JP6754493B2 - 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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-
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-
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-
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Description
第1原料が単独で存在した場合に前記第1原料が熱分解しない第1温度下で、基板に対して、前記第1原料と第1酸化剤とを供給することにより、前記基板の表面の下地上に、第1酸化膜を堆積させる工程と、
前記第1温度よりも高い第2温度下で、前記基板に対して、第2原料と第2酸化剤とを供給することにより、前記第1酸化膜上に、前記第1酸化膜よりも厚い第2酸化膜を堆積させる工程と、
を有する技術が提供される。
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図5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、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、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ200の下地上にシリコン酸化膜(SiO膜)を堆積させ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。
第1原料としてのHCDSガスが単独で存在した場合にHCDSガスが熱分解しない第1温度下で、ウエハ200に対して、HCDSガスと第1酸化剤としてのH2Oガスとを供給することにより、ウエハ200の表面の下地上に、第1酸化膜として、第1SiO膜を堆積させる第1成膜ステップと、
第1温度よりも高い第2温度下で、ウエハ200に対して、第2原料としてのHCDSガスと第2酸化剤としてのO2ガスおよびH2ガスとを供給することにより、第1SiO膜上に、第2酸化膜として、第1SiO膜よりも厚い第2SiO膜を堆積させる第2成膜ステップと、
を行う。
ウエハ200に対して第1原料としてのHCDSガスおよび触媒としてのピリジンガスを供給することで、第1層を形成するステップ1と、
ウエハ200に対して第1酸化剤としてのH2Oガスおよび触媒としてのピリジンガスを供給することで、第1層を酸化させて第1酸化層を形成するステップ2と、
を非同時に行うサイクルを所定回数(m回、mは1以上の整数)行う。
ウエハ200に対して第2原料としてのHCDSガスを供給することで、第2層を形成するステップ3と、
ウエハ200に対して第2酸化剤として、O含有ガスとしてのO2ガスおよびH含有ガスとしてのH2ガスを供給することで、第2層を酸化させて第2酸化層を形成するステップ4と、
を非同時に行うサイクルを所定回数(n回、nは1以上の整数)行う。
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によって処理室201内が真空排気(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。また、処理室201内のウエハ200が所望の処理温度(第1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。また、回転機構267によるウエハ200の回転を開始する。真空ポンプ246の稼働、ウエハ200の加熱および回転は、いずれも、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、次のステップ1,2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に対してHCDSガスおよびピリジンガスを一緒に(同時に)供給する。
HCDSガス供給流量:1〜2000sccm、好ましくは10〜1000sccm
ピリジンガス供給流量:1〜2000sccm、好ましくは10〜1000sccm
N2ガス供給流量(ガス供給管毎):0〜10000sccm
各ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理温度(第1温度):室温(20〜30℃)〜100℃、好ましくは50〜100℃
処理圧力:1〜2666Pa、好ましくは67〜1333Pa
が例示される。
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の表面の下地上に形成した第1Si含有層に対してH2Oガスおよびピリジンガスを一緒に(同時に)供給する。
H2Oガス供給流量:10〜10000sccm、好ましくは100〜1000sccm
処理圧力:50〜5000Pa、好ましくは100〜4000Pa
が例示される。他の処理条件は、ステップ1における処理条件と同様とする。
ステップ1,2を非同時に行うサイクルを1回以上(m回)行うことにより、ウエハ200の表面の下地上に、所定組成および所定膜厚の第1SiO膜を堆積させることができる。このサイクルは、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する第1SiO層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第1SiO層を積層することで形成される第1SiO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。
ウエハ200の表面の下地上への第1SiO膜の堆積が完了したら、処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留するガスや反応副生成物を処理室201内から除去する。その後、ヒータ207の出力を調整し、ウエハ200の温度を、第1温度よりも高い第2温度へと昇温させる。このとき、ノズル249a〜249cのそれぞれから、熱伝達媒体としてのN2ガスを処理室201内へ供給することで、ウエハ200を効率的に加熱させることが可能となる。このとき、処理室201内の排気は継続して行われることから、N2ガスはパージガスとしても作用する。ウエハ200の温度が第2温度へ到達して安定したら、処理室201内へのN2ガスの供給を停止する。なお、N2ガスの供給を停止することなく継続するようにしてもよい。
その後、次のステップ3,4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、すなわち、ウエハ200の表面の下地上に堆積させた第1SiO膜に対してHCDSガスを供給する。
HCDSガス供給流量:1〜2000sccm、好ましくは10〜1000sccm
N2ガス供給流量(ガス供給管毎):0〜10000sccm
各ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理温度(第2温度):350〜800℃、好ましくは450〜800℃
処理圧力:1〜2666Pa、好ましくは67〜1333Pa
が例示される。
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、第1SiO膜上に形成した第2Si含有層に対してO2ガスおよびH2ガスを一緒に(同時に)供給する。
O2ガス供給流量:100〜10000sccm
H2ガス供給流量:100〜10000sccm
各ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理圧力:13.3〜1333Pa、好ましくは13.3〜399Pa
が例示される。他の処理条件は、ステップ3における処理条件と同様とする。
ステップ3,4を非同時に行うサイクルを1回以上(n回)行うことにより、第1SiO膜を改質させつつ、この第1SiO膜上に、所定組成および所定膜厚の第2SiO膜を堆積させることができる。このサイクルは、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する第2SiO層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第2SiO層を積層することで形成される第2SiO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。サイクルを複数回繰り返す場合、サイクルを繰り返す度に第1SiO膜に対する改質が行われることになり、第1SiO膜を高純度なSiO膜へと変化させることがより確実に行えるようになる。なお、ステップ4では、第1SiO膜による酸化種のブロック効果が得られることから、サイクルの繰り返し回数を増やし、第2SiO膜の膜厚を第1SiO膜の膜厚より厚くする等しても、ウエハ200の表面の下地の酸化を確実に抑制することが可能となる。
ウエハ200の表面の下地上に、所望組成、所望膜厚のSiO膜、すなわち、第1SiO膜と第2SiO膜との積層膜が形成された後、ノズル249a〜249cのそれぞれからパージガスとしてのN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231より排気する。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)。
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。そして、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(ウエハディスチャージ)。
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。
本実施形態は、以下の変形例のように変更することができる。また、これらの変形例は任意に組み合わせることができる。
以下に示す成膜シーケンスのように、第2成膜ステップでは、ウエハ200に対して第2原料としてBDEASガス等のアミノシラン系ガスを供給することで第1SiO膜上に第2Si含有層を形成するステップ3pと、ウエハ200に対して第2酸化剤としてプラズマ励起させたO2ガス(O2 *)を供給することで、第2Si含有層を酸化させて第2SiO層を形成するステップ4pと、を非同時に行うサイクルを所定回数(n回)行うようにしてもよい。O2ガスのプラズマ励起に用いる電力(RF電力)は、例えば50〜1000Wの範囲内の電力とする。他の処理条件は、上述の実施形態の処理条件と同様とする。
以下に示す成膜シーケンスのように、第1成膜ステップのステップ1では、ピリジンガス等の触媒を用いず、第1原料として3DMASガス等のアミノシラン系ガスを用いてもよく、第1成膜ステップのステップ2では、第1酸化剤としてO3ガスを用いてもよい。第1温度下におけるO3ガスによる酸化力は、第2温度下におけるO2ガス+H2ガスによる酸化力よりも小さく、本変形例においても、図4に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。
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。
(HfCl4→H2O+ピリジン)×m→(HfCl4→O2+H2)×n⇒HfO
(TaCl5→H2O+ピリジン)×m→(TaCl5→O2+H2)×n⇒TaO
(TMAl→H2O+ピリジン)×m→(TMAl→O2+H2)×n⇒AlO
Claims (18)
- 第1原料が単独で存在した場合に前記第1原料が熱分解しない第1温度下で、基板に対して、前記第1原料と第1酸化剤とを供給することにより、前記基板の表面の下地上に、第1酸化膜を堆積させる工程と、
前記第1温度よりも高い第2温度下で、前記基板に対して、第2原料と第2酸化剤とを供給することにより、前記第1酸化膜上に、前記第1酸化膜よりも厚い第2酸化膜を堆積させる工程と、
を有し、
前記第1酸化膜を堆積させる工程では、
前記基板に対して前記第1原料および触媒を供給することで、第1層を形成する工程と、
前記基板に対して前記第1酸化剤および触媒を供給することで、前記第1層を酸化させて第1酸化層を形成する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行い、
前記第2酸化膜を堆積させる工程では、
前記基板に対して前記第2原料を供給することで、第2層を形成する工程と、
前記基板に対して前記第2酸化剤として、酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給することで、前記第2層を酸化させて第2酸化層を形成する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行い、
前記第2酸化層を形成する工程では、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを反応させて原子状酸素を含む酸化種を生じさせ、前記酸化種により前記第2層を酸化させるとともに前記第1酸化膜を改質させる半導体装置の製造方法。 - 前記第1酸化膜を堆積させる工程における前記第1酸化剤による酸化力は、前記第2酸化膜を堆積させる工程における前記第2酸化剤による酸化力よりも小さい請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1酸化剤は、前記第1酸化膜を堆積させる工程において、前記下地の酸化を抑制する酸化力を有する請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2酸化膜を堆積させる工程では、前記第2酸化剤に由来する酸化種により前記第1酸化膜を改質させる請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2酸化膜を堆積させる工程では、前記酸化種により前記第1酸化膜を改質させることで、前記酸化種を前記第1酸化膜中で消費させ、前記酸化種の前記下地への到達をブロックする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1酸化膜の膜厚を、前記酸化種の前記下地への到達をブロックする厚さとする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1酸化膜の膜厚を、0.35nm以上30nm以下とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1酸化膜の膜厚を、0.5nm以上20nm以下とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1酸化膜の膜厚を、1nm以上10nm以下とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 第1原料が単独で存在した場合に前記第1原料が熱分解しない第1温度下で、基板に対して、前記第1原料と第1酸化剤とを供給することにより、前記基板の表面の下地上に、第1酸化膜を堆積させる工程と、
前記第1温度よりも高い第2温度下で、前記基板に対して、第2原料と第2酸化剤とを供給することにより、前記第1酸化膜上に、前記第1酸化膜よりも厚い第2酸化膜を堆積させる工程と、
を有し、
前記第1酸化膜を堆積させる工程では、
前記基板に対して前記第1原料および触媒を供給することで、第1層を形成する工程と、
前記基板に対して前記第1酸化剤および触媒を供給することで、前記第1層を酸化させて第1酸化層を形成する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行い、
前記第2酸化膜を堆積させる工程では、
前記基板に対して前記第2原料を供給することで、第2層を形成する工程と、
前記基板に対して前記第2酸化剤として、プラズマ励起させた酸素含有ガスを供給することで、前記第2層を酸化させて第2酸化層を形成する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行う半導体装置の製造方法。 - 前記第2酸化層を形成する工程では、プラズマ励起させた酸素含有ガスに含まれる酸素活性種を含む酸化種により前記第2層を酸化させるとともに前記第1酸化膜を改質させる請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2酸化層を形成する工程では、前記酸化種により前記第1酸化膜を改質させることで、前記酸化種を前記第1酸化膜中で消費させ、前記酸化種の前記下地への到達をブロックする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2温度を、前記第2原料が単独で存在した場合に前記第2原料が熱分解する温度とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1温度を室温以上100℃以下とし、前記第2温度を450℃以上800℃以下とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板に対する処理が行われる処理室と、
前記処理室内の基板に対して第1原料、第2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第1酸化剤、第2酸化剤を供給する酸化剤供給系と、
前記処理室内の基板に対して触媒を供給する触媒供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内において、前記第1原料が単独で存在した場合に前記第1原料が熱分解しない第1温度下で、基板に対して、前記第1原料と前記第1酸化剤とを供給することにより、前記基板の表面の下地上に、第1酸化膜を堆積させる処理と、
前記第1温度よりも高い第2温度下で、前記基板に対して、前記第2原料と前記第2酸化剤とを供給することにより、前記第1酸化膜上に、前記第1酸化膜よりも厚い第2酸化膜を堆積させる処理と、
を行わせ、
前記第1酸化膜を堆積させる処理では、
前記基板に対して前記第1原料および前記触媒を供給することで、第1層を形成する処理と、
前記基板に対して前記第1酸化剤および前記触媒を供給することで、前記第1層を酸化させて第1酸化層を形成する処理と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行わせ、
前記第2酸化膜を堆積させる処理では、
前記基板に対して前記第2原料を供給することで、第2層を形成する処理と、
前記基板に対して前記第2酸化剤として、酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給することで、前記第2層を酸化させて第2酸化層を形成する処理と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行わせ、
前記第2酸化層を形成する処理では、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを反応させて原子状酸素を含む酸化種を生じさせ、前記酸化種により前記第2層を酸化させるとともに前記第1酸化膜を改質させるように、前記原料供給系、前記酸化剤供給系、前記触媒供給系、および前記ヒータ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。 - 基板に対する処理が行われる処理室と、
前記処理室内の基板に対して第1原料、第2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第1酸化剤、第2酸化剤を供給する酸化剤供給系と、
前記処理室内の基板に対して触媒を供給する触媒供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内において、前記第1原料が単独で存在した場合に前記第1原料が熱分解しない第1温度下で、基板に対して、前記第1原料と前記第1酸化剤とを供給することにより、前記基板の表面の下地上に、第1酸化膜を堆積させる処理と、
前記第1温度よりも高い第2温度下で、前記基板に対して、前記第2原料と前記第2酸化剤とを供給することにより、前記第1酸化膜上に、前記第1酸化膜よりも厚い第2酸化膜を堆積させる処理と、
を行わせ、
前記第1酸化膜を堆積させる処理では、
前記基板に対して前記第1原料および触媒を供給することで、第1層を形成する処理と、
前記基板に対して前記第1酸化剤および触媒を供給することで、前記第1層を酸化させて第1酸化層を形成する処理と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行わせ、
前記第2酸化膜を堆積させる処理では、
前記基板に対して前記第2原料を供給することで、第2層を形成する処理と、
前記基板に対して前記第2酸化剤として、プラズマ励起させた酸素含有ガスを供給することで、前記第2層を酸化させて第2酸化層を形成する処理と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行わせるように、前記原料供給系、前記酸化剤供給系、前記触媒供給系、および前記ヒータ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において、
第1原料が単独で存在した場合に前記第1原料が熱分解しない第1温度下で、基板に対して、前記第1原料と第1酸化剤とを供給することにより、前記基板の表面の下地上に、第1酸化膜を堆積させる手順と、
前記第1温度よりも高い第2温度下で、前記基板に対して、第2原料と第2酸化剤とを供給することにより、前記第1酸化膜上に、前記第1酸化膜よりも厚い第2酸化膜を堆積させる手順と、
前記第1酸化膜を堆積させる手順において、
前記基板に対して前記第1原料および触媒を供給することで、第1層を形成する手順と、
前記基板に対して前記第1酸化剤および触媒を供給することで、前記第1層を酸化させて第1酸化層を形成する手順と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行わせる手順と、
前記第2酸化膜を堆積させる手順において、
前記基板に対して前記第2原料を供給することで、第2層を形成する手順と、
前記基板に対して前記第2酸化剤として、酸素含有ガスおよび水素含有ガスを供給することで、前記第2層を酸化させて第2酸化層を形成する手順と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行わせる手順と、
前記第2酸化層を形成する手順において、前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを反応させて原子状酸素を含む酸化種を生じさせ、前記酸化種により前記第2層を酸化させるとともに前記第1酸化膜を改質させる手順と、
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。 - 基板処理装置の処理室内において、
第1原料が単独で存在した場合に前記第1原料が熱分解しない第1温度下で、基板に対して、前記第1原料と第1酸化剤とを供給することにより、前記基板の表面の下地上に、第1酸化膜を堆積させる手順と、
前記第1温度よりも高い第2温度下で、前記基板に対して、第2原料と第2酸化剤とを供給することにより、前記第1酸化膜上に、前記第1酸化膜よりも厚い第2酸化膜を堆積させる手順と、
前記第1酸化膜を堆積させる手順において、
前記基板に対して前記第1原料および触媒を供給することで、第1層を形成する手順と、
前記基板に対して前記第1酸化剤および触媒を供給することで、前記第1層を酸化させて第1酸化層を形成する手順と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行わせる手順と、
前記第2酸化膜を堆積させる手順において、
前記基板に対して前記第2原料を供給することで、第2層を形成する手順と、
前記基板に対して前記第2酸化剤として、プラズマ励起させた酸素含有ガスを供給することで、前記第2層を酸化させて第2酸化層を形成する手順と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行わせる手順と、
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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