JP6913240B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置、およびプログラム - Google Patents

半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置、およびプログラム Download PDF

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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。
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)。
特開2010−118462号公報
本発明の目的は、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な技術を提供することにある。
本発明の一態様によれば、
基板を処理室内に準備する工程と、
前記処理室内の前記基板に対して、第1供給部より不活性ガスを供給し、第2供給部より第1処理ガスを供給し、前記第2供給部と前記基板の中心とを通る直線を挟んで前記第1供給部と反対側に設けられた第3供給部より不活性ガスを供給し、前記基板上に膜を形成する工程と、
を有し、前記膜を形成する工程では、前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量と、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量と、のバランスを制御することで、前記膜の基板面内膜厚分布を調整する技術が提供される。
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。
本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型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。 本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の一部の概略構成図であり、処理炉の一部を図1のA−A線断面図で示す図である。 本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。 (a)、(b)は、それぞれ、本発明の一実施形態の成膜シーケンスを示す図である。 (a)、(b)は、それぞれ、縦型処理炉の変形例を示す横断面図であり、反応管、バッファ室およびノズル等を部分的に抜き出して示す図である。 (a)、(b)は、それぞれ、基板上に形成された膜の基板面内膜厚分布の測定結果を示す図である。 (a)、(b)は、それぞれ、基板上に形成された膜の基板面内膜厚分布の測定結果を示す図である。
<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、図4(a)および図4(b)を参照しながら説明する。
(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。
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(SiO)または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料により構成され、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)等の金属材料により構成され、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。この処理室201内でウエハ200に対する処理が行われる。
処理室201内には、第1〜第3供給部としてのノズル249a〜249cが、マニホールド209の側壁を貫通するようにそれぞれ設けられている。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。ノズル249a〜249cはそれぞれ異なるノズルであり、ノズル249a,249cのそれぞれは、ノズル249bに隣接して設けられている。
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〜232cのバルブ243a〜243cよりも下流側には、ガス供給管232d〜232fがそれぞれ接続されている。ガス供給管232d〜232fには、ガス流の上流側から順に、MFC241d〜241fおよびバルブ243d〜243fがそれぞれ設けられている。
図2に示すように、ノズル249a〜249cは、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。平面視において、ノズル249bは、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249a,249cは、ノズル249bと排気口231aの中心とを通る直線Lを、反応管203の内壁(ウエハ200の外周部)に沿って両側から挟み込むように配置されている。直線Lは、ノズル249bとウエハ200の中心とを通る直線でもある。ノズル249cは、直線Lを挟んでノズル249aと反対側に設けられているということもできる。ノズル249a,249cは、直線Lを対称軸として線対称に配置されている。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、平面視において排気口231aと対向(対面)するように開口しており、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。
ガス供給管232bからは、第1処理ガス(原料ガス)として、例えば、基板上に形成しようとする膜を構成する主元素(所定元素)としてのシリコン(Si)を含むガス、すなわち、シラン系ガスが、MFC241b、バルブ243b、ノズル249bを介して処理室201内へ供給される。シラン系ガスとしては、例えば、塩素(Cl)、フッ素(F)、臭素(Br)、ヨウ素(I)等のハロゲン元素を含むハロシラン系ガスを用いることができる。ハロシラン系ガスとしては、例えば、SiおよびClを含むクロロシラン系ガスを用いることができ、例えば、ヘキサクロロジシラン(SiCl、略称:HCDS)ガスを用いることができる。
ガス供給管232a,232cからは、上述の第1処理ガスとは分子構造が異なる第2処理ガス(反応ガス)として、例えば、窒化剤としての窒素(N)含有ガスが、それぞれMFC241a,241c、バルブ243a,243c、ノズル249a,249cを介して処理室201内へ供給される。N含有ガスとしては、例えば、窒素(N)および水素(H)の2元素で構成されるガスである窒化水素系ガスを用いることができる。窒化水素系ガスとしては、例えば、アンモニア(NH)ガスを用いることができる。
ガス供給管232d〜232fからは、不活性ガスとして、例えば、窒素(N)ガスが、それぞれMFC241d〜241f、バルブ243d〜243f、ガス供給管232a〜232c、ノズル249a〜249cを介して処理室201内へ供給される。Nガスは、パージガス、キャリアガス、希釈ガス等として作用し、さらに、ウエハ200上に形成される膜のウエハ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。
主に、ガス供給管232d、MFC241d、バルブ243dにより、ノズル249aより不活性ガスを供給する第1供給系が構成される。主に、ガス供給管232b、MFC241b、バルブ243bにより、ノズル249bより第1処理ガスを供給する第2供給系が構成される。主に、ガス供給管232f、MFC241f、バルブ243fにより、ノズル249cより不活性ガスを供給する第3供給系が構成される。主に、ガス供給管232a、MFC241a、バルブ243a、および、ガス供給管232c、MFC241c、バルブ243cのうち少なくともいずれかにより、ノズル249a,249cのうち少なくともいずれかより第2処理ガスを供給する第4供給系が構成される。
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〜243fやMFC241a〜241f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〜232fのそれぞれに対して接続され、ガス供給管232a〜232f内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ243a〜243fの開閉動作やMFC241a〜241f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〜232f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。
反応管203の側壁下方には、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〜249c(ガス供給孔250a〜250c)と対向(対面)する位置に設けられている。排気口231aは、反応管203の側壁の下部より上部に沿って、すなわち、ウエハ配列領域に沿って設けられていてもよい。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。
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等の金属材料により構成され、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。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等の金属材料により構成され、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。
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等の耐熱性材料により構成される。ボート217の下部には、例えば石英やSiC等の耐熱性材料により構成される断熱板218が多段に支持されている。
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。
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。
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。
I/Oポート121dは、上述のMFC241a〜241f、バルブ243a〜243f、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。
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〜241fによる各種ガスの流量調整動作、バルブ243a〜243f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。
コントローラ121は、外部記憶装置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。外部記憶装置123は、例えば、HDD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等を含む。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。
(2)基板処理工程
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(a)、図4(b)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。
本実施形態の成膜シーケンスでは、
基板としてのウエハ200を処理室201内に準備するステップと、
処理室201内のウエハ200に対して、第1供給部としてのノズル249aより不活性ガスとしてNガスを供給し、第2供給部としてのノズル249bより第1処理ガスとしてHCDSガスを供給し、ノズル249bとウエハ200の中心とを通る直線Lを挟んでノズル249aと反対側に設けられた第3供給部としてのノズル249cより不活性ガスとしてNガスを供給し、ウエハ200上に膜を形成するステップと、
を行う。上述の膜を形成するステップでは、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、のバランスを制御することで、膜のウエハ面内膜厚分布(以下、単に面内膜厚分布とも称する)を調整する。
図4(a)および図4(b)に示す成膜シーケンスでは、一例として、上述の膜を形成するステップにおいて、
処理室201内のウエハ200に対して、ノズル249aよりNガスを供給し、ノズル249bよりHCDSガスを供給し、ノズル249cよりNガスを供給するステップ1と、
処理室201内のウエハ200に対して、第2処理ガスとしてNHガスを供給するステップ2と、
を非同時に行うサイクルを所定回数(n回、nは1以上の整数)行うことで、ウエハ200上に、膜として、SiおよびNを含む膜、すなわち、シリコン窒化膜(SiN膜)を形成する場合を示している。
なお、図4(a)に示す成膜シーケンスでは、流量バランス制御の一例として、上述のステップ1において、ウエハ200に対してノズル249bよりHCDSガスを供給する際に、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、を同一とする場合を示している。
また、図4(b)に示す成膜シーケンスでは、流量バランス制御の他の例として、上述のステップ1において、ウエハ200に対してノズル249bよりHCDSガスを供給する際に、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、を異ならせる場合を示している。
以下の説明では、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いベア基板、すなわち、ベアウエハを用い、上述の成膜シーケンスおよび流量制御により、SiN膜の面内膜厚分布を調整する例について説明する。本明細書では、ウエハ200の中央部で最も厚く、外周部(周縁部)に近づくにつれて徐々に薄くなる膜の面内膜厚分布を、中央凸分布とも称する。また、ウエハ200の中央部で最も薄く、外周部に近づくにつれて徐々に厚くなる膜の面内膜厚分布を、中央凹分布とも称する。また、ウエハ200の中央部から外周部にわたって膜厚変化の少ない平坦な膜の面内膜厚分布を、フラット分布とも称する。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いパターンウエハ(プロダクトウエハ)上に、フラット分布を有する膜を形成することが可能となる。
本明細書では、図4(a)や図4(b)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。
(HCDS→NH)×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。
(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。これらの動作によりウエハ200が処理室201内に準備される。
(圧力調整および温度調整)
ウエハ200が処理室201内に準備された後、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。
(成膜ステップ)
その後、次のステップ1,2を順次実行する。
[ステップ1]
このステップでは、処理室201内のウエハ200に対して、ノズル249aよりNガスを供給し、ノズル249bよりHCDSガスを供給し、ノズル249cよりNガスを供給する。
具体的には、バルブ243bを開き、ガス供給管232b内へHCDSガスを流す。HCDS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より排気される。このとき、ウエハ200に対してHCDSガスが供給される。また、このときバルブ243d,243fを開き、ガス供給管232d,232f内へNガスをそれぞれ流す。Nガスは、MFC241d,241fによりそれぞれ流量調整され、ガス供給管232a,232c、ノズル249a,249cのそれぞれを介して処理室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Nガスが供給される。Nガスは、処理室201内でHCDSガスと混合されることとなる。このときバルブ243eを開き、ガス供給管232e内へNガスを流すようにしてもよい。NガスはMFC241eにより流量調整され、ガス供給管232b内、ノズル249b内でHCDSガスと混合されて処理室201内へ供給され、排気口231aより排気される。
ウエハ200に対してHCDSガスを供給することにより、ウエハ200の表面上に、第1層として、Clを含むSi含有層が形成される。Clを含むSi含有層は、ウエハ200の表面に、HCDSが物理吸着したり、HCDSの一部が分解した物質が化学吸着したり、HCDSが熱分解してSiが堆積したりすること等により形成される。すなわち、Clを含むSi含有層は、HCDSやHCDSの一部が分解した物質の吸着層(物理吸着層や化学吸着層)であってもよく、Clを含むSiの堆積層(Si層)であってもよい。以下、Clを含むSi含有層を、単にSi含有層とも称する。
本ステップでは、ウエハ200に対してノズル249bよりHCDSガスを供給する際、ノズル249a,249cのそれぞれを介して処理室201内へNガスを供給する。この際、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、のバランスを制御する。これにより、以下に説明するように、ウエハ200上に形成される第1層のウエハ面内厚さ分布(以下、単に面内厚さ分布とも称する)を自在に調整することが可能となる。
例えば、図4(a)に示すように、ウエハ200に対してノズル249bよりHCDSガスを供給する際、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、を同一とする。HCDSガス供給時のNガスの流量バランスをこのように制御することで、ウエハ200の中央部に供給されるHCDSガスの濃度すなわち分圧(供給量)を高く(多く)する方向に、また、ウエハ200の外周部に供給されるHCDSガスの濃度すなわち分圧(供給量)を低く(少なく)する方向に、それぞれ制御することが可能となる。結果として、ベアウエハとして構成されたウエハ200上に形成される第1層の面内厚さ分布を、中央凸分布とすることが可能となる。
なお、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、を同一とする場合に、図4(a)に示すように、それぞれの流量を、ノズル249bより供給するHCDSガスの流量よりも大きくしてもよい。HCDSガス供給時のNガスの流量バランスをこのように制御することで、ベアウエハとして構成されたウエハ200上に形成される第1層の面内厚さ分布を中央凸分布とすることが、確実に可能となる。
また例えば、図4(b)に示すように、ウエハ200に対してノズル249bよりHCDSガスを供給する際、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、を異ならせる。すなわち、ノズル249aより供給するNガスの流量およびノズル249cより供給するNガスの流量のうち一方の流量を、他方の流量よりも大きくする。図4(b)は、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249aより供給するNガスの流量よりも大きくする例を示している。HCDSガス供給時のNガスの流量バランスをこのように制御することで、ウエハ200の中央部に供給されるHCDSガスの濃度すなわち分圧(供給量)を低く(少なく)する方向に、また、ウエハ200の外周部に供給されるHCDSガスの濃度すなわち分圧(供給量)を高く(多く)する方向に、それぞれ制御することが可能となる。結果として、ベアウエハとして構成されたウエハ200上に形成される第1層の面内厚さ分布を、中央凸分布からフラット分布へ近づけたり、さらには、中央凹分布へ近づけたりすることが可能となる。
なお、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249aより供給するNガスの流量よりも大きくする場合に、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249bより供給するHCDSガスの流量よりも大きくしてもよい。HCDSガス供給時のNガスの流量バランスをこのように制御することで、ベアウエハとして構成されたウエハ200上に形成される第1層の面内厚さ分布を、中央凸分布からフラット分布へ近づけたり、さらには、中央凹分布へ近づけたりすることが、確実に可能となる。
また、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249aより供給するNガスの流量よりも大きくする場合に、ノズル249aより供給するNガスの流量を、ノズル249bより供給するHCDSガスの流量よりも小さくしてもよい。HCDSガス供給時のNガスの流量バランスをこのように制御することで、ベアウエハとして構成されたウエハ200上に形成される第1層の面内厚さ分布を、中央凸分布からフラット分布へ近づけたり、さらには、中央凹分布へ近づけたりすることが、確実に可能となる。
また、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249aより供給するNガスの流量よりも大きくする場合に、図4(b)に示すように、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249bより供給するHCDSガスの流量よりも大きくするとともに、ノズル249aより供給するNガスの流量を、ノズル249bより供給するHCDSガスの流量よりも小さくしてもよい。HCDSガス供給時のNガスの流量バランスをこのように制御することで、ベアウエハとして構成されたウエハ200上に形成される第1層の面内厚さ分布を、中央凸分布からフラット分布へ近づけたり、さらには、中央凹分布へ近づけたりすることが、より確実に可能となる。
また、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249aより供給するNガスの流量よりも大きくする場合に、ノズル249aより供給するNガスの流量をゼロとしてもよい。すなわち、ノズル249aからのNガスの供給を不実施としてもよい。HCDSガス供給時のNガスの流量バランスをこのように制御することで、ベアウエハとして構成されたウエハ200上に形成される第1層の面内厚さ分布を、中央凸分布からフラット分布へ近づけたり、さらには、中央凹分布へ近づけたりすることが、確実に可能となる。
また、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249aより供給するNガスの流量よりも大きくする場合に、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249bより供給するHCDSガスの流量よりも大きくするとともに、ノズル249aより供給するNガスの流量をゼロとしてもよい。HCDSガス供給時のNガスの流量バランスをこのように制御することで、ベアウエハとして構成されたウエハ200上に形成される第1層の面内厚さ分布を、中央凸分布からフラット分布へ近づけたり、さらには、中央凹分布へ近づけたりすることが、より確実に可能となる。
ウエハ200上に所望の面内厚さ分布を有する第1層が形成された後、バルブ243bを閉じ、処理室201内へのHCDSガスの供給を停止する。そして、処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留するガス等を処理室201内から排除する。このとき、バルブ243d〜243fを開き、ノズル249a〜249cを介して処理室201内へNガスを供給する。ノズル249a〜249cより供給されるNガスは、パージガスとして作用し、これにより、処理室201内がパージされる(パージステップ)。
[ステップ2]
ステップ1が終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、ウエハ200上に形成された第1層に対してNHガスを供給する。
具体的には、バルブ243aを開き、ガス供給管232a内へNHガスを流す。NH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NHガスが供給される。また、このとき、バルブ243e,243fを開き、ノズル249b,249cのそれぞれを介して処理室201内へNガスを供給する。ノズル249b,249cからのNガスの供給は不実施としてもよい。
ウエハ200に対してNH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、NH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。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。
ウエハ200上に第2層が形成された後、バルブ243aを閉じ、処理室201内へのNHガスの供給を停止する。そして、ステップ1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内に残留するガス等を処理室201内から排除する。
[所定回数実施]
上述したステップ1,2を交互に、すなわち、同期させることなく非同時に行うサイクルを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。
本実施形態によれば、ステップ1で形成される第1層の面内厚さ分布を調整することにより、ウエハ200上に形成されるSiN膜の面内膜厚分布を自在に調整することが可能となる。例えば、ステップ1で形成される第1層の面内厚さ分布を中央凸分布とすることにより、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。また例えば、ステップ1で形成される第1層の面内厚さ分布をフラット分布としたり中央凹分布としたりすることにより、ウエハ200上に形成されるSiN膜の面内膜厚分布をフラット分布としたり中央凹分布としたりすることが可能となる。
ステップ1における処理条件としては、
HCDSガス供給流量:100〜2000sccm
ガス供給流量(ガス供給管232a):0〜10000sccm
ガス供給流量(ガス供給管232c):0〜10000sccm
ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理温度:250〜700℃、好ましくは300〜650℃、より好ましくは350〜600℃
処理圧力:1〜2666Pa、好ましくは67〜1333Pa
が例示される。
なお、本明細書における「250〜700℃」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、「250〜700℃」とは「250℃以上700℃以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。
ステップ2における処理条件としては、
NHガス供給流量:100〜10000sccm
ガス供給流量(ガス供給管毎):0〜10000sccm
が例示される。他の処理条件は、ステップ1における処理条件と同様とすることができる。
第1処理ガスとしては、HCDSガスの他、モノクロロシラン(SiHCl、略称:MCS)ガス、ジクロロシラン(SiHCl、略称:DCS)ガス、トリクロロシラン(SiHCl、略称:TCS)ガス、テトラクロロシラン(SiCl、略称:STC)ガス、オクタクロロトリシラン(SiCl、略称:OCTS)ガス等のクロロシラン系ガスを用いることができる。また、これらのガスの代わりに、テトラフルオロシラン(SiF)ガス、テトラブロモシラン(SiBr)ガス、テトラヨードシラン(SiI)ガス等を用いることができる。すなわち、クロロシラン系ガスの代わりに、フルオロシラン系ガス、ブロモシラン系ガス、ヨードシラン系ガス等のハロシラン系ガスを用いることができる。
第2処理ガスとしては、NHガスの他、例えば、ジアゼン(N)ガス、ヒドラジン(N)ガス、Nガス等の窒化水素系ガスを用いることができる。
不活性ガスとしては、N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。
(アフターパージおよび大気圧復帰)
成膜ステップが終了した後、ノズル249a〜249cのそれぞれからパージガスとしてのNガスを処理室201内へ供給し、排気口231aより排気する。これにより、処理室201内がパージされ、処理室201内に残留するガスや反応副生成物が処理室201内から除去される(アフターパージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
(ボートアンロードおよ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)。
(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。
(a)ステップ1においてノズル249bよりHCDSガスを供給する際、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、を同一とすることで、ベアウエハとして構成されたウエハ200上にSiN膜を形成した場合に、この膜の面内膜厚分布が中央凸分布となるようなコンディションを作り出すことが可能となる。
なお、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、を同一とする場合に、それぞれの流量を、ノズル249bより供給するHCDSガスの流量よりも大きくすることで、この膜の面内膜厚分布が中央凸分布となるようなコンディションを、確実に作り出すことが可能となる。
(b)ステップ1においてノズル249bよりHCDSガスを供給する際、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、を異ならせることで、例えば、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249aより供給するNガスの流量よりも大きくすることで、ベアウエハとして構成されたウエハ200上にSiN膜を形成した場合に、この膜の面内膜厚分布が中央凸分布と中央凹分布との間のいずれかの分布となるようなコンディションを作り出すことが可能となる。
なお、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、を異ならせる場合に、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249aより供給するNガスの流量よりも大きくし、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249bより供給するHCDSガスの流量よりも大きくすることで、SiN膜の面内膜厚分布が中央凸分布と中央凹分布との間のいずれかの分布となるようなコンディションを、確実に作り出すことが可能となる。
また、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、を異ならせる場合に、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249aより供給するNガスの流量よりも大きくし、ノズル249aより供給するNガスの流量を、ノズル249bより供給するHCDSガスの流量よりも小さくすることで、SiN膜の面内膜厚分布が中央凸分布と中央凹分布との間のいずれかの分布となるようなコンディションを、確実に作り出すことが可能となる。
また、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、を異ならせる場合に、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249aより供給するNガスの流量よりも大きくし、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249bより供給するHCDSガスの流量よりも大きくするとともに、ノズル249aより供給するNガスの流量を、ノズル249bより供給するHCDSガスの流量よりも小さくすることで、SiN膜の面内膜厚分布が中央凸分布と中央凹分布との間のいずれかの分布となるようなコンディションを、より確実に作り出すことが可能となる。
また、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、を異ならせる場合に、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249aより供給するNガスの流量よりも大きくし、ノズル249aより供給するNガスの流量をゼロとすることで、SiN膜の面内膜厚分布が中央凸分布と中央凹分布との間のいずれかの分布となるようなコンディションを、確実に作り出すことが可能となる。
また、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、を異ならせる場合に、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249aより供給するNガスの流量よりも大きくし、ノズル249cより供給するNガスの流量を、ノズル249bより供給するHCDSガスの流量よりも大きくするとともに、ノズル249aより供給するNガスの流量をゼロとすることで、SiN膜の面内膜厚分布が中央凸分布と中央凹分布との間のいずれかの分布となるようなコンディションを、より確実に作り出すことが可能となる。
(c)上述のように、本実施形態によれば、ステップ1においてノズル249bよりHCDSガスを供給する際、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、のバランスを制御することで、ウエハ200上に形成されるSiN膜の面内膜厚分布を自在に調整することが可能となる。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いパターンウエハ上に、フラット分布を有する膜を形成することが可能となる。
なお、ウエハ200上に形成される膜の面内膜厚分布はウエハ200の表面積に依存するが、これは、いわゆるローディング効果によるものと考えられる。本実施形態における基板処理装置のようにウエハ200の外周部側から中央部側へ向かってHCDSガスを流す場合、成膜対象のウエハ200の表面積が大きくなるほど、HCDSガスがウエハ200の外周部で多量に消費され、その中央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い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。
(d)少なくともノズル249bを、好ましくはノズル249a〜249cを、少なくとも平面視において排気口231aと対向するようにそれぞれ配置することにより、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。また、ノズル249a,249cを、直線Lを対称軸として線対称に配置することにより、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さらに高めることが可能となる。
(e)上述の効果は、HCDSガス以外の第1処理ガスを用いる場合や、NHガス以外の第2処理ガスを用いる場合や、N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。
(4)変形例
本実施形態における成膜ステップは、図4(a)や図4(b)に示す態様に限定されず、以下に示す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手順、処理条件は、上述の基板処理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。
(変形例1)
ステップ1において、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、を異ならせる際、ノズル249aより供給するNガスの流量を、ノズル249cより供給するNガスの流量よりも大きくするようにしてもよい。本変形例においても、図4(b)に示す成膜シーケンスと同様に、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、中央凸分布と中央凹分布との間のいずれかの分布とすることが可能となる。
(変形例2)
ステップ2では、処理室201内のウエハ200に対して、ノズル249aよりNガスを供給し、ノズル249bよりNHガスを供給し、ノズル249cよりNガスを供給するようにしてもよい。そして、ウエハ200に対してノズル249bよりNHガスを供給する際、ノズル249aより供給するNガスの流量と、ノズル249cより供給するNガスの流量と、のバランスを制御するようにしてもよい。これにより、ステップ2を行うことでウエハ200上に形成される第2層のウエハ面内組成分布、すなわち、成膜ステップを行うことでウエハ200上に形成されるSiN膜のウエハ面内組成分布を制御することが可能となる。
(変形例3)
第1処理ガスとして、ハロシラン系ガスの他、モノシラン(SiH、略称:MS)ガス、ジシラン(Si、略称:DS)ガス等の水素化ケイ素ガスや、トリスジメチルアミノシラン(Si[N(CHH、略称:3DMAS)ガス、ビスジエチルアミノシラン(Si[N(C、略称:BDEAS)ガス等のアミノシラン系ガスを用いてもよい。
また、第2処理ガスとして、例えば、トリエチルアミン((CN、略称:TEA)ガスのようなアミン系ガスや、酸素(O)ガス、水蒸気(HOガス)、オゾン(O)ガス、プラズマ励起されたOガス(O )、Oガス+水素(H)ガスのような酸素(O)含有ガス(酸化剤)や、プロピレン(C)ガスのような炭素(C)含有ガスや、トリクロロボラン(BCl)ガスのような硼素(B)含有ガスを用いてもよい。
そして、例えば以下に示す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)、シリコン酸炭化膜(SiOC膜)、シリコン炭窒化膜(SiCN膜)、シリコン酸炭窒化膜(SiOCN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)、シリコン膜(Si膜)等を形成するようにしてもよい。以下の成膜シーケンスにおいて、ノズル249bより第1処理ガス(HCDSガス、3DMASガス、BDEASガス、DCSガス、MSガス等)を供給する際、もしくは、ノズル249bより第2処理ガス(NHガス、Oガス、TEAガス、Cガス、BClガス等)を供給する際、ノズル249a,249cより供給するNガスの流量バランスを、図4(a)および図4(b)に示す成膜シーケンスや上述の変形例と同様に制御する。これにより、図4(a)および図4(b)に示す成膜シーケンスや上述の変形例と同様の効果が得られる。
(HCDS→NH→O)×n ⇒ SiON
(HCDS→TEA→O)×n ⇒ SiOC(N)
(HCDS→C→NH)×n ⇒ SiCN
(HCDS→C→NH→O)×n ⇒ SiOCN
(HCDS→C→BCl→NH)×n ⇒ SiBCN
(HCDS→BCl→NH)×n ⇒ SiBN
(HCDS→O+H)×n ⇒ SiO
(3DMAS→O)×n ⇒ SiO
(BDEAS→O )×n ⇒ SiO
(DCS→NH)×n ⇒ SiN
(DCS→DS)×n→MS ⇒ Si
<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。
上述の実施形態では、ノズル249a〜249cが隣接(近接)して設けられてい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、ノズル249a,249cは、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のうち、ノズル249bから離れた位置に設けられていてもよい。
上述の実施形態では、第1〜第3供給部がノズル249a〜249cにより構成され、処理室201内に3本のノズルが設けら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1〜第3供給部のうち少なくともいずれかの供給部が2本以上のノズルにより構成されていてもよい。また、処理室201内に第1〜第3供給部以外のノズルを新たに設け、このノズルを用いてNガスや各種処理ガスをさらに供給するようにしてもよい。処理室201内にノズル249a〜249c以外のノズルを設ける場合、この新たに設けるノズルは、平面視において排気口231aと対向する位置に設けてもよく、対向しない位置に設けてもよい。すなわち、新たに設けるノズルは、ノズル249a〜249cから離れた位置であって、例えば、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のうち、ウエハ200の外周に沿ってノズル249a〜249cと排気口231aとの間の中間位置、或いは、その中間位置の近傍の位置に設けてもよい。
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)、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。
例えば、第1、第2処理ガスとして、チタニウムテトラクロライド(TiCl)ガスやトリメチルアルミニウム(Al(CH、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。
(TiCl→NH)×n ⇒ TiN
(TiCl→NH→O)×n ⇒ TiON
(TiCl→TMA→NH)×n ⇒ TiAlCN
(TiCl→TMA)×n ⇒ TiAlC
(TiCl→TEA)×n ⇒ TiCN
(TiCl→HO)×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。
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。
上述の実施形態では、第1〜第3供給部としての第1〜第3ノズル(ノズル249a〜249c)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5(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3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5(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。なお、供給用のバッファ室と排気用のバッファ室のそれぞれは、反応管の側壁の下部より上部に沿って、すなわち、ウエハ配列領域に沿って設けられている。また、図5(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3ノズルの配置と同様となる。第1〜第3ノズルが配置されるそれぞれの空間を、第1〜第3バッファ室と称することもできる。第1ノズルおよび第1バッファ室、第2ノズルおよび第2バッファ室、第3ノズルおよび第3バッファ室を、それぞれ、第1供給部、第2供給部、第3供給部と考えることもできる。また例えば、図5(b)に縦型処理炉の断面構造を示すように、図5(a)と同様の配置でバッファ室を設け、バッファ室内に第2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1、第3ノズルを設けるようにしてもよい。第1ノズル、第2ノズルおよびバッファ室、第3ノズルを、それぞれ、第1供給部、第2供給部、第3供給部と考えることもできる。図5(a)、図5(b)で説明したバッファ室や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成膜処理を行うことができ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
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。
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。
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。
実施例1として、図1に示す基板処理装置を用い、上述の実施形態におけるステップ1,2を非同時に行うサイクルを所定回数行うことにより、ベアウエハ上にSiN膜を形成した。ステップ1において第2供給部よりHCDSガスを供給する際、第3供給部より供給するNガスの流量を、第1供給部より供給するNガスの流量よりも大きくし、第1供給部より供給するNガスの流量をゼロとした。第3供給部より供給するNガスの流量は、第2供給部より供給するHCDSガスの流量よりも小さくした。他の処理条件は、上述の実施形態における処理条件範囲内の所定の条件とした。
実施例2として、図1に示す基板処理装置を用い、上述の実施形態におけるステップ1,2を非同時に行うサイクルを所定回数行うことにより、ベアウエハ上にSiN膜を形成した。ステップ1において第2供給部よりHCDSガスを供給する際、第3供給部より供給するNガスの流量を、第1供給部より供給するNガスの流量よりも大きくし、第1供給部より供給するNガスの流量をゼロとした。第3供給部より供給するNガスの流量は、第2供給部より供給するHCDSガスの流量よりも大きくした。他の処理条件は、実施例1における処理条件と同様とした。
実施例3として、図1に示す基板処理装置を用い、上述の実施形態におけるステップ1,2を非同時に行うサイクルを所定回数行うことにより、ベアウエハ上にSiN膜を形成した。ステップ1において第2供給部よりHCDSガスを供給する際、第1供給部より供給するNガスの流量と、第3供給部より供給するNガスの流量と、を同一とした。第1供給部および第3供給部より供給するNガスの流量は、それぞれ、第2供給部より供給するHCDSガスの流量よりも小さくした。他の処理条件は、実施例1における処理条件と同様とした。
実施例4として、図1に示す基板処理装置を用い、上述の実施形態におけるステップ1,2を非同時に行うサイクルを所定回数行うことにより、ベアウエハ上にSiN膜を形成した。ステップ1において第2供給部よりHCDSガスを供給する際、第1供給部より供給するNガスの流量と、第3供給部より供給するNガスの流量と、を同一とした。第1供給部および第3供給部より供給するNガスの流量は、それぞれ、第2供給部より供給するHCDSガスの流量よりも大きくした。他の処理条件は、実施例1における処理条件と同様とした。
そして、実施例1〜4のSiN膜の面内膜厚分布をそれぞれ測定した。図6(a)、図6(b)、図7(a)、図7(b)は、順に、実施例1〜4のSiN膜の面内膜厚分布の測定結果を示している。これらの図の横軸は、それぞれ、膜厚の測定位置、すなわち、ウエハの中心からの距離(mm)を示している。また、これらの図の縦軸は、それぞれ、測定位置におけるSiN膜の膜厚(Å)を示している。
図6(a)に示すように、実施例1のSiN膜の面内膜厚分布は、中央凸分布と中央凹分布との間の分布であって、弱い中央凹分布となることを確認した。また、図6(b)に示すように、実施例2のSiN膜の面内膜厚分布は、中央凸分布と中央凹分布との間の分布であって、実施例1よりも強い中央凹分布となることを確認した。また、図7(a)に示すように、実施例3のSiN膜の面内膜厚分布は、面内全体で見ると弱い中央凹分布となるが、面内の中央部においては弱い中央凸分布となることを確認した。また、図7(b)に示すように、実施例4のSiN膜の面内膜厚分布は、強い中央凸分布となることを確認した。
以上の結果から、ステップ1において第2供給部よりHCDSガスを供給する際、第1供給部より供給するNガスの流量と、第3供給部より供給するNガスの流量と、のバランスを制御することで、ウエハ上に形成されるSiN膜の面内膜厚分布を自在に調整できることが分かった。
200 ウエハ(基板)
249a ノズル(第1供給部)
249b ノズル(第2供給部)
249c ノズル(第3供給部)

Claims (21)

  1. 基板を処理室内に準備する工程と、
    前記処理室内の前記基板に対して、第1供給部より不活性ガスを供給し、第2供給部より第1処理ガスを供給し、前記第2供給部と前記基板の中心とを通る直線を挟んで前記第1供給部と反対側に設けられた第3供給部より不活性ガスを供給し、平面視において前記基板の中心を挟んで前記第2供給部と対向するように配置された排気口よりこれらのガスを排気して、前記基板上に膜を形成する工程と、
    を有し、前記膜を形成する工程では、前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量と、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量と、のバランスを制御することで、前記膜の基板面内膜厚分布を調整する半導体装置の製造方法。
  2. 前記膜を形成する工程では、前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量と、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量と、を異ならせる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記膜を形成する工程では、前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量および前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量のうち一方の流量を、他方の流量よりも大きくする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記膜を形成する工程では、前記一方の流量を、前記第1処理ガスの流量よりも大きくする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記膜を形成する工程では、前記他方の流量を、前記第1処理ガスの流量よりも小さくする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記膜を形成する工程では、前記一方の流量を、前記第1処理ガスの流量よりも大きくするとともに、前記他方の流量を、前記第1処理ガスの流量よりも小さくする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記膜を形成する工程では、前記一方の流量を、前記第1処理ガスの流量よりも大きくするとともに、前記他方の流量をゼロとする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記膜を形成する工程では、前記他方の流量をゼロとする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記膜を形成する工程では、
    前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量と、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量と、を同一とすることで、ベア基板上に前記膜を形成した場合に、前記膜の基板面内膜厚分布が中央凸分布となるようなコンディションを作り出し、
    前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量と、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量と、を異ならせることで、ベア基板上に前記膜を形成した場合に、前記膜の基板面内膜厚分布が中央凸分布と中央凹分布との間のいずれかの分布となるようなコンディションを作り出す請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量と、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量と、を同一とする場合に、それぞれの流量を、前記第1処理ガスの流量よりも大きくする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量と、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量と、を異ならせる場合に、一方の流量を、他方の流量よりも大きくし、前記一方の流量を、前記第1処理ガスの流量よりも大きくする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量と、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量と、を異ならせる場合に、一方の流量を、他方の流量よりも大きくし、前記他方の流量を、前記第1処理ガスの流量よりも小さくする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量と、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量と、を異ならせる場合に、一方の流量を、他方の流量よりも大きくし、前記一方の流量を、前記第1処理ガスの流量よりも大きくするとともに、前記他方の流量を、前記第1処理ガスの流量よりも小さくする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
  14. 前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量と、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量と、を異ならせる場合に、一方の流量を、他方の流量よりも大きくし、前記一方の流量を、前記第1処理ガスの流量よりも大きくするとともに、前記他方の流量をゼロとする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
  15. 前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量と、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量と、を異ならせる場合に、一方の流量を、他方の流量よりも大きくし、前記他方の流量をゼロとする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
  16. 前記膜を形成する工程では、さらに、前記処理室内の前記基板に対して、前記第1処理ガスとは分子構造が異なる第2処理ガスを供給し、前記排気口より排気する請求項1〜15のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  17. 前記膜を形成する工程では、
    前記処理室内の前記基板に対して、前記第1供給部より不活性ガスを供給し、前記第2供給部より前記第1処理ガスを供給し、前記第3供給部より不活性ガスを供給し、前記排気口よりこれらのガスを排気する工程と、
    前記処理室内の前記基板に対して、前記第2処理ガスを供給し前記排気口より排気する工程と、
    を非同時に行うサイクルを所定回数行う請求項16に記載の半導体装置の製造方法。
  18. 前記第2処理ガスを供給し前記排気口より排気する工程では、前記第1供給部および前記第3供給部のうち少なくともいずれかより前記第2処理ガスを供給し前記排気口より排気する請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
  19. 基板を処理室内に準備する工程と
    前記処理室内の前記基板に対して、第1供給部より不活性ガスを供給し、第2供給部より第1処理ガスを供給し、前記第2供給部と前記基板の中心とを通る直線を挟んで前記第1供給部と反対側に設けられた第3供給部より不活性ガスを供給し、平面視において前記基板の中心を挟んで前記第2供給部と対向するように配置された排気口よりこれらのガスを排気して、前記基板上に膜を形成する工程と、
    を有し、前記膜を形成する工程では、前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量と、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量と、のバランスを制御することで、前記膜の基板面内膜厚分布を調整する基板処理方法。
  20. 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、第1供給部より不活性ガスを供給する第1供給系と、
    前記処理室内の基板に対して、第2供給部より第1処理ガスを供給する第2供給系と、
    前記処理室内の基板に対して、前記第2供給部と前記処理室内の基板の中心とを通る直線を挟んで前記第1供給部と反対側に設けられた第3供給部より不活性ガスを供給する第3供給系と、
    平面視において前記処理室内の基板の中心を挟んで前記第2供給部と対向するように配置された排気口より前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
    前記処理室内に準備された基板に対して、前記第1供給部より不活性ガスを供給し、前記第2供給部より前記第1処理ガスを供給し、前記第3供給部より不活性ガスを供給し、前記排気口よりこれらのガスを排気して、前記基板上に膜を形成する処理を行わせ、前記膜を形成する処理では、前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量と、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量と、のバランスを制御することで、前記膜の基板面内膜厚分布を調整するように、前記第1供給系、前記第2供給系前記第3供給系、および前記排気系を制御することが可能なよう構成される制御部と、
    を有する基板処理装置。
  21. 基板処理装置の処理室内に基板を準備する手順と、
    前記処理室内の前記基板に対して、第1供給部より不活性ガスを供給し、第2供給部より第1処理ガスを供給し、前記第2供給部と前記基板の中心とを通る直線を挟んで前記第1供給部と反対側に設けられた第3供給部より不活性ガスを供給し、平面視において前記基板の中心を挟んで前記第2供給部と対向するように配置された排気口よりこれらのガスを排気して、前記基板上に膜を形成する手順と、
    前記膜を形成する手順において、前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量と、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量と、のバランスを制御することで、前記膜の基板面内膜厚分布を調整する手順と、
    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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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021186677A1 (ja) * 2020-03-19 2021-09-23 株式会社Kokusai Electric 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP4634495B2 (ja) 2008-11-12 2011-02-16 株式会社日立国際電気 基板処理装置及び半導体装置の製造方法
JP2010034474A (ja) * 2008-07-31 2010-02-12 Sumco Corp エピタキシャル成長装置及びエピタキシャルウェーハ製造方法
JP2011216848A (ja) * 2010-03-16 2011-10-27 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法及び基板の製造方法及び基板処理装置
JP2014067783A (ja) * 2012-09-25 2014-04-17 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理方法
JP6284285B2 (ja) * 2015-01-07 2018-02-28 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP6402058B2 (ja) 2015-03-23 2018-10-10 株式会社Kokusai Electric 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
JP6568508B2 (ja) * 2016-09-14 2019-08-28 株式会社Kokusai Electric 半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
JP6689179B2 (ja) * 2016-11-30 2020-04-28 株式会社Kokusai Electric 半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI840805B (zh) * 2021-09-21 2024-05-01 日商國際電氣股份有限公司 基板處理方法、半導體裝置的製造方法、基板處理裝置及程式

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