JP2017191909A - 半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
基板に対して、所定元素およびハロゲン元素を含む無機原料、および、前記所定元素およびハロゲン元素を含む有機原料のうち、少なくとも何れかを含む第1原料を供給する工程と、
前記基板に対して、アミン、有機ヒドラジン、および窒化水素のうち、少なくとも何れかを含む第2原料を供給する工程と、
前記基板に対して、アミン、有機ヒドラジン、窒化水素、および有機ボランのうち、少なくとも何れかを含む第3原料を供給する工程と、
を少なくとも一定期間オーバーラップさせて行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有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は加熱機構(温度調整部)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、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、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ200上に膜を形成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。
ウエハ200に対して第1原料としてHCDSガスを供給するステップと、
ウエハ200に対して第2原料としてTEAガスを供給するステップと、
ウエハ200に対して第3原料としてNH3ガスを供給するステップと、
を少なくとも一定期間オーバーラップさせて行うことで、ウエハ200上に、Si、C、およびNを含む膜として、シリコン炭窒化膜(SiCN膜)を形成する。
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、シャッタ開閉機構115sによりシャッタ219sが移動させられて、マニホールド209の下端開口が開放される(シャッタオープン)。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、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が所望の成膜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。
このステップでは、ウエハ200に対し、HCDSガス、TEAガス、NH3ガスを同時に供給する。すなわち、これらのガスの供給期間をオーバーラップさせる。具体的には、バルブ243a,243c,243dを開き、ガス供給管232a,232c,232d内へこれらのガスをそれぞれ流す。HCDSガス、TEAガス、NH3ガスは、MFC241a,241c,241dによりそれぞれ流量調整され、ノズル249a,249cを介して処理室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HCDSガス、TEAガス、NH3ガスが一緒すなわち同時に供給される。このとき同時にバルブ243f〜243hを開き、ガス供給管232f〜232h内へN2ガスを流すようにしてもよい。N2ガスは、MFC241f〜241hにより流量調整されて処理室201内へ供給され、排気管231から排気される。
ウエハ200上に所望組成、所望膜厚のSiCN膜が形成されたら、バルブ243a,243c,243dを閉じ、処理室201内への各種原料の供給をそれぞれ停止する。また、ガス供給管232f〜232h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)。
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の下端が開口されるとともに、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。ボートアンロードの後は、シャッタ219sが移動させられ、マニホールド209の下端開口がOリング220cを介してシャッタ219sによりシールされる(シャッタクローズ)。処理済のウエハ200は、反応管203の外部に搬出された後、ボート217より取り出されることとなる(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ステップは、以下に示す変形例のように変更することができる。
以下に示す成膜シーケンスのように、第2原料が第1アミン(例えばTEA)を含み、第3原料が第1アミンとは化学構造が異なる第2アミン(例えばDEA)を含むようにしてもよい。本変形例においても、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。すなわち、第1アミンおよび第2アミンのうち、何れか一方のアミンの級数を他方のアミンの級数よりも小さくすることで、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様、成膜温度を低下させる効果が得られる。また、本変形例によれば、Cソースとして作用する原料を2種用いることにより、ウエハ200上に形成される膜を、図4(a)に示す成膜シーケンスで形成される膜よりもCリッチな膜とすることが可能となる。
以下に示す成膜シーケンスのように、第1〜第4原料として、HCDSガス、TEAガス、DEAガス、NH3ガスをそれぞれ用い、ウエハ200に対してこれらのガスを同時に供給するようにしてもよい。すなわち、第2原料が第1アミン(TEA)を含み、第3原料が第1アミンとは化学構造が異なる第2アミン(DEA)を含み、さらに、窒化水素(NH3)を含む第4原料を供給するステップを実施するようにしてもよい。本変形例においても、図4(a)に示す成膜シーケンスや変形例1の成膜シーケンスと同様の効果が得られる。
以下に示す成膜シーケンスのように、第1原料としてHCDSガスおよびTCDMDSガス、すなわち、無機原料と有機原料の両方を含むガスを用い、第2、第3原料としてTEAガス、NH3ガスをそれぞれ用い、ウエハ200に対してこれらのガスを同時に供給するようにしてもよい。本変形例においても、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、本変形例によれば、Cソースとして作用する原料を2種用いることにより、ウエハ200上に形成されるSiCN膜を、図4(a)に示す成膜シーケンスで形成される膜よりもCリッチな膜とすることが可能となる。
以下に示す成膜シーケンスのように、第1原料としてHCDSガスおよびTCDMDSガスを用い、第2〜第4原料としてTEAガス、DEAガス、NH3ガスをそれぞれ用い、ウエハ200に対してこれらのガスを同時に供給するようにしてもよい。本変形例においても、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、本変形例によれば、Cソースとして作用する原料を3種用いることにより、ウエハ200上に形成される膜を、図4(a)に示す成膜シーケンスで形成される膜よりもCリッチな膜とすることが可能となる。
以下に示す成膜シーケンスのように、第1原料としてHCDSガス、または、HCDSガスおよびTCDMDSガスを用い、他の原料群としてTEAガス、DEAガス、NH3ガスのうち少なくともいずれかと、TEBガスとを用い、ウエハ200に対してこれらのガスを同時に供給することにより、ウエハ200上に、Si、B、C、およびNを含む膜、すなわち、シリコン硼炭窒化膜(SiBCN膜)を形成するようにしてもよい。本変形例においても、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、本変形例においても、Cソースとして作用する原料を2種以上用いる場合は、ウエハ200上に形成される膜をCリッチな膜とすることが可能となる。
HCDS+NH3+TEB ⇒ SiBCN
HCDS+TEA+NH3+TEB ⇒ CリッチSiBCN
HCDS+TEA+DEA+TEB ⇒ CリッチSiBCN
HCDS+TCDMDS+TEA+NH3+TEB ⇒ CリッチSiBCN
HCDS+TCDMDS+TEA+DEA+TEB ⇒ CリッチSiBCN
以下に示す成膜シーケンスのように、第1原料としてTCDMDSガスを用い、他の原料群としてTEAガス、DEAガス、NH3ガス、TEBガスのうち少なくとも2種類以上のガスを用い、ウエハ200に対してこれらのガスを同時に供給することにより、ウエハ200上に、SiCN膜やSiBCN膜を形成するようにしてもよい。本変形例においても、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、本変形例においても、Cソースとして作用する原料を2種以上用いる場合は、ウエハ200上に形成される膜をCリッチな膜とすることが可能となる。
TCDMDS+TEA+DEA ⇒ CリッチSiCN
TCDMDS+TEA+DEA+NH3 ⇒ CリッチSiCN
TCDMDS+NH3+TEB ⇒ CリッチSiBCN
TCDMDS+TEA+NH3+TEB ⇒ CリッチSiBCN
TCDMDS+TEA+DEA+TEB ⇒ CリッチSiBCN
以下に示す成膜シーケンスのように、第1原料としてHMDSOガスを用い、他の原料群としてTEAガス、DEAガス、NH3ガス、TEBガスのうち少なくとも2種類以上のガスを用い、ウエハ200に対してこれらのガスを同時に供給することにより、ウエハ200上に、Si、O、C、およびNを含むシリコン酸炭窒化膜(SiOCN膜)や、Si、B、O、C、およびNを含むシリコン硼酸炭窒化膜(SiBOCN膜)を形成するようにしてもよい。本変形例においても、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、本変形例によれば、ウエハ200上に形成される膜中にCおよびOの両方を高濃度に添加することが可能となる。これは、本変形例によれば、Oソースとしても作用する第1原料を用いることから、O2ガス等の酸化剤を用いることなく膜中へOを添加することができ、結果として、酸化剤の影響による膜中からのCの脱離を回避できるためである。なお、本変形例においても、Cソースとして作用する原料を2種以上用いる場合は、ウエハ200上に形成される膜をCリッチな膜とすることが可能となる。
HMDSO+TEA+DEA ⇒ CリッチSiOCN
HMDSO+TEA+DEA+NH3 ⇒ CリッチSiOCN
HMDSO+NH3+TEB ⇒ CリッチSiBOCN
HMDSO+TEA+NH3+TEB ⇒ CリッチSiBOCN
HMDSO+TEA+DEA+TEB ⇒ CリッチSiBOCN
以下に示す成膜シーケンスのように、第1原料としてHCDSガスおよびTCDMDSガス、または、TCDMDSガスおよびDCTMDSガスを用い、他の原料群としてTEAガス、NH3ガス、TEBガスのうち少なくともいずれかを用い、ウエハ200に対してこれらのガスを同時に供給することにより、ウエハ200上に、SiCN膜やSiBCN膜を形成するようにしてもよい。本変形例においても、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、本変形例においても、Cソースとして作用する原料を2種以上用いる場合は、ウエハ200上に形成される膜をCリッチな膜とすることが可能となる。
HCDS+TCDMDS+TEA ⇒ CリッチSiCN
HCDS+TCDMDS+TEB ⇒ CリッチSiBCN
TCDMDS+DCTMDS+TEA ⇒ CリッチSiCN
TCDMDS+DCTMDS+TEB ⇒ CリッチSiBCN
以下に示す成膜シーケンスのように、第1原料としてHCDOガスおよびTCDMDSガス、HMDSOガスおよびTCDMDSガス、または、HCDSNガスおよびTCDMDSガスを用い、他の原料群としてTEAガス、NH3ガス、TEBガスのうち少なくともいずれかを用い、ウエハ200に対してこれらのガスを同時に供給することにより、ウエハ200上に、SiOCN膜、SiBOCN膜、SiCN膜、SiBCN膜を形成するようにしてもよい。本変形例においても、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、本変形例においても、第1原料がHCDOガスやHMDSOガスを含む場合、変形例7と同様、ウエハ200上に形成される膜中にCおよびOの両方を高濃度に添加することが可能となる。また、本変形例においても、Cソースとして作用する原料を2種以上用いる場合は、ウエハ200上に形成される膜をCリッチな膜とすることが可能となる。
HCDO+TCDMDS+TEA ⇒ CリッチSiOCN
HCDO+TCDMDS+TEB ⇒ CリッチSiBOCN
HMDSO+TCDMDS+TEA ⇒ CリッチSiOCN
HMDSO+TCDMDS+TEB ⇒ CリッチSiBOCN
HCDSN+TCDMDS+TEA ⇒ CリッチSiCN
HCDSN+TCDMDS+TEB ⇒ CリッチSiBCN
ウエハ200に対して複数種の原料を供給する際は、それらのうち少なくとも何れかの原料を間欠的に供給するようにしてもよい。例えば、図4(b)に示す成膜シーケンスのように、ウエハ200に対してHCDSガス、TEAガス、NH3ガスの全てを間欠的かつ同時に複数回供給し、ウエハ200上にSiCN膜を形成するようにしてもよい。また例えば、図4(c)に示す成膜シーケンスのように、ウエハ200に対してこれら3種のガス全てを間欠的かつ非同時に供給し、ウエハ200上にSiCN膜を形成するようにしてもよい。すなわち、ウエハ200に対する各種原料の供給をこれらの間に処理室201内をパージするステップを挟むことなく交互に繰り返し、ウエハ200上にSiCN膜を形成するようにしてもよい。また例えば、これら3種のガスのうち1つを連続的に供給し、他の2種のガスを間欠的かつ同時或いは非同時に供給するようにしてもよい。また例えば、これら3種のガスのうち2つを連続的かつ同時に供給し、他の1種のガスを間欠的に供給するようにしてもよい。
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、所定元素(主元素)およびハロゲン元素を含む無機原料、および、前記所定元素およびハロゲン元素を含む有機原料のうち、少なくとも何れかを含む第1原料を供給する工程と、
前記基板に対して、アミン、有機ヒドラジン、および窒化水素のうち、少なくとも何れかを含む第2原料を供給する工程と、
前記基板に対して、アミン、有機ヒドラジン、窒化水素、および有機ボランのうち、少なくとも何れかを含む第3原料を供給する工程と、
を少なくとも一定期間オーバーラップさせて行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有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。
好ましくは、付記1に記載の方法であって、
前記第2原料はアミンを含み、前記第3原料は窒化水素を含む。
また好ましくは、付記2に記載の方法であって、
前記基板に対して、有機ボランを含む第4原料を供給する工程をさらに有する。
また好ましくは、付記1に記載の方法であって、
前記第2原料は第1アミンを含み、前記第3原料は前記第1アミンとは化学構造が異なる第2アミンを含む。
また好ましくは、付記4に記載の方法であって、
前記第1アミンおよび前記第2アミンのうち、何れか一方のアミンの級数が他方のアミンの級数よりも小さい。
また好ましくは、付記4に記載の方法であって、
前記基板に対して、窒化水素を含む第4原料を供給する工程をさらに有する。
また好ましくは、付記4に記載の方法であって、
前記基板に対して、有機ボランを含む第4原料を供給する工程をさらに有する。
また好ましくは、付記1に記載の方法であって、
前記第2原料はアミンを含み、前記第3原料は有機ボランを含む。
また好ましくは、付記1に記載の方法であって、
前記第2原料は窒化水素を含み、前記第3原料は有機ボランを含む。
また好ましくは、付記1に記載の方法であって、
前記第1原料は前記所定元素と窒素との化学結合を含む。
また好ましくは、付記1に記載の方法であって、
前記第1原料は前記所定元素と酸素との化学結合を含む。
また好ましくは、付記1に記載の方法であって、
前記第1原料は、前記無機原料および前記有機原料の両方を含む。
本発明の他の態様によれば、
基板に対して、所定元素(主元素)およびハロゲン元素を含む無機原料である第1原料を供給する工程と、
前記基板に対して、前記所定元素およびハロゲン元素を含む有機原料である第2原料を供給する工程と、
前記基板に対して、アミン、有機ヒドラジン、窒化水素、および有機ボランのうち少なくとも何れかを含む第3原料を供給する工程と、
を少なくとも一定期間オーバーラップさせて行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有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。
好ましくは、付記13に記載の方法であって、
前記基板に対して、アミン、有機ヒドラジン、窒化水素、および有機ボランのうち少なくとも何れかを含む第4原料を供給する工程をさらに有する。
また好ましくは、付記13又は14のいずれかに記載の方法であって、
前記第1原料および前記第2原料のうち少なくとも何れかは、前記所定元素と窒素との化学結合を含む。
また好ましくは、付記13又は14のいずれかに記載の方法であって、
前記第1原料および前記第2原料のうち少なくとも何れかは、前記所定元素と酸素との化学結合を含む。
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、所定元素およびハロゲン元素を含む無機原料、および、前記所定元素およびハロゲン元素を含む有機原料のうち、少なくとも何れかを含む第1原料を供給する供給系と、
前記処理室内の基板に対して、アミン、有機ヒドラジン、および窒化水素のうち、少なくとも何れかを含む第2原料を供給する第2供給系と、
前記処理室内の基板に対して、アミン、有機ヒドラジン、窒化水素、および有機ボランのうち、少なくとも何れかを含む第3原料を供給する第3供給系と、
付記1の処理を行わせるように、前記第1供給系、前記第2供給系、および前記第3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、
付記1の処理をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム、又は、前記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。
201 処理室
Claims (4)
- 基板に対して、所定元素およびハロゲン元素を含む無機原料、および、前記所定元素およびハロゲン元素を含む有機原料のうち、少なくとも何れかを含む第1原料を供給する工程と、
前記基板に対して、アミン、有機ヒドラジン、および窒化水素のうち、少なくとも何れかを含む第2原料を供給する工程と、
前記基板に対して、アミン、有機ヒドラジン、窒化水素、および有機ボランのうち、少なくとも何れかを含む第3原料を供給する工程と、
を少なくとも一定期間オーバーラップさせて行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法。 - 前記第2原料はアミンを含み、前記第3原料は窒化水素を含む請求項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、所定元素およびハロゲン元素を含む無機原料、および、前記所定元素およびハロゲン元素を含む有機原料のうち、少なくとも何れかを含む第1原料を供給する第1供給系と、
前記処理室内の基板に対して、アミン、有機ヒドラジン、および窒化水素のうち、少なくとも何れかを含む第2原料を供給する第2供給系と、
前記処理室内の基板に対して、アミン、有機ヒドラジン、窒化水素、および有機ボランのうち、少なくとも何れかを含む第3原料を供給する第3供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記第1原料を供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記第2原料を供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記第3原料を供給する処理と、を少なくとも一定期間オーバーラップさせて行うことで、前記基板上に膜を形成する処理を行わせるように、前記第1供給系、前記第2供給系、および前記第3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。 - 基板に対して、所定元素およびハロゲン元素を含む無機原料、および、前記所定元素およびハロゲン元素を含む有機原料のうち、少なくとも何れかを含む第1原料を供給する手順と、
前記基板に対して、アミン、有機ヒドラジン、および窒化水素のうち、少なくとも何れかを含む第2原料を供給する手順と、
前記基板に対して、アミン、有機ヒドラジン、窒化水素、および有機ボランのうち、少なくとも何れかを含む第3原料を供給する手順と、
を少なくとも一定期間オーバーラップさせて行うことで、前記基板上に膜を形成する手順を、コンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
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