JP5350329B2 - 半導体デバイスの製造方法および基板処理装置 - Google Patents
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Description
複数枚の基板を多段に積載して処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第1ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第1の原料ガスを供給し、前記第1の原料ガスを熱分解させて前記複数枚の基板上に数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第2ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第2の原料ガスを供給し、前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する工程とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する工程を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、
を有する。
請求項2に記載の半導体デバイスの製造方法は、
複数枚の基板を多段に積載して処理室内に搬入する工程と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第1ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第1の原料ガスを供給し、前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板上にCVD法により数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第2ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第2の原料ガスを供給し、前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する工程とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する工程を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、
を有する。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の半導体デバイスの製造方法において、前記第2の原料ガスは、O 2 をプラズマ励起した活性種およびO 3 のうち少なくとも何れかを含む。
請求項4に記載の発明は、複数枚の基板を多段に積載して処理室内に搬入する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第1ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第1の原料ガスを供給し、前記第1の原料ガスを熱分解させて前記複数枚の基板上に数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第2ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第2の原料ガスを供給し、前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する工程とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する工程を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、を有する。
請求項5に記載の基板処理方法は、
複数枚の基板を多段に積載して処理室内に搬入する工程と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第1ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第1の原料ガスを供給し、前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板上にCVD法により数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第2ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第2の原料ガスを供給し、前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する工程とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する工程を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、
を有する。
請求項6に記載の基板処理装置は、
複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱する加熱手段と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を多段に積載して保持する基板保持手段と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第1ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第1の原料ガスを供給する第1の原料ガス供給手段と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第2ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第2の原料ガスを供給する第2の原料ガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
前記処理室内に搬入され、前記基板保持手段により多段に積載して保持された前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記第1ノズルより前記処理室内に前記第1の原料ガスを供給して前記第1の原料ガスを熱分解させて前記複数枚の基板上に数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する処理と、前記基板保持手段により多段に積載して保持された前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記第2ノズルより前記処理室内に前記第2の原料ガスを供給して前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する処理とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する処理を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成するように、前記加熱手段、前記第1の原料ガス供給手段、前記第2の原料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、
を有する。
請求項7に記載の基板処理装置は、
複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱する加熱手段と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を多段に積載して保持する基板保持手段と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第1ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第1の原料ガスを供給する第1の原料ガス供給手段と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第2ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第2の原料ガスを供給する第2の原料ガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
前記処理室内に搬入され、前記基板保持手段により多段に積載して保持された前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記第1ノズルより前記処理室内に前記第1の原料ガスを供給して前記複数枚の基板上にCVD法により数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する処理と、前記基板保持手段により多段に積載して保持された前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記第2ノズルより前記処理室内に前記第2の原料ガスを供給して前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する処理とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する処理を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成するように、前記加熱手段、前記第1の原料ガス供給手段、前記第2の原料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、
を有する。
請求項8に記載の発明は、請求項6または7に記載の基板処理装置において、前記第1ノズルおよび前記第2ノズルのそれぞれには、複数のガス供給孔が設けられており、このガス供給孔は前記複数枚の基板のうちの隣接する基板間の中間位置において開口している。
ステップ1では、SiH4またはSi2H6ガスを流す。まずSiH4またはSi2H6供給配管10に設けたバルブ34と排気配管231に設けたバルブ42を共に開けて、SiH4またはSi2H6供給器4からSiH4またはSi2H6供給配管10をとおり処理室52にSiH4またはSi2H6を供給しつつ、排気配管7から排気する。この際、圧力制御器38により処理室52内の圧力を所定の圧力に調整する。
ステップ2では、SiH4またはSi2H6供給配管10のバルブ34を閉めて、SiH4またはSi2H6の供給を止める。排気配管231のバルブ37は開いたままにし、ポンプ246により処理室52内を排気し、残留SiH4またはSi2H6を処理室52内から排除する。また、不活性ガス供給配管6に設けられたバルブ36を開けて、流量制御器33により流量調節されたN2等の不活性ガスを不活性ガス供給配管6より処理室52に供給して処理室52内のパージを行い、処理室52内の残留SiH4またはSi2H6を処理室52外に排出する。
ステップ3では、O3ガスを流す。O3供給配管11に設けられた、バルブ35と排気配管231に設けられたバルブ37を共に開け、O3供給配管11から流量制御器32により流量調節されたO3ガスを処理室52内に供給しつつ、排気配管231から排気する。この際、圧力制御器38により処理室52内の圧力を所定の圧力に調整する。
O3の供給により、SiH4またはSi2H6がSi基板表面に形成したアモルファスシリコン薄膜とO3が表面反応して、ウエハ200上にSiO2膜が成膜される。
ステップ4では、再び不活性ガスによる処理室52内のパージを行う。O3供給配管11のバルブ35を閉めて、O3の供給を止める。排気配管231のバルブ37は開いたままにし、ポンプ246により処理室52内を排気し、残留O3を処理室52内から排除する。また、不活性ガス供給配管6に設けられたバルブ36を開けて、流量制御器33により流量調節されたN2等の不活性ガスを不活性ガス供給配管6より処理室52に供給して処理室52内のパージを行い、処理室52内の残留O3を処理室52外に排出する。
ステップ1では、SiH4またはSi2H6ガスを流す。まずSiH4またはSi2H6供給配管10に設けたバルブ34と排気配管231に設けたバルブ243を共に開けて、SiH4またはSi2H6供給器4から流量制御器41により流量調節されたSiH4またはSi2H6ガスをSiH4またはSi2H6供給配管10をとおりノズル234のガス供給口から処理室201内に供給しつつ、排気配管231から排気する。この際、処理室201内の圧力を所定の圧力に保つ。
ステップ2では、SiH4またはSi2H6供給配管10のバルブ34を閉めて、SiH4またはSi2H6の供給を止める。排気配管231のバルブ243は開いたままにし、真空ポンプ246により処理室201内を排気し、残留SiH4またはSi2H6を処理室201内から排除する。また、不活性ガス供給配管40に設けられたバルブ39を開けて、不活性ガス供給配管40からN2等の不活性ガスを処理室201内に供給し処理室201内のパージを行い、処理室201内の残留SiH4またはSi2H6を処理室201外に排出する。さらに、不活性ガス供給配管6に設けられたバルブ36を開けて、流量制御器33により流量調節されたN2等の不活性ガスを不活性ガス供給配管6からも処理室201内に供給する。
ステップ3では、O3ガスを流す。O3供給配管11に設けられた、バルブ35と排気配管231に設けられたバルブ243を共に開け、O3供給配管11から流量制御器32により流量調節されたO3ガスを処理室201内に供給しつつ、排気配管231から排気する。この際、処理室201内の圧力を所定の圧力に調整する。
O3の供給により、SiH4またはSi2H6がSi基板表面に形成したアモルファスシリコン薄膜とO3が表面反応して、ウエハ200上にSiO2膜が成膜される。
ステップ4では、再び不活性ガスによる処理室201内のパージを行う。O3供給配管11のバルブ35を閉めて、O3の供給を止める。排気配管231のバルブ243は開いたままにし、真空ポンプ246により処理室201内を排気し、残留O3を処理室201内から排除する。また、不活性ガス供給配管6に設けられたバルブ36を開けて、流量制御器33により流量調節されたN2等の不活性ガスを不活性ガス供給配管6より処理室201内に供給して処理室201内のパージを行う。さらに、不活性ガス供給配管40に設けられたバルブ39を開けて、不活性ガス供給配管40からもN2等の不活性ガスを処理室201に供給する。
ステップ1では、SiH4またはSi2H6ガスを流す。まずSiH4またはSi2H6供給配管10に設けたバルブ34と排気配管231に設けたバルブ243を共に開けて、SiH4またはSi2H6供給器4から流量制御器41により流量調節されたSiH4またはSi2H6ガスを、SiH4またはSi2H6供給配管10をとおりガス供給部249に供給し、ガス供給孔248cから処理室201に供給しつつ、排気配管231から排気する。この際、処理室201内を所定の圧力に保つ。
ステップ2では、SiH4またはSi2H6供給配管10のバルブ34を閉めて、SiH4またはSi2H6の供給を止める。排気配管231のバルブ243は開いたままにし、ポンプ246により処理室201内を排気し、残留SiH4またはSi2H6を処理室201内から排除する。また、不活性ガス供給配管40に設けられたバルブ39を開けて、不活性ガス供給配管40からもN2等の不活性ガスを処理室201内に供給し処理室201内のパージを行い、処理室201内の残留SiH4またはSi2H6を処理室201外に排出する。さらに、不活性ガス供給配管6に設けられたバルブ36を開けて、流量制御器33により流量調節されたN2等の不活性ガスを不活性ガス供給配管6からも処理室201内に供給する。
ステップ3では、O2ガスをプラズマ励起した活性種を流す。O2供給配管13に設けられたバルブ35と排気配管231に設けられたバルブ243を共に開け、O2供給配管13から流量制御器32により流量調節されたO2ガスをノズル233のガス供給孔248bからバッファ室237へ噴出し、ガス供給孔248aより処理室201内に噴出する。その際、棒状電極269、270間に高周波電源273から整合器272を介して高周波電力を印加してO2をプラズマ励起し、活性種として処理室201内に供給しつつ排気配管243から排気する。この際、処理室201を所定の圧力に保つ。
ステップ4では、再び不活性ガスによる処理室201内のパージを行う。O2供給配管13のバルブ35を閉めて、O2の供給を止める。排気配管231のバルブ243は開いたままにし、ポンプ246により処理室201内を排気し、残留O2を処理室201内から排除する。また、不活性ガス供給配管6に設けられたバルブ36を開けて、流量制御器33により流量調節されたN2等の不活性ガスを不活性ガス供給配管6より処理室201内に供給して処理室201内のパージを行う。さらに、不活性ガス供給配管40に設けられたバルブ39を開けて、不活性ガス供給配管40からもN2等の不活性ガスを処理室201に供給する。
1つのサイクルは4工程であり、第1のステップではまず、SiH4或いはSi2H6を流し、Si基板表面にアモルファスシリコン薄膜が形成される。第2のステップでは不活性ガスによりパージが行われ、処理室内のSiH4或いはSi2H6は処理室外に排出される。第3のステップではオゾンが流され、Si基板表面に形成されたアモルファスシリコン薄膜とオゾンの反応によりSiO2が形成される。第4のステップでは不活性ガスにより処理室内がパージされ、処理室内の残留オゾンは処理室外に排出される。それぞれのステップ時間を一例として示すと、第1ステップ(SiH4或いはSi2H6供給工程)は10−30秒、第2ステップ(パージ工程)は15秒、第3ステップ(オゾン供給工程)は5−60秒、第4ステップ(パージ工程)は3秒である。
5…O3発生器
6…不活性ガス供給配管
10…SiH4またはSi2H6供給配管
11…O3供給配管
12…基板支持台
13…O2供給配管
20…排気配管加熱ヒータ
21…処理室壁加熱ヒータ
22…SiH4またはSi2H6供給配管加熱ヒータ
24…O3供給配管加熱ヒータ
30…酸素配管
31…窒素配管
32…流量制御器
33…流量制御器
34…バルブ
35…バルブ
36…バルブ
37…バルブ
38…圧力制御器
52…処理室
39…バルブ
40…不活性ガス供給配管
41…流量制御器
43…O2供給配管加熱ヒータ
100…カセット
101…筐体
105…カセットステージ
109…カセット棚
110…予備カセット棚
112…ウエハ移載機
113…移載エレベータ
114…カセット移載機
115…カセットエレベータ
116…炉口シャッタ
118…クリーンユニット
121…ボートエレベータ
122…昇降部材
123…移載棚
124…搬送制御手段
200…ウエハ
201…処理室
202…処理炉
203…反応管
207…ヒータ
217…ボート
218…石英キャップ
219…シールキャップ
220…Oリング
224…プラズマ生成領域
231…ガス排気管
233…ノズル
234…ノズル
237…バッファ室
243…バルブ
246…真空ポンプ
248a…ガス供給孔
248b…ガス供給孔
248c…ガス供給孔
249…ガス供給部
267…ボート回転機構
269…棒状電極
270…棒状電極
272…整合器
273…高周波電源
275…電極保護管
321…コントローラ
Claims (8)
- 複数枚の基板を多段に積載して処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第1ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第1の原料ガスを供給し、前記第1の原料ガスを熱分解させて前記複数枚の基板上に数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第2ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第2の原料ガスを供給し、前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する工程とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する工程を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 - 複数枚の基板を多段に積載して処理室内に搬入する工程と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第1ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第1の原料ガスを供給し、前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板上にCVD法により数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第2ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第2の原料ガスを供給し、前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する工程とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する工程を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 - 前記第2の原料ガスは、O 2 をプラズマ励起した活性種およびO 3 のうち少なくとも何れかを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 複数枚の基板を多段に積載して処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第1ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第1の原料ガスを供給し、前記第1の原料ガスを熱分解させて前記複数枚の基板上に数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第2ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第2の原料ガスを供給し、前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する工程とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する工程を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。 - 複数枚の基板を多段に積載して処理室内に搬入する工程と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第1ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第1の原料ガスを供給し、前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板上にCVD法により数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記処理室内で前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第2ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第2の原料ガスを供給し、前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する工程とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する工程を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。 - 複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱する加熱手段と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を多段に積載して保持する基板保持手段と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第1ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第1の原料ガスを供給する第1の原料ガス供給手段と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第2ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第2の原料ガスを供給する第2の原料ガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
前記処理室内に搬入され、前記基板保持手段により多段に積載して保持された前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記第1ノズルより前記処理室内に前記第1の原料ガスを供給して前記第1の原料ガスを熱分解させて前記複数枚の基板上に数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する処理と、前記基板保持手段により多段に積載して保持された前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記第2ノズルより前記処理室内に前記第2の原料ガスを供給して前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する処理とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する処理を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成するように、前記加熱手段、前記第1の原料ガス供給手段、前記第2の原料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、
を有することを特徴とする基板処理装置。 - 複数枚の基板を処理する処理室と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を所定の温度に加熱する加熱手段と、
前記処理室内で前記複数枚の基板を多段に積載して保持する基板保持手段と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第1ノズルより前記処理室内にシリコン原子を含む第1の原料ガスを供給する第1の原料ガス供給手段と、
前記複数枚の基板の積載方向に沿って設けられた第2ノズルより前記処理室内に酸素原子を含む第2の原料ガスを供給する第2の原料ガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
前記処理室内に搬入され、前記基板保持手段により多段に積載して保持された前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記第1ノズルより前記処理室内に前記第1の原料ガスを供給して前記複数枚の基板上にCVD法により数原子層のアモルファスシリコン膜を形成する処理と、前記基板保持手段により多段に積載して保持された前記複数枚の基板を前記所定の温度に加熱した状態で、前記第2ノズルより前記処理室内に前記第2の原料ガスを供給して前記複数枚の基板上に形成された前記アモルファスシリコン膜と反応させてシリコン酸化膜を形成する処理とを、間に前記処理室内に残留するガスを前記処理室内から排出する処理を挟んで、交互に繰り返すことにより、前記複数枚の基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成するように、前記加熱手段、前記第1の原料ガス供給手段、前記第2の原料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、
を有することを特徴とする基板処理装置。 - 前記第1ノズルおよび前記第2ノズルのそれぞれには、複数のガス供給孔が設けられており、このガス供給孔は前記複数枚の基板のうちの隣接する基板間の中間位置において開口していることを特徴とする請求項6または7に記載の基板処理装置。
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