JP2021027067A - 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)酸素非含有の第1下地と、酸素を含有する第2下地と、酸素及び窒素非含有の第3下地と、が表面に露出した基板に対して処理ガスを供給することで、前記第3下地の表面に保護膜を形成する工程と、
(b)前記第3下地の表面に前記保護膜を形成した後の前記基板に対してフッ素含有ガスを供給することで、前記第2下地の表面をフッ素終端させるように改質させる工程と、
(c)前記第2下地の表面を改質させた後の前記基板に対して成膜ガスを供給することで、前記第1下地の表面上に選択的に膜を形成する工程と、
を行う技術が提供される。
以下、本開示の一態様について、主に、図1〜図4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の表面に露出した複数種類の下地のうち特定の下地の表面上に選択的に膜を成長させて形成する選択成長(選択成膜)の処理シーケンス例について、主に、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。
表面に、シリコン窒化膜(SiN膜)を含むO非含有の第1下地(下地200a)と、シリコン酸化膜(SiO膜)を含むOを含有する第2下地(下地200b)と、単結晶シリコン(Si)を含むO及びN非含有の第3下地(下地200c)と、が露出したウエハ200に対して処理ガスとしてO2ガスを供給することで、下地200cの表面に保護膜200eとしてSiO膜を形成するステップAと、
下地200cの表面に保護膜200eを形成した後のウエハ200に対してアミノシラン系ガスとしてSiH3Rガスを供給することで、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面にSiH3Rガスに含まれるSiを吸着させるステップBと、
下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面にSiを吸着させた後のウエハ200に対してフッ素含有ガスとしてF2ガスを供給することで、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面に吸着させたSiとF2ガスとを反応させて、下地200bおよび保護膜200eの表面を改質させるステップCと、
下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を改質させた後のウエハ200に対して成膜ガスとしてSiCl4ガスおよびNH3ガスを供給することで、下地200aの表面上に、膜として、SiおよびNを含む膜であるSiN膜を選択的に形成するステップDと、を行う。
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。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、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、次のステップA〜Dを順次行う。
このステップでは、処理室201のウエハ200、すなわち、図5(b)に示すように、表面に下地200aと下地200bと下地200cとが露出したウエハ200に対してO2ガスを供給する。
O2ガス供給流量:10〜10000sccm、好ましくは100〜10000sccm
O2ガス供給時間:1〜180分、好ましくは1〜60分
N2ガス供給流量(ガス供給管毎):0〜10000sccm、好ましくは100〜10000sccm
処理温度:室温(25℃)〜600℃、好ましくは50〜550℃
処理圧力:1〜大気圧(101325Pa)、好ましくは10〜5000Pa、より好ましくは100〜1000Pa
が例示される。ここで述べた条件は、下地200aの表面が酸化されることなく下地200cが酸化される条件である。
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、下地200cの表面に保護膜200eを形成した後のウエハ200に対してSiH3Rガスを供給する。
SiH3Rガス供給流量:1〜2000sccm、好ましくは1〜500sccm
SiH3Rガス供給時間:1秒〜60分
N2ガス供給流量(ガス供給管毎):0〜10000sccm
処理温度:室温(25℃)〜600℃、好ましくは室温〜450℃
処理圧力:1〜2000Pa、好ましくは1〜1000Pa
が例示される。ここで述べた条件は、処理室201内においてSiH3Rガスが気相分解(熱分解)しない条件である。なお、下地200bおよび保護膜200eは全域(全面)にわたり水酸基(OH)終端された表面を有している。下地200aは多くの領域がOH終端されていない表面、すなわち、一部の領域がOH終端された表面を有している。
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、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面にSiを選択的に吸着させた後のウエハ200に対してF2ガスを供給する。
F2ガス供給流量:1〜2000sccm、好ましくは1〜500sccm
F2ガス供給時間:1秒〜60分
処理温度:室温〜550℃、好ましくは室温〜450℃
が例示される。他の条件は、ステップBにおける処理条件と同様とする。ここで述べた条件は、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面をエッチングしない条件であり、また、後述するように下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面が改質(F終端)される条件である。
ステップCが終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を改質させた後のウエハ200に対してSiCl4ガスおよびNH3ガスを供給する。このステップでは、ステップD1,D2を順次行う。
このステップでは、処理室201内のウエハ200、すなわち、下地200a,200bおよび保護膜200eのうち下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を選択的に改質させた後のウエハ200に対してSiCl4ガスを供給する。
SiCl4ガス供給流量:1〜2000sccm、好ましくは10〜1000sccm
SiCl4ガス供給時間:1〜180秒、好ましくは10〜120秒
処理温度:350〜600℃、好ましくは400〜550℃
処理圧力:1〜2000Pa、好ましくは10〜1333Pa
が例示される。他の処理条件は、ステップBにおける処理条件と同様とする。
このステップでは、処理室201内のウエハ200、すなわち、下地200aの表面上に形成されたSi含有層に対してNH3ガスを供給する。
NH3ガス供給流量:10〜10000sccm
NH3ガス供給時間:1〜60秒、好ましくは5〜50秒
処理圧力:1〜4000Pa、好ましくは1〜1333Pa
が例示される。他の処理条件は、ステップBにおける処理条件と同様とする。
上述したステップD1,D2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、図5(f)に示すように、ウエハ200の表面に露出した下地200a,200bおよび保護膜200eのうち下地200aの表面上にSiN膜を選択的に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SiN層の厚さを所望の膜厚よりも薄くし、SiN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。
下地200a上へのSiN膜の選択的な形成が完了した後、ノズル249a〜249c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、排気口231aより排気する。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)。
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)。
本態様によれば、以下に示す1つ又は複数の効果が得られる。
以上、本開示の態様を具体的に説明した。しかしながら、本開示は上述の態様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。
SiH4ガス供給流量:10〜2000sccm
N2ガス供給流量(各ガス供給管):0〜10000sccm
ガス供給時間:10〜400分
処理温度:450〜550℃、好ましくは450〜530℃
処理圧力:1〜900Pa
が例示される。
O2→SiH3R→F2→(HCDS→C3H6→NH3)×n ⇒ SiCN
O2→SiH3R→F2→(HCDS→C3H6→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
O2→SiH3R→F2→(HCDS→TEA→O2)×n ⇒ SiOC(N)
O2→SiH3R→F2→(DCS→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBN
O2→SiH3R→F2→(DCS→C3H6→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBCN
O2→SiH3R→F2→(TiCl4→NH3)×n ⇒ TiN
O2→SiH3R→F2→(TiCl4→NH3→O2)×n ⇒ TiON
以下、好ましい態様について付記する。
本開示の一態様によれば、
(a)酸素非含有の第1下地と、酸素を含有する第2下地と、酸素及び窒素非含有の第3下地と、が表面に露出した基板に対して処理ガスを供給することで、前記第3下地の表面に(選択的に)保護膜を形成する工程と、
(b)前記第3下地の表面に前記保護膜を形成した後の前記基板に対してフッ素含有ガスを供給することで、前記第2下地の表面を(選択的に)フッ素終端させるように改質させる工程と、
(c)前記第2下地の表面を改質させた後の前記基板に対して成膜ガスを供給することで、前記第1下地の表面上に選択的に膜を形成する工程と、
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、
前記保護膜は酸素を含有する。
付記2に記載の方法であって、
(a)では、前記処理ガスとして酸素含有ガスを供給し、前記第3下地の表面を酸化させることで、前記保護膜を形成する。
付記3に記載の方法であって、
(a)では、前記第3下地の表面をドライ酸化により酸化させる。
付記3または4に記載の方法であって、
(a)では、大気圧未満の圧力下で、前記第3下地の表面を酸化させる。
付記3〜5のいずれか1項に記載の方法であって、
(a)では、前記第1下地の表面が酸化されない条件下で、前記第3下地の表面を酸化させる。すなわち、(a)では、前記第1下地の表面に前記保護膜が形成されない条件下で、前記第3下地の表面に前記保護膜を形成する。
付記2〜6のいずれか1項に記載の方法であって、
(b)では、前記保護膜の表面もフッ素終端させるように改質させる。
付記1〜7のいずれか1項に記載の方法であって、
(b)では、前記第2下地の表面を、エッチングさせることなくフッ素終端させるように改質させる。また、(b)では、前記保護膜の表面も、エッチングさせることなくフッ素終端させるように改質させる。
付記1〜8のいずれか1項に記載の方法であって、
(b)では、シリコンが存在する雰囲気下で、前記基板に対して前記フッ素含有ガスを供給する。
付記1〜9のいずれか1項に記載の方法であって、
(b)では、
(b1)前記基板に対してアミノシラン系ガスを供給する工程と、
(b2)前記基板に対して前記フッ素含有ガスを供給する工程と、
を順次行うことで、前記第2下地の表面をフッ素終端させるように改質させる。
付記10に記載の方法であって、
(b1)では、前記第2下地の表面に前記アミノシラン系ガスに含まれるシリコンを吸着させ、
(b2)では、前記第2下地の表面に吸着させたシリコンと、前記フッ素含有ガスとを反応させて、前記第2下地の表面をフッ素終端させる。
付記11に記載の方法であって、
(b1)では、前記保護膜の表面に前記アミノシラン系ガスに含まれるシリコンを吸着させ、
(b2)では、前記保護膜の表面に吸着させたシリコンと、前記フッ素含有ガスとを反応させて、前記第2下地の表面をフッ素終端させる。
付記1〜12のいずれか1項に記載の方法であって、
(a)を行う前に、(d)前記基板の表面に形成された自然酸化膜を除去する工程を更に有する。
付記13に記載の方法であって、
(d)では、前記第1下地の素材を剥き出しにして露出させる。
付記14に記載の方法であって、
(d)では、前記第3下地の素材を剥き出しにして露出させる。
付記1〜15のいずれか1項に記載の方法であって、
前記第1下地は窒化膜を含み、前記第2下地は酸化膜を含み、前記第3下地は半導体物質を含む。
付記1〜16のいずれか1項に記載の方法であって、
前記第1下地はシリコンおよび窒素を含有し、前記第2下地はシリコンおよび酸素を含有し、前記第3下地はシリコンを含有する。
付記1〜17のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1下地はシリコン窒化膜を含み、前記第2下地はシリコン酸化膜を含み、前記第3下地は単結晶シリコン、エピタキシャルシリコン膜、多結晶シリコン膜、またはアモルファスシリコン膜を含む。
本開示の他の態様によれば、
基板が処理される処理室と、
前記処理室内の基板に対して処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対してフッ素含有ガスを供給するフッ素含有ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して成膜ガスを供給する成膜ガス供給系と、
前記処理室内において、付記1の各処理(各工程)を行わせるように、前記処理ガス供給系、前記フッ素含有ガス供給系、および前記成膜ガス供給系を制御することが可能な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。
本開示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の各手順(各工程)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。
200a 第1下地
200b 第2下地
200c 第3下地
Claims (6)
- (a)酸素非含有の第1下地と、酸素を含有する第2下地と、酸素及び窒素非含有の第3下地と、が表面に露出した基板に対して処理ガスを供給することで、前記第3下地の表面に保護膜を形成する工程と、
(b)前記第3下地の表面に前記保護膜を形成した後の前記基板に対してフッ素含有ガスを供給することで、前記第2下地の表面をフッ素終端させるように改質させる工程と、
(c)前記第2下地の表面を改質させた後の前記基板に対して成膜ガスを供給することで、前記第1下地の表面上に選択的に膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記保護膜は酸素を含有する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- (a)では、前記処理ガスとして酸素含有ガスを供給し、前記第3下地の表面を酸化させることで、前記保護膜を形成する請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- (b)では、前記保護膜の表面もフッ素終端させるように改質させる請求項2または3に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板が処理される処理室と、
前記処理室内の基板に対して処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対してフッ素含有ガスを供給するフッ素含有ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して成膜ガスを供給する成膜ガス供給系と、
前記処理室内において、(a)酸素非含有の第1下地と、酸素を含有する第2下地と、酸素及び窒素非含有の第3下地と、が表面に露出した基板に対して前記処理ガスを供給することで、前記第3下地の表面に保護膜を形成する処理と、(b)前記第3下地の表面に前記保護膜を形成した後の前記基板に対して前記フッ素含有ガスを供給することで、前記第2下地の表面をフッ素終端させるように改質させる処理と、(c)前記第2下地の表面を改質させた後の前記基板に対して前記成膜ガスを供給することで、前記第1下地の表面上に選択的に膜を形成する処理と、を行わせるように、前記処理ガス供給系、前記フッ素含有ガス供給系、および前記成膜ガス供給系を制御することが可能な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)酸素非含有の第1下地と、酸素を含有する第2下地と、酸素及び窒素非含有の第3下地と、が表面に露出した基板に対して処理ガスを供給することで、前記第3下地の表面に保護膜を形成する手順と、
(b)前記第3下地の表面に前記保護膜を形成した後の前記基板に対してフッ素含有ガスを供給することで、前記第2下地の表面をフッ素終端させるように改質させる手順と、
(c)前記第2下地の表面を改質させた後の前記基板に対して成膜ガスを供給することで、前記第1下地の表面上に選択的に膜を形成する手順と、
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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