JP2017117977A - 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
【解決手段】基板に対してハロゲン系の第1の処理ガスを供給する工程と、基板に対して非ハロゲン系の第2の処理ガスを供給する工程と、を交互に行うことで、基板上にシード層を形成する工程と、基板に対して第3の処理ガスを供給してシード層上に膜を形成する工程と、を有し、第1の処理ガスを供給する工程における基板が存在する空間の圧力を、第2の処理ガスを供給する工程における基板が存在する空間の圧力よりも大きくする。
【選択図】図4
Description
基板に対してハロゲン系の第1の処理ガスを供給する工程と、前記基板に対して非ハロゲン系の第2の処理ガスを供給する工程と、を交互に行うことで、前記基板上にシード層を形成する工程と、
前記基板に対して第3の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する工程と、
を有し、前記第1の処理ガスを供給する工程における前記基板が存在する空間の圧力を、前記第2の処理ガスを供給する工程における前記基板が存在する空間の圧力よりも大きくする技術が提供される。
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図3を用いて説明する。
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(デバイス)の製造工程の一工程として、基板上にSi膜を形成し、さらにそのSi膜を熱処理するシーケンス例について、図4、図5(a)〜図5(g)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に対して第1の処理ガスとしてDCSガスを供給するステップ1と、ウエハ200に対して第2の処理ガスとしてDSガスを供給するステップ2と、を交互に行うことで、ウエハ200上に、シード層としてSiを含む層、すなわち、Si層を形成するステップ(シードステップ)と、
ウエハ200に対して第3の処理ガスとしてMSガスを供給して、Si層上に、Siを含む膜、すなわち、Si膜を形成するステップ(CVD成膜ステップ)と、
を実施する。
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。その後、図1に示すように、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、すなわち、ウエハ200が存在する空間が所望の圧力(真空度)となるように、真空ポンプ246によって真空排気(減圧排気)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。また、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1,2を順次実行する。
このステップでは、処理室201内のウエハ200に対してDCSガスを供給する。
ステップ1が終了した後、処理室201内のウエハ200に対してDSガスを供給する。
パラレルシードステップでは、上述したステップ1,2を、交互に、すなわち、同期させることなく非同時に行うサイクルを所定回数(1回以上)行う。パラレルシードステップを行うことで、以下の処理を進行させ、ウエハ200の表面状態を、図5(d)に示す状態へと移行させることができる。
第1のSi膜200e、シード層200fを形成した後、処理室201内のウエハ200に対し、MSガスおよびPHガスを供給する。
第1のSi膜200e、第2のSi膜200gの形成が完了した後、ヒータ207の温度を適正に調整し、ウエハ200上に形成された第1のSi膜200e、第2のSi膜200gをそれぞれ熱処理する。
熱処理が終了したら、ガス供給管232d,232e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する。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(アフターパージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
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、反応管203の下端が開口される。そして、処理済のウエハ200が、ボート217に支持された状態で、反応管203の下端から反応管203の外部に搬出される(ボートアンロード)。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つ又は複数の効果が得られる。
本実施形態における成膜シーケンスは、上記に示した態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。
図6や以下に示す成膜シーケンスのように、パラレルシードステップでは、ステップ1,2を交互に行うサイクルを開始する前に、ウエハ200に対してDCSガスを供給するステップ(プリクリーニングステップ)を行うようにしてもよい。本変形例においても、各種処理条件を図4に示す成膜シーケンスの処理条件と同様に設定することで、図4に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、プリクリーニングステップを行うことで、ウエハ200に対してDCSガスを供給することによる上述のトリートメント効果を、より確実に得ることができる。特に、プリクリーニングステップにおける処理室201内の圧力(P0)を、P2よりも高い圧力であって、例えば、P1と同程度の圧力としたり(P0=P1>P2)、P1よりも大きな圧力としたり(P0>P1>P2)することで、上述のトリートメント効果を、より確実に得ることができる。また、プリクリーニングステップにおけるDCSガスの供給時間を、ステップ1におけるDCSガスの供給時間よりも長くすることで、上述のトリートメント効果を、より確実に得ることができる。
図7に示す成膜シーケンスのように、パラレルシードステップでは、ステップ1,2を交互に行うサイクルを所定回数行う際に、初回のサイクルのステップ1におけるDCSガスの供給時間を、その後のサイクルのステップ1におけるDCSガスの供給時間よりも長くしてもよい。本変形例においても、初回のサイクルのステップ1におけるDCSガスの供給時間以外の各種処理条件を図4に示す成膜シーケンスの処理条件と同様に設定することで、図4に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、初回のサイクルのステップ1におけるDCSガスの供給時間をこのように設定することで、上述のトリートメント効果を、より確実に得ることができる。
図8に示す成膜シーケンスのように、パラレルシードステップでは、ステップ1,2を交互に行うサイクルを所定回数行う際に、初回のサイクルのステップ1におけるDCSガスの供給流量を、その後のサイクルのステップ1におけるDCSガスの供給流量よりも多くしてもよい。本変形例においても、初回のサイクルのステップ1におけるDCSガスの供給流量以外の各種処理条件を図4に示す成膜シーケンスの処理条件と同様に設定することで、図4に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、初回のサイクルのステップ1におけるDCSガスの供給流量をこのように設定することで、上述のトリートメント効果を、より確実に得ることができる。
図9に示す成膜シーケンスのように、パラレルシードステップでは、ステップ1,2を交互に行うサイクルを所定回数行う際、サイクルを行う度に、ステップ1におけるDCSガスの供給流量を徐々に減少させるようにしてもよい。また、パラレルシードステップでは、ステップ1,2を交互に行うサイクルを所定回数行う際、サイクルを行う度に、ステップ1におけるDCSガスの供給時間を徐々に短縮させるようにしてもよい。本変形例においても、少なくともパラレルシードステップの実施期間のうち一部、好ましくはパラレルシードステップの初期における各種処理条件を図4に示す成膜シーケンスの処理条件と同様に設定することで、図4に示す成膜シーケンスや変形例1〜3と同様の効果が得られる。例えば、パラレルシードステップの初期においてP1>P2という関係が成立していれば、パラレルシードステップの中期以降においてP1≦P2となったとしても、図4に示す成膜シーケンスや変形例1〜3と同様の効果が得られる。また、本変形例によれば、パラレルシードステップの途中からDCSガスの供給流量や供給時間を減らすことで、DCSガスの使用量を削減し、成膜コストを低減させることも可能となる。
図10や以下に示す成膜シーケンスのように、パラレルシードステップでは、ステップ1を行った後、ステップ2を間欠的に複数回行うようにしてもよい。本変形例においても、各種処理条件を図4に示す成膜シーケンスの処理条件と同様に設定することで、図4に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、パラレルシードステップの途中からDCSガスの供給を行わないようにすることで、DCSガスの使用量を低減させ、成膜コストを削減することも可能となる。なお、本変形例のステップ1におけるDCSガスの供給時間を、図4に示す成膜シーケンスのステップ1におけるDCSガスの供給時間よりも長くすることで、上述のトリートメント効果を、より確実に得ることができる。また、本変形例のステップ1におけるDCSガスの供給流量を、図4に示す成膜シーケンスのステップ1におけるDCSガスの供給流量よりも多くすることで、上述のトリートメント効果を、より確実に得ることができる。
図11や以下に示す成膜シーケンスのように、第2、第3の処理ガスとして、同一の分子構造を有するシラン原料ガス、すなわち、マテリアルの等しいシラン原料ガスを用いるようにしてもよい。図11は、第2、第3の処理ガスとして、共にDSガスを用いる場合を示している。本変形例においても、各種処理条件を図4に示す成膜シーケンスの処理条件と同様に設定することで、図4に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、第2、第3の処理ガスとして、MSガスよりも熱分解温度が低い(吸着性が高い)DSガスを用いる場合、ウエハ200上に形成するSi膜の成膜速度を向上させ、成膜処理の生産性を向上させることも可能となる。また、第2、第3の処理ガスとして、DSガスよりも熱分解温度が高い(吸着性が低い)MSガスを用いる場合、ウエハ200上に形成するSi膜の段差被覆性や膜厚均一性を向上させることも可能となる。
第1の処理ガスとして、DCSガス以外のクロロシラン原料ガスを用いてもよい。以下、第1の処理ガスとして、HCDSガス、MCSガスを用いる成膜シーケンスを例示する。
第1の処理ガスとして、炭素(C)非含有のシラン原料ガスではなく、Cを含むシラン原料ガス、すなわち、Cソースとしても作用するシラン原料ガスを用いるようにしてもよい。以下、第1の処理ガスとして、1,1,2,2−テトラクロロ−1,2−ジメチルジシラン((CH3)2Si2Cl4、略称:TCDMDS)ガス、ビス(トリクロロシリル)メタン((SiCl3)2CH2、略称:BTCSM)ガスを用いる成膜シーケンスを例示する。
第1の処理ガスとして、Cl以外のハロゲン基を含むハロシラン原料ガス、例えば、F、Br、I等を含むハロシラン原料ガスを用いてもよい。例えば、第1の処理ガスとして、モノフルオロシラン(SiH3F、略称:MFS)ガス、トリフルオロシラン(SiHF3、略称:TFS)ガス、テトラフルオロシラン(SiF4、略称:STF)ガス、ヘキサフルオロジシラン(Si2F6、略称:HFDS)ガス等のフルオロシラン原料ガスや、モノブロモシラン(SiH3Br、略称:MBS)ガス、トリブロモシラン(SiHBr3、略称:TBS)ガス、テトラブロモシラン(SiBr4、略称:STB)ガス、ヘキサブロモジシラン(Si2Br6、略称:HBDS)ガス等のブロモシラン原料ガスや、モノヨードシラン(SiH3I、略称:MIS)ガス、トリヨードシラン(SiHI3、略称:TIS)ガス、テトラヨードシラン(SiI4、略称:STI)ガス、ヘキサヨードジシラン(Si2I6、略称:HIDS)ガス等のヨードシラン原料ガスを用いてもよい。以下、第1の処理ガスとして、STFガス、STBガス、STIガスを用いる成膜シーケンスを例示する。
第1の処理ガスとして、Si非含有のクロロ基を含むクロロ系ガスを用いてもよい。また、Si非含有のCl以外のハロゲン基を含むハロゲン系ガスを用いてもよい。以下、第1の処理ガスとして、塩化水素(HCl)ガス、塩素(Cl2)ガス、BCl3ガス、フッ化塩素(ClF3)ガスを用いる成膜シーケンスを例示する。
第2の処理ガスとして、Cおよび窒素(N)非含有のシラン原料ガスだけでなく、CおよびNを含むシラン原料ガス、すなわち、Cソースとしても作用し、Nソースとしても作用するシラン原料ガスを用いてもよい。例えば、第2の処理ガスとして、アミノシラン原料ガスを用いてもよい。アミノシラン原料ガスとしては、例えば、ブチルアミノシラン(BAS)ガス、ビスターシャリブチルアミノシラン(BTBAS)ガス、ジメチルアミノシラン(DMAS)ガス、ビスジメチルアミノシラン(BDMAS)ガス、トリスジメチルアミノシラン(3DMAS)ガス、ジエチルアミノシラン(DEAS)ガス、ビスジエチルアミノシラン(BDEAS)ガス、ジプロピルアミノシラン(DPAS)ガス、ジイソプロピルアミノシラン(DIPAS)ガス等を用いることができる。以下、第2の処理ガスとして、BTBASガス、3DMASガス、DIPASガスを用いる成膜シーケンスを例示する。
パラレルシードステップを実施する際は、ウエハ200に対して第1の処理ガスや第2の処理ガスと一緒に水素(H2)ガスを供給するようにしてもよい。例えば、ステップ1においてウエハ200に対してDCSガスと一緒にH2ガスを供給するようにしてもよい。また、ステップ2においてウエハ200に対してDSガスと一緒にH2ガスを供給するようにしてもよい。H2ガスは、例えばガス供給管232a〜232cのいずれかから供給することができる。MFC241a〜241cで制御するH2ガスの供給流量は、例えば100〜10000sccmの範囲内の流量とすることができる。
CVD成膜ステップを実施する際は、ウエハ200に対して第3の処理ガスと一緒にH2ガスを供給するようにしてもよい。H2ガスは、例えばガス供給管232a〜232cのいずれかから供給することができる。MFC241a〜241cで制御するH2ガスの供給流量は、例えば100〜10000sccmの範囲内の流量とすることができる。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、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。
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、
基板に対してハロゲン系の第1の処理ガスを供給する工程と、前記基板に対して非ハロゲン系の第2の処理ガスを供給する工程と、を交互に行うことで、前記基板上にシード層を形成する工程と、
前記基板に対して第3の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する工程と、
を有し、前記第1の処理ガスを供給する工程における前記基板が存在する空間の圧力(P1)を、前記第2の処理ガスを供給する工程における前記基板が存在する空間の圧力(P2)よりも大きくする(P1>P2とする)半導体装置の製造方法、または、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2の処理ガスを供給する工程における前記基板が存在する空間の圧力(P2)を、前記第3の処理ガスを供給する工程における前記基板が存在する空間の圧力(P3)よりも大きくする(P1>P2>P3とする)。
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の処理ガスを供給する工程における前記基板が存在する空間の圧力を、400Pa以上1000Pa以下とする。
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の処理ガスを供給する工程における前記基板が存在する空間の圧力を、250Pa以上350Pa以下とする。
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3の処理ガスを供給する工程における前記基板が存在する空間の圧力を、30Pa以上200Pa以下とする。
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の処理ガスの熱分解温度は、第3の処理ガスの熱分解温度よりも低い。
付記1乃至6のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第1の処理ガスを供給する工程と、前記第2の処理ガスを供給する工程と、を交互に行う工程(前記シード層を形成する工程)では、前記基板の温度を第1の温度とし、
前記第3の処理ガスを供給する工程では、前記基板の温度を前記第1の温度と同等もしくはそれよりも高い第2の温度とする。
付記7に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1の温度は前記第2の処理ガスが熱分解する温度であり、前記第2の温度は前記第3の処理ガスが熱分解する温度である。
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の処理ガス、前記第2の処理ガス、および前記第3の処理ガスは、それぞれ、前記膜を構成する同一の元素(所定元素、主元素)を含む。
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1の処理ガス、前記第2の処理ガス、および前記第3の処理ガスは、それぞれ、前記膜を構成する主元素であるシリコンを含む。
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、
前記第1の処理ガスは、クロロシラン(化合物)を含み、前記第2の処理ガスは、水素化ケイ素(化合物)を含み、前記第3の処理ガスは、水素化ケイ素(化合物)を含む。
付記11に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2の処理ガスは、前記第3の処理ガスよりも高次の水素化ケイ素(化合物)を含み、前記第3の処理ガスは、前記第2の処理ガスよりも低次の水素化ケイ素(化合物)を含む。
付記1乃至12のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第2の処理ガスは、第3の処理ガスと異なる分子構造(化学構造)を有する。すなわち、前記第2の処理ガスは、第3の処理ガスとはマテリアルが異なるガスである。
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対してハロゲン系の第1の処理ガスを供給する第1供給系と、
前記処理室内の基板に対して非ハロゲン系の第2の処理ガスを供給する第2供給系と、
前記処理室内の基板に対して第3の処理ガスを供給する第3供給系と、
前記処理室内の圧力を調整する圧力調整部と、
前記処理室内において、基板に対して前記第1の処理ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第2の処理ガスを供給する処理と、を交互に行うことで、前記基板上にシード層を形成する処理と、前記基板に対して前記第3の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する処理と、を行わせ、前記第1の処理ガスを供給する処理における前記基板が存在する空間の圧力を、前記第2の処理ガスを供給する処理における前記基板が存在する空間の圧力よりも大きくするように、前記第1供給系、前記第2供給系、前記第3供給系、および前記圧力調整部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、
基板に対してハロゲン系の第1の処理ガスを供給する手順と、前記基板に対して非ハロゲン系の第2の処理ガスを供給する手順と、を交互に行うことで、前記基板上にシード層を形成する手順と、
前記基板に対して第3の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させ、
前記第1の処理ガスを供給する手順における前記基板が存在する空間の圧力を、前記第2の処理ガスを供給する手順における前記基板が存在する空間の圧力よりも大きくするプログラム、または、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)
200a 絶縁膜
200e 第1のシリコン膜
200g 第2のシリコン膜
201 処理室
202 処理炉
203 反応管
207 ヒータ
231 排気管
232a〜232e ガス供給管
Claims (5)
- 基板に対してハロゲン系の第1の処理ガスを供給する工程と、前記基板に対して非ハロゲン系の第2の処理ガスを供給する工程と、を交互に行うことで、前記基板上にシード層を形成する工程と、
前記基板に対して第3の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する工程と、
を有し、前記第1の処理ガスを供給する工程における前記基板が存在する空間の圧力を、前記第2の処理ガスを供給する工程における前記基板が存在する空間の圧力よりも大きくする半導体装置の製造方法。 - 前記第2の処理ガスを供給する工程における前記基板が存在する空間の圧力を、前記第3の処理ガスを供給する工程における前記基板が存在する空間の圧力よりも大きくする請求項1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に対してハロゲン系の第1の処理ガスを供給する第1供給系と、
前記処理室内の基板に対して非ハロゲン系の第2の処理ガスを供給する第2供給系と、
前記処理室内の基板に対して第3の処理ガスを供給する第3供給系と、
前記処理室内の圧力を調整する圧力調整部と、
前記処理室内において、基板に対して前記第1の処理ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第2の処理ガスを供給する処理と、を交互に行うことで、前記基板上にシード層を形成する処理と、前記基板に対して前記第3の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する処理と、を行わせ、前記第1の処理ガスを供給する処理における前記基板が存在する空間の圧力を、前記第2の処理ガスを供給する処理における前記基板が存在する空間の圧力よりも大きくするように、前記第1供給系、前記第2供給系、前記第3供給系、および前記圧力調整部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。 - 基板に対してハロゲン系の第1の処理ガスを供給する手順と、前記基板に対して非ハロゲン系の第2の処理ガスを供給する手順と、を交互に行うことで、前記基板上にシード層を形成する手順と、
前記基板に対して第3の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させ、
前記第1の処理ガスを供給する手順における前記基板が存在する空間の圧力を、前記第2の処理ガスを供給する手順における前記基板が存在する空間の圧力よりも大きくするプログラム。 - 基板に対してハロゲン系の第1の処理ガスを供給する手順と、前記基板に対して非ハロゲン系の第2の処理ガスを供給する手順と、を交互に行うことで、前記基板上にシード層を形成する手順と、
前記基板に対して第3の処理ガスを供給して前記シード層上に膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させ、
前記第1の処理ガスを供給する手順における前記基板が存在する空間の圧力を、前記第2の処理ガスを供給する手順における前記基板が存在する空間の圧力よりも大きくす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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