JP4112591B2 - 半導体装置の製造方法および基板処理装置 - Google Patents
半導体装置の製造方法および基板処理装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4112591B2 JP4112591B2 JP2006088801A JP2006088801A JP4112591B2 JP 4112591 B2 JP4112591 B2 JP 4112591B2 JP 2006088801 A JP2006088801 A JP 2006088801A JP 2006088801 A JP2006088801 A JP 2006088801A JP 4112591 B2 JP4112591 B2 JP 4112591B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- processing chamber
- wafer
- ozone
- chamber
- oxide film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims description 96
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 91
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 82
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 81
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 55
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 claims description 49
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 37
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 16
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 12
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims description 6
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 105
- 239000010408 film Substances 0.000 description 94
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 77
- 230000008569 process Effects 0.000 description 56
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 51
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 42
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 41
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 41
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 38
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 31
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 29
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 8
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 3
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 2
- NFHFRUOZVGFOOS-UHFFFAOYSA-N palladium;triphenylphosphane Chemical compound [Pd].C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 NFHFRUOZVGFOOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 238000013404 process transfer Methods 0.000 description 2
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- DUJKCHHMRIHGIW-UHFFFAOYSA-N 1-methoxy-2-methylpropan-2-olate zirconium(4+) Chemical compound COCC(C)(C)O[Zr](OC(C)(C)COC)(OC(C)(C)COC)OC(C)(C)COC DUJKCHHMRIHGIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- PGGUBXZUXKCJBF-UHFFFAOYSA-N C(C)[N-]CC.C(C)[N-]CC.C(C)[N-]CC.C(C)[N-]CC.[Si+4] Chemical compound C(C)[N-]CC.C(C)[N-]CC.C(C)[N-]CC.C(C)[N-]CC.[Si+4] PGGUBXZUXKCJBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CGRVKSPUKAFTBN-UHFFFAOYSA-N N-silylbutan-1-amine Chemical compound CCCCN[SiH3] CGRVKSPUKAFTBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- MZCHLVMRAOQSDA-UHFFFAOYSA-N hafnium;1-methoxy-2-methylpropan-2-ol Chemical compound [Hf].COCC(C)(C)O.COCC(C)(C)O.COCC(C)(C)O.COCC(C)(C)O MZCHLVMRAOQSDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N hydroxyl Chemical compound [OH] TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- HSXKFDGTKKAEHL-UHFFFAOYSA-N tantalum(v) ethoxide Chemical compound [Ta+5].CC[O-].CC[O-].CC[O-].CC[O-].CC[O-] HSXKFDGTKKAEHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JZVSHMZGQMSJBL-UHFFFAOYSA-N tetrakis(1-methoxy-2-methylpropan-2-yl) silicate Chemical compound COCC(C)(C)O[Si](OC(C)(C)COC)(OC(C)(C)COC)OC(C)(C)COC JZVSHMZGQMSJBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
ところが、ICの高集積化に伴って半導体素子や回路パターンの寸法の微細化が進み、ウエハに対する高温の熱処理がウエハに先に形成された半導体素子の特性や材質を変化させることが懸念されるために、熱処理温度は低下させることが望まれている。
このような傾向の中で、酸化膜を形成する際の熱処理温度を低下させることのできる酸化剤として、オゾン(O3 )が有望視されている。
例えば、酸素を使用した酸化膜形成工程における熱処理温度は、700〜1000℃の高温度になるが、オゾンを使用した酸化膜形成工程においては、熱処理温度を500℃以下とすることが試みられている。
また、従来のICの製造工程における酸化膜形成工程を500℃以下の低温下で実施する酸化膜形成方法としては、プラズマを利用して反応種や酸素を活性化させ、ウエハを酸化させる方法がある。
ところが、400℃以上の熱処理温度においては、オゾンが分解されてしまうので、オゾンによる酸化効果がなくなってしまうという問題点がある。
つまり、オゾンの酸化力は熱処理温度の低温化を補うほど強くなく、新たな酸化剤の登場が待ち望まれている。
(1)被処理物を処理室内に搬入するステップと、
原料ガスと、オゾンを少なくとも水素原子を含む液体中でバブリングして生成した酸化剤とを前記処理室内に交互に供給することで被処理物の上に膜を形成するステップと、
膜形成後の被処理物を処理室から搬出するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(2)前記(1)において、前記被処理物の上に膜を形成するステップは、前記処理室内に前記原料ガスを供給するステップと、
前記処理室内のガス置換を行うステップと、
前記処理室内に前記酸化剤を供給するステップと、
前記処理室内のガス置換を行うステップと、を有し、
これらのステップを1サイクルとし、これを複数回繰り返すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(3)前記(1)において、前記被処理物の上に膜を形成するステップでは、前記原料ガスを前記処理室内に供給することで被処理物の上に原料ガスを吸着させ、前記酸化剤を前記処理室内に供給することで被処理物の上に吸着させた原料ガスと前記酸化剤とを反応させて被処理物の上に膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(4)被処理物を処理する処理室と、
処理室内の被処理物を加熱するヒータと、
オゾンを生成するオゾナイザと、
前記オゾナイザによって生成したオゾンを少なくとも水素原子を含む液体中でバブリングさせることによって酸化剤を生成するバブラと、
バブラにおいて生成した前記酸化剤を前記処理室内に供給する酸化剤供給管と、
原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガス供給管と、を有し、
前記原料ガス供給管と前記酸化剤供給管とは、前記処理室内に前記原料ガスと前記酸化剤とを交互に供給するように構成されていることを特徴とする基板処理装置。
そこで、本発明者らは、自然界で最も強力な酸化力を有する酸化剤であるOH- (水酸基イオン)またはOH*(水酸基ラジカル)に着目し、このOH*を効率よく生成して酸化剤として使用することにより、500℃以下の低温において酸化膜を形成することが可能となることを究明した。
しかし、本発明者らは、オゾンを水の中でバブリングを行うことにより、OH*が生成される事実およびラジカル化したOH*はバブリングによって大気中に放出される事実を究明した。
オゾンを水の中でバブリングした際のオゾンと水の反応式としては、次の式(1)が考えられる。
H2 O+O3 →2OH*+1/2×O2 ・・・(1)
なお、OH*を生成する他の方法としては、水蒸気とオゾンとを混合させる方法が考えられる。
しかし、この方法においては気相中の水分子とオゾンとが衝突して反応する確率が小さいので、OH*を効率的に生成することはできない。
そこで、本発明者らは、オゾンを水の中でバブリングして生成する方法を使用することにより、OH*をより一層効率的に生成して低温下での酸化膜の形成を達成するものとした。
図1は実験に使用された酸化膜形成装置を示している。
図1において、オゾナイザ1によって生成されたオゾン2はバブラ3A内の脱イオン水中3においてバブリングされる。バブリングによって生成されたOH*を含む気体(以下、酸化剤という。)4は供給管5により、石英からなるプロセスチューブ6によって形成された処理室7に導入される。
処理室7は抵抗加熱式のヒータユニット8によって、200℃、300℃、400℃、500℃に加熱される。
被処理物としてのシリコンウエハ9は処理室8に設置された保持台によって保持される。
図2において、横軸には酸化膜の形成時間(シリコンウエハをオゾンを脱イオン水中でバブリングして生成した気体に晒した時間。)(分)が取られ、縦軸には酸化膜の膜厚(nm)が取られている。
実線の折れ線Aはオゾンを脱イオン水中へバブリングして生成した気体(以下、ウエットオゾンという。)を200℃に加熱された処理室に導入した場合、破線の折れ線Bはウエットオゾンを300℃に加熱された処理室に導入した場合、一点鎖線の折れ線Cはウエットオゾンを400℃に加熱された処理室に導入した場合、二点鎖線の折れ線Dはウエットオゾンを500℃に加熱された処理室に導入した場合をそれぞれ示している。
□(四角)で示した点Eは比較のためにバブリングしないオゾン(以下、ドライオゾンという。)を400℃に加熱された処理室に導入した場合、十(十字)で示した点Fは比較のためにドライオゾンを500℃に加熱された処理室に導入した場合をそれぞれ示している。
このことから、オゾンを水中でバブリングすることによって活性な気体を生成するステップと、生成した気体を使用して被処理物を処理するステップとを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法によれば、ドライオゾンによる場合に比べて低い温度下(少なくとも200〜500℃程度の温度下)において被処理物に酸化膜を形成し得ることが、実証されたことになる。
この酸化シリコンの粉末は、プロセスチューブがウエットオゾンによってエッチングされて気相中に運び出され、それが非加熱部分で冷やされて析出したものと考察される。
この考察から、オゾンを水中でバブリングすることによって活性な気体を生成するステップと、生成された気体を使用して被処理物を処理するステップとを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法によれば、酸化シリコンをエッチングし得ることが、究明されたことになる。
まず、図3に示された酸化膜形成装置10について説明する。
酸化膜形成装置10は互いに同心円に配置されて筐体11に垂直に支持された均熱管12と反応管(プロセスチューブ)13とを備えている。
外側に配置された均熱管12は炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料が使用されて、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。
内側に配置された反応管13は石英(SiO2 )等の耐熱性材料が使用されて、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、円筒の中空部は処理室14を形成している。反応管13の天井壁には複数の吹出口15が開設されており、天井壁の上には拡散部16が吹出口15を被覆するように突設されている。
拡散部16には連絡管17の上端が接続されており、連絡管17の中間部は反応管13の外周面に沿って配管され、その下端は反応管13の下端部において径方向に配管された導入管18に接続されている。
反応管13の下端部には排気管19の一端が接続されており、排気管19の他端はポンプ等からなる排気装置(図示せず)に接続されている。
均熱管12の内側であって反応管13の外側(均熱管12と反応管13の間)には処理室14の温度を計測する熱電対21が垂直に敷設されており、ヒータユニット20は熱電対21の計測結果に基づいてフィードバック制御されるように構成されている。
ベース22は円盤形状に形成されたシールキャップ24の上に取り付けられており、シールキャップ24には回転機構としての回転軸25が垂直に挿通されている。
ベース22の上には断熱キャップ26が垂直に設置されており、断熱キャップ26の上にはボート27が垂直に設置されている。
回転軸25は断熱キャップ26およびボート27を回転させるように構成されている。 ボート27は多数枚の被処理物としての基板すなわちウエハ29を中心を揃えて水平に配置した状態で保持するように構成されている。
シールキャップ24はボートエレベータ28によって垂直に昇降されるように構成されている。
酸化剤供給装置30はオゾン32を生成するオゾナイザ31と、脱イオン水35が貯留されておりオゾナイザ31によって生成されたオゾン32を供給するオゾン供給管33の吹出口が脱イオン水35の中に浸漬されてバブリングされるバブラ34と、オゾン32が脱イオン水35の中においてバブリングされて生成されたOH*(OHラジカル)を含む酸化剤37をバブラ34から導入管18に供給する供給管36とを備えている。
バブラ34にはバブラ34内の脱イオン水35を加熱するヒータ39が敷設されており、ヒータ39によりバブリングの際に脱イオン水35を加熱状態とすることもできるように構成されている。
バブリングの際の脱イオン水35の温度は、室温とするのがよいが、室温以上としてもよい。例えば、沸騰するような温度としても構わない。
なお、バブリングに用いる液体としては、特に、脱イオン水(純水)が好ましい。
純水が好ましいのは、純水中には不純物が極めて少なく、バブリングの際に、オゾンが水中の不純物に消費されるのを防ぐことができ、効率的にOHラジカルを発生させることができるからである。また、不純物が少ないことから、質の良い酸化膜すなわち電気的特性が良好で安定性の高い膜を形成することができるというメリットもある。
温度コントローラ30Aにはヒータユニット20、熱電対21およびヒータ39が接続されており、温度コントローラ30Aはウエハを酸化する際の処理温度がバブラ34内の脱イオン水35の温度よりも大きくなるように、また、100〜500℃になるように、ヒータユニット20およびヒータ39を制御する。
酸化膜を形成すべきシリコンウエハ(以下、ウエハという。)29は、ボート27にウエハ移載装置(図示せず)によって装填(ウエハチャージング)される。
指定された枚数のウエハ29がボート27に装填されると、ボート27はボートエレベータ28によって上昇されて反応管13の処理室14に搬入(ボートローディング)される。
ボート27が上限に達すると、シールキャップ24、ベース22が、シールリング23を介して反応管13の下端部と密着し、反応管13をシール状態に閉塞するため、処理室14は気密に閉じられた状態になる。
気密に閉じられると、処理室14は所定の圧力に排気管19によって排気され、ヒータユニット20によって100℃〜500℃の酸化膜形成方法としては比較的に低い所定の温度に加熱される。
なお、このとき、ヒータユニット20は処理室14内の温度が所定の温度となるように、熱電対21の計測結果に基づいてコントローラ30Aによりフィードバック制御される。また、断熱キャップ26およびボート27が回転軸25によって回転される。
オゾン32が脱イオン水35においてバブリングされると、前述した(1)式により、OH*を含む酸化剤37が生成し、バブラ34内の脱イオン水35の上方空間に放出する。この際、脱イオン水35であると、(1)式の反応が効果的に起こる。
また、このとき、処理温度がバブリングする脱イオン水35の温度よりも高くなるように、ヒータユニット20およびヒータ39が温度コントローラ30Aによって制御される。
バブラ34内の脱イオン水35の上方空間に放出した酸化剤37はバブラ34から供給管36によって取り出され、マスフローコントローラ38を介して導入管18に供給される。導入管18に供給された酸化剤37は連絡管17を流れて拡散部16の内部室に至り、拡散部16の内部室において拡散して吹出口15から処理室14にシャワー状に吹き出す。
なお、酸化剤37は、マスフローコントローラ38により所定の流量となるように制御された状態で供給される。
この際、ボート27が回転していることにより、酸化剤37はウエハ29の面内において均等に接触するので、ウエハ29に形成される酸化膜の膜厚分布は面内において均一になる。
なお、この酸化膜の形成には酸化反応および熱CVD反応のいずれか一方または両方が寄与していると、考えられる。
具体的には、初期の数分間は酸化反応が主体となっており、残りの時間はCVD(堆積)が主体となっているものと、考えられる。
なお、処理温度が500℃よりも高い温度になると、ウエハ29に既に形成された半導体素子や回路パターンに悪影響が及ぶので好ましくない。また、処理温度が100℃よりも低い温度になると、酸化反応、CVD反応のいずれも生じにくくなるために好ましくない。したがって、処理温度は100℃以上、500℃以下に設定することが望ましい。
ICの最小加工寸法が0.1μm以下になると、ゲート工程やコンタクト形成工程においては、本処理である成膜処理(ステップ)の前に前処理ステップとして、被処理物としての基板(ウエハ)の表面上の自然酸化膜や有機物汚染原因物質および金属汚染原因物質を除去する基板表面クリーニング処理(ステップ)を連続的に実施する必要がある。
本実施の形態に係るICの製造方法はこの前処理ステップに特徴を有するものである。すなわち、ウェハをロードロック室からクリーニングユニットに搬送して前洗浄処理を実施した後に、CVDユニットへ大気中にウェハを出すことなく連続して搬送して本処理である成膜処理を実施する方法である。
しかし、コンタクトパターンのアスペクト比が大きくなったり形状が複雑になったりすると、従来のこの種のクリーニング装置においては、エッチングガスがホールの上部で消費されてしまい、ホールの底まで届かなかったり、紫外線がホールの底まで届かない場合がある。
また、圧力を低く設定して活性種の平均自由行程(mean free path) を延ばすことにより、アスペクト比の高いコンタクトパターンのホールの底まで行き渡らせる工夫が、考えられる。
しかしながら、プラズマは圧力が比較的に高い領域でなければ励起しないために、採用することができない。
これに対し、本発明に係るオゾンを水中でバブリングして生成したOH*を含む気体は、圧力を低く設定して平均自由行程を延ばしたり、分圧を上げて使用することにより、アスペクト比が大きいコンタクトパターンや形状が複雑なコンタクトパターンであっても底まで行き渡らせることができる。
負圧移載室41の中央部には、負圧下でウエハ29を移載するウエハ移載装置(以下、負圧移載装置という。)43が設置されており、負圧移載装置43はスカラ形ロボット(selective compliance assembly robot arm 。SCARA)によって構成されている。
搬入室44の筐体および搬出室45の筐体はそれぞれ平面視が略菱形で上下両端が閉塞した箱形状に形成され、負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。
搬入室44および搬出室45の前側には、大気圧以上の圧力(以下、正圧という。)を維持可能な構造に構成された第二のウエハ移載室(以下、正圧移載室という。)46が隣接して連結されており、正圧移載室46の筐体は平面視が横長の長方形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。
正圧移載室46には正圧下でウエハ29を移載するウエハ移載装置(以下、正圧移載装置という。)47が設置されており、正圧移載装置47はスカラ形ロボットによって構成されている。正圧移載装置47は正圧移載室46に設置されたエレベータによって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータによって左右方向に往復移動されるように構成されている。
正圧移載室46の正面壁には三つのウエハ搬入搬出口51、52、53が左右方向に並べられて開設されており、ウエハ搬入搬出口51、52、53はウエハ29を正圧移載室46に対して搬入搬出し得るように構成されている。これらのウエハ搬入搬出口51、52、53にはポッドオープナ54がそれぞれ設置されている。
ポッドオープナ54はポッド57を載置する載置台55と、載置台55に載置されたポッド57のキャップを着脱するキャップ着脱機構56とを備えており、載置台55に載置されたポッド57のキャップをキャップ着脱機構56によって着脱することにより、ポッド57のウエハ出し入れ口を開閉するようになっている。
ポッドオープナ54の載置台55に対してはポッド57が、図示しない工程内搬送装置(RGV)によって供給および排出されるようになっている。
第一CVDユニット61および第二CVDユニット62は枚葉式CVD装置によって構成されており、アニールユニット63は枚葉式熱処理装置によって構成されている。
クリーニングユニット64はオゾンを水中へバブリングさせて生成したOH*を含む気体のエッチング特性を利用して自然酸化膜や有機物汚染原因物質および金属汚染原因物質を除去する前洗浄ステップ(クリーニング工程)が実施されるものとして、図5に示されているように構成されている。
プロセスチューブ71の負圧移載室41との境にはウエハ搬入搬出口74が開設されており、ウエハ搬入搬出口74はゲートバルブ75によって開閉されるように構成されている。
プロセスチューブ71には排気管76の一端が処理室72に連通するように接続されており、排気管76の他端は真空ポンプ等からなる排気装置(図示せず)に接続されている。
プロセスチューブ71の外部には処理室72を加熱するヒータユニット77が設置されている。
プロセスチューブ71にはオゾンを脱イオン水中においてバブリングさせて生成された気体(以下、エッチングガスという。)を処理室72に供給するエッチングガス供給装置80が接続されている。
エッチングガス供給装置80はオゾン82を生成するオゾナイザ81と、脱イオン水85が貯留されておりオゾナイザ81によって生成されたオゾン82を供給するオゾン供給管83の吹出口が脱イオン水85の中に浸漬されてバブリングされるバブラ84と、オゾン82が脱イオン水85の中においてバブリングされて生成されたOH*を含むエッチングガス87を処理室72に供給する供給管86とを備えている。
エッチングガス供給装置80と処理室72との間にはエッチングガスの流量を制御する流量制御手段としてのマスフローコントローラ(MFC)88が設けられている。
バブラ84にはバブラ84内の脱イオン水85を加熱するヒータ89が敷設されており、ヒータ89によりバブリングの際に脱イオン水85を加熱状態とすることもできるように構成されている。
バブリングの際の脱イオン水85の温度は、室温とするのがよいが、室温以上としてもよい。例えば、沸騰するような温度としても構わない。
温度コントローラ80Aにはヒータユニット77およびヒータ89が接続されており、温度コントローラ80Aはウエハをクリーニングする際の処理温度がバブラ84内の脱イオン水85の温度よりも大きくなるように、また、50〜400℃になるように、ヒータユニット77およびヒータ89を制御する。
ポッド57はポッドオープナ54の載置台55の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。
ポッド57のキャップがキャップ着脱機構56によって取り外され、ポッド57のウエハ出し入れ口が開放される。
ポッド57がポッドオープナ54により開放されると、正圧移載室46に設置された正圧移載装置47はポッド57からウエハ29を一枚ずつ順次にピックアップし、搬入室44に搬入(ウエハローディング)し、一台のポッド57に収納された25枚のウエハ29を搬入室用仮置き台に移載して行く。
ウエハ29の搬入室44への搬入が完了すると、ゲートバルブ48によって閉じられ、搬入室44が排気装置(図示せず)によって負圧に排気される。
続いて、負圧移載室41の負圧移載装置43は搬入室44からウエハ29を一枚ずつピックアップして負圧移載室41に搬入し、クリーニングユニット64の処理室72へウエハ搬入搬出口74を通して搬入(ウエハローディング)するとともに、処理室72の保持台73の上に移載(セッティング)する。ウエハ29の保持台73への移載が終了すると、クリーニングユニット64のウエハ搬入搬出口74がゲートバルブ75によって閉じられる。
続いて、オゾンを脱イオン水中においてバブリングさせて生成されたOH*を含むエッチングガス87が、エッチングガス供給装置80からマスフローコントローラ88を介して処理室72に供給される。すなわち、オゾナイザ81はオゾン82をオゾン供給管83から脱イオン水85の中へ吹き出してバブリングさせる。
この際、バブリングする脱イオン水85の温度よりも処理温度が高くなるように、ヒータユニット77およびヒータ89が温度コントローラ80Aによって制御される。
オゾン82が脱イオン水85においてバブリングされると、OH*を含むエッチングガス87が生成し、バブラ84内の脱イオン水85の上方空間に放出する。
バブラ84内の脱イオン水85の上方空間に放出したエッチングガス87はバブラ84から供給管86によって取り出され、マスフローコントローラ88により所定の流量となるよう制御されて、処理室72に供給される。
処理室72に供給されたエッチングガス87はウエハ29の表面に接触することにより、ウエハ29の表面に形成された自然酸化膜や有機物汚染原因物質および金属汚染原因物質をエッチングして除去(クリーニング)する。
ここで、エッチングガス供給装置80によって供給されるエッチングガス87は前述した通りに強力な酸化力を有するOH*を含んでいるので、ウエハ29の表面に形成された自然酸化膜や有機物汚染原因物質および金属汚染原因物質をエッチングして除去することができる。
なお、処理温度が50℃よりも低い温度もしくは400℃よりも高い温度では、エッチング反応が生じにくくなるために好ましくない。したがって、エッチングを行う場合の処理温度は50℃以上、400℃以下の温度に設定することが望ましい。
クリーニング済みのウエハ29がクリーニングユニット64から負圧移載室41に搬出されると、第一CVDユニット61のウエハ搬入搬出口がゲートバルブによって開かれる。続いて、負圧移載装置43はクリーニングユニット64から搬出したウエハ29を第一CVDユニット61へ搬入する。
ウエハ29のクリーニングユニット64から第一CVDユニット61への移替え作業が完了すると、第一CVDユニット61がゲートバルブによって閉じられる。
第一CVDユニット61において予め設定された成膜処理時間が経過すると、第一膜を成膜済みのウエハ29は負圧移載装置43によって第一CVDユニット61からピックアップされ、負圧に維持されている負圧移載室41に搬出(ウエハアンローディング)される。
処理済みのウエハ29が第一CVDユニット61から負圧移載室41に搬出されると、第二CVDユニット62のウエハ搬入搬出口がゲートバルブによって開かれる。
続いて、負圧移載装置43は第一CVDユニット61から搬出したウエハ29を第二CVDユニット62に搬入する。
その後、第二膜を成膜済みのウエハ29は負圧移載装置43により、第二CVDユニット62より負圧移載室41を介してアニールユニット63へ搬送される。アニールユニットでは所定の雰囲気、所定の温度によりアニールが行われる。
本実施の形態に係る薄膜を形成する工程は、図6に示されたMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition )装置90によって実施される。
図6に示されたMOCVD装置90は処理室92を形成したプロセスチューブ91を備えており、処理室92にはウエハ29を水平に保持する保持台93が設置されている。
プロセスチューブ91の側壁にはゲートバルブ95によって開閉されるウエハ搬入搬出口94が開設されており、プロセスチューブ91の他の位置には処理室92を排気する排気管96が接続されている。
プロセスチューブ91の外には処理室92を加熱するヒータユニット97が設置されている。
プロセスチューブ91には原料ガスを処理室92に供給する原料ガス供給管98が接続されており、原料ガス供給管98には気化器99、液体流量コントローラ100、液体原料容器101が処理室92側から順に介設されている。
プロセスチューブ91の他の位置には酸化剤供給装置が接続されている。
この酸化剤供給装置は第一の実施の形態における酸化剤供給装置30と同様に構成されているので、同一の符号を付して構成の説明を省略する。
この際、処理温度がバブリングする脱イオン水35の温度よりも高い所定の温度となるように、ヒータユニット97およびヒータ39が温度コントローラ30Aによって制御される。
この原料ガスと気体とのCVD反応により、半導体酸化膜や金属酸化膜がウエハ29の上に形成される。
TEOS(テトラエトキシラン(Si(OC2 H5 )4 ))、
BTBAS(ビスターシャリーブチルアミノシラン(SiH2 (NH(C4 H9 ))2 ))、
Si−(MMP)4(テトラキス(1−メトキシ−2−メチル−2−プロポキシ)シリコン(Si[OC(CH3 )2 CH2 OCH3 ]4 ))、
Zr−(MMP)4(テトラキス(1−メトキシ−2−メチル−2−プロポキシ)ジルコニウム(Zr[OC(CH3 )2 CH2 OCH3 ]4 ))、
Hf−(MMP)4(テトラキス(1−メトキシ−2−メチル−2−プロポキシ)ハフニウム(Hf[OC(CH3 )2 CH2 OCH3 ]4 ))、
PET(ペンタエトキシタンタル(Ta(OC2 H5 )5 )、
テトラキスジエチルアミドハフニウム(Hf[N(C2 H5 )2 ] 4 )、
テトラキスジメチルアミドハフニウム(Hf[N(CH3 ) 2 ]4 )、
テトラキスメチルエチルアミドハフニウム(Hf[N(CH3 )(C2 H5 )]4 )、
テトラキスジエチルアミドシリコン(Si[N( C2 H5 ) 2 ] 4 )、
テトラキスジメチルアミドシリコン(Si[N(CH3 ) 2 ] 4 )、
テトラキスメチルエチルアミドシリコン(Si[N(CH3 )(C2 H5 )]4 )、
トリスジエチルアミドシリコン(H−Si[N(C2 H5 ) 2 ] 3 )、
トリスジエチルアミドシリコン(H−Si[N(CH3 ) 2 ] 3 )、
トリスメチルエチルアミドシリコン(H−SiN(CH3 ) (C2 H5 )]3 )
等が挙げられる。
その場合、ウエハ上では、次のような反応が生じることとなる。
すなわち、原料が分解しない程度の温度で原料ガスをウエハ上に供給することにより、原料ガスが未反応のままウエハ表面上に吸着(付着)する。その後、原料が吸着したウエハに対して酸化剤(O3 を水中でバブリングして生成した気体)を供給することにより、ウエハ表面上に吸着した原料と酸化剤とが反応し、ウエハ表面上に強制的に膜が形成される。
これを繰り返すことにより、ウエハ上に1原子層ずつ膜を形成することが可能となる。 このとき、原料ガス供給工程と酸化剤供給工程との間に、不活性ガス(N2 )等によるパージや真空引き等を行うガス置換工程を設けるようにするのが好ましい。すなわち、(原料ガス供給工程→ガス置換工程→酸化剤供給工程→ガス置換工程)を1サイクルとし、これを複数回繰り返すサイクル処理を行うようにするのが好ましい。
本実施の形態におけるエッチング装置は、第二の実施の形態におけるクリーニングユニット64と同様に構成されている。
本実施の形態においては、オゾンを水中でバブリングして生成したOH*を含む気体(エッチングガス)が反応室(エッチング室)に供給され、50〜400℃の所定の温度および所定の圧力で所定時間保持することにより、SiO2 がエッチングされる。
オゾンを水中でバブリングして生成したOH*を含むエッチングガスは、前述した通り酸化シリコンに対しエッチング特性を有するので、酸化シリコンを大きな選択比をもってエッチングすることができる。
なお、本実施の形態は、半導体膜(例えば、シリコン窒化膜)や金属膜(例えば、アルミニウム)のエッチングにも適用することができると、考えられる。
すなわち、O3 を水中でバブリングして生成した気体(エッチングガス)を、反応室に供給してしばらくの間は、基板(ウエハ)上ではエッチング反応は生じず酸化反応が生じ、ある程度の時間が経ち、ある励起状態となったところで、エッチング反応が生じるものと考えられる。
酸化処理を行う場合と、エッチング処理を行う場合の温度範囲に重複する範囲が存在するが(100〜400℃)、この温度範囲においては、処理時間をコントロールすることにより、行うべき処理を決めるようにすればよい。
さらに、酸素原子(O)を含む液体、すなわち、少なくとも水素原子(H)と酸素原子(O)を含む液体であっても構わない。
また、少なくともOH基を含む液体であっても構わない。例えば、純水ではなく、単なる水(H2 O)であってもよい。
なお、H2 O以外にも過酸化水素水(H2 O2 )や、塩化水素(HCl)溶液等も用いることができると、考えられる。
Claims (4)
- 被処理物を処理室内に搬入するステップと、
原料ガスと、オゾンを少なくとも水素原子を含む液体中でバブリングして生成した酸化剤とを前記処理室内に交互に供給することで被処理物の上に膜を形成するステップと、
膜形成後の被処理物を処理室から搬出するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記請求項1において、前記被処理物の上に膜を形成するステップは、前記処理室内に前記原料ガスを供給するステップと、
前記処理室内のガス置換を行うステップと、
前記処理室内に前記酸化剤を供給するステップと、
前記処理室内のガス置換を行うステップと、を有し、
これらのステップを1サイクルとし、これを複数回繰り返すことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記請求項1において、前記被処理物の上に膜を形成するステップでは、前記原料ガスを前記処理室内に供給することで被処理物の上に原料ガスを吸着させ、前記酸化剤を前記処理室内に供給することで被処理物の上に吸着させた原料ガスと前記酸化剤とを反応させて被処理物の上に膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 被処理物を処理する処理室と、
処理室内の被処理物を加熱するヒータと、
オゾンを生成するオゾナイザと、
前記オゾナイザによって生成したオゾンを少なくとも水素原子を含む液体中でバブリングさせることによって酸化剤を生成するバブラと、
バブラにおいて生成した前記酸化剤を前記処理室内に供給する酸化剤供給管と、
原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガス供給管と、を有し、
前記原料ガス供給管と前記酸化剤供給管とは、前記処理室内に前記原料ガスと前記酸化剤とを交互に供給するように構成されていることを特徴とする基板処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006088801A JP4112591B2 (ja) | 2002-09-20 | 2006-03-28 | 半導体装置の製造方法および基板処理装置 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002276076 | 2002-09-20 | ||
JP2006088801A JP4112591B2 (ja) | 2002-09-20 | 2006-03-28 | 半導体装置の製造方法および基板処理装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004537999A Division JPWO2004027849A1 (ja) | 2002-09-20 | 2003-09-19 | 半導体装置の製造方法および基板処理装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006191151A JP2006191151A (ja) | 2006-07-20 |
JP4112591B2 true JP4112591B2 (ja) | 2008-07-02 |
Family
ID=36797899
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006088801A Expired - Lifetime JP4112591B2 (ja) | 2002-09-20 | 2006-03-28 | 半導体装置の製造方法および基板処理装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4112591B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4845782B2 (ja) * | 2007-03-16 | 2011-12-28 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜原料 |
JP6354539B2 (ja) * | 2014-11-25 | 2018-07-11 | 東京エレクトロン株式会社 | 基板処理装置、基板処理方法、記憶媒体 |
-
2006
- 2006-03-28 JP JP2006088801A patent/JP4112591B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006191151A (ja) | 2006-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5036849B2 (ja) | 半導体装置の製造方法、クリーニング方法および基板処理装置 | |
KR101063854B1 (ko) | 반도체 디바이스의 제조 방법 및 기판 처리 장치 | |
TWI436426B (zh) | 半導體裝置之製造方法及基板處理裝置 | |
TWI815898B (zh) | 蝕刻方法及蝕刻裝置 | |
JPWO2004027849A1 (ja) | 半導体装置の製造方法および基板処理装置 | |
US8025931B2 (en) | Film formation apparatus for semiconductor process and method for using the same | |
JP6101113B2 (ja) | 半導体装置の製造方法、クリーニング方法および基板処理装置並びにプログラム | |
TWI331364B (ja) | ||
KR101233031B1 (ko) | 반도체 장치의 제조 방법과 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 | |
JP6995997B2 (ja) | 半導体装置の製造方法、基板処理装置、プログラム及び基板処理方法 | |
JP5421736B2 (ja) | 半導体装置の製造方法、基板処理装置、及びプログラム | |
US9502233B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device, method for processing substrate, substrate processing device and recording medium | |
WO2007083651A1 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP2010206050A (ja) | 半導体装置の製造方法及び基板処理装置 | |
KR102651431B1 (ko) | 성막 방법 및 성막 장치 | |
TW202136567A (zh) | 反應管的洗淨方法,半導體裝置的製造方法及基板處理裝置 | |
JP4039385B2 (ja) | ケミカル酸化膜の除去方法 | |
JP3578155B2 (ja) | 被処理体の酸化方法 | |
TWI783382B (zh) | 基板處理裝置,排氣裝置及半導體裝置的製造方法 | |
JPWO2017199570A1 (ja) | クリーニング方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム | |
KR100980126B1 (ko) | 성막 방법, 성막 장치 및 기억매체 | |
JP4112591B2 (ja) | 半導体装置の製造方法および基板処理装置 | |
JP5421812B2 (ja) | 半導体基板の成膜装置及び方法 | |
WO2020235596A1 (ja) | 成膜方法および成膜装置、ならびに処理容器のクリーニング方法 | |
JP2011159906A (ja) | 半導体装置の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070703 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080408 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080409 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4112591 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110418 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120418 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130418 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140418 Year of fee payment: 6 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |