JP6441989B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

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Description

本開示は、半導体装置の製造方法、基板処理装置、プログラムおよび記録媒体に関する。
近年、半導体装置の集積度が高くなっている。それに伴って配線間が微細化される。このため、配線間において電気的容量が大きくなり、信号の伝搬速度の低下を引き起こすなどの問題がある。そこで、配線間をできるだけ低誘電率化することが求められている。
低誘電率化を実現する方法の一つとして、配線間に空隙を設けるエアギャップ構造が検討されている。エアギャップ構造の空隙を形成する方法としては、例えば配線間をエッチングする方法がある。例えば特許文献1にエアギャップの形成方法が記載されている。
特開2006−334703
配線の幅や、配線間の幅が小さくなることにより、配線が倒れることがある。これにより、デバイス特性が悪くなるという課題がある。
そこで本開示は、良好な特性のデバイスを実現可能な技術を提供する。
一態様によれば、
配線層が形成される基板を処理室に搬入する工程と、基板に第1元素含有ガスと第2元素含有ガスとを供給して、第1元素と第2元素を含む第1エッチングストッパ膜を形成し、第1エッチングストッパ膜の上に、第1元素含有ガスと第2元素含有ガスと第3元素含有ガスとを供給して第1元素と第2元素と第3元素を含む第2エッチングストッパ膜を形成して積層エッチングストッパ膜を形成する工程と、を有する技術が提供される。
本開示に係る技術によれば、良好な特性のデバイスを実現可能な技術を提供できる。
一実施形態に係る半導体デバイスの製造フローを説明する図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する図である。 一実施形態に係る基板処理装置を説明する図である。 一実施形態に係るガス供給部を説明する図である。 一実施形態に係るコントローラの概略図である。 一実施形態に係るエッチングストッパ膜を形成するフローを説明する図である。
(実施形態)
以下に本開示の一実施形態について説明する。
図1〜図6を用いて、半導体装置の製造工程の一工程を説明する。図1は、半導体装置の製造工程のフローチャートであり、図2〜図6は、図1の各工程に対応する基板の状態を示す図である。
(凹部形成工程S101)
凹部形成工程S101について説明する。
凹部形成工程S101に関し、図2の(A)(B)を用いて説明する。第1凹部301は、基板300の表面層300aの表面に形成される。表面層300aは、絶縁膜とSi基板のいずれか若しくは両方で構成される。絶縁膜は、例えば、炭素含有シリコン酸化膜(SiOC膜)である。第1凹部301は、パターニング技術で形成される。ここで、凹部の高さ(深さ)301Hは、後述の第1ES膜302aと第2ES膜302bの合計の膜厚(302aH+302bH)よりも大きく、Cu膜306bの高さHよりも小さく形成される。好ましくは、第1ES膜302aと第2ES膜302bの合計の膜厚よりも大きく、Cu膜306bの高さHの半分よりも小さく形成される。更に好ましくは、第1ES膜302aと第2ES膜302bと後述のバリア膜305の合計の膜厚よりも大きく、Cu膜306bの高さHの半分よりも小さく形成される。また、ここでは、第1凹部301の形状は、矩形形状に構成する例を示したが、表面層300aに対して凹んだ形状となっていれば良い。例えば、半球状,すり鉢状(椀状),三角錐状であっても良い。
第1凹部301の形成後、基板300の表面にエッチングストッパ膜302を形成する。エッチングストッパ膜302が形成された基板300の状態を図2(C)に示す。
ここで、発明者等は、以下の課題を見出した。エッチングストッパ膜は、AirGapのパターンの形成時に、AirGapの深さバラつきを抑制させる点で有効だが、最終的なデバイス構造に残ることで、デバイスの配線間の寄生容量増加させてしまい、デバイス特性がばらついてしまう課題が生じる。発明者等は鋭意研究した結果、以下の技術を見出した。一つは、2種類のエッチングストッパ膜を積層し、上方のエッチングストッパ膜を除去させる技術である。この技術により、配線間の寄生容量を低下させることができる。以下に、2種類のエッチングストッパ膜(ES膜)を積層する工程以降の半導体デバイスの製造工程について説明する。ここでは、上方のエッチングストッパ膜を除去させる例を示すが、デバイスの配線間の寄生容量を減少させるには、2種類のエッチングストッパ膜を共に除去する様に構成しても良い。
図1,図3を用いて、第1ES膜302aと第2ES膜302bを有するES膜302を形成する技術について説明する。第1ES膜302aと第2ES膜302bを形成する基板処理装置100の構成や、形成方法の詳細は、後述する。
(第1エッチングストッパ膜形成工程S102)
第1ES膜302aは、表面層300a上に形成される。ここで、第1ES膜302aは、例えば、炭素含有シリコン(SiC)膜で構成される。第1ES膜302aの厚さ302aHは、後述の第2ES膜302bの厚さ302bHよりも小さく構成される。なお、第1ES膜302aの厚さ302aHは例えば1〜10Åで構成される。
(第2エッチングストッパ膜形成工程S103)
第2ES膜302bは、第1ES膜302a上に形成される。ここで、第2ES膜302bは、例えば、炭素含有シリコン窒素(SiCN)膜で構成される。第2ES膜302bの厚さ302bHは、上述の第1ES膜302aの厚さ302aHよりも大きく構成される。なお、厚さ302bHは、例えば、11〜50Å程度で構成される。この様にしてES膜302が構成される。
この様に、第1ES膜302aを構成する元素と第2ES膜302bを構成する元素とや、厚さを異ならせることにより、少なくとも以下の(a)(b)いずれかの効果を奏する。
(a)異なる元素を有することで、第1ES膜302aと第2ES膜302bとのエッチング選択比を異ならせることができ、後述するホール304を形成する際に、第1ES膜302aの少なくとも最下層を残すことができ、AirGapパターンの深さの面内均一性を保つことができる。
(b)第1ES膜302aの厚さを第2ES膜302bの厚さよりも小さく構成させることによって、第2ES膜302bをエッチングした際に、残留したとしても、配線間容量の増加に寄与することを低減させることができる。
(第1絶縁膜形成工程S104)
次に、第1絶縁膜形成工程S104が行われる。図2(C)(D)に示すように、ES膜302が形成された基板300上に、第1絶縁膜303が形成される。第1絶縁膜303は、例えば、炭素含有シリコン酸化膜(SiOC膜)で構成される。第1絶縁膜303の厚さ303Hは、少なくとも、配線の厚さよりも大きく構成される。
(研磨工程S105)
第1絶縁膜303を形成した後、不図示の研磨装置によって、第1絶縁膜303の表面が研磨され、表面が平坦化される。
(パターニング工程S106)
研磨工程S105が行われた後、不図示の装置によって、図4の(E)状態に示す様に、第1絶縁膜303に配線を形成するホール304が形成される。なお、ホール304は、ES膜302をストッパ膜として、エッチングされる。なお、ホール304の孔径304Raは、孔径304Rbよりも小さくなるように構成される。ここで、孔径304Raは、基板300の表面層300aの凹部301内の径である。また、孔径304Rbは、第1絶縁膜303に形成される孔の径である。この様に構成されることにより、ホール304内に形成される後述の配線層306のパターン倒れや、後述のエアギャップ309の倒れを抑制させることができる。
(バリア膜形成工程S107)
パターニング工程S106が行われた後、図4の(F)状態に示す様に、ホール304内の表面に、バリア膜305が形成される。バリア膜305を形成する装置は、後述の基板処理装置100と同様の構成でも良いし、異なる構成でも良い。なお、バリア膜305は、例えば、チタニウム(Ti)含有膜で形成される。Ti含有膜としては、具体的には、チタニウム(Ti)膜、窒化チタニウム(TiN)膜、窒化チタニウムアルミニウム(TiAlN)膜等が有る。これらのいずれかでも良いし、組み合わせた膜であっても良い。
(配線膜形成工程S108)
バリア膜形成工程S107の後、図4の(G)状態に示す様に、ホール304内や第1絶縁膜303上にCu膜306a,306b,306cが形成される。ここで306aと306bは、後の配線膜306を構成し、306cは、後の研磨工程S109で除去される。この様に、配線層306の下端のCu膜306aが、基板300の表面層300aに対して凸状に形成されることで、配線層306のパターン倒れを抑制させることができる。なお、好ましくは、第1凹部301内に埋め込まれるCu膜306aの深さD1は、Cu膜306bの高さD2の半分以下であることが好ましい。この様に構成することで、後述の配線間の寄生誘電率を低減し、均一化させることができる。なお、Cu膜は、例えば、図示しないメッキ処理で形成される。なお、バリア膜形成工程S107とメッキ処理との間で、Cuシードを形成する工程を行っても良い。
(研磨工程S109)
配線膜形成工程S108の後、図示しない研磨装置で、図5の(H)状態に示す様に、Cu膜306cが除去される。これにより、配線層306が形成される。ここで、図5の(H)状態で示すように、第1凹部301内に形成されたCu膜306aが存在することにより、研磨を行ったとしても、Cu膜306bが倒壊することを抑制することができる。
(ES膜形成工程S110)
研磨工程S109の後、図5の(I)状態に示す様に、基板300上にES膜307が形成される。ES膜307は、上述の第1ES膜302aと同様の膜で形成される。
(パターニング工程S111)
ES膜形成工程S110の後、不図示の装置によって、図6の(Ja)状態に示す様に、エアギャップを構成する第2凹部308が形成される。第2凹部308の底部は、第1ES膜302aで構成され、側壁は、バリア膜305で構成される。即ち、第2凹部308の底部308aは、第1ES膜302aが露出した状態となる。なお、ここでは、第2ホール308の底部が、第1ES膜302aで構成した例を示したが、図7の状態(Jb)の様に、第1凹部301の底部の高さまでエッチングし、底部を表面層300aで構成した第2凹部308bの様にしても良い。即ち、第2凹部308bの底部308cの表面は、第1凹部301と同様に、基板の表面層300aが露出した状態に構成される。なお、第2凹部308を第2ホールとも呼ぶ。なお、第2凹部308bを形成する際には、第2凹部308bの底部側の側面に、基板の表面層300aの一部が配線層306側に突出した突出部300bが形成されることが好ましい。突出部300bが形成されていることにより、パターン倒れを抑制することができる。ここで、パターン倒れとは、配線層306や、バリア膜305などの構造が、後の半導体装置の製造工程で倒れることを言う。また、好ましくは、第2凹部308bの底部308cの高さ(深さ)を、上述の第1凹部300の底部300d以上の高さに形成することが好ましい。即ち、第2凹部308bの深さHbを、第1ホール308の深さHaよりも深く構成する。なお、深さHaとは、Cu膜306bの表面から底部308aの表面の高さである。また、深さHbとは、Cu膜306bの表面から底部308cの表面までの高さである。この様に構成することによって、パターン倒れを抑制させることができる。また、後述のエアギャップ309bの高さGbが、エアギャップ309の高さGaよりも高くすることができるため、配線間の寄生誘電率を低減させることができ、デバイス特性を向上させることができる。
(第2絶縁膜形成工程S112)
第2凹部308の形成後、基板300上に、第2絶縁膜310が形成される。これにより、図6の(Ka)状態に示す様に、第1エアギャップ309が形成される。なお、基板300が、図7の(Jb)状態であれば、第2エアギャップ309bが形成される。第2エアギャップ309bの容積は、第1エアギャップ309よりも大きいため、配線間の寄生容量は小さくなる。さらに、突出部300bを形成することにより、パターン倒れを抑制することができる。
ここでエアギャップについて捕捉する。近年の微細化、高密度化に伴い、配線間の距離が狭くなってきている。そうなると配線間でコンデンサ容量が増加して信号遅延が発生するという問題がある。この場合、従来同様、配線間に低誘電率の絶縁物を充填することが考えられるが、それには物理的な限界を生じる課題がある。配線間にエアギャップと呼ばれる空隙を設けることで配線間の寄生誘電率を下げることができ、デバイス特性を向上させることが可能となる。
続いて、第1ES膜形成工程S102と第2ES膜形成工程S103で用いる基板処理装置、ES膜の形成方法を説明する。ES膜の形成方法は、半導体製造方法の一部であり、基板処理方法の一部でもある。
(基板処理装置)
まず図9を用いて基板処理装置100を説明する。本実施形態においては、基板処理装置100は第1ES膜302aと第2ES膜302bとのいずれか又は両方を形成可能に構成されている。好ましくは、両方の膜を連続して形成可能に構成される。
基板処理装置100を構成するチャンバ202は、横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、チャンバ202は、例えばアルミニウム(Al)やステンレス(SUS)などの金属材料により構成されている。チャンバ202内には、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ300を処理する処理室201と、ウエハ300を処理室201に搬送する際にウエハ300が通過する移載室203とが形成されている。チャンバ202は、上部容器202aと下部容器202bで構成される。上部容器202aと下部容器202bの間には仕切部204が設けられる。
下部容器202bの側面には、ゲートバルブ205に隣接した基板搬入出口206が設けられており、ウエハ300は基板搬入出口206を介して図示しない搬送室との間を移動する。下部容器202bの底部には、リフトピン207が複数設けられている。
処理室201内には、ウエハ300を支持する基板支持部210が設けられている。基板支持部210は、ウエハ300を載置する載置面211と、載置面211を表面に持つ載置台212、ヒータ213を主に有する。基板載置台212には、リフトピン207が貫通する貫通孔214が、リフトピン207と対応する位置にそれぞれ設けられている。ヒータ213には、基板300、ヒータ213、載置面211の少なくとも何れかの温度を所定温度に維持するヒータ制御部258が接続される。
基板載置台212はシャフト217によって支持される。シャフト217の支持部はチャンバ202の底壁に設けられた穴を貫通しており、チャンバ202の外部で昇降機構218に接続されている。昇降機構218を作動させてシャフト217及び支持台212を昇降させることにより、基板載置面211上に載置されるウエハ300を昇降させることが可能となっている。なお、シャフト217下端部の周囲はベローズ219により覆われている。チャンバ202内は気密に保持されている。
基板載置台212は、ウエハ300の搬送時には、基板載置面211が基板搬入出口206に対向する位置(ウエハ搬送位置、ウエハ搬送ポジション)まで下降し、ウエハ300の処理時には、図9で示されるように、ウエハ300が処理室201内の処理位置(ウエハ処理位置、ウエハ処理ポジション)となるまで上昇する。
具体的には、基板載置台212をウエハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン207の上端部が基板載置面211の上面から突出して、リフトピン207がウエハ300を下方から支持するようになっている。また、基板載置台212をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン207は基板載置面211の上面から埋没して、基板載置面211がウエハ300を下方から支持するようになっている。
処理室201の上部(上流側)には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド234が設けられている。シャワーヘッド234の蓋231にはガス導入孔231aが設けられる。後述するチャンバのガス供給部(供給系)から供給されるガスは、共通ガス供給管242からガス導入孔231aを介してバッファ室232に供給される。バッファ室232に供給されたガスは、分散板234aを介して、処理室201に供給される。分散板234aには、複数の孔が設けられており、載置面211と対向する様に配置されている。なお、分散板234aは、高周波電力が供給される電極244として構成されても良い。電極244を設けた場合、電極244と蓋231との間に、絶縁ブロック233が設けられる。また、電極244には、整合部251と高周波電源252とを電力供給線253で接続されていても良い。電極244に高周波電力を供給可能に構成することで、処理室201内でガスを活性化させることが可能となる。
(供給系)
シャワーヘッド234の蓋231に設けられたガス導入孔231aには、共通ガス供給管242が接続されている。共通ガス供給管242は、管の内部で連通しており、共通ガス供給管242から供給されるガスは、ガス導入孔231aを介してシャワーヘッド234内に供給される。
共通ガス供給管242には、図10に示す、ガス供給部が接続される。ガス供給部は、第1ガス供給管113a、第2ガス供給管123a、第3ガス供給管133a、第4ガス供給管143aが接続されている。
第1ガス供給管113aを含む第1ガス供給部からは第1元素含有ガスが主に供給される。また、第2ガス供給管123aを含む第2ガス供給部からは主に第2元素含有ガスが供給される。また、第3ガス供給管133aを含む第3ガス供給部からは主に第3元素含有ガスが供給される。また、第4ガス供給管143aを含む第4ガス供給部からは主に第4元素含有ガスが供給される。
(第1ガス供給部)
第1ガス供給管113aには、上流方向から順に、第1ガス供給源113、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)115、及び開閉弁であるバルブ116が設けられている。
第1ガス供給管113aから、第1元素含有ガスが、MFC115、バルブ116、共通ガス供給管242を介してシャワーヘッド234に供給される。
第1元素含有ガスは、処理ガスの一つである。第1元素含有ガスはシリコン(Si)を含むガスであり、例えば、ヘキサクロロジシラン(Si2Cl2、略称:HCDS)、等のガスである。
また、モノクロロシラン(SiH3Cl、略称:MCS)ガス、ジクロロシラン(SiH2Cl2、略称:DCS)ガス、トリクロロシラン(SiHCl3、略称:TCS)ガス、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(SiCl4、略称:STC)ガス、オクタクロロトリシラン(Si3Cl8、略称:OCTS)ガス等の無機ハロシランガスを用いることができる。
また、モノシラン(SiH4、略称:MS)ガス、ジシラン(Si2H6、略称:DS)ガス、トリシラン(Si3H8、略称:TS)ガス等の無機原料を用いることができる。
また、テトラキスジメチルアミノシラン(Si[N(CH3)2]4、略称:4DMAS)ガス、トリスジメチルアミノシラン(Si[N(CH3)2]3H、略称:3DMAS)ガス、ビスジエチルアミノシラン(Si[N(C2H5)2]2H2、略称:BDEAS)ガス、ビスターシャリーブチルアミノシラン(SiH2[NH(C4H9)]2、略称:BTBAS)ガス等のアミノシラン原料ガスを用いることができる。
第1ガス供給部は、主に、第1ガス供給管113a、MFC115、バルブ116により構成される。
更には、第1ガス供給源113、第1ガスを活性化させるリモートプラズマユニット(RPU)180aのいずれか若しくは両方を第1ガス供給部に含めて考えてもよい。
(第2ガス供給部)
第2ガス供給管123aには、上流方向から順に、第2ガス供給源123、MFC125、バルブ126が設けられている。
第2ガス供給管123aからは、第2元素含有ガスが、MFC125、バルブ126、共通ガス供給管242を介して、シャワーヘッド234内に供給される。
第2元素含有ガスは、処理ガスの一つである。第2元素含有ガスは炭素(C)を含むガスであり、例えばプロピレン(C3H6)のガスである。炭素と水素を含むガスであれば良く、メタン(CH3)、エタン(C2H6)、プロパン(C3H8)、等でも良い。
また、第2元素含有ガスに、CとSiを含むガスを用いても良い。CとSiを含むガスとしては、例えば、1,4−ジシラブタン(Si2C2H10、略称:DSB)がある。
また、エチレンビス(トリクロロシラン)ガス、すなわち、1,2−ビス(トリクロロシリル)エタン((SiCl3)2C2H4、略称:BTCSE)ガス、メチレンビス(トリクロロシラン)ガス、すなわち、ビス(トリクロロシリル)メタン((SiCl3)2CH2、略称:BTCSM)ガス等のアルキレンハロシランガスを用いることもできる。
また、1,1,2,2−テトラクロロ−1,2−ジメチルジシラン((CH3)2Si2Cl4、略称:TCDMDS)ガス、1,2−ジクロロ−1,1,2,2−テトラメチルジシラン((CH3)4Si2Cl2、略称:DCTMDS)ガス、1−モノクロロ−1,1,2,2,2−ペンタメチルジシラン((CH3)5Si2Cl、略称:MCPMDS)ガス等のアルキルハロシランガスを用いることもできる。
第2ガス供給部は、主に、第2ガス供給管123a、MFC125、バルブ126で構成される。
更には、第2ガス供給源123、第1ガスを活性化させるリモートプラズマユニット(RPU)180bのいずれか若しくは両方を第2ガス供給部に含めて考えてもよい。
(第3ガス供給部)
第3ガス供給管133aには、上流方向から順に、第3ガス供給源133、MFC135、バルブ136が設けられている。
第3ガス供給管133aからは、第3元素含有ガスが、MFC135、バルブ136、共通ガス供給管242を介してシャワーヘッド234に供給される。
第3元素含有ガスは、処理ガスの一つである。第3元素含有ガスは窒素(N)を含むガスであり、例えばアンモニア(NH3)ガスや、窒素(N2)ガス等のガスである。
第3ガス供給部は、主に、第3ガス供給管133a、MFC135、バルブ136で構成される。
更には、第3ガス供給源133、第1ガスを活性化させるリモートプラズマユニット(RPU)180cのいずれか若しくは両方を第3ガス供給部に含めて考えてもよい。好ましくは、RPU180cを第3ガス供給部に設けて、活性化した第3元素含有ガスシャワーヘッド234に供給する様に構成する。
(第4ガス供給部)
第4ガス供給管143aには、上流方向から順に、第4ガス供給源143、MFC145、バルブ146が設けられている。
第4ガス供給管143aからは、第4元素含有ガスが、MFC145、バルブ146、共通ガス供給管242を介してシャワーヘッド234に供給される。
第4元素含有ガスは、例えば不活性ガスである。不活性ガスは上述の処理ガスと反応し難いガスである。例えば、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、窒素(N)、アルゴン(Ar)の少なくともいずれかを含むガスであり、例えばN2ガスである。不活性ガスは、上述の処理ガスの希釈ガスや、パージガスとして用いられる。
第4ガス供給部は、主に、第4ガス供給管143a、MFC145、バルブ146で構成される。更には、第4ガス供給源143を第4ガス供給部に含めて考えてもよい。
(排気部)
処理室201の雰囲気は、排気部から排気される。排気部は、上側容器202aに接続された排気管224を有する。
排気管224は、上側容器202aに設けられる。排気管224には、処理室201内を所定の圧力に制御する圧力制御部としてAPC(AutoPressure Controller)227が設けられる。更に、APC227の下流側には、ポンプ223が接続される。ポンプ223は、例えば、ターボ分子ポンプで構成される。APC276は開度調整可能な弁体(図示せず)を有し、後述するコントローラ280からの指示に応じて排気管224のコンダクタンスを調整する。
(搬送室排気部)
搬送室203の雰囲気は、搬送室排気部から排気される。搬送室排気部は、下部容器202bに接続された排気管1482を有する。
排気管1482は、下部容器202bに設けられる。排気管1482には、搬送室203内を所定の圧力に制御するAPC228が設けられる。更に、APC228の下流側には、ポンプ(不図示)が設けられても良い。
(コントローラ)
基板処理装置100は、基板処理装置100の各部の動作を制御するコントローラ280を有している。コントローラ280は、図11に記載のように、演算部(CPU)280a、一時記憶部(RAM)280b、記憶部280c、送受信部280dを少なくとも有する。コントローラ280は、送受信部(I/Oポート)280dを介して基板処理装置100の各構成に接続され、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部280cからプログラムやレシピを呼び出し、その内容に応じて各構成の動作を制御する。なお、コントローラ280は、専用のコンピュータとして構成してもよいし、汎用のコンピュータとして構成してもよい。また、プログラムやレシピデータが記憶された外部記憶装置(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)282を用いて記憶部280cや一時記憶部280bにプログラムを呼び出しても良い。また、コントローラにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置282を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用いても良いし、上位装置270から受信部283を介して情報を受信し、外部記憶装置282を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。また、キーボードやタッチパネル等の入出力装置281を用いて、コントローラ280に指示をしても良い。
なお、記憶部280cや外部記憶装置282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。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶部280c単体を指す場合、外部記憶装置282単体を指す場合、または、その両方を含む場合がある。
続いて、基板処理装置100に搬入されたウエハ300に第1ES膜302aと第2ES膜302bとを形成する工程S102,S103の詳細について、図12を用いて説明する。なお、ウエハ300は図2(B)の状態であり、表面層300aに第1凹部301が複数形成された状態である。
以下、第1の処理ガスとしてHCDSガスを用い、第2の処理ガスとしてC3H6ガスを、第3の処理ガスとしてNH3ガスを用いて、第1ES膜302aと第2ES膜302bとを形成する例について説明する。
(基板搬入工程S201)
基板処理装置100では基板載置台212をウエハ300の搬送位置(搬送ポジション)まで下降させることにより、基板載置台212の貫通孔214にリフトピン207を貫通させる。その結果、リフトピン207が、基板載置台212表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。続いて、ゲートバルブ205を開いて移載室203を搬送モジュール(不図示)と連通させる。そして、この搬送モジュールからウエハ移載機(不図示)を用いてウエハ300を移載室203に搬入し、リフトピン207上にウエハ300を移載する。これにより、ウエハ300は、基板載置台212の表面から突出したリフトピン207上に水平姿勢で支持される。
チャンバ202内にウエハ300を搬入したら、ウエハ移載機をチャンバ202の外へ退避させ、ゲートバルブ205を閉じてチャンバ202内を密閉する。その後、基板載置台212を上昇させることにより、基板載置台212に設けられた基板載置面211上にウエハ300を載置させ、さらに基板載置台212を上昇させることにより、前述した処理室201内の処理位置(基板処理ポジション)までウエハ300を上昇させる。
ウエハ300が移載室203に搬入された後、処理室201内の処理位置まで上昇すると、APC228を閉とする。これにより、移載室203の排気が終了する。一方、APC227を開き、処理室201の排気を開始させる。APC227は、ポンプ223による処理室201の排気流量を制御し、任意のガス流量に対して処理室201を所定の圧力(例えば10−3〜10Paの高真空)に維持する。
また、ウエハ300が基板載置台212の上に載置される際には、予めヒータ213に電力を供給し、基板載置台212を加熱しておく。これにより、ウエハ300がリフタピン207や載置面211に載置されてからウエハ300の加熱を開始することができる。
(減圧・昇温工程S202)
続いて、処理室201内が所定の圧力(真空度)となるように、排気管224から処理室201内の雰囲気を排気する。この際、圧力センサ(不図示)が計測した圧力値に基づき、APC227の弁の開度をフィードバック制御する。また、温度センサ(不図示)が検出した温度値に基づき、ウエハ300が所定の温度となるようにヒータ213への通電量をフィードバック制御する。また、ウエハ300又は基板支持部210の温度変化が無くなってから一定時間置く。この間、処理室201内に残留している水分あるいは部材からの脱ガス等が有る場合は、真空排気や不活性ガスの供給によって除去しても良い。これで成膜プロセス前の準備が完了することになる。なお、処理室201内を所定の圧力に排気する際に、一度、到達可能な真空度まで真空排気しても良い。
このときのヒータ213の温度は、温度制御部258によって、100〜600℃、好ましくは100〜500℃、より好ましくは250〜450℃の範囲内の一定の温度となるように設定される。なお、温度制御部258は、コントローラ280から受信した温度情報(データ)と、温度センサ(不図示)で検出された温度情報とを比較演算してヒータ213への電力を変更・維持することでヒータ213の温度制御を行う様に構成される。ヒータ213の温度は、少なくとも第1成膜工程S301と第2成膜工程S401の間維持される。
(第1成膜工程S301)
続いて、第1処理として、ウエハ300に第1ES膜302aとしての炭化シリコン(SiC)膜を成膜する例について説明する。成膜工程S301の詳細について、図12を用いて説明する。
ウエハ300が基板支持部210に載置され、処理室201内の雰囲気が安定した後、S302〜S305のステップが行われる。
(第1ガス供給工程S302)
第1ガス供給工程S302では、第1ガス供給部から処理室201内に第1ガス(処理ガス)としてのHCDSガスを供給する。具体的には、第1ガス供給源113から供給されたHCDSガスをMFC115で流量調整した後、基板処理装置100に供給する。流量調整されたHCDSガスは、バッファ室232を通り、シャワーヘッド234の分散板234aから、減圧状態の処理室201内に供給される。また、排気系による処理室201内の排気を継続し処理室201内の圧力を所定の圧力範囲(第1圧力)となるように制御する。このとき、ウエハ300に対してHCDSガスが供給されることとなる。HCDSガスは、所定の圧力(第1圧力:例えば10Pa以上1000Pa以下)で処理室201内に供給する。このようにして、ウエハ300にHCDSガスを供給する。HCDSガスが供給されることにより、ウエハ300上に、シリコン含有層が形成される。また、ここで、シリコン含有層とは、シリコン(Si)を主成分とする層であって、塩素(Cl)を含んでいてもよい。以下では、SiとClを含む層の場合を説明する。
(第1パージ工程S303)
ウエハ300上にシリコン含有層が形成された後、第1ガス供給管113aのガスバルブ116を閉じ、HCDSガスの供給を停止する。第1ガスを停止することで、処理室201中に存在する第1ガスや、バッファ室232の中に存在する処理ガスを排気部から排気されることにより第1パージ工程S303が行われる。
また、第1パージ工程S303では、単にガスを排気(真空引き)してガスを排出すること以外に、第4ガス供給源143より不活性ガスを供給して、残留ガスを押し出すことによる排出処理を行うように構成しても良い。この場合、バルブ146を開け、MFC145で不活性ガスの流量調整を行う。また、真空引きと不活性ガスの供給を組み合わせて行っても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を交互に行うように構成しても良い。第4ガス供給部から供給するパージガスとしてのNガスの供給流量は、例えば100〜20000sccmの範囲内の流量とする。
所定の時間経過後、バルブ146を閉じて、不活性ガスの供給を停止する。なお、バルブ146を開けたまま不活性ガスの供給を継続しても良い。
(第2ガス供給工程S304)
第1パージ工程S303の後、第2ガス供給部から、処理室201内に第2ガス(処理ガス)としての、プロピレンガスを供給する。具体的には、バルブ126を開け、シャワーヘッド234を介して、処理室201内にプロピレンガスを供給する。なお、第2ガスは、ウエハ300を処理する処理ガスや、第1ガス,シリコン含有層,ウエハ300と反応する反応ガスとも呼ばれる。なお、第2ガスは、炭素を含む化合物であれば良く、プロピレンに限るものでは無い。
このとき、プロピレンガスの流量が所定の流量となるようにMFC125を調整する。なお、プロピレンガスの供給流量は、例えば、1sccm以上10000sccm以下である。
プロピレンガスがウエハ300上に形成されているシリコン含有層に供給されると、シリコン含有層が改質され、所定の厚さのシリコン炭素(SiC)含有層が形成される。SiC含有層は、例えば、処理室201内の圧力、プロピレンガスの流量、ウエハ300の温度、等に応じて、所定の厚さ、所定の分布で形成される。
所定の時間経過後、バルブ126を閉じ、プロピレンガスの供給を停止する。
(第2パージ工程S305)
第1パージ工程S303と同様の動作によって、第2パージ工程S305が行われる。例えば、処理室201中に存在するプロピレンガスや、バッファ室232の中に存在するプロピレンガスは、プロピレンガスの供給を停止することで、排気部から排気されることにより第2パージ工程S305が行われる。また、バッファ室232と処理室201にパージガスを供給することによって、パージしても良い。
(判定工程S203)
第2パージ工程S305の終了後、コントローラ280は、上記の第1成膜工程S301(S302〜S305)が所定のサイクル数nが実行されたか否かを判定する。即ち、ウエハ300上に所望の厚さの第1ES膜302aとしてのSiC含有膜が形成されたか否かを判定する。上述したステップS203〜S206を1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回以上行うことにより、ウエハ300上に所定膜厚のSiC含有膜を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰返すことが好ましい。これにより、ウエハ300上に所定膜厚のSiC含有膜が形成される。また、ここで、SiC含有膜は、SiとCを主成分とする膜である。また、ここで、SiC含有膜の厚さは、例えば、1〜10Åである。
判定工程S203で、第1成膜工程S301が所定回数実施されていないとき(No判定のとき)は、第1成膜工程S301のサイクルを繰り返し、所定回数実施されたとき(Yes判定のとき)は、第1成膜工程S301を終了し、第2成膜工程S401を実行させる。
(第2成膜工程S401)
続いて、第2処理として、表面に第1ES膜302aが形成されたウエハ300上に、を第2ES膜302bを形成する工程について説明する。第2成膜工程S401の詳細について、図12を用いて説明する。
なお、第1成膜工程S301の後、第2成膜工程S401に適した圧力や温度に調整する減圧・昇温工程S204を行わせても良い。減圧・昇温工程S204は、減圧・昇温工程S202と同様の手順で行われる。好ましくは、減圧・昇温工程S204では、S202の時よりも圧力を低くする。これにより、第2成膜工程S401で供給される処理ガスが、第1ES膜302aが形成された第1凹部301内に入りこみ易くなり、第1凹部301内に第2ES膜302bを均一に形成させることができる。
処理室201内の雰囲気が安定した後、S402〜S407のステップが行われる。
(第1ガス供給工程S402)
第1ガス供給工程S402では、上述の第1ガス供給工程S302と同様の手順が行われ、第1ES膜302a上に、シリコン含有層が形成される。
(第1パージ工程S403)
第1ES膜302a上にシリコン含有層が形成された後、第1パージ工程S303と同様の手順で第1パージ工程S403が行われる。
(第2ガス供給工程S404)
第1パージ工程S403の後、第2ガス供給工程S304と同様に、第2ガス(処理ガス)としての、プロピレンガスを供給し、シリコン含有層が改質され、所定の厚さのシリコン炭素(SiC)含有層が形成される。SiC含有層は、例えば、処理室201内の圧力、プロピレンガスの流量、ウエハ300の温度、等に応じて、所定の厚さ、所定の分布で形成される。
所定の 時間経過後、バルブ126を閉じ、プロピレンガスの供給を停止する。
(第2パージ工程S405)
第1パージ工程S303と同様の動作によって、第2パージ工程S405が行われる。
(第3ガス供給工程S406)
続いて、ウエハ300に第3ガスを供給する工程が行われる。第3ガス供給工程S406では、第3ガス供給部から処理室201内に第3ガス(処理ガス)としてのNH3ガスを供給する。具体的には、バルブ136を開け、第3ガス供給源133から供給されたNH3ガスをMFC135で流量調整した後、基板処理装置100に供給する。流量調整されたNH3ガスは、バッファ室232を通り、シャワーヘッド234の分散板234aから、減圧状態の処理室201内に供給される。また、排気系による処理室201内の排気を継続し処理室201内の圧力を所定の圧力範囲(第3圧力)となるように制御する。このとき、ウエハ300に対してNH3ガスが供給されることとなる。NH3ガスは、所定の圧力(第3圧力:例えば10Pa以上1000Pa以下)で処理室201内に供給する。このようにして、ウエハ300にNH3ガスを供給する。NH3ガスが供給されることにより、第1ES膜302a上のSiC含有層が、SiCN含有層に改質される。なお、第3ガス供給工程S406では、RPU180cをONとして、NH3ガスを活性化してウエハ300に供給されるように構成しても良い。また、高周波電源252から電極244に高周波電力を供給して処理室201内にNH3ガスのプラズマを発生させて処理させても良い。NH3ガスを活性化させることによって、SiC含有層に含まれる不純物の除去効率や窒化効率を向上させることができる。
(第3パージ工程S407)
第3ガス供給工程S406の後、第3パージ工程S407が行われる。第3パージ工程S407は、上述の第1パージ工程S403と第2パージ工程S405と同様の手順で行われる。
(判定工程S205)
第3パージ工程S407の終了後、コントローラ280は、上記の第2成膜工程S401(S402〜S407)が所定のサイクル数nが実行されたか否かを判定する。即ち、ウエハ300(第1ES膜302a)上に所望の厚さの第2ES膜302bとしてのSiCN膜が形成されたか否かを判定する。上述したステップS402〜S407を1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回以上行うことにより、ウエハ300上に所定膜厚のSiCN膜を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰返すことが好ましい。これにより、ウエハ300上に所定膜厚のSiCN膜が形成される。また、ここで、SiCN膜は、SiとCとNを主成分とする膜である。また、ここで、SiCN膜の厚さは、例えば、10〜50Åであり、第1ES膜302aよりも厚く形成される。
判定工程S205で、第2成膜工程S401が所定回数実施されていないとき(No判定のとき)は、第2成膜工程S401のサイクルを繰り返し、所定回数実施されたとき(Yes判定のとき)は、第2成膜工程S401を終了し、基板搬出工程S206を実行させる。
(基板搬出工程S206)
基板搬出工程S206では、基板搬入工程S201と逆の手順でウエハ300が搬出される。具体的には、基板支持部210を下降させて、ウエハ300を処理室201から、移載室203に移動させる。移載室203に移動後、ウエハ300を移載室203から搬送モジュールにウエハ200を搬出する。
この様にして基板処理工程が行われる。
以上、本開示の一実施形態を具体的に説明したが、本開示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。
例えば、図8に示す様に、基板300の表面層300aに凹部301を形成しない様に構成しても良い。この場合、配線層306やエアギャップ309のパターン倒れの低減効果が上述よりも小さくなるが、積層エッチングストッパ膜302を形成することで、エアギャップ309の形成前に形成されるホールの深さの均一性を向上させることが可能となる。
なお、上述では、第1ガス,第2ガス,第3ガスを交互に供給して成膜する方法について記したが、他の方法にも適用可能である。例えば、第1ガスと第2ガスの供給タイミングが重なる様な方法である。具体的には、CVD(Chemical Vapor Deposition)法や、サイクリックCVD法が有る。CVD法を用いることによって、基板処理工程を短縮化させることができる。
また、上述では、成膜処理について記したが、他の処理にも適用可能である。例えば、プラズマを用いた拡散処理、酸化処理、窒化処理、酸窒化処理、還元処理、酸化還元処理、加熱処理などが有る。例えば、反応ガスのみを用いて、基板表面や基板に形成された膜をプラズマ酸化処理や、プラズマ窒化処理する際にも本発明を適用することができる。また、反応ガスのみを用いたプラズマアニール処理にも適用することができる。即ち、ウエハ300の表面層300aの表面を改質することで、エッチングストッパ層を形成しても良い。
また、上述では、半導体装置の製造工程について記したが、実施形態に係る発明は、半導体装置の製造工程以外にも適用可能である。例えば、液晶デバイスの製造工程、太陽電池の製造工程、発光デバイスの製造工程、ガラス基板の処理工程、セラミック基板の処理工程、導電性基板の処理工程、などの基板処理が有る。
また、上述では、シリコンを含有する膜をエッチングストッパ膜とする例を示したが、他のガスを用いた成膜にも適用可能である。例えば、酸素含有膜、窒素含有膜、炭素含有膜、ホウ素含有膜、金属含有膜とこれらの元素が複数含有した膜等が有る。なお、これらの膜としては、例えば、AlO膜、ZrO膜、HfO膜、HfAlO膜、ZrAlO膜、SiBN膜、TiN膜、TiC膜、TiAlC膜などが有る。
また、上述では、一つの処理室で一枚の基板を処理する装置構成を示したが、これに限らず、複数枚の基板を水平方向又は垂直方向に並べた装置であっても良い。
300 ウエハ(基板)
201 処理室
202 チャンバ
212 基板載置台

Claims (7)

  1. 表面に複数の第1凹部が形成され、配線層が形成される基板を処理室に搬入する工程と、
    前記基板に第1元素含有ガスと第2元素含有ガスとを供給して、前記第1元素と前記第2元素を含む第1エッチングストッパ膜を形成し、
    前記第1エッチングストッパ膜の上に、前記第1元素含有ガスと前記第2元素含有ガスと第3元素含有ガスとを供給して前記第1元素と前記第2元素と前記第3元素を含む第2エッチングストッパ膜を形成して積層エッチングストッパ膜を形成する工程と、
    前記第2エッチングストッパ膜の形成後、前記第1凹部の上に絶縁膜を形成する工程と、
    前記絶縁膜をパターニングし前記第1凹部を露出させる工程と、
    前記パターニングされた絶縁膜の間であって、前記第1凹部に配線層を形成する工程と、
    前記配線層を形成する工程の後、前記絶縁膜をエッチングし、前記第2エッチングストッパ膜を露出させる工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  2. 前記第1エッチングストッパ膜は、前記基板表面と前記第1凹部内表面に形成される
    請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記積層エッチングストッパ膜を形成する工程では、
    前記第1エッチングストッパ膜の膜厚は、前記第2エッチングストッパ膜よりも小さく形成される
    請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記第2エッチングストッパ膜を露出させる工程では、前記第1エッチングストッパ膜を露出させる請求項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記配線層を形成する工程では、前記第1凹部の上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜に配線膜を形成し、
    更に前記配線層を形成する工程の後、底部が前記第1凹部の底部よりも上方に位置するよう、前記絶縁膜と前記積層エッチングストッパ膜と前記基板の表面層とをエッチングして第2凹部を形成する工程と、
    を有する請求項乃至のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 表面に複数の第1凹部が形成され、配線層が形成される基板を処理室に搬入させる手順と、
    前記基板に第1元素含有ガスと第2元素含有ガスとを供給させて、前記第1元素と前記第2元素を含む第1エッチングストッパ膜を形成させ、
    前記第1エッチングストッパ膜の上に、前記第1元素含有ガスと前記第2元素含有ガスと第3元素含有ガスとを供給させて前記第1元素と前記第2元素と前記第3元素を含む第2エッチングストッパ膜を形成して積層エッチングストッパ膜を形成させる手順と、
    前記第2エッチングストッパ膜の形成後、前記第1凹部の上に絶縁膜を形成させる手順、
    前記絶縁膜をパターニングし前記第1凹部を露出させる手順と、
    前記パターニングされた絶縁膜の間であって、前記第1凹部に配線層を形成させる手順と、
    前記配線層を形成する工程の後、前記絶縁膜をエッチングし、前記第2エッチングストッパ膜を露出させる手順と、
    をコンピュータが基板処理装置に実行させるプログラム。
  7. 表面に複数の第1凹部が形成され、配線層が形成される基板を処理室に搬入させる手順と、
    前記基板に第1元素含有ガスと第2元素含有ガスとを供給させて、前記第1元素と前記第2元素を含む第1エッチングストッパ膜を形成させ、
    前記第1エッチングストッパ膜の上に、前記第1元素含有ガスと前記第2元素含有ガスと第3元素含有ガスとを供給させて前記第1元素と前記第2元素と前記第3元素を含む第2エッチングストッパ膜を形成して積層エッチングストッパ膜を形成させる手順と、
    前記第2エッチングストッパ膜の形成後、前記第1凹部の上に絶縁膜を形成させる手順、
    前記絶縁膜をパターニングし前記第1凹部を露出させる手順と、
    前記パターニングされた絶縁膜の間であって、前記第1凹部に配線層を形成させる手順と、
    前記配線層を形成する工程の後、前記絶縁膜をエッチングし、前記第2エッチングストッパ膜を露出させる手順と、
    をコンピュータが基板処理装置に実行させるプログラムが記録された記録媒体。
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