される。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1の不純物を除去する工程は、前記基板の温度を前記第1の温度に上昇させる期間のうち少なくとも一部を含む。
付記1または2に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1の不純物を除去する工程は、前記基板の温度を前記第1の温度に一定に維持する期間を含む。
付記1乃至3のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第2の温度は、前記第1の温度よりも高い温度である。また、前記第2の不純物を除去する工程は、前記基板の温度を前記第2の温度に上昇させる期間のうち少なくとも一部を含む。
付記1乃至4のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第2の不純物を除去する工程は、前記基板の温度を前記第2の温度に一定に維持する期間を含む。
付記1乃至5のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第2の不純物を除去する工程は、前記基板の温度を前記第2の温度から下降させる期間のうち少なくとも一部を含む。
付記1乃至3のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第2の温度は、前記第1の温度と同等の温度(同一の温度)である。また、前記第2の不純物を除去する工程は、前記基板の温度を前記第1の温度に維持する期間を含む。
付記1乃至7のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第1の温度を、前記薄膜中から前記第1の不純物を除去する際に、前記第1の不純物により前記薄膜が酸化されない温度とする。また好ましくは、前記第1の温度を、前記薄膜中から前記第1の不純物を除去する際に、前記第1の不純物と、前記薄膜中に含まれる前記第1の不純物とは異なる不純物とが、反応しない温度とする。また好ましくは、前記第1の温度を、前記薄膜中から前記第1の不純物を除去する際に、前記第1の不純物と、前記薄膜中に含まれる前記第2の不純物とが、反応しない温度とする。
付記1乃至8のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第1の温度を、300℃以上450℃以下の範囲内の温度とする。より好ましくは、前記第1の温度を、300℃以上400℃以下の範囲内の温度、さらに好ましくは、300℃以上350℃以下の範囲内の温度とする。
付記1乃至9のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第2の温度を、300℃以上900℃以下の範囲内の温度とする。より好ましくは、前記第2の温度を、350℃以上700℃以下の範囲内の温度、さらに好ましくは、400℃以上700℃以下の範囲内の温度、さらに好ましくは、450℃以上600℃以下の範囲内の温度とする。
付記1乃至10のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記薄膜は、所定元素、酸素および炭素を含む。
付記11に記載の方法であって、好ましくは、
前記薄膜を形成する工程では、
前記基板に対して前記所定元素、炭素およびハロゲン元素を含み、前記所定元素と炭素との化学結合を有する原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して酸化ガスを供給する工程と、
前記基板に対して触媒ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行う。
付記12に記載の方法であって、好ましくは、
前記薄膜を形成する工程では、前記基板の温度を、室温以上150℃以下の温度とする。また好ましくは、前記基板の温度を、室温以上100℃以下の温度、さらに好ましくは、50℃以上100℃以下の温度とする。
付記12または13に記載の方法であって、好ましくは、
前記所定元素はシリコン(Si)を含み、前記原料ガスは、Si−C結合、Si−C−Si結合およびSi−C−C−Si結合からなる群より選択される少なくとも1つを有する。
付記1乃至14のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第1の不純物を除去する工程および前記第2の不純物を除去する工程では、前記基板に対して酸素非含有ガスを供給することにより、酸素非含有の雰囲気下で、前記熱処理を行う。また、前記第1の不純物を除去する工程および前記第2の不純物を除去する工程では、前記基板に対して不活性ガスを供給することにより、不活性ガス雰囲気下で、前記熱処理を行う。
付記1乃至15のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記薄膜を形成する工程および前記薄膜を熱処理する工程(第1の不純物を除去する工程、第2の不純物を除去する工程)は、同一の処理室内で、または、それぞれ異なる処理室内で行われる。
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
薄膜を形成するための処理ガスを前記処理室内へ供給する処理ガス供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内の基板に対して前記処理ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する処理と、前記薄膜を形成する処理における前記基板の温度よりも高い第1の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記薄膜中から水分(H2O)および塩素(Cl)を含む第1の不純物を除去する処理と、前記第1の温度以上の第2の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記第1の温度で熱処理した後の前記薄膜中から、炭化水素化合物(CxHy系の不純物)を含む第2の不純物を除去する処理と、を行うように、前記処理ガス供給系および前記ヒータ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、
基板上に薄膜を形成する第1基板処理部と、前記薄膜を熱処理する第2基板処理部と、を有する基板処理システムであって、
前記第1基板処理部は、
基板を収容する第1処理室と、
薄膜を形成するための処理ガスを前記第1処理室内へ供給する処理ガス供給系と、
前記第1処理室内の基板に対して前記処理ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する処理を行うように、前記処理ガス供給系を制御するよう構成される第1制御部と、を有し、
前記第2基板処理部は、
基板を収容する第2処理室と、
前記第2処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記第2処理室内に前記薄膜が形成された前記基板を収容した状態で、前記薄膜を形成する処理における前記基板の温度よりも高い第1の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記薄膜中から水分(H2O)および塩素(Cl)を含む第1の不純物を除去する処理と、前記第1の温度以上の第2の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記第1の温度で熱処理した後の前記薄膜中から、炭化水素化合物(CxHy系の不純物)を含む第2の不純物を除去する処理と、を行うように、前記ヒータを制御するよう構成される第2制御部と、を有する基板処理システムが提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内の基板上に薄膜を形成する手順と、
前記薄膜を形成する手順における前記基板の温度よりも高い第1の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記薄膜中から水分(H2O)および塩素(Cl)を含む第1の不純物を除去する手順と、
前記第1の温度以上の第2の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記第1の温度で熱処理した後の前記薄膜中から、炭化水素化合物(CxHy系の不純物)を含む第2の不純物を除去する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム、および、該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。
200 ウエハ(基板)
201 処理室
202 処理炉
203 反応管
207 ヒータ(加熱手段)
209 マニホールド
231 排気管
232a〜232l ガス供給管
244 APCバルブ(圧力調整部)
Claims (15)
- 基板上に、所定元素と酸素との化学結合、水分および塩素を含む第1の不純物、炭化水素化合物を含む第2の不純物を含む薄膜を形成する際の前記基板の温度よりも高い第1の温度で、前記基板上に形成された前記薄膜を熱処理することにより、前記薄膜中から前記第1の不純物を除去する工程と、
前記第1の温度よりも高い第2の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記第1の温度で熱処理した後の前記薄膜中から、前記第2の不純物を除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記第1の温度を、前記薄膜中から前記第1の不純物を除去する際に、前記第1の不純物により前記薄膜が酸化されない温度とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の温度を、前記薄膜中から前記第1の不純物を除去する際に、前記第1の不純物と、前記薄膜中に含まれる前記第1の不純物とは異なる不純物とが、反応しない温度とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の温度を、前記薄膜中から前記第1の不純物を除去する際に、前記第1の不純物と、前記薄膜中に含まれる前記第2の不純物とが、反応しない温度とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の温度を、300℃以上450℃以下の範囲内の温度とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の温度を、300℃以上900℃以下の範囲内の温度とする請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記薄膜を形成する際の前記基板の温度が室温以上150℃以下の温度である請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記薄膜は、さらに前記所定元素と炭素との化学結合を含む請求項1乃至7のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の不純物を除去する工程および前記第2の不純物を除去する工程を行うことで、前記薄膜をポーラス化させる請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の不純物を除去する工程を行う前の前記薄膜はポーラス状であり、前記第1の不純物を除去する工程および前記第2の不純物を除去する工程を行うことで、前記薄膜を、さらにポーラス化させる請求項1乃至9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記薄膜は、酸化膜と酸炭化膜とが積層されてなる積層膜を含む請求項1乃至10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記所定元素は半導体元素または金属元素を含む請求項1乃至11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
基板上に、所定元素と酸素との化学結合、水分および塩素を含む第1の不純物、炭化水素化合物を含む第2の不純物を含む薄膜を形成する際の前記基板の温度よりも高い第1の温度で、前記基板上に形成された前記薄膜を熱処理することにより、前記薄膜中から前記第1の不純物を除去する処理と、前記第1の温度よりも高い第2の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記第1の温度で熱処理した後の前記薄膜中から、前記第2の不純物を除去する処理と、を前記処理室内で行わせるように、前記ヒータ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。 - 基板上に、所定元素と酸素との化学結合、水分および塩素を含む第1の不純物、炭化水素化合物を含む第2の不純物を含む薄膜を形成する際の前記基板の温度よりも高い第1の温度で、前記基板上に形成された前記薄膜を熱処理することにより、前記薄膜中から前記第1の不純物を除去する手順と、
前記第1の温度よりも高い第2の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記第1の温度で熱処理した後の前記薄膜中から、前記第2の不純物を除去する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。 - 基板上に、所定元素と酸素との化学結合、水分および塩素を含む第1の不純物、炭化水素化合物を含む第2の不純物を含む薄膜を形成する際の前記基板の温度よりも高い第1の温度で、前記基板上に形成された前記薄膜を熱処理することにより、前記薄膜中から前記第1の不純物を除去する手順と、
前記第1の温度よりも高い第2の温度で前記薄膜を熱処理することにより、前記第1の温度で熱処理した後の前記薄膜中から、前記第2の不純物を除去する手順と、
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。
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