JP2021141285A - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体製造装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】膜厚を調整することができる半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本実施形態による半導体製造装置は、第１ガス供給部と、第１ガス処理部と、第２ガス供給部と、を備える。第１ガス供給部は、基板が載置されるステージの上方に設けられ、基板に第１ガスを供給する。第１ガス処理部は、ステージに高周波電力を供給し、第１ガス供給部から供給される第１ガスをプラズマ化する。第２ガス供給部は、ステージの上方に設けられ、プラズマ化された第１ガスの外周に、第１ガスよりプラズマ化され難い第２ガスを供給する。【選択図】図１

Description

本発明による実施形態は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。
プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の、基板を成膜処理する方法が知られている。
しかし、膜厚の面内均一性等、膜厚を精度よく調整することが困難な場合があった。
特許第４７４９７８５号公報
膜厚を調整することができる半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本実施形態による半導体製造装置は、第１ガス供給部と、第１ガス処理部と、第２ガス供給部と、を備える。第１ガス供給部は、基板が載置されるステージの上方に設けられ、基板に第１ガスを供給する。第１ガス処理部は、ステージに高周波電力を供給し、第１ガス供給部から供給される第１ガスをプラズマ化する。第２ガス供給部は、ステージの上方に設けられ、プラズマ化された第１ガスの外周に、第１ガスよりプラズマ化され難い第２ガスを供給する。
第１実施形態による半導体製造装置の構成を示す概略図。 第１実施形態によるガスフロー領域を示す図。 第１実施形態による半導体装置の製造方法を示すフロー図。 第２実施形態による半導体製造装置の構成を示す概略図。
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による半導体製造装置の構成を示す概略図である。半導体製造装置は、プラズマを用いて半導体基板Ｗを処理するプラズマ処理装置であり、例えば、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置である。
半導体製造装置は、チャンバ１０と、載置台（ステージ）２０と、ガス供給部３０と、高周波電源４０と、ガス供給部５０と、ポンプ６０と、制御部７０と、を備える。尚、ガス供給部３０とガス供給部５０は、１つのシャワーヘッドＳＨとして機能する。
チャンバ１０は、半導体基板Ｗを収容する。また、チャンバ１０には、半導体基板Ｗを搬送するためのスリットＳＬが設けられる。尚、図１は、チャンバ１０の一部を示している。
ステージ２０は、上面に半導体基板Ｗが載置される。ステージ２０は、チャンバ１０内に設けられている。ステージ２０は、半導体基板Ｗを加熱するためのヒータを有する。また、ステージ２０は、プラズマ処理用の下部電極としても機能する。
ガス供給部３０は、ステージ２０の上方に設けられる。ガス供給部３０は、チャンバ１０内の処理空間を介してステージ２０と対向している。また、ガス供給部３０は、半導体基板ＷにガスＧ１を供給する。また、ガス供給部３０（シャワーヘッドＳＨ）は、プラズマ処理用の上部電極としても機能する。
また、ガス供給部３０は、ガス分散板３１と、ガス孔３２と、を有する。図１に示すように、ガス供給部３０は、複数のガス孔３２を有する。
ガス分散板３１は、複数のガス孔を有する。ガスＧ１は、分散して複数のガス孔を通過する。これにより、ガスＧ１をより均一にして処理空間内に導入することができる。
ガス孔３２は、半導体基板Ｗとの対向面のうち半導体基板Ｗより広い領域Ａ１に設けられる。また、ガス孔３２には、ガスＧ１が通過する。これにより、ガス供給部３０は、ガスＧ１を処理空間内にシャワー状に導入する。尚、領域Ａ１の詳細については、図２を参照して、後で説明する。
また、より詳細には、ガスＧ１は、成膜ガスを含む。成膜ガスは、例えば、Ｃ３Ｈ６である。しかし、これに限られず、成膜ガスは、例えば、Ｃ２Ｈ２等であってもよい。すなわち、ガスＧ１は、例えば、Ｃ２Ｈ２およびＣ３Ｈ６の少なくとも１つを含む。この場合、カーボン膜が半導体基板Ｗ上に成膜される。また、ガスＧ１には、例えば、アルゴン（Ａｒ）等の放電を補助するガスが含まれている。
高周波電源（ＲＦ電源）４０は、ステージ２０に高周波電力を供給し、ガス供給部３０から供給されるガスＧ１をプラズマ化する。高周波電源４０は、ステージ２０と接続され、プラズマ生成用の高周波電力を発生させる。高周波電源４０は、上部電極であるガス供給部３０と下部電極であるステージ２０との間に高周波電力を供給する。これにより、半導体基板Ｗ上にプラズマＰが発生する。
ガス供給部５０は、ステージ２０の上方に設けられる。ガス供給部５０は、チャンバ１０内の処理空間を介してステージ２０と対向している。より詳細には、ガス供給部５０は、ガス供給部３０の外周に設けられる。また、ガス供給部５０は、プラズマ化されたガスＧ１（以下では、プラズマＰとも呼ばれる場合がある）の外周にガスＧ２を供給する。図１に示すように、チャンバ１０内に導入されたガスＧ２の一部は、半導体基板Ｗの中心方向に進む。すなわち、ガス供給部５０は、プラズマＰを半導体基板Ｗの中心部側に封じ込める（留める）ように、ガスＧ２を供給する。また、ガスＧ２の他部は、半導体基板Ｗの外周方向に進み、そのままチャンバ１０内の排気配管１１に送られてもよい。
半導体基板Ｗの外周端部は、湾曲した形状を有する。この場合、半導体基板Ｗの外周部において、電界集中により電圧が変化する可能性がある。従って、プラズマＰの状態が半導体基板Ｗの中心部と異なり、半導体基板Ｗの外周部で膜厚の制御が困難になる場合がある。
そこで、ガス供給部５０は、ガスＧ２によりプラズマ化したガスＧ１を制御する。ガスＧ２は、例えば、プラズマＰが半導体基板Ｗよりも外周に広がることを抑制し、半導体基板Ｗの外周部のプラズマの密度を向上させることができる。これにより、半導体基板Ｗの外周部における膜厚を上昇させ、膜厚の面内均一性を向上させることができる。従って、ガス供給部５０により、膜厚を調整することができる。
また、より詳細には、ガス供給部５０は、ガス分散板５１と、ガス孔５２と、を有する。図１に示すように、ガス供給部５０は、複数のガス孔５２を有する。
ガス分散板５１は、複数のガス孔を有する。ガス分散板５１は、ガス分散板３１と同様である。
ガス孔５２は、半導体基板Ｗとの対向面のうち領域Ａ１の外周の領域Ａ２に設けられる。また、ガス孔５２には、ガスＧ２が通過する。これにより、ガス供給部５０は、ガスＧ２を処理空間内にシャワー状に導入する。尚、領域Ａ２の詳細については、図２を参照して、後で説明する。
また、より詳細には、ガスＧ２は、ガスＧ１よりプラズマ化され難い。すなわち、ガスＧ２は、ガスＧ１より電離されづらく放電が立ちづらい。また、ガスＧ２は、プラズマ化（分解）されづらいため、プラズマＰの分布または密度を制御することができる。ガスＧ２は、例えば、Ｎ２である。しかし、これに限られず、ガスＧ２は、例えば、Ｈ２およびＯ２等であってもよい。すなわち、ガスＧ２は、例えば、Ｎ２、Ｈ２およびＯ２の少なくとも１つを含む。
尚、ステージ２０およびガス供給部３０、５０の中心軸は、それぞれほぼ一致している。
図２は、第１実施形態によるガスフロー領域を示す図である。図２の上側は、ステージ２０に対するシャワーヘッドＳＨの対向面におけるガスフロー領域を示す。図２の下側は、図１の一部を示す。領域Ａ１は、上記のように、ガス孔３２が設けられ、ガスＧ１が供給される領域である。領域Ａ１の外周の領域Ａ２は、上記のように、ガス孔５２が設けられ、ガスＧ２が供給される領域である。また、破線で示すように、図２の上側と、図２の下側との間で、領域Ａ１の外径とガス供給部３０の外径とが対応し、領域Ａ２の外径とガス供給部５０の外径とが対応する。
領域Ａ１の外径は、半導体基板Ｗの外径より大きいことが好ましい。これにより、半導体基板ＷにガスＧ１をより均一に導入し、適切に成膜することができる。
領域Ａ１の外径は、例えば、約２９０ｍｍ〜約３２０ｍｍである。領域Ａ２の外径は、例えば、約３２０ｍｍ〜約３６０ｍｍである。シャワーヘッドＳＨの外径は、約３７０〜約４１０ｍｍである。半導体基板Ｗの外径は、例えば、約３００ｍｍである。
図１に示すように、ポンプ６０は、チャンバ１０内のガスを排気する。
制御部７０は、ガスＧ２の供給量を制御する。これにより、半導体基板Ｗ上方のプラズマＰの分布または密度を調整することができる。より詳細には、制御部７０は、ガスＧ１の供給量に対するガスＧ２の供給量を制御する。これは、ガスＧ１の分布が、ガスＧ１の流量（供給量）によっても変化するためである。制御部７０は、例えば、ガス供給部３０の上流側のガス経路Ｌ１上に設けられる弁（図示せず）を制御することにより、ガスＧ１の流量を調整すればよい。制御部７０は、例えば、ガス供給部５０の上流側のガス経路Ｌ２上に設けられる弁（図示せず）を制御することにより、ガスＧ２の流量を調整すればよい。
ガスＧ２の流量がゼロから大きくなると、プラズマＰ１は半導体基板Ｗの中心部に封じ込められる。従って、上記のように、半導体基板Ｗの外周部付近のプラズマＰの密度が上昇し、半導体基板Ｗの外周部の膜は厚くなる。ガスＧ２の流量がさらに大きくなり、ガスＧ１の流量に対してガスＧ２の流量が大きくなると、プラズマＰが半導体基板Ｗの外周部から中心部に集中しやすくなる。従って、半導体基板Ｗの外周部付近のプラズマＰの密度が減少し、半導体基板Ｗの外周部の膜は薄くなる。従って、ガスＧ１、Ｇ２の流量の調整により、所望の膜厚が得られるように調整することができる。ガスＧ１のうちＣ３Ｈ６およびＡｒの流量は、例えば、それぞれ３００ｓｃｃｍおよび１５００ｓｃｃｍである。また、ガスＧ２のうちＮ２の流量は、例えば、１５００ｓｃｃｍである。
次に、半導体製造装置の動作について説明する。
図３は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
まず、半導体基板ＷをプラズマＣＶＤ装置（図示せず）のチャンバ１０内に搬入する（Ｓ１０）。次に、ステージ２０の温度を設定する（Ｓ２０）。
次に、ガス供給部３０、５０は、チャンバ１０内にガスＧ１、Ｇ２を供給する（Ｓ３０）。すなわち、ガス供給部３０、５０は、半導体基板Ｗが載置されるステージ２０の上方から半導体基板ＷにガスＧ１を供給するとともに、ステージ２０の上方からガスＧ１の外周に、ガスＧ１よりプラズマ化され難いガスＧ２を供給する。より詳細には、制御部７０がガスＧ１の供給量に対するガスＧ２の供給量を制御して、ガス供給部３０、５０がガスＧ１およびガスＧ２を供給する。
次に、高周波電源４０を起動させ、ステージ２０に高周波電力を供給する（Ｓ４０）。すなわち、高周波電源４０は、ステージ２０に高周波電力を供給することにより、ステージ２０の上方から供給されるガスＧ１をプラズマ化する。これにより、カーボン膜の成膜が行われる。
次に、ガス供給部３０は、ガスＧ１の供給を停止する（Ｓ５０）。次に、高周波電源４０は、電力供給を停止する（Ｓ６０）。例えば、ガスＧ１が全てチャンバ１０から流れきってから、高周波電源４０を停止する。次に、ガス供給部５０は、ガスＧ２の供給を停止する（Ｓ７０）。次に、半導体基板Ｗをチャンバ１０内から搬出する（Ｓ８０）。
尚、ステップＳ５０において、ガスＧ１のうちＣ３Ｈ６の供給を停止し、ステップＳ７０において、ガスＧ１のうちＡｒの供給を停止してもよい。
以上のように、第１実施形態によれば、ガス供給部５０は、ステージ２０の上方に設けられ、プラズマ化されたガスＧ１の外周にガスＧ２を供給する。これにより、プラズマＰを半導体基板Ｗの中心部側に封じ込めるように、プラズマＰの分布または密度を調整することができる。この結果、膜厚を調整することができる。
また、ガス供給部５０は、ステージ２０の上方から下方に向かってガスＧ２を供給する。
もし、チャンバ１０の下部からガスＧ２を供給する場合、スリットＳＬによって、ガスＧ２を基板に対して略均一に流すことが困難になる場合がある。従って、膜厚の制御が困難になる場合がある。
これに対して、第１実施形態では、ガス供給部５０は、ステージ２０の上方から、下方に向かってガスＧ２を供給する。これにより、スリットＳＬの影響を抑制し、膜圧の面内均一性を向上させることができ、膜厚の制御がより容易になる。
また、高周波電源４０は、ステージ２０に高周波電力を供給する。これにより、ガス供給部３０側（シャワーヘッド側）に高周波電力を供給する場合よりも、ガスＧ２のプラズマ化を抑制することができる。
半導体基板Ｗの外周部の膜厚を制御する方法として、ステージ２０の形状を変更することが知られている。しかし、この場合、１つのステージで複数の成膜条件で成膜することが困難になる場合がある。従って、成膜条件を変更するために、別のステージを用いる必要がある。さらに、ステージは高価であるため、成膜条件を変更しづらい場合がある。
また、半導体基板Ｗの外周部の膜厚を制御する他の方法として、ステージ内の外周部に電極を新たに設け、電界制御によりプラズマＰを制御することが知られている。しかし、この場合、半導体基板Ｗの外周部において成膜中に異常放電が発生しやすくなる可能性がある。また、成膜条件を変更するために、別のステージを用いる必要がある。
これに対して、第１実施形態では、ガスＧ２の供給により、異常放電が発生しやすくすることなく、半導体基板Ｗの外周部の膜厚をより容易に調整することができる。また、成膜条件の変更はガスＧ１、Ｇ２の流量の調整により行うことができるため、成膜条件を変更しやすい。
（変形例１）
変形例１は、カーボン膜に代えて、半導体基板Ｗ上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）が成膜される点で、第１実施形態と異なる。
ガスＧ１は、ＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）、ＳｉＨ４、Ｏ２およびＮ２Ｏの少なくとも１つを含む。より詳細には、ガスＧ１は、ＴＥＯＳおよびＯ２と、ＴＥＯＳおよびＯ２と、のいずれか一方である。すなわち、ガスＧ１は、ＴＥＯＳおよびＯ２の組み合わせであってもよく、ＳｉＨ４およびＮ２Ｏの組み合わせであってもよい。この場合、シリコン酸化膜が半導体基板Ｗ上に成膜される。
ガスＧ２は、例えば、Ｎ２を含む。
変形例１よる半導体製造装置は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態による半導体製造装置の構成を示す概略図である。第２実施形態は、成膜中にクリーニングガスが供給される点で、第１実施形態と異なる。
ガスＧ２は、クリーニングガスを含む。クリーニングガスも、ガスＧ１よりプラズマ化され難く、プラズマＰの分布または密度を調整することができる。
半導体製造装置は、ＲＰＳ（Remote Plasma Source）８０をさらに備える。
ＲＰＳ８０は、ガス供給部５０の上流側のガス経路Ｌ２上に設けられる。また、ＲＰＳ８０は、プラズマによりクリーニングガスを処理する。ＲＰＳ８０は、例えば、マイクロ波放電によりラジカルガスを発生させる。尚、クリーニングガスの一部は、プラズマ処理されずに処理空間内に導入されるため、プラズマＰの分布または密度を調整することができる。
ガスＧ１は、炭素を含むガスである。ガスＧ１は、第１実施形態と同様に、例えば、Ｃ３Ｈ６等である。この場合、カーボン膜が半導体基板Ｗ上に成膜される。
より詳細には、クリーニングガスは、例えば、Ｏ２である。半導体基板Ｗの成膜中、ガスＧ１により、チャンバ１０内にも不要なカーボン膜が成膜されてしまう。従って、成膜後に、チャンバ１０内のカーボン膜を除去する場合がある。ＲＰＳ８０によりＯ２が処理されて発生する酸素ラジカルガスは、カーボン膜と反応し、カーボン膜を除去する。従って、半導体基板Ｗの成膜中に、酸素ラジカルガスが通過する排気配管１１内のカーボン膜を除去することができる。これにより、第１実施形態よりも、排気配管１１内のカーボン膜を抑制することができ、チャンバ１０内のクリーニングにかかる時間を少なくすることができる。
第２実施形態による半導体製造装置のその他の構成は、第１実施形態による半導体製造装置の対応する構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。
第２実施形態による半導体製造装置は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
（変形例２）
変形例２は、カーボン膜に代えて、半導体基板Ｗ上にシリコン酸化膜が成膜される点で、第２実施形態と異なる。
ガスＧ１は、シリコンを含むガスである。尚、ガスＧ１は、変形例１と同様でよい。この場合、シリコン酸化膜が半導体基板Ｗ上に成膜される。
より詳細には、クリーニングガスは、例えば、ＮＦ３である。半導体基板Ｗの成膜中、ガスＧ１により、チャンバ１０内にも不要なシリコン酸化膜が成膜されてしまう。従って、成膜後に、チャンバ１０内のシリコン酸化膜を除去する場合がある。ＲＰＳ８０によりＮＦ３が処理されて発生するフッ素ラジカルガスは、シリコン酸化膜と反応し、シリコン酸化膜を除去する。従って、半導体基板Ｗの成膜中に、フッ素ラジカルガスが通過する排気配管１１内のシリコン酸化膜を除去することができる。これにより、第２実施形態よりも、排気配管１１内のシリコン酸化膜を抑制することができ、チャンバ１０内のクリーニングにかかる時間を少なくすることができる。
変形例２よる半導体製造装置は、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
（付記）
以下では、上述した実施形態の内容を付記する。
（付記１）
前記第１ガスは、成膜ガスを含む、半導体製造装置。
（付記２）
前記第１ガスは、Ｃ２Ｈ２およびＣ３Ｈ６の少なくとも１つを含み、
前記第２ガスは、Ｎ２、Ｈ２およびＯ２の少なくとも１つを含む、半導体製造装置。
（付記３）
前記第１ガスは、ＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）、ＳｉＨ４、Ｏ２およびＮ２Ｏの少なくとも１つを含み、
前記第２ガスは、Ｎ２を含む、半導体製造装置。
（付記４）
前記第２ガスは、クリーニングガスを含み、
前記第２ガス供給部の上流側のガス経路上に設けられ、プラズマにより前記クリーニングガスを処理する第２ガス処理部をさらに備える、半導体製造装置。
（付記５）
前記第１ガスは、炭素を含むガスであり、
前記クリーニングガスは、Ｏ２である、付記４に記載の半導体製造装置。
（付記６）
前記第１ガスは、シリコンを含むガスであり、
前記クリーニングガスは、ＮＦ３である、付記４に記載の半導体製造装置。
２０ ステージ、３０ ガス供給部、３２ ガス孔、４０ 高周波電源、５０ ガス供給部、５２ ガス孔、７０ 制御部、８０ ＲＰＳ、Ｇ１ ガス、Ｇ２ ガス、Ｌ２ ガス経路、Ｗ 半導体基板

Claims (4)

  1. 基板が載置されるステージの上方に設けられ、前記基板に第１ガスを供給する第１ガス供給部と、
    前記ステージに高周波電力を供給し、前記第１ガス供給部から供給される前記第１ガスをプラズマ化する第１ガス処理部と、
    前記ステージの上方に設けられ、プラズマ化された前記第１ガスの外周に、前記第１ガスよりプラズマ化され難い第２ガスを供給する第２ガス供給部と、を備える、半導体製造装置。
  2. 前記第１ガスの供給量に対する前記第２ガスの供給量を制御する制御部をさらに備える、請求項１に記載の半導体製造装置。
  3. 前記第１ガス供給部は、前記ステージとの対向面のうち前記基板より広い第１領域に設けられ、前記第１ガスが通過する複数の第１孔を有し、
    前記第２ガス供給部は、前記ステージとの対向面のうち前記第１領域の外周の第２領域に設けられ、前記第２ガスが通過する複数の第２孔を有する、請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
  4. 基板が載置されるステージの上方から前記基板に第１ガスを供給するとともに、前記ステージの上方から前記第１ガスの外周に、前記第１ガスよりプラズマ化され難い第２ガスを供給し、
    前記ステージに高周波電力を供給することにより、前記ステージの上方から供給される前記第１ガスをプラズマ化する、ことを具備する、半導体装置の製造方法。
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JP5732284B2 (ja) * 2010-08-27 2015-06-10 株式会社ニューフレアテクノロジー 成膜装置および成膜方法
KR101740616B1 (ko) * 2012-11-26 2017-05-26 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체
JP6723659B2 (ja) * 2017-01-12 2020-07-15 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

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