JP6247095B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents
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Description
少なくとも所定元素、硼素および窒素を含み、ボラジン環骨格非含有の第1の膜を形成する工程と、
少なくとも前記所定元素およびボラジン環骨格を含む第2の膜を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に、前記第1の膜と前記第2の膜とが積層されてなる積層膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する第1ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対してボラジン環骨格非含有の硼素含有ガスを供給する第2ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対してボラジン環骨格を含むガスを供給する第3ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒素含有ガスを供給する第4ガス供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内の圧力を調整する圧力調整部と、
少なくとも前記所定元素、硼素および窒素を含み、ボラジン環骨格非含有の第1の膜を形成する処理と、少なくとも前記所定元素およびボラジン環骨格を含む第2の膜を形成する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記処理室内の基板上に、前記第1の膜と前記第2の膜とが積層されてなる積層膜を形成する処理を行うように、前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系、前記第3ガス供給系、前記第4ガス供給系、前記ヒータおよび前記圧力調整部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が提供される。
少なくとも所定元素、硼素および窒素を含み、ボラジン環骨格非含有の第1の膜を形成する手順と、
少なくとも前記所定元素およびボラジン環骨格を含む第2の膜を形成する手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に、前記第1の膜と前記第2の膜とが積層されてなる積層膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図3を用いて説明する。
図1に示すように、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。ヒータ207は、後述するようにガスを熱で活性化(励起)させる活性化機構(励起部)としても機能する。
上述の基板処理装置を用い、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に薄膜を形成するシーケンス例について、図4(a)を用いて説明する。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。
少なくともSi、BおよびNを含み、ボラジン環骨格非含有の第1の膜を形成する工程と、
少なくともSiおよびボラジン環骨格を含む第2の膜を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数(n回)行うことで、基板としてのウエハ200上に、第1の膜と第2の膜とが積層されてなる積層膜を形成する。
ウエハ200に対してSiを含む原料ガスとしてHCDSガスを供給する工程と、
ウエハ200に対してボラジン環骨格非含有の硼素含有ガスとしてBCl3ガスを供給する工程と、
ウエハ200に対して窒素含有ガスとしてNH3ガスを供給する工程と、
を含む第1のセットを所定回数(m1回)行うことで、第1の膜として、ボラジン環骨格非含有のシリコン硼窒化膜(SiBN膜)を形成する。
ウエハ200に対してSiを含む原料ガスとしてHCDSガスを供給する工程と、
ウエハ200に対してボラジン環骨格を含むガスとしてTMBガスを供給する工程と、
を含む第2のセットを、TMBガスにおけるボラジン環骨格が保持される条件下で所定回数(m2回)行うことで、第2の膜として、ボラジン環骨格を含むシリコン硼炭窒化膜(SiBCN膜)を形成する。
複数のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)される。その後、図1に示すように、複数のウエハ200を支持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内に搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219は、Oリング220を介して反応管203の下端をシールした状態となる。
処理室201内の圧力、すなわち、ウエハ200が存在する空間の圧力が所望の圧力(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。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内のウエハ200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。ヒータ207による処理室201内の加熱は、少なくともウエハ200に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。また、回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転を開始する。回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転は、少なくとも、ウエハ200に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
その後、次の3つのステップ、すなわち、ステップ1〜3を順次実行する。
(HCDSガス供給)
バルブ243aを開き、ガス供給管232a内にHCDSガスを流す。HCDSガスは、MFC241aにより流量調整され、ガス供給孔250aから処理室201内へ供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してHCDSガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ243gを開き、ガス供給管232g内にN2ガスを流す。N2ガスは、MFC241gにより流量調整され、HCDS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。
第1の層が形成された後、バルブ243aを閉じ、HCDSガスの供給を停止する。このとき、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第1の層の形成に寄与した後のHCDSガスを処理室201内から排除する。このとき、バルブ243g〜243j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。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留するガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。
(BCl3ガス供給)
ステップ1が終了した後、処理室201内のウエハ200に対してBCl3ガスを供給する。
第2の層が形成された後、バルブ243bを閉じ、BCl3ガスの供給を停止する。そして、ステップ1と同様の処理手順により、処理室201内に残留する未反応もしくは第2の層の形成に寄与した後のBCl3ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。このとき、処理室201内に残留するガス等を完全に排除しなくてもよい点は、ステップ1と同様である。
(NH3ガス供給)
ステップ2が終了した後、処理室201内のウエハ200に対し、熱で活性化させたNH3ガス、または、プラズマで活性化させたNH3ガスを供給する。
第3の層が形成された後、バルブ243cを閉じ、NH3ガスの供給を停止する。また、NH3ガスをプラズマで活性化させて供給していた場合、棒状電極269,270間への高周波電力の印加を停止する。そして、ステップ1と同様の処理手順により、処理室201内に残留する未反応もしくは第3の層の形成に寄与した後のNH3ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。このとき、処理室201内に残留するガス等を完全に排除しなくてもよい点は、ステップ1と同様である。
上述したステップ1〜3を1セット(第1のセット)として、このセットを所定回数(m1回)行うことにより、ウエハ200上に、第1の膜として、所定組成および所定膜厚のSiBN膜を形成することができる。第1の膜は、ボラジン環骨格非含有の膜、すなわち、非ポーラス状の膜となる。このとき、第1の膜の膜厚が、例えば0.1nm以上5nm以下、好ましくは0.1nm以上1nm以下の膜厚となるように、第1のセットの実施回数を制御する。第1のセットは、例えば1回以上50回以下、好ましくは1回以上10回以下の範囲内で、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、第1のセットを1回行う際に形成されるSiBN層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第1の膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、第1のセットを複数回繰り返すのが好ましい。
その後、次の2つのステップ、すなわち、ステップ4,5を順次実行する。
(HCDSガス供給)
上述のステップ1と同様の処理手順、処理条件により、処理室201内のウエハ200に対してHCDSガスを供給する。これにより、ウエハ200上に形成された第1の膜、すなわち、ボラジン環骨格非含有のSiBN膜上に、第4の層として、例えば、1原子層未満から数原子層程度の厚さのClを含むSi含有層が形成される。
第4の層が形成された後、ステップ1と同様の処理手順により、HCDSガスの供給を停止し、また、処理室201内に残留する未反応もしくは第4の層の形成に寄与した後のHCDSガスを処理室201内から排除する。このとき、処理室201内に残留するガスを完全に排除しなくてもよい点は、ステップ1と同様である。
(TMBガス供給)
ステップ4が終了した後、処理室201内のウエハ200に対してTMBガスを供給する。
第5の層が形成された後、バルブ243fを閉じ、TMBガスの供給を停止する。そして、ステップ1と同様の処理手順により、処理室201内に残留する未反応もしくは第5の層の形成に寄与した後のTMBガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。このとき、処理室201内に残留するガス等を完全に排除しなくてもよい点は、ステップ1と同様である。
上述したステップ4,5を1セット(第2のセット)として、このセットを所定回数(m2回)行うことにより、すなわち、ステップ4,5を交互に1回以上行うことにより、ボラジン環骨格非含有のSiBN膜(第1の膜)上に、第2の膜として、所定組成および所定膜厚のボラジン環骨格を含むSiBCN膜を形成することができる。第2の膜は、ボラジン環骨格を含有することからポーラス状の膜となる。第2の膜は、Si、Cおよびボラジン環骨格を含む薄膜ともいえる。このとき、第2の膜の膜厚が、例えば0.1nm以上5nm以下、好ましくは0.1nm以上1nm以下の膜厚となるように、第2のセットの実施回数を制御する。第2のセットは、例えば1回以上50回以下、好ましくは1回以上10回以下の範囲内で、複数回繰り返すのが好ましい点は、第1の膜形成工程と同様である。
上述した第1の膜形成工程と第2の膜形成工程とを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、すなわち、第1の膜形成工程と第2の膜形成工程とを交互に1回以上行うことにより、ウエハ200上に、ボラジン環骨格非含有のSiBN膜(第1の膜)と、ボラジン環骨格を含むSiBCN膜(第2の膜)とが、ナノレベルで交互に積層されてなる積層膜(以下、ナノラミネート膜ともいう)を形成することができる。この積層膜は、膜全体としてはボラジン環骨格を含み、Si、B、CおよびNを含む膜、すなわち、ボラジン環骨格を含むSiBCN膜となる。
バルブ243g〜243jを開き、ガス供給管232g〜232jのそれぞれからN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。N2ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室201内がパージされ、処理室201内に残留するガスや反応副生成物が処理室201内から除去される(パージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され(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)。
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、反応管203の下端が開口される。そして、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の外部に搬出される(ボートアンロード)。処理済のウエハ200は、ボート217より取出される(ウエハディスチャージ)。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
本実施形態における成膜シーケンスは、図4(a)に示す態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。
第2の膜を形成する際、ウエハ200に対して炭素含有ガスとして例えばC3H6ガスを供給するステップを、図4(b)に示す変形例のようなタイミングで行うようにしてもよい。すなわち、C3H6ガスを供給するステップを、TMBガスを供給するステップ5と同時に行うようにしてもよい。
第1の膜を形成する際、図5(a)に示すように、ステップ3で、NH3ガスの代わりに、NおよびCを含むガスとして例えばTEAガスを供給するようにしてもよい。
第1の膜を形成する際、ウエハ200に対して炭素含有ガスとして例えばC3H6ガスを供給するステップを、図5(b)に示す変形例のようなタイミングで行うようにしてもよい。すなわち、C3H6ガスを供給するステップを、NH3ガスを供給するステップ3より先に行うようにしてもよい。つまり、ステップ2で形成した第2の層に対してNH3ガスを供給する前に、C3H6ガスを先に供給するようにしてもよい。C3H6ガスは第2の層の表面の少なくとも一部に吸着することとなる。このように、C3H6ガスを供給するステップを、NH3ガスを供給するステップ3と非同時に行うようにしてもよい。この場合、第1の膜としてSiBCN膜が形成されることとなる。
第2の膜を形成する際、ウエハ200に対して窒素含有ガスとして例えばNH3ガスを供給するステップを、図6(a)に示す変形例のようなタイミングで行うようにしてもよい。すなわち、NH3ガスを供給するステップを、TMBガスを供給するステップ5の後に行うようにしてもよい。つまり、ステップ5で形成した第5の層に対してNH3ガスを供給するようにしてもよい。
第2の膜を形成する際、ウエハ200に対してNおよびCを含むガスとして例えばTEAガスを供給するステップを、図6(b)に示す変形例のようなタイミングで行うようにしてもよい。すなわち、TEAガスを供給するステップを、TMBガスを供給するステップ5の後に行うようにしてもよい。つまり、ステップ5で形成した第5の層に対してTEAガスを供給するようにしてもよい。
図4(a)に示す成膜シーケンスや、上述の変形例1〜5の成膜シーケンスは、任意に組み合わせることが可能である。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、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。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
少なくとも所定元素、硼素および窒素を含み、ボラジン環骨格非含有の第1の膜を形成する工程と、
少なくとも前記所定元素およびボラジン環骨格を含む第2の膜(少なくとも前記所定元素、硼素および窒素を含み、ボラジン環骨格を含有する膜)を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数(n回)行うことで、基板上に、前記第1の膜と前記第2の膜とが積層されてなる積層膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法、および、基板処理方法が提供される。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1の膜を形成する工程では、
前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対してボラジン環骨格非含有の硼素含有ガスを供給する工程と、
前記基板に対して窒素含有ガス、または、窒素および炭素を含むガスを供給する工程と、
を含む第1のセットを所定回数(m1回)行う。
付記2に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1のセットは、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程をさらに含む。
付記1乃至3のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第2の膜を形成する工程では、
前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対してボラジン環骨格を含むガスを供給する工程と、
を含む第2のセットを、前記ボラジン環骨格を含むガスにおけるボラジン環骨格が保持される条件下で所定回数(m2回)行う。
付記4に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2のセットは、前記基板に対して窒素含有ガス、または、窒素および炭素を含むガスを供給する工程をさらに含む。
付記4または5に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2のセットは、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程をさらに含む。
付記1乃至6のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第1の膜および前記第2の膜の膜厚を、それぞれ0.1nm以上5nm以下、好ましくは0.1nm以上1nm以下の膜厚とする。
付記1乃至7のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第1のセットおよび前記第2のセットの実施回数を、それぞれ1回以上50回以下、好ましくは1回以上10回以下の回数とする。
付記1乃至8のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記積層膜は、前記第1の膜と前記第2の膜とがナノレベルで交互に積層されてなる積層膜(ナノラミネート膜)である。
付記1乃至9のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記サイクルを所定回数行う際、前記第1の膜の形成を前記第2の膜の形成よりも先に行う。つまり、前記第2の膜を形成する前に、その形成の下地として前記第1の膜を先に形成する。そして、先に形成した前記第1の膜の上に、前記第2の膜を形成する。すなわち、前記第1の膜と前記第2の膜とが積層されてなる積層膜の最下部を、前記第1の膜により構成する。
付記1乃至10のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記サイクルを所定回数行う際、前記第1の膜の形成を最後に行う。つまり、第2の膜を形成したら、その表面を第1の膜で覆う。すなわち、前記第1の膜と前記第2の膜とが積層されてなる積層膜の最上部を、前記第1の膜により構成する。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する第1ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対してボラジン環骨格非含有の硼素含有ガスを供給する第2ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対してボラジン環骨格を含むガスを供給する第3ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒素含有ガスを供給する第4ガス供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内の圧力を調整する圧力調整部と、
少なくとも前記所定元素、硼素および窒素を含み、ボラジン環骨格非含有の第1の膜を形成する処理と、少なくとも前記所定元素およびボラジン環骨格を含む第2の膜(少なくとも前記所定元素、硼素および窒素を含み、ボラジン環骨格を含有する膜)を形成する処理と、を含むサイクルを所定回数(n回)行うことで、前記処理室内の基板上に、前記第1の膜と前記第2の膜とが積層されてなる積層膜を形成する処理を行うように、前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系、前記第3ガス供給系、前記第4ガス供給系、前記ヒータおよび前記圧力調整部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が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
少なくとも所定元素、硼素および窒素を含み、ボラジン環骨格非含有の第1の膜を形成する手順と、
少なくとも前記所定元素およびボラジン環骨格を含む第2の膜(少なくとも前記所定元素、硼素および窒素を含み、ボラジン環骨格を含有する膜)を形成する手順と、
を含むサイクルを所定回数(n回)行うことで、基板上に、前記第1の膜と前記第2の膜とが積層されてなる積層膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラム、および、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
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〜232j ガス供給管
Claims (12)
- 少なくとも所定元素、硼素および窒素を含み、ボラジン環骨格非含有の第1の膜を形成する工程と、
少なくとも前記所定元素およびボラジン環骨格を含む第2の膜を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に、前記第1の膜と前記第2の膜とがそれぞれ0.1nm以上5nm以下の膜厚で積層されてなる積層膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法。 - 前記積層膜は、前記第1の膜と前記第2の膜とがそれぞれ0.1nm以上1nm以下の膜厚で積層されてなる積層膜である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の膜を形成する工程では、
前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対してボラジン環骨格非含有の硼素含有ガスを供給する工程と、
前記基板に対して窒素含有ガス、または、窒素および炭素を含むガスを供給する工程と、
を含む第1のセットを所定回数行う請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1のセットは、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程をさらに含む請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1のセットにおいて、前記基板に対して供給する前記ボラジン環骨格非含有の硼素含有ガスの流量と、前記基板に対して供給する前記窒素含有ガス、または、前記窒素および炭素を含むガスの流量との比率を調整することにより、前記積層膜に含まれる硼素成分と窒素成分との比率を制御する請求項3または4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の膜を形成する工程では、
前記基板に対して前記所定元素を含む原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対してボラジン環骨格を含むガスを供給する工程と、
を含む第2のセットを、前記ボラジン環骨格を含むガスにおけるボラジン環骨格が保持される条件下で所定回数行う請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2のセットは、前記基板に対して窒素含有ガス、または、窒素および炭素を含むガスを供給する工程をさらに含む請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2のセットは、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程をさらに含む請求項6または7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記積層膜の最下部を前記第1の膜により構成する請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記積層膜の最上部を前記第1の膜により構成する請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して所定元素を含む原料ガスを供給する第1ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対してボラジン環骨格非含有の硼素含有ガスを供給する第2ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対してボラジン環骨格を含むガスを供給する第3ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒素含有ガス、または、窒素および炭素を含むガスを供給する第4ガス供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内の圧力を調整する圧力調整部と、
少なくとも前記所定元素、硼素および窒素を含み、ボラジン環骨格非含有の第1の膜を形成する処理と、少なくとも前記所定元素およびボラジン環骨格を含む第2の膜を形成する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記処理室内の基板上に、前記第1の膜と前記第2の膜とがそれぞれ0.1nm以上5nm以下の膜厚で積層されてなる積層膜を形成する処理を行うように、前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系、前記第3ガス供給系、前記第4ガス供給系、前記ヒータおよび前記圧力調整部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。 - 少なくとも所定元素、硼素および窒素を含み、ボラジン環骨格非含有の第1の膜を形成する手順と、
少なくとも前記所定元素およびボラジン環骨格を含む第2の膜を形成する手順と、
を含むサイクルを所定回数行うことで、基板上に、前記第1の膜と前記第2の膜とがそれぞれ0.1nm以上5nm以下の膜厚で積層されてなる積層膜を形成する手順をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
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