JP6523080B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents
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Description
処理室内の基板に対して所定元素を含む原料を供給する工程と、
前記処理室内から前記原料を除去する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して窒素、炭素、および水素を含む第1反応体を供給する工程と、
前記処理室内から前記第1反応体を除去する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して酸素を含む第2反応体を供給する工程と、
前記処理室内から前記第2反応体を除去する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
前記原料を除去する工程の実施時間を、前記第1反応体を除去する工程の実施時間よりも長くするか、もしくは、前記第2反応体を除去する工程の実施時間を、前記第1反応体を除去する工程の実施時間よりも長くする技術が提供される。
基板上に多元系の膜を形成する手法として、処理室内の基板に対して複数種の処理ガスを非同時に供給するサイクルを所定回数行う成膜シーケンスが知られている。処理ガスの種類、流量、供給時間、基板の温度、処理室内の圧力等の各種条件(以下、処理ガス供給条件)を適宜選択することで、基板上に形成する膜の膜質(例えばエッチング耐性、絶縁性、面内膜厚均一性等)を緻密に制御することが可能である。
以下、本発明の第1実施形態について図1〜図3を参照しながら説明する。
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。
られている。マニホールド209がヒータベースに支持されることにより、反応管203は垂直に据え付けられた状態となる。主に、反応管203とマニホールド209とにより処理容器(反応容器)が構成されている。処理容器の筒中空部には処理室201が形成されている。処理室201は、複数枚の基板としてのウエハ200を、後述するボート217によって水平姿勢で垂直方向に多段に配列した状態で収容可能に構成されている。
ハロシラン原料とは、ハロゲン元素を有するシラン原料のことである。ハロゲン元素は、塩素(Cl)、フッ素(F)、臭素(Br)、ヨウ素(I)からなる群より選択される少なくとも1つを含む。すなわち、ハロシラン原料は、クロロ基、フルオロ基、ブロモ基、ヨード基からなる群より選択される少なくとも1つのハロゲン基を含む。ハロシラン原料は、ハロゲン化物の一種ともいえる。
C241a、バルブ243aにより、原料供給系が構成される。ノズル249aを原料供給系に含めて考えてもよい。原料供給系を原料ガス供給系と称することもできる。原料としてハロシラン原料を供給する場合、原料供給系を、ハロシラン原料供給系、或いは、ハロシラン原料ガス供給系と称することもできる。
により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室201内の圧力を調整することができるように構成されているバルブである。主に、排気管231、APCバルブ244、圧力センサ245により、排気系が構成される。真空ポンプ246を排気系に含めて考えてもよい。排気管231は、反応管203に設ける場合に限らず、ノズル249a,249bと同様にマニホールド209に設けてもよい。
122が接続されている。
上述の基板処理装置を用い、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成するシーケンス例について、図4(a)を用いて説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ121により制御される。
処理室201内の基板としてのウエハ200に対して原料としてHCDSガスを供給するステップ1と、
処理室201内からHCDSガスを除去するステップ1pと、
処理室201内のウエハ200に対して第1反応体としてTEAガスを供給するステップ2と、
処理室201内からTEAガスを除去するステップ2pと、
処理室201内のウエハ200に対して第2反応体としてO2ガスを供給するステップ3と、
処理室201内からO2ガスを除去するステップ3pと、
を非同時に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、およびCを含むシリコン酸炭化膜(SiOC膜)、または、Si、O、C、およびNを含む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、上述のステップ1,1p、ステップ2,2p、ステップ3,3pを順次実施する。
このステップでは、処理室201内のウエハ200に対してHCDSガスを供給する。
確保しやすくなり、その制御が容易となる。
第1層(Clを含むSi含有層)が形成された後、バルブ243aを閉じ、HCDSガスの供給を停止する。このとき、APCバルブ244は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくは第1層の形成に寄与した後のHDCSガスを処理室201内から除去する。このとき、バルブ243c,243dを開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持するようにしてもよい。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留するガスを処理室201内から除去する効果を高めることができる。
ステップ1p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(Clを含むSi含有層)に対し、TEAガスを供給する。
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を用いることもできる。また、アミン系ガスとしては、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を用いることもできる。また、アミン系ガスとしては、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を用いることもできる。また、アミン系ガスとしては、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もできる。
第2層(SiCN層)が形成された後、バルブ243bを閉じ、TEAガスの供給を停止する。そして、ステップ1pと同様の処理手順により、処理室201内に残留する未反応もしくは第2層の形成に寄与した後のTEAガスや反応副生成物を処理室201内から除去する。
ステップ2p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(SiCN層)に対し、O2ガスを供給する。
層)の少なくとも一部と反応する。そして、O2ガスによる熱酸化の作用により、第2層にO成分が付加されて第2層におけるSi−O結合が増加する一方、Si−N結合、Si−C結合はそれぞれ減少することとなる。すなわち、第2層にO成分が付加される一方、第2層におけるN成分、C成分の割合はそれぞれ減少することとなる。なお、ステップ1,2を行うことで形成された第2層におけるC成分は、N成分に比べ、リッチな状態にある。そのため、ステップ3において第2層からN成分が完全に脱離するまで酸化処理を行うことで、第2層を、Si、OおよびCを含むシリコン酸炭化層(N非含有のSiOC層)へと変化させる(改質させる)ことができる。また、ステップ3において第2層からN成分が完全に脱離する前に酸化処理を止めることで、第2層を、Si、O、C、およびNを含むシリコン酸炭窒化層(SiOCN層)へと変化させることもできる。第2層を改質させることで得られる層(SiOC層、または、SiOCN層)を、以後、第3層と称することとする。SiOCN層を、Nを含むSiOC層と称することもできる。
第3層(SiOC層またはSiOCN層)が形成された後、バルブ243bを閉じ、O2ガスの供給を停止する。そして、ステップ1pと同様の処理手順により、処理室201内に残留する未反応もしくは第3層の形成に寄与した後のO2ガスや反応副生成物を処理室201内から除去する。
上述した6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SiOC膜、または、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、上述のサイクルを1回行う際に形成される第3層(SiOC層、または、SiOCN層)の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第3層を積層することで形成される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。
成膜ステップが完了したら、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(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)。
ウエハ200上に形成する膜の組成は、ステップ1,2,3の処理条件を上述の範囲内で適正に選択することによって制御可能である。組成を変化させることにより、ウエハ200上に形成する膜の膜質、例えば、エッチング耐性や絶縁性を適正に制御することが可能となる。しかしながら、発明者等の鋭意研究によれば、ステップ1,2,3の処理条件をいくら高精度に制御しても、ウエハ200上に形成する膜の膜質をある一定以上の品質に高めることは困難な場合があることが判明した。発明者等の鋭意研究によれば、ウエハ200上に形成する膜の膜質をさらに向上させるには、ステップ1,2,3の処理条件だけでなく、ステップ1p,2p,3pの処理条件を適正に選択する必要がある。具体的には、ステップ1p,2p,3pの処理条件を一律に等しく設定するのではなく、適正に異ならせる必要がある。以下、この理由について詳しく説明する。
本設定例では、HCDSガスを除去するステップ1pの実施時間(以下、T1pともいう)を、TEAガスを除去するステップ2pの実施時間(以下、T2pともいう)よりも
長くする(T1p>T2p)。図4(a)は、T1p>T2pとし、また、T2pを、O2ガスを除去するステップ3pの実施時間(以下、T3pともいう)と同じとした例を示している(T2p=T3p)。なお、ここでいうT2pは、後述するTEAパージ効果が得られる時間のことである。
本設定例では、T1pをT2pよりも長くすると共に、T1pをT3pよりも長くする(T1p>T2p,T1p>T3p)。なお、T2pは後述するTEAパージ効果が得られる時間のことであり、T3pは後述するO2パージ効果が得られる時間のことである。本設定例によっても、設定例A1と同様の効果が得られる。また、T1p>T3pとしてHCDSガスを除去するステップ1pの実施時間を充分に確保することで、ウエハ200上に形成される膜中におけるCl等の不純物を、T1p≦T3pとする場合よりも確実に低減させることが可能となる。なお、図4(a)は、T1p>T2p,T1p>T3pとする例の1つでもある。
本設定例では、T1pをT2pよりも長くすると共に、T2pをT3pよりも長くする(T1p>T2p>T3p)。図4(b)は、T1p>T2p>T3pとした例を示している。なお、T2pは後述するTEAパージ効果が得られる時間のことであり、T3pは後述するO2パージ効果が得られる時間のことである。
本設定例では、T1p〜T3pの関係を上述の設定例A1〜A3のいずれかのように設定しつつ、HCDSガスを除去するステップ1pにおける処理室201内の圧力(以下、P1pともいう)を、TEAガスを除去するステップ2pにおける処理室201内の圧力(以下、P2pともいう)よりも低くする(P1p<P2p)。なお、ここでいうP2pは、上述のTEAパージ効果が得られる圧力のことである。
本設定例では、設定例A4において、P1pを、O2ガスを除去するステップ3pにおける処理室201内の圧力(以下、P3pともいう)よりも低くする(P1p<P2p,P1p<P3p)。なお、ここでいうP3pは、後述するO2パージ効果が得られる圧力のことである。本設定例によっても、設定例A4と同様の効果が得られる。また、P1p<P3pとしてHCDSガスを除去するステップ1pにおける処理室201内の圧力を充分に低下させることで、ウエハ200上に形成される膜中におけるCl等の不純物を、P1p<P2p,P1p≧P3pとする場合よりも低減させることが可能となる。
本設定例では、設定例A5において、P2pをP3pよりも低くする(P1p<P2p<P3p)。本設定例によっても、設定例A5と同様の効果が得られる。また、P2p<P3pとしてTEAガスを除去するステップ2pにおける処理室201内の圧力を充分に低下させることで、上述のTEAパージ効果をさらに高めることが可能となる。これにより、ウエハ200上に形成される膜中におけるHや、膜中における結合力の弱いNやCを、P1p<P2p,P2p≧P3pとする場合よりも低減させることが可能となる。
本設定例では、T1p〜T3pの関係を上述の設定例A1〜A3のいずれかのように設定しつつ、HCDSガスを除去するステップ1pにおけるパージガスの流量(F1p)を、TEAガスを除去するステップ2pにおけるパージガスの流量(F2p)よりも大きくする(F1p>F2p)。なお、ここでいうF2pは、上述のTEAパージ効果が得られる流量のことである。
とでも、設定例A1と同様の効果が得られる。
本設定例では、設定例A7において、F1pを、O2ガスを除去するステップ3pにおけるパージガスの流量(F3p)よりも大きくする(F1p>F2p,F1p>F3p)。なお、ここでいうF3pは、後述するO2パージ効果が得られる流量のことである。本設定例によっても、設定例A7と同様の効果が得られる。また、F1p>F3pとしてHCDSガスを除去するステップ1pにおけるパージガスの流量を充分に大きくすることで、ウエハ200上に形成される膜中におけるCl等の不純物を、F1p≦F3pとする場合よりも低減させることが可能となる。
本設定例では、設定例A8において、F2pをF3pよりも大きくする(F1p>F2p>F3p)。本設定例によっても、設定例A8と同様の効果が得られる。また、F2p>F3pとしてTEAガスを除去するステップ2pにおけるパージガスの流量を充分に増加させることで、上述のTEAパージ効果をさらに高めることが可能となる。これにより、ウエハ200上に形成される膜中におけるHや、膜中における結合力の弱いNやCを、F2p≦F3pとする場合よりも低減させることが可能となる。
本設定例では、T1p〜T3pの関係を上述の設定例A1〜A3のいずれかのように設定しつつ、HCDSガスを除去するステップ1pでは、パージガスとして還元性ガスであるH含有ガスを用い、TEAガスを除去するステップ2pおよびO2ガスを除去するステップ3pでは、パージガスとしてN2ガス等の不活性ガスを用いる。還元性ガス(H含有ガス)としては、例えば、H2ガスや重水素(D2)ガスを用いることができる。
にすることでも、設定例A1と同様の効果が得られるようになる。
本設定例では、T1p〜T3pの関係を上述の設定例A1〜A3のいずれかのように設定しつつ、HCDSガスを除去するステップ1pでは、パージガスとしてプラズマ励起状態のガスを用い、TEAガスを除去するステップ2pおよびO2ガスを除去するステップ3pでは、パージガスとして非プラズマ励起状態のガス、例えば、N2ガス等の不活性ガスを用いる。プラズマ励起させるガスとしては、例えば、N2ガスの他、例えば、Arガス、Heガス、Neガス、Xeガス等の希ガスを用いることができる。また、プラズマ励起させるガスとしては、例えば、H2ガスやD2ガス等の還元性ガスを用いることもできる。ステップ1pにおいて棒状電極269,270間に印加する電力は、例えば50〜1000Wの範囲内の電力とする。ステップ1pにおける処理室201内の圧力は、例えば1〜500Pa、好ましくは1〜100Paの範囲内の圧力とする。
本設定例では、T1p〜T3pの関係を上述の設定例A1〜A3のいずれかのように設定しつつ、HCDSガスを除去するステップ1pでは、処理室201内へパージガスを供給するサブステップ(パージステップ)Aと、処理室201内へのパージガスの供給を停止するか実質的に停止した状態で処理室201内を真空排気するサブステップ(バキュームステップ)Bと、を交互に所定回数(1回以上)行うサイクルパージ処理を実施する。なお、パージガスの実質的な供給停止とは、サブステップAで供給するパージガスの流量よりも小さな流量でパージガスを供給すること、すなわち、パージガスを僅かに供給することを意味する。また、TEAガスを除去するステップ2pおよびO2ガスを除去するステップ3pでは、処理室201内へパージガスを供給しつつ排気する。すなわち、ステップ2p,3pではサイクルパージ処理を不実施とする。
うに設定しつつ、HCDSガスを除去するステップ1pにおいて、上述のサブステップA,Bを交互に第1の所定回数、すなわち、m1回(m1は2以上の整数)行い、TEAガスを除去するステップ2pおよびO2ガスを除去するステップ3pでは、上述のサブステップA,Bを交互に第2の所定回数、すなわち、m2回(m2は1以上の整数)行うようにしてもよい。なお、ここでm2は、上述のTEAパージ効果や後述するO2パージ効果が得られる回数のことである。m1をm2よりも大きくする(m1>m2)ことで、上記と同様の効果が得られる。
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。
上述の成膜シーケンスは、HCDSガス、TEAガス、O2ガスを非同時に供給することから、これらのガスを同時に供給する場合に比べ、処理室201内における過剰な気相反応を回避することができ、ウエハ200上に形成される膜の面内膜厚均一性や段差被覆性を向上させることが可能となる。しかしながら、発明者等の鋭意研究によれば、上述の成膜シーケンスによっても、ウエハ200上に形成される膜の面内膜厚均一性や面内膜質均一性(以下、これらを単に「面内均一性」とも称する)が低下してしまう場合があることが判明した。発明者等の鋭意研究によれば、ウエハ200上に形成する膜の面内均一性をさらに向上させるには、ステップ1,2,3を非同時に行うだけでなく、ステップ1p,2p,3pの処理条件を適正に選択する必要がある。具体的には、ステップ1p,2p,3pの処理条件を一律に等しく設定するのではなく、適正に異ならせる必要がある。以下、この理由について詳しく説明する。
本設定例では、O2ガスを除去するステップ3pの実施時間(T3p)を、TEAガスを除去するステップ2pの実施時間(T2p)よりも長くする(T3p>T2p)。図5(a)は、T3p>T2pとし、また、T1p=T2pとした例を示している。なお、ここでいうT2pは、上述のTEAパージ効果が得られる時間のことである。
に抑制することができず、ウエハ200上に形成する膜の面内均一性が低下する場合があることを確認している。さらに、O2パージ効果を高めるには、ステップ3pを、少なくとも、TEAパージ効果を得るために必要なステップ2pの実施時間よりも長い時間実施しなければならないことを確認している。すなわち、O2パージ効果を高めるには、T3p=T2pとするのではなく、T3p>T2pとする必要があることを確認している。
本設定例では、T3pをT2pよりも長くすると共に、T3pを、HCDSガスを除去するステップ1pの実施時間(T1p)よりも長くする(T3p>T2p,T3p>T1p)。なお、ここでいうT2pは、TEAパージ効果が得られる時間のことであり、T1pは、HCDSパージ効果が得られる時間のことである。本設定例によっても、設定例B1と同様の効果が得られる。また、T3p>T1pとしてO2ガスを除去するステップ3pの実施時間を充分に確保することで、ウエハ200上に形成される膜の面内均一性を、T3p≦T1pとする場合よりも確実に向上させることが可能となる。なお、図5(a)は、T3p>T2p,T3p>T1pとする例の1つでもある。
本設定例では、T3pをT2pよりも長くすると共に、T2pをT1pよりも長くする(T3p>T2p>T1p)。図5(b)は、T3p>T2p>T1pとした例を示している。なお、ここでいうT2pは、TEAパージ効果が得られる時間のことであり、T1pは、HCDSパージ効果が得られる時間のことである。
本設定例では、T1p〜T3pの関係を上述の設定例B1〜B3のいずれかのように設定しつつ、O2ガスを除去するステップ3pにおける処理室201内の圧力(P3p)を、TEAガスを除去するステップ2pにおける処理室201内の圧力(P2p)よりも低くする(P3p<P2p)。なお、ここでいうP2pは、TEAパージ効果が得られる圧力のことである。
本設定例では、設定例B4において、P3pを、HCDSガスを除去するステップ1pにおける処理室201内の圧力(P1p)よりも低くする(P3p<P2p,P3p<P1p)。なお、ここでいうP1pは、HCDSパージ効果が得られる圧力のことである。本設定例によっても、設定例B4と同様の効果が得られる。また、P3p<P1pとしてO2ガスを除去するステップ3pにおける処理室201内の圧力を充分に低下させることで、ウエハ200上に形成される膜の面内均一性を、P3p<P2p,P3p≧P1pとする場合よりも向上させることが可能となる。
本設定例では、設定例B5において、P2pをP1pよりも低くする(P3p<P2p<P1p)。本設定例によっても、設定例B5と同様の効果が得られる。また、P2p<P1pとしてTEAガスを除去するステップ2pにおける処理室201内の圧力を充分に低下させることで、上述のTEAパージ効果をさらに高めることが可能となる。これによ
り、処理室201の内壁等からTEAガスを充分に脱離させることが可能となり、次に行うステップ3や、次のサイクルで行うステップ1において、意図しない気相反応を抑制することが可能となる。結果として、ウエハ200上に形成される膜の面内均一性を、P3p<P2p,P2p≧P1pとする場合よりも向上させることが可能となる。
本設定例では、T1p〜T3pの関係を上述の設定例B1〜B3のいずれかのように設定しつつ、O2ガスを除去するステップ3pにおけるパージガスの流量(F3p)を、TEAガスを除去するステップ2pにおけるパージガスの流量(F2p)よりも大きくする(F3p>F2p)。なお、ここでいうF2pは、上述のTEAパージ効果が得られる流量のことである。
本設定例では、設定例B7において、F3pを、HCDSガスを除去するステップ1pにおけるパージガスの流量(F1p)よりも大きくする(F3p>F2p,F3p>F1p)。なお、ここでいうF1pは、HCDSパージ効果が得られる流量のことである。本設定例によっても、設定例B7と同様の効果が得られる。また、F3p>F1pとしてO2ガスを除去するステップ3pにおけるパージガスの流量を充分に大きくすることで、ウエハ200上に形成される膜の面内均一性を、F3p≦F1pとする場合よりも向上させることが可能となる。
本設定例では、設定例B8において、F2pをF1pよりも大きくする(F3p>F2p>F1p)。本設定例によっても、設定例B8と同様の効果が得られる。また、F2p>F1pとしてTEAガスを除去するステップ2pにおけるパージガスの流量を充分に増加させることで、上述のTEAパージ効果をさらに高めることが可能となる。これにより、ウエハ200上に形成される膜の面内均一性を、F2p≦F1pとする場合よりも向上させることが可能となる。
本設定例では、T1p〜T3pの関係を上述の設定例B1〜B3のいずれかのように設定しつつ、O2ガスを除去するステップ3pでは、パージガスとしてプラズマ励起状態のガスを用い、HCDSガスを除去するステップ1p、および、TEAガスを除去するステップ2pでは、パージガスとして非プラズマ励起状態のガス、例えば、N2ガス等の不活性ガスを用いる。プラズマ励起させるガスとしては、例えば、N2ガスの他、例えば、Arガス、Heガス、Neガス、Xeガス等の希ガスを用いることができる。また、プラズマ励起させるガスとしては、例えば、H2ガスやD2ガスを用いることもできる。ステップ1pにおいて棒状電極269,270間に印加する電力は、例えば50〜1000Wの範囲内の電力とする。ステップ1pにおける処理室201内の圧力は、例えば1〜500Pa、好ましくは1〜100Paの範囲内の圧力とする。
本設定例では、T1p〜T3pの関係を上述の設定例B1〜B3のいずれかのように設定しつつ、O2ガスを除去するステップ3pでは、処理室201内へパージガスを供給するサブステップAと、処理室201内へのパージガスの供給を停止するか実質的に停止した状態で処理室201内を真空排気するサブステップBと、を交互に所定回数(1回以上)行うサイクルパージ処理を実施する。また、HCDSガスを除去するステップ1pおよびTEAガスを除去するステップ2pでは、処理室201内へパージガスを供給しつつ排気する。すなわち、ステップ1p,2pではサイクルパージ処理を不実施とする。
を交互に第1の所定回数、すなわち、m1回(m1は2以上の整数)行い、HCDSガスを除去するステップ1pおよびTEAガスを除去するステップ2pでは、上述のサブステップA,Bを交互に第2の所定回数(1回以上)、すなわち、m2回(m2は1以上の整数)行うようにしてもよい。なお、ここでm2は、HCDSパージ効果やTEAパージ効果が得られる回数のことである。m1をm2よりも大きくする(m1>m2)ことで、上記と同様の効果が得られる。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明した。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。
p<P2p)。言い換えれば、HCDSガスを供給するステップ1を挟んでその前後に行うステップ3p,1pにおける処理室201内の圧力を、それぞれ、ステップ2pにおける処理室201内の圧力より低くしてもよい。
、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置122を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。
理手順、処理条件は、例えば、上述の実施形態に示す成膜シーケンスの処理手順、処理条件と同様とすることができる。
サンプルAとして、上述の実施形態における基板処理装置を用い、上述のステップ1,1p、ステップ2,2p、ステップ3,3pを非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、ウエハ上にSiOC膜を形成した。原料としてはHCDSガスを、第1反応体としてはTEAガスを、第2反応体としてはO2ガスを用いた。ステップ1〜3におけるガスの供給時間は、それぞれ、10〜15秒の範囲内の時間(以下、Tとする)に設定した。ステップ1p,2p,3pの実施時間は、それぞれ、Tの6倍(=6T)、Tの1.5倍(=1.5T)、1倍(=T)に設定した。すなわち、T1p>T2p>T3pとした。その他の処理条件は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とした。
いこと、すなわち、絶縁性が向上していることが分かる。これは、サンプルAのSiOC膜の方が、サンプルBのSiOC膜に比べ、膜中におけるCl等の不純物が少ないためであると考えられる。
サンプルCとして、上述の実施形態における基板処理装置を用い、上述のステップ1,1p、ステップ2,2p、ステップ3,3pを非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、ウエハ上にSiOC膜を形成した。原料としてはHCDSガスを、第1反応体としてはTEAガスを、第2反応体としてはO2ガスを用いた。ステップ1〜3におけるガスの供給時間は、それぞれ、10〜15秒の範囲内の時間(以下、Tとする)に設定した。ステップ1p,2p,3pの実施時間は、それぞれ、Tの1倍(=T)、Tの1.5倍(=1.5T)、6倍(=6T)に設定した。すなわち、T3p>T2p>T1pとした。その他の処理条件は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の条件とした。
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、
処理室内の基板に対して所定元素を含む原料を供給する工程と、
前記処理室内から前記原料を除去する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して窒素、炭素、および水素を含む第1反応体を供給する工程と、
前記処理室内から前記第1反応体を除去する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して酸素を含む第2反応体を供給する工程と、
前記処理室内から前記第2反応体を除去する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
前記原料を除去する工程の実施時間を、前記第1反応体を除去する工程の実施時間よりも長くするか、もしくは、前記第2反応体を除去する工程の実施時間を、前記第1反応体を除去する工程の実施時間よりも長く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、
前記原料を除去する工程の実施時間を、前記第1反応体を除去する工程の実施時間よりも長くすると共に、前記原料を除去する工程の実施時間を、前記第2反応体を除去する工程の実施時間よりも長くする。
付記2に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料を除去する工程の実施時間を、前記第1反応体を除去する工程の実施時間よりも長くすると共に、前記第1反応体を除去する工程の実施時間を、前記第2反応体を除去する工程の実施時間よりも長くする。
付記1乃至3のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記原料を除去する工程の実施時間を、前記第1反応体を除去する工程の実施時間よりも長くすると共に、前記原料を除去する工程における前記処理室内の圧力を、前記第1反応体を除去する工程における前記処理室内の圧力よりも低くする。
付記4に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料を除去する工程における前記処理室内の圧力を、前記第2反応体を除去する工程における前記処理室内の圧力よりも低くする。
付記5に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料を除去する工程における前記処理室内の圧力を、前記第1反応体を除去する工程における前記処理室内の圧力よりも低くすると共に、前記第1反応体を除去する工程における前記処理室内の圧力を、前記第2反応体を除去する工程における前記処理室内の圧力よりも低くする。
付記1乃至6のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記原料を除去する工程、前記第1反応体を除去する工程、および前記第2反応体を除去する工程は、前記処理室内へパージガスを供給し排気する工程を含み、
前記原料を除去する工程の実施時間を、前記第1反応体を除去する工程の実施時間よりも長くすると共に、前記原料を除去する工程における前記パージガスの供給流量を、前記第1反応体を除去する工程における前記パージガスの供給流量よりも大きくする。
付記7に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料を除去する工程における前記パージガスの供給流量を、前記第2反応体を除去する工程における前記パージガスの供給流量よりも大きくする。
付記8に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料を除去する工程における前記パージガスの供給流量を、前記第1反応体を除去する工程における前記パージガスの供給流量よりも大きくすると共に、前記第1反応体を除去する工程における前記パージガスの供給流量を、前記第2反応体を除去する工程における前記パージガスの供給流量よりも大きくする。
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、
前記原料を除去する工程、前記第1反応体を除去する工程、および前記第2反応体を除去する工程は、前記処理室内へパージガスを供給し排気する工程を含み、
前記原料を除去する工程では、前記パージガスとして水素含有ガスを用い、
前記第1反応体を除去する工程および前記第2反応体を除去する工程では、前記パージガスとして不活性ガスを用いる。
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、
前記原料を除去する工程、前記第1反応体を除去する工程、および前記第2反応体を除去する工程は、前記処理室内へパージガスを供給し排気する工程を含み、
前記原料を除去する工程では、前記パージガスとしてプラズマ励起状態のガスを用い、
前記第1反応体を除去する工程および前記第2反応体を除去する工程では、前記パージガスとして非プラズマ励起状態のガスを用いる。
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、
前記原料を除去する工程では、前記処理室内へパージガスを供給する工程と、前記処理室内への前記パージガスの供給を停止するか実質的に停止した状態で前記処理室内を真空排気する工程と、を交互に所定回数行い、
前記第1反応体を除去する工程および前記第2反応体を除去する工程では、前記処理室内へ前記パージガスを供給しつつ排気する。
前記原料を除去する工程では、前記処理室内へパージガスを供給する工程と、前記処理室内への前記パージガスの供給を停止するか実質的に停止した状態で前記処理室内を真空排気する工程と、を交互に第1の所定回数(複数回)行い、
前記第1反応体を除去する工程および前記第2反応体を除去する工程では、前記処理室内へパージガスを供給する工程と、前記処理室内への前記パージガスの供給を停止するか実質的に停止した状態で前記処理室内を真空排気する工程と、を交互に第2の所定回数(1回以上)行い、
前記第1の所定回数を前記第2の所定回数よりも多くするようにしてもよい。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2反応体を除去する工程の実施時間を、前記第1反応体を除去する工程の実施時間よりも長くすると共に、前記第2反応体を除去する工程の実施時間を、前記原料を除去する工程の実施時間よりも長くする。
付記13に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2反応体を除去する工程の実施時間を、前記第1反応体を除去する工程の実施時間よりも長くすると共に、前記第1反応体を除去する工程の実施時間を、前記原料を除去する工程の実施時間よりも長くする。
付記1、13または14に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2反応体を除去する工程の実施時間を、前記第1反応体を除去する工程の実施時間よりも長くすると共に、前記第2反応体を除去する工程における前記処理室内の圧力を、前記第1反応体を除去する工程における前記処理室内の圧力よりも低くする。
付記15に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2反応体を除去する工程における前記処理室内の圧力を、前記原料を除去する工程における前記処理室内の圧力よりも低くする。
付記16に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2反応体を除去する工程における前記処理室内の圧力を、前記第1反応体を除去する工程における前記処理室内の圧力よりも低くすると共に、前記第1反応体を除去する工程における前記処理室内の圧力を、前記原料を除去する工程における前記処理室内の圧力よりも低くする。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料を除去する工程、前記第1反応体を除去する工程、および前記第2反応体を除去する工程は、前記処理室内へパージガスを供給し排気する工程を含み、
前記第2反応体を除去する工程の実施時間を、前記第1反応体を除去する工程の実施時間よりも長くすると共に、前記第2反応体を除去する工程における前記パージガスの供給流量を、前記第1反応体を除去する工程における前記パージガスの供給流量よりも大きくする。
付記18に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2反応体を除去する工程における前記パージガスの供給流量を、前記原料を除去する工程における前記パージガスの供給流量よりも大きくする。
付記19に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2反応体を除去する工程における前記パージガスの供給流量を、前記第1反応体を除去する工程における前記パージガスの供給流量よりも大きくすると共に、前記第1反応体を除去する工程における前記パージガスの供給流量を、前記原料を除去する工程における前記パージガスの供給流量よりも大きくする。
付記1または13乃至20のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記原料を除去する工程、前記第1反応体を除去する工程、および前記第2反応体を除去する工程は、前記処理室内へパージガスを供給し排気する工程を含み、
前記第2反応体を除去する工程では、前記パージガスとしてプラズマ励起状態のガスを用い、
前記原料を除去する工程および前記第1反応体を除去する工程では、前記パージガスとして非プラズマ励起状態のガスを用いる。
付記1または13乃至21のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第2反応体を除去する工程では、前記処理室内へパージガスを供給する工程と、前記処理室内への前記パージガスの供給を停止するか実質的に停止した状態で前記処理室内を真空排気する工程と、を交互に所定回数行い、
前記原料を除去する工程および前記第1反応体を除去する工程では、前記処理室内へ前記パージガスを供給しつつ排気する。
前記第2反応体を除去する工程では、前記処理室内へパージガスを供給する工程と、前記処理室内への前記パージガスの供給を停止するか実質的に停止した状態で前記処理室内を真空排気する工程と、を交互に第1の所定回数(複数回)行い、
前記原料を除去する工程および前記第1反応体を除去する工程では、前記処理室内へパージガスを供給する工程と、前記処理室内への前記パージガスの供給を停止するか実質的に停止した状態で前記処理室内を真空排気する工程と、を交互に第2の所定回数(1回以上)行い、
前記第1の所定回数を前記第2の所定回数よりも多くするようにしてもよい。
付記1乃至22のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記膜は、前記所定元素、酸素および炭素を含む。前記膜は、さらに窒素を含んでいてもよい。すなわち、前記膜は、前記所定元素を含む酸炭化膜であってもよいし、前記所定元素を含む酸炭窒化膜であってもよい。
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して所定元素を含む原料を供給する原料供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒素、炭素、および水素を含む第1反応体を供給する第1反応体供給系と、
前記処理室内の基板に対して酸素を含む第2反応体を供給する第2反応体供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内の基板に対して前記原料を供給する処理と、前記処理室内から前記原料を除去する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記第1反応体を供給する処理と、前記処理室内から前記第1反応体を除去する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記第2反応体を供給する処理と、前記処理室内から前記第2反応体を除去する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する処理を行わせ、その際、前記原料を除去する処理の実施時間を、前記第1反応体を除去する処理の実施時間よりも長くするか、もしくは、前記第2反応体を除去する処理の実施時間を、前記第1反応体を除去する処理の実施時間よりも長くするように、前記原料供給系、前記第1反応体供給系、前記第2反応体供給系、および前記排気系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内の基板に対して所定元素を含む原料を供給する手順と、
前記処理室内から前記原料を除去する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して窒素、炭素、および水素を含む第1反応体を供給する手順と、
前記処理室内から前記第1反応体を除去する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して酸素を含む第2反応体を供給する手順と、
前記処理室内から前記第2反応体を除去する手順と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する手順をコンピュータに実行させ、
前記原料を除去する手順の実施時間を、前記第1反応体を除去する手順の実施時間よりも長くするか、もしくは、前記第2反応体を除去する手順の実施時間を、前記第1反応体を除去する手順の実施時間よりも長くするプログラム、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。
201 処理室
202 処理炉
207 ヒータ
231 排気管
232a ガス供給管
232b ガス供給管
Claims (12)
- 処理室内の基板に対して所定元素を含む原料を供給する工程と、
前記処理室内から前記原料を除去する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して窒素、炭素、および水素を含む第1反応体を供給する工程と、
前記処理室内から前記第1反応体を除去する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して酸素を含む第2反応体を供給する工程と、
前記処理室内から前記第2反応体を除去する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
前記原料を除去する工程の実施時間を、前記第1反応体を除去する工程の実施時間よりも長くすると共に、前記原料を除去する工程の実施時間を、前記第2反応体を除去する工程の実施時間よりも長くするか、もしくは、前記原料を除去する工程の実施時間を、前記第1反応体を除去する工程の実施時間よりも長くすると共に、前記第1反応体を除去する工程の実施時間を、前記第2反応体を除去する工程の実施時間よりも長くする半導体装置の製造方法。 - 前記原料を除去する工程の実施時間を、前記第1反応体を除去する工程の実施時間よりも長くすると共に、前記原料を除去する工程における前記処理室内の圧力を、前記第1反応体を除去する工程における前記処理室内の圧力よりも低くする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記原料を除去する工程における前記処理室内の圧力を、前記第2反応体を除去する工程における前記処理室内の圧力よりも低くする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記原料を除去する工程における前記処理室内の圧力を、前記第1反応体を除去する工程における前記処理室内の圧力よりも低くすると共に、前記第1反応体を除去する工程における前記処理室内の圧力を、前記第2反応体を除去する工程における前記処理室内の圧力よりも低くする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記原料を除去する工程、前記第1反応体を除去する工程、および前記第2反応体を除去する工程のそれぞれは、前記処理室内へパージガスを供給し排気する工程を含み、
前記原料を除去する工程の実施時間を、前記第1反応体を除去する工程の実施時間よりも長くすると共に、前記原料を除去する工程における前記パージガスの供給流量を、前記第1反応体を除去する工程における前記パージガスの供給流量よりも大きくする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記原料を除去する工程における前記パージガスの供給流量を、前記第2反応体を除去する工程における前記パージガスの供給流量よりも大きくする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記原料を除去する工程における前記パージガスの供給流量を、前記第1反応体を除去する工程における前記パージガスの供給流量よりも大きくすると共に、前記第1反応体を除去する工程における前記パージガスの供給流量を、前記第2反応体を除去する工程における前記パージガスの供給流量よりも大きくする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記原料を除去する工程では、前記処理室内へパージガスを供給する工程と、前記処理室内への前記パージガスの供給を停止するか実質的に停止した状態で前記処理室内を真空排気する工程と、を交互に所定回数行い、
前記第1反応体を除去する工程および前記第2反応体を除去する工程では、前記処理室内へ前記パージガスを供給しつつ排気する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記膜は、前記所定元素、酸素および炭素を含む請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記原料はハロシランガスを含み、前記第1反応体はアミン系ガスを含み、前記第2反応体は酸化ガスを含む請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して所定元素を含む原料を供給する原料供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒素、炭素、および水素を含む第1反応体を供給する第1反応体供給系と、
前記処理室内の基板に対して酸素を含む第2反応体を供給する第2反応体供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内の基板に対して前記原料を供給する処理と、前記処理室内から前記原料を除去する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記第1反応体を供給する処理と、前記処理室内から前記第1反応体を除去する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記第2反応体を供給する処理と、前記処理室内から前記第2反応体を除去する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する処理を行わせ、その際、前記原料を除去する処理の実施時間を、前記第1反応体を除去する処理の実施時間よりも長くすると共に、前記原料を除去する処理の実施時間を、前記第2反応体を除去する処理の実施時間よりも長くするか、もしくは、前記原料を除去する処理の実施時間を、前記第1反応体を除去する処理の実施時間よりも長くすると共に、前記第1反応体を除去する処理の実施時間を、前記第2反応体を除去する処理の実施時間よりも長くするように、前記原料供給系、前記第1反応体供給系、前記第2反応体供給系、および前記排気系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 - 基板処理装置の処理室内の基板に対して所定元素を含む原料を供給する手順と、
前記処理室内から前記原料を除去する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して窒素、炭素、および水素を含む第1反応体を供給する手順と、
前記処理室内から前記第1反応体を除去する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して酸素を含む第2反応体を供給する手順と、
前記処理室内から前記第2反応体を除去する手順と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する手順をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラムであって、
前記原料を除去する手順の実施時間を、前記第1反応体を除去する手順の実施時間よりも長くすると共に、前記原料を除去する手順の実施時間を、前記第2反応体を除去する手順の実施時間よりも長くするか、もしくは、前記原料を除去する手順の実施時間を、前記第1反応体を除去する手順の実施時間よりも長くすると共に、前記第1反応体を除去する手順の実施時間を、前記第2反応体を除去する手順の実施時間よりも長くするプログラム。
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