JP7079340B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置、及びプログラム - Google Patents
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Description
本開示の一態様によれば、処理室内に収容された基板に対して原料ガスを供給する第1ガス供給工程と、
前記基板に対して反応ガスを供給する第2ガス供給工程と、
を有し、
前記第1ガス供給工程と前記第2ガス供給工程とを交互に行って前記基板上に膜を形成し、前記第2ガス供給工程では、前記基板に対して前記反応ガスを供給する反応ガス供給系から前記反応ガスを供給すると共に前記反応ガスが前記基板の中心部に到達し易くなるように前記基板に対して前記反応ガス供給系とは異なるガス供給系から不活性ガスを供給する技術が提供される。
なお、本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。例えば、10sccm~500sccmとは、10sccm以上500sccm以下を意味する。流量のみならず、圧力、時間、温度等、本明細書に記載される全ての数値範囲について同様である。
また、本明細書中の「工程」の用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても、その工程の所期の目的が達成されれば本用語に含まれる。
しかし、原料ガスとして例えばトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3、以下「TMA」と略記する場合がある。)を供給し、反応ガスとしてオゾン(O3)を供給してウエハの表面にAlO膜(AlO層)を形成する場合、オゾンは失活しやすく、ガス供給管の入り口(インレット)に入ってからウエハ中心に到達するまでの4~6×10-2secの間に、濃度が1/30~1/100へ減少する。その結果、膜厚の面内均一性が低下してしまう。
また、近年、半導体装置の微細化に伴い、ウエハ表面にパターンが形成され、ベアウエハと比較して表面積が大きくなり、その結果、膜厚の面内均一性が低下してしまう。
そこで、本件開示者らはさらに検討を重ねたところ、O3ガスを処理炉内に供給する際、N2ガスを追加して供給することで、副生成物の濃度が低下した。N2ガスの追加により副生成物の基板への再付着率が低下すると考えられる。そして、本件開示者らは、O3ガス供給時に、O3ガスがウエハに到達し易くなるようにO3ガスライン以外のガスラインからウエハに向けてN2ガスを供給し、O3ガスの供給量に対するN2ガスの供給量を調整することにより、ウエハ上に形成される膜の厚さの分布を調整することができ、面内均一性が改善されることを見出した。その理由として、O3ガス供給時にウエハに向けてN2ガスを供給することで、O3ガスの流速が上がり、ウエハ中心付近におけるO3ガスの流速を上げることができ、あるいは、O3ガスがウエハ以外の領域に拡散することが抑制され、ウエハ中心付近まで効率的に供給される。そのため、O3がウエハ中心に到達する前にO3の失活によるO3濃度の低下が抑制され、また、ウエハ表面に吸着しているTMAの副生成物がN2ガスによって取り除かれてO3による酸化が促進されることで、膜厚均一性が向上することが考えられる。すなわち、面内均一性を改善するには、オゾンガスの流速を速めるなどしてウエハの中心付近まで到達し易くすることが大きく影響して重要であると考えられる。
例えば、基板の中心部に向けて、隣接するガス供給孔から反応ガスと不活性ガスをそれぞれ供給することで反応ガスの流速を速める方法、ガス供給孔から基板付近に向かう反応ガスの流れの少なくとも片側(好ましくは両側)を不活性ガスの流れでブロックするように基板に向けて不活性ガスを供給することで反応ガスの流れを基板中心付近に促す方法などが挙げられる。
なお、本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものを意味する場合や、ウエハとその表面に形成された所定の層又は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。
以下、本開示に係る第一実施形態にについて図1~図3を参照しながら説明する。
図1に示す基板処理装置100は、本実施形態に係る半導体装置(デバイス)の製造工程において使用される装置の一例として構成されている。基板処理装置100は、ウエハ200を収容する処理室201、第1ガス供給部として処理室201内に原料ガス又は不活性ガスを供給するガス供給管310及びガス供給孔410a、第2ガス供給部として処理室201内に反応ガスとしてのオゾンガスを供給するガス供給管320及びガス供給孔420a、各ガス供給孔410a,420aから供給されるガス種、ガス供給量(ガス流速)、ガス供給時間などを制御することが可能なよう構成される制御部としてのコントローラ280などを備えている。
処理炉202は、中心線が垂直になるように縦向きに配され、筐体によって固定的に支持された反応管としての縦形のプロセスチューブ205を備えている。
プロセスチューブ205は、インナチューブ204とアウタチューブ203とを備えている。インナチューブ204及びアウタチューブ203は、石英(SiO2)、炭化珪素(SiC)等の耐熱性の高い材料によって、円筒形状にそれぞれ一体成形されている。
インナチューブ204とアウタチューブ203との間の下端部は、円形リング形状に形成されたマニホールド209によってそれぞれ気密に封止されている。マニホールド209は、インナチューブ204及びアウタチューブ203についての保守点検作業又は清掃作業のために、インナチューブ204及びアウタチューブ203に着脱自在に取り付けられている。マニホールド209が筐体に支持されることにより、プロセスチューブ205は垂直に据え付けられた状態になっている。
マニホールド209の側壁の一部には、処理室201内の雰囲気を排気する排気管231が接続されている。マニホールド209との接続部には、処理室201内の雰囲気を排気する排気口が形成されている。
排気管231内は、排気口を介して、インナチューブ204とアウタチューブ203との間に形成された隙間により構成される排気路206内に連通している。なお、排気路206の横断面形状は、リング形状になっている。排気管231には、上流から順に、圧力センサ245、圧力調整バルブとしてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ231a、真空排気装置としての真空ポンプ231cが設けられている。
真空ポンプ231cは、処理室201内の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう真空排気し得るように構成されている。
APCバルブ231a及び圧力センサ245には、制御部(コントローラ)280が電気的に接続されている。制御部280は、処理室201内の圧力が所望のタイミングにて所望の圧力となるように、圧力センサ245により検出された圧力に基づいてAPCバルブ231aの開度を制御するように構成されている。
主に、排気管231、圧力センサ245、APCバルブ231aにより、本実施形態に係る排気ユニット(排気系)が構成される。また、真空ポンプ231cを排気ユニットに含めてもよい。
シールキャップ219上には、ウエハ200を保持する基板保持具としてのボート217が垂直に立脚されて支持されるようになっている。ボート217は、上下で一対の端板217cと、端板217c間に垂直に設けられた複数本の保持部材217aとを備えている。端板217c及び保持部材217aは、例えば石英、SiC等の耐熱性材料により構成される。各保持部材217aには、多数条の保持溝217bが長手方向に等間隔に設けられている。ウエハ200の円周縁が複数本の保持部材217aにおける同一の段の保持溝217b内にそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ200は水平姿勢かつ互いに中心を揃えた状態で間隔を設けて多段に保持されるように構成されている。
アウタチューブ203の外部には、プロセスチューブ205内を全体にわたって均一又は所定の温度分布に加熱する加熱機構としてのヒータユニット207が、アウタチューブ203を包囲するように設けられている。ヒータユニット207は、基板処理装置100の筐体(不図示)に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっており、例えばカーボンヒータ等の抵抗加熱ヒータとして構成されている。
主に、ヒータユニット207、温度センサ263により、本実施形態に係る加熱ユニット(加熱系)が構成される。
インナチューブ204の側壁(後述する排気孔204aとは180度反対側の位置)には、チャンネル形状の予備室201aが、インナチューブ204の側壁からインナチューブ204の径方向外向きに突出して垂直方向に長く延在するように形成されている。予備室201aの側壁はインナチューブ204の側壁の一部を構成している。また、予備室201aの内壁は処理室201の内壁の一部を形成するように構成されている。
予備室201aの内部には、予備室201aの内壁(すなわち処理室201の内壁)に沿うように、予備室201aの内壁の下部より上部に沿ってウエハ200の配列方向に延在されて処理室201内にガスを供給するノズル410,420が設けられている。すなわち、ノズル410,420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設けられている。ノズル410,420はL字型のロングノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド209を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。便宜上、図1には1本のノズルを記載しているが、実際には図2に示すように2本のノズル410,420が設けられている。ノズル410,420の側面には、ガスを供給する多数のガス供給孔410a,420aがそれぞれ設けられている。ガス供給孔410a,420aは、下部から上部にわたってそれぞれ同一又は、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、さらに同じ開口ピッチで設けられている。
図3に示されているように、制御部(制御手段)であるコントローラ280は、CPU(Central Processing Unit)280a、RAM(Random Access Memory)280b、記憶装置280c、I/Oポート280dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM280b、記憶装置280c、I/Oポート280dは、内部バス280eを介して、CPU280aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ280には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置282が接続されている。
なお、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280c単体のみを含む場合、外部記憶装置283単体のみを含む場合、又は、その両方を含む場合がある。
次に、本実施形態に係る半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、上述の基板処理装置100を用い、基板上に膜を形成して半導体装置(デバイス)を製造する方法の一例について説明する。以下の説明において、基板処理装置100を構成する各部の動作はコントローラ280により制御される。
以下、処理室201内にウエハを搬入して成膜を行った後、処理室201からウエハ200を搬出するまでの具体的な手順の一例について説明する。
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、図1に示されているように、複数枚のウエハ200を支持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内に搬入(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(不図示)を介して反応管(プロセスチューブ)205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(真空度)となるように真空ポンプ231cによって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は、圧力センサ245で測定され、この測定された圧力情報に基づき、APCバルブ231aがフィードバック制御される(圧力調整)。真空ポンプ231cは、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。
また、処理室201内が所望の温度となるようにヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電量がフィードバック制御される(温度調整)。ヒータ207による処理室201内の加熱は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
続いて、回転機構267によりボート217及びウエハ200の回転を開始する。回転機構267によるボート217及びウエハ200の回転は、少なくとも、ウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
その後、原料ガス供給ステップ(第1ガス供給工程)、残留ガス除去ステップ(残留ガス除去工程)、オゾンガス及び不活性ガス供給ステップ(第2ガス供給工程)、残留ガス除去ステップ(残留ガス除去工程)をこの順で所定回数行う。
バルブ314を開き、ガス供給管310へTMAガスを流す。TMAガスは、MFC312により流量調整され、供給孔410aからウエハ200に対して供給される。すなわちウエハ200はTMAガスに暴露される。供給孔410aから供給されたTMAガスは、排気孔204aを経て排気管231から排気される。
Al含有層が形成された後、バルブ314を閉じ、TMAガスの供給を停止する。このとき、APCバルブ231aは開いたままとして、真空ポンプ231c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又はAl含有層の形成に寄与した後のTMAガスを処理室201内から排除する。
処理室201内の残留ガスを除去した後、バルブ324を開き、ガス供給管320内に反応ガスであるO3ガスを流す。O3ガスは、MFC322により流量調整され、ノズル420の供給孔420aから処理室201内のウエハ200に対して供給され、排気孔204aを経て排気管231から排気される。すなわちウエハ200はO3ガスに暴露される。
また、バルブ324を開いて供給孔420aからO3ガスを処理室201内に供給する際、バルブ514も開き、ガス供給管310内に不活性ガスとしてN2ガスを流す。N2ガスは、MFC512により流量調整され、ノズル410の供給孔410aから処理室201内に供給されて、排気孔204aを経て排気管231から排気される。
MFC322で制御するO3ガスの供給流量は、例えば、5~40slm、好ましくは5~30slm、より好ましくは10~20slmの範囲内の流量とする。O3ガスをウエハ200に対して供給する時間は、例えば、1~120秒、好ましくは10~90秒、より好ましくは20~60秒の範囲内とする。
なお、図2に示すように、両ノズル410,420が隣接して各供給孔410a,420aがウエハ200の中心へ向かって開口していることが好ましい。第2ガス供給工程において供給孔410aからN2ガスが流れ、隣接した供給孔420aから平行してO3ガスの流れがあると、供給孔410aからのN2ガスが、供給孔420aからのO3ガスの片側をブロックする形となり、ウエハ200上(ウエハ200の中心部)へO3ガスが到達しやすくなる。
ただし、供給孔410aからのN2ガス供給量が多すぎると、O3ガスのウエハ200の中心部への流れを阻害してしまう可能性がある。また、供給孔410aからのN2ガス供給量が多すぎると、供給孔420aからのO3ガスがN2ガスによって希釈されてO3ガスの濃度が低下し、O3ガスのウエハ200上への到達を妨げてしまう可能性がある。そのため、ウエハ200上に形成される膜の厚さの面内分布の均一性が高くなるように、O3ガスの供給量に対するN2ガスの供給量を調整することが好ましい。
N2ガスの流量によって膜厚分布が変化する。膜の凸形状を小さくする観点から、第2ガス供給工程における各供給孔からの流量は、下記の範囲とすることが好ましい。
ガス供給孔410aからのN2ガスの流量:0.5~30slm
ガス供給孔420aからのO3ガスの流量:9~30slm
あるいは、最初の方(オゾンガスの供給開始時点)ではN2ガスの供給量に対してO3ガスの供給量を少なくし、O3ガスの供給量を徐々に多くしてもよい。最初にO3ガスの供給量を少なくすれば、ウエハ200表面に形成される膜厚分布は最初はウエハ200中心部が薄くなり、O3ガスの供給量の増加に伴い、ウエハ200の中心部において膜が形成され易くなり、膜厚均一性の向上を図ることができる。
また、N2ガスの供給量(流量)が異なる流量Aと流量Bのサイクルを交互に行うか、流量Aを複数回繰り返した後、流量Bを複数回繰り返すことによって、膜厚均一性を図ってもよい。
AlO層が形成された後、バルブ324,524を閉じて、O3ガス及びN2ガスの供給を停止する。そして、原料ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップと同様の処理手順により、処理室201内に残留する未反応もしくはAlO層の形成に寄与した後のO3ガス、並びに、N2ガス及び反応副生成物を処理室201内から排除する。このとき、処理室201内に残留するガス等を完全に排除しなくてもよい点は、原料ガス供給ステップ後の残留ガス除去ステップと同様である。
上述の原料ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、オゾンガス及び不活性ガス供給
ステップ、残留ガス供給ステップを順に行うサイクルを1回以上(所定回数)行うことにより、ウエハ200上にAlO膜が形成される。このサイクルの回数は、最終的に形成するAlO膜において必要とされる膜厚に応じて適宜選択されるが、このサイクルは、複数回繰り返すことが好ましい。
AlO膜の厚さ(膜厚)は、例えば、0.1~100nm、好ましくは1~30nm、より好ましくは1~10nmとする。
上記サイクルを2回以上行う場合は、サイクル毎に第2ガス供給工程におけるO3ガスの供給量に対するN2ガスの供給量を変化させて膜厚分布を調整してもよい。
例えば、図4に示すように、第2ガス供給工程においてO3ガスの供給量に対するN2ガスの供給量を多くして上記サイクルを繰り返し行うと、ウエハ中心部の膜厚が大きい凸形状の膜300aが形成される傾向がある。一方、図5に示すように、第2ガス供給工程においてO3ガスの供給量に対するN2ガスの供給量を少なくして上記サイクルを繰り返し行うと、ウエハ中心部の膜厚が小さい凹形状の膜300bが形成される傾向がある。そこで、例えば、図6に示すように、前半のサイクルにおける第2ガス供給工程では、O3ガスの供給量に対するN2ガスの供給量を多くしてウエハ中心部の膜厚が大きい凸形状となるように成膜を行い、後半のサイクルにおける第2ガス供給工程では、O3ガスの供給量に対するN2ガスの供給量を少なくしてウエハ中心部の膜厚が小さい凹形状となるように成膜を行うことで、凸形状の膜厚分布と凹形状の膜厚分布とが組み合わさって、結果的に面内均一性の高い膜300cを形成することができる。
なお、前半のサイクルにおける第2ガス供給工程では凹形状の膜厚分布となるようにO3ガスの供給量に対するN2ガスの供給量を少なくし、後半のサイクルにおける第2ガス供給工程では凸形状の膜厚分布となるようにO3ガスの供給量に対するN2ガスの供給量を多くすることで、結果的に面内均一性の高い膜を形成してもよい。
成膜ステップが終了したら、バルブ514を開き、ガス供給管310からN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。N2ガスはパージガスとして作用し、処理室201内に残留するガス又は副生成物が処理室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N2ガスに置換され(N2ガス置換)、処理室201内の圧力は常圧に復帰される(大気圧復帰)。
その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降され、マニホールド209の下端が開口されるとともに、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の下端からプロセスチューブ205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(不図示)が移動させられ、マニホールド209の下端開口がOリング(不図示)を介してシャッタ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205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)。
図7は、第二実施形態に係る基板処理装置の構成の縦型処理炉におけるガスを供給するノズルの配置を概略的に示す横断面図である。本実施形態に係る基板処理装置は第一実施形態の変形例であり、第一実施形態に係る基板処理装置と同様、予備室201aに、原料ガスとしてTMAを供給するノズル410と、O3ガスを供給するノズル420を備えている。各ノズル410,420には、ウエハ200の中心に向けてガス供給孔410a,420aがそれぞれ設けられ、ノズル410のガス供給孔410aはウエハ200の中心へ向かって開口し、ノズル420のガス供給孔420aは、ノズル410とウエハ200の縁部との間に向かって開口している。
原料ガスを供給するガス供給ラインとは別に、第3ガス供給部として不活性ガスを供給するガス供給ラインを設けてもよい。第2ガス供給工程では、第1ガス供給工程においてTMAを供給するノズル410からのN2ガスの供給量を増やしてO3ガスの流速を高めてウエハ200の中心部に到達し易くさせるのではなく、例えば、O3ガスを供給するノズルの両側に1本ずつN2ガスを供給するためのノズルを設けて、第2ガス供給工程においてN2ガスを供給してもよい。
図8は、第三実施形態に係る基板処理装置の構成の縦型処理炉におけるガスを供給するノズルの配置を概略的に示す横断面図である。本実施形態に係る基板処理装置は、予備室201aに、原料ガスとしてTMAを供給するノズル410、O3ガスを供給するノズル420、さらにノズル420の両側にそれぞれN2ガスを供給するノズル430,440を備えている。すなわち、N2ガスを供給するノズル430,440は、平面視においてO3ガスを供給するノズル420と排気管231とを通る直線の両側に設けられる。各ノズル410,420,430,440には、それぞれウエハ200の中心に向けて開口したガス供給孔410a,420a,430a,440aが設けられ、ガス供給管310,320,330,340を通じてそれぞれガスが供給されるように構成されている。なお、N2ガスを供給するガス供給孔430a,440aの開口向きは、これらのガス供給孔430a,440aから供給されるN2ガスによって、ガス供給孔420aから供給されるO3ガスの両側の壁を作るように平行とすることが好ましい。
図9は、第四実施形態に係る基板処理装置の構成の縦型処理炉におけるガスを供給するノズルの配置を概略的に示す横断面図である。本実施形態に係る基板処理装置は、予備室201aに、原料ガスとしてTMAを供給するノズル410(第1ガス供給部)、O3ガスを供給するノズル420(第2ガス供給部)、さらにN2ガスを供給するノズル430(第3ガス供給部)を備え、各ノズル410,420,430には、ウエハ200の中心に向けてガス供給孔410a,420a,430aがそれぞれ設けられている。このように、それぞれ専用のノズル410,420,430を備えた基板処理装置を用い、第1ガス供給工程では、ノズル410を通じてガス供給孔410aからTMAガスを供給し、第2ガス供給工程では、ノズル420を通じてガス供給孔420aからO3ガスを供給するとともに、ノズル430を通じてガス供給孔430aからN2ガスを供給する。そして、O3ガスの供給量に対するN2ガスの供給量を調整することにより、ウエハ上に形成される膜の厚さの分布を調整することで、面内均一性の高い膜を形成することができる。
また、不活性ガスとしては、N2ガスを用いる例について説明したが、これに限らず、例えば、Arガス、Heガス、Neガス、Xeガス等の希ガスを用いてもよい。
図10は、第三実施形態の変形例であり、基板処理装置の縦型処理炉におけるガスを供給するノズルの配置を概略的に示す横断面図である。ノズル410、430は、平面視において、ノズル420と排気管231とを通る直線の両側に設けられる。
第1ガス供給工程では、ノズル410及び/又はノズル430を経てガス供給孔410a及び/又はガス供給孔430aからTMAガスを供給する。
第2ガス供給工程では、ノズル420を経てガス供給孔420aからO3ガスを供給するとともに、ノズル410及びノズル430を経てガス供給孔410a及びガス供給孔430aからそれぞれN2ガスを供給する。この場合、ガス供給孔410a及びガス供給孔430aの一方からのN2ガス流量を他方からのN2ガス流量よりも増加させる。すなわち、ガス供給孔410a及びガス供給孔430aから供給されるN2ガスの流量を異ならせるようにする。例えば、ガス供給孔410aから供給するN2ガスの流量を大きく、ガス供給孔430aから供給するN2ガスの流量を小さくする。このようにガス供給孔410a及びガス供給孔430aから異なる流量でN2ガスをそれぞれ供給することで、ガス供給孔420aから供給されたO3ガスは、両側に供給されるN2ガスによってブロックされた状態でウエハ200上に到達し易くなると共にウエハ200の中心部よりも縁部側に供給され易くなる。これにより、ウエハ200上に形成される膜の凸分布が緩和され、膜の面内均一性を高めることができる。膜の面内均一性を高める観点から、第2ガス供給工程における各ガス供給孔からの流量は、下記の範囲とすることが好ましい。
ガス供給孔410aからのN2ガスの流量:10~30slm
ガス供給孔420aからのO3ガスの流量:9~30slm
ガス供給孔430aからのN2ガスの流量:0.5~30slm
オゾンガス及び窒素ガスの各供給量と膜厚分布との関係を調べるため、オゾンガスの流量に対して窒素ガスの流量を変化させて膜厚分布を測定した。
図1に示す構成を有する基板処理装置を用い、TMAとO3とを反応させ、膜厚測定用のSi基板(300mmウエハ)に成膜処理を施し、酸化アルミニウム膜を形成した。
実験例1では、以下の条件でTMAガス、O3ガス、N2ガスをそれぞれ処理室内に供給し、300mmウエハに酸化アルミニウム膜(AlO膜)を成膜した。
<第1ガス供給工程>
TMAガスの流量:200sccm
TMAガスの供給時間:10秒
<第2ガス供給工程>
O3ガスの流量:20slm
N2ガスの流量:60slm
O3ガス及びN2ガスの供給時間:20秒
上記第1ガス供給工程と第2ガス供給工程とを1サイクルとして、合計50サイクル行ってウエハ表面にAlO膜を成膜した。
ウエハ表面に形成されたAlO膜の厚さ分布を測定したところ、図4に示すようにウエハの縁部から中心部に向けて膜厚が大きくなる膜厚分布が得られた。
実験例2では、以下の条件でTMAガス、O3ガス、N2ガスをそれぞれ処理室内に供給し、300mmウエハに酸化アルミニウム膜(AlO膜)を成膜した。
<第1ガス供給工程>
TMAガスの流量:200sccm
TMAガスの供給時間:10秒
<第2ガス供給工程>
O3ガスの流量:20slm
N2ガスの流量:5slm
O3ガス及びN2ガスの供給時間:20秒
上記第1ガス供給工程と第2ガス供給工程とを1サイクルとして、合計50サイクル行ってウエハ表面にAlO膜を成膜した。
ウエハ表面に形成されたAlO膜の厚さ分布を測定したところ、図5に示すようにウエハの縁部から中心部に向けて膜厚が小さくなる膜厚分布が得られた。
実験例3では、第2ガス供給工程におけるO3ガスの供給量に対するN2ガスのガス供給量を以下のように変化させて成膜を行った。
-第1サイクル~第25サイクル-
<第1ガス供給工程>
TMAガスの流量:200sccm
TMAガスの供給時間:10秒
<第2ガス供給工程>
O3ガスの流量:20slm
N2ガスの流量:60slm
O3ガス及びN2ガスの供給時間:20秒
<第1ガス供給工程>
TMAガスの流量:200sccm
TMAガスの供給時間:10秒
<第2ガス供給工程>
O3ガスの流量:20slm
N2ガスの流量:5slm
O3ガス及びN2ガスの供給時間:20秒
ウエハ表面に形成されたAlO膜の厚さ分布を測定したところ、図6に示すように膜厚の面内均一性が高い膜厚分布が得られた。
1バッチ内で、前半のサイクルでは第2ガス供給工程におけるO3ガスの供給量に対するN2ガスの供給量を相対的に多くし、後半のサイクルでは第2ガス供給工程におけるO3ガスの供給量に対するN2ガスの供給量を相対的に少なくすることにより、前半のサイクルにおける凸形状の膜厚分布と、後半のサイクルにおける凹形状の膜厚が組み合わさったフラットな膜厚形状を得ることができる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
200 ウエハ(基板の一例)
201 処理室
280 コントローラ(制御部)
410、420、430、440 ノズル
410a、420a、430a、440a ガス供給孔(ガス供給部の一例)
Claims (14)
- 処理室内に収容された基板に対して原料ガスを供給する第1ガス供給工程と、
前記基板に対して反応ガスを供給する第2ガス供給工程と、を有し、
前記第1ガス供給工程と前記第2ガス供給工程とを交互に行って前記基板上に膜を形成し、前記第2ガス供給工程では、前記基板に対して前記反応ガスを供給する反応ガス供給系から前記反応ガスを供給すると共に前記反応ガスが前記基板の中心部に到達し易くなるように前記基板に対して前記反応ガス供給系とは異なる供給系から不活性ガスを供給し、前記第1ガス供給工程における前記原料ガスと前記第2ガス供給工程における前記反応ガスは、それぞれ独立したガス供給ラインから前記基板に対して供給し、前記第2ガス供給工程では、前記第1ガス供給工程において前記原料ガスを供給するガス供給ラインを介して前記基板に対して前記不活性ガスを供給する半導体装置の製造方法。 - 前記第2ガス供給工程では、前記基板の表面積に応じて前記不活性ガスの供給量を調整する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2ガス供給工程では、前記反応ガスの供給開始時点では、前記不活性ガスの供給量に対して前記反応ガスの供給量を多くする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 処理室内に収容された基板に対して原料ガスを供給する第1ガス供給工程と、
前記基板に対して反応ガスを供給する第2ガス供給工程と、を有し、
前記第1ガス供給工程と前記第2ガス供給工程とを交互に行って前記基板上に膜を形成し、前記第2ガス供給工程では、前記基板に対して前記反応ガスを供給する反応ガス供給系から前記反応ガスを供給すると共に前記反応ガスが前記基板の中心部に到達し易くなるように前記基板に対して前記反応ガス供給系とは異なる供給系から不活性ガスを供給し、
前記第2ガス供給工程では、前記反応ガスの供給開始時点では、前記不活性ガスの供給量に対して前記反応ガスの供給量を多くして、徐々に少なくする半導体装置の製造方法。 - 前記第2ガス供給工程では、前記反応ガスの供給開始時点では、前記不活性ガスの供給量に対して前記反応ガスの供給量を少なくする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 処理室内に収容された基板に対して原料ガスを供給する第1ガス供給工程と、
前記基板に対して反応ガスを供給する第2ガス供給工程と、を有し、
前記第1ガス供給工程と前記第2ガス供給工程とを交互に行って前記基板上に膜を形成し、前記第2ガス供給工程では、前記基板に対して前記反応ガスを供給する反応ガス供給系から前記反応ガスを供給すると共に前記反応ガスが前記基板の中心部に到達し易くなるように前記基板に対して前記反応ガス供給系とは異なる供給系から不活性ガスを供給し、
前記第2ガス供給工程では、前記反応ガスの供給開始時点では、前記不活性ガスの供給量に対して前記反応ガスの供給量を少なくし、徐々に多くする半導体装置の製造方法。 - 前記第1ガス供給工程と、前記第2ガス供給工程と、を複数回繰り返し行い、前記第2ガス供給工程において前記反応ガスの供給量に対する前記不活性ガスの供給量を変化させる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2ガス供給工程において、前記反応ガスの供給量に対する前記不活性ガスの供給量を少なくして、前記第1ガス供給工程と、前記第2ガス供給工程と、を繰り返して行う請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2ガス供給工程において、前記反応ガスの供給量に対する前記不活性ガスの供給量を多くして、前記第1ガス供給工程と、前記第2ガス供給工程と、を繰り返して行う請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 処理室内に収容された基板に対して原料ガスを供給する第1ガス供給工程と、
前記基板に対して反応ガスを供給する第2ガス供給工程と、を有し、
前記第1ガス供給工程と前記第2ガス供給工程とを交互に行って前記基板上に膜を形成し、前記第2ガス供給工程では、前記基板に対して前記反応ガスを供給する反応ガス供給系から前記反応ガスを供給すると共に前記反応ガスが前記基板の中心部に到達し易くなるように前記基板に対して前記反応ガス供給系とは異なる供給系から不活性ガスを供給し、
前記第1ガス供給工程と、前記第2ガス供給工程と、を複数回繰り返し行い、前記複数回繰り返し行ううちの前半における前記第2ガス供給工程において、前記反応ガスの供給量に対する前記不活性ガスの供給量を少なくして、前記第1ガス供給工程と、前記第2ガス供給工程と、を繰り返して行い、前記複数回繰り返し行ううちの後半における前記第2ガス供給工程において、前記反応ガスの供給量に対する前記不活性ガスの供給量を多くして、前記第1ガス供給工程と、前記第2ガス供給工程と、を繰り返して行う半導体装置の製造方法。 - 前記第2ガス供給工程において、前記不活性ガスを供給するノズルが、前記反応ガスを供給するノズルと排気管とを通る直線の両側に設けられ、前記不活性ガスを供給するノズルから供給される不活性ガスの流量を異ならせるようにする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記反応ガスは、オゾンガスである請求項1~請求項11のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板処理装置の処理室内に収容された基板に対して原料ガスを供給する第1ガス供給手順と、
前記基板に対して反応ガスを供給する第2ガス供給手順と、を有し、
前記第1ガス供給手順と前記第2ガス供給手順とを交互に行って前記基板上に膜を形成し、前記第2ガス供給手順では、前記基板に対して前記反応ガスを供給する反応ガス供給系から前記反応ガスを供給すると共に前記反応ガスが前記基板の中心部に到達し易くなるように前記基板に対して前記反応ガス供給系とは異なる供給系から不活性ガスを供給し、前記第1ガス供給手順における前記原料ガスと前記第2ガス供給手順における前記反応ガスは、それぞれ独立したガス供給ラインから前記基板に対して供給し、前記第2ガス供給手順では、前記第1ガス供給手順において前記原料ガスを供給するガス供給ラインを介して前記基板に対して前記不活性ガスを供給する手順を、コンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。 - 基板を収容して処理する処理室と、
前記処理室内に収容された前記基板に対して原料ガスを供給する第1ガス供給部と、前記基板に対して反応ガスを供給する第2ガス供給部と、を有するガス供給部と、
前記処理室内に収容された前記基板に対して前記第1ガス供給部から前記原料ガスを供給する第1ガス供給工程と、前記第2ガス供給部から前記処理室内に前記反応ガスを供給する第2ガス供給工程とを交互に行って前記基板上に膜を形成し、前記第2ガス供給工程では、前記基板に対して前記反応ガスを供給すると共に前記反応ガスが前記基板の中心部に到達し易くなるように前記第1ガス供給部から前記基板に対して不活性ガスを供給し、前記第1ガス供給工程における前記原料ガスと前記第2ガス供給工程における前記反応ガスは、それぞれ独立したガス供給ラインから前記基板に対して供給し、前記第2ガス供給工程では、前記第1ガス供給工程において前記原料ガスを供給するガス供給ラインを介して前記基板に対して前記不活性ガスを供給するように、前記ガス供給部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。
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