JP6088178B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents
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Description
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程と、
前記基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程と、
前記基板に対してプラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に窒化膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程と、
前記基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程と、
前記基板に対してプラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に窒化膜を形成する工程を有する基板処理方法が提供される。
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して原料ガスを供給する第1ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒化ガスを供給する第2ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して水素含有ガスを供給する第3ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒素ガスおよび希ガスのうち少なくともいずれかを供給する第4ガス供給系と、
ガスをプラズマ励起または熱励起させる励起部と、
前記処理室内の基板に対して原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に窒化膜を形成するように、前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系、前記第3ガス供給系、前記第4ガス供給系および前記励起部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
基板処理装置の処理室内の基板に対して原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に窒化膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
スを供給する前の両方において行うようにしてもよい。
(1)基板処理装置の構成
図1は、本実施の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202部分を縦断面図で示している。また、図2は本実施の形態で好適に用いられる縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉202部分を図1のA−A線断面図で示している。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。
閉弁であるバルブ243j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、反応管203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、反応管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。すなわち、第1ノズル233aは、ウエハ200が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。第1ノズル233aはL字型のロングノズルとして構成されており、その水平部は反応管203の下部側壁を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側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ガス供給孔248aが設けられている。ガス供給孔248aは反応管203の中心を向くように開口しており、ウエハ200に向けてガスを供給することが可能となっている。このガス供給孔248aは、反応管203の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが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。
出させる。そしてこのガス供給孔248cのそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室237c内に導入し、バッファ室237c内においてガスの流速差の均一化を行うこととしている。すなわち、第3ノズル233cのガス供給孔248cのそれぞれよりバッファ室237c内に噴出したガスはバッファ室237c内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室237cのガス供給孔238cより処理室201内に噴出する。これにより、第3ノズル233cのガス供給孔248cのそれぞれよりバッファ室237c内に噴出したガスは、バッファ室237cのガス供給孔238cのそれぞれより処理室201内に噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとなる。
から、不活性ガスが、マスフローコントローラ241m、バルブ243mを介して第4ガス供給管232d内に供給されるようにしてもよい。
れることで保護されている。この第1の棒状電極269b又は第2の棒状電極270bのいずれか一方は、整合器272を介して高周波電源273に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。整合器272を介して高周波電源273から第1の棒状電極269b及び第2の棒状電極270b間に高周波電力を印加することで、第1の棒状電極269b及び第2の棒状電極270b間のプラズマ生成領域224bにプラズマが生成される。
することができるように構成されているバルブである。主に、排気管231、APCバルブ244、圧力センサ245により排気系が構成される。なお、真空ポンプ246を排気系に含めて考えてもよい。排気系は、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情報に基づいてAPCバルブ244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。
Access Memory)121b、記憶装置121c、I/Oポート121dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM121b、記憶装置121c、I/Oポート121dは、内部バス121eを介して、CPU121aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ121には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置122が接続されている。
わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、RAM121bは、CPU121aによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域(ワークエリア)として構成されている。
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて、半導体装置(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窒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121により制御される。
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程と、
基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガス(窒素含有ガス)を供給する工程と、
基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に窒化膜を形成する。以下、本実施形態における成膜シーケンスについて具体的に説明する。
の上に所定の層(又は膜)を形成する」ことを意味する場合がある。
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を支持したボート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220を介して反応管203の下端をシールした状態となる。
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情報に基づきAPCバルブ244がフィードバック制御される(圧力調整)。なお、真空ポンプ246は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。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)。なお、ヒータ207による処理室201内の加熱は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。続いて、回転機構267によりボート217及びウエハ200の回転を開始する(ウエハ回転)。なお、回転機構267によるボート217及びウエハ200の回転は、少なくとも、ウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。その後、後述する6つのステップを順次実行する。
第1ガス供給管232aのバルブ243a、第1不活性ガス供給管232jのバルブ243jを開き、第1ガス供給管232aにDCSガス、第1不活性ガス供給管232jにN2ガスを流す。DCS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。N2ガスは、第1不活性ガス供給管232jから流れ、マスフローコントローラ241jにより流量調整される。流量調整されたDCSガスは、流量調整されたN2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、ウエハ200に対してDCSガスが供給されることとなる(DCSガス供給工程)。
分子層未満の厚さの層とは不連続に形成される分子層のことを意味しており、1分子層の厚さの層とは連続的に形成される分子層のことを意味している。
ウエハ200上にシリコン含有層が形成された後、第1ガス供給管232aのバルブ243aを閉じ、DCSガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のDCSガスを処理室201内から排除する。また、バルブ243j,243k,243l,243m,243n,243o,243p,243h,243iは開いたままとして、不活性ガスとしてのN2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のDCSガスを処理室201内から排除する効果を更に高めることができる(第1のパージ
工程)。
処理室201内の残留ガスを除去した後、2つのプラズマ発生部(励起部)でH2ガスを同時にプラズマで励起させ、プラズマ励起させたH2ガスを2つのプラズマ発生部(励起部)から処理室201内に同時に供給して、シリコン含有層の改質処理を行う(第1の改質工程)。
管232h、第9ガス供給管232i内へのH2ガスの侵入を防止するため、バルブ243j,243k,243l,243o,243p,243h,243iを開き、第1不活性ガス供給管232j、第2不活性ガス供給管232k、第3不活性ガス供給管232l、第6不活性ガス供給管232o、第7不活性ガス供給管232p、第8ガス供給管232h、第9ガス供給管232i内にN2ガスを流す。N2ガスは、第1ガス供給管232a、第2ガス供給管232b、第3ガス供給管232c、第6ガス供給管232f、第7ガス供給管232g、第8ガス供給管232h、第9ガス供給管232i、第1ノズル233a、第2ノズル233b、第3ノズル233c、バッファ室237b,237cを介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
縮させることが可能となる。また、不純物濃度のウエハ面内均一性を向上させることができる。すなわち、ウエハ200面内全域に対して励起種をより均一に供給することが可能となり、例えばウエハ200の外周付近とウエハ200の中心側との間で不純物濃度に顕著な違いが起こらないようにできる。
シリコン含有層の改質処理を行った後、2つのプラズマ発生部(励起部)でNH3ガスを同時にプラズマで励起させ、プラズマ励起させたNH3ガスを2つのプラズマ発生部(励起部)から処理室201内に同時に供給して、改質処理後のシリコン含有層の窒化処理を行う(NH3ガス供給工程)。
は、それぞれ例えば1000〜10000sccm(1〜10slm)の範囲内の流量とする。マスフローコントローラ241k,241l,241j,241m,241n,241o,241p,241h,241iで制御するN2ガスの供給流量は、それぞれ例えば100〜2000sccm(0.1〜2slm)の範囲内の流量とする。NH3ガスをプラズマ励起することにより得られた励起種をウエハ200に対して供給する時間、すなわちガス供給時間(照射時間)は、例えば1〜120秒の範囲内の時間とする。ヒータ207の温度は、スループットを考慮すると、シリコン含有層が窒化される温度であって、ステップ1aのDCSガスの供給時と同様な温度帯となるように、すなわちステップ1a〜ステップ4aで処理室201内の温度を同様な温度帯に保持するように設定することが好ましい。この場合、ステップ1a〜ステップ4aでウエハ200の温度、すなわち処理室201内の温度が300〜650℃、好ましくは300〜600℃、より好ましくは300〜550℃の範囲内の一定の温度となるように、ヒータ207の温度を設定するのが好ましい。さらには、ステップ1a〜ステップ6a(後述)にかけて処理室201の温度を同様な温度帯に保持するように、ヒータ207の温度を設定するのがより好ましいのは上述の通りである。高周波電源273から第1の棒状電極269b,269c及び第2の棒状電極270b,270c間に印加する高周波電力は、それぞれ例えば50〜1000Wの範囲内の電力となるように設定する。このとき、NH3ガスを熱励起、すなわち熱で活性化させて供給することもできる。しかしながら、減圧雰囲気下でNH3ガスを熱的に活性化させて流す場合に十分な窒化力を得るには、処理室201内の圧力を比較的高い圧力帯、例えば10〜3000Paの範囲内の圧力とし、またウエハ200の温度を550℃以上とする必要がある。これに対し、NH3ガスをプラズマ励起して流す場合は、処理室201内の温度を例えば300℃以上としても、十分な窒化力が得られる。なお、NH3ガスをプラズマ励起して流す場合は、処理室201内の温度を常温としても十分な窒化力が得られる。ただし、処理室201内の温度を150℃未満とすると処理室201内やウエハ200等に塩化アンモニウム(NH4Cl)等の反応副生成物が付着する。よって、処理室201内の温度は150℃以上とするのが好ましく、本実施形態では300℃以上としている。
シリコン含有層をシリコン窒化層へと変化させた後、第2ガス供給管232bのバルブ243b及び第3ガス供給管232cのバルブ243cをそれぞれ閉じ、NH3ガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン窒化層形成に寄与した後のNH3ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。また、バルブ243k,243l,243j,243m,243n,243o,243p,243h,243iは開いたままとして、不活性ガスとしてのN2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン窒化層形成に寄与した後のNH3ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する効果を更に高めることができる(第2のパージ工程)。
処理室201内の残留ガスを除去した後、上述のステップ3a(第1の改質工程)と同様の手順、及び同様の条件により、2つのプラズマ発生部(励起部)でH2ガスを同時にプラズマで励起させ、プラズマ励起させたH2ガスを2つのプラズマ発生部(励起部)から処理室201内に同時に供給して、シリコン窒化層の改質処理を行う(第2の改質工程)。
所定膜厚のシリコン窒化膜が成膜されると、バルブ243j,243k,243l,243m,243n,243o,243p,243h,243iを開き、各不活性ガス供給系から不活性ガスとしてのN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内が不活性ガスでパージされ、処理室201内に残留するガスが処理室201内から除去される(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)。
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、反応管203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反応管203の下端から反応管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)。
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。
エハ200の中心側との間で窒化の度合いに顕著な違いが起こらないようにできる。また、ステップ4aでは、ステップ1aにおいて形成され、ステップ3aで不純物が除去された塩素濃度の低いシリコン含有層に含まれる塩素を、さらに効率的に脱離させることができる。これにより、塩素濃度が極めて低いシリコン窒化層を形成することができる。また、塩素を効率的に脱離させることで、窒化効率をさらに向上させることができる。すなわち、窒化を阻害させる要因となる塩素をシリコン含有層から効率的に脱離させることで、窒化効率をさらに向上させることができる。
ープットを向上させることが可能となる。また、不純物除去や窒化処理のウエハ面内均一性を向上させ、シリコン窒化膜のウエハ面内膜質均一性及びウエハ面内膜厚均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。また、成膜時における立体障害による未結合手の発生を低減させることが可能となる。また、膜中の塩素濃度が低いことから、ボートアンロード時等のウエハ200搬送中におけるシリコン窒化膜の自然酸化を抑制することが可能となる。
上述の第1実施形態では、第1の改質工程および第2の改質工程の両方で改質ガスとしてH2ガス等の水素含有ガスを用いていたが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、第1の改質工程では改質ガスとしてH2ガス等の水素含有ガスを用い、第2の改質工程では改質ガスとしてArガスやHeガス等の希ガスおよびN2ガスのうち少なくともいずれかを用いるようにしてもよい。
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程と、
基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガス(窒素含有ガス)を供給する工程と、
基板に対してプラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に窒化膜を形成する。
態と異なる第2の改質工程(ステップ6b)について説明する。
第2の改質工程において改質ガスとしてArガスを用いる場合、第1実施形態のステップ1a〜5aと同様のステップ1b〜5bを行い、ウエハ200上にシリコン窒化層を形成し、処理室201内の残留ガスを除去する。その後、2つのプラズマ発生部(励起部)でArガスを同時にプラズマで励起させ、プラズマ励起させたArガスを2つのプラズマ発生部(励起部)から処理室201内に同時に供給して、シリコン窒化層の改質処理を行う(第2の改質工程)。
第2の改質工程において改質ガスとしてN2ガスを用いる場合、第1実施形態のステップ1a〜5aと同様のステップ1b〜5bを行い、ウエハ200上にシリコン窒化層を形成し、処理室201内の残留ガスを除去する。その後、2つのプラズマ発生部(励起部)でN2ガスを同時にプラズマで励起させ、プラズマ励起させたN2ガスを2つのプラズマ発生部(励起部)から処理室201内に同時に供給して、シリコン窒化層の改質処理を行う(第2の改質工程)。
〜550℃の範囲内の一定の温度となるように、ヒータ207の温度を設定するのが好ましいのは、第1実施形態と同様である。高周波電源273から第1の棒状電極269b,269c及び第2の棒状電極270b,270c間に印加する高周波電力は、それぞれ例えば50〜1000Wの範囲内の電力となるように設定する。
上述の第1実施形態では、改質ガスをプラズマ励起させて供給する工程を、原料ガスを供給した後であって窒素含有ガスを供給する前、および窒素含有ガスを供給した後であって原料ガスを供給する前の両方において行うようにしていたが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、改質ガスをプラズマ励起させて供給する工程を、原料ガスを供給した後であって窒素含有ガスを供給する前においてのみ行うようにしてもよい。すなわち、第1実施形態では第1の改質工程および第2の改質工程の両方を行うようにしていたが、本発明は係る形態に限定されず、第1の改質工程だけを行い、第2の改質工程を省略するようにしてもよい。
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程と、
基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガス(窒素含有ガス)を供給する工
程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に窒化膜を形成する。
上述の第1実施形態では、改質ガスをプラズマ励起させて供給する工程を、原料ガスを供給した後であって窒素含有ガスを供給する前、および窒素含有ガスを供給した後であって原料ガスを供給する前の両方において行うようにしていたが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、改質ガスをプラズマ励起させて供給する工程を、窒素含有ガスを供給した後であって原料ガスを供給する前においてのみ行うようにしてもよい。すなわち、第1実施形態では第1の改質工程および第2の改質工程の両方を行うようにしていたが、本発明は係る形態に限定されず、第1の改質工程を省略し、第2の改質工程だけを行うにしてもよい。
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガス(窒素含有ガス)を供給する工程と、
基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に窒化膜を形成する。
上述の第2実施形態では、窒素含有ガスを供給する工程(NH3ガス供給工程)と改質ガスをプラズマ励起させて供給する工程(第2の改質工程)との間に、処理室内をパージする工程(第2のパージ工程)を設けるようにしていたが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、第2のパージ工程を省略し、NH3ガス供給工程と第2の改質工程とを連続して行うようにしてもよい。
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程と、
基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガス(窒素含有ガス)を供給する工程と、
基板に対してプラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に窒化膜を形成する。
所要時間を短縮させることができ、成膜レートを向上させることができる。
以上、本発明の実施の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なく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
よい。
停止期間に行う例について説明したが、本発明は係る形態に限定されない。
両方を、プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程後の所定期間、すなわち、プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程後の原料ガスの供給停止期間、つまり、プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程後であって原料ガスを供給する工程前の期間に行うようにしてもよい。
して供給することとなる。窒素含有ガスおよび改質ガスは、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。処理条件も、上述の実施形態と同様な処理条件を用いることができる。
線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本発明に係るプロセスレシピに変更することも可能である。
<改質工程による膜質への影響>
本発明の実施例として、第3実施形態と同様の成膜シーケンス(すなわち、第1の改質工程だけを行い、第2の改質工程を省略した成膜シーケンス)により、直径300mmのウエハ上にシリコン窒化膜を形成してサンプル1を作成した。なお、原料ガスとしてはDCSガスを、窒素含有ガスとしてはNH3ガスを用い、第1の改質工程では改質ガスとしてArガスを用いた。
くなっており、フッ化水素に対する耐性がさらに向上していることが分かる。これは、DCSガスの吸着反応等によりシリコン含有層に含まれることとなった水素や塩素等の不純物が、シリコン含有層をシリコン窒化層へ改質させた後に行われる第2の改質工程よりも、シリコン含有層の形成直後に行われる第1の改質工程によって、より効率的に脱離するためと考えられる。
続いて、本発明の実施例として、第3実施形態と同様の成膜シーケンス(すなわち、第1の改質工程だけを行い、第2の改質工程を省略した成膜シーケンス)により、直径300mmのウエハ上にシリコン窒化膜を形成してサンプル4〜7を作成した。なお、原料ガスとしてはDCSガスを、窒素含有ガスとしてはNH3ガスを用い、第1の改質工程では改質ガスとしてはArガスを用いた。なお、サンプル4〜7を作成する際の第1の改質工程での処理室内の圧力は、順に、85Pa、44.5Pa、21.5Pa、12Paとした。
一化されていることが分かる。これは、第1の改質工程での処理室内の圧力を低下させることにより、Arガスをプラズマ励起させることで生成される励起種の寿命が延び、ウエハの中心部に対して励起種がより効率的に供給されるようになり、これにより、シリコン窒化膜のウエハ面内における膜質均一性が向上したためと考えられる。
<改質ガスのガス種による影響>
本発明の実施例として、第3実施形態と同様の成膜シーケンス(すなわち、第1の改質工程だけを行い、第2の改質工程を省略した成膜シーケンス)により、直径300mmのウエハ上にシリコン窒化膜を形成してサンプル1を作成した。なお、原料ガスとしてはDCSガスを、窒素含有ガスとしてはNH3ガスを用い、第1の改質工程では改質ガスとしてArガスを用いた。
している。なお、ここでいうWERとは、ウエハ面内における平均値を意味している。なお、サンプル6のシリコン窒化膜のWERは、実施例1のサンプル3と同様であるため、図示を省略している。
れは、N2ガスやArガスをプラズマ励起することで生成される励起種の方が、H2ガスをプラズマ励起することで生成される励起種よりも重いため、改質ガスとしてN2ガスやArガスを用いた場合には、シリコン窒化膜の膜厚が厚くなり易いウエハ周縁部において、シリコン窒化膜の構成成分の分解反応や脱離反応を生じさせることができるためと考えられる。なお、H2ガスをプラズマ励起することで生成される励起種のように相対的に軽い励起種では、ウエハ周縁部においてシリコン窒化膜の構成成分の分解反応や脱離反応を進めるのが難しいことが考えられる。しかしながら、第1の改質工程において改質ガスとしてH2ガスを用い、第2の改質工程において改質ガスとしてN2ガスを用いて作成したサンプル5では、シリコン窒化膜のウエハ面内における膜厚均一性は良好な状態となることが分かる。これらのことから、一方の改質工程において改質ガスとしてH2ガスを用いた場合であっても、他方の改質工程において改質ガスとしてN2ガスまたはArガスを用いることで、シリコン窒化膜のウエハ面内における膜厚均一性を良好な状態にできることが分かる。
<パージ時間の長短による影響>
本発明の実施例として、第2実施形態と同様の成膜シーケンス(すなわち、第1の改質工程および第2の改質工程を、改質ガスの種類を切り替えて行う成膜シーケンス)により、直径300mmのウエハ上にシリコン窒化膜を形成してサンプル1〜4を作成した。なお、原料ガスとしてはDCSガスを、窒素含有ガスとしてはNH3ガスを用い、第1の改質工程では改質ガスとしてH2ガスを、第2の改質工程では改質ガスとしてN2ガスを用いた。また、各サンプルを形成する際には、1サイクルあたりのパージ工程の実施時間を変化させた。すなわち、サンプル1においては、1サイクルあたりの第1のパージ工程及び第2のパージ工程の実施時間をそれぞれ4秒とした。また、サンプル2においては、1サイクルあたりの第1のパージ工程及び第2のパージ工程の実施時間をそれぞれ2秒とした。また、サンプル3においては、1サイクルあたりの第1のパージ工程の実施時間を4秒とし、第2のパージ工程の実施時間を2秒とした。また、サンプル4においては、1サイクルあたりの第1のパージ工程の実施時間を2秒とし、第2のパージ工程の実施時間を4秒とした。
行うようにした。また、成膜時のウエハの温度は550℃とした。それ以外の処理条件は、上述の実施形態における各工程の処理条件の範囲内の値に設定した。
本発明の実施例として、第5実施形態と同様の成膜シーケンス(すなわち、第2のパージ工程を省略し、窒素含有ガス供給工程と第2の改質工程とを連続して行う成膜シーケンス)により、直径300mmのウエハ上にシリコン窒化膜を形成してサンプル1〜5を作成した。なお、原料ガスとしてはDCSガスを、窒素含有ガスとしてはNH3ガスを用い
、第1の改質工程では改質ガスとしてH2ガスを、第2の改質工程では改質ガスとしてN2ガスを用いた。また、サンプル1〜5を作成する際のウエハの温度(成膜温度)は、順に、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃とした。1サイクルあたりの第1のパージ工程の実施時間はそれぞれ4秒とした。
をプラズマ励起させることで生成される励起種が、シリコン含有層やシリコン窒化層に含まれる水素や塩素等の不純物を効率的に脱離させ、これにより、シリコン窒化膜の膜質が向上したためと考えられる。なお、サンプル1〜5(実施例)のシリコン窒化膜は、面内におけるWER均一性、すなわち面内における膜質均一性が良好となり、また、面内における膜厚均一性も良好となることを確認した。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程と、
前記基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程と、
前記基板に対してプラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に窒化膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。
付記1の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを供給する工程後の所定期間、および、前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程後の所定期間のうち一方の期間において、前記プラズマ励起
させた水素含有ガスを供給する工程を行い、
前記原料ガスを供給する工程後の所定期間、および、前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程後の所定期間のうち前記一方の期間とは異なる他方の期間において、前記プラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程を行う。
付記1の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを供給する工程後の前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスの供給停止期間、および、前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程後の前記原料ガスの供給停止期間のうち一方の期間において、前記プラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程を行い、
前記原料ガスを供給する工程後の前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスの供給停止期間、および、前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程後の前記原料ガスの供給停止期間のうち前記一方の期間とは異なる他方の期間において、前記プラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程を行う。
付記1の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを供給する工程後であって前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程前の期間、および、前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程後であって前記原料ガスを供給する工程前の期間のうち一方の期間において、前記プラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程を行い、
前記原料ガスを供給する工程後であって前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程前の期間、および、前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程後であって前記原料ガスを供給する工程前の期間のうち前記一方の期間とは異なる他方の期間において、前記プラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程を行う。
付記1の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを供給する工程後の所定期間において、前記プラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程を行い、
前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程後の所定期間において、前記プラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程を行う。
付記1の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを供給する工程では、前記基板上に層を形成し、
前記プラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程では、前記層に対して第1の改質処理を行い、
前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程では、前記第1の改質処理がなされた前記層を窒化層に変化させ、
前記プラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程では、前記窒化層に対して第2の改質処理を行う。
付記1の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを供給する工程では、前記基板上に層を形成し、
前記プラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程では、前記層に対して第1の改質処理を行い、
前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程では、前記第1の改質処理がなされた前記層を窒化層に変化させ、
前記プラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程では、前記窒化層に対して第2の改質処理を行う。
付記1の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを供給する工程では、前記基板上に層を形成し、
前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程では、前記層を窒化層に変化させ、
前記プラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程では、前記窒化層に対して第1の改質処理を行い、
前記プラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程では、前記窒化層に対して第2の改質処理を行う。
付記1乃至8のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記各工程は前記基板を処理室内に収容した状態で行われ、
前記原料ガスを供給する工程の後に前記処理室内をパージする第1のパージ工程と、
前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程の後に前記処理室内をパージする第2のパージ工程と、
を更に有する。
付記9の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第1のパージ工程におけるパージ時間を前記第2のパージ工程におけるパージ時間よりも長くする。
付記9の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第2のパージ工程を省略する。
付記1乃至11のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記プラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程と、
前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程と、
前記プラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程と、
を連続的に行う。
付記1乃至12のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記各工程は前記基板を処理室内に収容した状態で行われ、
前記プラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程と、
前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程と、
前記プラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程と、
を間に前記処理室内をパージする工程を行うことなく連続的に行う。
付記1乃至13のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記窒化ガスを供給する工程では、前記基板に対してプラズマ励起させた窒化ガスを供給する。
本発明の他の態様によれば、
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程と、
前記基板に対してプラズマ励起させた窒化ガスを供給する工程と、
前記基板に対してプラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に窒化膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。
付記1乃至15のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記プラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程では、複数の励起部においてプラズマ励起させた水素含有ガスを、前記各励起部より前記基板に対して供給する。
付記1乃至16のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記プラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程では、複数の励起部においてプラズマ励起させた窒素ガスおよび複数の励起部においてプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを、前記各励起部より前記基板に対して供給する。
付記1乃至17のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程では、複数の励起部においてプラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを、前記各励起部より前記基板に対して供給する。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
複数の励起部においてプラズマ励起させた水素含有ガスを、前記各励起部より前記基板に対して供給する工程と、
複数の励起部においてプラズマ励起させた窒化ガスを、前記各励起部より前記基板に対して供給する工程と、
複数の励起部においてプラズマ励起させた窒素ガスおよび複数の励起部においてプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを、前記各励起部より前記基板に対して供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に窒化膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。
付記16乃至19のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記複数の励起部は、前記基板の中心と前記処理室内に供給されたガスを排気する排気口の中心とを結ぶ直線を対象軸として線対称となるように配置される。
付記16乃至19のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記複数の励起部は、前記基板の中心を挟んで対向するように配置される。
付記16乃至19のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記励起部は2つ設けられ、各励起部と前記処理室内に供給されたガスを排気する排気口とを結ぶ直線が二等辺三角形を構成するように配置される。
付記1乃至22のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記窒化膜を形成する工程では、前記基板を回転させる。
付記1乃至23のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記窒化膜を形成する工程では、前記基板の温度を300℃以上650℃以下とする。
付記1乃至24のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記窒化膜を形成する工程では、前記基板の温度を300℃以上600℃以下とする。
付記1乃至25のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記窒化ガスはアンモニアガスを含み、
前記水素含有ガスは水素ガスを含み、
前記希ガスはアルゴンガスおよびヘリウムガスのうち少なくともいずれかを含む。
付記1乃至26のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスはシラン系原料ガスを含む。
付記1乃至21のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスはクロロシラン系原料ガスを含む。
付記1乃至22のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記原料ガスはジクロロシランガスおよびモノクロロシランガスのうち少なくともいずれかを含む。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板に対して原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程と、
前記基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程と、
前記基板に対してプラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に窒化膜を形成する工程を有する基板処理方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して原料ガスを供給する第1ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒化ガスを供給する第2ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して水素含有ガスを供給する第3ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒素ガスおよび希ガスのうち少なくともいずれかを供給する第4ガス供給系と、
ガスをプラズマ励起または熱励起させる励起部と、
前記処理室内の基板に対して原料ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に窒化膜を形成するように、前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系、前記第3ガス供給系、前記第4ガス供給系および前記励起部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内の基板に対して原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に窒化膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内の基板に対して原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に窒化膜を形成する手順を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。
200 ウエハ(基板)
201 処理室
202 処理炉(処理容器)
Claims (6)
- 基板に対して原料ガスを供給することで、第1の層を形成する工程と、
前記基板に対してプラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給することで、前記第1の層に対して第1の改質処理を行う工程と、
前記基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給することで、前記第1の改質処理がなされた前記第1の層を窒化層に変化させる工程と、
前記基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給することで、前記窒化層に対して第2の改質処理を行う工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に窒化膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法。 - 前記プラズマ励起させた水素含有ガスを供給する工程では、前記基板に対して、複数の励起部においてプラズマ励起させた水素含有ガスを、前記各励起部より供給する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記プラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給する工程では、前記基板に対して、複数の励起部においてプラズマ励起させた窒素ガスおよび複数の励起部においてプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを、前記各励起部より供給する請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記プラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給する工程では、前記基板に対して、複数の励起部においてプラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを、前記各励起部より供給する請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して原料ガスを供給する第1ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒化ガスを供給する第2ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して水素含有ガスを供給する第3ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒素ガスおよび希ガスのうち少なくともいずれかを供給する第4ガス供給系と、
ガスをプラズマ励起または熱励起させる励起部と、
前記処理室内の基板に対して原料ガスを供給することで、第1の層を形成する処理と、前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給することで、前記第1の層に対して第1の改質処理を行う処理と、前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給することで、前記第1の改質処理がなされた前記第1の層を窒化層に変化させる処理と、前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給することで、前記窒化層に対して第2の改質処理を行う処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に窒化膜を形成するように、前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系、前記第3ガス供給系、前記第4ガス供給系および前記励起部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置。 - 基板処理装置の処理室内の基板に対して原料ガスを供給することで、第1の層を形成する手順と、
前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起させた窒素ガスおよびプラズマ励起させた希ガスのうち少なくともいずれかを供給することで、前記第1の層に対して第1の改質処理を行う手順と、
前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起または熱励起させた窒化ガスを供給することで、前記第1の改質処理がなされた前記第1の層を窒化層に変化させる手順と、
前記処理室内の前記基板に対してプラズマ励起させた水素含有ガスを供給することで、前記窒化層に対して第2の改質処理を行う手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に窒化膜を形成する手順をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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