JP5204809B2 - 基板処理装置、基板処理方法及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
薄膜化及び低温化に対応するために、ゲート絶縁膜やスペーサ部分を原子層成長と呼ばれるALD(Atomic Layer Deposition)により成膜することが検討されている。ALDとは、複数種類、例えば2種類の原料を交互に供給し、原子層を1層ずつ増やして薄膜を成長させる成膜方法である。
(1)非常に薄い膜の形成ができる。
(2)基板の面積が広くても均一した厚さの膜を形成することができ、300mmウェハにも適用できる。
(3)基板の凸凹に関係無く一定した厚さの膜形成ができるため段差被覆性に優れている。
(4)形成されている膜にはピンホールがない。
(5)粉末のような物質にも均一した厚さの膜を形成することができる。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、酸素を含む高品質な膜形成が可能で、水分発生器やオゾン発生器を必要とせず、低コスト化を実現することが可能な基板処理装置を提供することにある。
制御手段により処理室内に交互に供給する第1の原料ガスと第2の原料ガスのうち、第2の原料ガスにO含有ガス(酸化性ガス)とH含有ガス(還元性ガス)とを含むガスを用いて、処理室内でOラジカルとOHラジカルを発生させ、第1の原料が吸着した基板表面で表面反応を行わせるようにしたので、簡単な構造でありながら、水分を酸化性ガスとして使用するときのような純度の悪化を解決し、また水分発生器やオゾン発生器を必要とせず、低コスト化を実現することができる。
第2の原料ガスにO含有ガスとH含有ガスとを含むガスを用いて、処理室内でOラジカルとOHラジカルを発生させることにより、第1の原料が吸着した基板表面で表面反応を行わせるようにしたので、簡単な方法でありながら、水分を酸化性ガスとして使用するときのような純度の悪化を解決し、また水分発生器やオゾン発生器を必要とせず、低コスト化を実現することができる。
により前記処理炉202が気密に閉塞される。気密に閉塞された前記処理炉202内では前記ウェハ200が加熱されると共に処理ガスが該処理炉202内に供給され、前記ウェハ200に処理がなされる。
加熱手段としてのヒータ207の内側に、ウェハ200を収容する処理室201を構成する反応管203が設けられる。反応管203は炉口フランジ205によって支持される。炉口フランジ205の下端開口はシールキャップ218により気密に閉塞され、シールキャップ218上にボート217が立設されて反応管203内に挿入される。ボート217にはバッチ処理される複数のウェハ200が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。前記ヒータ207は反応管203内のウェハ200を所定の温度に加熱する。
ス)を用いる。
H2+O2→H*+HO2
O2+H*→OH*+O*
H2+O*→H*+OH*
H2+OH*→H*+H2O
O*(酸素活性種)、OH*(水酸基活性種)
また、このとき流すH2流量は10sccm〜30slm、O2流量は10sccm〜30slm、H2/O2ガス供給時間は0.1〜60秒間である。
これらのサイクル制御はコントローラ125によって行われる。
したがって、純度の低い水分を用いる場合と比べて、高品質な酸素活性種が得られ、高品質な膜生成を実現でき、半導体素子の性能を向上でき生産性を高めることができる。また、炉内温度をH2がO2と反応を開始する500〜600℃としておけば、O2及びH2を処理室内に供給するだけで、酸素活性種O*を発生させることができるので、水分発生器もオゾン発生器も必要とせず、一般的に使用されるO2、H2といった容易に入手でき且つ安価なガスを使用するので、低コスト化を実現できる。
特に本実施の形態によるSiO2の成膜方法を、MOSFETのスペーサ部分に適用すれば、オフセットスペーサ及びスペーサの成膜の低温化、及びオフセットスペーサ及びスペーサの薄膜化を実現できる。
炉内温度:450℃〜600℃(但し、O2/H2供給時の炉内温度:50℃〜600℃)
炉内圧力:13Pa(0.1Torr)〜1333Pa(10Torr)(但し、O2/H2供給時の炉内圧力は266Pa以下)
HfCl4/ZrCl4:10sccm〜300slm(昇華時のガス流量)
H2流量:10sccm〜30slm
O2流量:10sccm〜30slm
パージN2流量:10sccm〜100slm
また、1サイクル当り各ガスを流す時間は次の通りである。
HfCl4/ZrCl4:0.1秒〜500秒
パージガス(N2):0.1秒〜180秒
H2/O2:0.1秒〜180秒
パージガス(N2):0.1秒〜120秒
201 処理室
207 ヒータ(加熱手段)
232a 第1のガス供給配管(第1のガス供給手段)
232b 第2のガス供給配管(第2のガス供給手段)
231 排気配管(排気手段)
125 コントローラ(制御手段)
Claims (4)
- 複数の基板を積層して収容する反応管と、
前記反応管内に第1の原料ガスを供給する第1のガス供給手段と、
前記反応管内にO含有ガスとH含有ガスとを含む第2の原料ガスを供給する第2のガス供給手段と、
前記反応管内を排気する排気手段と、
前記第1のガス供給手段、前記第2のガス供給手段および前記排気手段を制御する制御手段と、を有し、
前記第1のガス供給手段は、前記反応管の下部に接続され、前記反応管内に前記第1の原料ガスを供給する第1のガス供給配管と、前記第1のガス供給配管と接続されて前記基板の積層方向に沿って前記反応管内に立設され、複数のガス供給口を有するガスノズルと、を備え、
前記第2のガス供給手段は、前記反応管の頂部に接続され、前記反応管内に前記第2の原料ガスを供給する第2のガス供給管を備え、
前記制御手段は、前記第1のガス供給手段、前記第2のガス供給手段および前記排気手段を制御して、前記第1の原料ガスと前記第2の原料ガスとを互いに混合することなく交互に供給して前記基板上に酸化膜を形成する
ことを特徴とする基板処理装置。 - 前記排気手段は、前記反応管の下部であって、前記第1のガス供給管と反対側に接続されるガス排気配管を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。 - 反応管内に積層載置された複数の基板に、前記基板の積層方向に沿って立設されたガスノズルに開口する複数のガス供給口から第1の原料ガスを供給する工程と、
前記反応管内に残留する前記第1の原料ガスを排気する工程と、
前記反応管内の頂部からO含有ガスとH含有ガスとを含む第2の原料ガスを供給する工程と、
前記反応管内に残留する前記第2の原料ガスを排気する工程と、
を順に複数回行なうことで前記基板上に酸化膜を形成する
ことを特徴とする基板処理方法。 - 反応管内に積層載置された複数の基板に、前記基板の積層方向に沿って立設されたガスノズルに開口する複数のガス供給口から第1の原料ガスを供給する工程と、
前記反応管内に残留する前記第1の原料ガスを排気する工程と、
前記反応管内の頂部からO含有ガスとH含有ガスとを含む第2の原料ガスを供給する工程と、
前記反応管内に残留する前記第2の原料ガスを排気する工程と、
を順に複数回行なうことで前記基板上に酸化膜を形成する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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