JP6436887B2 - Semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus, gas supply system, and program - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置、ガス供給システムおよびプログラムに関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method, a substrate processing apparatus, a gas supply system, and a program.
近年では、MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field Effect Transistor)等の半導体装置の高集積化及び高性能化に伴い、デバイス形状の微細化や複雑化が進み、より微細な加工技術が求められている(特許文献1参照)。 In recent years, with higher integration and higher performance of semiconductor devices such as MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors), device shapes have become finer and more complex, and finer processing techniques have been demanded. (See Patent Document 1).
近年のLSI製造工程におけるデバイス形状の微細化や複雑化に伴い、薄膜を形成する場合、堆積できる空間の幅が小さくなってきており、より高い段差被覆性(ステップカバレッジ)および高い埋め込み特性が要求されている。 With the miniaturization and complexity of device shapes in recent LSI manufacturing processes, when forming thin films, the width of the space that can be deposited has become smaller, requiring higher step coverage and higher embedding characteristics. Has been.
本発明の目的は、段差被覆性や埋め込み特性の良い、薄膜を形成する技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique for forming a thin film having good step coverage and embedding characteristics.
本発明の一態様によれば、
表面にトレンチが形成された基板に対して、ハロゲン系原料ガスを供給する工程と、
基板に対して、反応ガスを供給する工程と、
基板に対して、第1のプロセス条件で反応阻害ガスを供給する工程と、
を時分割して行うサイクルを所定回数繰り返す工程と、
基板に対して、ハロゲン系原料ガスを供給する工程と、
基板に対して、反応ガスを供給する工程と、
基板に対して、第1のプロセス条件とは異なる第2のプロセス条件で反応阻害ガスを供給する工程と、
を時分割して行うサイクルを所定回数繰り返す工程と、
を行い、トレンチ内に膜を形成する技術が提供される。
According to one aspect of the invention,
Supplying a halogen-based source gas to the substrate having a trench formed on the surface;
Supplying a reactive gas to the substrate;
Supplying a reaction inhibiting gas to the substrate under a first process condition;
Repeating a predetermined number of cycles in a time-sharing manner,
Supplying a halogen-based source gas to the substrate;
Supplying a reactive gas to the substrate;
Supplying a reaction inhibiting gas to the substrate under a second process condition different from the first process condition;
Repeating a predetermined number of cycles in a time-sharing manner,
And a technique for forming a film in the trench is provided.
本発明によれば、段差被覆性や埋め込み特性の良い、薄膜を形成する技術を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a technique for forming a thin film having good step coverage and embedding characteristics.
段差被覆性の良い膜を得る手法の一つとして、発明者らは鋭意研究の結果、図8に示すように、トレンチ(溝)300の上部301に成膜を阻害するガス(成膜阻害ガス)であって原料ガスと反応ガスとの反応を阻害するガス(反応阻害ガス)を供給し、主にトレンチ上部301のみ成膜レートを低下させる手法を確立した。例えば、基板の表面すべてと反応する(もしくは基板の表面すべてを覆う)ために必要な反応阻害ガスの量をAとする。A以上の量のガスを図8に示す基板表面に供給すると、トレンチ上部301の方がトレンチ300の下部302よりガスとの衝突回数が多くなる事から、トレンチ上部301に優先的に反応阻害ガスを反応させる(もしくは吸着させる)ことができる。 As a technique for obtaining a film having a good step coverage, the inventors have intensively studied and as a result, as shown in FIG. 8, a gas (film formation inhibiting gas) is formed on the upper portion 301 of the trench 300. ) And a gas that inhibits the reaction between the source gas and the reaction gas (reaction inhibition gas), and a method for reducing the film formation rate mainly for the upper portion 301 of the trench has been established. For example, let A be the amount of reaction-inhibiting gas required to react with the entire surface of the substrate (or cover the entire surface of the substrate). When an amount of gas equal to or greater than A is supplied to the substrate surface shown in FIG. 8, the number of collisions with the gas in the upper portion of the trench 301 is greater than that in the lower portion 302 of the trench 300. Can be reacted (or adsorbed).
なお、反応阻害ガスを供給する前に原料ガスを供給してもよいし、反応阻害ガスを供給した後に原料ガスを供給してもよいが、ここでは反応阻害ガスを供給した後に、原料ガスを供給する例について説明する。反応阻害ガスを供給した後に原料ガスを供給した場合、トレンチ上部301は、反応阻害ガスと反応(が吸着)しているため、原料ガスの吸着が阻害され、主として、トレンチ下部302に原料ガスは吸着する(図9)。次に反応ガスを供給すると、トレンチ上部301は、原料ガスの吸着量が少ないことから、成膜される膜厚は低下するが、トレンチ下部302は、原料ガスが十分に吸着している事から、トレンチ上部301よりも成膜される膜厚は多くなる(図10)。これらの結果より、より良い段差被覆性を持つ膜303を得る事が出来る。 The source gas may be supplied before supplying the reaction-inhibiting gas, or the source gas may be supplied after supplying the reaction-inhibiting gas. An example of supply will be described. When the source gas is supplied after supplying the reaction-inhibiting gas, the trench upper portion 301 reacts (has adsorbed) with the reaction-inhibiting gas, so that the adsorption of the source gas is hindered. Adsorb (FIG. 9). Next, when the reaction gas is supplied, since the upper film portion 301 has a small amount of source gas adsorbed, the film thickness to be formed is reduced, but the lower trench portion 302 is sufficiently adsorbed with the source gas. The film thickness to be formed is larger than that of the trench upper part 301 (FIG. 10). From these results, a film 303 having better step coverage can be obtained.
反応阻害ガスの供給量を変化させる事によって、図11に示すように、反応阻害ガスの吸着場所を制御する事が出来る。図11(a)には、反応阻害ガスの量を少なく供給した場合、図11(b)は、反応阻害ガスの量を中程度供給した場合、図11(c)は、反応阻害ガスの量を多く供給した場合を示す。反応阻害ガスの供給量を徐々に減らしていくことにより、図12に示すように、トレンチ300内の成膜される箇所を制御する事が出来る。例えば、成膜初期の段階では反応阻害ガスの供給量が多い第1のプロセス条件で成膜を行い、成膜終期の段階では反応阻害ガスの供給量が少ない第2のプロセス条件で成膜を行うようにする。そうすることによりVoid Freeの埋め込みを達成出来る。さらに、好適には、成膜初期の段階で反応阻害ガスの供給量を多くし、トレンチ下部に優先して成膜を行う(図12(a))。その後、成膜初期段階よりも反応阻害ガスの供給量を少なくし、成膜初期段階よりもトレンチ上部にも成膜されるようにする(図12(b))。そうすることにより反応阻害ガスの吸着場所を制御することができる。好適には、成膜処理サイクルが進むにしたがって、徐々に反応阻害ガスの供給量を減らして行く事により、徐々にトレンチ上部にも成膜されていく(図12(b)(c))。これにより、Void Freeの埋め込みを達成出来る。以下に、詳細を説明する。 By changing the supply amount of the reaction inhibiting gas, as shown in FIG. 11, the adsorption place of the reaction inhibiting gas can be controlled. 11A shows a case where a small amount of reaction inhibiting gas is supplied, FIG. 11B shows a case where a moderate amount of reaction inhibiting gas is supplied, and FIG. 11C shows an amount of reaction inhibiting gas. This shows the case where a large amount is supplied. By gradually reducing the supply amount of the reaction-inhibiting gas, it is possible to control the location where the film is formed in the trench 300 as shown in FIG. For example, the film formation is performed under the first process condition where the supply amount of the reaction inhibiting gas is large at the initial stage of film formation, and the film formation is performed under the second process condition where the supply amount of the reaction inhibiting gas is small at the final stage of the film formation. To do. By doing so, embedding of Voice Free can be achieved. Further, it is preferable to increase the supply amount of the reaction-inhibiting gas at the initial stage of film formation, and to form a film with priority over the lower part of the trench (FIG. 12A). Thereafter, the supply amount of the reaction-inhibiting gas is made smaller than in the initial stage of film formation, so that the film is also formed on the upper part of the trench than in the initial stage of film formation (FIG. 12B). By doing so, the adsorption place of the reaction inhibiting gas can be controlled. Preferably, as the deposition process cycle progresses, the film is gradually deposited on the upper portion of the trench by gradually reducing the supply amount of the reaction inhibiting gas (FIGS. 12B and 12C). Thereby, embedding of Voice Free can be achieved. Details will be described below.
<本発明の第1の実施形態>
以下、本発明の好適な第1の実施形態について図1〜3を用いて説明する。基板処理装置10は、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程である基板処理工程において使用される装置の一例として構成されている。
<First Embodiment of the Present Invention>
Hereinafter, a preferred first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The substrate processing apparatus 10 is configured as an example of an apparatus used in a substrate processing process, which is a process of manufacturing a semiconductor device (device).
まず、本実施形態で使用される基板処理装置について説明する。この基板処理装置は、具体的には半導体装置の製造装置であり、半導体装置の製造工程の一工程で使用される。 First, the substrate processing apparatus used in this embodiment will be described. This substrate processing apparatus is specifically a semiconductor device manufacturing apparatus, and is used in one step of a semiconductor device manufacturing process.
下記の説明では、基板処理装置の一例として、一度に1枚の基板に対し成膜処理等を行う枚葉式の基板処理装置を使用した場合について述べる。 In the following description, as an example of the substrate processing apparatus, a case where a single-wafer type substrate processing apparatus that performs film formation processing or the like on one substrate at a time will be described.
(1)基板処理装置の構成
まず、本実施形態で好適に用いられる基板処理装置10の概略構成図である。
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus First, a schematic configuration diagram of a substrate processing apparatus 10 that is preferably used in the present embodiment.
<処理室>
図1に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置は処理容器102を備えている。処理容器102は、例えば上面視が円形を呈する扁平な密閉容器として構成される。また、処理容器102は、例えばアルミニウム(Al)やステンレス(SUS)などの金属材料、または、石英(SiO2)等により構成される。処理容器102内には処理室101が形成される。処理室101では、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ100が処理される。
<Processing chamber>
As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus according to this embodiment includes a processing container 102. The processing container 102 is configured as, for example, a flat sealed container having a circular top view. The processing container 102 is made of, for example, a metal material such as aluminum (Al) or stainless steel (SUS), or quartz (SiO 2 ). A processing chamber 101 is formed in the processing container 102. In the processing chamber 101, a wafer 100 such as a silicon wafer as a substrate is processed.
<支持台>
処理容器102内には、ウエハ100を支持する支持台103が設けられる。支持台103は、例えば、石英(SiO2)、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素(SiC)、酸化アルミニウム(Al2O3)、又は窒化アルミニウム(AlN)により構成される。支持台103の上面には、例えば、石英(SiO2)、カーボン、セラミックス、炭化ケイ素(SiC)、酸化アルミニウム(Al2O3)、又は窒化アルミニウム(AlN)により構成された支持板としてのサセプタ117が設けられ、このサセプタ117にウエハ100が載置される。支持台103には、ウエハ100を加熱する加熱手段(加熱源)としてのヒータ106が内蔵される。また、支持台103の下端部(支柱)は、処理容器102の底部を貫通している。
<Support stand>
A support base 103 that supports the wafer 100 is provided in the processing container 102. The support base 103 is made of, for example, quartz (SiO 2 ), carbon, ceramics, silicon carbide (SiC), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or aluminum nitride (AlN). On the upper surface of the support base 103, for example, a susceptor as a support plate made of quartz (SiO 2 ), carbon, ceramics, silicon carbide (SiC), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or aluminum nitride (AlN). 117 is provided, and the wafer 100 is placed on the susceptor 117. The support base 103 incorporates a heater 106 as a heating means (heating source) for heating the wafer 100. In addition, the lower end (support) of the support base 103 penetrates the bottom of the processing container 102.
<昇降機構>
処理容器102の外部には、支持台103の下端部に接続された昇降機構107bが設けられる。この昇降機構107bを作動させることにより、支持台103を昇降させ、サセプタ117上に支持されるウエハ100を昇降させる。支持台103(サセプタ117)は、ウエハ100の搬送時には後述のウエハ搬送口150の高さまで下降し、ウエハ100の処理時にはウエハ処理位置(図示の位置)まで上昇する。なお、支持台103の下端部の周囲は、ベローズ103aにより覆われており、処理容器102内は気密に保持されている。
<Elevating mechanism>
An elevating mechanism 107 b connected to the lower end of the support base 103 is provided outside the processing container 102. By operating the lifting mechanism 107b, the support base 103 is raised and lowered, and the wafer 100 supported on the susceptor 117 is raised and lowered. The support table 103 (susceptor 117) is lowered to the height of a wafer transfer port 150 (to be described later) when the wafer 100 is transferred, and is raised to a wafer processing position (shown position) when the wafer 100 is processed. Note that the periphery of the lower end portion of the support base 103 is covered with a bellows 103a, and the inside of the processing container 102 is kept airtight.
<リフトピン>
また、処理容器102の底面(床面)には、複数本、例えば3本のリフトピン108bが設けられる。また、支持台103(サセプタ117も含む)には、かかるリフトピン108bを貫通させる貫通孔108aが、リフトピン108bに対応する位置にそれぞれ設けられる。そして、支持台103をウエハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン108bの上端が貫通孔108aを介してサセプタ117の上面から突出して、リフトピン108bがウエハ100を下方から支持する。また、支持台103をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン108bはサセプタ117の上面から埋没して、サセプタ117がウエハ100を下方から支持する。なお、リフトピン108bは、ウエハ100と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。
<Lift pin>
A plurality of, for example, three lift pins 108b are provided on the bottom surface (floor surface) of the processing container 102. Further, the support base 103 (including the susceptor 117) is provided with through holes 108a through which the lift pins 108b pass, at positions corresponding to the lift pins 108b. When the support base 103 is lowered to the wafer transfer position, the upper end of the lift pin 108b protrudes from the upper surface of the susceptor 117 through the through hole 108a, and the lift pin 108b supports the wafer 100 from below. When the support base 103 is raised to the wafer processing position, the lift pins 108b are buried from the upper surface of the susceptor 117, and the susceptor 117 supports the wafer 100 from below. Note that the lift pins 108b are preferably made of a material such as quartz or alumina, for example, in order to directly contact the wafer 100.
<ウエハ搬送口>
処理容器102の内壁側面には、処理容器102の内外にウエハ100を搬送するためのウエハ搬送口150が設けられる。ウエハ搬送口150にはゲートバルブ151が設けられ、このゲートバルブ151を開くことにより、処理容器102内と搬送室(予備室)171内とが連通する。搬送室171は搬送容器(密閉容器)172内に形成されており、搬送室171内にはウエハ100を搬送する搬送ロボット173が設けられている。搬送ロボット173には、ウエハ100を搬送する際にウエハ100を支持する搬送アーム173aが備えられている。支持台103をウエハ搬送位置まで下降させた状態で、ゲートバルブ151を開くことにより、搬送ロボット173により処理室101内と搬送室171内との間でウエハ100を搬送することが可能とされる。処理室101内に搬送されたウエハ100は、上述したようにリフトピン108b上に一時的に載置される。なお、搬送容器172においてウエハ搬送口150が設けられた側と反対側には、図示しないロードロック室が設けられており、搬送ロボット173によりロードロック室内と搬送室171内との間でウエハ100を搬送することが可能とされる。なお、ロードロック室は、未処理もしくは処理済のウエハ100を一時的に収容する予備室として機能する。
<Wafer transfer port>
A wafer transfer port 150 for transferring the wafer 100 into and out of the processing container 102 is provided on the side surface of the inner wall of the processing container 102. The wafer transfer port 150 is provided with a gate valve 151. By opening the gate valve 151, the inside of the processing chamber 102 and the transfer chamber (preliminary chamber) 171 communicate with each other. The transfer chamber 171 is formed in a transfer container (sealed container) 172, and a transfer robot 173 for transferring the wafer 100 is provided in the transfer chamber 171. The transfer robot 173 includes a transfer arm 173 a that supports the wafer 100 when the wafer 100 is transferred. By opening the gate valve 151 with the support base 103 lowered to the wafer transfer position, the transfer robot 173 can transfer the wafer 100 between the processing chamber 101 and the transfer chamber 171. . The wafer 100 transferred into the processing chamber 101 is temporarily placed on the lift pins 108b as described above. A load lock chamber (not shown) is provided on the opposite side of the transfer container 172 to the side where the wafer transfer port 150 is provided, and the wafer 100 is transferred between the load lock chamber and the transfer chamber 171 by the transfer robot 173. Can be transported. The load lock chamber functions as a spare chamber for temporarily storing unprocessed or processed wafers 100.
<排気系>
処理容器102の内壁側面であって、ウエハ搬送口150の反対側には、処理容器102内の雰囲気を排気する排気口160が設けられる。排気口160には排気チャンバ160aを介して排気管161が接続され、排気管161には、処理室101内を所定の圧力に制御する圧力制御装置としてのAPC(Auto Pressure Controller)等の圧力調整器162、原料回収トラップ163、及び真空ポンプ164が順に直列に接続されている。主に、排気口160、排気管161、圧力調整器162によって、排気系(排気ライン)が構成される。なお、原料回収トラップ163、真空ポンプ164を排気系に含めて考えてもよい。
<Exhaust system>
An exhaust port 160 that exhausts the atmosphere in the processing container 102 is provided on the inner wall side surface of the processing container 102 and on the opposite side of the wafer transfer port 150. An exhaust pipe 161 is connected to the exhaust port 160 via an exhaust chamber 160a. The exhaust pipe 161 has a pressure adjustment such as an APC (Auto Pressure Controller) as a pressure control device for controlling the inside of the processing chamber 101 to a predetermined pressure. A vessel 162, a raw material recovery trap 163, and a vacuum pump 164 are connected in series in this order. An exhaust system (exhaust line) is mainly configured by the exhaust port 160, the exhaust pipe 161, and the pressure regulator 162. The material recovery trap 163 and the vacuum pump 164 may be included in the exhaust system.
<ガス導入口>
処理容器102の上部(後述のシャワーヘッド140の上面(天井壁))には、処理容器102内に各種ガスを供給するガス導入口110が設けられている。ガス導入口110には、ガス供給系(後述)が接続される。
<Gas inlet>
A gas inlet 110 for supplying various gases into the processing container 102 is provided at the upper part of the processing container 102 (the upper surface (ceiling wall) of a shower head 140 described later). A gas supply system (described later) is connected to the gas inlet 110.
<シャワーヘッド>
処理容器202においてガス導入口110と処理室101との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド140が設けられる。シャワーヘッド140は、ガス導入口110から導入されるガスを分散させる分散板140aと、分散板140aを通過したガスをさらに均一に分散させて支持台103上のウエハ100の表面に供給するシャワー板140bと、を備えている。分散板140aおよびシャワー板140bには、複数の通気孔が設けられている。分散板140aは、シャワーヘッド140の上面及びシャワー板140bと対向するように配置されており、シャワー板140bは、支持台103上のウエハ100と対向するように配置されている。なお、シャワーヘッド140の上面と分散板140aとの間、および分散板140aとシャワー板140bとの間には、それぞれ空間が設けられており、かかる空間は、ガス導入口110から供給されるガスを拡散させる第1バッファ空間140c、および分散板140aを通過したガスを拡散させる第2バッファ空間140dとしてそれぞれ機能する。
<Shower head>
A shower head 140 as a gas dispersion mechanism is provided between the gas inlet 110 and the processing chamber 101 in the processing container 202. The shower head 140 is a dispersion plate 140 a that disperses the gas introduced from the gas introduction port 110, and a shower plate that further uniformly disperses the gas that has passed through the dispersion plate 140 a and supplies the gas to the surface of the wafer 100 on the support base 103. 140b. The dispersion plate 140a and the shower plate 140b are provided with a plurality of vent holes. The dispersion plate 140 a is disposed so as to face the upper surface of the shower head 140 and the shower plate 140 b, and the shower plate 140 b is disposed so as to face the wafer 100 on the support base 103. In addition, spaces are provided between the upper surface of the shower head 140 and the dispersion plate 140a, and between the dispersion plate 140a and the shower plate 140b, respectively, and these spaces are supplied from the gas inlet 110. Respectively, and a second buffer space 140d for diffusing the gas that has passed through the dispersion plate 140a.
<排気ダクト>
処理室101の内壁側面には、段差部101aが設けられる。この段差部101aは、コンダクタンスプレート104を保持する。コンダクタンスプレート104は、内周部にウエハ100を収容する孔が設けられたリング状の板材として構成される。コンダクタンスプレート104の外周部には、所定間隔で周方向に配列された複数の排出口104aが設けられている。
<Exhaust duct>
A stepped portion 101 a is provided on the inner wall side surface of the processing chamber 101. The step portion 101 a holds the conductance plate 104. The conductance plate 104 is configured as a ring-shaped plate member provided with a hole for accommodating the wafer 100 in the inner periphery. A plurality of discharge ports 104 a arranged in the circumferential direction at predetermined intervals are provided on the outer periphery of the conductance plate 104.
処理容器102において支持台103の外周部には、ロワープレート105が係止される。ロワープレート105は、リング状の凹部105bと、凹部105bの内周側上部に一体的に設けられたフランジ部105aとを備えている。凹部105bは、支持台103の外周部と、処理室101の内壁側面との隙間を塞ぐように設けられている。凹部105bの底部のうち排気口160付近の一部には、凹部105b内から排気口160側へガスを排出(流通)させるプレート排気口105cが設けられている。フランジ部105aは、支持台103の上部外周縁上に係止する係止部として機能する。フランジ部105aが支持台103の上部外周縁上に係止することにより、支持台103の昇降に伴い、ロワープレート105が支持台103と共に昇降される。 A lower plate 105 is locked to the outer peripheral portion of the support base 103 in the processing container 102. The lower plate 105 includes a ring-shaped concave portion 105b and a flange portion 105a provided integrally on the inner peripheral upper side of the concave portion 105b. The recessed portion 105 b is provided so as to close a gap between the outer peripheral portion of the support base 103 and the inner wall side surface of the processing chamber 101. A part of the bottom of the recess 105b near the exhaust port 160 is provided with a plate exhaust port 105c that discharges (circulates) gas from the recess 105b to the exhaust port 160 side. The flange portion 105 a functions as a locking portion that locks on the upper outer periphery of the support base 103. When the flange portion 105 a is locked on the upper outer periphery of the support base 103, the lower plate 105 is lifted and lowered together with the support base 103 as the support base 103 is raised and lowered.
支持台103がウエハ処理位置まで上昇すると、コンダクタンスプレート104がロワープレート105の凹部105bの上部開口面を塞ぎ、凹部105bの内部をガス流路領域とする排気ダクト159が形成される。なお、コンダクタンスプレート104およびロワープレート105は、排気ダクト159の内壁に堆積する反応生成物をエッチングする場合(セルフクリーニングする場合)を考慮して、高温保持が可能な材料、例えば、耐高温高負荷用石英で構成することが好ましい。 When the support base 103 is raised to the wafer processing position, the conductance plate 104 closes the upper opening surface of the recess 105b of the lower plate 105, and an exhaust duct 159 is formed with the interior of the recess 105b as the gas flow path region. The conductance plate 104 and the lower plate 105 are made of a material that can be kept at a high temperature, for example, a high temperature resistant and high load in consideration of the case where the reaction product deposited on the inner wall of the exhaust duct 159 is etched (self cleaning). Preferably, it is made of quartz for use.
ここで、ウエハ処理時における処理室101内のガスの流れについて説明する。まず、ガス導入口110からシャワーヘッド140の供給されたガスは、第1バッファ空間140cを経て分散板140aの孔から第2バッファ空間140dへと入り、さらにシャワー板140bの孔を通過して処理室101内に供給され、ウエハ100上に均一に供給される。そして、ウエハ100上に供給されたガスは、ウエハ100の径方向外側に向かって放射状に流れる。そして、ウエハ100に接触した後の余剰なガスは、ウエハ100外周部に位置する排気ダクト159上、すなわち、コンダクタンスプレート104上を、ウエハ100の径方向外側に向かって放射状に流れ、コンダクタンスプレート104に設けられた排出口104aから、排気ダクト159内のガス流路領域内(凹部105b内)へと排出される。その後、ガスは排気ダクト159内を流れ、プレート排気口105cを経由して排気口160へと排気される。このようにガスを流すことで、処理室下部、すなわち、支持台103の裏面や処理室101の底面側へのガスの回り込みが抑制される。 Here, the flow of gas in the processing chamber 101 during wafer processing will be described. First, the gas supplied from the gas inlet 110 to the shower head 140 enters the second buffer space 140d from the hole of the dispersion plate 140a through the first buffer space 140c, and further passes through the hole of the shower plate 140b for processing. It is supplied into the chamber 101 and uniformly supplied onto the wafer 100. The gas supplied onto the wafer 100 flows radially outward of the wafer 100 in the radial direction. The surplus gas after contacting the wafer 100 flows radially on the exhaust duct 159 located on the outer periphery of the wafer 100, that is, on the conductance plate 104, radially outward of the wafer 100. Is discharged into the gas flow path region (in the recess 105b) in the exhaust duct 159. Thereafter, the gas flows in the exhaust duct 159 and is exhausted to the exhaust port 160 via the plate exhaust port 105c. By flowing the gas in this way, gas wraparound to the lower portion of the processing chamber, that is, the back surface of the support base 103 or the bottom surface of the processing chamber 101 is suppressed.
<ガス供給系>
続いて、ガス供給システムを構成し、上述したガス導入口110に接続されるガス供給系の構成について、図2を参照しながら説明する。図2は、本発明の実施形態にかかる基板処理装置のガス供給系の構成図である。
<Gas supply system>
Next, the configuration of the gas supply system that configures the gas supply system and is connected to the gas inlet 110 described above will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a configuration diagram of a gas supply system of the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
(ガス供給系)
ガス供給管310,320,330には上流側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)312,322,332,および開閉弁であるバルブ314,324,334がそれぞれ設けられている。ガス供給管310,320,330のバルブ314,324,334の下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管510,520,530がそれぞれ接続されている。ガス供給管510,520,530には、上流側から順に、流量制御器(流量制御部)であるMFC512,522,532および開閉弁であるバルブ514,524,534がそれぞれ設けられている。
(Gas supply system)
The gas supply pipes 310, 320, and 330 are provided with mass flow controllers (MFCs) 312, 322, 332 that are flow rate controllers (flow rate control units), and valves 314, 324, and 334 that are on-off valves in order from the upstream side. ing. Gas supply pipes 510, 520, and 530 for supplying an inert gas are connected to downstream sides of the valves 314, 324, and 334 of the gas supply pipes 310, 320, and 330, respectively. The gas supply pipes 510, 520, and 530 are provided with MFCs 512, 522, and 532 that are flow rate controllers (flow rate control units) and valves 514, 524, and 534 that are on-off valves, in order from the upstream side.
上記構成における一例として、ガス供給管310からは、処理ガスとして、反応阻害ガスが、MFC312、バルブ314を介して処理室101内へ供給される。反応阻害ガスとしては、例えば、ハロゲン化物(ハロゲン系ガス)であって、例えばハロゲン化水素ガス(ハロゲン化水素)を用いることができる。ハロゲン化水素としては、例えば塩素(Cl)と水素(H)で構成される塩化水素(HCl)ガスを用いることができる。 As an example of the above configuration, a reaction-inhibiting gas is supplied from the gas supply pipe 310 as a processing gas into the processing chamber 101 via the MFC 312 and the valve 314. As the reaction inhibition gas, for example, a halide (halogen-based gas), for example, a hydrogen halide gas (hydrogen halide) can be used. As the hydrogen halide, for example, hydrogen chloride (HCl) gas composed of chlorine (Cl) and hydrogen (H) can be used.
ガス供給管320からは、処理ガスとして、原料ガスがMFC322、バルブ324を介して処理室101内へ供給される。原料ガスとしてはハロゲン系原料ガス(ハロゲン化合物、ハロゲン化物)であって、例えば金属元素を含むガス(金属含有ガス)を用いることができる。金属含有ガスとしては、金属元素として例えば遷移金属元素であるチタン(Ti)を含むガス(チタン(Ti)含有原料、Ti含有原料ガス、Ti含有ガス、Tiソース)であって、ハロゲン元素として塩素(Cl)を含む四塩化チタニウム(TiCl4)が用いられる。本明細書において「原料」という言葉を用いた場合は、「液体状態である液体原料」を意味する場合、「気体状態である原料ガス」を意味する場合、または、それらの両方を意味する場合がある。 From the gas supply pipe 320, a raw material gas is supplied into the processing chamber 101 through the MFC 322 and the valve 324 as a processing gas. As the source gas, a halogen-based source gas (halogen compound, halide), for example, a gas containing a metal element (metal-containing gas) can be used. The metal-containing gas is, for example, a gas containing titanium (Ti), which is a transition metal element, as a metal element (a titanium (Ti) -containing raw material, a Ti-containing raw material gas, a Ti-containing gas, a Ti source), and a halogen element containing chlorine. Titanium tetrachloride (TiCl 4 ) containing (Cl) is used. When the term “raw material” is used in the present specification, it means “a liquid raw material in a liquid state”, “a raw material gas in a gaseous state”, or both of them. There is.
ガス供給管330からは、処理ガスとして、反応ガスがMFC332、バルブ334を介して処理室101内へ供給される。反応ガスとしては窒素(N)含有ガス(窒化ガス、窒化剤)であって、例えばアンモニア(NH3)ガスを用いることができる。 From the gas supply pipe 330, a reactive gas is supplied as a processing gas into the processing chamber 101 through the MFC 332 and the valve 334. The reaction gas is a nitrogen (N) -containing gas (nitriding gas, nitriding agent), and for example, ammonia (NH 3 ) gas can be used.
ガス供給管510,520,530からは、不活性ガスとして窒素(N2)ガスが、それぞれMFC512,522,532,バルブ514,524,534を通ってガス導入口110へ供給される。 From the gas supply pipes 510, 520, and 530, nitrogen (N 2 ) gas as an inert gas is supplied to the gas inlet 110 through the MFCs 512, 522, 532, valves 514, 524, and 534, respectively.
ガス供給管310,320,330から上述のような処理ガスを流す場合、主に、ガス供給管310,320,330,MFC312,322,332,バルブ314,324,334により処理ガス供給系が構成される。ガス導入口110を処理ガス供給系に含めて考えてもよい。処理ガス供給系を、単にガス供給系と称することもできる。 When the processing gas as described above is allowed to flow from the gas supply pipes 310, 320, and 330, a processing gas supply system is mainly configured by the gas supply pipes 310, 320, 330, MFCs 312, 322, 332, and valves 314, 324, and 334. Is done. The gas inlet 110 may be included in the processing gas supply system. The processing gas supply system can be simply referred to as a gas supply system.
ガス供給管から処理ガスとして反応阻害ガスを流す場合、主に、ガス供給管310,MFC312、バルブ314により反応阻害ガス供給系が構成される。ガス供給管310から反応阻害ガスとしてハロゲン化物(ハロゲン系ガス)であるハロゲン化水素ガスを流す場合、反応阻害ガス供給系をハロゲン化水素ガス供給系(ハロゲン化水素供給系)と称することもできる。ハロゲン化水素ガスとしてHClガスを供給する場合、ハロゲン化水素ガス供給系をHClガス供給系と称することもできる。HClガス供給系をHCl供給系と称することもできる。 When a reaction inhibiting gas is allowed to flow as a processing gas from the gas supply pipe, a reaction inhibiting gas supply system is mainly configured by the gas supply pipe 310, the MFC 312 and the valve 314. When flowing a hydrogen halide gas, which is a halide (halogen-based gas), as a reaction-inhibiting gas from the gas supply pipe 310, the reaction-inhibiting gas supply system can also be referred to as a hydrogen halide gas supply system (hydrogen halide supply system). . When supplying HCl gas as the hydrogen halide gas, the hydrogen halide gas supply system may be referred to as an HCl gas supply system. The HCl gas supply system can also be referred to as an HCl supply system.
ガス供給管320から処理ガスとして原料ガスを流す場合、主に、ガス供給管320,MFC322,バルブ324により原料ガス供給系が構成される。ガス供給管320から原料ガスとしてハロゲン系原料ガスを流す場合、原料ガス供給系をハロゲン系原料ガス供給系と称することもできる。ガス供給管320からハロゲン系原料ガスとして金属含有ガスを流す場合、ハロゲン系原料ガス供給系を金属含有ガス供給系と称することもできる。ガス供給管320から金属含有ガスとしてTi含有ガスを流す場合、金属含有ガス供給系をTi含有ガス供給系と称することもできる。Ti含有ガスとしてTiCl4ガスを流す場合、Ti含有ガス供給系をTiCl4ガス供給系と称することもできる。TiCl4ガス供給系をTiCl4供給系と称することもできる。 When the raw material gas is flowed as the processing gas from the gas supply pipe 320, the raw material gas supply system is mainly configured by the gas supply pipe 320, the MFC 322, and the valve 324. When a halogen-based source gas is allowed to flow as a source gas from the gas supply pipe 320, the source gas supply system can also be referred to as a halogen-based source gas supply system. When a metal-containing gas is allowed to flow from the gas supply pipe 320 as the halogen-based source gas, the halogen-based source gas supply system can also be referred to as a metal-containing gas supply system. When flowing a Ti-containing gas as a metal-containing gas from the gas supply pipe 320, the metal-containing gas supply system can also be referred to as a Ti-containing gas supply system. When flowing TiCl 4 gas as the Ti-containing gas, the Ti-containing gas supply system can also be referred to as a TiCl 4 gas supply system. The TiCl 4 gas supply system can also be referred to as a TiCl 4 supply system.
ガス供給管330から処理ガスとして反応ガスを流す場合、主に、ガス供給管330,MFC332,バルブ334により反応ガス供給系が構成される。ガス供給管330から、反応ガスとしてはN含有ガスを流す場合、N含有ガス供給系をNH3ガス供給系と称することもできる。NH3ガス供給系をNH3供給系と称することもできる。 When a reaction gas is allowed to flow as a processing gas from the gas supply pipe 330, a reaction gas supply system is mainly configured by the gas supply pipe 330, the MFC 332, and the valve 334. When an N-containing gas is allowed to flow as a reaction gas from the gas supply pipe 330, the N-containing gas supply system can also be referred to as an NH 3 gas supply system. The NH 3 gas supply system can also be referred to as an NH 3 supply system.
また、主に、ガス供給管510,520,530,MFC512,522,532,バルブ514,524,534により不活性ガス供給系が構成される。この不活性ガスはパージガス、希釈ガス、あるいは、キャリアガス等として作用することから、不活性ガス供給系を、パージガス供給系、希釈ガス供給系、あるいは、キャリアガス供給系と称することもできる。ガス供給管310,320,330よりそれぞれ供給された反応阻害ガス、原料ガス、反応ガスをキャリアガスで希釈することにより、サセプタ117に載置されるウエハ100面内の膜厚均一性等のウエハ100におけるウエハ100の処理の均一性を調整することができる。 In addition, an inert gas supply system is mainly configured by the gas supply pipes 510, 520, 530, the MFCs 512, 522, 532, and the valves 514, 524, 534. Since the inert gas acts as a purge gas, a dilution gas, a carrier gas, or the like, the inert gas supply system can also be called a purge gas supply system, a dilution gas supply system, or a carrier gas supply system. Wafers such as film thickness uniformity within the surface of the wafer 100 placed on the susceptor 117 by diluting the reaction inhibition gas, source gas, and reaction gas supplied from the gas supply pipes 310, 320, and 330 with a carrier gas, respectively. The uniformity of processing of the wafer 100 in 100 can be adjusted.
(制御部)
図1に示すように、基板処理装置は制御部としてのコントローラ300を備える。図3に、本実施形態に係る制御部と各構成の接続例を示す。制御部(制御手段)であるコントローラ300は、CPU(Central Processing Unit)380a、RAM(Random Access Memory)380b、記憶装置380c、I/Oポート380dを備えたコンピュータとして構成される。RAM380b、記憶装置380c、I/Oポート380dは、内部バス380eを介して、CPU380aとデータ交換可能なように構成される。コントローラ300には、マン−マシンインタフェースとして、例えばタッチパネル等として構成された入力装置382や、表示装置(ディスプレイ)372が接続される。
(Control part)
As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus includes a controller 300 as a control unit. FIG. 3 shows a connection example between the control unit and each component according to the present embodiment. The controller 300 which is a control unit (control means) is configured as a computer including a CPU (Central Processing Unit) 380a, a RAM (Random Access Memory) 380b, a storage device 380c, and an I / O port 380d. The RAM 380b, the storage device 380c, and the I / O port 380d are configured to exchange data with the CPU 380a via the internal bus 380e. The controller 300 is connected with an input device 382 configured as, for example, a touch panel or a display device (display) 372 as a man-machine interface.
記憶装置380cは、例えばフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等で構成される。記憶装置380c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る。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300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、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。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。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、それらの両方を含む場合がある。RAM380bは、CPU380a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 storage device 380c is configured by, for example, a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), or the like. In the storage device 380c, a control program that controls the operation of the substrate processing apparatus, a process recipe that describes the procedure and conditions of the substrate processing described later, and the like are stored in a readable manner. The process recipe is a combination of instructions so that the controller 300 can execute each procedure in a substrate processing step to be described later to obtain a predetermined result, and functions as a program. Hereinafter, process recipes, control programs, and the like are collectively referred to simply as programs. The process recipe is also simply called a recipe. When the term “program” is used in this specification, it may include only a process recipe alone, only a control program alone, or both. The RAM 380b is configured as a memory area (work area) in which programs, data, and the like read by the CPU 380a are temporarily stored.
I/Oポート380dは、ヒータ106、昇降機構107b、ゲートバルブ151、搬送ロボット173、圧力調整器162、真空ポンプ164、MFC312,322,332,512,522,532、バルブ314,324,334,514,524,534等に接続されている。 The I / O port 380d includes a heater 106, an elevating mechanism 107b, a gate valve 151, a transfer robot 173, a pressure regulator 162, a vacuum pump 164, MFC 312, 322, 332, 512, 522, 532, valves 314, 324, 334, 514, 524, 534 and the like.
CPU380aは、記憶装置380c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382からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置380cからプロセスレシピを読み出す。CPU380aは、読み出した制御プログラムおよびプロセスレシピの内容に沿うように、MFC312,322,332,512,522,532による各種ガスの流量調整動作、バルブ314,324,334,514,524,534の開閉動作、圧力調整器162の圧力調整動作、ヒータ106の温度調整動作、真空ポンプ164の起動および停止、昇降機構107bによる支持台103の昇降動作、等を制御するように構成されている。 The CPU 380a reads and executes a control program from the storage device 380c, and reads a process recipe from the storage device 380c in response to an operation command input from the input / output device 382 or the like. The CPU 380a adjusts the flow rates of various gases by the MFCs 312, 322, 332, 512, 522, 532 and opens / closes the valves 314, 324, 334, 514, 524, 534 in accordance with the contents of the read control program and process recipe. It is configured to control the operation, the pressure adjustment operation of the pressure regulator 162, the temperature adjustment operation of the heater 106, the start and stop of the vacuum pump 164, the elevation operation of the support base 103 by the elevation mechanism 107b, and the like.
コントローラ300は、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(USB Flash Drive)やメモリカード等の半導体メモリ)383に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置380cや外部記憶装置383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。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380c単体のみを含む場合、外部記憶装置383単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置383を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。 The controller 300 is an external storage device (for example, a magnetic tape, a magnetic disk such as a flexible disk or a hard disk, an optical disk such as a CD or a DVD, a magneto-optical disk such as an MO, a semiconductor memory such as a USB memory (USB Flash Drive) or a memory card). ) The above program stored in 383 can be installed in a computer. The storage device 380c and the external storage device 383 are configured as computer-readable recording media. Hereinafter, these are collectively referred to simply as a recording medium. When the term “recording medium” is used in this specification, it may include only the storage device 380c alone, may include only the external storage device 383 alone, or may include both of them. The provision of the program to the computer may be performed using communication means such as the Internet or a dedicated line without using the external storage device 383.
(2)基板処理工程(成膜工程)
半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、表面に、トレンチ(溝)の形成された基板に対して、金属膜を形成する工程の一例について図4を用いて説明する。金属膜を形成する工程は、上述した基板処理装置10の処理室101内において実行される。以下の説明において、基板処理装置10を構成する各部の動作はコントローラ300により制御される。
(2) Substrate processing process (film formation process)
As an example of a manufacturing process of a semiconductor device (device), an example of a process of forming a metal film on a substrate having a trench (groove) formed on the surface will be described with reference to FIG. The step of forming the metal film is performed in the processing chamber 101 of the substrate processing apparatus 10 described above. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus 10 is controlled by the controller 300.
<本発明の第1の実施形態>
本実施形態の好適な成膜シーケンス(単にシーケンスとも称する)は、ウエハ100に対して、第1の元素として金属元素(例えばチタン(Ti))を含むハロゲン系原料ガス(例えばTiCl4ガス)を供給する工程と、上記ウエハ100に対して、上記第1のハロゲン系原料ガスと、後述する反応ガスとの反応を阻害する反応阻害ガス(例えばHClガス)を供給する工程と、上記ウエハ100に対して、第2の元素(例えば窒素(N))を含み、上記第1の元素と反応する反応ガス(例えばNH3ガス)を供給する工程と、を時分割して(非同期、間欠的、パルス的に)所定回数行い、上記反応阻害ガスを供給する工程における反応阻害ガスの供給流量を制御することにより、上記ウエハ100上に形成される薄膜(例えばチタン窒化膜(TiN膜))のより高い段差被覆性を向上することができる。
<First Embodiment of the Present Invention>
In a preferred film forming sequence (also simply referred to as a sequence) of the present embodiment, a halogen-based source gas (for example, TiCl 4 gas) containing a metal element (for example, titanium (Ti)) as the first element is applied to the wafer 100. Supplying the wafer 100 with a reaction inhibiting gas (for example, HCl gas) that inhibits the reaction between the first halogen-based source gas and a reaction gas to be described later. On the other hand, a step of supplying a reaction gas (for example, NH 3 gas) containing a second element (for example, nitrogen (N)) and reacting with the first element is time-shared (asynchronous, intermittent, A thin film (for example, titanium nitride) formed on the wafer 100 by controlling the supply flow rate of the reaction inhibition gas in the step of supplying the reaction inhibition gas in a predetermined number of times. It is possible to improve the higher step coverage of the film (TiN film)).
本明細書において、「処理(もしくは工程、サイクル、ステップ等と称する)を所定回数行う」とは、この処理等を1回もしくは複数回行うことを意味する。すなわち、処理を1回以上行うことを意味する。図4は、各処理(サイクル)をnサイクルずつ繰り返す例を示している。nの値は、最終的に形成されるTiN膜において必要とされる膜厚に応じて適宜選択される。すなわち、上述の各処理を行う回数は、目標とする膜厚に応じて決定される。 In this specification, “processing (or process, cycle, step, etc.) is performed a predetermined number of times” means that this processing or the like is performed once or a plurality of times. That is, it means that the process is performed once or more. FIG. 4 shows an example in which each process (cycle) is repeated n cycles. The value of n is appropriately selected according to the film thickness required for the finally formed TiN film. That is, the number of times each of the above-described processes is performed is determined according to the target film thickness.
本明細書において「時分割」とは時間的に分割(セパレート)されていることを意味している。例えば、本明細書において、各処理を時分割して行うとは、各処理を非同期、すなわち同期させることなく行うことを意味している。言い換えると、各処理を間欠的に(パルス的に)行うことを意味している。つまり、各処理で供給される処理ガスは、互いに混合しないように供給されることを意味している。各処理を時分割して複数回行う場合は、各処理で供給される処理ガスは、互いに混合しないよう交互に供給される。 In this specification, “time division” means that time division (separation) is performed. For example, in the present specification, performing each process in a time-sharing manner means that each process is performed asynchronously, that is, without being synchronized. In other words, it means that each process is performed intermittently (pulsed). That is, it means that the processing gases supplied in each process are supplied so as not to mix with each other. When each process is performed a plurality of times in a time-sharing manner, the process gases supplied in each process are alternately supplied so as not to mix with each other.
本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体(集合体)」を意味する場合(すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合)がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面(露出面)」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。 In this specification, when the term “wafer” is used, it means “wafer itself” or “a laminate (aggregate) of a wafer and a predetermined layer or film formed on the surface”. In some cases (that is, a wafer including a predetermined layer or film formed on the surface is referred to as a wafer). In addition, when the term “wafer surface” is used in this specification, it means “the surface of the wafer itself (exposed surface)” or “the surface of a predetermined layer or film formed on the wafer”. That is, it may mean “the outermost surface of the wafer as a laminated body”.
従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面(露出面)に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合がある。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層(又は膜)を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面(露出面)上に所定の層(又は膜)を直接形成する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハの最表面の上に所定の層(又は膜)を形成する」ことを意味する場合がある。 Therefore, in the present specification, the phrase “supplying a predetermined gas to the wafer” means “supplying a predetermined gas directly to the surface (exposed surface) of the wafer itself”. , It may mean that “a predetermined gas is supplied to a layer, a film, or the like formed on the wafer, that is, to the outermost surface of the wafer as a laminated body”. Further, in this specification, when “describe a predetermined layer (or film) on the wafer” is described, “determine a predetermined layer (or film) directly on the surface (exposed surface) of the wafer itself”. This means that a predetermined layer (or film) is formed on a layer or film formed on the wafer, that is, on the outermost surface of the wafer as a laminate. There is a case.
本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同様である。 In this specification, the term “substrate” is used in the same manner as the term “wafer”.
本明細書において金属膜という用語は、金属原子を含む導電性の物質で構成される膜を意味し、これには、導電性の金属窒化膜(メタルナイトライド膜)、導電性の金属酸化膜(メタルオキサイド膜)、導電性の金属酸窒化膜(メタルオキシナイトライド膜)、導電性の金属複合膜、導電性の金属合金膜、導電性の金属シリサイド膜(メタルシリサイド膜)、導電性の金属炭化膜(メタルカーバイド膜)、導電性の金属炭窒化膜(メタルカーボナイトライド膜)等が含まれる。なお、TiN膜は導電性の金属窒化膜である。 In this specification, the term “metal film” means a film composed of a conductive substance containing metal atoms, and includes a conductive metal nitride film (metal nitride film), a conductive metal oxide film. (Metal oxide film), conductive metal oxynitride film (metal oxynitride film), conductive metal composite film, conductive metal alloy film, conductive metal silicide film (metal silicide film), conductive A metal carbide film (metal carbide film), a conductive metal carbonitride film (metal carbonitride film) and the like are included. The TiN film is a conductive metal nitride film.
(基板準備ステップ)
まず、ウエハ搬送口150に設けられたゲートバルブ151が開放され、搬送ロボット173によって搬送室171から処理容器102内に表面にトレンチ(溝)が形成されたウエハ100が搬送される。
(Board preparation step)
First, the gate valve 151 provided at the wafer transfer port 150 is opened, and the transfer robot 173 transfers the wafer 100 having a trench (groove) formed on the surface thereof from the transfer chamber 171 into the processing container 102.
(基板載置ステップ)
処理容器102内に搬送されたウエハ100は、リフトピン108bに載置される。そして、支持台103をウエハ処理位置まで上昇させることにより、ウエハ100はサセプタ117に載置される。
(Substrate placement step)
The wafer 100 transferred into the processing container 102 is placed on the lift pins 108b. Then, the wafer 100 is placed on the susceptor 117 by raising the support base 103 to the wafer processing position.
(圧力・温度調整ステップ)
ウエハ100がサセプタ117に載置されると、ゲートバルブ151が閉じられ、処理室101内が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ164によって真空排気される。この際、処理室101内の圧力は、圧力センサ(不図示)により測定され、APCバルブ162でフィードバック制御される。また、サセプタ117に載置されたウエハ100は、支持台103に内蔵されたヒータ106によって所定の温度に加熱される。この際、ウエハ100が所定の温度分布となるように、温度センサ(不図示)が検出した温度情報に基づいてヒータ106への通電量がフィードバック制御される。
(Pressure / temperature adjustment step)
When the wafer 100 is placed on the susceptor 117, the gate valve 151 is closed, and the processing chamber 101 is evacuated by the vacuum pump 164 so that a desired pressure (degree of vacuum) is obtained. At this time, the pressure in the processing chamber 101 is measured by a pressure sensor (not shown) and feedback controlled by the APC valve 162. Further, the wafer 100 placed on the susceptor 117 is heated to a predetermined temperature by the heater 106 built in the support base 103. At this time, the energization amount to the heater 106 is feedback-controlled based on temperature information detected by a temperature sensor (not shown) so that the wafer 100 has a predetermined temperature distribution.
上記した圧力調整および温度調整は、後述する成膜工程が終了するまでの間、常に実行される。 The pressure adjustment and temperature adjustment described above are always executed until the film forming process described later is completed.
(TiN膜形成ステップ)
続いて,TiN膜を形成するステップを実行する。TiN膜形成ステップは、以下に説明するハロゲン系原料ガス供給ステップ、反応阻害ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、N含有ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップを含む。
(TiN film formation step)
Subsequently, a step of forming a TiN film is performed. The TiN film formation step includes a halogen-based source gas supply step, a reaction inhibition gas supply step, a residual gas removal step, an N-containing gas supply step, and a residual gas removal step, which will be described below.
具体的には図4に示すシーケンスのように、TiCl4ガス、HClガスおよびNH3ガスを時分割して流すサイクルを所定回数(n回)行うことで、チタン窒化膜(TiN膜)を形成する。図4に示すシーケンスを、便宜上、次の式(1)のように示すこととする。P/Vは後述するガス除去工程を示す。以下の説明においても、便宜上、同様の表記を用いる。 Specifically, as in the sequence shown in FIG. 4, a titanium nitride film (TiN film) is formed by performing a predetermined number of times (n times) of flowing a TiCl 4 gas, an HCl gas, and an NH 3 gas in a time-sharing manner. To do. For the sake of convenience, the sequence shown in FIG. 4 is represented as the following equation (1). P / V indicates a gas removal step described later. In the following description, the same notation is used for convenience.
(TiCl4→HCl→P/V→NH3→P/V)×n=>TiN …(1) (TiCl 4 → HCl → P / V → NH 3 → P / V) × n => TiN (1)
(ハロゲン系原料ガス供給ステップ)
まず、バルブ324を開き、ガス供給管320内にハロゲン系原料であるTiCl4ガスを流す。ガス供給管320内を流れたTiCl4ガスは、MFC322により流量調整される。流量調整されたTiCl4ガスは、ガス導入口110から処理室101内に供給され、排気管161から排気される。このとき、ウエハ100に対してTiCl4ガスが供給されることとなる。すなわちウエハ100の表面(トレンチを含む)はTiCl4ガスに暴露されることとなる。このとき同時にバルブ524を開き、ガス供給管520内にN2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管520内を流れたN2ガスは、MFC522により流量調整される。流量調整されたN2ガスはTiCl4ガスと一緒に処理室101内に供給され、排気口160から排気される。
(Halogen source gas supply step)
First, the valve 324 is opened, and a TiCl 4 gas that is a halogen-based material is caused to flow into the gas supply pipe 320. The flow rate of the TiCl 4 gas that has flowed through the gas supply pipe 320 is adjusted by the MFC 322. The flow-adjusted TiCl 4 gas is supplied from the gas inlet 110 into the processing chamber 101 and exhausted from the exhaust pipe 161. At this time, TiCl 4 gas is supplied to the wafer 100. That is, the surface of the wafer 100 (including the trench) is exposed to TiCl 4 gas. At the same time, the valve 524 is opened, and an inert gas such as N 2 gas is allowed to flow into the gas supply pipe 520. The flow rate of the N 2 gas flowing through the gas supply pipe 520 is adjusted by the MFC 522. The N 2 gas whose flow rate has been adjusted is supplied into the processing chamber 101 together with the TiCl 4 gas, and is exhausted from the exhaust port 160.
このとき真空ポンプ164を適正に調整して、処理室101内の圧力を、例えば1〜70000Paの範囲内の(所定の)圧力、好ましくは1〜1333Paの範囲内の(所定の)圧力、より好ましくは20〜50Paの範囲内の(所定の)圧力とする。処理室101内の圧力が70000Paより高いと後述する残留ガス除去が十分に行われない場合がある。処理室101内の圧力が0.01Paより低いと、TiCl4ガスの反応速度を十分に得られない可能性がある。なお、本明細書では、数値の範囲として、例えば1〜70000Paと記載した場合は、1Pa以上70000Pa以下を意味する。すなわち、数値の範囲内には1Paおよび70000Paが含まれる。圧力のみならず、流量、時間、温度等、本明細書に記載される全ての数値について同様である。 At this time, the vacuum pump 164 is appropriately adjusted so that the pressure in the processing chamber 101 is, for example, a (predetermined) pressure within a range of 1 to 70000 Pa, preferably a (predetermined) pressure within a range of 1 to 1333 Pa. The pressure is preferably (predetermined) within a range of 20 to 50 Pa. If the pressure in the processing chamber 101 is higher than 70,000 Pa, residual gas removal described later may not be performed sufficiently. If the pressure in the processing chamber 101 is lower than 0.01 Pa, the reaction rate of TiCl 4 gas may not be sufficiently obtained. In addition, in this specification, when it describes as 1-70000 Pa as a range of a numerical value, it means 1 Pa or more and 70000 Pa or less. That is, 1 Pa and 70000 Pa are included in the numerical range. The same applies not only to pressure but also to all numerical values described in this specification, such as flow rate, time, temperature, and the like.
MFC322で制御するTiCl4ガスの供給流量は、ウエハ100の表面(トレンチ300内表面を含む)をすべて覆う為に十分な量であり、例えば1〜10000sccmの範囲内の(所定の)流量、好ましくは0〜2000sccmの範囲内の(所定の)流量、より好ましくは10〜600sccmの範囲内の(所定の)流量とする。TiCl4ガスの供給流量が10000sccmより多いとCl等の不純物が多く取り込まれてしまう可能性があるとともに後述する残留ガス除去が十分に行われない場合がある。TiCl4ガスの供給流量が1sccmより少ないとTiCl4ガスの反応速度を十分に得られない可能性がある。 The supply flow rate of the TiCl 4 gas controlled by the MFC 322 is a sufficient amount to cover the entire surface of the wafer 100 (including the inner surface of the trench 300), for example, a (predetermined) flow rate within a range of 1 to 10,000 sccm, preferably Is a (predetermined) flow rate in the range of 0 to 2000 sccm, more preferably a (predetermined) flow rate in the range of 10 to 600 sccm. If the supply flow rate of TiCl 4 gas is more than 10,000 sccm, a large amount of impurities such as Cl may be taken in, and residual gas removal described later may not be sufficiently performed. When the supply flow rate of TiCl 4 gas is less than 1 sccm, there is a possibility that the reaction rate of TiCl 4 gas cannot be obtained sufficiently.
MFC512で制御するN2ガスの供給流量は、例えば1〜20000sccmの範囲内の(所定の)流量、好ましくは500〜15000sccmの範囲内の(所定の)流量、より好ましくは600〜800sccmの範囲内の(所定の)流量とする。N2ガスの供給流量が20000sccmより多いとTiCl4ガスの反応速度を十分に得られない可能性がある。N2ガスの供給流量が1sccmより少ないと後述する残留ガス除去が十分に行われない場合がある。 The supply flow rate of N 2 gas controlled by the MFC 512 is, for example, a (predetermined) flow rate in the range of 1 to 20000 sccm, preferably a (predetermined) flow rate in the range of 500 to 15000 sccm, more preferably in the range of 600 to 800 sccm. (Predetermined) flow rate. When the supply flow rate of N 2 gas is more than 20000 sccm, there is a possibility that the reaction rate of TiCl 4 gas cannot be sufficiently obtained. If the supply flow rate of N 2 gas is less than 1 sccm, residual gas removal described later may not be sufficiently performed.
TiCl4ガスをウエハ100に対して供給する時間、すなわちガス供給時間(照射時間)は、例えば0.1〜120秒の範囲内の(所定の)、好ましくは1〜30秒の範囲内の(所定の)、より好ましくは2〜6秒の範囲内の(所定の)時間とする。ガス供給時間が120秒より長くなると、Cl等の不純物が多く取り込まれてしまう可能性がある。ガス供給時間が0.1秒より少なくなると成膜レートが低くなる可能性がある。 The time for supplying the TiCl 4 gas to the wafer 100, that is, the gas supply time (irradiation time) is, for example, in the range of 0.1 to 120 seconds (predetermined), preferably in the range of 1 to 30 seconds ( (Predetermined), and more preferably (predetermined) time within a range of 2 to 6 seconds. If the gas supply time is longer than 120 seconds, a large amount of impurities such as Cl may be taken in. If the gas supply time is less than 0.1 seconds, the film formation rate may be lowered.
ヒータ106の温度は、ウエハ100の温度が、例えば200〜600℃の範囲内の(所定の)温度、好ましくは200〜550℃の範囲内の(所定の)温度、より好ましくは200〜400℃の範囲内の(所定の)温度となるよう設定する。ヒータ106の温度が600℃より高いと、TiCl4ガスの熱分解が促進されてしまうことにより、成膜レートが高くなりすぎて膜厚の制御性が悪化して均一性が悪化したり、Cl等の不純物が多量に取り込まれて抵抗率が高くなってしまう場合がある。一方、ヒータ106の温度が200℃より低くなると、反応性が低くなり膜形成が困難となる可能性がある。処理室101内に流れているガスは、TiCl4ガスとN2ガスのみであり、TiCl4ガスの供給により、ウエハ100(表面の下地膜)上にTi含有層が形成される。 As for the temperature of the heater 106, the temperature of the wafer 100 is, for example, a (predetermined) temperature within a range of 200 to 600 ° C., preferably a (predetermined) temperature within a range of 200 to 550 ° C., more preferably 200 to 400 ° C. The temperature is set to a (predetermined) temperature within the range. When the temperature of the heater 106 is higher than 600 ° C., the thermal decomposition of the TiCl 4 gas is promoted, so that the film formation rate becomes too high and the controllability of the film thickness is deteriorated and the uniformity is deteriorated. In some cases, a large amount of impurities such as those causes the resistivity to increase. On the other hand, when the temperature of the heater 106 is lower than 200 ° C., the reactivity becomes low and film formation may be difficult. The gases flowing into the processing chamber 101 are only TiCl 4 gas and N 2 gas, and a Ti-containing layer is formed on the wafer 100 (surface underlayer film) by supplying the TiCl 4 gas.
Ti含有層は、Tiにより構成されるTi層であってもよいし、Clを含むTi層であってもよいし、TiCl4の吸着層(以下、単に原料分子の吸着層ともいう)であってもよいし、それらのすべてを含んでいてもよい。Clを含むTi層とはTiにより構成されClを含む連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるClを含むTi薄膜をも含む総称である。Tiにより構成されClを含む連続的な層を、Clを含むTi薄膜という場合もある。Clを含むTi層を構成するTiは、Clとの結合が完全に切れていないものの他、Clとの結合が完全に切れているものも含む。 The Ti-containing layer may be a Ti layer composed of Ti, a Ti layer containing Cl, or a TiCl 4 adsorption layer (hereinafter also referred to simply as an adsorption layer of raw material molecules). Or all of them may be included. The Ti layer containing Cl is a general term including a continuous layer made of Ti and containing Cl, a discontinuous layer, and a Ti thin film containing Cl formed by overlapping these layers. A continuous layer made of Ti and containing Cl may be referred to as a Ti thin film containing Cl. Ti constituting the Ti layer containing Cl includes not only the bond with Cl not completely broken but also the one with bond completely broken with Cl.
原料分子の吸着層は、TiCl4分子で構成される連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。すなわち、原料分子の吸着層は、TiCl4分子で構成される1分子層もしくは1分子層未満の厚さの吸着層を含む。原料分子の吸着層を構成するTiCl4分子は、TiとClとの結合が一部切れたものも含む。すなわち、原料分子の吸着層は、TiCl4の物理吸着層であってもよいし、TiCl44の化学吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。 The adsorption layer of raw material molecules includes a discontinuous adsorption layer as well as a continuous adsorption layer composed of TiCl 4 molecules. That is, the adsorption layer of raw material molecules includes an adsorption layer having a thickness of less than one molecular layer or less than one molecular layer composed of TiCl 4 molecules. The TiCl 4 molecules constituting the raw material molecule adsorption layer include those in which the bond between Ti and Cl is partially broken. That is, the adsorption layer of source molecules may be a physical adsorption layer of TiCl 4, may be a chemical adsorption layer of TiCl4 4, may include both of them.
ここで、1原子層未満の厚さ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原子層の厚さ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。1分子層未満の厚さ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分子層の厚さ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。Clを含むTi含有層は、Clを含むTi層と原料分子の吸着層との両方を含み得る。但し、上述の通り、Clを含むTi含有層については「1原子層」、「数原子層」等の表現を用いて表すこととする。 Here, a layer having a thickness of less than one atomic layer means an atomic layer formed discontinuously, and a layer having a thickness of one atomic layer means an atomic layer formed continuously. Means. A layer having a thickness of less than one molecular layer means a molecular layer formed discontinuously, and a layer having a thickness of one molecular layer means a molecular layer formed continuously. ing. The Ti-containing layer containing Cl can include both a Ti layer containing Cl and an adsorption layer of source molecules. However, as described above, the Ti-containing layer containing Cl is expressed using expressions such as “one atomic layer” and “several atomic layer”.
TiCl4ガスが自己分解(熱分解)する条件下では、ウエハ100上にTiが堆積することでTi層が形成される。TiCl4ガスが自己分解(熱分解)しない条件下では、ウエハ100上にTiCl4が吸着することで原料分子の吸着層が形成される。ウエハ100上に原料分子の吸着層を形成するよりも、ウエハ100上にTi層を形成する方が、成膜レートを高くすることができる点では、好ましい。 Under conditions where the TiCl 4 gas is self-decomposed (thermally decomposed), Ti is deposited on the wafer 100 to form a Ti layer. Under conditions where the TiCl 4 gas is not self-decomposed (thermally decomposed), an adsorption layer of raw material molecules is formed by the adsorption of TiCl 4 on the wafer 100. It is preferable to form a Ti layer on the wafer 100 in that the film formation rate can be increased, rather than forming an adsorption layer of raw material molecules on the wafer 100.
1回のハロゲン系原料ガス供給ステップで形成されるTi含有層(以下、第1層と称する場合もある)の厚さが数原子層を超えると、後述するN含有ガス供給ステップでの改質の作用が第1層の全体に届かなくなる。また、第1層の厚さの最小値は1原子層未満である。よって、第1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。第1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N含有ガス供給ステップでの改質の作用を相対的に高めることができ、N含有ガス供給ステップでの改質に要する時間を短縮することができる。ハロゲン系原料ガス供給ステップでの第1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。 When the thickness of the Ti-containing layer (hereinafter sometimes referred to as the first layer) formed in one halogen-based source gas supply step exceeds several atomic layers, the reforming in the N-containing gas supply step described later Will not reach the entire first layer. The minimum thickness of the first layer is less than one atomic layer. Therefore, it is preferable that the thickness of the first layer be less than one atomic layer to several atomic layers. By setting the thickness of the first layer to 1 atomic layer or less, that is, 1 atomic layer or less than 1 atomic layer, it is possible to relatively increase the effect of reforming in the N-containing gas supply step described later, The time required for reforming in the contained gas supply step can be shortened. The time required for forming the first layer in the halogen-based source gas supply step can also be shortened. As a result, the processing time per cycle can be shortened, and the total processing time can be shortened. That is, the film forming rate can be increased. Moreover, the controllability of the film thickness uniformity can be improved by setting the thickness of the first layer to 1 atomic layer or less.
(反応阻害ガス供給ステップ)
Ti含有膜が形成された後、バルブ324を閉じ、TiCl4ガスの供給を停止する。次に、バルブ314を開き、ガス供給管310内に反応阻害ガスであるHClガスを流す。ガス供給管310内を流れたHClガスは、MFC312により流量調整される。流量調整されたHClガスは、ガス導入口110から処理室101内へ供給され、排気管161から排気される。このときウエハ100に対してHClガスが供給されることとなる。すなわちウエハ100の表面はHClガスに暴露されることとなる。このとき同時にバルブ514を開き、ガス供給管510内にN2ガスを流す。ガス供給管510内を流れたN2ガスは、MFC512により流量調整される。流量調整されたN2ガスはHClガスと一緒に処理室101内へ供給され、排気管161から排気される。
(Reaction inhibiting gas supply step)
After the Ti-containing film is formed, the valve 324 is closed and the supply of TiCl 4 gas is stopped. Next, the valve 314 is opened, and HCl gas, which is a reaction inhibition gas, is caused to flow into the gas supply pipe 310. The flow rate of the HCl gas flowing through the gas supply pipe 310 is adjusted by the MFC 312. The flow-adjusted HCl gas is supplied from the gas inlet 110 into the processing chamber 101 and exhausted from the exhaust pipe 161. At this time, HCl gas is supplied to the wafer 100. That is, the surface of the wafer 100 is exposed to HCl gas. At the same time, the valve 514 is opened and N 2 gas is allowed to flow into the gas supply pipe 510. The flow rate of the N 2 gas flowing through the gas supply pipe 510 is adjusted by the MFC 512. The N 2 gas whose flow rate has been adjusted is supplied into the processing chamber 101 together with the HCl gas, and is exhausted from the exhaust pipe 161.
このとき圧力調整器162を適正に調整して、処理室101内の圧力を、例えば1〜13300Paの範囲内の(所定の)圧力、好ましくは1〜1330Paの範囲内の(所定の)圧力、より好ましくは1〜133Paの範囲内の(所定の)圧力とする。処理室101内の圧力が13300Paより高いとHClガスが過剰にウエハ100と反応(もしくは吸着)してしまい、所定量以上にTi含有層とNH3ガスとの反応を阻害してしまう場合がある。処理室101内の圧力が1Paより低いと、HClガスの反応速度を十分に得られない可能性がある。 At this time, the pressure regulator 162 is appropriately adjusted so that the pressure in the processing chamber 101 is, for example, a (predetermined) pressure within a range of 1 to 13300 Pa, preferably a (predetermined) pressure within a range of 1 to 1330 Pa, More preferably, the pressure is a (predetermined) pressure within a range of 1 to 133 Pa. If the pressure in the processing chamber 101 is higher than 13300 Pa, the HCl gas may excessively react (or adsorb) with the wafer 100, which may hinder the reaction between the Ti-containing layer and the NH 3 gas beyond a predetermined amount. . If the pressure in the processing chamber 101 is lower than 1 Pa, the reaction rate of HCl gas may not be sufficiently obtained.
MFC312で制御するHClガスの供給流量は、ウエハ100の表面をすべて覆う為に必要な量以下の流量であり、例えば1〜3000sccmの範囲内の(所定の)流量、好ましくは10〜1000sccmの範囲内の(所定の)流量、より好ましくは10〜100sccmの範囲内の(所定の)流量とする。HClガスの供給流量が3000sccmより多いと、HClガスが、トレンチ下部302まで顕著に入り込んでしまい、トレンチ下部302におけるTiN膜形成に影響を与えてしまう可能性がある。HClガスの供給流量が1sccmより少ないと、HClガスによるTi含有層とNH3ガスとの反応阻害効果を十分に得られない可能性がある。 The supply flow rate of the HCl gas controlled by the MFC 312 is a flow rate equal to or less than an amount necessary to cover the entire surface of the wafer 100, and is, for example, a (predetermined) flow rate in the range of 1 to 3000 sccm, preferably in the range of 10 to 1000 sccm. (Predetermined) flow rate, more preferably (predetermined) flow rate in the range of 10-100 sccm. If the supply flow rate of the HCl gas is greater than 3000 sccm, the HCl gas may significantly enter the trench lower portion 302, which may affect the formation of the TiN film in the trench lower portion 302. If the supply flow rate of HCl gas is less than 1 sccm, the reaction inhibition effect between the Ti-containing layer and NH 3 gas by HCl gas may not be sufficiently obtained.
なお、TiN膜成膜の初期と終期とで、HClガスの供給流量を変更するとよい。例えば、成膜初期の段階では第1のプロセス条件として反応阻害ガスの供給量を多くし、トレンチ下部に優先してTiN膜の成膜を行う。その後、成膜終期の段階では第2のプロセス条件として反応阻害ガスの供給量を少なくすることにより、トレンチ上部にもTiN膜を形成する。このようなボトムアップ成膜によって、Voidの減少した成膜が可能となり、Void Freeの埋め込み特性を達成することができる。 Note that the HCl gas supply flow rate may be changed between the initial stage and the final stage of the TiN film formation. For example, at the initial stage of film formation, the supply amount of the reaction inhibiting gas is increased as the first process condition, and the TiN film is formed in preference to the lower part of the trench. Thereafter, a TiN film is formed also on the trench by reducing the supply amount of the reaction inhibiting gas as a second process condition at the final stage of film formation. By such bottom-up film formation, film formation with a reduced void is possible, and the embedding characteristic of void free can be achieved.
さらに、TiN膜成膜の初期→中期→終期と処理サイクルが増えるにしたがって(すなわちnサイクルのnの数が大きくなるにつれて)、HClガスの供給流量を徐々に減らしていくと良い。例えば、成膜初期の段階で反応阻害ガスの供給量を多くし、トレンチ下部に優先してTiN膜の成膜を行う(図12(a))。その後、成膜処理サイクルが進むにしたがって、徐々に反応阻害ガスの供給量を減らして行く事により、徐々にトレンチ上部にもTiN膜が成膜されていく(図12(b)(c))。このように、トレンチの深さに応じて反応阻害ガスであるHClの供給量を調整する。このようなボトムアップ成膜によって、図12(a)(b)(c)に示すように、HClガスの供給流量を徐々に減らしていくことにより、Voidの減少した成膜が可能となり、Void Freeの埋め込み特性を達成することができる。 Furthermore, it is preferable to gradually decrease the supply flow rate of HCl gas as the number of processing cycles increases (that is, as the number of n in n cycles increases) from the initial stage to the middle stage to the final stage of TiN film formation. For example, the supply amount of the reaction inhibiting gas is increased in the initial stage of film formation, and a TiN film is formed in preference to the lower part of the trench (FIG. 12A). Thereafter, as the film forming process cycle proceeds, a TiN film is gradually formed on the upper part of the trench by gradually decreasing the supply amount of the reaction inhibiting gas (FIGS. 12B and 12C). . Thus, the supply amount of HCl, which is a reaction inhibiting gas, is adjusted according to the depth of the trench. By such bottom-up film formation, as shown in FIGS. 12A, 12B, and 12C, by gradually reducing the supply flow rate of HCl gas, it becomes possible to form a film with a reduced void. Free embedding characteristics can be achieved.
MFC512で制御するN2ガスの供給流量は、例えば1〜20000sccmの範囲内の(所定の)流量、好ましくは500〜15000sccmの範囲内の(所定の)流量、より好ましくは600〜800sccmの範囲内の(所定の)流量とする。N2ガスの供給流量が20000sccmより多いとHClガスの反応速度を十分に得られない可能性がある。N2ガスの供給流量が1sccmより少ないと後述する残留ガス除去が十分に行われない場合がある。 The supply flow rate of N 2 gas controlled by the MFC 512 is, for example, a (predetermined) flow rate in the range of 1 to 20000 sccm, preferably a (predetermined) flow rate in the range of 500 to 15000 sccm, more preferably in the range of 600 to 800 sccm. (Predetermined) flow rate. If the supply flow rate of N 2 gas is more than 20000 sccm, the reaction rate of HCl gas may not be sufficiently obtained. If the supply flow rate of N 2 gas is less than 1 sccm, residual gas removal described later may not be sufficiently performed.
HClガスをウエハ100に対して供給する時間、すなわちガス供給時間(照射時間)は、例えば0.01〜120秒の範囲内の(所定の)時間、好ましくは0.1〜60秒の範囲内の(所定の)時間、より好ましくは1〜10秒の範囲内の(所定の)時間とする。ガス供給時間が120秒より長くなると、HClガスが過剰にウエハ100と反応(吸着)してしまい、所定量以上にTi含有層とNH3ガスとの反応を阻害してしまう場合がある。ガス供給時間が1秒より短くなると成膜レートが低くなる可能性がある。 The time for supplying HCl gas to the wafer 100, that is, the gas supply time (irradiation time) is, for example, a (predetermined) time within a range of 0.01 to 120 seconds, preferably within a range of 0.1 to 60 seconds. (Predetermined) time, more preferably (predetermined) time within a range of 1 to 10 seconds. When the gas supply time is longer than 120 seconds, the HCl gas excessively reacts (adsorbs) with the wafer 100, and the reaction between the Ti-containing layer and the NH 3 gas may be inhibited more than a predetermined amount. If the gas supply time is shorter than 1 second, the film formation rate may be lowered.
ヒータ106の温度は、ハロゲン系原料ガス供給ステップと同様の温度とする。HClガスの供給により、Ti含有層とHClガスとが反応する。 The temperature of the heater 106 is the same as that in the halogen-based source gas supply step. The supply of HCl gas causes the Ti-containing layer and the HCl gas to react.
(残留ガス除去ステップ)
その後、バルブ314を閉じてHClガスの供給を停止する。このとき、排気管161の圧力調整器162は開いたままとして、真空ポンプ164により処理室101内を真空排気し、処理室101内に残留する未反応もしくは反応阻害ガスとしての役割を果たしたHClガス、反応副生成物を処理室101内から排除する。このとき、処理室101内に残留するガス等を完全に排除しなくてもよい点は、ハロゲン系原料ガス供給ステップと同様である。
(Residual gas removal step)
Thereafter, the valve 314 is closed and the supply of HCl gas is stopped. At this time, the pressure regulator 162 of the exhaust pipe 161 is kept open, the processing chamber 101 is evacuated by the vacuum pump 164, and HCl that has served as an unreacted or reaction-inhibiting gas remaining in the processing chamber 101 is obtained. Gases and reaction by-products are removed from the processing chamber 101. At this time, the point that the gas remaining in the processing chamber 101 does not have to be completely removed is the same as in the halogen-based source gas supply step.
(N含有ガス供給ステップ)
処理室101内の残留ガスを除去した後、バルブ334を開き、ガス供給管330内にN含有ガスであるNH3ガスを流す。ガス供給管330内を流れたNH3ガスは、MFC332により流量調整される。流量調整されたNH3ガスは、ガス導入口110から処理室101内に供給され、排気管161から排気される。このとき同時にバルブ534を開き、ガス供給管530内にN2ガスを流す。ガス供給管530内を流れたN2ガスは、MFC532により流量調整される。N2ガスはNH3ガスと一緒に処理室101内に供給され、排気管161から排気される。
(N-containing gas supply step)
After the residual gas in the processing chamber 101 is removed, the valve 334 is opened, and NH 3 gas that is N-containing gas is caused to flow into the gas supply pipe 330. The flow rate of NH 3 gas that has flowed through the gas supply pipe 330 is adjusted by the MFC 332. The NH 3 gas whose flow rate has been adjusted is supplied from the gas inlet 110 into the processing chamber 101 and exhausted from the exhaust pipe 161. At the same time, the valve 534 is opened to allow N 2 gas to flow into the gas supply pipe 530. The flow rate of the N 2 gas flowing through the gas supply pipe 530 is adjusted by the MFC 532. N 2 gas is supplied into the processing chamber 101 together with NH 3 gas, and is exhausted from the exhaust pipe 161.
NH3ガスを流すときは、圧力調整器162を適正に調整して、処理室101内の圧力を、例えば0.01〜13300Paの範囲内の(所定の)圧力、好ましくは1〜1330Paの範囲内の(所定の)圧力、より好ましくは10〜133Paの範囲内の(所定の)圧力とする。処理室101内の圧力が13300Paより高いと後述する残留ガス除去が十分に行われない場合がある。処理室101内の圧力が0.01Paより低いと、十分な成膜レートが得られない可能性がある。 When flowing NH 3 gas, the pressure regulator 162 is appropriately adjusted, and the pressure in the processing chamber 101 is, for example, a (predetermined) pressure within a range of 0.01 to 13300 Pa, preferably within a range of 1 to 1330 Pa. (Predetermined) pressure, more preferably (predetermined) pressure within the range of 10 to 133 Pa. If the pressure in the processing chamber 101 is higher than 13300 Pa, residual gas removal described later may not be performed sufficiently. If the pressure in the processing chamber 101 is lower than 0.01 Pa, a sufficient film formation rate may not be obtained.
MFC332で制御するNH3ガスの供給流量は、ウエハ100の表面をすべて覆う為に十分な量であり、例えば10〜50000sccmの範囲内の(所定の)流量、好ましくは300〜10000sccmの範囲内の(所定の)流量、より好ましくは1000〜8000sccmの範囲内の(所定の)流量とする。NH3ガスの供給流量は、多いほど原料ガスに由来する不純物のTiN膜中への取り込みを減らすことができるため好ましいが、50000sccmより多いと後述する残留ガス除去ステップで十分に残留ガスを除去することができない可能性がある。NH3ガスの供給流量が10sccmより少ないと十分に反応が出来ない可能性がある。 The supply flow rate of NH 3 gas controlled by the MFC 332 is an amount sufficient to cover the entire surface of the wafer 100, and is, for example, a (predetermined) flow rate in the range of 10 to 50000 sccm, preferably in the range of 300 to 10000 sccm. A (predetermined) flow rate, more preferably a (predetermined) flow rate in the range of 1000 to 8000 sccm. The larger the NH 3 gas supply flow rate, the more preferable it is because the incorporation of impurities derived from the source gas into the TiN film can be reduced. However, when the NH 3 gas supply flow rate is more than 50000 sccm, the residual gas is sufficiently removed in the residual gas removal step described later. It may not be possible. When the supply flow rate of NH 3 gas is less than 10 sccm, there is a possibility that the reaction cannot be sufficiently performed.
MFC532で制御するN2ガスの供給流量は、例えば10〜20000sccmの範囲内の(所定の)流量、好ましくは400〜15000sccmの範囲内の(所定の)流量、より好ましくは400〜7500sccmの範囲内の(所定の)流量とする。N2ガスの供給流量が20000sccmより多いと成膜レートが低くなりすぎる可能性がある。N2ガスの供給流量が10sccmより少ないとNH3ガスが十分にウエハ100へ供給されない可能性がある。 The supply flow rate of N 2 gas controlled by the MFC 532 is, for example, a (predetermined) flow rate in the range of 10 to 20000 sccm, preferably a (predetermined) flow rate in the range of 400 to 15000 sccm, more preferably in the range of 400 to 7500 sccm. (Predetermined) flow rate. If the supply flow rate of N 2 gas is more than 20000 sccm, the film formation rate may be too low. If the supply flow rate of the N 2 gas is less than 10 sccm, the NH 3 gas may not be sufficiently supplied to the wafer 100.
NH3ガスをウエハ100に対して供給する時間、すなわちガス供給時間(照射時間)は、例えば0.001〜300秒の範囲内の(所定の)時間、好ましくは0.1〜60秒の範囲内の(所定の)時間、より好ましくは10〜25秒の範囲内の(所定の)時間とする。ガス供給時間は長いほど原料ガスに由来する不純物のTiN膜中への取り込みを減らすことができるため好ましいが、300秒より長いとスループットが悪化する可能性がある。ガス供給時間が0.001秒より短いと、反応速度が十分に得られない可能性がある。 The time for supplying the NH 3 gas to the wafer 100, that is, the gas supply time (irradiation time) is, for example, a (predetermined) time in the range of 0.001 to 300 seconds, preferably in the range of 0.1 to 60 seconds. (Predetermined) time, more preferably (predetermined) time within a range of 10 to 25 seconds. A longer gas supply time is preferable because the incorporation of impurities derived from the source gas into the TiN film can be reduced. However, if the gas supply time is longer than 300 seconds, the throughput may deteriorate. If the gas supply time is shorter than 0.001 seconds, the reaction rate may not be sufficiently obtained.
ヒータ106の温度は、ハロゲン系原料ガス供給ステップと同様の温度に設定する。 The temperature of the heater 106 is set to the same temperature as in the halogen-based source gas supply step.
このとき処理室101内に流しているガスは、NH3ガスとN2ガスのみである。NH3ガスは、ハロゲン系原料ガス供給ステップでウエハ100上に形成されたTi含有層のうち、反応阻害ガス供給ステップでHClガスと反応しなかった部分の少なくとも一部と置換反応する。置換反応により、ウエハ100上にTiとNとを含むTiN層が形成される。TiN層は主たる構成元素がTi,Nではあるが、TiN層には、置換反応しなかったTi含有層、Ti含有層に含まれる各原料由来のその他の元素であるCl,Hが含まれる場合がある。 At this time, the gases flowing into the processing chamber 101 are only NH 3 gas and N 2 gas. The NH 3 gas undergoes a substitution reaction with at least a portion of the Ti-containing layer formed on the wafer 100 in the halogen-based source gas supply step that did not react with the HCl gas in the reaction inhibition gas supply step. By the substitution reaction, a TiN layer containing Ti and N is formed on the wafer 100. The TiN layer is mainly composed of Ti and N, but the TiN layer contains a Ti-containing layer that has not undergone a substitution reaction, and Cl and H that are other elements derived from the respective raw materials contained in the Ti-containing layer. There is.
(残留ガス除去ステップ)
TiN層を形成した後、バルブ334を閉じて、NH3ガスの供給を停止する。そして、ハロゲン系原料ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップと同様の処理手順により、処理室101内、すなわちTiN層が形成されたウエハ100が存在する空間に残留する未反応のNH3ガス、反応副生成物、TiN層の形成に寄与した後のNH3ガス等を処理室101から排除する。このとき、処理室101内に残留するガスを完全に排除しなくてもよい点は、ハロゲン系原料ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップと同様である。
(Residual gas removal step)
After forming the TiN layer, the valve 334 is closed and the supply of NH 3 gas is stopped. Then, the unreacted NH 3 gas remaining in the processing chamber 101, that is, the space where the wafer 100 on which the TiN layer is formed, is reacted by the same processing procedure as the residual gas removal step after the halogen-based source gas supply step. By-products, NH 3 gas after contributing to the formation of the TiN layer, and the like are removed from the processing chamber 101. At this time, the point that it is not necessary to completely eliminate the gas remaining in the processing chamber 101 is the same as the residual gas removal step after the halogen-based source gas supply step.
(所定回数実施)
上記したハロゲン系原料ガス供給ステップ、反応阻害ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、N含有ガス供給ステップ、残留ガス供給ステップを順に時分割して行うサイクルを1回以上(所定回数)行うことにより、すなわち、ハロゲン系原料ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、反応阻害ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、N含有ガス供給ステップ、残留ガス供給ステップの処理を1サイクルとして、これらの処理をnサイクル(nは1以上の整数)だけ実行することにより、ウエハ100上に、所定の厚さ(例えば0.1〜10nm)の金属窒化膜としてのTiN膜を形成する。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。なお、反応阻害ガスの供給流量はサイクル数に応じて徐々に減少させることが好ましい。また、反応阻害ガスの供給量は、ウエハ100の表面に形成されたトレンチの深さに応じて調整(変化、制御)することが好ましい。
(Performed times)
By performing one or more (predetermined number of times) cycles in which the halogen-based source gas supply step, the reaction inhibition gas supply step, the residual gas removal step, the N-containing gas supply step, and the residual gas supply step are sequentially performed in a time-sharing manner. That is, the halogen-based source gas supply step, the residual gas removal step, the reaction inhibition gas supply step, the residual gas removal step, the N-containing gas supply step, and the residual gas supply step are set as one cycle, and these processes are performed for n cycles (n Is performed on the wafer 100 to form a TiN film as a metal nitride film having a predetermined thickness (for example, 0.1 to 10 nm). The above cycle is preferably repeated multiple times. Note that the supply flow rate of the reaction inhibiting gas is preferably gradually reduced according to the number of cycles. The supply amount of the reaction inhibiting gas is preferably adjusted (changed or controlled) according to the depth of the trench formed on the surface of the wafer 100.
サイクルを複数回行う場合、少なくとも2サイクル目以降の各ステップにおいて、「ウエハ100に対してガスを供給する」と記載した部分は、「ウエハ100上に形成されている層に対して、すなわち、積層体としてのウエハ100の最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味し、「ウエハ100上に所定の層を形成する」と記載した部分は、「ウエハ100上に形成されている層の上、すなわち、積層体としてのウエハ100の最表面の上に所定の層を形成する」ことを意味している。この点は、後述する例においても同様である。 When the cycle is performed a plurality of times, at least in each step after the second cycle, the portion described as “supplying gas to the wafer 100” is “to the layer formed on the wafer 100, that is, This means that a predetermined gas is supplied to the outermost surface of the wafer 100 as a laminated body, and a portion described as “form a predetermined layer on the wafer 100” is “formed on the wafer 100. It means that a predetermined layer is formed on a certain layer, that is, on the outermost surface of the wafer 100 as a laminate. This also applies to the examples described later.
(アフターパージステップ・大気圧復帰ステップ)
バルブ514,524,534を開き、ガス供給管510,520,530のそれぞれからN2ガスを処理室101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し、これにより処理室101内が不活性ガスでパージされ、処理室101内に残留するガスや副生成物が処理室101内から除去される(アフターパージ)。その後、処理室101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101内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
(After purge step and atmospheric pressure recovery step)
The valves 514, 524 and 534 are opened, N 2 gas is supplied into the processing chamber 101 from the gas supply pipes 510, 520 and 530, and exhausted from the exhaust pipe 231. The N 2 gas acts as a purge gas, whereby the inside of the processing chamber 101 is purged with an inert gas, and the gas and by-products remaining in the processing chamber 101 are removed from the inside of the processing chamber 101 (after purge). Thereafter, the atmosphere in the processing chamber 101 is replaced with an inert gas (inert gas replacement), and the pressure in the processing chamber 101 is returned to normal pressure (return to atmospheric pressure).
その後、支持台103が下降されて、ゲートバルブ151が開くとともに、処理済のウエハ100が搬送ロボット173によって処理容器102の外部に搬出される。 Thereafter, the support base 103 is lowered, the gate valve 151 is opened, and the processed wafer 100 is carried out of the processing container 102 by the transfer robot 173.
第1の実施形態に対して想定されるメカニズムの一例について図13を用いて説明する。表面にトレンチを有し、NHが結合した基板に対してTiCl4ガスを供給すると、NHとTiCl4ガスとが結合して(TiCl4分子がNHに吸着して)、基板上にTiとClを含むTi含有層が形成される。Ti含有層が形成された基板に対してHClガスを、プロセス条件を調整して供給すると、トレンチの上部に形成されたTi含有層がエッチングされ(NHとTiの結合が切れて代わりにNHにHが置換し)、基板上からTiCl4となって脱離する。すなわち、基板表面のトレンチの上部に存在した吸着サイトに吸着していたTiCl4分子の中間体が吸着サイトから離れて代わりにHが吸着することとなる。次に、トレンチの上部にNH−H結合を有する基板に対してNH3ガスを供給しても、既にTiが脱離している箇所が多いためトレンチの上部ではTiN層とはなりにくい。一方、トレンチの下部では、NH−Ti結合が残っているため、NH3ガスとNH−Ti結合とが置換反応し、TiN層が形成されやすくなる。 An example of a mechanism assumed for the first embodiment will be described with reference to FIG. When TiCl 4 gas is supplied to a substrate having a trench on the surface and NH bonded thereto, NH and TiCl 4 gas are combined (TiCl 4 molecules are adsorbed by NH), and Ti and Cl are formed on the substrate. A Ti-containing layer containing is formed. When HCl gas is supplied to the substrate on which the Ti-containing layer has been formed by adjusting the process conditions, the Ti-containing layer formed on the upper portion of the trench is etched (NH and Ti bonds are broken, and instead NH is used. H is substituted), and TiCl 4 is desorbed from the substrate. That is, the intermediate of TiCl 4 molecules adsorbed on the adsorption site existing above the trench on the substrate surface is separated from the adsorption site and H is adsorbed instead. Next, even if NH 3 gas is supplied to the substrate having NH—H bonds at the top of the trench, there are many places where Ti has already been desorbed, so that it is difficult to form a TiN layer at the top of the trench. On the other hand, since the NH—Ti bond remains in the lower part of the trench, the NH 3 gas and the NH—Ti bond undergo a substitution reaction, and a TiN layer is easily formed.
(3)本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
(3) Effects according to this embodiment According to this embodiment, one or more of the following effects can be obtained.
(A)表面にトレンチが形成された基板に対して、ハロゲン系原料ガスを供給した後、ハロゲン系原料ガスと反応ガスとの反応を阻害する反応阻害ガスを供給して、主にトレンチ上部のみ成膜レートを低下させ、その後反応ガスを供給することにより、主にトレンチ下部に薄膜を形成することができ、ハロゲン系原料ガスの供給、反応阻害ガスの供給、反応ガスの供給を繰り返して行うことにより、トレンチ内に良い段差被覆性および埋め込み性を有する薄膜を形成することが可能となる。特に、アスペクト比が高い(厳しい)トレンチ内に薄膜を形成する際に有効である。
(B)TiN膜成膜の初期段階では第1のプロセス条件として反応阻害ガスの供給量を多くし、トレンチ下部に優先してTiN膜の成膜を行い、その後、TiN膜成膜の終期段階では第2のプロセス条件として反応阻害ガスの供給量を少なくしてトレンチ上部にもTiN膜を形成することにより、ボトムアップ成膜を行うことができ、Voidの減少した成膜が可能となり、Void Freeの埋め込み特性を達成することができる。
(C)反応阻害ガスの供給量をサイクル数に応じて徐々に変えて(反応阻害ガスの供給量にグラデーションを付けて)、トレンチ内に膜を形成することにより、トレンチの深さに応じた供給量の反応阻害ガスを基板に対して供給することができ、トレンチ内の所望の場所に対して反応阻害ガスを反応させることができる。例えば、成膜初期の段階で反応阻害ガスの供給量を多くすることでトレンチ下部に優先して成膜を行い、成膜処理サイクルが進むにしたがって、徐々に反応阻害ガスの供給量を減らして行く事により、徐々にトレンチ上部にも成膜を行うことが可能となり、Void Freeの良好な埋め込み特性を達成することが可能となる。
(D)反応阻害ガスとして、ハロゲン系原料ガスに含まれるハロゲン元素であるClを含むガスを用いることにより、処理中に意図せず薄膜中に取り込まれてしまう不純物の元素の種類を減少させることが可能となる。
(E)表面にトレンチが形成された基板に対して、ハロゲン系原料ガスを供給した後、ハロゲン系原料ガスと反応ガスとの反応を阻害する反応阻害ガスを供給することにより、基板に吸着したハロゲン系原料ガスの原料分子に対してエッチング作用が働き、薄膜中に残留するClの量が減少して薄膜の抵抗値を低くすることが可能となる。
(F)ハロゲン系原料ガスと反応阻害ガスとを時分割に供給することにより、NH4Cl等の反応副生成物が膜中に取り込まれて薄膜の抵抗率を上昇させることを抑制することが可能となる。
(A) After supplying a halogen-based source gas to a substrate having a trench formed on the surface, a reaction-inhibiting gas that inhibits the reaction between the halogen-based source gas and the reactive gas is supplied. By reducing the deposition rate and then supplying the reaction gas, a thin film can be formed mainly under the trench, and the supply of the halogen-based source gas, the supply of the reaction inhibiting gas, and the supply of the reaction gas are repeated. As a result, a thin film having good step coverage and embedding can be formed in the trench. This is particularly effective when a thin film is formed in a trench having a high (rough) aspect ratio.
(B) In the initial stage of TiN film deposition, the supply amount of reaction inhibiting gas is increased as the first process condition, the TiN film is deposited in preference to the lower part of the trench, and then the final stage of TiN film deposition Then, as a second process condition, by forming a TiN film on the upper portion of the trench by reducing the supply amount of reaction inhibiting gas, bottom-up film formation can be performed, and film formation with reduced voids becomes possible. Free embedding characteristics can be achieved.
(C) By gradually changing the supply amount of the reaction inhibiting gas according to the number of cycles (with gradation added to the supply amount of the reaction inhibiting gas), a film is formed in the trench, and according to the depth of the trench. A supply amount of reaction inhibiting gas can be supplied to the substrate, and the reaction inhibiting gas can be reacted to a desired location in the trench. For example, by increasing the supply amount of the reaction inhibiting gas at the initial stage of film formation, film formation is performed with priority over the lower part of the trench, and the supply amount of the reaction inhibiting gas is gradually decreased as the film forming process cycle proceeds. By going, it becomes possible to gradually form a film on the upper part of the trench, and it becomes possible to achieve good embedding characteristics of Void Free.
(D) By using a gas containing Cl, which is a halogen element contained in a halogen-based source gas, as a reaction inhibiting gas, the types of impurity elements that are unintentionally incorporated into the thin film during processing are reduced. Is possible.
(E) After supplying the halogen-based source gas to the substrate having a trench formed on the surface, the substrate is adsorbed on the substrate by supplying a reaction inhibiting gas that inhibits the reaction between the halogen-based source gas and the reactive gas. The etching action acts on the source molecules of the halogen-based source gas, the amount of Cl remaining in the thin film is reduced, and the resistance value of the thin film can be lowered.
(F) By supplying the halogen-based source gas and the reaction-inhibiting gas in a time-sharing manner, it is possible to prevent reaction by-products such as NH 4 Cl from being taken into the film and increasing the resistivity of the thin film. It becomes possible.
<変形例1>
図5に示すように、ハロゲン系原料ガス供給ステップと反応阻害ガス供給ステップとの間に、反応阻害ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップと同様の残留ガス除去ステップを行ってもよい。このシーケンスを、便宜上、次の式(2)のように示すこととする。本変形例1においても、図4に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られることに加えて、ハロゲン系原料ガスに含まれるハロゲン原子等が不純物として膜中に取り込まれることを抑制する効果が得られる。
<Modification 1>
As shown in FIG. 5, a residual gas removal step similar to the residual gas removal step after the reaction inhibition gas supply step may be performed between the halogen-based source gas supply step and the reaction inhibition gas supply step. For convenience, this sequence is shown as the following formula (2). Also in the first modification, in addition to obtaining the same effect as the film forming sequence shown in FIG. 4, there is an effect of suppressing the incorporation of halogen atoms or the like contained in the halogen-based source gas into the film as impurities. can get.
(TiCl4→P/V→HCl→P/V→NH3→P/V)×n=>TiN …(2) (TiCl 4 → P / V → HCl → P / V → NH 3 → P / V) × n => TiN (2)
<変形例2>
さらに、ハロゲン系原料ガス(TiCl4)供給ステップ、反応阻害ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、N含有ガス供給ステップ、残留ガス供給ステップの処理を1サイクルとして、これらの処理をnサイクル(nは1以上の整数)行う際、最初の数サイクルであって例えばmサイクル(mは1以上n未満の整数)は反応阻害ガス供給ステップを行わず、mサイクル目以降で、反応阻害ガス供給ステップを行うようにしてもよい。このシーケンスを、便宜上、次の式(3)のように示すこととする。
<Modification 2>
Further, the halogen source gas (TiCl 4 ) supply step, the reaction inhibiting gas supply step, the residual gas removal step, the N-containing gas supply step, and the residual gas supply step are set as one cycle, and these processes are performed in n cycles (n is In the first few cycles, for example, m cycles (m is an integer greater than or equal to 1 and less than n), the reaction inhibition gas supply step is not performed, and the reaction inhibition gas supply step is performed after the mth cycle. You may make it perform. For convenience, this sequence is represented as the following formula (3).
(TiCl4→P/V→NH3→P/V)×m→(TiCl4→HCl→P/V→NH3→P/V)×(n−m)=>TiN …(3) (TiCl 4 → P / V → NH 3 → P / V) × m → (TiCl 4 → HCl → P / V → NH 3 → P / V) × (nm) => TiN (3)
本変形例2においても、図4に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、初期サイクル(mサイクル目まで)の間は、TiCl4ガスをウエハ100へ供給したとしても斑なく均一にTi含有層が形成されない場合がある。そこで、得られるTiN膜の下地膜が露出しない状態となるまで反応阻害ガスを供給しない状態でTi含有層(およびTiN層)を形成した後、反応阻害ガス供給ステップを含むサイクルをn−mサイクル行うことにより、下地膜に直接反応阻害ガスの影響が及ぶことを抑制することができる。例えば、反応阻害ガスとしてハロゲン元素を含むHClガスを用いる場合、下地膜のエッチングを抑制することが可能となる。 Also in the second modification, the same effect as the film forming sequence shown in FIG. 4 can be obtained. In addition, during the initial cycle (up to the m-th cycle), even if the TiCl 4 gas is supplied to the wafer 100, the Ti-containing layer may not be formed uniformly without unevenness. Therefore, after forming the Ti-containing layer (and the TiN layer) without supplying the reaction-inhibiting gas until the underlying film of the resulting TiN film is not exposed, the cycle including the reaction-inhibiting gas supply step is an nm cycle. By performing, it is possible to suppress the influence of the reaction inhibiting gas directly on the base film. For example, when an HCl gas containing a halogen element is used as the reaction inhibiting gas, etching of the base film can be suppressed.
<変形例3>
さらに、ハロゲン系原料ガス(TiCl4)供給ステップ、反応阻害ガス(HCl)供給ステップ、残留ガス除去ステップ、N含有ガス(NH3)供給ステップ、残留ガス供給ステップの処理を1サイクルとして、これらの処理をnサイクル(nは1以上の整数)行う際、最初の数サイクルであって例えばpサイクル(pは1以上n未満の整数)は反応阻害ガス供給ステップにおける反応阻害ガスのハロゲン系原料ガスに対する暴露量比を低くし、pサイクル目以降で、反応阻害ガス供給ステップにおける応阻害ガスのハロゲン系原料ガスに対する暴露量比を高くするようにしてもよい。反応阻害ガス供給ステップにおける応阻害ガスのハロゲン系原料ガスに対する暴露量比は、反応阻害ガスもしくはハロゲン系原料ガスの供給時間もしくは供給量を調整することによって、制御することができる。このシーケンスを、便宜上、次の式(4)のように示すこととする。
<Modification 3>
Furthermore, the halogen-based source gas (TiCl 4 ) supply step, the reaction inhibition gas (HCl) supply step, the residual gas removal step, the N-containing gas (NH 3 ) supply step, and the residual gas supply step are processed as one cycle. When processing is performed for n cycles (n is an integer of 1 or more), the first few cycles, for example, p cycle (p is an integer of 1 or more and less than n) is a halogen-based source gas of reaction inhibition gas in the reaction inhibition gas supply step. The exposure ratio with respect to the halogen-based source gas in the reaction inhibiting gas supply step may be increased after the p-th cycle. The exposure ratio of the reaction inhibiting gas to the halogen-based source gas in the reaction inhibiting gas supply step can be controlled by adjusting the supply time or the supply amount of the reaction inhibiting gas or the halogen-based source gas. For convenience, this sequence is shown as the following formula (4).
(TiCl4→HCl→P/V→NH3→P/V)×p→(TiCl4→HCl→P/V→NH3→P/V)×(n−p)=>TiN …(4) (TiCl 4 → HCl → P / V → NH 3 → P / V) × p → (TiCl 4 → HCl → P / V → NH 3 → P / V) × (n−p) => TiN (4)
本変形例3においても、図4に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、初期サイクル(pサイクル目まで)の間は、TiCl4ガスをウエハ100へ供給したとしても斑なく均一にTi含有層が形成されない場合がある。そこで、得られるTiN膜の下地膜が露出しない状態となるまで反応阻害ガスのハロゲン系原料ガスに対する暴露量比を低くした状態でTi含有層(およびTiN層)を形成した後、反応阻害ガスのハロゲン系原料ガスに対する暴露量比を高くしてn−pサイクル行うことにより、下地膜に直接反応阻害ガスの影響が及ぶことを抑制することができる。例えば、反応阻害ガスとしてハロゲン元素を含むHClガスを用いる場合、下地膜のエッチングを抑制することが可能となる。 Also in the third modification, the same effect as the film forming sequence shown in FIG. 4 can be obtained. Further, during the initial cycle (up to the p-th cycle), even if the TiCl 4 gas is supplied to the wafer 100, the Ti-containing layer may not be formed uniformly without unevenness. Therefore, after forming a Ti-containing layer (and a TiN layer) in a state where the exposure ratio of the reaction inhibiting gas to the halogen-based source gas is lowered until the underlying film of the obtained TiN film is not exposed, the reaction inhibiting gas By performing the np cycle by increasing the exposure ratio with respect to the halogen-based source gas, it is possible to suppress the influence of the reaction inhibiting gas directly on the underlying film. For example, when an HCl gas containing a halogen element is used as the reaction inhibiting gas, etching of the base film can be suppressed.
<変形例4>
N含有ガス供給ステップにおけるN含有ガスの暴露量をトレンチ内の成膜したい場所(ターゲット領域)に応じて、増加させてもよい。N含有ガスの暴露量を増加させるためには、N含有ガスをウエハ100に供給する時間を長くするか、もしくはN含有ガスの分圧を高くするか、少なくともいずれか一方を行うとよい。本変形例4においても、図4に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。加えて、N含有ガスの暴露量を増加させることにより、反応阻害ガスの構成分子がTi含有層に吸着してしまった場合であっても、N含有ガスとの反応により反応阻害ガスの構成分子を脱離させることが可能となり、反応阻害ガスの構成分子が膜中に不純物として残留してしまうことを抑制できるという効果が得られる。
<Modification 4>
The exposure amount of the N-containing gas in the N-containing gas supply step may be increased according to the place (target region) where it is desired to form a film in the trench. In order to increase the exposure amount of the N-containing gas, it is preferable to increase the time for supplying the N-containing gas to the wafer 100 or increase the partial pressure of the N-containing gas. Also in the fourth modification, the same effect as the film forming sequence shown in FIG. 4 can be obtained. In addition, by increasing the exposure amount of the N-containing gas, even if the constituent molecules of the reaction-inhibiting gas are adsorbed on the Ti-containing layer, the constituent molecules of the reaction-inhibiting gas are caused by the reaction with the N-containing gas. This makes it possible to eliminate the constituent molecules of the reaction-inhibiting gas from remaining as impurities in the film.
<変形例5>
ハロゲン系原料ガス供給ステップにおけるハロゲン系原料ガスの暴露量をトレンチ内のターゲット領域に応じて、増加させてもよい。ハロゲン系原料ガスの暴露量を増加させるためには、ハロゲン系原料ガスをウエハ100に供給する時間を長くするか、もしくはハロゲン系原料ガスの分圧を高くするか、少なくともいずれか一方を行うとよい。本変形例5においても、図4に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。加えて、ハロゲン系原料ガスの暴露量を増加させることにより、反応阻害ガスの供給により低下してしまう成膜速度を上げることができるという効果が得られる。
<Modification 5>
The exposure amount of the halogen-based source gas in the halogen-based source gas supply step may be increased according to the target region in the trench. In order to increase the exposure amount of the halogen-based source gas, the time for supplying the halogen-based source gas to the wafer 100 is lengthened, or at least one of the partial pressure of the halogen-based source gas is increased. Good. Also in this modification 5, the same effect as the film-forming sequence shown in FIG. 4 is acquired. In addition, by increasing the exposure amount of the halogen-based source gas, it is possible to increase the film forming speed that is reduced by the supply of the reaction inhibiting gas.
<変形例6>
本実施形態では、図6に示すように、ハロゲン系原料ガス(TiCl4)供給ステップ、残留ガス除去ステップ、N含有ガス供給ステップ(NH3)、反応阻害ガス(HCl)供給ステップ、残留ガス除去ステップのサイクルを1サイクルとして順に時分割してnサイクル(nは1以上の整数)繰り返すことにより、ウエハ100上にTiN膜を形成する。図6に示すシーケンスを、便宜上、次の式(5)のように示すこととする。
<Modification 6>
In this embodiment, as shown in FIG. 6, a halogen-based source gas (TiCl 4 ) supply step, a residual gas removal step, an N-containing gas supply step (NH 3 ), a reaction inhibition gas (HCl) supply step, and a residual gas removal A TiN film is formed on the wafer 100 by repeating time cycles in which the step cycle is one cycle and repeating n cycles (n is an integer of 1 or more). For the sake of convenience, the sequence shown in FIG. 6 is represented as the following equation (5).
(TiCl4→P/V→NH3→HCl→P/V)×n=>TiN …(5) (TiCl 4 → P / V → NH 3 → HCl → P / V) × n => TiN (5)
本変形例6においても、図4に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。さらに、図14に示すように、反応阻害ガス供給ステップで供給するHClガスのHCl分子がウエハ100上に形成されたTi−NH2結合のNH2に吸着し、次のサイクルで行うハロゲン系原料ガス(TiCl4)供給ステップで供給するTiCl4ガスのTiCl4分子がウエハ100上に吸着することを阻害することができる(TiCl4分子が吸着するための吸着サイトが減少する)。なお、nサイクル目では反応阻害ガス供給ステップを行わないようにしてもよく、これによりTiN膜に残留するCl等の不純物の量を少なくすることができるという効果が得られる。 Also in the sixth modification, the same effect as the film forming sequence shown in FIG. 4 can be obtained. Further, as shown in FIG. 14, HCl molecules of the HCl gas supplied in the reaction inhibiting gas supply step are adsorbed to NH 2 of Ti—NH 2 bonds formed on the wafer 100, and a halogen-based source gas ( TiCl 4 ) TiCl 4 molecules of the TiCl 4 gas supplied in the supply step can be inhibited from adsorbing on the wafer 100 (adsorption sites for adsorbing TiCl 4 molecules are reduced). Note that the reaction-inhibiting gas supply step may not be performed in the nth cycle, thereby obtaining an effect that the amount of impurities such as Cl remaining in the TiN film can be reduced.
<変形例7>
図7に示すように、N含有ガス供給ステップと反応阻害ガス供給ステップとの間に、N含有ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップと同様の残留ガス除去ステップを行ってもよい。このシーケンスを、便宜上、次の式(6)のように示すこととする。本変形例7においても、図4に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られることに加えて、未反応のN含有ガス、反応副生成物、TiN層の形成に寄与した後のN含有ガス等を効率的に除去できるという効果が得られる。
<Modification 7>
As shown in FIG. 7, a residual gas removal step similar to the residual gas removal step after the N-containing gas supply step may be performed between the N-containing gas supply step and the reaction inhibiting gas supply step. For convenience, this sequence is shown as the following formula (6). Also in this modified example 7, in addition to obtaining the same effect as the film forming sequence shown in FIG. 4, the N-containing gas after contributing to the formation of the unreacted N-containing gas, the reaction by-product, and the TiN layer Etc. can be effectively removed.
(TiCl4→P/V→NH3→P/V→HCl→P/V)×n=>TiN …(6) (TiCl 4 → P / V → NH 3 → P / V → HCl → P / V) × n => TiN (6)
<本発明のその他の実施形態>
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>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
例えば、第1の実施形態では式(1)〜(6)のシーケンスについて説明したが、これに限定されず、例えば次のようなシーケンス等にも適用可能である。次のようなシーケンス等、上述の実施形態および変形例は、その要旨を逸脱しない範囲で種々組み合わせることが可能である。 For example, in the first embodiment, the sequences of the formulas (1) to (6) have been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to the following sequences, for example. The above-described embodiments and modifications such as the following sequences can be variously combined without departing from the scope of the invention.
(TiCl4→P/V→NH3/HCl→P/V)×n=>TiN …(7)
(TiCl4/HCl→P/V→NH3→PV)×n=>TiN …(8)
(TiCl4/HCl→P/V→NH3/HCl→P/V)×n=>TiN …(9)
(TiCl4→P/V→NH3→P/V→P/V)×n→HCl=>TiN …(10)
上式で、NH3/HClは、NH3とHClを同時に供給することを示し、TiCl4/HClは、TiCl4とHClを同時に供給することを示している。
(TiCl 4 → P / V → NH 3 / HCl → P / V) × n => TiN (7)
(TiCl 4 / HCl → P / V → NH 3 → PV) × n => TiN (8)
(TiCl 4 / HCl → P / V → NH 3 / HCl → P / V) × n => TiN (9)
(TiCl 4 → P / V → NH 3 → P / V → P / V) × n → HCl => TiN (10)
In the above formula, NH 3 / HCl indicates that NH 3 and HCl are supplied simultaneously, and TiCl 4 / HCl indicates that TiCl 4 and HCl are supplied simultaneously.
上述の実施形態では、金属元素としてTiを用いる例について説明した。本発明は上述の態様に限定されず、Ti以外の元素として、タンタル(Ta)、タングステン(W)、コバルト(Co)、イットリウム(Y)、ルテニウム(Ru)、アルミニウム(Al)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、シリコン(Si)等の元素を含む窒化膜、酸化膜、炭化膜、ホウ化膜のいずれかの膜、もしくはこれらの複合膜を形成する場合にも好適に適用可能である。 In the above-described embodiment, an example in which Ti is used as the metal element has been described. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and as elements other than Ti, tantalum (Ta), tungsten (W), cobalt (Co), yttrium (Y), ruthenium (Ru), aluminum (Al), hafnium (Hf) ), Zirconium (Zr), molybdenum (Mo), niobium (Nb), manganese (Mn), nickel (Ni), silicon (Si) and other nitride films, oxide films, carbonized films, and boride films Such a film or a composite film thereof can also be suitably applied.
上述の元素を含む膜を形成する場合、原料ガスとしてチタン(Ti)含有ガスの他にも、タンタル(Ta)含有ガス、タングステン(W)含有ガス、コバルト(Co)含有ガス、イットリウム(Y)含有ガス、ルテニウム(Ru)含有ガス、アルミニウム(Al)含有ガス、ハフニウム(Hf)含有ガス、ジルコニウム(Zr)含有ガス、モリブデン(Mo)含有ガス、ニオブ(Nb)含有ガス、マンガン(Mn)含有ガス、ニッケル(Ni)、シリコン(Si)含有ガス等を用いることが可能である。 When forming a film containing the above-described element, in addition to a titanium (Ti) -containing gas as a source gas, a tantalum (Ta) -containing gas, a tungsten (W) -containing gas, a cobalt (Co) -containing gas, and yttrium (Y) Containing gas, ruthenium (Ru) containing gas, aluminum (Al) containing gas, hafnium (Hf) containing gas, zirconium (Zr) containing gas, molybdenum (Mo) containing gas, niobium (Nb) containing gas, manganese (Mn) containing Gas, nickel (Ni), silicon (Si) -containing gas, or the like can be used.
上述の元素を含む膜を形成する場合、ハロゲン系原料ガスとしては、例えば、TiCl4の他に、四フッ化チタニウム(TiF4)、五塩化タンタル(TaCl5)、五フッ化タンタル(TaF5)、六塩化タングステン(WCl6)、六フッ化タングステン(WF6)、二塩化コバルト(CoCl2)、二塩化コバルト(CoF2)、三塩化イットリウム(YCl3)、三フッ化イットリウム(YF3)、三塩化ルテニウム(RuCl3)、三フッ化ルテニウム(RuF3)、三塩化アルミニウム(AlCl3)、三フッ化アルミニウム(AlF3)、四塩化ハフニウム(HfCl4)、四フッ化ハフニウム(HfF4)、四塩化ジルコニウム(ZrCl4)、四フッ化ジルコニウム(ZrF4))、五フッ化モリブデン(MoF5)、五塩化モリブデン(MoCl5)、三フッ化ニオブ(NbF3)、三塩化ニオブ(NbCl3)、二フッ化マンガン(MnF2)、二塩化マンガン(MnCl2)、二フッ化ニッケル(NiF2)、二塩化ニッケル(NiCl2)、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もしくは四塩化ケイ素(SiCl4、略称:STC)、ジクロロシラン(SiH2Cl2、略称:DCS)、モノクロロシラン(SiH3Cl、略称:MCS)、ヘキサクロロジシランすなわち六塩化二ケイ素(Si2Cl6、略称:HCDS)等を用いることも可能である。 When forming a film containing the above-described element, examples of the halogen-based source gas include, in addition to TiCl 4 , titanium tetrafluoride (TiF 4 ), tantalum pentachloride (TaCl 5 ), and tantalum pentafluoride (TaF 5). ), Tungsten hexachloride (WCl 6 ), tungsten hexafluoride (WF 6 ), cobalt dichloride (CoCl 2 ), cobalt dichloride (CoF 2 ), yttrium trichloride (YCl 3 ), yttrium trifluoride (YF 3) ), Ruthenium trichloride (RuCl 3 ), ruthenium trifluoride (RuF 3 ), aluminum trichloride (AlCl 3 ), aluminum trifluoride (AlF 3 ), hafnium tetrachloride (HfCl 4 ), hafnium tetrafluoride (HfF) 4 ), zirconium tetrachloride (ZrCl 4 ), zirconium tetrafluoride (ZrF 4 )), molybdenum pentafluoride (MoF 5 ), five Molybdenum chloride (MoCl 5 ), niobium trifluoride (NbF 3 ), niobium trichloride (NbCl 3 ), manganese difluoride (MnF 2 ), manganese dichloride (MnCl 2 ), nickel difluoride (NiF 2 ), Nickel dichloride (NiCl 2 ), tetrachlorosilane, that is, silicon tetrachloride or silicon tetrachloride (SiCl 4 , abbreviation: STC), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 , abbreviation: DCS), monochlorosilane (SiH 3 Cl, abbreviation: MCS) ), Hexachlorodisilane, that is, disilicon hexachloride (Si 2 Cl 6 , abbreviation: HCDS), or the like can also be used.
上述の元素を含む膜を形成する場合、反応ガスとしては、例えば、NH3の他に、窒素(N2)、亜酸化窒素(N2O)や、ジアゼン(N2H2)ガス、ヒドラジン(N2H4)ガス、N3H8ガス等のN−H結合を含むガスを用いることができる。また、N−H結合を含むガスとしては、上述のガスの他にも、有機ヒドラジン系ガス、例えば、モノメチルヒドラジン((CH3)HN2H2、略称:MMH)ガス、ジメチルヒドラジン((CH3)2N2H2、略称:DMH)ガス、トリメチルヒドラジン((CH3)2N2(CH3)H、略称:TMH)ガス等のメチルヒドラジン系ガスや、エチルヒドラジン((C2H5)HN2H2、略称:EH)ガス等のエチルヒドラジン系ガスを用いることができる。また、トリエチルアミン((C2H5)3N、略称:TEA)ガス、ジエチルアミン((C2H5)2NH、略称:DEA)ガス、モノエチルアミン(C2H5NH2、略称:MEA)ガス等のエチルアミン系ガス、トリメチルアミン((CH3)3N、略称:TMA)ガス、ジメチルアミン((CH3)2NH、略称:DMA)ガス、モノメチルアミン(CH3NH2、略称:MMA)ガス等のメチルアミン系ガス、トリプロピルアミン((C3H7)3N、略称:TPA)ガス、ジプロピルアミン((C3H7)2NH、略称:DPA)ガス、モノプロピルアミン(C3H7NH2、略称:MPA)ガス等のプロピルアミン系ガス、トリイソプロピルアミン([(CH3)2CH]3N、略称:TIPA)ガス、ジイソプロピルアミン([(CH3)2CH]2NH、略称:DIPA)ガス、モノイソプロピルアミン((CH3)2CHNH2、略称:MIPA)ガス等のイソプロピルアミン系ガス、トリブチルアミン((C4H9)3N、略称:TBA)ガス、ジブチルアミン((C4H9)2NH、略称:DBA)ガス、モノブチルアミン(C4H9NH2、略称:MBA)ガス等のブチルアミン系ガス、または、トリイソブチルアミン([(CH3)2CHCH2]3N、略称:TIBA)ガス、ジイソブチルアミン([(CH3)2CHCH2]2NH、略称:DIBA)ガス、モノイソブチルアミン((CH3)2CHCH2NH2、略称:MIBA)ガス等のイソブチルアミン系ガスを用いることができる。すなわち、アミン系ガスとしては、例えば、(C2H5)xNH3-x、(CH3)xNH3-x、(C3H7)xNH3-x、[(CH3)2CH]xNH3-x、(C4H9)xNH3-x、[(CH3)2CHCH2]xNH3-x(式中、xは1〜3の整数)の組成式で表されるガスのうち、少なくとも1種類のガスを用いることが可能である。有機ヒドラジン系ガスやアミン系ガスを用いると、反応性を高めることができるとともに、Cを膜中に取り込むことができるためC濃度の制御により膜の仕事関数を調整することができる。 In the case of forming a film containing the above elements, examples of the reaction gas include nitrogen (N 2 ), nitrous oxide (N 2 O), diazene (N 2 H 2 ) gas, hydrazine in addition to NH 3. A gas containing an N—H bond such as (N 2 H 4 ) gas or N 3 H 8 gas can be used. In addition to the above-described gases, the gas containing an N—H bond may be an organic hydrazine-based gas such as monomethylhydrazine ((CH 3 ) HN 2 H 2 , abbreviation: MMH) gas, dimethylhydrazine ((CH 3) 2 N 2 H 2, abbreviation: DMH) gas, trimethyl hydrazine ((CH 3) 2 N 2 (CH 3) H, abbreviation: TMH) and methylhydrazine-based gas such as a gas, ethyl hydrazine ((C 2 H 5 ) Ethylhydrazine-based gas such as HN 2 H 2 , abbreviation: EH) gas, can be used. In addition, triethylamine ((C 2 H 5 ) 3 N, abbreviation: TEA) gas, diethylamine ((C 2 H 5 ) 2 NH, abbreviation: DEA) gas, monoethylamine (C 2 H 5 NH 2 , abbreviation: MEA) Gas such as ethylamine gas, trimethylamine ((CH 3 ) 3 N, abbreviation: TMA) gas, dimethylamine ((CH 3 ) 2 NH, abbreviation: DMA) gas, monomethylamine (CH 3 NH 2 , abbreviation: MMA) Gas such as methylamine gas, tripropylamine ((C 3 H 7 ) 3 N, abbreviation: TPA) gas, dipropylamine ((C 3 H 7 ) 2 NH, abbreviation: DPA) gas, monopropylamine ( C 3 H 7 NH 2, abbreviation: MPA) propylamine-based gas such as a gas, triisopropylamine ([(CH 3) 2 CH ] 3 N, abbreviation: TIPA) gas, diisopropylamine ( (CH 3) 2 CH] 2 NH, abbreviation: DIPA) Gas, monoisopropylamine ((CH 3) 2 CHNH 2 , abbreviation: MIPA) isopropyl amine-based gas such as a gas, tributylamine ((C 4 H 9) 3 N, abbreviation: TBA) gas, dibutylamine ((C 4 H 9 ) 2 NH, abbreviation: DBA) gas, butylamine gas such as monobutylamine (C 4 H 9 NH 2 , abbreviation: MBA) gas, or tri Isobutylamine ([(CH 3 ) 2 CHCH 2 ] 3 N, abbreviation: TIBA) gas, diisobutylamine ([(CH 3 ) 2 CHCH 2 ] 2 NH, abbreviation: DIBA) gas, monoisobutylamine ((CH 3 ) 2 CHCH 2 NH 2 (abbreviation: MIBA) gas or other isobutylamine-based gas can be used. That is, the amine-based gas, for example, (C 2 H 5) x NH 3-x, (CH 3) x NH 3-x, (C 3 H 7) x NH 3-x, [(CH 3) 2 CH] x NH 3-x, (C 4 H 9) x NH 3-x, by a composition formula of [(CH 3) 2 CHCH 2 ] x NH 3-x ( wherein, x is an integer of 1 to 3) Of the gases represented, at least one gas can be used. When an organic hydrazine-based gas or an amine-based gas is used, the reactivity can be increased and C can be taken into the film, so that the work function of the film can be adjusted by controlling the C concentration.
上述の実施形態では、反応阻害ガスとして、HClガスを用いる例について説明したが、これに限らず、ハロゲン化水素であれば他のガスも適用可能であり、例えば、フッ化水素(HF)、臭化水素(HBr)、ヨウ化水素(HI)等を用いてもよい。 In the above-described embodiment, an example in which HCl gas is used as the reaction-inhibiting gas has been described. However, the present invention is not limited to this, and other gases can be used as long as they are hydrogen halides. For example, hydrogen fluoride (HF), Hydrogen bromide (HBr), hydrogen iodide (HI), or the like may be used.
上述の実施形態では、不活性ガスとして、N2ガスを用いる例について説明したが、これに限らず、アルゴン(Ar)ガス、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、キセノン(Xe)ガス等の希ガスを用いてもよい。 In the above-described embodiment, an example in which N 2 gas is used as the inert gas has been described. However, the present invention is not limited to this, and argon (Ar) gas, helium (He) gas, neon (Ne) gas, and xenon (Xe) gas are used. A noble gas such as may be used.
上述の実施の形態では、一度に1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ついて説明したが、他の構造を有する処理炉を用いて成膜する場合にも本発明を適用可能である。例えば、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型装置である基板処理装置であって、1つの反応管(1重管)内に処理ガスを供給するノズルが立設され、反応管の下部に排気口が設けられた構造を有する処理炉を用いて成膜する場合にも本発明を適用可能である。また、2つの反応管(2重管)であるインナチューブとアウタチューブを設け、処理ガスがインナチューブの側壁に開口するガス供給口から供給されるようにしてもよい。このとき、アウタチューブに開口する排気口は、処理室内に積層して収容された複数枚の基板が存在する高さに応じて開口していてもよい。また、排気口の形状は穴形状であってもよいし、スリット形状であってもよい。これらの場合においても、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。 In the above-described embodiment, the case where film formation is performed using a single-wafer type substrate processing apparatus that processes one substrate at a time has been described. However, when film formation is performed using a processing furnace having another structure. The present invention is also applicable. For example, a substrate processing apparatus that is a batch-type vertical apparatus that processes a plurality of substrates at a time, and a nozzle for supplying a processing gas is erected in one reaction tube (single tube), and the reaction tube The present invention can also be applied to the case where a film is formed using a processing furnace having a structure in which an exhaust port is provided in the lower part of the substrate. In addition, an inner tube and an outer tube, which are two reaction tubes (double tubes), may be provided, and the processing gas may be supplied from a gas supply port that opens to the side wall of the inner tube. At this time, the exhaust port opened to the outer tube may be opened according to the height at which there are a plurality of substrates stacked and accommodated in the processing chamber. Further, the shape of the exhaust port may be a hole shape or a slit shape. Even in these cases, the processing conditions can be the same processing conditions as in the above-described embodiment, for example.
これらの各種薄膜の形成に用いられるプロセスレシピ(処理手順や処理条件等が記載されたプログラム)は、基板処理の内容(形成する薄膜の膜種、組成比、膜質、膜厚、処理手順、処理条件等)に応じて、それぞれ個別に用意する(複数用意する)ことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理の内容に応じて、複数のプロセスレシピの中から、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。具体的には、基板処理の内容に応じて個別に用意された複数のプロセスレシピを、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(外部記憶装置123)を介して、基板処理装置が備える記憶装置121c内に予め格納(インストール)しておくことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理装置が備えるCPU121aが、記憶装置121c内に格納された複数のプロセスレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。このように構成することで、1台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成できるようになる。また、オペレータの操作負担(処理手順や処理条件等の入力負担等)を低減でき、操作ミスを回避しつつ、基板処理を迅速に開始できるようになる。 The process recipes (programs describing processing procedures and processing conditions) used to form these various thin films are the contents of the substrate processing (film type, composition ratio, film quality, film thickness, processing procedure, processing of the thin film to be formed) It is preferable to prepare individually (multiple preparations) according to the conditions. And when starting a substrate processing, it is preferable to select a suitable process recipe suitably from several process recipes according to the content of a substrate processing. Specifically, the substrate processing apparatus includes a plurality of process recipes individually prepared according to the contents of the substrate processing via an electric communication line or a recording medium (external storage device 123) on which the process recipe is recorded. It is preferable to store (install) in the storage device 121c in advance. When starting the substrate processing, the CPU 121a included in the substrate processing apparatus appropriately selects an appropriate process recipe from a plurality of process recipes stored in the storage device 121c according to the content of the substrate processing. Is preferred. With this configuration, thin films with various film types, composition ratios, film qualities, and film thicknesses can be formed for general use with good reproducibility using a single substrate processing apparatus. In addition, it is possible to reduce the operation burden on the operator (such as an input burden on the processing procedure and processing conditions), and to quickly start the substrate processing while avoiding an operation error.
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したり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.
以下、本発明の望ましい態様について付記する。 Hereinafter, desirable aspects of the present invention will be additionally described.
〔付記1〕
本発明の一態様によれば、
表面にトレンチが形成された基板に対して、ハロゲン系原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、反応ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、第1のプロセス条件で反応阻害ガスを供給する工程と、
を時分割して(非同期に、間欠的に、パルス的に)行うサイクルを所定回数繰り返す工程と、
前記基板に対して、前記ハロゲン系原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、前記反応ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、前記第1のプロセス条件とは異なる第2のプロセス条件で前記反応阻害ガスを供給する工程と、
を時分割して行うサイクルを所定回数繰り返す工程と、
を行い、前記トレンチ内に膜を形成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。
[Appendix 1]
According to one aspect of the invention,
Supplying a halogen-based source gas to the substrate having a trench formed on the surface;
Supplying a reactive gas to the substrate;
Supplying a reaction inhibiting gas to the substrate under a first process condition;
Repeating a cycle that performs time-sharing (asynchronously, intermittently, and pulsed) a predetermined number of times,
Supplying the halogen-based source gas to the substrate;
Supplying the reaction gas to the substrate;
Supplying the reaction-inhibiting gas to the substrate under a second process condition different from the first process condition;
Repeating a predetermined number of cycles in a time-sharing manner,
And a method for manufacturing a semiconductor device or a substrate processing method for forming a film in the trench.
〔付記2〕
本発明の他の態様によれば、
表面にトレンチが形成された基板に対して、ハロゲン系原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、反応ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、反応阻害ガスを供給する工程と、
を時分割(非同期に、間欠的に、パルス的に)して行うサイクルを所定回数繰り返し、前記反応阻害ガスの供給量をサイクル数に応じて徐々に変えて、前記トレンチ内に膜を形成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。
[Appendix 2]
According to another aspect of the invention,
Supplying a halogen-based source gas to the substrate having a trench formed on the surface;
Supplying a reactive gas to the substrate;
Supplying a reaction inhibiting gas to the substrate;
A cycle of performing time division (asynchronously, intermittently, and pulsed) is repeated a predetermined number of times, and the supply amount of the reaction inhibiting gas is gradually changed according to the number of cycles to form a film in the trench. A semiconductor device manufacturing method or substrate processing method is provided.
〔付記3〕
付記2に記載の方法であって、好ましくは、
前記サイクルは前記基板が収容された処理室を排気する工程を含み、
前記サイクルでは、前記ハロゲン系原料ガスを供給する工程、前記反応阻害ガスを供給する工程、前記処理室を排気する工程、前記反応ガスを供給する工程、前記処理室を排気する工程を順に行う。
[Appendix 3]
The method according to appendix 2, preferably,
The cycle includes evacuating a processing chamber in which the substrate is accommodated,
In the cycle, a step of supplying the halogen-based source gas, a step of supplying the reaction inhibiting gas, a step of exhausting the processing chamber, a step of supplying the reactive gas, and a step of exhausting the processing chamber are sequentially performed.
〔付記4〕
付記2もしくは付記3に記載の方法であって、好ましくは、
前記反応ガスの供給時間および/または圧力をサイクル数に応じて徐々に増加させる。
[Appendix 4]
The method according to appendix 2 or appendix 3, preferably,
The reaction gas supply time and / or pressure is gradually increased according to the number of cycles.
〔付記5〕
付記3に記載の方法であって、好ましくは、
前記ハロゲン系原料ガスを供給する工程、前記処理室を排気する工程、前記反応ガスを供給する工程、前記反応阻害ガスを供給する工程、前記処理室を排気する工程を順に行う。
[Appendix 5]
The method according to appendix 3, preferably,
A step of supplying the halogen-based source gas, a step of exhausting the processing chamber, a step of supplying the reaction gas, a step of supplying the reaction inhibiting gas, and a step of exhausting the processing chamber are sequentially performed.
〔付記6〕
付記5に記載の方法であって、好ましくは、
前記ハロゲン系原料ガスの供給時間および/または圧力をサイクル数に応じて徐々に増加させる。
[Appendix 6]
The method according to appendix 5, preferably,
The supply time and / or pressure of the halogen-based source gas is gradually increased according to the number of cycles.
〔付記7〕
付記2に記載の方法であって、好ましくは、
前記ハロゲン系原料ガスを供給する工程と前記反応阻害ガスを供給する工程は異なるタイミングで行う。
[Appendix 7]
The method according to appendix 2, preferably,
The step of supplying the halogen-based source gas and the step of supplying the reaction inhibiting gas are performed at different timings.
〔付記8〕
付記2に記載の方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを供給する工程は前記サイクル中、連続して(常時)行う。
[Appendix 8]
The method according to appendix 2, preferably,
The step of supplying the reaction gas is performed continuously (always) during the cycle.
〔付記9〕
付記2から8に記載のいずれかの方法であって、好ましくは、
前記反応阻害ガスは前記ハロゲン系原料と同じハロゲン元素を含む。
[Appendix 9]
The method according to any one of appendices 2 to 8, preferably,
The reaction inhibiting gas contains the same halogen element as the halogen-based material.
〔付記10〕
付記2から9に記載のいずれかの方法であって、好ましくは、
前記ハロゲン系原料ガスは金属元素を含み、前記トレンチ内に形成される膜は金属含有膜であって、導電性膜である。
[Appendix 10]
The method according to any one of appendices 2 to 9, preferably,
The halogen-based source gas contains a metal element, and the film formed in the trench is a metal-containing film and is a conductive film.
〔付記11〕
付記2から10に記載のいずれかの方法であって、好ましくは、
トレンチの深さに応じて前記反応阻害ガスの供給量を調整(調整、チューニング)する。
[Appendix 11]
The method according to any one of appendices 2 to 10, preferably,
The supply amount of the reaction inhibiting gas is adjusted (adjusted or tuned) according to the depth of the trench.
〔付記12〕
付記2から11に記載のいずれかの方法であって、好ましくは、
前記サイクル数が増えるにつれて前記反応阻害ガスの供給量を徐々に減少させる。
[Appendix 12]
The method according to any one of appendices 2 to 11, preferably
As the number of cycles increases, the supply amount of the reaction inhibiting gas is gradually decreased.
〔付記13〕
付記2から12に記載のいずれかの方法であって、好ましくは、
前記反応ガスは窒素含有ガスである。
[Appendix 13]
The method according to any one of appendices 2 to 12, preferably:
The reaction gas is a nitrogen-containing gas.
〔付記14〕
付記13に記載の方法であって、好ましくは、
前記膜は金属窒化膜である。
[Appendix 14]
The method according to appendix 13, preferably,
The film is a metal nitride film.
〔付記15〕
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室に、ハロゲン系原料ガス、反応ガス、反応阻害ガスを供給するガス供給系と、
前記ガス供給系を制御して、前記処理室に収容され、表面にトレンチが形成された基板に対して前記ハロゲン系原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第1のプロセス条件で反応阻害ガスを供給する処理と、を時分割して(非同期、間欠的、パルス的に)行うサイクルを所定回数繰り返す処理と、前記基板に対して前記ハロゲン系原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第1のプロセス条件とは異なる第2のプロセス条件で前記反応阻害ガスを供給する処理と、を時分割して(非同期に、間欠的に、パルス的に)行うサイクルを所定回数繰り返す処理と、を行い、前記トレンチ内に膜を形成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。
[Appendix 15]
According to another aspect of the invention,
A processing chamber for accommodating the substrate;
A gas supply system for supplying a halogen-based source gas, a reaction gas, and a reaction inhibition gas to the processing chamber;
A process of controlling the gas supply system to supply the halogen-based source gas to a substrate housed in the processing chamber and having a trench formed on the surface thereof, and a process of supplying the reaction gas to the substrate And a process of supplying a reaction inhibiting gas to the substrate under the first process condition in a time-division manner (asynchronous, intermittent, pulsed), a process of repeating a predetermined number of times, On the other hand, the reaction inhibition is performed in a process for supplying the halogen-based source gas, a process for supplying the reaction gas to the substrate, and a second process condition different from the first process condition for the substrate. A control unit configured to form a film in the trench by performing a process of supplying a gas and a process of repeating a predetermined number of cycles in a time-sharing manner (asynchronously, intermittently, and pulsed) ,
A substrate processing apparatus is provided.
〔付記16〕
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室に、ハロゲン系原料ガス、反応ガス、反応阻害ガスを供給するガス供給系と、
前記ガス供給系を制御して、前記処理室に収容され、表面にトレンチが形成された基板に対して、前記ハロゲン系原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記反応阻害ガスを供給する処理と、を時分割して(非同期に、間欠的に、パルス的に)行うサイクルを所定回数繰り返し、前記反応阻害ガスの供給量をサイクル数に応じて徐々に変えて、前記トレンチ内に膜を形成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。
[Appendix 16]
According to another aspect of the invention,
A processing chamber for accommodating the substrate;
A gas supply system for supplying a halogen-based source gas, a reaction gas, and a reaction inhibition gas to the processing chamber;
Controlling the gas supply system to supply the halogen-based source gas to the substrate housed in the processing chamber and having a trench formed on the surface thereof, and supplying the reaction gas to the substrate A cycle of performing processing and supplying the reaction inhibiting gas to the substrate in a time-sharing manner (asynchronously, intermittently, pulsed) is repeated a predetermined number of times, and the supply amount of the reaction inhibiting gas is increased. A controller configured to gradually change according to the number of cycles to form a film in the trench;
A substrate processing apparatus is provided.
〔付記17〕
本発明の他の態様によれば、
表面にトレンチが形成された基板に対して、ハロゲン系原料ガスを供給する第1の供給系(部)と、
前記基板に対して、反応ガスを供給する第2の供給系(部)と、
前記基板に対して、反応阻害ガスを供給する第3の供給系(部)と、
を有し、
前記第1の供給系より、前記基板に対して前記ハロゲン系原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、前記基板に対して第1のプロセス条件で前記反応阻害ガスを供給する処理と、を時分割して(非同期に、間欠的に、パルス的に)行う処理を含むサイクルを所定回数繰り返す処理と、前記第1の供給系より、前記基板に対して前記ハロゲン系原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第1のプロセス条件とは異なる第2のプロセス条件で前記反応阻害ガスを供給する処理と、を時分割して(非同期に、間欠的に、パルス的に)行う処理を含むサイクルを所定回数繰り返す処理と、を行い、前記トレンチ内に膜を形成する処理と、を行わせるよう制御されるガス供給システムが提供される。
[Appendix 17]
According to another aspect of the invention,
A first supply system (part) for supplying a halogen-based source gas to a substrate having a trench formed on the surface;
A second supply system (part) for supplying a reactive gas to the substrate;
A third supply system (part) for supplying a reaction-inhibiting gas to the substrate;
Have
The process of supplying the halogen-based source gas to the substrate from the first supply system, the process of supplying the reaction gas to the substrate, and the substrate under the first process conditions A process of supplying a reaction inhibiting gas, a process including a process of performing time division (asynchronously, intermittently, and pulsed), a process of repeating a predetermined number of times, and the first supply system to the substrate. The reaction-inhibiting gas under a second process condition different from the first process condition for the process of supplying the halogen-based source gas, the process of supplying the reaction gas to the substrate, and the first process condition And a process of repeating a predetermined number of cycles including a process of performing time division (asynchronously, intermittently, and pulsed), and forming a film in the trench. To do Gas supply system for control is provided.
〔付記18〕
本発明の他の態様によれば、
表面にトレンチが形成された基板に対して、ハロゲン系原料ガスを供給する第1の供給系(部)と、
前記基板に対して、反応ガスを供給する第2の供給系(部)と、
前記基板に対して、反応阻害ガスを供給する第3の供給系(部)と、
を有し、
前記第1の供給系より、前記基板に対して前記ハロゲン系原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記反応阻害ガスを供給する処理と、を時分割して(非同期、間欠的、パルス的に)行う処理を含むサイクルを所定回数繰り返し、前記反応阻害ガスの供給量をサイクル数に応じて徐々に変えて、前記トレンチ内に膜を形成する処理と、を行わせるよう制御されるガス供給システムが提供される。
[Appendix 18]
According to another aspect of the invention,
A first supply system (part) for supplying a halogen-based source gas to a substrate having a trench formed on the surface;
A second supply system (part) for supplying a reactive gas to the substrate;
A third supply system (part) for supplying a reaction-inhibiting gas to the substrate;
Have
From the first supply system, a process of supplying the halogen-based source gas to the substrate, a process of supplying the reaction gas to the substrate, and supplying the reaction-inhibiting gas to the substrate And a process including time-division processing (asynchronous, intermittent, pulsed) is repeated a predetermined number of times, and the supply amount of the reaction-inhibiting gas is gradually changed according to the number of cycles, And a gas supply system that is controlled to perform the process of forming the film.
〔付記19〕
本発明の他の態様によれば、
表面にトレンチが形成された基板に対して、ハロゲン系原料ガスを供給する手順と、
前記基板に対して、反応ガスを供給する手順と、
前記基板に対して、第1のプロセス条件で反応阻害ガスを供給する手順と、
を時分割して(非同期、間欠的、パルス的に)行うサイクルを所定回数繰り返す手順と、
前記基板に対して、前記ハロゲン系原料ガスを供給する手順と、
前記基板に対して、前記反応ガスを供給する手順と、
前記基板に対して、前記第1のプロセス条件とは異なる第2のプロセス条件で前記反応阻害ガスを供給する手順と、
を時分割して(非同期、間欠的、パルス的に)行うサイクルを所定回数繰り返す手順と、
を行い、前記トレンチ内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。
[Appendix 19]
According to another aspect of the invention,
A procedure for supplying a halogen-based source gas to a substrate having a trench formed on the surface;
Supplying a reactive gas to the substrate;
Supplying a reaction inhibiting gas to the substrate under a first process condition;
A procedure for repeating a predetermined number of cycles in a time-sharing manner (asynchronous, intermittent, pulse-like),
Supplying the halogen-based source gas to the substrate;
Supplying the reaction gas to the substrate;
Supplying the reaction inhibiting gas to the substrate under a second process condition different from the first process condition;
A procedure for repeating a predetermined number of cycles in a time-sharing manner (asynchronous, intermittent, pulse-like),
And a program for causing a computer to execute a procedure for forming a film in the trench, or a computer-readable recording medium on which the program is recorded is provided.
〔付記20〕
本発明の他の態様によれば、
表面にトレンチが形成された基板に対して、ハロゲン系原料ガスを供給する手順と、
前記基板に対して、反応ガスを供給する手順と、
前記基板に対して、反応阻害ガスを供給する手順と、
を時分割して(非同期、間欠的、パルス的に)行う手順を含むサイクルを所定回数繰り返し、前記反応阻害ガスの供給量をサイクル数に応じて徐々に変えて、前記トレンチ内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。
[Appendix 20]
According to another aspect of the invention,
A procedure for supplying a halogen-based source gas to a substrate having a trench formed on the surface;
Supplying a reactive gas to the substrate;
Supplying a reaction inhibiting gas to the substrate;
A cycle including a procedure for performing time division (asynchronous, intermittent, and pulse) is repeated a predetermined number of times, and the amount of the reaction inhibiting gas supplied is gradually changed according to the number of cycles to form a film in the trench. There is provided a program for causing a computer to execute the procedure, or a computer-readable recording medium on which the program is recorded.
以上のように、本発明は、例えば、半導体デバイスの製造方法、半導体ウエハやガラス基板等の基板を処理する基板処理装置等に利用することができる。 As described above, the present invention can be used for, for example, a semiconductor device manufacturing method, a substrate processing apparatus for processing a substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate, and the like.
10・・・基板処理装置
100・・・ウエハ
101・・・処理室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate processing apparatus 100 ... Wafer 101 ... Processing chamber
Claims (5)
前記基板に対して、反応ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、第1のプロセス条件で反応阻害ガスを供給する工程と、
を時分割して行うサイクルを所定回数繰り返す工程と、
前記基板に対して、前記ハロゲン系原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、前記反応ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、前記第1のプロセス条件とは異なる第2のプロセス条件で前記反応阻害ガスを供給する工程と、
を時分割して行うサイクルを所定回数繰り返す工程と、
を行い、前記トレンチ内に膜を形成する半導体装置の製造方法。 Supplying a halogen-based source gas to the substrate having a trench formed on the surface;
Supplying a reactive gas to the substrate;
Supplying a reaction inhibiting gas to the substrate under a first process condition;
Repeating a predetermined number of cycles in a time-sharing manner,
Supplying the halogen-based source gas to the substrate;
Supplying the reaction gas to the substrate;
Supplying the reaction-inhibiting gas to the substrate under a second process condition different from the first process condition;
Repeating a predetermined number of cycles in a time-sharing manner,
And a method of manufacturing a semiconductor device, wherein a film is formed in the trench.
前記基板に対して、反応ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、反応阻害ガスを供給する工程と、
を時分割して行うサイクルを所定回数繰り返し、前記反応阻害ガスの供給量をサイクル数に応じて徐々に変えて、前記トレンチ内に膜を形成する半導体装置の製造方法。 Supplying a halogen-based source gas to the substrate having a trench formed on the surface;
Supplying a reactive gas to the substrate;
Supplying a reaction inhibiting gas to the substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device in which a cycle in which time division is performed is repeated a predetermined number of times, and a supply amount of the reaction inhibiting gas is gradually changed according to the number of cycles to form a film in the trench.
前記処理室に、ハロゲン系原料ガス、反応ガス、反応阻害ガスを供給するガス供給系と、
前記ガス供給系を制御して、前記処理室に収容され、表面にトレンチが形成された基板に対して前記ハロゲン系原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第1のプロセス条件で反応阻害ガスを供給する処理と、を時分割して行うサイクルを所定回数繰り返す処理と、前記基板に対して前記ハロゲン系原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第1のプロセス条件とは異なる第2のプロセス条件で前記反応阻害ガスを供給する処理と、を時分割して行うサイクルを所定回数繰り返す処理と、を行い、前記トレンチ内に膜を形成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 chamber for accommodating the substrate;
A gas supply system for supplying a halogen-based source gas, a reaction gas, and a reaction inhibition gas to the processing chamber;
A process of controlling the gas supply system to supply the halogen-based source gas to a substrate housed in the processing chamber and having a trench formed on the surface thereof, and a process of supplying the reaction gas to the substrate And a process of supplying a reaction inhibiting gas to the substrate under the first process condition in a time-sharing manner, a process of repeating a predetermined number of times, and supplying the halogen-based source gas to the substrate Processing, supplying the reaction gas to the substrate, and supplying the reaction-inhibiting gas to the substrate under a second process condition different from the first process condition. And a controller configured to repeat a predetermined number of cycles, and to form a film in the trench;
A substrate processing apparatus.
前記基板に対して、反応ガスを供給する第2の供給系(部)と、
前記基板に対して、反応阻害ガスを供給する第3の供給系(部)と、
を有し、
前記第1の供給系より、前記基板に対して前記ハロゲン系原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、前記基板に対して第1のプロセス条件で前記反応阻害ガスを供給する処理と、を時分割して行う処理を含むサイクルを所定回数繰り返す処理と、前記第1の供給系より、前記基板に対して前記ハロゲン系原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第1のプロセス条件とは異なる第2のプロセス条件で前記反応阻害ガスを供給する処理と、を時分割して行う処理を含むサイクルを所定回数繰り返す処理と、を行い、前記トレンチ内に膜を形成する処理と、を行わせるよう制御されるガス供給システム。 A first supply system (part) for supplying a halogen-based source gas to a substrate having a trench formed on the surface;
A second supply system (part) for supplying a reactive gas to the substrate;
A third supply system (part) for supplying a reaction-inhibiting gas to the substrate;
Have
The process of supplying the halogen-based source gas to the substrate from the first supply system, the process of supplying the reaction gas to the substrate, and the substrate under the first process conditions A process of supplying a reaction-inhibiting gas, a process including a process including time-division processing, a process of repeating a predetermined number of times, a process of supplying the halogen-based source gas to the substrate from the first supply system, A process of supplying the reaction gas to the substrate and a process of supplying the reaction-inhibiting gas to the substrate under a second process condition different from the first process condition are performed in a time-sharing manner. A gas supply system controlled to perform a process of repeating a cycle including the process a predetermined number of times and to form a film in the trench.
前記基板に対して、反応ガスを供給する手順と、
前記基板に対して、第1のプロセス条件で反応阻害ガスを供給する手順と、
を時分割して行うサイクルを所定回数繰り返す手順と、
前記基板に対して、前記ハロゲン系原料ガスを供給する手順と、
前記基板に対して、前記反応ガスを供給する手順と、
前記基板に対して、前記第1のプロセス条件とは異なる第2のプロセス条件で前記反応阻害ガスを供給する手順と、
を時分割して行うサイクルを所定回数繰り返す手順と、
を行い、前記トレンチ内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。
A procedure for supplying a halogen-based source gas to a substrate having a trench formed on the surface;
Supplying a reactive gas to the substrate;
Supplying a reaction inhibiting gas to the substrate under a first process condition;
A procedure for repeating a predetermined number of cycles in a time-sharing manner,
Supplying the halogen-based source gas to the substrate;
Supplying the reaction gas to the substrate;
Supplying the reaction inhibiting gas to the substrate under a second process condition different from the first process condition;
A procedure for repeating a predetermined number of cycles in a time-sharing manner,
And a program for causing a computer to execute a procedure for forming a film in the trench.
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