JP5770892B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents
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Description
基板を収容した処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給し排気して、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し排気して、前記所定元素含有層を酸化層に変化させる工程と、
を交互に繰り返して、前記基板上に所定膜厚の酸化膜を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し排気して、前記基板上に形成された前記酸化膜を改質する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
前記処理容器内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
基板を収容した前記処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給し排気して、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し排気して、前記所定元素含有層を酸化層に変化させる工程と、
を交互に繰り返して、前記基板上に所定膜厚の酸化膜を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し排気して、前記基板上に形成された前記酸化膜を改質する工程と、
を行うように、前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記酸素含有ガス供給系、前記水素含有ガス供給系、前記排気系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
[ステップ1]
第1ガス供給管232aのバルブ243aを開き、第1ガス供給管232aにHCDガスを流す。HCDガスは、第1ガス供給管232aから流れ、マスフローコントローラ241aにより流量調整される。流量調整されたHCDガスは、第1ノズル233aのガス供給孔248aから、加熱された減圧状態の処理室201内に供給され、排気管231から排気される(HCDガス供給)。このとき、第1不活性ガス供給管232dのバルブ243dを開き、第1不活性ガス供給管232dから不活性ガスとしてN2ガスを供給するようにしてもよい。N2ガスは、マスフローコントローラ241dにより流量調整されて、第1ガス供給管232a内に供給される。この場合、第1ノズル233aからは、HCDガスとN2ガスの混合ガスが供給されることとなる。
ウエハ200上にシリコン含有層が形成された後、第1ガス供給管232aのバルブ243aを閉じ、HCDガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、残留したHCDガスを処理室201内から排除する。このとき、バルブ243dを開き、不活性ガスとしてのN2ガスを処理室201内へ供給すると、N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のHCDガスを処理室201内から排除する効果を更に高めることができる(残留ガス除去)。
処理室201内の残留ガスを除去した後、第2ガス供給管232bのバルブ243bを開き、第2ガス供給管232bにO2ガスを流す。O2ガスは第2ガス供給管232bから流れ、マスフローコントローラ241bにより流量調整される。流量調整されたO2ガスは第2ノズル233bのガス供給孔248bから加熱された減圧状態のバッファ室237内に供給される。このとき同時に、第3ガス供給管232cのバルブ243cを開き、第3ガス供給管232cにH2ガスを流す。H2ガスは第3ガス供給管232cから流れ、マスフローコントローラ241cにより流量調整される。流量調整されたH2ガスは第2ガス供給管232bを経由して第2ノズル233bのガス供給孔248bから加熱された減圧状態のバッファ室237内に供給される。なお、H2ガスは第2ガス供給管232bを経由する際に第2ガス供給管232b内でO2ガスと混合される。すなわち、第2ノズル233bからは、O2ガスとH2ガスの混合ガスが供給されることとなる。バッファ室237内に供給されたO2ガスとH2ガスの混合ガスは、バッファ室237のガス供給孔248cから、加熱された減圧状態の処理室201内に供給され、排気管231から排気される(O2ガス+H2ガス供給)。
シリコン含有層をシリコン酸化層へと変化させた後、第2ガス供給管232bのバルブ243bを閉じ、O2ガスの供給を停止する。また、第3ガス供給管232cのバルブ243cを閉じ、H2ガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、残留したO2ガスやH2ガスを処理室201内から排除する。このとき、バルブ243e、243fを開き、不活性ガスとしてのN2ガスを処理室201内へ供給すると、N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン酸化層形成に寄与した後のO2ガスやH2ガスを処理室201内から排除する効果を更に高めることができる(残留ガス除去)。
改質工程では、第2ガス供給管232bのバルブ243bを開き、第2ガス供給管232bにO2ガスを流す。O2ガスは第2ガス供給管232bから流れ、マスフローコントローラ241bにより流量調整される。流量調整されたO2ガスは第2ノズル233bのガス供給孔248bから加熱された減圧状態のバッファ室237内に供給される。このとき同時に、第3ガス供給管232cのバルブ243cを開き、第3ガス供給管232cにH2ガスを流す。H2ガスは第3ガス供給管232cから流れ、マスフローコントローラ241cにより流量調整される。流量調整されたH2ガスは第2ガス供給管232bを経由して第2ノズル233bのガス供給孔248bから加熱された減圧状態のバッファ室237内に供給される。なお、H2ガスは第2ガス供給管232bを経由する際に第2ガス供給管232b内でO2ガスと混合される。すなわち、第2ノズル233bからは、O2ガスとH2ガスの混合ガスが供給されることとなる。バッファ室237内に供給されたO2ガスとH2ガスの混合ガスは、バッファ室237のガス供給孔248cから、加熱された減圧状態の処理室201内に供給され、排気管231から排気される(O2ガス+H2ガス供給(改質処理))。
においてO2ガスとH2ガスとを反応させて原子状酸素等のOを含む酸化種を生成する。そしてこの酸化種を用いて、シリコン含有層(Si層やHCDガスの吸着層)をシリコン酸化層(SiO層)へと変化させる。この酸化種の持つエネルギーは、シリコン含有層中に含まれるSi−N、Si−Cl、Si−H、Si−Cの結合エネルギーよりも高いため、この酸化種のエネルギーを酸化処理対象のシリコン含有層に与えることで、シリコン含有層中に含まれるSi−N、Si−Cl、Si−H、Si−C結合は切り離される。Siとの結合を切り離されたN、H、Cl、Cは膜中から除去され、N2、H2、Cl2、HCl、CO2等として排出される。また、N、H、Cl、Cとの結合が切られることで余ったSiの結合手は、酸化種に含まれるOと結びつきSi−O結合が形成される。このようにしてシリコン含有層は酸化されシリコン酸化層へと変化させられる。すなわち、本実施形態の成膜工程における酸化処理(ステップ3)には、改質工程と同様な膜中不純物除去作用があり、本実施形態の成膜工程によれば、膜中窒素、水素、塩素、炭素濃度の低いシリコン酸化膜が得られる。そしてこのようにして形成されたシリコン酸化膜に対して、本実施形態の改質工程を行うことにより、シリコン酸化膜の膜中窒素、水素、塩素、炭素濃度を更に低減させることが可能となり、膜中不純物濃度が極めて低い良質な酸化膜を得ることができることとなる。
は、有機系シリコン原料を用いてCVD法により形成したシリコン酸化膜よりも極めて低くなることを確認した。また、本実施形態の処理シーケンスによれば、有機系シリコン原料を用いた場合であっても、ウエハ面内における膜厚均一性、膜中の不純物濃度が良好なものとなることを確認した。
次に第1実施例について説明する。
上述の実施形態の成膜工程によりウエハ上にSiO2膜を450℃、600℃の各温度で成膜し、その後、450℃で成膜したSiO2膜に対して450℃、600℃の各温度で、減圧下でのO2ガス+H2ガスによる改質処理(上述の実施形態の改質処理)、大気圧下でのN2アニール(比較例の改質処理)を行った。また、その改質処理前後におけるSiO2膜に対して1%HF溶液を用いてエッチングを行い、その際のウエハエッチングレート(以下、WERともいう)を測定した。具体的には、次の6つの評価サンプルを作成し、それぞれの評価サンプルにおけるSiO2膜に対して1%HF溶液によるWERを測定した。なお、温度(ウエハ温度)以外の処理条件は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とした。
(B)本実施形態の成膜工程によりSiO2膜を450℃で成膜した評価サンプル。
(C)本実施形態の成膜工程によりSiO2膜を450℃で成膜し、その後、そのSiO2膜に対して成膜時よりも高い温度である600℃の温度で、大気圧下でのN2アニール(比較例の改質処理)を行った評価サンプル。
(D)本実施形態の成膜工程によりSiO2膜を450℃で成膜し、その後、そのSiO2膜に対して成膜時よりも高い温度である600℃の温度で、減圧下でのO2ガス+H2ガスによる改質処理(上述の実施形態の改質処理)を行った評価サンプル。
(E)本実施形態の成膜工程によりSiO2膜を450℃で成膜し、その後、そのSiO2膜に対して成膜時と同じ温度である450℃の温度で、大気圧下でのN2アニール(比較例の改質処理)を行った評価サンプル。
(F)本実施形態の成膜工程によりSiO2膜を450℃で成膜し、その後、そのSiO2膜に対して成膜時と同じ温度である450℃の温度で、減圧下でのO2ガス+H2ガスによる改質処理(上述の実施形態の改質処理)を行った評価サンプル。
次に第2実施例について説明する。
上述の実施形態の成膜工程によりウエハ上にSiO2膜を450℃、600℃、700℃の各温度で成膜し、その後、450℃、600℃で成膜したSiO2膜に対して700℃の温度で、減圧下でのO2ガス+H2ガスによる改質処理(上述の実施形態の改質処理)を60分行い、その改質処理前後におけるSiO2膜の膜中不純物(H、Cl)の濃度を測定した。具体的には、次の5つの評価サンプルを作成し、それぞれの評価サンプルにおけるSiO2膜の膜中不純物(H、Cl)の濃度を測定した。なお、温度(ウエハ温度)以外の処理条件は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とした。また膜中不純物の測定はSIMSにより行った。
(B)本実施形態の成膜工程によりSiO2膜を600℃で成膜した評価サンプル。
(C)本実施形態の成膜工程によりSiO2膜を700℃で成膜した評価サンプル。
(D)本実施形態の成膜工程によりSiO2膜を450℃で成膜し、その後、そのSiO2膜に対して成膜時よりも高い温度である700℃の温度で、減圧下でのO2ガス+H2ガスによる改質処理(上述の実施形態の改質処理)を行った評価サンプル。
(E)本実施形態の成膜工程によりSiO2膜を600℃で成膜し、その後、そのSiO2膜に対して成膜時よりも高い温度である700℃の温度で、減圧下でのO2ガス+H2ガスによる改質処理(上述の実施形態の改質処理)を行った評価サンプル。
基板を収容した処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給し排気して、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し排気して、前記所定元素含有層を酸化層に変化させる工程と、
を交互に繰り返して、前記基板上に所定膜厚の酸化膜を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し排気して、前記基板上に形成された前記酸化膜を改質する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
基板を収容した処理容器内にシリコンを含む原料ガスを供給し排気して、前記基板上にシリコン含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し排気して、前記シリコン含有層をシリコン酸化層に変化させる工程と、
を交互に繰り返して、前記基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し排気して、前記基板上に形成された前記シリコン酸化膜を改質する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
前記処理容器内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
基板を収容した前記処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給し排気して、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し排気して、前記所定元素含有層を酸化層に変化させる工程と、
を交互に繰り返して、前記基板上に所定膜厚の酸化膜を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し排気して、前記基板上に形成された前記酸化膜を改質する工程と、
を行うように、前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記酸素含有ガス供給系、前記水素含有ガス供給系、前記排気系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内にシリコンを含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
前記処理容器内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
基板を収容した前記処理容器内にシリコンを含む原料ガスを供給し排気して、前記基板上にシリコン含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し排気して、前記シリコン含有層をシリコン酸化層に変化させる工程と、
を交互に繰り返して、前記基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し排気して、前記基板上に形成された前記シリコン酸化膜を改質する工程と、
を行うように、前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記酸素含有ガス供給系、前記水素含有ガス供給系、前記排気系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
200 ウエハ
201 処理室
202 処理炉
203 反応管
207 ヒータ
231 排気管
232a 第1ガス供給管
232b 第2ガス供給管
232c 第3ガス供給管
232d 第1不活性ガス供給管
232e 第2不活性ガス供給管
232f 第3不活性ガス供給管
241a マスフローコントローラ
241b マスフローコントローラ
241c マスフローコントローラ
241d マスフローコントローラ
241e マスフローコントローラ
241f マスフローコントローラ
Claims (11)
- 基板を収容した処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給し、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し、前記所定元素含有層を酸化層に変化させる工程と、
を交互に繰り返して、前記基板上に所定膜厚の酸化膜を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し、前記基板上に形成された前記酸化膜を改質する工程と、
を有し、
前記所定元素含有層を酸化層に変化させる工程では、加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下で、酸素含有ガスと水素含有ガスとをノンプラズマで熱的に活性化させて反応させることで原子状酸素を含む酸化種を生成し、この酸化種を用いて前記所定元素含有層を前記酸化層に変化させ、
前記酸化膜を改質する工程では、加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下で、酸素含有ガスと水素含有ガスとをノンプラズマで熱的に活性化させて反応させることで原子状酸素を含む酸化種を生成し、この酸化種を用いて前記酸化膜を改質する半導体装置の製造方法。 - 前記所定元素含有層を酸化層に変化させる工程では、原子状酸素を含む酸化種を用いて前記所定元素含有層から不純物を除去し、前記酸化膜を改質する工程では、原子状酸素を含む酸化種を用いて前記酸化膜から不純物を除去することにより、前記酸化膜中の不純物濃度を多段階で低減する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記所定元素含有層を酸化層に変化させる工程、および、前記酸化膜を改質する工程では、それぞれ、前記基板の温度を450℃以上850℃以下の範囲内の温度とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸化膜を改質する工程における前記基板の温度を、前記所定元素含有層を酸化層に変化させる工程における前記基板の温度よりも高くするか、前記酸化膜を改質する工程における前記各ガスの供給時間を、前記所定元素含有層を酸化層に変化させる工程における前記各ガスの供給時間よりも長くする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を改質する工程と、を交互に繰り返す請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜を改質する工程と、をそれらの間に前記処理容器内をパージする工程を挟まずに連続的に行う請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記所定元素含有層を酸化層に変化させる工程および前記酸化膜を改質する工程では、酸素含有ガスと水素含有ガスとを同じノズルから前記処理容器内に供給する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記所定元素含有層を酸化層に変化させる工程では、酸素含有ガスの供給よりも先行して水素含有ガスの供給を開始する請求項1乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記所定元素含有層を酸化層に変化させる工程では、水素含有ガスの供給停止よりも先に酸素含有ガスの供給を停止する請求項1乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板を収容した処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給し、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し、前記所定元素含有層を酸化層に変化させる工程と、
を交互に繰り返して、前記基板上に所定膜厚の酸化膜を形成する工程と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し、前記基板上に形成された前記酸化膜を改質する工程と、
を有し、
前記所定元素含有層を酸化層に変化させる工程では、加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下で、酸素含有ガスと水素含有ガスとをノンプラズマで熱的に活性化させて反応させることで原子状酸素を含む酸化種を生成し、この酸化種を用いて前記所定元素含有層を前記酸化層に変化させ、
前記酸化膜を改質する工程では、加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下で、酸素含有ガスと水素含有ガスとをノンプラズマで熱的に活性化させて反応させることで原子状酸素を含む酸化種を生成し、この酸化種を用いて前記酸化膜を改質する基板処理方法。 - 基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
前記処理容器内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
基板を収容した前記処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給し、前記基板上に所定元素含有層を形成する処理と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し、前記所定元素含有層を酸化層に変化させる処理と、
を交互に繰り返して、前記基板上に所定膜厚の酸化膜を形成する処理と、
加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下にある前記処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給し、前記基板上に形成された前記酸化膜を改質する処理と、
を行い、
前記所定元素含有層を酸化層に変化させる処理では、加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下で、酸素含有ガスと水素含有ガスとをノンプラズマで熱的に活性化させて反応させることで原子状酸素を含む酸化種を生成し、この酸化種を用いて前記所定元素含有層を前記酸化層に変化させ、
前記酸化膜を改質する処理では、加熱された大気圧未満の圧力雰囲気下で、酸素含有ガスと水素含有ガスとをノンプラズマで熱的に活性化させて反応させることで原子状酸素を含む酸化種を生成し、この酸化種を用いて前記酸化膜を改質するように、
前記ヒータ、前記原料ガス供給系、前記酸素含有ガス供給系、前記水素含有ガス供給系および前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置。
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