JP6857760B2 - Semiconductor device manufacturing methods, substrate processing devices, and programs - 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。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, a substrate processing device, and a program.
半導体装置の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成する処理が行われることがある(例えば特許文献1参照)。 As one step in the manufacturing process of a semiconductor device, a process of forming a film on a substrate may be performed (see, for example, Patent Document 1).
本発明の目的は、基板上に形成する膜の基板面内膜厚分布を制御することが可能な技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of controlling the in-plane film thickness distribution of a film formed on a substrate.
本発明の一態様によれば、
(a)基板に対して第1ノズルより原料を供給することで第1層を形成する工程と、
(b)前記基板に対して前記第1ノズルとは異なる第2ノズルより反応体を供給することで第2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ことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
前記(a)では、
(a−1)前記第1ノズルより前記原料を供給した状態で、前記第2ノズルより前記原料の流量よりも小さい第1流量で不活性ガスを供給する工程と、
(a−2)前記第1ノズルより前記原料を供給した状態で、前記第2ノズルより前記原料の流量よりも大きい第2流量で不活性ガスを供給する工程と、
をこの順に行う技術が提供される。
According to one aspect of the invention
(A) A step of forming the first layer by supplying the raw material to the substrate from the first nozzle, and
(B) A step of forming a second layer by supplying a reactant to the substrate from a second nozzle different from the first nozzle.
It has a step of forming a film on the substrate by performing a cycle of performing the above non-simultaneously a predetermined number of times.
In (a) above,
(A-1) A step of supplying the inert gas from the second nozzle at a first flow rate smaller than the flow rate of the raw material while the raw material is supplied from the first nozzle.
(A-2) A step of supplying the inert gas from the second nozzle at a second flow rate larger than the flow rate of the raw material while the raw material is being supplied from the first nozzle.
The technique of performing in this order is provided.
本発明によれば、基板上に形成される膜の基板面内膜厚分布を制御することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to control the in-plane film thickness distribution of the film formed on the substrate.
<本発明の一実施形態>
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。
<One Embodiment of the present invention>
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
(1)基板処理装置の構成
図1に示すように、処理炉202は加熱手段(加熱機構)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。
(1) Configuration of Substrate Processing Device As shown in FIG. 1, the
ヒータ207の内側には、ヒータ207と同心円状に反応管203が配設されている。反応管203は、例えば石英(SiO2)または炭化シリコン(SiC)等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。反応管203の下方には、反応管203と同心円状に、マニホールド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)等の金属からなり、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の上端部は、反応管203の下端部に係合しており、反応管203を支持するように構成されている。マニホールド209と反応管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。反応管203はヒータ207と同様に垂直に据え付けられている。主に、反応管203とマニホールド209とにより処理容器(反応容器)が構成される。処理容器の筒中空部には処理室201が形成される。処理室201は、基板としてのウエハ200を収容可能に構成されている。
Inside the
処理室201内には、第1ノズルとしてのノズル249a、および、第2ノズルとしてのノズル249b,249cが、マニホールド209の側壁を貫通するように設けられている。ノズル249a〜249cには、ガス供給管232a〜232cが、それぞれ接続されている。なお、第2ノズルは第1ノズルとは異なるノズルであり、また、ノズル249a,249b,249cはそれぞれ異なるノズルである。
In the
ガス供給管232a〜232cには、ガス流の上流側から順に、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)241a〜241cおよび開閉弁であるバルブ243a〜243cがそれぞれ設けられている。ガス供給管232a,232bのバルブ243a,243bよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管232e,232dがそれぞれ接続されている。ガス供給管232e,232dには、ガス流の上流側から順に、MFC241e,241dおよびバルブ243e,243dがそれぞれ設けられている。
The
ノズル249a〜249cは、図2に示すように、反応管203の内壁とウエハ200との間における平面視において円環状の空間に、反応管203の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ200の配列方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル249a〜249cは、ウエハ200が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにそれぞれ設けられている。ノズル249aは、平面視において、処理室201内に搬入されるウエハ200の中心を挟んで、後述する排気口231aと一直線上に対向するように配置されている。ノズル249b,249cは、ノズル249aを挟んでその両側に、すなわち、反応管203の内壁(ウエハ200の外周)に沿ってノズル249aを両側から挟み込むように配置されている。ノズル249a〜249cの側面には、ガスを供給するガス供給孔250a〜250cがそれぞれ設けられている。ガス供給孔250a〜250cは、それぞれが、排気口231aと対向するようにそれぞれ開口しており、ウエハ200に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔250a〜250cは、反応管203の下部から上部にわたって複数設けられている。
As shown in FIG. 2, the
ガス供給管232aからは、原料(原料ガス)として、例えば、所定元素(主元素)としてのSiおよびハロゲン元素を含むハロシラン系ガスが、MFC241a、バルブ243a、ノズル249aを介して処理室201内へ供給される。原料ガスとは、気体状態の原料、例えば、常温常圧下で液体状態である原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態である原料等のことである。ハロシランとは、ハロゲン基を有するシランのことである。ハロゲン基には、クロロ基、フルオロ基、ブロモ基、ヨード基等が含まれる。すなわち、ハロゲン基には、塩素(Cl)、フッ素(F)、臭素(Br)、ヨウ素(I)等のハロゲン元素が含まれる。ハロシラン系ガスとしては、例えば、SiおよびClを含む原料ガス、すなわち、クロロシラン系ガスを用いることができる。クロロシラン系ガスは、Siソースとして作用する。クロロシラン系ガスとしては、例えば、ジクロロシラン(SiH2Cl2、略称:DCS)ガスを用いることができる。
From the
ガス供給管232bからは、原料とは化学構造(分子構造)が異なる反応体(リアクタント)として、例えば、窒素(N)含有ガスとしての窒化ガスである窒化水素系ガスが、MFC241b、バルブ243b、ノズル249bを介して処理室201内へ供給される。窒化水素系ガスは、Nソースとして作用する。窒化水素系ガスとしては、例えば、アンモニア(NH3)ガスを用いることができる。
From the
ガス供給管232c〜232eからは、不活性ガスとして、例えば、窒素(N2)ガスが、それぞれMFC241c〜241e、バルブ243c〜243e、ガス供給管232c〜232a、ノズル249c〜249aを介して処理室201内へ供給される。N2ガスは、パージガス、キャリアガスとして作用し、さらに、ウエハ200上に形成される膜の面内膜厚分布を制御する膜厚分布制御ガスとして作用する。
From the
主に、ガス供給管232a、MFC241a、バルブ243aにより、原料供給系が構成される。また、主に、ガス供給管232b、MFC241b、バルブ243bにより、反応体供給系が構成される。また、主に、ガス供給管232c〜232e、MFC241c〜241e、バルブ243c〜243eにより、不活性ガス供給系が構成される。
The raw material supply system is mainly composed of the
上述の各種供給系のうち、いずれか、或いは、全ての供給系は、バルブ243a〜243eやMFC241a〜241e等が集積されてなる集積型供給システム248として構成されていてもよい。集積型供給システム248は、ガス供給管232a〜232eのそれぞれに対して接続され、ガス供給管232a〜232e内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ243a〜243eの開閉動作やMFC241a〜241eによる流量調整動作等が、後述するコントローラ121によって制御されるように構成されている。集積型供給システム248は、一体型、或いは、分割型の集積ユニットとして構成されており、ガス供給管232a〜232e等に対して集積ユニット単位で着脱を行うことができ、集積型供給システム248のメンテナンス、交換、増設等を、集積ユニット単位で行うことが可能なように構成されている。
Of the various supply systems described above, any or all of the supply systems may be configured as an
反応管203には、処理室201内の雰囲気を排気する排気口231aが設けられている。図2に示すように、排気口231aは、平面視において、ウエハ200を挟んでノズル249a,249b,249c(ガス供給孔250a,250b,250c)と対向(対面)する位置に設けられている。排気口231aには排気管231が接続されている。排気管231には、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および圧力調整器(圧力調整部)としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ244を介して、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244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、圧力センサ245により検出された圧力情報に基づいて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ように構成されている。主に、排気管231、APCバルブ244、圧力センサ245により、排気系が構成される。真空ポンプ246を排気系に含めて考えてもよい。
The
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、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の下方には、後述するボート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、反応管203の外部に設置された昇降機構としてのボートエレベータ115によって垂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、ウエハ200を処理室201内外に搬入および搬出(搬送)する搬送装置(搬送機構)として構成されている。また、マニホールド209の下方には、シールキャップ219を降下させボート217を処理室201内から搬出した状態で、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ャッタ219sが設けられている。シャッタ219sは、例えばSUS等の金属からなり、円盤状に形成されている。シャッタ219s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220cが設けられている。シャッタ219sの開閉動作(昇降動作や回動動作等)は、シャッタ開閉機構115sにより制御される。
Below the manifold 209, a
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垂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が多段に支持されている。
The
反応管203内には、温度検出器としての温度センサ263が設置されている。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への通電具合を調整することで、処理室201内の温度が所望の温度分布となる。温度センサ263は、反応管203の内壁に沿って設けられている。
A
図3に示すように、制御部(制御手段)であるコントローラ121は、CPU(Central Processing Unit)121a、RAM(Random Access Memory)121b、記憶装置121c、I/Oポート121dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM121b、記憶装置121c、I/Oポート121dは、内部バス121eを介して、CPU121a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121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122が接続されている。
As shown in FIG. 3, the
記憶装置121c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121c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、後述する基板処理における各手順をコントローラ121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、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。RAM121bは、CPU121a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。
The
I/Oポート121dは、上述のMFC241a〜241e、バルブ243a〜243e、圧力センサ245、APCバルブ244、真空ポンプ246、温度センサ263、ヒータ207、回転機構267、ボートエレベータ115、シャッタ開閉機構115s等に接続されている。
The I /
CPU121aは、記憶装置121c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122からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置121cからレシピを読み出すように構成されている。CPU121aは、読み出したレシピの内容に沿うように、MFC241a〜241eによる各種ガスの流量調整動作、バルブ243a〜243eの開閉動作、APCバルブ244の開閉動作および圧力センサ245に基づくAPCバルブ244による圧力調整動作、真空ポンプ246の起動および停止、温度センサ263に基づくヒータ207の温度調整動作、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、シャッタ開閉機構115sによるシャッタ219sの開閉動作等を制御するように構成されている。
The
コントローラ121は、外部記憶装置(例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、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)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121cや外部記憶装置123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123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123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。
The
(2)成膜処理
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上にシリコン窒化膜(SiN膜)を形成す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。
(2) Film formation processing A sequence example of forming a silicon nitride film (SiN film) on a
図4に示す成膜シーケンスは、
ウエハ200対してノズル249aよりDCSガスを供給することで第1層としてのSi含有層を形成するステップAと、
ウエハ200に対してノズル249bよりNH3ガスを供給することで第2層としてのシリコン窒化層(SiN層)を形成するステップB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およびNを含む膜、すなわち、SiN膜を形成する。
The film formation sequence shown in FIG. 4 is
Step A of forming a Si-containing layer as the first layer by supplying DCS gas from the
A step B of forming a silicon nitride layer (SiN layer) as a second layer by supplying NH 3 gas from the
A film containing Si and N, that is, a SiN film is formed on the
また、図4に示す成膜シーケンスでは、ステップAにおいて、
ノズル249aよりDCSガスを供給した状態で、ノズル249b,249cより、DCSガスの流量よりも小さい第1流量でN2ガスを供給するステップA1と、
ノズル249aよりDCSガスを供給した状態で、ノズル249b,249cより、DCSガスの流量よりも大きい第2流量でN2ガスを供給するステップA2と、
をこの順に行うことで、ウエハ200上に形成されるSiN膜のウエハ面内膜厚分布(以下、単に面内膜厚分布ともいう)を制御する。
Further, in the film forming sequence shown in FIG. 4, in step A,
Step A1 in which the DCS gas is supplied from the nozzle 249a and the N 2 gas is supplied from the
Step A2 in which the DCS gas is supplied from the nozzle 249a and the N 2 gas is supplied from the
In this order, the in-wafer film thickness distribution of the SiN film formed on the wafer 200 (hereinafter, also simply referred to as in-plane film thickness distribution) is controlled.
ここでは一例として、ウエハ200として、表面に凹凸構造が作り込まれていない表面積の小さなベアウエハを用い、ステップA1,A2におけるノズル249b,249cを介したN2ガスの流量制御を行うことにより、SiN膜の面内膜厚分布を、ウエハ200の中央部で最も厚く、周縁部に近づくにつれて徐々に薄くなる分布(以下、中央凸分布とも称する)とする例について説明する。ベアウエハ上に中央凸分布を有する膜を形成することができれば、表面に微細な凹凸構造が作り込まれた表面積の大きなパターンウエハ(プロダクトウエハ)上に、中央から周縁にわたって膜厚変化の少ない平坦な膜厚分布(以下、フラット分布とも称する)を有する膜を形成することが可能となる。
Here, as an example, SiN is used as the
本明細書では、図4に示す成膜シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の変形例等の説明においても、同様の表記を用いる。 In the present specification, the film formation sequence shown in FIG. 4 may be shown as follows for convenience. The same notation is used in the following description of the modified examples and the like.
(DCS→NH3)×n ⇒ SiN (DCS → NH 3 ) × n ⇒ SiN
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との積層体を意味する場合がある。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を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面上に所定の層を直接形成することを意味する場合や、ウエハ上に形成されている層等の上に所定の層を形成することを意味する場合がある。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。 When the term "wafer" is used in the present specification, it may mean the wafer itself or a laminate of a wafer and a predetermined layer or film formed on the surface thereof. When the term "wafer surface" is used in the present specification, it may mean the surface of the wafer itself or the surface of a predetermined layer or the like formed on the wafer. In the present specification, when it is described that "a predetermined layer is formed on a wafer", it means that a predetermined layer is directly formed on the surface of the wafer itself, or a layer formed on the wafer or the like. It may mean forming a predetermined layer on top of it. The use of the term "wafer" in the present specification is also synonymous with the use of the term "wafer".
(ウエハチャージおよびボートロード)
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。
(Wafer charge and boat load)
When a plurality of
(圧力調整および温度調整)
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が所望の成膜温度となるように、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。
(Pressure adjustment and temperature adjustment)
The inside of the
(成膜ステップ)
その後、次のステップA,Bを順次実行する。
(Film formation step)
After that, the next steps A and B are sequentially executed.
[ステップA]
このステップでは、処理室201内のウエハ200に対してDCSガスを供給する。
[Step A]
In this step, DCS gas is supplied to the
具体的には、バルブ243aを開き、ガス供給管232a内へDCSガスを流す。DCSガスは、MFC241aにより流量調整され、ノズル249aを介して処理室201内へ供給され、排気口231aより排気される。このとき、ウエハ200に対してDCSガスが供給される。このとき同時にバルブ243eを開き、ガス供給管232e内へN2ガスを流すようにしてもよい。N2ガスは、MFC241eにより流量調整され、DCSガスと一緒にノズル249aを介して処理室201内へ供給され、排気口231aより排気される。なお、ステップAでは、ノズル249aを介して処理室201内へDCSガスを供給した状態で、ノズル249b,249cを介して処理室201内へN2ガスを供給するステップA1,A2を行うが、その詳細については後述する。
Specifically, the
ステップAにおいて、ノズル249aより供給するDCSガスの供給流量は、例えば1〜2000sccm、好ましくは10〜1000sccmの範囲内の所定の流量とする。ノズル249aより供給するN2ガスの供給流量は、例えば0〜1000sccmの範囲内の所定の流量とする。DCSガスの供給時間は、例えば1〜120秒、好ましくは1〜60秒の範囲内の所定の時間とする。処理室201内の圧力は、例えば1〜2666Pa、好ましくは67〜1333Paの範囲内の所定の圧力とする。ウエハ200の温度(成膜温度)は、例えば250〜800℃、好ましくは400〜750℃、より好ましくは550〜700℃の範囲内の所定の温度とする。
In step A, the supply flow rate of the DCS gas supplied from the
成膜温度が250℃未満となると、ウエハ200上にDCSが化学吸着しにくくなり、実用的な成膜速度が得られなくなることがある。成膜温度を250℃以上とすることで、これを解消することが可能となる。成膜温度を400℃以上、さらには550℃以上とすることで、ウエハ200上にDCSをより充分に吸着させることが可能となり、より充分な成膜速度が得られるようになる。
If the film forming temperature is less than 250 ° C., it becomes difficult for DCS to be chemically adsorbed on the
成膜温度が800℃を超えると、過剰な気相反応が生じ、膜厚均一性が悪化しやすくなり、その制御が困難となってしまう。成膜温度を800℃以下とすることで、適正な気相反応を生じさせ、膜厚均一性の悪化を抑制でき、その制御が可能となる。特に成膜温度を750℃以下、さらには700℃以下とすることで、気相反応を抑制し表面反応を優勢にすることが可能となり、膜厚均一性を確保しやすくなり、その制御が容易となる。 If the film formation temperature exceeds 800 ° C., an excessive gas phase reaction occurs, the film thickness uniformity tends to deteriorate, and its control becomes difficult. By setting the film formation temperature to 800 ° C. or lower, an appropriate gas phase reaction can be generated, deterioration of film thickness uniformity can be suppressed, and its control becomes possible. In particular, by setting the film formation temperature to 750 ° C. or lower, and further to 700 ° C. or lower, it becomes possible to suppress the gas phase reaction and make the surface reaction dominant, and it becomes easy to secure the film thickness uniformity and control it easily. It becomes.
上述の条件下でウエハ200に対してDCSガスを供給することにより、ウエハ200の最表面上に、第1層として、例えば1原子層未満から数原子層(1分子層未満から数分子層)程度の厚さのClを含むSi含有層が形成される。Clを含むSi含有層は、Clを含むSi層であってもよいし、DCSの吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。
By supplying the DCS gas to the
Clを含むSi層は、Siにより構成されClを含む連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるClを含むSi薄膜をも含む。Clを含むSi層を構成するSiは、Clとの結合が完全に切れていないものの他、Clとの結合が完全に切れているものも含む。 The Si layer containing Cl includes a continuous layer composed of Si and containing Cl, a discontinuous layer, and a Si thin film containing Cl formed by overlapping these layers. The Si constituting the Si layer containing Cl includes those in which the bond with Cl is not completely broken and those in which the bond with Cl is completely broken.
DCSの吸着層は、DCS分子で構成される連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。DCSの吸着層を構成するDCS分子は、SiとClとの結合が一部切れたものも含む。すなわち、DCSの吸着層は、DCSの物理吸着層であってもよいし、DCSの化学吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。 The adsorption layer of DCS includes a discontinuous adsorption layer as well as a continuous adsorption layer composed of DCS molecules. The DCS molecules constituting the adsorption layer of DCS include those in which the bond between Si and Cl is partially broken. That is, the adsorption layer of DCS may be a physical adsorption layer of DCS, a chemical adsorption layer of DCS, or both of them.
ここで、1原子層(分子層)未満の厚さの層とは不連続に形成される原子層(分子層)のことを意味しており、1原子層(分子層)の厚さの層とは連続的に形成される原子層(分子層)のことを意味している。Clを含むSi含有層は、Clを含むSi層とDCSの吸着層との両方を含み得る。但し、両者は、いずれも主元素(Si)にClが結合した同様の構造を有することから、便宜上、Clを含むSi含有層については「1原子層」、「数原子層」等の表現を用いて表すこととし、「原子層」を「分子層」と同義で用いる場合もある。 Here, a layer having a thickness of less than one atomic layer (molecular layer) means an atomic layer (molecular layer) formed discontinuously, and a layer having a thickness of one atomic layer (molecular layer). Means an atomic layer (molecular layer) that is continuously formed. The Cl-containing Si-containing layer may include both a Cl-containing Si layer and a DCS adsorption layer. However, since both have the same structure in which Cl is bonded to the main element (Si), for convenience, the Si-containing layer containing Cl is expressed as "one atomic layer", "several atomic layers", or the like. In some cases, "atomic layer" is synonymous with "molecular layer".
DCSガスが自己分解(熱分解)する条件下では、ウエハ200上にSiが堆積することでClを含むSi層が形成される。DCSガスが自己分解(熱分解)しない条件下では、ウエハ200上にDCSが吸着することでDCSの吸着層が形成される。DCSの吸着層を形成するよりも、Clを含むSi層を形成する方が、成膜レートを高くすることができる点では、好ましい。以下、Clを含むSi含有層を、便宜上、単に、Si含有層とも称する。
Under the condition that the DCS gas is autolyzed (thermally decomposed), the Si layer containing Cl is formed by depositing Si on the
第1層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップBでの改質の作用が第1層の全体に届かなくなる。また、第1層の厚さの最小値は1原子層未満である。よって、第1層の厚さは1原子層未満から数原子層程度とするのが好ましい。第1層の厚さを1原子層以下とすることで、後述するステップBでの改質の作用を相対的に高めることができ、ステップBでの改質に要する時間を短縮することができる。ステップAでの第1層の形成に要する時間を短縮することもできる。結果として、1サイクルあたりの処理時間を短縮することができ、トータルでの処理時間を短縮することも可能となる。すなわち、成膜レートを高くすることも可能となる。また、第1層の厚さを1原子層以下とすることで、膜厚均一性の制御性を高めることも可能となる。 If the thickness of the first layer exceeds several atomic layers, the modification action in step B, which will be described later, does not reach the entire first layer. Moreover, the minimum value of the thickness of the first layer is less than one atomic layer. Therefore, the thickness of the first layer is preferably from less than one atomic layer to about several atomic layers. By setting the thickness of the first layer to one atomic layer or less, the action of modification in step B, which will be described later, can be relatively enhanced, and the time required for modification in step B can be shortened. .. The time required to form the first layer in step A can also be shortened. As a result, the processing time per cycle can be shortened, and the total processing time can be shortened. That is, it is possible to increase the film formation rate. Further, by setting the thickness of the first layer to one atomic layer or less, it is possible to improve the controllability of the film thickness uniformity.
ここで、DCSガスを供給する前のウエハ200上にはSiの吸着サイトが豊富に存在することから、DCSガスの供給初期には比較的大きな形成レートで第1層が形成され、その後、図5に示すように大きな形成レートが所定期間(期間T1)にわたって維持される。その後、第1層の形成が進行し、ウエハ200上に存在する吸着サイトの量が減少すると、第1層の形成レートが大きく低下するタイミング(変曲点)を迎える。変曲点を迎えた後、ウエハ200上へのDCSの吸着が飽和するまでの期間(期間T2)は、形成レートが大きく低下した状態が維持される。
Here, since abundant Si adsorption sites are present on the
上述の期間T1の初期において、ノズル249aから供給されたDCSガスは、ウエハ200の周縁部で活発に消費され、ウエハ200の中央部へは届きにくい傾向がある。そのため、例えば変曲点を迎える前の時点でウエハ200に対するDCSガスの供給を停止した場合、ウエハ200の面内における第1層の厚さの分布(第1層の面内厚さ分布とも称する)は、ウエハ200の中央部で最も薄く、周縁部に近づくにつれて徐々に厚くなる分布(以下、中央凹分布とも称する)となる。変曲点を迎える前の時点で、さらには、変曲点を迎えた後においても、ウエハ200に対するDCSガスの供給を停止することなく継続することにより、第1層の面内厚さ分布を中央凹分布からフラット分布へと近づけることは理論的には可能である。DCSガスの供給を継続することで、ウエハ200の周縁部でのDCSガスの消費はいずれ収束することになり、その結果、ウエハ200の中心部へ届くDCSガスの量が徐々に増加することになるからである。しかしながら、この手法では、DCSガスの供給を長時間継続する必要があり、ガスコストの増加を招いたり、1サイクルあたりの処理時間が増加して成膜処理の生産性を大きく損ねたりする場合がある。また、上述の手法では、第1層の面内厚さ分布をフラット分布に近づけることは理論的には可能であっても、これを、中央凸分布とすることは困難である。
In the initial stage of the above-mentioned period T 1 , the DCS gas supplied from the
なお、ウエハ200に対してDCSガスを供給する際、ノズル249b,249cからN2ガスを大流量で供給することにより、第1層の面内厚さ分布を、中央凹分布からフラット分布へ近づけたり、さらには、中央凸分布へ近づけたりすることは可能である。N2ガスをこのように制御することで、反応管203の内壁とウエハ200との間の平面視において円環状の空間(以下、単に「円環状の空間」とも称する)の圧力は、ウエハ配列領域内の圧力、すなわち、ウエハ200間の空間における圧力よりも大きくなる。結果として、円環状の空間へのDCSガスの流出が抑制されるとともに、ウエハ200の中心部へのDCSガスの供給量が増加する。また、円環状の空間におけるDCSガスの分圧(濃度)が低下し、ウエハ200の周縁部へのDCSガスの供給量が減少する。これらにより、第1層の面内厚さ分布が上述のように制御される。しかしながら、ノズル249b,249cからのN2ガスの供給タイミングや、その流量によっては、DCSガスの希釈化による第1層の形成レートの低下を招き、成膜処理の生産性を大きく損ねてしまう場合がある。これらのことは、発明者等による鋭意研究の結果、初めて明らかになった新規課題である。
Note that when supplying the DCS gas to the
本実施形態では、上述の各種課題を回避するため、ステップAにおいて、上述のステップA1,A2をこの順に行うようにしている。以下、これらのステップの詳細について説明する。 In the present embodiment, in order to avoid the above-mentioned various problems, the above-mentioned steps A1 and A2 are performed in this order in step A. The details of these steps will be described below.
ステップA1では、ノズル249aよりDCSガスを供給した状態で、バルブ243d,243cを開き、ガス供給管232d,232b,232c内へN2ガスを流し、ノズル249b,249cより処理室201内へN2ガスを供給する。なお、本ステップでは、ノズル249b,249cからのN2ガスの供給を不実施としてもよい。但し、ノズル249b,249cからのN2ガスの供給を実施する方が、これらの内部へのDCSガスの侵入を抑制することが可能となる点で好ましい。また、ノズル249b,249c内へのDCSガスの侵入を抑制するには、ノズル249b,249cからのN2ガスの供給を、ステップAと同時、或いは、その前に開始するのが好ましい。
In step A1, while supplying the DCS gas from the
ステップA1において、ノズル249b,249cより供給するN2ガスの各流量(第1流量)は、それぞれ、ノズル249aより供給するDCSガスの流量よりも小さな流量とする。好ましくは、ノズル249b,249cより供給するN2ガスの各流量は、それらの合計流量が、ノズル249aより供給するDCSガスの流量よりも小さな流量となるような流量とする。
In step A1, each flow rate (first flow rate) of the N 2 gas supplied from the
ノズル249b,249cから供給するN2ガスの流量をこのように小さく設定することにより、ノズル249aより供給されたDCSガスの処理室201内における希釈化を抑制することができ、ウエハ200上における第1層の形成処理を比較的大きな形成レート(第1レート)で進行させることが可能となる。ノズル249b,249cより供給するN2ガスの流量は、それぞれ、例えば0〜500sccmの範囲内の所定の流量とすることができる。ステップA1の実施時間は、ステップAの実施時間の例えば1/4〜1/2とすることができる。
By setting the flow rate of the N 2 gas supplied from the
なお、ステップAにおいて、ステップA1を継続して実施した場合、第1層の形成レートは、上述の第1レートから第1レートよりも小さい第2レートへと変化する。そこで、ステップA1を継続し、第1層の形成レートが、上述の第1レートから第2レートへと変化するとき、或いは、変化した後、ノズル249aからのDCSガスの供給を継続(維持)した状態で、MFC241d,241cを制御し、ノズル249b,249cより供給するN2ガスの流量を増加させるステップA2を開始する。なお、ステップA1を継続すると、第1層の形成レートが大きく低下して変曲点を迎えるのは、上述したように、ウエハ200上に存在する吸着サイトの量が減少するためである。
In step A, when step A1 is continuously carried out, the formation rate of the first layer changes from the above-mentioned first rate to a second rate smaller than the first rate. Therefore, step A1 is continued, and when the formation rate of the first layer changes from the above-mentioned first rate to the second rate, or after the change, the supply of DCS gas from the
ステップA2において、ノズル249b,249cより供給するN2ガスの各流量(第2流量)は、それらの合計流量が、ノズル249aより供給するDCSガスの流量よりも大きな流量となるような流量とする。好ましくは、ノズル249b,249cより供給するN2ガスの各流量(第2流量)は、それらの合計流量が、ノズル249aより供給するDCSガスおよびN2ガスの合計流量よりも大きな流量となるような流量とする。また、好ましくは、ノズル249b,249cより供給するN2ガスの各流量は、それぞれ、ノズル249aより供給するDCSガスの流量よりも大きな流量とする。さらに好ましくは、ノズル249b,249cより供給するN2ガスの各流量は、それぞれ、ノズル249aより供給するDCSガスおよびN2ガスの合計流量よりも大きな流量とする。
In step A2, each flow rate (second flow rate) of the N 2 gas supplied from the
ノズル249b,249cから供給するN2ガスの流量をこのように大きく設定することにより、上述の円環状の空間の圧力をウエハ200間の空間における圧力よりも大きくすることができ、ウエハ200の中心部へのDCSガスの供給量を増加させることができる。また、円環状の空間におけるDCSガスの分圧を低下させ、ウエハ200の周縁部へのDCSガスの供給量を減少させることもできる。結果として、第1層の面内厚さ分布を、中央凹分布からフラット分布へ近づけたり、さらには、中央凸分布へ近づけたりすることが可能となる。ノズル249b,249cより供給するN2ガスの流量は、それぞれ、例えば3000〜6000sccmの範囲内の所定の流量とする。ステップA2の実施時間は、ステップAの実施時間の例えば1/2〜3/4とすることができる。なお、ステップA2の実施時間をステップA1の実施時間よりも長くすることで、第1層の面内厚さ分布の中央凸分布の度合いを高めることが可能となる。
By setting the flow rate of the N 2 gas supplied from the
所望の厚さおよび面内厚さ分布を有する第1層が形成された後、バルブ243aを閉じ、DCSガスの供給を停止する。また、MFC241d,241cを制御して、ノズル249b,249cより供給するN2ガスの流量を第2流量から第1流量へと、或いは、ノズル249aより供給するN2ガスの流量と同程度の流量へと減少させる。このとき、APCバルブ244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第1層の形成に寄与した後のDCSガスを処理室201内から排除する。ノズル249a〜249cから供給されるN2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内がパージされる(パージステップ)。
After the first layer having the desired thickness and in-plane thickness distribution is formed, the
[ステップB]
ステップAが終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、ウエハ200上に形成された第1層に対してNH3ガスを供給する。
[Step B]
After the step A is finished, the
このステップでは、バルブ243b,243c〜243eの開閉制御を、ステップA1におけるバルブ243a,243c〜243eの開閉制御と同様の手順で行う。NH3ガスは、MFC241bにより流量調整され、ノズル249bを介して処理室201内へ供給され、排気口231aから排気される。このとき、ウエハ200に対してNH3ガスが供給される。
In this step, the opening / closing control of the
NH3ガスの供給流量は、例えば1000〜10000sccmの範囲内の所定の流量とする。NH3ガスの供給時間は、例えば1〜120秒、好ましくは1〜60秒の範囲内の所定の時間とする。各ガス供給管から供給するN2ガスの供給流量は、例えば0〜2000sccmの範囲内の所定の流量とする。処理室201内の圧力は、例えば1〜4000Pa、好ましくは1〜3000Paの範囲内の所定の圧力とする。処理室201内の圧力をこのような比較的高い圧力帯とすることで、NH3ガスをノンプラズマで熱的に活性化させることが可能となる。NH3ガスは熱で活性化させて供給した方が、比較的ソフトな反応を生じさせることができ、後述する第2層の形成が容易となる。他の処理条件は、ステップAと同様な処理条件とする。
The supply flow rate of NH 3 gas is, for example, a predetermined flow rate within the range of 1000 to 10000 sccm. The supply time of NH 3 gas is, for example, a predetermined time within the range of 1 to 120 seconds, preferably 1 to 60 seconds. The supply flow rate of the N 2 gas supplied from each gas supply pipe is, for example, a predetermined flow rate within the range of 0 to 2000 sccm. The pressure in the
上述の条件下でウエハ200に対してNH3ガスを供給することにより、ウエハ200上に形成された第1層の少なくとも一部が窒化(改質)される。第1層が改質されることで、ウエハ200上に、SiおよびNを含む第2層、すなわち、SiN層が形成される。第2層を形成する際、第1層に含まれていたCl等の不純物は、NH3ガスによる第1層の改質反応の過程において、少なくともClを含むガス状物質を構成し、処理室201内から排出される。すなわち、第1層中のCl等の不純物は、第1の層中から引き抜かれたり、脱離したりすることで、第1層から分離する。これにより、第2層は、第1層に比べてCl等の不純物が少ない層となる。
By supplying NH 3 gas to the
第2層が形成された後、バルブ243bを閉じ、NH3ガスの供給を停止する。そして、ステップAのパージステップと同様の処理手順、処理条件により、処理室201内に残留する未反応もしくは第2層の形成に寄与した後のNH3ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。
After the second layer is formed, closing the
[所定回数実施]
ステップA,B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1回以上(n回)行うことにより、ウエハ200上に、所定組成および所定膜厚のSiN膜を形成することができる。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、上述のサイクルを1回行う際に形成される第2層の厚さを所望の膜厚よりも薄くし、第2層を積層することで形成されるSiN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。
[Implemented a predetermined number of times]
By performing the cycles in which steps A and B are performed non-simultaneously, that is, without synchronizing, one or more times (n times), a SiN film having a predetermined composition and a predetermined film thickness can be formed on the
原料としては、DCSガスの他、モノクロロシラン(SiH3Cl、略称:MCS)ガス、トリクロロシラン(SiHCl3、略称:TCS)ガス、テトラクロロシラン(SiCl4、略称:STC)ガス、ヘキサクロロジシラン(Si2Cl6、略称:HCDS)ガス、オクタクロロトリシラン(Si3Cl8、略称:OCTS)ガス等のクロロシラン原料ガスを用いることができる。 In addition to DCS gas, the raw materials include monochlorosilane (SiH 3 Cl, abbreviated as MCS) gas, trichlorosilane (SiHCl 3 , abbreviated as TCS) gas, tetrachlorosilane (SiCl 4 , abbreviated as STC) gas, and hexachlorodisilane (Si). Chlorosilane raw material gas such as 2 Cl 6 , abbreviated as HCDS) gas and octachlorotrisilane (Si 3 Cl 8 , abbreviated as OCTS) gas can be used.
反応体としては、NH3ガスの他、例えば、ジアゼン(N2H2)ガス、ヒドラジン(N2H4)ガス、N3H8ガス等の窒化水素系ガスを用いることができる。 As the reactant , in addition to NH 3 gas, for example, hydrogen nitride-based gas such as diimide (N 2 H 2 ) gas, hydrazine (N 2 H 4 ) gas, and N 3 H 8 gas can be used.
不活性ガスとしては、N2ガスの他、Arガス、Heガス、Neガス、Xeガス等の希ガスを用いることができる。 As the inert gas, in addition to the N 2 gas, a rare gas such as Ar gas, He gas, Ne gas, and Xe gas can be used.
(アフターパージ〜大気圧復帰)
ウエハ200上に所望組成、所望膜厚の膜が形成されたら、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、排気口231a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)。
(After purging-return to atmospheric pressure)
Desired composition on the
(ボートアンロード及びウエハディスチャージ)
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)。
(Boat unloading and wafer discharge)
The
(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つ又は複数の効果が得られる。
(3) Effects of the present embodiment According to the present embodiment, one or more of the following effects can be obtained.
(a)ウエハ200に対してDCSガスを供給する際に、ステップA2を行うことで、ベアウエハとして構成されたウエハ200上に形成されるSiN膜の面内膜厚分布を、中央凸分布とすることが可能となる。これにより、ウエハ200としてパターンウエハを用いる場合に、このウエハ200上に、フラット分布を有するSiN膜を形成することが可能となる。なお、ステップA2において、ノズル249b,249cより供給するN2ガスの各流量を、それぞれ、ノズル249aより供給するDCSガスの流量よりも大きな流量とすることで、上述の中央凸分布をより確実に実現できるようになる。
(A) By performing step A2 when supplying DCS gas to the
ウエハ200上に形成される膜の面内膜厚分布がウエハ200の表面積に依存するのは、いわゆるローディング効果によるものと考えられる。成膜対象のウエハ200の表面積が大きくなるほど、DCSガス等の原料がウエハ200の周縁部で多量に消費され、その中心部へ届きにくくなる。その結果、ウエハ200上に形成される膜の面内膜厚分布が、中央凹分布となる。本実施形態によれば、ウエハ200として表面積の大きなパターンウエハを用いる場合であっても、ウエハ200上に形成される膜の面内膜厚分布を中央凹分布からフラット分布へと矯正したり、さらには、中央凸分布へと矯正したりする等、自在に制御することが可能となる。
It is considered that the in-plane film thickness distribution of the film formed on the
(b)ステップA2を行う前にステップA1を行うことで、ウエハ200上に吸着サイトが豊富に存在する第1層の形成初期の段階において、DCSガスの希釈化を抑制することができ、これにより、第1層の形成を大きな形成レートで進行させることが可能となる。結果として、SiN膜の成膜レートを高め、成膜処理の生産性を向上させることが可能となる。なお、ステップA1において、ノズル249b,249cより供給するN2ガスの各流量を、それらの合計流量が、ノズル249aより供給するDCSガスの流量よりも小さな流量となるような流量とすることで、DCSガスの希釈化をさらに抑制し、上述の効果をより確実に実現できるようになる。
(B) By performing step A1 before performing step A2, dilution of DCS gas can be suppressed at the initial stage of formation of the first layer in which adsorption sites are abundantly present on the
(c)ノズル249b,249cを、ノズル249aを挟んでその両側に配置することで、第1層の面内厚さ分布の制御性、すなわち,ウエハ200上に形成されるSiN膜の面内膜厚分布の制御性を高めることが可能となる。
(C) By arranging the
(d)ノズル249a〜249cを、排気口231aと対向するようにそれぞれ配置することで、第1層の面内厚さ分布の制御性、すなわち,ウエハ200上に形成されるSiN膜の面内膜厚分布の制御性を高めることが可能となる。
(D) By arranging the
(e)上述の効果は、DCSガス以外の原料を用いる場合や、NH3ガス以外の反応体を用いる場合や、N2ガス以外の不活性ガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。 (E) The above-mentioned effect can be similarly obtained when a raw material other than DCS gas is used, when a reactant other than NH 3 gas is used, or when an inert gas other than N 2 gas is used. ..
(4)変形例
本実施形態における成膜ステップは、以下に示す変形例のように変更することができる。
(4) Modification example The film formation step in the present embodiment can be changed as in the modification shown below.
(変形例1)
上述したように、ステップAにおいて、ステップA1をステップA2の実施を行うことなく継続した場合、第1層の形成レートは、第1レートから第1レートよりも小さい第2レートへと変化する。本変形例では、第1層の形成レートが、第1レートから第1レートよりも小さい第2レートへと変化する前に、好ましくは、変曲点に達する手前(直前)で、ステップA2を開始する。
(Modification example 1)
As described above, in step A, when step A1 is continued without performing step A2, the formation rate of the first layer changes from the first rate to the second rate smaller than the first rate. In this modification, step A2 is performed before the formation rate of the first layer changes from the first rate to the second rate, which is smaller than the first rate, preferably before (immediately before) reaching the inflection point. Start.
本変形例によれば、第1層の面内厚さ分布を中央凸分布に近づけるように作用するステップA2の開始タイミングを早め、第1層の面内厚さ分布が中央凹分布となる傾向があるステップA1の実施期間を短くすることで、ウエハ200上に形成されたSiN膜の面内膜厚分布を、より確実に中央凸分布化させることができる。
According to this modification, the start timing of step A2, which acts to bring the in-plane thickness distribution of the first layer closer to the central convex distribution, is advanced, and the in-plane thickness distribution of the first layer tends to be a central concave distribution. By shortening the implementation period of a certain step A1, the in-plane film thickness distribution of the SiN film formed on the
(変形例2)
原料として、例えば、1,1,2,2−テトラクロロ−1,2−ジメチルジシラン((CH3)2Si2Cl4、略称:TCDMDS)ガスのようなアルキルハロシラン原料ガスや、トリスジメチルアミノシラン(Si[N(CH3)2]3H、略称:3DMAS)ガスやビスジエチルアミノシラン(SiH2[N(C2H5)2]2、略称:BDEAS)ガスのようなアミノシラン原料ガスを用いてもよい。また、モノシラン(SiH4)ガス、ジシラン(Si2H6)ガスのようなシラン(水素化ケイ素)原料ガスを用いてもよい。
(Modification 2)
Using, for example, 1,1,2,2-tetrachloro-1,2-dimethyl-disilane ((CH 3) 2 Si 2 Cl 4, abbreviation: TCDMDS) and alkylhalosilane source gas such as a gas, tris dimethyl aminosilane (Si [N (CH 3) 2] 3 H, abbreviation: 3DMAS) gas or bis diethylamino silane (SiH 2 [N (C 2 H 5) 2] 2, abbreviated: BDEAS) an aminosilane material gas such as a gas You may use it. Further, a silane (silicon hydride) raw material gas such as monosilane (SiH 4 ) gas and disilane (Si 2 H 6) gas may be used.
また、反応体として、例えば、トリエチルアミン((C2H5)3N、略称:TEA)ガスのようなアミン系ガスや、酸素(O2)ガス、水蒸気(H2O)、オゾン(O3)ガス、プラズマ励起されたO2ガス(O2 *)、O2ガス+水素(H2)ガスのようなO含有ガス(酸化剤)や、プロピレン(C3H6)ガスのようなC含有ガスや、トリクロロボラン(BCl3)ガスのようなB含有ガスを用いてもよい。 Further, as the reactant, for example, an amine-based gas such as triethylamine ((C 2 H 5 ) 3 N, abbreviated as TEA) gas, oxygen (O 2 ) gas, water vapor (H 2 O), ozone (O 3). ) Gas, O-containing gas (oxidizer) such as plasma-excited O 2 gas (O 2 * ), O 2 gas + hydrogen (H 2 ) gas, and C such as propylene (C 3 H 6) gas. A B-containing gas such as a contained gas or a trichloroborane (BCl 3) gas may be used.
そして、例えば以下の成膜シーケンスにより、ウエハ200上に、シリコン酸窒化膜(SiON膜)、シリコン酸炭窒化膜(SiOCN膜)、シリコン酸炭化膜(SiOC膜)、シリコン炭窒化膜(SiCN膜)、シリコン硼炭窒化膜(SiBCN膜)、シリコン硼窒化膜(SiBN膜)、シリコン酸化膜(SiO膜)を形成するようにしてもよい。
Then, for example, by the following film forming sequence, a silicon oxynitride film (SiON film), a silicon oxycarbonate film (SiOCN film), a silicon acid carbide film (SiOC film), and a silicon carbon dioxide film (SiCN film) are placed on the
(DCS→NH3→O2)×n ⇒ SiON
(DCS→TEA→O2)×n ⇒ SiOC(N)
(DCS→C3H6→NH3)×n ⇒ SiCN
(DCS→C3H6→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
(DCS→C3H6→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBCN
(DCS→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBN
(DCS→O2+H2)×n ⇒ SiO
(3DMAS→O3)×n ⇒ SiO
(BDEAS→O2 *)×n ⇒ SiO
(DCS → NH 3 → O 2 ) × n ⇒ SiON
(DCS → TEA → O 2 ) × n ⇒ SiOC (N)
(DCS → C 3 H 6 → NH 3 ) × n ⇒ SiCN
(DCS → C 3 H 6 → NH 3 → O 2 ) × n ⇒ SiOCN
(DCS → C 3 H 6 → BCl 3 → NH 3 ) × n ⇒ SiBCN
(DCS → BCl 3 → NH 3 ) × n ⇒ SiBN
(DCS → O 2 + H 2 ) × n ⇒ SiO
(3DMAS → O 3 ) × n ⇒ SiO
(BDEAS → O 2 * ) × n ⇒ SiO
これらの成膜シーケンスにおいても、原料供給時に、ステップA1,A2を、図4に示す成膜シーケンスや変形例1と同様に行うことで、これらと同様の効果が得られる。なお、原料や反応体を供給する際の処理手順、処理条件は、図4に示す成膜シーケンスや変形例1と同様とすることができる。 Also in these film forming sequences, the same effects as these can be obtained by performing steps A1 and A2 in the same manner as in the film forming sequence shown in FIG. 4 and the modification 1 at the time of supplying the raw materials. The treatment procedure and treatment conditions for supplying the raw material and the reactant can be the same as those of the film formation sequence and the modification 1 shown in FIG.
<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。但し、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。
<Other Embodiments>
The embodiment of the present invention has been specifically described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist thereof.
上述の実施形態では、第2ノズルはノズル249b,249cを有し、それらは、第1ノズルとしてのノズル249aを挟んでその両側に配置される例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、第2ノズルがノズル249bのみを有し、ノズル249bをノズル249aに近接して、或いは、離間して配置するようにしてもよい。この場合であっても、原料供給時に、ステップA1,A2を、図4に示す成膜シーケンスや変形例1,2と同様に行うことで、これらと同様の効果が得られる。但し、上述の実施形態におけるノズル配置の方が、ウエハ200上に形成される膜の面内膜厚分布の制御性を高めることが可能となる点で、好ましい。
In the above-described embodiment, the second nozzle has
上述の実施形態では、原料供給時に、ステップA1,A2を行う例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、DCSガス供給時ではなく、反応体供給時に、ステップA1,A2を行うようにしてもよい。この場合、ウエハ200上に形成される膜の、ウエハ200面内におけるN、C、O、B等の濃度分布を制御することが可能となる。反応体供給時に行うステップA1,A2は、図4に示す成膜シーケンスや変形例1,2で示したステップA1,A2と同様の処理条件、処理手順により行うことができる。
In the above-described embodiment, an example in which steps A1 and A2 are performed at the time of supplying raw materials has been described, but the present invention is not limited to such an embodiment. For example, steps A1 and A2 may be performed when the reactant is supplied instead of when the DCS gas is supplied. In this case, it is possible to control the concentration distribution of N, C, O, B, etc. in the plane of the
上述の実施形態では、NH3ガス等の反応体を、ノズル249bから供給する例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、反応体を、ノズル249b,249cの両方から供給してもよい。また、処理室201内にノズル249a〜249cとは異なるノズルを新たに設け、この新たに設けたノズルを用いて反応体を供給するようにしてもよい。これらの場合であっても、原料供給時に、ステップA1,A2を、図4に示す成膜シーケンスや変形例1,2と同様に行うことで、これらと同様の効果が得られる。
In the above embodiment, the reactants such as NH 3 gas, an example has been described is supplied from the
上述の実施形態では、基板上に主元素としてSiを含む膜を形成する例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。すなわち、本発明は、Siの他、ゲルマニウム(Ge)、ボロン(B)等の半金属元素を主元素として含む膜を基板上に形成する場合にも、好適に適用することができる。また、本発明は、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ストロンチウム(Sr)、アルミニウム(Al)等の金属元素を主元素として含む膜を基板上に形成する場合にも、好適に適用することができる。 In the above-described embodiment, an example of forming a film containing Si as a main element on a substrate has been described, but the present invention is not limited to such an embodiment. That is, the present invention can also be suitably applied to the case where a film containing a metalloid element such as germanium (Ge) or boron (B) as a main element is formed on the substrate in addition to Si. Further, the present invention relates to titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), niobium (Nb), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), tungsten (W), yttrium (Y), lantern (La). , Strontium (Sr), aluminum (Al) and the like can also be suitably applied to the case of forming a film containing a metal element as a main element on the substrate.
例えば、原料として、チタニウムテトラクロライド(TiCl4)ガスやトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3、略称:TMA)ガスを用い、以下に示す成膜シーケンスにより、基板上に、チタン窒化膜(TiN膜)、チタン酸窒化膜(TiON膜)、チタンアルミニウム炭窒化膜(TiAlCN膜)、チタンアルミニウム炭化膜(TiAlC膜)、チタン炭窒化膜(TiCN膜)、チタン酸化膜(TiO膜)等を形成する場合にも、本発明を好適に適用することができる。 For example, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas or trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 , abbreviation: TMA) gas is used as a raw material, and a titanium nitride film (TiN film) is formed on the substrate by the film forming sequence shown below. ), Titanium oxynitride film (TiON film), Titanium aluminum carbon nitride film (TiAlCN film), Titanium aluminum carbide film (TiAlC film), Titanium carbon nitride film (TiCN film), Titanium oxide film (TIO film), etc. In some cases, the present invention can be preferably applied.
(TiCl4→NH3)×n ⇒ TiN
(TiCl4→NH3→O2)×n ⇒ TiON
(TiCl4→TMA→NH3)×n ⇒ TiAlCN
(TiCl4→TMA)×n ⇒ TiAlC
(TiCl4→TEA)×n ⇒ TiCN
(TiCl4→H2O)×n ⇒ TiO
(TiCl 4 → NH 3 ) × n ⇒ TiN
(TiCl 4 → NH 3 → O 2 ) × n ⇒ TiON
(TiCl 4 → TMA → NH 3 ) × n ⇒ TiAlCN
(TiCl 4 → TMA) × n ⇒ TiAlC
(TiCl 4 → TEA) × n ⇒ TiCN
(TiCl 4 → H 2 O) × n ⇒ TiO
基板処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置123を介して記憶装置121c内に格納しておくことが好ましい。そして、処理を開始する際、CPU121aが、記憶装置121c内に格納された複数のレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、1台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、処理を迅速に開始できるようになる。
It is preferable that the recipes used for the substrate processing are individually prepared according to the processing content and stored in the
上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置122を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。
The above-mentioned recipe is not limited to the case of newly creating, and may be prepared, for example, by modifying an existing recipe already installed in the substrate processing apparatus. When changing the recipe, the changed recipe may be installed on the substrate processing apparatus via a telecommunication line or a recording medium on which the recipe is recorded. Further, the input /
上述の実施形態では、第1、第2ノズルが反応管の内壁に沿うように処理室内に設けられている例について説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば図6(a)に縦型処理炉の断面構造を示すように、反応管の側壁にバッファ室を設け、このバッファ室内に、上述の実施形態と同様の構成の第1、第2ノズルを、上述の実施形態と同様の配置で設けるようにしてもよい。図6(a)では、反応管の側壁に供給用のバッファ室と排気用のバッファ室とを設け、それぞれを、ウエハを挟んで対向する位置に配置した例を示している。また、図6(a)では、供給用のバッファ室を複数(3つ)の空間に仕切り、それぞれの空間に各ノズルを配置した例を示している。バッファ室の3つの空間の配置は、第1、第2ノズルの配置と同様となる。また例えば、図6(b)に縦型処理炉の断面構造を示すように、図6(a)と同様の配置でバッファ室を設け、バッファ室内に第1ノズルを設け、このバッファ室の処理室との連通部を両側から挟むとともに反応管の内壁に沿うように第2ノズルを設けるようにしてもよい。なお、図6(a)、図6(b)で説明した反応管以外の構成は、図1に示す処理炉の各部の構成と同様である。これらの処理炉を用いた場合であっても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。 In the above-described embodiment, an example in which the first and second nozzles are provided in the processing chamber along the inner wall of the reaction tube has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, as shown in FIG. 6A showing the cross-sectional structure of the vertical processing furnace, a buffer chamber is provided on the side wall of the reaction tube, and the first and second nozzles having the same configuration as those of the above-described embodiment are provided in the buffer chamber. , The arrangement may be the same as that of the above-described embodiment. FIG. 6A shows an example in which a buffer chamber for supply and a buffer chamber for exhaust are provided on the side wall of the reaction tube, and the buffer chambers are arranged at positions facing each other with the wafer interposed therebetween. Further, FIG. 6A shows an example in which the supply buffer chamber is divided into a plurality of (three) spaces and each nozzle is arranged in each space. The arrangement of the three spaces in the buffer chamber is the same as the arrangement of the first and second nozzles. Further, for example, as shown in FIG. 6B, the cross-sectional structure of the vertical processing furnace is provided, a buffer chamber is provided in the same arrangement as in FIG. 6A, a first nozzle is provided in the buffer chamber, and processing in this buffer chamber is provided. A second nozzle may be provided along the inner wall of the reaction tube while sandwiching the communication portion with the chamber from both sides. The configurations other than the reaction tubes described in FIGS. 6 (a) and 6 (b) are the same as the configurations of each part of the processing furnace shown in FIG. Even when these processing furnaces are used, the same effects as those in the above-described embodiment can be obtained.
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基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、一度に1枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。また、上述の実施形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。 In the above-described embodiment, an example of forming a film using a batch-type substrate processing apparatus that processes a plurality of substrates at one time has been described. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be suitably applied to, for example, a case where a film is formed by using a single-wafer type substrate processing apparatus that processes one or several substrates at a time. Further, in the above-described embodiment, an example of forming a film by using a substrate processing apparatus having a hot wall type processing furnace has been described. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be suitably applied to the case where a film is formed by using a substrate processing apparatus having a cold wall type processing furnace.
これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態や変形例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、これらと同様の効果が得られる。 Even when these substrate processing devices are used, the film can be formed under the same sequence and processing conditions as those of the above-described embodiments and modifications, and the same effects as these can be obtained.
また、上述の実施形態や変形例等は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理手順、処理条件は、例えば、上述の実施形態の処理手順、処理条件と同様とすることができる。 In addition, the above-described embodiments and modifications can be used in combination as appropriate. The processing procedure and processing conditions at this time can be, for example, the same as the processing procedure and processing conditions of the above-described embodiment.
上述の実施形態や変形例等の手法により形成されるSiN膜等は、絶縁膜、スペーサ膜、マスク膜、電荷蓄積膜、ストレス制御膜等として広く用いることが可能である。近年、半導体デバイスの微細化に伴い、ウエハ上に形成される膜に対して面内膜厚均一性の要求が厳しくなっている。高密度パターンが表面に形成されたパターンウエハ上へフラット分布を有する膜を形成することが可能な本発明は、この要求に答える技術として非常に有益
であると考えられる。
The SiN film or the like formed by the methods described in the above-described embodiments and modifications can be widely used as an insulating film, a spacer film, a mask film, a charge storage film, a stress control film, and the like. In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, the demand for in-plane film thickness uniformity for the film formed on the wafer has become stricter. The present invention, which is capable of forming a film having a flat distribution on a pattern wafer in which a high-density pattern is formed on the surface, is considered to be very useful as a technique for meeting this demand.
以下、上述の実施形態で得られる効果を裏付ける実験結果について説明する。 Hereinafter, the experimental results supporting the effects obtained in the above-described embodiment will be described.
実施例として、図1に示す基板処理装置を用い、図4に示す成膜シーケンスにより、複数枚のウエハ上にSiN膜をそれぞれ形成した。ウエハとしては、表面に凹凸構造が形成されていないベアウエハと、表面に凹凸構造が形成されたパターンウエハと、をそれぞれ用いた。パターンウエハとしては、その主面(成膜処理の下地)が有する表面積が、ベアウエハの主面が有する表面積の20〜25倍であるものを用いた。他の処理条件は、上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の所定の条件とした。 As an example, using the substrate processing apparatus shown in FIG. 1, SiN films were formed on a plurality of wafers by the film forming sequence shown in FIG. As the wafer, a bare wafer having no uneven structure formed on the surface and a pattern wafer having an uneven structure formed on the surface were used. As the pattern wafer, a wafer in which the surface area of the main surface (base of the film forming treatment) is 20 to 25 times the surface area of the main surface of the bare wafer is used. The other processing conditions were predetermined conditions within the processing condition range described in the above-described embodiment.
比較例1として、図1に示す基板処理装置を用い、ウエハに対してDCSガスを供給するステップAと、ウエハに対してNH3ガスを供給するステップBと、を交互に繰り返す成膜シーケンスにより、複数枚のウエハ上にSiN膜をそれぞれ形成した。但し、比較例1では、ステップAを行う間、ステップA1のみを行い、ステップA2は不実施とした。ステップA1は、ステップAの開始から終了まで実施した。他の処理条件は、実施例と同様とした。 As Comparative Example 1, using the substrate processing apparatus shown in FIG. 1, a film forming sequence in which a step A of supplying DCS gas to a wafer and a step B of supplying NH 3 gas to a wafer are alternately repeated. , SiN films were formed on each of a plurality of wafers. However, in Comparative Example 1, only step A1 was performed while step A was performed, and step A2 was not performed. Step A1 was carried out from the start to the end of step A. Other processing conditions were the same as in the examples.
比較例2として、図1に示す基板処理装置を用い、ウエハに対してDCSガスを供給するステップAと、ウエハに対してNH3ガスを供給するステップBと、を交互に繰り返す成膜シーケンスにより、複数枚のウエハ上にSiN膜をそれぞれ形成した。但し、比較例2では、ステップAを行う間、ステップA2のみを行い、ステップA1は不実施とした。ステップA2は、ステップAの開始から終了まで実施した。他の処理条件は、実施例と同様とした。 As Comparative Example 2, using the substrate processing apparatus shown in FIG. 1, a film forming sequence in which a step A of supplying DCS gas to a wafer and a step B of supplying NH 3 gas to a wafer are alternately repeated. , SiN films were formed on each of a plurality of wafers. However, in Comparative Example 2, only step A2 was performed while step A was performed, and step A1 was not performed. Step A2 was carried out from the start to the end of step A. Other processing conditions were the same as in the examples.
そして、実施例、比較例1,2で形成したSiN膜の面内膜厚分布をそれぞれ測定した。図7(a)〜図7(c)は実施例の測定結果を、図8(a)〜図8(c)は比較例1の測定結果を、図9(a)〜図9(c)は比較例2の測定結果を、それぞれ示している。各図において、Top、Center、Bottomは、ウエハ配列領域内におけるウエハの位置を示している。各図の縦軸は膜厚[Å]を、横軸は測定位置のウエハの中心からの距離[mm]をそれぞれ示している。図中の■印はベアウエハ上に形成されたSiN膜の測定結果を、◇印はパターンウエハ上に形成されたSiN膜の測定結果をそれぞれ示している。 Then, the in-plane film thickness distribution of the SiN films formed in Examples and Comparative Examples 1 and 2 was measured, respectively. 7 (a) to 7 (c) show the measurement results of Examples, FIGS. 8 (a) to 8 (c) show the measurement results of Comparative Example 1, and FIGS. 9 (a) to 9 (c) show the measurement results. Shows the measurement results of Comparative Example 2, respectively. In each figure, Top, Center, and Bottom indicate the position of the wafer in the wafer arrangement region. The vertical axis of each figure shows the film thickness [Å], and the horizontal axis shows the distance [mm] from the center of the wafer at the measurement position. In the figure, the ■ mark shows the measurement result of the SiN film formed on the bare wafer, and the ◇ mark shows the measurement result of the SiN film formed on the pattern wafer.
図7(a)〜図7(c)によれば、ベアウエハ上に形成されたSiN膜の面内膜厚分布は、いずれも、中央凸分布となっていることが分かる。また、パターンウエハ上に形成されたSiN膜の面内膜厚分布は、いずれも、比較的緩やかな中央凸分布となっていることが分かる。すなわち、実施例のように、ステップAにおいてA1,A2をこの順に実施することで、パターンウエハ上に形成するSiN膜の面内膜厚分布を、フラット分布に近づけること、例えば、比較的緩やかな中央凸分布とすることができることが分かる。 According to FIGS. 7 (a) to 7 (c), it can be seen that the in-plane film thickness distributions of the SiN films formed on the bare wafer are all centrally convex. Further, it can be seen that the in-plane film thickness distribution of the SiN film formed on the pattern wafer has a relatively gentle central convex distribution. That is, by carrying out A1 and A2 in this order in step A as in the embodiment, the in-plane film thickness distribution of the SiN film formed on the pattern wafer can be made closer to a flat distribution, for example, relatively gentle. It can be seen that the central convex distribution can be obtained.
図8(a)〜図8(c)によれば、ベアウエハ上に形成されたSiN膜の面内膜厚分布は、いずれも、中央凸分布が弱いか、或いは、フラット分布に近い分布となっていることが分かる。また、パターンウエハ上に形成されたSiN膜の面内膜厚分布は、いずれも、中央凹分布となっていることが分かる。すなわち、比較例1のように、ステップAにおいてステップA2を不実施とした場合には、パターンウエハ上に形成されるSiN膜の面内膜厚分布を、フラット分布、或いは、中央凸分布とすることは困難であることが分かる。 According to FIGS. 8 (a) to 8 (c), the in-plane film thickness distribution of the SiN film formed on the bare wafer has a weak central convex distribution or a distribution close to a flat distribution. You can see that. Further, it can be seen that the in-plane film thickness distribution of the SiN film formed on the pattern wafer has a central concave distribution. That is, when step A2 is not performed in step A as in Comparative Example 1, the in-plane film thickness distribution of the SiN film formed on the pattern wafer is set to a flat distribution or a central convex distribution. It turns out to be difficult.
図9(a)〜図9(c)によれば、ベアウエハ上に形成されたSiN膜の面内膜厚分布は、いずれも、中央凸分布となっていることが分かる。また、パターンウエハ上に形成されたSiN膜の面内膜厚分布は、Topにおいて一部外周厚となっているものの、いずれも、比較的緩やかな中央凸分布となっていることが分かる。すなわち、比較例2のように、ステップAにおいてステップA2を実施することで、パターンウエハ上に形成するSiN膜の面内膜厚分布を、フラット分布に近づけること、例えば、比較的緩やかな中央凸分布とすることができることが分かる。しかしながら、比較例2で形成されたSiN膜は、実施例で形成されたSiN膜と比べて、いずれも膜厚が薄いことが分かる。これは、ステップA2の前にステップA1を不実施としたことで、ステップAを開始した直後からDCSガスが希釈化され、成膜レートが低下したためと考えられる。すなわち、比較例2のようにステップA2を行う前にステップA1を不実施とした場合には、実施例のように成膜処理の生産性を向上させることは困難であることが分かる。 According to FIGS. 9 (a) to 9 (c), it can be seen that the in-plane film thickness distributions of the SiN films formed on the bare wafer are all centrally convex. Further, it can be seen that the in-plane film thickness distribution of the SiN film formed on the pattern wafer has a relatively gentle central convex distribution, although the outer peripheral thickness is partially formed in Top. That is, as in Comparative Example 2, by carrying out step A2 in step A, the in-plane film thickness distribution of the SiN film formed on the pattern wafer is brought closer to a flat distribution, for example, a relatively gentle central convexity. It can be seen that it can be a distribution. However, it can be seen that the SiN films formed in Comparative Example 2 are all thinner than the SiN films formed in Examples. It is considered that this is because the DCS gas was diluted immediately after the start of the step A and the film formation rate was lowered because the step A1 was not performed before the step A2. That is, if step A1 is not performed before step A2 is performed as in Comparative Example 2, it is difficult to improve the productivity of the film forming process as in Example 2.
なお、比較例2のベアウエハ上に形成されたSiN膜は、比較例1のベアウエハ上に形成されたSiN膜と比較して、ウエハ間における膜厚均一性(以下、WtWとも称する)が悪いことが分かる。これに対し、比較例2のパターンウエハ上に形成されたSiN膜は、比較例1のパターンウエハ上に形成されたSiN膜と比較して、WtWが良好であることが分かる。すなわち、比較例2においては、ベアウエハ上に形成されるSiN膜のWtWを向上させたとしても、パターンウエハ上に形成されるSiN膜のWtWを、これに追従させるように向上させることは困難であることが分かる。このように、比較例2では、ベアウエハとパターンウエハとで、それらの上に形成されるSiN膜のWtWの傾向が不整合となる場合があり、このことは、製品管理を行う上で不都合となる。 The SiN film formed on the bare wafer of Comparative Example 2 has poor film thickness uniformity (hereinafter, also referred to as WtW) between the wafers as compared with the SiN film formed on the bare wafer of Comparative Example 1. I understand. On the other hand, it can be seen that the SiN film formed on the pattern wafer of Comparative Example 2 has a better WtW than the SiN film formed on the pattern wafer of Comparative Example 1. That is, in Comparative Example 2, even if the WtW of the SiN film formed on the bare wafer is improved, it is difficult to improve the WtW of the SiN film formed on the pattern wafer so as to follow the WtW. It turns out that there is. As described above, in Comparative Example 2, the tendency of WtW of the SiN film formed on the bare wafer and the pattern wafer may be inconsistent, which is inconvenient for product management. Become.
また、比較例2のパターンウエハ上に形成されたSiN膜では、Top、Center、Bottomの間で、中央凸分布の度合いが大きく異なっており、Topではその度合いが比較的小さく、Bottomではその度合いが比較的大きくなっていることが分かる。しかしながら、中央凸分布の度合いは、本来であれば、Top、Center、Bottomの間で均等であるのが好ましい。比較例2では、ベアウエハ上に形成されるSiN膜の中央凸分布の傾向をTop、Center、Bottomの間で揃えたとしても、パターンウエハ上に形成されるSiN膜の中央凸分布を同様の傾向とすることは困難であり、このことは、製品管理を行う上で不都合となる。 Further, in the SiN film formed on the pattern wafer of Comparative Example 2, the degree of central convex distribution differs greatly among Top, Center, and Bottom, the degree is relatively small in Top, and the degree is relatively small in Bottom. Can be seen to be relatively large. However, it is preferable that the degree of the central convex distribution is originally uniform among Top, Center, and Bottom. In Comparative Example 2, even if the tendency of the central convex distribution of the SiN film formed on the bare wafer is aligned among Top, Center, and Bottom, the central convex distribution of the SiN film formed on the pattern wafer has the same tendency. This is difficult to do, which is inconvenient for product management.
これに対し、実施例においては、比較例2が有するこれらの課題を解消することが可能である。 On the other hand, in the examples, it is possible to solve these problems of Comparative Example 2.
例えば、実施例においては、ベアウエハ上に形成されるSiN膜のWtWを向上させることで、パターンウエハ上に形成されるSiN膜のWtWを、これに追従させるように向上させることが可能である。すなわち、実施例では、ベアウエハ上に形成されるSiN膜とパターンウエハ上に形成されるSiN膜とで、それらの面内膜厚分布の傾向を整合させることが可能となる。このことは、製品管理を行う上で好都合である。 For example, in the embodiment, by improving the WtW of the SiN film formed on the bare wafer, it is possible to improve the WtW of the SiN film formed on the pattern wafer so as to follow the WtW. That is, in the embodiment, it is possible to match the tendency of the in-plane film thickness distribution between the SiN film formed on the bare wafer and the SiN film formed on the pattern wafer. This is convenient for product management.
また、実施例においては、ベアウエハ上に形成されるSiN膜の面内膜厚分布を変化させることで、パターンウエハ上に形成されるSiN膜の面内膜厚分布をTop、Center、Bottomの間で均等に変化させることが可能となる。つまり、実施例においては、ベアウエハ上に形成されるSiN膜の中央凸分布の度合いを改善させることで、パターンウエハ上に形成されるSiN膜の中央凸分布の度合いをTop、Center、Bottomの間で均等に改善させることが可能となる。このことも、製品管理を行う上で好都合である。 Further, in the embodiment, by changing the in-plane film thickness distribution of the SiN film formed on the bare wafer, the in-plane film thickness distribution of the SiN film formed on the pattern wafer is set between Top, Center, and Bottom. Can be changed evenly with. That is, in the embodiment, by improving the degree of the central convex distribution of the SiN film formed on the bare wafer, the degree of the central convex distribution of the SiN film formed on the pattern wafer is set between Top, Center, and Bottom. Can be improved evenly. This is also convenient for product management.
なお、図7(a)〜図7(c)では、パターンウエハ上に形成されたSiN膜の膜厚分布を緩やかな中央凸分布とした場合について例示したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、実施例において、ステップA2で供給するN2ガスの流量(第2流量)をもう少し低流量側に設定することでパターンウエハ上に形成されるSiN膜の膜厚分布をフラット分布とすることも可能である。すなわち、ステップA2で供給するN2ガスの流量(第2流量)をウエハの表面積に応じて適正に増減させる(調整する)ことにより、SiN膜の膜厚分布をフラット分布化させることが可能である。例えば、パターンウエハの表面積が比較的小さい場合には、第2流量を小さめに設定することにより、また、パターンウエハの表面積が比較的大きい場合には、第2流量を大きめに設定することにより、つまり、ウエハの表面積に応じて第2流量の大きさを調整することにより、ウエハ上に形成されるSiN膜の膜厚分布をフラット分布化させることが可能である。 In addition, in FIGS. 7A to 7C, the case where the film thickness distribution of the SiN film formed on the pattern wafer is a gentle central convex distribution is illustrated, but the present invention has such an embodiment. Not limited. For example, in the embodiment, the film thickness distribution of the SiN film formed on the pattern wafer is made flat by setting the flow rate (second flow rate) of the N 2 gas supplied in step A2 to a slightly lower flow rate side. Is also possible. That is, the film thickness distribution of the SiN film can be made flat by appropriately increasing / decreasing (adjusting) the flow rate (second flow rate) of the N 2 gas supplied in step A2 according to the surface area of the wafer. is there. For example, when the surface area of the pattern wafer is relatively small, the second flow rate is set small, and when the surface area of the pattern wafer is relatively large, the second flow rate is set large. That is, by adjusting the magnitude of the second flow rate according to the surface area of the wafer, it is possible to make the film thickness distribution of the SiN film formed on the wafer flat.
<本発明の好ましい態様>
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferable Aspect of the Present Invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be added.
(付記1)
本発明の一態様によれば、
(a)基板に対して第1ノズルより原料を供給することで第1層を形成する工程と、
(b)前記基板に対して前記第1ノズルとは異なる第2ノズルより反応体を供給することで第2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ことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
前記(a)では、
(a−1)前記第1ノズルより前記原料を供給した状態で、前記第2ノズルより前記原料の流量よりも小さい第1流量で不活性ガスを供給する工程と、
(a−2)前記第1ノズルより前記原料を供給した状態で、前記第2ノズルより前記原料の流量よりも大きい第2流量で不活性ガスを供給する工程と、
をこの順に行う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。
(Appendix 1)
According to one aspect of the invention
(A) A step of forming the first layer by supplying the raw material to the substrate from the first nozzle, and
(B) A step of forming a second layer by supplying a reactant to the substrate from a second nozzle different from the first nozzle.
It has a step of forming a film on the substrate by performing a cycle of performing the above non-simultaneously a predetermined number of times.
In (a) above,
(A-1) A step of supplying the inert gas from the second nozzle at a first flow rate smaller than the flow rate of the raw material while the raw material is supplied from the first nozzle.
(A-2) A step of supplying the inert gas from the second nozzle at a second flow rate larger than the flow rate of the raw material while the raw material is being supplied from the first nozzle.
A method for manufacturing a semiconductor device or a method for processing a substrate is provided.
(付記2)
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記(a−1)では、前記第1層の形成レートが第1レートから前記第1レートよりも小さい第2レートへ変化し、前記第1層の形成レートが前記第2レートに変化するときもしくは変化した後に、前記(a−2)を開始する。すなわち、前記第1層の形成レートが前記第1レートであるときは、前記(a−2)を不実施とする。
(Appendix 2)
The method according to Appendix 1, preferably.
In (a-1), when the formation rate of the first layer changes from the first rate to a second rate smaller than the first rate, and the formation rate of the first layer changes to the second rate. Alternatively, after the change, the above (a-2) is started. That is, when the formation rate of the first layer is the first rate, the above (a-2) is not carried out.
(付記3)
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記(a−1)を前記(a−2)を実施することなく継続した場合、前記第1層の形成レートは、第1レートから前記第1レートよりも小さい第2レートへ変化し、前記(a−2)を前記第1層の形成レートが前記第2レートへ変化する前に開始する。
(Appendix 3)
The method according to Appendix 1, preferably.
When the (a-1) is continued without carrying out the (a-2), the formation rate of the first layer changes from the first rate to the second rate smaller than the first rate, and the above. (A-2) is started before the formation rate of the first layer changes to the second rate.
(付記4)
付記1〜3のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記(a−2)では、前記第1ノズルより前記原料と一緒に不活性ガスを供給し、
前記第2流量を、前記第1ノズルより供給する前記原料と不活性ガスとの合計流量よりも大きくする。
(Appendix 4)
The method according to any one of Supplementary notes 1 to 3, preferably.
In (a-2), the inert gas is supplied together with the raw material from the first nozzle.
The second flow rate is made larger than the total flow rate of the raw material and the inert gas supplied from the first nozzle.
(付記5)
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2ノズルは複数のノズルを有し、それらは、前記第1ノズルを挟んでその両側に配置される。
(Appendix 5)
The method according to any one of Supplementary notes 1 to 4, preferably.
The second nozzle has a plurality of nozzles, and they are arranged on both sides of the first nozzle.
(付記6)
付記5に記載の方法であって、好ましくは、
前記(a−1)では、前記複数のノズルのそれぞれより供給するそれぞれの不活性ガスの流量を前記原料の流量よりも小さくする。
(Appendix 6)
The method according to Appendix 5, preferably.
In (a-1), the flow rate of the respective inert gas supplied from each of the plurality of nozzles is made smaller than the flow rate of the raw material.
(付記7)
付記5または6に記載の方法であって、好ましくは、
前記(a−2)では、前記複数のノズルのそれぞれより供給するそれぞれの不活性ガスの流量を前記原料の流量よりも大きくする。
(Appendix 7)
The method according to Appendix 5 or 6, preferably.
In (a-2), the flow rate of each inert gas supplied from each of the plurality of nozzles is made larger than the flow rate of the raw material.
(付記8)
付記5〜7のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記(a−2)では、前記第1ノズルより前記原料と一緒に不活性ガスを供給し、
前記複数のノズルのそれぞれより供給するそれぞれの不活性ガスの流量を前記第1ノズルより供給する前記原料と不活性ガスとの合計流量よりも大きくする。
(Appendix 8)
The method according to any one of Appendix 5 to 7, preferably.
In (a-2), the inert gas is supplied together with the raw material from the first nozzle.
The flow rate of each inert gas supplied from each of the plurality of nozzles is made larger than the total flow rate of the raw material and the inert gas supplied from the first nozzle.
(付記9)
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第1ノズルより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前記第1ノズルとは異なる第2ノズルより反応体を供給する反応体供給系と、
前記処理室内へ前記第1ノズルおよび前記第2ノズルのうち少なくともいずれかより不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理室内において、(a)基板に対して前記第1ノズルより原料を供給することで第1層を形成する処理と、(b)前記基板に対して前記第2ノズルより反応体を供給することで第2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うことで、前記基板上に膜を形成する処理を行わせ、前記(a)では、(a−1)前記第1ノズルより前記原料を供給した状態で、前記第2ノズルより前記原料の流量よりも小さい第1流量で不活性ガスを供給する処理と、(a−2)前記第1ノズルより前記原料を供給した状態で、前記第2ノズルより前記原料の流量よりも大きい第2流量で不活性ガスを供給する処理と、をこの順に行わせるように、前記原料供給系、前記反応体供給系、および前記不活性ガス供給系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。
(Appendix 9)
According to another aspect of the invention
A processing room where processing is performed on the substrate, and
A raw material supply system that supplies raw materials from the first nozzle to the substrate in the processing chamber,
A reactant supply system that supplies a reactant to a substrate in the processing chamber from a second nozzle different from the first nozzle.
An inert gas supply system that supplies the inert gas to the processing chamber from at least one of the first nozzle and the second nozzle.
In the processing chamber, (a) a process of forming a first layer by supplying a raw material from the first nozzle to the substrate, and (b) supplying a reactant to the substrate from the second nozzle. By performing the process of forming the second layer and the non-simultaneous cycle for forming the second layer a predetermined number of times, the process of forming a film on the substrate is performed. In a state where the raw material is supplied from the nozzle, a process of supplying the inert gas from the second nozzle at a first flow rate smaller than the flow rate of the raw material, and (a-2) the raw material is supplied from the first nozzle. In this state, the raw material supply system, the reactant supply system, and the non-reactant so that the process of supplying the inert gas from the second nozzle at a second flow rate larger than the flow rate of the raw material is performed in this order. A control unit configured to control the active gas supply system and
A substrate processing apparatus having the above is provided.
(付記10)
本発明のさらに他の態様によれば、
(a)基板処理装置の処理室内の基板に対して第1ノズルより原料を供給することで第1層を形成する手順と、
(b)前記処理室内の前記基板に対して前記第1ノズルとは異なる第2ノズルより反応体を供給することで第2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うことで、前記基板上に膜を形成する手順と、
前記(a)において、
(a−1)前記第1ノズルより前記原料を供給した状態で、前記第2ノズルより前記原料の流量よりも小さい第1流量で不活性ガスを供給する手順と、
(a−2)前記第1ノズルより前記原料を供給した状態で、前記第2ノズルより前記原料の流量よりも大きい第2流量で不活性ガスを供給する手順と、
をこの順に行わせる手順と、
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、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。
(Appendix 10)
According to yet another aspect of the invention.
(A) A procedure for forming the first layer by supplying a raw material from the first nozzle to the substrate in the processing chamber of the substrate processing apparatus.
(B) A procedure for forming a second layer by supplying a reactant from a second nozzle different from the first nozzle to the substrate in the processing chamber.
The procedure for forming a film on the substrate by performing the cycle of performing the above non-simultaneously a predetermined number of times, and
In (a) above
(A-1) A procedure in which the raw material is supplied from the first nozzle and the inert gas is supplied from the second nozzle at a first flow rate smaller than the flow rate of the raw material.
(A-2) A procedure in which the raw material is supplied from the first nozzle and the inert gas is supplied from the second nozzle at a second flow rate larger than the flow rate of the raw material.
And the procedure to do in this order
A program for causing the substrate processing apparatus to execute the program by a computer, or a computer-readable recording medium on which the program is recorded is provided.
200 ウエハ(基板)
249a ノズル(第1ノズル)
249b ノズル(第2ノズル)
249c ノズル(第2ノズル)
200 wafers (board)
249a nozzle (first nozzle)
249b nozzle (second nozzle)
249c nozzle (second nozzle)
Claims (12)
(b)前記基板に対して前記第1ノズルとは異なる第2ノズルより反応体を供給することで第2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ことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
前記(a)では、
(a−1)前記第1ノズルより前記原料を供給した状態で、前記第2ノズルより前記原料の流量よりも小さい第1流量で不活性ガスを供給する工程と、
(a−2)前記第1ノズルより前記原料を供給した状態で、前記第2ノズルより前記原料の流量よりも大きい第2流量で不活性ガスを供給する工程と、
をこの順に行い、
前記(a−1)を、前記(a−2)を実施することなく継続した場合に、前記第1層の形成レートが、第1レートから前記第1レートよりも小さい第2レートへ変化する条件下で前記(a)を行い、前記(a−2)を、前記第1層の形成レートが前記第2レートへ変化する前、変化するとき、または、変化した後に開始する半導体装置の製造方法。 (A) A step of forming the first layer by supplying the raw material to the substrate from the first nozzle, and
(B) A step of forming a second layer by supplying a reactant to the substrate from a second nozzle different from the first nozzle.
It has a step of forming a film on the substrate by performing a cycle of performing the above non-simultaneously a predetermined number of times.
In (a) above,
(A-1) A step of supplying the inert gas from the second nozzle at a first flow rate smaller than the flow rate of the raw material while the raw material is supplied from the first nozzle.
(A-2) A step of supplying the inert gas from the second nozzle at a second flow rate larger than the flow rate of the raw material while the raw material is being supplied from the first nozzle.
In this order,
When the (a-1) is continued without carrying out the (a-2), the formation rate of the first layer changes from the first rate to the second rate smaller than the first rate. Manufacture of a semiconductor device in which the above (a) is performed under the conditions, and the above (a-2) is started before, when, or after the formation rate of the first layer changes to the second rate. Method.
前記第2ノズルが有する前記複数のノズルのそれぞれより供給するそれぞれの不活性ガスの流量を前記第1ノズルより供給する前記原料と不活性ガスとの合計流量よりも大きくする請求項4〜6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 In (a-2), the inert gas is supplied together with the raw material from the first nozzle.
Claims 4 to 6 in which the flow rate of each inert gas supplied from each of the plurality of nozzles of the second nozzle is made larger than the total flow rate of the raw material and the inert gas supplied from the first nozzle. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the items.
前記処理室内の基板に対して第1ノズルより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前記第1ノズルとは異なる第2ノズルより反応体を供給する反応体供給系と、
前記処理室内へ前記第1ノズルおよび前記第2ノズルのうち少なくともいずれかより不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理室内において、(a)基板に対して前記第1ノズルより原料を供給することで第1層を形成する処理と、(b)前記基板に対して前記第2ノズルより反応体を供給することで第2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うことで、前記基板上に膜を形成する処理を行わせ、前記(a)では、(a−1)前記第1ノズルより前記原料を供給した状態で、前記第2ノズルより前記原料の流量よりも小さい第1流量で不活性ガスを供給する処理と、(a−2)前記第1ノズルより前記原料を供給した状態で、前記第2ノズルより前記原料の流量よりも大きい第2流量で不活性ガスを供給する処理と、をこの順に行わせ、前記(a−1)を、前記(a−2)を実施することなく継続した場合に、前記第1層の形成レートが、第1レートから前記第1レートよりも小さい第2レートへ変化する条件下で前記(a)を行わせ、前記(a−2)を、前記第1層の形成レートが前記第2レートへ変化する前、変化するとき、または、変化した後に開始するように、前記原料供給系、前記反応体供給系、および前記不活性ガス供給系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。 A processing room where processing is performed on the substrate, and
A raw material supply system that supplies raw materials from the first nozzle to the substrate in the processing chamber,
A reactant supply system that supplies a reactant to a substrate in the processing chamber from a second nozzle different from the first nozzle.
An inert gas supply system that supplies the inert gas to the processing chamber from at least one of the first nozzle and the second nozzle.
In the processing chamber, (a) a process of forming a first layer by supplying a raw material from the first nozzle to the substrate, and (b) supplying a reactant to the substrate from the second nozzle. By performing the process of forming the second layer and the non-simultaneous cycle for forming the second layer a predetermined number of times, the process of forming a film on the substrate is performed. In a state where the raw material is supplied from the nozzle, a process of supplying the inert gas from the second nozzle at a first flow rate smaller than the flow rate of the raw material, and (a-2) the raw material is supplied from the first nozzle. In this state, the process of supplying the inert gas at a second flow rate larger than the flow rate of the raw material from the second nozzle is performed in this order, and the above (a-1) and the above (a-2) are carried out. The above (a) is performed under the condition that the formation rate of the first layer changes from the first rate to the second rate, which is smaller than the first rate, when the formation rate of the first layer is continued without the above (a-2). ) To start before, when, or after the formation rate of the first layer changes to the second rate, the raw material supply system, the reactant supply system, and the inert gas. A control unit configured to control the supply system and
Substrate processing equipment with.
(b)前記処理室内の前記基板に対して前記第1ノズルとは異なる第2ノズルより反応体を供給することで第2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うことで、前記基板上に膜を形成する手順と、
前記(a)において、
(a−1)前記第1ノズルより前記原料を供給した状態で、前記第2ノズルより前記原料の流量よりも小さい第1流量で不活性ガスを供給する手順と、
(a−2)前記第1ノズルより前記原料を供給した状態で、前記第2ノズルより前記原料の流量よりも大きい第2流量で不活性ガスを供給する手順と、
をこの順に行わせる手順と、
前記(a−1)において、前記(a−2)を実施することなく継続した場合に、前記第1層の形成レートが、第1レートから前記第1レートよりも小さい第2レートへ変化する条件下で前記(a)を行わせ、前記(a−2)を、前記第1層の形成レートが前記第2レートへ変化する前、変化するとき、または、変化した後に開始する手順と、
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。 (A) A procedure for forming the first layer by supplying a raw material from the first nozzle to the substrate in the processing chamber of the substrate processing apparatus.
(B) A procedure for forming a second layer by supplying a reactant from a second nozzle different from the first nozzle to the substrate in the processing chamber.
The procedure for forming a film on the substrate by performing the cycle of performing the above non-simultaneously a predetermined number of times, and
In (a) above
(A-1) A procedure in which the raw material is supplied from the first nozzle and the inert gas is supplied from the second nozzle at a first flow rate smaller than the flow rate of the raw material.
(A-2) A procedure in which the raw material is supplied from the first nozzle and the inert gas is supplied from the second nozzle at a second flow rate larger than the flow rate of the raw material.
And the procedure to do in this order
In the above (a-1), when the above (a-2) is continued without being carried out, the formation rate of the first layer changes from the first rate to the second rate smaller than the first rate. A procedure in which the above (a) is performed under the conditions, and the above (a-2) is started before, when, or after the formation rate of the first layer changes to the second rate.
A program that causes the board processing apparatus to execute the above.
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