JP6877631B2 - 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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- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
- C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- H01L21/321—After treatment
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Description
(a)基板に対して酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して、ガス流上流側から下流側にかけて前記基板の酸化量が大きくなる条件下で、前記基板の表面を酸化させる工程と、
(b)前記基板に対して酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して、ガス流上流側から下流側にかけて前記基板の酸化量が小さくなる条件下で、前記基板の表面を酸化させる工程と、
を非同時に行うセットをm回(mは1以上の整数)行うことで、前記基板の表面に初期酸化層を形成する工程と、
(c)前記基板に対して原料ガスを供給して、前記初期酸化層上に膜を形成する工程と、
を有する技術が提供される。
以下に、本発明の一実施形態について、図1〜図4等を用いて説明する。
図1に示すように、処理炉202は加熱機構(温度調整部)としてのヒータ207を有する。ヒータ207は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ207は、ガスを熱で活性化(励起)させる活性化機構(励起部)としても機能する。
上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ200上に膜を形成する基板処理シーケンス例、すなわち、成膜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。
ウエハ200に対してO含有ガスとしてのO2ガスとH含有ガスとしてのH2ガスとを供給して、ガス流上流側から下流側にかけてウエハ200の酸化量が大きくなる条件下で、ウエハ200の表面を酸化させるステップAと、
ウエハ200に対してO含有ガスとしてのO2ガスとH含有ガスとしてのH2ガスとを供給して、ガス流上流側から下流側にかけてウエハ200の酸化量が小さくなる条件下で、ウエハ200の表面を酸化させるステップBと、
を非同時に行うセットをm回(mは1以上の整数)行うことで、ウエハ200の表面に初期酸化層を形成するステップ(前処理ステップ)と、
ウエハ200に対して原料ガスとしてのHCDSガスを供給して、初期酸化層上に膜を形成するステップC(成膜ステップ)と、
を行う。
複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)される。その後、図1に示すように、複数枚のウエハ200を支持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内へ搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219は、Oリング220bを介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。
処理室201内、すなわち、ウエハ200が存在する空間が所望の圧力(処理圧力)となるように、真空ポンプ246によって真空排気(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が所望の温度(処理温度)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。
その後、次のステップA,Bを順次実行する。
このステップでは、ウエハ200を収容した処理室201内へ、O2ガスとH2ガスとを、別々の供給部であるノズル249a,249bを介して同時に供給し、これらのガスを処理室201内で混合させる(Post−mixによるO2ガス+H2ガス供給)。
このステップでは、ウエハ200を収容した処理室201内へ、O2ガスとH2ガスとを、同一の供給部であるノズル249aを介して同時に、すなわち、同一の供給部内で予め混合させて供給する(Pre−mixによるO2ガス+H2ガス供給)。
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セットを1回以上(m回)行うことにより、ウエハ200の表面に、初期酸化層として、所定の厚さのSiO層を形成することが可能となる。図4は、上述のセットを1回行う場合を示している。
O2ガス供給流量:100〜10000sccm
H2ガス供給流量:200〜20000sccm
N2ガス供給流量(ガス供給管毎):0〜10000sccm
O2ガスおよびH2ガス供給時間:2〜240秒、好ましくは4〜120秒
処理温度:350〜800℃、好ましくは400〜700℃
処理圧力:13.3〜1333Pa、好ましくは13.3〜399Pa
が例示される。
O2ガスおよびH2ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは2〜60秒
が例示される。他の処理条件は、ステップAにおける処理条件と同様とする。
処理室201内のパージが完了した後、次のステップC1,C2を順次実行する。
このステップでは、処理室201内のウエハ200、すなわち、表面に初期酸化層が形成されたウエハ200に対して、HCDSガスを供給する。
ステップC1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Si含有層に対して、O2ガスおよびH2ガスを同時かつ一緒に供給する。このときの処理手順は、例えば、前処理ステップのステップAにおける処理手順と同様とする。すなわち、このステップでは、バルブ243a,243eを開き、O2ガスおよびH2ガスを、それぞれ、ノズル249a,249bを介して処理室201内へ同時に供給する。
ステップC1,C2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の表面に形成された初期酸化層上に、所望膜厚のSiO膜を形成する(堆積させる)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、1サイクルあたりに形成されるSiO層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、SiO層を積層することで形成されるSiO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。
HCDSガス供給流量:5〜2000sccm、好ましくは50〜1000sccm
HCDSガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
N2ガス供給流量(ガス供給管毎):0〜10000sccm
処理温度:350〜800℃、好ましくは400〜700℃
処理圧力:1〜2666Pa、好ましくは67〜1333Pa
が例示される。
O2ガス供給流量:100〜10000sccm
H2ガス供給流量:100〜10000sccm
O2ガスおよびH2ガス供給時間:1〜100秒、好ましくは1〜50秒
処理温度:350〜800℃、好ましくは400〜700℃
処理圧力:13.3〜1333Pa、好ましくは13.3〜399Pa
が例示される。他の処理条件は、ステップC1における処理条件と同様とする。
成膜ステップが終了した後、ガス供給管232f〜232hのそれぞれからN2ガスを処理室201内へ供給し、排気口231aを介して排気管231より排気する。N2ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室201内がパージされ、処理室201内に残留するガスや反応副生成物が処理室201内から除去される(アフターパージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降され、マニホールド209の下端が開口される。そして、処理済のウエハ200が、ボート217に支持された状態で、マニホールド209の下端から反応管210の外部に搬出(ボートアンロード)される。処理済のウエハ200は、反応管210の外部に搬出された後、ボート217より取出される(ウエハディスチャージ)。
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果が得られる。
本実施形態は、以下の変形例のように変更することができる。これらの変形例は任意に組み合わせることができる。特に説明がない限り、各変形例の各ステップにおける処理条件、処理手順は、図4に示す成膜シーケンスの各ステップにおける処理手順、処理条件と同様とすることができる。
前処理ステップの各セットでは、ステップB,Aをこの順に行い、ステップAでは、ステップBで行ったノズル249aからのO2ガスの供給を停止することなく継続した状態で、H2ガスを供給するノズルを、ノズル249aからノズル249bへ切り換えるようにしてもよい。すなわち、前処理ステップでは、ノズル249aを介したPre−MixによるO2ガス+H2ガスの供給と、ノズル249a,249bを介したPost−MixによるO2ガス+H2ガスの供給と、をこの順に非同時に行うセットを所定回数(m回)行うようにしてもよい。本変形例においても、図4に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。
ステップAではO2ガスをノズル249aより供給し、H2ガスをノズル249bより供給し、ステップBではO2ガスとH2ガスとをノズル249bより供給するようにしてもよい。すなわち、Pre−MixによるO2ガス+H2ガスの供給を、ノズル249aではなく、ノズル249bを介して行うようにしてもよい。
ステップAにおける処理室201内の圧力(処理圧力)、および、H2ガスの供給流量に対するO2ガスの供給流量の比(O2/H2流量比)のうち少なくともいずれかを、ステップBにおけるそれもしくはそれらと異ならせるようにしてもよい。
図4に示す成膜シーケンスの前処理ステップでは、ステップA,Bを非同時に行うセットを1回行うことでウエハ200の表面に初期酸化層を形成する場合について説明したが、このセットを複数回行うことでウエハ200の表面に初期酸化層を形成するようにしてもよい。本変形例においても、図4に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。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。
O2+H2(A)→O2+H2(B)→(HCDS→NH3)×n ⇒ SiN
O2+H2(A)→O2+H2(B)→(HCDS→TEA)×n ⇒ SiCN
O2+H2(A)→O2+H2(B)→(HCDS→C3H6→NH3)×n ⇒ SiCN
O2+H2(A)→O2+H2(B)→(HCDS→TEA→O2)×n ⇒ SiOCN
O2+H2(A)→O2+H2(B)→(HCDS→C3H6→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
O2+H2(A)→O2+H2(B)→(HCDS→C3H6→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBCN
O2+H2(A)→O2+H2(B)→(HCDS→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBN
Claims (18)
- (a)基板に対して酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して、ガス流上流側から下流側にかけて前記基板の酸化量が大きくなる条件下で、前記基板の表面を酸化させる工程と、
(b)前記基板に対して酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して、ガス流上流側から下流側にかけて前記基板の酸化量が小さくなる条件下で、前記基板の表面を酸化させる工程と、
を非同時に行うセットをm回(mは1以上の整数)行うことで、前記基板の表面に初期酸化層を形成する工程と、
(c)前記基板に対して原料ガスを供給して、前記初期酸化層上に膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - (a)を前記基板の表面に形成される酸化層の厚さがガス流上流側から下流側にかけて厚くなる条件下で行い、(b)を前記基板の表面に形成される酸化層の厚さがガス流上流側から下流側にかけて薄くなる条件下で行う請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- (a)では前記基板に対して前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを異なる供給部より供給し、(b)では前記基板に対して前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを同一の供給部より供給する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- (a)では前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを前記基板が存在する空間で混合させ、(b)では前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを前記同一の供給部内で混合させる請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
- (a)では前記酸素含有ガスを第1供給部より供給し、前記水素含有ガスを第2供給部より供給し、(b)では前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを前記第1供給部より供給する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記初期酸化層を形成する工程では、(a)(b)をこの順に行い、(b)では、(a)で行った前記第1供給部からの前記酸素含有ガスの供給を停止することなく継続した状態で、前記水素含有ガスの供給部を、前記第2供給部から前記第1供給部へ切り替える請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記初期酸化層を形成する工程では、(b)(a)をこの順に行い、(a)では、(b)で行った前記第1供給部からの前記酸素含有ガスの供給を停止することなく継続した状態で、前記水素含有ガスの供給部を、前記第1供給部から前記第2供給部へ切り替える請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- (a)では前記酸素含有ガスを第1供給部より供給し、前記水素含有ガスを第2供給部より供給し、(b)では前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを前記第2供給部より供給する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記初期酸化層を形成する工程では、(a)(b)をこの順に行い、(b)では、(a)で行った前記第2供給部からの前記水素含有ガスの供給を停止することなく継続した状態で、前記酸素含有ガスの供給部を、前記第1供給部から前記第2供給部へ切り替える請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記初期酸化層を形成する工程では、(b)(a)をこの順に行い、(a)では、(b)で行った前記第2供給部からの前記水素含有ガスの供給を停止することなく継続した状態で、前記酸素含有ガスの供給部を、前記第2供給部から前記第1供給部へ切り替える請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記初期酸化層を形成する工程では、(a)(b)を、それらの間に前記基板が存在する空間のパージを行うことなく、連続的に行う請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- (a)および(b)では、前記酸素含有ガスの供給流量よりも前記水素含有ガスの供給流量の方が大きくなる条件下で、前記基板の表面を酸化させる請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- (a)における前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとの供給時間を、(b)における前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとの供給時間よりも長くする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- (c)はさらに、前記基板に対して酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給する工程を含み、
(b)における前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとの供給時間を、(c)における前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとの供給時間よりも長くする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。 - (a)における前記基板が存在する空間の圧力、および、前記水素含有ガスの供給流量に対する前記酸素含有ガスの供給流量の比のうち少なくともいずれかを、(b)におけるそれもしくはそれらと異ならせる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- (c)では、(c−1)前記基板に対して前記原料ガスを供給する工程と、(c−2)前記基板に対して前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとを供給する工程と、を非同時に行うサイクルをn回(nは1以上の整数)行うことで、前記初期酸化層上に、前記膜として酸化膜を形成する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板が処理される処理室と、
前記処理室内の基板に対して酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内において、(a)基板に対して酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して、ガス流上流側から下流側にかけて前記基板の酸化量が大きくなる条件下で、前記基板の表面を酸化させる処理と、(b)前記基板に対して酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して、ガス流上流側から下流側にかけて前記基板の酸化量が小さくなる条件下で、前記基板の表面を酸化させる処理と、を非同時に行うセットをm回(mは1以上の整数)行うことで、前記基板の表面に初期酸化層を形成する処理と、(c)前記基板に対して原料ガスを供給して、前記初期酸化層上に膜を形成する処理と、を行わせるように、前記酸素含有ガス供給系、前記水素含有ガス供給系および前記原料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。 - 基板処理装置の処理室内において、
(a)基板に対して酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して、ガス流上流側から下流側にかけて前記基板の酸化量が大きくなる条件下で、前記基板の表面を酸化させる手順と、
(b)前記基板に対して酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給して、ガス流上流側から下流側にかけて前記基板の酸化量が小さくなる条件下で、前記基板の表面を酸化させる手順と、
を非同時に行うセットをm回(mは1以上の整数)行うことで、前記基板の表面に初期酸化層を形成する手順と、
(c)前記基板に対して原料ガスを供給して、前記初期酸化層上に膜を形成する手順と、
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。
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