JP2022018973A - 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)基板に対して第1ガスを供給することで、前記基板の表面に露出した第1膜の表面の少なくとも一部に第1改質層を形成する工程と、
(b)前記基板に対して前記第1ガスとは分子構造が異なる第2ガスを供給することで、前記第2ガスと前記第1改質層とを反応させること、及び、前記第2ガスにより前記第1改質層を活性化させること、の少なくとも一方にてエッチング種を生成し、このエッチング種により前記第1膜の少なくとも一部をエッチングする工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記第1膜をエッチングする技術が提供される。
以下、本開示の一態様について、主に、図1~図4、図5(a)~図5(k)を参照しながら説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面上の各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。
図1に示すように、処理炉202は加熱機構(温度調整器、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の表面に露出した第1膜としての下地200aをエッチングするためのエッチング処理シーケンス例、すなわち、エッチング処理におけるガス供給シーケンス例について、主に、図4、図5(a)~図5(k)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に対して第1ガスを供給することで、ウエハ200の表面に露出した第1膜である下地200aの少なくとも一部に第1改質層200bを形成するステップAと、
ウエハ200に対して第1ガスとは分子構造が異なる第2ガスを供給することで、第2ガスと第1改質層200bとを反応させること、及び、第2ガスにより第1改質層200bを活性化させること、の少なくとも一方にてエッチング種を生成し、このエッチング種により下地200aの少なくとも一部をエッチングするステップB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、下地200aをエッチングする。
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。なお、ウエハ200の表面には、エッチング処理の対象である、第1膜としての下地200aが露出した状態となっている。下地200aは、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)等のシリコン系窒素含有膜を含む。
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とステップBとを非同時に行うサイクルを所定回数実行する。
ステップAでは、処理室201内のウエハ200に対して、すなわち、表面に第1膜としての下地200aが露出したウエハ200に対して第1ガスを供給する。
処理温度:25~400℃、好ましくは50~250℃
処理圧力:1~13300Pa、好ましくは50~2660Pa
第1ガス供給流量:1~5000sccm、好ましくは50~2000sccm
第1ガス供給時間:1~3000sec、好ましくは10~1200sec
不活性ガス供給流量(ガス供給管毎):100~5000sccm、好ましくは100~3000sccm
が例示される。
処理温度:25~400℃、好ましくは50~250℃
処理圧力:1~13300Pa、好ましくは50~1330Pa
不活性ガス供給流量(ガス供給管毎):100~5000sccm、好ましくは500~3000sccm
不活性ガス供給時間:1~600sec、好ましくは10~120sec
が例示される。
ステップBでは、ステップAが終了した後、処理室201内のウエハ200に対して、すなわち、下地200aの表面に第1改質層200bが形成されたウエハ200に対して第2ガスを供給する。上述のように、第2ガスは、第1ガスとは分子構造が異なるガスである。
処理温度:25~400℃、好ましくは50~250℃
処理圧力:1~13300Pa、好ましくは50~2660Pa
第2ガス供給流量:1~5000sccm、好ましくは50~2000sccm
第2ガス供給時間:1~3000sec、好ましくは10~1200sec
不活性ガス供給流量(ガス供給管毎):100~5000sccm、好ましくは100~3000sccm
が例示される。
処理温度:25~400℃、好ましくは50~250℃
処理圧力:1~13300Pa、好ましくは50~1330Pa
不活性ガス供給流量(ガス供給管毎):100~5000sccm、好ましくは500~3000sccm
不活性ガス供給時間:1~600sec、好ましくは10~120sec
が例示される。
既述のように、ステップBでは、表面の一部がエッチングされた下地200aの表面に第2改質層200dが形成される場合がある。この場合、第2サイクル以降のステップAでは、処理室201内のウエハ200に対して、すなわち、表面の一部がエッチングされた下地200aの表面に第2改質層200dが形成されたウエハ200に対して第1ガスを供給する。第1ガスの供給方法及び供給条件は、上述のステップAと同様とすることができる。
上述したステップA及びステップB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の表面に露出した下地200aを所望の深さでエッチングすることが可能となる。上述のサイクルは、複数回繰り返すことが好ましい。すなわち、1サイクルあたりにエッチングされる層の厚さを所望の厚さよりも薄くし、エッチングにより除去される層の厚さが所望の厚さになるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すことが好ましい。
下地200aのエッチング処理が完了した後、ノズル249a~249cのそれぞれからパージガスとしての不活性ガスを処理室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。
ステップCでは、処理室201内のウエハ200に対して、すなわち、表面に第1膜としての下地200aが露出したウエハ200に対して第3ガスを供給する。
処理温度:30~300℃
処理圧力:5~1000Pa
第3ガス供給流量:10~2000sccm
第3ガス供給時間:5~1800sec
不活性ガス供給流量(ガス供給管毎):0~10000sccm
が例示される。
上述の基板処理装置を用い、第1ガスを単独で使用して、ウエハの表面に露出したSiN膜及びSiO膜に対してエッチング処理を行い、それらのエッチング量を測定した。第1ガスとしては、上述の態様で第1ガスとして例示したフッ素系ガスの1つを用いた。処理条件は、処理温度を100℃、250℃、350℃、又は400℃とした以外は、上述のステップAにおける処理条件の範囲内の所定の条件とした。
上述の基板処理装置を用い、第2ガスを単独で使用して、ウエハの表面に露出したSiN膜及びSiO膜に対してエッチング処理を行い、それらのエッチング量を測定した。第2ガスとしては、参考例1における第1ガスとは分子構造が異なるガスであって、上述の態様で第2ガスとして例示したフッ素系ガスの1つを用いた。処理条件は、処理温度を35℃又は100℃とした以外は、上述のステップBにおける処理条件の範囲内の所定の条件とした。
上述の基板処理装置を用い、図4に示す処理シーケンスにより、ウエハの表面に露出したSiN膜及びSiO膜に対してエッチング処理を行い、それらのエッチング量を測定した。第1ガスとしては、参考例1における第1ガスと同様のガスを用い、第2ガスとしては、参考例2における第2ガスと同様のガスを用いた。処理条件は、処理温度を100℃とした以外は、上述のステップA,Bにおける処理条件の範囲内の所定の条件とした。
以下、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)基板に対して第1ガスを供給することで、前記基板の表面に露出した第1膜の表面の少なくとも一部に第1改質層を形成する工程と、
(b)前記基板に対して前記第1ガスとは分子構造が異なる第2ガスを供給することで、前記第2ガスと前記第1改質層とを反応させること、及び、前記第2ガスにより前記第1改質層を活性化させること、の少なくとも一方にてエッチング種を生成し、このエッチング種により前記第1膜の少なくとも一部をエッチングする工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記第1膜をエッチング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、
(a)では、前記第1ガスの分子の少なくとも一部を、前記第1膜の表面の少なくとも一部に物理吸着または化学吸着させて前記第1改質層を形成する。
付記1又は2に記載の方法であって、
(a)では、前記第1ガスの分子の少なくとも一部と、前記第1膜の表面の少なくとも一部の原子または分子と、の化学反応により化合物を生成させて前記第1改質層を形成する。
付記1~3のいずれか1項に記載の方法であって、
(b)では、前記第2ガスと前記第1改質層との反応が、前記第2ガスと前記第1膜との反応よりも支配的に生じる条件下で、前記基板に対して前記第2ガスを供給する。
付記1~3のいずれか1項に記載の方法であって、
(b)では、前記第2ガスと前記第1改質層との反応が進行し、前記第2ガスと前記第1膜との反応が進行しない条件下で、前記基板に対して前記第2ガスを供給する。
付記1~5のいずれか1項に記載の方法であって、
(b)では、前記第2ガスによる前記第1改質層の活性化が、前記第2ガスによる前記第1膜の活性化よりも支配的となる条件下で、前記基板に対して前記第2ガスを供給する。
付記1~5のいずれか1項に記載の方法であって、
(b)では、前記第2ガスによる前記第1改質層の活性化が進行し、前記第2ガスによる前記第1膜の活性化が進行しない条件下で、前記基板に対して前記第2ガスを供給する。
付記1~7のいずれか1項に記載の方法であって、
(b)では、前記エッチング種による前記第1膜の少なくとも一部のエッチングが、前記第2ガスと前記第1膜との反応よりも支配的に生じる条件下で、前記基板に対して前記第2ガスを供給する。
付記1~7のいずれか1項に記載の方法であって、
(b)では、前記エッチング種による前記第1膜の少なくとも一部のエッチングが進行し、前記第2ガスと前記第1膜との反応が進行しない条件下で、前記基板に対して前記第2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、更に、少なくとも一部がエッチングされた前記第1膜の表面の少なくとも一部に第2改質層を形成する。
付記10に記載の方法であって、
第2サイクル以降における(a)では、前記基板に対して前記第1ガスを供給することで、前記第1ガスと前記第2改質層とを反応させて前記第2改質層を除去し、前記第2改質層が除去された前記第1膜の表面の少なくとも一部に前記第1改質層を形成する。
付記1~11のいずれか1項に記載の方法であって、
前記第1膜は、窒素含有膜、遷移金属膜、または半導体膜を含む。
付記1~12のいずれか1項に記載の方法であって、
前記基板の表面には、更に、第2膜が露出しており、
前記サイクルを所定回数行うことで、前記第2膜に対して前記第1膜を選択的にエッチングする。
付記13に記載の方法であって、
前記第1膜は、窒素含有膜、遷移金属膜または半導体膜を含み、前記第2膜は、酸素含有膜または非遷移金属膜を含む。
付記14に記載の方法であって、
前記窒素含有膜は、シリコン系窒素含有膜、ボロン系窒素含有膜または金属系窒素含有膜を含む。
付記14または15に記載の方法であって、
前記酸素含有膜は、シリコン系酸素含有膜または金属系酸素含有膜を含む。
付記13~16のいずれか1項に記載の方法であって、
前記サイクルを所定回数行うことで、前記第1膜を前記第2膜に対して5:1以上の選択性で、好ましくは10:1以上の選択性で、好ましくは20:1以上の選択性で、好ましくは30:1以上の選択性で、好ましくは40:1以上の選択性で、好ましくは50:1以上の選択性で、エッチングする。
付記1~17のいずれか1項に記載の方法であって、
前記第1ガスは、シリコン(Si)含有ガス、金属含有ガス、酸素(O)含有ガス、窒素(N)及び水素(H)含有ガス、ボロン(B)含有ガス、リン(P)含有ガス、ハロゲン含有ガスのうち1つ以上を含み、
前記第2ガスは、ハロゲン含有ガス、アセチルアセトン系ガスのうち1つ以上を含む。
付記1~18のいずれか1項に記載の方法であって、
ノンプラズマの雰囲気下で前記サイクルを所定回数行う。
付記1~19のいずれか1項に記載の方法であって、
前記第1ガスおよび前記第2ガスのうち少なくともいずれかが単独で存在した場合に、前記第1膜のエッチング反応が継続的に進行しにくい条件下で、前記サイクルを所定回数行う。好ましくは、前記第1ガスおよび前記第2ガスのそれぞれが単独で存在した場合に、前記第1膜のエッチング反応が継続的に進行しにくい条件下で、前記サイクルを所定回数行う。
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第1ガスを供給する第1ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記第1ガスとは分子構造が異なる第2ガスを供給する第2ガス供給系と、
前記処理室内の基板の温度を調整する温度調整器と、
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、前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系、および前記温度調整器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。
本開示の更に他の態様によれば、
付記1の各手順(各工程)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、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。
12 第1生成物
14 第2生成物
20 第2ガス(第2ガスの分子)
30 生成物
200 ウエハ(基板)
200a 下地(第1膜)
200b 第1改質層
200c エッチング種(エッチング種を含む層)
200d 第2改質層
200e 下地(第2膜)
Claims (12)
- (a)基板に対して第1ガスを供給することで、前記基板の表面に露出した第1膜の表面の少なくとも一部に第1改質層を形成する工程と、
(b)前記基板に対して前記第1ガスとは分子構造が異なる第2ガスを供給することで、前記第2ガスと前記第1改質層とを反応させること、及び、前記第2ガスにより前記第1改質層を活性化させること、の少なくとも一方にてエッチング種を生成し、このエッチング種により前記第1膜の少なくとも一部をエッチングする工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記第1膜をエッチングする半導体装置の製造方法。 - (a)では、前記第1ガスの分子の少なくとも一部を、前記第1膜の表面の少なくとも一部に物理吸着または化学吸着させて前記第1改質層を形成する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- (a)では、前記第1ガスの分子の少なくとも一部と、前記第1膜の表面の少なくとも一部の原子または分子と、の化学反応により化合物を生成させて前記第1改質層を形成する請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
- (b)では、前記第2ガスと前記第1改質層との反応が、前記第2ガスと前記第1膜との反応よりも支配的に生じる条件下で、前記基板に対して前記第2ガスを供給する請求項1~3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- (b)では、前記第2ガスによる前記第1改質層の活性化が、前記第2ガスによる前記第1膜の活性化よりも支配的となる条件下で、前記基板に対して前記第2ガスを供給する請求項1~4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- (b)では、更に、少なくとも一部がエッチングされた前記第1膜の表面の少なくとも一部に第2改質層を形成する請求項1~5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 第2サイクル以降における(a)では、前記基板に対して前記第1ガスを供給することで、前記第1ガスと前記第2改質層とを反応させて前記第2改質層を除去し、前記第2改質層が除去された前記第1膜の表面の少なくとも一部に前記第1改質層を形成する請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1膜は、窒素含有膜、遷移金属膜または半導体膜を含む請求項1~7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板の表面には、更に、第2膜が露出しており、
前記サイクルを所定回数行うことで、前記第1膜を選択的にエッチングする請求項1~8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1膜は、窒素含有膜、遷移金属膜または半導体膜を含み、前記第2膜は、酸素含有膜または非遷移金属膜を含む請求項9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第1ガスを供給する第1ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記第1ガスとは分子構造が異なる第2ガスを供給する第2ガス供給系と、
前記処理室内の基板の温度を調整する温度調整器と、
前記処理室内において、(a)基板に対して前記第1ガスを供給することで、前記基板の表面に露出した第1膜の表面の少なくとも一部に第1改質層を形成する処理と、(b)前記基板に対して前記第2ガスを供給することで、前記第2ガスと前記第1改質層とを反応させること、及び、前記第2ガスにより前記第1改質層を活性化させること、の少なくとも一方にてエッチング種を生成し、このエッチング種により前記第1膜の少なくとも一部をエッチングする処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記第1膜をエッチングする処理を行わせるように、前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系、および前記温度調整器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)基板に対して第1ガスを供給することで、前記基板の表面に露出した第1膜の表面の少なくとも一部に第1改質層を形成する手順と、
(b)前記基板に対して前記第1ガスとは分子構造が異なる第2ガスを供給することで、前記第2ガスと前記第1改質層とを反応させること、及び、前記第2ガスにより前記第1改質層を活性化させること、の少なくとも一方にてエッチング種を生成し、このエッチング種により前記第1膜の少なくとも一部をエッチングする手順と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記第1膜をエッチング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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