JP2018121006A - 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
(a)基板に対してドーパントとしての硼素またはリンを含み塩素非含有の第1ガスを供給する工程と、
(b)前記基板に対してシリコンまたは金属元素を含む第2ガスを供給する工程と、
(c)前記基板に対して酸素を含む第3ガスを供給する工程と、
をこの順に非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、シリコンおよび前記金属元素のうち少なくともいずれかを含み前記ドーパントが添加された酸化膜を形成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TEBガスを供給するステップ1と、
ウエハ200に対してBTBASガスを供給するステップ2と、
ウエハ200に対してO3ガスを供給するステップ3と、
をこの順に非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、ウエハ200上に、Bが添加されたSiおよびOを含む膜、すなわち、BドープSiO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によって処理室201内が真空排気(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。また、処理室201内のウエハ200が所望の処理温度となるように、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。また、回転機構267によるウエハ200の回転を開始する。処理室201内の排気、加熱、ウエハ200の回転は、いずれも、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、次のステップ1〜3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TEBガスを供給する。
TEBガス供給流量:10〜1000sccm
TEBガス供給時間:1〜120秒、好ましくは5〜60秒
N2ガス供給流量:50〜10000sccm
処理温度:200〜400℃、好ましくは300〜350℃
処理圧力:0.5〜5Torr(66.5〜665Pa)
が例示される。
ステップ1が終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、ウエハ200上に形成された第1層に対してBTBASガスを供給する。
BTBASガス供給流量:10〜1000sccm
BTBASガス供給時間:1〜120秒、好ましくは5〜60秒
N2ガス供給流量:50〜10000sccm
処理温度:200〜400℃、好ましくは300〜350℃
処理圧力:1〜20Torr(133〜2660Pa)
が例示される。
ステップ2が終了した後、処理室201内のウエハ200に対して、すなわち、ウエハ200上に形成された第2層/第1層に対してO3ガスを供給する。
O3ガス供給流量:1000〜10000sccm
O3ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは5〜60秒
N2ガス供給流量:50〜10000sccm
処理温度:200〜400℃、好ましくは300〜350℃
処理圧力:0.5〜10Torr(66.5〜1330Pa)
が例示される。
ステップ1〜3を非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数(n回(nは1以上の整数))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BドープSiO膜を形成することが可能となる。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される第3層の厚さを所望の膜厚よりも薄くし、第3層を積層することで形成される膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。なお、上述したように、ステップ3の処理条件を調整することにより、この膜中に、N成分やC成分を残すことも可能である。すなわち、ウエハ200上に、NおよびCのうち少なくともいずれかを含むBドープSiO膜(SiBON膜、SiBOC膜、SiBOCN膜)を形成することが可能である。
ウエハ200上に所望組成、所望膜厚の膜が形成されたら、ガス供給管232d〜232fのそれぞれからパージガスとしてのN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。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(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。
図4(b)や以下に示す成膜シーケンスのように、各サイクルでは、ステップ1を行う前に、ウエハ200に対してBTBASガスを供給するステップ4をさらに行うようにしてもよい。ステップ4の処理手順、処理条件は、図4(a)に示す成膜シーケンスのステップ2のそれらと同様とすることができる。ステップ4を行うことにより、ウエハ200上に、第4層として、Si含有層が形成される。ステップ4で形成されるSi含有層は、ステップ2で形成されるSi含有層と同様に、Si層であってもよいし、BTBASの吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。ステップ1で形成されるB含有層(第1層)は、ステップ4で形成される下層側のSi含有層(第4層)と、ステップ2で形成される上層側のSi含有層(第2層)と、に挟まれた層となる。ステップ4,1〜3をこの順に非同時に行うサイクルを所定回数行うことにより、ウエハ200上に、BドープSiO膜を形成することが可能となる。
図5(a)や以下に示す成膜シーケンスのように、Si含有ガスとして、BTBAS等のアミノシランに比べ、比較的高い熱分解温度を有するDSガスを用いる際は、DSガスと一緒にTEBガスを供給するようにしてもよい。
図5(b)に示すように、変形例2において、ステップ1における第1層形成後の処理室201内のパージ処理を不実施としてもよい。すなわち、ステップ1における処理室201内へのTEBガスの供給と、ステップ2における処理室201内へのTEBガスの供給とを、これらの間にパージ処理を挟まずに連続的に行うようにしてもよい。他の処理手順、処理条件は、図4(a)に示す成膜シーケンスや変形例2の処理手順、処理条件と同様とすることができる。
図5(c)や以下に示す成膜シーケンスのように、変形例1,2を組み合わせてもよい。すなわち、変形例1のようにステップ4を行い、ステップ4,2のそれぞれにおいて変形例2のようにSi含有ガスとしてDSガスを用い、ステップ4,2のそれぞれにおいてDSガスと一緒にTEBガスを供給するようにしてもよい。
以下に示す成膜シーケンスのように、ドーパントガスとして、PHガスのようなP含有ガスを用いるようにしてもよい。PHガスを供給する際の処理手順、処理条件は、TEBガスを供給する際におけるそれらと同様とすることができる。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と同様の効果が得られる。
(BTBAS→PH→BTBAS→O3)×n ⇒ PドープSiO
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。
(TEMAH→TEB→TEMAH→O3)×n ⇒ BドープHfO
(TEMAZ→TEB→TEMAZ→O3)×n ⇒ BドープZrO
(TDMAT→TEB→TDMAT→O3)×n ⇒ BドープTiO
(TEMAH→TEB→BDEAS→O3)×n ⇒ BドープHfSiO
(TEMAZ→TEB→BDEAS→O3)×n ⇒ BドープZrSiO
(TDMAT→TEB→BDEAS→O3)×n ⇒ BドープTiSiO
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、
(a)基板に対してドーパントとしての硼素またはリンを含み塩素非含有の第1ガスを供給する工程と、
(b)前記基板に対してシリコンまたは金属元素を含む第2ガスを供給する工程と、
(c)前記基板に対して酸素を含む第3ガスを供給する工程と、
をこの順に非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、シリコンおよび前記金属元素のうち少なくともいずれかを含み前記ドーパントが添加された酸化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。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記(a)では、前記基板上に前記ドーパントを含む第1層を形成し、前記(b)では、前記第1層上にシリコンまたは前記金属元素を含む第2層を形成する。
付記2に記載の方法であって、好ましくは、
前記(b)では、前記第1層の表面を前記第2層により覆う。
付記2または3に記載の方法であって、好ましくは、
前記(c)では、前記第2層により前記第1層の酸化をブロックする。
付記1〜4のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記サイクルでは、前記(a)を行う前に、(d)前記基板に対して前記第2ガスを供給する工程をさらに行う。好ましくは、(d)では、前記基板上にシリコンまたは前記金属元素を含む第4層を形成する。
付記1〜5のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記(b)では、前記第2ガスと一緒に前記第1ガスを供給する。また好ましくは、前記(b)では、前記第2ガスと一緒に供給した前記第1ガスを疑似触媒として作用させる。また好ましくは、前記(b)で供給する前記第1ガスの流量を、前記(a)で供給する前記第1ガスの流量よりも少なくする。
付記5に記載の方法であって、好ましくは、
前記(d)では、前記第2ガスと一緒に前記第1ガスを供給する。また好ましくは、前記(d)では、前記第2ガスと一緒に供給した前記第1ガスを疑似触媒として作用させる。また好ましくは、前記(d)で供給する前記第1ガスの流量を、前記(a)で供給する前記第1ガスの流量よりも少なくする。
付記1〜7のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第2ガスは、Si−H結合を含むガスである。また好ましくは、前記第2ガスは、水素化ケイ素ガスである。また好ましくは、前記第2ガスは、ジシランガスである。
付記1〜7のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第2ガスは、アミノ基を含むガスである。また好ましくは、前記第2ガスは、アミノシランガスである。
付記1〜9のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第1ガスは、アルキル基を含むガスである。また好ましくは、前記第1ガスは、エチル基を含むガスである。また好ましくは、前記第1ガスは、オクテット則を満たさないガスである。また好ましくは、前記第1ガスは、トリエチルボランガスである。
付記1〜10に記載の方法であって、好ましくは、
前記第3ガスは、窒素非含有のガスである。また好ましくは、前記第3ガスは、オゾンガス、プラズマ励起させた酸素ガス、および、酸素ガスおよび水素ガスからなる群より選択される少なくとも1以上のガスである。
付記1〜11のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記酸化膜を形成する工程では、前記基板の温度を200℃以上400℃以下とする。
本発明の他の態様によれば、
基板に対して処理が行われる処理室と、
前記処理室内へドーパントとしての硼素またはリンを含み塩素非含有の第1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シリコンまたは金属元素を含む第2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酸素を含む第3ガスを供給する第3供給系と、
前記処理室内において、(a)基板に対して前記第1ガスを供給する処理と、(b)前記基板に対して前記第2ガスを供給する処理と、(c)前記基板に対して前記第3ガスを供給する処理と、をこの順に非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、シリコンおよび前記金属元素のうち少なくともいずれかを含み前記ドーパントが添加された酸化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において、
(a)基板に対してドーパントとしての硼素またはリンを含み塩素非含有の第1ガスを供給する手順と、
(b)前記基板に対してシリコンまたは金属元素を含む第2ガスを供給する手順と、
(c)前記基板に対して酸素を含む第3ガスを供給する手順と、
をこの順に非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、シリコンおよび前記金属元素のうち少なくともいずれかを含み前記ドーパントが添加された酸化膜を形成する手順をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム、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。
Claims (5)
- (a)基板に対してドーパントとしての硼素またはリンを含み塩素非含有の第1ガスを供給する工程と、
(b)前記基板に対してシリコンまたは金属元素を含む第2ガスを供給する工程と、
(c)前記基板に対して酸素を含む第3ガスを供給する工程と、
をこの順に非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、シリコンおよび前記金属元素のうち少なくともいずれかを含み前記ドーパントが添加された酸化膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法。 - 前記(a)では、前記基板上に前記ドーパントを含む第1層を形成し、前記(b)では、前記第1層上にシリコンまたは前記金属元素を含む第2層を形成する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記(b)では、前記第1層の表面を前記第2層により覆う請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板に対して処理が行われる処理室と、
前記処理室内へドーパントとしての硼素またはリンを含み塩素非含有の第1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シリコンまたは金属元素を含む第2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酸素を含む第3ガスを供給する第3供給系と、
前記処理室内において、(a)基板に対して前記第1ガスを供給する処理と、(b)前記基板に対して前記第2ガスを供給する処理と、(c)前記基板に対して前記第3ガスを供給する処理と、をこの順に非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、シリコンおよび前記金属元素のうち少なくともいずれかを含み前記ドーパントが添加された酸化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。 - 基板処理装置の処理室内において、
(a)基板に対してドーパントとしての硼素またはリンを含み塩素非含有の第1ガスを供給する手順と、
(b)前記基板に対してシリコンまたは金属元素を含む第2ガスを供給する手順と、
(c)前記基板に対して酸素を含む第3ガスを供給する手順と、
をこの順に非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、シリコンおよび前記金属元素のうち少なくともいずれかを含み前記ドーパントが添加された酸化膜を形成する手順をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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