JP6151335B2 - Semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus, and program - Google Patents
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Description
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、基板処理方法およ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, a substrate processing method, and a substrate processing apparatus including a step of forming a thin film on a substrate.
半導体装置(デバイス)の製造工程の中に、シリコンウエハ等のウエハ上にシリコン酸化膜(SiO2膜、以下、単にSiO膜ともいう)やシリコン窒化膜(Si3N4膜、以下、単にSiN膜ともいう)などのシリコン絶縁膜を形成する工程がある。シリコン酸化膜は、絶縁性、低誘電性などに優れ、絶縁膜や層間膜として広く用いられている。また、シリコン窒化膜は、絶縁性、耐食性、誘電性、膜ストレス制御性などに優れ、絶縁膜やマスク膜、電荷蓄積膜、ストレス制御膜として広く用いられている。また、これらの絶縁膜にカーボン(C)を添加する技術も知られており(例えば特許文献1参照)、これにより、絶縁膜のエッチング耐性を向上させることが可能となる。 During the manufacturing process of a semiconductor device (device), a silicon oxide film (SiO 2 film, hereinafter simply referred to as SiO film) or a silicon nitride film (Si 3 N 4 film, hereinafter simply SiN) is formed on a wafer such as a silicon wafer. There is a step of forming a silicon insulating film such as a film. Silicon oxide films are excellent in insulating properties, low dielectric properties, etc., and are widely used as insulating films and interlayer films. Silicon nitride films are excellent in insulation, corrosion resistance, dielectric properties, film stress controllability, and the like, and are widely used as insulating films, mask films, charge storage films, and stress control films. In addition, a technique for adding carbon (C) to these insulating films is also known (see, for example, Patent Document 1), which makes it possible to improve the etching resistance of the insulating films.
しかしながら、絶縁膜へのカーボン添加により、絶縁膜のエッチング耐性を向上させることが可能となる一方、誘電率が増加し、リーク耐性が劣化してしまう。すなわち、それぞれの絶縁膜には一長一短があり、従来、低誘電率、低エッチングレート、高絶縁性の特性を備える膜はなかった。 However, by adding carbon to the insulating film, the etching resistance of the insulating film can be improved, while the dielectric constant increases and the leak resistance deteriorates. That is, each insulating film has advantages and disadvantages, and conventionally, there has been no film having low dielectric constant, low etching rate, and high insulating properties.
従って本発明の目的は、低誘電率、低エッチングレート、高絶縁性の特性を備える絶縁膜を形成することができる半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device, a substrate processing method, and a substrate processing apparatus capable of forming an insulating film having low dielectric constant, low etching rate, and high insulating properties.
本発明の一態様によれば、
処理容器内の加熱された基板に対して、所定元素含有ガスと、炭素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する工程と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して、所定元素含有ガスと、酸素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの酸化層を形成する工程と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の酸炭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。
According to one aspect of the invention,
By supplying a predetermined element-containing gas, a carbon-containing gas, and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container, a carbonitriding layer having a predetermined thickness containing the predetermined element is formed on the substrate. And a process of
Forming a predetermined thickness of an oxide layer containing a predetermined element on the substrate by supplying a predetermined element-containing gas and an oxygen-containing gas to the heated substrate in the processing container;
By alternately repeating the above, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a predetermined thickness of an oxycarbonitride film in which the carbonitride layers and the oxide layers are alternately stacked on the substrate. The
本発明の他の態様によれば、
処理容器内の加熱された基板に対して、所定元素含有ガスと、炭素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する工程と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して、所定元素含有ガスと、酸素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの酸化層を形成する工程と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の酸炭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。
According to another aspect of the invention,
By supplying a predetermined element-containing gas, a carbon-containing gas, and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container, a carbonitriding layer having a predetermined thickness containing the predetermined element is formed on the substrate. And a process of
Forming a predetermined thickness of an oxide layer containing a predetermined element on the substrate by supplying a predetermined element-containing gas and an oxygen-containing gas to the heated substrate in the processing container;
By alternately repeating the above, there is provided a substrate processing method including a step of forming an oxycarbonitride film having a predetermined thickness formed by alternately laminating the carbonitride layer and the oxide layer on the substrate.
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、
前記処理容器内の基板を加熱するヒータと、
前記処理容器内の基板に対して所定元素含有ガスを供給する所定元素含有ガス供給系と、
前記処理容器内の基板に対して炭素含有ガスを供給する炭素含有ガス供給系と、
前記処理容器内の基板に対して窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、
前記処理容器内の基板に対して酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
前記処理容器内の加熱された基板に対して所定元素含有ガスと、炭素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する処理と、前記処理容器内の加熱された前記基板に対して所定元素含有ガスと、酸素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの酸化層を形成する処理と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の酸炭窒化膜を形成するように、前記ヒータ、前記所定元素含有ガス供給系、前記炭素含有ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系および前記酸素含有ガス供給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 container for containing a substrate;
A heater for heating the substrate in the processing container;
A predetermined element-containing gas supply system for supplying a predetermined element-containing gas to the substrate in the processing container;
A carbon-containing gas supply system for supplying a carbon-containing gas to the substrate in the processing container;
A nitrogen-containing gas supply system for supplying a nitrogen-containing gas to the substrate in the processing vessel;
An oxygen-containing gas supply system for supplying an oxygen-containing gas to the substrate in the processing container;
By supplying a predetermined element-containing gas, a carbon-containing gas, and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container, a carbonitriding layer having a predetermined thickness containing the predetermined element is formed on the substrate. And a predetermined element-containing gas and an oxygen-containing gas are supplied to the heated substrate in the processing container, thereby forming an oxide layer having a predetermined thickness containing the predetermined element on the substrate. The heater, the predetermined treatment, and the like so as to form an oxycarbonitride film having a predetermined thickness on which the carbonitride layer and the oxide layer are alternately stacked on the substrate. A control unit for controlling the element-containing gas supply system, the carbon-containing gas supply system, the nitrogen-containing gas supply system, and the oxygen-containing gas supply system;
A substrate processing apparatus is provided.
本発明によれば、低誘電率、低エッチングレート、高絶縁性の特性を備える絶縁膜を形成することができる。 According to the present invention, an insulating film having low dielectric constant, low etching rate, and high insulating properties can be formed.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(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おり、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。
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a substrate processing apparatus suitably used in the present embodiment, and shows a
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。なお、ヒータ207は、後述するようにガスを熱で活性化させる活性化機構としても機能する。
As shown in FIG. 1, the
ヒータ207の内側には、ヒータ207と同心円状に反応容器(処理容器)を構成する反応管203が配設されている。反応管203は、例えば石英(SiO2)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。反応管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
処理室201内には、第1ノズル249a、第2ノズル249b、第3ノズル249c、第4ノズル249dが反応管203の下部を貫通するように設けられている。第1ノズル249a、第2ノズル249b、第3ノズル249c、第4ノズル249dには、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4ガス供給管232dが、それぞれ接続されている。このように、反応管203には4本のノズル249a、249b、249c、249dと、4本のガス供給管232a、232b、232c、232dが設けられており、処理室201内へ複数種類、ここでは4種類のガスを供給することができるように構成されている。
In the
なお、反応管203の下方に、反応管203を支持する金属製のマニホールドを設け、各ノズルを、この金属製のマニホールドの側壁を貫通するように設けるようにしてもよい。この場合、この金属製のマニホールドに、さらに後述する排気管231を設けるようにしてもよい。なお、この場合であっても、排気管231を金属製のマニホールドではなく、反応管203の下部に設けるようにしてもよい。このように、処理炉202の炉口部を金属製とし、この金属製の炉口部にノズル等を取り付けるようにしてもよい。
A metal manifold that supports the
第1ガス供給管232aには上流方向から順に流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)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、第1不活性ガス供給管232eが接続されている。この第1不活性ガス供給管232eには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御部)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1ガス供給管232aの先端部には、上述の第1ノズル249aが接続されている。第1ノズル249a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249a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249a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249aの側面にはガスを供給するガス供給孔250aが設けられている。ガス供給孔250aは反応管203の中心を向くように開口している。このガス供給孔250a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。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249a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232e、マスフローコントローラ241e、バルブ243eにより、第1不活性ガス供給系が構成される。
The first
第2ガス供給管232bには上流方向から順に流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)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、第2不活性ガス供給管232fが接続されている。この第2不活性ガス供給管232fには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御部)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2ガス供給管232bの先端部には、上述の第2ノズル249bが接続されている。第2ノズル249b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2ノズル249b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2ノズル249b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2ノズル249bの側面にはガスを供給するガス供給孔250bが設けられている。ガス供給孔250bは反応管203の中心を向くように開口している。このガス供給孔250b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。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249b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232f、マスフローコントローラ241f、バルブ243fにより第2不活性ガス供給系が構成される。
The second
第3ガス供給管232cには上流方向から順に流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)241c、及び開閉弁であるバルブ243cが設けられている。また、第3ガス供給管232cのバルブ243cよりも下流側には、第3不活性ガス供給管232gが接続されている。この第3不活性ガス供給管232gには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御部)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249cが接続されている。第3ノズル249c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3ノズル249c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3ノズル249c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3ノズル249cの側面にはガスを供給するガス供給孔250cが設けられている。ガス供給孔250cは反応管203の中心を向くように開口している。このガス供給孔250c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。主に、第3ガス供給管232c、マスフローコントローラ241c、バルブ243c、第3ノズル249cにより第3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232g、マスフローコントローラ241g、バルブ243gにより第3不活性ガス供給系が構成される。
The third
第4ガス供給管232dには上流方向から順に流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)241d、及び開閉弁であるバルブ243dが設けられている。また、第4ガス供給管232dのバルブ243dよりも下流側には、第4不活性ガス供給管232hが接続されている。この第4不活性ガス供給管232hには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ241h、及び開閉弁であるバルブ243hが設けられている。また、第4ガス供給管232dの先端部には上述の第4ノズル249dが接続されている。第4ノズル249dは、ガス分散空間であるバッファ室237内に設けられている。
The fourth
バッファ室237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内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ200の積載方向に沿って設けられている。すなわち、バッファ室237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。バッファ室237のウエハ200と隣接する壁の端部にはガスを供給するガス供給孔250eが設けられている。ガス供給孔250eは反応管203の中心を向くように開口している。このガス供給孔250e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。
The
第4ノズル249dは、バッファ室237のガス供給孔250eが設けられた端部と反対側の端部に、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4ノズル249d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4ノズル249d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4ノズル249dの側面にはガスを供給するガス供給孔250dが設けられている。ガス供給孔250dはバッファ室237の中心を向くように開口している。このガス供給孔250dは、バッファ室237のガス供給孔250eと同様に、反応管203の下部から上部にわたって複数設けられている。この複数のガス供給孔250dのそれぞれの開口面積は、バッファ室237内と処理室201内の差圧が小さい場合には、上流側(下部)から下流側(上部)まで、それぞれ同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって、それぞれ開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。
The
本実施形態においては、第4ノズル249dのガス供給孔250dのそれぞれの開口面積や開口ピッチを、上流側から下流側にかけて上述のように調節することで、まず、ガス供給孔250dのそれぞれから、流速の差はあるものの、流量がほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこのガス供給孔250dのそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室237内に導入し、バッファ室237内においてガスの流速差の均一化を行うこととした。
In the present embodiment, by adjusting the opening area and the opening pitch of the
すなわち、第4ノズル249dのガス供給孔250dのそれぞれよりバッファ室237内に噴出したガスはバッファ室237内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室237のガス供給孔250eより処理室201内に噴出する。これにより、第4ノズル249dのガス供給孔250dのそれぞれよりバッファ室237内に噴出したガスは、バッファ室237のガス供給孔250e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。
That is, the gas jetted into the
主に、第4ガス供給管232d、マスフローコントローラ241d、バルブ243d、第4ノズル249d、バッファ室237により第4ガス供給系が構成される。なお、第4ガス供給系においては、バッファ室237が、ガスをウエハ200に向けて供給するノズルとして機能する。また、主に、第4不活性ガス供給管232h、マスフローコントローラ241h、バルブ243hにより第4不活性ガス供給系が構成される。
A fourth gas supply system is mainly configured by the fourth
このように、本実施形態におけるガス供給の方法は、反応管203の内壁と、積載された複数枚のウエハ200の端部とで定義される円弧状の縦長の空間内に配置したノズル249a,249b,249c,249dおよびバッファ室237を経由してガスを搬送し、ノズル249a,249b,249c,249dおよびバッファ室237にそれぞれ開口されたガス供給孔250a,250b,250c,250d,250eからウエハ200の近傍で初めて反応管203内にガスを噴出させており、反応管203内におけるガスの主たる流れをウエハ200の表面と平行な方向、すなわち水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ200に均一にガスを供給でき、各ウエハ200に形成される薄膜の膜厚を均一にできる効果がある。なお、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管231の方向に向かって流れるが、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。
As described above, the gas supply method according to the present embodiment uses the
第1ガス供給管232aからは、例えば、シリコン原料ガス、すなわちシリコン(Si)を含むガス(シリコン含有ガス)が、マスフローコントローラ241a、バルブ243a、第1ノズル249aを介して処理室201内に供給される。シリコン含有ガスとしては、例えばヘキサクロロジシラン(Si2Cl6、略称:HCD)ガスを用いることができる。なお、HCDのように常温常圧下で液体状態である液体原料を用いる場合は、液体原料を気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、原料ガスとして供給することとなる。
From the first
第2ガス供給管232bからは、例えばカーボン(C)すなわち炭素を含むガス(炭素含有ガス)が、マスフローコントローラ241b、バルブ243b、第2ノズル249bを介して処理室201内に供給される。炭素含有ガスとしては、例えばプロピレン(C3H6)ガスを用いることができる。また、第2ガス供給管232bからは、例えば、水素(H)を含むガス(水素含有ガス)が、マスフローコントローラ241b、バルブ243b、第2ノズル249bを介して処理室201内に供給されるようにしてもよい。水素含有ガスとしては、例えば水素(H2)ガスを用いることができる。
From the second
第3ガス供給管232cからは、例えば窒素(N)を含むガス(窒素含有ガス)が、マスフローコントローラ241c、バルブ243c、第3ノズル249cを介して処理室201内に供給される。窒素含有ガスとしては、例えばアンモニア(NH3)ガスを用いることができる。
From the third
第4ガス供給管232dからは、例えば酸素(O)を含むガス(酸素含有ガス)が、マスフローコントローラ241d、バルブ243d、第4ノズル249d、バッファ室237を介して処理室201内に供給される。酸素含有ガスとしては、例えば酸素(O2)ガスを用いることができる。また、第4ガス供給管232dからは、例えば、ボロンすなわち硼素(B)を含むガス(硼素含有ガス)が、マスフローコントローラ241d、バルブ243d、第4ノズル249dを介して処理室201内に供給されるようにしてもよい。硼素含有ガスとしては、例えば三塩化硼素(BCl3)ガスやジボラン(B2H6)ガスを用いることができる。
From the fourth
不活性ガス供給管232e、232f、232g、232hからは、例えば窒素(N2)ガスが、それぞれマスフローコントローラ241e、241f、241g、241h、バルブ243e、243f、243g、243h、ガス供給管232a、232b、232c、232d、ガスノズル249a、249b、249c、249dおよびバッファ室237を介して処理室201内に供給される。
For example, nitrogen (N 2 ) gas is supplied from the inert
なお、例えば各ガス供給管から上述のようなガスをそれぞれ流す場合、第1ガス供給系により原料ガス供給系、すなわちシリコン含有ガス供給系(シラン系ガス供給系)が構成される。また、第2ガス供給系により炭素含有ガス供給系または水素含有ガス供給系が構成される。また、第3ガス供給系により窒素含有ガス供給系が構成される。また、第4ガス供給系により酸素含有ガス供給系または硼素含有ガス供給系が構成される。なお、原料ガス供給系を、単に、原料供給系とも称する。また、炭素含有ガス、水素含有ガス、窒素含有ガス、酸素含有ガス、および、硼素含有ガスを総称して反応ガスと称する場合、炭素含有ガス供給系、水素含有ガス供給系、窒素含有ガス供給系、酸素含有ガス供給系、および、硼素含有ガス供給系により反応ガス供給系が構成される。 Note that, for example, when the above-described gases are supplied from the respective gas supply pipes, the first gas supply system constitutes a source gas supply system, that is, a silicon-containing gas supply system (silane-based gas supply system). The second gas supply system constitutes a carbon-containing gas supply system or a hydrogen-containing gas supply system. Further, a nitrogen-containing gas supply system is configured by the third gas supply system. The fourth gas supply system constitutes an oxygen-containing gas supply system or a boron-containing gas supply system. The source gas supply system is also simply referred to as a source supply system. In addition, when the carbon-containing gas, hydrogen-containing gas, nitrogen-containing gas, oxygen-containing gas, and boron-containing gas are collectively referred to as reaction gas, a carbon-containing gas supply system, a hydrogen-containing gas supply system, and a nitrogen-containing gas supply system. The oxygen-containing gas supply system and the boron-containing gas supply system constitute a reaction gas supply system.
バッファ室237内には、図2に示すように、細長い構造を有する第1の電極である第1の棒状電極269及び第2の電極である第2の棒状電極270が、反応管203の下部より上部にわたりウエハ200の積層方向に沿って配設されている。第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270のそれぞれは、第4ノズル249dと平行に設けられている。第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270のそれぞれは、上部より下部にわたって各電極を保護する保護管である電極保護管275により覆われることで保護されている。この第1の棒状電極269又は第2の棒状電極270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。この結果、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間のプラズマ生成領域224にプラズマが生成される。主に、第1の棒状電極269、第2の棒状電極270、電極保護管275、整合器272、高周波電源273によりプラズマ発生器(プラズマ発生部)としてのプラズマ源が構成される。なお、プラズマ源は、後述するようにガスをプラズマで活性化させる活性化機構として機能する。
In the
電極保護管275は、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270のそれぞれをバッファ室237の雰囲気と隔離した状態でバッファ室237内に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管275の内部は外気(大気)と同一雰囲気であると、電極保護管275にそれぞれ挿入された第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270はヒータ207による熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管275の内部には窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第1の棒状電極269又は第2の棒状電極270の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられている。
The
反応管203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には処理室201内の圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ245および圧力調整器(圧力調整部)としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ244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244は、真空ポンプ246を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室201内の真空排気・真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ246を作動させた状態で弁開度を調節することで、処理室201内の圧力を調整することができる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。主に、排気管231、APCバルブ244、真空ポンプ246、圧力センサ245により排気系が構成される。
The
反応管203の下方には、反応管203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は反応管203の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。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の上面には反応管203の下端と当接するシール部材としてのOリング220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、ボート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、後述するボート217に接続されており、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は反応管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おり、これによりボート217を処理室201内に対し搬入搬出することが可能となっている。
Below the
基板支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支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。
The
反応管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で、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、ノズル249a、249b、249c、249dと同様にL字型に構成されており、反応管203の内壁に沿って設けられている。
A
図11に示されているように、制御部(制御手段)であるコントローラ121は、CPU(Central Processing Unit)121a、RAM(Random 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。
As shown in FIG. 11, the
記憶装置121cは、例えばフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等から構成されている。記憶装置121c内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ121に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合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。
The
I/Oポート121dは、上述のマスフローコントローラ241a,241b,241c,241d,241e,241f,241g,241h、バルブ243a,243b,243c,243d,243e,243f,243g,243h、圧力センサ245、APCバルブ244、真空ポンプ246、ヒータ207、温度センサ263、回転機構267、ボートエレベータ115、高周波電源273、整合器272等に接続されている。
The I /
CPU121aは、記憶装置121cから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置122からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置121cからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、CPU121aは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、マスフローコントローラ241a,241b,241c,241d,241e,241f,241g,241hによる各種ガスの流量調整動作、バルブ243a,243b,243c,243d,243e,243f,243g,243hの開閉動作、APCバルブ244の開閉動作及びAPCバルブ244による圧力センサ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の温度調整動作、真空ポンプ246の起動・停止、回転機構267の回転速度調節動作、ボートエレベータ115によるボート217の昇降動作、高周波電源273の電力供給、整合器272によるインピーダンス調整動作等を制御するように構成されている。
The
なお、コントローラ121は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、CDやDVD等の光ディスク、MO等の光磁気ディスク、USBメモリやメモリカード等の半導体メモリ)123を用意し、係る外部記憶装置123を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ121を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置123を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置123を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置121cや外部記憶装置123は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置121c単体のみを含む場合、外部記憶装置123単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
The
(2)基板処理工程
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シリコン酸炭窒化膜(SiOCN膜)を成膜するシーケンス例について説明する。尚、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。
(2) Substrate Processing Step Next, as a step of manufacturing a semiconductor device (device) using the processing furnace of the substrate processing apparatus described above, a silicon oxycarbonitride film (SiOCN film) as an insulating film is formed on the substrate. A sequence example for forming a film will be described. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the
本発明の実施形態では、
処理容器内の加熱されたウエハ200に対して、シリコン含有ガスと、炭素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、ウエハ200上に所定厚さのシリコン炭窒化層(SiCN層)を形成する工程と、
処理容器内の加熱されたウエハ200に対して、シリコン含有ガスと、酸素含有ガスとを供給することで、ウエハ200上に所定厚さのシリコン酸化層(SiO層)を形成する工程と、
を交互に繰り返すことで、ウエハ200上に、シリコン炭窒化層とシリコン酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚のシリコン酸炭窒化膜(SiOCN膜)を形成する。
本実施形態では、ウエハ200上に、シリコン炭窒化層とシリコン酸化層とを交互に積層することから、この成膜手法をラミネート法ともいう。
In an embodiment of the present invention,
By supplying a silicon-containing gas, a carbon-containing gas, and a nitrogen-containing gas to the
Forming a silicon oxide layer (SiO layer) having a predetermined thickness on the
By alternately repeating the above, a silicon oxycarbonitride film (SiOCN film) having a predetermined thickness is formed on the
In the present embodiment, since the silicon carbonitride layers and the silicon oxide layers are alternately laminated on the
なお、従来のCVD(Chemical Vapor Deposition)法やALD(Atomic Layer Deposition)法では、例えば、CVD法の場合、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを同時に供給し、また、ALD法の場合、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを交互に供給する。そして、ガス供給時のガス供給流量、ガス供給時間、プラズマパワーなどの供給条件を制御することによりSiO2膜やSi3N4膜を形成する。それらの技術では、例えばSiO2膜を形成する場合、膜の組成比が化学量論組成であるO/Si≒2となるように、また例えばSi3N4膜を形成する場合、膜の組成比が化学量論組成であるN/Si≒1.33となるようにすることを目的として、供給条件を制御する。 In the conventional CVD (Chemical Vapor Deposition) method and ALD (Atomic Layer Deposition) method, for example, in the case of the CVD method, a plurality of types of gases including a plurality of elements constituting a film to be formed are supplied simultaneously. In the case of the ALD method, a plurality of types of gas including a plurality of elements constituting a film to be formed are alternately supplied. Then, the SiO 2 film and the Si 3 N 4 film are formed by controlling the supply conditions such as the gas supply flow rate, the gas supply time, and the plasma power during the gas supply. In those techniques, for example, when a SiO 2 film is formed, the composition ratio of the film is O / Si≈2 which is a stoichiometric composition, and when a Si 3 N 4 film is formed, for example, The supply conditions are controlled for the purpose of making the ratio N / Si≈1.33, which is the stoichiometric composition.
これに対し、本発明の実施形態では、形成する膜の組成比が化学量論組成、または、化学量論組成とは異なる所定の組成比となるように、供給条件を制御する。例えば、形成する膜を構成する複数の元素のうち少なくとも一つの元素が他の元素よりも化学量論組成に対し過剰となるようにすることを目的として、供給条件を制御する。以下、形成する膜を構成する複数の元素の比率、すなわち、膜の組成比を制御しつつ成膜を行うシーケンス例について説明する。 On the other hand, in the embodiment of the present invention, the supply conditions are controlled so that the composition ratio of the film to be formed becomes a stoichiometric composition or a predetermined composition ratio different from the stoichiometric composition. For example, the supply conditions are controlled in order to make at least one element out of a plurality of elements constituting the film to be formed more excessive than the other elements with respect to the stoichiometric composition. Hereinafter, a sequence example in which film formation is performed while controlling the ratio of a plurality of elements constituting the film to be formed, that is, the composition ratio of the film will be described.
(第1シーケンス)
まず、本実施形態の第1シーケンスについて説明する。図3は、本実施形態の第1シーケンスにおける成膜フローを示す図である。図4は、本実施形態の第1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る。
(First sequence)
First, the first sequence of this embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram showing a film forming flow in the first sequence of the present embodiment. FIG. 4 is a diagram illustrating gas supply timings in the first sequence of the present embodiment.
本実施形態の第1シーケンスでは、
処理容器内の加熱されたウエハ200に対してシリコン含有ガスを供給することで、ウエハ200上にシリコン含有層を形成する工程と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して炭素含有ガスを供給することで、シリコン含有層の上に炭素含有層を形成してシリコンおよび炭素を含む層を形成する工程と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して窒素含有ガスを供給することで、シリコンおよび炭素を含む層を窒化してシリコン炭窒化層(SiCN層)を形成する工程と、
処理容器内の加熱されたウエハ200に対してシリコン含有ガスを供給することで、ウエハ200上にシリコン含有層を形成する工程と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して酸素含有ガスを供給することで、シリコン含有層を酸化してシリコン酸化層(SiO層)を形成する工程と、
を1サイクルとして、このサイクルを所定回数(n回)行うことで、ウエハ200上に、シリコン炭窒化層とシリコン酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚のシリコン酸炭窒化膜(SiOCN膜)を形成する。
なお、本実施形態の第1シーケンスでは、シリコン炭窒化層を形成する工程、および、シリコン酸化層を形成する工程のいずれの工程においても、シリコン含有層を形成する工程においては、CVD反応が生じる条件下でウエハ200に対してシリコン含有ガスを供給する。
In the first sequence of this embodiment,
A step of forming a silicon-containing layer on the
A step of forming a silicon-containing layer on the
1 cycle, this cycle is performed a predetermined number of times (n times), whereby a silicon oxycarbonitride film (SiOCN) having a predetermined thickness formed by alternately laminating silicon carbonitride layers and silicon oxide layers on the
In the first sequence of the present embodiment, a CVD reaction occurs in the step of forming the silicon-containing layer in both the step of forming the silicon carbonitride layer and the step of forming the silicon oxide layer. A silicon-containing gas is supplied to the
以下、本実施形態の第1シーケンスを具体的に説明する。ここでは、シリコン含有ガスとしてHCDガスを、炭素含有ガスとしてC3H6ガスを、窒素含有ガスとしてNH3ガスを、酸素含有ガスとしてO2ガスを用い、図3、図4の成膜シーケンスにより、基板としてのウエハ200上に絶縁膜としてシリコン酸炭窒化膜(SiOCN膜)を形成する例について説明する。
Hereinafter, the first sequence of the present embodiment will be specifically described. Here, HCD gas is used as the silicon-containing gas, C 3 H 6 gas is used as the carbon-containing gas, NH 3 gas is used as the nitrogen-containing gas, and O 2 gas is used as the oxygen-containing gas. An example in which a silicon oxycarbonitride film (SiOCN film) is formed as an insulating film on a
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。
When a plurality of
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に対する処理が終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)。続いて、回転機構267によりボート217及びウエハ200の回転が開始される。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5つのステップを順次実行する。
The
<SiCN層形成工程>
[ステップ1]
第1ガス供給管232aのバルブ243a開き、第1ガス供給管232a内にHCDガスを流す。第1ガス供給管232a内を流れたHCDガスは、マスフローコントローラ241aにより流量調整される。流量調整されたHCDガスは第1ノズル249aのガス供給孔250aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、同時にバルブ243eを開き、不活性ガス供給管232e内にN2ガス等の不活性ガスを流す。不活性ガス供給管232e内を流れたN2ガスは、マスフローコントローラ241eにより流量調整される。流量調整されたN2ガスはHCDガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
<SiCN layer forming step>
[Step 1]
The
このとき、APCバルブ244を適正に調整して処理室201内の圧力を、例えば10〜1000Paの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ241aで制御するHCDガスの供給流量は、例えば10〜1000sccmの範囲内の流量とする。マスフローコントローラ241eで制御するN2ガスの供給流量は、例えば200〜2000sccmの範囲内の流量とする。HCDガスをウエハ200に晒す時間、すなわちガス供給時間(照射時間)は、例えば1〜120秒間の範囲内の時間とする。このときヒータ207の温度は、処理室201内でCVD反応が生じる程度の温度、すなわちウエハ200の温度が、例えば300〜650℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。なお、ウエハ200の温度が300℃未満となるとウエハ200上にHCDが吸着しにくくなる。また、ウエハ200の温度が650℃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300〜650℃の範囲内の温度とするのが好ましい。
At this time, the
HCDガスの供給により、ウエハ200(表面の下地膜)上に、例えば1原子層未満から数原子層程度のシリコン含有層が形成される。シリコン含有層はHCDガスの吸着層であってもよいし、シリコン層(Si層)であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。ただし、シリコン含有層はシリコン(Si)及び塩素(Cl)を含む層であることが好ましい。ここでシリコン層とは、シリコン(Si)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、Si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。なお、シリコン層を構成するSiは、Clとの結合が完全に切れていないものも含む。また、HCDガスの吸着層は、HCD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。すなわち、HCDガスの吸着層は、HCD分子で構成される1分子層もしくは1分子層未満の化学吸着層を含む。なお、HCDガスの吸着層を構成するHCD(Si2Cl6)分子は、SiとClとの結合が一部切れたもの(SixCly分子)も含む。すなわち、HCDの吸着層は、Si2Cl6分子および/またはSixCly分子の連続的な化学吸着層や不連続な化学吸着層を含む。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おり、1原子層の層とは連続的に形成される原子層のことを意味している。また、1分子層未満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。HCDガスが自己分解(熱分解)する条件下、すなわち、HCDの熱分解反応が生じる条件下では、ウエハ200上にSiが堆積することでシリコン層が形成される。HCDガスが自己分解(熱分解)しない条件下、すなわち、HCDの熱分解反応が生じない条件下では、ウエハ200上にHCDガスが吸着することでHCDガスの吸着層が形成される。なお、ウエハ200上にHCDガスの吸着層を形成するよりも、ウエハ200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。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での窒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程度とするのが好ましい。なお、シリコン含有層の厚さを1原子層以下、すなわち、1原子層または1原子層未満とすることで、後述するステップ3での窒化反応の作用を相対的に高めることができ、ステップ3の窒化反応に要する時間を短縮することができる。ステップ1のシリコン含有層形成に要する時間を短縮することもできる。結果として、1サイクルあたりの処理時間を短縮することができ、トータルでの処理時間を短縮することも可能となる。すなわち、成膜レートを高くすることも可能となる。また、シリコン含有層の厚さを1原子層以下とすることで、膜厚均一性の制御性を高めることも可能となる。
By supplying the HCD gas, a silicon-containing layer of, for example, less than one atomic layer to several atomic layers is formed on the wafer 200 (surface underlying film). The silicon-containing layer may be an HCD gas adsorption layer, a silicon layer (Si layer), or both of them. However, the silicon-containing layer is preferably a layer containing silicon (Si) and chlorine (Cl). Here, the silicon layer is a generic name including a continuous layer composed of silicon (Si), a discontinuous layer, and a silicon thin film formed by overlapping these layers. A continuous layer made of Si may be referred to as a silicon thin film. Note that Si constituting the silicon layer includes those in which the bond with Cl is not completely broken. The HCD gas adsorption layer includes a discontinuous chemical adsorption layer in addition to a continuous chemical adsorption layer of gas molecules of the HCD gas. That is, the adsorption layer of HCD gas includes a monomolecular layer composed of HCD molecules or a chemical adsorption layer of less than one molecular layer. The HCD (Si 2 Cl 6 ) molecules constituting the HCD gas adsorption layer include those in which the bond between Si and Cl is partially broken (Si x Cl y molecules). That is, the adsorption layer of HCD includes a continuous chemical adsorption layer or a discontinuous chemical adsorption layer of Si 2 Cl 6 molecules and / or Si x Cl y molecules. Note that a layer of less than one atomic layer means a discontinuous atomic layer, and a single atomic layer means a continuously formed atomic layer. Moreover, the layer of less than one molecular layer means a molecular layer formed discontinuously, and the layer of one molecular layer means a molecular layer formed continuously. Under conditions where the HCD gas is self-decomposed (thermally decomposed), that is, under conditions where a thermal decomposition reaction of HCD occurs, a silicon layer is formed by depositing Si on the
シリコン含有層が形成された後、バルブ243aを閉じ、HCDガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとして、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HCDガスを処理室201内から排除する。なお、この時バルブ243eは開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。これにより、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のHCDガスを処理室201内から排除する効果を高める。
After the silicon-containing layer is formed, the
シリコン含有ガスとしては、ヘキサクロロジシラン(Si2Cl6、略称:HCD)ガスの他、テトラクロロシランすなわちシリコンテトラクロライド(SiCl4、略称:STC)ガス、トリクロロシラン(SiHCl3、略称:TCS)ガス、ジクロロシラン(SiH2Cl2、略称:DCS)ガス、モノクロロシラン(SiH3Cl、略称:MCS)ガス、モノシラン(SiH4)ガス等の無機原料だけでなく、アミノシラン系のテトラキスジメチルアミノシラン(Si[N(CH3)2]4、略称:4DMAS)ガス、トリスジメチルアミノシラン(Si[N(CH3)2]3H、略称:3DMAS)ガス、ビスジエチルアミノシラン(Si[N(C2H5)2]2H2、略称:2DEAS)ガス、ビスターシャリーブチルアミノシラン(SiH2[NH(C4H9)]2、略称:BTBAS)ガス、ヘキサメチルジシラザン((CH3)3SiNHSi(CH3)3、略称:HMDS)ガスなどの有機原料を用いてもよい。不活性ガスとしては、N2ガスの他、Arガス、Heガス、Neガス、Xeガス等の希ガスを用いてもよい。 Examples of the silicon-containing gas include hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 , abbreviation: HCD) gas, tetrachlorosilane, that is, silicon tetrachloride (SiCl 4 , abbreviation: STC) gas, trichlorosilane (SiHCl 3 , abbreviation: TCS) gas, Not only inorganic raw materials such as dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 , abbreviation: DCS) gas, monochlorosilane (SiH 3 Cl, abbreviation: MCS) gas, monosilane (SiH 4 ) gas, but also aminosilane-based tetrakisdimethylaminosilane (Si [ N (CH 3 ) 2 ] 4 , abbreviation: 4DMAS) gas, trisdimethylaminosilane (Si [N (CH 3 ) 2 ] 3 H, abbreviation: 3DMAS) gas, bisdiethylaminosilane (Si [N (C 2 H 5 ) 2] 2 H 2, abbreviation: 2DEAS) gas, bis Over-tertiary-butylamino silane (SiH 2 [NH (C 4 H 9)] 2, abbreviated: BTBAS) gas, hexamethyldisilazane ((CH 3) 3 SiNHSi ( CH 3) 3, abbreviated: HMDS) organic material, such as a gas May be used. As the inert gas, a rare gas such as Ar gas, He gas, Ne gas, or Xe gas may be used in addition to N 2 gas.
[ステップ2]
ステップ1が終了し処理室201内の残留ガスを除去した後、第2ガス供給管232bのバルブ243bを開き、第2ガス供給管232b内にC3H6ガスを流す。第2ガス供給管232b内を流れたC3H6ガスは、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C3H6ガスは第2ノズル249bのガス供給孔250bから処理室内へ供給され、排気管231から排気される。なお、処理室201内に供給されたC3H6ガスは熱により活性化される。この時同時にバルブ243fを開き、不活性ガス供給管232f内にN2ガスを流す。N2ガスはC3H6ガスと一緒に処理室201内へ供給され、排気管231から排気される。
[Step 2]
After
このときAPCバルブ244を適正に調整して処理室201内の圧力を、例えば50〜3000Paの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ241bで制御するC3H6ガスの供給流量は、例えば100〜10000sccmの範囲内の流量とする。マスフローコントローラ241fで制御するN2ガスの供給流量は、例えば200〜2000sccmの範囲内の流量とする。このとき、処理室201内におけるC3H6ガスの分圧は、6〜2940Paの範囲内の圧力とする。C3H6ガスをウエハ200に晒す時間、すなわちガス供給時間(照射時間)は、例えば1〜120秒間の範囲内の時間とする。このときのヒータ207の温度は、ステップ1と同様、ウエハ200の温度が300〜650℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。なお、C3H6ガスは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、後述する炭素含有層の形成が容易となる。
At this time, the
このとき、処理室201内に流しているガスは熱的に活性化されたC3H6ガスであり、処理室201内にはHCDガスは流していない。したがって、C3H6ガスは気相反応を起こすことはなく、活性化された状態でウエハ200に対して供給され、このとき、ステップ1でウエハ200上に形成されたシリコン含有層の上に1原子層未満の炭素含有層、すなわち不連続な炭素含有層が形成される。これによりシリコンおよび炭素を含む第2の層が形成される。なお、条件によってはシリコン含有層の一部とC3H6ガスとが反応して、シリコン含有層が改質(炭化)されてシリコンおよび炭素を含む第2の層が形成される場合もある。
At this time, the gas flowing into the
シリコン含有層の上に形成する炭素含有層は、炭素層(C層)であってもよいし、炭素含有ガス(C3H6ガス)の化学吸着層、すなわち、C3H6が分解した物質(CxHy)の化学吸着層であってもよい。ここで、炭素層は炭素により構成される不連続な層とする必要がある。また、CxHyの化学吸着層はCxHy分子の不連続な化学吸着層とする必要がある。なお、シリコン含有層の上に形成する炭素含有層を連続的な層とした場合、例えばCxHyのシリコン含有層上への吸着状態を飽和状態として、シリコン含有層上にCxHyの連続的な化学吸着層を形成した場合、シリコン含有層の表面が全体的にCxHyの化学吸着層により覆われることとなる。この場合、第2の層の表面にシリコンが存在しなくなり、後述するステップ3での第2の層の窒化反応が困難となる。窒素はシリコンとは結合するが、炭素とは結合しないからである。後述するステップ3で所望の窒化反応を生じさせるためには、CxHyのシリコン含有層上への吸着状態を不飽和状態として、第2の層の表面にシリコンが露出した状態とする必要がある。 The carbon-containing layer formed on the silicon-containing layer may be a carbon layer (C layer), or a chemisorption layer of a carbon-containing gas (C 3 H 6 gas), that is, C 3 H 6 is decomposed. It may be a chemical adsorption layer of a substance (C x H y ). Here, the carbon layer needs to be a discontinuous layer made of carbon. Further, the C x H y chemisorption layer must be a discontinuous chemisorption layer of C x H y molecules. When the carbon-containing layer formed on the silicon-containing layer is a continuous layer, for example, the adsorption state of C x H y on the silicon-containing layer is set to a saturated state, and C x H y is formed on the silicon-containing layer. When the continuous chemical adsorption layer is formed, the surface of the silicon-containing layer is entirely covered with the C x H y chemical adsorption layer. In this case, silicon does not exist on the surface of the second layer, and the nitridation reaction of the second layer in Step 3 described later becomes difficult. This is because nitrogen bonds with silicon but does not bond with carbon. In order to cause a desired nitriding reaction in Step 3 to be described later, it is necessary to set the adsorption state of C x H y on the silicon-containing layer to an unsaturated state so that silicon is exposed on the surface of the second layer. There is.
なお、CxHyのシリコン含有層上への吸着状態を不飽和状態とするには、ステップ2における処理条件を上述の処理条件とすればよいが、さらにステップ2における処理条件を次の処理条件とすることで、CxHyのシリコン含有層上への吸着状態を不飽和状態とすることが容易となる。
In order to bring the adsorption state of C x H y onto the silicon-containing layer into the unsaturated state, the processing conditions in
ウエハ温度:500〜630℃
処理室内圧力:133〜2666Pa
C3H6ガス分圧:67〜2515Pa
C3H6ガス供給流量:1000〜5000sccm
N2ガス供給流量:300〜1000sccm
C3H6ガス供給時間:6〜100秒
Wafer temperature: 500-630 ° C
Processing chamber pressure: 133 to 2666 Pa
C 3 H 6 gas partial pressure: 67-2515 Pa
C 3 H 6 gas supply flow rate: 1000 to 5000 sccm
N 2 gas supply flow rate: 300 to 1000 sccm
C 3 H 6 gas supply time: 6 to 100 seconds
その後、第2ガス供給管232bのバルブ243bを閉じて、C3H6ガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとして、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炭素含有層形成に寄与した後のC3H6ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。なお、この時バルブ243fは開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。これにより、処理室201内に残留する未反応もしくは炭素含有層形成に寄与した後のC3H6ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する効果を高める。
Thereafter, the
炭素含有ガスとしては、プロピレン(C3H6)ガス以外に、アセチレン(C2H2)ガスやエチレン(C2H4)ガス等を用いてもよい。 As the carbon-containing gas, in addition to propylene (C 3 H 6 ) gas, acetylene (C 2 H 2 ) gas, ethylene (C 2 H 4 ) gas, or the like may be used.
[ステップ3]
処理室201内の残留ガスを除去した後、第3ガス供給管232cのバルブ243cを開き、第3ガス供給管232c内にNH3ガスを流す。第3ガス供給管232c内を流れたNH3ガスは、マスフローコントローラ241cにより流量調整される。流量調整されたNH3ガスは第3ノズル249cのガス供給孔250cから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。なお、処理室201内に供給されたNH3ガスは熱により活性化される。この時同時にバルブ243gを開き不活性ガス供給管232g内にN2ガスを流す。N2ガスはNH3ガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
[Step 3]
After the residual gas in the
NH3ガスを熱で活性化して流すときは、APCバルブ244を適正に調整して処理室201内の圧力を、例えば50〜3000Paの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ241cで制御するNH3ガスの供給流量は、例えば100〜10000sccmの範囲内の流量とする。マスフローコントローラ241gで制御するN2ガスの供給流量は、例えば200〜2000sccmの範囲内の流量とする。このとき、処理室201内におけるNH3ガスの分圧は、6〜2940Paの範囲内の圧力とする。NH3ガスにウエハ200を晒す時間、すなわちガス供給時間(照射時間)は、例えば1〜120秒間の範囲内の時間とする。このときのヒータ207の温度は、ステップ1と同様、ウエハ200の温度が300〜650℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。NH3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、NH3ガスは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。
When the NH 3 gas is activated by heat and flows, the
このとき、処理室201内に流しているガスは熱的に活性化されたNH3ガスであり、処理室201内にはHCDガスもC3H6ガスも流していない。したがって、NH3ガスは気相反応を起こすことはなく、活性化されたNH3ガスは、ステップ2でウエハ200上に形成された第2の層としてのシリコンおよび炭素を含む層の一部と反応する。これにより第2の層はノンプラズマで熱的に窒化されて、シリコン、炭素および窒素を含む第3の層、すなわち、シリコン炭窒化層(SiCN層)へと変化させられる(改質される)。
At this time, the gas flowing in the
このとき、第2の層の窒化反応は飽和させないようにする。例えばステップ1で数原子層のシリコン層を形成し、ステップ2で1原子層未満の炭素含有層を形成した場合は、その表面層(表面の1原子層)の一部を窒化させる。すなわち、その表面層のうちの窒化が生じ得る領域(シリコンが露出した領域)の一部もしくは全部を窒化させる。この場合、第2の層の全体を窒化させないように、第2の層の窒化反応が不飽和となる条件下で窒化を行う。なお、条件によっては第2の層の表面層から下の数層を窒化させることもできるが、その表面層だけを窒化させる方が、シリコン酸炭窒化膜の組成比の制御性を向上させることができ好ましい。また、例えばステップ1で1原子層または1原子層未満のシリコン層を形成し、ステップ2で1原子層未満の炭素含有層を形成した場合も、同様にその表面層の一部を窒化させる。この場合も、第2の層の全体を窒化させないように、第2の層の窒化反応が不飽和となる条件下で窒化を行う。
At this time, the nitridation reaction of the second layer is not saturated. For example, when a silicon layer having several atomic layers is formed in
なお、第2の層の窒化反応を不飽和とするには、ステップ3における処理条件を上述の処理条件とすればよいが、さらにステップ3における処理条件を次の処理条件とすることで、第2の層の窒化反応を不飽和とすることが容易となる。 In order to make the nitridation reaction of the second layer unsaturated, the processing conditions in step 3 may be the above-described processing conditions. However, by setting the processing conditions in step 3 as the following processing conditions, It becomes easy to make the nitriding reaction of the two layers unsaturated.
ウエハ温度:500〜630℃
処理室内圧力:133〜2666Pa
NH3ガス分圧:67〜2515Pa
NH3ガス供給流量:1000〜5000sccm
N2ガス供給流量:300〜1000sccm
NH3ガス供給時間:6〜100秒
Wafer temperature: 500-630 ° C
Processing chamber pressure: 133 to 2666 Pa
NH 3 gas partial pressure: 67-2515 Pa
NH 3 gas supply flow rate: 1000 to 5000 sccm
N 2 gas supply flow rate: 300 to 1000 sccm
NH 3 gas supply time: 6 to 100 seconds
その後、第3ガス供給管232cのバルブ243cを閉じて、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は開いたままとして、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窒化に寄与した後のNH3ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。なお、この時バルブ243gは開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。これにより、処理室201内に残留する未反応もしくは窒化に寄与した後の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高める。
Thereafter, the
窒素含有ガスとしては、アンモニア(NH3)ガス以外に、ジアジン(N2H2)ガス、ヒドラジン(N2H4)ガス、N3H8ガス等を用いてもよい。 As the nitrogen-containing gas, in addition to ammonia (NH 3 ) gas, diazine (N 2 H 2 ) gas, hydrazine (N 2 H 4 ) gas, N 3 H 8 gas, or the like may be used.
<SiO層形成工程>
[ステップ4]
処理室201内の残留ガスを除去した後、ステップ1と同様に、HCDガスを処理室201内に供給し、排気して、ステップ3でウエハ200上に形成されたSiCN層(第3の層)の上に第4の層としてのシリコン含有層を形成する。シリコン含有層が形成された後、ステップ1と同様に、HCDガスの供給を停止し、処理室201内の残留ガスを除去する。なお、ステップ4での各バルブの開閉動作、処理条件、生じさせる反応、形成する層、残留ガス除去方法、使用可能なガス等は、ステップ1でのそれらと同様である。
<SiO layer formation process>
[Step 4]
After the residual gas in the
[ステップ5]
処理室201内の残留ガスを除去した後、第4ガス供給管232dのバルブ243d、第4不活性ガス供給管232hのバルブ243hを開き、第4ガス供給管232d内にO2ガスを流し、第4不活性ガス供給管232h内にN2ガスを流す。第4不活性ガス供給管232h内を流れたN2ガスは、マスフローコントローラ241hにより流量調整される。第4ガス供給管232d内を流れたO2ガスは、マスフローコントローラ241dにより流量調整される。流量調整されたO2ガスは流量調整されたN2ガスと第4ガス供給管232d内で混合されて、第4ノズル249dのガス供給孔250dからバッファ室237内に供給される。このとき、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間には高周波電力を印加しない。これにより、バッファ室237内に供給されたO2ガスは熱で活性化されて、ガス供給孔250eからウエハ200に向けて処理室201内に供給され、排気管231から排気される。なお、このとき第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に高周波電力を印加して、バッファ室237内に供給されたO2ガスをプラズマで活性化させることもできる。
[Step 5]
After removing the residual gas in the
O2ガスを熱で活性化して流すときは、APCバルブ244を適正に調整して処理室201内の圧力を、例えば1〜3000Paの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ241dで制御するO2ガスの供給流量は、例えば100〜5000sccm(0.1〜5slm)の範囲内の流量とする。マスフローコントローラ241hで制御するN2ガスの供給流量は、例えば200〜2000sccm(0.2〜2slm)の範囲内の流量とする。このとき、処理室201内におけるO2ガスの分圧は、6〜2940Paの範囲内の圧力とする。O2ガスにウエハ200を晒す時間、すなわちガス供給時間(照射時間)は、例えば1〜120秒間の範囲内の時間とする。このときのヒータ207の温度は、ステップ1〜3と同様、ウエハ200の温度が300〜650℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。O2ガスは上記のような条件下で熱的に活性化される。なお、O2ガスは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、後述する酸化をソフトに行うことができる。
When the O 2 gas is activated and flowed by heat, the
このとき、処理室201内に流しているガスは熱的に活性化されたO2ガスであり、処理室201内にはHCDガスもC3H6ガスもNH3ガスも流していない。したがって、O2ガスは気相反応を起こすことはなく、活性化されたO2ガスは、ステップ4でSiCN層(第3の層)上に形成されたシリコン含有層(第4の層)の少なくとも一部と反応する。これによりシリコン含有層はノンプラズマで熱的に酸化されて、シリコンおよび酸素を含む第5の層、すなわち、シリコン酸化層(SiO2層、以下、単にSiO層ともいう)へと変化させられる(改質される)。これにより、SiCN層上にSiO層が積層されてなるシリコン酸炭窒化層(SiOCN層)が形成される。このとき、活性化されたO2ガスを、シリコン含有層の少なくとも一部と反応させるだけでなく、その下層であるSiCN層の少なくとも一部と反応させるようにしてもよい。すなわち、シリコン含有層の下層であるSiCN層の少なくとも一部をもノンプラズマで熱的に酸化させるようにしてもよい。
At this time, the gas flowing in the
このとき、シリコン含有層の酸化反応は飽和させないようにする。例えばステップ4で数原子層のシリコン層を形成した場合は、その表面層(表面の1原子層)の少なくとも一部を酸化させる。この場合、シリコン層の全体を酸化させないように、シリコン層の酸化反応が不飽和となる条件下で酸化を行う。なお、条件によってはシリコン層の表面層からの数層を酸化させることもできるが、その表面層だけを酸化させる方が、SiOCN膜の組成比の制御性を向上させることができ好ましい。また、例えばステップ4で1原子層または1原子層未満のシリコン層を形成した場合も、同様にその表面層の一部を酸化させる。この場合も、シリコン層の全体を酸化させないように、シリコン層の酸化反応が不飽和となる条件下で酸化を行う。このとき、シリコン含有層の下層であるSiCN層の少なくとも一部をも酸化させる場合も、SiCN層の酸化反応は飽和させないようにする。この場合、SiCN層の全体を酸化させないように、SiCN層の酸化反応が不飽和となる条件下で酸化を行う。 At this time, the oxidation reaction of the silicon-containing layer is not saturated. For example, when a silicon layer having several atomic layers is formed in step 4, at least a part of the surface layer (one atomic layer on the surface) is oxidized. In this case, the oxidation is performed under the condition that the oxidation reaction of the silicon layer is unsaturated so that the entire silicon layer is not oxidized. Although several layers from the surface layer of the silicon layer can be oxidized depending on conditions, it is preferable to oxidize only the surface layer because the controllability of the composition ratio of the SiOCN film can be improved. Further, for example, when a silicon layer having one atomic layer or less than one atomic layer is formed in step 4, a part of the surface layer is similarly oxidized. Also in this case, the oxidation is performed under the condition that the oxidation reaction of the silicon layer is unsaturated so as not to oxidize the entire silicon layer. At this time, even when at least a part of the SiCN layer, which is the lower layer of the silicon-containing layer, is oxidized, the oxidation reaction of the SiCN layer is not saturated. In this case, the oxidation is performed under conditions where the oxidation reaction of the SiCN layer is unsaturated so that the entire SiCN layer is not oxidized.
なお、シリコン含有層(第4の層)やその下層であるSiCN層(第3の層)の酸化反応を不飽和とするには、ステップ5における処理条件を上述の処理条件とすればよいが、さらにステップ5における処理条件を次の処理条件とすることで、シリコン含有層やSiCN層の酸化反応を不飽和とすることが容易となる。 In order to unsaturate the oxidation reaction of the silicon-containing layer (fourth layer) or the SiCN layer (third layer) which is the lower layer, the processing conditions in step 5 may be the above-described processing conditions. Further, by setting the processing condition in step 5 as the next processing condition, it becomes easy to make the oxidation reaction of the silicon-containing layer or the SiCN layer unsaturated.
ウエハ温度:500〜630℃
処理室内圧力:133〜2666Pa
O2ガス分圧:67〜2515Pa
O2ガス供給流量:1000〜5000sccm
N2ガス供給流量:300〜1000sccm
O2ガス供給時間:6〜100秒
Wafer temperature: 500-630 ° C
Processing chamber pressure: 133 to 2666 Pa
O 2 gas partial pressure: 67-2515 Pa
O 2 gas supply flow rate: 1000 to 5000 sccm
N 2 gas supply flow rate: 300 to 1000 sccm
O 2 gas supply time: 6 to 100 seconds
その後、第4ガス供給管232dのバルブ243dを閉じて、O2ガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとして、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酸化に寄与した後のO2ガスを処理室201内から排除する。この時バルブ243hは開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。これにより、処理室201内に残留する未反応もしくは酸化に寄与した後のO2ガスを処理室201内から排除する効果を高める。
Thereafter, the
酸素含有ガスとしては、酸素(O2)ガス以外に、水蒸気(H2O)ガス、一酸化窒素(NO)ガス、亜酸化窒素(N2O)ガス、二酸化窒素(NO2)ガス、一酸化炭素(CO)ガス、二酸化炭素(CO2)ガス、オゾン(O3)ガス、O2ガス+H2ガス、O3ガス+H2ガス等を用いてもよい。 As the oxygen-containing gas, in addition to oxygen (O 2 ) gas, water vapor (H 2 O) gas, nitrogen monoxide (NO) gas, nitrous oxide (N 2 O) gas, nitrogen dioxide (NO 2 ) gas, Carbon oxide (CO) gas, carbon dioxide (CO 2 ) gas, ozone (O 3 ) gas, O 2 gas + H 2 gas, O 3 gas + H 2 gas, or the like may be used.
上述したステップ1〜5を1サイクルとして、このサイクルを所定回数(1回以上)行うことにより、ウエハ200上にSiCN層とSiO層とが交互に積層され、所定膜厚のシリコン、炭素、窒素および酸素を含む薄膜、すなわち、シリコン酸炭窒化膜(SiOCN膜)を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。
By performing
このとき、各ステップにおける処理室201内の圧力やガス供給時間等の処理条件を制御することで、SiOCN層における各元素成分、すなわちシリコン成分、酸素成分、炭素成分、窒素成分の割合、すなわち、シリコン濃度、酸素濃度、炭素濃度、窒素濃度を調整することができ、SiOCN膜の組成比を制御することができる。
At this time, by controlling the processing conditions such as the pressure in the
またこのとき、SiCN層およびSiO層のうち少なくともいずれかの層の厚さを制御することで、SiOCN膜の組成比を制御することもできる。例えば、数原子層の厚さのSiCN層と1原子層未満の厚さのSiO層とを交互に積層するようにすれば、SiOCN膜の酸素成分に対するシリコン成分、窒素成分、炭素成分の割合をリッチな方向に(酸素成分の割合をプアな方向に)制御できることとなる。また例えば、1原子層未満の厚さのSiCN層と数原子層の厚さのSiO層とを交互に積層するようにすれば、SiOCN膜の窒素成分、炭素成分に対するシリコン成分、酸素成分の割合をリッチな方向に(窒素成分、炭素成分の割合をプアな方向に)制御できることとなる。なお、処理条件によっては、交互に積層するSiCN層とSiO層とを相互拡散させることもできる。 At this time, the composition ratio of the SiOCN film can also be controlled by controlling the thickness of at least one of the SiCN layer and the SiO layer. For example, if an SiCN layer having a thickness of several atomic layers and an SiO layer having a thickness of less than one atomic layer are alternately stacked, the ratio of the silicon component, nitrogen component, and carbon component to the oxygen component of the SiOCN film can be determined. It is possible to control in a rich direction (a ratio of oxygen component in a poor direction). For example, if an SiCN layer having a thickness of less than one atomic layer and an SiO layer having a thickness of several atomic layers are alternately stacked, the ratio of the silicon component and the oxygen component to the nitrogen component, carbon component of the SiOCN film Can be controlled in a rich direction (ratio of nitrogen component and carbon component in a poor direction). Depending on the processing conditions, the alternately laminated SiCN layer and SiO layer can be diffused.
所定組成を有する所定膜厚のSiOCN膜を形成する成膜処理がなされると、N2等の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(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
When a film forming process for forming a SiOCN film having a predetermined composition and having a predetermined composition is performed, an inert gas such as N 2 is supplied into the
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に支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(ボートアンローディング)される。その後、処理済のウエハ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
(第2シーケンス)
次に、本実施形態の第2シーケンスについて説明する。図5は、本実施形態の第2シーケンスにおける成膜フローを示す図である。図6は、本実施形態の第2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る。
(Second sequence)
Next, the second sequence of the present embodiment will be described. FIG. 5 is a diagram showing a film forming flow in the second sequence of the present embodiment. FIG. 6 is a diagram illustrating gas supply timings in the second sequence of the present embodiment.
上述の第1シーケンスでは、上述したステップ1〜5を1サイクルとして、このサイクルを1回以上行うことにより、ウエハ200上に1層のSiCN層と1層のSiO層とを交互に積層して、所定膜厚のSiOCN膜を成膜する例について説明した。
In the first sequence described above, steps 1 to 5 described above are defined as one cycle, and this cycle is performed once or more, whereby one SiCN layer and one SiO layer are alternately stacked on the
これに対し、第2シーケンスでは、上述したステップ1〜3を1セットとしてこのセットを所定回数(1回以上)行うことで所定厚さのSiCN層を形成する工程と、ステップ4〜5を1セットとしてこのセットを所定回数(1回以上)行うことで所定厚さのSiO層を形成する工程と、を1サイクルとして、このサイクルを所定回数(1回以上)行うことにより、ウエハ200上に、1層以上のSiCN層と1層以上のSiO層とが交互に積層されてなる所定膜厚のSiOCN膜を成膜する。すなわち、第2シーケンスでは、ウエハ200上に1層以上、例えば数層のSiCN層と、1層以上、例えば数層のSiO層とを交互に積層して、所定膜厚のSiOCN膜を成膜する。
On the other hand, in the second sequence, steps 1 to 3 described above are set as one set, and this set is performed a predetermined number of times (one or more times) to form a SiCN layer having a predetermined thickness, and steps 4 to 5 are performed as 1 set. The process of forming a SiO layer having a predetermined thickness by performing the set a predetermined number of times (one or more times) as one set is performed on the
より具体的には、本実施形態の第2シーケンスでは、
処理容器内の加熱されたウエハ200に対してシリコン含有ガスを供給することで、ウエハ200上にシリコン含有層を形成する工程と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して炭素含有ガスを供給することで、シリコン含有層の上に炭素含有層を形成してシリコンおよび炭素を含む層を形成する工程と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して窒素含有ガスを供給することで、シリコンおよび炭素を含む層を窒化してシリコン炭窒化層を形成する工程と、を1セットとしてこのセットを所定回数(x回)行うことでウエハ200上に所定厚さのシリコン炭窒化層(SiCN層)を形成する工程と、
処理容器内の加熱されたウエハ200に対してシリコン含有ガスを供給することで、ウエハ200上にシリコン含有層を形成する工程と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して酸素含有ガスを供給することで、シリコン含有層を酸化してシリコン酸化層を形成する工程と、を1セットとしてこのセットを所定回数(y回)行うことでウエハ200上に所定厚さのシリコン酸化層(SiO層)を形成する工程と、
を1サイクルとして、このサイクルを所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200上にシリコン炭窒化層とシリコン酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚のシリコン酸炭窒化膜(SiOCN膜)を形成する。
この場合においても、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。また、本実施形態の第2シーケンスでも、シリコン炭窒化層を形成する工程、および、シリコン酸化層を形成する工程のいずれの工程においても、シリコン含有層を形成する工程においては、CVD反応が生じる条件下でウエハ200に対してシリコン含有ガスを供給する。
More specifically, in the second sequence of the present embodiment,
A step of forming a silicon-containing layer on the
A step of forming a silicon-containing layer on the
, And performing this cycle a predetermined number of times (n times), a silicon oxycarbonitride film (SiOCN film) having a predetermined thickness formed by alternately laminating silicon carbonitride layers and silicon oxide layers on the wafer 200 ).
Even in this case, the above-described cycle is preferably repeated a plurality of times. Also in the second sequence of this embodiment, a CVD reaction occurs in the step of forming the silicon-containing layer in both the step of forming the silicon carbonitride layer and the step of forming the silicon oxide layer. A silicon-containing gas is supplied to the
なお、第2シーケンスは第1シーケンスとは、SiCN層形成工程の実施回数(x)およびSiO層形成工程の実施回数(y)が異なるだけであり、その他の動作等は第1シーケンスと同様である。すなわち、第2シーケンスにおけるSiCN層形成工程およびSiO層形成工程における各バルブの開閉動作、処理条件、生じさせる反応、形成する層、残留ガス除去方法、使用可能なガス等は、第1シーケンスでのそれらと同様である。また、第2シーケンスにおけるウエハチャージ、ボートロード、圧力調整、温度調整、ウエハ回転、パージ、不活性ガス置換、大気圧復帰、ボートアンロード、ウエハディスチャージは、第1シーケンスにおけるそれらと同様に行う。なお、第2シーケンスにおけるSiCN層形成工程の実施回数(x)およびSiO層形成工程の実施回数(y)が、それぞれ1回(x=1、y=1)であるケースが第1シーケンスに相当する。 The second sequence is different from the first sequence only in the number of times the SiCN layer forming process is performed (x) and the number of times the SiO layer forming process is performed (y), and other operations are the same as those in the first sequence. is there. That is, the opening / closing operation of each valve in the SiCN layer forming step and the SiO layer forming step in the second sequence, the processing conditions, the reaction to be generated, the layer to be formed, the residual gas removal method, the usable gas, etc. They are the same. Further, the wafer charge, boat load, pressure adjustment, temperature adjustment, wafer rotation, purge, inert gas replacement, return to atmospheric pressure, boat unload, and wafer discharge in the second sequence are performed in the same manner as those in the first sequence. The case where the number of times of performing the SiCN layer forming step (x) and the number of times of performing the SiO layer forming step (y) in the second sequence is one time (x = 1, y = 1) corresponds to the first sequence. To do.
図6に、上述したステップ1〜3を1セットとしてこのセットを2回行った後、ステップ4〜5を1セットとしてこのセットを1回行い、これを1サイクルとして、このサイクルをn回行うことにより、ウエハ200上に2層のSiCN層と1層のSiO層とを交互に積層して、所定膜厚のSiOCN膜を成膜する例を示す。
In FIG. 6, the
このように、上述したステップ1〜3を1セットとしてこのセットを所定回数(x回)行った後、ステップ4〜5を1セットとしてこのセットを所定回数(y回)行い、これを1サイクルとして、このサイクルを所定回数(n回)行うようにすることで、SiOCN膜の酸素成分に対するシリコン成分、炭素成分および窒素成分の割合や、炭素成分、窒素成分に対するに対するシリコン成分、酸素成分の割合をより適正に制御できることとなり、SiOCN膜の組成比の制御性をより向上させることができるようになる。例えば、5層のSiCN層と1層のSiO層とを交互に積層するようにすれば、SiOCN膜の酸素成分に対するシリコン成分、窒素成分、炭素成分の割合をリッチな方向に(酸素成分の割合をプアな方向に)制御できることとなる。また例えば、1層のSiCN層と5層のSiO層とを交互に積層するようにすれば、SiOCN膜の窒素成分、炭素成分に対するシリコン成分、酸素成分の割合をリッチな方向に(窒素成分、炭素成分の割合をプアな方向に)制御できることとなる。すなわち、SiCN層およびSiO層のうち少なくともいずれかの層の層数、すなわち、セット数(x、y)を制御することで、SiOCN膜の組成比をより緻密に制御することが可能となり、更には、セット数(x、y)の組み合せにより、特定の元素の成分の割合を微量(例えば数%)とする微量組成制御も可能となる。なお、各セット数を増やすことで、1サイクルあたりに形成するSiCN層やSiO層の層数をセット数の数だけ増やすことができ、サイクルレートを向上させることができ、成膜レートを向上させることも可能となる。
As described above, the
(3)本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果を奏する。
(3) Effects according to the present embodiment According to the present embodiment, the following one or more effects are achieved.
本実施形態によれば、第1シーケンスにおいて、ステップ1〜5を1サイクルとしてこのサイクルを所定回数行うことにより、所定膜厚のSiOCN膜を成膜するようにしたので、所定組成及び所定膜厚のSiOCN膜を成膜することができる。また、第2シーケンスにおいて、ステップ1〜3を1セットとしてこのセットを所定回数行い、ステップ4〜5を1セットとしてこのセットを所定回数行い、これを1サイクルとして、このサイクルを所定回数行うことにより、所定膜厚のSiOCN膜を成膜するようにしたので、所定組成及び所定膜厚のSiOCN膜を成膜することができる。 According to the present embodiment, in the first sequence, steps 1 to 5 are set as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times to form the SiOCN film having a predetermined film thickness. The SiOCN film can be formed. In the second sequence, steps 1 to 3 are set as a set, this set is performed a predetermined number of times, steps 4 to 5 are performed as a set, this set is performed a predetermined number of times, and this is set as one cycle, and this cycle is performed a predetermined number of times. Thus, since the SiOCN film having a predetermined thickness is formed, the SiOCN film having a predetermined composition and a predetermined thickness can be formed.
また本実施形態によれば、SiCN層を直接酸化させるのではなく、SiCN層とSiO層とを交互に積層して、ラミネート法によりSiOCN層を形成するようにしたので、SiCN層を直接酸化させる場合におけるSiCN層からのCやNの脱離を防止することができる。すなわち、SiCN層中のSi−C結合やSi−N結合の結合力よりも、Si−O結合の結合力の方が強いため、SiCN層を直接酸化させる場合、Si−O結合が形成される過程において、SiCN層中のSi−C結合、Si−N結合が切れて、Siとの
結合が切れたC、Nが脱離してしまうことがある。しかしながら、ウエハ上へのSiCN層の堆積と、SiCN層上へのSiO層の堆積と、を交互に行い、SiCN層とSiO層とを交互に積層してSiOCN層を形成するようにすることで、SiCN層を直接酸化させることなくSiOCN層を形成することができるようになり、SiCN層からのCやNの脱離を防止することが可能となる。これにより、SiOCN膜中のC濃度やN濃度の低下を防止することが可能となり、SiOCN膜の組成比制御の制御性を向上させることができ、さらに組成比制御ウインドウを広げることが可能となる。
Further, according to the present embodiment, the SiCN layer is not directly oxidized, but the SiCN layer and the SiO layer are alternately laminated, and the SiOCN layer is formed by the laminating method. Therefore, the SiCN layer is directly oxidized. In this case, C and N can be prevented from desorbing from the SiCN layer. That is, since the bonding force of the Si—O bond is stronger than the bonding force of the Si—C bond or the Si—N bond in the SiCN layer, a Si—O bond is formed when the SiCN layer is directly oxidized. In the process, the Si—C bond and Si—N bond in the SiCN layer may break, and C and N that break the bond with Si may be desorbed. However, the deposition of the SiCN layer on the wafer and the deposition of the SiO layer on the SiCN layer are alternately performed, and the SiCCN layer and the SiO layer are alternately stacked to form the SiOCN layer. Thus, the SiOCN layer can be formed without directly oxidizing the SiCN layer, and it is possible to prevent the detachment of C and N from the SiCN layer. As a result, it is possible to prevent the C concentration and the N concentration in the SiOCN film from being lowered, to improve the controllability of the composition ratio control of the SiOCN film, and to further widen the composition ratio control window. .
なお、本実施形態においては、ステップ5において、シリコン含有層とSiCN層との積層膜に対して酸化処理が行われることとなるが、ステップ4においてSiCN層上に形成するシリコン含有層が主体的に酸化され、このシリコン含有層がSiCN層の酸化をブロックする酸化ブロック層として機能することとなる。このとき、シリコン含有層の下層であるSiCN層の少なくとも一部をも酸化させることもできるが、この場合であっても、シリコン含有層の酸化ブロック効果により、SiCN層の酸化が抑制され、SiCN層の酸化反応を不飽和とすることが容易となり、SiCN層からのCやNの脱離を抑制することが可能となる。 In the present embodiment, the oxidation treatment is performed on the laminated film of the silicon-containing layer and the SiCN layer in Step 5, but the silicon-containing layer formed on the SiCN layer in Step 4 is mainly used. The silicon-containing layer functions as an oxide block layer that blocks the oxidation of the SiCN layer. At this time, at least a part of the SiCN layer, which is the lower layer of the silicon-containing layer, can be oxidized, but even in this case, the oxidation of the SiCN layer is suppressed by the oxidation blocking effect of the silicon-containing layer, and the SiCN layer It becomes easy to make the oxidation reaction of the layer unsaturated, and it becomes possible to suppress the desorption of C and N from the SiCN layer.
また、SiCN層を直接酸化させる場合、SiCN層からのCやNの脱離を抑制するために、酸素含有ガスによるSiCN層の酸化を不飽和で止める必要があるが、本実施形態においては、ステップ4においてSiCN層上に形成するシリコン含有層がSiCN層の酸化をブロックする酸化ブロック層として機能するので、ステップ5における酸素含有ガスによるシリコン含有層の酸化については、必ずしも不飽和領域を用いる必要はなく、飽和領域を用いることも可能となる。すなわち、SiCN層からのCやNの脱離を抑制しつつ、シリコン含有層の酸化反応を飽和させることも可能となる。このとき、シリコン含有層の下層であるSiCN層の少なくとも一部をも酸化させることもできるが、この場合であっても、シリコン含有層の酸化ブロック効果により、SiCN層の酸化が抑制され、SiCN層の酸化反応を不飽和とすることが容易となり、SiCN層からのCやNの脱離を抑制することが可能となる。すなわち、本実施形態によれば、SiCN層からのCやNの脱離を抑制しつつ、ステップ5における酸素含有ガスによるシリコン含有層の酸化の酸化力を高めることができ、より均一な酸化処理が可能となる。その結果として、SiOCN膜の成膜レートを向上させつつウエハ面内膜厚均一性を向上させることが可能となる。 Further, when the SiCN layer is directly oxidized, it is necessary to stop the oxidation of the SiCN layer by the oxygen-containing gas with unsaturation in order to suppress the desorption of C and N from the SiCN layer. Since the silicon-containing layer formed on the SiCN layer in step 4 functions as an oxidation blocking layer that blocks the oxidation of the SiCN layer, the unsaturated region is not necessarily used for the oxidation of the silicon-containing layer with the oxygen-containing gas in step 5. It is also possible to use a saturation region. That is, it is possible to saturate the oxidation reaction of the silicon-containing layer while suppressing the desorption of C and N from the SiCN layer. At this time, at least a part of the SiCN layer, which is the lower layer of the silicon-containing layer, can be oxidized, but even in this case, the oxidation of the SiCN layer is suppressed by the oxidation blocking effect of the silicon-containing layer, and the SiCN layer It becomes easy to make the oxidation reaction of the layer unsaturated, and it becomes possible to suppress the desorption of C and N from the SiCN layer. That is, according to the present embodiment, it is possible to increase the oxidation power of the oxidation of the silicon-containing layer by the oxygen-containing gas in step 5 while suppressing the desorption of C and N from the SiCN layer, and more uniform oxidation treatment Is possible. As a result, it is possible to improve the in-wafer in-plane film thickness uniformity while improving the deposition rate of the SiOCN film.
また、本実施形態によれば、第1シーケンスおよび第2シーケンスのいずれにおいても優れたウエハ面内膜厚均一性を有するSiOCN膜を形成することができる。そして、本実施形態の第1シーケンスまたは第2シーケンスにより形成したSiOCN膜を絶縁膜として用いた場合、SiOCN膜の面内で均質な性能を提供することが可能となり、半導体装置の性能向上や生産歩留りの向上に貢献することが可能となる。 Further, according to the present embodiment, it is possible to form a SiOCN film having excellent wafer in-plane film thickness uniformity in both the first sequence and the second sequence. When the SiOCN film formed by the first sequence or the second sequence of the present embodiment is used as an insulating film, it is possible to provide uniform performance within the surface of the SiOCN film, thereby improving the performance and production of the semiconductor device. It becomes possible to contribute to the improvement of the yield.
また、本実施形態によれば、各シーケンスの各ステップにおける処理室内の圧力やガス供給時間等の処理条件を制御することで、SiOCN膜における各元素成分、すなわちシリコン成分、酸素成分、炭素成分、窒素成分の割合、すなわち、シリコン濃度、酸素濃度、炭素濃度、窒素濃度を調整することができ、SiOCN膜の組成比を制御することができる。 Further, according to the present embodiment, by controlling processing conditions such as pressure in the processing chamber and gas supply time in each step of each sequence, each element component in the SiOCN film, that is, silicon component, oxygen component, carbon component, The ratio of the nitrogen component, that is, the silicon concentration, oxygen concentration, carbon concentration, and nitrogen concentration can be adjusted, and the composition ratio of the SiOCN film can be controlled.
ところで、従来のCVD法の場合、形成する薄膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを同時に供給する。この場合、形成する薄膜の組成比を制御するには、例えばガス供給時のガス供給流量比を制御することが考えられる。なお、この場合にガス供給時の基板温度、処理室内圧力、ガス供給時間などの供給条件を制御しても形成する薄膜の組成比を制御することはできない。 By the way, in the case of the conventional CVD method, a plurality of types of gases including a plurality of elements constituting a thin film to be formed are supplied simultaneously. In this case, in order to control the composition ratio of the thin film to be formed, for example, it is conceivable to control the gas supply flow rate ratio during gas supply. In this case, the composition ratio of the thin film to be formed cannot be controlled by controlling the supply conditions such as the substrate temperature at the time of gas supply, the pressure in the processing chamber, and the gas supply time.
また、ALD法の場合、形成する薄膜を構成する複数の元素を含む複数種類のガスを交互に供給する。この場合、形成する薄膜の組成比を制御するには、例えば各ガス供給時のガス供給流量、ガス供給時間を制御することが考えられる。なお、ALD法の場合、原料ガスの供給は、原料ガスの基板表面上への吸着飽和を目的としているため、処理室内の圧力制御が必要ではない。すなわち原料ガスの吸着飽和は、反応温度に対して原料ガスが吸着する所定圧力以下で生じ、処理室内の圧力をその所定圧力以下としさえすれば、どのような圧力値としても原料ガスの吸着飽和を実現できる。そのため通常、ALD法により成膜する場合、処理室内の圧力はガス供給量に対する基板処理装置の排気能力に任せた圧力となっている。処理室内圧力を変化させるようにする場合、原料ガスの基板表面上への化学吸着を阻害したり、CVD反応に近づくことも考えられ、ALD法による成膜を適切に行うことができなくなる。またALD法により所定の膜厚の薄膜を形成するためにはALD反応(吸着飽和,表面反応)を繰り返し行うため、それぞれのALD反応が飽和するまでそれぞれのALD反応を十分に行わなければ、堆積が不十分となり、十分な堆積速度が得られなくなってしまうことも考えられる。よって、ALD法の場合、処理室内の圧力制御により薄膜の組成比を制御することは考えにくい。 In the case of the ALD method, a plurality of types of gases including a plurality of elements constituting the thin film to be formed are alternately supplied. In this case, in order to control the composition ratio of the thin film to be formed, for example, it is conceivable to control the gas supply flow rate and the gas supply time when supplying each gas. In the case of the ALD method, the supply of the raw material gas is intended for adsorption saturation of the raw material gas onto the substrate surface, and thus pressure control in the processing chamber is not necessary. That is, the adsorption saturation of the raw material gas occurs below a predetermined pressure at which the raw material gas is adsorbed with respect to the reaction temperature, and as long as the pressure in the processing chamber is lower than the predetermined pressure, the adsorption saturation of the raw material gas can be any value. Can be realized. Therefore, normally, when forming a film by the ALD method, the pressure in the processing chamber is a pressure left to the exhaust capacity of the substrate processing apparatus with respect to the gas supply amount. When the pressure in the processing chamber is changed, it is conceivable that chemical adsorption of the source gas on the substrate surface may be hindered, or a CVD reaction may be approached, and film formation by the ALD method cannot be performed appropriately. In addition, since an ALD reaction (adsorption saturation, surface reaction) is repeated in order to form a thin film with a predetermined film thickness by the ALD method, if each ALD reaction is not sufficiently performed until each ALD reaction is saturated, deposition is performed. It is conceivable that the sufficient deposition rate cannot be obtained. Therefore, in the case of the ALD method, it is difficult to consider controlling the composition ratio of the thin film by controlling the pressure in the processing chamber.
これに対し、本実施形態では、いずれのシーケンスにおいても、各ステップにおける処理室内の圧力やガス供給時間を制御することにより、薄膜組成比を制御するようにしている。なお、好ましくは、処理室内の圧力、または、圧力およびガス供給時間を制御することにより、薄膜組成比を制御するのがよい。 On the other hand, in this embodiment, in any sequence, the thin film composition ratio is controlled by controlling the pressure in the processing chamber and the gas supply time in each step. Note that the thin film composition ratio is preferably controlled by controlling the pressure in the processing chamber or the pressure and the gas supply time.
各ステップにおける処理室内の圧力を制御することにより、薄膜の組成比を制御する場合、異なる基板処理装置間での機差の影響を少なくすることができる。すなわち、異なる基板処理装置間でも、同様な制御により、同様に薄膜の組成比を制御することが可能となる。この場合に、各ステップにおけるガス供給時間をも制御するようにすれば、薄膜の組成比を微調整でき、薄膜の組成比制御の制御性を上げることができる。また、各ステップにおける処理室内の圧力を制御することにより、成膜レートを上げつつ、薄膜の組成比を制御することも可能となる。すなわち、処理室内の圧力を制御することにより、例えば各シーケンスにおけるステップ1で形成するシリコン含有層の成長レートを上げつつ、薄膜の組成比を制御することも可能となる。このように、本実施形態によれば、異なる基板処理装置間でも、同様な制御により、同様に薄膜の組成比を制御できるだけでなく、薄膜の組成比制御の制御性を上げることもでき、さらには成膜レート、すなわち生産性を向上させることもできる。
By controlling the pressure in the processing chamber in each step, when the composition ratio of the thin film is controlled, the influence of machine differences between different substrate processing apparatuses can be reduced. That is, the composition ratio of the thin film can be similarly controlled between different substrate processing apparatuses by the same control. In this case, if the gas supply time in each step is also controlled, the composition ratio of the thin film can be finely adjusted, and the controllability of the thin film composition ratio control can be improved. In addition, by controlling the pressure in the processing chamber in each step, the composition ratio of the thin film can be controlled while increasing the film formation rate. That is, by controlling the pressure in the processing chamber, for example, the composition ratio of the thin film can be controlled while increasing the growth rate of the silicon-containing layer formed in
一方、例えばALD法による成膜において、各ステップにおけるガス供給流量やガス供給時間を制御することにより、薄膜の組成比を制御する場合、異なる基板処理装置間での機差の影響が大きくなる。すなわち、異なる基板処理装置間で、同様な制御を行っても、同様に薄膜の組成比を制御することができなくなる。例えば、異なる基板処理装置間で、ガス供給流量、ガス供給時間を同じ流量値、時間に設定した場合であっても、機差により処理室内の圧力は同じ圧力値にはならない。よって、この場合、処理室内の圧力が基板処理装置毎に変わり、所望の組成比制御を異なる基板処理装置間で同様に行うことができなくなる。さらには、処理室内の圧力が基板処理装置毎に変わることで、原料ガスの基板表面上への化学吸着を阻害したり、CVD反応に近づくことも考えられ、ALD法による成膜を適切に行うことができなくなる場合もある。 On the other hand, when the composition ratio of the thin film is controlled by controlling the gas supply flow rate and the gas supply time in each step, for example, in the film formation by the ALD method, the influence of the machine difference between different substrate processing apparatuses becomes large. That is, even if the same control is performed between different substrate processing apparatuses, the composition ratio of the thin film cannot be controlled similarly. For example, even if the gas supply flow rate and the gas supply time are set to the same flow rate value and time between different substrate processing apparatuses, the pressure in the processing chamber does not become the same pressure value due to machine differences. Therefore, in this case, the pressure in the processing chamber changes for each substrate processing apparatus, and a desired composition ratio control cannot be similarly performed between different substrate processing apparatuses. Furthermore, it is conceivable that chemical pressure on the substrate surface of the source gas may be hindered or approach a CVD reaction by changing the pressure in the processing chamber for each substrate processing apparatus, and film formation by the ALD method is appropriately performed. Sometimes it becomes impossible.
また、本実施形態によれば、所定組成のシリコン酸炭窒化膜を成膜することができるので、エッチング耐性、誘電率、絶縁耐性を制御することが可能となり、シリコン窒化膜(SiN膜)よりも誘電率が低く、エッチング耐性に優れ、絶縁耐性に優れたシリコン絶縁膜を形成することが可能となる。 In addition, according to the present embodiment, since a silicon oxycarbonitride film having a predetermined composition can be formed, it becomes possible to control etching resistance, dielectric constant, and insulation resistance, which is more than that of a silicon nitride film (SiN film). However, it is possible to form a silicon insulating film having a low dielectric constant, excellent etching resistance, and excellent insulation resistance.
また、本実施形態の第1シーケンスおよび第2シーケンスのステップ2、3、5では、処理室201内に供給するC3H6ガス、NH3ガス、O2ガスをそれぞれ熱で活性化させてウエハ200に対して供給するようにしている。これにより、上述の反応をそれぞれソフトに生じさせることができ、炭素含有層の形成、窒化処理、酸化処理を制御性よく容易に行うことが可能となる。
In
また、本実施形態の手法により形成したシリコン絶縁膜を、サイドウォールスペーサとして使用することにより、リーク電流が少なく、加工性に優れたデバイス形成技術を提供することが可能となる。 Further, by using the silicon insulating film formed by the method of this embodiment as a side wall spacer, it is possible to provide a device forming technique with less leakage current and excellent workability.
また、本実施形態の手法により形成したシリコン絶縁膜を、エッチストッパーとして使用することにより、加工性に優れたデバイス形成技術を提供することが可能となる。 Further, by using the silicon insulating film formed by the method of the present embodiment as an etch stopper, it is possible to provide a device forming technique with excellent workability.
また、本実施形態によれば、プラズマを用いず、理想的量論比のシリコン絶縁膜を形成することができる。また、プラズマを用いずシリコン絶縁膜を形成できることから、例えばDPTのSADP膜等、プラズマダメージを懸念する工程への適応も可能となる。 In addition, according to the present embodiment, an ideal stoichiometric silicon insulating film can be formed without using plasma. In addition, since the silicon insulating film can be formed without using plasma, it can be applied to a process that is concerned about plasma damage, such as a DDP SADP film.
<本発明の他の実施形態>
以上、本発明の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なく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
<Other Embodiments of the Present Invention>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can change variously in the range which does not deviate from the summary.
例えば、処理室201内にバッファ室237を設けず、第4ノズル249dから処理室201内にO2ガスを直接に供給するようにしてもよい。この場合、第4ノズル249dのガス供給孔250dを反応管203の中心側に向けることで、第4ノズル249dからO2ガスがウエハ200に向けて直接に供給されるようにすることも可能である。また、第4ノズル249dを設けず、バッファ室237のみを設けるようにしてもよい。
For example, the
また、例えば、処理室201内に供給するC3H6ガス、NH3ガス、O2ガスをそれぞれ熱で活性化させる場合に限らず、例えばプラズマを用いて活性化させるようにしてもよい。この場合、例えば、上述のプラズマ発生器としてのプラズマ源を用いて各ガスをプラズマ励起するようにしてもよい。
In addition, for example, the C 3 H 6 gas, NH 3 gas, and O 2 gas supplied into the
また、例えば、第1シーケンスおよび第2シーケンスのステップ5においては、酸素含有ガスと一緒に水素含有ガスを供給するようにしてもよい。加熱された大気圧未満の圧力(減圧)雰囲気下にある処理容器内に酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給することにより、処理容器内で酸素含有ガスと水素含有ガスとが反応することで原子状酸素等(O)等の酸素を含む酸化種が生成され、この酸化種により酸化を行うことができる。この場合、酸素含有ガス単体で酸化を行う場合よりも酸化力、すなわち、酸化レートを上げることができ、酸化時間を短縮することが可能となる。この酸化処理はノンプラズマの減圧雰囲気下で行われる。水素含有ガスとしては、例えば水素(H2)ガス、アンモニア(NH3)ガス、メタン(CH4)ガス等を用いることができる。この場合、水素含有ガスは、上述の水素含有ガス供給系より供給することとなる。 Further, for example, in step 5 of the first sequence and the second sequence, the hydrogen-containing gas may be supplied together with the oxygen-containing gas. By supplying an oxygen-containing gas and a hydrogen-containing gas into a processing vessel under a heated (under reduced pressure) atmosphere less than atmospheric pressure, the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas react in the processing vessel. Oxidized species containing oxygen such as atomic oxygen (O) is generated, and oxidation can be performed by this oxidized species. In this case, the oxidizing power, that is, the oxidation rate can be increased and the oxidation time can be shortened as compared with the case where the oxygen-containing gas is oxidized alone. This oxidation treatment is performed in a non-plasma reduced pressure atmosphere. As the hydrogen-containing gas, for example, hydrogen (H 2 ) gas, ammonia (NH 3 ) gas, methane (CH 4 ) gas, or the like can be used. In this case, the hydrogen-containing gas is supplied from the above-described hydrogen-containing gas supply system.
また上述の実施形態では、ウエハ上にSiCN層を1層以上堆積させた後に、SiO層を1層以上堆積させ、これを交互に繰り返すことで、その積層によってSiOCN膜を形成する例について説明したが、その積層の順番は逆であってもよい。すなわち、ウエハ上にSiO層を1層以上堆積させた後に、SiCN層を1層以上堆積させ、これを交互に繰り返すことで、その積層によってSiOCN膜を形成するようにしてもよい。 In the above-described embodiment, an example in which one or more SiCN layers are deposited on a wafer and then one or more SiO layers are deposited, and this is alternately repeated to form a SiOCN film by stacking the layers. However, the stacking order may be reversed. That is, after depositing one or more SiO layers on the wafer, one or more SiCN layers may be deposited, and this may be repeated alternately to form a SiOCN film by stacking the layers.
また上述の実施形態では、ウエハ上にSiCN層を1層以上堆積させた後に、SiO層を1層以上堆積させ、これを交互に繰り返すことで、その積層によってSiOCN膜を形成する例について説明したが、これらとは異なる層の積層によりSiOCN膜を形成するようにしてもよい。 In the above-described embodiment, an example in which one or more SiCN layers are deposited on a wafer and then one or more SiO layers are deposited, and this is alternately repeated to form a SiOCN film by stacking the layers. However, the SiOCN film may be formed by stacking different layers.
例えば、ウエハ上にSiOC層を1層以上堆積させた後に、SiN層を1層以上堆積させ、これを交互に繰り返すことで、その積層によってSiOCN膜を形成するようにしてもよい。この場合、ウエハを収容した処理容器内にシリコン含有ガスと、炭素含有ガスと、酸素含有ガスとを供給することで、ウエハ上に所定厚さのSiOC層を形成する工程と、処理容器内にシリコン含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、ウエハ上に所定厚さのSiN層を形成する工程と、を交互に繰り返すことで、ウエハ上に、SiOC層とSiN層とを交互に積層して、所定膜厚のSiOCN膜を形成することとなる。この場合も、積層の順番は逆であってもよい。すなわち、ウエハ上にSiN層を1層以上堆積させた後に、SiOC層を1層以上堆積させ、これを交互に繰り返すことで、その積層によってSiOCN膜を形成するようにしてもよい。 For example, after depositing one or more SiOC layers on the wafer, one or more SiN layers may be deposited, and this may be repeated alternately to form a SiOCN film by stacking the layers. In this case, a silicon-containing gas, a carbon-containing gas, and an oxygen-containing gas are supplied into a processing container containing the wafer, thereby forming a SiOC layer having a predetermined thickness on the wafer, and in the processing container. By alternately supplying a silicon-containing gas and a nitrogen-containing gas to form a SiN layer having a predetermined thickness on the wafer, the SiOC layer and the SiN layer are alternately formed on the wafer. By laminating, a SiOCN film having a predetermined thickness is formed. Also in this case, the order of lamination may be reversed. That is, after depositing one or more SiN layers on the wafer, one or more SiOC layers may be deposited, and this may be repeated alternately to form a SiOCN film by stacking the layers.
また例えば、ウエハ上にSiON層を1層以上堆積させた後に、SiC層を1層以上堆積させ、これを交互に繰り返すことで、その積層によってSiOCN膜を形成するようにしてもよい。この場合、ウエハを収容した処理容器内にシリコン含有ガスと、窒素含有ガスと、酸素含有ガスとを供給することで、ウエハ上に所定厚さのSiON層を形成する工程と、処理容器内にシリコン含有ガスと、炭素含有ガスとを供給することで、ウエハ上に所定厚さのSiC層を形成する工程と、を交互に繰り返すことで、ウエハ上に、SiON層とSiC層とを交互に積層して、所定膜厚のSiOCN膜を形成することとなる。この場合も、積層の順番は逆であってもよい。すなわち、ウエハ上にSiC層を1層以上堆積させた後に、SiON層を1層以上堆積させ、これを交互に繰り返すことで、その積層によってSiOCN膜を形成するようにしてもよい。 Further, for example, after depositing one or more SiON layers on the wafer, one or more SiC layers may be deposited, and this may be repeated alternately to form a SiOCN film by stacking the layers. In this case, a silicon-containing gas, a nitrogen-containing gas, and an oxygen-containing gas are supplied into a processing container containing the wafer, thereby forming a SiON layer having a predetermined thickness on the wafer, and in the processing container. By alternately supplying a silicon-containing gas and a carbon-containing gas to form a SiC layer having a predetermined thickness on the wafer, the SiON layer and the SiC layer are alternately formed on the wafer. By laminating, a SiOCN film having a predetermined thickness is formed. Also in this case, the order of lamination may be reversed. That is, after depositing one or more SiC layers on the wafer, one or more SiON layers may be deposited, and this may be repeated alternately to form a SiOCN film by stacking the layers.
すなわち、ウエハ上にO、CおよびNのうち少なくとも一つの元素とSiとを含む層を1層以上堆積させた後に、O、CおよびNのうち前記少なくとも一つの元素以外の元素とSiとを含む層を1層以上堆積させ、これを交互に繰り返すことで、その積層によってSiOCN膜を形成することができる。ただし、ウエハ上にSiOC層とSiN層とを交互に積層してSiOCN膜を形成する場合や、ウエハ上にSiON層とSiC層とを交互に積層してSiOCN膜を形成する場合よりも、本実施形態のように、ウエハ上にSiCN層とSiO層とを交互に積層してSiOCN膜を形成する場合の方が、制御性よくSiOCN膜を形成することができる。 That is, after depositing one or more layers containing at least one element of O, C and N and Si on the wafer, elements other than the at least one element of O, C and N and Si are added. By depositing one or more layers to be included and repeating this alternately, a SiOCN film can be formed by stacking the layers. However, the present embodiment is more effective than the case of forming an SiOCN film by alternately laminating SiOC layers and SiN layers on a wafer or the case of forming an SiOCN film by alternately laminating SiON layers and SiC layers on a wafer. As in the embodiment, when the SiOCN film is formed by alternately laminating the SiCN layer and the SiO layer on the wafer, the SiOCN film can be formed with good controllability.
また上述の実施形態では、ウエハ上にSiCN層を1層以上堆積させた後に、SiO層を1層以上堆積させ、これを交互に繰り返すことで、その積層によってSiOCN膜を形成する例について説明したが、SiO層の代わりにボロンナイトライド層すなわち硼窒化層(BN層)を堆積させ、SiOCN膜の変わりにシリコン硼炭窒化膜(SiBCN膜)を形成することも可能である。すなわち、上述の実施形態におけるSiOCN膜の成膜手法(ラミネート法)を、SiBCN膜の成膜に応用することも可能である。この場合、ウエハ上にSiCN層を1層以上堆積させた後に、BN層を1層以上堆積させ、これを交互に繰り返すことで、その積層によってSiBCN膜を形成することとなる。 In the above-described embodiment, an example in which one or more SiCN layers are deposited on a wafer and then one or more SiO layers are deposited, and this is alternately repeated to form a SiOCN film by stacking the layers. However, it is also possible to deposit a boron nitride layer, that is, a boron nitride layer (BN layer) instead of the SiO layer, and form a silicon boron carbonitride film (SiBCN film) instead of the SiOCN film. That is, the SiOCN film formation method (laminate method) in the above-described embodiment can also be applied to the SiBCN film formation. In this case, after depositing one or more SiCN layers on the wafer, one or more BN layers are deposited, and this is alternately repeated to form a SiBCN film by stacking the layers.
この場合、具体的には、
処理容器内の加熱されたウエハ200に対して、シリコン含有ガスと、炭素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、ウエハ200上に所定厚さのシリコン炭窒化層(SiCN層)を形成する工程と、
処理容器内の加熱されたウエハ200に対して、硼素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、ウエハ200上に所定厚さの硼窒化層(BN層)を形成する工程と、
を交互に繰り返すことで、ウエハ200上に、シリコン炭窒化層と硼窒化層とが交互に積層されてなる所定膜厚のシリコン硼炭窒化膜(SiBCN膜)を形成する。
In this case, specifically,
By supplying a silicon-containing gas, a carbon-containing gas, and a nitrogen-containing gas to the
Forming a boron nitride layer (BN layer) having a predetermined thickness on the
By alternately repeating the above, a silicon borocarbonitride film (SiBCN film) having a predetermined thickness is formed on the
図7,8に、上述の実施形態の第1シーケンスによる成膜をSiBCN膜の成膜に応用したシーケンスの一例(以下、応用例の第1シーケンス)の成膜フロー、ガス供給のタイミングをそれぞれ示す。 FIGS. 7 and 8 show the film formation flow and gas supply timing of an example of a sequence in which the film formation by the first sequence of the above-described embodiment is applied to the film formation of the SiBCN film (hereinafter referred to as the first sequence of the application example). Show.
応用例の第1シーケンスでは、
処理容器内の加熱されたウエハ200に対してシリコン含有ガスを供給することで、ウエハ200上にシリコン含有層を形成する工程(ステップ1)と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して炭素含有ガスを供給することで、シリコン含有層の上に炭素含有層を形成してシリコンおよび炭素を含む層を形成する工程(ステップ2)と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して窒素含有ガスを供給することで、シリコンおよび炭素を含む層を窒化してシリコン炭窒化層(SiCN層)を形成する工程(ステップ3)と、
処理容器内の加熱されたウエハ200に対して硼素含有ガスを供給することで、ウエハ200上に硼素含有層を形成する工程(ステップ4)と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して窒素含有ガスを供給することで、硼素含有層を窒化して硼窒化層(BN層)を形成する工程(ステップ5)と、
を1サイクルとして、このサイクルを所定回数(n回)行うことで、ウエハ200上に、シリコン炭窒化層と硼窒化層とが交互に積層されてなる所定膜厚のシリコン硼炭窒化膜(SiBCN膜)を形成する。
In the first sequence of applications,
A step (step 1) of forming a silicon-containing layer on the
A step of forming a boron-containing layer on the
1 cycle, this cycle is performed a predetermined number of times (n times), whereby a silicon borocarbonitride film (SiBCN) having a predetermined thickness formed by alternately laminating silicon carbonitride layers and boronitride layers on the
また、図9,10に、上述の実施形態の第2シーケンスによる成膜をSiBCN膜の成膜に応用したシーケンスの一例(以下、応用例の第2シーケンス)の成膜フロー、ガス供給のタイミングをそれぞれ示す。 9 and 10, an example of a sequence in which the film formation by the second sequence of the above-described embodiment is applied to the film formation of the SiBCN film (hereinafter referred to as the second sequence of the application example), the timing of gas supply. Respectively.
応用例の第2シーケンスでは、
処理容器内の加熱されたウエハ200に対してシリコン含有ガスを供給することで、ウエハ200上にシリコン含有層を形成する工程(ステップ1)と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して炭素含有ガスを供給することで、シリコン含有層の上に炭素含有層を形成してシリコンおよび炭素を含む層を形成する工程(ステップ2)と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して窒素含有ガスを供給することで、シリコンおよび炭素を含む層を窒化してシリコン炭窒化層を形成する工程(ステップ3)と、を1セットとしてこのセットを所定回数(x回)行うことでウエハ200上に所定厚さのシリコン炭窒化層(SiCN層)を形成する工程と、
処理容器内の加熱されたウエハ200に対して硼素含有ガスを供給することで、ウエハ
200上に硼素含有層を形成する工程(ステップ4)と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して窒素含有ガスを供給することで、硼素含有層を窒化して硼窒化層を形成する工程(ステップ5)と、を1セットとしてこのセットを所定回数(y回)行うことでウエハ200上に所定厚さの硼窒化層(BN層)を形成する工程と、
を1サイクルとして、このサイクルを所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200上にシリコン炭窒化層と硼窒化層とが交互に積層されてなる所定膜厚のシリコン硼炭窒化膜(SiBCN膜)を形成する。
In the second sequence of applications,
A step (step 1) of forming a silicon-containing layer on the
A step of forming a boron-containing layer on the
1 cycle, this cycle is performed a predetermined number of times (n times), whereby a silicon borocarbonitride film (SiBCN film) having a predetermined thickness formed by alternately laminating silicon carbonitride layers and boronitride layers on the wafer 200 ).
応用例の第1シーケンスおよび第2シーケンスのいずれの場合においても、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。また、応用例の第1シーケンスおよび第2シーケンスのいずれの場合においても、シリコン含有層を形成する工程では、CVD反応が生じる条件下でウエハ200に対してシリコン含有ガスを供給し、硼素含有層を形成する工程では、CVD反応が生じる条件下でウエハ200に対して硼素含有ガスを供給する。
In any case of the first sequence and the second sequence of the application example, the above-described cycle is preferably repeated a plurality of times. In either case of the first sequence or the second sequence of the application example, in the step of forming the silicon-containing layer, a silicon-containing gas is supplied to the
応用例の第1シーケンスおよび第2シーケンスでは、硼素含有ガスとして、例えば三塩化硼素(BCl3)ガスやジボラン(B2H6)ガス等を用いることができる。図7,8,9,10では、硼素含有ガスとして、BCl3ガスを用いる例を示している。硼素含有ガスは、上述の硼素含有ガス供給系より供給することとなる。シリコン含有ガス、炭素含有ガス、窒素含有ガスを供給する際の処理条件は、上述の実施形態におけるシリコン含有ガス、炭素含有ガス、窒素含有ガスを供給する際の処理条件と同様とすればよく、硼素含有ガスを供給する際の処理条件は、上述の実施形態における炭素含有ガスを供給する際の処理条件と同様とすればよい。なお、硼素含有ガスの供給により、SiCN層上に硼素含有層として硼素層(B層)や硼素含有ガス(例えばBCl3ガス)の化学吸着層、すなわち、BCl3ガスが分解した物質(BClx)の化学吸着層が形成されるが、この場合も、それらの吸着状態を不飽和状態とするのが好ましい。 In the first sequence and the second sequence of the application example, for example, boron trichloride (BCl 3 ) gas or diborane (B 2 H 6 ) gas can be used as the boron-containing gas. 7, 8, 9, and 10 show examples in which BCl 3 gas is used as the boron-containing gas. The boron-containing gas is supplied from the above-described boron-containing gas supply system. The processing conditions for supplying the silicon-containing gas, the carbon-containing gas, and the nitrogen-containing gas may be the same as the processing conditions for supplying the silicon-containing gas, the carbon-containing gas, and the nitrogen-containing gas in the above-described embodiment, The processing conditions for supplying the boron-containing gas may be the same as the processing conditions for supplying the carbon-containing gas in the above-described embodiment. Note that, by supplying a boron-containing gas, a boron layer (B layer) or a chemical adsorption layer of a boron-containing gas (for example, BCl 3 gas) as a boron-containing layer on the SiCN layer, that is, a substance in which BCl 3 gas is decomposed (BCl x In this case, it is preferable that the adsorption state is an unsaturated state.
なお、BClx等のSiCN層上への吸着状態を不飽和状態とするには、硼素含有ガスを供給する際の処理条件を上述のような処理条件とすればよいが、さらに硼素含有ガスを供給する際の処理条件を次の処理条件とすることで、BClx等のSiCN層上への吸着状態を不飽和状態とすることが容易となる。 In order to bring the adsorption state on the SiCN layer such as BCl x into an unsaturated state, the processing conditions for supplying the boron-containing gas may be the above-described processing conditions. By setting the processing conditions at the time of supply to the following processing conditions, it becomes easy to make the adsorption state on the SiCN layer of BCl x or the like an unsaturated state.
ウエハ温度:500〜630℃
処理室内圧力:133〜2666Pa
BCl3ガス分圧:67〜2515Pa
BCl3ガス供給流量:1000〜5000sccm
N2ガス供給流量:300〜1000sccm
BCl3ガス供給時間:6〜100秒
Wafer temperature: 500-630 ° C
Processing chamber pressure: 133 to 2666 Pa
BCl 3 gas partial pressure: 67-2515 Pa
BCl 3 gas supply flow rate: 1000 to 5000 sccm
N 2 gas supply flow rate: 300 to 1000 sccm
BCl 3 gas supply time: 6 to 100 seconds
本応用例によれば、上述の実施形態と同様な作用効果が得られる。
例えば、応用例の第1シーケンスまたは第2シーケンスにおいて、各ステップにおける処理容器内の圧力やガス供給時間等の処理条件を制御することで、SiBCN層における各元素成分、すなわちシリコン成分、硼素成分、炭素成分、窒素成分の割合、すなわち、シリコン濃度、硼素濃度、炭素濃度、窒素濃度を調整することができ、SiBCN膜の組成比を制御することができる。
According to this application example, the same effect as the above-described embodiment can be obtained.
For example, in the first sequence or the second sequence of the application example, by controlling the processing conditions such as the pressure in the processing container and the gas supply time in each step, each element component in the SiBCN layer, that is, silicon component, boron component, The ratio of the carbon component and the nitrogen component, that is, the silicon concentration, boron concentration, carbon concentration, and nitrogen concentration can be adjusted, and the composition ratio of the SiBCN film can be controlled.
また例えば、応用例の第1シーケンスまたは第2シーケンスにおいて、SiCN層およびBN層のうち少なくともいずれかの層の厚さを制御することで、SiBCN膜の組成比を制御することもできる。例えば、数原子層の厚さのSiCN層と1原子層未満の厚さのBN層とを交互に積層するようにすれば、SiBCN膜の硼素成分に対するシリコン成分、窒素成分、炭素成分の割合をリッチな方向に(硼素成分の割合をプアな方向に)制御できることとなる。また例えば、1原子層未満の厚さのSiCN層と数原子層の厚さのBN層とを交互に積層するようにすれば、SiBCN膜の窒素成分、炭素成分に対するシリコン成分、硼素成分の割合をリッチな方向に(窒素成分、炭素成分の割合をプアな方向に)制御できることとなる。なお、処理条件によっては、交互に積層するSiCN層とBN層とを相互拡散させることもできる。 In addition, for example, in the first sequence or the second sequence of the application example, the composition ratio of the SiBCN film can be controlled by controlling the thickness of at least one of the SiCN layer and the BN layer. For example, if a SiCN layer having a thickness of several atomic layers and a BN layer having a thickness of less than one atomic layer are alternately stacked, the ratio of the silicon component, the nitrogen component, and the carbon component to the boron component of the SiBCN film is determined. It is possible to control in a rich direction (a ratio of boron component in a poor direction). Further, for example, if an SiCN layer having a thickness of less than one atomic layer and a BN layer having a thickness of several atomic layers are alternately stacked, the ratio of the silicon component and the boron component to the nitrogen component, carbon component of the SiBCN film Can be controlled in a rich direction (ratio of nitrogen component and carbon component in a poor direction). Depending on the processing conditions, the alternately laminated SiCN layers and BN layers can be interdiffused.
また例えば、応用例の第2シーケンスにおいて、SiCN層およびBN層のうち少なくともいずれかの層の層数、すなわち、セット数(x、y)を制御することで、SiBCN膜の組成比をより緻密に制御することもできる。例えば、5層のSiCN層と2層のBN層とを交互に積層するようにすれば、SiBCN膜の硼素成分に対するシリコン成分、窒素成分、炭素成分の割合をリッチな方向に(硼素成分の割合をプアな方向に)制御できることとなる。また例えば、2層のSiCN層と5層のBN層とを交互に積層するようにすれば、SiBCN膜の窒素成分、炭素成分に対するシリコン成分、硼素成分の割合をリッチな方向に(窒素成分、炭素成分の割合をプアな方向に)制御できることとなる。更には、セット数(x、y)の組み合せにより、特定の元素の成分の割合を微量(例えば数%)とする微量組成制御も可能となる。なお、それぞれのセット数を増やすことで、1サイクルあたりに形成するSiCN層やBN層の層数をセット数の数だけ増やすことができ、サイクルレートを向上させることができ、成膜レートを向上させることも可能となる。 In addition, for example, in the second sequence of the application example, the composition ratio of the SiBCN film is more precisely controlled by controlling the number of layers of at least one of the SiCN layer and the BN layer, that is, the number of sets (x, y). It can also be controlled. For example, if five SiCN layers and two BN layers are alternately stacked, the ratio of silicon component, nitrogen component, and carbon component to the boron component of the SiBCN film is increased in a rich direction (ratio of boron component). Can be controlled in a poor direction). For example, if two SiCN layers and five BN layers are alternately stacked, the ratio of the nitrogen component, the silicon component to the carbon component, and the boron component of the SiBCN film in a rich direction (nitrogen component, The ratio of the carbon component can be controlled in a poor direction). Furthermore, by combining the number of sets (x, y), it is possible to control the composition of a trace element so that the ratio of the component of a specific element is a trace quantity (for example, several%). In addition, by increasing the number of each set, the number of SiCN layers and BN layers formed per cycle can be increased by the number of sets, the cycle rate can be improved, and the film formation rate can be improved. It is also possible to make it.
また例えば、上述の実施形態では、酸炭窒化膜として、半導体元素であるシリコンを含むシリコン系絶縁膜(SiOCN膜)を形成する例について説明したが、本発明は、例えばチタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)等の金属元素を含む金属系薄膜を形成する場合にも適用することができる。 For example, in the above-described embodiment, an example in which a silicon-based insulating film (SiOCN film) containing silicon as a semiconductor element is formed as the oxycarbonitride film has been described. A metal thin film containing a metal element such as (Zr), hafnium (Hf), tantalum (Ta), aluminum (Al), molybdenum (Mo), tungsten (W), gallium (Ga), or germanium (Ge) is formed. It can also be applied to cases.
すなわち、本発明は、例えば、チタン酸炭窒化膜(TiOCN膜)、ジルコニウム酸炭窒化膜(ZrOCN膜)、ハフニウム酸炭窒化膜(HfOCN膜)、タンタル酸炭窒化膜(TaOCN膜)、アルミニウム酸炭窒化膜(AlOCN膜)、モリブデン酸炭窒化膜(MoOCN膜)、タングステン酸炭窒化膜(WOCN膜)、ガリウム酸炭窒化膜(GaOCN膜)、ゲルマニウム酸炭窒化膜(GeOCN膜)や、これらを組み合わせたり、混合させたりした金属酸炭窒化膜を形成する場合にも適用することができる。 That is, the present invention provides, for example, titanic acid carbonitride film (TiOCN film), zirconium acid carbonitride film (ZrOCN film), hafnium acid carbonitride film (HfOCN film), tantalum acid carbonitride film (TaOCN film), aluminum acid Carbonitride film (AlOCN film), Molybdate oxycarbonitride film (MoOCN film), Tungsten acid carbonitride film (WOCN film), Gallium oxycarbonitride film (GaOCN film), Germanium oxycarbonitride film (GeOCN film), and these The present invention can also be applied to the case of forming a metal oxycarbonitride film in which these are combined or mixed.
この場合、上述の実施形態におけるシリコン原料ガスの代わりに、チタン原料ガス、ジルコニウム原料ガス、ハフニウム原料ガス、タンタル原料ガス、アルミニウム原料ガス、モリブデン原料ガス、タングステン原料ガス、ガリウム原料ガス、ゲルマニウム原料ガス等の金属原料ガス(金属元素含有ガス)を用い、上述の実施形態と同様なシーケンス(第1シーケンスおよび第2シーケンス)により成膜を行うことができる。 In this case, instead of the silicon source gas in the above embodiment, titanium source gas, zirconium source gas, hafnium source gas, tantalum source gas, aluminum source gas, molybdenum source gas, tungsten source gas, gallium source gas, germanium source gas Using a metal source gas (metal element-containing gas) such as the above, film formation can be performed by the same sequence (first sequence and second sequence) as in the above-described embodiment.
すなわち、この場合、例えば、第1シーケンスにおいては、
処理容器内の加熱されたウエハ200に対して金属元素含有ガスを供給することで、ウエハ200上に金属元素含有層を形成する工程(ステップ1)と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して炭素含有ガスを供給することで、金属元素含有層の上に炭素含有層を形成して金属元素および炭素を含む層を形成する工程(ステップ2)と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して窒素含有ガスを供給することで、金属元素および炭素を含む層を窒化して金属炭窒化層を形成する工程(ステップ3)と、
処理容器内の加熱されたウエハ200に対して金属元素含有ガスを供給することで、ウエハ200上に金属元素含有層を形成する工程(ステップ4)と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して酸素含有ガスを供給することで、金属元素含有層を酸化して金属酸化層を形成する工程(ステップ5)と、
を1サイクルとして、このサイクルを所定回数(n回)行うことで、ウエハ200上に、金属炭窒化層と金属酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の金属酸炭窒化膜を形成する。
That is, in this case, for example, in the first sequence,
A step (Step 1) of forming a metal element-containing layer on the
By supplying a metal element-containing gas to the
As a cycle, this cycle is repeated a predetermined number of times (n times) to form a metal oxycarbonitride film having a predetermined thickness on the
また、この場合、例えば、第2シーケンスにおいては、
処理容器内の加熱されたウエハ200に対して金属元素含有ガスを供給することで、ウエハ200上に金属元素含有層を形成する工程(ステップ1)と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して炭素含有ガスを供給することで、金属元素含有層の上に炭素含有層を形成して金属元素および炭素を含む層を形成する工程(ステップ2)と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して窒素含有ガスを供給することで、金属元素および炭素を含む層を窒化して金属炭窒化層を形成する工程(ステップ3)と、を1セットとしてこのセットを所定回数(x回)行うことでウエハ200上に所定厚さの金属炭窒化層を形成する工程と、
処理容器内の加熱されたウエハ200に対して金属元素含有ガスを供給することで、ウエハ200上に金属元素含有層を形成する工程(ステップ4)と、処理容器内の加熱されたウエハ200に対して酸素含有ガスを供給することで、金属元素含有層を酸化して金属酸化層を形成する工程(ステップ5)と、を1セットとしてこのセットを所定回数(y回)行うことでウエハ200上に所定厚さの金属酸化層を形成する工程と、
を1サイクルとして、このサイクルを所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200上に金属炭窒化層と金属酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の金属酸炭窒化膜を形成する。
In this case, for example, in the second sequence,
A step (Step 1) of forming a metal element-containing layer on the
By supplying a metal element-containing gas to the
As a cycle, by performing this cycle a predetermined number of times (n times), a metal oxycarbonitride film having a predetermined thickness formed by alternately laminating metal carbonitride layers and metal oxide layers on the
第1シーケンスおよび第2シーケンスのいずれの場合においても、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。また、第1シーケンスおよび第2シーケンスのいずれの場合においても、金属元素含有層を形成する工程においては、CVD反応が生じる条件下でウエハ200に対して金属元素含有ガスを供給する。
In any case of the first sequence and the second sequence, the above-described cycle is preferably repeated a plurality of times. In either case of the first sequence or the second sequence, in the step of forming the metal element-containing layer, the metal element-containing gas is supplied to the
例えば、金属酸炭窒化膜としてTiOCN膜を形成する場合は、Tiを含む原料として、テトラキスエチルメチルアミノチタニウム(Ti[N(C2H5)(CH3)]4、略称:TEMAT)、テトラキスジメチルアミノチタニウム(Ti[N(CH3)2]4、略称:TDMAT)、テトラキスジエチルアミノチタニウム(Ti[N(C2H5)2]4、略称:TDEAT)などの有機原料や、チタニウムテトラクロライド(TiCl4)などの無機原料を用いることができる。炭素含有ガスや窒素含有ガスや酸素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができるが、ウエハ温度は、例えば100〜500℃の範囲内の温度、処理室内圧力は、例えば1〜1000Paの範囲内の圧力とするのがより好ましい。 For example, in the case of forming a TiOCN film as the metal oxycarbonitride film, tetrakisethylmethylaminotitanium (Ti [N (C 2 H 5 ) (CH 3 )] 4 , abbreviation: TEMAT), tetrakis as a raw material containing Ti Organic raw materials such as dimethylaminotitanium (Ti [N (CH 3 ) 2 ] 4 , abbreviation: TDMAT), tetrakisdiethylaminotitanium (Ti [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 , abbreviation: TDEAT), and titanium tetrachloride An inorganic raw material such as (TiCl 4 ) can be used. As the carbon-containing gas, nitrogen-containing gas, and oxygen-containing gas, the same gas as that of the above-described embodiment can be used. The processing conditions at this time can be the same processing conditions as in the above-described embodiment, for example. The wafer temperature is, for example, a temperature within a range of 100 to 500 ° C., and the processing chamber pressure is, for example, 1 to 1000 Pa. It is more preferable to set the pressure within the range.
また例えば、金属酸炭窒化膜としてZrOCN膜を形成する場合は、Zrを含む原料として、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム(Zr[N(C2H5)(CH3)]4、略称:TEMAZ)、テトラキスジメチルアミノジルコニウム(Zr[N(CH3)2]4、略称:TDMAZ)、テトラキスジエチルアミノジルコニウム(Zr[N(C2H5)2]4、略称:TDEAZ)などの有機原料や、ジルコニウムテトラクロライド(ZrCl4)などの無機原料を用いることができる。炭素含有ガスや窒素含有ガスや酸素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができるが、ウエハ温度は、例えば100〜400℃の範囲内の温度、処理室内圧力は、例えば1〜1000Paの範囲内の圧力とするのがより好ましい。 For example, when a ZrOCN film is formed as the metal oxycarbonitride film, tetrakisethylmethylaminozirconium (Zr [N (C 2 H 5 ) (CH 3 )] 4 , abbreviation: TEMAZ), Organic raw materials such as tetrakisdimethylaminozirconium (Zr [N (CH 3 ) 2 ] 4 , abbreviation: TDMAZ), tetrakisdiethylaminozirconium (Zr [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 , abbreviation: TDAZ), zirconium tetra An inorganic raw material such as chloride (ZrCl 4 ) can be used. As the carbon-containing gas, nitrogen-containing gas, and oxygen-containing gas, the same gas as that of the above-described embodiment can be used. The processing conditions at this time can be the same processing conditions as in the above-described embodiment, for example. The wafer temperature is, for example, a temperature in the range of 100 to 400 ° C., and the processing chamber pressure is, for example, 1 to 1000 Pa. It is more preferable to set the pressure within the range.
また例えば、金属酸炭窒化膜としてHfOCN膜を形成する場合は、Hfを含む原料として、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム(Hf[N(C2H5)(CH3)]4、略称:TEMAH)、テトラキスジメチルアミノハフニウム(Hf[N(CH3)2]4、略称:TDMAH)、テトラキスジエチルアミノハフニウム(Hf[N(C2H5)2]4、略称:TDEAH)などの有機原料や、ハフニウムテトラクロライド(HfCl4)などの無機原料を用いることができる。炭素含有ガスや窒素含有ガスや酸素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができるが、ウエハ温度は、例えば100〜400℃の範囲内の温度、処理室内圧力は、例えば1〜1000Paの範囲内の圧力とするのがより好ましい。 For example, in the case of forming an HfOCN film as the metal oxycarbonitride film, tetrakisethylmethylaminohafnium (Hf [N (C 2 H 5 ) (CH 3 )] 4 , abbreviation: TEMAH) is used as a raw material containing Hf. Organic raw materials such as tetrakisdimethylaminohafnium (Hf [N (CH 3 ) 2 ] 4 , abbreviation: TDMAH), tetrakisdiethylaminohafnium (Hf [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 , abbreviation: TDEAH), and hafnium tetra An inorganic raw material such as chloride (HfCl 4 ) can be used. As the carbon-containing gas, nitrogen-containing gas, and oxygen-containing gas, the same gas as that of the above-described embodiment can be used. The processing conditions at this time can be the same processing conditions as in the above-described embodiment, for example. The wafer temperature is, for example, a temperature in the range of 100 to 400 ° C., and the processing chamber pressure is, for example, 1 to 1000 Pa. It is more preferable to set the pressure within the range.
また例えば、金属酸炭窒化膜としてTaOCN膜を形成する場合は、Taを含む原料として、ペンタエトキシタンタル(Ta(OC2H5)5、略称:PET)、トリスジエチルアミノターシャリーブチルイミノタンタル(Ta(NC(CH3)3)(N(C2H5)2)3、略称:TBTDET)などの有機原料や、タンタルペンタクロライド(TaCl5)、タンタルペンタフルオライド(TaF5)などの無機原料を用いることができる。炭素含有ガスや窒素含有ガスや酸素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができるが、ウエハ温度は、例えば100〜500℃の範囲内の温度、処理室内圧力は、例えば1〜1000Paの範囲内の圧力とするのがより好ましい。 Further, for example, when a TaOCN film is formed as a metal oxycarbonitride film, as a raw material containing Ta, pentaethoxytantalum (Ta (OC 2 H 5 ) 5 , abbreviation: PET), trisdiethylamino tertiary butyliminotantalum (Ta Organic raw materials such as (NC (CH 3 ) 3 ) (N (C 2 H 5 ) 2 ) 3 , abbreviation: TBTDET), and inorganic raw materials such as tantalum pentachloride (TaCl 5 ) and tantalum pentafluoride (TaF 5 ) Can be used. As the carbon-containing gas, nitrogen-containing gas, and oxygen-containing gas, the same gas as that of the above-described embodiment can be used. The processing conditions at this time can be the same processing conditions as in the above-described embodiment, for example. The wafer temperature is, for example, a temperature within a range of 100 to 500 ° C., and the processing chamber pressure is, for example, 1 to 1000 Pa. It is more preferable to set the pressure within the range.
また例えば、金属酸炭窒化膜としてAlOCN膜を形成する場合は、Alを含む原料として、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3、略称:TMA)などの有機原料や、トリクロロアルミニウム(AlCl3)などの無機原料を用いることができる。炭素含有ガスや窒素含有ガスや酸素含有ガスとしては、上述の実施形態と同様なガスを用いることができる。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができるが、ウエハ温度は、例えば100〜400℃の範囲内の温度、処理室内圧力は、例えば1〜1000Paの範囲内の圧力とするのがより好ましい。 For example, when an AlOCN film is formed as the metal oxycarbonitride film, an organic material such as trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 , abbreviation: TMA), trichloroaluminum (AlCl 3 ), or the like is used as a material containing Al. Inorganic raw materials can be used. As the carbon-containing gas, nitrogen-containing gas, and oxygen-containing gas, the same gas as that of the above-described embodiment can be used. The processing conditions at this time can be the same processing conditions as in the above-described embodiment, for example. The wafer temperature is, for example, a temperature in the range of 100 to 400 ° C., and the processing chamber pressure is, for example, 1 to 1000 Pa. It is more preferable to set the pressure within the range.
このように、本発明は金属酸炭窒化膜の成膜にも適用することができ、この場合であっても上述の実施形態と同様な作用効果が得られる。すなわち、本発明は、半導体元素や金属元素等の所定元素を含む酸炭窒化膜を形成する場合に適用することができる。 Thus, the present invention can also be applied to the formation of a metal oxycarbonitride film, and even in this case, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. That is, the present invention can be applied when forming an oxycarbonitride film containing a predetermined element such as a semiconductor element or a metal element.
また、上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて成膜する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、一度に1枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて成膜する場合にも、好適に適用できる。 In the above-described embodiment, an example of forming a film using a batch-type substrate processing apparatus that processes a plurality of substrates at one time has been described. However, the present invention is not limited to this, and one or a few at a time. The present invention can also be suitably applied to the case of forming a film using a single-wafer type substrate processing apparatus that processes a single substrate.
また、上述の各実施形態や各変形例や各応用例等は、適宜組み合わせて用いることができる。 Moreover, the above-described embodiments, modifications, application examples, and the like can be used in appropriate combination.
また、本発明は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本発明に係るプロセスレシピを電気通信回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。 The present invention can also be realized by changing a process recipe of an existing substrate processing apparatus, for example. When changing a process recipe, the process recipe according to the present invention is installed in an existing substrate processing apparatus via a telecommunication line or a recording medium recording the process recipe, or input / output of the existing substrate processing apparatus It is also possible to operate the apparatus and change the process recipe itself to the process recipe according to the present invention.
(第1実施例)
上述の実施形態に係る第1シーケンスにより組成比を制御しつつSiOCN膜を形成し、そのSiOCN膜の組成比とウエハ面内膜厚均一性を測定した。シリコン含有ガスとしてはHCDガスを、炭素含有ガスとしてはC3H6ガスを、窒素含有ガスとしてはNH3ガスを、酸素含有ガスとしてはO2ガスを用いた。SiOCN膜の組成比制御は、組成比を制御する因子である圧力およびガス供給時間(照射時間)を調整することで行った。
(First embodiment)
The SiOCN film was formed while controlling the composition ratio by the first sequence according to the above-described embodiment, and the composition ratio of the SiOCN film and the in-plane film thickness uniformity were measured. HCD gas was used as the silicon-containing gas, C 3 H 6 gas was used as the carbon-containing gas, NH 3 gas was used as the nitrogen-containing gas, and O 2 gas was used as the oxygen-containing gas. The composition ratio of the SiOCN film was controlled by adjusting the pressure and gas supply time (irradiation time), which are factors controlling the composition ratio.
まず第1シーケンスの第2ステップにおける処理室内圧力及びC3H6ガス供給時間を調整して、炭素濃度が約8atoms%のSiOCN膜をウエハ上に形成した。そのときの処理条件は次のように設定した。 First, the processing chamber pressure and the C 3 H 6 gas supply time in the second step of the first sequence were adjusted to form a SiOCN film having a carbon concentration of about 8 atoms% on the wafer. The processing conditions at that time were set as follows.
<第1シーケンス(基準処理条件)>
(第1ステップ)
処理室内温度:630℃
処理室内圧力:133Pa(1Torr)
HCDガス供給流量:0.2slm
HCDガス照射時間:6秒
(第2ステップ)
処理室内温度:630℃
処理室内圧力:399Pa(3Torr)
C3H6ガス供給流量:1slm
C3H6ガス照射時間:12秒
(第3ステップ)
処理室内温度:630℃
処理室内圧力:866Pa(6.5Torr)
NH3ガス供給流量:4.5slm
NH3ガス照射時間:18秒
(第4ステップ)
処理室内温度:630℃
処理室内圧力:133Pa(1Torr)
HCDガス供給流量:0.2slm
HCDガス照射時間:6秒
(第5ステップ)
処理室内温度:630℃
処理室内圧力:133Pa(1Torr)
O2ガス供給流量:1slm
O2ガス照射時間:18秒
<First sequence (reference processing conditions)>
(First step)
Processing room temperature: 630 ° C
Processing chamber pressure: 133 Pa (1 Torr)
HCD gas supply flow rate: 0.2 slm
HCD gas irradiation time: 6 seconds (second step)
Processing room temperature: 630 ° C
Processing chamber pressure: 399 Pa (3 Torr)
C 3 H 6 gas supply flow rate: 1 slm
C 3 H 6 gas irradiation time: 12 seconds (third step)
Processing room temperature: 630 ° C
Processing chamber pressure: 866 Pa (6.5 Torr)
NH 3 gas supply flow rate: 4.5 slm
NH 3 gas irradiation time: 18 seconds (4th step)
Processing room temperature: 630 ° C
Processing chamber pressure: 133 Pa (1 Torr)
HCD gas supply flow rate: 0.2 slm
HCD gas irradiation time: 6 seconds (5th step)
Processing room temperature: 630 ° C
Processing chamber pressure: 133 Pa (1 Torr)
O 2 gas supply flow rate: 1 slm
O 2 gas irradiation time: 18 seconds
この処理条件を基準処理条件として、各処理条件を調整することで炭素濃度が約12atoms%のSiOCN膜の形成を試みた。 Using this processing condition as a standard processing condition, an attempt was made to form a SiOCN film having a carbon concentration of about 12 atoms% by adjusting each processing condition.
結果、第2ステップにおける処理室内圧力を399Pa(3Torr)から2394Pa(18Torr)とすることで、炭素濃度が約12atoms%のSiOCN膜が得られ、基準処理条件により形成したSiOCN膜よりも炭素比率の高いSiOCN膜の形成が可能となることを確認した。すなわち、第2ステップにおける処理室内圧力を基準処理条件における処理室内圧力よりも高くすることで、炭素比率の高いSiOCN膜の形成が可能となることを確認した。また、炭素濃度が上昇した分、窒素濃度が減少していることも確認した。なお、第2ステップにおける処理室内圧力以外の処理条件は、基準処理条件と同一とした。すなわち、そのときの処理条件は次のように設定した。 As a result, by setting the processing chamber pressure in the second step from 399 Pa (3 Torr) to 2394 Pa (18 Torr), a SiOCN film having a carbon concentration of about 12 atoms% is obtained, and the carbon ratio is higher than that of the SiOCN film formed under the standard processing conditions. It was confirmed that a high SiOCN film can be formed. That is, it was confirmed that the SiOCN film having a high carbon ratio can be formed by setting the processing chamber pressure in the second step higher than the processing chamber pressure in the reference processing conditions. It was also confirmed that the nitrogen concentration decreased as the carbon concentration increased. The processing conditions other than the processing chamber pressure in the second step were the same as the reference processing conditions. That is, the processing conditions at that time were set as follows.
<第1シーケンス(C3H6ガス供給時圧力変更)>
(第1ステップ)
処理室内温度:630℃
処理室内圧力:133Pa(1Torr)
HCDガス供給流量:0.2slm
HCDガス照射時間:6秒
(第2ステップ)
処理室内温度:630℃
処理室内圧力:2394Pa(18Torr)
C3H6ガス供給流量:1slm
C3H6ガス照射時間:12秒
(第3ステップ)
処理室内温度:630℃
処理室内圧力:866Pa(6.5Torr)
NH3ガス供給流量:4.5slm
NH3ガス照射時間:18秒
(第4ステップ)
処理室内温度:630℃
処理室内圧力:133Pa(1Torr)
HCDガス供給流量:0.2slm
HCDガス照射時間:6秒
(第5ステップ)
処理室内温度:630℃
処理室内圧力:133Pa(1Torr)
O2ガス供給流量:1slm
O2ガス照射時間:18秒
<First sequence (C 3 H 6 gas supply pressure change)>
(First step)
Processing room temperature: 630 ° C
Processing chamber pressure: 133 Pa (1 Torr)
HCD gas supply flow rate: 0.2 slm
HCD gas irradiation time: 6 seconds (second step)
Processing room temperature: 630 ° C
Processing chamber pressure: 2394 Pa (18 Torr)
C 3 H 6 gas supply flow rate: 1 slm
C 3 H 6 gas irradiation time: 12 seconds (third step)
Processing room temperature: 630 ° C
Processing chamber pressure: 866 Pa (6.5 Torr)
NH 3 gas supply flow rate: 4.5 slm
NH 3 gas irradiation time: 18 seconds (4th step)
Processing room temperature: 630 ° C
Processing chamber pressure: 133 Pa (1 Torr)
HCD gas supply flow rate: 0.2 slm
HCD gas irradiation time: 6 seconds (5th step)
Processing room temperature: 630 ° C
Processing chamber pressure: 133 Pa (1 Torr)
O 2 gas supply flow rate: 1 slm
O 2 gas irradiation time: 18 seconds
また、第2ステップにおけるC3H6ガス照射時間を12秒から72秒とすることでも、炭素濃度が約12atoms%のSiOCN膜が得られ、基準処理条件により形成したSiOCN膜よりも炭素比率の高いSiOCN膜の形成が可能となることを確認した。すなわち、第2ステップにおけるC3H6ガス照射時間を基準処理条件におけるC3H6ガス照射時間よりも長くすることでも、炭素比率の高いSiOCN膜の形成が可能となることを確認した。また、炭素濃度が上昇した分、窒素濃度が減少していることも確認した。なお、第2ステップにおけるC3H6ガス照射時間以外の処理条件は、基準処理条件と同一とした。すなわち、そのときの処理条件は次のように設定した。 Also, by setting the C 3 H 6 gas irradiation time in the second step from 12 seconds to 72 seconds, a SiOCN film having a carbon concentration of about 12 atoms% can be obtained, which has a carbon ratio higher than that of the SiOCN film formed under the standard processing conditions. It was confirmed that a high SiOCN film can be formed. In other words, also it is longer than the C 3 H 6 gas irradiation time in the reference processing conditions the C 3 H 6 gas irradiation time in the second step, it was confirmed that it is possible to form a high carbon ratio SiOCN film. It was also confirmed that the nitrogen concentration decreased as the carbon concentration increased. The processing conditions other than the C 3 H 6 gas irradiation time in the second step were the same as the standard processing conditions. That is, the processing conditions at that time were set as follows.
<第1シーケンス(C3H6ガス照射時間変更)>
(第1ステップ)
処理室内温度:630℃
処理室内圧力:133Pa(1Torr)
HCDガス供給流量:0.2slm
HCDガス照射時間:6秒
(第2ステップ)
処理室内温度:630℃
処理室内圧力:399Pa(3Torr)
C3H6ガス供給流量:1slm
C3H6ガス照射時間:72秒
(第3ステップ)
処理室内温度:630℃
処理室内圧力:866Pa(6.5Torr)
NH3ガス供給流量:4.5slm
NH3ガス照射時間:18秒
(第4ステップ)
処理室内温度:630℃
処理室内圧力:133Pa(1Torr)
HCDガス供給流量:0.2slm
HCDガス照射時間:6秒
(第5ステップ)
処理室内温度:630℃
処理室内圧力:133Pa(1Torr)
O2ガス供給流量:1slm
O2ガス照射時間:18秒
<First sequence (C 3 H 6 gas irradiation time change)>
(First step)
Processing room temperature: 630 ° C
Processing chamber pressure: 133 Pa (1 Torr)
HCD gas supply flow rate: 0.2 slm
HCD gas irradiation time: 6 seconds (second step)
Processing room temperature: 630 ° C
Processing chamber pressure: 399 Pa (3 Torr)
C 3 H 6 gas supply flow rate: 1 slm
C 3 H 6 gas irradiation time: 72 seconds (third step)
Processing room temperature: 630 ° C
Processing chamber pressure: 866 Pa (6.5 Torr)
NH 3 gas supply flow rate: 4.5 slm
NH 3 gas irradiation time: 18 seconds (4th step)
Processing room temperature: 630 ° C
Processing chamber pressure: 133 Pa (1 Torr)
HCD gas supply flow rate: 0.2 slm
HCD gas irradiation time: 6 seconds (5th step)
Processing room temperature: 630 ° C
Processing chamber pressure: 133 Pa (1 Torr)
O 2 gas supply flow rate: 1 slm
O 2 gas irradiation time: 18 seconds
このとき、形成したそれぞれのSiOCN膜のウエハ面内膜厚均一性はいずれも±1.5%以下となり、良好な結果が得られた。なお、ウエハ面内膜厚均一性は、ウエハ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ウエハ面内における膜厚分布均一性が良好なことを示している。 At this time, the thickness uniformity within the wafer surface of each of the formed SiOCN films was ± 1.5% or less, and good results were obtained. The film thickness uniformity within the wafer surface indicates the degree of variation in the film thickness distribution within the wafer surface, and the smaller the value, the better the film thickness distribution uniformity within the wafer surface.
このように、本実施例によれば、優れたウエハ面内膜厚均一性を有するSiOCN膜を形成できることが分かった。そして、実施例に係るSiOCN膜を絶縁膜として用いた場合、SiOCN膜の面内で均質な性能を提供することが可能となり、半導体装置の性能向上や生産歩留りの向上に貢献できることが分かった。 As described above, according to this example, it was found that a SiOCN film having excellent in-plane film thickness uniformity can be formed. Then, it was found that when the SiOCN film according to the example is used as an insulating film, it is possible to provide a uniform performance within the surface of the SiOCN film and contribute to the improvement of the performance of the semiconductor device and the production yield.
(第2実施例)
上述の実施形態に係る第2シーケンスにより組成比を制御しつつSiOCN膜を形成し、そのSiOCN膜の組成比とウエハ面内膜厚均一性を測定した。シリコン含有ガスとしてはHCDガスを、炭素含有ガスとしてはC3H6ガスを、窒素含有ガスとしてはNH3ガスを、酸素含有ガスとしてはO2ガスを用いた。各ステップにおける処理条件は、上述の第1実施例の基準処理条件の各ステップにおける処理条件と同様な処理条件とした。SiOCN膜の組成比制御は、第2シーケンスにおける各セット数、すなわち、SiCN層形成工程のセット数(x)とSiO層形成工程のセット数(y)とを調整することで行った。
(Second embodiment)
The SiOCN film was formed while controlling the composition ratio by the second sequence according to the above-described embodiment, and the composition ratio of the SiOCN film and the in-plane film thickness uniformity were measured. HCD gas was used as the silicon-containing gas, C 3 H 6 gas was used as the carbon-containing gas, NH 3 gas was used as the nitrogen-containing gas, and O 2 gas was used as the oxygen-containing gas. The processing conditions in each step are the same processing conditions as the processing conditions in each step of the reference processing conditions in the first embodiment described above. The composition ratio control of the SiOCN film was performed by adjusting the number of sets in the second sequence, that is, the number of sets (x) in the SiCN layer forming process and the number of sets (y) in the SiO layer forming process.
結果、第2シーケンスにおけるSiCN層形成工程のセット数(x)を2回とし、SiO層形成工程のセット数(y)を1回とすることで(x=2、y=1)、炭素濃度が約16atoms%のSiOCN膜が得られ、第1実施例すなわち第1シーケンス(基準処理条件)により形成したSiOCN膜よりも炭素比率の高いSiOCN膜の形成が可能となることを確認した。なお、SiCN層形成工程のセット数(x)を1回とし、SiO層形成工程のセット数(y)を1回とするケース(x=1、y=1)が、第1シーケンスに相当する。すなわち、第2シーケンスにおけるSiCN層形成工程のセット数(x)を、第1シーケンスにおけるSiCN層形成工程の1サイクルあたりの実施回数(1回)よりも多くすることで、炭素比率の高いSiOCN膜の形成が可能となることを確認した。また、炭素濃度が上昇した分、窒素濃度が減少していることも確認した。このとき、形成したSiOCN膜のウエハ面内膜厚均一性は±1.5%以下となり、良好な結果が得られることを確認した。 As a result, by setting the number of sets (x) of the SiCN layer forming process in the second sequence to 2 times and the number of sets (y) of the SiO layer forming process to 1 (x = 2, y = 1), the carbon concentration It was confirmed that a SiOCN film having a carbon ratio higher than that of the SiOCN film formed by the first embodiment, that is, the first sequence (reference processing conditions) can be obtained. A case (x = 1, y = 1) in which the number of sets (x) in the SiCN layer forming process is set to 1 and the number of sets (y) in the SiO layer forming process is set to 1 corresponds to the first sequence. . That is, by setting the number of sets (x) of the SiCN layer forming process in the second sequence to be larger than the number of executions (one time) per cycle of the SiCN layer forming process in the first sequence, the SiOCN film having a high carbon ratio It was confirmed that the formation of was possible. It was also confirmed that the nitrogen concentration decreased as the carbon concentration increased. At this time, the thickness uniformity in the wafer surface of the formed SiOCN film was ± 1.5% or less, and it was confirmed that good results were obtained.
このように、本実施例によれば、優れたウエハ面内膜厚均一性を有するSiOCN膜を形成できることが分かった。そして、実施例に係るSiOCN膜を絶縁膜として用いた場合、SiOCN膜の面内で均質な性能を提供することが可能となり、半導体装置の性能向上や生産歩留りの向上に貢献できることが分かった。 As described above, according to this example, it was found that a SiOCN film having excellent in-plane film thickness uniformity can be formed. Then, it was found that when the SiOCN film according to the example is used as an insulating film, it is possible to provide a uniform performance within the surface of the SiOCN film and contribute to the improvement of the performance of the semiconductor device and the production yield.
<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.
(付記1)
本発明の一態様によれば、
処理容器内の加熱された基板に対して、所定元素含有ガスと、炭素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する工程と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して、所定元素含有ガスと、酸素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの酸化層を形成する工程と、 を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の酸炭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。
(Appendix 1)
According to one aspect of the invention,
By supplying a predetermined element-containing gas, a carbon-containing gas, and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container, a carbonitriding layer having a predetermined thickness containing the predetermined element is formed on the substrate. And a process of
Forming a predetermined thickness of an oxide layer containing a predetermined element on the substrate by supplying a predetermined element-containing gas and an oxygen-containing gas to the heated substrate in the processing container; By alternately repeating the above, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a predetermined thickness of an oxycarbonitride film in which the carbonitride layers and the oxide layers are alternately stacked on the substrate. The
(付記2)
付記1の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記炭窒化層を形成する工程では、前記基板に対して、所定元素含有ガスを供給する工程と、炭素含有ガスを供給する工程と、窒素含有ガスを供給する工程と、を1セットとしてこのセットを所定回数行い、
前記酸化層を形成する工程では、前記基板に対して、所定元素含有ガスを供給する工程と、酸素含有ガスを供給する工程と、を1セットとしてこのセットを所定回数行う。
(Appendix 2)
A method of manufacturing a semiconductor device according to
In the step of forming the carbonitride layer, the set includes a step of supplying a predetermined element-containing gas, a step of supplying a carbon-containing gas, and a step of supplying a nitrogen-containing gas to the substrate. Is performed a predetermined number of times,
In the step of forming the oxide layer, the step of supplying the predetermined element-containing gas and the step of supplying the oxygen-containing gas to the substrate are performed as a set a predetermined number of times.
(付記3)
付記2の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記炭窒化層を形成する工程では、前記基板に対して所定元素含有ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層の上に炭素含有層を形成して所定元素および炭素を含む層を形成する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給することで、前記所定元素および炭素を含む層を窒化して所定元素を含む炭窒化層を形成する工程と、を1セットとしてこのセットを所定回数行い、
前記酸化層を形成する工程では、前記基板に対して所定元素含有ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、前記基板に対して酸素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層を酸化して所定元素を含む酸化層を形成する工程と、を1セットとしてこのセットを所定回数行う。
(Appendix 3)
A method of manufacturing a semiconductor device according to
In the step of forming the carbonitride layer, a predetermined element-containing gas is supplied to the substrate, so that a predetermined element-containing layer is formed on the substrate, and a carbon-containing gas is supplied to the substrate. A step of forming a carbon-containing layer on the predetermined element-containing layer to form a layer containing the predetermined element and carbon, and supplying a nitrogen-containing gas to the substrate, whereby the predetermined element and carbon Forming a carbonitriding layer containing a predetermined element by nitriding a layer containing, and performing this set a predetermined number of times,
In the step of forming the oxide layer, by supplying a predetermined element-containing gas to the substrate, a step of forming the predetermined element-containing layer on the substrate and supplying an oxygen-containing gas to the substrate The step of oxidizing the predetermined element-containing layer to form an oxide layer containing the predetermined element is performed as a set a predetermined number of times.
(付記4)
付記3の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記基板上に、前記所定元素含有層として、所定元素の連続的な堆積層、所定元素の不連続な堆積層、所定元素含有ガスの連続的な化学吸着層および所定元素含有ガスの不連続な化学吸着層のうち少なくともいずれかの層を形成する。
(Appendix 4)
A method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 3, preferably,
In the step of forming the predetermined element-containing layer, a continuous deposition layer of the predetermined element, a discontinuous deposition layer of the predetermined element, and a continuous chemistry of the predetermined element-containing gas are formed on the substrate as the predetermined element-containing layer. At least one of an adsorption layer and a discontinuous chemical adsorption layer of a predetermined element-containing gas is formed.
(付記5)
付記3の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記所定元素含有層を形成する工程では、前記基板上に、前記所定元素含有層として、所定元素の連続的な堆積層および所定元素の不連続な堆積層のうち少なくともいずれかの層を形成する。
(Appendix 5)
A method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 3, preferably,
In the step of forming the predetermined element-containing layer, as the predetermined element-containing layer, at least one of a continuous deposition layer of the predetermined element and a discontinuous deposition layer of the predetermined element is formed on the substrate. .
(付記6)
付記3〜5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、
前記所定元素および炭素を含む層を形成する工程では、前記所定元素含有層の上に前記炭素含有層として炭素含有ガスの不連続な化学吸着層を形成する。
(Appendix 6)
A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 3 to 5, preferably,
In the step of forming the layer containing the predetermined element and carbon, a discontinuous chemical adsorption layer of a carbon-containing gas is formed as the carbon-containing layer on the predetermined element-containing layer.
(付記7)
付記3〜6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、
前記炭窒化層を形成する工程では、前記所定元素および炭素を含む層の窒素含有ガスによる窒化反応が不飽和となる条件下で、前記所定元素および炭素を含む層を熱的に窒化する。
(Appendix 7)
A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 3 to 6, preferably,
In the step of forming the carbonitriding layer, the layer containing the predetermined element and carbon is thermally nitrided under a condition that the nitriding reaction by the nitrogen-containing gas of the layer containing the predetermined element and carbon becomes unsaturated.
(付記8)
付記3〜7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、
前記酸化層を形成する工程では、前記所定元素含有層の酸素含有ガスによる酸化反応が不飽和となる条件下で、前記所定元素含有層を熱的に酸化する。
(Appendix 8)
A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 3 to 7, preferably,
In the step of forming the oxide layer, the predetermined element-containing layer is thermally oxidized under a condition in which an oxidation reaction of the predetermined element-containing layer with an oxygen-containing gas is unsaturated.
(付記9)
付記3〜8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、
前記所定元素含有層を形成する工程では、CVD反応が生じる条件下で、前記基板に対して所定元素含有ガスを供給する。
(Appendix 9)
A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 3 to 8, preferably,
In the step of forming the predetermined element-containing layer, a predetermined element-containing gas is supplied to the substrate under a condition where a CVD reaction occurs.
(付記10)
付記1〜9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、前記所定元素が半導体元素または金属元素である。
(Appendix 10)
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
(付記11)
付記1〜10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、前記所定元素がシリコンである。
(Appendix 11)
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
(付記12)
本発明の他の態様によれば、
処理容器内の加熱された基板に対して、所定元素含有ガスを供給する工程と、炭素含有ガスを供給する工程と、窒素含有ガスを供給する工程と、を1セットとしてこのセットを所定回数行うことで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する工程と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して、所定元素含有ガスを供給する工程と、酸素含有ガスを供給する工程と、を1セットとしてこのセットを所定回数行うことで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの酸化層を形成する工程と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の酸炭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。
(Appendix 12)
According to another aspect of the invention,
This set is performed a predetermined number of times, with the step of supplying the predetermined element-containing gas, the step of supplying the carbon-containing gas, and the step of supplying the nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container as one set. Forming a carbonitriding layer having a predetermined thickness containing a predetermined element on the substrate;
By performing this set a predetermined number of times on the substrate by supplying the predetermined element-containing gas to the heated substrate in the processing container and supplying the oxygen-containing gas as one set. Forming an oxide layer having a predetermined thickness containing a predetermined element;
By alternately repeating the above, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a predetermined thickness of an oxycarbonitride film in which the carbonitride layers and the oxide layers are alternately stacked on the substrate. The
(付記13)
本発明のさらに他の態様によれば、
処理容器内の加熱された基板に対して、所定元素含有ガスを供給する工程と、炭素含有ガスを供給する工程と、窒素含有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を含む所定厚さの炭窒化層を形成する工程と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して、所定元素含有ガスを供給する工程と、酸素含有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を含む所定厚さの酸化層を形成する工程と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の酸炭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。
(Appendix 13)
According to yet another aspect of the invention,
A process of supplying a predetermined element-containing gas, a process of supplying a carbon-containing gas, and a process of supplying a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container are performed on the substrate. Forming a carbonitriding layer having a predetermined thickness containing the elements;
A step of supplying a predetermined element-containing gas and a step of supplying an oxygen-containing gas to the heated substrate in the processing container and a predetermined thickness including the predetermined element on the substrate Forming an oxide layer;
By alternately repeating the above, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a predetermined thickness of an oxycarbonitride film in which the carbonitride layers and the oxide layers are alternately stacked on the substrate. The
(付記14)
本発明のさらに他の態様によれば、
処理容器内の加熱された基板に対して所定元素含有ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、前記処理容器内の加熱された前記基板に対して炭素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層の上に炭素含有層を形成して所定元素および炭素を含む層を形成する工程と、前記処理容器内の加熱された前記基板に対して窒素含有ガスを供給することで、前記所定元素および炭素を含む層を窒化して所定元素を含む炭窒化層を形成する工程と、を1セットとしてこのセットを所定回数行うことで前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する工程と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して所定元素含有ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、前記処理容器内の加熱された前記基板に対して酸素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層を酸化して所定元素を含む酸化層を形成する工程と、を1セットとしてこのセットを所定回数行うことで前記基板上に所定元素を含む所定厚さの酸化層を形成する工程と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の酸炭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。
(Appendix 14)
According to yet another aspect of the invention,
A step of forming a predetermined element-containing layer on the substrate by supplying a predetermined element-containing gas to the heated substrate in the processing container; and carbon containing the heated substrate in the processing container A step of forming a carbon-containing layer on the predetermined element-containing layer by supplying a gas to form a layer containing the predetermined element and carbon, and containing nitrogen with respect to the heated substrate in the processing vessel Nitriding the layer containing the predetermined element and carbon by supplying a gas to form a carbonitriding layer containing the predetermined element, and performing this set a predetermined number of times on the substrate Forming a carbonitriding layer having a predetermined thickness including:
A step of forming a predetermined element-containing layer on the substrate by supplying a predetermined element-containing gas to the heated substrate in the processing container; and the heated substrate in the processing container A step of oxidizing the predetermined element-containing layer by supplying an oxygen-containing gas to form an oxide layer containing the predetermined element, and performing the set a predetermined number of times to include the predetermined element on the substrate Forming an oxide layer having a predetermined thickness;
By alternately repeating the above, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a predetermined thickness of an oxycarbonitride film in which the carbonitride layers and the oxide layers are alternately stacked on the substrate. The
(付記15)
本発明の他の態様によれば、
処理容器内の加熱された基板に対して所定元素含有ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、前記処理容器内の加熱された前記基板に対して炭素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層の上に炭素含有層を形成して所定元素および炭素を含む層を形成する工程と、前記処理容器内の加熱された前記基板に対して窒素含有ガスを供給することで、前記所定元素および炭素を含む層を窒化して所定元素を含む炭窒化層を形成する工程と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して所定元素含有ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、前記処理容器内の加熱された前記基板に対して酸素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層を酸化して所定元素を含む酸化層を形成する工程と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の酸炭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。
(Appendix 15)
According to another aspect of the invention,
A step of forming a predetermined element-containing layer on the substrate by supplying a predetermined element-containing gas to the heated substrate in the processing container; and carbon containing the heated substrate in the processing container A step of forming a carbon-containing layer on the predetermined element-containing layer by supplying a gas to form a layer containing the predetermined element and carbon, and containing nitrogen with respect to the heated substrate in the processing vessel Supplying a gas to form a carbonitriding layer containing the predetermined element by nitriding the layer containing the predetermined element and carbon;
A step of forming a predetermined element-containing layer on the substrate by supplying a predetermined element-containing gas to the heated substrate in the processing container; and the heated substrate in the processing container Supplying an oxygen-containing gas to oxidize the predetermined element-containing layer to form an oxide layer containing the predetermined element;
By alternately repeating the above, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a predetermined thickness of an oxycarbonitride film in which the carbonitride layers and the oxide layers are alternately stacked on the substrate. The
(付記16)
本発明のさらに他の態様によれば、
処理容器内の加熱された基板に対して、所定元素含有ガスと、炭素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する工程と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して、所定元素含有ガスと、酸素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの酸化層を形成する工程と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の酸炭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。
(Appendix 16)
According to yet another aspect of the invention,
By supplying a predetermined element-containing gas, a carbon-containing gas, and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container, a carbonitriding layer having a predetermined thickness containing the predetermined element is formed on the substrate. And a process of
Forming a predetermined thickness of an oxide layer containing a predetermined element on the substrate by supplying a predetermined element-containing gas and an oxygen-containing gas to the heated substrate in the processing container;
By alternately repeating the above, there is provided a substrate processing method including a step of forming an oxycarbonitride film having a predetermined thickness formed by alternately laminating the carbonitride layer and the oxide layer on the substrate.
(付記17)
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内の基板を加熱するヒータと、
前記処理容器内の基板に対して所定元素含有ガスを供給する所定元素含有ガス供給系と、
前記処理容器内の基板に対して炭素含有ガスを供給する炭素含有ガス供給系と、
前記処理容器内の基板に対して窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、
前記処理容器内の基板に対して酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
前記処理容器内の加熱された基板に対して所定元素含有ガスと、炭素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する処理と、前記処理容器内の加熱された前記基板に対して所定元素含有ガスと、酸素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの酸化層を形成する処理と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の酸炭窒化膜を形成するように、前記ヒータ、前記所定元素含有ガス供給系、前記炭素含有ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系および前記酸素含有ガス供給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。
(Appendix 17)
According to yet another aspect of the invention,
A processing container for containing a substrate;
A heater for heating the substrate in the processing container;
A predetermined element-containing gas supply system for supplying a predetermined element-containing gas to the substrate in the processing container;
A carbon-containing gas supply system for supplying a carbon-containing gas to the substrate in the processing container;
A nitrogen-containing gas supply system for supplying a nitrogen-containing gas to the substrate in the processing vessel;
An oxygen-containing gas supply system for supplying an oxygen-containing gas to the substrate in the processing container;
By supplying a predetermined element-containing gas, a carbon-containing gas, and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container, a carbonitriding layer having a predetermined thickness containing the predetermined element is formed on the substrate. And a predetermined element-containing gas and an oxygen-containing gas are supplied to the heated substrate in the processing container, thereby forming an oxide layer having a predetermined thickness containing the predetermined element on the substrate. The heater, the predetermined treatment, and the like so as to form an oxycarbonitride film having a predetermined thickness on which the carbonitride layer and the oxide layer are alternately stacked on the substrate. A control unit for controlling the element-containing gas supply system, the carbon-containing gas supply system, the nitrogen-containing gas supply system, and the oxygen-containing gas supply system;
A substrate processing apparatus is provided.
(付記18)
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理容器内の加熱された基板に対して、所定元素含有ガスと、炭素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する手順と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して、所定元素含有ガスと、酸素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの酸化層を形成する手順と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の酸炭窒化膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。
(Appendix 18)
According to yet another aspect of the invention,
By supplying a predetermined element-containing gas, a carbon-containing gas, and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container of the substrate processing apparatus, the carbon having a predetermined thickness containing the predetermined element on the substrate. Forming a nitride layer;
A procedure for forming a predetermined thickness of an oxide layer containing a predetermined element on the substrate by supplying a predetermined element-containing gas and an oxygen-containing gas to the heated substrate in the processing container;
By alternately repeating the above, a procedure for forming an oxycarbonitride film having a predetermined thickness formed by alternately laminating the carbonitride layer and the oxide layer on the substrate;
A program for causing a computer to execute is provided.
(付記19)
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理容器内の加熱された基板に対して、所定元素含有ガスと、炭素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する手順と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して、所定元素含有ガスと、酸素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの酸化層を形成する手順と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記酸化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の酸炭窒化膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させるための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。
(Appendix 19)
According to yet another aspect of the invention,
By supplying a predetermined element-containing gas, a carbon-containing gas, and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container of the substrate processing apparatus, the carbon having a predetermined thickness containing the predetermined element on the substrate. Forming a nitride layer;
A procedure for forming a predetermined thickness of an oxide layer containing a predetermined element on the substrate by supplying a predetermined element-containing gas and an oxygen-containing gas to the heated substrate in the processing container;
By alternately repeating the above, a procedure for forming an oxycarbonitride film having a predetermined thickness formed by alternately laminating the carbonitride layer and the oxide layer on the substrate;
A computer-readable recording medium on which a program for causing a computer to execute is recorded is provided.
(付記20)
本発明のさらに他の態様によれば、
処理容器内の加熱された基板に対して、所定元素含有ガスと、炭素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する工程と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して、硼素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定厚さの硼窒化層を形成する工程と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記硼窒化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の硼炭窒化膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
(Appendix 20)
According to yet another aspect of the invention,
By supplying a predetermined element-containing gas, a carbon-containing gas, and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container, a carbonitriding layer having a predetermined thickness containing the predetermined element is formed on the substrate. And a process of
Forming a boron nitride layer having a predetermined thickness on the substrate by supplying a boron-containing gas and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing vessel;
A method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a borocarbonitride film having a predetermined thickness formed by alternately stacking the carbonitride layer and the boronitride layer on the substrate by alternately repeating.
(付記21)
本発明のさらに他の態様によれば、
処理容器内の加熱された基板に対して、所定元素含有ガスを供給する工程と、炭素含有ガスを供給する工程と、窒素含有ガスを供給する工程と、を1セットとしてこのセットを所定回数行うことで前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する工程と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して、硼素含有ガスを供給する工程と、窒素含有ガスを供給する工程と、を1セットとしてこのセットを所定回数行うことで前記基板上に所定厚さの硼窒化層を形成する工程と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記硼窒化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の硼炭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。
(Appendix 21)
According to yet another aspect of the invention,
This set is performed a predetermined number of times, with the step of supplying the predetermined element-containing gas, the step of supplying the carbon-containing gas, and the step of supplying the nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container as one set. Forming a carbonitriding layer having a predetermined thickness containing a predetermined element on the substrate;
A step of supplying a boron-containing gas and a step of supplying a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container are set as a set, and this set is performed a predetermined number of times to obtain a predetermined thickness on the substrate. Forming a boronitride layer;
By alternately repeating the above, a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a borocarbonitride film having a predetermined thickness formed by alternately laminating the carbonitride layer and the boronitride layer on the substrate is provided. Is done.
(付記22)
本発明のさらに他の態様によれば、
処理容器内の加熱された基板に対して、所定元素含有ガスを供給する工程と、炭素含有ガスを供給する工程と、窒素含有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を含む所定厚さの炭窒化層を形成する工程と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して、硼素含有ガスを供給する工程と、窒素含有ガスを供給する工程と、を行うことで前記基板上に所定厚さの硼窒化層を形成する工程と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記硼窒化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の硼炭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。
(Appendix 22)
According to yet another aspect of the invention,
A predetermined element is formed on the substrate by performing a step of supplying a predetermined element-containing gas, a step of supplying a carbon-containing gas, and a step of supplying a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container. Forming a carbonitriding layer having a predetermined thickness including:
A boron-containing layer having a predetermined thickness is formed on the substrate by performing a step of supplying a boron-containing gas and a step of supplying a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container. Process,
By alternately repeating the above, a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a borocarbonitride film having a predetermined thickness formed by alternately laminating the carbonitride layer and the boronitride layer on the substrate is provided. Is done.
(付記23)
本発明のさらに他の態様によれば、
処理容器内の加熱された基板に対して所定元素含有ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、前記処理容器内の加熱された前記基板に対して炭素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層の上に炭素含有層を形成して所定元素および炭素を含む層を形成する工程と、前記処理容器内の加熱された前記基板に対して窒素含有ガスを供給することで、前記所定元素および炭素を含む層を窒化して所定元素を含む炭窒化層を形成する工程と、を1セットとしてこのセットを所定回数行うことで前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する工程と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して硼素含有ガスを供給することで、前記基板上に硼素含有層を形成する工程と、前記処理容器内の加熱された前記基板に対して窒素含有ガスを供給することで、前記硼素含有層を窒化して硼窒化層を形成する工程と、を1セットとしてこのセットを所定回数行うことで前記基板上に所定厚さの硼窒化層を形成する工程と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記硼窒化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の硼炭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。
(Appendix 23)
According to yet another aspect of the invention,
A step of forming a predetermined element-containing layer on the substrate by supplying a predetermined element-containing gas to the heated substrate in the processing container; and carbon containing the heated substrate in the processing container A step of forming a carbon-containing layer on the predetermined element-containing layer by supplying a gas to form a layer containing the predetermined element and carbon, and containing nitrogen with respect to the heated substrate in the processing vessel Nitriding the layer containing the predetermined element and carbon by supplying a gas to form a carbonitriding layer containing the predetermined element, and performing this set a predetermined number of times on the substrate Forming a carbonitriding layer having a predetermined thickness including:
Forming a boron-containing layer on the substrate by supplying a boron-containing gas to the heated substrate in the processing vessel; and containing nitrogen in the heated substrate in the processing vessel The step of forming a boron nitride layer by nitriding the boron-containing layer by supplying a gas is performed as a set, and a boron nitride layer having a predetermined thickness is formed on the substrate by performing this set a predetermined number of times. Process,
By alternately repeating the above, a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a borocarbonitride film having a predetermined thickness formed by alternately laminating the carbonitride layer and the boronitride layer on the substrate is provided. Is done.
(付記24)
本発明の他の態様によれば、
処理容器内の加熱された基板に対して所定元素含有ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、前記処理容器内の加熱された前記基板に対して炭素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層の上に炭素含有層を形成して所定元素および炭素を含む層を形成する工程と、前記処理容器内の加熱された前記基板に対して窒素含有ガスを供給することで、前記所定元素および炭素を含む層を窒化して所定元素を含む炭窒化層を形成する工程と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して硼素含有ガスを供給することで、前記基板上に硼素含有層を形成する工程と、前記処理容器内の加熱された前記基板に対して窒素含有ガスを供給することで、前記硼素含有層を窒化して硼窒化層を形成する工程と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記硼窒化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の硼炭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。
(Appendix 24)
According to another aspect of the invention,
A step of forming a predetermined element-containing layer on the substrate by supplying a predetermined element-containing gas to the heated substrate in the processing container; and carbon containing the heated substrate in the processing container A step of forming a carbon-containing layer on the predetermined element-containing layer by supplying a gas to form a layer containing the predetermined element and carbon, and containing nitrogen with respect to the heated substrate in the processing vessel Supplying a gas to form a carbonitriding layer containing the predetermined element by nitriding the layer containing the predetermined element and carbon;
Forming a boron-containing layer on the substrate by supplying a boron-containing gas to the heated substrate in the processing vessel; and containing nitrogen in the heated substrate in the processing vessel Nitriding the boron-containing layer by supplying a gas to form a boron nitride layer;
By alternately repeating the above, a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a borocarbonitride film having a predetermined thickness formed by alternately laminating the carbonitride layer and the boronitride layer on the substrate is provided. Is done.
(付記25)
本発明のさらに他の態様によれば、
処理容器内の加熱された基板に対して、所定元素含有ガスと、炭素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する工程と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して、硼素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定厚さの硼窒化層を形成する工程と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記硼窒化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の硼炭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。
(Appendix 25)
According to yet another aspect of the invention,
By supplying a predetermined element-containing gas, a carbon-containing gas, and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container, a carbonitriding layer having a predetermined thickness containing the predetermined element is formed on the substrate. And a process of
Forming a boron nitride layer having a predetermined thickness on the substrate by supplying a boron-containing gas and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing vessel;
By alternately repeating the above, there is provided a substrate processing method including a step of forming a borocarbonitride film having a predetermined thickness formed by alternately laminating the carbonitride layer and the boronitride layer on the substrate. .
(付記26)
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内の基板を加熱するヒータと、
前記処理容器内の基板に対して所定元素含有ガスを供給する所定元素含有ガス供給系と、
前記処理容器内の基板に対して炭素含有ガスを供給する炭素含有ガス供給系と、
前記処理容器内の基板に対して窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、
前記処理容器内の基板に対して硼素含有ガスを供給する硼素含有ガス供給系と、
前記処理容器内の加熱された基板に対して所定元素含有ガスと、炭素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する処理と、前記処理容器内の加熱された前記基板に対して硼素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定厚さの硼窒化層を形成する処理と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記硼窒化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の硼炭窒化膜を形成するように、前記ヒータ、前記所定元素含有ガス供給系、前記炭素含有ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系および前記硼素含有ガス供給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。
(Appendix 26)
According to yet another aspect of the invention,
A processing container for containing a substrate;
A heater for heating the substrate in the processing container;
A predetermined element-containing gas supply system for supplying a predetermined element-containing gas to the substrate in the processing container;
A carbon-containing gas supply system for supplying a carbon-containing gas to the substrate in the processing container;
A nitrogen-containing gas supply system for supplying a nitrogen-containing gas to the substrate in the processing vessel;
A boron-containing gas supply system for supplying a boron-containing gas to the substrate in the processing vessel;
By supplying a predetermined element-containing gas, a carbon-containing gas, and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container, a carbonitriding layer having a predetermined thickness containing the predetermined element is formed on the substrate. And a process of forming a boron nitride layer having a predetermined thickness on the substrate by supplying a boron-containing gas and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container. By repeating alternately, the heater, the predetermined element-containing gas so as to form a borocarbonitride film having a predetermined thickness formed by alternately stacking the carbonitride layer and the boronitride layer on the substrate. A control unit for controlling the supply system, the carbon-containing gas supply system, the nitrogen-containing gas supply system, and the boron-containing gas supply system;
A substrate processing apparatus is provided.
(付記27)
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理容器内の加熱された基板に対して、所定元素含有ガスと、炭素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する手順と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して、硼素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定厚さの硼窒化層を形成する手順と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記硼窒化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の硼炭窒化膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。
(Appendix 27)
According to yet another aspect of the invention,
By supplying a predetermined element-containing gas, a carbon-containing gas, and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container of the substrate processing apparatus, the carbon having a predetermined thickness containing the predetermined element on the substrate. Forming a nitride layer;
A step of forming a boron nitride layer having a predetermined thickness on the substrate by supplying a boron-containing gas and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container;
By alternately repeating the above, a procedure for forming a borocarbonitride film having a predetermined film thickness on which the carbonitride layer and the boronitride layer are alternately laminated on the substrate;
A program for causing a computer to execute is provided.
(付記28)
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理容器内の加熱された基板に対して、所定元素含有ガスと、炭素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定元素を含む所定厚さの炭窒化層を形成する手順と、
前記処理容器内の加熱された前記基板に対して、硼素含有ガスと、窒素含有ガスとを供給することで、前記基板上に所定厚さの硼窒化層を形成する手順と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記炭窒化層と前記硼窒化層とが交互に積層されてなる所定膜厚の硼炭窒化膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させるための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。
(Appendix 28)
According to yet another aspect of the invention,
By supplying a predetermined element-containing gas, a carbon-containing gas, and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container of the substrate processing apparatus, the carbon having a predetermined thickness containing the predetermined element on the substrate. Forming a nitride layer;
A step of forming a boron nitride layer having a predetermined thickness on the substrate by supplying a boron-containing gas and a nitrogen-containing gas to the heated substrate in the processing container;
By alternately repeating the above, a procedure for forming a borocarbonitride film having a predetermined film thickness on which the carbonitride layer and the boronitride layer are alternately laminated on the substrate;
A computer-readable recording medium on which a program for causing a computer to execute is recorded 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
Claims (10)
(b)前記基板に対して硼素含有ガスを供給することで、硼素含有層を形成する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給することで、前記硼素含有層を窒化する工程と、を1セットとしてこのセットを所定回数行うことで、硼窒化層を形成する工程と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記シリコン炭窒化層と、前記硼窒化層と、が交互に積層されてなるシリコン硼炭窒化膜を形成する工程を有し、
前記(a)において数原子層の厚さの前記シリコン炭窒化層を形成し、前記(b)において1原子層未満の厚さの前記硼窒化層を形成するか、もしくは、前記(a)において1原子層未満の厚さの前記シリコン炭窒化層を形成し、前記(b)において数原子層の厚さの前記硼窒化層を形成する半導体装置の製造方法。 (A) supplying a silicon- containing gas to the substrate to form a silicon-containing layer; and supplying a carbon-containing gas to the substrate to form a carbon-containing layer on the silicon-containing layer. Forming a set including a step of forming a layer containing silicon and carbon and a step of nitriding the layer containing silicon and carbon by supplying a nitrogen-containing gas to the substrate. By performing the number of times, a step of forming a silicon carbonitride layer,
(B) supplying a boron-containing gas to the substrate to form a boron-containing layer; and supplying a nitrogen-containing gas to the substrate to nitride the boron-containing layer; Forming a boronitride layer by performing this set a predetermined number of times ,
The By repeating alternately on said substrate, possess said silicon carbonitride layer, said boronitride layer, but forming a silicon boron carbon nitride film formed by laminating alternately,
In (a), the silicon carbonitride layer having a thickness of several atomic layers is formed, and in (b), the boronitride layer having a thickness of less than one atomic layer is formed, or in (a) A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the silicon carbonitride layer having a thickness of less than one atomic layer is formed, and the boronitride layer having a thickness of several atomic layers is formed in (b) .
前記処理容器内の基板に対してシリコン含有ガスを供給するシリコン含有ガス供給系と、
前記処理容器内の基板に対して炭素含有ガスを供給する炭素含有ガス供給系と、
前記処理容器内の基板に対して窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、
前記処理容器内の基板に対して硼素含有ガスを供給する硼素含有ガス供給系と、
前記処理容器内において、(a)基板に対して前記シリコン含有ガスを供給することで、シリコン含有層を形成する処理と、前記基板に対して前記炭素含有ガスを供給することで、前記シリコン含有層の上に炭素含有層を形成してシリコンおよび炭素を含む層を形成する処理と、前記基板に対して前記窒素含有ガスを供給することで、前記シリコンおよび炭素を含む層を窒化する処理と、を1セットとしてこのセットを所定回数行うことで、シリコン炭窒化層を形成する処理と、(b)前記基板に対して前記硼素含有ガスを供給することで、硼素含有層を形成する処理と、前記基板に対して前記窒素含有ガスを供給することで、前記硼素含有層を窒化する処理と、を1セットとしてこのセットを所定回数行うことで、硼窒化層を形成する処理と、を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記シリコン炭窒化層と、前記硼窒化層と、が交互に積層されてなるシリコン硼炭窒化膜を形成する処理を行わせ、前記(a)において数原子層の厚さの前記シリコン炭窒化層を形成し、前記(b)において1原子層未満の厚さの前記硼窒化層を形成するか、もしくは、前記(a)において1原子層未満の厚さの前記シリコン炭窒化層を形成し、前記(b)において数原子層の厚さの前記硼窒化層を形成する処理を行わせるように、前記シリコン含有ガス供給系、前記炭素含有ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系および前記硼素含有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 silicon-containing gas supply system configured to supply a silicon containing gas to the substrate in the processing chamber;
A carbon-containing gas supply system for supplying a carbon-containing gas to the substrate in the processing container;
A nitrogen-containing gas supply system for supplying a nitrogen-containing gas to the substrate in the processing vessel;
A boron-containing gas supply system for supplying a boron-containing gas to the substrate in the processing vessel;
In the processing container , (a) the silicon- containing gas is supplied to the substrate to form a silicon-containing layer, and the carbon-containing gas is supplied to the substrate. A process of forming a layer containing silicon and carbon by forming a carbon-containing layer on the layer, and a process of nitriding the layer containing silicon and carbon by supplying the nitrogen-containing gas to the substrate by performing the set predetermined number of times as one set, a process of forming the silicon carbonitride layer, by supplying the boron-containing gas to (b) the substrate, a process of forming a boron-containing layer , by supplying the nitrogen-containing gas to the substrate, a process of nitriding the boron-containing layer, this set by performing a predetermined number of times as one set, the process for forming a boronitride layer The By repeating alternately, on the substrate, and the silicon carbonitride layer, said boronitride layer, but to perform the process of forming a silicon boron carbon nitride film formed by laminating alternately, the (a) The silicon carbonitride layer having a thickness of several atomic layers is formed in (b), and the boronitride layer having a thickness of less than one atomic layer is formed in (b), or less than one atomic layer in (a). The silicon- containing gas supply system, the carbon-containing gas, so as to cause the silicon carbonitriding layer having a thickness of 5 mm to be formed and the boronitriding layer having a thickness of several atomic layers to be formed in (b) are performed. A controller configured to control a supply system, the nitrogen-containing gas supply system, and the boron-containing gas supply system;
A substrate processing apparatus.
(a)基板に対してシリコン含有ガスを供給することで、シリコン含有層を形成する手順と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給することで、前記シリコン含有層の上に炭素含有層を形成してシリコンおよび炭素を含む層を形成する手順と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給することで、前記シリコンおよび炭素を含む層を窒化する手順と、を1セットとしてこのセットを所定回数行うことで、シリコン炭窒化層を形成する手順と、
(b)前記基板に対して硼素含有ガスを供給することで、硼素含有層を形成する手順と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給することで、前記硼素含有層を窒化する手順と、を1セットとしてこのセットを所定回数行うことで、硼窒化層を形成する手順と、
を交互に繰り返すことで、前記基板上に、前記シリコン炭窒化層と、前記硼窒化層と、が交互に積層されてなるシリコン硼炭窒化膜を形成する手順と、
前記(a)において数原子層の厚さの前記シリコン炭窒化層を形成し、前記(b)において1原子層未満の厚さの前記硼窒化層を形成するか、もしくは、前記(a)において1原子層未満の厚さの前記シリコン炭窒化層を形成し、前記(b)において数原子層の厚さの前記硼窒化層を形成する処理を行わせる手順と、
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。 In the processing container of the substrate processing apparatus,
(A) A procedure for forming a silicon-containing layer by supplying a silicon- containing gas to the substrate, and a carbon-containing layer on the silicon-containing layer by supplying a carbon-containing gas to the substrate. The set includes a step of forming a layer containing silicon and carbon and a step of nitriding the layer containing silicon and carbon by supplying a nitrogen-containing gas to the substrate. By performing the number of times, a procedure for forming a silicon carbonitride layer,
(B) a step of forming a boron-containing layer by supplying a boron-containing gas to the substrate ; and a step of nitriding the boron-containing layer by supplying a nitrogen-containing gas to the substrate ; A procedure for forming a boronitride layer by performing this set a predetermined number of times as one set ,
By repeating alternately on the substrate, and the silicon carbonitride layer, said boronitride layer, but the procedure for forming a silicon boron carbon nitride film formed by laminating alternately,
In (a), the silicon carbonitride layer having a thickness of several atomic layers is formed, and in (b), the boronitride layer having a thickness of less than one atomic layer is formed, or in (a) A step of forming the silicon carbonitride layer having a thickness of less than 1 atomic layer and performing the process of forming the boronitride layer having a thickness of several atomic layers in (b);
Accordingly to a computer program to be executed by the substrate processing apparatus.
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