JP2020017571A - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
(a)基板に対して原料供給部より原料を供給する工程と、
(b)前記基板に対して酸化剤供給部より酸化剤を供給する工程と、
(c)前記基板に対して窒化剤供給部より窒化剤を供給する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に酸窒化膜を形成する工程を有し、
(b)では、前記酸化剤供給部とは異なる不活性ガス供給部より前記基板に対して不活性ガスを供給し、その不活性ガスの流量を制御することで、前記基板上に形成される前記酸窒化膜の窒素濃度および屈折率のうち少なくともいずれかを調整する技術が提供される。
以下に、本発明の一実施形態について、図1〜図6等を用いて説明する。
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上に酸窒化膜を形成する基板処理シーケンス例、すなわち、成膜シーケンス例について、図4、図5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に対して原料供給部としてのノズル249aより原料としてHCDSガスを供給するステップAと、
ウエハ200に対して酸化剤供給部としてのノズル249bより酸化剤としてO2ガスを供給するステップBと、
ウエハ200に対して窒化剤供給部としてのノズル249bより窒化剤としてNH3ガスを供給するステップCと、
を非同時に行うサイクルを所定回数(n回、nは1以上の整数)行うことで、ウエハ200上に、酸窒化膜として、Si、OおよびNを含む膜、すなわち、シリコン酸窒化膜(SiON膜)を形成する。
酸化剤供給部とは異なる不活性ガス供給部、すなわち、ノズル249bとは異なるノズル249c〜249eよりウエハ200に対して不活性ガスとしてN2ガスを供給し、そのN2ガスの流量を制御することで、ウエハ200上に形成されるSiON膜のN濃度および屈折率のうち少なくともいずれかを調整する。
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、ウエハ200の加熱および回転は、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、ウエハ配列領域に複数枚のウエハ200を配列させた状態で、次のステップA〜C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HCDSガスを供給する(HCDSガス供給ステップ)。
HCDSガス供給流量:0.01〜2slm、好ましくは0.1〜1slm
N2ガス供給流量(Rt,Rc,Rb毎):0.1〜10slm
N2ガス供給流量(R1,R2毎):0〜10slm
各ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理温度:250〜800℃、好ましくは400〜700℃
処理圧力:1〜2666Pa、好ましくは67〜1333Pa
が例示される。
ステップA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O2ガスを供給する(O2ガス供給ステップ)。
O2ガス供給流量:0.1〜10slm
N2ガス供給流量(Rt,Rc,Rb毎):0.1〜10slm
N2ガス供給流量(R1,R2毎):0〜10slm
各ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理圧力:1〜4000Pa、好ましくは1〜3000Pa
が例示される。他の処理条件は、ステップAにおける処理条件と同様とする。
ステップB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2層に対してNH3ガスを供給する(NH3ガス供給ステップ)。
NH3ガス供給流量:0.1〜10slm
N2ガス供給流量(Rt,Rc,Rb毎):0.1〜10slm
N2ガス供給流量(R1,R2毎):0〜10slm
各ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理圧力:1〜4000Pa、好ましくは1〜3000Pa
が例示される。他の処理条件は、ステップAにおける処理条件と同様とする。
ステップA〜C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1回以上(n回)行うことにより、ウエハ200上に、所望膜厚、所望組成のSiON膜を形成することができる。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される第3層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第3層を積層することで形成されるSiON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。
成膜ステップが終了した後、ノズル249a〜249eよりN2ガスを処理室201内へ供給し、排気口204c、排気空間205を介して排気管231より排気する。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)。
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。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、マニホールド209の下端から反応管210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、反応管210の外部に搬出された後、ボート217より取出される(ウエハディスチャージ)。
以下、ステップA〜Cで行うN2ガスの流量制御の具体的内容、および、その作用効果について説明する。
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。
(R1:HCDS→R2:O2,Rt〜Rb:N2→R2:TEA)×n ⇒ SiOC(N)
(R1:HCDS→R2:TEA→R2:O2,Rt〜Rb:N2)×n ⇒ SiOC(N)
(R1:HCDS→R2:C3H6→R2:NH3→R2:O2,Rt〜Rb:N2)×n ⇒ SiOCN
(R1:HCDS→R2:C3H6→R2:O2,Rt〜Rb:N2→R2:NH3)×n ⇒ SiOCN
(R1:TiCl4→R2:NH3→R2:O2,Rt〜Rb:N2)×n ⇒ TiON
(R1:TMA→R2:H2O,Rt〜Rb:N2→R2:NH3)×n ⇒ AlON
(R1:TMA→R2:NH3→R2:H2O,Rt〜Rb:N2)×n ⇒ AlON
図1に示す基板処理装置を用い、ウエハに対してHCDSガス、O2ガス、NH3ガスをこの順に非同時に供給するサイクルを所定回数行うことにより、ウエハ上にSiON膜を形成した。O2ガスを供給するステップでは、上述の実施形態で説明したRt〜RbからのN2ガスの供給制御(流量制御)を不実施とした。参考例1では、ウエハに対するNH3ガスの供給流量を2slmとし、参考例2では、NH3ガスの供給流量を5slmとした。そして、ウエハ上に形成されたSiON膜の膜厚および屈折率をそれぞれ測定した。
図1に示す基板処理装置を用い、上述の実施形態における成膜シーケンスにより、ウエハ上にSiON膜を形成した。Rt〜RbからのN2ガスの供給制御を、ステップBにおいて実施し、ステップA,Cでは不実施とした。ステップBにおけるRt,Rc,RbからのN2ガスの供給流量は、それぞれ以下の通りとした。他の処理条件は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の所定の条件であって、実施例1〜3で共通の条件とした。
(実施例2)Rt:2.0slm,Rc:0.2slm,Rb:0.2slm
(実施例3)Rt:0.2slm,Rc:0.2slm,Rb:2.0slm
図1に示す基板処理装置を用い、上述の実施形態における成膜シーケンスにより、ウエハ上にSiON膜を形成した。Rt〜RbからのN2ガスの供給制御を、ステップAにおいて実施し、ステップB,Cでは不実施とした。ステップAにおけるRt,Rc,RbからのN2ガスの供給流量は、それぞれ以下の通りとした。他の処理条件は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の所定の条件であって、実施例4〜6で共通の条件とした。
(実施例5)Rt:2.0slm,Rc:0.2slm,Rb:0.2slm
(実施例6)Rt:0.2slm,Rc:0.2slm,Rb:2.0slm
図1に示す基板処理装置を用い、上述の実施形態における成膜シーケンスにより、ウエハ上にSiON膜を形成した。Rt〜RbからのN2ガスの供給制御を、ステップCにおいて実施し、ステップA,Bでは不実施とした。ステップCにおけるRt,Rc,RbからのN2ガスの供給流量は、それぞれ以下の通りとした。他の処理条件は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の所定の条件であって、実施例7〜9で共通の条件とした。
(実施例8)Rt:2.0slm,Rc:0.2slm,Rb:0.2slm
(実施例9)Rt:0.2slm,Rc:0.2slm,Rb:2.0slm
以下、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)基板に対して原料供給部より原料を供給する工程と、
(b)前記基板に対して酸化剤供給部より酸化剤を供給する工程と、
(c)前記基板に対して窒化剤供給部より窒化剤を供給する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に酸窒化膜を形成する工程を有し、
(b)では、前記酸化剤供給部とは異なる不活性ガス供給部より前記基板に対して不活性ガスを供給し、その不活性ガスの流量を制御することで、前記基板上に形成される前記酸窒化膜の窒素濃度および屈折率のうち少なくともいずれかを調整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、
前記酸窒化膜を形成する工程は、複数枚の前記基板を配列させた状態で行われ、
(b)では、前記不活性ガス供給部より、前記基板が配列される基板配列領域における複数のゾーンのそれぞれに向けて、個別に流量制御された不活性ガスを供給する。
付記2に記載の方法であって、好ましくは、
前記不活性ガス供給部は、複数の供給部を有し、前記複数の供給部のそれぞれは、前記複数のゾーンのそれぞれに対応するよう設けられ、
(b)では、前記複数の供給部のそれぞれより、前記複数のゾーンのそれぞれに向けて、個別に流量制御された不活性ガスを供給する。
付記3に記載の方法であって、好ましくは、
(b)では、前記複数の供給部のそれぞれからの、対応しないゾーンに向けての流量制御された不活性ガスの供給を不実施とする。
付記2に記載の方法であって、好ましくは、
前記複数のゾーンは、少なくとも前記基板配列領域の一端部側の第1ゾーン、前記基板配列領域の中央部側の第2ゾーン、前記基板配列領域の他端部側の第3ゾーンを含み、
(b)では、前記不活性ガス供給部より、少なくとも前記第1ゾーン、前記第2ゾーン、前記第3ゾーンのそれぞれに向けて、個別に流量制御された不活性ガスを供給する。
付記5に記載の方法であって、好ましくは、
前記不活性ガス供給部は、第1供給部、第2供給部、第3供給部を有し、前記第1供給部、前記第2供給部、前記第3供給部のそれぞれは、前記第1ゾーン、前記第2ゾーン、前記第3ゾーンのそれぞれに対応するよう設けられ、
(b)では、前記第1供給部、前記第2供給部、前記第3供給部のそれぞれより、前記第1ゾーン、前記第2ゾーン、前記第3ゾーンのそれぞれに向けて、個別に流量制御された不活性ガスを供給する。
付記6に記載の方法であって、好ましくは、
(b)では、前記第1供給部より、前記第1ゾーンに向けて個別に流量制御された不活性ガスを供給し、それ以外のゾーンに向けての流量制御された不活性ガスの供給を不実施とし、
前記第2供給部より、前記第2ゾーンに向けて個別に流量制御された不活性ガスを供給し、それ以外のゾーンに向けての流量制御された不活性ガスの供給を不実施とし、
前記第3供給部より、前記第3ゾーンに向けて個別に流量制御された不活性ガスを供給し、それ以外のゾーンに向けての流量制御された不活性ガスの供給を不実施とする。
付記2〜7のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(b)では、前記複数のゾーンのそれぞれに向けて供給する不活性ガスの流量をそれぞれ制御することで、前記基板上に形成される前記酸窒化膜の窒素濃度および屈折率のうち少なくともいずれかを、前記複数のゾーン毎に調整する。
付記8に記載の方法であって、好ましくは、
(b)では、前記複数のゾーンのうち1つのゾーンに向けて供給する不活性ガスの流量を、他のゾーンに向けて供給する不活性ガスの流量と異ならせる。
付記8または9に記載の方法であって、好ましくは、
(b)では、前記複数のゾーンのうち1つのゾーンに向けて供給する不活性ガスの流量を、他のゾーンに向けて供給する不活性ガスの流量よりも大きくすることで、前記1つのゾーンにおける前記基板上に形成される前記酸窒化膜の窒素濃度および屈折率のうち少なくともいずれかを、高くする方向に制御する。
付記8または9に記載の方法であって、好ましくは、
(b)では、前記複数のゾーンのうち1つのゾーンに向けて供給する不活性ガスの流量を、他のゾーンに向けて供給する不活性ガスの流量よりも小さくすることで、前記1つのゾーンにおける前記基板上に形成される前記酸窒化膜の窒素濃度および屈折率のうち少なくともいずれかを、低くする方向に制御する。
付記1〜11のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(a)および(c)のうち少なくともいずれかでは、前記不活性ガス供給部より前記基板に対して不活性ガスを供給し、その不活性ガスの流量を制御することで、前記基板上に形成される前記酸窒化膜の膜厚を調整する。
付記12に記載の方法であって、好ましくは、
前記酸窒化膜を形成する工程は、複数枚の前記基板を配列させた状態で行われ、
(a)および(c)のうち少なくともいずれかでは、前記不活性ガス供給部より、前記基板が配列される基板配列領域における複数のゾーンのそれぞれに向けて、個別に流量制御された不活性ガスを供給する。
付記13に記載の方法であって、好ましくは、
前記不活性ガス供給部は、複数の供給部を有し、前記複数の供給部のそれぞれは、前記複数のゾーンのそれぞれに対応するよう設けられ、
(a)および(c)のうち少なくともいずれかでは、前記複数の供給部のそれぞれより、前記複数のゾーンのそれぞれに向けて、個別に流量制御された不活性ガスを供給する。
付記14に記載の方法であって、好ましくは、
(a)および(c)のうち少なくともいずれかでは、前記複数の供給部のそれぞれからの、対応しないゾーンに向けての流量制御された不活性ガスの供給を不実施とする。
付記13〜15のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(a)および(c)のうち少なくともいずれかでは、前記複数のゾーンのそれぞれに向けて供給する不活性ガスの流量をそれぞれ制御することで、前記基板上に形成される前記酸窒化膜の膜厚を、前記複数のゾーン毎に調整する。
本発明の他の態様によれば、
基板に対する処理が行われる処理室と、
前記処理室内の基板に対して原料供給部より原料を供給する原料供給系と、
前記処理室内の基板に対して酸化剤供給部より酸化剤を供給する酸化剤供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒化剤供給部より窒化剤を供給する窒化剤供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記酸化剤供給部とは異なる不活性ガス供給部より不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理室内において、付記1の各処理(工程)を行わせるように、前記原料供給系、前記酸化剤供給系、前記窒化剤供給系、および前記不活性ガス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、
付記1における各手順(工程)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。
249a ノズル(原料供給部)
249b ノズル(酸化剤供給部、窒化剤供給部)
249c〜249e ノズル(不活性ガス供給部)
Claims (5)
- (a)基板に対して原料供給部より原料を供給する工程と、
(b)前記基板に対して酸化剤供給部より酸化剤を供給する工程と、
(c)前記基板に対して窒化剤供給部より窒化剤を供給する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に酸窒化膜を形成する工程を有し、
(b)では、前記酸化剤供給部とは異なる不活性ガス供給部より前記基板に対して不活性ガスを供給し、その不活性ガスの流量を制御することで、前記基板上に形成される前記酸窒化膜の窒素濃度および屈折率のうち少なくともいずれかを調整する半導体装置の製造方法。 - 前記酸窒化膜を形成する工程は、複数枚の前記基板を配列させた状態で行われ、
(b)では、前記不活性ガス供給部より、前記基板が配列される基板配列領域における複数のゾーンのそれぞれに向けて、個別に流量制御された不活性ガスを供給する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記不活性ガス供給部は、複数の供給部を有し、前記複数の供給部のそれぞれは、前記複数のゾーンのそれぞれに対応するよう設けられ、
(b)では、前記複数の供給部のそれぞれより、前記複数のゾーンのそれぞれに向けて、個別に流量制御された不活性ガスを供給する請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 基板に対する処理が行われる処理室と、
前記処理室内の基板に対して原料供給部より原料を供給する原料供給系と、
前記処理室内の基板に対して酸化剤供給部より酸化剤を供給する酸化剤供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒化剤供給部より窒化剤を供給する窒化剤供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記酸化剤供給部とは異なる不活性ガス供給部より不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理室内において、(a)基板に対して前記原料供給部より前記原料を供給する処理と、(b)前記基板に対して前記酸化剤供給部より前記酸化剤を供給する処理と、(c)前記基板に対して前記窒化剤供給部より前記窒化剤を供給する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に酸窒化膜を形成する処理を行わせ、(b)では、前記不活性ガス供給部より前記基板に対して不活性ガスを供給し、その不活性ガスの流量を制御することで、前記基板上に形成される前記酸窒化膜の窒素濃度および屈折率のうち少なくともいずれかを調整するように、前記原料供給系、前記酸化剤供給系、前記窒化剤供給系、および前記不活性ガス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)基板に対して原料供給部より原料を供給する手順と、
(b)前記基板に対して酸化剤供給部より酸化剤を供給する手順と、
(c)前記基板に対して窒化剤供給部より窒化剤を供給する手順と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に酸窒化膜を形成する手順と、
(b)において、前記酸化剤供給部とは異なる不活性ガス供給部より前記基板に対して不活性ガスを供給し、その不活性ガスの流量を制御することで、前記基板上に形成される前記酸窒化膜の窒素濃度および屈折率のうち少なくともいずれかを調整する手順と、
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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