JP6254848B2 - 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む第1の膜を形成する工程と、
少なくとも硼素および窒素を含み、窒素に対する硼素の含有比率が前記第1の膜における窒素に対する硼素の含有比率とは異なる第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、前記基板上に、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のガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して硼素含有ガスを供給する第2のガス供給系と、
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3のガス供給系と、
少なくとも所定元素、硼素および窒素を含む第1の膜を形成する処理と、少なくとも硼素および窒素を含み、窒素に対する硼素の含有比率が前記第1の膜における窒素に対する硼素の含有比率とは異なる第2の膜を形成する処理と、を含むサイクルを、前記処理室内で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のガス供給系、前記第2のガス供給系および前記第3の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が提供される。
少なくとも所定元素、硼素および窒素を含む第1の膜を形成する手順と、
少なくとも硼素および窒素を含み、窒素に対する硼素の含有比率が前記第1の膜における窒素に対する硼素の含有比率とは異なる第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。
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。バッファ室237は、反応管203の内壁とウエハ200との間における円環状の空間に、また、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おり、ウエハ200に向けてガスを供給することが可能となっている。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。
化合物とも言える。アルキルボラジン化合物は、アルキル基を含むボラジン化合物であり、アルキル基を有機リガンドとして含むボラジン化合物とも言える。アルキルボラジン化合物は、ボラジンに含まれる6つのHのうち少なくともいずれかを、1つ以上のCを含む炭化水素で置換したものであり、図14(b)に示す化学構造式で表すことができる。ここで、図14(b)に示す化学構造式中のR1〜R6は、Hであるか、あるいは1〜4つのCを含むアルキル基である。R1〜R6は同じ種類のアルキル基であってもよいし、異なる種類のアルキル基であってもよい。但し、R1〜R6は、その全てがHである場合を除く。アルキルボラジン化合物は、ボラジン環を構成するボラジン環骨格を有し、B、N、HおよびCを含む物質とも言える。また、アルキルボラジン化合物は、ボラジン環骨格を有しアルキルリガンドを含む物質とも言える。なお、R1〜R6は、Hであるか、あるいは1〜4つのCを含むアルケニル基、アルキニル基であってもよい。R1〜R6は同じ種類のアルケニル基、アルキニル基であってもよいし、異なる種類のアルケニル基、アルキニル基であってもよい。但し、R1〜R6は、その全てがHである場合を除く。
ガスのことである。アミン系ガスは、エチルアミン、メチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン等のアミンを含む。アミンとは、アンモニア(NH3)のHをアルキル基等の炭化水素基で置換した形の化合物の総称である。アミンは、Cを含むリガンド、すなわち、有機リガンドとして、アルキル基等の炭化水素基を含む。アミン系ガスは、C、NおよびHの3元素を含んでおり、Siを含んでいないことからSi非含有のガスとも言え、Siおよび金属を含んでいないことからSiおよび金属非含有のガスとも言える。アミン系ガスは、C、NおよびHの3元素のみで構成される物質とも言える。アミン系ガスは、後述する基板処理工程において、Nソースとしても作用し、Cソースとしても作用する。本明細書において「アミン」という言葉を用いた場合は、「液体状態であるアミン」を意味する場合、「気体状態であるアミン系ガス」を意味する場合、または、その両方を意味する場合がある。
系と称することもできる。ガス供給管232bのガス供給管232fとの接続部よりも下流側、ノズル249bをボラジン系ガス供給系に含めて考えてもよい。ボラジン系ガス供給系を、有機ボラジン系ガス供給系、或いは、ボラジン化合物供給系と称することもできる。また、上述したように、ボラジン系ガスは、アミン系ガス等と同様にNおよびCを含むガスでもある。そのため、ボラジン系ガス供給系を、後述する窒素および炭素を含むガス供給系に含めて考えることもできる。
う。電極保護管275の内部にN2ガスなどの不活性ガスを充填しておくか、不活性ガスパージ機構を用いて電極保護管275の内部をN2ガスなどの不活性ガスでパージすることで、電極保護管275の内部の酸素濃度を低減させ、棒状電極269,270の酸化を防止することができる。
tral 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。
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を含む第1の膜を形成する工程と、
少なくともBおよびNを含み、Nに対するBの含有比率(B含有量/N含有量、以下、B/N比ともいう)が第1の膜におけるB/N比とは異なる第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NおよびCを含むガスとしてTEA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、Si、B、CおよびNを含む膜であるシリコン硼炭窒化膜(SiBCN膜)を形成する。
ウエハ200に対して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NおよびCを含むガスとしてTEAガスを供給する工程と、
を含む第2のセットを所定回数(m2回)行うことで、第2の膜として、B、CおよびNを含む膜である硼炭窒化膜(BCN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243hを開き、ガス供給管232h内にN2ガスを流す。N2ガスは、MFC241h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。
0℃以上とすることで、これを解消することが可能となる。ウエハ200の温度を300℃以上、さらには350℃以上とすることで、ウエハ200上にHCDSをより十分に吸着させることが可能となり、より十分な成膜速度が得られるようになる。
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2,3での改質反応の作用を相対的に高めることができ、ステップ2,3での改質反応に要する時間を短縮することができる。ステップ1での第1の層の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、第1の層の厚さを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。
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243h〜243k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。
の厚さのB含有層、すなわち、不連続なB含有層が形成される。B含有層は、多くの場合、Clを含む。B含有層は、B層であってもよいし、BCl3ガスの化学吸着層であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。また、条件によっては、B含有層は、第1の層とBCl3ガスとが反応し、第1の層の少なくとも一部が硼化(改質)されることで形成されたSiB層を含んでいてもよい。第1の層の上にB含有層が形成されるか、第1の層が改質されることで、ウエハ200上に、SiおよびBを含む第2の層が形成されることとなる。BCl3ガスは非ボラジン系の硼素含有ガスであるため、第2の層は、ボラジン環骨格非含有の層となる。BCl3ガスは、ノンプラズマで熱的に活性化させて供給した方が、上述の反応をソフトに進行させることができ、第2の層の形成が容易となる。
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。
(TEA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に対してTEAガスを供給する。
こととなる。これにより、第3の層は、第2の層に比べてCl等の不純物が少ない層となる。
第3の層が形成された後、バルブ243dを閉じ、TEA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。
のが好ましい。
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SiBCN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SiBCN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。
(BCl3ガス供給)
上述のステップ2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BCl3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、SiBCN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B含有層、好ましくは1原子層未満の厚さのB含有層が形成される。B含有層は、多くの場合、Clを含む。B含有層は、B層であってもよいし、BCl3ガスの化学吸着層であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。B含有層、すなわち、第4の層は、ボラジン環骨格非含有の層となる。BCl3ガスは、ノンプラズマで熱的に活性化させて供給した方が、第4の層の形成が容易となる。これらの点は、ステップ2と同様である。
第4の層が形成された後、ステップ2と同様の処理手順により、BCl3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
BCl3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2と同様である。
(TEAガス供給)
上述のステップ3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TEAガスを供給する。これにより、第1の膜上に形成された第4の層とTEAガスとを反応させ、第4の層を改質させることができる。このとき、TEAガスに含まれていたN成分およびC成分を第4の層に付加することで、第1の膜、すなわち、SiBCN膜上に、B、CおよびNを含む第5の層、すなわち、BCN層が形成されることとなる。第5の層は、ボラジン環骨格非含有の層となる。
第5の層が形成された後、ステップ3と同様の処理手順により、TEA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5の層の形成に寄与した後のTEA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3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、第1の膜、すなわち、SiBCN膜上に、第2の膜として、所定組成および所定膜厚のBCN膜を形成することができる。第2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。
述の処理条件範囲内の高い圧力、例えば、ステップ3における処理室201内の圧力よりも高い圧力に設定したりすることで、第2の膜におけるB/N比を、第1の膜におけるB/N比よりも小さく(低く)することが可能となる。
となる。すなわち、NおよびCを含むガスの種類をステップ3とステップ5とで異ならせることで、第2の膜におけるC/N比を、第1の膜におけるC/N比よりも大きくしたり、小さくしたりすることが可能となる。例えば、ステップ3でTEAガス(C/N比=6/1)を用い、ステップ5でTPAガス(C/N比=9/1)を用いることで、第2の膜におけるC/N比を、第1の膜におけるC/N比よりも大きくすることが可能となる。また例えば、ステップ3でTEAガスを用い、ステップ5でDEAガス(C/N比=4/1)を用いることで、第2の膜におけるC/N比を、第1の膜におけるC/N比よりも小さくすることが可能となる。
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、第1の膜(SiBCN膜)と、B/N比が第1の膜のB/N比とは異なる第2の膜(BCN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、Si、B、CおよびNを含み、ボラジン環骨格非含有の膜となる。
バルブ243h〜243kを開き、ガス供給管232h〜232k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。
ば、最終的に形成されるSiBCN膜におけるC/N比を、第1の膜のC/N比と第2の膜のC/N比との間の任意の比率とするように制御することが可能となる。
互いに近接した膜とすることが可能となる。というのも、HCDSガスが自己分解しない条件下で第1の層を形成する際、HCDSガス分子に含まれる2つのSiは、互いに近接した状態を保ったままウエハ200(表面の下地膜)上に吸着することとなる。また、HCDSガスが自己分解する条件下で第1の層を形成する際、HCDSガス分子に含まれる2つのSiは、互いに近接した状態を保ったままウエハ200上に堆積する傾向が強くなる。このように、HCDSガスのような1分子中に2つのSiを含むガスを用いることで、ジクロロシラン(SiH2Cl2、略称:DCS)ガスのような1分子中に1つのSiしか有さないガスを用いる場合と比べ、第1の層中に含まれるSi同士を互いに近接した状態とすることが可能となる。結果として、第1の膜や第2の膜、つまり、最終的に形成されるSiBCN膜を、膜中のSi同士が互いに近接した膜とすることが可能となる。これにより、膜のHF耐性を向上させることも可能となる。
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、ステップ5で、TEAガスの代わりに、TMBガスなどのボラジン環骨格を含むガスを供給するようにしてもよい。すなわち、BCl3ガスを供給するステップ4の後に、TMBガスなどのボラジン系ガスを供給するステップを行うようにしてもよい。上述したように、ボラジン系ガスは、Bソースとして作用するだけでなく、アミン系ガスなどと同様、Nソース、Cソースとしても作用する。
含まれるB成分を添加することが可能となる。このように、第2の膜を形成する際に2種類のBソース(ダブルボロンソース)を用いることで、図4(a)に示す成膜シーケンスよりも、第2の膜中のB濃度を高めることが可能となる。結果として、最終的に形成されるSiBCN膜中のB濃度を高くすることができ、この膜を、Bリッチな膜とすることができる。
ことが可能となる。結果として、最終的に形成されるSiBCN膜の表面ラフネスの低下をさらに抑制することが可能となる。
図4(b)に示すように、第2の膜の形成を先に行った後、第1の膜の形成を行うようにしてもよい。また、第1の膜を形成する際、BCl3ガスを供給するステップ2およびTEAガスを供給するステップ3を行わず、代わりに、TMBガスなどのボラジン環骨格を含むガスを供給するステップを行うようにしてもよい。すなわち、HCDSガスを供給するステップ1の後に、TMBガスなどのボラジン系ガスを供給するステップを行うようにしてもよい。上述したように、ボラジン系ガスは、Bソース、Nソース、Cソースとして作用する。また、この場合、第1の膜は、後述するようにボラジン環骨格を含むSiBCN膜となる。そのため、ボラジン環骨格非含有の第2の膜の形成を先に行った後、第1の膜の形成を行うようにするとよい。
図5(a)に示すように、第2の膜を形成する際、ステップ5で、TEAガスの代わりに、NH3ガスなどの窒素含有ガスを供給するようにしてもよい。すなわち、BCl3ガスを供給するステップ4の後に行うステップ5で、窒素含有ガスとして、例えば、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ガスを供給するようにしてもよい。
。
図5(b)に示すように、変形例2,3を組み合わせるようにしてもよい。すなわち、第2の膜としてボラジン環骨格非含有のBN膜を先に形成し、この第2の膜上に、第1の膜としてボラジン環骨格を含むSiBCN膜を形成するようにしてもよい。この変形例において、積層膜を構成する各膜(第1の膜、第2の膜)の形成は、例えば、変形例2,3に記載の処理手順、処理条件で行う。この変形例によれば、図4(a)に示す成膜シーケンス、および、変形例2,3と同様の効果を奏する。
図6(a)に示すように、上述のサイクルは、少なくともBおよびNを含み、B/N比が、第1の膜におけるB/N比、および、第2の膜におけるB/N比とはそれぞれ異なる第3の膜を形成する工程をさらに有していてもよい。そして、このサイクルを所定回数行うことで、第1の膜、第2の膜および第3の膜が積層されてなる積層膜(ナノラミネート膜)を形成してもよい。
とを反応させ、第6の層を改質させることができる。このとき、DEAガスに含まれていたN成分およびC成分を第6の層に付加することで、第2の膜、すなわち、BCN膜上に、B、CおよびNを含む第7の層、すなわち、BCN層が形成される。第7の層は、ボラジン環骨格非含有の層となる。
れるSiBCN膜の膜中のB濃度、C濃度およびN濃度のうち少なくともいずれかを、さらにきめ細かく微調整することが可能となる。
上述の変形例5と、変形例1〜4とは、任意に組み合わせることが可能である。
CN膜を形成し、HCDSガス、TMBガスを用いてボラジン環骨格を含むSiBCN膜を形成し、これらの膜をこの順にナノレベルで積層するサイクルを所定回数行うことで、ウエハ200上に積層膜を形成するようにしてもよい(変形例13)。
図4(a)に示す成膜シーケンスや上述の各変形例では、積層膜を構成する各膜を形成する際に、NH3ガスなどの窒素含有ガスを供給するステップを、例えば、BCl3ガスを供給するステップ、TEAガスを供給するステップの後に行うようにしてもよい。例えば、HCDSガス、BCl3ガス、TEAガスを用いて形成したSiBCN層に対し、NH3ガスを供給するようにしてもよい(変形例19)。また、例えば、BCl3ガス、TEAガスを用いて形成したBCN層に対し、NH3ガスを供給するようにしてもよい(変形例20)。図10は、図6(a)に示す変形例5において第2の膜を形成する際に、NH3ガスを供給するステップを、BCl3ガスを供給するステップ、TEAガスを供給す
るステップの後に行う例、すなわち、変形例20の一例を示している。
なる。また、例えば、第1の膜としてSiBN膜を形成し、第2の膜(第3の膜)としてBN膜を形成することで、最終的に形成する積層膜を、SiBN膜とすることも可能となる。また、これらの変形例によれば、上述の条件下でNH3ガスを供給することで、積層膜を構成する各膜からCl等の不純物を脱離させることができ、最終的に形成するSiBCN膜やSiBN膜の不純物濃度を低減させ、膜のHF耐性を向上させることが可能となる。
図4(a)に示す成膜シーケンスや上述の各変形例では、TEAガスなどのNおよびCを含むガスを供給するステップの代わりに、C3H6ガスなどの炭素含有ガスを供給するステップと、NH3ガスなどの窒素含有ガスを供給するステップと、を行うようにしてもよい。図12は、図4(b)に示す変形例2において第2の膜、すなわち、BCN膜を形成する際に、TEAガスを供給するステップを行わず、C3H6ガスを供給するステップと、NH3ガスを供給するステップとを、この順に行う例を示している。
図4(a)に示す成膜シーケンスや上述の各変形例では、C3H6ガスを供給するステップを、BCl3ガスを供給するステップ、TMBガスを供給するステップ、TEAガス
を供給するステップ、HCDSガスを供給するステップ、NH3ガスを供給するステップのうち少なくともいずれかのステップと同時に行うようにしてもよい。図13は、図4(a)に示す成膜シーケンスにおいて、C3H6ガスを供給するステップを、TEAガスを供給するステップ3,5とそれぞれ同時に行う例を示している。
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。
ンスにより成膜を行うことができる。
基を含む原料ガスや、モリブデンペンタフルオライド(MoF5)等のMoおよびフルオロ基を含む原料ガスを用いることができる。ボラン系ガスやボラジン系ガスなどの硼素含有ガス、NおよびCを含むガス、窒素含有ガス、炭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。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。
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
および窒素を含む第1の膜を形成する工程と、
少なくとも硼素および窒素を含み、窒素に対する硼素の含有比率が前記第1の膜における窒素に対する硼素の含有比率とは異なる第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、前記基板上に、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、
前記サイクルは、少なくとも硼素および窒素を含み、窒素に対する硼素の含有比率が、前記第1の膜における窒素に対する硼素の含有比率、および、前記第2の膜における窒素に対する硼素の含有比率とはそれぞれ異なる第3の膜を形成する工程をさらに有し、
前記サイクルを所定回数(n回)行うことで、前記基板上に、前記第1の膜、前記第2の膜および前記第3の膜が積層されてなる積層膜を形成する。
付記1または2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1または2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、
前記基板に対して硼素含有ガスを供給する工程と、
前記基板に対して窒素および炭素を含むガスを供給する工程と、
前記基板に対して窒素含有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1または2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5に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1のセットは、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程をさらに含む。
付記3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。
る工程を、前記ボラジン環骨格を含むガスを供給する工程と同時または非同時に行う。
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2の膜(前記第3の膜)を形成する工程では、
前記基板に対して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2のセット(第3のセット)を所定回数(m2回(m3回))行う。
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2の膜(前記第3の膜)を形成する工程では、
前記基板に対して硼素含有ガスを供給する工程と、
前記基板に対して窒素および炭素を含むガスを供給する工程と、
前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、
を含む第2のセット(第3のセット)を所定回数(m2回(m3回))行う。
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2の膜(前記第3の膜)を形成する工程では、
前記基板に対して硼素含有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(第3のセット)を所定回数(m2回(m3回))行う。
付記10に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2のセット(第3のセット)は、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程をさらに含む。
付記8乃至11のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第2のセット(第3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12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(前記第1の膜、前記第2の膜および前記第3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13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(前記第1のセット、前記第2のセットおよび第3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14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(前記第1の膜と前記第2の膜と前記第3の膜)とがナノレベルで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15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、最初に形成する層を、ボラジン環骨格非含有の膜とする。すなわち、前記積層膜の最下部を、ボラジン環骨格非含有の膜により構成する。
付記1乃至16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、最後に形成する層を、ボラジン環骨格非含有の膜とする。すなわち、前記積層膜の最上部を、ボラジン環骨格非含有の膜により構成する。
本発明の他の態様によれば、
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のガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して硼素含有ガスを供給する第2のガス供給系と、
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3のガス供給系と、
少なくとも所定元素、硼素および窒素を含む第1の膜を形成する処理と、少なくとも硼素および窒素を含み、窒素に対する硼素の含有比率が前記第1の膜における窒素に対する硼素の含有比率とは異なる第2の膜を形成する処理と、を含むサイクルを、前記処理室内で所定回数(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のガス供給系、前記第2のガス供給系および前記第3の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む第1の膜を形成する手順と、
少なくとも硼素および窒素を含み、窒素に対する硼素の含有比率が前記第1の膜における窒素に対する硼素の含有比率とは異なる第2の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〜232k ガス供給管
Claims (11)
- 少なくとも所定元素、硼素および窒素を含む第1の膜を形成する工程と、
少なくとも硼素および窒素を含み、窒素に対する硼素の含有比率が前記第1の膜における窒素に対する硼素の含有比率とは異なる第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し、
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、
を非同時に行う第1のセットを所定回数行い、
前記第2の膜を形成する工程では、
前記基板に対して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、
を非同時に行う第2のセットを所定回数行う半導体装置の製造方法。 - 前記積層膜を形成する工程では、
前記第1の膜を形成する工程と前記第2の膜を形成する工程とを交互に複数回行う請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1の膜および前記第2の膜の厚さをそれぞれ0.1nm以上5nm以下とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記サイクルは、少なくとも硼素および窒素を含み、窒素に対する硼素の含有比率が、前記第1の膜における窒素に対する硼素の含有比率、および、前記第2の膜における窒素に対する硼素の含有比率のいずれとも異なる第3の膜を形成する工程をさらに含み、
前記積層膜は、前記第1の膜、前記第2の膜および前記第3の膜が積層されてなる積層膜である請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の膜を形成する工程における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では、
前記基板に対して、前記窒素および炭素を含むガスとしてボラジン環骨格を含むガスを供給する請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 少なくとも所定元素、硼素および窒素を含む第1の膜を形成する工程と、
少なくとも硼素および窒素を含み、窒素に対する硼素の含有比率が前記第1の膜における窒素に対する硼素の含有比率とは異なる第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し、
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を含むガスを供給する工程と、
を非同時に行う第1のセットを所定回数行い、
前記第2の膜を形成する工程では、
前記基板に対して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、
を非同時に行う第2のセットを所定回数行う半導体装置の製造方法。 - 前記サイクルを所定回数行う際、前記第1の膜はボラジン環骨格を含む膜とし、前記第2の膜はボラジン環骨格非含有の膜とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記サイクルを所定回数行う際、最初に形成する膜または最後に形成する膜の少なくともいずれかを前記第2の膜とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記サイクルは、少なくとも硼素および窒素を含み、窒素に対する硼素の含有比率が、前記第1の膜における窒素に対する硼素の含有比率、および、前記第2の膜における窒素に対する硼素の含有比率のいずれとも異なる第3の膜を形成する工程をさらに含み、
前記積層膜は、前記第1の膜、前記第2の膜および前記第3の膜が積層されてなる積層膜である、請求項6〜8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のガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して硼素含有ガスを供給する第2のガス供給系と、
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3のガス供給系と、
少なくとも所定元素、硼素および窒素を含む第1の膜を形成する処理と、少なくとも硼素および窒素を含み、窒素に対する硼素の含有比率が前記第1の膜における窒素に対する硼素の含有比率とは異なる第2の膜を形成する処理と、を含むサイクルを、前記処理室内で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い、前記第1の膜を形成する処理では、前記基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記硼素含有ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記窒素含有ガス、または、前記窒素および炭素を含むガスを供給する処理と、を非同時に行う第1のセットを所定回数行い、前記第2の膜を形成する処理では、前記基板に対して前記硼素含有ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記窒素含有ガス、または、前記窒素および炭素を含むガスを供給する処理と、を非同時に行う第2のセットを所定回数行うように、前記第1のガス供給系、前記第2のガス供給系および前記第3の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。 - 少なくとも所定元素、硼素および窒素を含む第1の膜を形成する手順と、
少なくとも硼素および窒素を含み、窒素に対する硼素の含有比率が前記第1の膜における窒素に対する硼素の含有比率とは異なる第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含む手順であって、
前記第1の膜を形成する手順では、
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手順と、
前記基板に対して硼素含有ガスを供給する手順と、
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手順と、
を非同時に行う第1のセットを所定回数行い、
前記第2の膜を形成する手順では、
前記基板に対して前記硼素含有ガスを供給する手順と、
前記基板に対して前記窒素含有ガス、または、前記窒素および炭素を含むガスを供給する手順と、
を非同時に行う第2のセットを所定回数行う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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