JP2021111760A - 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)処理ガスの吸着に選択性を与えるインヒビタ層を一部に有する基板を収容する処理室へ前記処理ガスを供給して、前記基板に選択的に膜を形成する工程と、
(b)前記基板が存在しない前記処理室内へ前記インヒビタ層に含まれる成分を有するクリーニングガスを供給する工程と、
(c)前記処理室内の前記クリーニングガスの残留成分を除去する工程と、
を行う技術が提供される。
処理対象となる基板は、例えば、半導体装置(半導体デバイス)が作り込まれる半導体基板としてのシリコンウエハ(以下、単に「ウエハ」という。)である。なお、本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体(集合体)」を意味する場合(すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合)がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面(露出面)」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。
ウエハに対して行う所定のプロセス処理(以下、単に「処理」ということもある。)としては、例えば、酸化処理、拡散処理、アニール処理、エッチング処理、プリクリーニング処理、チャンバクリーニング処理、成膜処理等がある。本態様では、特に成膜処理を行う場合を例に挙げる。
まず、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。
以下、本態様に係る基板処理装置の構成について説明する。ここでは、処理対象となるウエハに対して一枚ずつ処理を行う枚葉式の基板処理装置を例に挙げる。
図1は、本態様に係る枚葉式の基板処理装置の概略構成図である。
図1に示すように、基板処理装置100は処理容器202を備えている。処理容器202は、例えば、横断面が円形であり扁平な密閉容器として、アルミニウム(Al)やステンレス(SUS)等の金属材料により構成されている。処理容器202は、上部容器202aと下部容器202bで構成される。上部容器202aと下部容器202bの間には仕切り板204が設けられる。
処理室201内には、ウエハ200を支持する基板支持部210が設けられている。基板支持部210は、ウエハ200を載置する基板載置面211を有した基板載置台212を備える。基板載置台212は、基板載置面211上のウエハ200の温度を調整するヒータ213と、ウエハ200等にバイアスがかかるようにするためのバイアス電極220と、を内蔵している。また、基板載置台212には、リフトピン207が貫通する貫通孔214が、リフトピン207と対応する位置にそれぞれ設けられている。
具体的には、基板載置台212をウエハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン207の上端部が基板載置面211の上面から突出して、リフトピン207がウエハ200を下方から支持するようになっている。また、基板載置台212をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン207は基板載置面211の上面から埋没して、基板載置面211がウエハ200を下方から支持するようになっている。
処理室201の上部(ガス供給方向上流側)には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド230が設けられている。シャワーヘッド230の蓋231にはガス導入口241が設けられる。当該ガス導入口241は後述するガス供給系が連通するよう構成される。ガス導入口241から導入されるガスは、シャワーヘッド230のバッファ空間232に供給される。
シャワーヘッド230の蓋231には、整合器251、高周波電源252が接続されている。そして、高周波電源252、整合器251でインピーダンスを調整することで、シャワーヘッド230、処理室201にプラズマが生成されるようになっている。
シャワーヘッド230の蓋231には、ガス導入口241と連通するよう共通ガス供給管242が接続されている。共通ガス供給管242は、ガス導入口241を介して、シャワーヘッド230内のバッファ空間232に連通する。また、共通ガス供給管242には、第1のガス供給管243aと、第2のガス供給管244aと、第3のガス供給管245aと、第4のガス供給管249aと、第5のガス供給管250aと、が接続されている。
第1のガス供給管243aには、上流方向から順に、原料ガス供給源243b、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)243c、および、開閉弁であるバルブ243dが設けられている。そして、第1のガス供給管243aからは、原料ガスが、MFC243c、バルブ243d、共通ガス供給管242を介して、シャワーヘッド230内に供給される。
第2のガス供給管244aの上流には、上流方向から順に、反応ガス供給源244b、MFC244c、および、バルブ244dが設けられている。そして、第2のガス供給管244aからは、反応ガスが、MFC244c、バルブ244d、共通ガス供給管242を介して、シャワーヘッド230内に供給される。
第3のガス供給管245aには、上流方向から順に、パージガス供給源245b、MFC245c、および、バルブ245dが設けられている。そして、第3のガス供給管245aからは、基板処理工程では、パージガスとしての不活性ガスが、MFC245c、バルブ245d、共通ガス供給管242を介して、シャワーヘッド230内に供給される。また、処理空間クリーニング工程では、必要に応じて、クリーニングガスのキャリアガスまたは希釈ガスとしての不活性ガスが、MFC245c、バルブ245d、共通ガス供給管242を介して、シャワーヘッド230内に供給される。
第3のガス供給管245aのバルブ245dよりも下流側には、処理空間クリーニングガス供給管248aの下流端が接続されている。処理空間クリーニングガス供給管248aには、上流方向から順に、処理空間クリーニングガス供給源248b、MFC248c、および、バルブ248dが設けられている。そして、第3のガス供給管245aは、処理空間クリーニング工程では、クリーニングガスが、MFC248c、バルブ248d、共通ガス供給管242を介して、シャワーヘッド230内に供給される。
第4のガス供給管249aには、上流方向から順に、インヒビタ層形成ガス供給源249b、MFC249c、および、バルブ249dが設けられている。そして、第4のガス供給管249aからは、インヒビタ層形成ガスが、MFC249c、バルブ249d、共通ガス供給管242を介して、シャワーヘッド230内に供給される。
第5のガス供給管250aには、上流方向から順に、クリーニングガス残留成分除去ガス供給源(以下、単に「残留成分除去ガス供給源」ということもある。)250b、MFC250c、および、バルブ250dが設けられている。そして、第5のガス供給管250aからは、残留成分除去ガスが、MFC250c、バルブ250d、共通ガス供給管242を介して、シャワーヘッド230内に供給される。
排気配管222は、排気バッファ室209の上面または側方に設けられた排気口221を介して、排気バッファ室209内に接続される。これにより、排気配管222は、処理室201内と連通することになる。
基板処理装置100は、基板処理装置100の各部の動作を制御する制御部としてのコントローラ260を有している。コントローラ260は、演算部261および記憶部262を少なくとも有する。コントローラ260は、上記した各構成に接続され、上位装置や使用者の指示に応じて記憶部262からプログラムやレシピを呼び出し、その内容に応じて各構成の動作を制御する。具体的には、コントローラ260は、ゲートバルブ205、昇降部218、ヒータ213、高周波電源252、整合器251、MFC243c〜250c、バルブ243d〜250d、APCバルブ223、インピーダンス調整部270、インピーダンス調整電源271、真空ポンプ224等の動作を制御する。
次に、半導体製造工程の一工程として、上述した構成の基板処理装置100を用いて、ウエハ200に対する処理を行う基板処理工程について説明する。
ここでは、基板処理工程として、ウエハ200上に薄膜を形成する場合を例に挙げる。特に、本態様においては、原料ガス(第1のガス)としてDCSガスを用い、反応ガス(第2の理ガス)としてNH3ガスを用いて、これらのガスを交互に供給してウエハ200上にSi含有膜としてのSiN(シリコン窒化)膜を形成する例について説明する。
なお、以下の説明において、基板処理装置100を構成する各部の動作は、コントローラ260により制御される。
基板処理装置100において、基板処理工程に際しては、図2に示すように、まず、基板搬入・加熱工程(S102)を行う。基板搬入・加熱工程(S102)では、処理容器202内にウエハ200を搬入する。そして、処理容器202内にウエハ200を搬入したら、図示せぬ真空搬送ロボットを処理容器202の外へ退避させ、ゲートバルブ205を閉じて処理容器202内を密閉する。その後、基板載置台212を上昇させることにより、基板載置台212に設けられた基板載置面211上にウエハ200を載置させ、さらに基板載置台212を上昇させることにより、処理室201内の処理位置(ウエハ処理位置)までウエハ200を上昇させる。
基板搬入・載置工程(S102)の後は、インヒビタ層形成工程(S104)を行う。インヒビタ層形成工程(S104)では、インヒビタ層形成ガス供給系249から処理室201内にインヒビタ層形成ガス(第5のガス)としてCF4ガスを供給する。
インヒビタ層形成工程(S104)の後は、次に、成膜工程(S106)を行う。以下、図3を参照し、成膜工程(S106)について詳細に説明する。なお、成膜工程(S104)は、異なる処理ガスを交互に供給する工程を繰り返すサイクリック処理である。
(a)工程に相当する成膜工程(S104)では、まず、第1処理ガス(原料ガス)供給工程(S202)を行う。第1処理ガス供給工程(S202)では、原料ガス供給系243から、インヒビタ層を一部に有するウエハ200を収容する処理室201へ、原料ガス(第1のガス)としてDCSガスを供給する。処理室201内に供給されたDCSガスは、ウエハ処理位置にあるウエハ200の面上に到達する。これにより、インヒビタ層を有さないウエハ200のb領域の表面には、塩素(Cl)を含むSi含有膜が形成される。Clを含むSi含有膜は、b領域の表面への、DCSの物理吸着や、DCSの一部が分解した物質の化学吸着や、DCSの熱分解によるSiの堆積等により形成される。Si含有膜は、例えば、処理容器202内の圧力、DCSガスの流量、基板載置台212の温度、処理室201の通過にかかる時間等に応じて、所定の厚さおよび所定の分布で形成される。
第1処理ガス供給工程(S202)の後は、次に、パージガス供給系245からN2ガスを供給し、処理室201およびシャワーヘッド230のパージを行う。これにより、第1処理ガス供給工程(S202)でウエハ200に結合できなかったDCSガスは、真空ポンプ224により処理室201から除去される。
パージ工程(S204)の後は、次に、反応ガス供給系244から処理室201内に反応ガス(第2のガス)としてNH3ガスを供給する。これにより、ウエハ200のb領域の表面に形成されたSi含有膜の少なくとも一部が窒化(改質)される。Si含有膜が改質されることで、b領域の表面に、SiおよびNを含む膜、すなわち、SiN膜が形成される(図4(b)参照)。SiN膜を形成する際、Si含有膜に含まれていたCl等の不純物は、NH3ガスによるSi含有膜の改質反応の過程において、少なくともClを含むガス状物質を構成し、処理室201内から排出される。これにより、SiN膜は、第1処理ガス供給工程(S202)で形成されたSi含有膜に比べてCl等の不純物が少ない膜となる。なお、a領域の表面は、第2処理ガス供給工程(S206)を実施する際も、改質されることなく維持される。すなわち、a領域の表面は、改質(NH終端)されることなく、F終端されたまま安定的に維持される。
第2処理ガス供給工程(S206)の後は、パージ工程(S208)を実行する。パージ工程(S208)における各部の動作は、上述したパージ工程(S204)の場合と同様であるので、ここではその説明を省略する。
パージ工程(S208)を終えると、続いて、コントローラ260は、上述した一連の処理(S202〜S208)を1つのサイクルとし、その1サイクルを所定回数(n cycle)実施したか否かを判定する。そして、所定回数実施していなければ、第1処理ガス供給工程(S202)からパージ工程(S208)までの1サイクルを繰り返す。一方、所定回数実施したときには、成膜工程(S106)を終了する。
以上のような成膜工程(S106)の終了後、基板処理装置100では、図2に示すように、基板搬入出工程(S108)を行う。基板搬入出工程(S108)では、上述した基板搬入・加熱工程(S102)と逆の手順にて、処理済みのウエハ200を処理容器202の外へ搬出する。そして、基板搬入・加熱工程(S102)と同様の手順にて、次に待機している未処理のウエハ200を処理容器202内に搬入する。その後、搬入されたウエハ200に対しては、成膜工程(S106)が実行されることになる。
基板搬入出工程(S108)を終えると、基板処理装置100では、上述した一連の処理(S102〜S108)を1つのサイクルとし、その1サイクルを所定回数実施したか否か、すなわち成膜工程(S106)で処理したウエハ200が所定の枚数に到達したか否かを判定する。そして、所定回数実施していなければ、処理したウエハ200が所定の枚数に到達していないので、基板搬入・加熱工程(S102)から基板搬入出工程(S108)までの1サイクルを繰り返す。一方、所定回数実施したときには、基板処理工程を終了する。
次に、半導体装置の製造方法の一工程として、基板処理装置100の処理容器202内に対するクリーニング処理を行う工程について説明する。
次に、半導体装置の製造方法の一工程として、基板処理装置100の処理室201内に残留するクリーニングガスの残留成分を除去する工程について説明する。
本態様によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
以上に、本開示の態様を具体的に説明したが、本開示が上述の態様に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。
以下に、本開示の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)処理ガスの吸着に選択性を与えるインヒビタ層を一部に有する基板を収容する処理室へ前記処理ガスを供給して、前記基板に選択的に膜を形成する工程と、
(b)前記基板が存在しない前記処理室内へ前記インヒビタ層に含まれる成分を有するクリーニングガスを供給する工程と、
(c)前記処理室内の前記クリーニングガスの残留成分を除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
好ましくは、
前記(b)工程と、前記(c)工程と、前記(a)工程と、をこの順に行う、
付記1に記載の半導体装置の製造方法が提供される。
好ましくは、
前記インヒビタ層に含まれる成分は、フッ素または塩素を含む、
付記1または2に記載の半導体装置の製造方法が提供される。
好ましくは、
前記(a)工程の前に、前記処理室において前記インヒビタ層を形成する工程(d)をさらに有する、
付記1〜3のいずれか1態様に記載の半導体装置の製造方法が提供される。
好ましくは、
前記(c)工程は、前記処理室内で水素含有ガスのプラズマを生成する工程を含む、
付記1〜4のいずれか1態様に記載の半導体装置の製造方法。
好ましくは、
前記(a)工程では、第1位置に前記処理ガスのプラズマを生成し、
前記(c)工程では、第2位置に前記水素含有ガスのプラズマを生成し、
前記第2位置は、前記第1位置よりも前記処理室の上方の位置である、
付記5に記載の半導体装置の製造方法が提供される。
本開示の他の一態様によれば、
処理ガスの吸着に選択性を与えるインヒビタ層を一部に有する基板を収容する処理室と、
前記処理室へ前記処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記基板が存在しない前記処理室内へ前記インヒビタ層に含まれる成分を有するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系と、
前記処理室内の前記クリーニングガスの残留成分を除去するガスを供給するクリーニングガス残留成分除去ガス供給系と、
前記処理室へ前記処理ガスを供給した際に、前記基板に選択的に膜を形成させるように、前記処理ガス供給系、前記クリーニングガス供給系および前記クリーニングガス残留成分除去ガス供給系を制御するように構成される制御部と、
を備える基板処理装置が提供される。
本開示のさらに他の一態様によれば、
(a)処理ガスの吸着に選択性を与えるインヒビタ層を一部に有する基板を収容する処理室へ前記処理ガスを供給して、前記基板に選択的に膜を形成する手順と、
(b)前記基板が存在しない前記処理室内へ前記インヒビタ層に含まれる成分を有するクリーニングガスを供給する手順と、
(c)前記処理室内の前記クリーニングガスの残留成分を除去する手順と、
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が提供される。
Claims (6)
- (a)処理ガスの吸着に選択性を与えるインヒビタ層を一部に有する基板を収容する処理室へ前記処理ガスを供給して、前記基板に選択的に膜を形成する工程と、
(b)前記基板が存在しない前記処理室内へ前記インヒビタ層に含まれる成分を有するクリーニングガスを供給する工程と、
(c)前記処理室内の前記クリーニングガスの残留成分を除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記インヒビタ層に含まれる成分は、フッ素または塩素を含む、
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記(c)工程は、前記処理室内で水素含有ガスのプラズマを生成する工程を含む、
請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記(a)工程では、第1位置に前記処理ガスのプラズマを生成し、
前記(c)工程では、第2位置に前記水素含有ガスのプラズマを生成し、
前記第2位置は、前記第1位置よりも前記処理室の上方の位置である、
請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 - 処理ガスの吸着に選択性を与えるインヒビタ層を一部に有する基板を収容する処理室と、
前記処理室へ前記処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記基板が存在しない前記処理室内へ前記インヒビタ層に含まれる成分を有するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系と、
前記処理室内の前記クリーニングガスの残留成分を除去するガスを供給するクリーニングガス残留成分除去ガス供給系と、
前記処理室へ前記処理ガスを供給した際に、前記基板に選択的に膜を形成させるように、前記処理ガス供給系、前記クリーニングガス供給系および前記クリーニングガス残留成分除去ガス供給系を制御するように構成される制御部と、
を備える基板処理装置。 - (a)処理ガスの吸着に選択性を与えるインヒビタ層を一部に有する基板を収容する処理室へ前記処理ガスを供給して、前記基板に選択的に膜を形成する手順と、
(b)前記基板が存在しない前記処理室内へ前記インヒビタ層に含まれる成分を有するクリーニングガスを供給する手順と、
(c)前記処理室内の前記クリーニングガスの残留成分を除去する手順と、
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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