JP6847202B2 - 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。
Flashメモリのコントロールゲート膜やMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)のワードライン向け電極、バリア膜を形成するため半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、処理室内の基板に対して処理ガスを供給することで行われる基板処理、例えば成膜処理や酸化処理等が行われることがある。
特開2012−67328号公報
従来、半導体装置の製造方法における選択的な薄膜の成長方法は、結晶Si基板にSiまたはSiGeを成長させる、エピタキシャル成長技術や、連続的な原料ガスを供給する方法によって、膜を成長させる選択的CVDなどがある。これらの方法はいずれも、材質の異なる表面における薄膜の成長時間差(インキュベーションタイム)を利用する方法であったが、有限の時間内には厚く成膜できないことや、選択性の不完全性に起因して、実用化は限定的となっていた。また、半導体デバイスの加工には、種々の加工用の薄膜、いわゆるハードマスクが用いられているが、従来の場合、加工したい(エッチングしたい)表面と、そうでない表面とを分ける為に、レジスト等による露光をおこない、ハードマスク自体を加工する必要があった。この方法では、レジスト加工を行う工程分だけ、製造コストが増加する問題があった。したがって、選択性が向上した選択的成長技術が提供できれば、加工したい表面とそうでない表面を、成膜プロセスのみで区分けることが可能となり、半導体装置の製造上、コストの低減に寄与することが可能となる。
本発明の目的は、材質の異なる表面を有する基板に対して選択性良く膜を選択成長させる技術を提供することである。
本発明の一態様によれば、
(a)表面に、第1の金属膜と、前記第1の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された基板に対して、金属含有ガスと反応ガスとを交互に供給して、前記基板上に第2の金属膜を形成する工程と、
(b)前記基板に対して、エッチングガスを供給して、前記第1の金属膜上に形成された前記第2の金属膜を残しつつ、前記絶縁膜上に形成された第2の金属膜を除去する工程と、
を有し、(a)と(b)とを交互に繰り返すことにより、前記第1の金属膜上に前記第2の金属膜を選択成長させる技術が提供される。
材質の異なる表面を有する基板に対して選択性良く膜を選択成長させることができる。
本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。 図1のA−A線に沿った概略的な横断面図である。 図1に示す基板処理装置が有するコントローラの構成を示すブロック図である。 図4(a)はインキュベーションタイムを説明する図であり、図4(b)は成膜とエッチングの交互シーケンスを説明する図であり、図4(c)は成膜とエッチングの交互シーケンスによる膜の成長のイメージ図である。 本発明の第1の実施形態の成膜処理における好適なガス供給のタイミングを示す図である。 本発明の第1の実施形態の変形例1の成膜処理における好適なガス供給のタイミングを示す図である。 本発明の第1の実施形態の変形例2の成膜処理における好適なガス供給のタイミングを示す図である。 本発明の第1の実施形態の変形例3の成膜処理における好適なガス供給のタイミングを示す図である。 本発明の第1の実施形態の変形例4の成膜処理における好適なガス供給のタイミングを示す図である。 本発明の第2の実施形態の成膜処理における好適なガス供給のタイミングを示す図である。
集積回路の微細化が進むにつれ、ダブルパターニングのような手法が取り入れられ、微細構造を形成するための工程数( = 製造コスト)が増加している。微細構造を形成する際、まずウエハ上に一様に成膜し、次に所望のパターンを描写し、最後に不要な個所を除去する複数の工程が必要になる。本発明では、工程数増加の課題を解決するために成膜したい所にだけ成膜する技術を提供することを意図する。
底が基板A、側壁が基板Bで形成されたホールやトレンチの埋め込みを行う際、底と側壁の両方から膜Cが成長した場合、最終的には側壁から成長する膜によりガスの入口がふさがれてボイドやシームが発生する。基板A上では成膜するが、基板B上では成膜しないような選択性のある成膜ができれば、膜はホールやトレンチの底から成長しボイドやシームを生じることなく埋め込みが可能である。
成膜時における選択的成長方法は、それが理想的に機能すれば、所望の部位に成長させることで、目的を達することができる。しかしながら、成膜のみで所望の部位に薄膜を成長させることは、選択性の不完全性(選択性の破れ)がともなうため、困難である場合がある。また、処理ガス(成膜ガス)を連続的に供給する方法においては、もう一つの課題に直面する。それは、成膜する薄膜の厚さが、成長させる部位の表面密度に依存することである。この現象はローディング効果と呼ばれるものであり、連続的に処理ガスを流して行う選択成長において、克服すべき問題である。以下では、成膜とエッチングを繰り返し交互に行う方法において、成膜及びエッチングも交互に行う例について説明する。この方法では、薄膜を成長させるべき表面に対して、十分過剰な成膜原料、エッチング原料を供給することが可能であり、ローディング効果を緩和する効果が大きい。
図4(a)のように、膜の付き始めの遅れ(インキュベーション)が下地ごとに異なることを利用する。インキュベーションの長い下地においてもサイクルを重ねるうちに核成長が始まり膜が付き始めるのでこの方法だけでは成膜したくない所に成膜せずに成膜したい所で目的の膜厚を得るには不十分である。そこでエッチングにより成膜したくない下地に成長し始めた膜を除去する。基板Aだけに膜Cを成膜したければ基板A上で所望の膜厚になるまで成膜とエッチングを交互に繰り返す図4(b)のシーケンスを行うことで基板A上に基板Bに対して選択的に成膜する。
図4(b)のシーケンスを行った場合の時間に対する膜厚の変化を図4(c)に示す。基板A上では成膜開始直後から膜が付き始める。一方、基板B上ではインキュベーション時間tdelay経過後に膜が付き始める。このタイミングでエッチングを行い基板B上の膜を除去する。このエッチングの工程では基板A上の膜もdTだけエッチングされる。基板B上で成膜を抑制しつつ基板A上で膜厚を増やすには(基板Aに付いた膜厚TA)>dT>(基板Bに付いた膜厚TB)である必要がある。そのためエッチングには高い制御性が求められる。エッチングの制御性を高める方法としては低温、低圧でエッチングを行うことが考えられる。エッチングの制御性を高めるほかの手法としてはエッチング対象の膜の表面を改質する改質ガスと膜はエッチングしないが改質された層はエッチングするエッチングガスを交互に供給するシーケンスが考えられる。改質ガスによる改質層の厚さは改質ガスの暴露量に対して飽和することが好ましい。
<本発明の第1の実施形態>
以下、本発明の一実施形態について、図1〜5を参照しながら説明する。基板処理装置10は半導体装置の製造工程において使用される装置の一例として構成されている。
(1)基板処理装置の構成
基板処理装置10は、加熱手段(加熱機構、加熱系)としてのヒータ207が設けられた処理炉202を備える。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の内側には、ヒータ207と同心円状に反応容器(処理容器)を構成するアウタチューブ203が配設されている。アウタチューブ203は、例えば石英(SiO)、炭化シリコン(SiC)などの耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。アウタチューブ203の下方には、アウタチューブ203と同心円状に、マニホールド(インレットフランジ)209が配設されている。マニホールド209は、例えばステンレス(SUS)などの金属からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド209の上端部と、アウタチューブ203との間には、シール部材としてのOリング220aが設けられている。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、アウタチューブ203は垂直に据え付けられた状態となる。
アウタチューブ203の内側には、反応容器を構成するインナチューブ204が配設されている。インナチューブ204は、例えば石英(SiO)、炭化シリコン(SiC)などの耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。主に、アウタチューブ203と、インナチューブ204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(インナチューブ204の内側)には処理室201が形成されている。
処理室201は、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鉛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。
処理室201内には、ノズル410,420,430,440がマニホールド209の側壁およびインナチューブ204を貫通するように設けられている。ノズル410,420,430,440には、ガス供給管310,320,330,340が、それぞれ接続されている。ただし、本実施形態の処理炉202は上述の形態に限定されない。ノズル等の数は、必要に応じて、適宜変更される。
ガス供給管310,320,330,340には上流側から順に流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ(MFC)312,322,332,342がそれぞれ設けられている。また、ガス供給管310,320,330,340には、開閉弁であるバルブ314,324,334,344がそれぞれ設けられている。ガス供給管310,320,330,340のバルブ314,324,334,344の下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管510,520,530,540がそれぞれ接続されている。ガス供給管510,520,530,540には、上流側から順に、流量制御器(流量制御部)であるMFC512,522,532,542および開閉弁であるバルブ514,524,534,544がそれぞれ設けられている。
ノズル410,420,430,440は、L字型のノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド209の側壁およびインナチューブ204を貫通するように設けられている。ノズル410,420,430,440の垂直部は、インナチューブ204の径方向外向きに突出し、かつ鉛直方向に延在するように形成されているチャンネル形状(溝形状)の予備室201aの内部に設けられており、予備室201a内にてインナチューブ204の内壁に沿って上方(ウエハ200の配列方向上方)に向かって設けられている。
ノズル410,420,430,440は、処理室201の下部領域から処理室201の上部領域まで延在するように設けられており、ウエハ200と対向する位置にそれぞれ複数のガス供給孔410a,420a,430a,440aが設けられている。これにより、ノズル410,420,430,440のガス供給孔410a,420a,430a,440aからそれぞれウエハ200に処理ガスを供給する。このガス供給孔410a,420a,430a,440aは、インナチューブ204の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれ同一の開口面積を有し、さらに同一の開口ピッチで設けられている。ただし、ガス供給孔410a,420a,430a,440aは上述の形態に限定されない。例えば、インナチューブ204の下部から上部に向かって開口面積を徐々に大きくしてもよい。これにより、ガス供給孔410a,420a,430a,440aから供給されるガスの流量をより均一化することが可能となる。
ノズル410,420,430,440のガス供給孔410a,420a,430a,440aは、後述するボート217の下部から上部までの高さの位置に複数設けられている。そのため、ノズル410,420,430のガス供給孔410a,420a,430a,440aから処理室201内に供給された処理ガスは、ボート217の下部から上部までに収容されたウエハ200、すなわちボート217に収容されたウエハ200の全域に供給される。ノズル410,420,430,440は、処理室201の下部領域から上部領域まで延在するように設けられていればよいが、ボート217の天井付近まで延在するように設けられていることが好ましい。
ガス供給管310からは、処理ガスとして、還元ガスがMFC312、バルブ314、ノズル410を介して処理室201内に供給される。第1の還元ガスとしては、例えば、ホウ素(B)を含むB含有ガスであるジボラン(B)等が用いられる。第2の還元ガスとしては、例えば、水素原子(H)を含むH含有ガスである水素(H)が用いられる。処理内容に応じて、第1の還元ガスと第2の還元ガスの片方のみを処理室201内へ供給してもよいし、第1の還元ガスと第2の還元ガスを切り換えて処理室201内へ供給する共通管としてもよい。なお、水素(H)を後述する改質工程で用いる場合は還元ガスを改質ガス(第2の改質ガス)と称する場合もある。
ガス供給管320からは、処理ガスとして、金属元素を含む金属含有ガス(金属含有原料(ガス)とも称する)が、MFC322、バルブ324、ノズル420を介して処理室201内に供給される。金属含有ガスとしては、例えば、金属元素としてのタングステン(W)を含む六フッ化タングステン(WF)が用いられる。
ガス供給管330からは、処理ガスとして、エッチングガスが、MFC332、バルブ334、ノズル430を介して処理室201内に供給される。エッチングガスとしては、例えば、ハロゲン化物であり、フッ素含有ガスである三フッ化窒素(NF)が用いられる。
ガス供給管340からは、処理ガスとして、改質ガスが、MFC342、バルブ344、ノズル440を介して処理室201内に供給される。改質ガスとしては、例えば、酸素含有ガスである酸化ガスとしてオゾン(O)が用いられる。改質ガスとして、例えば、窒素含有ガスである窒化ガスとしてアンモニア(NH)を用いることも可能である。Hを後述する改質工程で改質ガスとして用いる場合は、OもしくはNHを第1の改質ガスと称し、Hを第2の改質ガスと称する場合もある。
ガス供給管510,520,530,540からは、不活性ガスとして、例えば窒素(N)ガスが、それぞれMFC512,522,532,542、バルブ514,524,534,544、ノズル410,420,430,440を介して処理室201内に供給される。なお、以下、不活性ガスとしてNガスを用いる例について説明するが、不活性ガスとしては、Nガス以外に、例えば、アルゴン(Ar)ガス、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、キセノン(Xe)ガス等の希ガスを用いてもよい。
主に、ガス供給管310,320,330,340、MFC312,322,332,342、バルブ314,324,334,344、ノズル410,420,430,440により処理ガス供給系が構成されるが、ノズル410,420,430,440のみを処理ガス供給系と考えてもよい。処理ガス供給系を、単に、ガス供給系と称することもできる。ガス供給管310から還元ガスを流す場合、主に、ガス供給管310,MFC312、バルブ314により還元ガス供給系が構成されるが、ノズル410を還元ガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管320から金属含有ガスを流す場合、主に、ガス供給管320,MFC322、バルブ324により金属含有ガス供給系が構成されるが、ノズル320を金属含有ガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管330からエッチングガスを流す場合、主に、ガス供給管330,MFC332、バルブ334によりエッチングガス供給系が構成されるが、ノズル430をエッチングガス供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管340から改質ガスを流す場合、主に、ガス供給管340,MFC342、バルブ344により改質ガス供給系が構成されるが、ノズル440を改質ガス供給系に含めて考えてもよい。主に、ガス供給管510,520,530,540、MFC512,522,532,542、バルブ514,524,534,544により不活性ガス供給系が構成される。不活性ガス供給系を、パージガス供給系、希釈ガス供給系、或いは、キャリアガス供給系と称することもできる。
本実施形態におけるガス供給の方法は、インナチューブ204の内壁と、複数枚のウエハ200の端部とで定義される円環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内の予備室201a内に配置したノズル410,420,430,440を経由してガスを搬送している。そして、ノズル410,420,430,440のウエハと対向する位置に設けられた複数のガス供給孔410a,420a,430a,440aからインナチューブ204内にガスを噴出させている。より詳細には、ノズル410のガス供給孔410a、ノズル420のガス供給孔420a、ノズル430のガス供給孔430a、ノズル440のガス供給孔440aにより、ウエハ200の表面と平行方向、すなわち水平方向に向かって原料ガス等を噴出させている。
排気孔(排気口)204aは、インナチューブ204の側壁であってノズル410,420,430,440に対向した位置、すなわち予備室201aとは180度反対側の位置に形成された貫通孔であり、例えば、鉛直方向に細長く開設されたスリット状の貫通孔である。そのため、ノズル410,420,430,440のガス供給孔410a,420a,430a,440aから処理室201内に供給され、ウエハ200の表面上を流れたガス、すなわち、残留するガス(残ガス)は、排気孔204aを介してインナチューブ204とアウタチューブ203との間に形成された隙間からなる排気路206内に流れる。そして、排気路206内へと流れたガスは、排気管231内に流れ、処理炉202外へと排出される。
排気孔204aは、複数のウエハ200と対向する位置(好ましくはボート217の上部から下部と対向する位置)に設けられており、ガス供給孔410a、420a、430a,440aから処理室201内のウエハ200の近傍に供給されたガスは、水平方向、すなわちウエハ200の表面と平行方向に向かって流れた後、排気孔204aを介して排気路206内へと流れる。すなわち、処理室201に残留するガスは、排気孔204aを介してウエハ200の主面に対して平行に排気される。なお、排気孔204aはスリット状の貫通孔として構成される場合に限らず、複数個の孔により構成されていてもよい。
マニホールド209には、処理室201内の雰囲気を排気する排気管231が設けられている。排気管231には、上流側から順に、処理室201内の圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ245,APC(Auto Pressure Controller)バルブ243,真空排気装置としての真空ポンプ246が接続されている。APCバルブ243は、真空ポンプ246を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室201内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ246を作動させた状態で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。主に、排気孔204a,排気路206,排気管231,APCバルブ243および圧力センサ245により、排気系すなわち排気ラインが構成される。なお、真空ポンプ246を排気系に含めて考えてもよい。
マニホールド209の下方には、マニホールド209の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219は、マニホールド209の下端に鉛直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ219は、例えばSUS等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、マニホールド209の下端と当接するシール部材としてのOリング220bが設けられている。シールキャップ219における処理室201の反対側には、ウエハ200を収容するボート217を回転させる回転機構267が設置されている。回転機構267の回転軸255は、シールキャップ219を貫通してボート217に接続されている。回転機構267は、ボート217を回転させることでウエハ200を回転させるように構成されている。シールキャップ219は、アウタチューブ203の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ115によって鉛直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ115は、シールキャップ219を昇降させることで、ボート217を処理室201内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。ボートエレベータ115は、ボート217およびボート217に収容されたウエハ200を、処理室201内外に搬送する搬送装置(搬送機構)として構成されている。
基板支持具としてのボート217は、複数枚、例えば25〜200枚のウエハ200を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で鉛直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート217は、例えば石英やSiC等の耐熱性材料からなる。ボート217の下部には、例えば石英やSiC等の耐熱性材料からなる断熱板218が水平姿勢で多段(図示せず)に支持されている。この構成により、ヒータ207からの熱がシールキャップ219側に伝わりにくくなっている。ただし、本実施形態は上述の形態に限定されない。例えば、ボート217の下部に断熱板218を設けずに、石英やSiC等の耐熱性材料からなる筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。
図2に示すように、インナチューブ204内には温度検出器としての温度センサ263が設置されており、温度センサ263により検出された温度情報に基づきヒータ207への通電量を調整することで、処理室201内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ263は、ノズル410,420,430,440と同様にL字型に構成されており、インナチューブ204の内壁に沿って設けられている。
図3に示すように、制御部(制御手段)であるコントローラ280は、CPU(Central Processing Unit)280a,RAM(Random Access Memory)280b,記憶装置280c,I/Oポート280dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM280b,記憶装置280c,I/Oポート280dは、内部バスを介して、CPU280a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280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282が接続されている。
記憶装置280c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280c内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラム、後述する半導体装置の製造方法の手順や条件などが記載されたプロセスレシピなどが、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する半導体装置の製造方法における各工程(各ステップ)をコントローラ280に実行させ、所定の結果を得ることができ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、制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。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、プロセス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、プロセスレシピおよび制御プログラムの組み合わせを含む場合がある。RAM280bは、CPU280a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(ワークエリア)として構成されている。
I/Oポート280dは、上述のMFC312,322,332,342,512,522,532,542、バルブ314,324,334,342,514,524,534,544、圧力センサ245、APCバルブ243、真空ポンプ246、ヒータ207、温度センサ263、回転機構267、ボートエレベータ115等に接続されている。
CPU280aは、記憶装置280c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282からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置280cからレシピ等を読み出すように構成されている。CPU280aは、読み出したレシピの内容に沿うように、MFC312,322,332,342,512,522,532,542による各種ガスの流量調整動作、バルブ314,324,334,344,514,524,534,544の開閉動作、APCバルブ243の開閉動作およびAPCバルブ243による圧力センサ245に基づく圧力調整動作、温度センサ263に基づくヒータ207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によるボート217の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ115によるボート217の昇降動作、ボート217へのウエハ200の収容動作等を制御するように構成されている。
コントローラ280は、外部記憶装置(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、CDやDVD等の光ディスク、MO等の光磁気ディスク、USBメモリやメモリカード等の半導体メモリ)123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280cや外部記憶装置283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は、記憶装置280c単体のみを含む場合、外部記憶装置283単体のみを含む場合、または、そ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283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。
(2)基板処理工程(成膜工程)
半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板に金属膜を選択成長させる工程の一例について、図5を用いて説明する。基板に金属膜を選択成長させる工程は、上述した基板処理装置10の処理炉202を用いて実行される。以下の説明において、基板処理装置10を構成する各部の動作はコントローラ280により制御される。
なお、本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体(集合体)」を意味する場合(すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合)がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面(露出面)」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。なお、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。
(ウエハ搬入)
最表面にチタン窒化膜(TiN膜、第1の金属膜)と、酸化物やシリコン(Si)膜等であって第1の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された(露出した)複数枚のウエハ200を処理室201内に搬入(ボートロード)する。具体的には、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、図1に示されているように、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内に搬入される。この状態で、シールキャップ219はOリング220を介して反応管203の下端開口を閉塞した状態となる。
(圧力調整および温度調整)
処理室201内が所望の圧力(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243がフィードバック制御される(圧力調整)。真空ポンプ246は、少なくともウエハ200に対する処理が完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への通電量がフィードバック制御される(温度調整)。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に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
続いて、最表面にチタン窒化膜(TiN膜、第1の金属膜)と、酸化物やシリコン(Si)膜等であって第1の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された(露出した)ウエハ200上のTiN膜上に、W膜(第2の金属膜)を選択成長させる工程を実行する。
[タングステン(W)層形成工程(W deposition)]
まず、ウエハ200上に、金属層であるW層を形成する工程を実行する。
(Bガス供給ステップ)
バルブ314を開き、ガス供給管310内に、第1の還元ガスとしてB含有ガスであるBガスを流す。Bガスは、MFC312により流量調整され、ノズル410のガス供給孔410aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このときウエハ200に対して、Bガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ514を開き、ガス供給管510内にNガスを流す。ガス供給管510内を流れたNガスは、MFC512により流量調整される。NガスはBガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ノズル420,430,440内へのBガスの侵入を防止するために、バルブ524,534,544を開き、ガス供給管520,530,540内にNガスを流す。Nガスは、ガス供給管320,330,340、ノズル420,430,440を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
ガスを流すときは、APCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば10〜3990Paの範囲内の圧力とする。MFC312で制御するBガスの供給流量は、例えば0.01〜20slmの範囲内の流量とする。MFC512,522,532,542で制御するNガスの供給流量は、それぞれ例えば0.0.01〜30slmの範囲内の流量とする。Bガスをウエハ200に対して供給する時間は、例えば0.01〜60秒の範囲内の時間とする。このときヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば100〜350℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。処理室201内に流しているガスはBガスとNガスのみであり、Bガスの供給により、ウエハ200の最表面が還元される。
(残留ガス除去ステップ)
ガスの供給を所定時間供給した後、バルブ314を閉じて、Bガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ243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還元に寄与した後のBガスを処理室201内から排除する。このときバルブ514,524,534,544は開いたままとして、Nガスの処理室201内への供給を維持する。Nガスはパージガスとして作用し、処理室201内に残留する未反応もしくは還元に寄与した後のBガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。
(WFガス供給ステップ)
バルブ324を開き、ガス供給管320内に原料ガスであるWFガスを流す。WFガスは、MFC322により流量調整され、ノズル420のガス供給孔420aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してWFガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ524を開き、ガス供給管520内にNガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管520内を流れたNガスは、MFC522により流量調整され、WFガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。なお、このとき、ノズル410,430,440内へのWFガスの侵入を防止するために、バルブ514,534,544を開き、ガス供給管510,530,540内にNガスを流す。Nガスは、ガス供給管310,330,340、ノズル410,430,440を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
このときAPCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば0.1〜6650Paの範囲内の圧力とする。MFC322で制御するWFガスの供給流量は、例えば0.01〜10slmの範囲内の流量とする。MFC512,522,532,542で制御するNガスの供給流量は、それぞれ例えば0.1〜30slmの範囲内の流量とする。WFガスをウエハ200に対して供給する時間は、例えば0.01〜600秒の範囲内の時間とする。このときヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えばステップ21と同様の温度となるような温度に設定する。
このとき、処理室201内に流しているガスはWFガスとNガスのみである。WFガスの供給により、ウエハ200上に、例えば1原子層未満から数原子層程度の厚さのW層が形成される。
(残留ガス除去ステップ)
W層が形成された後、バルブ324を閉じ、WFガスの供給を停止する。そして、Bガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップ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W層形成に寄与した後のWFガスを処理室201内から排除する。
(所定回数実施)
上記したステップを順に行うサイクルを1回以上(所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200のTiN膜上に、所定の厚さ(例えば0.1〜4.0nm)のW層を形成する。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。
[エッチング工程]
続いて、ウエハ200の絶縁膜上に形成されたW層をエッチングする工程を実行する。
(NFガス供給ステップ)
バルブ334を開き、ガス供給管330内にエッチングガスであるNFガスを流す。NFガスは、MFC332により流量調整され、ノズル430のガス供給孔430aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してNFガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ534を開き、ガス供給管530内にNガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管530内を流れたNガスは、MFC532により流量調整され、NFガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。なお、このとき、ノズル410,420,440内へのNFガスの侵入を防止するために、バルブ514,524,544を開き、ガス供給管510,520,540内にNガスを流す。Nガスは、ガス供給管310,320,340、ノズル410,420,440を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
このときAPCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば0〜100Paの範囲内の圧力とする。好ましくは、W層形成工程より低圧とする。MFC332で制御するNFガスの供給流量は、例えば0.01〜1slmの範囲内の流量とする。MFC512,522,532,542で制御するNガスの供給流量は、それぞれ例えば1〜5slmの範囲内の流量とする。NFガスをウエハ200に対して供給する時間は、例えば30〜600秒の範囲内の時間とする。このときヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば100〜500℃の範囲内の時間とする。好ましくは、W層形成工程より低温とする。
このとき、NFガスにより、ウエハ200上に形成されたW層がエッチングされる。インキュベーションタイムの差により、ウエハ200上のTiN膜上に形成されたW層は、絶縁膜上に形成されたW層より厚いため、絶縁膜上に形成されたW層がエッチングされた後も、所定の厚さだけ、TiN膜上にはW層が残る。絶縁膜上に形成されたW層がエッチングされたら、NFガスの供給を止める。
(残留ガス除去ステップ)
W層がエッチングされた後、バルブ334を閉じ、NFガスの供給を停止する。そして、Bガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップ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W層のエッチングに寄与した後のNFガスを処理室201内から排除する。
[所定回数実施]
W層形成工程とエッチング工程とを順に行うサイクルを1回以上(所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200のTiN膜上に、所定の厚さ(例えば2〜20nm)のW膜を選択成長させる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。
(アフターパージおよび大気圧復帰)
ガス供給管510,520,530,540のそれぞれからNガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。Nガスはパージガスとして作用し、これにより処理室201内が不活性ガスでパージされ、処理室201内に残留するガスや副生成物が処理室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)。
(ウエハ搬出)
その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降されて、反応管203の下端が開口される。そして、処理済ウエハ200がボート217に支持された状態で反応管203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。その後、処理済のウエハ200は、ボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。
(3)本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を得ることができる。
(a)W層形成とエッチングとを交互に行うことにより、金属膜と絶縁膜とが形成された基板の金属膜上にのみW膜を選択性よく選択成長させることが可能となる。
(b)W膜形成工程より低温、低圧でエッチング工程を行うことにより、エッチングの制御性を高め、金属膜と絶縁膜とが形成された基板の金属膜上にのみW膜を選択性よく選択成長させることが可能となる。
<変形例1>
第1の実施形態の変形例1について、図6を用いて説明する。ここで、第1の実施形態と同様の箇所については説明を省略し、異なる箇所について主に詳細を説明する。
本変形例1が第1の実施形態と異なる箇所は、主に、エッチング工程において、NFガス供給ステップを行う前に前処理(pre−treatment)ステップを行う点である。以下に、前処理工程について説明する。
(前処理(pre−treatment)ステップ(Oガス供給ステップ))
バルブ344を開き、ガス供給管340内に改質ガス(酸化ガス)であるOガスを流す。Oガスは、MFC342により流量調整され、ノズル440のガス供給孔440aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してOガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ544を開き、ガス供給管540内にNガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管540内を流れたNガスは、MFC542により流量調整され、Oガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。なお、このとき、ノズル410,420,430内へのOガスの侵入を防止するために、バルブ514,524,534を開き、ガス供給管510,520,530内にNガスを流す。Nガスは、ガス供給管310,320,330、ノズル410,420,430を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
このときAPCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば50〜500Paの範囲内の圧力とする。MFC342で制御するOガスの供給流量は、例えば0.1〜3slmの範囲内の流量とする。MFC512,522,532,542で制御するNガスの供給流量は、それぞれ例えば0.1〜3slmの範囲内の流量とする。Oガスをウエハ200に対して供給する時間は、例えば200〜2000秒の範囲内の時間とする。このときヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば100〜400℃の範囲内の時間とする。このとき、Oガスにより、ウエハ200上に形成されたW層が改質(酸化)される。
(残留ガス除去ステップ)
W層が十分に改質された後、バルブ344を閉じ、Oガスの供給を停止する。そして、Bガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップ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W層の改質に寄与した後のOガスを処理室201内から排除する。
次に、上述したNFガス供給ステップおよびその後の残留ガス除去ステップを行う。
(所定回数実施)
ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、NFガス供給ステップ、残留ガス除去ステップを順に行うサイクルを1回以上(所定回数(n回)行うことにより、絶縁膜上に形成されたW層をエッチングする。
その後、上述のW層形成工程とエッチング工程とを順に行うサイクルを1回以上(所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200のTiN膜上に、上述の所定の厚さのW膜を選択成長させる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。なお、上述の前処理ステップでは、改質ガスとして酸化ガスであるOガスを用いて酸化する例について説明したが、これに限らず、改質ガスとして窒化ガスを用いて、改質として窒化を行ってもよい。窒化ガスとしては、例えば、アンモニア(NH)ガスを用いることができる。
(4)本変形例1による効果
本変形例1によれば、本実施形態で得られる上述の(a)(b)の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
(c)W層を改質(酸化)することにより、エッチングに必要とされるエッチング温度を低くすることができるため、よりエッチング効率および制御性を向上させることが可能となる。
<変形例2>
第1の実施形態の変形例2について、図7を用いて説明する。ここで、第1の実施形態と同様の箇所については説明を省略し、異なる箇所について主に詳細を説明する。
本変形例2が第1の実施形態と異なる箇所は、主に、エッチング工程において、NFガス供給ステップを行った後に後処理(post−treatment)ステップを行う点である。以下に、後処理工程について説明する。
(後処理(post−treatment)ステップ(Hガス供給ステップ))
バルブ314を開き、ガス供給管340内に第2の還元ガスであるHガスを流す。Hガスは、MFC312により流量調整され、ノズル410のガス供給孔410aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してHガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ514を開き、ガス供給管510内にNガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管510内を流れたNガスは、MFC512により流量調整され、Hガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。なお、このとき、ノズル420,430,440内へのHガスの侵入を防止するために、バルブ524,534,544を開き、ガス供給管520,530,540内にNガスを流す。Nガスは、ガス供給管320,330,340、ノズル420,430,440を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
このときAPCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば500〜2000Paの範囲内の圧力とする。MFC312で制御するHガスの供給流量は、例えば0.5〜3slmの範囲内の流量とする。MFC512,522,532,542で制御するNガスの供給流量は、それぞれ例えば0.5〜3slmの範囲内の流量とする。Hガスをウエハ200に対して供給する時間は、例えば1800〜7200秒の範囲内の時間とする。このときヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば100〜400℃の範囲内の時間とする。このとき、Hガスにより、ウエハ200のTiN膜上に形成されたW層が改質(還元)される。
(残留ガス除去ステップ)
W層が十分に改質された後、バルブ314を閉じ、Hガスの供給を停止する。そして、Bガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップ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W層の改質に寄与した後のHガスを処理室201内から排除する。
次に、上述したNFガス供給ステップおよびその後の残留ガス除去ステップを行う。
(所定回数実施)
NFガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、Hガス供給ステップ、残留ガス除去ステップを順に行うサイクルを1回以上(所定回数(n回)行うことにより、絶縁膜上に形成されたW層をエッチングする。
その後、上述のW層形成工程とエッチング工程とを順に行うサイクルを1回以上(所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200のTiN膜上に、上述の所定の厚さのW膜を選択成長させる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。
(5)本変形例2による効果
本変形例2によれば、本実施形態で得られる上述の(a)(b)の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
(d)エッチングガスの供給と改質を交互に行うことにより、エッチング効率および制御性を向上させることが可能となる。
<変形例3>
第1の実施形態の変形例3について、図8を用いて説明する。ここで、第1の実施形態や他の変形例と同様の箇所については説明を省略し、異なる箇所について主に詳細を説明する。
本変形例3は、変形例1と変形例2を組み合わせたものであって、エッチング工程において、NFガス供給ステップを行う前に変形例1に記載の前処理ステップを行い、NFガス供給ステップを行った後に変形例2に記載の後処理ステップを行うものである。
ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、NFガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、Hガス供給ステップ、残留ガス除去ステップを順に行うサイクルを1回以上(所定回数(n回)行うことにより、絶縁膜上に形成されたW層をエッチングする。
その後、上述のW層形成工程とエッチング工程とを順に行うサイクルを1回以上(所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200のTiN膜上に、上述の所定の厚さのW膜を選択成長させる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。
(6)本変形例3による効果
本変形例3によれば、本実施形態で得られる上述の(a)(b)の効果に加えて、(c)(d)の効果を得ることができる。
<変形例4>
第1の実施形態の変形例4について、図9を用いて説明する。ここで、第1の実施形態や他の変形例と同様の箇所については説明を省略し、異なる箇所について主に詳細を説明する。
本変形例4は、エッチング工程において、変形例3を行った後に、再度、後処理ステップを行うものである。プロセス条件等は、変形例3に記載の後処理ステップと同様なので省略する。
(7)本変形例4による効果
本変形例4によれば、本実施形態で得られる上述の(a)(b)(c)(d)の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
(e)エッチング工程の最後に再度、改質を行うことにより、次のW層形成工程においてW層を効率よく形成することが可能となる。
<本発明の第2の実施形態>
第2の実施形態について、図10を用いて説明する。ここで、第1の実施形態や他の変形例と同様の箇所については説明を省略し、異なる箇所について主に詳細を説明する。
第2の実施形態では、W層形成工程を2段階で行う。下地であるTiN膜との密着性等を確保するために、まずW核層形成工程によりW核層を形成し、W核層を核として、次に、後述のWバルク層形成工程によりWバルク層を形成する。具体的には、第1の実施形態で説明したW層形成工程がW核層形成工程となり、W核層形成工程で形成されるW層をW核層と称する。以下に、Wバルク層形成工程について説明する。
[Wバルク層形成工程(Bulk W deposition)]
W核層を形成した後、金属バルク層であるWバルク層を形成するステップを実行する。
(HガスおよびWFガス供給ステップ)
バルブ314、324を開き、ガス供給管310,320内にそれぞれHガス、WFガスを流す。ガス供給管310内を流れたHガスおよびガス供給管320内を流れたWFガスは、MFC312,322によりそれぞれ流量調整されてノズル410,420のガス供給孔410a,420aからそれぞれ処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してHガスおよびWFガスが供給されることとなる。すなわちウエハ200の表面はHガスおよびWFガスに暴露されることとなる。このとき同時にバルブ534,544を開き、キャリアガス供給管530,540内にそれぞれNガスを流す。キャリアガス供給管530,540内を流れたNガスは、MFC532,542によりそれぞれ流量調整されてHガスもしくはWFガスと一緒にそれぞれ処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ノズル430,440内へのHガスおよびWFガスの侵入を防止するために、バルブ534,544を開き、キャリアガス供給管530,540内にNガスを流す。Nガスは、ガス供給管330,340,ノズル430,440を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
このときAPCバルブ243を適正に調整して、処理室201内の圧力を、例えば10〜3990Paの範囲内の圧力とする。MFC312で制御するHガスの供給流量は、例えば100〜20000sccmの範囲内の流量とし、MFC322で制御するWFガスの供給流量は、例えば10〜1000sccmの範囲内の流量とする。MFC512,522,532,542で制御するNガスの供給流量は、それぞれ例えば10〜10000sccmの範囲内の流量とする。HガスおよびWFガスをウエハ200に対して供給する時間、すなわちガス供給時間(照射時間)は、例えば1〜1000秒の範囲内の時間とする。このときヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば100〜600℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。処理室201内に流しているガスはHガスおよびWFガスのみであり、WFガスの供給により、ウエハ200の上に形成されたW核層上に、例えば、10〜30nmの厚さのWバルク層が形成される。
(残留ガス除去ステップ)
バルクW層を形成した後、バルブ312、322を閉じて、HガスおよびWFガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ243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バルクW層形成に寄与した後のHガスおよびWFガスを処理室201内から排除する。このときバルブ514,524,534,544は開いたままとして、Nガスの処理室201内への供給を維持する。Nガスはパージガスとして作用し、処理室201内に残留する未反応もしくはバルクW層形成に寄与した後のHガスおよびWFガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。
次に、変形例1と同様に、前処理ステップ、残留ガス除去ステップ、NFガス供給ステップ、残留ガス除去ステップを順に行うサイクルを1回以上(所定回数(n11回)行うことにより、絶縁膜上に形成されたW層をエッチングする。
その後、上述のW層形成工程とエッチング工程とを順に行うサイクルを1回以上(所定回数(n12回)行うことにより、ウエハ200のTiN膜上に、上述の所定の厚さのW膜を選択成長させる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。なお、本実施形態に、適宜、第1の実施形態の各変形例を組み合わせてもよい。
(8)第2の実施形態による効果
本実施形態によれば、第1の実施形態および変形例1〜4で得られる上述の(a)〜(e)の効果のうち少なくともひとつが得られるとともに、以下の効果を得ることができる。
(f)W核層形成工程によりW核層を形成し、W核層を核として、次に、Wバルク層形成工程によりWバルク層を形成することにより、下地であるTiN膜との密着性よくW膜を形成することが可能となる。
また、上述の実施形態では、金属窒化膜としてTiN膜が基板上に形成されている例について説明したが、これに限らず、例えば、タンタル窒化膜(TaN膜)、モリブデン窒化膜(MoN膜)、亜鉛窒化膜(ZnN膜)、アルミニウム窒化膜(AlN膜)等にも適用可能である。
また、上述の実施形態では、第1の還元ガスとしてB含有ガスとしてのBを用いる例について説明したが、Bの代わりにトリボラン(B)ガス等を用いることも可能であり、B含有ガスの代わりに、リン(P)含有ガスであるホスフィン(PH)や、シリコン(Si)含有ガス(シラン系ガス)としてモノシラン(SiH)ガスやジシラン(Si)ガス等を用いることも可能である。
また、上述の実施形態では、エッチングガスとしてF含有ガスであるNFを用いる例について説明したが、NFの代わりにClF、HF、F等のF含有ガスや塩素(Cl)含有ガス等を用いることも可能である。
また、上述の実施形態では、第2の還元ガスとしてH含有ガスとしてのHガスを用いる例について説明したが、Hガスの代わりに、他元素非含有のH含有ガスである重水素(D)ガスやアンモニア(NH)ガス等を用いることも可能である。
また、上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型装置である基板処理装置であって、1つの反応管内に処理ガスを供給するノズルが立設され、反応管の下部に排気口が設けられた構造を有する処理炉を用いて成膜する例について説明したが、他の構造を有する処理炉を用いて成膜する場合にも本発明を適用可能である。また、処理ガスはインナチューブ内に立設されたノズルから供給されるのではなく、インナチューブの側壁に開口するガス供給口から供給されるようにしてもよい。このとき、アウタチューブに開口する排気口は、処理室内に積層して収容された複数枚の基板が存在する高さに応じて開口していてもよい。また、排気口の形状は穴形状であってもよいし、スリット形状であってもよい。
また、上述の実施形態では、W層形成工程とエッチング工程とを同じ処理室内で行う例について説明したが、これに限らず、W層形成工程とエッチング工程とをそれぞれ異なる処理室で行ってもよい。
これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態と同様なシーケンス、処理条件にて成膜を行うことができる。
これらの各種薄膜の形成に用いられるプロセスレシピ(処理手順や処理条件等が記載されたプログラム)は、基板処理の内容(形成する薄膜の膜種、組成比、膜質、膜厚、処理手順、処理条件等)に応じて、それぞれ個別に用意する(複数用意する)ことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理の内容に応じて、複数のプロセスレシピの中から、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。具体的には、基板処理の内容に応じて個別に用意された複数のプロセスレシピを、電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体(外部記憶装置283)を介して、基板処理装置が備える記憶装置280c内に予め格納(インストール)しておくことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、基板処理装置が備えるCPU280aが、記憶装置280c内に格納された複数のプロセスレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なプロセスレシピを適宜選択することが好ましい。このように構成することで、1台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成できるようになる。また、オペレータの操作負担(処理手順や処理条件等の入力負担等)を低減でき、操作ミスを回避しつつ、基板処理を迅速に開始できるようになる。
また、本発明は、例えば、既存の基板処理装置のプロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本発明に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本発明に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。
10 基板処理装置
280 コントローラ
200 ウエハ(基板)
201 処理室

Claims (17)

  1. (a)表面に、第1の金属膜と、前記第1の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された基板に対して、金属含有ガスと反応ガスとを交互に供給して、前記基板上に第2の金属膜を形成する工程と、
    (b−1)前記基板に対して、第1の改質ガスを供給して、前記第2の金属膜を改質する工程と、
    (b−2)(b−1)の後で、前記改質された第2の金属膜に対してエッチングガスを供給する工程と、
    を有し、
    (c)(b−1)と(b−2)とを交互に繰り返すことにより、前記第1の金属膜上に形成された前記第2の金属膜を残しつつ、前記絶縁膜上に形成された前記第2の金属膜を除去する工程と、
    を有し、(a)と(c)とを交互に繰り返すことにより、前記第1の金属膜上に前記第2の金属膜を選択成長させる半導体装置の製造方法。
  2. 前記第1の改質ガスは、酸化ガスもしくは窒化ガスである請求項に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記エッチングガスは、ハロゲン化物である請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. (a)表面に、第1の金属膜と、前記第1の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された基板に対して、金属含有ガスと反応ガスとを交互に供給して、前記基板上に第2の金属膜を形成する工程と、
    (b−1)前記基板に対して、エッチングガスを供給する工程と、
    (b−2)(b−1)の後に、前記基板に対して第2の改質ガスを供給して、前記エッチングガスが供給された後の基板を改質する工程と、
    (c)(b−1)と(b−2)とを交互に繰り返すことにより、前記第1の金属膜上に形成された前記第2の金属膜を残しつつ、前記絶縁膜上に形成された第2の金属膜を除去する工程と、
    を有し、(a)と(c)とを交互に繰り返すことにより、前記第1の金属膜上に前記第2の金属膜を選択成長させる半導体装置の製造方法。
  5. 前記第2の改質ガスは、水素含有ガスである請求項に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記第2の金属膜は、タングステン膜もしくはチタン窒化膜である請求項1のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  7. (d)(a)の前に、前記第1の金属膜と前記絶縁膜とが形成された基板に対して、前記金属含有ガスと第1の還元ガスとを交互に供給して、前記基板上に第1の金属層を形成する工程と、
    (e)(a)(d)とを、交互に繰り返すことにより、前記基板上に第2の金属膜を形成する工程と、
    を有し、
    (f)(e)(c)とを交互に繰り返すことにより、前記第1の金属膜上に前記第2の金属膜を選択成長させる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記金属含有ガスはフッ化タングステンであり、前記第1の還元ガスはジボラン、モノシラン、ジシランのいずれかであり、前記第2の金属膜はタングステン膜である請求項に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 基板を収容する処理室と、
    前記処理室に、金属含有ガス、反応ガス、エッチングガス、第1の改質ガスを供給するガス供給系と、
    (a)前記処理室に収容された基板であって、表面に、第1の金属膜と、前記第1の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された基板に対して、前記金属含有ガスと前記反応ガスとを交互に供給して、前記基板上に第2の金属膜を形成する処理と、
    (b−1)前記基板に対して前記第1の改質ガスを供給して、前記第2の金属膜を改質する処理と、
    (b−2)(b−1)の後で、前記基板に対して、前記エッチングガスを供給する処理と、
    (c)(b−1)と(b−2)とを交互に繰り返すことにより、前記第1の金属膜上に形成された前記第2の金属膜を残しつつ、前記絶縁膜上に形成された第2の金属膜を除去する処理と、
    を有し、(a)と(c)とを交互に繰り返すことにより、前記第1の金属膜上に前記第2の金属膜を選択成長させるよう構成される制御部と、
    を有する基板処理装置。
  10. 前記ガス供給系は、前記反応ガスとして、酸化ガスもしくは窒化ガスを供給可能に構成される請求項に記載の基板処理装置。
  11. 前記ガス供給系は、前記エッチングガスとして、ハロゲン化物を供給可能に構成される請求項9又は10に記載の基板処理装置。
  12. 基板を収容する処理室と、
    前記処理室に、金属含有ガス、反応ガス、エッチングガス、第2の改質ガスを供給するガス供給系と、
    (a)前記処理室に収容された基板であって、表面に、第1の金属膜と、前記第1の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された基板に対して、前記金属含有ガスと前記反応ガスとを交互に供給して、前記基板上に第2の金属膜を形成する処理と、
    (b−1)前記基板に対して、前記エッチングガスを供給して、前記第1の金属膜上に形成された前記第2の金属膜を残しつつ、前記絶縁膜上に形成された第2の金属膜を除去する処理と、
    (b−2)(b−1)の後に、前記基板に対して前記第2の改質ガスを供給して、前記エッチングガスが供給された後の基板を改質する処理と、
    (c)(b−1)と(b−2)とを交互に繰り返すことにより、前記絶縁膜上に形成された前記第2の金属膜を除去する処理と、
    (a)と(c)とを交互に繰り返すことにより、前記第1の金属膜上に前記第2の金属膜を選択成長させるよう前記ガス供給系を制御することが可能に構成される制御部と、
    を有する基板処理装置。
  13. (a)基板処理装置の処理室に収容された基板であって、表面に、第1の金属膜と、前記第1の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された基板に対して、金属含有ガスと反応ガスとを交互に供給して、前記基板上に第2の金属膜を形成する手順と、
    (b−1)前記基板に対して第1の改質ガスを供給させて、第2の金属膜を改質させる手順と、
    (b−2(b−1)の後で、前記基板に対して、エッチングガスを供給させる手順と、
    (c)(b−1)と(b−2)とを交互に繰り返すことにより、前記第1の金属膜上に形成された前記第2の金属膜を残しつつ、前記絶縁膜上に形成された第2の金属膜を除去する手順と、
    を有し、(a)と(c)とを交互に繰り返すことにより、前記第1の金属膜上に前記第2の金属膜を選択成長させる手順を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。
  14. 前記第1の改質ガスは、酸化ガスもしくは窒化ガスである請求項13に記載のプログラム。
  15. 前記エッチングガスは、ハロゲン化物である請求項13又は14のいずれか一項に記載のプログラム。
  16. (a)基板処理装置の処理室に収容された基板であって、表面に、第1の金属膜と、前記第1の金属膜よりインキュベーションタイムが長い絶縁膜とが形成された基板に対して、金属含有ガスと反応ガスとを交互に供給して、前記基板上に第2の金属膜を形成する手順と、
    (b−1)前記基板に対して、エッチングガスを供給させる手順と、
    (b−2)(b−1)の後に、前記基板に対して第2の改質ガスを供給させて、前記エッチングガスが供給された後の基板を改質させる手順と、
    (c)(b−1)と(b−2)とを交互に繰り返すことにより、前記第1の金属膜上に形成された前記第2の金属膜を残しつつ、前記絶縁膜上に形成された第2の金属膜を除去する手順と、
    を有し、(a)と(c)とを交互に繰り返すことにより、前記第1の金属膜上に前記第2の金属膜を選択成長させる手順を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。
  17. (d)(a)の前に、前記第1の金属膜と前記絶縁膜とが形成された基板に対して、前記金属含有ガスと第1の還元ガスとを交互に供給して、前記基板上に第1の金属層を形成させる手順と、
    (e)(a)(d)とを、交互に繰り返すことにより、前記基板上に第2の金属膜を形成させる手順と、
    を有し、
    (f)(e)(c)とを交互に繰り返すことにより、前記第1の金属膜上に前記第2の金属膜を選択成長させる請求項13乃至16のいずれか一項に記載のプログラム。
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