JP5797790B2 - 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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この発明は、基板上に薄膜を形成する工程を含む半導体装置の製造方法及び基板処理装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus including a step of forming a thin film on a substrate.

フラッシュメモリは、絶縁膜で囲まれた電子蓄積領域(浮遊ゲート)を備え、薄いトンネル酸化膜を介した電子のやり取りによって、情報の書き込みを行うと同時に、この薄い酸化膜の絶縁性を利用し長時間にわたり電子を保持し記憶を保つのが動作原理である。フラッシュメモリに記憶された情報は、外部からの動作がなされなくても10年もの長時間保持する必要があり、浮遊ゲートと呼ばれる電荷蓄積領域を取り囲む絶縁膜に対する要求が厳しくなっている。メモリセル動作を制御するための制御ゲートとの間に設けられた層間絶縁膜には一般にONOと呼ばれる酸化膜(SiO)/窒化膜(Si)/酸化膜(SiO)の積層構造が用いられ、高いリーク電流特性を持つことが期待されている。 A flash memory has an electron storage region (floating gate) surrounded by an insulating film, and writes information by exchanging electrons through a thin tunnel oxide film, and at the same time uses the insulating properties of this thin oxide film. The principle of operation is to hold electrons for a long time and keep the memory. The information stored in the flash memory needs to be held for a long time of 10 years even if no operation is performed from the outside, and the demand for an insulating film surrounding a charge storage region called a floating gate is becoming strict. In an interlayer insulating film provided between the control gate for controlling the operation of the memory cell, an oxide film (SiO 2 ) / nitride film (Si 3 N 4 ) / oxide film (SiO 2 ) generally called ONO is laminated. The structure is used and is expected to have high leakage current characteristics.

従来、ONO積層構造におけるSiO絶縁膜形成は、例えばSiHClガスとNOガスとを用いてCVD法により800℃付近の高温で行われてきたが、デバイスの更なる微細化に伴い、ONO積層膜中の窒化膜の容量低下が起きるため、容量確保の観点から、窒化膜層に代わり高誘電体膜の採用が検討されている。高誘電体膜上に形成するSiO絶縁膜は高誘電体膜の結晶化を抑えるため、高誘電体膜形成温度よりも低温で形成される必要がある。 Conventionally, the SiO 2 insulating film formation in the ONO laminated structure has been performed at a high temperature around 800 ° C. by a CVD method using, for example, SiH 2 Cl 2 gas and N 2 O gas, but for further miniaturization of devices. As a result, the capacity of the nitride film in the ONO multilayer film is reduced, and therefore, from the viewpoint of securing the capacity, the use of a high dielectric film instead of the nitride film layer has been studied. The SiO 2 insulating film formed on the high dielectric film needs to be formed at a temperature lower than the high dielectric film formation temperature in order to suppress crystallization of the high dielectric film.

特願2009−178309号公報Japanese Patent Application No. 2009-178309

SiO絶縁膜を形成する場合、形成温度の低温化に伴い、膜の成長速度(成膜レート)は遅くなる傾向にある。そのため、反応性が高く、基板上への原料吸着が容易な無機原料や有機原料を用いることになる。しかしながら、これらの原料は従来原料と比べ流通量が少なく原料価格が高いため、形成した半導体デバイスの単価が高くなるという問題があった。また、これらの原料を用いる場合、形成される絶縁膜の膜厚均一性を確保するのが難しいという問題もあった。 In the case of forming a SiO 2 insulating film, the film growth rate (deposition rate) tends to become slow as the formation temperature is lowered. Therefore, an inorganic raw material or an organic raw material that has high reactivity and is easy to adsorb the raw material on the substrate is used. However, these raw materials have a problem in that the unit price of the formed semiconductor device is high because the amount of distribution is small and the raw material price is high compared with the conventional raw materials. In addition, when these raw materials are used, there is a problem that it is difficult to ensure the film thickness uniformity of the formed insulating film.

従って本発明の目的は、上記課題を解決し、低温下であっても、高い成膜レートを維持しつつ、低コストで膜厚均一性の良好な絶縁膜を形成することができる半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a semiconductor device capable of forming an insulating film with good film thickness uniformity at low cost while maintaining a high film formation rate even at a low temperature. It is to provide a manufacturing method and a substrate processing apparatus.

本発明の一態様によれば、
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内に所定元素を含む第1の原料ガスと前記所定元素を含む第2の原料ガスとを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、前記処理容器内に前記第1の原料ガスおよび前記第2の原料ガスとは異なる反応ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を酸化層、窒化層または酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の酸化膜、窒化膜または酸窒化膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記第1の原料ガスは前記第2の原料ガスよりも反応性が高く、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給量を、前記第2の原料ガスの供給量よりも少なくする半導体装置の製造方法が提供される。
According to one aspect of the invention,
Carrying a substrate into a processing container;
Forming a predetermined element-containing layer on the substrate by supplying and exhausting a first source gas containing a predetermined element and a second source gas containing the predetermined element in the processing container; and the processing Modifying the predetermined element-containing layer into an oxide layer, a nitride layer, or an oxynitride layer by supplying and exhausting a reactive gas different from the first source gas and the second source gas into the container; and , And alternately performing a process of forming an oxide film, a nitride film or an oxynitride film having a predetermined thickness on the substrate;
And a step of carrying out the processed substrate from the processing container,
The first source gas is more reactive than the second source gas,
In the step of forming the predetermined element-containing layer, a method for manufacturing a semiconductor device is provided in which the supply amount of the first source gas is less than the supply amount of the second source gas.

本発明の他の態様によれば、
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内にシリコンを含む第1の原料ガスとシリコンを含む第2の原料ガスとを供給し排気することで、前記基板上にシリコン含有層を形成する工程と、前記処理容器内に前記第1の原料ガスおよび前記第2の原料ガスとは異なる反応ガスを供給し排気することで、前記シリコン含有層をシリコン酸化層、シリコン窒化層またはシリコン酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記第1の原料ガスは前記第2の原料ガスよりも反応性が高く、
前記シリコン含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給量を、前記第2の原料ガスの供給量よりも少なくする半導体装置の製造方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
Carrying a substrate into a processing container;
Forming a silicon-containing layer on the substrate by supplying and exhausting a first source gas containing silicon and a second source gas containing silicon in the processing vessel; and Modifying the silicon-containing layer into a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, or a silicon oxynitride layer by supplying and exhausting a reactive gas different from the first source gas and the second source gas; A process of forming a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film having a predetermined film thickness on the substrate by repeating alternately;
And a step of carrying out the processed substrate from the processing container,
The first source gas is more reactive than the second source gas,
In the step of forming the silicon-containing layer, a method of manufacturing a semiconductor device is provided in which the supply amount of the first source gas is less than the supply amount of the second source gas.

本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に所定元素を含む第1の原料ガスを供給する第1の原料ガス供給系と、
前記処理容器内に前記所定元素を含む第2の原料ガスを供給する第2の原料ガス供給系と、
前記処理容器内に前記第1の原料ガスおよび前記第2の原料ガスとは異なる反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理容器内に前記第1の原料ガスと前記第2の原料ガスとを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する処理と、前記処理容器内に前記反応ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を酸化層、窒化層または酸窒化層に改質する処理と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の酸化膜、窒化膜または酸窒化膜を形成する処理を行うように、前記第1の原料ガス供給系、前記第2の原料ガス供給系、前記反応ガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、を有し、
前記第1の原料ガスは前記第2の原料ガスよりも反応性が高く、
前記制御部は、さらに、前記所定元素含有層を形成する処理において、前記第1の原料ガスの供給量を、前記第2の原料ガスの供給量よりも少なくするように前記第1の原料ガス供給系および前記第2の原料ガス供給系を制御するよう構成される基板処理装置が提供される。
According to yet another aspect of the invention,
A processing container for containing a substrate;
A first source gas supply system for supplying a first source gas containing a predetermined element in the processing container;
A second source gas supply system for supplying a second source gas containing the predetermined element into the processing container;
A reaction gas supply system for supplying a reaction gas different from the first source gas and the second source gas into the processing container;
An exhaust system for exhausting the inside of the processing vessel;
A process of forming a predetermined element-containing layer on the substrate by supplying and exhausting the first source gas and the second source gas into the processing container containing the substrate; and in the processing container A process of modifying the predetermined element-containing layer into an oxide layer, a nitride layer, or an oxynitride layer by supplying and exhausting the reactive gas is alternately repeated, whereby an oxide film having a predetermined thickness is formed on the substrate. A control unit for controlling the first source gas supply system, the second source gas supply system, the reaction gas supply system, and the exhaust system so as to perform a process of forming a nitride film or an oxynitride film; Have
The first source gas is more reactive than the second source gas,
The controller further includes the first source gas so that the supply amount of the first source gas is less than the supply amount of the second source gas in the process of forming the predetermined element-containing layer. A substrate processing apparatus configured to control a supply system and the second source gas supply system is provided.

本発明によれば、低温下であっても、高い成膜レートを維持しつつ、低コストで膜厚均一性の良好な絶縁膜を形成することができる半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供できる。   According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus capable of forming an insulating film with good film thickness uniformity at low cost while maintaining a high film formation rate even at low temperatures. Can be provided.

本実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示す図である。It is a schematic block diagram of the vertical processing furnace of the substrate processing apparatus used suitably by this embodiment, and is a figure which shows a processing furnace part with a vertical cross section. 本実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を図1のA−A‘線断面図で示す図である。It is a schematic block diagram of the vertical processing furnace of the substrate processing apparatus used suitably by this embodiment, and is a figure which shows a processing furnace part by the AA 'line sectional drawing of FIG. 本実施形態における成膜フロー図を示す図である。It is a figure which shows the film-forming flowchart in this embodiment. 本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図であり、HCDガスとDCSガスとを同時に供給した後、HCDガスとDCSガスとの供給を同時に停止し、その後OガスとHガスとを供給する例を示している。Is a diagram showing the timing of gas supply in the film forming sequence of the embodiment, after the supply of the HCD gas and DCS gas simultaneously stopping the supply of the HCD gas and DCS gas simultaneously, then O 2 gas and H 2 An example of supplying gas is shown. 本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図であり、HCDガスとDCSガスとを同時に供給した後、HCDガスの供給を先に停止し、DCSガスの供給を停止した後、OガスとHガスとを供給する例を示している。It is a figure which shows the timing of the gas supply in the film-forming sequence of this embodiment, and after supplying HCD gas and DCS gas simultaneously, after stopping supply of HCD gas and stopping supply of DCS gas, it is O It shows an example of supplying a 2 gas and H 2 gas. 本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図であり、DCSガスの供給よりも先行してHCDガスの供給を行い、HCDガスの供給を先に停止し、DCSガスの供給を停止した後、OガスとHガスとを供給する例を示している。It is a figure which shows the timing of the gas supply in the film-forming sequence of this embodiment, supplies HCD gas ahead of DCS gas supply, stops supply of HCD gas first, and stops supply of DCS gas Then, an example in which O 2 gas and H 2 gas are supplied is shown. DCSガスを単独で用いた場合、DCSガスにHCDガスを微量添加したガスを用いた場合、微量HCDガスを単独で用いた場合のそれぞれにおけるSiO膜の成膜速度および膜厚均一性の実験結果を表す図である。When DCS gas is used alone, when a gas obtained by adding a small amount of HCD gas to DCS gas, or when a trace amount of HCD gas is used alone, the film formation rate and film thickness uniformity of each SiO 2 film are tested. It is a figure showing a result. HCDガスの供給量とSiO膜の成膜速度との関係を表すグラフ図である。Is a graph showing the relationship between the supply amount and the deposition rate of the SiO 2 film of the HCD gas. 本発明をSiN成膜に適用した場合の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図であり、HCDガスとDCSガスとを同時に供給した後、HCDガスの供給を先に停止し、DCSガスの供給を停止した後、NHガスを供給する例を示している。It is a figure which shows the timing of the gas supply in the film-forming sequence at the time of applying this invention to SiN film formation, and after supplying HCD gas and DCS gas simultaneously, supply of HCD gas is stopped | fastened first and DCS gas is supplied. In the example, NH 3 gas is supplied after the supply is stopped. 本発明をSiON成膜に適用した場合の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図であり、HCDガスとDCSガスとを同時に供給した後、HCDガスの供給を先に停止し、DCSガスの供給を停止した後、NHガスを供給し、その後Oガスを供給する例を示している。It is a figure which shows the timing of the gas supply in the film-forming sequence at the time of applying this invention to SiON film-forming, and after supplying HCD gas and DCS gas simultaneously, supply of HCD gas is stopped | fastened first and DCS gas is supplied. In the example, NH 3 gas is supplied after supply is stopped, and then O 2 gas is supplied. 本発明の実施例に係るHCD/DCS流量比とSiO成膜速度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the HCD / DCS flow rate ratio and the SiO film-forming speed | rate which concern on the Example of this invention. 本発明の実施例に係るHCD/DCS流量比とSiO膜厚均一性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the HCD / DCS flow rate ratio and SiO film thickness uniformity which concern on the Example of this invention.

従来のCVD(Chemical Vapor Deposition)法によってSiO膜を形成する場合に広く用いられているシリコン原料:ジクロロシラン(SiHCl、略称DCS)では、成膜温度の低温化に伴い、反応性が著しく低くなり、基板(SiO、SiON、SiN等)上への吸着・堆積のインキュベーションが大きくなる。そのため、基板上に1原子層未満から数原子層程度のシリコン層を形成することは極めて難しくなる。また、このとき得られるSiO膜の膜厚分布均一性は、シリコン層形成斑を引きずり、著しく悪いものとなる。 In a silicon raw material: dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 , abbreviated as DCS) widely used in the case of forming a SiO 2 film by a conventional CVD (Chemical Vapor Deposition) method, as the film forming temperature is lowered, the reactivity is increased. And the incubation of adsorption / deposition on the substrate (SiO 2 , SiON, SiN, etc.) increases. Therefore, it becomes extremely difficult to form a silicon layer of less than one atomic layer to several atomic layers on the substrate. In addition, the uniformity of the thickness distribution of the SiO 2 film obtained at this time is markedly bad by dragging silicon layer formation spots.

図7は、シリコン原料ガスと反応ガス(酸素ガスおよび水素ガス)とを交互に供給して低温(600℃)下で基板上にSiO膜を形成した時の成膜速度および膜厚均一性の実験結果を示している。図7の(a)はシリコン原料ガスとしてDCSガスを単独で用いた場合の成膜速度および膜厚均一性を示している。図7の(b)はシリコン原料ガスとしてDCSガスにHCDガスを微量添加したガスを用いた場合の成膜速度および膜厚均一性を示している。図7の(c)はシリコン原料ガスとして微量HCDガスを単独で用いた場合の成膜速度および膜厚均一性を示している。なお、図7の実験において用いたDCSガスの流量を1とした場合、微量HCDガスの流量は0.03で表される。すなわち、図7の実験において用いたDCSガスの流量に対するHCDガスの流量の比、すなわち、HCDガス流量/DCSガス流量(HCD/DCS流量比)は0.03(3%)となる。また、図7では、成膜速度を、(a)の成膜速度を1(基準)とした場合の成膜速度比率として示しており、膜厚均一性を、(a)の膜厚均一性を1(基準)とした場合の膜厚均一性比率として示している。なお、膜厚均一性は、基板面内における膜厚分布のばらつきの度合を示しており、その値が小さいほど基板面内における膜厚均一性が良好なことを示している。 FIG. 7 shows film formation speed and film thickness uniformity when an SiO 2 film is formed on a substrate at a low temperature (600 ° C.) by alternately supplying a silicon source gas and a reaction gas (oxygen gas and hydrogen gas). The experimental results are shown. FIG. 7A shows the film forming speed and film thickness uniformity when DCS gas is used alone as the silicon source gas. FIG. 7B shows the film forming speed and film thickness uniformity when a gas obtained by adding a small amount of HCD gas to DCS gas is used as the silicon source gas. FIG. 7C shows the film forming speed and film thickness uniformity when a trace amount of HCD gas is used alone as the silicon source gas. When the flow rate of the DCS gas used in the experiment of FIG. 7 is 1, the flow rate of the trace amount HCD gas is represented by 0.03. That is, the ratio of the flow rate of the HCD gas to the flow rate of the DCS gas used in the experiment of FIG. 7, that is, the HCD gas flow rate / DCS gas flow rate (HCD / DCS flow rate ratio) is 0.03% (3%). In FIG. 7, the film formation rate is shown as a film formation rate ratio when the film formation rate of (a) is 1 (reference), and the film thickness uniformity is the film thickness uniformity of (a). Is shown as a film thickness uniformity ratio when 1 is set as 1 (reference). The film thickness uniformity indicates the degree of variation in the film thickness distribution in the substrate surface, and the smaller the value, the better the film thickness uniformity in the substrate surface.

発明者等は鋭意研究の結果、DCSガスよりも反応性が高く、すなわち、DCSガスよりも熱分解温度が低く、同様なコンディション下においてDCSガスよりも基板上へ吸着し易い無機原料の一つであるヘキサクロロジシラン(SiCl、略称HCD)ガスをDCSガスへ微量添加することで、低温、例えば600℃において、SiO膜の成膜速度を向上させることが可能であり、また、SiO膜の膜厚均一性を向上させることが可能であることを見出した。図7の(b)に示すように、DCSガスにHCDガスを微量添加することで、DCSガスを単独で用いる場合の2.2倍の成膜速度が得られることが分かる。また、DCSガスにHCDガスを微量添加することで、DCSガスを単独で用いる場合と比較して、極めて良好な膜厚均一性が得られることが分かる。なお、微量のHCDガスを単独で用いた場合のSiO膜の成膜速度は、図7の(c)に示すように極めて低く、このとき得られるSiO膜の膜厚分布均一性も著しく悪いことが分かる。 As a result of diligent research, the inventors have higher reactivity than DCS gas, that is, one of the inorganic raw materials that has a lower thermal decomposition temperature than DCS gas and is easier to adsorb on the substrate than DCS gas under similar conditions. By adding a small amount of hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 , abbreviated as HCD) gas to the DCS gas, it is possible to improve the deposition rate of the SiO 2 film at a low temperature, for example, 600 ° C. It was found that the film thickness uniformity of the two films can be improved. As shown in FIG. 7B, it can be seen that by adding a small amount of HCD gas to the DCS gas, a film formation rate 2.2 times that obtained when the DCS gas is used alone can be obtained. It can also be seen that by adding a small amount of HCD gas to DCS gas, extremely good film thickness uniformity can be obtained as compared with the case where DCS gas is used alone. Note that the film formation rate of the SiO 2 film when a very small amount of HCD gas is used alone is extremely low as shown in FIG. 7C, and the thickness distribution uniformity of the SiO 2 film obtained at this time is also remarkably high. I know it ’s bad.

図8は、HCDガスと反応ガス(酸素ガスおよび水素ガス)とを交互に供給して低温(600℃)下でSiO膜を形成した時のHCDガスの供給量とSiO膜の成膜速度との関係を表すグラフ図である。図8では、あるHCD供給量を基準に成膜速度を規格化したときのHCDガスの供給量とSiO膜の成膜速度との関係を示している。図8より、HCDガス供給量低下に伴い基板上へのシリコン吸着量低下に起因した、SiO膜の成膜速度低下が見られる。すなわち、HCDガスを単独で用いる場合に、HCDガスの供給量を減少させ、HCDガスの供給量を微量としても、成膜速度を向上させることはできない。HCDガスを単独で用いる場合に成膜速度を確保するには、ある程度のHCDガスの供給量が必要となる。また、DCSガスを単独で用いる場合においても、低温下では成膜速度を向上させることができない。しかしながら、DCSガスにHCDガスを微量添加することで、例えば600℃のような低温下においても成膜速度を向上させることが可能となる。 8, the formation of the supply amount and the SiO 2 film of the HCD gas when forming the SiO 2 film under a low temperature (600 ° C.) is supplied alternately with HCD gas and reaction gas (oxygen gas and hydrogen gas) It is a graph showing the relationship with speed. FIG. 8 shows the relationship between the HCD gas supply rate and the SiO 2 film deposition rate when the deposition rate is normalized with reference to a certain HCD supply rate. FIG. 8 shows that the film formation rate of the SiO 2 film is decreased due to the decrease in the amount of silicon adsorbed on the substrate as the HCD gas supply amount is decreased. That is, when the HCD gas is used alone, the film formation rate cannot be improved even if the supply amount of the HCD gas is reduced and the supply amount of the HCD gas is made very small. In order to secure the film forming rate when the HCD gas is used alone, a certain amount of HCD gas needs to be supplied. Even when DCS gas is used alone, the film formation rate cannot be improved at low temperatures. However, by adding a small amount of HCD gas to DCS gas, it is possible to improve the deposition rate even at a low temperature such as 600 ° C.

微量のHCDガスをDCSガスへ添加することで、成膜速度の改善が可能になる理由としては、基板上への微量HCDの供給によってシリコン原料の吸着・シリコンの堆積がある程度行われることにより、微量HCDを添加しない場合と比較して、DCSの吸着・シリコンの堆積が必要となるサイトが狭くなり、その結果としてそのサイトへのDCSの暴露量が相対的に増加し、DCSの吸着確率・シリコンの堆積確率が格段に向上するためであると考えられる。   The reason why the film forming speed can be improved by adding a small amount of HCD gas to the DCS gas is that, by supplying a small amount of HCD onto the substrate, silicon material is adsorbed and silicon is deposited to some extent. Compared to the case where a small amount of HCD is not added, the site where DCS adsorption / silicon deposition is required is narrowed. As a result, the exposure amount of DCS to the site is relatively increased, and the DCS adsorption probability / This is probably because the probability of silicon deposition is significantly improved.

また、DCSガスと同時に供給するHCDガスが熱分解することで、また、HCDガスが熱分解する際に発生するClがDCSガスのH基と反応することで、SiClガスやSi原子の生成が促進され、シリコン原料の吸着・シリコンの堆積が大幅に促進されることも、成膜速度の改善が可能となる理由として考えられる。この時、次のような反応が進行するものと考えられる。 In addition, by DCS gas are simultaneously supplied HCD gas is thermally decomposed, also by Cl 2 which HCD gas is generated during the thermal decomposition reacts with H groups DCS gas, the SiCl 4 gas and Si atoms The generation is accelerated and the adsorption of silicon raw material and the deposition of silicon are greatly accelerated. This is also considered as a reason why the film formation rate can be improved. At this time, it is considered that the following reaction proceeds.

2SiHCl+SiCl→2Si+2SiCl+2HCl+H
SiHCl+SiCl→2Si+SiCl+2HCl
SiHCl+SiCl→Si+2SiCl+H
2SiH 2 Cl 2 + Si 2 Cl 6 → 2Si + 2SiCl 4 + 2HCl + H 2
SiH 2 Cl 2 + Si 2 Cl 6 → 2Si + SiCl 4 + 2HCl
SiH 2 Cl 2 + Si 2 Cl 6 → Si + 2SiCl 4 + H 2

その結果、成膜速度の改善とともに、基板上へのシリコン原料の吸着・シリコンの堆積を均一に行うことが可能となるため、本発明で形成されるSiO膜の膜厚均一性(膜厚分布)も良好になるものと考えられる。また、HCDガスを単独で用いる場合に比べ、成膜制御性を低下させることなく、原料コストを大幅に低減することも可能となる。 As a result, it is possible to improve the film formation speed and to uniformly adsorb silicon material and deposit silicon on the substrate. Therefore, the film thickness uniformity (film thickness) of the SiO 2 film formed in the present invention Distribution) is also considered to be good. In addition, compared to the case where HCD gas is used alone, the raw material cost can be significantly reduced without lowering the film formation controllability.

第1のシリコン原料ガスとしてのHCDガスをSi原料A、第2のシリコン原料ガスとしてのDCSガスをSi原料Bとした時、それぞれのSi原料の供給タイミングについては、図4のSi原料供給タイミング1(Si原料A、B同時供給)、図5のSi原料供給タイミング2(Si原料A、B同時供給、Si原料B後切り)、図6のSi原料供給タイミング3(Si原料A先出し、Si原料B後切り)が考えられ、いずれの供給タイミングを用いても良い。なお、図7の(b)の実験結果は、図5のSi原料供給タイミング2で行った結果である。これらのSi原料供給タイミングの詳細については後述する。   When the HCD gas as the first silicon source gas is Si source A and the DCS gas as the second silicon source gas is Si source B, the supply timing of each Si source is as shown in FIG. 1 (Si material A and B simultaneous supply), FIG. 5 Si material supply timing 2 (Si material A and B simultaneous supply, Si material B post-cut), FIG. 6 Si material supply timing 3 (Si material A advance, Si Any post-feed timing may be used. In addition, the experimental result of FIG.7 (b) is a result performed at the Si raw material supply timing 2 of FIG. Details of these Si raw material supply timings will be described later.

本発明は、発明者等が得たかかる知見に基づいてなされたものである。以下に、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。   The present invention has been made based on such knowledge obtained by the inventors. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態にて好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉202部分を縦断面図で示している。また、図2は、図1に示す処理炉のA−A’断面図である。なお、本発明は、本実施形態にかかる基板処理装置に限らず、枚葉式、Hot Wall型、Cold Wall型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a substrate processing apparatus suitably used in an embodiment of the present invention, and shows a processing furnace 202 portion in a vertical sectional view. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of the processing furnace shown in FIG. 1. The present invention is not limited to the substrate processing apparatus according to the present embodiment, and can be suitably applied to a substrate processing apparatus having a single wafer type, hot wall type, or cold wall type processing furnace.

図1に示されているように、処理炉202は加熱手段(加熱機構)としてのヒータ207を有する。ヒータ207は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース(図示せず)に支持されることにより垂直に据え付けられている。   As shown in FIG. 1, the processing furnace 202 includes a heater 207 as a heating means (heating mechanism). The heater 207 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a heater base (not shown) as a holding plate.

ヒータ207の内側には、ヒータ207と同心円状に反応管としてのプロセスチューブ203が配設されている。プロセスチューブ203は、例えば石英(SiO)または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。プロセスチューブ203の筒中空部には処理室201が形成されており、基板としてのウエハ200を後述するボート217によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。 Inside the heater 207, a process tube 203 as a reaction tube is disposed concentrically with the heater 207. The process tube 203 is made of a heat resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end opened. A process chamber 201 is formed in a cylindrical hollow portion of the process tube 203 so that wafers 200 as substrates can be accommodated by a boat 217, which will be described later, in a horizontal posture and aligned in multiple stages in the vertical direction.

プロセスチューブ203の下方には、プロセスチューブ203と同心円状にマニホールド209が配設されている。マニホールド209は、例えばステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド209は、プロセスチューブ203に係合しており、プロセスチューブ203を支持するように設けられている。なお、マニホールド209とプロセスチューブ203との間にはシール部材としてのOリング220aが設けられている。マニホールド209がヒータベースに支持されることにより、プロセスチューブ203は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ203とマニホールド209とにより反応容器(処理容器)が形成される。   A manifold 209 is disposed below the process tube 203 concentrically with the process tube 203. The manifold 209 is made of, for example, stainless steel and is formed in a cylindrical shape with an upper end and a lower end opened. The manifold 209 is engaged with the process tube 203 and is provided to support the process tube 203. An O-ring 220a as a seal member is provided between the manifold 209 and the process tube 203. Since the manifold 209 is supported by the heater base, the process tube 203 is installed vertically. A reaction vessel (processing vessel) is formed by the process tube 203 and the manifold 209.

マニホールド209には、第1ガス導入部としての第1ノズル233aと、第2ガス導入部としての第2ノズル233bと、第3ガス導入部としての第3ノズル233cとが、マニホールド209の側壁を貫通するように設けられており、第1ノズル233a、第2ノズル233b、第3ノズル233cには、それぞれ第1ガス供給管232a、第2ガス供給管232b、第3ガス供給管232cが接続されている。また、第3ガス供給管232cには第4ガス供給管232dが接続されている。このように、処理室201内へは複数種類、ここでは4種類の処理ガスを供給するガス供給路として、4本のガス供給管が設けられている。   The manifold 209 includes a first nozzle 233a as a first gas introduction part, a second nozzle 233b as a second gas introduction part, and a third nozzle 233c as a third gas introduction part. A first gas supply pipe 232a, a second gas supply pipe 232b, and a third gas supply pipe 232c are connected to the first nozzle 233a, the second nozzle 233b, and the third nozzle 233c, respectively. ing. A fourth gas supply pipe 232d is connected to the third gas supply pipe 232c. As described above, four gas supply pipes are provided in the processing chamber 201 as gas supply paths for supplying a plurality of types, here, four types of processing gases.

第1ガス供給管232aには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241a、及び開閉弁であるバルブ243aが設けられている。また、第1ガス供給管232aのバルブ243aよりも下流側には、不活性ガスを供給する第1不活性ガス供給管234aが接続されている。この第1不活性ガス供給管234aには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241c、及び開閉弁であるバルブ243cが設けられている。また、第1ガス供給管232aの先端部には、上述の第1ノズル233aが接続されている。第1ノズル233aは、処理室201を構成しているプロセスチューブ203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ203の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ200の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。第1ノズル233aの側面にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔248aが設けられている。このガス供給孔248aは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、第1ガス供給管232a、マスフローコントローラ241a、バルブ243a、第1ノズル233aにより第1ガス供給系が構成される。また主に、第1不活性ガス供給管234a、マスフローコントローラ241c、バルブ243cにより、第1不活性ガス供給系が構成される。   The first gas supply pipe 232a is provided with a mass flow controller 241a as a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243a as an on-off valve in order from the upstream direction. A first inert gas supply pipe 234a that supplies an inert gas is connected to the downstream side of the valve 243a of the first gas supply pipe 232a. The first inert gas supply pipe 234a is provided with a mass flow controller 241c that is a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243c that is an on-off valve in order from the upstream direction. The first nozzle 233a is connected to the tip of the first gas supply pipe 232a. The first nozzle 233a is placed in an arcuate space between the inner wall of the process tube 203 constituting the processing chamber 201 and the wafer 200 along the upper direction from the lower part of the inner wall of the process tube 203, in the loading direction of the wafer 200. It is provided to rise upward. A gas supply hole 248a that is a supply hole for supplying a gas is provided on a side surface of the first nozzle 233a. The gas supply holes 248a have the same opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same opening pitch. A first gas supply system is mainly configured by the first gas supply pipe 232a, the mass flow controller 241a, the valve 243a, and the first nozzle 233a. In addition, a first inert gas supply system is mainly configured by the first inert gas supply pipe 234a, the mass flow controller 241c, and the valve 243c.

第2ガス供給管232bには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241b、及び開閉弁であるバルブ243bが設けられている。また、第2ガス供給管232bのバルブ243bよりも下流側には、不活性ガスを供給する第2不活性ガス供給管234bが接続されている。この第2不活性ガス供給管234bには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241d、及び開閉弁であるバルブ243dが設けられている。また、第2ガス供給管232bの先端部には、上述の第2ノズル233bが接続されている。第2ノズル233bは、処理室201を構成しているプロセスチューブ203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ203の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ200の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。第2ノズル233bの側面にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔248bが設けられている。このガス供給孔248bは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、第2ガス供給管232b、マスフローコントローラ241b、バルブ243b、第2ノズル233bにより第2ガス供給系が構成される。また主に、第2不活性ガス供給管234b、マスフローコントローラ241d、バルブ243dにより第2不活性ガス供給系が構成される。   The second gas supply pipe 232b is provided with a mass flow controller 241b as a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243b as an on-off valve in order from the upstream direction. A second inert gas supply pipe 234b that supplies an inert gas is connected to the downstream side of the valve 243b of the second gas supply pipe 232b. The second inert gas supply pipe 234b is provided with a mass flow controller 241d as a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243d as an on-off valve in order from the upstream direction. The second nozzle 233b is connected to the tip of the second gas supply pipe 232b. The second nozzle 233b is placed in an arc-shaped space between the inner wall of the process tube 203 constituting the processing chamber 201 and the wafer 200, along the upper portion from the lower portion of the inner wall of the process tube 203, in the loading direction of the wafer 200. It is provided to rise upward. A gas supply hole 248b, which is a supply hole for supplying gas, is provided on the side surface of the second nozzle 233b. The gas supply holes 248b have the same opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same opening pitch. A second gas supply system is mainly configured by the second gas supply pipe 232b, the mass flow controller 241b, the valve 243b, and the second nozzle 233b. In addition, a second inert gas supply system is mainly configured by the second inert gas supply pipe 234b, the mass flow controller 241d, and the valve 243d.

第3ガス供給管232cには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241e、及び開閉弁であるバルブ243eが設けられている。また、第3ガス供給管232cのバルブ243eよりも下流側には、不活性ガスを供給する第3不活性ガス供給管234cが接続されている。この第3不活性ガス供給管234cには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241f、及び開閉弁であるバルブ243fが設けられている。また、第3ガス供給管232cのバルブ243eよりも下流側には、第4ガス供給管232dが接続されている。この第4ガス供給管232dには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241g、及び開閉弁であるバルブ243gが設けられている。また、第3ガス供給管232cの先端部には、上述の第3ノズル233cが接続されている。第3ノズル233cは、処理室201を構成しているプロセスチューブ203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、プロセスチューブ203の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ200の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。第3ノズル233cの側面にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔248cが設けられている。このガス供給孔248cは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、第3ガス供給管232c、マスフローコントローラ241e、バルブ243e、第3ノズル233cにより第3ガス供給系が構成される。また主に、第4ガス供給管232d、マスフローコントローラ241g、バルブ243g、第3ガス供給管232c、第3ノズル233cにより第4ガス供給系が構成される。また主に、第3不活性ガス供給管234c、マスフローコントローラ241f、バルブ243fにより第3不活性ガス供給系が構成される。   The third gas supply pipe 232c is provided with a mass flow controller 241e as a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243e as an on-off valve in order from the upstream direction. Further, a third inert gas supply pipe 234c for supplying an inert gas is connected to the downstream side of the valve 243e of the third gas supply pipe 232c. The third inert gas supply pipe 234c is provided with a mass flow controller 241f as a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243f as an on-off valve in order from the upstream direction. A fourth gas supply pipe 232d is connected to the downstream side of the valve 243e of the third gas supply pipe 232c. The fourth gas supply pipe 232d is provided with a mass flow controller 241g that is a flow rate controller (flow rate control means) and a valve 243g that is an on-off valve in order from the upstream direction. The third nozzle 233c described above is connected to the tip of the third gas supply pipe 232c. The third nozzle 233c is placed in the arc-shaped space between the inner wall of the process tube 203 constituting the processing chamber 201 and the wafer 200, along the upper portion from the lower portion of the inner wall of the process tube 203, in the loading direction of the wafer 200. It is provided to rise upward. A gas supply hole 248c, which is a supply hole for supplying gas, is provided on the side surface of the third nozzle 233c. The gas supply holes 248c have the same opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same opening pitch. A third gas supply system is mainly configured by the third gas supply pipe 232c, the mass flow controller 241e, the valve 243e, and the third nozzle 233c. Further, a fourth gas supply system is mainly configured by the fourth gas supply pipe 232d, the mass flow controller 241g, the valve 243g, the third gas supply pipe 232c, and the third nozzle 233c. Further, the third inert gas supply system is mainly configured by the third inert gas supply pipe 234c, the mass flow controller 241f, and the valve 243f.

第1ガス供給管232aからは、酸素を含むガス(酸素含有ガス)として、例えば酸素(O)ガスが、マスフローコントローラ241a、バルブ243a、第1ノズル233aを介して処理室201内に供給される。すなわち、第1ガス供給系は酸素含有ガス供給系として構成される。このとき同時に、第1不活性ガス供給管234aから、不活性ガスが、マスフローコントローラ241c、バルブ243cを介して第1ガス供給管232a内に供給されるようにしてもよい。 From the first gas supply pipe 232a, for example, oxygen (O 2 ) gas is supplied as oxygen-containing gas (oxygen-containing gas) into the processing chamber 201 via the mass flow controller 241a, the valve 243a, and the first nozzle 233a. The That is, the first gas supply system is configured as an oxygen-containing gas supply system. At the same time, the inert gas may be supplied from the first inert gas supply pipe 234a into the first gas supply pipe 232a via the mass flow controller 241c and the valve 243c.

また、第2ガス供給管232bからは、水素を含むガス(水素含有ガス)として、例えば水素(H)ガスが、マスフローコントローラ241b、バルブ243b、第2ノズル233bを介して処理室201内に供給される。すなわち、第2ガス供給系は水素含有ガス供給系として構成される。このとき同時に、第2不活性ガス供給管234bから、不活性ガスが、マスフローコントローラ241d、バルブ243dを介して第2ガス供給管232b内に供給されるようにしてもよい。
なお、第2ガス供給管232bからは、窒素を含むガス(窒素含有ガス)として、例えばアンモニア(NH)ガスが、マスフローコントローラ241b、バルブ243b、第2ノズル233bを介して処理室201内に供給されるようにしてもよい。すなわち、第2ガス供給系は窒素含有ガス供給系として構成してもよい。このとき同時に、第2不活性ガス供給管234bから、不活性ガスが、マスフローコントローラ241d、バルブ243dを介して第2ガス供給管232b内に供給されるようにしてもよい。
Further, from the second gas supply pipe 232b, for example, hydrogen (H 2 ) gas as hydrogen-containing gas (hydrogen-containing gas) enters the processing chamber 201 via the mass flow controller 241b, the valve 243b, and the second nozzle 233b. Supplied. That is, the second gas supply system is configured as a hydrogen-containing gas supply system. At the same time, the inert gas may be supplied from the second inert gas supply pipe 234b into the second gas supply pipe 232b via the mass flow controller 241d and the valve 243d.
From the second gas supply pipe 232b, for example, ammonia (NH 3 ) gas as nitrogen-containing gas (nitrogen-containing gas) enters the processing chamber 201 through the mass flow controller 241b, the valve 243b, and the second nozzle 233b. It may be supplied. That is, the second gas supply system may be configured as a nitrogen-containing gas supply system. At the same time, the inert gas may be supplied from the second inert gas supply pipe 234b into the second gas supply pipe 232b via the mass flow controller 241d and the valve 243d.

また、第3ガス供給管232cからは、第1の原料ガス、すなわち、シリコンを含む第1の原料ガス(第1のシリコン含有ガス)として、例えばヘキサクロロジシラン(SiCl、略称HCD)ガスが、マスフローコントローラ241e、バルブ243e、第3ノズル233cを介して処理室201内に供給される。すなわち、第3ガス供給系は第1の原料ガス供給系(第1のシリコン含有ガス供給系)として構成される。このとき同時に、第3不活性ガス供給管234cから、不活性ガスが、マスフローコントローラ241f、バルブ243fを介して第3ガス供給管232c内に供給されるようにしてもよい。 Further, from the third gas supply pipe 232c, for example, hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 , abbreviated as HCD) gas is used as the first source gas, that is, the first source gas containing silicon (first silicon-containing gas). Is supplied into the processing chamber 201 via the mass flow controller 241e, the valve 243e, and the third nozzle 233c. That is, the third gas supply system is configured as a first source gas supply system (first silicon-containing gas supply system). At the same time, the inert gas may be supplied from the third inert gas supply pipe 234c into the third gas supply pipe 232c via the mass flow controller 241f and the valve 243f.

また、第4ガス供給管232dからは、第2の原料ガス、すなわち、シリコンを含む第2の原料ガス(第2のシリコン含有ガス)として、例えばジクロロシラン(SiHCl、略称DCS)ガスが、マスフローコントローラ241g、バルブ243g、第3ガス供給管232c、第3ノズル233cを介して処理室201内に供給される。すなわち、第4ガス供給系は第2の原料ガス供給系(第2のシリコン含有ガス供給系)として構成される。このとき同時に、第3不活性ガス供給管234cから、不活性ガスが、マスフローコントローラ241f、バルブ243fを介して第3ガス供給管232c内に供給されるようにしてもよい。 Further, from the fourth gas supply pipe 232d, for example, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 , abbreviated as DCS) gas is used as the second source gas, that is, the second source gas containing silicon (second silicon-containing gas). Is supplied into the processing chamber 201 through the mass flow controller 241g, the valve 243g, the third gas supply pipe 232c, and the third nozzle 233c. That is, the fourth gas supply system is configured as a second source gas supply system (second silicon-containing gas supply system). At the same time, the inert gas may be supplied from the third inert gas supply pipe 234c into the third gas supply pipe 232c via the mass flow controller 241f and the valve 243f.

なお、第1ガス供給系と第2ガス供給系とにより反応ガス供給系が構成され、第3ガス供給系と第4ガス供給系とにより原料ガス供給系が構成される。   The first gas supply system and the second gas supply system constitute a reactive gas supply system, and the third gas supply system and the fourth gas supply system constitute a source gas supply system.

なお、本実施形態では、Oガス、Hガス(NHガス)、HCDガスおよびDCSガスを、それぞれ別々のノズルから処理室201内に供給するようにしているが、例えば、HガスとHCDガスとを同じノズルから処理室201内に供給するようにしてもよい。また、OガスとHガスとを同じノズルから処理室201内に供給するようにしてもよい。このように、複数種類のガスでノズルを共用とすれば、ノズルの本数を減らすことができ、装置コストを低減することができ、またメンテナンスも容易となる等のメリットがある。また、OガスとHガスとを同じノズルから処理室201内に供給することで、酸化力向上効果および酸化力均一化効果を高めることも可能となる。なお、後述する成膜温度帯では、HCDガスとHガスとは反応しないが、HCDガスとOガスとは反応することが考えられるので、HCDガスとOガスとは別々のノズルから処理室201内に供給した方がよい。また、本実施形態では、HCDガスとDCSガスとを同じ供給配管(第3ガス供給管232c)内で事前に混合して、同じノズル(第3ノズル233c)から処理室201内に供給するようにしているが、別々の供給配管、ノズルから理室201内に供給するようにしてもよい。 In the present embodiment, O 2 gas, H 2 gas (NH 3 gas), the HCD gas and DCS gas, but is then supplied to the processing chamber 201 from their respective separate nozzles, eg, H 2 gas And HCD gas may be supplied into the processing chamber 201 from the same nozzle. Alternatively, O 2 gas and H 2 gas may be supplied into the processing chamber 201 from the same nozzle. As described above, if the nozzles are shared by a plurality of types of gases, the number of nozzles can be reduced, the apparatus cost can be reduced, and maintenance can be facilitated. Further, by supplying the O 2 gas and the H 2 gas from the same nozzle into the processing chamber 201, it becomes possible to enhance the oxidizing power improving effect and the oxidizing power uniformizing effect. In the deposition temperature range to be described later, but do not react with HCD gas and H 2 gas, since it is considered to react with HCD gas and O 2 gas, from different nozzles and HCD gas and O 2 gas It is better to supply it into the processing chamber 201. In the present embodiment, the HCD gas and the DCS gas are mixed in advance in the same supply pipe (third gas supply pipe 232c) and supplied into the processing chamber 201 from the same nozzle (third nozzle 233c). However, they may be supplied into the barber room 201 from separate supply pipes and nozzles.

マニホールド209には、処理室201内の雰囲気を排気する排気管231が設けられている。排気管231には、圧力検出器としての圧力センサ245及び圧力調整器(圧力調整部)としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ242を介して、真空排気装置としての真空ポンプ246が接続されている。なお、APCバルブ242は、弁を開閉して処理室201内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能なように構成されている開閉弁である。真空ポンプ246を作動させつつ、圧力センサ245により検出された圧力に基づいてAPCバルブ242の弁の開度を調節することにより、処理室201内の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気し得るように構成されている。主に、排気管231、圧力センサ245、APCバルブ242、真空ポンプ246により排気系が構成される。   The manifold 209 is provided with an exhaust pipe 231 that exhausts the atmosphere in the processing chamber 201. A vacuum pump 246 as a vacuum exhaust device is connected to the exhaust pipe 231 via a pressure sensor 245 as a pressure detector and an APC (Auto Pressure Controller) valve 242 as a pressure regulator (pressure adjustment unit). . The APC valve 242 is an open / close valve configured to open / close the valve to stop evacuation / evacuation in the processing chamber 201 and to adjust the pressure by adjusting the valve opening. By adjusting the opening degree of the APC valve 242 based on the pressure detected by the pressure sensor 245 while operating the vacuum pump 246, the pressure in the processing chamber 201 becomes a predetermined pressure (degree of vacuum). It is configured to be evacuated. An exhaust system is mainly configured by the exhaust pipe 231, the pressure sensor 245, the APC valve 242, and the vacuum pump 246.

マニホールド209の下方には、マニホールド209の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219は、マニホールド209の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ219は、例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、マニホールド209の下端と当接するシール部材としてOリング220bが設けられている。シールキャップ219の処理室201と反対側には、後述する基板保持具としてのボート217を回転させる回転機構267が設置されている。回転機構267の回転軸255は、シールキャップ219を貫通してボート217に接続されている。回転機構267は、ボート217を回転させることでウエハ200を回転させるように構成されている。シールキャップ219は、プロセスチューブ203の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ115によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ115は、シールキャップ219を昇降させることで、ボート217を処理室201内に対して搬入・搬出することが可能なように構成されている。   Below the manifold 209, a seal cap 219 is provided as a furnace port lid that can airtightly close the lower end opening of the manifold 209. The seal cap 219 is configured to contact the lower end of the manifold 209 from the lower side in the vertical direction. The seal cap 219 is made of a metal such as stainless steel and has a disk shape. On the upper surface of the seal cap 219, an O-ring 220b is provided as a seal member that contacts the lower end of the manifold 209. On the opposite side of the seal cap 219 from the processing chamber 201, a rotation mechanism 267 for rotating a boat 217 as a substrate holder described later is installed. A rotation shaft 255 of the rotation mechanism 267 passes through the seal cap 219 and is connected to the boat 217. The rotation mechanism 267 is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217. The seal cap 219 is configured to be lifted and lowered in the vertical direction by a boat elevator 115 as a lifting mechanism that is vertically installed outside the process tube 203. The boat elevator 115 is configured such that the boat 217 can be carried into and out of the processing chamber 201 by moving the seal cap 219 up and down.

基板保持具としてのボート217は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ200を水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。なお、ボート217の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる断熱部材218が設けられており、ヒータ207からの熱がシールキャップ219側に伝わりにくくなるように構成されている。なお、断熱部材218は、石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる複数枚の断熱板と、これら断熱板を水平姿勢で多段に支持する断熱板ホルダとにより構成してもよい。プロセスチューブ203内には、温度検出器としての温度センサ263が設置されており、温度センサ263により検出された温度情報に基づきヒータ207への通電具合を調整することにより、処理室201内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ263は、第1ノズル233a、第2ノズル233b及び第3ノズル233cと同様に、プロセスチューブ203の内壁に沿って設けられている。   A boat 217 as a substrate holder is made of a heat-resistant material such as quartz or silicon carbide, and holds a plurality of wafers 200 in a horizontal posture and in a state where the centers are aligned with each other and held in multiple stages. It is configured. A heat insulating member 218 made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide is provided at the lower part of the boat 217 so that heat from the heater 207 is not easily transmitted to the seal cap 219 side. . The heat insulating member 218 may be constituted by a plurality of heat insulating plates made of a heat resistant material such as quartz or silicon carbide, and a heat insulating plate holder that supports the heat insulating plates in a horizontal posture in multiple stages. A temperature sensor 263 as a temperature detector is installed in the process tube 203, and the temperature in the processing chamber 201 is adjusted by adjusting the degree of energization to the heater 207 based on the temperature information detected by the temperature sensor 263. Is configured to have a desired temperature distribution. The temperature sensor 263 is provided along the inner wall of the process tube 203, similarly to the first nozzle 233a, the second nozzle 233b, and the third nozzle 233c.

制御部(制御手段)であるコントローラ280は、マスフローコントローラ241a、241b、241c、241d、241e、241f、241g、バルブ243a、243b、243c、243d、243e、243f、243g、圧力センサ245、APCバルブ242、ヒータ207、温度センサ263、真空ポンプ246、回転機構267、ボートエレベータ115等に接続されている。コントローラ280により、マスフローコントローラ241a、241b、241c、241d、241e、241f、241gによるガス流量調整、バルブ243a、243b、243c、243d、243e、243f、243gの開閉動作、APCバルブ242の開閉及び圧力センサ245に基づく圧力調整動作、温度センサ263に基づくヒータ207の温度調整、真空ポンプ246の起動・停止、回転機構267の回転速度調節、ボートエレベータ115によるボート217の昇降動作等の制御が行われる。   The controller 280 as a control unit (control means) includes mass flow controllers 241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, valves 243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, pressure sensors 245, APC valves 242. , Heater 207, temperature sensor 263, vacuum pump 246, rotation mechanism 267, boat elevator 115, and the like. The controller 280 controls the gas flow rate by the mass flow controllers 241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, the opening / closing operation of the valves 243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, the opening / closing of the APC valve 242 and the pressure sensor. The pressure adjustment operation based on H.245, the temperature adjustment of the heater 207 based on the temperature sensor 263, the start / stop of the vacuum pump 246, the rotation speed adjustment of the rotation mechanism 267, and the lifting / lowering operation of the boat 217 by the boat elevator 115 are performed.

次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に絶縁膜としての酸化膜を成膜する方法の例について説明する。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。   Next, an example of a method for forming an oxide film as an insulating film on a substrate as a process of manufacturing a semiconductor device (device) using the above-described processing furnace of the substrate processing apparatus will be described. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the controller 280.

図3に、本実施形態における成膜フロー図を、図4、図5、図6に本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミング図を示す。本実施形態の成膜シーケンスでは、基板を収容した処理容器内に、所定元素としてのシリコンを含む少なくとも2種類の原料ガスとして、シリコンを含む第1の原料ガス(HCDガス)と、シリコンを含む第2の原料ガス(DCSガス)とを供給することで、基板上に所定元素含有層としてのシリコン含有層を形成する工程と、処理容器内に第1の原料ガスおよび第2の原料ガスとは異なる反応ガスとして、酸素含有ガス(Oガス)と水素含有ガス(Hガス)とを供給することで、シリコン含有層をシリコン酸化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜を形成する。なお、第1の原料ガスは第2の原料ガスよりも反応性が高く、基板上にシリコン含有層を形成する工程では、第1の原料ガスの供給量を、第2の原料ガスの供給量よりも少なくする。 FIG. 3 shows a film formation flow chart in the present embodiment, and FIGS. 4, 5, and 6 show gas supply timing charts in the film formation sequence of the present embodiment. In the film forming sequence according to the present embodiment, a first source gas containing silicon (HCD gas) and silicon are included as at least two types of source gases containing silicon as a predetermined element in a processing container containing a substrate. A step of forming a silicon-containing layer as a predetermined element-containing layer on the substrate by supplying a second source gas (DCS gas); and a first source gas and a second source gas in the processing container; By alternately supplying an oxygen-containing gas (O 2 gas) and a hydrogen-containing gas (H 2 gas) as different reaction gases, the step of modifying the silicon-containing layer into a silicon oxide layer is alternately repeated. Then, a silicon oxide film having a predetermined thickness is formed on the substrate. Note that the first source gas is more reactive than the second source gas, and in the step of forming the silicon-containing layer on the substrate, the supply amount of the first source gas is changed to the supply amount of the second source gas. Less than.

基板上にシリコン含有層を形成する工程は、CVD反応が生じる条件下で行う。このとき基板上に1原子層未満から数原子層程度のシリコン含有層としてのシリコン層を形成する。シリコン含有層は各原料ガスの吸着層、すなわち、第1の原料ガスの吸着層や第2の原料ガスの吸着層であってもよい。ここでシリコン層とは、シリコンにより構成される連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるシリコン薄膜をも含む総称である。なお、シリコンにより構成される連続的な層をシリコン薄膜という場合もある。また、原料ガスの吸着層とは、原料ガスのガス分子の連続的な化学吸着層の他、不連続な化学吸着層をも含む。なお、1原子層未満の層とは不連続に形成される原子層のことを意味している。原料ガスが自己分解する条件下では、基板上にシリコンが堆積することでシリコン層が形成される。原料ガスが自己分解しない条件下では、基板上に原料ガスが吸着することで原料ガスの吸着層が形成される。なお、基板上に原料ガスの吸着層を形成するよりも、基板上にシリコン層を形成する方が、成膜レートを高くすることができ好ましい。   The step of forming the silicon-containing layer on the substrate is performed under conditions that cause a CVD reaction. At this time, a silicon layer as a silicon-containing layer of less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the substrate. The silicon-containing layer may be an adsorption layer for each source gas, that is, an adsorption layer for the first source gas or an adsorption layer for the second source gas. Here, the silicon layer is a generic name including a continuous layer made of silicon, a discontinuous layer, and a silicon thin film formed by overlapping these layers. A continuous layer made of silicon may be referred to as a silicon thin film. The source gas adsorption layer includes a discontinuous chemical adsorption layer in addition to a continuous chemical adsorption layer of gas molecules of the source gas. In addition, the layer less than 1 atomic layer means the atomic layer formed discontinuously. Under conditions where the source gas self-decomposes, silicon is deposited on the substrate to form a silicon layer. Under the condition that the source gas does not self-decompose, the source gas is adsorbed on the substrate to form an adsorption layer of the source gas. Note that it is preferable to form a silicon layer on the substrate, rather than forming a source gas adsorption layer on the substrate, because the film formation rate can be increased.

また、シリコン含有層をシリコン酸化層に改質する工程では、反応ガスを熱で活性化させて供給することで、シリコン含有層を酸化してシリコン酸化層に改質する。このとき、大気圧未満の圧力雰囲気下にある処理容器内で反応ガスとしての酸素含有ガスと水素含有ガスとを反応させて酸素を含む酸化種を生成し、この酸化種によりシリコン含有層を酸化してシリコン酸化層に改質する。この酸化処理によれば、酸素含有ガスを単独で供給する場合に比べ、酸化力を大幅に向上させることができる。すなわち、減圧雰囲気下において酸素含有ガスに水素含有ガスを添加することで、酸素含有ガス単独供給の場合に比べ大幅な酸化力向上効果が得られる。シリコン含有層を酸化層に改質する工程はノンプラズマの減圧雰囲気下で行われる。なお、反応ガスとしては、酸素含有ガスを単独で用いることもできる。   In the step of modifying the silicon-containing layer into the silicon oxide layer, the reaction gas is activated by heat and supplied to oxidize the silicon-containing layer and modify it into the silicon oxide layer. At this time, an oxygen-containing gas as a reaction gas and a hydrogen-containing gas are reacted in a processing container under a pressure atmosphere less than atmospheric pressure to generate an oxygen-containing oxidizing species, and the silicon-containing layer is oxidized by the oxidizing species. Then, the silicon oxide layer is modified. According to this oxidation treatment, the oxidizing power can be greatly improved as compared with the case where the oxygen-containing gas is supplied alone. That is, by adding a hydrogen-containing gas to an oxygen-containing gas in a reduced-pressure atmosphere, a significant effect of improving the oxidizing power can be obtained compared to the case of supplying an oxygen-containing gas alone. The step of modifying the silicon-containing layer into an oxide layer is performed in a non-plasma reduced pressure atmosphere. In addition, as a reactive gas, oxygen-containing gas can also be used independently.

(SiO成膜への適用)
以下、これを具体的に説明する。なお、本実施形態では、シリコンを含む第1の原料ガスとしてHCDガスを、シリコンを含む第2の原料ガスとしてDCSガスを、反応ガスとしての酸素含有ガス、水素含有ガスとしてOガス、Hガスをそれぞれ用い、図3の成膜フロー、図4、図5、図6の成膜シーケンスにより、基板上に絶縁膜としてシリコン酸化膜(SiO膜)を形成する例について説明する。
(Application to SiO film formation)
This will be specifically described below. In the present embodiment, HCD gas is used as the first source gas containing silicon, DCS gas is used as the second source gas containing silicon, oxygen-containing gas as the reactive gas, O 2 gas as the hydrogen-containing gas, H 2 An example in which a silicon oxide film (SiO 2 film) is formed as an insulating film on a substrate by using two gases, respectively, according to the film formation flow of FIG. 3 and the film formation sequences of FIGS. 4, 5, and 6 will be described.

複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、図1に示されているように、複数枚のウエハ200を保持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内に搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219はOリング220bを介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。   When a plurality of wafers 200 are loaded into the boat 217 (wafer charge), as shown in FIG. 1, the boat 217 holding the plurality of wafers 200 is lifted by the boat elevator 115 and processed in the processing chamber 201. It is carried in (boat loading). In this state, the seal cap 219 seals the lower end of the manifold 209 via the O-ring 220b.

処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は圧力センサ245で測定され、この測定された圧力に基づきAPCバルブ242がフィードバック制御される(圧力調整)。また、処理室201内が所望の温度となるようにヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電具合がフィードバック制御される(温度調整)。続いて、回転機構267によりボート217が回転されることでウエハ200が回転される。その後、後述する4つのステップを順次実行する。   The processing chamber 201 is evacuated by a vacuum pump 246 so that a desired pressure (degree of vacuum) is obtained. At this time, the pressure in the processing chamber 201 is measured by the pressure sensor 245, and the APC valve 242 is feedback-controlled based on the measured pressure (pressure adjustment). Further, the processing chamber 201 is heated by the heater 207 so as to have a desired temperature. At this time, the power supply to the heater 207 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the inside of the processing chamber 201 has a desired temperature distribution (temperature adjustment). Subsequently, the wafer 200 is rotated by rotating the boat 217 by the rotation mechanism 267. Thereafter, the following four steps are sequentially executed.

[ステップ1]
第3ガス供給管232cのバルブ243e、第3不活性ガス供給管234cのバルブ243fを開き、第3ガス供給管232cにHCDガス、第3不活性ガス供給管234cに不活性ガス(例えばNガス)を流す。また、第4ガス供給管232dのバルブ243gを開き、第4ガス供給管232dにDCSガスを流す。不活性ガスは、第3不活性ガス供給管234cから流れ、マスフローコントローラ241fにより流量調整される。HCD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241eにより流量調整される。DCSガスは、第4ガス供給管232dから流れ、マスフローコントローラ241gにより流量調整される。流量調整されたHCDガスと、流量調整されたDCSガスと、流量調整された不活性ガスは、第3ガス供給管232c内で混合されて、第3ノズル233c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(HCD及びDCS供給)。
[Step 1]
The valve 243e of the third gas supply pipe 232c and the valve 243f of the third inert gas supply pipe 234c are opened, the HCD gas is supplied to the third gas supply pipe 232c, and the inert gas (for example, N 2 is supplied to the third inert gas supply pipe 234c). Gas). Further, the valve 243g of the fourth gas supply pipe 232d is opened, and the DCS gas is caused to flow through the fourth gas supply pipe 232d. The inert gas flows from the third inert gas supply pipe 234c, and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241f. The HCD gas flows from the third gas supply pipe 232c and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241e. The DCS gas flows from the fourth gas supply pipe 232d and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241g. The HCD gas whose flow rate is adjusted, the DCS gas whose flow rate is adjusted, and the inert gas whose flow rate is adjusted are mixed in the third gas supply pipe 232c and heated from the gas supply hole 248c of the third nozzle 233c. Then, it is supplied into the processing chamber 201 in a reduced pressure state and exhausted from the exhaust pipe 231 (HCD and DCS supply).

このとき、図4、図5、図6に示すように、ステップ1におけるHCDガスの供給量をDCSガスの供給量よりも少なくする。すなわち、ステップ1におけるDCSガスの供給量に対するHCDガスの供給量を微量とする。なお、図4、図5、図6のそれぞれの横軸は時間を、縦軸は各ガスの供給流量を表しており、各ステップにおける各ガスの供給状態を示す矩形の面積が、各ステップにおける各ガスの供給量を示している。   At this time, as shown in FIGS. 4, 5, and 6, the supply amount of the HCD gas in step 1 is made smaller than the supply amount of the DCS gas. That is, the supply amount of HCD gas with respect to the supply amount of DCS gas in step 1 is set to a very small amount. 4, 5, and 6, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the supply flow rate of each gas. The rectangular area indicating the supply state of each gas in each step represents the area of each rectangle in each step. The supply amount of each gas is shown.

ステップ1におけるDCSガスの供給量に対するHCDガスの供給量の比、すなわちHCD供給量/DCS供給量(HCD/DCS)は、0.03(3%)以上0.5(50%)以下とするのが好ましく、0.06(6%)以上0.5(50%)以下とするのがより好ましい。HCD/DCSを3%未満とするとウエハ表面上へのDCSの吸着確率・シリコンの堆積確率が低くなることから、成膜速度を高くするのが難しくなり、また、膜厚均一性を確保するのも難しくなる。また、HCD/DCSを6%未満とするとウエハ表面上へのHCDやDCSの吸着・堆積が飽和し難くなる。HCD/DCSを50%より大きくすると副生成物やパーティクルが多くなるポテンシャルが高まる。原料コスト低減効果も小さくなってしまう。すなわち、HCD/DCSを3%以上50%以下とすることで、ウエハ表面上へのDCSの吸着・堆積確率を高め、成膜速度を高くすることができ、また、膜厚均一性を向上させることもできることとなる。さらに、副生成物の生成やパーティクルの発生を抑制することも可能となり、原料コストを大幅に低減することも可能となる。また、HCD/DCSを6%以上50%以下とすることで、HCDやDCSのウエハ表面上への吸着・堆積を飽和させることが容易となることから、成膜速度をより高くすることができ、また、膜厚均一性をより向上させることもできる。さらに、副生成物の生成やパーティクルの発生を抑制することも可能となり、原料コストを大幅に低減することも可能となる。   The ratio of the supply amount of the HCD gas to the supply amount of the DCS gas in step 1, that is, the HCD supply amount / DCS supply amount (HCD / DCS) is 0.03 (3%) or more and 0.5 (50%) or less. Of 0.06 (6%) to 0.5 (50%) is more preferable. If the HCD / DCS is less than 3%, the probability of adsorption of DCS on the wafer surface and the probability of silicon deposition will decrease, making it difficult to increase the film formation rate and ensuring film thickness uniformity. It becomes difficult. If HCD / DCS is less than 6%, the adsorption / deposition of HCD and DCS on the wafer surface is not easily saturated. When HCD / DCS is larger than 50%, the potential for increasing by-products and particles increases. The raw material cost reduction effect is also reduced. That is, by setting HCD / DCS to 3% or more and 50% or less, the probability of adsorption / deposition of DCS on the wafer surface can be increased, the film formation rate can be increased, and the film thickness uniformity can be improved. It will also be possible. Furthermore, it is possible to suppress the generation of by-products and the generation of particles, and the raw material cost can be greatly reduced. Also, by setting HCD / DCS to 6% or more and 50% or less, it becomes easy to saturate the adsorption / deposition of HCD or DCS on the wafer surface, so that the film formation rate can be further increased. Moreover, the film thickness uniformity can be further improved. Furthermore, it is possible to suppress the generation of by-products and the generation of particles, and the raw material cost can be greatly reduced.

この場合、図4に示すように、HCDガスの供給流量をDCSガスの供給流量よりも少なくして、HCDガスとDCSガスとを同時に供給するようにしてもよい。すなわち、HCDガスの供給流量をDCSガスの供給流量よりも少なくして、HCDガスとDCSガスの供給開始および供給停止を同時に行い、HCDガスの供給時間とDCSガスの供給時間とを等しくするようにしてもよい。図4の供給方法の場合、バルブ243eとバルブ243gの開閉のタイミングを合わせることができ、バルブ開閉制御が容易となる。   In this case, as shown in FIG. 4, the supply flow rate of the HCD gas may be made smaller than the supply flow rate of the DCS gas, and the HCD gas and the DCS gas may be supplied simultaneously. That is, the supply flow rate of the HCD gas is made smaller than the supply flow rate of the DCS gas, the supply start and stop of supply of the HCD gas and the DCS gas are simultaneously performed, and the supply time of the HCD gas and the supply time of the DCS gas are made equal. It may be. In the case of the supply method of FIG. 4, the opening / closing timing of the valve 243e and the valve 243g can be matched, and the valve opening / closing control becomes easy.

また、図5に示すように、HCDガスの供給流量とDCSガスの供給流量とを等しくして、HCDガスとDCSガスとを同時に供給した後、HCDガスの供給を先に停止するようにしてもよい。すなわち、HCDガスの供給流量とDCSガスの供給流量とを等しくして、HCDガスとDCSガスの供給開始を同時に行い、HCDガスの供給を停止した後、DCSガス単独での供給を所定時間継続してから停止するようにし、HCDガスの供給時間をDCSガスの供給時間よりも短くするようにしてもよい。図5の供給方法の場合、図4の供給方法に比べ、HCDガスとDCSガスとを供給する初期におけるHCDガスの供給量を多くすることができ、供給初期に、DCSガスがウエハ表面に吸着し易い状態を速やかに作り出すことができ、その後DCSガスを単独で供給する際にDCSガスのウエハ表面への吸着効率を上げることができる。   Further, as shown in FIG. 5, the supply flow rate of the HCD gas and the supply flow rate of the DCS gas are made equal, and the supply of the HCD gas is stopped first after supplying the HCD gas and the DCS gas at the same time. Also good. That is, the supply flow rate of the HCD gas and the supply flow rate of the DCS gas are made equal, the supply of the HCD gas and the DCS gas is started simultaneously, the supply of the HCD gas is stopped, and then the supply of the DCS gas alone is continued for a predetermined time. Then, the operation may be stopped and the supply time of the HCD gas may be made shorter than the supply time of the DCS gas. In the case of the supply method of FIG. 5, compared with the supply method of FIG. 4, the supply amount of the HCD gas at the initial stage of supplying the HCD gas and the DCS gas can be increased, and the DCS gas is adsorbed on the wafer surface at the initial supply stage. It is possible to quickly create a state that is easy to perform, and then to increase the adsorption efficiency of the DCS gas to the wafer surface when supplying the DCS gas alone.

また、図6に示すように、HCDガスの供給流量とDCSガスの供給流量とを等しくして、DCSガスの供給よりも先行してHCDガスの供給を行うようにしてもよい。すなわち、HCDガスの供給流量とDCSガスの供給流量とを等しくして、HCDガスの供給を開始した後、HCDガスの供給を停止すると同時にDCSガスの供給を開始し、その後DCSガスの供給を停止するようにし、HCDガスの供給時間をDCSガスの供給時間よりも短くするようにしてもよい。この場合、HCDガスの供給を開始した後、HCDガスの供給を停止することなくDCSガスの供給を開始し、その後DCSガスの供給を継続した状態で、HCDガスの供給を停止するようにしてもよい。この場合においてもHCDガスの供給時間をDCSガスの供給時間よりも短くするようにする。図6の供給方法の場合、HCDガスをDCSガスよりも先行して供給することにより、DCSガスを供給する前に、DCSガスがウエハ表面に吸着し易い状態を作り出すことができ、その後DCSガスを単独で供給する際にDCSガスのウエハ表面への吸着効率を上げることができる。   Further, as shown in FIG. 6, the supply flow rate of the HCD gas and the supply flow rate of the DCS gas may be made equal to supply the HCD gas prior to the supply of the DCS gas. That is, the supply flow rate of the HCD gas is made equal to the supply flow rate of the DCS gas, the supply of the HCD gas is started, the supply of the HCD gas is stopped, and the supply of the DCS gas is started at the same time. The supply time of the HCD gas may be shorter than the supply time of the DCS gas. In this case, after the supply of the HCD gas is started, the supply of the DCS gas is started without stopping the supply of the HCD gas, and then the supply of the HCD gas is stopped while the supply of the DCS gas is continued. Also good. Even in this case, the supply time of the HCD gas is made shorter than the supply time of the DCS gas. In the supply method of FIG. 6, by supplying the HCD gas before the DCS gas, it is possible to create a state in which the DCS gas is easily adsorbed on the wafer surface before the DCS gas is supplied, and then the DCS gas. The efficiency of adsorption of DCS gas onto the wafer surface can be increased when supplying the gas alone.

また、これらの供給方法を適宜組み合わせてもよい。例えば、HCDガスの供給流量をDCSガスの供給流量よりも少なくして、さらに、HCDガスの供給時間をDCSガスの供給時間よりも短くするようにしてもよい。   Moreover, you may combine these supply methods suitably. For example, the supply flow rate of the HCD gas may be made smaller than the supply flow rate of the DCS gas, and the supply time of the HCD gas may be made shorter than the supply time of the DCS gas.

なお、HCDガスの供給量をDCSガスの供給量よりも少なくするのであれば、例えば、HCDガスの供給流量をDCSガスの供給流量よりも少なくして、HCDガスの供給時間をDCSガスの供給時間よりも長くするようにしてもよいし、HCDガスの供給流量をDCSガスの供給流量よりも多くして、HCDガスの供給時間をDCSガスの供給時間よりも短くするようにしてもよい。   If the supply amount of the HCD gas is made smaller than the supply amount of the DCS gas, for example, the supply flow rate of the HCD gas is made smaller than the supply flow rate of the DCS gas and the supply time of the HCD gas is set to supply the DCS gas. The HCD gas supply flow rate may be set longer than the DCS gas supply flow rate, and the HCD gas supply time may be set shorter than the DCS gas supply time.

このように、HCDガスの供給流量をDCSガスの供給流量よりも少なくするか、HCDガスの供給時間をDCSガスの供給時間よりも短くするか、もしくは、HCDガスの供給流量をDCSガスの供給流量よりも少なくすると共にHCDガスの供給時間をDCSガスの供給時間よりも短くすることで、HCDガスの供給量をDCSガスの供給量よりも少なくする。   Thus, the supply flow rate of the HCD gas is made smaller than the supply flow rate of the DCS gas, the supply time of the HCD gas is made shorter than the supply time of the DCS gas, or the supply flow rate of the HCD gas is supplied to the DCS gas. By making the flow rate lower than the flow rate and making the supply time of the HCD gas shorter than the supply time of the DCS gas, the supply amount of the HCD gas is made smaller than the supply amount of the DCS gas.

このとき、APCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を、大気圧未満、例えば10〜1000Paの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ241eで制御するHCDガスの供給流量は、例えば1〜500sccmの範囲内の流量とする。HCDガスにウエハ200を晒す時間は、例えば1〜120秒間の範囲内の時間とする。マスフローコントローラ241gで制御するDCSガスの供給流量は、例えば1〜5000sccmの範囲内の流量とする。DCSガスにウエハ200を晒す時間は、例えば1〜120秒間の範囲内の時間とする。ヒータ207の温度は、処理室201内でCVD反応が生じるような温度となるように設定する。すなわちウエハ200の温度が、例えば350〜850℃、好ましくは400〜700℃の範囲内の温度となるようにヒータ207の温度を設定する。なお、ウエハ200の温度が350℃未満となるとウエハ200上にHCDやDCSが吸着しにくくなるし、HCDやDCSが分解しにくくなる。また、ウエハ200の温度が400℃未満となると成膜レートが実用レベルを下回る。また、ウエハ200の温度が700℃、特に850℃を超えるとCVD反応が強くなり、均一性が悪化しやすくなる。よって、ウエハ200の温度は350〜850℃、好ましくは400〜700℃とするのがよい。   At this time, the APC valve 242 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 at a pressure lower than atmospheric pressure, for example, in a range of 10 to 1000 Pa. The supply flow rate of the HCD gas controlled by the mass flow controller 241e is set to a flow rate in the range of 1 to 500 sccm, for example. The time for exposing the wafer 200 to the HCD gas is, for example, a time within a range of 1 to 120 seconds. The supply flow rate of the DCS gas controlled by the mass flow controller 241g is, for example, a flow rate in the range of 1 to 5000 sccm. The time for exposing the wafer 200 to the DCS gas is, for example, a time within a range of 1 to 120 seconds. The temperature of the heater 207 is set so that the CVD reaction occurs in the processing chamber 201. That is, the temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 is, for example, in the range of 350 to 850 ° C., preferably 400 to 700 ° C. When the temperature of the wafer 200 is less than 350 ° C., it becomes difficult for HCD and DCS to be adsorbed on the wafer 200, and HCD and DCS are difficult to decompose. Further, when the temperature of the wafer 200 is less than 400 ° C., the film formation rate falls below the practical level. Further, when the temperature of the wafer 200 exceeds 700 ° C., particularly 850 ° C., the CVD reaction becomes strong and the uniformity tends to deteriorate. Therefore, the temperature of the wafer 200 is 350 to 850 ° C., preferably 400 to 700 ° C.

上述の条件にてHCDガスおよびDCSガスを処理室201内に供給することで、ウエハ200(表面の下地膜)上に1原子層未満から数原子層のシリコン含有層としてのシリコン層(Si層)が形成される。シリコン含有層はHCDガスの化学吸着層やDCSガスの化学吸着層であってもよい。なお、HCDガスやDCSガスが自己分解する条件下では、ウエハ200上にシリコンが堆積することでシリコン層が形成される。HCDガスやDCSガスが自己分解しない条件下では、ウエハ200上にHCDガスやDCSガスが化学吸着することでHCDガスやDCSガスの化学吸着層が形成される。ウエハ200上に形成されるシリコン含有層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ3での酸化の作用がシリコン含有層の全体に届かなくなる。また、ウエハ200上に形成可能なシリコン含有層の最小値は1原子層未満である。よって、シリコン含有層の厚さは1原子層未満から数原子層とするのが好ましい。   By supplying HCD gas and DCS gas into the processing chamber 201 under the above-described conditions, a silicon layer (Si layer) as a silicon-containing layer of less than one atomic layer to several atomic layers on the wafer 200 (surface underlayer film). ) Is formed. The silicon-containing layer may be a chemical adsorption layer of HCD gas or a chemical adsorption layer of DCS gas. Note that, under conditions where the HCD gas and the DCS gas are self-decomposed, silicon is deposited on the wafer 200 to form a silicon layer. Under conditions where the HCD gas and DCS gas are not self-decomposed, the chemical adsorption layer of HCD gas and DCS gas is formed by the chemical adsorption of the HCD gas and DCS gas on the wafer 200. When the thickness of the silicon-containing layer formed on the wafer 200 exceeds several atomic layers, the oxidation action in step 3 described later does not reach the entire silicon-containing layer. The minimum value of the silicon-containing layer that can be formed on the wafer 200 is less than one atomic layer. Therefore, the thickness of the silicon-containing layer is preferably less than one atomic layer to several atomic layers.

シリコンを含む第1の原料としては、HCD等の無機原料の他、アミノシラン系の4DMAS(テトラキスジメチルアミノシラン、Si[N(CH)、3DMAS(トリスジメチルアミノシラン、Si[N(CHH)、2DEAS(ビスジエチルアミノシラン、Si[N(C)、BTBAS(ビスターシャリーブチルアミノシラン、SiH[NH(C)])などの有機原料を用いてもよい。また、シリコンを含む第2の原料としては、DCSの他、TCS(テトラクロロシラン、SiCl)、SiH(モノシラン)、Si(ジシラン)等の無機原料を用いてもよい。 As the first raw material containing silicon, in addition to inorganic raw materials such as HCD, aminosilane-based 4DMAS (tetrakisdimethylaminosilane, Si [N (CH 3 ) 2 ] 4 ), 3DMAS (trisdimethylaminosilane, Si [N (CH 3) 2] 3 H), 2DEAS ( bis diethylamino silane, Si [N (C 2 H 5) 2] 2 H 2), BTBAS ( Bicester tertiary butyl amino silane, SiH 2 [NH (C 4 H 9)] 2) Organic raw materials such as may be used. In addition to DCS, inorganic materials such as TCS (tetrachlorosilane, SiCl 4 ), SiH 4 (monosilane), Si 2 H 6 (disilane) may be used as the second material containing silicon.

不活性ガスとしては、Nガスの他、Ar、He、Ne、Xe等の希ガスを用いてもよい。なお、不活性ガスとして窒素(N)を含まないガスであるArやHe等の希ガスを使用することで、形成されるシリコン酸化膜の膜中N不純物濃度を低減できる。よって、不活性ガスとしては、Ar、He等の希ガスを用いるのが好ましい。後述するステップ2、3、4においても同様なことが言える。 As the inert gas, a rare gas such as Ar, He, Ne, or Xe may be used in addition to the N 2 gas. Note that the use of a rare gas such as Ar or He that does not contain nitrogen (N) as the inert gas can reduce the N impurity concentration in the formed silicon oxide film. Therefore, it is preferable to use a rare gas such as Ar or He as the inert gas. The same can be said for steps 2, 3, and 4 described later.

[ステップ2]
ウエハ200上にシリコン含有層が形成された後、第3ガス供給管232cのバルブ243eを閉じ、HCDガスの供給を停止する。また、第4ガス供給管232dのバルブ243gを閉じ、DCSガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ242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ガスやDCSガスを処理室201内から排除する。このとき、不活性ガスを処理室201内へ供給すると、残留したHCDガスやDCSガスを排除する効果が更に高まる(残留ガス除去)。このときのヒータ207の温度は、ウエハ200の温度がHCDガスおよびDCSガスの供給時と同じく350〜850℃、好ましくは400〜700℃の範囲内の温度となるように設定する。
[Step 2]
After the silicon-containing layer is formed on the wafer 200, the valve 243e of the third gas supply pipe 232c is closed, and the supply of HCD gas is stopped. Further, the valve 243g of the fourth gas supply pipe 232d is closed, and the supply of DCS gas is stopped. At this time, the APC valve 242 of the exhaust pipe 231 is kept open, the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, and the remaining HCD gas and DCS gas are removed from the processing chamber 201. At this time, if the inert gas is supplied into the processing chamber 201, the effect of removing the remaining HCD gas and DCS gas is further enhanced (residual gas removal). The temperature of the heater 207 at this time is set so that the temperature of the wafer 200 is 350 to 850 ° C., preferably 400 to 700 ° C., as in the case of supplying the HCD gas and the DCS gas.

[ステップ3]
処理室201内の残留ガスを除去した後、第1ガス供給管232aのバルブ243a、第1不活性ガス供給管234aのバルブ243cを開き、第1ガス供給管232aにOガス、第1不活性ガス供給管234aに不活性ガスを流す。不活性ガスは、第1不活性ガス供給管234a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。O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Oガスは、流量調整された不活性ガスと第1ガス供給管232a内で混合されて、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。
このとき同時に、第2ガス供給管232bのバルブ243b、第2不活性ガス供給管234bのバルブ243dを開き、第2ガス供給管232bにHガス、第2不活性ガス供給管234bに不活性ガスを流す。不活性ガスは、第2不活性ガス供給管234bから流れ、マスフローコントローラ241dにより流量調整される。H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Hガスは、流量調整された不活性ガスと第2ガス供給管232b内で混合されて、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処理室201内に供給され排気管231から排気される(O及びH供給)。なお、Oガス及びH
スはプラズマによって活性化することなく処理室201内に供給する。
[Step 3]
After the residual gas in the processing chamber 201 is removed, the valve 243a of the first gas supply pipe 232a and the valve 243c of the first inert gas supply pipe 234a are opened, and O 2 gas and the first inert gas are supplied to the first gas supply pipe 232a. An inert gas is allowed to flow through the active gas supply pipe 234a. The inert gas flows from the first inert gas supply pipe 234a, and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241c. The O 2 gas flows from the first gas supply pipe 232a and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241a. The O 2 gas whose flow rate has been adjusted is mixed with the inert gas whose flow rate has been adjusted in the first gas supply pipe 232a, and is heated from the gas supply hole 248a of the first nozzle 233a into the heated processing chamber 201 in a reduced pressure state. Is exhausted from the exhaust pipe 231.
At the same time, the valve 243b of the second gas supply pipe 232b and the valve 243d of the second inert gas supply pipe 234b are opened, the H 2 gas is supplied to the second gas supply pipe 232b, and the inert gas is supplied to the second inert gas supply pipe 234b. Flow gas. The inert gas flows from the second inert gas supply pipe 234b, and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241d. The H 2 gas flows from the second gas supply pipe 232b and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241b. The H 2 gas whose flow rate has been adjusted is mixed with the inert gas whose flow rate has been adjusted in the second gas supply pipe 232b, and is heated from the gas supply hole 248b of the second nozzle 233b into the heated processing chamber 201 in a reduced pressure state. And exhausted from the exhaust pipe 231 (O 2 and H 2 supply). Note that the O 2 gas and the H 2 gas are supplied into the processing chamber 201 without being activated by plasma.

このとき、APCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を、大気圧未満、例えば1〜1000Paの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ241aで制御するOガスの供給流量は、例えば1sccm〜20000sccm(20slm)の範囲内の流量とする。マスフローコントローラ241bで制御するHガスの供給流量は、例えば1sccm〜20000sccm(20slm)の範囲内の流量とする。なお、Oガス及びHガスにウエハ200を晒す時間は、例えば1〜120秒間の範囲内の時間とする。ヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば350〜1000℃の範囲内の温度となるように設定する。なお、この範囲内の温度であれば減圧雰囲気下でのOガスへのHガス添加による酸化力向上の効果が得られることを確認した。また、ウエハ200の温度が低すぎると酸化力向上の効果が得られないことも確認した。ただしスループットを考慮すると、ウエハ200の温度が、酸化力向上の効果が得られる温度であってステップ1のHCDガスの供給時と同一の温度となるように、すなわちステップ1とステップ3とで処理室201内の温度を同一の温度に保持するようにヒータ207の温度を設定するのが好ましい。この場合、ステップ1とステップ3とでウエハ200の温度、すなわち処理室201内の温度が350〜850℃、好ましくは400〜700℃の範囲内の一定の温度となるようにヒータ207の温度を設定する。さらには、ステップ1〜ステップ4(後述)にかけて処理室201内の温度を同一の温度に保持するようにヒータ207の温度を設定するのがより好ましい。この場合、ステップ1〜ステップ4(後述)にかけて処理室201内の温度が350〜850℃、好ましくは400〜700℃の範囲内の一定の温度となるようにヒータ207の温度を設定する。なお、減圧雰囲気下でのOガスへのHガス添加による酸化力向上の効果を得るには、処理室201内の温度を350℃以上とする必要があるが、処理室201内の温度は400℃以上とするのが好ましく、さらには450℃以上とするのが好ましい。処理室201内の温度を400℃以上とすれば、400℃以上の温度で行うO酸化処理による酸化力を超える酸化力を得ることができ、処理室201内の温度を450℃以上とすれば、450℃以上の温度で行うOプラズマ酸化処理による酸化力を超える酸化力を得ることができる。 At this time, the APC valve 242 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 at a pressure lower than atmospheric pressure, for example, in a range of 1 to 1000 Pa. The supply flow rate of O 2 gas controlled by the mass flow controller 241a is, for example, a flow rate in the range of 1 sccm to 20000 sccm (20 slm). The supply flow rate of the H 2 gas controlled by the mass flow controller 241b is, for example, a flow rate in the range of 1 sccm to 20000 sccm (20 slm). Note that the time for which the wafer 200 is exposed to the O 2 gas and the H 2 gas is, for example, a time within a range of 1 to 120 seconds. The temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 becomes a temperature within a range of 350 to 1000 ° C., for example. Note that it was confirmed that the effect of improving the oxidizing power by adding H 2 gas to the O 2 gas under a reduced pressure atmosphere can be obtained at a temperature within this range. It has also been confirmed that if the temperature of the wafer 200 is too low, the effect of improving the oxidizing power cannot be obtained. However, in consideration of the throughput, the temperature of the wafer 200 is a temperature at which the effect of improving the oxidizing power can be obtained and is the same as that at the time of supplying the HCD gas in Step 1, that is, in Step 1 and Step 3. It is preferable to set the temperature of the heater 207 so that the temperature in the chamber 201 is kept at the same temperature. In this case, the temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 in step 1 and step 3, that is, the temperature in the processing chamber 201 becomes a constant temperature in the range of 350 to 850 ° C., preferably 400 to 700 ° C. Set. Furthermore, it is more preferable that the temperature of the heater 207 is set so that the temperature in the processing chamber 201 is maintained at the same temperature in steps 1 to 4 (described later). In this case, the temperature of the heater 207 is set so that the temperature in the processing chamber 201 becomes a constant temperature in the range of 350 to 850 ° C., preferably 400 to 700 ° C., in steps 1 to 4 (described later). Incidentally, in order to obtain the effect of the oxidizing power improvement by H 2 gas added to the O 2 gas under a reduced pressure atmosphere, although the temperature in the processing chamber 201 is required to be 350 ° C. or higher, the temperature in the processing chamber 201 Is preferably 400 ° C. or higher, more preferably 450 ° C. or higher. If the temperature in the processing chamber 201 is 400 ° C. or higher, an oxidizing power exceeding the oxidizing power by the O 3 oxidation treatment performed at a temperature of 400 ° C. or higher can be obtained, and the temperature in the processing chamber 201 is set to 450 ° C. or higher. For example, an oxidizing power exceeding the oxidizing power by the O 2 plasma oxidation treatment performed at a temperature of 450 ° C. or higher can be obtained.

上述の条件にてOガス及びHガスを処理室201内に供給することで、Oガス及びHガスは加熱された減圧雰囲気下においてノンプラズマで活性化されて反応し、それにより原子状酸素等のOを含む酸化種が生成される。そして、主にこの酸化種により、ステップ1でウエハ200上に形成されたシリコン含有層に対して酸化処理が行われる。そして、この酸化処理により、シリコン含有層はシリコン酸化層(SiO層、以下、単にSiO層ともいう。)へと改質される。 By supplying O 2 gas and H 2 gas into the processing chamber 201 under the above-described conditions, the O 2 gas and H 2 gas are activated and reacted with non-plasma in a heated reduced pressure atmosphere, thereby Oxidized species containing O, such as atomic oxygen, are generated. Then, an oxidation process is performed on the silicon-containing layer formed on the wafer 200 in Step 1 mainly by this oxidation species. By this oxidation treatment, the silicon-containing layer is modified into a silicon oxide layer (SiO 2 layer, hereinafter also referred to simply as “SiO layer”).

酸素含有ガスとしては、酸素(O)ガスの他、オゾン(O)ガス等を用いてもよい。なお、上述の温度帯において、一酸化窒素(NO)ガスや亜酸化窒素(NO)ガスへの水素含有ガス添加効果を試してみたところ、NOガス単独供給やNOガス単独供給に比べて酸化力向上の効果が得られないことを確認した。すなわち、酸素含有ガスとしては窒素非含有の酸素含有ガス(窒素を含まず酸素を含むガス)を用いるのが好ましい。水素含有ガスとしては、水素(H)ガスの他、重水素(D)ガス等を用いてもよい。なお、アンモニア(NH)ガスやメタン(CH)ガス等を用いると、窒素(N)不純物や炭素(C)不純物の膜中への混入が考えられる。すなわち、水素含有ガスとしては、他元素非含有の水素含有ガス(他元素を含まず水素または重水素を含むガス)を用いるのが好ましい。すなわち、酸素含有ガスとしては、OガスおよびOガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスを用いることができ、水素含有ガスとしては、HガスおよびDガスよりなる群から選択される少なくとも一つのガスを用いることができる。 As the oxygen-containing gas, in addition to oxygen (O 2 ) gas, ozone (O 3 ) gas or the like may be used. In addition, when the hydrogen-containing gas addition effect to the nitrogen monoxide (NO) gas and the nitrous oxide (N 2 O) gas was tried in the above temperature range, the NO gas alone supply and the N 2 O gas alone supply were performed. It was confirmed that the effect of improving the oxidizing power was not obtained. That is, it is preferable to use a nitrogen-free oxygen-containing gas (a gas that does not contain nitrogen but contains oxygen) as the oxygen-containing gas. As the hydrogen-containing gas, deuterium (D 2 ) gas or the like may be used in addition to hydrogen (H 2 ) gas. Note that when ammonia (NH 3 ) gas, methane (CH 4 ) gas, or the like is used, nitrogen (N) impurities or carbon (C) impurities may be mixed into the film. That is, as the hydrogen-containing gas, it is preferable to use a hydrogen-containing gas that does not contain other elements (a gas that does not contain other elements and contains hydrogen or deuterium). That is, as the oxygen-containing gas, at least one gas selected from the group consisting of O 2 gas and O 3 gas can be used, and as the hydrogen-containing gas, selected from the group consisting of H 2 gas and D 2 gas At least one gas can be used.

[ステップ4]
シリコン含有層をシリコン酸化層へと改質した後、第1ガス供給管232aのバルブ243aを閉じ、Oガスの供給を停止する。また、第2ガス供給管232bのバルブ243bを閉じ、Hガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ242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OガスやHガスを処理室201内から排除する。このとき、不活性ガスを処理室201内へ供給すると、残留したOガスやHガスを排除する効果が更に高まる(残留ガス除去)。このときのヒータ207の温度は、ウエハ200の温度がOガス及びHガスの供給時と同じく350〜850℃、好ましくは400〜700℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
[Step 4]
After modifying the silicon-containing layer into a silicon oxide layer, the valve 243a of the first gas supply pipe 232a is closed, and the supply of O 2 gas is stopped. Further, the valve 243b of the second gas supply pipe 232b is closed, and the supply of H 2 gas is stopped. At this time, the APC valve 242 of the exhaust pipe 231 is kept open, the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, and the remaining O 2 gas and H 2 gas are removed from the processing chamber 201. At this time, if the inert gas is supplied into the processing chamber 201, the effect of removing the remaining O 2 gas and H 2 gas is further enhanced (residual gas removal). The temperature of the heater 207 at this time is set to a temperature such that the temperature of the wafer 200 is 350 to 850 ° C., preferably 400 to 700 ° C., as in the case of supplying the O 2 gas and the H 2 gas. .

上述したステップ1〜4を1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハ200上に所定膜厚のシリコン酸化膜(SiO膜、以下、単にSiO膜ともいう)を成膜することが出来る。 By repeating steps 1 to 4 described above as one cycle and repeating this cycle a plurality of times, a silicon oxide film (SiO 2 film, hereinafter simply referred to as SiO film) having a predetermined thickness can be formed on the wafer 200. I can do it.

所定膜厚のシリコン酸化膜を成膜すると、不活性ガスが処理室201内へ供給され排気されることで処理室201内が不活性ガスでパージされる(パージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。   When a silicon oxide film having a predetermined thickness is formed, the inside of the processing chamber 201 is purged with the inert gas (purge) by supplying and exhausting the inert gas into the processing chamber 201. Thereafter, the atmosphere in the processing chamber 201 is replaced with an inert gas, and the pressure in the processing chamber 201 is returned to normal pressure (return to atmospheric pressure).

その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降されて、マニホールド209の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ200がボート217に保持された状態でマニホールド209の下端からプロセスチューブ203の外部に搬出(ボートアンロード)される。その後、処理済みのウエハ200はボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。   Thereafter, the seal cap 219 is lowered by the boat elevator 115, the lower end of the manifold 209 is opened, and the processed wafer 200 is carried out from the lower end of the manifold 209 to the outside of the process tube 203 while being held by the boat 217. (Boat unload). Thereafter, the processed wafer 200 is taken out from the boat 217 (wafer discharge).

上述のステップ1では、DCSガスよりも高価ではあるがインキュベーションタイムの短いHCDガスと、HCDガスよりも安価でインキュベーションタイムの長いDCSガスとを、HCDガスの供給量をDCSガスの供給量よりも微量として、同時または順次供給することにより、低温領域で成膜する場合であっても、成膜レートの向上、処理時間の短縮が可能となる。DCSガスを単独で用いる場合には成膜できない低温領域においても成膜することが可能となる。また、従来よりもさらに低温の領域での成膜も可能となる。また、HCDガスを単独で用いる場合に比べ、成膜制御性を劣化させることなく、原料コストを大幅に抑えることができ、半導体デバイスの生産コストを大幅に低減することが可能となる。   In Step 1 described above, the HCD gas, which is more expensive than the DCS gas but has a short incubation time, and the DCS gas that is cheaper and has a longer incubation time than the HCD gas, the supply amount of the HCD gas is larger than the supply amount of the DCS gas. By supplying simultaneously or sequentially as trace amounts, it is possible to improve the film formation rate and shorten the processing time even in the case of film formation in a low temperature region. When DCS gas is used alone, it is possible to form a film even in a low temperature region where film formation cannot be performed. In addition, it is possible to form a film in a lower temperature region than in the past. In addition, compared with the case where the HCD gas is used alone, the raw material cost can be significantly suppressed without deteriorating the film formation controllability, and the production cost of the semiconductor device can be greatly reduced.

上述のステップ3では、加熱された減圧雰囲気下においてOガスとH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し、この酸化種を用いて、シリコン含有層をシリコン酸化層へ改質する改質工程を行うことにより、酸化種の持つエネルギーがシリコン含有層中に含まれるSi−N、Si−Cl、Si−H、Si−C結合を切り離す。Si−O結合を形成するためのエネルギーは、Si−N、Si−Cl、Si−H、Si−Cの結合エネルギーよりも高いため、Si−O結合形成に必要な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、シリコン含有層中の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、N、H、Cl、HCl、CO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SiO層へと改質される。本実施形態の成膜シーケンスにより形成したSiO膜の膜中窒素、水素、塩素、炭素濃度は極めて低く、Si/O比率は化学量論組成である0.5に極めて近い、良質な膜となることを確認した。 In Step 3 described above, O 2 gas and H 2 gas are reacted in a heated reduced pressure atmosphere to generate an oxidizing species containing O such as atomic oxygen, and the silicon-containing layer is formed using this oxidizing species. By performing a reforming step for reforming the silicon oxide layer, the energy of the oxidizing species separates the Si—N, Si—Cl, Si—H, and Si—C bonds contained in the silicon-containing layer. Since the energy for forming the Si—O bond is higher than the bond energy of Si—N, Si—Cl, Si—H, and Si—C, the energy required for forming the Si—O bond is converted to silicon to be oxidized. By giving to the containing layer, Si—N, Si—Cl, Si—H, and Si—C bonds in the silicon containing layer are cut off. N, H, Cl, and C from which the bond with Si has been removed are removed from the film and discharged as N 2 , H 2 , Cl 2 , HCl, CO 2, and the like. Further, the bond of N, H, Cl, and C is cut, so that the remaining Si bonds are combined with O contained in the oxidized species to be modified into a SiO 2 layer. The SiO 2 film formed by the film forming sequence of this embodiment has a very low concentration of nitrogen, hydrogen, chlorine, and carbon, and a Si / O ratio that is very close to the stoichiometric composition of 0.5. It was confirmed that

なお、このステップ3の酸化処理と、Oプラズマ酸化処理と、O酸化処理とを比較したところ、450℃以上850℃以下における低温雰囲気下においては、このステップ3の酸化処理の酸化力が最も強力であることを確認した。正確には、400℃以上850℃以下では、ステップ3の酸化処理による酸化力は、O酸化処理による酸化力を上回り、450℃以上850℃以下では、ステップ3の酸化処理による酸化力は、O酸化処理およびOプラズマ酸化処理による酸化力を上回ることを確認した。これにより、このステップ3の酸化処理は、このような低温雰囲気下では非常に有効であることが判明した。なお、Oプラズマ酸化処理の場合、プラズマ発生器が必要となり、O酸化処理の場合、オゾナイザが必要となるが、このステップ3の酸化処理によれば、これらが不要となり、装置コストを低減することができる等のメリットがある。ただし、本実施形態においては、酸素含有ガスとしてOやOプラズマを用いるという選択肢もあり、これらのガスの使用を否定するものではない。OやOプラズマに水素含有ガスを添加することで、よりエネルギーの高い酸化種を生成することができ、この酸化種により酸化処理を行うことで、デバイス特性が向上する等の効果も考えられる。 In addition, when the oxidation treatment of step 3 is compared with the O 2 plasma oxidation treatment and the O 3 oxidation treatment, the oxidizing power of the oxidation treatment of step 3 is lower in a low temperature atmosphere at 450 ° C. or higher and 850 ° C. or lower. Confirmed to be the most powerful. To be precise, at 400 ° C. or higher and 850 ° C. or lower, the oxidizing power by the oxidation treatment in Step 3 exceeds the oxidizing power by O 3 oxidation treatment, and at 450 ° C. or higher and 850 ° C. or lower, the oxidizing power by Step 3 oxidation treatment is It was confirmed that the oxidizing power by O 3 oxidation treatment and O 2 plasma oxidation treatment was exceeded. As a result, it was found that the oxidation treatment in Step 3 is very effective under such a low temperature atmosphere. Note that in the case of O 2 plasma oxidation treatment, a plasma generator is required, and in the case of O 3 oxidation treatment, an ozonizer is required. There are merits such as being able to do. However, in this embodiment, there is an option of using O 3 or O 2 plasma as the oxygen-containing gas, and the use of these gases is not denied. By adding a hydrogen-containing gas to O 3 or O 2 plasma, it is possible to generate oxidized species with higher energy. By performing oxidation treatment with this oxidized species, effects such as improved device characteristics are also considered. It is done.

また、本実施形態の成膜シーケンスによりシリコン酸化膜を形成すれば、成膜レート、ウエハ面内における膜厚均一性は、一般的なCVD法によりシリコン酸化膜を形成する場合よりも良好なものとなることを確認した。なお、一般的なCVD法とは、無機原料であるDCSとNOとを同時に供給してCVD法によりシリコン酸化膜(HTO(High Temperature Oxide)膜)を形成する方法のことを指している。また、本実施形態の成膜シーケンスにより形成したシリコン酸化膜の膜中の窒素、塩素等の不純物の濃度は、一般的な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、本実施形態の成膜シーケンスにより形成したシリコン酸化膜の膜中の不純物濃度は、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、本実施形態の成膜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、成膜レート、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。 Further, if the silicon oxide film is formed by the film forming sequence of the present embodiment, the film forming rate and the film thickness uniformity in the wafer surface are better than the case of forming the silicon oxide film by a general CVD method. It was confirmed that Note that the general CVD method refers to a method of simultaneously forming DCS and N 2 O, which are inorganic materials, and forming a silicon oxide film (HTO (High Temperature Oxide) film) by the CVD method. . Further, it was confirmed that the concentration of impurities such as nitrogen and chlorine in the silicon oxide film formed by the film forming sequence of the present embodiment is extremely lower than that of a silicon oxide film formed by a general CVD method. Further, it was confirmed that the impurity concentration in the silicon oxide film formed by the film forming sequence of this embodiment is extremely lower than that of the silicon oxide film formed by the CVD method using an organic silicon raw material. Further, according to the film forming sequence of the present embodiment, even when an organic silicon raw material is used, the film forming rate, the film thickness uniformity in the wafer surface, and the impurity concentration in the film are good. It was confirmed.

<本発明の他の実施形態>
上述の実施形態では、水素含有ガスとしてのHガスは、図4、図5、図6に示すように間欠的に、すなわち、ステップ3においてのみ供給する例について説明したが、連続的に、すなわち、ステップ1〜4を繰り返す間中、常に供給し続けるようにしてもよい。また、Hガスを間欠的に供給する場合でも、ステップ1および3においてのみ供給するようにしてもよいし、ステップ1〜3にかけて供給するようにしてもよい。また、ステップ2〜3にかけて供給するようにしてもよいし、ステップ3〜4にかけて供給するようにしてもよい。
<Other Embodiments of the Present Invention>
In the above-described embodiment, the example in which the H 2 gas as the hydrogen-containing gas is supplied intermittently as illustrated in FIGS. 4, 5, and 6, that is, only in step 3 has been described. That is, you may make it always supply, during repeating step 1-4. Further, even when intermittently supplying the H 2 gas, only may be supplied in step 1 and 3, it may be supplied toward the step 1-3. Moreover, you may make it supply over step 2-3, and may make it supply over step 3-4.

ステップ1において、すなわちHCDガスおよびDCSガス供給時にHガスを供給することで、HCDガスおよびDCSガス中のClを引き抜くことが考えられ、成膜レートの向上、膜中Cl不純物の低減効果が考えられる。また、ステップ2において、すなわちHCDガスおよびDCSガスの供給を停止した後にOガスよりも先行してHガスの供給を開始することで、膜厚均一性制御に有効となることが考えられる。また、ステップ2において、すなわちOガスよりも先行してHガスの供給を開始することで、例えば金属とシリコンが露出した部分に対しては、選択的にシリコンに酸化膜を形成できるようになることが考えられる。また、ステップ4において、すなわちOガスの供給を停止した後、HCDガスおよびDCSガスの供給を開始する前に、Hガスを供給することで、ステップ3で形成されたSiO層の表面を水素終端させて改質させ、次のステップ1において供給するHCDガスおよびDCSガスがSiO層の表面に吸着しやすくなるようにできることが考えられる。 In Step 1, that is, by supplying H 2 gas at the time of supplying HCD gas and DCS gas, it is conceivable that Cl in HCD gas and DCS gas is extracted, thereby improving the film formation rate and reducing Cl impurities in the film. Conceivable. In step 2, that is, after the supply of the HCD gas and the DCS gas is stopped, the supply of the H 2 gas is started before the O 2 gas. . Also, in step 2, that is, by starting the supply of H 2 gas before O 2 gas, for example, an oxide film can be selectively formed on silicon for a portion where metal and silicon are exposed. It is possible to become. Further, in Step 4, that is, after the supply of O 2 gas is stopped and before the supply of HCD gas and DCS gas is started, the surface of the SiO layer formed in Step 3 is supplied by supplying H 2 gas. It is conceivable that the hydrogen can be terminated and reformed so that the HCD gas and DCS gas supplied in the next step 1 can be easily adsorbed on the surface of the SiO layer.

また、上述の本実施形態では、基板に対してシリコンを含む少なくとも2種類の原料ガス(HCDガス、DCSガス)を供給することで、基板上にシリコン含有層を形成する工程と、基板に対して反応ガス(Oガス、Hガス)を供給することで、シリコン含有層をシリコン酸化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜(SiO膜)を形成する例について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 In the above-described embodiment, the step of forming a silicon-containing layer on the substrate by supplying at least two kinds of source gases (HCD gas and DCS gas) containing silicon to the substrate; By alternately supplying the reaction gas (O 2 gas, H 2 gas) and the step of modifying the silicon-containing layer into the silicon oxide layer, a silicon oxide film having a predetermined film thickness (on the substrate) The example of forming the (SiO film) has been described, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

(SiN成膜への適用)
例えば本発明は、シリコン含有層をシリコン酸化層に改質する代わりにシリコン窒化層に改質することで、基板上に所定膜厚のシリコン窒化膜を形成する場合(SiN成膜)にも適用できる。この場合、反応ガスとしては窒素含有ガスを用いる。窒素含有ガスとしては、例えばNHガスを用いる。この場合の成膜フローは上述の実施形態における成膜フローとはステップ3、4だけが異なることとなり、その他は上述の実施形態における成膜フローと同様となる。以下、本発明をSiN成膜へ適用する場合の成膜シーケンスについて説明する。
(Application to SiN film formation)
For example, the present invention is also applicable to the case where a silicon nitride film having a predetermined thickness is formed on a substrate by modifying a silicon-containing layer into a silicon nitride layer instead of modifying it into a silicon oxide layer (SiN film formation). it can. In this case, a nitrogen-containing gas is used as the reaction gas. As the nitrogen-containing gas, for example, NH 3 gas is used. In this case, the film forming flow is different from the film forming flow in the above-described embodiment only in steps 3 and 4, and the rest is the same as the film forming flow in the above-described embodiment. Hereinafter, a film forming sequence when the present invention is applied to SiN film forming will be described.

図9に本発明をSiN成膜へ適用する場合の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミング図を示す。本成膜シーケンスでは、基板を収容した処理容器内に、シリコンを含む少なくとも2種類の原料ガスとして、シリコンを含む第1の原料ガス(HCDガス)とシリコンを含む第2の原料ガス(DCSガス)とを供給することで、基板上にシリコン含有層を形成する工程と、処理容器内に第1の原料ガスおよび第2の原料ガスとは異なる反応ガスとして、窒素含有ガス(NHガス)を供給することで、シリコン含有層をシリコン窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、基板上に所定膜厚のシリコン窒化膜を形成する。なお、第1の原料ガスは第2の原料ガスよりも反応性が高く、基板上にシリコン含有層を形成する工程では、第1の原料ガスの供給量を、第2の原料ガスの供給量よりも少なくする。なお、図9では、基板上にシリコン含有層を形成する工程においてHCDガスとDCSガスとを同時に供給した後、HCDガスの供給を先に停止し、DCSガス単独での供給を所定時間継続してから停止するようにし、HCDガスの供給時間をDCSガスの供給時間よりも短くする例を示している。本ケースでは、ウエハチャージ、ボートロード、圧力調整、温度調整、ステップ1、ステップ2、パージ、大気圧復帰、ボートアンロード、ウエハディスチャージは、上述の実施形態における成膜フローと同様に行う。ステップ3、4は次のように行う。 FIG. 9 shows a gas supply timing chart in a film forming sequence when the present invention is applied to SiN film forming. In this film forming sequence, a first source gas containing silicon (HCD gas) and a second source gas containing silicon (DCS gas) are used as at least two kinds of source gases containing silicon in a processing container containing a substrate. ) As a reactive gas different from the first source gas and the second source gas in the processing container, and a nitrogen-containing gas (NH 3 gas). By alternately repeating the step of modifying the silicon-containing layer into the silicon nitride layer, a silicon nitride film having a predetermined thickness is formed on the substrate. Note that the first source gas is more reactive than the second source gas, and in the step of forming the silicon-containing layer on the substrate, the supply amount of the first source gas is changed to the supply amount of the second source gas. Less than. In FIG. 9, after supplying the HCD gas and the DCS gas simultaneously in the step of forming the silicon-containing layer on the substrate, the supply of the HCD gas is stopped first, and the supply of the DCS gas alone is continued for a predetermined time. In this example, the HCD gas supply time is made shorter than the DCS gas supply time. In this case, wafer charge, boat load, pressure adjustment, temperature adjustment, step 1, step 2, purge, return to atmospheric pressure, boat unload, and wafer discharge are performed in the same manner as the film formation flow in the above-described embodiment. Steps 3 and 4 are performed as follows.

[ステップ3]
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、第2不活性ガス供給管234bのバルブ243dを開き、第2ガス供給管232bにNHガス、第2不活性ガス供給管234bに不活性ガスを流す。不活性ガスは、第2不活性ガス供給管234bから流れ、マスフローコントローラ241dにより流量調整される。NH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NHガスは、流量調整された不活性ガスと第2ガス供給管232b内で混合されて、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処理室201内に供給され排気管231から排気される(NH供給)。なお、NHガスはプラズマによって活性化することなく処理室201内に供給する。
[Step 3]
After the residual gas in the processing chamber 201 is removed, the valve 243b of the second gas supply pipe 232b and the valve 243d of the second inert gas supply pipe 234b are opened, and the NH 3 gas and the second inert gas are supplied to the second gas supply pipe 232b. An inert gas is caused to flow through the active gas supply pipe 234b. The inert gas flows from the second inert gas supply pipe 234b, and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241d. The NH 3 gas flows from the second gas supply pipe 232b and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241b. The NH 3 gas whose flow rate has been adjusted is mixed with the inert gas whose flow rate has been adjusted in the second gas supply pipe 232b, and is heated from the gas supply hole 248b of the second nozzle 233b into the heated processing chamber 201 in a reduced pressure state. And exhausted from the exhaust pipe 231 (NH 3 supply). Note that the NH 3 gas is supplied into the processing chamber 201 without being activated by plasma.

このとき、APCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を、大気圧未満、例えば10〜3000Paの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ241bで制御するNHガスの供給流量は、例えば10sccm〜10000sccm(10slm)の範囲内の流量とする。なお、NHガスにウエハ200を晒す時間は、例えば1〜120秒間の範囲内の時間とする。ヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば350〜850℃、好ましくは400〜700℃の範囲内の温度となるように設定する。NHガスは反応温度が高く、上記のようなウエハ温度では反応しづらいので、処理室201内の圧力を上記のような比較的高い圧力とすることにより熱的に活性化することを可能としている。なお、NHガスはプラズマで活性化させるより、熱で活性化させて供給した方が、ソフトな反応を生じさせることができ、後述する窒化をソフトに行うことができる。 At this time, the APC valve 242 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 at a pressure lower than atmospheric pressure, for example, in a range of 10 to 3000 Pa. The supply flow rate of the NH 3 gas controlled by the mass flow controller 241b is, for example, a flow rate in the range of 10 sccm to 10000 sccm (10 slm). The time for exposing the wafer 200 to the NH 3 gas is set to a time within the range of 1 to 120 seconds, for example. The temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 is, for example, 350 to 850 ° C., preferably 400 to 700 ° C. Since NH 3 gas has a high reaction temperature and does not easily react at the wafer temperature as described above, it can be thermally activated by setting the pressure in the processing chamber 201 to a relatively high pressure as described above. Yes. Note that the NH 3 gas can generate a soft reaction by being activated by heat rather than being activated by plasma, and nitridation described later can be performed softly.

このとき、処理室201内に流しているガスはノンプラズマで熱的に活性化されたNHガスであり、処理室201内にはHCDガスもDCSガスも流していない。したがって、NHガスは気相反応を起こすことはなく、活性化されたNHガスは、ステップ1でウエハ200上に形成されたシリコン含有層と反応する。これによりシリコン含有層は窒化されて、シリコン窒化層(Si層、以下、単にSiN層ともいう。)へと改質される。 At this time, the gas flowing in the processing chamber 201 is NH 3 gas thermally activated by non-plasma, and neither the HCD gas nor the DCS gas is flowing in the processing chamber 201. Accordingly, the NH 3 gas does not cause a gas phase reaction, and the activated NH 3 gas reacts with the silicon-containing layer formed on the wafer 200 in Step 1. As a result, the silicon-containing layer is nitrided and modified into a silicon nitride layer (Si 3 N 4 layer, also simply referred to as an SiN layer hereinafter).

窒素含有ガスとしては、NHガス以外に、NガスやNガス等を用いてもよい。 As the nitrogen-containing gas, N 2 H 4 gas or N 3 H 8 gas may be used in addition to NH 3 gas.

[ステップ4]
シリコン含有層をシリコン窒化層へと改質した後、第2ガス供給管232bのバルブ243bを閉じ、NHガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ242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NHガスを処理室201内から排除する。このとき、不活性ガスを処理室201内へ供給すると、残留したNHガスを排除する効果が更に高まる(残留ガス除去)。このときのヒータ207の温度は、ウエハ200の温度がNHガスの供給時と同じく350〜850℃、好ましくは400〜700℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
[Step 4]
After modifying the silicon-containing layer into the silicon nitride layer, the valve 243b of the second gas supply pipe 232b is closed, and the supply of NH 3 gas is stopped. At this time, the APC valve 242 of the exhaust pipe 231 is kept open, the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, and the remaining NH 3 gas is removed from the processing chamber 201. At this time, if an inert gas is supplied into the processing chamber 201, the effect of removing the remaining NH 3 gas is further enhanced (residual gas removal). The temperature of the heater 207 at this time is set to such a temperature that the temperature of the wafer 200 is 350 to 850 ° C., preferably 400 to 700 ° C., as in the case of supplying the NH 3 gas.

上述したステップ1〜4を1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハ200上に所定膜厚のシリコン窒化膜(Si膜、以下、単にSiN膜ともいう。)を成膜することが出来る。 By repeating steps 1 to 4 described above as one cycle and repeating this cycle a plurality of times, a silicon nitride film (Si 3 N 4 film, hereinafter simply referred to as SiN film) having a predetermined thickness is formed on the wafer 200. I can do it.

(SiON成膜への適用)
また例えば本発明は、シリコン含有層をシリコン酸化層に改質する代わりにシリコン酸窒化層に改質することで、基板上に所定膜厚のシリコン酸窒化膜を形成する場合(SiON成膜)にも適用できる。この場合、反応ガスとしては窒素含有ガスおよび酸素含有ガスを用いる。窒素含有ガスとしては、例えばNHガスを用いる。酸素含有ガスとしては、例えばOガスを用いる。この場合の成膜フローは上述の実施形態における成膜フローとはステップ3、4だけが異なることとなり、その他は上述の実施形態における成膜フローと同様となる。以下、本発明をSiON成膜へ適用する場合の成膜シーケンスについて説明する。
(Application to SiON film formation)
Further, for example, in the present invention, when a silicon oxynitride film having a predetermined thickness is formed on a substrate by modifying the silicon-containing layer into a silicon oxynitride layer instead of modifying the silicon oxide layer (SiON film formation). It can also be applied to. In this case, nitrogen-containing gas and oxygen-containing gas are used as the reaction gas. As the nitrogen-containing gas, for example, NH 3 gas is used. For example, O 2 gas is used as the oxygen-containing gas. In this case, the film forming flow is different from the film forming flow in the above-described embodiment only in steps 3 and 4, and the rest is the same as the film forming flow in the above-described embodiment. Hereinafter, a film forming sequence when the present invention is applied to SiON film forming will be described.

図10に本発明をSiON成膜へ適用する場合の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミング図を示す。本成膜シーケンスでは、基板を収容した処理容器内に、シリコンを含む少なくとも2種類の原料ガスとして、シリコンを含む第1の原料ガス(HCDガス)とシリコンを含む第2の原料ガス(DCSガス)とを供給することで、基板上にシリコン含有層を形成する工程と、処理容器内に第1の原料ガスおよび第2の原料ガスとは異なる反応ガスとして、窒素含有ガス(NHガス)を供給することで、シリコン含有層をシリコン窒化層に改質する工程と、処理容器内に第1の原料ガスおよび第2の原料ガスとは異なる反応ガスとして、酸素含有ガス(Oガス)を供給することで、シリコン窒化層をシリコン酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、基板上に所定膜厚のシリコン酸窒化膜を形成する。なお、第1の原料ガスは第2の原料ガスよりも反応性が高く、基板上にシリコン含有層を形成する工程では、第1の原料ガスの供給量を、第2の原料ガスの供給量よりも少なくする。なお、図10では、基板上にシリコン含有膜を形成する工程においてHCDガスとDCSガスとを同時に供給した後、HCDガスの供給を先に停止し、DCSガス単独での供給を所定時間継続してから停止するようにし、HCDガスの供給時間をDCSガスの供給時間よりも短くする例を示している。本ケースでは、ウエハチャージ、ボートロード、圧力調整、温度調整、ステップ1、ステップ2、パージ、大気圧復帰、ボートアンロード、ウエハディスチャージは、上述の実施形態における成膜フローと同様に行う。ステップ3、4は、次のステップ3、4、5、6に置き換えて行う。 FIG. 10 shows a gas supply timing chart in the film forming sequence when the present invention is applied to SiON film forming. In this film forming sequence, a first source gas containing silicon (HCD gas) and a second source gas containing silicon (DCS gas) are used as at least two kinds of source gases containing silicon in a processing container containing a substrate. ) As a reactive gas different from the first source gas and the second source gas in the processing container, and a nitrogen-containing gas (NH 3 gas). As a reaction gas different from the first source gas and the second source gas in the process vessel and the step of modifying the silicon-containing layer into a silicon nitride layer by supplying the oxygen-containing gas (O 2 gas) By alternately repeating the step of modifying the silicon nitride layer into a silicon oxynitride layer, a silicon oxynitride film having a predetermined thickness is formed on the substrate. Note that the first source gas is more reactive than the second source gas, and in the step of forming the silicon-containing layer on the substrate, the supply amount of the first source gas is changed to the supply amount of the second source gas. Less than. In FIG. 10, after the HCD gas and the DCS gas are simultaneously supplied in the step of forming the silicon-containing film on the substrate, the supply of the HCD gas is stopped first, and the supply of the DCS gas alone is continued for a predetermined time. In this example, the HCD gas supply time is made shorter than the DCS gas supply time. In this case, wafer charge, boat load, pressure adjustment, temperature adjustment, step 1, step 2, purge, return to atmospheric pressure, boat unload, and wafer discharge are performed in the same manner as the film formation flow in the above-described embodiment. Steps 3 and 4 are performed in place of the following steps 3, 4, 5, and 6.

[ステップ3]
ステップ3は、上述のSiN成膜への適用におけるステップ3と同様に行う。
[Step 3]
Step 3 is performed in the same manner as Step 3 in the application to the SiN film formation described above.

[ステップ4]
ステップ4は、上述のSiN成膜への適用におけるステップ4と同様に行う。
[Step 4]
Step 4 is performed in the same manner as Step 4 in the application to the SiN film formation described above.

[ステップ5]
処理室201内の残留ガスを除去した後、第1ガス供給管232aのバルブ243a、第1不活性ガス供給管234aのバルブ243cを開き、第1ガス供給管232aにOガス、第1不活性ガス供給管234aに不活性ガスを流す。不活性ガスは、第1不活性ガス供給管234a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。O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Oガスは、流量調整された不活性ガスと第1ガス供給管232a内で混合されて、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。
[Step 5]
After the residual gas in the processing chamber 201 is removed, the valve 243a of the first gas supply pipe 232a and the valve 243c of the first inert gas supply pipe 234a are opened, and O 2 gas and the first inert gas are supplied to the first gas supply pipe 232a. An inert gas is allowed to flow through the active gas supply pipe 234a. The inert gas flows from the first inert gas supply pipe 234a, and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241c. The O 2 gas flows from the first gas supply pipe 232a and the flow rate is adjusted by the mass flow controller 241a. The O 2 gas whose flow rate has been adjusted is mixed with the inert gas whose flow rate has been adjusted in the first gas supply pipe 232a, and is heated from the gas supply hole 248a of the first nozzle 233a into the heated processing chamber 201 in a reduced pressure state. Is exhausted from the exhaust pipe 231.

このとき、APCバルブ242を適正に調整して、処理室201内の圧力を、大気圧未満、例えば10〜1000Paの範囲内の圧力に維持する。マスフローコントローラ241aで制御するOガスの供給流量は、例えば1sccm〜20000sccm(20slm)の範囲内の流量とする。なお、Oガスにウエハ200を晒す時間は、例えば1〜120秒間の範囲内の時間とする。ヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば350〜850℃、好ましくは400〜700℃の範囲内の温度となるように設定する。Oガスはプラズマで活性化させるよりも、熱で活性化させた方が、その活性化量は抑制され、SiN層の酸化量を抑えることができ、ソフトな反応を生じさせることができるようになる。 At this time, the APC valve 242 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 at a pressure lower than atmospheric pressure, for example, in a range of 10 to 1000 Pa. The supply flow rate of O 2 gas controlled by the mass flow controller 241a is, for example, a flow rate in the range of 1 sccm to 20000 sccm (20 slm). The time for exposing the wafer 200 to the O 2 gas is, for example, a time within a range of 1 to 120 seconds. The temperature of the heater 207 is set so that the temperature of the wafer 200 is, for example, 350 to 850 ° C., preferably 400 to 700 ° C. Than O 2 gas are activated in a plasma, who were activated by heat, the activating amount is suppressed, it is possible to suppress the oxidation of the SiN layer, so that it is possible to produce a soft reaction become.

このとき、処理室201内に流しているガスはノンプラズマで熱的に活性化されたOガスであり、処理室201内にはHCDガスもDCSガスもNHガスも流していない。したがって、Oガスは気相反応を起こすことはなく、活性化されたOガスは、ステップ3でウエハ200上に形成されたSiN層と反応する。これによりSiN層は窒化されて、シリコン酸窒化層(SiON層)へと改質される。 At this time, the gas flowing in the processing chamber 201 is O 2 gas thermally activated by non-plasma, and no HCD gas, DCS gas, or NH 3 gas is flowing in the processing chamber 201. Therefore, the O 2 gas does not cause a gas phase reaction, and the activated O 2 gas reacts with the SiN layer formed on the wafer 200 in step 3. As a result, the SiN layer is nitrided and modified into a silicon oxynitride layer (SiON layer).

酸素含有ガスとしては、Oガス以外に、Oガス、NOガス、Nガス、NOガス、HOガス等を用いてもよい。また、上述の実施形態におけるステップ3のように、酸素含有ガスに水素含有ガスを添加したガスを用いるようにしてもよい。 As the oxygen-containing gas, in addition to O 2 gas, O 3 gas, NO gas, N 2 O 4 gas, N 2 O gas, H 2 O gas, or the like may be used. Further, as in step 3 in the above-described embodiment, a gas obtained by adding a hydrogen-containing gas to an oxygen-containing gas may be used.

[ステップ6]
SiN層をシリコン酸化層へと改質した後、第1ガス供給管232aのバルブ243aを閉じ、Oガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ242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Oガスを処理室201内から排除する。このとき、不活性ガスを処理室201内へ供給すると、残留したOガスを排除する効果が更に高まる(残留ガス除去)。このときのヒータ207の温度は、ウエハ200の温度がOガスの供給時と同じく350〜850℃、好ましくは400〜700℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
[Step 6]
After modifying the SiN layer into a silicon oxide layer, the valve 243a of the first gas supply pipe 232a is closed, and the supply of O 2 gas is stopped. At this time, the APC valve 242 of the exhaust pipe 231 is kept open, the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, and the remaining O 2 gas is removed from the inside of the processing chamber 201. At this time, if an inert gas is supplied into the processing chamber 201, the effect of removing the remaining O 2 gas is further enhanced (residual gas removal). The temperature of the heater 207 at this time is set to such a temperature that the temperature of the wafer 200 is in the range of 350 to 850 ° C., preferably 400 to 700 ° C., as in the case of supplying the O 2 gas.

上述したステップ1〜6を1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことにより、ウエハ200上に所定膜厚のシリコン酸窒化膜を成膜することが出来る。   By repeating steps 1 to 6 described above as one cycle and repeating this cycle a plurality of times, a silicon oxynitride film having a predetermined thickness can be formed on the wafer 200.

なお、上述のSiON成膜への適用では、基板に対してシリコンを含む少なくとも2種類の原料ガス(HCDガス、DCSガス)を供給することで、基板上にシリコン含有層を形成する工程(ステップ1)と、基板に対して反応ガス(NHガス)を供給することで、シリコン含有層をシリコン窒化層に改質する工程(ステップ3)と、基板に対して反応ガス(Oガス)を供給することで、シリコン窒化層をシリコン酸窒化層に改質する工程(ステップ5)と、を交互に繰り返すことで、基板上に所定膜厚のシリコン酸窒化膜を形成する例について説明したが、ステップ3(および4)とステップ5(および6)を入れ替えてもよい。すなわち、基板に対してシリコンを含む少なくとも2種類の原料ガス(HCDガス、DCSガス)を供給することで、基板上にシリコン含有層を形成する工程(ステップ1)と、基板に対して反応ガス(Oガス)を供給することで、シリコン含有層をシリコン酸化層に改質する工程(ステップ5)と、基板に対して反応ガス(NHガス)を供給することで、シリコン酸化層をシリコン酸窒化層に改質する工程(ステップ3)と、を交互に繰り返すことで、基板上に所定膜厚のシリコン酸窒化膜を形成するようにしてもよい。 In addition, in the application to the above-described SiON film formation, a step (step of forming a silicon-containing layer on the substrate by supplying at least two kinds of source gases (HCD gas and DCS gas) containing silicon to the substrate. 1), a step of modifying the silicon-containing layer into a silicon nitride layer by supplying a reactive gas (NH 3 gas) to the substrate (step 3), and a reactive gas (O 2 gas) for the substrate An example of forming a silicon oxynitride film having a predetermined thickness on the substrate by alternately repeating the step of modifying the silicon nitride layer into a silicon oxynitride layer by supplying (Step 5) However, step 3 (and 4) and step 5 (and 6) may be interchanged. That is, by supplying at least two kinds of source gases (HCD gas and DCS gas) containing silicon to the substrate, a step of forming a silicon-containing layer on the substrate (step 1) and a reaction gas for the substrate (O 2 gas) is supplied to modify the silicon-containing layer into a silicon oxide layer (step 5), and a reactive gas (NH 3 gas) is supplied to the substrate to thereby change the silicon oxide layer. A silicon oxynitride film having a predetermined thickness may be formed on the substrate by alternately repeating the step of modifying the silicon oxynitride layer (step 3).

また、上述の実施形態では、所定元素としてのシリコンを含む少なくとも2種類の原料ガスとして、シリコンを含む第1の原料ガス(HCDガス)とシリコンを含む第2の原料ガス(DCSガス)とを用いる例について説明したが、シリコンを含む3種類以上の原料ガスを用いるようにしてもよい。例えば、シリコンを含む第1の原料ガス(HCDガス)とシリコンを含む第2の原料ガス(DCSガス)とシリコンを含む第3の原料ガス(SiClガス(以下、TCSガスと称す))とを用いるようにしてもよい。この場合、第1の原料ガス(HCDガス)は第2の原料ガス(DCSガス)よりも反応性が高く、第2の原料ガス(DCSガス)は第3の原料ガス(TCSガス)よりも反応性が高く、基板上にシリコン含有層を形成する工程では、第1の原料ガスの供給量を、第2の原料ガスの供給量よりも少なくすると共に、第3の原料ガスの供給量よりも少なくする。すなわち、反応性の最も高い原料ガスの供給量を、他の原料ガスの供給量よりも少なくする。これにより、上述の実施形態と同様な作用効果が得られる。 In the above-described embodiment, the first source gas containing silicon (HCD gas) and the second source gas containing silicon (DCS gas) are used as at least two kinds of source gases containing silicon as the predetermined element. Although the example of using was demonstrated, you may make it use 3 or more types of source gas containing a silicon | silicone. For example, a first source gas containing silicon (HCD gas), a second source gas containing silicon (DCS gas), and a third source gas containing silicon (SiCl 4 gas (hereinafter referred to as TCS gas)) May be used. In this case, the first source gas (HCD gas) is more reactive than the second source gas (DCS gas), and the second source gas (DCS gas) is higher than the third source gas (TCS gas). In the step of forming the silicon-containing layer on the substrate with high reactivity, the supply amount of the first source gas is made smaller than the supply amount of the second source gas and more than the supply amount of the third source gas. Less. That is, the supply amount of the source gas having the highest reactivity is made smaller than the supply amounts of the other source gases. Thereby, the same effect as the above-mentioned embodiment is obtained.

(金属酸化膜、金属窒化膜または金属酸窒化膜の成膜への適用)
また本発明は、所定元素としてのシリコン(Si)等の半導体元素を含む原料ガスを用いる代わりに、所定元素としてのチタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、アルミニウム(Al)等の金属元素を含む原料ガスを用いることで、基板上に所定膜厚の金属酸化膜、金属窒化膜または金属酸窒化膜を形成する場合にも適用できる。
(Application to metal oxide film, metal nitride film or metal oxynitride film)
Further, the present invention uses titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), aluminum (Al), etc. as the predetermined element instead of using a source gas containing a semiconductor element such as silicon (Si) as the predetermined element. By using a source gas containing the above metal element, the present invention can also be applied to the case where a metal oxide film, metal nitride film, or metal oxynitride film having a predetermined thickness is formed on a substrate.

例えば、金属酸化膜を形成する場合は、基板を収容した処理容器内に、所定元素としての金属元素を含む少なくとも2種類の原料ガスとして、金属元素を含む第1の原料ガスと金属元素を含む第2の原料ガスとを供給することで、基板上に所定元素含有層としての金属含有層を形成する工程と、処理容器内に第1の原料ガスおよび第2の原料ガスとは異なる反応ガスとして、酸素含有ガス、または、酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給することで、金属含有層を金属酸化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、基板上に所定膜厚の金属酸化膜を形成する。   For example, in the case of forming a metal oxide film, a first source gas containing a metal element and a metal element are included as at least two kinds of source gases containing a metal element as a predetermined element in a processing container containing a substrate. A step of forming a metal-containing layer as a predetermined element-containing layer on the substrate by supplying the second source gas, and a reaction gas different from the first source gas and the second source gas in the processing vessel As described above, by alternately supplying the oxygen-containing gas or the step of reforming the metal-containing layer into the metal oxide layer by supplying the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas, a metal having a predetermined film thickness is formed on the substrate. An oxide film is formed.

また例えば、金属窒化膜を形成する場合は、基板を収容した処理容器内に、所定元素としての金属元素を含む少なくとも2種類の原料ガスとして、金属元素を含む第1の原料ガスと金属元素を含む第2の原料ガスとを供給することで、基板上に金属含有層を形成する工程と、処理容器内に第1の原料ガスおよび第2の原料ガスとは異なる反応ガスとして、窒素含有ガスを供給することで、金属含有層を金属窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、基板上に所定膜厚の金属窒化膜を形成する。   For example, in the case of forming a metal nitride film, a first source gas containing a metal element and a metal element are used as at least two kinds of source gases containing a metal element as a predetermined element in a processing container containing a substrate. A nitrogen-containing gas as a reactive gas different from the first source gas and the second source gas in the processing vessel by supplying the second source gas containing the step of forming the metal-containing layer on the substrate The step of reforming the metal-containing layer into the metal nitride layer is alternately repeated to form a metal nitride film having a predetermined thickness on the substrate.

また例えば、金属酸窒化膜を形成する場合は、基板を収容した処理容器内に、所定元素としての金属元素を含む少なくとも2種類の原料ガスとして、金属元素を含む第1の原料ガスと金属元素を含む第2の原料ガスとを供給することで、基板上に金属含有層を形成する工程と、処理容器内に第1の原料ガスおよび第2の原料ガスとは異なる反応ガスとして、窒素含有ガスを供給することで、金属含有層を金属窒化層に改質する工程と、処理容器内に第1の原料ガスおよび第2の原料ガスとは異なる反応ガスとして、酸素含有ガス、または、酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給することで、金属窒化層を金属酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、基板上に所定膜厚の金属酸窒化膜を形成する。   In addition, for example, when forming a metal oxynitride film, a first source gas containing a metal element and a metal element are used as at least two types of source gases containing a metal element as a predetermined element in a processing container containing a substrate. And a step of forming a metal-containing layer on the substrate by supplying a second source gas containing a nitrogen-containing reaction gas different from the first source gas and the second source gas in the processing vessel. The step of reforming the metal-containing layer into a metal nitride layer by supplying a gas, and a reactive gas different from the first source gas and the second source gas in the processing vessel are oxygen-containing gas or oxygen By supplying the containing gas and the hydrogen-containing gas, the step of modifying the metal nitride layer into the metal oxynitride layer is alternately repeated to form a metal oxynitride film having a predetermined thickness on the substrate.

なお、いずれの場合も第1の原料ガスは第2の原料ガスよりも反応性が高く、基板上に金属含有層を形成する工程では、第1の原料ガスの供給量を、第2の原料ガスの供給量よりも少なくする。すなわち、第1の原料ガスの供給流量を第2の原料ガスの供給流量よりも少なくするか、第1の原料ガスの供給時間を第2の原料ガスの供給時間よりも短くするか、もしくは、第1の原料ガスの供給流量を第2の原料ガスの供給流量よりも少なくすると共に、第1の原料ガスの供給時間を第2の原料ガスの供給時間よりも短くすることで、第1の原料ガスの供給量を第2の原料ガスよりも少なくする。   In any case, the first source gas is more reactive than the second source gas, and in the step of forming the metal-containing layer on the substrate, the supply amount of the first source gas is changed to the second source gas. Less than the gas supply. That is, the supply flow rate of the first source gas is made smaller than the supply flow rate of the second source gas, the supply time of the first source gas is made shorter than the supply time of the second source gas, or By making the supply flow rate of the first source gas smaller than the supply flow rate of the second source gas and making the supply time of the first source gas shorter than the supply time of the second source gas, The supply amount of the source gas is made smaller than that of the second source gas.

例えば、金属元素を含む原料ガスとしてチタンを含む原料ガスを用いて、基板上に所定膜厚の金属酸化膜、金属窒化膜または金属酸窒化膜として、それぞれチタン酸化膜(TiO膜)、チタン窒化膜(TiN膜)またはチタン酸窒化膜(TiON膜)を形成する場合、チタンを含む第1の原料ガス、チタンを含む第2の原料ガスとして、それぞれ例えばTDMAT(テトラキスジメチルアミノチタン、Ti[N(CH)ガス、TiCl(四塩化チタン)ガスを用いる。酸素含有ガス、水素含有ガス、窒素含有ガスとしては、上述の実施形態において例示したガスをそれぞれ用いることができる。なお、これらの場合、処理温度(基板温度)を、例えば100〜500℃の範囲内の温度とし、処理圧力(処理室内圧力)を、例えば1〜3000Paの範囲内の圧力とし、TDMATガスの供給流量を、例えば1〜500sccmの範囲内の流量とし、TiClガスの供給流量を、例えば1〜5000sccmの範囲内の流量とする。酸素含有ガス、水素含有ガス、窒素含有ガスの供給流量は、上述の実施形態においてそれぞれ例示した範囲内の流量とする。なお、TDMATガスの方がTiClガスよりも反応性が高く、すなわち、TiClガスよりも熱分解温度が低く、同様なコンディション下においてTiClガスよりも基板上へ吸着し易い。基板上に金属含有層としてチタン含有層を形成する工程では、TDMATガスの供給量を、TiClガスの供給量よりも少なくする。 For example, using a source gas containing titanium as a source gas containing a metal element, a metal oxide film, a metal nitride film, or a metal oxynitride film having a predetermined thickness on the substrate, respectively, a titanium oxide film (TiO 2 film), titanium When forming a nitride film (TiN film) or a titanium oxynitride film (TiON film), for example, TDMAT (tetrakisdimethylaminotitanium, Ti [ N (CH 3 ) 2 ] 4 ) gas and TiCl 4 (titanium tetrachloride) gas are used. As the oxygen-containing gas, hydrogen-containing gas, and nitrogen-containing gas, the gas exemplified in the above-described embodiment can be used. In these cases, the processing temperature (substrate temperature) is set to a temperature in the range of 100 to 500 ° C., the processing pressure (pressure in the processing chamber) is set to a pressure in the range of 1 to 3000 Pa, for example, and the TDMAT gas is supplied. The flow rate is set to a flow rate in the range of 1 to 500 sccm, for example, and the supply flow rate of the TiCl 4 gas is set to a flow rate in the range of 1 to 5000 sccm, for example. The supply flow rates of the oxygen-containing gas, hydrogen-containing gas, and nitrogen-containing gas are set to the flow rates within the ranges exemplified in the above-described embodiments. Incidentally, higher in reactivity than the TiCl 4 gas TDMAT gas, i.e., TiCl 4 thermal decomposition temperature is lower than the gas easily adsorbed onto the substrate than the TiCl 4 gas under the same conditions. In the step of forming the titanium-containing layer as the metal-containing layer on the substrate, the supply amount of the TDMAT gas is made smaller than the supply amount of the TiCl 4 gas.

また例えば、金属元素を含む原料ガスとしてジルコニウムを含む原料ガスを用いて、基板上に所定膜厚の金属酸化膜、金属窒化膜または金属酸窒化膜として、それぞれジルコニウム酸化膜(ZrO膜)、ジルコニウム窒化膜(ZrN膜)またはジルコニウム酸窒化膜(ZrON膜)を形成する場合、ジルコニウムを含む第1の原料ガス、ジルコニウムを含む第2の原料ガスとして、それぞれ例えばTEMAZ(テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム、Zr[N(CH)C)ガス、ZrCl(四塩化ジルコニウム)ガスを用いる。酸素含有ガス、水素含有ガス、窒素含有ガスとしては、上述の実施形態において例示したガスをそれぞれ用いることができる。なお、これらの場合、処理温度(基板温度)を、例えば100〜400℃の範囲内の温度とし、処理圧力(処理室内圧力)を、例えば1〜1000Paの範囲内の圧力とし、TEMAZガスの供給流量を1〜500sccmの範囲内の流量とし、ZrClガスの供給流量を1〜5000sccmの範囲内の流量とする。酸素含有ガス、水素含有ガス、窒素含有ガスの供給流量は、上述の実施形態においてそれぞれ例示した範囲内の流量とする。なお、TEMAZガスの方がZrClガスよりも反応性が高く、すなわち、ZrClガスよりも熱分解温度が低く、同様なコンディション下においてZrClガスよりも基板上へ吸着し易い。基板上に金属含有層としてジルコニウム含有層を形成する工程では、TEMAZガスの供給量を、ZrClガスの供給量よりも少なくする。 Further, for example, using a source gas containing zirconium as a source gas containing a metal element, a zirconium oxide film (ZrO 2 film) as a metal oxide film, metal nitride film or metal oxynitride film having a predetermined thickness on the substrate, When forming a zirconium nitride film (ZrN film) or a zirconium oxynitride film (ZrON film), as the first source gas containing zirconium and the second source gas containing zirconium, for example, TEMAZ (tetrakisethylmethylamino zirconium, Zr [N (CH 3 ) C 2 H 5 ] 4 ) gas, ZrCl 4 (zirconium tetrachloride) gas is used. As the oxygen-containing gas, hydrogen-containing gas, and nitrogen-containing gas, the gas exemplified in the above-described embodiment can be used. In these cases, the processing temperature (substrate temperature) is set to a temperature in the range of 100 to 400 ° C., the processing pressure (pressure in the processing chamber) is set to a pressure in the range of 1 to 1000 Pa, for example, and the TEMAZ gas is supplied. The flow rate is set to a flow rate in the range of 1 to 500 sccm, and the supply flow rate of the ZrCl 4 gas is set to a flow rate in the range of 1 to 5000 sccm. The supply flow rates of the oxygen-containing gas, hydrogen-containing gas, and nitrogen-containing gas are set to the flow rates within the ranges exemplified in the above-described embodiments. Incidentally, who TEMAZ gas more reactive than ZrCl 4 gas, i.e., ZrCl 4 thermal decomposition temperature is lower than the gas easily adsorbed onto the substrate than the ZrCl 4 gas under the same conditions. In the step of forming the zirconium-containing layer as the metal-containing layer on the substrate, the supply amount of the TEMAZ gas is made smaller than the supply amount of the ZrCl 4 gas.

また例えば、金属元素を含む原料ガスとしてハフニウムを含む原料ガスを用いて、基板上に所定膜厚の金属酸化膜、金属窒化膜または金属酸窒化膜として、それぞれハフニウム酸化膜(HfO膜)、ハフニウム窒化膜(HfN膜)またはハフニウム酸窒化膜(HfON膜)を形成する場合、ハフニウムを含む第1の原料ガス、ハフニウムを含む第2の原料ガスとして、それぞれ例えばTEMAH(テトラキスエチルメチルアミノハフニウム、Hf[N(CH)C)ガス、HfCl(四塩化ハフニウム)ガスを用いる。酸素含有ガス、水素含有ガス、窒素含有ガスとしては、上述の実施形態において例示したガスをそれぞれ用いることができる。なお、これらの場合、処理温度(基板温度)を、例えば100〜400℃の範囲内の温度とし、処理圧力(処理室内圧力)を、例えば1〜1000Paの範囲内の圧力とし、TEMAHガスの供給流量を1〜500sccmの範囲内の流量とし、HfClガスの供給流量を1〜5000sccmの範囲内の流量とする。酸素含有ガス、水素含有ガス、窒素含有ガスの供給流量は、上述の実施形態においてそれぞれ例示した範囲内の流量とする。なお、TEMAHガスの方がHfClガスよりも反応性が高く、すなわち、HfClガスよりも熱分解温度が低く、同様なコンディション下においてHfClガスよりも基板上へ吸着し易い。基板上に金属含有層としてハフニウム含有層を形成する工程では、TEMAHガスの供給量を、HfClガスの供給量よりも少なくする。 Further, for example, using a source gas containing hafnium as a source gas containing a metal element, a hafnium oxide film (HfO 2 film) as a metal oxide film, metal nitride film or metal oxynitride film having a predetermined thickness on the substrate, When a hafnium nitride film (HfN film) or a hafnium oxynitride film (HfON film) is formed, for example, TEMAH (tetrakisethylmethylaminohafnium, Hf [N (CH 3 ) C 2 H 5 ] 4 ) gas or HfCl 4 (hafnium tetrachloride) gas is used. As the oxygen-containing gas, hydrogen-containing gas, and nitrogen-containing gas, the gas exemplified in the above-described embodiment can be used. In these cases, the processing temperature (substrate temperature) is set to a temperature in the range of 100 to 400 ° C., the processing pressure (pressure in the processing chamber) is set to a pressure in the range of 1 to 1000 Pa, for example, and the TEMAH gas is supplied. The flow rate is set to a flow rate in the range of 1 to 500 sccm, and the supply flow rate of the HfCl 4 gas is set to a flow rate in the range of 1 to 5000 sccm. The supply flow rates of the oxygen-containing gas, hydrogen-containing gas, and nitrogen-containing gas are set to the flow rates within the ranges exemplified in the above-described embodiments. Incidentally, who TEMAH gas more reactive than HfCl 4 gas, i.e., HfCl 4 thermal decomposition temperature is lower than the gas easily adsorbed onto the substrate than HfCl 4 gas under the same conditions. In the step of forming the hafnium-containing layer as the metal-containing layer on the substrate, the supply amount of the TEMAH gas is made smaller than the supply amount of the HfCl 4 gas.

また例えば、金属元素を含む原料ガスとしてアルミニウムを含む原料ガスを用いて、基板上に所定膜厚の金属酸化膜、金属窒化膜または金属酸窒化膜として、それぞれアルミニウム酸化膜(Al膜)、アルミニウム窒化膜(AlN膜)またはアルミニウム酸窒化膜(AlON膜)を形成する場合、アルミニウムを含む第1の原料ガス、アルミニウムを含む第2の原料ガスとして、それぞれ例えばTMA(トリメチルアルミニウム、Al(CH)ガス、AlCl(三塩化アルミニウム)ガスを用いる。酸素含有ガス、水素含有ガス、窒素含有ガスとしては、上述の実施形態において例示したガスをそれぞれ用いることができる。なお、これらの場合、処理温度(基板温度)を、例えば100〜400℃の範囲内の温度とし、処理圧力(処理室内圧力)を、例えば1〜1000Paの範囲内の圧力とし、TMAガスの供給流量を1〜500sccmの範囲内の流量とし、AlClガスの供給流量を1〜5000sccmの範囲内の流量とする。酸素含有ガス、水素含有ガス、窒素含有ガスの供給流量は、上述の実施形態においてそれぞれ例示した範囲内の流量とする。なお、TMAガスの方がAlClガスよりも反応性が高く、すなわち、AlClガスよりも熱分解温度が低く、同様なコンディション下においてAlClガスよりも基板上へ吸着し易い。基板上に金属含有層としてアルミニウム含有層を形成する工程では、TMAガスの供給量を、AlClガスの供給量よりも少なくする。 Further, for example, a source gas containing aluminum is used as a source gas containing a metal element, and an aluminum oxide film (Al 2 O 3 film) is formed on the substrate as a metal oxide film, metal nitride film, or metal oxynitride film having a predetermined thickness. ), An aluminum nitride film (AlN film) or an aluminum oxynitride film (AlON film), for example, TMA (trimethylaluminum, Al) is used as the first source gas containing aluminum and the second source gas containing aluminum, respectively. (CH 3 ) 3 ) gas, AlCl 3 (aluminum trichloride) gas is used. As the oxygen-containing gas, hydrogen-containing gas, and nitrogen-containing gas, the gas exemplified in the above-described embodiment can be used. In these cases, the processing temperature (substrate temperature) is set to a temperature in the range of 100 to 400 ° C., the processing pressure (pressure in the processing chamber) is set to a pressure in the range of 1 to 1000 Pa, for example, and TMA gas is supplied. The flow rate is set to a flow rate in the range of 1 to 500 sccm, and the supply flow rate of the AlCl 3 gas is set to a flow rate in the range of 1 to 5000 sccm. The supply flow rates of the oxygen-containing gas, hydrogen-containing gas, and nitrogen-containing gas are set to the flow rates within the ranges exemplified in the above-described embodiments. Incidentally, who TMA gas more reactive than AlCl 3 gas, i.e., AlCl 3 thermal decomposition temperature is lower than the gas easily adsorbed onto the substrate than the AlCl 3 gas under the same conditions. In the step of forming the aluminum-containing layer as the metal-containing layer on the substrate, the supply amount of the TMA gas is made smaller than the supply amount of the AlCl 3 gas.

本実施形態の図4の成膜シーケンスによりウエハ上にシリコン酸化膜を形成し、成膜速度(SiO成膜速度)およびウエハ面内膜厚均一性(SiO膜厚均一性)を測定した。HCD流量、DCS流量以外の成膜条件(各ステップでの処理条件)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。DCS流量は1〜2slmの範囲内のある流量に固定し、HCD流量を0〜0.2slmの範囲内で変化させ、HCD/DCS流量比を、(A)0%、(B)3%、(C)6%、(D)10%の4通りに変化させた。以下、それぞれを流量条件(A)、流量条件(B)、流量条件(C)、流量条件(D)と称することとする。なお、流量条件(A)のHCD/DCS流量比:0%とは、DCSにHCDを添加しなかったケース(DCSを単独で供給したケース)を示している。また、本実施例においては、HCDの供給時間とDCSの供給時間とが同じなので、HCD/DCS流量比は、DCSガスの供給量に対するHCDガスの供給量の比(HCD/DCS)と同じ値となる。   A silicon oxide film was formed on the wafer by the film forming sequence shown in FIG. 4 of the present embodiment, and the film forming speed (SiO film forming speed) and the in-plane film thickness uniformity (SiO film thickness uniformity) were measured. Film formation conditions (processing conditions at each step) other than the HCD flow rate and the DCS flow rate were set within the processing condition ranges described in the above-described embodiments. The DCS flow rate is fixed to a certain flow rate within the range of 1 to 2 slm, the HCD flow rate is changed within the range of 0 to 0.2 slm, and the HCD / DCS flow rate ratio is set to (A) 0%, (B) 3%, (C) 6% and (D) 10%. Hereinafter, these will be referred to as a flow rate condition (A), a flow rate condition (B), a flow rate condition (C), and a flow rate condition (D). In addition, the HCD / DCS flow rate ratio of flow rate condition (A): 0% indicates a case where HCD is not added to DCS (a case where DCS is supplied alone). In this embodiment, since the supply time of HCD and the supply time of DCS are the same, the HCD / DCS flow rate ratio is the same value as the ratio of the supply amount of HCD gas to the supply amount of DCS gas (HCD / DCS). It becomes.

その結果を図11、図12に示す。図11、図12は、それぞれ、HCD/DCS流量比とSiO成膜速度との関係、HCD/DCS流量比とSiO膜厚均一性との関係を示している。図11、図12の横軸は、いずれもHCD/DCS流量比(%)を示しており、図11の縦軸はSiO成膜速度(任意単位(a.u.))を、図12の縦軸はSiO膜厚均一性(a.u.)を示している。なお、図11では、成膜速度を、HCDを単独で流量条件(D)におけるHCD流量よりも大流量にて供給してシリコン酸化膜を成膜したときの成膜速度を1(基準)とした場合の成膜速度比率として示している。また、図12では、膜厚均一性を、HCDを単独で流量条件(D)におけるHCD流量よりも大流量にて供給してシリコン酸化膜を成膜したときの膜厚均一性を1(基準)とした場合の膜厚均一性比率として示している。なお、膜厚均一性は、基板面内における膜厚分布のばらつきの度合を示しており、その値が小さいほど基板面内における膜厚均一性が良好なことを示している。   The results are shown in FIGS. 11 and 12 show the relationship between the HCD / DCS flow rate ratio and the SiO film forming rate, and the relationship between the HCD / DCS flow rate ratio and the SiO film thickness uniformity, respectively. 11 and 12 both indicate the HCD / DCS flow rate ratio (%), and the vertical axis in FIG. 11 indicates the SiO film formation rate (arbitrary unit (au)), and FIG. The vertical axis represents SiO film thickness uniformity (au). In FIG. 11, the film formation rate when the silicon oxide film is formed by supplying the HCD independently at a flow rate higher than the HCD flow rate in the flow rate condition (D) is 1 (reference). In this case, the film formation rate ratio is shown. In FIG. 12, the film thickness uniformity is 1 (reference) when the silicon oxide film is formed by supplying HCD independently at a flow rate higher than the HCD flow rate in the flow rate condition (D). ) And the film thickness uniformity ratio. The film thickness uniformity indicates the degree of variation in the film thickness distribution in the substrate surface, and the smaller the value, the better the film thickness uniformity in the substrate surface.

図11より、HCD/DCS流量比の増加、すなわち、DCSへのHCD添加量の増加に伴い成膜速度の上昇が見られ、HCD/DCS流量比が6%以上となると成膜速度が飽和することが分かる。これは、本実施例における処理条件下においては、DCSへのHCDの添加により、基板上へのDCS吸着・堆積が補われ、HCD/DCS流量比を6%以上とすることで、DCSとHCDの基板上への吸着・堆積が飽和することが原因と考えられる。なお、HCD/DCS流量比を3%以上とした場合、DCSとHCDの基板上への吸着・堆積は飽和しないが、成膜速度はDCS単独供給の場合よりも高くなる。また、図12より、いずれの流量条件においても良好な膜厚均一性が得られることが分かる。特に、HCD/DCS流量比を6%以上とすることで、より良好な膜厚均一性が得られることが分かる。すなわち、成膜速度、膜厚均一性の確保の観点から、HCD/DCS流量比は、3%以上とするのが好ましく、6%以上とするのがより好ましいといえる。なお、HCD/DCS流量比を50%より大きくすると副生成物やパーティクルが多くなるポテンシャルが高まってしまう。原料コスト低減効果も小さくなってしまう。これらのことから、HCD/DCS流量比は3%以上50%以下とするのが好ましく、6%以上50%以下とするのがより好ましい。なお、上述のように本実施例においては、HCDの供給時間とDCSの供給時間とが同じなので、HCD/DCS流量比(HCDガス流量/DCSガス流量)は、HCD/DCS(HCDガスの供給量/DCSガスの供給量)と同じ値となる。すなわち、本実施例より、DCSガスの供給量に対するHCDガスの供給量の比(HCD/DCS)は、3%以上50%以下とするのが好ましく、6%以上50%以下とするのがより好ましいといえる。   From FIG. 11, an increase in the film formation rate is observed with an increase in the HCD / DCS flow rate ratio, that is, an increase in the amount of HCD added to the DCS, and the film formation rate is saturated when the HCD / DCS flow rate ratio is 6% or more. I understand that. This is because, under the processing conditions in the present embodiment, the addition of HCD to DCS compensates for DCS adsorption / deposition on the substrate, and the HCD / DCS flow rate ratio is set to 6% or more, so that DCS and HCD. This is thought to be due to saturation of adsorption / deposition on the substrate. When the HCD / DCS flow rate ratio is set to 3% or more, the adsorption / deposition of DCS and HCD on the substrate is not saturated, but the film forming rate is higher than that in the case of supplying DCS alone. Moreover, FIG. 12 shows that favorable film thickness uniformity is obtained under any flow rate conditions. In particular, it can be seen that better film thickness uniformity can be obtained by setting the HCD / DCS flow rate ratio to 6% or more. That is, it can be said that the HCD / DCS flow rate ratio is preferably 3% or more, and more preferably 6% or more, from the viewpoint of securing the film forming speed and film thickness uniformity. If the HCD / DCS flow rate ratio is greater than 50%, the potential for increasing by-products and particles increases. The raw material cost reduction effect is also reduced. For these reasons, the HCD / DCS flow rate ratio is preferably 3% to 50%, more preferably 6% to 50%. As described above, since the HCD supply time and the DCS supply time are the same in the present embodiment, the HCD / DCS flow rate ratio (HCD gas flow rate / DCS gas flow rate) is HCD / DCS (HCD gas supply). Amount / DCS gas supply amount). That is, from this example, the ratio of the supply amount of HCD gas to the supply amount of DCS gas (HCD / DCS) is preferably 3% to 50%, more preferably 6% to 50%. It can be said that it is preferable.

<本発明の好ましい態様>
以下、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、
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内に所定元素を含む第1の原料ガスと前記所定元素を含む第2の原料ガスとを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、前記処理容器内に前記第1の原料ガスおよび前記第2の原料ガスとは異なる反応ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を酸化層、窒化層または酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の酸化膜、窒化膜または酸窒化膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記第1の原料ガスは前記第2の原料ガスよりも反応性が高く、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給量を、前記第2の原料ガスの供給量よりも少なくする半導体装置の製造方法が提供される。
According to one aspect of the invention,
Carrying a substrate into a processing container;
Forming a predetermined element-containing layer on the substrate by supplying and exhausting a first source gas containing a predetermined element and a second source gas containing the predetermined element in the processing container; and the processing Modifying the predetermined element-containing layer into an oxide layer, a nitride layer, or an oxynitride layer by supplying and exhausting a reactive gas different from the first source gas and the second source gas into the container; and , And alternately performing a process of forming an oxide film, a nitride film or an oxynitride film having a predetermined thickness on the substrate;
And a step of carrying out the processed substrate from the processing container,
The first source gas is more reactive than the second source gas,
In the step of forming the predetermined element-containing layer, a method for manufacturing a semiconductor device is provided in which the supply amount of the first source gas is less than the supply amount of the second source gas.

好ましくは、前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給流量を、前記第2の原料ガスの供給流量よりも少なくする。   Preferably, in the step of forming the predetermined element-containing layer, the supply flow rate of the first source gas is made smaller than the supply flow rate of the second source gas.

また好ましくは、前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給時間を、前記第2の原料ガスの供給時間よりも短くする。   Preferably, in the step of forming the predetermined element-containing layer, the supply time of the first source gas is shorter than the supply time of the second source gas.

また好ましくは、前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第2の原料ガスの供給量に対する前記第1の原料ガスの供給量の比を3%以上50%以下とする。   Preferably, in the step of forming the predetermined element-containing layer, a ratio of the supply amount of the first raw material gas to the supply amount of the second raw material gas is 3% or more and 50% or less.

また好ましくは、前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第2の原料ガスの供給量に対する前記第1の原料ガスの供給量の比を6%以上50%以下とする。   Preferably, in the step of forming the predetermined element-containing layer, a ratio of the supply amount of the first source gas to the supply amount of the second source gas is set to 6% to 50%.

また好ましくは、前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第2の原料ガスの供給を停止するよりも先に、前記第1の原料ガスの供給を停止する。   Preferably, in the step of forming the predetermined element-containing layer, the supply of the first source gas is stopped before the supply of the second source gas is stopped.

また好ましくは、前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給と前記第2の原料ガスの供給とを同時に開始し、前記第2の原料ガスの供給を停止する
よりも先に、前記第1の原料ガスの供給を停止する。
Preferably, in the step of forming the predetermined element-containing layer, the supply of the first source gas and the supply of the second source gas are started simultaneously, and the supply of the second source gas is stopped. First, the supply of the first source gas is stopped.

また好ましくは、前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第2の原料ガスの供給を開始するよりも先に、前記第1の原料ガスの供給を開始する。   Preferably, in the step of forming the predetermined element-containing layer, the supply of the first source gas is started before the supply of the second source gas is started.

また好ましくは、前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第2の原料ガスの供給を開始するよりも先に、前記第1の原料ガスの供給を開始し、前記第2の原料ガスの供給を停止するよりも先に、前記第1の原料ガスの供給を停止する。   Preferably, in the step of forming the predetermined element-containing layer, the supply of the first source gas is started before the supply of the second source gas is started, and the second source gas is supplied. Prior to stopping the supply, the supply of the first source gas is stopped.

また好ましくは、前記所定元素が半導体元素または金属元素である。   Preferably, the predetermined element is a semiconductor element or a metal element.

本発明の他の態様によれば、
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内にシリコンを含む第1の原料ガスとシリコンを含む第2の原料ガスとを供給し排気することで、前記基板上にシリコン含有層を形成する工程と、前記処理容器内に前記第1の原料ガスおよび前記第2の原料ガスとは異なる反応ガスを供給し排気することで、前記シリコン含有層をシリコン酸化層、シリコン窒化層またはシリコン酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記第1の原料ガスは前記第2の原料ガスよりも反応性が高く、
前記シリコン含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給量を、前記第2の原料ガスの供給量よりも少なくする半導体装置の製造方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
Carrying a substrate into a processing container;
Forming a silicon-containing layer on the substrate by supplying and exhausting a first source gas containing silicon and a second source gas containing silicon in the processing vessel; and Modifying the silicon-containing layer into a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, or a silicon oxynitride layer by supplying and exhausting a reactive gas different from the first source gas and the second source gas; A process of forming a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film having a predetermined film thickness on the substrate by repeating alternately;
And a step of carrying out the processed substrate from the processing container,
The first source gas is more reactive than the second source gas,
In the step of forming the silicon-containing layer, a method of manufacturing a semiconductor device is provided in which the supply amount of the first source gas is less than the supply amount of the second source gas.

好ましくは、前記シリコン含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給流量を、前記第2の原料ガスの供給流量よりも少なくする。   Preferably, in the step of forming the silicon-containing layer, the supply flow rate of the first source gas is made smaller than the supply flow rate of the second source gas.

また好ましくは、前記シリコン含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給時間を、前記第2の原料ガスの供給時間よりも短くする。   Preferably, in the step of forming the silicon-containing layer, the supply time of the first source gas is made shorter than the supply time of the second source gas.

また好ましくは、前記シリコン含有層を形成する工程では、前記第2の原料ガスの供給量に対する前記第1の原料ガスの供給量の比を3%以上50%以下とする。   Preferably, in the step of forming the silicon-containing layer, a ratio of the supply amount of the first source gas to the supply amount of the second source gas is set to 3% or more and 50% or less.

また好ましくは、前記シリコン含有層を形成する工程では、前記第2の原料ガスの供給量に対する前記第1の原料ガスの供給量の比を6%以上50%以下とする。   Preferably, in the step of forming the silicon-containing layer, a ratio of the supply amount of the first source gas to the supply amount of the second source gas is set to 6% or more and 50% or less.

また好ましくは、前記シリコン含有層を形成する工程では、前記第2の原料ガスの供給を停止するよりも先に、前記第1の原料ガスの供給を停止する。   Preferably, in the step of forming the silicon-containing layer, the supply of the first source gas is stopped before the supply of the second source gas is stopped.

また好ましくは、前記シリコン含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給と前記第2の原料ガスの供給とを同時に開始し、前記第2の原料ガスの供給を停止するよりも先に、前記第1の原料ガスの供給を停止する。   More preferably, in the step of forming the silicon-containing layer, the supply of the first source gas and the supply of the second source gas are started simultaneously, and the supply of the second source gas is stopped. First, the supply of the first source gas is stopped.

また好ましくは、前記シリコン含有層を形成する工程では、前記第2の原料ガスの供給を開始するよりも先に、前記第1の原料ガスの供給を開始する。   Preferably, in the step of forming the silicon-containing layer, the supply of the first source gas is started before the supply of the second source gas is started.

また好ましくは、前記シリコン含有層を形成する工程では、前記第2の原料ガスの供給を開始するよりも先に、前記第1の原料ガスの供給を開始し、前記第2の原料ガスの供給を停止するよりも先に、前記第1の原料ガスの供給を停止する。   Preferably, in the step of forming the silicon-containing layer, the supply of the first source gas is started and the supply of the second source gas is started before the supply of the second source gas is started. Prior to stopping the supply of the first source gas, the supply of the first source gas is stopped.

また好ましくは、前記第1の原料ガスがヘキサクロロジシランガスであり、前記第2の原料ガスがジクロロシランガスである。   Preferably, the first source gas is hexachlorodisilane gas, and the second source gas is dichlorosilane gas.

本発明の更に他の態様によれば、
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内にヘキサクロロジシランガスとジクロロシランガスとを供給し排気することで、前記基板上にシリコン含有層を形成する工程と、前記処理容器内に反応ガスを供給し排気することで、前記シリコン含有層をシリコン酸化層、シリコン窒化層またはシリコン酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記シリコン含有層を形成する工程では、前記ヘキサクロロジシランガスの供給量を、前記ジクロロシランガスの供給量よりも少なくする半導体装置の製造方法が提供される。
According to yet another aspect of the invention,
Carrying a substrate into a processing container;
A process of forming a silicon-containing layer on the substrate by supplying and exhausting hexachlorodisilane gas and dichlorosilane gas into the processing container, and supplying and exhausting a reactive gas into the processing container, The step of modifying the containing layer into a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, or a silicon oxynitride layer is alternately repeated, whereby a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film having a predetermined thickness is formed on the substrate. A step of performing a forming process;
And a step of carrying out the processed substrate from the processing container,
In the step of forming the silicon-containing layer, a method of manufacturing a semiconductor device is provided in which the supply amount of the hexachlorodisilane gas is less than the supply amount of the dichlorosilane gas.

本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に所定元素を含む第1の原料ガスを供給する第1の原料ガス供給系と、
前記処理容器内に前記所定元素を含む第2の原料ガスを供給する第2の原料ガス供給系と、
前記処理容器内に前記第1の原料ガスおよび前記第2の原料ガスとは異なる反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理容器内に前記第1の原料ガスと前記第2の原料ガスとを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する処理と、前記処理容器内に前記反応ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を酸化層、窒化層または酸窒化層に改質する処理と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の酸化膜、窒化膜または酸窒化膜を形成する処理を行うように、前記第1の原料ガス供給系、前記第2の原料ガス供給系、前記反応ガス供給系および前記排気系を制御する制御部と、を有し、
前記第1の原料ガスは前記第2の原料ガスよりも反応性が高く、
前記制御部は、さらに、前記所定元素含有層を形成する処理において、前記第1の原料ガスの供給量を、前記第2の原料ガスの供給量よりも少なくするように前記第1の原料ガス供給系および前記第2の原料ガス供給系を制御するよう構成される基板処理装置が提供される。
According to yet another aspect of the invention,
A processing container for containing a substrate;
A first source gas supply system for supplying a first source gas containing a predetermined element in the processing container;
A second source gas supply system for supplying a second source gas containing the predetermined element into the processing container;
A reaction gas supply system for supplying a reaction gas different from the first source gas and the second source gas into the processing container;
An exhaust system for exhausting the inside of the processing vessel;
A process of forming a predetermined element-containing layer on the substrate by supplying and exhausting the first source gas and the second source gas into the processing container containing the substrate; and in the processing container A process of modifying the predetermined element-containing layer into an oxide layer, a nitride layer, or an oxynitride layer by supplying and exhausting the reactive gas is alternately repeated, whereby an oxide film having a predetermined thickness is formed on the substrate. A control unit for controlling the first source gas supply system, the second source gas supply system, the reaction gas supply system, and the exhaust system so as to perform a process of forming a nitride film or an oxynitride film; Have
The first source gas is more reactive than the second source gas,
The controller further includes the first source gas so that the supply amount of the first source gas is less than the supply amount of the second source gas in the process of forming the predetermined element-containing layer. A substrate processing apparatus configured to control a supply system and the second source gas supply system is provided.

本発明の更に他の態様によれば、
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内に所定元素を含む少なくとも2種類の原料ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、前記処理容器内に前記原料ガスとは異なる反応ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を酸化層、窒化層または酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の酸化膜、窒化膜または酸窒化膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記少なくとも2種類の原料ガスのうち、反応性の最も高い原料ガスの供給量を、他の原料ガスの供給量よりも少なくする半導体装置の製造方法が提供される。
According to yet another aspect of the invention,
Carrying a substrate into a processing container;
A step of forming a predetermined element-containing layer on the substrate by supplying and exhausting at least two kinds of source gases containing a predetermined element in the processing vessel; and a reaction gas different from the source gas in the processing vessel By alternately supplying and exhausting the step of modifying the predetermined element-containing layer into an oxide layer, a nitride layer, or an oxynitride layer, whereby an oxide film or nitride film having a predetermined thickness is formed on the substrate. Or a process for forming an oxynitride film;
And a step of carrying out the processed substrate from the processing container,
In the step of forming the predetermined element-containing layer, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device in which the supply amount of the most reactive source gas among the at least two kinds of source gases is less than the supply amount of other source gases. Provided.

好ましくは、前記所定元素含有層を形成する工程では、前記反応性の最も高い原料ガスの供給流量を、前記他の原料ガスの供給流量よりも少なくする。   Preferably, in the step of forming the predetermined element-containing layer, the supply flow rate of the most reactive source gas is made smaller than the supply flow rate of the other source gas.

また好ましくは、前記所定元素含有層を形成する工程では、前記反応性の最も高い原料ガスの供給時間を、前記他の原料ガスの供給時間よりも短くする。   Preferably, in the step of forming the predetermined element-containing layer, the supply time of the source gas having the highest reactivity is made shorter than the supply time of the other source gas.

本発明の更に他の態様によれば、
基板を処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内にシリコンを含む少なくとも2種類の原料ガスを供給し排気することで、前記基板上にシリコン含有層を形成する工程と、前記処理容器内に前記原料ガスとは異なる反応ガスを供給し排気することで、前記シリコン含有層をシリコン酸化層、シリコン窒化層またはシリコン酸窒化層に改質する工程と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜を形成する処理を行う工程と、
処理済基板を前記処理容器内から搬出する工程と、を有し、
前記シリコン含有層を形成する工程では、前記少なくとも2種類の原料ガスのうち、反応性の最も高い原料ガスの供給量を、他の原料ガスの供給量よりも少なくする半導体装置の製造方法が提供される。
According to yet another aspect of the invention,
Carrying a substrate into a processing container;
A process of forming a silicon-containing layer on the substrate by supplying and exhausting at least two source gases containing silicon into the processing vessel, and supplying a reaction gas different from the source gas into the processing vessel And a step of modifying the silicon-containing layer into a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, or a silicon oxynitride layer by alternately evacuating the silicon oxide film, silicon having a predetermined thickness on the substrate A process of forming a nitride film or a silicon oxynitride film;
And a step of carrying out the processed substrate from the processing container,
In the step of forming the silicon-containing layer, a method for manufacturing a semiconductor device is provided in which the supply amount of the most reactive source gas among the at least two types of source gases is less than the supply amount of other source gases. Is done.

本発明の更に他の態様によれば、
基板を処理する処理容器と、
前記処理容器内に所定元素を含む少なくとも2種類の原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理容器内に前記原料ガスとは異なる反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
基板を収容した前記処理容器内に前記少なくとも2種類の原料ガスを供給し排気することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する処理と、前記処理容器内に前記反応ガスを供給し排気することで、前記所定元素含有層を酸化層、窒化層または酸窒化層に改質する処理と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に所定膜厚の酸化膜、窒化膜または酸窒化膜を形成する処理を行うと共に、前記所定元素含有層を形成する処理において、前記少なくとも2種類の原料ガスのうち、反応性の最も高い原料ガスの供給量を、他の原料ガスの供給量よりも少なくするように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系および前記排気系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。
According to yet another aspect of the invention,
A processing vessel for processing a substrate;
A source gas supply system for supplying at least two kinds of source gases containing a predetermined element in the processing vessel;
A reaction gas supply system for supplying a reaction gas different from the source gas into the processing vessel;
An exhaust system for exhausting the inside of the processing vessel;
Supplying and exhausting the at least two kinds of source gases into the processing container containing the substrate to form a predetermined element-containing layer on the substrate; supplying the reaction gas into the processing container and exhausting By alternately repeating the process of modifying the predetermined element-containing layer into an oxide layer, a nitride layer, or an oxynitride layer, an oxide film, a nitride film, or an oxynitride film having a predetermined thickness is formed on the substrate. In the process of forming the predetermined element-containing layer, among the at least two types of source gases, the supply amount of the most reactive source gas is set to be higher than the supply amounts of other source gases. A controller that controls the source gas supply system, the reaction gas supply system, and the exhaust system,
A substrate processing apparatus is provided.

121 コントローラ
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4ガス供給管
121 Controller 200 Wafer 201 Processing chamber 202 Processing furnace 203 Reaction tube 207 Heater 231 Exhaust tube 232a First gas supply tube 232b Second gas supply tube 232c Third gas supply tube 232d Fourth gas supply tube

Claims (9)

基板に対して所定元素を含む第1の原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して、前記所定元素を含む第2の原料ガスを供給する工程と、を行うことで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
前記基板に対して前記第1の原料ガスおよび前記第2の原料ガスとは異なる反応ガスを供給することで、前記所定元素含有層を改質する工程と、
1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことで、前記基板上に前記所定元素を含む膜を形成する工程を有し、
前記第1の原料ガスは前記第2の原料ガスよりも反応性が高く、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第2の原料ガスを供給する工程を停止するよりも先に、前記第1の原料ガスを供給する工程を停止する半導体装置の製造方法。
A step of supplying a including a first material gas to predetermined element with respect to the substrate, to the substrate, wherein the step of supplying a second material gas containing a predetermined element, by performing, on the substrate Forming a predetermined element-containing layer in
Modifying the predetermined element-containing layer by supplying a reactive gas different from the first source gas and the second source gas to the substrate;
The By repeating this cycle a plurality of times as one cycle, it has a step of forming a film containing a predetermined element on the substrate,
The first source gas is more reactive than the second source gas,
The method of manufacturing a semiconductor device , wherein in the step of forming the predetermined element-containing layer, the step of supplying the first source gas is stopped before the step of supplying the second source gas is stopped .
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給量を、前記第2の原料ガスの供給量よりも少なくする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the step of forming the predetermined element-containing layer, a supply amount of the first source gas is made smaller than a supply amount of the second source gas. 前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給流量を、前記第2の原料ガスの供給流量よりも少なくする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。 3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , wherein in the step of forming the predetermined element-containing layer, a supply flow rate of the first source gas is made smaller than a supply flow rate of the second source gas. 前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスの供給時間を、前記第2の原料ガスの供給時間よりも短くする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 4. The manufacturing of a semiconductor device according to claim 1 , wherein in the step of forming the predetermined element-containing layer, a supply time of the first source gas is made shorter than a supply time of the second source gas. Method. 前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第2の原料ガスの供給量に対する前記第1の原料ガスの供給量の比を3%以上50%以下とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。5. The method according to claim 1, wherein in the step of forming the predetermined element-containing layer, a ratio of the supply amount of the first source gas to the supply amount of the second source gas is set to 3% or more and 50% or less. The manufacturing method of the semiconductor device of description. 前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第2の原料ガスの供給量に対する前記第1の原料ガスの供給量の比を6%以上50%以下とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。5. The ratio of the supply amount of the first raw material gas to the supply amount of the second raw material gas is 6% to 50% in the step of forming the predetermined element-containing layer. The manufacturing method of the semiconductor device of description. 前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第1の原料ガスを供給する工程を、前記第2の原料ガスを供給する工程よりも先に開始する請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。7. The method according to claim 1, wherein in the step of forming the predetermined element-containing layer, the step of supplying the first source gas is started before the step of supplying the second source gas. A method for manufacturing a semiconductor device. 基板に対して所定元素を含む第1の原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して、前記所定元素を含む第2の原料ガスを供給する工程と、を行うことで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
前記基板に対して前記第1の原料ガスおよび前記第2の原料ガスとは異なる反応ガスを供給することで、前記所定元素含有層を改質する工程と、
1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことで、前記基板上に前記所定元素を含む膜を形成する工程を有し、
前記第1の原料ガスは前記第2の原料ガスよりも反応性が高く、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記第2の原料ガスを供給する工程を停止するよりも先に、前記第1の原料ガスを供給する工程を停止する基板処理方法。
A step of supplying a including a first material gas to predetermined element with respect to the substrate, to the substrate, wherein the step of supplying a second material gas containing a predetermined element, by performing, on the substrate Forming a predetermined element-containing layer in
Modifying the predetermined element-containing layer by supplying a reactive gas different from the first source gas and the second source gas to the substrate;
The By repeating this cycle a plurality of times as one cycle, it has a step of forming a film containing a predetermined element on the substrate,
The first source gas is more reactive than the second source gas,
In the step of forming the predetermined element-containing layer, the substrate processing method of stopping the step of supplying the first source gas before stopping the step of supplying the second source gas .
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に所定元素を含む第1の原料ガスを供給する第1原料ガス供給系と、
前記処理容器内に所定元素を含む第2の原料ガスを供給する第2原料ガス供給系と、
前記処理容器内に前記第1の原料ガスおよび前記第2の原料ガスとは異なる反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記処理容器内の基板に対して前記第1の原料ガスを供給する処理と、前記処理容器内の前記基板に対して前記第2の原料ガスを供給する処理と、を行うことで、前記基板上に所定元素含有層を形成する処理と、前記処理容器内の前記基板に対して前記反応ガスを供給することで、前記所定元素含有層を改質する処理と、を1サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返すことで、前記基板上に前記所定元素を含む膜を形成する処理を行わせ、前記所定元素含有層を形成する処理では、前記第2の原料ガスを供給する処理を停止させるよりも先に、前記第1の原料ガスを供給する工程を停止させるように、前記第1原料ガス供給系、前記第2原料ガス供給系および前記反応ガス供給系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。
A processing container for containing a substrate;
A first source gas supply system that supplies including first source gas predetermined element into the processing chamber,
A second source gas supply system for supplying a second source gas containing a predetermined element in the processing container;
A reaction gas supply system for supplying a reaction gas different from the first source gas and the second source gas into the processing container;
By performing the process for supplying the first source gas to the substrate in the processing chamber, and a process for supplying the second source gas to the substrate in the processing chamber, said substrate The process of forming the predetermined element-containing layer thereon and the process of modifying the predetermined element-containing layer by supplying the reaction gas to the substrate in the processing container are defined as one cycle. by repeating a plurality of times, processing the line Align to form a film containing a predetermined element on the substrate, the process of forming a predetermined element-containing layer, than to stop the process for supplying the second source gas A controller configured to control the first source gas supply system, the second source gas supply system, and the reaction gas supply system so as to stop the step of supplying the first source gas first ; ,
A substrate processing apparatus.
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