JP6616520B2 - 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
本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラムに関する。
例えばフラッシュメモリやＤＲＡＭ等の半導体装置の製造工程の一工程として、基板上に薄膜を形成する基板処理工程が実施されることがある。係る工程を実施する基板処理装置として、基板が載置されたサセプタを移動させ、プラズマ生成部により処理ガスのプラズマが生成された領域に基板を通過させることにより、基板上に薄膜を形成する基板処理装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
近年、配線寸法等が微細化する傾向にあるため、基板の面内における薄膜の膜厚や、複数の基板間における薄膜の膜厚を再現性良く均一にすることが重要となる。しかし、上述の基板処理装置では、特にプラズマ生成部により生成されるプラズマを用いた処理において、基板の面内における薄膜の膜厚や、複数の基板間における薄膜の膜厚を再現性良く均一にすることが困難である場合があった。
本発明は、基板の面内における薄膜の膜厚や、複数の基板間における薄膜の膜厚を均一にする半導体装置の製造方法、基板処理装置等を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、処理室内に回転自在に設けられた基板載置台上に、前記基板載置台の回転方向に沿って複数の基板を載置する工程と、前記基板載置台の回転方向に沿って前記処理室内に設けられた第１処理領域および第２処理領域を前記基板が通過するように前記基板載置台を回転させる工程と、前記第１処理領域内に第１元素を含有する第１元素含有ガスを供給する工程と、酸素ガス及び水素ガスを含む混合ガスをプラズマ励起して活性種を生成し、前記活性種を前記第２処理領域内に供給する工程と、を有し、前記混合ガスにおける酸素ガスと水素ガスの比率は９５：５〜５０：５０の範囲の所定の比率である、半導体装置の製造方法が提供される。
本発明に係る半導体装置の製造方法、基板処理装置等によれば、基板の面内における薄膜の膜厚や、複数の基板間における薄膜の膜厚を均一にすることができる。
＜本発明の第１実施形態＞
（１）基板処理装置の構成
本発明の第１実施形態に係る基板処理装置は、処理炉としてのプロセスチャンバ２０２を備えている。
（１）基板処理装置の構成
本発明の第１実施形態に係る基板処理装置は、処理炉としてのプロセスチャンバ２０２を備えている。
（処理室）
図１及び図２に示されているように、プロセスチャンバ２０２は、円筒状の気密容器である反応容器２０３を備えている。反応容器２０３内には、ウエハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。
図１及び図２に示されているように、プロセスチャンバ２０２は、円筒状の気密容器である反応容器２０３を備えている。反応容器２０３内には、ウエハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。
反応容器２０３内の上側には、中心部から放射状に延びる４枚の分割構造体としての仕切板２０５が設けられている。４枚の仕切板２０５は、処理室２０１内の天井部からサセプタ（基板載置台）２１７の直上までの空間を遮るように設けられている。これにより、４枚の仕切板２０５は、処理室２０１を、第１処理領域２０１ａ、第１パージ領域２０４ａ、第２処理領域２０１ｂ、第２パージ領域２０４ｂに仕切るように構成されている。なお、第１処理領域２０１ａ、第１パージ領域２０４ａ、第２処理領域２０１ｂ、第２パージ領域２０４ｂは、サセプタ２１７の回転方向Ｒに沿って、この順番に配列するように構成されている。
仕切板２０５の下端は、仕切板２０５がウエハ２００に干渉しない程度にサセプタ２１７に近付けて配置されている。これにより、仕切板２０５とサセプタ２１７との間を通過するガスは少ない。よって、各領域内で異なるガスが混ざり合うことが抑制される。
（サセプタ）
仕切板２０５の下側、すなわち反応容器２０３内の底側中央には、反応容器２０３の中心に回転軸の中心を有し、回転自在に構成された基板載置台としてのサセプタ２１７が設けられている。サセプタ２１７は、ウエハ２００の金属汚染を低減することができるように、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セラミックス、石英等の非金属材料で形成されている。
仕切板２０５の下側、すなわち反応容器２０３内の底側中央には、反応容器２０３の中心に回転軸の中心を有し、回転自在に構成された基板載置台としてのサセプタ２１７が設けられている。サセプタ２１７は、ウエハ２００の金属汚染を低減することができるように、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セラミックス、石英等の非金属材料で形成されている。
サセプタ２１７は、反応容器２０３内にて、複数枚（例えば５枚）のウエハ２００を同一面上に、かつ同一円周上に並べて支持するように構成されている。ここで、同一面上とは、完全な同一面に限られるものではなく、サセプタ２１７を上面から見たときに、複数枚のウエハ２００が互いに重ならないように並べられていればよい。また、サセプタ２１７は、複数枚のウエハ２００を回転方向に沿って並べて配置するように構成されている。
サセプタ２１７表面におけるウエハ２００の支持位置には、ウエハ載置部２１７ｂが設けられている。処理するウエハ２００の枚数と同数のウエハ載置部２１７ｂがサセプタ２１７の中心から同心円上の位置に互いに等間隔（例えば７２°の間隔）で配置されている。それぞれのウエハ載置部２１７ｂは、例えばサセプタ２１７の上面から見て円形状であり、側面から見て凹形状である。
サセプタ２１７には、サセプタ２１７を昇降させる昇降機構２６８が設けられている。サセプタ２１７の各ウエハ載置部２１７ｂの位置には、貫通孔２１７ａが複数設けられている。上述の反応容器２０３の底面には、反応容器２０３内へのウエハ２００の搬入・搬出時にウエハ２００の裏面を支持するウエハ突き上げピン２６６が複数設けられている。貫通孔２１７ａ及びウエハ突き上げピン２６６は、ウエハ突き上げピン２６６が上昇させられた時、又は昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時に、ウエハ突き上げピン２６６が貫通孔２１７ａを突き抜けるように、互いに配置されている。
昇降機構２６８には、サセプタ２１７を回転させる回転機構２６７が設けられている。回転機構２６７の回転軸は、サセプタ２１７に接続されており、回転機構２６７を作動させることでサセプタ２１７を回転させることができるように構成されている。
回転機構２６７にはコントローラ３００がカップリング部２６７ａを介して接続されている。サセプタ２１７を回転させることにより、サセプタ２１７上に載置されたウエハ２００は、第１処理領域２０１ａ、第１パージ領域２０４ａ、第２処理領域２０１ｂ及び第２パージ領域２０４ｂをこの順番に通過することとなる。
（加熱部）
サセプタ２１７の内部には、加熱部としてのヒータ２１８が一体的に埋め込まれており、ウエハ２００を加熱できるように構成されている。ヒータ２１８に電力が供給されると、ウエハ２００表面が所定温度にまで加熱可能に構成されている。
サセプタ２１７の内部には、加熱部としてのヒータ２１８が一体的に埋め込まれており、ウエハ２００を加熱できるように構成されている。ヒータ２１８に電力が供給されると、ウエハ２００表面が所定温度にまで加熱可能に構成されている。
サセプタ２１７には温度センサ２７４が設けられている。ヒータ２１８及び温度センサ２７４には、電力供給線２２２を介して、電力調整器２２４、ヒータ電源２２５、及び温度調整器２２３が電気的に接続されている。温度センサ２７４により検出された温度情報に基づいて、ヒータ２１８への通電具合が制御されるように構成されている。
続いて、図２および図３を用いてプロセスチャンバ２０２のガス供給系について説明する。
（第１元素含有ガス供給系）
第１処理領域２０１ａにおける反応容器２０３の天井部には、第１ガス導入部２８１が設けられている。第１ガス導入部２８１の上端に設けられた第１ガス導入口２８１ａには、第１ガス供給管２３１ａの下流端が接続されている。第１ガス導入部２８１は、スリット状に開口する第１ガス噴出口２８３から第１処理領域２０１ａに、第１ガス供給管２３１ａから供給された第１元素含有ガスを噴出させるように構成されている。第１ガス供給管２３１ａには、第１元素含有ガス供給源２３１ｂ、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３１ｃ、及び開閉弁であるバルブ２３１ｄが設けられている。
第１処理領域２０１ａにおける反応容器２０３の天井部には、第１ガス導入部２８１が設けられている。第１ガス導入部２８１の上端に設けられた第１ガス導入口２８１ａには、第１ガス供給管２３１ａの下流端が接続されている。第１ガス導入部２８１は、スリット状に開口する第１ガス噴出口２８３から第１処理領域２０１ａに、第１ガス供給管２３１ａから供給された第１元素含有ガスを噴出させるように構成されている。第１ガス供給管２３１ａには、第１元素含有ガス供給源２３１ｂ、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３１ｃ、及び開閉弁であるバルブ２３１ｄが設けられている。
また、第１ガス供給管２３１ａのバルブ２３１ｄよりも下流側には、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管２３４ａの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２３４ａには、不活性ガス供給源２３４ｂ、ＭＦＣ２３４ｃ、及びバルブ２３４ｄが設けられている。第１処理領域２０１ａ内に供給される不活性ガスは、第１元素含有ガスのキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
主に、第１ガス供給管２３１ａ、ＭＦＣ２３１ｃ、バルブ２３１ｄ、第１ガス導入部２８１及び第１ガス噴出口２８３により、第１元素含有ガス供給系（第１ガス供給系、もしくは第１元素含有ガス供給部）が構成される。なお、第１元素含有ガス供給源２３１ｂを第１元素含有ガス供給系に含めて考えてもよい。また、不活性ガス供給管２３４ａ、ＭＦＣ２３４ｃ、バルブ２３４ｄを第１元素含有ガス供給系に含めて考えても良い。
第１元素含有ガスは、原料ガス（プリカーサ）、すなわち、処理ガスの一つである。ここで、第１元素は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の金属元素である。例えばＡｌを含有するガスとしては、有機金属化合物であるトリメチルアルニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３：ＴＭＡ）を含むガスを用いることができる。また、第１元素をシリコン（Ｓｉ）とした場合、シリコン含有ガスとしては、例えばビスターシャリブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）ガスを用いることができる。
（不活性ガス供給系）
反応容器２０３の天井部の中央部には、不活性ガス導入部２８２が設けられている。不活性ガス導入部２８２の第１パージ領域２０７ａ側および第２パージ領域２０７ｂ側における側壁には、それぞれ第１パージ領域２０７ａに開口する第１不活性ガス噴出口２５６、第２パージ領域２０７ｂに開口する第２不活性ガス噴出口２５７が設けられている。
反応容器２０３の天井部の中央部には、不活性ガス導入部２８２が設けられている。不活性ガス導入部２８２の第１パージ領域２０７ａ側および第２パージ領域２０７ｂ側における側壁には、それぞれ第１パージ領域２０７ａに開口する第１不活性ガス噴出口２５６、第２パージ領域２０７ｂに開口する第２不活性ガス噴出口２５７が設けられている。
不活性ガス導入部２８２の上端には、第２ガス供給管２３２ａの下流端が接続されている。第２ガス供給管２３２ａには、不活性ガス供給源２３２ｂ、ＭＦＣ２３２ｃ、及びバルブ２３２ｄが設けられている。第１パージ領域２０７ａ内及び第２パージ領域２０７ｂ内に供給される不活性ガスは、パージガスとして作用する。
ここで「不活性ガス」としては、例えば、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス等の希ガスや窒素（Ｎ２）ガスのうち少なくともいずれか一つを用いることができる。ここでは、不活性ガスにＮ２ガスを用いている。
（酸素含有ガス供給系）
反応容器２０３の天井部であって、第２処理領域２０１ｂの上方には、連通口２０３ａが設けられている。連通口２０３ａには後述するプラズマ生成室２９０が接続される（プラズマ生成室２９０の開口部を連通口２０３ａとしてみなしてもよい）。さらにプラズマ生成室２９０の上部には、天井２９２に設けられた酸素含有ガス噴出孔２９４ｂ及びバッファ室２９４ａが設けられている。バッファ室２９４ａの上部には酸素含有ガス導入孔２９２ａが設けられており、酸素含有ガスがバッファ室２９４ａ及び酸素含有ガス噴出孔２９４ｂを介してプラズマ生成室２９０内に供給される。
反応容器２０３の天井部であって、第２処理領域２０１ｂの上方には、連通口２０３ａが設けられている。連通口２０３ａには後述するプラズマ生成室２９０が接続される（プラズマ生成室２９０の開口部を連通口２０３ａとしてみなしてもよい）。さらにプラズマ生成室２９０の上部には、天井２９２に設けられた酸素含有ガス噴出孔２９４ｂ及びバッファ室２９４ａが設けられている。バッファ室２９４ａの上部には酸素含有ガス導入孔２９２ａが設けられており、酸素含有ガスがバッファ室２９４ａ及び酸素含有ガス噴出孔２９４ｂを介してプラズマ生成室２９０内に供給される。
酸素含有ガス導入孔２９２ａには、第３ガス供給管２３３ａの下流端が接続されている。第３ガス供給管２３３ａには、酸素ガス供給源２３３ｂ、ＭＦＣ２３３ｃ、及び開閉弁であるバルブ２３３ｄが設けられている。更に、第３ガス供給管２３３ａのバルブ２３３ｄよりも下流側には、水素ガス供給管２３５ａの下流端が接続されている。水素ガス供給管２３５ａには、水素ガス供給源２３５ｂ、ＭＦＣ２３５ｃ、及びバルブ２３５ｄが設けられている。
酸素ガス供給源２３３ｂから供給される酸素ガス（Ｏ２ガス）は、水素ガス供給源２３５ｂから供給される水素ガス（Ｈ２ガス）と、第３ガス供給管２３３ａにおいて合流する。合流したＯ２ガスとＨ２ガスは、酸素及び水素を含む混合ガス（以後、単に混合ガスとも称する）となって、第３ガス供給管２３３ａ、プラズマ生成室２９０、連通口２０３ａを介して、第２処理領域２０１ｂ内に供給される。
第３ガス供給管２３３ａ、ＭＦＣ２３３ｃ、バルブ２３３ｄにより酸素ガス供給系が構成される。また、水素ガス供給管２３５ａ、ＭＦＣ２３５ｃ、バルブ２３５ｄにより水素ガス供給系が構成される。更に、酸素ガス供給系と酸素ガス供給系により、酸素含有ガス供給系（酸素含有ガス供給部）が構成される。なお、酸素ガス供給源２３３ｂ、及び水素ガス供給源２３５ｂを酸素含有ガス供給系に含めて考えてもよい。
なお、希釈ガス又はキャリアガスとしての不活性ガスを供給する不活性ガス供給系を、酸素含有ガス供給系に付加してもよい。
酸素含有ガスは、処理ガスの一つであり、反応ガスまたは改質ガスとして考えてもよい。なお、本実施形態では、酸素源としてＯ２ガスを用いているが、代わりにオゾン（Ｏ３）ガスを用いてもよい。
（排気系）
図２に示されているように、反応容器２０３の底部には、反応容器２０３内を排気する排気口２４０が設けられている。各々の排気口２４０には、排気管２４１の上流端が接続されている。排気管２４１の合流部分よりも下流側には、圧力センサ２４８、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３、およびバルブ２４５を介して、真空ポンプ２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力となるよう真空排気し得るように構成されている。主に、排気管２４１、ＡＰＣバルブ２４３及びバルブ２４５により排気系が構成される。
図２に示されているように、反応容器２０３の底部には、反応容器２０３内を排気する排気口２４０が設けられている。各々の排気口２４０には、排気管２４１の上流端が接続されている。排気管２４１の合流部分よりも下流側には、圧力センサ２４８、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３、およびバルブ２４５を介して、真空ポンプ２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力となるよう真空排気し得るように構成されている。主に、排気管２４１、ＡＰＣバルブ２４３及びバルブ２４５により排気系が構成される。
（プラズマ生成部）
図２及び図３に示されているように、反応容器２０３の第２処理領域２０１ｂにおける天井部には、少なくとも反応容器２０３の半径方向においてウエハ２００の基板径よりも長い開口部を有する連通口２０３ａが設けられている。連通口２０３ａの上部には、プラズマ生成室２９０が接続されている。プラズマ生成室２９０は側壁２９１及び天井２９２を有する。
図２及び図３に示されているように、反応容器２０３の第２処理領域２０１ｂにおける天井部には、少なくとも反応容器２０３の半径方向においてウエハ２００の基板径よりも長い開口部を有する連通口２０３ａが設けられている。連通口２０３ａの上部には、プラズマ生成室２９０が接続されている。プラズマ生成室２９０は側壁２９１及び天井２９２を有する。
連通口２０３ａは小判型形状、もしくは楕円形状であり、その長辺の方向（長軸の方向）は反応容器２０３の半径方向である。つまり、連通口２０３ａの長辺の方向と、その直下を通過するウエハ２００の移動方向Ｒは互いに垂直である。また、プラズマ生成室２９０の側壁２９１は連通口２０３ａと同じ断面形状を有する筒状構造であり、外周にコイル２９３が巻かれている。側壁２９１は例えば石英で構成されている。連通口２０３ａは、下方を通過するウエハ２００に対向する位置に設けられており、且つ、ウエハ２００の外周が連通口２０３ａの内側を通過する位置に配置される。
コイル２９３には、波形調整回路２９６、ＲＦセンサ２９７、高周波電源２９８と周波数整合器２９９が接続される。コイル２９３は遮蔽板２９５に囲まれている。高周波電源２９８はコイル２９３に高周波電力を供給するものである。ＲＦセンサ２９７は、供給される高周波の進行波や反射波の情報をモニタするものである。周波数整合器２９９は、ＲＦセンサ２９７でモニタされた反射波の情報に基づいて、反射波が最小となるよう高周波電源２９８を制御する。
コイル２９３は、所定の波長の定在波を形成するため、一定波長モードで共振するように巻径、巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、コイル２９３と隣接する波形調整回路２９６を合わせた電気的長さは、高周波電源２９８から供給される電力の所定周波数における１波長の整数倍（１倍、２倍、…）に相当する長さに設定される。
主に、プラズマ生成室２９０、コイル２９３、波形調整回路２９６、ＲＦセンサ２９７、周波数整合器２９９により、本実施形態に係るプラズマ生成部２７０が構成されている。尚、プラズマ生成部２７０として高周波電源２９８を含めても良い。
プラズマ発生時のコイル２９３における共振のずれを電源側で補償するため、周波数整合器２９９は、プラズマが発生した際のコイル２９３からの反射波電力を検出して出力を補完する機能を有する。斯かる構成により、本発明の共振装置では、コイル２９３において一層正確に定在波を形成でき、容量結合の極めて少ないプラズマを発生させ得る。
（制御部）
図４に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ３００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３０１ｂ、記憶装置３０１ｃ、Ｉ／Ｏポート３０１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ３０１ｂ、記憶装置３０１ｃ、Ｉ／Ｏポート３０１ｄは、内部バス３０１ｅを介して、ＣＰＵ３０１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ３００には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置３０２が接続されている。
図４に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ３００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３０１ｂ、記憶装置３０１ｃ、Ｉ／Ｏポート３０１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ３０１ｂ、記憶装置３０１ｃ、Ｉ／Ｏポート３０１ｄは、内部バス３０１ｅを介して、ＣＰＵ３０１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ３００には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置３０２が接続されている。
記憶装置３０１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置３０１ｃ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等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ている。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、この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、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。ＲＡＭ３０１ｂは、ＣＰＵ３０１ａ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として構成されている。
Ｉ／Ｏポート３０１ｄは、ＭＦＣ２３１ｃ〜２３５ｃ、バルブ２３１ｄ〜２３５ｄ、圧力センサ２４８、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６、温度センサ２４９、ＲＦセンサ２９７、周波数整合器２９９、高周波電源２９８、回転機構２６７、昇降機構２６８、ヒータ２１８、電力調整器２２４、ヒータ電源２２５、及び温度調整器２２３等に接続されている。
ＣＰＵ３０１ａは、記憶装置３０１ｃ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３０２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置３０１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ３０１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２３１ｃ〜２３５ｃによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２３１ｄ〜２３５ｄの開閉動作、圧力センサ２４８に基づくＡＰＣバルブ２４３による圧力調整動作、温度センサ２７４に基づくヒータ２１８の温度調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、回転機構２６７によるサセプタ２１７の回転および回転速度調節動作、昇降機構２６８によるサセプタ２１７の昇降動作、高周波電源２９８による電力供給および停止、周波数整合器２９９によるインピーダンス調整動作等を制御するように構成されている。
コントローラ３００は、外部記憶装置（例えば、HDD等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）３０３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３０１ｃや外部記憶装置３０３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ている。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１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置３０３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３０３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。
（３）基板処理工程
続いて、本実施形態に係る半導体製造工程の一工程として、プロセスチャンバ２０２を備える基板処理装置を用いる基板処理工程について説明する。
続いて、本実施形態に係る半導体製造工程の一工程として、プロセスチャンバ２０２を備える基板処理装置を用いる基板処理工程について説明する。
まず、図５及び図６を用い、基板処理工程の概略について説明する。なお、以下の説明において、プロセスチャンバ２０２の構成各部の動作は、コントローラ３００により制御される。
ここでは、第１元素含有ガスとしてＡｌ含有ガスであるＴＭＡ含有ガス（以後、単にＴＭＡガスと称する）を用い、酸素含有ガスとしてＯ２ガスとＨ２ガスの混合ガス（以後、単に混合ガスと称する）を用い、ウエハ２００上に薄膜として酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の膜を形成する例について説明する。
（基板搬入・載置工程Ｓ１０２）
まず、サセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させることにより、ウエハ突き上げピン２６６がサセプタ２１７表面よりも突出した状態とする。続いて、ウエハ移載機を用いて、所定枚数（５枚）のウエハ２００（処理基板）をウエハ突き上げピン２６６上にそれぞれ水平姿勢で載置する。続いて、サセプタ２１７を上昇させることにより、各載置部２１７ｂ上にウエハ２００を載置する。更に、ゲートバルブ１５１を閉じて反応容器２０３内を密閉し、真空ポンプ２４６を、少なくとも基板搬入・載置工程（Ｓ１０２）から後述する基板搬出工程（Ｓ１０６）が終了するまでの間、常に作動させた状態とする。
まず、サセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させることにより、ウエハ突き上げピン２６６がサセプタ２１７表面よりも突出した状態とする。続いて、ウエハ移載機を用いて、所定枚数（５枚）のウエハ２００（処理基板）をウエハ突き上げピン２６６上にそれぞれ水平姿勢で載置する。続いて、サセプタ２１７を上昇させることにより、各載置部２１７ｂ上にウエハ２００を載置する。更に、ゲートバルブ１５１を閉じて反応容器２０３内を密閉し、真空ポンプ２４６を、少なくとも基板搬入・載置工程（Ｓ１０２）から後述する基板搬出工程（Ｓ１０６）が終了するまでの間、常に作動させた状態とする。
ウエハ２００をサセプタ２１７の上に載置する際は、ヒータ２１８に電力を供給し、ウエハ２００の表面が所定の温度となるよう制御される。本実施形態では、ウエハ２００の温度は、例えば室温以上３００℃未満の範囲の所定の温度であり、好ましくは、１００℃以上３００℃未満の範囲の所定の温度であり、より好ましくは、１００℃以上２００℃以下の範囲の所定の温度である。なお、ウエハ２００の温度が室温より低いと、ＴＭＡガスが十分にウエハ２００に吸着しない可能性があり、３００℃以上だと、ＴＭＡガスが自己分解してしまいウエハ２００上に不純物が多く吸着してしまう可能性がある。
なお、シリコンで構成されるウエハ２００の加熱処理では、表面温度を７５０℃以上にまで加熱すると、ウエハ２００の表面に形成されたソース領域やドレイン領域等に不純物の拡散が生じ、回路特性が劣化し、半導体デバイスの性能が低下してしまう場合がある。ウエハ２００の温度を上述のように制限することにより、ウエハ２００の表面に形成されたソース領域やドレイン領域における不純物の拡散、回路特性の劣化、半導体デバイスの性能の低下を抑制できる。
また、ダブルパターニング法などのようにウエハ２００の上にホトレジストパターンが形成された状態で、ホトレジストパターンの上に薄膜を形成する場合では、ウエハ２００の温度が例えば２００℃を超える高温であるときにホトレジストパターンが熱変化してしまう可能性がある。本実施形態では、低温で基板処理工程を行うことが可能であるため、ホトレジスト膜の劣化を抑制することができる。
（薄膜形成工程Ｓ１０４）
薄膜形成工程Ｓ１０４では、第１処理領域２０１ａ内に第１元素含有ガスであるＴＭＡガスを供給し、第２処理領域２０１ｂ内に酸素含有ガスである混合ガスを供給してウエハ２００上にＡｌ２Ｏ３膜を形成する。
薄膜形成工程Ｓ１０４では、第１処理領域２０１ａ内に第１元素含有ガスであるＴＭＡガスを供給し、第２処理領域２０１ｂ内に酸素含有ガスである混合ガスを供給してウエハ２００上にＡｌ２Ｏ３膜を形成する。
なお、薄膜形成工程Ｓ１０４では、基板搬入・載置工程Ｓ１０２後、継続して不活性ガス供給系から第１パージ領域２０４ａ内および第２パージ領域２０４ｂ内にパージガスとしてのＮ２ガスが供給されている。
（サセプタ回転開始Ｓ２０２）
ウエハ２００が各ウエハ載置部２１７ｂに載置されたら、回転機構２６７によってサセプタ２１７の回転を開始する。サセプタ２１７の回転速度は例えば１回転／分以上１００回転／分以下である。
ウエハ２００が各ウエハ載置部２１７ｂに載置されたら、回転機構２６７によってサセプタ２１７の回転を開始する。サセプタ２１７の回転速度は例えば１回転／分以上１００回転／分以下である。
（ガス供給開始Ｓ２０４）
ウエハ２００が所望とする温度に達し、サセプタ２１７が所望とする回転速度に到達したら、第１処理領域２０１ａ内に不活性ガスと共にＴＭＡガスの供給を開始し、更に第２処理領域２０１ｂ内に混合ガスを供給する。
ウエハ２００が所望とする温度に達し、サセプタ２１７が所望とする回転速度に到達したら、第１処理領域２０１ａ内に不活性ガスと共にＴＭＡガスの供給を開始し、更に第２処理領域２０１ｂ内に混合ガスを供給する。
ＴＭＡガスの供給流量は、例えば１０ｓｃｃｍ以上５０ｓｃｃｍ以下、より好ましくは例えば約２０ｓｃｃｍである。また、同時に供給される不活性ガスとしてのＮ２ガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下の範囲の所定の値、より好ましくは例えば約２２５ｓｃｃｍである。本実施形態では、後述する第３工程Ｓ２１０までＴＭＡガスを一定流量で流し続ける。
また、バッファ室２９４ａに導入された混合ガスは酸素含有ガス噴出孔２９４ｂを介してプラズマ生成室２９０に供給される。酸素含有ガス噴出孔２９４ｂを介して供給された混合ガスは側壁２９１方向に拡散され、側壁２９１に沿ってコイル２９３の近傍に供給される。なお、混合ガスの供給流量は、例えば１０００ｓｃｃｍ以上４０００ｓｃｃｍ以下の範囲の所定の値、より好ましくは例えば約３０００ｓｃｃｍである。ここで、本実施形態では、後述するように、混合ガス中におけるＯ２ガスとＨ２ガスの流量比率（又は体積比率）が所定の比率となるようにＭＦＣ２３３ｃ及び２３５ｄが制御される。また、本実施形態では、プラズマ生成停止Ｓ２１０まで混合ガスを一定流量で流し続ける。
また、本実施形態では、ＡＰＣバルブ２４３を制御することにより、処理室２０１内の圧力を例えば１Ｐａ〜１０ｋＰａの範囲の所定の値、好ましくは例えば１００Ｐａ〜２００Ｐａの範囲の所定の値、より好ましくは約１２０Ｐａとする。
なお、ガス供給開始Ｓ２０４のときから、ウエハ２００の表面上に後述する所定の厚さを有するＡｌ含有層が形成され始める。また、プラズマ生成室２９０におけるプラズマ生成開始までに混合ガスの流量を安定させるため、遅くともＴＭＡガスがウエハ２００の表面上に吸着してＡｌ含有層を形成し始めてからウエハ２００が１周するまでの間に、混合ガスの供給を開始することが望ましい。
（プラズマ生成開始Ｓ２０６）
次に、プラズマ生成部２７０のコイル２９３に高周波電力の供給を開始することによって、第２処理領域２０１ｂの上部空間であるプラズマ生成室２９０内において混合ガスをプラズマ状態で励起する。
次に、プラズマ生成部２７０のコイル２９３に高周波電力の供給を開始することによって、第２処理領域２０１ｂの上部空間であるプラズマ生成室２９０内において混合ガスをプラズマ状態で励起する。
具体的には、ＴＭＡガス及び酸素ガスの流量と処理室２０１内の圧力が安定したら、コイル２９３に対して高周波電源２９８によって高周波電力の印加を開始する。これにより、プラズマ生成室２９０内に、側壁２９１に沿って誘導プラズマが励起される。プラズマ状の混合ガスは解離し、酸素原子及び水素原子を含む活性種やイオン等、酸素原子のみを含む活性種、水素原子のみを含む活性種、等の反応種（以降、総称して活性種等と呼ぶ）が生成される。プラズマ生成室２９０内で生成された活性種等は、連通口２０３ａを介して第２処理領域２０１ｂ内へ供給される。
（改質工程Ｓ２０８）
その後、プラズマ生成部２７０によるプラズマ生成を継続し、ウエハ２００の上にＡｌ２Ｏ３の層を形成していく改質工程Ｓ２０８を行う。改質工程Ｓ２０８では、ウエハ２００が第１処理領域２０１ａ、第１パージ領域２０４ａ、第２処理領域２０１ｂ、第２パージ領域２０４ｂの順に通過するようにサセプタ２１７が継続して回転している。これによりウエハ２００には、ＴＭＡガスの供給、不活性ガスの供給、プラズマ状態とされた混合ガスの供給、不活性ガスの供給を１サイクルとして、このサイクルが順に実施される。
その後、プラズマ生成部２７０によるプラズマ生成を継続し、ウエハ２００の上にＡｌ２Ｏ３の層を形成していく改質工程Ｓ２０８を行う。改質工程Ｓ２０８では、ウエハ２００が第１処理領域２０１ａ、第１パージ領域２０４ａ、第２処理領域２０１ｂ、第２パージ領域２０４ｂの順に通過するようにサセプタ２１７が継続して回転している。これによりウエハ２００には、ＴＭＡガスの供給、不活性ガスの供給、プラズマ状態とされた混合ガスの供給、不活性ガスの供給を１サイクルとして、このサイクルが順に実施される。
以下、図６を用い、改質工程Ｓ２０８の詳細を説明する。
（第１処理領域通過Ｓ３０２）
ウエハ２００が第１処理領域２０１ａを通過するときに、ＴＭＡガスがウエハ２００に供給される。ウエハ２００表面の上には、ＴＭＡガスがウエハ２００の上に接触することによって「第１元素含有層」としてのＡｌ含有層が形成される。
ウエハ２００が第１処理領域２０１ａを通過するときに、ＴＭＡガスがウエハ２００に供給される。ウエハ２００表面の上には、ＴＭＡガスがウエハ２００の上に接触することによって「第１元素含有層」としてのＡｌ含有層が形成される。
（第１パージ領域通過Ｓ３０４）
次に、ウエハ２００は第１パージ領域２０４ａに移動する。ウエハ２００が第１パージ領域２０４ａを通過するときに、第１処理領域２０１ａにおいてウエハ２００に結合できなかったＴＭＡガスの成分が、不活性ガスによってウエハ２００上から除去される。
次に、ウエハ２００は第１パージ領域２０４ａに移動する。ウエハ２００が第１パージ領域２０４ａを通過するときに、第１処理領域２０１ａにおいてウエハ２００に結合できなかったＴＭＡガスの成分が、不活性ガスによってウエハ２００上から除去される。
（第２処理領域通過Ｓ３０６）
次に、ウエハ２００は第２処理領域２０１ｂに移動する。ここでウエハ２００は、小判型形状もしくは楕円形状をした側壁２９１の水平断面（連通口２０３ａと同一形状）の長辺方向と直交するように回転方向Ｒに移動しながらプラズマ生成室２９０の下方を通過する。
次に、ウエハ２００は第２処理領域２０１ｂに移動する。ここでウエハ２００は、小判型形状もしくは楕円形状をした側壁２９１の水平断面（連通口２０３ａと同一形状）の長辺方向と直交するように回転方向Ｒに移動しながらプラズマ生成室２９０の下方を通過する。
プラズマ生成室２９０では前述のように側壁２９１に沿って誘導プラズマが形成されており、ウエハ２００がプラズマ生成室２９０の下方を通過するときに、プラズマ生成室２９０内におけるプラズマ励起によって発生した酸素原子及び水素原子の少なくとも一方を含む活性種等により、Ａｌ含有層がＡｌ２Ｏ３の層に改質される。
（第２パージ領域通過Ｓ３０８）
次に、ウエハ２００は第２パージ領域２０４ｂに移動する。ウエハ２００が第２パージ領域２０４ｂを通過するときに、第２処理領域２０１ｂにおいてウエハ２００に結合できなかった混合ガスの成分が、不活性ガスによってウエハ２００上から除去される。
次に、ウエハ２００は第２パージ領域２０４ｂに移動する。ウエハ２００が第２パージ領域２０４ｂを通過するときに、第２処理領域２０１ｂにおいてウエハ２００に結合できなかった混合ガスの成分が、不活性ガスによってウエハ２００上から除去される。
（判定Ｓ３１０）
この間、コントローラ３００は、上記１サイクルを所定回数実施したか否かを判定する。具体的には、コントローラ３００は、サセプタ２１７の回転数をカウントする。所定回数実施していないとき（Ｓ３１０でＮｏの場合）はさらにサセプタ２１７の回転を継続させて、Ｓ３０２、Ｓ３０４、Ｓ３０６、Ｓ３０８のサイクルを繰り返す。所定回数実施したとき（Ｓ３１０でＹｅｓの場合）は改質工程Ｓ２０８を終了する。
この間、コントローラ３００は、上記１サイクルを所定回数実施したか否かを判定する。具体的には、コントローラ３００は、サセプタ２１７の回転数をカウントする。所定回数実施していないとき（Ｓ３１０でＮｏの場合）はさらにサセプタ２１７の回転を継続させて、Ｓ３０２、Ｓ３０４、Ｓ３０６、Ｓ３０８のサイクルを繰り返す。所定回数実施したとき（Ｓ３１０でＹｅｓの場合）は改質工程Ｓ２０８を終了する。
（プラズマ生成停止Ｓ２１０）
次に、改質工程２０８の後に、プラズマ生成部２７０の電力供給を停止し、プラズマ生成を停止する。
次に、改質工程２０８の後に、プラズマ生成部２７０の電力供給を停止し、プラズマ生成を停止する。
（ガス供給停止Ｓ２１２）
プラズマ生成停止Ｓ２１０の後、少なくともバルブ２３２ｄ及びバルブ２３３ｄを閉じ、第１元素含有ガス及び混合ガスの第１処理領域２０１ａ及び第２処理領域２０１ｂへの供給を停止する。
プラズマ生成停止Ｓ２１０の後、少なくともバルブ２３２ｄ及びバルブ２３３ｄを閉じ、第１元素含有ガス及び混合ガスの第１処理領域２０１ａ及び第２処理領域２０１ｂへの供給を停止する。
（サセプタ回転停止Ｓ２１４）
ガス供給停止Ｓ２１２の後、サセプタ２１７の回転を停止する。以上により、薄膜形成工程Ｓ１０４が終了する。
ガス供給停止Ｓ２１２の後、サセプタ２１７の回転を停止する。以上により、薄膜形成工程Ｓ１０４が終了する。
（基板搬出工程Ｓ１０６）
次に、サセプタ２１７を下降させ、サセプタ２１７の表面から突出させたウエハ突き上げピン２６６上にウエハ２００を支持させる。その後、ゲートバルブ１５１を開き、ウエハ移載機を用いてウエハ２００を反応容器２０３の外へ搬出する。以上により、基板処理工程を終了する。
次に、サセプタ２１７を下降させ、サセプタ２１７の表面から突出させたウエハ突き上げピン２６６上にウエハ２００を支持させる。その後、ゲートバルブ１５１を開き、ウエハ移載機を用いてウエハ２００を反応容器２０３の外へ搬出する。以上により、基板処理工程を終了する。
（４）改質工程Ｓ２０８の詳細について
ここで、改質工程Ｓ２０８におけるＡｌ２Ｏ３の層の形成において、以下のような課題が存在する。
ここで、改質工程Ｓ２０８におけるＡｌ２Ｏ３の層の形成において、以下のような課題が存在する。
本実施形態におけるプロセスチャンバ２０２は、ウエハ２００が反応容器２０３の中心を周回することにより移動し、各処理領域を通過するように構成されている。従って、反応容器２０３の中心に近い面領域ほどサセプタ２１７の回転角速度に対するウエハ２００の移動速度が小さく、反対に反応容器２０３の外周側に近い面領域ほどサセプタ２１７の回転角速度に対するウエハ２００の移動速度が大きくなる。そのため、連通口２０３ａの下方を通過し活性種等に曝される１サイクル当たりの時間は、ウエハ２００の面領域のうち、反応容器２０３の中心に近い面領域ほど長く、反対に反応容器２０３の外周側に近い面領域ほど短い。結果として、１サイクル当たりの処理時間が短くなる面領域では改質反応が十分に行われず、形成されるＡｌ２Ｏ３膜の膜厚が面内において不均一となってしまう。また、改質反応が十分に行わない面領域に形成されたＡｌ２Ｏ３膜は膜質が低くなってしまう。このような課題は、サセプタ２１７の回転速度を大きくする場合においてより顕著になる。
上述の課題を解決するため、発明者は一手法として、酸素含有ガスをプラズマ励起する際にコイル２９３に供給する高周波電力を大きくして、活性種等の密度を上げることにより改質反応を促進させることを検討した。しかしながら、当該手法では顕著な改善結果を得ることはできなかった。そこで発明者は更なる解決手法として、本実施形態のように、Ａｌ含有層を改質する工程においてプラズマ励起される処理ガスとしてＯ２ガスとＨ２ガスの混合ガスを用いた。以下、比較例と本実施形態との比較を示す。
＜比較例１＞
比較例１では、本実施形態におけるプロセスチャンバ２０２を用いて、以下の処理条件においてＡｌ２Ｏ３膜の形成処理を行った。処理手順は上述の本実施形態のものと同様である。以下の処理条件では、プラズマ励起される酸素含有ガスとしてＯ２ガスのみを用いており、Ｈ２ガスの混合は行っていない。
・高周波電力：５００Ｗ
・供給流量１（ＴＭＡガス／Ｎ２ガス）：２０ｓｃｃｍ／２２５ｓｃｃｍ
・供給流量２（Ｏ２ガス／Ｈ２ガス）：３０００ｓｃｃｍ／供給無し
・処理室内圧力：１２０Ｐａ
・基板温度：２００℃
・サセプタ回転速度：６０ｒｐｍ
・処理時間：２５ｍｉｎ
比較例１では、本実施形態におけるプロセスチャンバ２０２を用いて、以下の処理条件においてＡｌ２Ｏ３膜の形成処理を行った。処理手順は上述の本実施形態のものと同様である。以下の処理条件では、プラズマ励起される酸素含有ガスとしてＯ２ガスのみを用いており、Ｈ２ガスの混合は行っていない。
・高周波電力：５００Ｗ
・供給流量１（ＴＭＡガス／Ｎ２ガス）：２０ｓｃｃｍ／２２５ｓｃｃｍ
・供給流量２（Ｏ２ガス／Ｈ２ガス）：３０００ｓｃｃｍ／供給無し
・処理室内圧力：１２０Ｐａ
・基板温度：２００℃
・サセプタ回転速度：６０ｒｐｍ
・処理時間：２５ｍｉｎ
＜第１の実施例＞
一方、本実施形態の第１の実施例として、以下の処理条件においてＡｌ２Ｏ３膜の形成処理を行った。第１の実施例と比較例１との処理条件における違いは、酸素含有ガスにおけるＨ２ガスの混合の有無のみである。
・供給流量１（ＴＭＡガス／Ｎ２ガス）：２０ｓｃｃｍ／２２５ｓｃｃｍ
・供給流量２（Ｏ２ガス／Ｈ２ガス）：２７５０ｓｃｃｍ／２５０ｓｃｃｍ
一方、本実施形態の第１の実施例として、以下の処理条件においてＡｌ２Ｏ３膜の形成処理を行った。第１の実施例と比較例１との処理条件における違いは、酸素含有ガスにおけるＨ２ガスの混合の有無のみである。
・供給流量１（ＴＭＡガス／Ｎ２ガス）：２０ｓｃｃｍ／２２５ｓｃｃｍ
・供給流量２（Ｏ２ガス／Ｈ２ガス）：２７５０ｓｃｃｍ／２５０ｓｃｃｍ
次に、比較例１と第１の実施例において形成された薄膜の膜厚に関する分析データをそれぞれ以下に示す。
ａ）比較例１
・面内膜厚均一性［±％］：２．３０％
・面内膜厚均一性［ρ％］：１．４６％
・面内最大膜厚差：８５．１９Å
・成膜レート［Å／サイクル］：１．２３
ｂ）第１の実施例
・面内膜厚均一性［±％］：０．７６％
・面内膜厚均一性［ρ％］：０．５５％
・面内最大膜厚差：２９．９５Å
・成膜レート［Å／サイクル］：１．３２
ａ）比較例１
・面内膜厚均一性［±％］：２．３０％
・面内膜厚均一性［ρ％］：１．４６％
・面内最大膜厚差：８５．１９Å
・成膜レート［Å／サイクル］：１．２３
ｂ）第１の実施例
・面内膜厚均一性［±％］：０．７６％
・面内膜厚均一性［ρ％］：０．５５％
・面内最大膜厚差：２９．９５Å
・成膜レート［Å／サイクル］：１．３２
本実験結果の比較から、第１の実施例において酸素含有ガスにＨ２ガスを混合したことにより、ウエハの面内膜厚均一性が大幅に改善されたことが分かる。また、比較例１と比べて第１の実施例では、成膜レートも向上されたことが分かる。
ここで、第１の実施例における面内膜厚均一性の改善については、プラズマ励起される酸素含有ガスとしてＯ２ガスとＨ２ガスの混合ガスを用いることにより、第２処理領域通過Ｓ３０６におけるＡｌ含有層に対する改質反応が促進されたことが要因であると推測される。すなわち、この混合ガスを用いることにより、Ａｌ含有層に対する酸化力が向上したと考えられる。更にこれにより、プラズマ励起によって生成された活性種等に曝される時間が短いウエハ２００上の面領域についてもＡｌ含有層の改質反応が十分に行われるため、活性種等に曝される時間の長短にかかわらず、１サイクルでＡｌ含有層を均一に改質することができるものと考えられる。
更に、第１の実施例では、ウエハ２００の面内全体においてＡｌ含有層に対する改質反応が十分に行われため、Ａｌ２Ｏ３膜の成膜レートを向上させることができる。また同様に、第１の実施例では、処理時間が短いウエハ２００の面領域においてもＡｌ含有層に対する改質反応が十分に行われため、それらの面領域においても、形成されるＡｌ２Ｏ３膜の膜質、例えばウエットエッチングレート（ＷＥＲ）を改善することができる。なお、ＷＥＲの改善の要因としては、更に混合ガスに含まれる活性化された水素原子の作用によって、形成されるＡｌ２Ｏ３膜中の不純物が還元・除去されるということも考えられる。
なお、本実施形態では、水素原子を含む活性種等がウエハ２００に対して供給されるが、水素原子を含む活性種、例えばＯＨラジカル等は、他の活性種に比べて特に失活しやすい。従って、本実施形態におけるプラズマ生成部のように、プラズマが生成されるプラズマ生成室２９０から直接活性種等を処理室２０１内のウエハ２００に供給できる構造となっていることが特に好ましい。
＜第２の実施例＞
続いて第２の実施例として、酸素含有ガスにおけるＯ２ガスとＨ２ガスの流量比率を変化させ、それぞれの流量比率におけるウエハ２００の面内膜厚均一性と、形成されるＡｌ２Ｏ３膜の膜質を示すＷＥＲを測定した。図７にその測定結果を示す。なお、処理条件はＯ２ガスとＨ２ガスの流量比率以外は、第１の実施例と同じである。
続いて第２の実施例として、酸素含有ガスにおけるＯ２ガスとＨ２ガスの流量比率を変化させ、それぞれの流量比率におけるウエハ２００の面内膜厚均一性と、形成されるＡｌ２Ｏ３膜の膜質を示すＷＥＲを測定した。図７にその測定結果を示す。なお、処理条件はＯ２ガスとＨ２ガスの流量比率以外は、第１の実施例と同じである。
図７に示すグラフの横軸は、Ｏ２ガスとＨ２ガスの混合ガスにおけるＨ２ガスの濃度（混合ガスにおけるＨ２ガスの流量比）を示している。グラフ中の■はウエハ２００の面内膜厚均一性の測定値を示しており、◆は形成されたＡｌ２Ｏ３膜のＷＥＲの測定値を示している。
本実施例における測定結果から、Ｈ２ガスの濃度が０％（Ｏ２ガスとＨ２ガスの流量比は１００：０）、すなわち混合されていない場合は、面内膜厚均一性が２．５％程度であったが、Ｈ２ガスの濃度が５％（同流量比は９５：５）の場合は、面内膜厚均一性が１％未満まで大幅に改善されたことが分かる。また、Ｈ２ガスの濃度が５％以上、５０％以下（同流量比は５０：５０）の範囲では、面内膜厚均一性を１％未満に維持できていることが分かる。なお、Ｈ２ガスの濃度が５０％超の範囲では、Ｏ２ガスの濃度低下により改質反応が低下するため、面内膜厚均一性が悪化していると推測される。従って、面内膜厚均一性を改善するためには、Ｈ２ガスの濃度を５％以上５０％以下の範囲の所定の濃度とすることが望ましい。
一方、ＷＥＲについても同様の改善が確認できる。Ｈ２ガスの濃度が０％の場合におけるＷＥＲを１とするＷＥＲ比を指標とすると、Ｈ２ガスの濃度が１０％（同流量比は９０：１０）の場合は、ＷＥＲ比が０．７程度まで改善されたことが分かる。また、Ｈ２ガスの濃度が１０％以上の範囲では、ＷＥＲ比を同程度に維持できていることが分かる。なお、Ｈ２ガスの濃度が８０％超の範囲では、Ｏ２ガスの濃度低下により改質反応が十分に行われないためにＷＥＲ比が悪化していると推測される。従って、ＷＥＲを改善するためには、Ｈ２ガスの濃度を１０％以上の範囲の所定の濃度とすることが望ましい。
また、面内膜厚均一性とＷＥＲの両者を改善するためには、Ｈ２ガスの濃度を１０％以上５０％以下の範囲の所定の濃度とすることが望ましい。
なお、酸素含有ガスとしては、Ｏ２ガスとＨ２ガスの混合ガスに限らず、水蒸気（Ｈ２Ｏ）のような酸素原子と水素原子を含む単一のガスを用いることも考えられる。しかし、単一のガスを用いる場合、酸素含有ガス中の酸素原子と水素原子の比率を任意に選択することができず、所望の比率を実現することが難しい。例えば、Ｈ２Ｏのみを用いる場合、ガス中の酸素原子と水素原子の比率を、５０：５０〜９５：５のような望ましい比率とすることができない。一方、第１の実施例、及び第２の実施例を含む本実施形態では、酸素含有ガスとして、それぞれＭＦＣ２３３ｃ、２３５ｃにより個別に流量調整が可能なＯ２ガスとＨ２ガスの混合ガスを用いている。そのため、混合ガス中の酸素原子と水素原子の比率を、各ガスの流量を調整することによって容易に調整することが可能となっている。
＜比較例２＞
続いて、本実施形態においては第１元素含有ガスとしてＴＭＡガスを用いるのに対して、第２元素含有ガスとして四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを用いる例を比較例２として説明する。比較例２では、ＴｉＣｌ４ガスを用いることにより、ウエハ２００上に酸化チタン（ＴｉＯ）膜を形成する。
続いて、本実施形態においては第１元素含有ガスとしてＴＭＡガスを用いるのに対して、第２元素含有ガスとして四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを用いる例を比較例２として説明する。比較例２では、ＴｉＣｌ４ガスを用いることにより、ウエハ２００上に酸化チタン（ＴｉＯ）膜を形成する。
比較例２における処理条件は、第１元素含有ガスの種類と流量を以下とした点以外は、第２の実施例とほぼ同様である。
・供給流量１（ＴｉＣｌ４ガス／Ｎ２ガス）：６０ｓｃｃｍ／３５０ｓｃｃｍ
・供給流量１（ＴｉＣｌ４ガス／Ｎ２ガス）：６０ｓｃｃｍ／３５０ｓｃｃｍ
第２の実施例と同様に、酸素含有ガスにおけるＯ２ガスとＨ２ガスの流量比率を変化させ、それぞれの流量比率におけるウエハ２００の面内膜厚均一性を測定した。図８にその測定結果を示す。
比較例２における測定結果では、Ｈ２ガスの濃度が０％の場合は、面内膜厚均一性が２．６％程度であった。一方、Ｈ２ガスが混合されている場合、ＴＭＡガスを用いる本実施形態においては面内膜厚均一性が大幅に改善されたが、比較例２においてはＨ２ガスが混合された場合であっても面内膜厚均一性の有意な改善は確認されなかった。
本実施形態と比較例２との間におけるこのような効果の違いは、第１元素含有ガスと、水素原子を含む活性種等との間での反応の起こり易さに違いがあるために生じるものと推測される。例えばＯ２ガスとＨ２ガスの混合ガスをプラズマ励起して生成された活性種等は、ＴｉＣｌ４のような無機金属原料よりも、ＴＭＡのような有機金属原料と改質反応を起こし易いと考えられる。特に、メチル基やエチル基等のアルキル基をリガンドとして有する金属原料に対しては、アルキル基を脱離させて酸化する改質反応を起こし易いと考えられるため、本実施形態において特に好適である。
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、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。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、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。
第１元素含有ガスに含まれるリガンドとしては、例えば、エチル基やブチル基等のアルキル基や、シクロペンタジエニル基、カルボニル基等であってもよい。また、第１元素含有ガスとしては、例えば、Ｔｉ［（Ｃ２Ｈ５）２Ｎ］４、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５、Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）ＣＨ２ＣＨ３］４、Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、Ｈｆ［Ｎ(Ｃ２Ｈ５)２］４、Ｚｒ［Ｎ（ＣＨ３）ＣＨ２ＣＨ３］４、Ｚｒ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、Ｚｒ［Ｎ(Ｃ２Ｈ５)２］４、(Ｃ５Ｈ５)Ｚｒ［Ｎ(ＣＨ３)２］３、（Ｃ４Ｈ９ＮＨ）２Ｗ（Ｃ４Ｈ９Ｎ）２、Ｗ（ＣＯ）６、Ｃ１４Ｈ１８Ｃｏ、ＣｏＣＯ）６、Ｙ（Ｃ５Ｈ４ＣＨ２（ＣＨ２）２ＣＨ３）３、Ｃ１４Ｈ１８Ｒｕ等の有機金属原料ガスを用いることも可能である。
２００ ウエハ（基板）
２０１ａ 第１処理領域
２０１ｂ 第２処理領域
２０３ 反応容器
２０６ プラズマ生成部
２１７ サセプタ
２０１ａ 第１処理領域
２０１ｂ 第２処理領域
２０３ 反応容器
２０６ プラズマ生成部
２１７ サセプタ
Claims (10)
- 処理室内に回転自在に設けられた基板載置台上に、前記基板載置台の回転方向に沿って複数の基板を載置する工程と、
前記基板載置台の回転方向に沿って前記処理室内に設けられた第１処理領域および第２処理領域を前記基板が通過するように前記基板載置台を回転させる工程と、
前記第１処理領域内に第１元素を含有する第１元素含有ガスを供給する工程と、
酸素ガス及び水素ガスを含む混合ガスをプラズマ励起して活性種を生成し、前記活性種を前記第２処理領域内に供給する工程と、を有し、
前記混合ガスにおける酸素ガスと水素ガスの比率は９５：５〜５０：５０の範囲の所定の比率である、
半導体装置の製造方法。 - 前記混合ガスにおける酸素ガスと水素ガスの比率は９０：１０〜５０：５０の範囲の所定の比率である、請求項１記載の方法。
- 前記基板を前記基板載置台上に載置する工程の後、前記基板を１００℃以上３００℃未満の範囲の所定温度に加熱する工程を更に有する、請求項１記載の方法。
- 前記基板を所定温度に加熱する工程では、前記基板を１００℃以上２００℃以下の範囲の所定温度に加熱する、請求項３記載の方法。
- 前記第１元素含有ガスは、メチル基を有する有機金属化合物を含むガスである、請求項１記載の方法。
- 前記有機金属化合物は、トリメチルアルミニウムである、請求項５記載の方法。
- 前記活性種を前記第２処理領域内に供給する工程では、前記活性種を前記第２処理領域に設けられた活性種供給口を介して前記第２処理領域内に供給する、
請求項１記載の方法。 - 前記混合ガスはプラズマ生成部により励起され、
前記プラズマ生成部は、前記混合ガスが供給されるプラズマ生成室と、前記プラズマ生成室の周囲に設けられ、高周波電力の印加を受けて前記プラズマ生成室内に供給された前記混合ガスをプラズマ励起するコイルと、を有し、
前記活性種供給口は、前記第２処理領域内を通過する前記基板に対向するように前記第２処理領域の上部に設けられる、
請求項７記載の方法。 - 基板を処理する処理室と、
前記処理室内に回転自在に設けられ、回転方向に沿って複数の基板が載置される基板載置面を備えた基板載置台と、
前記基板載置面に載置された前記基板を加熱するよう構成された加熱部と、
前記基板載置台を回転させる回転機構と、
前記基板載置台の回転方向に沿って前記処理室内に設けられた、前記複数の基板を処理する第１処理領域および第２処理領域と、
前記第１処理領域に第１元素を含有する第１元素含有ガスを供給する第１元素含有ガス供給部と、
酸素ガス及び水素ガスを含む混合ガスをプラズマ励起して活性種を生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部に前記混合ガスを供給する混合ガス供給部と、
前記第２処理領域内に設けられ、前記プラズマ生成部で生成された前記活性種を前記第２処理領域内に供給する活性種供給口と、
前記混合ガスにおける酸素ガスと水素ガスの比率が９５：５〜５０：５０の範囲の所定の比率となるように前記混合ガス供給部を制御するように前記加熱部を制御するよう構成された制御部と、
を備える基板処理装置。 - 基板処理装置の処理室内に回転自在に設けられた基板載置台上に、前記基板載置台の回転方向に沿って複数の基板を載置する手順と、
前記基板載置台の回転方向に沿って前記処理室内に設けられた第１処理領域および第２処理領域を前記基板が通過するように前記基板載置台を回転させる手順と、
前記第１処理領域内に第１元素を含有する第１元素含有ガスを供給する工程と、
酸素ガス及び水素ガスを含む混合ガスをプラズマ励起して活性種を生成し、前記活性種を前記第２処理領域内に供給する手順と、を有し、
前記混合ガスにおける酸素ガスと水素ガスの比率は９５：５〜５０：５０の範囲の所定の比率である、
コンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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