JP6441494B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents
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基板に対し、第1ノズルを介して原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対し、前記第1ノズルよりも表面においてガスの滞留を生じさせにくく構成されているか、前記第1ノズルよりも表面に滞留しているガスに接触しにくく構成されている第2ノズルを介して、酸素含有ガス、および、窒素及び水素を含むガスからなる群より選択される少なくとも1つを供給する工程と、
を行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有する技術が提供される。
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図3を用いて説明する。
図1に示すように、処理炉202は加熱機構(温度調整部)としてのヒータ207を有する。ヒータ207は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース(図示せず)に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ207は、後述するようにガスを熱で活性化(励起)させる活性化機構(励起部)としても機能する。
上述の基板処理装置を用い、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成するシーケンス例について、図4を用いて説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ121により制御される。
基板としてのウエハ200に対し、第1ノズルとしてのノズル249aを介して原料ガスを供給するステップと、
ウエハ200に対し、ノズル249aよりも表面においてガスの滞留を生じさせにくく構成されているか、ノズル249aよりも表面に滞留しているガスに接触しにくく構成されている第2ノズルとしてのノズル249bを介して、O含有ガス、および、N及びHを含むガスからなる群より選択される少なくとも1つを供給するステップと、
を行うことで、ウエハ200上に膜を形成する。
ウエハ200に対し、ノズル249aを介してHCDSガスを供給するステップ1と、
ウエハ200に対し、ノズル249aを介してC3H6ガスを供給するステップ2と、
ウエハ200に対し、ノズル249bを介してO2ガスを供給するステップ3と、
ウエハ200に対し、ノズル249bを介してNH3ガスを供給するステップ4と、
を非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数(n回)行うことで、ウエハ200上に、Si、O、CおよびNを含む膜、すなわち、シリコン酸炭窒化膜(SiOCN膜)を形成する。
複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、シャッタ開閉機構115sによりシャッタ219sが移動させられて、マニホールド209の下端開口が開放される(シャッタオープン)。その後、図1に示すように、複数枚のウエハ200を支持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内へ搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219は、Oリング220bを介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。
処理室201内、すなわち、ウエハ200が存在する空間が所望の圧力(真空度)となるように、真空ポンプ246によって真空排気(減圧排気)される。この際、処理室201内の圧力は圧力センサ245で測定され、この測定された圧力情報に基づきAPCバルブ244がフィードバック制御される。真空ポンプ246は、少なくともウエハ200に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室201内のウエハ200が所望の成膜温度となるようにヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電具合がフィードバック制御される。ヒータ207による処理室201内の加熱は、少なくともウエハ200に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。また、回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転を開始する。回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転は、少なくともウエハ200に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
その後、次の4つのステップ、すなわち、ステップ1〜4を順次実行する。
このステップでは、処理室201内のウエハ200に対し、HCDSガスを供給する。
ステップ1が終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、ウエハ200上に形成された第1層に対し、C3H6ガスを供給する。
ステップ2が終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、ウエハ200上に形成された第2層に対し、O2ガスを供給する。
ステップ3が終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、ウエハ200上に形成された第3層に対し、NH3ガスを供給する。
上述した4つのステップを非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200上に、所定組成および所定膜厚のSiOCN膜を形成することができる。なお、上述のサイクルは複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、1サイクルあたりに形成される第4層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第4層を積層することで形成されるSiOCN膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。
成膜ステップが終了したら、ガス供給管232c,232dのそれぞれからN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。N2ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室201内がパージされ、処理室201内に残留するガスや反応副生成物が処理室201内から除去される(アフターパージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降され、マニホールド209の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ200が、ボート217に支持された状態でマニホールド209の下端から反応管203の外部に搬出(ボートアンロード)される。ボートアンロードの後は、シャッタ219sが移動させられ、マニホールド209の下端開口がOリング220cを介してシャッタ219sによりシールされる(シャッタクローズ)。処理済のウエハ200は、反応管203の外部に搬出された後、ボート217より取り出されることとなる(ウエハディスチャージ)。
上述の成膜処理においては、ステップ1〜4を非同時に行うようにしている。すなわち、処理室201内の残留ガス等を除去した後に、処理室201内へ原料ガス(HCDSガス)や反応ガス(O2ガス、NH3ガス等)を供給するようにしている。これにより、処理室201内における原料ガスと反応ガスとの気相反応、例えば、HCDSガスとO2ガスとの気相反応や、HCDSガスとNH3ガスとの気相反応等を回避することが可能となる。結果として、処理室201内におけるパーティクルの発生を抑制することが可能となる。
NO+H2O ⇒ NHO3
NO2+H2O ⇒ NHO3
図7(a)は、本構成例におけるノズル249a,249bの要部を示す斜視図である。上述したように、ノズル249a,249bはそれぞれL字型のロングノズルとして構成されており、それらの垂直部は、少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。本明細書では、ノズル249a,249bの垂直部を、それぞれ、筒部251a,251bとも称することとする。筒部251a,251bは、石英等からなり、先端(上端)が封止された中空状(チューブ状)の部材としてそれぞれ構成されている。筒部251a,251bの側周(胴部)には、それぞれ、ガス供給孔250a,250bが、筒部251a,251bの長手方向に沿って、すなわち、ウエハ200の積載方向に沿って所定の間隔で複数配列している。ガス供給孔250a,250bは、それぞれ、筒部251a,251bの側周を構成する側壁を筒部251a,251bの径方向に沿って貫通し、反応管203の中心に向けてガスを噴射させるように構成されている。ここで、筒部251a,251bの側周とは、それぞれ、筒部251a,251bをガスの噴射方向に沿って側方(水平方向、すなわち、ウエハ200側)から見た場合におけるそれらの外周面を構成する部分であって、横断面形状が円環である壁(側壁)を意味する。また、筒部251a,251bの側周面とは、筒部251a,251bを側方から見た場合におけるそれらの外周の表面を意味する。
図9(a)は、本構成例におけるノズル249a,249bの要部を示す斜視図である。ノズル249a,249bがそれぞれL字型のロングノズルとして構成されている点や、垂直部としての筒部251a,251bがそれぞれ石英等からなる中空状の部材として構成されている点や、筒部251a,251bの長手方向に沿ってガス供給孔250a,250bが複数配列するようにそれぞれ設けられている点は、構成例1と同様である。
図10(a)は、本構成例におけるノズル249a,249bの主要部を示す斜視図である。ノズル249a,249bがそれぞれL字型のロングノズルとして構成されている点や、垂直部としての筒部251a,251bがそれぞれ石英等からなる中空状の部材として構成されている点や、筒部251a,251bの長手方向に沿ってガス供給孔250a,250bが複数配列するようにそれぞれ設けられている点は、構成例1と同様である。
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果が得られる。
本実施形態における成膜シーケンスは、例えば、以下に示す変形例のように変更することができる。
本実施形態では、処理室201内へのHCDSガス、O2ガス、NH3ガスの供給を、それぞれ、別々のノズルを介して行う。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
基板に対し、第1ノズルを介して原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対し、前記第1ノズルよりも表面においてガスの滞留を生じさせにくく構成されているか、前記第1ノズルよりも表面に滞留しているガスに接触しにくく構成されている第2ノズルを介して、酸素含有ガス、および、窒素及び水素を含むガスからなる群より選択される少なくとも1つを供給する工程と、
を行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2ノズルとして、
中空状の筒部と、前記筒部の側周に設けられたガス供給孔と、を備え、
前記ガス供給孔の孔径が、前記筒部の径方向内側から外側に向かうにつれて拡大しているノズルを用いる。
付記2に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2ノズルとして、
前記ガス供給孔が前記筒部の長手方向に沿って複数配列しており、
複数配列した前記ガス供給孔のうち所定のガス供給孔と、前記所定のガス供給孔に隣接するガス供給孔とが、前記筒部の側周面上において隙間なく連結しているか、重なり合っているノズルを用いる。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2ノズルとして、
中空状の筒部と、前記筒部の側周に設けられたガス供給孔と、を備え、
前記筒部の側周面のうち前記ガス供給孔を規定する領域(ガス噴出部)が、その他の領域よりも前記筒部の径方向内側から外側に向けて突出し、凸部を構成しているノズルを用いる。
付記4に記載の方法であって、また好ましくは、
前記第2ノズルとして、
前記筒部の側周面のうち前記凸部周辺の領域が、平坦面として構成されている(フラットである)ノズルを用いる。
付記4に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2ノズルとして、
前記凸部が、前記筒部の一部を切削加工(削り出し加工)することで形成されているノズルを用いる。
付記4に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2ノズルとして、
前記凸部が、前記筒部の一部を残し、その周囲を削ることで形成されているノズルを用いる。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1ノズル及び前記第2ノズルのそれぞれは、中空状の筒部と、前記筒部の側周に設けられたガス供給孔と、を備え、
前記第2ノズルとして、
筒部の外径が、前記第1ノズルにおける筒部の外径よりも小さいノズルを用いる。
付記8に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2ノズルとして、
前記筒部の横断面形状が楕円であり、
前記筒部に設けられたガス供給孔が、前記楕円の長軸方向に沿ってガスを噴出させるように構成されているノズルを用いる。
付記1乃至9のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第2ノズルとして、
中空状の筒部と、前記筒部の側周をレーザ加工することで形成されたガス供給孔と、を備えたノズルを用いる。
付記1乃至10のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記基板上に膜を形成する工程では、前記基板に対して前記原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して前記酸素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して前記窒素及び水素を含むガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行う。
付記1乃至11のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記基板上に膜を形成する工程では、前記基板に対して前記原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して前記酸素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して前記窒素及び水素を含むガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行う。
付記11又は12に記載の方法であって、好ましくは、
前記基板に対する前記酸素含有ガスの供給と、前記基板に対する前記窒素及び水素を含むガスの供給と、を同一のノズルを用いて行う。
付記11又は12に記載の方法であって、好ましくは、
前記基板に対する前記酸素含有ガスの供給と、前記基板に対する前記窒素及び水素を含むガスの供給と、を異なるノズルを用いて行う。
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内へ第1ノズルを介して原料ガスを供給する第1供給系と、
前記処理室内へ、前記第1ノズルよりも表面においてガスの滞留を生じさせにくく構成されているか、前記第1ノズルよりも表面に滞留しているガスに接触しにくく構成されている第2ノズルを介して、酸素含有ガス、および、窒素及び水素を含むガスからなる群より選択される少なくとも1つを供給する第2供給系と、
前記処理室内において、基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記酸素含有ガス、および、前記窒素及び水素を含むガスからなる群より選択される少なくとも1つを供給する処理と、を行わせることで前記基板上に膜を形成するように、前記第1供給系および前記第2供給系を制御するよう構成される制御部と、
を備える基板処理装置が提供される。
基板に対し原料ガスを供給する第1ノズルと、
基板に対し、酸素含有ガス、および、窒素及び水素を含むガスからなる群より選択される少なくとも1つを供給する第2ノズルと、を備え、
前記第2ノズルが、前記第1ノズルよりも表面においてガスの滞留を生じさせにくく構成されているか、前記第1ノズルよりも表面に滞留しているガスに接触しにくく構成されているノズル群。
基板に対し、酸素含有ガス、および、窒素及び水素を含むガスからなる群より選択される少なくとも1つを供給するノズルであって、
中空状の筒部と、前記筒部の側周に設けられたガス供給孔と、を備え、
前記ガス供給孔の孔径が、前記筒部の径方向内側から外側に向かうにつれて拡大しているノズル。
基板に対し、酸素含有ガス、および、窒素及び水素を含むガスからなる群より選択される少なくとも1つを供給するノズルであって、
中空状の筒部と、前記筒部の側周に設けられたガス供給孔と、を備え、
前記筒部の側周面のうち前記ガス供給孔を規定する領域が、その他の領域よりも前記筒部の径方向内側から外側に向けて突出し、凸部を構成しているノズル。
基板に対し原料ガスを供給する第1ノズルと、
基板に対し、酸素含有ガス、および、窒素及び水素を含むガスからなる群より選択される少なくとも1つを供給する第2ノズルと、を備え、
前記第1ノズル及び前記第2ノズルが、それぞれ、中空状の筒部と、前記筒部の側周に設けられたガス供給孔と、を備え、
前記第2ノズルにおける筒部の外径が、前記第1ノズルにおける筒部の外径よりも小さくなっているノズル群。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板に対し、第1ノズルを介して原料ガスを供給する手順と、
前記基板に対し、前記第1ノズルよりも表面においてガスの滞留を生じさせにくく構成されているか、前記第1ノズルよりも表面に滞留しているガスに接触しにくく構成されている第2ノズルを介して、酸素含有ガス、および、窒素及び水素を含むガスからなる群より選択される少なくとも1つを供給する手順と、
を行うことで、前記基板上に膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラム、または、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
200 ウエハ(基板)
201 処理室
202 処理炉
203 反応管
249a,249b ノズル(第1ノズル、第2ノズル)
Claims (9)
- 処理室内の基板に対し、第1ノズルを介して原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対し、前記第1ノズルよりも表面においてガスの滞留を生じさせにくく構成されているか、前記第1ノズルよりも表面に滞留しているガスに接触しにくく構成されている第2ノズルを介して、酸素含有ガス、および、窒素及び水素を含むガスからなる群より選択される少なくとも1つを供給する工程と、
を行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
前記第2ノズルとして、
中空状の筒部と、前記筒部の側周に設けられたガス供給孔と、を備え、
前記筒部の側周面のうち前記ガス供給孔を規定する領域が、その他の領域よりも前記筒部の径方向内側から外側に向けて突出し、凸部を構成しており、
前記筒部の側周面のうち前記凸部周辺の領域が、平坦面として構成されているノズルを用いる半導体装置の製造方法。 - 前記凸部は、前記筒部の一部を切削加工することで形成されている請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記凸部は、前記筒部の一部を残し、その周囲を削ることで形成されている請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 処理室内の基板に対し、第1ノズルを介して原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対し、前記第1ノズルよりも表面においてガスの滞留を生じさせにくく構成されているか、前記第1ノズルよりも表面に滞留しているガスに接触しにくく構成されている第2ノズルを介して、酸素含有ガス、および、窒素及び水素を含むガスからなる群より選択される少なくとも1つを供給する工程と、
を行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
前記第1ノズル及び前記第2ノズルのそれぞれは、中空状の筒部と、前記筒部の側周に設けられたガス供給孔と、を備え、
前記第2ノズルとして、
筒部の外径が、前記第1ノズルにおける筒部の外径よりも小さく、
前記筒部の横断面形状が楕円であり、
前記筒部に設けられたガス供給孔が、前記楕円の長軸方向に沿ってガスを噴出させるように構成されているノズルを用いる半導体装置の製造方法。 - 前記ガス供給孔は、前記筒部の側周をレーザ加工することで形成される請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板上に膜を形成する工程では、前記基板に対して前記第1ノズルを介して前記原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して前記第2ノズルを介して前記酸素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して前記第2ノズルを介して前記窒素及び水素を含むガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行う請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板上に膜を形成する工程では、前記基板に対して前記第1ノズルを介して前記原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して前記第1ノズルを介して炭素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して前記第2ノズルを介して前記酸素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して前記第2ノズルを介して前記窒素及び水素を含むガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行う請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板を収容する処理室と、
前記処理室内へ第1ノズルを介して原料ガスを供給する第1供給系と、
前記処理室内へ、前記第1ノズルよりも表面においてガスの滞留を生じさせにくく構成されているか、前記第1ノズルよりも表面に滞留しているガスに接触しにくく構成されている第2ノズルを介して、酸素含有ガス、および、窒素及び水素を含むガスからなる群より選択される少なくとも1つを供給する第2供給系と、
前記処理室内において、基板に対して前記原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記酸素含有ガス、および、前記窒素及び水素を含むガスからなる群より選択される少なくとも1つを供給する処理と、を行わせることで前記基板上に膜を形成するように、前記第1供給系および前記第2供給系を制御するよう構成される制御部と、
を備え、前記第2ノズルは、
中空状の筒部と、前記筒部の側周に設けられたガス供給孔と、を備え、
前記筒部の側周面のうち前記ガス供給孔を規定する領域が、その他の領域よりも前記筒部の径方向内側から外側に向けて突出し、凸部を構成しており、
前記筒部の側周面のうち前記凸部周辺の領域が、平坦面として構成されている
基板処理装置。 - 基板処理装置の処理室内において、
基板に対し、第1ノズルを介して原料ガスを供給する手順と、
前記基板に対し、前記第1ノズルよりも表面においてガスの滞留を生じさせにくく構成されているか、前記第1ノズルよりも表面に滞留しているガスに接触しにくく構成されている第2ノズルであって、中空状の筒部と、前記筒部の側周に設けられたガス供給孔と、を備え、前記筒部の側周面のうち前記ガス供給孔を規定する領域が、その他の領域よりも前記筒部の径方向内側から外側に向けて突出し、凸部を構成しており、前記筒部の側周面のうち前記凸部周辺の領域が、平坦面として構成されている前記第2ノズルを介して、酸素含有ガス、および、窒素及び水素を含むガスからなる群より選択される少なくとも1つを供給する手順と、
を行うことで、前記基板上に膜を形成する手順をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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