JP6748779B2 - 半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置 - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態に係る基板処理装置について、図1から図3を用いて以下に説明する。
処理装置100は、ウエハ200をプラズマ処理する処理炉202を備えている。処理炉202は、処理室201を構成する処理容器203を備えている。処理容器203は、第1の容器であるドーム型の上側容器210と、第2の容器である碗型の下側容器211とを備えている。上側容器210が下側容器211の上に被さることにより、処理室201が形成される。
処理室201の底側中央には、ウエハ200を載置する基板載置部としてのサセプタ217が配置されている。
処理室201の上方、つまり上側容器210の上部には、ガス供給ヘッド236が設けられている。ガス供給ヘッド236は、キャップ状の蓋体233と、ガス導入口234と、バッファ室237と、開口238と、遮蔽プレート240と、ガス吹出口239とを備え、反応ガスを処理室201内へ供給できるように構成されている。バッファ室237は、ガス導入口234より導入される反応ガスを分散する分散空間としての機能を持つ。
下側容器211の側壁には、処理室201内から反応ガスを排気するガス排気口235が設けられている。ガス排気口235には、ガス排気管231の上流端が接続されている。ガス排気管231には、上流側から順に圧力調整器(圧力調整部)としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ242、バルブ243b、真空排気装置としての真空ポンプ246が設けられている。
処理室201の外周部、すなわち上側容器210の側壁の外側には、処理室201を囲うように螺旋状の共振コイル212が設けられている。共振コイル212には、RFセンサ272、高周波電源273と周波数整合器274が接続される。
図3に示すように、制御部としてのコントローラ221は、CPU(Central Processing Unit)221a、RAM(Random Access Memory)221b、記憶装置221c、I/Oポート221dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM221b、記憶装置221c、I/Oポート221dは、内部バス221eを介して、CPU221a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221には、入出力装置225として、例えばタッチパネル、マウス、キーボード、操作端末等が接続されていてもよい。また、コントローラ221には、表示部として、例えばディスプレイ等が接続されていてもよい。
次に、本実施形態に係る基板処理工程について説明する。図4(A)は、本実施形態に係る基板処理工程で処理されるトレンチ構造の基板を示しており、図4(B)は、本実施形態に係る基板処理工程で処理されるホール(孔)構造の基板を示している。また、図5は、図4に示す基板の構成の一例を示す図であり、トレンチ構造又はホール構造の深さ方向に沿った断面の一例を示している。本実施形態に係る基板処理工程は、例えばフラッシュメモリ等の半導体デバイスの製造工程の一工程として、上述の処理装置100により実施される。なお以下の説明において、処理装置100を構成する各部の動作は、コントローラ221により制御される。
まず、修復対象であるホール304が面上に形成されたウエハ200を処理室201内に搬入する。具体的には、サセプタ昇降機構268がサセプタ217を下降させて、サセプタ217の貫通孔217aから、ウエハ突き上げピン266をサセプタ217表面よりも所定の高さ分だけ突出させる。
続いて、処理室201内に搬入されたウエハ200の昇温を行う。ヒータ217bは予め加熱されており、ヒータ217bが埋め込まれたサセプタ217上に、搬入されたウエハ200を保持することで、100〜1000℃の範囲内であって、例えば700℃の所定の温度にウエハ200を加熱する。また、ウエハ200の昇温を行う間、真空ポンプ246によりガス排気管231を介して処理室201内を真空排気し、処理室201内の圧力を0.5Pa以上250Pa以下、より好ましくは10Pa以上200Pa以下の範囲内の所定値とする。真空ポンプ246は、少なくとも後述の基板搬出工程S150が終了するまで作動させておく。
次に、処理ガスとして水素原子と酸素原子を含有するガスを処理室201内に供給し、当該ガスをプラズマ励起することによりホール304の内面に対するプラズマ処理を実施する。本実施形態では、水素含有ガスであるH2ガスと酸素含有ガスであるO2ガスの混合ガスを供給する。
H2ガスとO2ガスの混合ガスの導入を開始して所定時間経過後(例えば数秒経過後)、共振コイル212に対して高周波電源273から高周波電力の印加を開始する。このとき、例えば27.12MHzの高周波電力を、0.1〜3.5kWの範囲内の電力(本実施形態では2.5kW)で印加する。これにより、プラズマ生成空間の共振コイル212の電気的中点に相当する高さ位置にドーナツ状の誘導プラズマが励起される。励起されたプラズマによりH2ガス、O2ガスは活性化されて解離し、酸素活性種(Oラジカル)と水素活性種(Hラジカル)が生成される。なお、酸素を含む反応種として、水酸基ラジカルや酸素イオン等が生成されることもある。また、水素を含む反応種として水素イオン等が生成されることもある。
所定の処理時間が経過してH2ガス、O2ガスの供給を停止したら、ガス排気管231を用いて処理室201内を真空排気する。これにより、処理室201内のH2ガス、O2ガスや、その他の残留物が含まれる排ガス等を処理室201外へと排気する。その後、APCバルブ242の開度を調整し、処理室201内の圧力を処理室201に隣接する真空搬送室と同じ圧力に調整する。
処理室201内が所定の圧力となったら、サセプタ217をウエハ200の搬送位置まで下降させ、ウエハ突上げピン266上にウエハ200を支持させる。そして、ゲートバルブ244を開き、図中省略の搬送機構を用いてウエハ200を処理室201外へ搬出する。以上により、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
特に、ウエハに対して供給されるOラジカルに対するHラジカルの比率を、ホールの深さ方向における酸化層の厚さ分布が均一になるような比率を基準として、その基準となる比率よりも大きくすることにより、ホールの底面に向かって酸化層の厚さが大きくなる分布を得ることができる。
次に、高アスペクト比のホール状構造又はトレンチ構造等の凹状構造の内面に形成される膜を表面から改質して、厚さが底面に向かって大きくなるように酸化層を形成する他の実施形態について説明する。
バルブ243a,253a,253bを開け、MFC252aにて流量制御しながら、バッファ室237を介して処理室201内へH2ガスを供給する。同時に、MFC252bにて流量制御しながら、バッファ室237を介して処理室201内へO2ガスを供給する。このとき、H2ガスとO2ガスの全流量(総流量)を0.5〜3slmとする。
第1の実施形態と同様に、H2ガスとO2ガスの混合ガスの導入後、共振コイル212に対して高周波電源273から高周波電力の印加を開始する。
特に、ホール304の上端部を流れる酸素活性種及び水素活性種の流速を、ホール304の深さ方向における酸化層の厚さの分布が均一になる流速よりも大きい所定の流速にすることにより、厚さがホール304の底面に向かって大きくなるように酸化層を形成することができる。
さらに、MFC252a,252bそれぞれの開度を制御する場合、第1の実施形態のように、水素含有ガスと酸素含有ガスの供給流量の比率も併せて制御することにより、ホール内側の膜厚分布を制御してもよい。
図15(A)は、ホールパターンの一例を示す図である。また、図15(B)は、比較例に係る改質処理によりホール内面に形成された酸化層の厚さを示す図であって、図15(C)は、本実施例に係る改質処理によりホール内面に形成された酸化層の厚さを示す図である。
図16(A)は、アスペクト比20のホールパターンの一例を示す図であり、(B)は、処理室内に供給されるH2ガスとO2ガスの混合ガスの流量を1.0slm、0.6slm、2.0slmとして、それぞれ酸化層を形成した場合のホール内面の酸化層の厚さを示す図である。
200・・・・ウエハ
201・・・・処理室
201a・・・プラズマ生成空間
201b・・・ 基板処理空間
202・・・・ 処理炉
Claims (21)
- プラズマ励起されることで酸素活性種が生成される酸素含有ガスとプラズマ励起されることで水素活性種が生成される水素含有ガスを含む処理ガスをプラズマ励起して、酸素活性種と水素活性種を生成する工程と、
前記酸素活性種と前記水素活性種を、シリコン含有膜又は前記シリコン含有膜及び金属含有膜の組み合わせにより構成される膜が内面に露出した凹状構造が形成された基板に供給し、前記凹状構造の内面に形成された前記シリコン含有膜又は前記シリコン含有膜及び前記金属含有膜の組み合わせにより構成される膜を表面から酸化して酸化層を形成する工程と、を有し、
前記酸化層を形成する工程では、前記基板に供給される前記酸素活性種と前記水素活性種の総流量における前記水素活性種の比率を、前記凹状構造の上端部において前記酸化層が形成される速度が最大となる第1の比率よりも大きい所定の比率にして、前記凹状構造の内面において前記上端部における厚さよりも厚さが大きくなるように前記酸化層を形成する、
半導体装置の製造方法。 - 前記酸素含有ガスは酸素ガス又はオゾンガスの少なくとも何れかにより構成される請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記水素含有ガスは水素ガス又は重水素ガスの少なくとも何れかにより構成される請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記凹状構造は、アスペクト比が20以上の構造である、請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記凹状構造は、ホール構造又はトレンチ構造の少なくともいずれかである、請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸化層を形成する工程では、前記基板に供給される前記酸素活性種と前記水素活性種の総流量における前記水素活性種の比率を、前記凹状構造の深さ方向における前記酸化層の厚さの分布が均一となる第2の比率よりも大きい前記所定の比率にして、前記酸化層を、厚さが前記凹状構造の底面に向かって大きくなり、前記底面において最大となるように形成する、
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記酸化層を形成する工程では、前記基板に供給される前記酸素活性種と前記水素活性種の総流量における前記水素活性種の比率を、前記凹状構造の底面において前記酸化層の形成される速度が最大となる第3の比率と等しい又はより大きい所定の比率にして、前記酸化層を厚さが前記凹状構造の底面に向かって大きくなり、前記底面において最大となるように前記酸化層を形成する、
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第3の比率は、前記第1の比率よりも大きい請求項7記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸素活性種と水素活性種を生成する工程において、前記処理ガスの総流量における前記水素含有ガスの流量比は、生成される前記水素活性種の比率が前記所定の比率となる比率である請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸素活性種と水素活性種を生成する工程において、前記処理ガスの総流量における前記水素含有ガスの流量比は、生成される前記水素活性種の比率が前記所定の比率となる比率である請求項7記載の半導体装置の製造方法。
- 前記流量比は5%より大きい請求項9記載の半導体装置の製造方法。
- 前記流量比は5%より大きく20%以下である請求項10記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸素活性種と水素活性種を生成する工程の前に、処理室内に前記基板を搬入する工程を有し、
前記酸素活性種と水素活性種を生成する工程では、前記処理室内に供給された前記処理ガスをプラズマ励起することにより前記酸素活性種と前記水素活性種を生成する請求項10記載の半導体装置の製造方法。 - 前記酸素活性種と水素活性種を生成する工程では、前記酸素含有ガスの供給系と前記水素含有ガスの供給系をそれぞれ制御して、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスの流量比を調整する請求項13記載の半導体装置の製造方法。
- 前記凹状構造の内面に形成された前記シリコン含有膜又は前記シリコン含有膜及び前記金属含有膜の組み合わせにより構成される膜は、エッチング処理により酸素濃度が低下した露出した層を含み、前記凹状構造の底部における前記露出した層の酸素濃度が最も低い請求項7記載の半導体装置の製造方法。
- 前記凹状構造の内面に形成された前記シリコン含有膜又は前記シリコン含有膜及び前記金属含有膜の組み合わせにより構成される膜は、厚さが前記凹状構造の底面に向かって小さくなるように形成された酸化膜と、前記酸化膜の下地膜と、により構成されている請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- プラズマ励起されることで酸素活性種が生成される酸素含有ガスとプラズマ励起されることで水素活性種が生成される水素含有ガスを含む処理ガスをプラズマ励起して、酸素活性種と水素活性種を生成する工程と、
前記酸素活性種と前記水素活性種を、シリコン含有膜又は前記シリコン含有膜及び金属含有膜の組み合わせにより構成される膜が内面に露出した凹状構造が形成された基板に供給し、前記凹状構造の内面に形成された前記シリコン含有膜又は前記シリコン含有膜及び前記金属含有膜の組み合わせにより構成される膜を表面から酸化して酸化層を形成する工程と、を有し、
前記酸化層を形成する工程では、前記基板に供給される前記酸素活性種と前記水素活性種の総流量における前記水素活性種の比率を、前記凹状構造の深さ方向において前記酸化層が形成される速度の分布が所望の分布となるような比率とする、
半導体装置の製造方法。 - プラズマ励起されることで酸素活性種が生成される酸素含有ガスとプラズマ励起されることで水素活性種が生成される水素含有ガスを含む処理ガスをプラズマ励起して、酸素活性種と水素活性種を生成する工程と、
前記酸素活性種と前記水素活性種を、シリコン含有膜又は前記シリコン含有膜及び金属含有膜の組み合わせにより構成される膜が内面に露出した凹状構造が形成された基板に供給し、前記凹状構造の内面に形成された前記シリコン含有膜又は前記シリコン含有膜及び前記金属含有膜の組み合わせにより構成される膜を表面から酸化して酸化層を形成する工程と、を有し、
前記酸化層を形成する工程では、前記基板の表面を流れる前記酸素活性種及び前記水素活性種の流速を調整して、前記酸化層を、厚さが前記凹状構造の底面に向かって大きくなるように形成する、
半導体装置の製造方法。 - 前記酸化層を形成する工程では、前記基板の表面を流れる前記酸素活性種及び前記水素活性種の流速を、前記凹状構造の深さ方向における前記酸化層の厚さの分布が均一になる流速よりも大きい所定の流速にして、前記酸化層を、厚さが前記凹状構造の底面に向かって大きくなるように形成する、
請求項18記載の半導体装置の製造方法。 - プラズマ励起されることで酸素活性種が生成される酸素含有ガスとプラズマ励起されることで水素活性種が生成される水素含有ガスを含む処理ガスをプラズマ励起して、酸素活性種と水素活性種を生成する手順と、
前記酸素活性種と前記水素活性種を、シリコン含有膜又は前記シリコン含有膜及び金属含有膜の組み合わせにより構成される膜が内面に露出した凹状構造が形成された基板に供給し、前記凹状構造の内面に形成された前記シリコン含有膜又は前記シリコン含有膜及び前記金属含有膜の組み合わせにより構成される膜を表面から酸化して酸化層を形成する際に、前記基板に供給される前記酸素活性種と前記水素活性種の総流量における前記水素活性種の比率を、前記凹状構造の上端部において前記酸化層が形成される速度が最大となる第1の比率よりも大きい所定の比率にして、前記凹状構造の内面において前記上端部における厚さよりも厚さが大きくなるように前記酸化層を形成する手順と、を
コンピュータにより基板処理装置に実行させるプログラム。 - 供給された処理ガスがプラズマ励起されるプラズマ生成空間と、前記プラズマ生成空間に連通し基板が載置される基板処理空間と、を有する処理室と、
前記プラズマ生成空間に供給された前記処理ガスをプラズマ励起するよう構成されたプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成空間に、前記処理ガスとしてプラズマ励起されることで水素活性種が生成される水素含有ガスとプラズマ励起されることで酸素活性種が生成される酸素含有ガスを供給するガス供給系と、
前記基板処理空間内に設けられ、シリコン含有膜又は前記シリコン含有膜及び金属含有膜の組み合わせにより構成される膜が内面に露出した凹状構造が形成された基板を載置する基板載置台と、
前記ガス供給系を制御して前記処理ガスを前記プラズマ生成空間に供給すると共に、前記プラズマ生成部を制御して前記プラズマ生成空間に供給された前記処理ガスをプラズマ励起することにより酸素活性種と水素活性種を前記基板に供給して、前記凹状構造の内面に形成された前記シリコン含有膜又は前記シリコン含有膜及び前記金属含有膜の組み合わせにより構成される膜を表面から酸化して酸化層を形成する工程を行うよう構成された制御部と、を備え、
前記制御部は、前記酸化層を形成する工程において、前記基板に供給される前記酸素活性種と前記水素活性種の総流量における前記水素活性種の比率を、前記凹状構造の上端部において前記酸化層が形成される速度が最大となる第1の比率よりも大きい所定の比率にして、前記凹状構造の内面において前記上端部における厚さよりも厚さが大きくなるように前記酸化層を形成するよう構成されている、
基板処理装置。
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