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
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Description
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。
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。
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。
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N2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N2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N2ガスの流量と、ノズル249cより供給するN2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。
処理室201内のウエハ200に対して、ノズル249aよりN2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N2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NH3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。
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。
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。
その後、次のステップ1,2を順次実行する。
このステップでは、処理室201内のウエハ200に対して、ノズル249aよりN2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N2ガスを供給する。
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NH3ガスを供給する。
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。
HCDSガス供給流量:100〜2000sccm
N2ガス供給流量(ガス供給管232a):0〜10000sccm
N2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。
NH3ガス供給流量:100〜10000sccm
N2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。
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N2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)。
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。
ステップ1において、ノズル249aより供給するN2ガスの流量と、ノズル249cより供給するN2ガスの流量と、を異ならせる際、ノズル249aより供給するN2ガスの流量を、ノズル249cより供給するN2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。
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N2ガスを供給し、ノズル249bよりNH3ガスを供給し、ノズル249cよりN2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NH3ガスを供給する際、ノズル249aより供給するN2ガスの流量と、ノズル249cより供給するN2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。
第1処理ガスとして、ハロシラン系ガスの他、モノシラン(SiH4、略称:MS)ガス、ジシラン(Si2H6、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(CH3)2]3H、略称:3DMAS)ガス、ビスジエチルアミノシラン(Si[N(C2H5)2]2H2、略称:BDEAS)ガス等のアミノシラン系ガスを用いてもよい。
(HCDS→TEA→O2)×n ⇒ SiOC(N)
(HCDS→C3H6→NH3)×n ⇒ SiCN
(HCDS→C3H6→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
(HCDS→C3H6→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBCN
(HCDS→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBN
(HCDS→O2+H2)×n ⇒ SiO
(3DMAS→O3)×n ⇒ SiO
(BDEAS→O2 *)×n ⇒ SiO
(DCS→NH3)×n ⇒ SiN
(DCS→DS)×n→MS ⇒ Si
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。
(TiCl4→NH3→O2)×n ⇒ TiON
(TiCl4→TMA→NH3)×n ⇒ TiAlCN
(TiCl4→TMA)×n ⇒ TiAlC
(TiCl4→TEA)×n ⇒ TiCN
(TiCl4→H2O)×n ⇒ TiO
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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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