JP2023137735A - 基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム、および基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)(a1)酸化膜を有する基板に対してフッ素含有ガスを供給する工程と、(a2)前記基板に対して第1還元ガスを供給する工程と、を所定回数行うことにより、前記酸化膜の少なくとも一部を改質させて改質層を形成する工程と、
(b)前記改質層が形成された後、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、
を備え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6を参照しつつ説明する。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。
図1に示すように、処理炉202は温度調整部(加熱部)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、基板を処理する方法、すなわち、基板としてのウエハ200の表面に形成された自然酸化膜を除去し、自然酸化膜を除去した後のウエハ200の表面上に膜を成長させるための処理シーケンスの例について、主に、図4(A)~図4(E)、図5、図6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。
(a)(a1)自然酸化膜としての酸化膜を有するウエハ200に対してF含有ガスを供給するステップA1と、(a2)ウエハ200に対して第1還元ガスを供給するステップA2と、を所定回数(n回、nは1以上の整数)行うことにより、酸化膜の少なくとも一部を改質させて改質層を形成するステップAと、
(b)改質層が形成された後、ウエハ200に対してF含有ガスを供給するステップBと、
を有する。このとき、(a)および(b)、すなわち、ステップAおよびステップBを、ウエハ200を第1温度とした状態で実施することができる。
(c)(b)の後に、ウエハ200を第1温度以上の第2温度として、好ましくは、第1温度から第2温度に昇温させて、改質層を昇華させるステップCを有する。
(d)(c)の後に、ウエハ200を第2温度から第3温度に昇温させるステップDを有する。
(e)ウエハ200を第3温度とした状態で、ウエハ200に対して第2還元ガスを供給するステップEを有する。
(e1)ウエハ200が存在する空間の圧力を第1圧力とした状態で、ウエハ200に対して第2還元ガスを供給するステップE1と、
(e2)ウエハ200が存在する空間の圧力を第1圧力よりも高い第2圧力とした状態で、ウエハ200に対して第2還元ガスを供給するステップE2と、
を有する。
(f)ウエハ200を第3温度から第4温度に降温させ、ウエハ200を第4温度とした状態でウエハ200に対して所定元素を含有するガスを供給して、ウエハ200上に、所定元素含有膜を形成するステップFを有する。
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。このようにして、ウエハ200は、処理室201内に搬入されることとなる。
ボートロードが終了した後、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(第1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。
ウエハ200の表面に形成された酸化膜300を、後述する昇華工程において昇華されやすい改質層400に改質し、さらにN等の不純物の少ない改質層500に改質させる工程を行う。すなわち、次のステップAと、ステップBと、をこの順に行う。
ステップAでは、ウエハ200を第1温度とした状態で、ウエハ200に対してF含有ガスを供給するステップA1と、ウエハ200に対して第1還元ガスを供給するステップA2と、を所定回数(n回、nは1以上の整数)行う。これにより、酸化膜300の少なくとも一部を改質させて改質層400を形成する。
ステップA1では、具体的には、バルブ243aを開き、ガス供給管232a内へF含有ガスを流す。F含有ガスは、MFC241aにより流量調整され、ノズル249aを介して処理室201内へ供給され、排気口231aより排気される。このとき、ウエハ200の側方から、ウエハ200に対してF含有ガスが供給される。このとき、バルブ243f~243hを開き、ノズル249a~249cのそれぞれを介して処理室201内へ不活性ガスを供給するようにしてもよい。
処理温度(第1温度):室温(25℃)~90℃、好ましくは45~80℃、より好ましくは50~70℃
処理圧力:10~2000Pa、好ましくは50~1000Pa
F含有ガス供給流量:0.5~3slm、好ましくは1~2slm
不活性ガス供給流量(ガス供給管毎):0.5~10slm、好ましくは1~5slm
ガス供給時間:60~180秒、好ましくは60~120秒
が例示される。
ステップA2では、具体的には、バルブ243bを開き、ガス供給管232b内へ第1還元ガスを流す。第1還元ガスは、MFC241bにより流量調整され、ノズル249bを介して処理室201内へ供給され、排気口231aより排気される。このとき、ウエハ200の側方から、ウエハ200に対して第1還元ガスが供給される。このとき、バルブ243f~243hを開き、ノズル249a~249cのそれぞれを介して処理室201内へ不活性ガスを供給するようにしてもよい。
処理温度(第1温度):室温(25℃)~90℃、好ましくは45~80℃、より好ましくは50~70℃
処理圧力:10~2000Pa、好ましくは50~1000Pa
第1還元ガス供給流量:0.1~2slm、好ましくは0.2~1slm
不活性ガス供給流量(ガス供給管毎):0.5~10slm、好ましくは1~5slm
ガス供給時間:60~180秒、好ましくは60~120秒
が例示される。
上述のステップA1、ステップA2を交互に行うサイクルを所定回数(n回、nは1以上の整数)行うことにより、図4(B)に示すように、ウエハ200の表面に形成された酸化膜300の少なくとも一部を、昇華されやすい改質層400に改質させることができる。改質層400は錯体を含むこととなる。なお、図4(B)は、ウエハ200の表面に形成された酸化膜300の全てを改質層400に改質させる例を示している。
ステップBでは、ステップAが行われた後のウエハ200に対してF含有ガスを供給する。ステップBは、ステップA1と同様の処理手順にて行うことができる。
処理温度(第1温度):室温(25℃)~90℃、好ましくは45~80℃、より好ましくは50~70℃
処理圧力:10~3000Pa、好ましくは10~2000Pa
F含有ガス供給流量:0.5~5slm、好ましくは1~3slm
不活性ガス供給流量(ガス供給管毎):0.5~10slm、好ましくは1~5slm
ガス供給時間:60~300秒、好ましくは60~180秒
が例示される。
ステップBが終了した後、ステップCを行う。ステップCでは、ウエハ200を第1温度以上の第2温度とし、好ましくは、ウエハ200を第1温度から第2温度に昇温させて、ウエハ200の表面に形成された改質層500を昇華させる処理を行う。
処理温度(第2温度):90~200℃、好ましくは100~150℃
処理圧力:10~300Pa、好ましくは、30~100Pa
不活性ガス供給流量(ガス供給管毎):0~20slm、好ましくは、1~10slm
第2還元ガス供給流量:0~10slm、好ましくは、1~5slm
ガス供給時間:60~720分、好ましくは120~300分
が例示される。
処理温度(第2温度):90~200℃、好ましくは100~150℃
パージガス供給時の処理圧力:30~300Pa
真空排気時の処理圧力:10~100Pa
パージガス供給流量:1~20slm、好ましくは、1~10slm
パージガス供給時間:30~180秒/サイクル
真空排気時間:30~180秒/サイクル
が例示される。
ステップCが終了した後、ステップDを行う。ステップDでは、ウエハ200を第2温度から後述する第3温度に昇温させながら、サイクルパージを行う。
ステップDが終了した後、ステップEを行う。ステップEでは、ウエハ200を第3温度に加熱した状態で、ウエハ200に対して第2還元ガスを供給する。すなわち、第2還元ガス雰囲気下でベーク処理を行う。なお、ステップCにおいて、第2還元ガスを供給していた場合は、ステップDにおいてもその供給を継続する。
処理温度(第3温度):700~1000℃、好ましくは800~900℃
処理圧力:30~2000Pa、好ましくは30~1000Pa
第2還元ガス供給流量:1~10slm、好ましくは、1~5slm
不活性ガス供給流量(ガス供給管毎):0~20slm、好ましくは、1~10slm
ガス供給時間:30~120分、好ましくは30~90分
が例示される。
ステップEが終了した後、すなわち、ベーク処理が完了し、ウエハ200の温度を第3温度から第4温度に降下させた後、ステップFを行う。ステップFでは、ウエハ200を第4温度に加熱した状態で、ウエハ200に対して第1処理ガスと第2還元ガスとを供給し、酸化膜300が除去された後のウエハ200の表面上に膜を成長させる成膜処理を行う。
処理温度(第4温度):500~650℃、好ましくは550~600℃
処理圧力:4~200Pa、好ましくは1~120Pa
第1処理ガス供給流量:0.1~5slm、好ましくは0.2~3slm
第2還元ガス供給流量:1~20slm、好ましくは1~10slm
不活性ガス供給流量(ガス供給管毎):0~20slm、好ましくは0.1~10slm
ガス供給時間:20~120分、好ましくは30~60分
が例示される。
成膜工程が終了した後、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副生成物等が処理室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)。
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、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。
本態様における処理シーケンスは、以下に示す変形例のように変更することができる。これらの変形例は、任意に組み合わせることができる。特に説明がない限り、各変形例の各ステップにおける処理手順、処理条件は、上述の処理シーケンスの各ステップにおける処理手順、処理条件と同様とすることができる。
ステップAにおいて、自然酸化膜を有するウエハ200に対して、F含有ガスを供給するステップA1と、第1還元ガスを供給するステップA2と、を同時に所定回数行うようにしてもよい。すなわち、ステップAにおいて、F含有ガスを供給するステップA1と、第1還元ガスを供給するステップA2と、を同時に所定回数行った後に、F含有ガスを供給するステップBを行うようにしてもよい。その他は上述の態様と同様とすることができる。本変形例においても、上述の態様と同様の効果が得られる。なお、本変形例においては、ステップAにおける改質レートを高めることができ、それにより、トータルでの処理時間を短縮させることが可能となり、スループット、すなわち、生産性を向上させることが可能となる。
ステップCからステップFのうち少なくとも一部のステップにおいて、第2還元ガスの供給を不実施とするようにしてもよい。例えば、ステップCにおいて、第2還元ガスの供給を不実施とするようにしてもよい。また例えば、ステップDにおいて、第2還元ガスの供給を不実施とするようにしてもよい。この場合、物理的な作用によりパージが行われることとなる。この場合においても、上述の態様で述べた効果のうち、少なくとも一部の効果を得ることができる。
ウエハ200の表面や処理室201内への第1還元ガス由来の不純物の残留が問題とならない場合は、ステップBを省略することもできる。この場合、ステップA、ステップC、ステップD、ステップE、ステップFをこの順に行うようにすればよい。その他は上述の態様と同様とすることができる。この場合においても、上述の態様で述べた効果のうち、少なくとも一部の効果を得ることができる。
自然酸化膜が除去されたウエハ200を用いる場合、ステップA~Cを省略することもできる。この場合、ステップD、ステップE、ステップFをこの順に行うようにすればよい。その他は上述の態様と同様とすることができる。この場合においても、上述の態様で述べた効果のうち、少なくとも一部の効果を得ることができる。
自然酸化膜が除去されたウエハ200を用いる場合、ステップA~Dを省略することもできる。この場合、ステップE、ステップFをこの順に行うようにすればよい。その他は上述の態様と同様とすることができる。この場合においても、上述の態様で述べた効果のうち、少なくとも一部の効果を得ることができる。
ウエハ200の表面や処理室201内に残留するO含有物質やC含有物質を、ステップCやステップDにて十分に除去できる場合や、ウエハ200の表面や処理室201内へのO含有物質やC含有物質の残留量が許容できるレベルである場合は、ステップEを省略することもできる。この場合、ステップA、ステップB、ステップC、ステップD、ステップFをこの順に行うようにすればよい。なお、この場合、ステップDでは、ウエハ200を第2温度から第4温度へ昇温させることとなる。その他は上述の態様と同様とすることができる。この場合においても、上述の態様で述べた効果のうち、少なくとも一部の効果を得ることができる。
ステップFでは、ウエハ200に対して、第1処理ガスおよび第2還元ガスに加え、第2処理ガスとしてドーパントガスを供給するようにしてもよい。ドーパントガスは上述のドーパントガス供給系より供給することができる。ドーパントガスとしては、III族元素(P,As等)およびV族元素(B等)のうちいずれかの元素を含むガスを用いることができる。ドーパントガスとしては、例えば、ホスフィン(PH3)ガス、アルシン(AsH3)ガス、ジボラン(B2H6)ガス、トリクロロボラン(BCl3)ガス等を用いることができる。ドーパントガスとしては、これらのうち1以上を用いることができる。本変形例においても、上述の態様と同様の効果が得られる。なお、本変形例によれば、ドーパント(P,As,B等)がドープされた膜を形成することが可能となる。
ステップFでは、ウエハ200に対して、第1処理ガスと第2還元ガスとを交互に供給するようにしてもよい。この場合、第1処理ガスとしては、上述の水素化ケイ素化合物ガスの他、所定元素であるSi及びハロゲンを含むハロシラン系ガスや、所定元素であるSi及びアミノ基を含むアミノシラン系ガスを用いることもできる。
以上、本開示の態様及び変形例を具体的に説明した。しかしながら、本開示は上述の態様及び変形例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。
Claims (23)
- (a)(a1)酸化膜を有する基板に対してフッ素含有ガスを供給する工程と、(a2)前記基板に対して第1還元ガスを供給する工程と、を所定回数行うことにより、前記酸化膜の少なくとも一部を改質させて改質層を形成する工程と、
(b)前記改質層が形成された後、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、
を備える基板処理方法。 - (a)及び(b)を、前記基板を第1温度とした状態で実施し、
(c)前記基板を前記第1温度以上の第2温度として前記改質層を昇華させる工程をさらに有する請求項1に記載の基板処理方法。 - (d)前記基板を前記第2温度から第3温度に昇温させる工程をさらに有する請求項2に記載の基板処理方法。
- (c)および(d)のうち少なくともいずれかでは、前記基板が存在する空間の排気と、前記基板が存在する空間へのパージガスの供給と、を交互に所定回数行う請求項3に記載の基板処理方法。
- (e)前記基板を前記第3温度とした状態で、前記基板に対して第2還元ガスを供給する工程をさらに有する請求項3又は4に記載の基板処理方法。
- (e)は、
(e1)前記基板が存在する空間の圧力を第1圧力とした状態で、前記基板に対して前記第2還元ガスを供給する工程と、
(e2)前記基板が存在する空間の圧力を前記第1圧力よりも高い第2圧力とした状態で、前記基板に対して前記第2還元ガスを供給する工程と、
を有する請求項5に記載の基板処理方法。 - (c)、(d)、および(e)のうち少なくともいずれかでは、前記基板が存在する空間の排気と、前記基板が存在する空間への不活性ガスおよび前記第2還元ガスのうち少なくともいずれかの供給と、を交互に所定回数行う請求項5又は6に記載の基板処理方法。
- (f)前記基板を前記第3温度から第4温度に降温させ、前記基板を前記第4温度とした状態で前記基板に対して所定元素を含有するガスを供給して、前記基板上に、所定元素含有膜を形成する工程をさらに有する請求項3~7のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記所定元素は半導体元素または金属元素を含む請求項8に記載の基板処理方法。
- 前記所定元素はSiを含む請求項8又は9に記載の基板処理方法。
- 前記所定元素含有膜はエピタキシャル膜を含む請求項8~10のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- (b)を行った後、前記基板への前記第1還元ガスの供給を不実施とする請求項1~11のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記第1還元ガスは、窒素及び水素含有ガスである請求項1~12のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記第1還元ガスは、NH3ガス、N2H2ガス、N2H4ガス、およびN3H8ガスのうち少なくともいずれかを含む請求項13に記載の基板処理方法。
- 前記第2還元ガスは、窒素非含有の水素含有ガスである請求項5~7のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記第2還元ガスは、H2ガスおよびD2ガスのうち少なくともいずれかを含む請求項15記載の基板処理方法。
- 前記フッ素含有ガスは、フッ素及び水素含有ガスである請求項1~16のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記フッ素含有ガスは、F2ガス、ClF3ガス、ClFガス、NF3ガス、およびHFガスのうち少なくともいずれかを含む請求項1~17のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- (b)における処理条件を、(a1)における処理条件と異ならせる請求項1~18のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- (b)と(a1)とで、前記フッ素含有ガスの供給時間、前記フッ素含有ガスの供給流量、前記フッ素含有ガスの分圧、前記フッ素含有ガスの濃度、前記基板が存在する空間の圧力のうち少なくともいずれかを異ならせる請求項1~19のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- (a)(a1)酸化膜を有する基板に対してフッ素含有ガスを供給する工程と、(a2)前記基板に対して第1還元ガスを供給する工程と、を所定回数行うことにより、前記酸化膜の少なくとも一部を改質させて改質層を形成する工程と、
(b)前記改質層が形成された後、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、
を備える半導体装置の製造方法。 - (a)(a1)酸化膜を有する基板に対してフッ素含有ガスを供給する手順と、(a2)前記基板に対して第1還元ガスを供給する手順と、を所定回数行うことにより、前記酸化膜の少なくとも一部を改質させて改質層を形成する手順と、
(b)前記改質層が形成された後、前記基板に対して前記フッ素含有ガスを供給する手順と、
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。 - 基板が処理される処理容器と、
前記処理容器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、
前記処理容器内の基板に対して第1還元ガスを供給する第1還元ガス供給系と、
(a)(a1)前記処理容器内の酸化膜を有する基板に対して前記フッ素含有ガスを供給する処理と、(a2)前記基板に対して前記第1還元ガスを供給する処理と、を所定回数行うことにより、前記酸化膜の少なくとも一部を改質させて改質層を形成する処理と、
(b)前記改質層が形成された後、前記基板に対して前記フッ素含有ガスを供給する処理と、
を行わせるように、前記フッ素含有ガス供給系及び前記第1還元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。
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