JP5208294B2 - Semiconductor device manufacturing method, substrate processing method, and substrate processing apparatus - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method, substrate processing method, and substrate processing apparatus Download PDF

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Description

本発明は、基板上に処理ガスを供給して薄膜を形成する基板処理方法に関する。   The present invention relates to a substrate processing method for forming a thin film by supplying a processing gas onto a substrate.

DRAM等の半導体デバイスは、基板上に形成されたゲート電極等を被覆するためのシリコン窒化膜を備えている。シリコン窒化膜を形成する方法として、例えば、基板を収容した処理室内にジクロロシラン(SiHCl2、略称DCS)ガスを供給する第1の工程と、窒素ガスを処理室内に供給して処理室内からDCSガスを排出させる第2の工程と、アンモニア(NH)ガスを処理室内に供給して基板上に薄膜を生成する第3の工程と、窒素(N)ガスを処理室内に供給して処理室内から第2の処理ガスを排出させる第4の工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返すALD(Atomic Layer Deposition)法が知られている。 A semiconductor device such as a DRAM includes a silicon nitride film for covering a gate electrode and the like formed on a substrate. As a method for forming a silicon nitride film, for example, a first step of supplying dichlorosilane (SiH 2 Cl 2, abbreviated as DCS) gas into a processing chamber containing a substrate, and a nitrogen gas is supplied into the processing chamber to supply a processing chamber. A second step of discharging DCS gas from the substrate, a third step of supplying ammonia (NH 3 ) gas into the processing chamber to form a thin film on the substrate, and supplying nitrogen (N 2 ) gas into the processing chamber. There is known an ALD (Atomic Layer Deposition) method in which the fourth step of discharging the second processing gas from the processing chamber is defined as one cycle and this cycle is repeated a predetermined number of times.

なお、シリコン窒化膜が形成された基板上には、自然酸化膜や熱酸化膜等のシリコン酸化膜が形成される場合がある。かかるシリコン酸化膜を除去するため、例えばHF系溶液を用いたエッチング処理が行われる。半導体デバイスの微細化を進めるにはシリコン窒化膜を薄く形成する必要があるが、その際、半導体デバイスの信頼性を確保するため、シリコン窒化膜のエッチング量は少ない方が好ましい。すなわち、シリコン酸化膜をエッチングする際におけるシリコン窒化膜のエッチングレートは小さいほうが好ましい。   A silicon oxide film such as a natural oxide film or a thermal oxide film may be formed on the substrate on which the silicon nitride film is formed. In order to remove the silicon oxide film, for example, an etching process using an HF-based solution is performed. In order to advance the miniaturization of a semiconductor device, it is necessary to form a thin silicon nitride film. At this time, in order to ensure the reliability of the semiconductor device, it is preferable that the etching amount of the silicon nitride film is small. That is, it is preferable that the etching rate of the silicon nitride film when etching the silicon oxide film is small.

シリコン窒化膜のエッチングレートは、成膜温度を高めることより低下させることが可能である。しかしながら、成膜温度を高めると、基板上に高濃度に不純物を拡散させて形成した拡散層等が影響を受けてしまい、半導体デバイスの信頼性が低下してしまう場合がある。そのため、シリコン窒化膜の成膜温度は低温であることが好ましい。   The etching rate of the silicon nitride film can be lowered by increasing the film formation temperature. However, when the deposition temperature is increased, the diffusion layer formed by diffusing impurities at a high concentration on the substrate is affected, and the reliability of the semiconductor device may be reduced. Therefore, the deposition temperature of the silicon nitride film is preferably low.

本発明は、HF系溶液に対するエッチングレートが小さいシリコン窒化膜を、成膜温度を上げることなく形成することが可能な基板処理方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a substrate processing method capable of forming a silicon nitride film having a low etching rate with respect to an HF-based solution without increasing the film formation temperature.

本発明の一実施形態によれば、
処理室内に収容された基板上に薄膜を形成する基板処理方法であって、
Cl元素を含有する第1の処理ガスを前記処理室内に供給する第1の工程と、
不活性ガスを前記処理室内に供給して前記処理室内から第1の処理ガスを排出させる第2の工程と、
第2の処理ガスを前記処理室内に供給して前記基板上に薄膜を生成する第3の工程と、
不活性ガスを前記処理室内に供給して前記処理室内から第2の処理ガスを排出させる第4の工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返し、
前記第2の工程では、前記処理室内から第1の処理ガスを排出させた後も不活性ガスを前記処理室内に引き続き供給する基板処理方法が提供される。
According to one embodiment of the present invention,
A substrate processing method for forming a thin film on a substrate housed in a processing chamber,
A first step of supplying a first processing gas containing Cl element into the processing chamber;
A second step of supplying an inert gas into the processing chamber and discharging the first processing gas from the processing chamber;
A third step of supplying a second processing gas into the processing chamber to form a thin film on the substrate;
A fourth step of supplying an inert gas into the processing chamber and discharging a second processing gas from the processing chamber, and repeating this cycle a predetermined number of times as one cycle,
In the second step, there is provided a substrate processing method for continuously supplying an inert gas into the processing chamber even after the first processing gas is exhausted from the processing chamber.

本発明にかかる基板処理方法によれば、HF系溶液に対するエッチングレートが小さいシリコン窒化膜を、成膜温度を上げることなく形成することが可能となる。   According to the substrate processing method of the present invention, it is possible to form a silicon nitride film having a low etching rate with respect to the HF-based solution without increasing the film formation temperature.

本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の構成を例示する概略図である。It is the schematic which illustrates the structure of the substrate processing apparatus concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかる基板処理装置が備える処理炉の概略構成図であり、(a)は処理炉の縦断面概略図を、(b)は図1(a)に示す処理炉の横断面概略図をそれぞれ示している。It is a schematic block diagram of the processing furnace with which the substrate processing apparatus concerning one Embodiment of this invention is provided, (a) is the longitudinal cross-sectional schematic of a processing furnace, (b) is crossing of the processing furnace shown to Fig.1 (a). The surface schematic is shown, respectively. 成膜温度を525℃として従来のALD法により形成したシリコン窒化膜のエッチングレート比と、成膜温度を550℃として従来のALD法により形成したシリコン窒化膜のエッチングレート比と、をそれぞれ示すグラフ図である。 525℃で成膜したシリコン窒化膜のエッチングレート比と、550℃で成膜したシリコン窒化膜のエッチングレート比とをそれぞれ示すグラフ図である。A graph showing an etching rate ratio of a silicon nitride film formed by a conventional ALD method at a film forming temperature of 525 ° C. and an etching rate ratio of a silicon nitride film formed by a conventional ALD method at a film forming temperature of 550 ° C. FIG. It is a graph which shows the etching rate ratio of the silicon nitride film formed at 525 degreeC, and the etching rate ratio of the silicon nitride film formed at 550 degreeC, respectively. HF系溶液を用いて自然酸化膜をエッチングする工程を示す概略図であり、(a)はシリコン窒化膜のエッチングレートが大きい場合を、(a)はシリコン窒化膜のエッチングレートが小さい場合を、それぞれ示している。It is the schematic which shows the process of etching a natural oxide film using HF system solution, (a) shows the case where the etching rate of a silicon nitride film is large, (a) shows the case where the etching rate of a silicon nitride film is small, Each is shown. 成膜温度とエッチングレート比との関係、及び成膜温度とCl元素濃度との関係をそれぞれ示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between film-forming temperature and an etching rate ratio, and the relationship between film-forming temperature and Cl element concentration. 成膜温度とエッチングレート比との関係、及び成膜温度とH元素濃度との関係をそれぞれ示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between film-forming temperature and etching rate ratio, and the relationship between film-forming temperature and H element concentration, respectively. ALD法を用いた成膜評価における各工程の実施時間を示す模式図であり、(a)は従来の基板処理工程の場合を、(b)は第1の処理ガスの供給時間を延長させた基板処理工程の場合を、(c)は第2の処理ガスの供給時間を延長させた基板処理工程の場合を、(d)は不活性ガスの供給時間を延長させた基板処理工程の場合を、それぞれ示している。It is a schematic diagram which shows the implementation time of each process in the film-forming evaluation using ALD method, (a) is the case of the conventional substrate processing process, (b) extended the supply time of the 1st process gas. In the case of the substrate processing step, (c) shows the case of the substrate processing step in which the supply time of the second processing gas is extended, and (d) shows the case of the substrate processing step in which the supply time of the inert gas is extended. , Respectively. 図7(a)〜(d)に示す各基板処理工程により成膜したシリコン窒化膜について、エッチングレート比及びRIをそれぞれ示すグラフ図である。FIG. 8 is a graph showing an etching rate ratio and RI for each of the silicon nitride films formed by the substrate processing steps shown in FIGS. 図7(a)〜(d)に示す各基板処理工程におけるガスコストをそれぞれ示す表図である。It is a table | surface figure which respectively shows the gas cost in each board | substrate processing process shown to Fig.7 (a)-(d). 第2工程にて供給する窒素ガスの供給時間とエッチングレート比との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the supply time of the nitrogen gas supplied at a 2nd process, and an etching rate ratio. 図7(a)〜(d)に示す各基板処理工程により成膜したシリコン窒化膜について膜中のCl元素濃度をそれぞれ示すグラフ図である。FIG. 8 is a graph showing the Cl element concentration in the silicon nitride film formed by each substrate processing step shown in FIGS. 図7(a)〜(d)に示す各基板処理工程により成膜したシリコン窒化膜について膜中のH元素濃度をそれぞれ示すグラフ図である。FIG. 8 is a graph showing the concentration of H element in the silicon nitride film formed by each substrate processing step shown in FIGS. 図7(a)〜(d)に示す各基板処理工程により成膜したシリコン窒化膜について、Si−N結合数に関するFTIRの測定結果をそれぞれ示すグラフ図である。It is a graph which shows the measurement result of FTIR regarding the number of Si-N bonds about the silicon nitride film formed by each substrate processing process shown in Drawing 7 (a)-(d), respectively. (a)は第2の工程における不活性ガスの供給時間を長くした基板処理工程を示す概略図であり、(b)は第4の工程における不活性ガスの供給時間を長くした基板処理工程を示す概略図である。(A) is the schematic which shows the substrate processing process which lengthened the supply time of the inert gas in a 2nd process, (b) is the substrate processing process which lengthened the supply time of the inert gas in a 4th process. FIG. 第2の工程における不活性ガスの供給時間のみを長くした場合と、第4の工程における不活性ガスの供給時間のみを長くした場合と、第2の工程及び第4の工程における不活性ガスの供給時間を長くした場合と、におけるシリコン窒化膜のエッチングレート比をそれぞれ示すグラフ図である。The case where only the supply time of the inert gas in the second step is lengthened, the case where only the supply time of the inert gas in the fourth step is lengthened, and the inert gas in the second step and the fourth step It is a graph which shows the etching rate ratio of the silicon nitride film in the case where supply time is lengthened, respectively.

上述したように、シリコン酸化膜をエッチングにより除去する際には、シリコン窒化膜のエッチング量は少ないほうが好ましい。具体的には、エッチングレート比(WER=HF系溶液に対するシリコン窒化膜のエッチングレート/HF系溶液に対するシリコン酸化膜のエッチングレート)が、0.2以下であることが好ましいとされている。図4は、シリコン基板上に形成された自然酸化膜を、HF系溶液を用いてエッチングする工程を示す概略図であり、(a)はシリコン窒化膜のエッチングレートが大きい場合を、(b)はシリコン窒化膜のエッチングレートが小さい場合をそれぞれ示している。図4によれば、エッチングレートが大きい場合には、シリコン酸化膜をエッチングする際にシリコン窒化膜
までもがエッチングされてしまい、下地のゲート電極が露出してしまっていることが分かる。
As described above, when the silicon oxide film is removed by etching, it is preferable that the etching amount of the silicon nitride film is small. Specifically, the etching rate ratio (WER = etching rate of silicon nitride film with respect to HF solution / etching rate of silicon oxide film with respect to HF solution) is preferably 0.2 or less. FIG. 4 is a schematic diagram showing a process of etching a natural oxide film formed on a silicon substrate using an HF-based solution. FIG. 4A shows a case where the etching rate of the silicon nitride film is high. Indicates a case where the etching rate of the silicon nitride film is low. As can be seen from FIG. 4, when the etching rate is high, even the silicon nitride film is etched when the silicon oxide film is etched, and the underlying gate electrode is exposed.

また、上述したように、シリコン窒化膜のエッチングレートは、成膜温度を高めることより低下させることが可能である。図3は、成膜温度を525℃として従来のALD法により形成したシリコン窒化膜のエッチングレート比と、成膜温度を550℃として従来のALD法により形成したシリコン窒化膜のエッチングレート比と、をそれぞれ示すグラフ図である。図3によれば、成膜温度を525℃として従来のALD法によりシリコン窒化膜を形成すると、上述のエッチングレート比が0.4を超えてしまう。これに対して、成膜温度を例えば550℃程度にまで高めることより、エッチングレート比は0.2程度にまで低下させることができることが分かる。しかしながら、上述したように、シリコン窒化膜の成膜温度は低温であることが好ましく、550℃の成膜温度は信頼性確保の観点等から受け入れられなくなってきている。   Further, as described above, the etching rate of the silicon nitride film can be lowered by increasing the film formation temperature. FIG. 3 shows an etching rate ratio of a silicon nitride film formed by a conventional ALD method at a film formation temperature of 525 ° C., and an etching rate ratio of a silicon nitride film formed by a conventional ALD method at a film formation temperature of 550 ° C. FIG. According to FIG. 3, when the silicon nitride film is formed by the conventional ALD method at a film forming temperature of 525 ° C., the above-described etching rate ratio exceeds 0.4. On the other hand, it can be seen that the etching rate ratio can be reduced to about 0.2 by increasing the film forming temperature to about 550 ° C., for example. However, as described above, the film formation temperature of the silicon nitride film is preferably low, and the film formation temperature of 550 ° C. has become unacceptable from the viewpoint of ensuring reliability.

そこで、発明者等は、HF系溶液に対するエッチングレートが小さいシリコン窒化膜を、成膜温度を上げることなく形成する方法について鋭意研究を行った。その結果、第2の工程における不活性ガスの供給量あるいは供給時間を調整することにより、上述の課題を解決可能であるとの知見を得た。   Therefore, the inventors have conducted intensive research on a method for forming a silicon nitride film having a low etching rate with respect to the HF-based solution without increasing the film formation temperature. As a result, it has been found that the above-described problems can be solved by adjusting the supply amount or supply time of the inert gas in the second step.

従来のALD法においては、第2の工程における窒素ガスの供給時間を、第1の工程で供給されたDCSガスを処理室内から排気するために必要かつ十分な時間としていた。第2の工程における窒素ガスの供給時間が短すぎれば、処理室内や排気ライン内にてDCSガスとアンモニアガスとが混合し、パーティクルの要因となるNHCl等の反応生成物が発生してしまうからである。特に、DCSガスとアンモニアガスとが排気ポンプの下流部分(大気圧部分)にて混合すると、排気ポンプ内にて反応生成物が異常発生し、排気ポンプの故障などを招いてしまう場合もある。一方、第2の工程における窒素ガスの供給時間が長すぎれば、1サイクルに要する時間が長くなり、基板処理工程の生産性が低下してしまうからである。 In the conventional ALD method, the supply time of the nitrogen gas in the second step is a time necessary and sufficient for exhausting the DCS gas supplied in the first step from the processing chamber. If the supply time of the nitrogen gas in the second step is too short, DCS gas and ammonia gas are mixed in the processing chamber and the exhaust line, and reaction products such as NH 4 Cl that cause particles are generated. Because it ends up. In particular, when DCS gas and ammonia gas are mixed in the downstream portion (atmospheric pressure portion) of the exhaust pump, a reaction product may be abnormally generated in the exhaust pump, leading to failure of the exhaust pump. On the other hand, if the supply time of the nitrogen gas in the second step is too long, the time required for one cycle becomes long, and the productivity of the substrate processing step is lowered.

これに対し、発明者等は、第2の工程において、処理室内からDCSガスを排出させた後も窒素ガスを処理室内に引き続き供給することにより、シリコン窒化膜中におけるCl元素濃度を低下させ、Si−N結合数を増加させ、HF系溶液に対するエッチングレートを低下させることができるとの知見を得たのである。以下に、かかる知見を基になされた本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。   In contrast, the inventors reduced the Cl element concentration in the silicon nitride film by continuously supplying nitrogen gas into the processing chamber even after the DCS gas was discharged from the processing chamber in the second step, It has been found that the number of Si—N bonds can be increased and the etching rate for the HF-based solution can be reduced. Hereinafter, an embodiment of the present invention based on such knowledge will be described with reference to the drawings.

(1)基板処理装置の構成
まず、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置101の構成例について、図1を用いて説明する。
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus First, a configuration example of a substrate processing apparatus 101 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1に示すように、本実施形態にかかる基板処理装置101は筐体111を備えている。シリコン等からなるウエハ(基板)200を筐体111内外へ搬送するには、複数のウエハ200を収納するウエハキャリア(基板収納容器)としてのカセット110が使用される。筐体111内側の前方(図中の右側)には、カセットステージ(基板収納容器受渡し台)114が設けられている。カセット110は、図示しない工程内搬送装置によってカセットステージ114上に載置され、また、カセットステージ114上から筐体111外へ搬出されるように構成されている。   As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus 101 according to the present embodiment includes a housing 111. In order to transport a wafer (substrate) 200 made of silicon or the like into and out of the casing 111, a cassette 110 as a wafer carrier (substrate storage container) that stores a plurality of wafers 200 is used. A cassette stage (substrate storage container delivery table) 114 is provided in front of the housing 111 (on the right side in the drawing). The cassette 110 is placed on the cassette stage 114 by an in-process transfer device (not shown), and is carried out of the casing 111 from the cassette stage 114.

カセット110は、工程内搬送装置によって、カセット110内のウエハ200が垂直姿勢となり、カセット110のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ114上に載置される。カセットステージ114は、カセット110を筐体111の後
方に向けて縦方向に90°回転させ、カセット110内のウエハ200を水平姿勢とさせ、カセット110のウエハ出し入れ口を筐体111内の後方を向かせることが可能なように構成されている。
The cassette 110 is placed on the cassette stage 114 so that the wafer 200 in the cassette 110 is in a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces upward by the in-process transfer device. The cassette stage 114 rotates the cassette 110 90 degrees in the vertical direction toward the rear of the casing 111 to bring the wafer 200 in the cassette 110 into a horizontal posture, and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 is placed behind the casing 111. It is configured to be able to face.

筐体111内の前後方向の略中央部には、カセット棚(基板収納容器載置棚)105が設置されている。カセット棚105には、複数段、複数列にて複数個のカセット110が保管されるように構成されている。カセット棚105には、後述するウエハ移載機構125の搬送対象となるカセット110が収納される移載棚123が設けられている。また、カセットステージ114の上方には、予備カセット棚107が設けられ、予備的にカセット110を保管するように構成されている。   A cassette shelf (substrate storage container mounting shelf) 105 is installed at a substantially central portion in the front-rear direction in the housing 111. The cassette shelf 105 is configured to store a plurality of cassettes 110 in a plurality of rows and a plurality of rows. The cassette shelf 105 is provided with a transfer shelf 123 in which a cassette 110 to be transferred by a wafer transfer mechanism 125 described later is stored. Further, a preliminary cassette shelf 107 is provided above the cassette stage 114, and is configured to store the cassette 110 in a preliminary manner.

カセットステージ114とカセット棚105との間には、カセット搬送装置(基板収納容器搬送装置)118が設けられている。カセット搬送装置118は、カセット110を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ(基板収納容器昇降機構)118aと、カセット110を保持したまま水平移動可能な搬送機構としてのカセット搬送機構(基板収納容器搬送機構)118bと、を備えている。これらカセットエレベータ118aとカセット搬送機構118bとの連携動作により、カセットステージ114、カセット棚105、予備カセット棚107、移載棚123の間で、カセット110を搬送するように構成されている。   A cassette transfer device (substrate container transfer device) 118 is provided between the cassette stage 114 and the cassette shelf 105. The cassette transport device 118 includes a cassette elevator (substrate storage container lifting mechanism) 118a that can be moved up and down while holding the cassette 110, and a cassette transport mechanism (substrate storage container transport mechanism) as a transport mechanism that can move horizontally while holding the cassette 110. 118b. The cassette 110 is transported between the cassette stage 114, the cassette shelf 105, the spare cassette shelf 107, and the transfer shelf 123 by the cooperative operation of the cassette elevator 118a and the cassette transport mechanism 118b.

カセット棚105の後方には、ウエハ移載機構(基板移載機構)125が設けられている。ウエハ移載機構125は、ウエハ200を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置(基板移載装置)125aと、ウエハ移載装置125aを昇降させるウエハ移載装置エレベータ(基板移載装置昇降機構)125bと、を備えている。なお、ウエハ移載装置125aは、ウエハ200を水平姿勢で保持するツイーザ(基板移載用治具)125cを備えている。これらウエハ移載装置125aとウエハ移載装置エレベータ125bとの連携動作により、ウエハ200を移載棚123上のカセット110内からピックアップして後述するボート(基板支持部材)217へ装填(チャージング)したり、ウエハ200をボート217から脱装(ディスチャージング)して移載棚123上のカセット110内へ収納したりするように構成されている。   A wafer transfer mechanism (substrate transfer mechanism) 125 is provided behind the cassette shelf 105. The wafer transfer mechanism 125 includes a wafer transfer device (substrate transfer device) 125a that can rotate or linearly move the wafer 200 in the horizontal direction, and a wafer transfer device elevator (substrate transfer device) that moves the wafer transfer device 125a up and down. Elevating mechanism) 125b. The wafer transfer device 125a includes a tweezer (substrate transfer jig) 125c that holds the wafer 200 in a horizontal posture. The wafer 200 is picked up from the cassette 110 on the transfer shelf 123 by the cooperative operation of the wafer transfer device 125a and the wafer transfer device elevator 125b, and loaded into the boat (substrate support member) 217 described later (charging). Or the wafer 200 is unloaded (discharged) from the boat 217 and stored in the cassette 110 on the transfer shelf 123.

筐体111の後部上方には、処理炉202が設けられている。処理炉202の下端部には開口が設けられ、かかる開口は炉口シャッタ(炉口開閉機構)147により開閉されるように構成されている。なお、処理炉202の構成については後述する。   A processing furnace 202 is provided above the rear portion of the casing 111. An opening is provided at the lower end of the processing furnace 202, and the opening is configured to be opened and closed by a furnace port shutter (furnace port opening / closing mechanism) 147. The configuration of the processing furnace 202 will be described later.

処理炉202の下方には、ボート217を昇降させて処理炉202内外へ搬入搬出させる昇降機構としてのボートエレベータ(基板支持部材昇降機構)115が設けられている。ボートエレベータ115の昇降台には、連結具としてのアーム128が設けられている。アーム128上には、ボート217を垂直に支持するとともに、ボートエレベータ115によりボート217が上昇したときに処理炉202の下端部を気密に閉塞する蓋体としてのシールキャップ219が水平姿勢で設けられている。   Below the processing furnace 202, a boat elevator (substrate support member elevating mechanism) 115 is provided as an elevating mechanism for moving the boat 217 up and down and carrying it in and out of the processing furnace 202. The elevator 128 of the boat elevator 115 is provided with an arm 128 as a connecting tool. On the arm 128, a seal cap 219 is provided in a horizontal posture as a lid that supports the boat 217 vertically and that hermetically closes the lower end of the processing furnace 202 when the boat 217 is raised by the boat elevator 115. ing.

ボート217は複数本の保持部材を備えており、複数枚(例えば、50枚〜150枚程度)のウエハ200を、水平姿勢で、かつその中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に保持するように構成されている。ボート217の詳細な構成については後述する。   The boat 217 includes a plurality of holding members, and a plurality of (for example, about 50 to 150) wafers 200 are aligned in the vertical direction in a horizontal posture and in a state where the centers thereof are aligned in multiple stages. Configured to hold. The detailed configuration of the boat 217 will be described later.

カセット棚105の上方には、供給ファンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット134aが設けられている。クリーンユニット134aは、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを筐体111の内部に流通させるように構成されている。   Above the cassette shelf 105, a clean unit 134a having a supply fan and a dustproof filter is provided. The clean unit 134a is configured to circulate clean air, which is a cleaned atmosphere, inside the casing 111.

また、ウエハ移載装置エレベータ125bおよびボートエレベータ115側と反対側である筐体111の左側端部には、クリーンエアを供給するよう供給フアンと防塵フィルタとを備えたクリーンユニット(図示せず)が設置されている。図示しない前記クリーンユニットから吹き出されたクリーンエアは、ウエハ移載装置125a及びボート217の周囲を流通した後に、図示しない排気装置に吸い込まれて、筐体111の外部に排気されるように構成されている。   In addition, a clean unit (not shown) provided with a supply fan and a dustproof filter so as to supply clean air to the left end portion of the housing 111 opposite to the wafer transfer device elevator 125b and the boat elevator 115 side. Is installed. Clean air blown out from the clean unit (not shown) is configured to be sucked into an exhaust device (not shown) and exhausted to the outside of the casing 111 after circulating around the wafer transfer device 125a and the boat 217. ing.

(2)基板処理装置の動作
次に、本実施形態にかかる基板処理装置101の動作について説明する。
(2) Operation of Substrate Processing Apparatus Next, the operation of the substrate processing apparatus 101 according to the present embodiment will be described.

まず、カセット110が、図示しない工程内搬送装置によって、ウエハ200が垂直姿勢となりカセット110のウエハ出し入れ口が上方向を向くように、カセットステージ114上に載置される。その後、カセット110は、カセットステージ114によって、筐体111の後方に向けて縦方向に90°回転させられる。その結果、カセット110内のウエハ200は水平姿勢となり、カセット110のウエハ出し入れ口は筐体111内の後方を向く。   First, the cassette 110 is placed on the cassette stage 114 by an in-process transfer device (not shown) so that the wafer 200 is in a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces upward. Thereafter, the cassette 110 is rotated 90 ° in the vertical direction toward the rear of the casing 111 by the cassette stage 114. As a result, the wafer 200 in the cassette 110 assumes a horizontal posture, and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces rearward in the housing 111.

カセット110は、カセット搬送装置118によって、カセット棚105ないし予備カセット棚107の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡されて一時的に保管された後、カセット棚105又は予備カセット棚107から移載棚123に移載されるか、もしくは直接移載棚123に搬送される。   The cassette 110 is automatically transported to the designated shelf position of the cassette shelf 105 or the spare cassette shelf 107 by the cassette transporting device 118, delivered, temporarily stored, and then stored in the cassette shelf 105 or the spare cassette shelf. The sample is transferred from 107 to the transfer shelf 123 or directly transferred to the transfer shelf 123.

カセット110が移載棚123に移載されると、ウエハ200は、ウエハ移載装置125aのツイーザ125cによって、ウエハ出し入れ口を通じてカセット110からピックアップされ、ウエハ移載装置125aとウエハ移載装置エレベータ125bとの連続動作によって移載室124の後方にあるボート217に装填(チャージング)される。ボート217にウエハ200を受け渡したウエハ移載機構125は、カセット110に戻り、次のウエハ200をボート217に装填する。   When the cassette 110 is transferred to the transfer shelf 123, the wafer 200 is picked up from the cassette 110 through the wafer loading / unloading port by the tweezer 125c of the wafer transfer device 125a, and the wafer transfer device 125a and the wafer transfer device elevator 125b are picked up. Are loaded (charged) into the boat 217 behind the transfer chamber 124. The wafer transfer mechanism 125 that has transferred the wafer 200 to the boat 217 returns to the cassette 110 and loads the next wafer 200 into the boat 217.

予め指定された枚数のウエハ200がボート217に装填されると、炉口シャッタ147によって閉じられていた処理炉202の下端部が、炉口シャッタ147によって開放される。続いて、シールキャップ219がボートエレベータ115によって上昇されることにより、ウエハ200群を保持したボート217が処理炉202内へ搬入(ローディング)される。ローディング後は、処理炉202にてウエハ200に任意の処理が実施される。かかる処理については後述する。処理後は、ウエハ200およびカセット110は、上述の手順とは逆の手順で筐体111の外部へ払出される。   When a predetermined number of wafers 200 are loaded into the boat 217, the lower end of the processing furnace 202 closed by the furnace port shutter 147 is opened by the furnace port shutter 147. Subsequently, when the seal cap 219 is raised by the boat elevator 115, the boat 217 holding the wafer 200 group is loaded into the processing furnace 202. After loading, arbitrary processing is performed on the wafer 200 in the processing furnace 202. Such processing will be described later. After the processing, the wafer 200 and the cassette 110 are discharged to the outside of the casing 111 by a procedure reverse to the above procedure.

(3)処理炉の構成
続いて、本発明の一実施形態にかかる処理炉202の構成について、図面を参照しながら説明する。図2は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置が備える処理炉202の概略構成図であり、(a)は処理炉の縦断面概略図を、(b)は図2(a)に示す処理炉202の横断面概略図をそれぞれ示している。
(3) Configuration of Processing Furnace Next, the configuration of the processing furnace 202 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a processing furnace 202 provided in a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention, where (a) is a schematic longitudinal sectional view of the processing furnace, and (b) is FIG. 2 (a). The cross-sectional schematic of the process furnace 202 shown is shown, respectively.

(処理室)
本発明の一実施形態にかかる処理炉202は、反応管203とマニホールド209とを有している。反応管203は、例えば石英(SiO)や炭化珪素(SiC)等の耐熱性を有する非金属材料から構成され、上端部が閉塞され、下端部が開放された円筒形状となっている。マニホールド209は、例えばSUS等の金属材料から構成され、上端部及び下端部が開放された円筒形状となっている。反応管203は、マニホールド209により下端部側から縦向きに支持されている。反応管203とマニホールド209とは、同心円
状に配置されている。マニホールド209の下端部は、上述したボートエレベータ115が上昇した際に、シールキャップ219により気密に封止されるように構成されている。マニホールド209の下端部とシールキャップ219との間には、処理室201内を気密に封止するOリングなどの封止部材220が設けられている。
(Processing room)
A processing furnace 202 according to an embodiment of the present invention includes a reaction tube 203 and a manifold 209. The reaction tube 203 is made of a heat-resistant non-metallic material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape with its upper end closed and its lower end open. The manifold 209 is made of a metal material such as SUS, for example, and has a cylindrical shape with an upper end and a lower end opened. The reaction tube 203 is supported vertically by the manifold 209 from the lower end side. The reaction tube 203 and the manifold 209 are arranged concentrically. The lower end portion of the manifold 209 is configured to be hermetically sealed by the seal cap 219 when the above-described boat elevator 115 is raised. A sealing member 220 such as an O-ring that hermetically seals the inside of the processing chamber 201 is provided between the lower end portion of the manifold 209 and the seal cap 219.

反応管203及びマニホールド209の内部には、基板としてのウエハ200を処理する処理室201が形成されている。処理室201内には、基板保持具としてのボート217が下方から挿入されるように構成されている。反応管203及びマニホールド209の内径は、ウエハ200を装填したボート217の最大外形よりも大きくなるように構成されている。   Inside the reaction tube 203 and the manifold 209, a processing chamber 201 for processing a wafer 200 as a substrate is formed. A boat 217 as a substrate holder is inserted into the processing chamber 201 from below. The inner diameters of the reaction tube 203 and the manifold 209 are configured to be larger than the maximum outer shape of the boat 217 loaded with the wafers 200.

ボート217は、複数枚のウエハ200を、略水平状態で所定の隙間(基板ピッチ間隔)をもって多段に保持するように構成されている。ボート217は、ボート217からの熱伝導を遮断する断熱キャップ218上に搭載されている。断熱キャップ218は、回転軸267により下方から支持されている。回転軸267は、処理室201内の気密を保持しつつ、シールキャップ219の中心部を貫通するように設けられている。シールキャップ219の下方には、回転軸267を回転させる図示しない回転機構が設けられている。回転機構により回転軸267を回転させることにより、処理室201内の気密を保持したまま、複数のウエハ200を搭載したボート217を回転させることが出来るように構成されている。   The boat 217 is configured to hold a plurality of wafers 200 in multiple stages with a predetermined gap (substrate pitch interval) in a substantially horizontal state. The boat 217 is mounted on a heat insulating cap 218 that blocks heat conduction from the boat 217. The heat insulating cap 218 is supported from below by the rotating shaft 267. The rotation shaft 267 is provided so as to penetrate the center portion of the seal cap 219 while maintaining airtightness in the processing chamber 201. A rotation mechanism (not shown) that rotates the rotation shaft 267 is provided below the seal cap 219. By rotating the rotating shaft 267 by the rotating mechanism, the boat 217 on which the plurality of wafers 200 are mounted can be rotated while maintaining the airtightness in the processing chamber 201.

(第1ガス供給ライン)
マニホールド209の側面には、第2の処理ガスを供給する第1ガス供給ライン232aが接続されている。第1ガス供給ライン232aには、上流側から順に、図示しない第1の処理ガス供給源、マスフローコントローラ241a、開閉バルブ243a、バッファタンクとして構成されたガス溜め247a、及び開閉バルブ243aが設けられている。
(First gas supply line)
A first gas supply line 232 a that supplies a second processing gas is connected to the side surface of the manifold 209. The first gas supply line 232a is provided with a first processing gas supply source (not shown), a mass flow controller 241a, an open / close valve 243a, a gas reservoir 247a configured as a buffer tank, and an open / close valve 243a in order from the upstream side. Yes.

処理室201内には、ウエハ200の積層方向に沿って第1ガス供給部249aが設けられている。第1ガス供給部249aは、処理室201の内壁と、ボート217に支持されるウエハ200の周縁と、に挟まれる空間の一部を囲うように設けられ、処理室201内の下方からウエハ200を積層する方向(垂直方向)に向けて延在されている。第1ガス供給部249aの内壁と処理室201の内壁とに囲まれる空間には、第1ガス供給ライン232aから供給される処理ガスを一時的に蓄えてガス分子の速度差を緩和するバッファ空間250aが形成されている。   A first gas supply unit 249 a is provided in the processing chamber 201 along the stacking direction of the wafers 200. The first gas supply unit 249 a is provided so as to surround a part of the space sandwiched between the inner wall of the processing chamber 201 and the periphery of the wafer 200 supported by the boat 217, and the wafer 200 from below in the processing chamber 201. It is extended toward the direction of laminating (vertical direction). In a space surrounded by the inner wall of the first gas supply unit 249a and the inner wall of the processing chamber 201, a buffer space that temporarily stores the processing gas supplied from the first gas supply line 232a and relaxes the difference in velocity of gas molecules. 250a is formed.

第1ガス供給部249aは複数の開口部248aを有している。複数の開口部248aは、各ウエハ200の周縁と対向する第1ガス供給部249aの側壁に、ウエハ200の積層方向に沿うように配列している。各開口部248aは、処理室201の中心(ウエハ200の中心)に向けてそれぞれ開口している。バッファ空間250a内に供給され、ガス分子の速度差が緩和された第1の処理ガスは、処理室201内に収納された各ウエハ200上へと供給(噴出)されるように構成されている。バッファ空間250a内の圧力が異なる場合には、例えば、ガス流の上流側(処理室201の下方)の開口部248aの口径を小さく設定し、ガス流の下流側(処理室201の上方)の開口部248aの口径を大きく設定することにより、ウエハ200の載置位置(高さ)によらず、各ウエハ200への処理ガスの供給量をより均一化することが可能になる。   The first gas supply unit 249a has a plurality of openings 248a. The plurality of openings 248 a are arranged on the side wall of the first gas supply unit 249 a facing the periphery of each wafer 200 so as to be along the stacking direction of the wafers 200. Each opening 248a opens toward the center of the processing chamber 201 (the center of the wafer 200). The first processing gas that is supplied into the buffer space 250a and in which the difference in velocity of gas molecules is relaxed is supplied (spouted) onto each wafer 200 accommodated in the processing chamber 201. . When the pressure in the buffer space 250a is different, for example, the diameter of the opening 248a on the upstream side of the gas flow (below the processing chamber 201) is set small, and the downstream side of the gas flow (above the processing chamber 201) is set. By setting the diameter of the opening 248a to be large, the supply amount of the processing gas to each wafer 200 can be made more uniform regardless of the mounting position (height) of the wafer 200.

(第2ガス供給ライン)
マニホールド209の側面には、第2の処理ガスを供給する第2ガス供給ライン232bが接続されている。第2ガス供給ライン232bには、上流側から順に、図示しない第2の処理ガス供給源、マスフローコントローラ241b、及び開閉バルブ243bが設け
られている。第2ガス供給ライン232bの下流側端部は、ガス供給ノズル233bに接続されている。ガス供給ノズル233bは、マニホールド209の側面の側面を貫通するとともに、処理室201内にて直角に屈曲して、マニホールド209及び反応管203の内壁に沿うように垂直方向に配設されている。
(Second gas supply line)
A second gas supply line 232b for supplying a second processing gas is connected to the side surface of the manifold 209. The second gas supply line 232b is provided with a second processing gas supply source (not shown), a mass flow controller 241b, and an open / close valve 243b in order from the upstream side. The downstream end of the second gas supply line 232b is connected to the gas supply nozzle 233b. The gas supply nozzle 233 b penetrates the side surface of the manifold 209 and bends at a right angle in the processing chamber 201, and is disposed in the vertical direction along the inner wall of the manifold 209 and the reaction tube 203.

処理室201内には、ウエハ200の積層方向に沿って第2ガス供給部249b設けられている。第2ガス供給部249bは、処理室201の内壁(マニホールド209壁及び反応管203の内壁)と、ボート217に支持されるウエハ200の周縁とに挟まれる空間の一部を囲うように、また、ガス供給ノズル233bの外周を囲うように設けられ、処理室201内の下方からウエハ200を積層する方向(垂直方向)に向けて延在されている。第2ガス供給部249bの内壁と処理室201の内壁とに囲まれる空間には、第2ガス供給ライン232bから供給される処理ガスを一時的に蓄えてガス分子の速度差を緩和するバッファ空間250bが形成されている。   A second gas supply unit 249 b is provided in the processing chamber 201 along the stacking direction of the wafers 200. The second gas supply unit 249b surrounds a part of the space sandwiched between the inner wall of the processing chamber 201 (the wall of the manifold 209 and the inner wall of the reaction tube 203) and the periphery of the wafer 200 supported by the boat 217. The gas supply nozzle 233b is provided so as to surround the outer periphery of the gas supply nozzle 233b, and extends from the lower side of the processing chamber 201 in the direction in which the wafers 200 are stacked (vertical direction). In a space surrounded by the inner wall of the second gas supply unit 249b and the inner wall of the processing chamber 201, a buffer space that temporarily stores the processing gas supplied from the second gas supply line 232b and relaxes the gas molecule velocity difference. 250b is formed.

バッファ空間250b内には、一対の電極269b,270bが、マニホールド209及び反応管203の内壁に沿うように、ウエハ200を積層する方向(垂直方向)に向けて延在されている。一対の電極269b,270bには、インピーダンス整合器272bを介して外部電源273bが接続されている。これら一対の電極269b,270bは、誘電体からなる円筒状の保護管275bにそれぞれ覆われている。保護管275bの上端部は閉塞され、保護管275bの下端部は開放されて処理室201の外部に連通しており、保護管275bの内部には不活性ガスがパージされている。図示しないが、一対の電極269b,270bの屈曲部近傍の被保持部は、保護管275bの内部において放電防止のための絶縁筒、及び静電遮断のためのシールド筒によって順に覆われている。一対の電極269b,270bへ外部電源273bから高周波電力が印加されることにより、バッファ空間250b内にプラズマ(すなわちプラズマ放電領域)が生成(着火)されるように構成されている。一対の電極269b,270bにより生成(着火)されたプラズマは、バッファ空間250b内に供給された第2の処理ガスを励起するように構成されている。   In the buffer space 250 b, a pair of electrodes 269 b and 270 b are extended in the direction (vertical direction) in which the wafers 200 are stacked so as to follow the inner walls of the manifold 209 and the reaction tube 203. An external power supply 273b is connected to the pair of electrodes 269b and 270b via an impedance matching device 272b. The pair of electrodes 269b and 270b are respectively covered with a cylindrical protective tube 275b made of a dielectric. The upper end portion of the protective tube 275b is closed, the lower end portion of the protective tube 275b is opened and communicates with the outside of the processing chamber 201, and an inert gas is purged inside the protective tube 275b. Although not shown, the held portion in the vicinity of the bent portion of the pair of electrodes 269b and 270b is sequentially covered with an insulating tube for preventing discharge and a shield tube for electrostatic shielding inside the protective tube 275b. By applying high frequency power from the external power supply 273b to the pair of electrodes 269b and 270b, plasma (ie, plasma discharge region) is generated (ignited) in the buffer space 250b. The plasma generated (ignited) by the pair of electrodes 269b and 270b is configured to excite the second processing gas supplied into the buffer space 250b.

第2ガス供給部249bは複数の開口部248bを有している。複数の開口部248bは、各ウエハ200の周縁と対向する第2ガス供給部249bの側壁に、ウエハ200の積層方向に沿うように配列している。各開口部248bは、処理室201の中心(ウエハ200の中心)に向けてそれぞれ開口している。バッファ空間250b内に供給され、プラズマにより励起された第2の処理ガスは、処理室201内に収納された各ウエハ200上へと供給(噴出)されるように構成されている。バッファ空間250b内の圧力が異なる場合には、例えば、ガス流の上流側(処理室201の下方)の開口部248bの口径を小さく設定し、ガス流の下流側(処理室201の上方)の開口部248bの口径を大きく設定することにより、ウエハ200の載置位置(高さ)によらず、各ウエハ200への処理ガスの供給量をより均一化することが可能になる。   The second gas supply unit 249b has a plurality of openings 248b. The plurality of openings 248 b are arranged along the stacking direction of the wafers 200 on the side walls of the second gas supply unit 249 b facing the periphery of each wafer 200. Each opening 248b opens toward the center of the processing chamber 201 (the center of the wafer 200). The second processing gas supplied into the buffer space 250 b and excited by plasma is configured to be supplied (spouted) onto each wafer 200 stored in the processing chamber 201. When the pressure in the buffer space 250b is different, for example, the diameter of the opening 248b on the upstream side of the gas flow (below the processing chamber 201) is set small, and the downstream side of the gas flow (above the processing chamber 201) is set. By setting the diameter of the opening 248b to be large, it becomes possible to make the supply amount of the processing gas to each wafer 200 more uniform regardless of the mounting position (height) of the wafer 200.

(不活性ガス供給ライン)
第1ガス供給ライン232aの開閉バルブ244aの下流側、及び第2ガス供給ライン232bの開閉バルブ243bの下流側には、処理室201内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ライン232c,232dがそれぞれ接続されている。不活性ガス供給ライン232cには、上流側から順に、図示しない不活性ガス供給源、マスフローコントローラ241c、開閉バルブ243cが設けられている。また、不活性ガス供給ライン232dには、上流側から順に、図示しない不活性ガス供給源、マスフローコントローラ241d、開閉バルブ243dが設けられている。
(Inert gas supply line)
Inert gas supply lines 232c and 232d for supplying an inert gas into the processing chamber 201 are provided downstream of the opening / closing valve 244a of the first gas supply line 232a and downstream of the opening / closing valve 243b of the second gas supply line 232b. Are connected to each other. The inert gas supply line 232c is provided with an inert gas supply source, a mass flow controller 241c, and an open / close valve 243c (not shown) in order from the upstream side. The inert gas supply line 232d is provided with an inert gas supply source (not shown), a mass flow controller 241d, and an opening / closing valve 243d in order from the upstream side.

(排気ライン)
マニホールド209の側壁には、処理室201内の雰囲気を排気する排気ライン231が接続されている。排気ライン231の下流側端部には、真空ポンプ246が設けられている。排気ライン231には、圧力調整器としてのAPC(Auto Pressure
Controller)バルブ243dが設けられている。真空ポンプ246を作動させつつAPCバルブ243eの弁の開度を調整することにより、処理室201内の圧力を調整することが可能なように構成されている。
(Exhaust line)
An exhaust line 231 for exhausting the atmosphere in the processing chamber 201 is connected to the side wall of the manifold 209. A vacuum pump 246 is provided at the downstream end of the exhaust line 231. The exhaust line 231 has an APC (Auto Pressure) as a pressure regulator.
A controller) valve 243d is provided. By adjusting the opening degree of the APC valve 243e while operating the vacuum pump 246, the pressure in the processing chamber 201 can be adjusted.

(抵抗加熱ヒータ)
反応管203の外周を囲うように、加熱手段としての抵抗加熱ヒータ207が設けられている。抵抗加熱ヒータ207への通電が行われることにより、反応管203の外部から処理室201内が加熱されるように構成されている。このように、抵抗加熱ヒータ207がホットウォール型構造として構成されていることにより、処理室201内の全体にわたって温度を均一に維持することが可能となる。
(Resistance heater)
A resistance heater 207 as a heating means is provided so as to surround the outer periphery of the reaction tube 203. When the resistance heater 207 is energized, the inside of the processing chamber 201 is heated from the outside of the reaction tube 203. As described above, since the resistance heater 207 is configured as a hot wall structure, the temperature can be maintained uniformly throughout the processing chamber 201.

(コントローラ)
処理炉202には、コントローラ280が設けられている。コントローラ280は、開閉バルブ243a,244a,243b、マスフローコントローラ241a,241b、回転軸267を回転させる回転手段、インピーダンス整合器272b、外部電源273b、真空ポンプ246、APCバルブ243e、及び抵抗加熱ヒータ207にそれぞれ接続されており、これらの動作をそれぞれ制御するように構成されている。
(controller)
A controller 280 is provided in the processing furnace 202. The controller 280 includes open / close valves 243a, 244a, 243b, mass flow controllers 241a, 241b, rotating means for rotating the rotating shaft 267, impedance matching unit 272b, external power supply 273b, vacuum pump 246, APC valve 243e, and resistance heater 207. These are connected to each other, and are configured to control each of these operations.

(4)基板処理工程
続いて、本発明の一実施形態としての基板処理工程について、図2を参照しながら説明する。なお、本実施形態は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法の中の1つであるALD法を用いてウエハ200の表面にSiNやSiからなるシリコン窒化膜を成膜する方法であり、半導体装置の製造工程の一工程として実施される。なお、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280により制御される。
(4) Substrate Processing Step Next, a substrate processing step as one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a silicon nitride film made of SiN or Si 3 N 4 is formed on the surface of the wafer 200 by using an ALD method which is one of CVD (Chemical Vapor Deposition) methods. This is performed as one step of the manufacturing process of the semiconductor device. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the controller 280.

(基板搬入工程)
上述した手順により、処理対象のウエハ200をボート217内へと装填する。続いて、ボートエレベータ115を上昇させて、ウエハ200を装填したボート217を処理室201内へと搬入すると共に、処理室201内をシールキャップ219により気密に封止する。このとき、開閉バルブ243a,243b,244a、APCバルブ243eは閉じておく。ウエハ200の搬入後は、回転機構によりウエハ200を回転させる。なお、処理室201内は例えば300℃に予め昇温しておくことが好ましい。
(Substrate loading process)
The wafer 200 to be processed is loaded into the boat 217 by the procedure described above. Subsequently, the boat elevator 115 is raised, the boat 217 loaded with the wafers 200 is carried into the processing chamber 201, and the inside of the processing chamber 201 is hermetically sealed with a seal cap 219. At this time, the opening / closing valves 243a, 243b, 244a and the APC valve 243e are closed. After the wafer 200 is loaded, the wafer 200 is rotated by the rotation mechanism. Note that the inside of the processing chamber 201 is preferably heated in advance to, for example, 300 ° C.

(減圧及び昇温工程)
開閉バルブ243c,243dを閉じ、APCバルブ243eを開くことにより処理室201内を排気する。なお、減圧中は、開閉バルブ244aを開くことにより、ガス溜め247a内も併せて排気する。そして、APCバルブ243eの開度を調整することにより、処理室201内の圧力が所定の圧力になるよう制御する。また、抵抗加熱ヒータ207に電力を供給することにより、処理室201内の温度を所定の温度まで昇温する。このとき、ウエハ200の表面温度が例えば525℃になるように、抵抗加熱ヒータ207への通電量1を制御する。
(Decompression and temperature rise process)
The inside of the processing chamber 201 is exhausted by closing the open / close valves 243c and 243d and opening the APC valve 243e. During decompression, the gas reservoir 247a is also exhausted by opening the open / close valve 244a. Then, the pressure in the processing chamber 201 is controlled to be a predetermined pressure by adjusting the opening degree of the APC valve 243e. Further, by supplying electric power to the resistance heater 207, the temperature in the processing chamber 201 is raised to a predetermined temperature. At this time, the energization amount 1 to the resistance heater 207 is controlled so that the surface temperature of the wafer 200 becomes 525 ° C., for example.

基板搬入工程、減圧及び昇温工程を実施する際には、APCバルブ243e、及び開閉バルブ243c,243dは開けておき、不活性ガスとしての窒素(N)ガスを処理室201内に常に流しておくことが好ましい。これにより、処理室201内の酸素(O)濃度を下げると共に、パーティクル(異物)や金属汚染物のウエハ200への付着を抑制
することができる。
When carrying out the substrate carrying-in process, the pressure reduction and the temperature raising process, the APC valve 243e and the opening / closing valves 243c and 243d are kept open, and nitrogen (N 2 ) gas as an inert gas is always flowed into the processing chamber 201. It is preferable to keep it. As a result, the oxygen (O 2 ) concentration in the processing chamber 201 can be lowered, and adhesion of particles (foreign matter) and metal contaminants to the wafer 200 can be suppressed.

(第1の工程)
続いて、Cl元素を含有する第1の処理ガスとしてのジクロロシラン(SiHCl、略称DCS)ガスを処理室201内に供給する。
(First step)
Subsequently, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 , abbreviated as DCS) gas as a first processing gas containing Cl element is supplied into the processing chamber 201.

具体的には、開閉バルブ244aを閉じたまま、開閉バルブ243aを開くことにより、マスフローコントローラ241aにより流量制御しながら、ガス溜め247a内にDCSガスを充填する。ガス溜め247a内の圧力が例えば20000Pa以上になったら、開閉バルブ243aを閉じることにより、ガス溜め247a内へのDCSガスの充填を停止する。ガス溜め247a内へのDCSガスの充填は、減圧及び昇温工程の終了前、あるいは後述する第4の工程の終了前に完了しておくことが好ましい。   Specifically, by opening the opening / closing valve 243a with the opening / closing valve 244a closed, the flow rate is controlled by the mass flow controller 241a, and the gas reservoir 247a is filled with DCS gas. When the pressure in the gas reservoir 247a becomes 20000 Pa or more, for example, the charging of the DCS gas into the gas reservoir 247a is stopped by closing the open / close valve 243a. The filling of the DCS gas into the gas reservoir 247a is preferably completed before the end of the depressurization and temperature raising step or before the end of the fourth step described later.

そして、開閉バルブ243a,243b、APCバルブ243eを閉じたまま、開閉バルブ244aを開くことにより、ガス溜め247a内と処理室201内との圧力差を利用して、ガス溜め247a内のDCSガスを所定時間以内に(ごく短時間で)処理室201内へと導入する。その結果、処理室201内の圧力は例えば931Pa程度まで上昇し、ウエハ200の表面は高圧のDCSガスに暴露され、ウエハ200上にはDCSガスのガス分子が化学吸着する。   Then, by opening the opening / closing valve 244a with the opening / closing valves 243a, 243b and the APC valve 243e closed, the DCS gas in the gas reservoir 247a is removed using the pressure difference between the gas reservoir 247a and the processing chamber 201. It is introduced into the processing chamber 201 within a predetermined time (in a very short time). As a result, the pressure in the processing chamber 201 rises to about 931 Pa, for example, the surface of the wafer 200 is exposed to high-pressure DCS gas, and gas molecules of the DCS gas are chemically adsorbed on the wafer 200.

処理室201内へのDCSガスの供給開始から所定時間(例えば6秒)が経過したら、開閉バルブ244aを閉めて、処理室201内へのDCSガスの供給を停止する。   When a predetermined time (for example, 6 seconds) elapses from the start of DCS gas supply into the processing chamber 201, the opening / closing valve 244a is closed to stop the supply of DCS gas into the processing chamber 201.

(第2の工程)
続いて、不活性ガスとしての窒素(N)ガスを処理室201内に供給して処理室201内からDCSガスを排気させる。具体的には、APCバルブ243e及び開閉バルブ243c,243dを開くことにより窒素ガスを処理室201内に供給しつつ、処理室201内に残留しているDCSガスや反応生成物等を排気ライン231から排気する。窒素ガスを処理室201内に供給することにより、処理室201内からのDCSガスや反応生成物の排気効率を高めることができる。
(Second step)
Subsequently, nitrogen (N 2 ) gas as an inert gas is supplied into the processing chamber 201 and the DCS gas is exhausted from the processing chamber 201. Specifically, by opening the APC valve 243e and the opening / closing valves 243c and 243d, the nitrogen gas is supplied into the processing chamber 201, and the DCS gas remaining in the processing chamber 201, reaction products, and the like are exhausted from the exhaust line 231. Exhaust from. By supplying nitrogen gas into the processing chamber 201, the exhaust efficiency of DCS gas and reaction products from the processing chamber 201 can be increased.

この際、第2の工程における窒素ガスの供給量あるいは供給時間を調整することにより、本基板処理工程で形成されるシリコン窒化膜中におけるCl元素濃度を制御する。例えば、処理室201内からのDCSガスや反応生成物等の排出が完了した後、開閉バルブ243c,243d、APCバルブ243eを開けたままとし、窒素ガスを処理室201内に引き続き供給する。これにより、シリコン窒化膜中におけるCl元素濃度を低下させ、Si−N結合数を増加させ、HF系溶液に対するエッチングレートを低下させることができる。   At this time, the concentration of Cl element in the silicon nitride film formed in this substrate processing step is controlled by adjusting the supply amount or supply time of the nitrogen gas in the second step. For example, after the discharge of DCS gas, reaction products, and the like from the inside of the processing chamber 201 is completed, the open / close valves 243c and 243d and the APC valve 243e are kept open, and nitrogen gas is continuously supplied into the processing chamber 201. Thereby, the Cl element concentration in the silicon nitride film can be reduced, the number of Si—N bonds can be increased, and the etching rate for the HF-based solution can be reduced.

処理室201内への窒素ガスの供給開始から所定時間(例えば62秒)が経過し、シリコン窒化膜中からのCl元素の脱離量が所定値以下に低減して収束したら、開閉バルブ243c,243dを閉めて、処理室201内への窒素ガスの供給を停止する。   When a predetermined time (for example, 62 seconds) elapses from the start of supply of nitrogen gas into the processing chamber 201 and the amount of Cl element desorbed from the silicon nitride film is reduced to a predetermined value or less and converges, the open / close valve 243c, 243d is closed and the supply of nitrogen gas into the processing chamber 201 is stopped.

(第3の工程)
続いて、第2の処理ガスとしてのアンモニア(NH)ガスを処理室201内に供給してウエハ200上に薄膜を生成する。なお、本実施形態においては、成膜温度を低下させるため、アンモニアガスをプラズマにより活性化させてから供給することとしている。
(Third step)
Subsequently, ammonia (NH 3 ) gas as a second processing gas is supplied into the processing chamber 201 to generate a thin film on the wafer 200. In this embodiment, in order to lower the film forming temperature, ammonia gas is activated after being activated by plasma and then supplied.

具体的には、開閉バルブ243c,243dを閉じ、開閉バルブ243bを開くことにより、マスフローコントローラ241bにより流量制御しながら、バッファ空間250b
内にアンモニアガスを供給して、ガス分子の速度差を緩和させる。バッファ空間250b内の圧力が所定の着火圧力に到達したら、一対の電極269b,270bに対して、インピーダンス整合器272bを介して外部電源273bから高周波電力を供給し、バッファ空間250b内にプラズマを生成(着火)させる。そして、生成させたプラズマにより、バッファ空間250b内に供給されているアンモニアガスを励起(活性化)させ、開口部248bを介して処理室201内に活性粒子(ラジカル)を供給する。活性粒子がウエハ200上に化学吸着しているDCSガスのガス分子と反応することにより、ウエハ200の表面上に1原子層から数原子層のSiNやSiからなるシリコン窒化膜が生成される。
Specifically, by closing the on-off valves 243c and 243d and opening the on-off valve 243b, while controlling the flow rate by the mass flow controller 241b, the buffer space 250b
Ammonia gas is supplied into the inside to relieve the difference in velocity of gas molecules. When the pressure in the buffer space 250b reaches a predetermined ignition pressure, high-frequency power is supplied from the external power source 273b to the pair of electrodes 269b and 270b via the impedance matching device 272b, and plasma is generated in the buffer space 250b. (Ignition). Then, the generated plasma excites (activates) the ammonia gas supplied into the buffer space 250b, and supplies active particles (radicals) into the processing chamber 201 through the opening 248b. When the active particles react with the gas molecules of the DCS gas that is chemically adsorbed on the wafer 200, a silicon nitride film composed of one atomic layer to several atomic layers of SiN or Si 3 N 4 is generated on the surface of the wafer 200. Is done.

処理室201内へのアンモニアガスの供給開始から所定時間(例えば20秒)が経過したら、一対の電極269b,270bへの電力供給を停止すると共に、開閉バルブ243bを閉めて処理室201内へのアンモニアガスの供給を停止する。   When a predetermined time (for example, 20 seconds) elapses from the start of supply of ammonia gas into the processing chamber 201, power supply to the pair of electrodes 269b and 270b is stopped, and the open / close valve 243b is closed to enter the processing chamber 201. Stop the supply of ammonia gas.

(第4の工程)
続いて、不活性ガスとしての窒素ガスを処理室201内に供給して、処理室201内からアンモニアガスを排気させる。具体的には、APCバルブ243eを開いたまま、開閉バルブ243c,243dを開くことにより、窒素ガスを処理室201内に供給しつつ、処理室201内に残留しているアンモニアガスや反応生成物等を排気ライン231から排気する。窒素ガスを処理室201内に供給することにより、処理室201内からのDCSガスや反応生成物の排気効率を高めることができる。
(Fourth process)
Subsequently, nitrogen gas as an inert gas is supplied into the processing chamber 201 and the ammonia gas is exhausted from the processing chamber 201. Specifically, by opening the opening / closing valves 243c and 243d with the APC valve 243e open, the ammonia gas and reaction products remaining in the processing chamber 201 are supplied while supplying the nitrogen gas into the processing chamber 201. Etc. are exhausted from the exhaust line 231. By supplying nitrogen gas into the processing chamber 201, the exhaust efficiency of DCS gas and reaction products from the processing chamber 201 can be increased.

この際、第2の工程と同様に、第4の工程における窒素ガスの供給量あるいは供給時間を調整することにより、上述のシリコン窒化膜中におけるCl元素濃度を制御してもよい。例えば、処理室201内からのアンモニアガスや反応生成物等の排出が完了した後、第2の工程と同様に、開閉バルブ243c,243d、APCバルブ243eを開けたままとし、窒素ガスを処理室201内に引き続き供給してもよい。これにより、シリコン窒化膜中におけるCl元素濃度をさらに低下させ、Si−N結合数をさらに増加させ、HF系溶液に対するエッチングレートをさらに低下させることができる。   At this time, similarly to the second step, the concentration of Cl element in the silicon nitride film may be controlled by adjusting the supply amount or supply time of the nitrogen gas in the fourth step. For example, after the discharge of ammonia gas, reaction products, and the like from the inside of the processing chamber 201 is completed, the open / close valves 243c and 243d and the APC valve 243e are kept open and nitrogen gas is supplied to the processing chamber as in the second step. You may continue to supply in 201. Thereby, the Cl element concentration in the silicon nitride film can be further reduced, the number of Si—N bonds can be further increased, and the etching rate for the HF-based solution can be further reduced.

処理室201内への窒素ガスの供給開始から所定時間(例えば61秒)が経過し、シリコン窒化膜中からのCl元素の脱離量が所定値以下に低減して収束したら、開閉バルブ243c,243dを閉めて、処理室201内への窒素ガスの供給を停止する。   When a predetermined time (for example, 61 seconds) elapses from the start of supply of nitrogen gas into the processing chamber 201 and the amount of Cl element desorbed from the silicon nitride film is reduced to a predetermined value or less and converges, the open / close valve 243c, 243d is closed and the supply of nitrogen gas into the processing chamber 201 is stopped.

(繰り返し工程)
第1の工程〜第4の工程を1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返す。これにより、ウエハ200上に所望膜厚のシリコン窒化膜を形成することができる。例えば、1サイクル毎に生成されるシリコン窒化膜の厚さが1Åであるとき、このサイクルを20回繰り返すことにより、20Åの厚さのシリコン窒化膜が形成される。
(Repeated process)
This cycle is repeated a plurality of times with the first to fourth steps as one cycle. Thereby, a silicon nitride film having a desired film thickness can be formed on the wafer 200. For example, when the thickness of the silicon nitride film generated for each cycle is 1 mm, this cycle is repeated 20 times to form a silicon nitride film having a thickness of 20 mm.

(基板搬出工程)
各ウエハ200上に所望膜厚の薄膜を形成した後、回転機構によるウエハ200の回転を停止させる。そして、上述した基板搬入工程及び減圧及び昇温工程とは逆の手順により処理室201内を例えば300℃に降温させるとともに大気圧まで復帰させ、所望膜厚の薄膜が形成されたウエハ200を処理室201内から搬出する。以上により、本実施形態にかかる基板処理工程が完了する。
(Substrate unloading process)
After a thin film having a desired film thickness is formed on each wafer 200, the rotation of the wafer 200 by the rotation mechanism is stopped. Then, the temperature in the processing chamber 201 is lowered to, for example, 300 ° C. and returned to the atmospheric pressure by a procedure reverse to the above-described substrate carry-in process and pressure reduction and temperature raising process, and the wafer 200 on which a thin film having a desired film thickness is processed. Unload from the chamber 201. Thus, the substrate processing process according to this embodiment is completed.

(5)本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す(a)〜(e)のうち1つ又は複数の効果を奏する。
(5) Effects according to the present embodiment According to the present embodiment, one or more of the following effects (a) to (e) are achieved.

(a)本実施形態によれば、第2の工程において、処理室201内からDCSガスや反応生成物等を排出させた後、開閉バルブ243c,243d、APCバルブ243eを開けたままとし、窒素ガスを処理室201内に引き続き供給する。これにより、シリコン窒化膜中におけるCl元素濃度を低下させ、Si−N結合数を増加させ、HF系溶液に対するエッチングレートを低下させることができる。 (A) According to the present embodiment, in the second step, after the DCS gas and reaction products are discharged from the processing chamber 201, the open / close valves 243c and 243d and the APC valve 243e are kept open, The gas is continuously supplied into the processing chamber 201. Thereby, the Cl element concentration in the silicon nitride film can be reduced, the number of Si—N bonds can be increased, and the etching rate for the HF-based solution can be reduced.

(b)本実施形態によれば、第2の工程のガス供給時間を延長することのみにより、HF系溶液に対するシリコン窒化膜のエッチングレートを低下させることができる。すなわち、成膜温度を高めることなく、エッチングレートを低下させることができる。例えば、成膜温度を525℃としたまま、エッチングレート比が0.2であるシリコン窒化膜を形成することが可能になる。 (B) According to the present embodiment, the etching rate of the silicon nitride film with respect to the HF-based solution can be lowered only by extending the gas supply time of the second step. That is, the etching rate can be reduced without increasing the film formation temperature. For example, it is possible to form a silicon nitride film having an etching rate ratio of 0.2 while keeping the film formation temperature at 525 ° C.

(c)本実施形態によれば、第2の工程のガス供給時間のみを延長することにより、HF系溶液に対するシリコン窒化膜のエッチングレートを低下させることができる。なお、後述する通り、第1の工程におけるDCSガスの供給時間を延長させることによっても、あるいは第3の工程におけるアンモニアガスの供給時間を延長させることによっても、シリコン窒化膜のエッチングレートを低下させることが可能である。しかしながら、窒素ガスのガスコストはDCSガスやアンモニアガスと比較して低コストである。本実施形態は、窒素ガスの供給時間のみを延長させているため、エッチングレートの低いシリコン窒化膜を比較的低コストで形成することができる。 (C) According to the present embodiment, the etching rate of the silicon nitride film with respect to the HF-based solution can be lowered by extending only the gas supply time of the second step. As will be described later, the etching rate of the silicon nitride film is lowered by extending the supply time of the DCS gas in the first step or by extending the supply time of the ammonia gas in the third step. It is possible. However, the gas cost of nitrogen gas is low compared with DCS gas and ammonia gas. In this embodiment, since only the supply time of nitrogen gas is extended, a silicon nitride film having a low etching rate can be formed at a relatively low cost.

(d)本実施形態によれば、処理室201内への窒素ガスの供給開始から所定時間が経過し、シリコン窒化膜中からのCl元素の脱離量が所定値以下に低減して収束したら、開閉バルブ243c,243dを閉めて、処理室201内への窒素ガスの供給を停止する。これにより1サイクルあたりの処理時間が不要に延長されることを防ぎ、基板処理工程の生産性が不用意に低下してしまうことを抑制できる。 (D) According to the present embodiment, when a predetermined time elapses from the start of the supply of nitrogen gas into the processing chamber 201 and the amount of Cl element desorbed from the silicon nitride film is reduced to a predetermined value or less and converged. Then, the on-off valves 243c and 243d are closed, and the supply of nitrogen gas into the processing chamber 201 is stopped. As a result, it is possible to prevent the processing time per cycle from being unnecessarily extended and to prevent the productivity of the substrate processing process from being inadvertently reduced.

(e)本実施形態によれば、第4の工程においても、第2の工程と同様に、処理室201内からアンモニアガスや反応生成物等を排出させた後、開閉バルブ243c,243d、APCバルブ243eを開けたままとし、窒素ガスを処理室201内に引き続き供給してもよい。かかる場合には、シリコン窒化膜中におけるCl元素濃度をさらに低下させ、Si−N結合数をさらに増加させ、HF系溶液に対するエッチングレートをさらに低下させることができる。 (E) According to the present embodiment, in the fourth step, similarly to the second step, after the ammonia gas, the reaction product, and the like are discharged from the processing chamber 201, the open / close valves 243c, 243d, APC The valve 243 e may be kept open and nitrogen gas may be continuously supplied into the processing chamber 201. In such a case, the Cl element concentration in the silicon nitride film can be further reduced, the number of Si—N bonds can be further increased, and the etching rate for the HF-based solution can be further reduced.

(6)評価結果
以下に、上述の効果を裏付ける評価結果について、図面を参照しながら説明する。
(6) Evaluation results Evaluation results supporting the above-described effects will be described below with reference to the drawings.

(評価条件)
まず、評価条件について図7を参照しながら説明する。図7は、ALD法を用いた成膜評価における各工程の実施時間を示す模式図であり、(a)は従来の基板処理工程の場合を、(b)は第1の処理ガスの供給時間を延長させた基板処理工程の場合を、(c)は第2の処理ガスの供給時間を延長させた基板処理工程の場合を、(d)は不活性ガスの供給時間を延長させた基板処理工程の場合を、それぞれ示している。
(Evaluation conditions)
First, the evaluation conditions will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram showing the execution time of each process in the film formation evaluation using the ALD method, where (a) shows the case of the conventional substrate processing process, and (b) shows the supply time of the first processing gas. (C) shows a substrate processing step in which the supply time of the second processing gas is extended, and (d) shows a substrate processing in which the supply time of the inert gas is extended. Each of the process cases is shown.

図7(a)においては、第1の工程におけるDCSガスの供給時間を6秒、第2の工程における窒素ガスの供給時間を8秒、第3の工程におけるアンモニアガスの供給時間を20秒、第3の工程における窒素ガスの供給時間を4秒とした。なお、第1の工程におけるDCSガスの供給量は60cc、第3の工程におけるアンモニアガスの供給流量は5slm、外部電源273bからの供給電力(プラズマ生成電力)は50Wとし、成膜温度は525℃とした。以下、かかる成膜条件を「従来レシピ」とも呼ぶ。   In FIG. 7 (a), the supply time of DCS gas in the first step is 6 seconds, the supply time of nitrogen gas in the second step is 8 seconds, the supply time of ammonia gas in the third step is 20 seconds, The supply time of nitrogen gas in the third step was 4 seconds. The supply amount of DCS gas in the first step is 60 cc, the supply flow rate of ammonia gas in the third step is 5 slm, the supply power (plasma generation power) from the external power supply 273b is 50 W, and the film formation temperature is 525 ° C. It was. Hereinafter, such film forming conditions are also referred to as “conventional recipes”.

図7(b)においては、第1の工程におけるDCSガスの供給時間を63秒、第2の工程における窒素ガスの供給時間を8秒、第3の工程におけるアンモニアガスの供給時間を20秒、第3の工程における窒素ガスの供給時間を4秒とした。なお、第1の工程におけるDCSガスの供給量は660ccとした。他の条件は図7(a)と同様である。以下、かかる成膜条件を「DCS long」とも呼ぶ。   In FIG. 7 (b), the supply time of DCS gas in the first step is 63 seconds, the supply time of nitrogen gas in the second step is 8 seconds, the supply time of ammonia gas in the third step is 20 seconds, The supply time of nitrogen gas in the third step was 4 seconds. The supply amount of DCS gas in the first step was 660 cc. Other conditions are the same as those in FIG. Hereinafter, such film forming conditions are also referred to as “DCS long”.

図7(c)においては、第1の工程におけるDCSガスの供給時間を6秒、第2の工程における窒素ガスの供給時間を8秒、第3の工程におけるアンモニアガスの供給時間を60秒、第3の工程における窒素ガスの供給時間を4秒とした。なお、第3の工程におけるアンモニアガスの供給流量は5slmとした。他の条件は図7(a)と同様である。以下、かかる成膜条件を「NH long」とも呼ぶ。 In FIG. 7C, the DCS gas supply time in the first step is 6 seconds, the nitrogen gas supply time in the second step is 8 seconds, the ammonia gas supply time in the third step is 60 seconds, The supply time of nitrogen gas in the third step was 4 seconds. Note that the supply flow rate of ammonia gas in the third step was 5 slm. Other conditions are the same as those in FIG. Hereinafter, such film forming conditions are also referred to as “NH 3 long”.

図7(d)においては、第1の工程におけるDCSガスの供給時間を6秒、第2の工程における窒素ガスの供給時間を62秒、第3の工程におけるアンモニアガスの供給時間を20秒、第3の工程における窒素ガスの供給時間は61秒とした。他の条件は図7(a)と同様である。以下、かかる成膜条件を「N long」とも呼ぶ。 In FIG. 7D, the supply time of DCS gas in the first step is 6 seconds, the supply time of nitrogen gas in the second step is 62 seconds, the supply time of ammonia gas in the third step is 20 seconds, The supply time of nitrogen gas in the third step was 61 seconds. Other conditions are the same as those in FIG. Hereinafter, such film forming conditions are also referred to as “N 2 long”.

(膜質に関する評価結果)
図7(a)〜図7(d)にて示す条件にて形成した各シリコン窒化膜に関する評価結果を、図8、図11〜13を用いて説明する。
(Evaluation results on film quality)
The evaluation results regarding each silicon nitride film formed under the conditions shown in FIGS. 7A to 7D will be described with reference to FIGS. 8 and 11 to 13.

図8は、図7(a)〜図7(d)に示す各基板処理工程により成膜したシリコン窒化膜について、エッチングレート比及び屈折率(RI)をそれぞれ示すグラフ図である。なお、図中において、柱状グラフはエッチングレート比(左側縦軸)を示しており、△印は屈折率(右側縦軸)を示している。また、「Top」はボート217内の上部付近に保持されたウエハ200に関する評価結果を、「Ctr」はボート217内の中部付近に保持されたウエハ200に関する評価結果を、「Btm」はボート217内の底部付近に保持されたウエハ200に関する評価結果をそれぞれ示している。図8によれば、従来レシピ(図7(a))にて形成したシリコン窒化膜のエッチングレート比はいずれも0.4を超えている。これに対し、N long(図7(d))にて形成したシリコン窒化膜のエッチングレート比はいずれも0.2未満であることが分かる。なお、図8によれば、DCS
long(図7(b))及びNH long(図7(c))にて形成したシリコン窒化膜のエッチングレート比はいずれも0.3未満であり、N long(図7(d))程ではないが、従来レシピ(図7(a))にて形成したシリコン窒化膜のエッチングレート比と比較して改善されていることが分かる。
FIG. 8 is a graph showing the etching rate ratio and the refractive index (RI) of the silicon nitride film formed by the respective substrate processing steps shown in FIGS. 7A to 7D. In the figure, the columnar graph indicates the etching rate ratio (left vertical axis), and the Δ mark indicates the refractive index (right vertical axis). “Top” is an evaluation result regarding the wafer 200 held near the upper part in the boat 217, “Ctr” is an evaluation result regarding the wafer 200 held near the middle in the boat 217, and “Btm” is the boat 217. The evaluation results relating to the wafer 200 held near the bottom of each are shown. According to FIG. 8, the etching rate ratio of the silicon nitride film formed by the conventional recipe (FIG. 7A) exceeds 0.4. On the other hand, it can be seen that the etching rate ratio of the silicon nitride film formed in N 2 long (FIG. 7D) is less than 0.2. According to FIG. 8, DCS
The etching rate ratios of the silicon nitride films formed by long (FIG. 7B) and NH 3 long (FIG. 7C) are both less than 0.3, and N 2 long (FIG. 7D) Although not so much, it can be seen that the etching rate ratio of the silicon nitride film formed by the conventional recipe (FIG. 7A) is improved.

図11は、図7(a)〜図7(d)に示す各基板処理工程により成膜したシリコン窒化膜中のCl元素濃度をそれぞれ示すグラフ図である。図11の横軸はシリコン窒化膜表面からの深さ(nm)を示し、図11の縦軸はCl元素濃度(atoms/cm)を示している。図11によれば、従来レシピ(図7(a))にて形成したシリコン窒化膜中のCl元素濃度(曲線(a))と比較して、N long(図7(d))にて形成したシリコン窒化膜中のCl元素濃度(曲線(d))の方が低下していることが分かる。なお、図8によれば、DCS long(図7(b))及びNH long(図7(c))にて形成したシリコン窒化膜中におけるCl元素濃度(曲線(b)及び曲線(c))についても、従来レシピ(図7(a))にて形成したシリコン窒化膜中のCl元素濃度(曲線(a))より低下していることが分かる。 FIG. 11 is a graph showing the Cl element concentration in the silicon nitride film formed by each substrate processing step shown in FIGS. 7A to 7D. The horizontal axis in FIG. 11 indicates the depth (nm) from the surface of the silicon nitride film, and the vertical axis in FIG. 11 indicates the Cl element concentration (atoms / cm 3 ). According to FIG. 11, compared with the Cl element concentration (curve (a)) in the silicon nitride film formed by the conventional recipe (FIG. 7A), N 2 long (FIG. 7D) It can be seen that the Cl element concentration (curve (d)) in the formed silicon nitride film is lower. According to FIG. 8, the Cl element concentration (curve (b) and curve (c) in the silicon nitride film formed by DCS long (FIG. 7B) and NH 3 long (FIG. 7C) is shown. ) Is also lower than the Cl element concentration (curve (a)) in the silicon nitride film formed by the conventional recipe (FIG. 7A).

図12は、図7(a)〜図7(d)に示す各基板処理工程により成膜したシリコン窒化膜について膜中のH元素濃度をそれぞれ示すグラフ図である。図12の横軸はシリコン窒
化膜表面からの深さ(nm)を示し、図12の縦軸はH元素濃度(atoms/cm)を示している。図12によれば、従来レシピ(図7(a))にて形成したシリコン窒化膜中のH元素濃度(曲線(a))と比較して、N long(図7(d))にて形成したシリコン窒化膜中のH元素濃度(曲線(d))の方が若干ではあるが低下していることが分かる。なお、図12によれば、DCS long(図7(b))及びNH long(図7(c))にて形成したシリコン窒化膜中におけるH元素濃度(曲線(b)及び曲線(c))については、従来レシピ(図7(a))にて形成したシリコン窒化膜中のH元素濃度(曲線(a))と比較してほとんど差がないことが分かる。
FIG. 12 is a graph showing the concentration of H element in each of the silicon nitride films formed by the substrate processing steps shown in FIGS. 7 (a) to 7 (d). The horizontal axis in FIG. 12 indicates the depth (nm) from the surface of the silicon nitride film, and the vertical axis in FIG. 12 indicates the H element concentration (atoms / cm 3 ). According to FIG. 12, compared with the H element concentration (curve (a)) in the silicon nitride film formed by the conventional recipe (FIG. 7 (a)), N 2 long (FIG. 7 (d)). It can be seen that the H element concentration (curve (d)) in the formed silicon nitride film is slightly lower. Note that, according to FIG. 12, H element concentration (curve (b) and curve (c) in the silicon nitride film formed by DCS long (FIG. 7B) and NH 3 long (FIG. 7C). )), It is understood that there is almost no difference compared with the H element concentration (curve (a)) in the silicon nitride film formed by the conventional recipe (FIG. 7A).

図13は、図7(a)〜図7(d)に示す各基板処理工程により成膜したシリコン窒化膜について、Si−N結合数に関するFTIR(フーリエ変換型赤外分光)の測定結果をそれぞれ示すグラフ図である。図13の横軸はシリコン窒化膜表面からの深さ(nm)を示し、図13の縦軸は、シリコン窒化膜中のSi−N結合による光吸収量を示しており、横軸はシリコン窒化膜への照射光の波長を示している。図13によれば、従来レシピ(図7(a))にて形成したシリコン窒化膜の光吸収量よりも、N long(図7(d))にて形成したシリコン窒化膜の光吸収量の方が多く、N long(図7(d))にて形成したシリコン窒化膜中においてSi−N結合数が増加していることが分かる。 FIG. 13 shows FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) measurement results relating to the number of Si—N bonds for the silicon nitride films formed by the respective substrate processing steps shown in FIGS. 7A to 7D. FIG. The horizontal axis of FIG. 13 indicates the depth (nm) from the surface of the silicon nitride film, the vertical axis of FIG. 13 indicates the amount of light absorption due to Si—N bonds in the silicon nitride film, and the horizontal axis indicates silicon nitride. The wavelength of the irradiation light to the film is shown. According to FIG. 13, the light absorption amount of the silicon nitride film formed by N 2 long (FIG. 7D) is larger than the light absorption amount of the silicon nitride film formed by the conventional recipe (FIG. 7A). It can be seen that the number of Si—N bonds is increased in the silicon nitride film formed in N 2 long (FIG. 7D).

以上示すとおり、第2の工程において、処理室201内からDCSガスや反応生成物等を排気させた後、窒素ガスを処理室201内に引き続き供給することにより、シリコン窒化膜中におけるCl元素濃度を低下させ(図11)、Si−N結合数を増加させ(図13)、HF系溶液に対するシリコン窒化膜のエッチングレートを低下させる(図8)ことが可能であることが分かる。   As described above, in the second step, after exhausting DCS gas, reaction products, and the like from the processing chamber 201, the nitrogen gas is continuously supplied into the processing chamber 201, whereby the concentration of Cl element in the silicon nitride film is increased. (FIG. 11), the number of Si—N bonds can be increased (FIG. 13), and the etching rate of the silicon nitride film with respect to the HF solution can be decreased (FIG. 8).

(成膜コストに関する評価結果)
続いて、発明者等は、図7(a)〜図7(d)に示す各基板処理工程におけるガスコスト(成膜に必要なガスのコスト)について比較検証を行った。図9は、図7(a)〜(d)に示す各基板処理工程におけるガスコストをそれぞれ示す表図である。図9に示す各コストは、300Åのシリコン窒化膜を形成する場合において、従来レシピ(図7(a))におけるDCSガスのコストに対する比率を用いて表している。
(Evaluation results regarding film formation costs)
Subsequently, the inventors conducted comparative verification on the gas cost (gas cost required for film formation) in each substrate processing step shown in FIGS. 7 (a) to 7 (d). FIG. 9 is a table showing gas costs in the respective substrate processing steps shown in FIGS. Each cost shown in FIG. 9 is expressed by using a ratio to the cost of the DCS gas in the conventional recipe (FIG. 7A) when a 300 シ リ コ ン silicon nitride film is formed.

図9によれば、300Åのシリコン窒化膜を形成するには、従来レシピ(図7(a))では375サイクルを要し、DCSガスのコストを1.0とした場合、アンモニアガスのコストは1.7となり、トータルガスコストは2.7となる。これに対し、N long(図7(d))では407サイクルを要し、DCSガスのコストは1.1となり、アンモニアのガスは1.7となり、トータルガスコストは2.9となる。また、DCS long(図7(b))では243サイクルを要し、DCSガスのコストは7.3となり、アンモニアのガスは1.1となり、トータルガスコストは8.3となる。また、NH long(図7(c))では348サイクルを要し、DCSガスのコストは0.9となり、アンモニアのガスは4.3となり、トータルガスコストは5.3となる。 According to FIG. 9, 375 cycles are required in the conventional recipe (FIG. 7 (a)) to form a 300 シ リ コ ン silicon nitride film. When the cost of DCS gas is 1.0, the cost of ammonia gas is 1.7, and the total gas cost is 2.7. In contrast, N 2 long (FIG. 7D) requires 407 cycles, the cost of DCS gas is 1.1, the gas of ammonia is 1.7, and the total gas cost is 2.9. DCS long (FIG. 7B) requires 243 cycles, the cost of DCS gas is 7.3, the gas of ammonia is 1.1, and the total gas cost is 8.3. In addition, in NH 3 long (FIG. 7C), 348 cycles are required, the cost of DCS gas becomes 0.9, the gas of ammonia becomes 4.3, and the total gas cost becomes 5.3.

すなわち、窒素ガスの供給時間を延長するN long(図7(d))の成膜コストは、従来レシピ(図7(a))の成膜コストと比べてほとんど増加しないことが分かる。また、窒素ガスの供給時間を延長するN long(図7(d))の成膜コストは、DCS long(図7(b))の成膜コストやNH long(図7(c))の成膜コストと比較してはるかに少ないことが分かる。 That is, it can be seen that the film formation cost of N 2 long (FIG. 7D) for extending the supply time of nitrogen gas hardly increases as compared with the film formation cost of the conventional recipe (FIG. 7A). Further, the film formation cost of N 2 long (FIG. 7D) for extending the supply time of nitrogen gas is the same as the film formation cost of DCS long (FIG. 7B) or NH 3 long (FIG. 7C). It can be seen that this is far less than the film formation cost.

(窒素ガスの供給時間の上限値)
続いて発明者等は、第2工程にて供給する窒素ガスの供給時間とエッチングレート比との関係について評価を行った。図10に評価結果を示す。図10によれば、窒素ガスの供
給時間を延ばすにつれてシリコン窒化膜のエッチングレートが低下することが分かる。また、窒素ガスの供給時間が65秒を超えると、シリコン窒化膜のエッチングレートはほとんど低下しないことが分かる。すなわち、窒素ガスの供給開始から所定時間が経過すると、シリコン窒化膜中からのCl元素の脱離量(シリコン窒化膜のエッチングレートの低下量)が所定値以下に低減して収束することが分かる。従って、Cl元素の脱離量(シリコン窒化膜のエッチングレートの低下量)が所定値以下に低減したら、第2工程における窒素ガスの供給を停止して第3工程を開始してよい(あるいは、第4工程における窒素ガスの供給を停止して第1工程を開始してよい)ことが分かる。
(Upper limit of nitrogen gas supply time)
Subsequently, the inventors evaluated the relationship between the supply time of the nitrogen gas supplied in the second step and the etching rate ratio. FIG. 10 shows the evaluation results. As can be seen from FIG. 10, the etching rate of the silicon nitride film decreases as the supply time of the nitrogen gas is extended. It can also be seen that when the nitrogen gas supply time exceeds 65 seconds, the etching rate of the silicon nitride film hardly decreases. That is, it can be seen that when a predetermined time elapses from the start of the supply of nitrogen gas, the amount of Cl element desorbed from the silicon nitride film (the amount of decrease in the etching rate of the silicon nitride film) is reduced below the predetermined value and converges. . Accordingly, when the amount of Cl element desorption (the amount of decrease in the etching rate of the silicon nitride film) is reduced to a predetermined value or less, the supply of nitrogen gas in the second step may be stopped and the third step may be started (or It can be seen that the supply of nitrogen gas in the fourth step may be stopped and the first step may be started).

(第2工程と第4の工程との比較)
続いて発明者等は、第2工程のみにて窒素ガスの供給時間を延長させた場合と、第4工程のみにて窒素ガスの供給時間を延長させた場合と、第2工程と第4の工程との両工程にて窒素ガスの供給時間を延長させた場合と、におけるシリコン窒化膜のエッチングレート比をそれぞれ測定した。図15に測定結果を示す。なお、図14(a)は、第2の工程における不活性ガスの供給時間を長くした基板処理工程を示す概略図であり、(b)は第4の工程における不活性ガスの供給時間を長くした基板処理工程を示す概略図である。成膜温度は525℃であり同一とした。
(Comparison between the second step and the fourth step)
Subsequently, the inventors extended the supply time of the nitrogen gas only in the second step, extended the supply time of the nitrogen gas only in the fourth step, and the second step and the fourth step. The etching rate ratio of the silicon nitride film in the case where the supply time of the nitrogen gas was extended in both the steps and the step was measured. FIG. 15 shows the measurement results. FIG. 14A is a schematic diagram showing a substrate processing process in which the inert gas supply time in the second process is extended, and FIG. 14B is a schematic diagram showing an increase in the inert gas supply time in the fourth process. It is the schematic which shows the performed substrate processing process. The film forming temperature was 525 ° C. and was the same.

図15に示すように、第2工程のみにて窒素ガスの供給時間を延長させた場合(図中左)にはエッチングレート比が0.2となり、第4工程のみにて窒素ガスの供給時間を延長させた場合(図中央)にはエッチングレート比が0.35となり、第2工程と第4の工程との両工程にて窒素ガスの供給時間を延長させた場合(図中右)にはエッチングレート比が0.2未満となった。すなわち、シリコン窒化膜のエッチングレートを低下させるには、第4工程における窒素ガスの供給時間を延長させるよりも、第2工程における窒素ガスの供給時間を延長させることが有効であることが分かった。また、第2工程と第4の工程との両工程にて窒素ガスの供給時間を延長させることにより、エッチングレートをさらに低下させることが可能であることが分かった。   As shown in FIG. 15, when the supply time of nitrogen gas is extended only in the second step (left in the figure), the etching rate ratio becomes 0.2, and the supply time of nitrogen gas only in the fourth step. Is extended (in the middle of the figure), the etching rate ratio is 0.35, and the supply time of nitrogen gas is extended in both the second and fourth steps (right in the figure). The etching rate ratio was less than 0.2. In other words, it was found that extending the nitrogen gas supply time in the second step was more effective than lowering the nitrogen gas supply time in the fourth step in order to reduce the etching rate of the silicon nitride film. . It was also found that the etching rate can be further reduced by extending the supply time of nitrogen gas in both the second step and the fourth step.

<本発明の好ましい態様>
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

本発明の一態様によれば、
処理室内に収容された基板上に薄膜を形成する基板処理方法であって、
Cl元素を含有する第1の処理ガスを前記処理室内に供給する第1の工程と、
不活性ガスを前記処理室内に供給して前記処理室内から第1の処理ガスを排出させる第2の工程と、
第2の処理ガスを前記処理室内に供給して前記基板上に薄膜を生成する第3の工程と、
不活性ガスを前記処理室内に供給して前記処理室内から第2の処理ガスを排出させる第4の工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返し、
前記第2の工程では、前記処理室内から第1の処理ガスを排出させた後も不活性ガスを前記処理室内に引き続き供給する基板処理方法が提供される。
According to one aspect of the invention,
A substrate processing method for forming a thin film on a substrate housed in a processing chamber,
A first step of supplying a first processing gas containing Cl element into the processing chamber;
A second step of supplying an inert gas into the processing chamber and discharging the first processing gas from the processing chamber;
A third step of supplying a second processing gas into the processing chamber to form a thin film on the substrate;
A fourth step of supplying an inert gas into the processing chamber and discharging a second processing gas from the processing chamber, and repeating this cycle a predetermined number of times as one cycle,
In the second step, there is provided a substrate processing method for continuously supplying an inert gas into the processing chamber even after the first processing gas is exhausted from the processing chamber.

好ましくは、前記第2の工程では、前記処理室内から第1の処理ガスを排気させた後、前記薄膜中からCl元素を脱離させるように、不活性ガスを前記処理室内に引き続き供給する。   Preferably, in the second step, after the first processing gas is exhausted from the processing chamber, an inert gas is continuously supplied into the processing chamber so as to desorb Cl element from the thin film.

好ましくは、前記第2の工程では、前記処理室内から第1の処理ガスを排気させた後、前記薄膜中からのCl元素の脱離量が所定値以下に低減するまで、不活性ガスを前記処理室内に引き続き供給する。   Preferably, in the second step, after the first processing gas is exhausted from the processing chamber, the inert gas is supplied until the desorption amount of Cl element from the thin film is reduced to a predetermined value or less. Continue to supply into the processing chamber.

好ましくは、前記第4の工程では、前記処理室内から第3の処理ガスを排出させた後も不活性ガスを前記処理室内に引き続き供給する。   Preferably, in the fourth step, the inert gas is continuously supplied into the processing chamber even after the third processing gas is discharged from the processing chamber.

好ましくは、前記第4の工程では、前記処理室内から第2の処理ガスを排気させた後、前記薄膜中からCl元素を脱離させるように、不活性ガスを前記処理室内に引き続き供給する。   Preferably, in the fourth step, after the second processing gas is exhausted from the processing chamber, an inert gas is continuously supplied into the processing chamber so as to desorb Cl element from the thin film.

好ましくは、前記第4の工程では、前記処理室内から第2の処理ガスを排気させた後、前記薄膜中からのCl元素の脱離量が所定値以下に低減するまで、不活性ガスを前記処理室内に引き続き供給する。   Preferably, in the fourth step, after the second processing gas is exhausted from the processing chamber, the inert gas is supplied until the amount of desorption of Cl element from the thin film is reduced to a predetermined value or less. Continue to supply into the processing chamber.

好ましくは、前記第2の工程における不活性ガスの総供給量が、前記第4の工程における不活性ガスの総供給量よりも多い。   Preferably, the total supply amount of the inert gas in the second step is larger than the total supply amount of the inert gas in the fourth step.

好ましくは、前記第2の工程における不活性ガスの供給時間が、前記第4の工程における不活性ガスの供給時間よりも長い。   Preferably, the supply time of the inert gas in the second step is longer than the supply time of the inert gas in the fourth step.

本発明の他の態様によれば、
処理室内に収容された基板上に薄膜を形成する基板処理方法であって、
Cl元素を含有する第1の処理ガスを前記処理室内に供給する第1の工程と、
不活性ガスを前記処理室内に供給して前記処理室内から第1の処理ガスを排出させる第2の工程と、
第2の処理ガスを前記処理室内に供給して前記基板上に薄膜を生成する第3の工程と、
不活性ガスを前記処理室内に供給して前記処理室内から第2の処理ガスを排出させる第4の工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返し、
前記第2の工程における不活性ガスの供給量あるいは供給時間を調整することにより、前記薄膜中におけるCl元素濃度を制御する基板処理方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
A substrate processing method for forming a thin film on a substrate housed in a processing chamber,
A first step of supplying a first processing gas containing Cl element into the processing chamber;
A second step of supplying an inert gas into the processing chamber and discharging the first processing gas from the processing chamber;
A third step of supplying a second processing gas into the processing chamber to form a thin film on the substrate;
A fourth step of supplying an inert gas into the processing chamber and discharging a second processing gas from the processing chamber, and repeating this cycle a predetermined number of times as one cycle,
There is provided a substrate processing method for controlling the Cl element concentration in the thin film by adjusting the supply amount or supply time of the inert gas in the second step.

本発明の他の態様によれば、
処理室内に収容された基板上に薄膜を形成する基板処理方法であって、
Cl元素を含有する第1の処理ガスを前記処理室内に供給する第1の工程と、
不活性ガスを前記処理室内に供給して前記処理室内から第1の処理ガスを排出させる第2の工程と、
第2の処理ガスを前記処理室内に供給して前記基板上に薄膜を生成する第3の工程と、
不活性ガスを前記処理室内に供給して前記処理室内から第2の処理ガスを排出させる第4の工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返し、
前記第4の工程における不活性ガスの供給量あるいは供給時間を調整することにより、前記薄膜中におけるCl元素濃度を制御する基板処理方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
A substrate processing method for forming a thin film on a substrate housed in a processing chamber,
A first step of supplying a first processing gas containing Cl element into the processing chamber;
A second step of supplying an inert gas into the processing chamber and discharging the first processing gas from the processing chamber;
A third step of supplying a second processing gas into the processing chamber to form a thin film on the substrate;
A fourth step of supplying an inert gas into the processing chamber and discharging a second processing gas from the processing chamber, and repeating this cycle a predetermined number of times as one cycle,
By adjusting the supply amount or supply time of the inert gas in the fourth step, a substrate processing method for controlling the Cl element concentration in the thin film is provided.

好ましくは、
前記第1の処理ガスはジクロロシランガスであり、
前記第2の処理ガスはプラズマにより活性化させたアンモニアガスであり、
前記不活性ガスは窒素ガスである。
Preferably,
The first processing gas is dichlorosilane gas,
The second processing gas is ammonia gas activated by plasma,
The inert gas is nitrogen gas.

101 基板処理装置
200 ウエハ(基板)
201 処理室
202 処理炉
231 排気ライン
232a 第1ガス供給ライン
232b 第2ガス供給ライン
232c 不活性ガス供給ライン
232d 不活性ガス供給ライン
280 コントローラ
101 substrate processing apparatus 200 wafer (substrate)
201 processing chamber 202 processing furnace 231 exhaust line 232a first gas supply line 232b second gas supply line 232c inert gas supply line 232d inert gas supply line 280 controller

Claims (7)

基板上にシリコン窒化膜を形成する工程を有し、
前記シリコン窒化膜を形成する工程では、
Cl元素を含有する第1の処理ガスを前記基板を収容した処理室内に供給する第1の工程と、
不活性ガスを単体で前記処理室内に供給して前記処理室内から第1の処理ガスを排出させる第2の工程と、
第2の処理ガスを前記処理室内に供給して前記基板上に薄膜を生成する第3の工程と、
不活性ガスを単体で前記処理室内に供給して前記処理室内から第2の処理ガスを排出させる第4の工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返し、
前記第2の工程では、
前記処理室内から第1の処理ガスを排出させた後、不活性ガスを単体で前記処理室内に引き続き供給し、前記基板を不活性ガス単体の雰囲気に晒すことで前記薄膜中からCl元素を脱離させ、前記薄膜中からのCl元素の脱離量が所定値以下に低減したら、前記処理室内への不活性ガスの供給を停止する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a silicon nitride film on the substrate;
In the step of forming the silicon nitride film,
A first step of supplying a first processing gas containing Cl element into a processing chamber containing the substrate;
A second step of supplying an inert gas alone into the processing chamber and discharging the first processing gas from the processing chamber;
A third step of supplying a second processing gas into the processing chamber to form a thin film on the substrate;
A fourth step of supplying an inert gas alone into the processing chamber and discharging the second processing gas from the processing chamber, and repeating this cycle a predetermined number of times as one cycle,
In the second step,
After the first processing gas is exhausted from the processing chamber, the inert gas is continuously supplied alone to the processing chamber, and the substrate is exposed to the atmosphere of the inert gas alone to remove the Cl element from the thin film. The method for manufacturing a semiconductor device is characterized in that the supply of the inert gas into the processing chamber is stopped when the amount of Cl element desorbed from the thin film is reduced to a predetermined value or less .
前記第4の工程では、In the fourth step,
前記処理室内から第2の処理ガスを排出させた後、不活性ガスを単体で前記処理室内に引き続き供給し、前記基板を不活性ガス単体の雰囲気に晒すことで前記薄膜中からCl元素を脱離させ、前記薄膜中からのCl元素の脱離量が所定値以下に低減したら、前記処理室内への不活性ガスの供給を停止するAfter the second processing gas is discharged from the processing chamber, the inert gas is continuously supplied alone to the processing chamber, and the substrate is exposed to the atmosphere of the inert gas alone to remove the Cl element from the thin film. When the desorption amount of Cl element from the thin film is reduced below a predetermined value, the supply of the inert gas into the processing chamber is stopped.
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記第2の工程における不活性ガスの供給時間が、前記第4の工程における不活性ガスの供給時間よりも長いThe inert gas supply time in the second step is longer than the inert gas supply time in the fourth step.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
基板上にシリコン窒化膜を形成する工程を有し、
前記シリコン窒化膜を形成する工程では、
Cl元素を含有する第1の処理ガスを前記基板を収容した処理室内に供給する第1の工程と、
不活性ガスを単体で前記処理室内に供給して前記処理室内から第1の処理ガスを排出させる第2の工程と、
第2の処理ガスを前記処理室内に供給して前記基板上に薄膜を生成する第3の工程と、
不活性ガスを単体で前記処理室内に供給して前記処理室内から第2の処理ガスを排出させる第4の工程と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返し、
前記第2の工程では、
前記処理室内から第1の処理ガスを排出させた後、不活性ガスを単体で前記処理室内に引き続き供給し、前記基板を不活性ガス単体の雰囲気に晒すことで前記薄膜中からCl元素を脱離させ、前記薄膜中からのCl元素の脱離量が所定値以下に低減したら、前記処理室内への不活性ガスの供給を停止する
ことを特徴とする基板処理方法。
Forming a silicon nitride film on the substrate;
In the step of forming the silicon nitride film,
A first step of supplying a first processing gas containing Cl element into a processing chamber containing the substrate;
A second step of supplying an inert gas alone into the processing chamber and discharging the first processing gas from the processing chamber;
A third step of supplying a second processing gas into the processing chamber to form a thin film on the substrate;
A fourth step of supplying an inert gas alone into the processing chamber and discharging the second processing gas from the processing chamber, and repeating this cycle a predetermined number of times as one cycle,
In the second step,
After the first processing gas is exhausted from the processing chamber, the inert gas is continuously supplied alone to the processing chamber, and the substrate is exposed to the atmosphere of the inert gas alone to remove the Cl element from the thin film. The substrate processing method is characterized in that the supply of the inert gas into the processing chamber is stopped when the release amount of the Cl element from the thin film is reduced to a predetermined value or less .
前記第4の工程では、In the fourth step,
前記処理室内から第2の処理ガスを排出させた後、不活性ガスを単体で前記処理室内に引き続き供給し、前記基板を不活性ガス単体の雰囲気に晒すことで前記薄膜中からCl元素を脱離させ、前記薄膜中からのCl元素の脱離量が所定値以下に低減したら、前記処理室内への不活性ガスの供給を停止するAfter the second processing gas is discharged from the processing chamber, the inert gas is continuously supplied alone to the processing chamber, and the substrate is exposed to the atmosphere of the inert gas alone to remove the Cl element from the thin film. When the desorption amount of Cl element from the thin film is reduced below a predetermined value, the supply of the inert gas into the processing chamber is stopped.
ことを特徴とする請求項4に記載の基板処理方法。The substrate processing method according to claim 4.
前記第2の工程における不活性ガスの供給時間が、前記第4の工程における不活性ガスの供給時間よりも長いThe inert gas supply time in the second step is longer than the inert gas supply time in the fourth step.
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の基板処理方法。The substrate processing method according to claim 4 or 5, wherein
基板を収容する処理室と、
前記処理室内に第1の処理ガスを供給する第1処理ガス供給ラインと、
前記処理室内に第2の処理ガスを供給する第2処理ガス供給ラインと、
前記処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
少なくとも前記第1処理ガス供給ライン、前記第2処理ガス供給ライン、前記不活性ガス供給ライン及び前記排気ラインを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
第1の処理ガスを前記処理室内に供給させる第1の処理と、不活性ガスを単体で前記処理室内に供給させて前記処理室内から第1の処理ガスを排出させる第2の処理と、第2の処理ガスを前記処理室内に供給させて前記基板上に薄膜を生成させる第3の処理と、不活性ガスを単体で前記処理室内に供給させて前記処理室内から第2の処理ガスを排出させる第4の処理と、を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数繰り返すことで基板上にシリコン窒化膜を形成する際、前記第2の処理では、前記処理室内から第1の処理ガスを排出させた後、不活性ガスを単体で前記処理室内に引き続き供給させ、前記基板を不活性ガス単体の雰囲気に晒すことで前記薄膜中からCl元素を脱離させ、前記薄膜中からのCl元素の脱離量が所定値以下に低減したら、前記処理室内への不活性ガスの供給を停止させる
ことを特徴とする基板処理装置。
A processing chamber for accommodating the substrate;
A first processing gas supply line for supplying a first processing gas into the processing chamber;
A second processing gas supply line for supplying a second processing gas into the processing chamber;
An inert gas supply line for supplying an inert gas into the processing chamber;
An exhaust line for exhausting the processing chamber;
A controller for controlling at least the first processing gas supply line, the second processing gas supply line, the inert gas supply line, and the exhaust line;
The controller is
A first process for supplying a first process gas into the process chamber; a second process for supplying an inert gas alone into the process chamber and discharging the first process gas from the process chamber; A second process gas is supplied to the process chamber to form a thin film on the substrate, and an inert gas is supplied to the process chamber as a single unit to discharge the second process gas from the process chamber. When the silicon nitride film is formed on the substrate by repeating this cycle a predetermined number of times as a fourth process, the first process gas is exhausted from the process chamber in the second process. Thereafter, the inert gas is continuously supplied alone into the processing chamber, and the Cl element is desorbed from the thin film by exposing the substrate to the atmosphere of the inert gas alone, and the Cl element is desorbed from the thin film. The amount is reduced below the specified value When, the substrate processing apparatus according to claim <br/> stopping the supply of the inert gas into the processing chamber.
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