JP5144295B2 - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は本発明の第1の実施形態で好適に用いられる基板処理装置100の処理炉202の概略構成図であり、線断面図として示されている。
図1に示すように、ノズル230は、略I字状に形成された(ストレートノズルである)第1のノズル230aと、略L字状に形成された(L型ノズルである)第2のノズル230b,第3のノズル230c及び第4のノズル230dとから構成されている。第1のノズル230aをショートノズル、第2のノズル230b,第3のノズル230c,第4のノズル230dをロングノズルともいう。第2のノズル230b,第3のノズル230c及び第4のノズル230dの少なくとも一部は、ヒータ206と対向するようにプロセスチューブ203内に設けられており、第2のノズル230b,第3のノズル230c及び第4のノズル230dのガス噴出口231b,231c,231dは、基板配列領域内に鉛直方向にずれるように配置されている。したがって、第2のノズル230b,第3のノズル230c及び第4のノズル230dは、反応ガスを基板配列領域の途中箇所からプロセスチューブ203内へ供給するようになっている。なお、第1のノズル230aは、反応ガスを基板配列領域よりも上流側から、さらには断熱板配列領域よりも上流側からプロセスチューブ203内へ供給するようになっている。また、ノズル230(例えば第2のノズル230b,第3のノズル230c及び第4のノズル230dの少なくとも1つ)の周囲には後述する流通管270(図1では不図示)が設けられている。
図2(b)に示すように、本実施形態における流通管270は、ノズル230の少なくともヒータ206と対向する部分を覆うように設けられ、内部に反応ガス以外の物質を流通させるようになっている。より具体的には、流通管270は、下端部が閉塞され上端部が開放された円筒形状をしており、該流通管270の下端部近傍の側面には該流通管270内部に反応ガス以外の物質を導入する導入部271が設けられている。流通管270の開放された上端部は、流通管270内部を流通した反応ガス以外の物質を排出する排出部272となっており、該流通管270内部を流通した反応ガス以外の物質は、プロセスチューブ203内に排出されるようになっている。このようにして、ノズル230の少なくともヒータ206と対向する部分は流通管270により二重化された構造となっている。
図2(a)に示すように、比較例におけるノズル300は、第1の実施形態及び後述する第2の実施形態のノズル230と同様の形状をしており、ヒータ(図示省略)と対向する位置に配置されている。成膜処理時において、ノズル300内の反応ガス温度は処理室(図示省略)内の温度と同等の温度まで加熱される。
図2(c)に示すように、本実施形態における流通管270は、上端部及び下端部が閉鎖された円筒形状をしており、該流通管270の下端部近傍の側面には該流通管270内部に反応ガス以外の物質を導入する導入部271が設けられている。また、流通管270の上端部近傍の側面には流通管270内部を流通した反応ガス以外の物質を排出する排出部272が設けられており、反応ガス以外の物質はプロセスチューブ203(処理室201)外、すなわち処理室201と切り分けられた場所に排出されるようになっている。本実施形態では、流通管270を通った冷却物質は、処理室201の外部に排出されるので、冷却物質としては、気体状物質の他、冷却水などの液体状物質や粉末等の固体状物質を用いることができる。
なお、第2の実施形態の説明においては、本発明の第1の実施形態と同一の機能を有する要素について図面に同一番号を付してその説明を省略する。
第1の実施形態における流通管270が配設された基板処理装置100を用いて、Si3N4膜の成膜処理を行なった。処理条件は、処理温度:400〜780℃、処理圧力:25〜270Pa、反応ガス種:SiH4等のシラン系ガスやBTBAS等の有機シラン系ガスであり、本実施例ではSiH2Cl2ガス、反応ガス供給流量:0.03〜0.5slm、添加ガス種:NH3ガス、添加ガス供給流量:0.5〜1slm以上とした。また、ノズル230からプロセスチューブ203内に反応ガスを、添加ガス用ノズル(図1では図示せず)からプロセスチューブ203内に添加ガスを供給するとともに流通管270内部に冷却物質として反応ガス以外の物質を流通させてプロセスチューブ203内に供給した。冷却物質の種類は気体、例えばNH3ガス、又はN2等の不活性ガスで希釈した希釈NH3ガスとし、冷却物質の供給流量は0.09slm以上とした。ノズル230から供給される反応ガスの温度は、プロセスチューブ203(処理室201)内の温度と比較して数度〜数百度低い温度となった。特にノズル230の温度を600℃以下に下げると、ノズル230内では、SiH2Cl2が熱分解せず、ノズル230内に膜が付着するのを防止することができる。
第2の実施形態における流通管270が配設された基板処理装置100を用いて、Si3N4膜の成膜処理を行なった。処理条件は、処理温度:400〜780℃、処理圧力:25〜270Pa、反応ガス種:SiH4等のシラン系ガスやBTBAS等の有機シラン系ガスであり、本実施例ではSiH2Cl2ガス、反応ガス供給流量:0.03〜0.5slm、添加ガス種:NH3ガス、添加ガス供給流量:0.5〜1slm以上とした。また、ノズル230からプロセスチューブ203内に反応ガスを、添加ガス用ノズル(図1では図示せず)からプロセスチューブ203内に添加ガスを供給するとともに流通管270内部に冷却物質として反応ガス以外の物質を流通させた。冷却物質の種類はN2ガス又はDry‐Airとし、冷却物質の供給流量は1〜8slm以上とした。ノズル230から供給される反応ガスの温度は、プロセスチューブ203(処理室201)内の温度と比較して数度〜数百度低い温度となった。
図3は、実施例1に用いられた基板処理装置100のガス供給系の詳細構成を示す概略図である。なお、SiH2Cl2(ジクロロシラン)は以下、DCSと称する。
また、実施例1では、添加ガス(NH3)を冷却ガスとして用いるので、ノズル冷却だけを行うノズル冷却用ガスのガスラインを別途設ける必要がない。また、NH3を供給する流通管270b、270c、270dをノズル230b、230c、230dを覆うように、ノズル230b、230c、230dの設置箇所と同じ箇所に設けたので、NH3用のロングノズルをDCS用のロングノズル230b、230c、230dと同様に、別途設ける場合に比べ、ノズルの設置箇所を減らすことができる。
なお、図3において、図1、2ですでに説明した要素と実質的に同一の要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図4(a)は、第1の変形例に用いられた基板処理装置100のガス供給系の詳細構成を示す概略図である。この変形例1は、実施例1と比較して、流通管270b、270c、270dの側壁にNH3噴出口296が設けられている点が異なる。NH3噴出口296は、各流通管270b、270c、270dにおいて1つであってもよいが、鉛直方向において重複しない位置に複数設けることが好ましい。流通管270b、270c、270d同士におけるNH3噴出口296であっても鉛直方向において重複しない位置に複数設けることが好ましい。NH3噴出口296を鉛直方向において重複しない位置に複数設けることで、NH3を処理室201内全体により均一に供給することができる。
なお、図4(a)において、実施例1で説明した要素と実質的に同一の要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
なお、図5において、変形例1で説明した要素と実質的に同一の要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
なお、DCS噴出口297の大きさ(開口面積、直径)、孔数、配列ピッチ等は、変形例2に示したNH3噴出口296と同様にそれぞれ変えてもよい。
なお、図6において、変形例2で説明した要素と実質的に同一の要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
(1)基板上に複数の元素を含む膜を生成する処理を行う反応容器と、
前記反応容器内を加熱するヒータと、
少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられ、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独で膜を堆積させることのできる第1ガスを前記反応容器内に供給する少なくとも一つのノズルと、
前記ノズルの少なくとも前記ヒータと対向する部分を覆うように設けられ、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独では膜を堆積させることのできない第2ガスを内部に流通させて前記反応容器内に供給する流通管と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
(2)(1)に記載された基板処理装置において、前記ノズルは複数設けられ、前記流通管は前記各ノズルに対応するように前記ノズルと同数設けられることを特徴とする基板処理装置。
(3)(2)に記載された基板処理装置において、さらに、
前記各ノズルより前記反応容器内に供給する前記第1ガスの供給流量を前記ノズル毎に独立して制御する第1流量制御器と、
前記各流通管より前記反応容器内に供給する前記第2ガスの供給流量を前記流通管毎に独立して制御する第2流量制御器と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
(4)基板上に窒化シリコン膜を生成する処理を行う反応容器と、
前記反応容器内を加熱するヒータと、
少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられ、シラン系ガスを前記反応容器内に供給する長さの異なる複数のノズルと、
前記各ノズルの少なくとも前記ヒータと対向する部分をそれぞれ覆うように設けられ、アンモニアガスを内部に流通させて前記反応容器内に供給する複数の流通管と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
(5)反応容器内に基板を搬入する工程と、
前記反応容器内をヒータにより加熱した状態で、
少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられた少なくとも一つのノズルより、生成しようとする膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独で膜を堆積させることのできる第1ガスを前記反応容器内に供給しつつ、前記ノズルの少なくとも前記ヒータと対向する部分を覆うように設けられた流通管の内部に、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独では膜を堆積させることのできない第2ガスを流通させて前記反応容器内に供給して、基板上に前記複数の元素を含む膜を生成する処理を行う工程と、
処理後の基板を前記反応容器内から搬出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(6)(1)記載の基板処理装置において、前記流通管には複数のガス噴出口が設けられることを特徴とする基板処理装置。
(7)(1)記載の基板処理装置において、前記ノズルおよび前記流通管のそれぞれには複数のガス噴出口が設けられることを特徴とする基板処理装置。
(8)(2)記載の基板処理装置において、前記各流通管には複数のガス噴出口が設けられることを特徴とする基板処理装置。
(9)(2)記載の基板処理装置において、前記各ノズルおよび前記各流通管には複数のガス噴出口が設けられることを特徴とする基板処理装置。
(10)(2)記載の基板処理装置において、前記各流通管には複数のガス噴出口が設けられ、前記各流通管に設けられた前記ガス噴出口は、それぞれ垂直方向(ガス流方向)において重複しない箇所に配置されることを特徴とする基板処理装置。
(11)(2)記載の基板処理装置において、前記各ノズルおよび前記各流通管には複数のガス噴出口が設けられ、前記各ノズルに設けられた前記ガス噴出口は、それぞれ垂直方向(ガス流方向)において重複しない箇所に配置され、前記各流通管に設けられた前記ガス噴出口は、それぞれ垂直方向(ガス流方向)において重複しない箇所に配置されることを特徴とする基板処理装置。
(12)(4)記載の基板処理装置において、前記シラン系ガスがジクロロシランであり、前記流通管は、前記流通管の内部にアンモニアガスを流通させることで、前記ノズルの温度が600℃以下の温度となるように構成されることを特徴とする基板処理装置。
(13)基板を処理する反応容器と、
前記反応容器内を加熱するヒータと、
少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられ、前記反応容器内に反応ガスを供給する少なくとも1つのノズルと、
前記ノズルの少なくともヒータと対向する部分を覆うように設けられ、内部に前記反応ガス以外の物質を流通させる流通管とを有することを特徴とする基板処理装置。
(14)反応容器内に基板を搬入する工程と、
前記反応容器内をヒータにより加熱しつつ、少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられた少なくとも1つのノズルより前記反応容器内に反応ガスを供給して基板を処理する工程と、
処理後の基板を前記反応容器内から搬出する工程と、を有し、
前記基板を処理する工程では、前記ノズルの少なくともヒータと対向する部分を覆うように設けられた流通管の内部に前記反応ガス以外の物質を流通させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(15)(13)に記載した基板処理装置において、前記流通管には、前記流通管内部に前記反応ガス以外の物質を導入する導入部と、前記流通管内部を流通した前記反応ガス以外の物質を排出する排出部とが設けられ、前記排出部は前記反応容器内に連通しており、前記反応ガス以外の物質は前記反応室内に排出されることを特徴とする基板処理装置。
(16)(13)に記載した基板処理装置において、前記流通管には、前記流通管内部に前記反応ガス以外の物質を導入する導入部と、前記流通管内部を流通した前記反応ガス以外の物質を排出する排出部とが設けられ、前記排出部は前記反応容器外に連通しており、前記反応ガス以外の物質は前記反応室外に排出されることを特徴とする基板処理装置。
(17)(13)に記載した基板処理装置において、前記反応ガス以外の物質は気体、液体、または固体であることを特徴とする基板処理装置。
(18)(13)に記載した基板処理装置において、前記反応ガス以外の物質は前記ノズルを冷却する冷却物質である基板処理装置。
(19)(13)に記載した基板処理装置において、前記流通管は内部に前記反応ガス以外の物質を流通させることで前記ノズル内部を通過する反応ガスの温度を前記反応室内の温度より、数度〜数百度低下させるように構成されている基板処理装置。
200 ウエハ
203 プロセスチューブ
206 ヒータ
210 反応容器
230 ノズル
270 流通管
Claims (5)
- 基板上に複数の元素を含む膜を生成する処理を行う反応容器と、
前記反応容器内を加熱するヒータと、
少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられ、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独で膜を堆積させることのできる第1ガスを前記反応容器内に供給する少なくとも一つのノズルと、
前記ノズルの少なくとも前記ヒータと対向する部分を覆うように設けられ、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独では膜を堆積させることのできない第2ガスを内部に流通させて前記反応容器内に供給する流通管と、
を有することを特徴とする基板処理装置。 - 請求項1に記載された基板処理装置において、前記ノズルは複数設けられ、前記流通管は前記各ノズルに対応するように前記ノズルと同数設けられることを特徴とする基板処理装置。
- 請求項2に記載された基板処理装置において、さらに、
前記各ノズルより前記反応容器内に供給する前記第1ガスの供給流量を前記ノズル毎に独立して制御する第1流量制御器と、
前記各流通管より前記反応容器内に供給する前記第2ガスの供給流量を前記流通管毎に独立して制御する第2流量制御器と、
を有することを特徴とする基板処理装置。 - 基板上に窒化シリコン膜を生成する処理を行う反応容器と、
前記反応容器内を加熱するヒータと、
少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられ、シラン系ガスを前記反応容器内に供給する長さの異なる複数のノズルと、
前記各ノズルの少なくとも前記ヒータと対向する部分をそれぞれ覆うように設けられ、アンモニアガスを内部に流通させて前記反応容器内に供給する複数の流通管と、
を有することを特徴とする基板処理装置。 - 反応容器内に基板を搬入する工程と、
前記反応容器内をヒータにより加熱した状態で、
少なくとも一部が前記ヒータと対向するように前記反応容器内に設けられた少なくとも一つのノズルより、生成しようとする膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独で膜を堆積させることのできる第1ガスを前記反応容器内に供給しつつ、前記ノズルの少なくとも前記ヒータと対向する部分を覆うように設けられた流通管の内部に、前記膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素を含み、それ単独では膜を堆積させることのできない第2ガスを流通させて前記反応容器内に供給して、基板上に前記複数の元素を含む膜を生成する処理を行う工程と、
処理後の基板を前記反応容器内から搬出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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