JP6339236B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents
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Description
基板に対して原料を供給する工程と、前記基板に対してボラジン化合物を供給する工程と、を含むセットをm回(mは1以上の整数)行う工程と、
前記基板に対して酸化剤を供給する工程と、
を交互に行うサイクルをn回(nは1以上の整数)行うことで、前記基板上に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。
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。
基板としてのウエハ200に対して原料としてHCDSガスを供給するステップ1と、ウエハ200に対してボラジン化合物としてTMBガスを供給するステップ2と、を含むセットをm回(mは1以上の整数)行うステップと、
ウエハ200に対して酸化剤としてO2ガスを供給するステップ3と、
を交互に行うサイクルをn回(nは1以上の整数)行うことで、ウエハ200上に、B、N、OおよびSiを含むシリコン硼酸窒化膜(SiBON膜)、もしくは、B、N、O、CおよびSiを含むシリコン硼酸炭窒化膜(SiBOCN膜)を形成する。
複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)される。その後、図1に示すように、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内へ搬入(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、すなわち、ウエハ200が存在する空間が所望の圧力(真空度)となるように、真空ポンプ246によって真空排気(減圧排気)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)
このステップでは、処理室201内のウエハ200に対し、HCDSガスを供給する。
Si含有層が形成された後、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Si含有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243c,243d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。
(TMB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、すなわち、ウエハ200上に形成されたClを含むSi含有層に対し、熱で活性化させたTMBガスを供給する。
第1の層が形成された後、バルブ243b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1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。
(O2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、すなわち、ウエハ200上に形成された第1の層に対し、熱で活性化させたO2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、O2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O2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を非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数(n回)、すなわち、1回以上行うことにより、ウエハ200上に、所定組成および所定膜厚のSiBOCN膜、もしくは、SiBON膜を形成することができる。この膜は、ボラジン環骨格を含む膜となる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、1サイクルあたりに形成される第2の層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい。
成膜処理が完了した後、バルブ243c,243dを開き、ガス供給管232c,232d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つ又は複数の効果が得られる。
本実施形態における成膜シーケンスは、図4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。
図4(b)や以下に示す成膜シーケンスのように、ステップ1,2を行うセットを複数回(m回)行った後、ステップ3を行うサイクルを1回行う(n=1とする)ようにしてもよい。本変形例は、mを2以上の整数とし、nを1とする例である。本変形例によっても、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。
図4(c)や以下に示す成膜シーケンスのように、ステップ1,2を行うセットを複数回(m回)行った後、ステップ3を行うサイクルを複数回(n回)行うようにしてもよい。本変形例は、mを2以上の整数とし、nを2以上の整数とする例である。図4(c)は、ステップ1,2を行うセットを2回行った後、ステップ3を行うサイクルをn回繰り返す例を示している。本変形例によっても、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。
以下に示す成膜シーケンスのように、ステップ3では、O2ガスを熱で活性化させて供給するのではなく、プラズマで活性化させて供給するようにしてもよい。すなわち、第1の層の酸化処理を、ノンプラズマの雰囲気下で行うのではなく、プラズマを用いて行うようにしてもよい。この場合、第1の層中に含まれるCの大部分を第1の層中から脱離させることができ、第2の層として、C非含有のSiBON層が形成されることとなる。すなわち、ウエハ200上に、ボラジン環骨格を含むSiBON膜が形成されることとなる。本変形例によっても、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。
以下に示す成膜シーケンスのように、ステップ3では、酸化剤としてO2ガスよりも酸化力の強いO3ガスを用いるようにしてもよい。この場合、第1の層中に含まれるCの大部分を第1の層中から脱離させることができ、第2の層として、C非含有のSiBON層が形成されることとなる。すなわち、ウエハ200上に、ボラジン環骨格を含むSiBON膜が形成されることとなる。本変形例によっても、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。
以下に示す成膜シーケンスのように、ステップ3では、酸化剤として、O2ガスとH2ガスとを大気圧未満の圧力下(減圧下)で反応させて生成させた原子状酸素(atomic oxygen、O)等の水分(H2O)非含有の酸化種を用いるようにしてもよい。この場合、第1の層中に含まれるCの大部分を第1の層中から脱離させることができ、第2の層として、C非含有のSiBON層が形成されることとなる。すなわち、ウエハ200上に、ボラジン環骨格を含むSiBON膜が形成されることとなる。本変形例によっても、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。
図4(a)に示す成膜シーケンスや上述の各変形例は、ウエハ200に対してC3H6ガス等のC含有ガスを供給するステップをさらに含んでいてもよい。C3H6ガスを供給するステップは、HCDSガス等の原料を供給するステップ、TMBガス等のボラジン化合物を供給するステップ、O2ガス等の酸化剤を供給するステップと、非同時に行うこともできるし、これらの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こともできる。例えば、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と同時に行うようにしてもよい。
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、
基板に対して原料を供給する工程と、前記基板に対してボラジン化合物を供給する工程と、を含むセットをm回(mは1以上の整数)行う工程と、
前記基板に対して酸化剤を供給する工程と、
を交互に行うサイクルをn回(nは1以上の整数)行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記膜を形成する工程は、前記ボラジン化合物におけるボラジン環骨格が保持される条件下で行われる。
付記1または2に記載の方法であって、好ましくは、
前記膜は、硼素、窒素、酸素、および前記原料に含まれる元素(所定元素)を含む膜、もしくは、硼素、窒素、酸素、炭素、および前記元素(所定元素)を含む膜である。より好ましくは、前記元素(所定元素)は、シリコン等の半導体元素、または金属元素を含む。
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mは1であり、前記nは2以上の整数(1よりも大きい整数)である。
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mは2以上の整数(1よりも大きい整数)であり、前記nは1である。
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mは2以上の整数(1よりも大きい整数)であり、前記nは2以上の整数(1よりも大きい整数)である。
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、
前記ボラジン化合物は、有機ボラジン化合物であり、
前記セットをm回行う工程では、硼素、窒素、酸素、炭素、および前記原料に含まれる元素(所定元素)を含む第1の層を形成する。より好ましくは、前記元素(所定元素)は、シリコン等の半導体元素、または金属元素を含む。
付記7に記載の方法であって、好ましくは、
前記酸化剤を供給する工程では、前記第1の層に含まれる炭素が脱離しない条件下で前記第1の層を酸化して改質することで、硼素、窒素、酸素、炭素、および前記元素を含む第2の層を形成し、
前記膜を形成する工程では、前記膜として、硼素、窒素、酸素、炭素、および前記元素を含む膜を形成する。
付記7に記載の方法であって、好ましくは、
前記酸化剤を供給する工程では、(ノンプラズマの条件下で)前記第1の層を熱酸化して改質することで、硼素、窒素、酸素、炭素、および前記元素を含む第2の層を形成し、
前記膜を形成する工程では、前記膜として、硼素、窒素、酸素、炭素、および前記元素を含む膜を形成する。
付記7に記載の方法であって、好ましくは、
前記酸化剤を供給する工程では、前記酸化剤として酸素含有ガスを用いて前記第1の層を酸化して改質することで、硼素、窒素、酸素、炭素、および前記元素を含む第2の層を形成し、
前記膜を形成する工程では、前記膜として、硼素、窒素、酸素、炭素、および前記元素を含む膜を形成する。
付記7に記載の方法であって、好ましくは、
前記酸化剤を供給する工程では、前記第1の層に含まれる炭素が脱離する条件下で前記第1の層を酸化して改質することで、硼素、窒素、酸素、および前記元素を含む第2の層を形成し、
前記膜を形成する工程では、前記膜として、硼素、窒素、酸素、および前記元素を含む膜を形成する。
付記7に記載の方法であって、好ましくは、
前記酸化剤を供給する工程では、前記第1の層をプラズマ酸化して改質することで、硼素、窒素、酸素、および前記元素を含む第2の層を形成し、
前記膜を形成する工程では、前記膜として、硼素、窒素、酸素、および前記元素を含む膜を形成する。
付記7に記載の方法であって、好ましくは、
前記酸化剤を供給する工程では、前記酸化剤としてオゾンを用いて前記第1の層を酸化して改質することで、硼素、窒素、酸素、および前記元素を含む第2の層を形成し、
前記膜を形成する工程では、前記膜として、硼素、窒素、酸素、および前記元素を含む膜を形成する。
付記7に記載の方法であって、好ましくは、
前記酸化剤を供給する工程では、前記酸化剤として、酸素含有ガスと水素含有ガスとを大気圧未満の圧力下(減圧下)で反応させて生成させた原子状酸素を用いて前記第1の層を酸化して改質することで、硼素、窒素、酸素、および前記元素を含む第2の層を形成し、
前記膜を形成する工程では、前記膜として、硼素、窒素、酸素、および前記元素を含む膜を形成する。
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原料を供給する原料供給系と、
前記処理室内の基板に対してボラジン化合物を供給するボラジン化合物供給系と、
前記処理室内の基板に対して酸化剤を供給する酸化剤供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記原料を供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記ボラジン化合物を供給する処理と、を含むセットをm回(mは1以上の整数)行う第1処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記酸化剤を供給する第2処理と、を交互に行うサイクルをn回(nは1以上の整数)行うことで、前記基板上に膜を形成する処理を行わせるように、前記原料供給系、前記ボラジン化合物供給系、および前記酸化剤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、
基板に対して原料を供給する手順と、前記基板に対してボラジン化合物を供給する手順と、を含むセットをm回(mは1以上の整数)行う手順と、
前記基板に対して酸化剤を供給する手順と、
を交互に行うサイクルをn回(nは1以上の整数)行うことで、前記基板上に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、または、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
200 ウエハ(基板)
201 処理室
202 処理炉
203 反応管
207 ヒータ
231 排気管
232a〜232d ガス供給管
Claims (15)
- 基板に対して原料を供給する工程と、前記基板に対してボラジン化合物を供給する工程と、を含むセットをm回(mは1以上の整数)行うことでボラジン環骨格を含む第1の層を形成する工程と、
前記第1の層に対して酸化剤を供給することでボラジン環骨格及び酸素を含む第2の層を形成する工程と、
を非同時且つ交互に行うサイクルをn回(nは1以上の整数)行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法。 - 前記膜を形成する工程は、前記ボラジン化合物におけるボラジン環骨格が保持される条件下で行われる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記膜は、硼素、窒素、酸素、および前記原料に含まれる元素を含む膜、もしくは、硼素、窒素、酸素、炭素、および前記元素を含む膜である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記mは1であり、前記nは2以上の整数である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記mは2以上の整数であり、前記nは1である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記mは2以上の整数であり、前記nは2以上の整数である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ボラジン化合物は、有機ボラジン化合物であり、
前記セットをm回行う工程では、硼素、窒素、炭素、および前記原料に含まれる元素を含む前記第1の層を形成する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記酸化剤を供給する工程では、前記第1の層に含まれる炭素が脱離しない条件下で前記第1の層を酸化して改質することで、硼素、窒素、酸素、炭素、および前記元素を含む前記第2の層を形成し、
前記膜を形成する工程では、前記膜として、硼素、窒素、酸素、炭素、および前記元素を含む膜を形成する請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記酸化剤を供給する工程では、前記第1の層を熱酸化して改質することで、硼素、窒素、酸素、炭素、および前記元素を含む前記第2の層を形成し、
前記膜を形成する工程では、前記膜として、硼素、窒素、酸素、炭素、および前記元素を含む膜を形成する請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記酸化剤を供給する工程では、前記第1の層に含まれる炭素が脱離する条件下で前記第1の層を酸化して改質することで、硼素、窒素、酸素、および前記元素を含む前記第2の層を形成し、
前記膜を形成する工程では、前記膜として、硼素、窒素、酸素、および前記元素を含む膜を形成する請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記酸化剤を供給する工程では、前記第1の層をプラズマ酸化して改質することで、硼素、窒素、酸素、および前記元素を含む前記第2の層を形成し、
前記膜を形成する工程では、前記膜として、硼素、窒素、酸素、および前記元素を含む膜を形成する請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記酸化剤を供給する工程では、前記酸化剤としてオゾンを用いて前記第1の層を酸化して改質することで、硼素、窒素、酸素、および前記元素を含む前記第2の層を形成し、
前記膜を形成する工程では、前記膜として、硼素、窒素、酸素、および前記元素を含む膜を形成する請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記酸化剤を供給する工程では、前記酸化剤として、酸素含有ガスと水素含有ガスとを大気圧未満の圧力下で反応させて生成させた原子状酸素を用いて前記第1の層を酸化して改質することで、硼素、窒素、酸素、および前記元素を含む前記第2の層を形成し、
前記膜を形成する工程では、前記膜として、硼素、窒素、酸素、および前記元素を含む膜を形成する請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して原料を供給する原料供給系と、
前記処理室内の基板に対してボラジン化合物を供給するボラジン化合物供給系と、
前記処理室内の基板に対して酸化剤を供給する酸化剤供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記原料を供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記ボラジン化合物を供給する処理と、を含むセットをm回(mは1以上の整数)行うことでボラジン環骨格を含む第1の層を形成する第1処理と、前記第1の層に対して前記酸化剤を供給することでボラジン環骨格及び酸素を含む第2の層を形成する第2処理と、を非同時且つ交互に行うサイクルをn回(nは1以上の整数)行うことで、前記基板上に膜を形成する処理を行わせるように、前記原料供給系、前記ボラジン化合物供給系、および前記酸化剤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。 - 基板に対して原料を供給する手順と、前記基板に対してボラジン化合物を供給する手順と、を含むセットをm回(mは1以上の整数)行うことでボラジン環骨格を含む第1の層を形成する手順と、
前記第1の層に対して酸化剤を供給することでボラジン環骨格及び酸素を含む第2の層を形成する手順と、
を非同時且つ交互に行うサイクルをn回(nは1以上の整数)行うことで、前記基板上に膜を形成する手順と、
を行う基板処理装置を制御するコンピュータにおいて実行されるプログラム。
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