JP5968996B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents
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Description
基板を処理する処理室と、
前記基板を支持する基板支持部と、
第1ガスを分散させる第1分散部を有する第1ガス供給部と、
第2ガスを分散させ、前記第1分散部の表面積よりも小さい表面積を有する第2分散部を有する第2ガス供給部と、
を有する基板処理装置が提供される。
基板に、第1分散部を介して第1ガスを供給する工程と、
前記基板に、前記第1分散部内の表面積よりも小さい表面積を有する第2分散部を介して第2ガスを供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
基板に、第1分散部を介して第1ガスを供給させる手順と、
前記基板に、前記第1分散部内の表面積よりも小さい表面積を有する第2分散部を介して第2ガスを供給させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
以下に本発明の第1実施形態を図面に即して説明する。
まず、第1実施形態に係る基板処理装置について説明する。
処理室201(上部容器202a)の内壁上面には、処理室201の雰囲気を排気する第1排気部としての排気口221が設けられている。排気口221には第1排気管としての排気管224が接続されており、排気管224には、処理室201内を所定の圧力に制御するAPC(Auto Pressure Controller)等の圧力調整器222、真空ポンプ223が順に直列に接続されている。主に、排気口221、排気管224、圧力調整器222により、第1の排気部(排気ライン)が構成される。なお、真空ポンプ223を第1の排気部に含めるように構成しても良い。
上部容器202aの側壁には処理室201内に各種ガスを供給するための第1ガス導入口241aが第1ガス導入管150a、を介して設けられている。また、処理室201の上部に設けられるシャワーヘッド234の上面(天井壁)には、処理室201内に各種ガスを供給するための第2ガス導入口241bが第2ガス導入管150bを介して設けられている。第1ガス供給部であるガス導入口241a及び第2ガス供給部であるガス導入口241bに接続されるガス供給系の構成については後述する。
ガス分散ユニットとしてのシャワーヘッド234は、第1のバッファ室(空間)232a、第1の分散孔234a、第2のバッファ室(空間)232b及び第2の分散孔234bにより構成されている。シャワーヘッド234は、第2ガス導入口241bと処理室201との間に設けられている。第1ガス導入口241aから導入される第1ガスはシャワーヘッド234の第1のバッファ空間232a(第1分散部)に供給される。更に、第2ガス導入口241bはシャワーヘッド234の蓋231に接続され、第2ガス導入口241bから導入される第2のガスは蓋231に設けられた孔231aを介してシャワーヘッド234の第2のバッファ空間232b(第2分散部)に供給される。シャワーヘッド234は、例えば、石英、アルミナ、ステンレス、アルミなどの材料で構成される。
第1の分散孔234a及び第2の分散孔234bは、基板載置面211と対向するように配置されている。
上部容器202aに接続された第1ガス供給部であるガス導入孔241aには、第1ガス供給管150aが接続されている。シャワーヘッド234の蓋231に接続された第2ガス供給部であるガス導入孔241bには、第2ガス供給管150bが接続されている。第1ガス供給管150aからは、後述の原料ガス、パージガスが供給され、第2ガス供給管150bからは、後述の反応ガス、パージガスが供給される。
第1ガス供給管集合部140aには、第1ガス供給管150aと、パージガス供給部131aが接続される。第2ガス供給管集合部140bには、第2ガス供給管150bと、パージガス供給部131bが接続される。
第1ガス供給部には、第1ガス原料バルブ160、気化器180、第1ガス供給管150a、マスフロ―コントローラ(MFC)115、バルブ116、気化器残量測定部190が設けられている。なお、第1ガス源113を第1ガス供給部に含めて構成しても良い。気化器180は、液体状態のガス原料中にキャリアガスを供給してバブリングさせることによって、ガスを気化させる様に構成される。
第2ガス供給部には、第2ガス供給管150b、MFC125、バルブ126が設けられている。なお、第2ガス源123、を第2ガス供給部に含めて構成しても良い。
なお、リモートプラズマユニット(RPU)124を設けて、第2ガスを活性化させるように構成しても良い。
また、ベントバルブ170とベント管171を設けて、第2ガス供給管150b内に溜まった不活性な反応ガスを排気可能に構成しても良い。
パージガス供給部には、ガス供給管112、131a、131b、MFC145、135a、135b、バルブ114、136a、136bが設けられている。なお、パージガス源133をパージガス供給部に含めても構成しても良い。
図1に示すように基板処理装置100は、基板処理装置100の各部の動作を制御するコントローラ260を有している。
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて半導体装置(半導体デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に導電膜であって、例えば金属含有膜である遷移金属窒化膜としてのチタニウム窒化(TiN)膜を成膜するシーケンス例について図5を参照して説明する。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260により制御される。
成膜処理に際しては、先ず、ウエハ200を処理室201に搬入させる。具体的には、基板支持部210を昇降機構218によって下降させ、リフトピン207が貫通孔214から基板支持部210の上面側に突出させた状態にする。また、処理室201内を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ205を開放し、ゲートバルブ205からリフトピン207上にウエハ200を載置させる。ウエハ200をリフトピン207上に載置させた後、昇降218によって基板支持部210を所定の位置まで上昇させることによって、ウエハ200が、リフトピン207から基板支持部210へ載置されるようになる。
続いて、処理室201内が所定の圧力(真空度)となるように、排気管224を介して処理室201内を排気する。この際、圧力センサが測定した圧力値に基づき、圧力調整器222としてのAPCバルブの弁の開度をフィードバック制御する。また、温度センサ(不図示)が検出した温度値に基づき、処理室201内が所定の温度となるようにヒータ213への通電量をフィードバック制御する。具体的には、基板支持部210をヒータ213により予め加熱しておき、ウエハ200又は基板支持部210の温度変化が無くなってから一定時間置く。この間、処理室201内に残留している水分あるいは部材からの脱ガス等が有る場合は、真空排気やN2ガスの供給によるパージによって除去しても良い。これで成膜プロセス前の準備が完了することになる。なお、処理室201内を所定の圧力に排気する際に、一度、到達可能な真空度まで真空排気しても良い。
続いて、ウエハ200にTiN膜を成膜する例について説明する。成膜工程S301の詳細について、図5を用いて説明する。
第1ガス供給工程S203では、第1ガス供給系から処理室201内に第1ガス(原料ガス)としての四塩化チタニウム(TiCl4)ガスを供給する。具体的には、ガスバルブ160を開き、TiCl4を気化器180に供給する。その際ガスバルブ114を開き、MFC145で所定流量に調整されたキャリアガスを気化器180に供給し、TiCl4をバブリングさせることによって、TiCl4をガス化する。なお、このガス化は、基板搬入工程S201前から始めておいても良い。ガス化したTiCl4ガスは、MFC115で流量調整した後、基板処理装置100に供給する。流量調整されたTiCl4ガスは、第1のバッファ空間232aを通り、シャワーヘッド234のガス供給孔234aから、減圧状態の処理室201内に供給される。また、排気系による処理室201内の排気を継続し処理室201内の圧力を所定の圧力範囲(第1圧力)となるように制御する。このとき、ウエハ200に対してTiCl4ガスが供給されることとなるTiCl4ガスは、所定の圧力(第1圧力:例えば100Pa以上20000Pa以下)で処理室201内に供給する。このようにして、ウエハ200にTiCl4を供給する。TiCl4が供給されることにより、ウエハ200上に、Ti含有層が形成される。
ウエハ200上にチタニウム含有層が形成された後、第1ガス供給管150aのガスバルブ116を閉じ、TiCl4ガスの供給を停止する。原料ガスを停止することで、処理室201中に存在する原料ガスや、第1のバッファ空間232aの中に存在する原料ガスを第1の排気部から排気されることによりパージ工程S204が行われる。
第1ガスパージ工程の後、バルブ126を開け、ガス導入孔241b、第2のバッファ空間232b、複数の分散孔234bを介して、処理室201内に第2のガス(反応ガス)としての、アンモニアガス(NH3)を供給する。第2のバッファ空間232b、分散孔234bを介して処理室201に供給するので、基板上に均一にガスを供給することができる。そのため、膜厚を均一にすることができる。なお、第2のガスを供給する際に、活性化部(励起部)としてのリモートプラズマユニット(RPU)124を介して、活性化させた第2のガスを処理室201内に供給可能に構成しても良い。
NH3ガスの供給を停止することで、処理室201中に存在する原料ガスや、第2のバッファ空間232bの中に存在する原料ガスを第1の排気部から排気されることによりパージ工程S206が行われる。
パージ工程S206の終了後、コントローラ260は、上記の成膜工程S301(S203〜S206)が所定のサイクル数nが実行されたか否かを判定する。即ち、ウエハ200上に所望の厚さの膜が形成されたか否かを判定する。上述したステップS203〜S206を1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回以上行う(ステップS207)ことにより、ウエハ200上に所定膜厚のチタニウムおよび窒素を含む導電膜、すなわち、TiN膜を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰返すことが好ましい。これにより、ウエハ200上に所定膜厚のTiN膜が形成される。
成膜工程S301が終わった後、基板支持部210を昇降機構218によって下降させ、リフトピン207が貫通孔214から基板支持部210の上面側に突出させた状態にする。また、処理室201内を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ205を解放し、ウエハ200をリフトピン207上からゲートバルブ205外へ搬送する。
第1のバッファ空間232aから処理空間201へ複数の分散孔234aが延びている。第2のバッファ空間232bから処理空間201へ複数の分散孔234bが延びている。第1のバッファ空間232aの上側に第2のバッファ空間232bが設けられている。このため、図1に示すように、第1のバッファ空間232a内を第2のバッファ空間232bからの分散孔234bが貫通するように処理空間201へ延びている。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
(a)2種類以上のガスを供給して成膜する装置であって、吸着しやすいガスを表面積の狭いバッファ空間に供給し、吸着し難いガスを表面積の広いバッファ空間に供給することによって、意図しない反応を抑制することができる。
図6に本発明の第2実施形態を示す。本実施形態では、第1実施形態における基板200と第1分散部である第1のバッファ空間232aとの間に、断熱部を有するものである。
以上、第2実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものでは無く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
基板を処理する処理室と、
前記基板を支持する基板支持部と、
第1ガスを分散させる第1分散部を有する第1ガス供給部と、
第2ガスを分散させ、前記第1分散部の表面積よりも小さい表面積を有する第2分散部を有する第2ガス供給部と、
を有する基板処理装置が提供される。
前記表面積は、前記基板に対して垂直方向の表面積である付記1に記載の基板処理装置が提供される。
前記第2分散部に設けられたガス順方向面の表面積が、前記第1分散部に設けられたガス順方向面の表面積よりも小さく構成される付記1に記載の基板処理装置が提供される。
前記第1ガス供給部には、原料ガスを供給し、
前記第2ガス供給部には、反応ガスが供給される付記1または付記2に記載の基板処理装置が提供される。
前記第2ガスは、前記第1ガスよりも単位面積当たりの吸着量が多いガスである付記1または付記2に記載の基板処理装置が提供される。
前記第1ガスと前記第2ガスを交互に供給するように前記第1ガス供給部と前記第2ガス供給部とを制御する制御部を有する付記1乃至付記5のいずれかに記載の基板処理装置が提供される。
前記第1分散部は、前記基板と対向する様に設けられ、
前記第2分散部は、前記第1分散部上に設けられる付記1乃至付記6のいずれかに記載の基板処理装置が提供される。
前記第1分散部と前記第2分散部それぞれに、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部を有し、
前記制御部は、前記第1ガスを供給する時に前記第2分散部に前記不活性ガスを供給し、前記第2ガスを供給する時に前記第1分散部に前記不活性ガスを供給する様に前記第1ガス供給部と前記第2ガス供給部と前記不活性ガス供給部とを制御する様に構成される付記1乃至付記7のいずれかに記載の基板処理装置が提供される。
前記基板と前記第1分散部との間に、断熱部を有する付記1乃至8のいずれかに記載の基板処理装置が提供される。
前記断熱部は、真空で構成される付記9に記載の基板処理装置が提供される。
他の態様によれば、
基板に、第1分散部を介して第1ガスを供給する工程と、
前記基板に、前記第1分散部内の表面積よりも小さい表面積を有する第2分散部を介して第2ガスを供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
前記第2ガスは、前記第1ガスよりも単位面積当たりの吸着量が多いガスである付記11に記載の半導体装置の製造方法が提供される。
前記第1ガスと前記第2ガスを交互に供給する工程を有する付記10または付記12に記載の半導体装置の製造方法が提供される。
前記第1ガスを供給する工程では、前記第2分散部に不活性ガスを供給し、
前記第2ガスを供給する工程では、前記第1分散部に不活性ガスを供給する付記11乃至付記13のいずれかに記載の半導体装置の製造方法が提供される。
前記第1ガスを供給する工程の後、前記第2分散部に不活性ガスを供給しつつ、前記第1分散部に接続された第1分散部排気口から排気する工程と、
前記第2ガスを供給する工程の後、前記第1分散部に不活性ガスを供給しつつ、前記第2分散部に接続された第2分散部排気口から排気する工程と、
を有する付記14に記載の半導体装置の製造方法が提供される。
更に他の態様によれば、
基板に、第1分散部を介して第1ガスを供給させる手順と、
前記基板に、前記第1分散部内の表面積よりも小さい表面積を有する第2分散部を介して第2ガスを供給させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
前記第2ガスは、前記第1ガスよりも単位面積当たりの吸着量が多いガスである付記16に記載のプログラムが提供される。
前記第1ガスを供給させる手順では、前記第2分散部に不活性ガスを供給し、
前記第2ガスを供給させる手順では、前記第1分散部に不活性ガスを供給する付記16または付記17に記載のプログラムが提供される。
前記第1ガスを供給させる手順の後、前記第2分散部に不活性ガスを供給しつつ、前記第1分散部に接続された第1分散部排気口から排気させる手順と、
前記第2ガスを供給させる手順の後、前記第1分散部に不活性ガスを供給しつつ、前記第2分散部に接続された第2分散部排気口から排気させる手順と、
を有する付記18に記載のプログラムが提供される。
更に他の態様によれば、
基板に、第1分散部を介して第1ガスを供給させる手順と、
前記基板に、前記第1分散部内の表面積よりも小さい表面積を有する第2分散部を介して第2ガスを供給させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムを順に行うようコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
前記第2ガスは、前記第1ガスよりも単位面積当たりの吸着量が多いガスである付記20に記載の記録媒体が提供される。
前記第1ガスを供給させる手順では、前記第2分散部に不活性ガスを供給し、
前記第2ガスを供給させる手順では、前記第1分散部に不活性ガスを供給する付記20または付記21に記載の記録媒体が提供される。
前記第1ガスを供給させる手順の後、前記第2分散部に不活性ガスを供給しつつ、前記第1分散部に接続された第1分散部排気口から排気させる手順と、
前記第2ガスを供給させる手順の後、前記第1分散部に不活性ガスを供給しつつ、前記第2分散部に接続された第2分散部排気口から排気させる手順と、
を有する付記22に記載の記録媒体が提供される。
200 ウエハ(基板)
201 処理室
202 処理容器
212 基板載置台
232a 第1のバッファ空間
232b 第2のバッファ空間
234 シャワーヘッド
234a 第1の分散孔
234b 第2の分散孔
241a 第1ガス導入口
241b 第2ガス導入口
Claims (9)
- 第1ガスと当該第1ガスよりも単位面積当たりの吸着量が多い第2ガスを交互に供給し、前記第1ガスの供給と前記第2ガスの供給の間で、当該第1ガス又は当該第2ガスをパージして基板を処理する基板処理装置であって、
前記基板を処理する処理室と、
前記基板を支持する基板支持部と、
前記第1ガスが前記基板に対して平行方向から導入される第1バッファ空間と当該第1バッファ空間から前記処理室に前記第1ガスを供給する第1ガス分散孔とを有する第1ガス供給部と、
前記第1バッファ空間の上方に設けられ、前記第2ガスが前記基板に対して垂直方向から当該基板の径方向に向かうにつれ径が広がる円錐形状のガスガイドの中央に導入され前記第1バッファ空間の表面積よりも小さい表面積を有する第2バッファ空間と当該第2バッファ空間から前記第1バッファ空間を貫通して前記処理空間に前記第2ガスを供給する第2ガス分散孔とを有する第2ガス供給部と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気部と、
前記第1ガス供給部と前記第2ガス供給部の両方を介して前記処理室にパージガスを供給可能なパージガス供給部と、
前記第1ガス供給部の前記処理室側表面に設けられた断熱部と、
を有する基板処理装置。
- 前記断熱部は、真空で構成される請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記第1バッファ空間に前記第1ガスを供給する第1ガス供給管と前記第2バッファ空間に前記第2ガスを供給する第2ガス供給管とを有し、前記制御部は、前記第1ガスを供給する時に前記第2バッファ空間に前記パージガスを供給し、前記第2ガスを供給する時に前記第1バッファ空間に前記パージガスを供給する様に前記第1ガス供給部と前記第2ガス供給部と前記パージガス供給部とを制御する様に構成される請求項1または2に記載の基板処理装置。
- 第1ガスと当該第1ガスよりも単位面積当たりの吸着量が多い第2ガスを交互に供給し、前記第1ガスの供給と前記第2ガスの供給の間で、当該第1ガス又は当該第2ガスをパージして基板を処理する半導体装置の製造方法であって、
前記基板を処理室に収容する工程と、
第1ガスを分散させる第1バッファ空間に前記基板と平行方向から前記第1ガスを導入し、前記第1バッファ空間に接続された第1ガス分散孔と、当該第1ガス分散孔の前記処理室側表面に設けられた断熱部と、を介して前記基板に前記第1ガスを供給する工程と、 前記第1バッファ空間の上方であって、前記第1バッファ空間の表面積よりも小さい表面積を有し前記第2ガスを分散させる第2バッファ空間に前記基板と垂直方向から当該基板の径方向に向かうにつれ径が広がる円錐形状のガスガイドの中央に前記第2ガスを導入し、当該第2バッファ空間から前記第1バッファ空間を貫通した第2ガス分散孔から、前記断熱部を介して前記基板に前記第2ガスを供給する工程と、
前記第1ガスを供給する工程と、前記第2ガスを供給する工程との間で前記処理室の排気と、当該処理室にパージガスの供給とのいずれか若しくは両方を行うパージ工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
- 前記第1ガスを供給する工程では、前記第2バッファ空間にパージガスを供給し、
前記第2ガスを供給する工程では、前記第1バッファ空間にパージガスを供給する請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1ガスを供給する工程の後、前記第1バッファ空間に前記パージガスを供給しつつ、前記第1バッファ空間に接続された第1バッファ空間排気口から排気する工程と、
前記第2ガスを供給する工程の後、前記第2バッファ空間に前記パージガスを供給しつつ、前記第2バッファ空間に接続された第2バッファ空間排気口から排気する工程と、を有する請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 第1ガスと当該第1ガスよりも単位面積当たりの吸着量が多い第2ガスを交互に供給し、前記第1ガスの供給と前記第2ガスの供給の間で、当該第1ガス又は当該第2ガスをパージして基板を処理させる手順をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラムであって、
前記基板を処理室に収容する工程と、
第1ガスを分散させる第1バッファ空間に前記基板と平行方向から前記第1ガスを導入し、前記第1バッファ空間に接続された第1ガス分散孔と、当該第1ガス分散孔の前記処理室側表面に設けられた断熱部と、を介して前記基板に前記第1ガスを供給させる手順と、
前記第1バッファ空間の上方であって、前記第2ガスを分散し、前記第1バッファ空間の表面積よりも小さい表面積を有する第2バッファ空間に前記基板と垂直方向から当該基板の径方向に向かうにつれ径が広がる円錐形状のガスガイドの中央に前記第2ガスを導入し、当該第2バッファ空間から前記第1バッファ空間を貫通した第2ガス分散孔から、前記断熱部を介して前記基板に前記第2ガスを供給させる手順と、
前記第1ガスを供給させる手順と、前記第2ガスを供給させる手順との間で前記処理室の排気と、当該処理室にパージガスの供給とのいずれか若しくは両方を行わせるパージ工手順と、
をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
- 前記第1ガスを供給させる手順では、前記第2バッファ空間にパージガスを供給し、
前記第2ガスを供給させる手順では、前記第1バッファ空間にパージガスを供給する請求項7に記載のプログラム。
- 前記第1ガスを供給させる手順の後、前記第1バッファ空間に前記パージガスを供給しつつ、前記第1バッファ空間に接続された第1バッファ空間排気口から排気させる手順と、
前記第2ガスを供給させる手順の後、前記第2バッファ空間に前記パージガスを供給しつつ、前記第2バッファ空間に接続された第2分散部排気口から排気させる手順と、
を有する請求項8に記載のプログラム。
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