JP6817845B2 - 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
基板に対して第1アミノシランと酸化剤とを同時に供給することで、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む層を形成する工程と、
第1温度下で前記層に対して第1改質処理を行う工程と、
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、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む膜を形成する工程と、
前記第1温度よりも高い第2温度下で前記膜に対して第2改質処理を行う工程と、
を行う技術が提供される。
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。
ウエハ200に対してBDEASガスとN2Oガスとを同時に供給することで、Si、O、CおよびNを含む第1層を形成するステップと、
第1温度下で第1層に対して第1改質処理を行うステップと、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、ウエハ200上に、Si、O、CおよびNを含む第1膜を形成するステップと、
第1温度よりも高い第2温度下で第1膜に対して第2改質処理を行うステップと、
を行う。
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。処理室201内の排気、ウエハ200の加熱、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BDEASガスとN2Oガスとを同時に供給する。
ステップ1が終了した後、第1温度下で、ウエハ200上に形成された第1層に対して改質処理(第1改質処理)を行う。具体的には、バルブ243a,243cを閉じ、処理室201内へのBDEASガス、N2Oガスの供給をそれぞれ停止する。また、バルブ243d〜243fを開き、ノズル249a〜249cを介した処理室201内へのN2ガスの供給、すなわち、ウエハ200に対するN2ガスの供給を行う。
ステップ1,2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(nは1以上の整数))行うことにより、ウエハ200上に、第1膜として、所定組成および所定膜厚のSiOCN膜を形成することが可能となる。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、1サイクルあたりに形成される第1層の厚さを所望の膜厚よりも薄くし、第1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。
処理温度(第1温度):500〜650℃、好ましくは600〜650℃
処理圧力:0.2〜20Torr(26.6〜2660Pa)、好ましくは0.5〜2Torr(66.5〜266Pa)
BDEASガス供給流量:1〜1000sccm、好ましくは50〜100sccm
N2Oガス供給流量:100〜3000sccm、好ましくは500〜2000sccm
N2ガス供給流量:0〜1000sccm
ガス供給時間:60〜300秒、好ましくは60〜120秒
が例示される。なお、ステップ1における処理圧力は、ステップ2における処理圧力よりも低くするのが好ましく、さらには、後述する第2改質ステップにおける処理圧力よりも低くするのが好ましい。
処理温度(第1温度):500〜650℃、好ましくは600〜650℃
処理圧力:0.2〜760Torr(26.6〜101080Pa)、好ましくは0.5〜2Torr(66.5〜266Pa)
N2ガス供給流量:1000〜5000sccm
ガス供給時間:60〜300秒、好ましくは60〜120秒
が例示される。なお、ステップ2における処理圧力は、後述する第2改質ステップにおける処理圧力よりも低くするのが好ましい。
ウエハ200上に第1膜が形成された後、ウエハ200を昇温させる。すなわち、ウエハ200の温度を上述の第1温度よりも高い第2温度に変更(上昇)させる。その後、第2温度下で、ウエハ200上に形成された第1膜に対して改質処理(第2改質処理)を行う。このステップは、処理室201内の雰囲気を酸素非含有の雰囲気とした状態で行う。例えば、上述のステップ2と同様の処理手順により、ウエハ200に対するBDEASガスやN2Oガスの供給を不実施とし、N2ガスの供給を実施した状態で行う。
処理温度(第2温度):700〜800℃
処理圧力:0.5〜760Torr(66.5〜101080Pa)、好ましくは0.5〜100Torr(66.5〜13300Pa)
N2ガス供給流量:1000〜5000sccm
ガス供給時間:10〜60分
が例示される。
第2改質処理が終了したら、ガス供給管232d〜232f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から排気する。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)。
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(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。
図4(b)や以下に示す成膜シーケンスのように、上述のステップ1において、ウエハ200に対して、第1アミノシラン(BDEASガス)と、第1アミノシランとは異なる第2アミノシラン(3DMASガス)と、酸化剤(N2Oガス)とを同時に供給するようにしてもよい。
図5(a)や以下に示す成膜シーケンスのように、ウエハ200に対して第1アミノシラン(BDEASガス)とは異なる第2アミノシラン(3DMASガス)と酸化剤(N2Oガス)とを同時に供給することで第2層(SiOCN層)を形成するステップと、第1温度下で第2層に対して第1改質処理を行うステップと、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、ウエハ200上に、第2膜(SiOCN膜)を形成するステップを更に行うようにしてもよい。そして、BDEASガスを用いて形成した第1膜と、3DMASガスを用いて形成した第2膜と、を交互に積層することで積層膜(ナノラミネート膜)を形成し、この積層膜に対して第2改質処理を行うようにしてもよい。図5(a)では、以下の成膜シーケンスに示すn1,n2をそれぞれ1回とする例を示している。
図5(b)や以下に示す成膜シーケンスのように、ウエハ200上に形成された第1層や第2層に対して第1改質処理を行った後、処理後の各層に対してN2Oガスを供給する酸化ステップを更に行うようにしてもよい。図5(b)では、以下の成膜シーケンスに示すn1,n2をそれぞれ1回とする例を示している。
図6(a)や以下に示す成膜シーケンスのように、ウエハ200上に形成された第1層や第2層に対して第1改質処理を行った後、処理後の各層に対してN2Oガスを供給する酸化ステップを行い、その後、ステップ2と同様の第1改質処理を再び行うようにしてもよい。図6(a)では、以下の成膜シーケンスに示すn1,n2をそれぞれ1回とする例を示している。
図6(b)や以下に示す成膜シーケンスのように、ウエハ200上に第1層や第2層を形成した後、形成された各層に対してN2Oガスを供給する酸化ステップを行い、その後、これらの各層に対して第1改質処理を行うようにしてもよい。図6(b)では、以下の成膜シーケンスに示すn1,n2をそれぞれ1回とする例を示している。
図7や以下に示す成膜シーケンスのように、成膜ステップでは、ウエハ200に対するN2Oガスの供給を連続的に行うようにしてもよい。また、成膜ステップでは、ウエハ200に対するN2Oガスの供給を、ウエハ200に対するアミノシラン等の供給よりも先行して開始してもよい。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。ただし、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、
基板に対して第1アミノシランと酸化剤とを同時に供給することで、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む第1層を形成する工程と、
第1温度下で前記第1層に対して第1改質処理を行う工程と、
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、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む第1膜を形成する工程と、
前記第1温度よりも高い第2温度下で前記第1膜に対して第2改質処理を行う工程と、
を有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、
前記基板に対して前記第1アミノシランとは異なる第2アミノシランまたはアルコキシシランを供給する工程を更に有する。
付記2に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1層を形成する工程では、前記第2アミノシランまたは前記アルコキシシランと、前記第1アミノシランと、前記酸化剤と、を同時に供給する。
付記2に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2アミノシランまたは前記アルコキシシランと酸化剤とを同時に供給することで、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む第2層を形成する工程と、
前記第1温度下で前記第2層に対して第1改質処理を行う工程と、
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、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む第2膜を形成する工程と、
前記第1膜を形成する工程と、前記第2膜を形成する工程と、を交互に行うことで、前記基板上に、前記第1膜と前記第2膜とが交互に積層されてなる積層膜を形成する工程と、
を更に有し、
前記第2改質処理を行う工程では、前記積層膜に対して前記第2改質処理を行う。
付記1〜4のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第1膜(前記第2膜)を形成する工程では、前記酸化剤を連続的に供給する。
付記4に記載の方法であって、好ましくは、
積層膜を形成する工程では、前記酸化剤を連続的に供給する。
付記1〜6のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第1膜(前記第2膜)を形成する工程では、前記酸化剤の供給を前記第1アミノシラン(前記第2アミノシランまたは前記アルコキシシラン)の供給よりも先行して開始する。
付記2〜7のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第1アミノシランの1分子中におけるアミノリガンドの数が、前記第2アミノシランの1分子中におけるアミノリガンドの数と異なる。
付記2〜8のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第1アミノシランの1分子中における炭素原子の数が、前記第2アミノシランの1分子中における炭素原子の数と異なる。
付記2〜9のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第1アミノシランの1分子中における窒素原子の数が、前記第2アミノシランの1分子中における窒素原子の数と異なる。
付記2〜10のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第1アミノシランの1分子中における窒素原子の数に対する炭素原子の数の比が、前記第2アミノシランの1分子中における窒素原子の数に対する炭素原子の数の比と異なる。
付記1〜11のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記酸化剤は酸化窒素系ガスを含む。好ましくは、前記酸化剤は亜酸化窒素を含む。
本発明の他の態様によれば、
基板に対して処理が行われる処理室と、
前記処理室内の基板に対してアミノシランを供給するアミノシラン供給系と、
前記処理室内の基板に対して酸化剤を供給する酸化剤供給系と、
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、基板に対して前記アミノシランと前記酸化剤とを同時に供給することで、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む層を形成する処理と、第1温度下で前記層に対して第1改質処理を行う処理と、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、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む膜を形成する処理と、前記第1温度よりも高い第2温度下で前記膜に対して第2改質処理を行う処理と、を行わせるように、前記アミノシラン供給系、前記酸化剤供給系、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が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内において、
基板に対してアミノシランと酸化剤とを同時に供給することで、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む層を形成する手順と、
第1温度下で前記層に対して第1改質処理を行う手順と、
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、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む膜を形成する手順と、
前記第1温度よりも高い第2温度下で前記膜に対して第2改質処理を行う手順と、
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、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。
Claims (18)
- 基板に対してシリコン、炭素および窒素を含む第1アミノシランと酸素を含む酸化剤とを同時に供給することで、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む第1層を形成する工程と、
第1温度下で前記第1層に対して第1改質処理を行う工程と、
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、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む第1膜を形成する工程と、
前記第1温度よりも高い第2温度下で前記第1膜に対して第2改質処理を行う工程と、
を有し、
前記第1層を形成する工程では、前記第1アミノシランに含まれる炭素および窒素が前記第1層中に残る条件下で、前記基板に対して前記第1アミノシランと前記酸化剤とを同時に供給し、
前記基板に対して前記第1アミノシランとは異なる第2アミノシランまたはアルコキシシランと酸化剤とを同時に供給することで、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む第2層を形成する工程と、
前記第1温度下で前記第2層に対して前記第1改質処理を行う工程と、
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、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む第2膜を形成する工程と、
前記第1膜を形成する工程と、前記第2膜を形成する工程と、を交互に行うことで、前記基板上に、前記第1膜と前記第2膜とが交互に積層されてなる積層膜を形成する工程と、
を更に有し、
前記第2改質処理を行う工程では、前記積層膜に対して前記第2改質処理を行う半導体装置の製造方法。 - 前記第1層の組成は前記第2層の組成と異なり、前記第1膜の組成は前記第2膜の組成と異なる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1層の炭素濃度、窒素濃度、または、窒素濃度に対する炭素濃度の比は、前記第2層のそれと異なり、前記第1膜の炭素濃度、窒素濃度、または、窒素濃度に対する炭素濃度の比は、前記第2膜のそれと異なる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1膜を形成する工程では、前記酸化剤を連続的に供給する請求項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膜を形成する工程では、前記酸化剤を連続的に供給する請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記積層膜を形成する工程では、前記酸化剤を連続的に供給する請求項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1膜を形成する工程では、前記酸化剤の供給を前記第1アミノシランの供給よりも先行して開始する請求項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膜を形成する工程では、前記酸化剤の供給を前記第2アミノシランまたは前記アルコキシシランの供給よりも先行して開始する請求項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1アミノシランの1分子中におけるアミノリガンドの数が、前記第2アミノシランの1分子中におけるアミノリガンドの数と異なる請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1アミノシランの1分子中における炭素原子の数が、前記第2アミノシランの1分子中における炭素原子の数と異なる請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1アミノシランの1分子中における窒素原子の数が、前記第2アミノシランの1分子中における窒素原子の数と異なる請求項1〜10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アミノシランの1分子中における窒素原子の数に対する炭素原子の数の比が、前記第2アミノシランの1分子中における窒素原子の数に対する炭素原子の数の比と異なる請求項1〜11のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸化剤は酸化窒素系ガスを含む請求項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温度は500℃以上650℃以下である請求項1〜13のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1温度は600℃以上650℃以下である請求項1〜14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温度は700℃以上1200℃以下である請求項1〜15のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板に対して処理が行われる処理室と、
前記処理室内の基板に対してシリコン、炭素および窒素を含む第1アミノシランを供給する第1アミノシラン供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記第1アミノシランとは異なる第2アミノシランまたはアルコキシシランを供給する第2アミノシランまたはアルコキシシラン供給系と、
前記処理室内の基板に対して酸素を含む酸化剤を供給する酸化剤供給系と、
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、基板に対して前記第1アミノシランと前記酸化剤とを同時に供給することで、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む第1層を形成する処理と、
第1温度下で前記第1層に対して第1改質処理を行う処理と、
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、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む第1膜を形成する処理と、
前記第1温度よりも高い第2温度下で前記膜に対して第2改質処理を行う処理と、を行わせ、
前記第1層を形成する処理では、前記第1アミノシランに含まれる炭素および窒素が前記第1層中に残る条件下で、前記基板に対して前記第1アミノシランと前記酸化剤とを同時に供給し、
前記第2アミノシランまたは前記アルコキシシランと酸化剤とを同時に供給することで、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む第2層を形成する処理と、
前記第1温度下で前記第2層に対して前記第1改質処理を行う処理と、
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、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む第2膜を形成する処理と、
前記第1膜を形成する処理と、前記第2膜を形成する処理と、を交互に行うことで、前記基板上に、前記第1膜と前記第2膜とが交互に積層されてなる積層膜を形成する処理と、
を更に行わせ、
前記第2改質処理を行う処理では、前記積層膜に対して前記第2改質処理を行うように、前記第1アミノシラン供給系、前記第2アミノシランまたはアルコキシシラン供給系、前記酸化剤供給系、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、
基板に対してシリコン、炭素および窒素を含む第1アミノシランと酸素を含む酸化剤とを同時に供給することで、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む第1層を形成する手順と、
第1温度下で前記第1層に対して第1改質処理を行う手順と、
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、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む第1膜を形成する手順と、
前記第1温度よりも高い第2温度下で前記第1膜に対して第2改質処理を行う手順と、
前記第1層を形成する手順において、前記第1アミノシランに含まれる炭素および窒素が前記第1層中に残る条件下で、前記基板に対して前記第1アミノシランと前記酸化剤とを同時に供給する手順と、
前記基板に対して前記第1アミノシランとは異なる第2アミノシランまたはアルコキシシランと酸化剤とを同時に供給することで、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む第2層を形成する手順と、
前記第1温度下で前記第2層に対して前記第1改質処理を行う手順と、
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、シリコン、酸素、炭素および窒素を含む第2膜を形成する手順と、
前記第1膜を形成する手順と、前記第2膜を形成する手順と、を交互に行うことで、前記基板上に、前記第1膜と前記第2膜とが交互に積層されてなる積層膜を形成する手順と、
前記第2改質処理を行う手順において、前記積層膜に対して前記第2改質処理を行う手順と、
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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