JP6126155B2 - 半導体装置の製造方法、プログラムおよび基板処理装置 - Google Patents
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Description
凸構造上に研磨が施された第一のシリコン含有層を有する基板の前記第一のシリコン含有層の膜厚分布データを受信する工程と、膜厚分布データを基に基板の中央面側の膜厚と外周面側の膜厚との差を小さくさせる処理データを演算する工程と、基板を処理室に搬入する工程と、基板に処理ガスを供給する工程と、処理データを基に、基板上に所定の磁力の磁界を形成して処理ガスを活性化させて前記第一のシリコン含有層の膜厚分布を補正する工程と、を有する技術が提供される。
ゲート絶縁膜形成工程S101では、例えば、図3に示す基板200がゲート絶縁膜形成装置(不図示)に搬入される。図3(A)は基板200を説明する斜視図であり、図3(B)は図3(A)のα-α’における断面図を示す。基板200はシリコン等で構成されており、その一部にチャネルとしての凸構造2001が形成されている。凸構造2001は所定間隔で複数設けられる。凸構造2001は、基板200の一部をエッチングすることで形成される。
次に、第一のシリコン含有層形成工程S102を説明する。
ゲート絶縁膜形成装置から基板200を搬出後、第一のシリコン含有層形成装置100aに基板200を搬入する。第一のシリコン含有層形成装置100aは一般的な枚葉CVD装置を用いるため、説明を省略する。図4(B)に記載のように、第一のシリコン含有層形成装置100aでは、poly−Si(多結晶シリコン)で構成された第一のシリコン含有層2005(第一のpoly−Si層2005、または単にpoly−Si層2005とも呼ぶ。)を、ゲート絶縁膜2004上に形成する。形成する際は、第一のシリコン含有層形成装置にジシラン(Si2H6)ガスを供給し、それを熱分解することでpoly−Si層を形成する。poly−Si層はゲート電極、もしくはダミーゲート電極として用いられる。
poly−Si層2005を形成後、基板200を第一のシリコン含有層形成装置100aから搬出する。
続いて、研磨(Cheamical Mechanical Polishing:CMP)工程S103を説明する。
第一のシリコン含有層形成装置から搬出された基板200は、研磨装置400(100b)に搬入される。
研磨ヘッド403内に基板200を搬入したら、供給管405からスラリーを供給すると共に、研磨盤401及び研磨ヘッド403を回転させる。スラリーはリテナーリング403bに流れ込み、基板200の表面を研磨する。このように研磨することで、図4(C)に記載のように、poly−Si層2005aとpoly−Si層2005bの高さを整える。ここでいう高さとは、poly−Si層2005aとpoly−Si層2005bの上端の高さを言う。所定の時間研磨したら、基板200をCMP装置400から搬出する。
次に、膜厚測定工程S104を説明する。
膜厚測定工程S104では、一般的な測定装置100cを用いて研磨後のpoly−Si膜2005の
膜厚を測定する。測定装置100cは一般的な装置が使用可能であるため、具体的な説明を省略する。ここでいう膜厚とは、例えば凹構造表面2002aからpoly−Si層2005表面までの高さを言う。
続いて、第二のシリコン含有層形成工程を説明する。第二のシリコン含有層2006はpoly−Si層であり、第一のシリコン含有層2005と同様の組成である。図4(c)、図8に記載のように、第二のシリコン含有層2006は、研磨後の第一のシリコン含有層2005上に形成される。また、第一のシリコン含有層2005と第二のシリコン含有層2006を重ね合わせた層を積層シリコン含有層と呼ぶ。
処理空間201内には、基板200を支持する基板支持部210が設けられている。基板支持部(サセプタ)210は、主に、基板200を載置する載置面211と、載置面211を表面に持つ基板載置台212、基板載置台212に内包された加熱部としてのヒータ213を有する。基板載置台212には、リフトピン207が貫通する貫通孔214が、リフトピン207と対応する位置にそれぞれ設けられている。
図10に示すように、上部容器202aの上方には、第1活性化部(側方活性部)としての第1コイル250aが設けられている。第1コイル250aには、第1マッチングボックス250dを介して第1高周波電源250cが接続されている。第1コイル250aに高周波電力が供給されることによって、処理室201に供給されるガスを励起してプラズマを生成可能に構成される。特に、処理室201の上部であって、基板200と対向する空間(第1プラズマ生成領域251)にプラズマが生成される。更に、基板載置台212と対向する空間にプラズマが生成されるように構成しても良い。
図10に示すように、上部容器202aの上方には、第1磁界生成部としての第1電磁石(上部電磁石)250gが設けられている。第1電磁石250gには、第1電磁石250gに電力を供給する第1電磁石電源250iが接続されている。なお、第1電磁石250gはリング形状であり、図10に示すようにZ1またはZ2方向の磁界を生成可能に構成されている。磁界の方向は、第1電磁石電源250iから供給される電流の向きで制御される。
搬送空間203(下部容器202b)の内壁には、処理空間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には排気管222が接続されており、排気管222には、処理空間201内を所定の圧力に制御するAPC(Auto Pressure Controller)等の圧力調整器223、真空ポンプ224が順に直列に接続されている。主に、排気口221、排気管222、圧力調整器223、により排気系(排気ライン)が構成される。なお、真空ポンプ224を排気系(排気ライン)構成の一部に加える様にしても良い。
上部容器202aの上部には、処理空間201内に各種ガスを供給するためのガス導入口241aが設けられ、共通ガス供給管242が接続されている。
図13に示すように、共通ガス供給管242には、第1処理ガス供給管243a、パージガス供給管245a、クリーニングガス供給管248aが接続されている。
ガス整流部234に接続されたガス導入口241には、共通ガス供給管242が接続されている。図13に示す様に、共通ガス供給管242には、第一ガス供給管243a、第二ガス供給管244a、第三ガス供給管245a、クリーニングガス供給管248aが接続されている。
第一ガス供給管243aには、上流方向から順に、第一ガス供給源243b、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラMFC243c、及び開閉弁であるバルブ243dが設けられている。
ここで、第一元素は、例えばシリコン(Si)である。すなわち、第一処理ガスは、例えばシリコン含有ガスである。シリコン含有ガスとしては、例えばジクロロシラン(Dichlorosilane(SiH2Cl2):DCS)ガスを用いることができる。なお、第一処理ガスの原料は、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであっても良い。第一処理ガスの原料が常温常圧で液体の場合は、第一ガス供給源243bとMFC243cとの間に、図示しない気化器を設ければよい。ここでは原料は気体として説明する。
第二ガス供給管244aの上流には、上流方向から順に、第二ガス供給源244b、MFC244c、及び開閉弁であるバルブ244dが設けられている。
第三ガス供給管245aには、上流方向から順に、第三ガス供給源245b、流量制御器(流量制御部)であるMFC245c、及び開閉弁であるバルブ245dが設けられている。
クリーニングガス供給管243aには、上流方向から順に、クリーニングガス源248b、MFC248c、バルブ248d、RPU250が設けられている。
図14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121を有している。
膜厚測定工程S104の後、測定された基板200は基板処理装置100に搬入される。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。
膜厚測定工程S104で第一のpoly−Si層2005が測定されたら、基板200を基板処理装置100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上に基板200を載置させる。基板200をリフトピン207上に載置させた後、昇降機構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、基板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。ここで所定の圧力とは、例えば、処理室201内の圧力≧真空搬送室104内の圧力とする。
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222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223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、基板200又は基板支持部210の温度変化が無くなってから所定時間置く。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、第1電磁石電源250iと第2電磁石電源250jから第1電磁石250gと第2電磁石250hのそれぞれに、所定の電力を供給し、処理室201内に所定の磁界を形成する。例えばZ1方向の磁界が形成される。このとき、受信した測定データに応じて、基板200の中央面上部や外周面上部に形成される磁力(磁界)や磁束密度をチューニングする。磁界や磁束密度のチューニングは、第1電磁石250gから発生する磁力の大きさと、第2電磁石250hから発生する磁力の大きさによってチューニングすることができる。
続いて、第一処理ガス供給部から処理室201内に第一処理ガスとしてのシリコン元素含有ガスを供給する。また、排気系による処理室201内の排気を継続して処理室201内の圧力を所定の圧力(第1圧力)となるように制御する。具体的には、第一処理ガス供給管243aのバルブ243dを開き、第一処理ガス供給管243aにシリコン元素含有ガス流す。シリコン元素含有ガスは、第一処理ガス供給管243aから流れ、MFC243cにより流量調整される。流量調整されたシリコン元素含有ガスは、ガス導入口241aから、処理室201内に供給され、排気管222から排気される。なお、このとき、第一キャリアガス供給管246aのバルブ246dを開き、第一キャリアガス供給管246aにArガスを流しても良い。Arガスは、第一キャリアガス供給管246aから流れ、MFC246cにより流量調整される。流量調整されたArガスは、第一処理ガス供給管243a内でシリコン元素含有ガス混合されて、ガス導入口241aから、処理室201内に供給され、排気管222から排気される。
続いて、第1高周波電源250cから第1マッチングボックス250dを介して、第1コイル250aに高周波電力が供給され、処理室201内に存在するシリコン元素含有ガスが活性化される。このとき、特に、第1プラズマ生成領域251にシリコン元素含有プラズマが生成され、活性化されたシリコン元素含有ガスが、基板200に供給される。好ましくは、基板200の中央面側と外周面側に異なる濃度の活性種が供給されるように構成する。例えば、第2電磁石250hで形成される磁界の大きさを第1電磁石250gで形成される磁界の大きさよりも大きくすることによって、第4プラズマ生成領域254のプラズマ密度を第3プラズマ生成領域253のプラズマ密度よりも高くすることができる。この場合、基板200には、基板200の中央面側上部と比較して、基板200の外周面側上部に活性なプラズマを生成することができる。
シリコン元素含有プラズマを生成した状態で所定時間経過した後、高周波電力をOFFにして、プラズマを消失させる。このとき、処理ガスとしてのシリコン元素含有ガスの供給は、停止しても良いし、所定時間、供給を継続させても良い。シリコン元素含有ガスの供給停止後、処理室201内に残留するガスを排気部から排気する。このとき、不活性ガス供給部から、処理室201内に不活性ガスを供給して、残留ガスを押し出すように構成しても良い。このように構成することで、パージ工程の時間を短縮することができ、スループットを向上させることができる。
パージ工程S4005が行われた後、基板搬出工程S3006が行われ、基板200が処理室201から搬出される。具体的には、処理室201内を不活性ガスでパージし、搬送可能な圧力に調圧される。調圧後、基板支持部210が昇降機構218により降下され、リフトピン207が、貫通孔214から突き出し、基板200がリフトピン207上に載置される。基板200が、リフトピン207上に載置された後、ゲートバルブ205が開き、基板200が処理室201から搬出される。
前述のように、CMP工程S103終了後、第一のpoly−Si膜2005は、基板200の中央面と外周面とで膜厚が異なってしまう。膜厚測定工程S104ではその膜厚分布を測定する。測定結果は上位装置(不図示)を通して、RAM121bに格納される。格納されたデータは記憶装置121c内のレシピと比較され、CPU121aによって所定の処理データが演算される。この処理データに基づいた装置制御が成される。
続いて、膜厚測定工程106について説明する。膜厚測定工程S106では、第一のpoly−Si層と第二のpoly−Si層を重ね合わせた層の高さを測定し、重ね合わせた層の高さが揃っているか否かを確認する。つまり、poly−Si層の膜厚が補正されているか否かを確認する。ここで「高さが揃う」とは、完全に高さが一致しているものに限らず、高さに差があっても良い。例えば、高さの差は、後の露光工程やエッチング工程で影響の無い範囲であれば良い。
基板200の面内おける高さの分布が所定範囲内であれば窒化膜形成工程S107に移行する。なお、膜厚分布が所定の分布になることが予めわかっている場合には、膜厚測定工程S106は省略しても良い。
続いて、窒化膜形成工程107を説明する。
第二シリコン含有層形成工程S105の後または膜厚測定S106の後、基板200を窒化膜形成装置100dに搬入する。窒化膜形成装置100d、一般的な枚葉装置であるため説明を省略する。
続いて、膜厚測定工程108について説明する。膜厚測定工程S108では、第一のpoly−Si層と第二のpoly−Si層、シリコン窒化膜を重ね合わせた層の高さを測定する。高さが所定範囲内であればパターニング工程S109に移行する。ここで「高さが所定範囲内」とは、完全に高さが一致しているものに限らず、高さに差があっても良い。例えば、高さの差は、後の工程であるエッチング工程や、金属膜形成工程で影響の無い範囲であれば良い。なお、第一のpoly−Si層と第二poly−Si層、シリコン窒化膜を重ね合わせた層の高さが予め所定値になっていることが分かっている場合には、膜厚測定工程S108を省略しても良い。
続いて、図18、図19を用いてパターニング工程S106を説明する。図18は露光工程の基板200を説明した説明図である。図19は、エッチング工程後の基板200を説明した説明図である。
シリコン窒化膜形成後、シリコン窒化膜上にレジスト膜2008を塗布する。その後ランプ501から光を発して露光工程を行う。露光工程ではマスク502を介してレジスト2008上に光503を照射し、レジスト2008の一部を変質させる。ここでは、変質したレジスト膜をレジスト2008aと呼び、変質していないレジスト膜をレジスト2008bと呼ぶ。
図22は図18と比較した図である。図22の場合、poly−Si層の高さが基板200の中央面と外周面とで異なるため、光503の距離が基板200中央面と基板200外周面とで異なってしまう。従って、焦点距離が中央面と外周面とで異なり、その結果レジスト膜2008aの幅が基板面内で異なってしまう。このようなレジスト膜2008で処理を進めると、エッチング工程後のピラーの幅が異なってしまうので、特性にばらつきが起きる。
図23は図19と比較した図である。図23は、仮に基板200中央面と基板200外周面とでレジスト膜2008aの幅にばらつきがなかった場合の説明図である。即ち、レジスト膜2008a間の空隙(レジスト2008aを除去した箇所)の幅にばらつきがない場合を言う。
上述の図16に基板200の中央面側への成膜量と外周面側への成膜量とに、差をつける処理シーケンス例にこれに限るものでは無く、以下の処理シーケンス例が有る。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
一態様によれば、
凸構造上に研磨が施された第一のシリコン含有層を有する基板の前記第一のシリコン含有層の膜厚分布データを受信する工程と、
前記膜厚分布データを基に前記基板の中央面側の膜厚と外周面側の膜厚との差を小さくさせる処理データを演算する工程と、
前記基板を処理室に搬入する工程と、
前記基板に処理ガスを供給する工程と、
前記処理データを基に、前記基板上に所定の磁力の磁界を形成して前記処理ガスを活性化させて前記第一のシリコン含有層の膜厚分布を補正する工程と、
を有する半導体装置の製造方法または基板処理方法が提供される。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記膜厚分布データが、前記基板の外周面側の膜厚が前記基板の中央面側の膜厚より小さい場合、
前記補正する工程は、前記基板の側方から発生する磁力が前記基板の上方から発生する磁力よりも大きく形成された状態で行われる。
付記1又は付記2に記載の方法であって、
前記膜厚分布データが、前記基板の外周面側の膜厚が前記基板の中央面側の膜厚より小さい場合、
前記補正する工程は、前記基板の側方から供給される高周波電力を前記基板の上方から供給される高周波電力よりも大きくして前記処理ガスを活性化させる。
付記1乃至付記3のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記膜厚分布データが、前記基板の外周面側の膜厚が前記基板の中央面側の膜厚より小さい場合、
前記補正する工程は、前記基板の外周面側の電位を前記基板の中央面側の電位よりも低く構成される。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記膜厚分布データが、前記基板の中央面側の膜厚が前記基板の外周面側の膜厚よりも小さい場合、
前記補正する工程は、前記基板の上方から発生する磁力が前記基板の側方から発生する磁力よりも大きく形成された状態で行われる。
付記1または付記5に記載の方法であって、好ましくは、
前記膜厚分布データが、前記基板の中央面側の膜厚が前記基板の外周面側の膜厚よりも小さい場合、
前記補正する工程は、前記基板の上方から供給される高周波電力を前記基板の側方から供給される高周波電力よりも大きくして前記処理ガスを活性化させる。
付記1,5,6のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記膜厚分布データが、前記基板の中央面側の膜厚が前記基板の外周面側の膜厚よりも小さい場合、
前記補正する工程は、前記基板の中央面側の電位を前記基板の外周面側の電位よりも低くした状態で行われる。
付記1乃至付記7のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガスを供給する工程で、シリコン含有ガスを供給し、
前記補正する工程では、前記第一のシリコン含有層の上に第二のシリコン含有層を成膜することで前記第一のシリコン含有層の膜厚分布を補正する。
付記1乃至付記8のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記凸構造は、前記基板の一部に形成される。
更に他の態様によれば、
凸構造上に研磨が施された第一のシリコン含有層を有する基板の前記第一のシリコン含有層の膜厚分布データを受信させる手順と、
前記膜厚分布データを基に前記基板の中央面側の膜厚と外周面側の膜厚との差を小さくさせる処理データを演算させる手順と、
前記基板を処理室に搬入させる手順と、
前記基板に処理ガスを供給させる手順と、
前記処理データを基に、前記基板上に所定の磁力の磁界を形成して前記処理ガスを活性化させて前記第一のシリコン含有層の膜厚分布を補正させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム、または、該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。
更に他の態様によれば、
凸構造上に研磨が施された第一のシリコン含有層を有する基板の前記第一のシリコン含有層の膜厚分布データを受信する受信部と、
前記分布データを基に前記基板の中央面側の膜厚と外周面側の膜厚との差を小さくさせる処理データを演算する演算部と、
前記基板を収容される処理室と、
前記処理室に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理室内に所定の磁力の磁界を生成する磁界生成部と、
前記処理ガスを活性化させる活性化部と、
前記処理データを基に、前記基板上に所定の磁力の磁界を形成して前記処理ガスを活性化させて前記第一のシリコン含有層の膜厚分布を補正するように前記処理ガス供給部と前記磁界生成部と前記活性化部とを制御するように構成された制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
201 処理室
202 処理容器
212 基板載置台
Claims (10)
- 凸構造上に研磨が施された第一のシリコン含有層を有する基板の前記第一のシリコン含有層の膜厚分布データを受信する工程と、
前記膜厚分布データを基に前記基板の中央面側の膜厚と外周面側の膜厚との差を小さくさせる処理データを演算する工程と、
前記基板を処理室に搬入する工程と、
前記基板に処理ガスとしてシリコン含有ガスを供給する工程と、
前記処理データを基に、前記基板上に所定の磁力の磁界を形成して前記処理ガスを活性化させて前記第一のシリコン含有層の上に第二のシリコン含有層を成膜し、前記第一のシリコン含有層の膜厚分布を補正する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記膜厚分布データが、前記基板の外周面側の膜厚が前記基板の中央面側の膜厚より小さい場合、
前記補正する工程は、前記基板の側方から発生する磁力が前記基板の上方から発生する磁力よりも大きく形成された状態で行われる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記膜厚分布データが、前記基板の外周面側の膜厚が前記基板の中央面側の膜厚より小さい場合、
前記補正する工程は、前記基板の側方から供給される高周波電力を前記基板の上方から供給される高周波電力よりも大きくして前記処理ガスを活性化させる請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記膜厚分布データが、前記基板の外周面側の膜厚が前記基板の中央面側の膜厚より小さい場合、
前記補正する工程は、前記基板の外周面側の電位を前記基板の中央面側の電位よりも低く構成される請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記膜厚分布データが、前記基板の中央面側の膜厚が前記基板の外周面側の膜厚よりも小さい場合、
前記補正する工程は、前記基板の上方から発生する磁力が前記基板の側方から発生する磁力よりも大きく形成された状態で行われる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記膜厚分布データが、前記基板の中央面側の膜厚が前記基板の外周面側の膜厚よりも小さい場合、
前記補正する工程は、前記基板の上方から供給される高周波電力を前記基板の側方から供給される高周波電力よりも大きくして前記処理ガスを活性化させる請求項1または請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記膜厚分布データが、前記基板の中央面側の膜厚が前記基板の外周面側の膜厚よりも小さい場合、
前記補正する工程では、前記基板の中央面側の電位を前記基板の外周面側の電位よりも低く構成される請求項1,5,6のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記凸構造は、前記基板の一部に形成される請求項1乃至7のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 凸構造上に研磨が施された第一のシリコン含有層を有する基板の前記第一のシリコン含有層の膜厚分布データを受信させる手順と、
前記膜厚分布データを基に前記基板の中央面側の膜厚と外周面側の膜厚との差を小さくさせる処理データを演算させる手順と、
前記基板を処理室に搬入させる手順と、
前記基板に処理ガスとしてシリコン含有ガスを供給させる手順と、
前記処理データを基に、前記基板上に所定の磁力の磁界を形成して前記処理ガスを活性化させて前記第一のシリコン含有層の上に第二のシリコン含有層を成膜し、前記第一のシリコン含有層の膜厚分布を補正させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。 - 凸構造上に研磨が施された第一のシリコン含有層を有する基板の前記第一のシリコン含有層の膜厚分布データを受信する受信部と、
前記分布データを基に前記基板の中央面側の膜厚と外周面側の膜厚との差を小さくさせる処理データを演算する演算部と、
前記基板を収容する処理室と、
前記処理室に処理ガスとしてのシリコン含有ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理室内に所定の磁力の磁界を生成する磁界生成部と、
前記処理ガスを活性化させる活性化部と、
前記処理データを基に、前記基板上に所定の磁力の磁界を形成して前記処理ガスを活性化させて前記第一のシリコン含有層の上に第二のシリコン含有層を成膜し、前記第一のシリコン含有層の膜厚分布を補正するように構成された制御部と、
を有する基板処理装置。
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