JP2022124047A - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラムおよび基板処理方法 - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラムおよび基板処理方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2022124047000001
【課題】基板処理の基板毎の均一性を向上させることができる基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムを提供する。
【解決手段】基板200を処理する処理領域を有する処理容器と、第1ガスを基板に供給する第1孔410aが処理領域の全域にわたって設けられた第1ノズル410と、第1ガスと反応する第2ガスを基板200に供給する第2孔420aが処理領域の全域にわたって設けられた第2ノズル420と、第1ガスの吸着を阻害する吸着阻害ガスを基板200に供給する第3孔440aが処理領域の一部に対応するように設けられた第3ノズル440と、第1ガス、第2ガス、吸着阻害ガスを、それぞれ、第1ノズル410と第2ノズル420および第3ノズル440を介して基板200に供給することが可能なガス供給システムと、を有する。
【選択図】図1

Description

本開示は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムに関する。
3次元構造を持つNAND型フラッシュメモリやDRAMのワードラインとして例えば低抵抗な金属膜が用いられることがある。また、この金属膜と絶縁膜との間にバリア膜を形成することがある(例えば特許文献1及び特許文献2参照)。
特開2011-252221号公報 特開2017-069407号公報
しかし、基板上に膜を形成する場合に、基板の配置位置によって、生成される反応副生成物の量が異なってしまい、基板上に形成される膜の膜厚が異なってしまうことがある。
本開示は、基板処理の基板毎の均一性を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。
本開示の一態様によれば、
基板を処理する処理領域を有する処理容器と、
第1ガスを前記基板に供給する第1孔が前記処理領域の全域にわたって設けられた第1ノズルと、
前記第1ガスと反応する第2ガスを前記基板に供給する第2孔が前記処理領域の全域にわたって設けられた第2ノズルと、
前記第1ガスの吸着を阻害する吸着阻害ガスを前記基板に供給する第3孔が前記処理領域の一部に対応するように設けられた第3ノズルと、
前記第1ガス、前記第2ガス、前記吸着阻害ガスを、それぞれ、前記第1ノズルと前記第2ノズルおよび前記第3ノズルを介して前記基板に供給することが可能なガス供給システムと、
を有する技術が提供される。
本開示によれば、基板処理の基板毎の均一性を向上させることができる。
本開示の一実施形態における基板処理装置の縦型処理炉の概略を示す縦断面図である。 図1におけるA-A線概略横断面図である。 本開示の一実施形態における基板の処理領域に対する第3ノズルの孔の配置位置を説明するための図である。 本開示の一実施形態における基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。 本開示の一実施形態における基板処理シーケンスを示す図である。 基板上に、四塩化チタン(TiCl4)ガスとアンモニア(NH3)ガスを供給してTiN膜を形成する際に、塩化水素(HCl)ガスを添加した場合の、TiCl4ガスとHClガスの流量比と、NH3ガスとHClガスの流量比と、TiN膜の成膜レートと、の関係を比較して示した図である。 図7(A)~図7(C)は、本開示の一実施形態における第3ノズルの変形例を示した図である。 図8(A)及び図8(B)は、本開示の一実施形態における第3ノズルの変形例を示した図である。 本開示の一実施形態における基板処理シーケンスの変形例を示した図である。 本開示の一実施形態における基板処理シーケンスの変形例を示した図である。 本開示の一実施形態における基板処理シーケンスの変形例を示した図である。
以下、図1~6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、図面に示される、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。
(1)基板処理装置の構成
基板処理装置10は、加熱手段(加熱機構、加熱系)としてのヒータ207が設けられた処理炉202を備える。ヒータ207は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース(図示せず)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の内側には、ヒータ207と同心円状に処理容器を構成するアウタチューブ203が配設されている。アウタチューブ203は、例えば石英(SiO2)、炭化シリコン(SiC)などの耐熱性材料で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。アウタチューブ203の下方には、アウタチューブ203と同心円状に、マニホールド(インレットフランジ)209が配設されている。マニホールド209は、例えばステンレス(SUS)などの金属で構成され、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド209の上端部と、アウタチューブ203との間には、シール部材としてのOリング220aが設けられている。マニホールド209がヒータベースに支持されることにより、アウタチューブ203は垂直に据え付けられた状態となる。
アウタチューブ203の内側には、処理容器を構成するインナチューブ204が配設されている。インナチューブ204は、例えば石英(SiO2)、炭化シリコン(SiC)などの耐熱性材料で構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。主に、アウタチューブ203と、インナチューブ204と、マニホールド209とにより処理容器が構成されている。処理容器の筒中空部(インナチューブ204の内側)には処理室201が形成されている。
処理室201は、基板としてのウエハ200を、基板保持具としてのボート217によって水平姿勢で鉛直方向に多段に配列した状態で収容可能に構成されている。処理容器内である処理室201は、ウエハ200を複数枚処理可能な処理領域を構成する。
処理室201内には、第1ノズルとしてのノズル410、第2ノズルとしてのノズル420、第4ノズルとしてのノズル430、第3ノズルとしてのノズル440がマニホールド209の側壁及びインナチューブ204を貫通するように設けられている。ノズル410,420,430,440は、L字型に構成されており、インナチューブ204の内壁に沿って設けられている。ノズル410,420,430,440には、ガス供給管310,320,330,340が、それぞれ接続されている。
マニホールド209の下方には、マニホールド209の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219は、マニホールド209の下端に鉛直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ219は、例えばSUS等の金属で構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、マニホールド209の下端と当接するシール部材としてのOリング220bが設けられている。シールキャップ219における処理室201の反対側には、ウエハ200を収容するボート217を回転させる回転機構267が設置されている。回転機構267の回転軸255は、シールキャップ219を貫通してボート217に接続されている。回転機構267は、ボート217を回転させることでウエハ200を回転させるように構成されている。シールキャップ219は、アウタチューブ203の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ115によって鉛直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ115は、シールキャップ219を昇降させることで、ボート217を処理室201内外に搬入及び搬出することが可能なように構成されている。ボートエレベータ115は、ボート217及びボート217に収容されたウエハ200を、処理室201内外に搬送する搬送装置(搬送系)として構成されている。
ボート217は、複数枚、例えば25~200枚のウエハ200を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で鉛直方向に間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート217は、例えば石英やSiC等の耐熱性材料で構成される。ボート217の下部には、例えば石英やSiC等の耐熱性材料で構成される断熱板218が水平姿勢で多段(図示せず)に支持されている。この構成により、ヒータ207からの熱がシールキャップ219側に伝わりにくくなっている。ただし、本実施形態は上述の形態に限定されない。例えば、ボート217の下部に断熱板218を設けずに、石英やSiC等の耐熱性材料で構成される筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。
図2に示すように、インナチューブ204内には温度検出器としての温度センサ263が設置されており、温度センサ263により検出された温度情報に基づきヒータ207への通電量を調整することで、処理室201内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ263は、ノズル410,420,430,440と同様にL字型に構成されており、インナチューブ204の内壁に沿って設けられている。
ガス供給管310,320,330,340には上流側から順に流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)312,322,332,342がそれぞれ設けられている。また、ガス供給管310,320,330,340には、開閉弁であるバルブ314,324,334,344がそれぞれ設けられている。ガス供給管310,320,330,340のバルブ314,324,334,344の下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管510,520,530,540がそれぞれ接続されている。ガス供給管510,520,530,540には、上流側から順に、流量制御器(流量制御部)であるMFC512,522,532,542及び開閉弁であるバルブ514,524,534,544がそれぞれ設けられている。
ガス供給管310,320,330,340の先端部にはノズル410,420,430,440がそれぞれ連結接続されている。ノズル410,420,430,440は、L字型のノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド209の側壁及びインナチューブ204を貫通するように設けられている。ノズル410,420,430,440の垂直部は、インナチューブ204の径方向外向きに突出し、かつ鉛直方向に延在するように形成されているチャンネル形状(溝形状)の予備室201aの内部に設けられており、予備室201a内にてインナチューブ204の内壁に沿って上方(ウエハ200の配列方向上方)に向かって設けられている。
ガス供給管310からは、処理ガスとして、ハロゲンを含む第1ガスが、MFC312、バルブ314、ノズル410を介して処理室201内に供給される。
ガス供給管320からは、処理ガスとして、還元ガスとしての第2ガスが、MFC322、バルブ324、ノズル420を介して処理室201内に供給される。本開示では、第2ガスを、第1ガスを還元し、第1ガスと反応させる反応ガスとして用いる。
ガス供給管330からは、処理ガスとして、還元ガスとして第2ガスとは異なる第3ガスが、MFC332、バルブ334、ノズル430を介して処理室201内に供給される。
ガス供給管340からは、第1ガスに含まれるハロゲンと同種のハロゲンを含み、第1ガスの吸着を阻害する吸着阻害ガスが、MFC342、バルブ344、ノズル440を介して処理室201内に供給される。ここで、吸着阻害ガスとして、第1ガスと第2ガスとが反応することにより生じる反応副生成物と同じ成分のガスを用いるのが好ましい。
ガス供給管510,520,530,540からは、不活性ガスとして、例えば窒素(N2)ガスが、それぞれMFC512,522,532,542、バルブ514,524,534,544、ノズル410,420,430,440を介して処理室201内に供給される。以下、不活性ガスとしてN2ガスを用いる例について説明するが、不活性ガスとしては、N2ガス以外に、例えば、アルゴン(Ar)ガス、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、キセノン(Xe)ガス等の希ガスを用いてもよい。
ノズル410,420,430,440は、処理室201の下部領域から処理室201の上部領域まで延在するように設けられている。
ノズル410,420,430には、ウエハ200と対向する位置に第1孔としてのガス供給孔410a、第2孔としてのガス供給孔420a、ガス供給孔430aがそれぞれ複数設けられている。ガス供給孔410a,420a,430aは、インナチューブ204の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれ同一の開口面積を有し、さらに同一の開口ピッチで設けられている。ただし、ガス供給孔410a,420a,430aは上述の形態に限定されない。例えば、インナチューブ204の下部から上部に向かって開口面積を徐々に大きくしてもよい。これにより、ガス供給孔410a,420a,430aから供給されるガスの流量をより均一化することが可能となる。
つまり、ノズル410,420,430のガス供給孔410a,420a,430aは、ボート217の下部から上部までの高さの位置に複数設けられている。言い換えれば、ノズル410,420,430には、それぞれ第1ガス、第2ガス、第3ガスをウエハ200に供給するガス供給孔410a,420a,430aがウエハ200を処理する処理領域の全域にわたって複数設けられている。そのため、ノズル410,420,430のガス供給孔410a,420a,430aからそれぞれ処理室201内に供給された第1ガス、第2ガス、第3ガスは、ボート217の下部から上部までに収容されたウエハ200の全域に供給される。ノズル410,420,430は、処理室201の下部領域から上部領域までの処理領域に延在するように設けられていればよいが、ボート217の天井付近まで延在するように設けられていることが好ましい。
ノズル440には、図3に示すように、ウエハ200を処理する処理領域の一部の領域である処理領域の下部領域であって、処理領域の下端側のウエハ200のそれぞれに対応する位置に、第3孔としてのガス供給孔440aが複数設けられている。さらに、ノズル440には、処理領域の一部の領域である処理領域の上部領域であって、処理領域の上端側のウエハ200のそれぞれに対応する位置に、第4孔としてのガス供給孔440bが複数設けられている。つまり、ガス供給孔440aは、処理領域のノズル440の下端側に配置され、ガス供給孔440bは、処理領域のノズル440の上端側に配置される。
すなわち、ガス供給孔440a,440bは、それぞれノズル440の、処理領域の一部に対応する位置に複数設けられ、ガス供給孔440a,440bから処理室201内に供給された吸着阻害ガスは、ボート217に収容されたウエハ200の一部に供給される。
ここで、製品基板(製品ウエハ、単にウエハとも呼ぶ)上に処理ガスを用いて成膜する場合、処理領域における上端側と下端側では、処理領域の中央と比較して製品基板の数が少ないため、反応副生成物の量が少なくなる。このため、処理領域の上端側と下端側の製品基板上に形成される膜の膜厚が、処理領域の中央の製品基板上に形成される膜厚と比較して厚くなり、基板毎の均一性が悪化することがある。また、ボート217の上端側と下端側にダミーウエハを設けた場合には、ダミーウエハは、製品基板と比較して表面積が小さいために、処理領域の上端側と下端側において反応副生成物の量が少なくなり、処理領域の上端側と下端側の製品基板上に形成される膜の膜厚が、処理領域の中央の製品基板上に形成される膜の膜厚と比較して厚くなり、基板毎の均一性が悪化することがある。なお、この様な現象は、製品基板の表面積が、大表面積の場合に、顕著に表れる。
本開示によれば、この反応副生成物の量が、処理領域の他の領域と比較して少ない領域であって、処理領域の上端側と下端側に、第1ガスと第2ガスとが反応して生成される反応副生成物と同一成分を有するガスを吸着阻害ガスとして供給する。これにより、処理領域の全域における反応副生成物の量を同等にすることができる。よって、処理領域の上端側と下端側のウエハ200上に形成される膜の膜厚を低減することができ、ウエハ200に形成される膜厚の基板毎の均一性を向上させることができ、膜特性を均一化させることができる。
ガス供給孔440a,440bは、それぞれ同一の開口面積を有し、さらに同一の開口ピッチで設けられている。また、ガス供給孔440aの開口率は、ガス供給孔440bの開口率よりも大きく構成される。ここで、開口率とは、ガス供給孔440a,440bのそれぞれの数、それぞれの大きさ、それぞれの孔の数と大きさの積により決定される。すなわち、ガス供給孔440aの数と大きさのいずれか又は両方は、ガス供給孔440bの数と大きさのいずれか又は両方よりも大きく構成される。処理領域の下端側には、ダミーウエハが設けられることがある。ダミーウエハの表面積は、製品基板であるウエハ200よりも表面積が小さいため、反応副生成物の量が、処理領域の上端側と比較して少なくなり、処理領域の下端側に配置されるウエハ上に形成される膜の膜厚が、処理領域の上端側に配置されるウエハ上に形成される膜の膜厚よりも厚くなる傾向がある。このため、処理領域の下端側に配置されるガス供給孔440aの開口率を、処理領域の上端側に配置されるガス供給孔440bの開口率よりも大きくして、処理領域の下端側に供給される吸着阻害ガスの量を、処理領域の上端側に供給される吸着阻害ガスの量と比較して多くする。
つまり、反応副生成物の量が、処理領域における中央付近と比較して少ない、処理領域における下端側のウエハ200と上端側のウエハ200にのみ吸着阻害ガスを供給するように、処理領域における下端側のウエハ200に対応する位置と、処理領域における上端側のウエハ200に対応する位置に、それぞれガス供給孔440aとガス供給孔440bを設ける。そして、処理領域における下端側に、上端側のガス供給孔440bに比べて開口率の大きいガス供給孔440aを配置することにより、特に反応副生成物の量の少ない領域に対して、吸着阻害ガスが多く供給されることとなり、ウエハ200の処理均一性を向上させることができる。よって、処理領域の密のウエハ200上に形成される膜の膜厚を低減することができ、ウエハ200に形成される膜厚の基板毎の均一性を向上させることができ、膜特性を均一化させることができる。
主に、ガス供給管310,320,330、MFC312,322,332、バルブ314,324,334、ノズル410,420,430により処理ガス供給系が構成されるが、ノズル410,420,430のみを処理ガス供給系と考えてもよい。処理ガス供給系は単にガス供給系と称してもよい。ガス供給管310から第1ガスを流す場合、主に、ガス供給管310、MFC312、バルブ314により第1ガス供給系が構成されるが、ノズル410を第1ガス供給系に含めて考えてもよい。また、ガス供給管320から第2ガスを流す場合、主に、ガス供給管320、MFC322、バルブ324により第2ガス供給系が構成されるが、ノズル420を第2ガス供給系に含めて考えてもよい。また、第2ガス供給系を反応ガス供給系又は還元ガス供給系と称することもできる。また、ガス供給管330から第3ガスを流す場合、主に、ガス供給管330、MFC332、バルブ334により第3ガス供給系が構成されるが、ノズル430を第3ガス供給系に含めて考えてもよい。また、第3ガス供給系を還元ガス供給系と称することもできる。また、ガス供給管340から吸着阻害ガスを流す場合、主に、ガス供給管340、MFC342、バルブ344により吸着阻害ガス供給系が構成されるが、ノズル440を吸着阻害ガス供給系に含めて考えてもよい。また、主に、ガス供給管510,520,530,540、MFC512,522,532,542、バルブ514,524,534,544により不活性ガス供給系が構成される。
第1ガス供給系、第2ガス供給系、第3ガス供給系及び吸着阻害ガス供給系により、第1ガス、第2ガス、第3ガス及び吸着阻害ガスを、それぞれ、ノズル410、ノズル420、ノズル430及びノズル440を介してウエハ200に供給することが可能なガス供給システムが構成される。
本実施形態におけるガス供給の方法は、インナチューブ204の内壁と、複数枚のウエハ200の端部とで定義される円環状の縦長の空間内の予備室201a内に配置したノズル410,420,430,440を経由してガスを搬送している。そして、ノズル410,420,430,440のウエハ200と対向する位置に設けられた複数のガス供給孔410a,420a,430a,440a,440bからインナチューブ204内にガスを噴出させている。より詳細には、ノズル410のガス供給孔410a、ノズル420のガス供給孔420a、ノズル430のガス供給孔430a、ノズル440のガス供給孔440a,440bにより、ウエハ200の表面と平行方向に向かって処理ガス等を噴出させている。
排気孔(排気口)204aは、インナチューブ204の側壁であってノズル410,420,430,440に対向した位置に形成された貫通孔であり、例えば、鉛直方向に細長く開設されたスリット状の貫通孔である。ノズル410,420,430,440のガス供給孔410a,420a,430a,440a,440bから処理室201内に供給され、ウエハ200の表面上を流れたガスは、排気孔204aを介してインナチューブ204とアウタチューブ203との間に形成された隙間で構成された排気路206内に流れる。そして、排気路206内へと流れたガスは、排気管231内に流れ、処理炉202外へと排出される。
排気孔204aは、複数のウエハ200と対向する位置に設けられており、ガス供給孔410a,420a,430a,440a,440bから処理室201内のウエハ200の近傍に供給されたガスは、水平方向に向かって流れた後、排気孔204aを介して排気路206内へと流れる。排気孔204aはスリット状の貫通孔として構成される場合に限らず、複数個の孔により構成されていてもよい。
マニホールド209には、処理室201内の雰囲気を排気する排気管231が設けられている。排気管231には、上流側から順に、処理室201内の圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ245、APC(Auto Pressure Controller)バルブ243、真空排気装置としての真空ポンプ246が接続されている。APCバルブ243は、真空ポンプ246を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室201内の真空排気及び真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ246を作動させた状態で弁開度を調節することで、処理室201内の圧力を調整することができる。主に、排気孔204a、排気路206、排気管231、APCバルブ243及び圧力センサ245により、排気系が構成される。真空ポンプ246を排気系に含めて考えてもよい。
図4に示すように、制御部(制御手段)であるコントローラ121は、CPU(Central Processing Unit)121a、RAM(Random Access Memory)121b、記憶装置121c、I/Oポート121dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM121b、記憶装置121c、I/Oポート121dは、内部バスを介して、CPU121aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ121には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置122が接続されている。
記憶装置121cは、例えばフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等で構成されている。記憶装置121c内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラム、後述する半導体装置の製造方法の手順や条件などが記載されたプロセスレシピなどが、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する半導体装置の製造方法における各工程(各ステップ)をコントローラ121に実行させ、所定の結果を得ることができるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピ、制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、プロセスレシピ及び制御プログラムの組み合わせを含む場合がある。RAM121bは、CPU121aによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域(ワークエリア)として構成されている。
I/Oポート121dは、上述のMFC312,322,332,342,512,522,532,542、バルブ314,324,334,344,514,524,534,544、圧力センサ245、APCバルブ243、真空ポンプ246、ヒータ207、温度センサ263、回転機構267、ボートエレベータ115等に接続されている。
CPU121aは、記憶装置121cから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置122からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置121cからレシピ等を読み出すように構成されている。CPU121aは、読み出したレシピの内容に沿うように、MFC312,322,332,342,512,522,532,542による各種ガスの流量調整動作、バルブ314,324,334,344,514,524,534,544の開閉動作、APCバルブ243の開閉動作及びAPCバルブ243による圧力センサ245に基づく圧力調整動作、温度センサ263に基づくヒータ207の温度調整動作、真空ポンプ246の起動及び停止、回転機構267によるボート217の回転及び回転速度調節動作、ボートエレベータ115によるボート217の昇降動作、ボート217へのウエハ200の収容動作等を制御することが可能なように構成されている。すなわち、CPU121aは、本開示の一態様におけるガス供給システムを制御可能に構成されている。
コントローラ121は、外部記憶装置(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、CDやDVD等の光ディスク、MO等の光磁気ディスク、USBメモリやメモリカード等の半導体メモリ)123に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置121cや外部記憶装置123は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体は、記憶装置121c単体のみを含む場合、外部記憶装置123単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置123を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
(2)基板処理工程
半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、ウエハ200に対して膜を形成する工程の一例について、図5を用いて説明する。本工程は、上述した基板処理装置10の処理炉202を用いて実行される。以下の説明において、基板処理装置10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、ガス供給システムはコントローラ121により制御可能に構成される。
本実施形態による基板処理工程(半導体装置の製造工程)では、
(a)ウエハ200に対して、第1ガスを供給する工程と、
(b)ウエハ200に対して、第2ガスを供給する工程と、
(c)ウエハ200に対して、吸着阻害ガスを供給する工程と、
(d)ウエハ200に対して、第3ガスを供給する工程と、
(e)(a)と(d)とを一部並行して行った後、(c)を行い、その後、(b)を行う工程と、を行う。
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」を意味する場合がある。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」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」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。
(ウエハ搬入)
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、図1に示されているように、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内に搬入(ボートロード)され、処理容器内に収容される。この状態で、シールキャップ219はOリング220を介してアウタチューブ203の下端開口を閉塞した状態となる。
(圧力調整および温度調整)
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243がフィードバック制御される(圧力調整)。真空ポンプ246は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室201内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への通電量がフィードバック制御される(温度調整)。ヒータ207による処理室201内の加熱は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
(第1ガス供給、第1ステップ)
バルブ314を開き、ガス供給管310内に第1ガスを流す。第1ガスは、MFC312により流量調整され、ノズル410のガス供給孔410aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき同時にバルブ514を開き、ガス供給管510内にN2ガス等の不活性ガスを流してもよい。また、ノズル420,430,440内への第1ガスの侵入を防止するために、バルブ524,534,544を開き、ガス供給管520,530,540内に不活性ガスを流してもよい。
このときAPCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば1~3990Paの範囲内の圧力とする。MFC312で制御する第1ガスの供給流量は、例えば0.01~7.0slmの範囲内の流量とする。以下において、ヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば300~650℃の範囲内の温度となるような温度に設定して行う。なお、本開示における「1~3990Pa」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「1~3990Pa」とは「1Pa以上3990Pa以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。
このとき、処理領域の全域のウエハ200に対して第1ガスが供給されることとなる。第1ガスとしては、ハロゲンを含むガスであり、例えば金属元素であるチタン(Ti)とハロゲンである塩素(Cl)を含むガスであるTiCl4ガスを用いることができる。第1ガスとして、TiCl4ガスを用いた場合、TiCl4ガスの供給により、ウエハ200(表面の下地膜)上に、TiCl4が吸着し、Ti含有層が形成される。
(第1ガスと第3ガスの供給、第2ステップ)
第1ガスの供給開始から所定時間経過後に、バルブ334を開き、ガス供給管330内に還元ガスである第3ガスを流す。第3ガスは、MFC332により流量調整され、ノズル430のガス供給孔430aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、同時にバルブ534を開き、ガス供給管530内にN2ガス等の不活性ガスを流してもよい。また、ノズル420,440内への第1ガス、第3ガスの侵入を防止するために、バルブ524,544を開き、ガス供給管520,540内に不活性ガスを流してもよい。
このときMFC332で制御する第3ガスの供給流量は、例えば0.1~5.0slmの範囲内の流量とする。
このとき、処理領域の全域のウエハ200に対して第1ガスと第3ガスが供給されることとなる。すなわち第1ガスと第3ガスとは同時に供給されるタイミングを有する。ここで、第3ガスとしては、還元ガスであり、水素(H)を含有する水素含有ガスである例えばモノシラン(SiH4)ガスを用いることができる。
(第1ガス供給、第3ステップ)
第3ガスの供給を開始してから所定時間経過後にバルブ334を閉じて、第3ガスの処理室201内への供給を停止する。このとき、ノズル430内への第1ガスの侵入を防止するために、バルブ534を開き、ガス供給管530内に、不活性ガスを流してもよい。また、ノズル420,440内への第1ガスの侵入を防止するために、バルブ524,544を開き、ガス供給管520,540内に不活性ガスを流してもよい。このとき、処理領域の全域のウエハ200に対して第1ガスが供給されることとなる。
(パージ、第4ステップ)
第3ガスの供給を停止してから所定時間経過後にバルブ314を閉じ、第1ガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ243は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、ウエハ200上から残留ガスを除去して、処理室201内に残留する未反応の第1ガスや第3ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。このとき、バルブ514,524,534,544を開き、パージガスとしての不活性ガスを処理室201内へ供給する。不活性ガスはパージガスとして作用し、ウエハ200上から残留ガスを除去して、処理室201内に残留する未反応の第1ガスや第3ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する効果を高めることができる。MFC512,522,532,542で制御する不活性ガスの供給流量は、それぞれ例えば0.1~30slmとする。
(吸着阻害ガス供給、第5ステップ)
パージを開始してから所定時間経過後にバルブ514,524,534,544を閉じて、不活性ガスの処理室201内への供給を停止する。このときバルブ344を開き、ガス供給管340内に、吸着阻害ガスを流す。吸着阻害ガスは、MFC342により流量調整され、ノズル440のガス供給孔440a,440bから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
このときMFC342で制御する吸着ガスの供給流量は、例えば0.01~1.0slmの範囲内の流量とする。
このとき、処理領域の一部のウエハ200であって、処理領域の上端側と下端側のウエハ200に対して、吸着阻害ガスが供給されることとなる。ここで、吸着阻害ガスとしては、第1ガスに含まれるハロゲンと同種のハロゲンを含み、例えば第1ガスであるTiCl4ガスと、第2ガスであるNH3ガスとが反応することにより生じる反応副生成物である塩化水素(HCl)ガスや塩化アンモニウム(NH4Cl)ガス等を用いることができる。吸着阻害ガスとして、例えばHClガスを用いた場合、HClガスの供給により、処理領域の上端側と下端側のウエハ200(表面の下地膜)上に、TiCl4ガスの吸着を阻害するHClが吸着される。
このように、吸着阻害ガスとして、第1ガスに含まれるハロゲンと同種のハロゲンを含むガスを用い、好ましくは第1ガスと第2ガスとが反応することにより生成される反応副生成物と同じ成分のガスを用いることにより、吸着阻害ガスが膜中に残留することを抑制することができる。
つまり、吸着阻害ガスは、膜中には残留し難いが、条件やガスの種類によっては、膜中に残留し、膜の電気特性等の特性に影響を与える場合がある。第1ガスと第2ガスとが反応することにより生成される反応副生成物と同じ成分のガスであれば、デバイスを構成する他の膜に対しても影響を与える可能性を低減することができる。例えばTiN膜を形成する際に、吸着阻害ガスとしてフッ化水素(HF)ガスを供給した場合に、フッ素(F)が残留し、TiN膜のFバリアとしての機能が低下する可能性がある。また、TiN膜の下地が酸化アルミニウム(AlO)膜であった場合に、AlO膜にフッ素が拡散して、AlO膜の絶縁性が低下する可能性がある。上述したように、吸着阻害ガスとして、第1ガスと第2ガスとが反応することにより生成される反応副生成物と同じ成分のガスであれば、このような課題は生じにくくなる。
なお、ノズル410,420,430内への吸着阻害ガスの侵入を防止するために、バルブ514,524,534を開き、ガス供給管510,520,530内に不活性ガスを流してもよい。
(パージ、第6ステップ)
吸着阻害ガスの供給を開始してから所定時間経過後にバルブ344を閉じ、吸着阻害ガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ243は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、ウエハ200上から残留ガスを除去して、処理室201内に残留する吸着阻害ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。このとき、バルブ514,524,534,544を開き、パージガスとしての不活性ガスを処理室201内へ供給する。不活性ガスはパージガスとして作用し、ウエハ200上から残留ガスを除去して、処理室201内に残留する吸着阻害ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する効果を高めることができる。MFC512,522,532,542で制御する不活性ガスの供給流量は、それぞれ例えば0.1~30slmとする。
(第2ガス供給、第7ステップ)
パージを開始してから所定時間経過後にバルブ514,524,534,544を閉じて、不活性ガスの処理室201内への供給を停止する。このときバルブ324を開き、ガス供給管320内に、第2ガスを流す。第2ガスは、MFC322により流量調整され、ノズル420のガス供給孔420aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このときウエハ200に対して、第2ガスが供給される。なお、このとき同時にバルブ524を開き、ガス供給管520内に不活性ガスを流してもよい。また、ノズル410,430,440内への第2ガスの侵入を防止するために、バルブ514,534,544を開き、ガス供給管510,530,540内に不活性ガスを流してもよい。
このときAPCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば1~3990Paの範囲内の圧力とする。MFC322で制御する第2ガスの供給流量は、例えば0.1~150slmの範囲内の流量とする。
このとき、処理領域の全域のウエハ200に対して第2ガスが供給されることとなる。ここで、第2ガスとしては、還元ガスであり、窒素(N)と水素(H)を含むガスである例えばアンモニア(NH3)ガスを用いることができる。第2ガスとして、NH3ガスを用いた場合、NH3ガスは、ウエハ200上に形成されたTi含有層の少なくとも一部と置換反応する。置換反応の際には、Ti含有層に含まれるTiとNH3ガスに含まれるNとが結合して、ウエハ200上にTiN層が形成される。具体的には、ウエハ200上に吸着したTiClxとNH3が反応することにより、ウエハ200上にTiN膜が形成される。また、置換反応の際には、HCl、NH4Cl、H2等の反応副生成物が生じる。
上述した第5ステップにより、処理領域の上端側と下端側のウエハ200上には吸着阻害ガスが吸着されているため、第2ガスは第1ガスと反応しない。具体的には、第1ガスとしてTiCl4ガスを供給した後に、処理領域の上端側と下端側のウエハ200に対して吸着阻害ガスとしてHClを供給し、処理領域の上端側と下端側のウエハ200上にHClを吸着させることにより、その後に供給される第2ガスであるNH3ガスが、TiCl4ガスと反応せず、次のサイクルにおけるTiCl4ガスの吸着も阻害される。このため、処理領域の上端側と下端側のウエハ200上には、TiN層は形成されない。よって、吸着阻害ガスが供給される処理領域の上端側と下端側では、ウエハ200の成膜レートを低下させることができる。なお、NH3ガスは、一部、吸着阻害ガスとしてのHClと反応して、NH4Clが生成されるが、NH4Clは、ウエハ200上に吸着せずに脱離するため、膜中には残留しない。そのため、膜の電気的特性には影響が少ない。
(パージ、第8ステップ)
第2ガスの供給を開始してから所定時間経過後にバルブ324を閉じて、第2ガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ243は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、ウエハ200上から残留ガスを除去して、処理室201内に残留する未反応もしくは膜の形成に寄与した後の第2ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。このとき、バルブ514,524,534,534を開き、パージガスとしての不活性ガスを処理室201内へ供給する。不活性ガスはパージガスとして作用し、ウエハ200上から残留ガスを除去して、処理室201内に残留する未反応の第2ガスや上述の反応副生成物を処理室201内から排除する効果を高めることができる。MFC512,522,532,542で制御する不活性ガスの供給流量は、それぞれ例えば0.1~30slmとする。
すなわち、処理室201内に残留する未反応もしくは膜の形成に寄与した後の第2ガスや上述の反応副生成物を処理室201内から排除する。不活性ガスはパージガスとして作用する。
(所定回数実施)
上述した第1ステップ~第8ステップを順に行うサイクルを所定回数(N回)、1回以上実行することにより、ウエハ200上に、所定の厚さの膜を形成する。すなわち、第1ガス供給と第3ガス供給とを一部並行して行った後、吸着阻害ガス供給を行い、その後、第2ガス供給を行うことにより、ウエハ200上に、所定の厚さの膜を形成する。ここでは、例えばTiN膜が形成される。
(アフターパージおよび大気圧復帰)
ガス供給管510,520,530,540のそれぞれから不活性ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。不活性ガスはパージガスとして作用し、これにより処理室201内が不活性ガスでパージされ、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)。
(ウエハ搬出)
その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降されて、アウタチューブ203の下端が開口される。そして、処理済ウエハ200がボート217に支持された状態でアウタチューブ203の下端からアウタチューブ203の外部に搬出(ボートアンロード)される。その後、処理済のウエハ200は、ボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。
すなわち、上述したような基板処理装置10を用いて、複数枚のウエハ200を一括処理するバッチ処理を行う場合に、処理領域の一部に吸着阻害ガスを供給することにより、バッチ処理で処理される複数枚のウエハ200のウエハ200毎の処理均一性を向上させることができる。
(3)本開示の一態様による効果
本開示の一態様によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を得ることができる。
(a)基板処理の基板毎の処理均一性を向上させることができる。
(b)基板処理の基板面内の処理均一性を向上させることができる。
(c)基板上に形成される膜の特性(電気的特性)を均一化させることができる。
ここで、例として、(a)の効果が得られるメカニズムを図6を用いて説明する。図6は、第1ガスとして例えば、四塩化チタン(TiCl4)ガスを用い、第2ガスとして、例えば、アンモニア(NH3)ガスを供給して、金属窒化膜(例えば、TiN膜)を形成する際に生成される反応副生成物である塩化水素(HCl)ガスを、TiCl4ガスとNH3ガスにそれぞれ添加してウエハ200上にTiN膜を形成した場合の、TiCl4ガスとHClガスの流量比と、NH3ガスとHClガスの流量比と、TiN膜の成膜レートと、の関係を比較して示した図である。
図6に示すように、TiCl4ガスとNH3ガスに対するHClガスの流量をそれぞれ多くすることにより、TiN膜の成膜レートが低下することが確認されている。すなわち、TiCl4ガスとNH3ガスの反応副生成物であるHClの生成量が少ない処理領域にHClを供給することにより、成膜レートを低下させることができ、処理領域の上端と下端で膜厚が厚くなっていた現象を改善でき、基板毎の膜厚均一性を向上させることとなる。
(4)他の実施形態
以上、本開示の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本開示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。
(変形例1)
図7(A)は、上述したノズル440の変形例を示す。本変形例では、ノズル440の代わりにノズル450を用いる。ノズル450は、第1ガスを供給するノズル410と、第2ガスを供給するノズル420と、第3ガスを供給するノズル430よりも短い長さに構成される。ノズル450には、処理領域の一部のウエハ200であって、処理領域の下端側のウエハ200に対応する位置に、吸着阻害ガスを供給するガス供給孔450aが設けられる。この場合であっても、処理領域の一部のウエハ200であって、反応副生成物の量の少ない処理領域の下端側のウエハ200に対してのみ吸着阻害ガスが供給されることとなり、ウエハ200毎の処理均一性を向上させることができる。よって、処理領域の下端側のウエハ200上に形成される膜の膜厚を低減することができ、ウエハ200に形成される膜厚の基板毎の均一性を向上させることができ、膜特性を均一化させることができる。
(変形例2)
図7(B)は、上述したノズル440の他の変形例を示す。本変形例では、ノズル440の代わりにノズル460を用いる。ノズル460は、ノズル410,420,430と略同じ長さに構成され、処理領域の一部のウエハ200であって、処理領域の上端側のウエハ200に対応する位置に、吸着阻害ガスを供給するガス供給孔460aが設けられる。この場合であっても、処理領域の一部のウエハ200であって、反応副生成物の量の少ない処理領域の上端側のウエハ200に対してのみ吸着阻害ガスが供給されることとなり、ウエハ200毎の処理均一性を向上させることができる。よって、処理領域の上端側のウエハ200上に形成される膜の膜厚を低減することができ、ウエハ200に形成される膜厚の基板毎の均一性を向上させることができ、膜特性を均一化させることができる。
(変形例3)
図7(C)は、上述したノズル440のさらに他の変形例を示す。本変形例では、ノズル440の代わりにノズル470を用いる。ノズル470は、処理領域の一部のウエハ200であって、処理領域の中間領域のウエハ200に対応する位置に、吸着阻害ガスを供給するガス供給孔470aが設けられる。処理領域の中間領域において反応副生成物の量が少なく、処理領域の中間領域に配置されるウエハ200上に形成される膜の膜厚が、上端側、下端側と比較して厚くなる場合には、処理領域の一部のウエハ200であって、反応副生成物の量が少なく、ウエハ200上に形成される膜の膜厚が、上端側、下端側と比較して厚く形成される中間領域のウエハ200に対して、吸着阻害ガスが供給されることとなり、ウエハ200毎の処理均一性を向上させることができる。よって、処理領域の中間領域のウエハ200上に形成される膜の膜厚を低減することができ、ウエハ200に形成される膜厚の基板毎の均一性を向上させることができ、膜特性を均一化させることができる。
(変形例4)
図8(A)は、上述したノズル440のさらに他の変形例を示す。本変形例では、ノズル440の代わりにノズル480を用いる。ボート217には、処理領域の上端側と下端側にそれぞれダミーウエハ200bが設けられ、下端側のダミーウエハ200bと上端側のダミーウエハ200bの間に大表面積ウエハであるウエハ200aを設ける。そして、ノズル480には、下端側のダミーウエハ200bと上端側のダミーウエハ200bが設けられた位置に対応する位置に、それぞれ吸着阻害ガスを供給するガス供給孔480a,480bが設けられる。処理領域の一部であり、反応副生成物の量が少ないダミーウエハ200bに対応する位置に、ガス供給孔480a,480bが設けられることにより、反応副生成物の量の少ないダミーウエハ200bに対して、吸着阻害ガスが供給されることとなり、ウエハ200aの処理均一性を向上させることができる。よって、処理領域のダミーウエハ200b付近のウエハ200a上に形成される膜の膜厚を低減することができ、ウエハ200aに形成される膜厚の基板毎の均一性を向上させることができ、膜特性を均一化させることができる。
(変形例5)
図8(B)は、上述したノズル440のさらに他の変形例を示す。本変形例では、ノズル440の代わりにノズル490を用いる。ボート217には、処理領域においてダミーウエハ200bが密(又はダミーウエハの枚数が比較的多い)に配置された領域と、ダミーウエハ200bが疎(又はダミーウエハの枚数が比較的少ない)に配置された領域を有する。そして、ノズル490の、ダミーウエハ200bが密に設けられた位置に対応する位置と、ダミーウエハ200bが疎に設けられた位置に対応する位置に、それぞれ吸着阻害ガスを供給するガス供給孔490a,490bを設ける。
つまり、ガス供給孔490aは、ノズル490の、ダミーウエハ200bが密に設けられた位置に対応する位置に設けられ、ガス供給孔490bは、ダミーウエハ200bが疎に設けられた位置に対応する位置に設けられる。ガス供給孔490aの開口率は、ガス供給孔490bの開口率よりも大きく構成される。このように処理領域の一部であり、反応副生成物の量が少ないダミーウエハ200bの疎密に合わせて、開口率の異なるガス供給孔490a,490bを配置する。これにより、反応副生成物の量の少ない領域に対して、吸着阻害ガスが多く供給されることとなり、ウエハ200aの処理均一性を向上させることができる。よって、処理領域のダミーウエハ200b付近のウエハ200a上に形成される膜の膜厚を低減することができ、ウエハ200に形成される膜厚の基板毎の均一性を向上させることができ、膜特性を均一化させることができる。なお、開口率の異なるガス供給孔490a,490bの配置位置に合わせて、ダミーウエハ200bの疎密を調整してもよい。
なお、ダミーウエハは、非製品ウエハやベアウエハ等を含み、ダミーウエハが設けられる位置は、上述の変形例4、5に限定されない。すなわち、吸着阻害ガスを供給するノズルの、ダミーウエハ200bが配置された位置に対応する位置に、吸着阻害ガスを供給するガス供給孔を設ける。例えば、ダミーウエハ200bを処理領域の下側に纏めて配置するような場合には、吸着阻害ガスを供給するガス供給孔を、ノズルの、処理領域の下側であって、ダミーウエハ200bに対応する位置に設ける。また、ダミーウエハ200bが処理領域において分散配置されている場合には、吸着阻害ガスを供給するガス供給孔を、ノズルの、処理領域のダミーウエハ200bに対応する位置に分散して設ける。処理領域の一部であり、反応副生成物の量が少ないダミーウエハ200bに対応する位置に、ガス供給孔を設けることにより、反応副生成物の量の少ないダミーウエハ200bに対して、吸着阻害ガスが供給されることとなり、大表面積ウエハであるウエハ200aの処理均一性を向上させることができる。よって、処理領域のダミーウエハ200b付近のウエハ200a上に形成される膜の膜厚を低減することができ、ウエハ200aに形成される膜厚の基板毎の均一性を向上させることができ、膜特性を均一化させることができる。
なお、ダミーウエハ200bを用いる場合に限らず、吸着阻害ガスを供給するガス供給孔を、ノズルの、処理領域に設けられた製品基板であるウエハ200の密度が高い位置に対応する位置に設けてもよい。また、製品基板であるウエハ200の疎密に合わせて、吸着阻害ガスを供給するガス供給孔を配置してもよい。また、吸着阻害ガスを供給するガス供給孔が配置された位置に対応する位置に、ウエハ200を密に設けるようにしてもよい。処理領域の一部であり、反応副生成物の量が少ないウエハ200に対応する位置に、吸着阻害ガスを供給するガス供給孔を設けることにより、反応副生成物の量の少ないウエハ200に対して、吸着阻害ガスが供給されることとなり、ウエハ200の処理均一性を向上させることができる。
(変形例6)
図9は、上述した図5に示す基板処理シーケンスの変形例を示す。本変形例では、吸着阻害ガスを、上述した第3ステップの第1ガス供給時に供給する。すなわち、上述した第1ステップと第2ステップを行った後、第3ステップとしての第1ガス供給と第5ステップとしての吸着阻害ガス供給とを同時に行い、その後、上述した第4ステップと、第7ステップと、第8ステップと、をこの順に行うサイクルを所定回数(N回)、1回以上実行する。すなわち、第1ガスの供給と第3ガスの供給とを一部並行して行った後、第1ガスの供給と吸着阻害ガスの供給とを並行して行い、その後、第2ガスの供給を行う。このように、例えば、第1ガスとしてTiCl4ガス供給の終盤に、吸着阻害ガスとしてHClガス供給を並行して行い、TiCl4ガスの供給中に、処理領域の上端側と下端側のウエハ200に対して吸着阻害ガスとしてHClガスを供給する。これにより、処理領域の上端側と下端側のウエハ200上にHClが吸着されて、第2ガスとしてのNH3がTiCl4と反応せず、次のサイクルにおける第1ガスとしてのTiCl4ガス供給によるTiCl4の吸着が阻害され、TiN層が形成されない。このため、吸着阻害ガスが供給される処理領域の上端側と下端側で、ウエハ200の成膜レートを低下させることができる。なお、NH3ガスは、吸着阻害ガスとしてのHClと反応して、NH4Clが生成されるが、NH4Clは、ウエハ200上に吸着せずに脱離するため、膜中には残留しない。そのため、膜の電気的特性には影響が少ない。また、TiCl4ガス供給の終盤に、HClガス供給を並行して行うことにより、HClが、Ti含有層に含有されてしまうことを抑制することができる。よって、上述した図5に示す基板処理シーケンスと同様の効果が得られる。
(変形例7)
図10は、上述した図5に示す基板処理シーケンスの他の変形例を示す。本変形例では、吸着阻害ガスを、上述した第2ガスの供給後に供給する。すなわち、上述した第1ステップ~第4ステップを行った後、第7ステップと、第8ステップを行い、その後、上述した第5ステップと、第6ステップと、をこの順に行うサイクルを所定回数(N回)、1回以上実行する。すなわち、第1ガスの供給と第3ガスの供給とを一部並行して行った後、第2ガスの供給を行い、その後、吸着阻害ガスの供給を行う。このように、例えば、第2ガスとしてNH3ガス供給を行った後に、処理領域の上端側と下端側のウエハ200に対して吸着阻害ガスとしてHClガスを供給する。これにより、処理領域の上端側と下端側のウエハ200上にHClが吸着されて、次のサイクルにおける第1ガスとしてのTiCl4ガス供給によるTiCl4の吸着が阻害される。よって、次の第2ガスとしてのNH3が、TiCl4と反応せず、TiN層が形成されない。このため、吸着阻害ガスが供給される処理領域の上端側と下端側では、ウエハ200の成膜レートを低下させることができる。この場合、HClの一部は、例えば第3ガスとしてのSiH4ガスと反応して、NH3ガス供給までの間に脱離し、HClの大部分は、NH3ガス供給時に、NH3と反応して、NH4Clが生成され、NH4Clは、ウエハ200上に吸着せずに脱離する。そのため、膜の電気的特性には影響が少ない。よって、上述した図5に示す基板処理シーケンスと同様の効果が得られる。
(変形例8)
図11は、上述した図5に示す基板処理シーケンスのさらに他の変形例を示す。本変形例では、吸着阻害ガスを、第1ガス供給の後に加えて、第2ガス供給の後にも供給する。すなわち、上述した第1ステップ~第8ステップを行った後に、第9ステップとして吸着阻害ガス供給と、第10ステップとしてパージと、をこの順に行うサイクルを所定回数(N回)、1回以上実行する。すなわち、第1ガス供給と第3ガス供給とを一部並行して行った後、吸着阻害ガス供給を行い、その後、第2ガスの供給を行い、さらにその後、吸着阻害ガス供給を行う。このように、例えば、第1ガスとしてTiCl4ガス供給を行った後に、処理領域の上端側と下端側のウエハ200に対して吸着阻害ガスとしてHClガスを供給し、さらに第2ガスとしてのNH3ガス供給を行った後に、処理領域の上端側と下端側のウエハ200に対して吸着阻害ガスとしてHClガスを供給する。これにより、TiCl4ガス供給後とNH3ガス供給後に、それぞれ処理領域の上端側と下端側のウエハ200上にHClが吸着される。つまり、処理領域の上端側と下端側のウエハ200上には、HClが吸着されているため、NH3がTiCl4と反応せず、TiCl4ガス供給によるTiCl4の吸着が阻害されるため、TiN層が形成されない。また、NH3ガスを供給した後に、吸着阻害ガスとしてのHClを供給することにより、NH3とHClが反応して、NH4Clが生成され、ウエハ200上に吸着せずに脱離するため、膜中にはHClやNH4Clが残留しない。このため、吸着阻害ガスが供給される処理領域の上端側と下端側では、ウエハ200の成膜レートを低下させることができ、膜の電気的特性にも影響が少ない。この場合であっても、上述した図5に示す基板処理シーケンスと同様の効果が得られる。
なお、上記実施形態では、第1ガス供給と第2ガス供給と吸着阻害ガス供給との間で、パージを行う形態を示したが、これに限るものではなく、第1ガス供給と第2ガス供給と吸着阻害ガス供給との間でパージを行わなくても良い。
また、上記実施形態では、ウエハ200に対して、TiN膜を形成する場合を用いて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、Ti、アルミニウム(Al)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ルテニウム(Ru)、シリコン(Si)等の少なくとも1つ以上を含む膜等を形成する場合にも、好適に適用できる。
また、上記実施形態では、第1ガスとして金属元素とハロゲンを含むガスである例えばTiCl4ガスを用いる場合を用いて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、塩化アルミニウム(AlCl3)ガス、塩化ハフニウム(HfCl4)ガス、塩化ジルコニウム(ZrCl4)ガス、五塩化モリブデン(MoCl5)ガス、二塩化二酸化モリブデン(MoO2Cl2)ガス、四塩化酸化モリブデン(MoOCl4)ガス、六フッ化タングステン(WF6)ガス、六塩化タングステン(WCl6)ガス、Ruとハロゲンを含むガス等を用いる場合にも、好適に適用できる。また、第1ガスとして、第14族元素(例えば、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge))とハロゲンを含むガスである例えばヘキサクロロジシラン(Si2Cl6、略称HCDS)ガス、塩化ゲルマニウム(Ge2Cl6)ガス等を用いる場合にも、好適に適用できる。
また、上記実施形態では、第2ガスとして、還元ガスであり反応ガスであるNとHを含むガスとして例えばNH3ガスを用いる場合を用いて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、窒素(N2)と水素(H2)、ジアゼン(N22)、トリアゼン(N33)、ヒドラジン(N24)、その他アミン基を含むガスの少なくとも1つ以上を含むガス等を用いる場合にも、好適に適用できる。なお、吸着阻害ガスとしてHClガスを用いた場合に、HClとNH3ガスが反応することにより、NH3Clが生成されるため、第2ガスとしてNH3ガスを用いるのが好ましい。
また、上記実施形態では、第2ガスとして、窒素(N)と水素(H)を含むガスを用いる場合を用いて説明したが、本開示はこれに限定されるものでは無く、窒素を含まない還元ガスであっても良い。例えば、水素(H2)ガス、重水素(D)ガス、ジシラン(Si26)ガス、トリシラン(Si38)ガス、モノゲルマン(GeH4)ガス、ジゲルマン(Ge26)ガス、トリゲルマン(Ge36)ガス、モノボラン(BH3)ガス、ジボラン(B26)ガス、ホスフィン(PH3)ガス等の少なくとも1つ以上を含むガスを用いる場合にも、好適に適用できる。この様な窒素を含まない還元ガスを用いることで、窒化物でない膜を形成することができる。
また、上記実施形態では、第3ガスとして、還元ガスであり水素含有ガスである例えばSiH4ガスを用いる場合を用いて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、水素(H2)ガス、ジシラン(Si26)ガス、トリシラン(Si38)ガス、モノボラン(BH3)ガス、ジボラン(B26)ガス、ホスフィン(PH3)ガス等を用いる場合にも、好適に適用できる。
また、上記実施形態では、第1ガスと第2ガスと第3ガスと吸着阻害ガスを用いてウエハ200上に膜を形成する工程について説明したが、本開示はこれに限定されるものでは無く、第1ガスと第2ガスと吸着阻害ガスを用いてウエハ200上に膜を形成する工程であっても良い。即ち、第3ガスを用いずに行っても良い。このような成膜であっても、本開示に記載の効果の一部を得ることができる。
また、上記実施形態では、吸着阻害ガスとして、ハロゲンを含む例えばHClガスを用いる場合を用いて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、第1ガスと同種のハロゲンを含むガスであればよく、例えば塩化アンモニウム(NH4Cl)ガス、塩素(Cl2)ガス、フッ化水素(HF)ガス、フッ素(F2)ガス等を用いる場合にも、好適に適用できる。なお、吸着阻害ガスとして、第1ガスと第2ガスとが反応することにより生じる反応副生成物と同じ成分のガスを用いるのが好ましい。
また、上記実施形態では、金属と窒素を含む膜をウエハ200上に形成する工程を説明したが、本開示はこれに限定されるものでは無い。各ガスを適宜選択することにより、金属膜、第14族元素を主成分とする膜、酸化膜、酸窒化膜、炭化膜等を形成する場合にも、好適に適用できる。
また、上述の実施の形態では、一度に複数枚のウエハを処理するバッチ式の縦型装置である基板処理装置を用いて成膜する例について説明したが、本開示はこれに限定されず、一度に1枚または数枚のウエハを処理する枚葉式の基板処理装置を用いて成膜する場合にも、好適に適用できる。枚葉装置の処理領域は、枚葉装置の、ウエハとシャワーヘッド等のガス供給部との間であり、処理領域の一部に吸着阻害ガスを供給することにより、ウエハの面内均一性を向上させることができる。
これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態と同様なシーケンス、処理条件にて成膜を行うことができる。
これらの各種薄膜の形成に用いられるプロセスレシピ(処理手順や処理条件等が記載されたプログラム)は、基板処理の内容(形成する薄膜の膜種、組成比、膜質、膜厚、処理手順、処理条件等)に応じて、それぞれ個別に用意する(複数用意する)ことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理の内容に応じて、複数のプロセスレシピの中から、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。具体的には、基板処理の内容に応じて個別に用意された複数のプロセスレシピを、電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体(外部記憶装置123)を介して、基板処理装置が備える記憶装置121c内に予め格納(インストール)しておくことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理装置が備えるCPU121aが、記憶装置121c内に格納された複数のプロセスレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。このように構成することで、1台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成できるようになる。また、オペレータの操作負担(処理手順や処理条件等の入力負担等)を低減でき、操作ミスを回避しつつ、基板処理を迅速に開始できるようになる。
また、本開示は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本開示に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本開示に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。
また、本開示は、例えば、3次元構造を持つNAND型フラッシュメモリやDRAM等のワードライン部分に用いることができる。
以上、本開示の種々の典型的な実施形態を説明してきたが、本開示はそれらの実施形態に限定されず、適宜組み合わせて用いることもできる。
<本開示の好ましい態様>
以下に、本開示の好ましい態様について付記する。
(付記1)
本開示の一態様によれば、
基板を処理する処理領域を有する処理容器と、
第1ガスを前記基板に供給する第1孔が前記処理領域の全域にわたって設けられた第1ノズルと、
前記第1ガスと反応する第2ガスを前記基板に供給する第2孔が前記処理領域の全域にわたって設けられた第2ノズルと、
前記第1ガスの吸着を阻害する吸着阻害ガスを前記基板に供給する第3孔が前記処理領域の一部に対応するように設けられた第3ノズルと、
前記第1ガス、前記第2ガス、前記吸着阻害ガスを、それぞれ、前記第1ノズルと前記第2ノズルおよび前記第3ノズルを介して前記基板に供給することが可能なガス供給システムと、
を有する基板処理装置が提供される。
(付記2)
付記1に記載の装置であって、
前記第3孔は、前記第3ノズルの、前記処理領域の下端側の前記基板に対応する位置に設けられる。
(付記3)
付記2に記載の装置であって、
前記第3ノズルの、前記処理領域の上端側の前記基板に対応する位置には、第4孔が更に設けられる。
(付記4)
付記3に記載の装置であって、
前記第3孔の開口率は、前記第4孔の開口率よりも大きく構成される。
(付記5)
付記1又は2に記載の装置であって、
前記第3ノズルは、前記第1ノズルと前記第2ノズルよりも短い長さに構成される。
(付記6)
付記1に記載の装置であって、
前記第3孔は、前記第3ノズルの、前記処理領域の上端側の前記基板に対応する位置に設けられる。
(付記7)
付記1に記載の装置であって、
前記第3孔は、前記第3ノズルの、前記処理領域の中間領域の前記基板に対応する位置に設けられる。
(付記8)
付記1に記載の装置であって、
前記第3孔は、前記第3ノズルの、前記処理領域のダミー基板が設けられた位置に対応する位置に設けられる。
(付記9)
付記8に記載の装置であって、
前記第3孔は、前記第3ノズルの、前記ダミー基板が密(又は枚数が比較的多い)に設けられた位置に対応する位置に設けられ、前記第3ノズルの、前記ダミー基板が疎(又は枚数が比較的少ない)に設けられた位置に対応する位置には、第4孔が更に設けられる。
(付記10)
付記9に記載の装置であって、
前記第3孔の開口率は、前記第4孔の開口率よりも大きく構成される。
(付記11)
付記1に記載の装置であって、
前記第3孔は、前記第3ノズルの、前記処理領域に設けられた前記基板の密度が高い位置に対応する位置に設けられる。
(付記12)
付記1から11のいずれか記載の装置であって、
前記ガス供給システムを制御可能に構成された制御部と、を有する。
(付記13)
付記12に記載の装置であって、
前記基板に第3ガスを供給する第4ノズルを更に有し、
前記制御部は、
(a)前記基板に対して、前記第1ガスを供給する処理と、
(b)前記基板に対して、前記第2ガスを供給する処理と、
(c)前記基板に対して、前記吸着阻害ガスを供給する処理と、
(d)前記基板に対して、前記第3ガスを供給する処理と、
(e)(a)と(d)とを一部並行して行った後、(c)を行い、その後、(b)を行う処理と、
を行わせるように前記ガス供給システムを制御可能に構成される。
(付記14)
付記12に記載の装置であって、
前記基板に第3ガスを供給する第4ノズルを更に有し、
前記制御部は、
(a)前記基板に対して、前記第1ガスを供給する処理と、
(b)前記基板に対して、前記第2ガスを供給する処理と、
(c)前記基板に対して、前記吸着阻害ガスを供給する処理と、
(d)前記基板に対して、前記第3ガスを供給する処理と、
(e)(a)と(d)とを一部並行して行った後、(a)と(c)とを並行して行い、その後、(b)を行う処理と、
を行わせるように前記ガス供給システムを制御可能に構成される。
(付記15)
付記12に記載の装置であって、
前記基板に第3ガスを供給する第4ノズルを更に有し、
前記制御部は、
(a)前記基板に対して、前記第1ガスを供給する処理と、
(b)前記基板に対して、前記第2ガスを供給する処理と、
(c)前記基板に対して、前記吸着阻害ガスを供給する処理と、
(d)前記基板に対して、前記第3ガスを供給する処理と、
(e)(a)と(d)とを一部並行して行った後(b)を行い、その後、(c)を行う処理と、
を行わせるように前記ガス供給システムを制御可能に構成される。
(付記16)
付記13に記載の装置であって、
前記制御部は、
(e)の後に、(c)を行うように前記ガス供給システムを制御可能に構成される。
(付記17)
付記1から16のいずれか記載の装置であって、
前記第1ガスは、ハロゲンを含むガスであり、
前記第2ガスは、還元ガスであり、
前記吸着阻害ガスは、ハロゲンを含むガスである。
(付記18)
付記1から17のいずれか記載の装置であって、
前記処理領域は、前記基板を複数枚処理可能な空間を有するよう構成される。
(付記19)
本開示の他の態様によれば、
第1ガスを供給する第1孔が基板を処理する処理領域の全域にわたって設けられた第1ノズルと、前記第1ガスと反応する第2ガスを供給する第2孔が前記処理領域の全域にわたって設けられた第2ノズルと、前記第1ガスの吸着を阻害する吸着阻害ガスを供給する第3孔が前記処理領域の一部に対応するように設けられた第3ノズルと、を備える処理容器内で、
前記基板に対して前記第1ガスを供給する工程と、
前記基板に対して前記第2ガスを供給する工程と、
前記基板に対して前記吸着阻害ガスを供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
(付記20)
本開示のさらに他の態様によれば、
第1ガスを供給する第1孔が基板を処理する処理領域の全域にわたって設けられた第1ノズルと、前記第1ガスと反応する第2ガスを供給する第2孔が前記処理領域の全域にわたって設けられた第2ノズルと、前記第1ガスの吸着を阻害する吸着阻害ガスを供給する第3孔が前記処理領域の一部に対応するように設けられた第3ノズルと、を備える基板処理装置の処理容器内で、
前記基板に対して前記第1ガスを供給する手順と、
前記基板に対して前記第2ガスを供給する手順と、
前記基板に対して前記吸着阻害ガスを供給する手順と、
をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラムが提供される。
10 基板処理装置
121 コントローラ
200 ウエハ(基板)
201 処理室

Claims (5)

  1. 基板を処理する処理領域を有する処理容器と、
    第1ガスを前記基板に供給する第1孔が前記処理領域の全域にわたって設けられた第1ノズルと、
    前記第1ガスと反応する第2ガスを前記基板に供給する第2孔が前記処理領域の全域にわたって設けられた第2ノズルと、
    前記第1ガスの吸着を阻害する吸着阻害ガスを前記基板に供給する第3孔が前記処理領域の一部に対応するように設けられた第3ノズルと、
    前記第1ガス、前記第2ガス、前記吸着阻害ガスを、それぞれ、前記第1ノズルと前記第2ノズルおよび前記第3ノズルを介して前記基板に供給することが可能なガス供給システムと、
    を有する基板処理装置。
  2. 前記第3孔は、前記第3ノズルの、前記処理領域の下端側の前記基板に対応する位置に設けられる請求項1記載の基板処理装置。
  3. 前記第3ノズルの、前記処理領域の上端側の前記基板に対応する位置には、第4孔が更に設けられる請求項2記載の基板処理装置。
  4. 第1ガスを供給する第1孔が基板を処理する処理領域の全域にわたって設けられた第1ノズルと、前記第1ガスと反応する第2ガスを供給する第2孔が前記処理領域の全域にわたって設けられた第2ノズルと、前記第1ガスの吸着を阻害する吸着阻害ガスを供給する第3孔が前記処理領域の一部に対応するように設けられた第3ノズルと、を備える処理容器内で、
    前記基板に対して前記第1ガスを供給する工程と、
    前記基板に対して前記第2ガスを供給する工程と、
    前記基板に対して前記吸着阻害ガスを供給する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  5. 第1ガスを供給する第1孔が基板を処理する処理領域の全域にわたって設けられた第1ノズルと、前記第1ガスと反応する第2ガスを供給する第2孔が前記処理領域の全域にわたって設けられた第2ノズルと、前記第1ガスの吸着を阻害する吸着阻害ガスを供給する第3孔が前記処理領域の一部に対応するように設けられた第3ノズルと、を備える基板処理装置の処理容器内で、
    前記基板に対して前記第1ガスを供給する手順と、
    前記基板に対して前記第2ガスを供給する手順と、
    前記基板に対して前記吸着阻害ガスを供給する手順と、
    をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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