JP7101204B2 - 半導体装置の製造方法、プログラム、基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents
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Description
(a)酸化膜が形成された基板を、金属含有膜が形成された処理室内に搬入する工程と、
(b)前記処理室内に、14族元素と水素を含むガス又は酸素を含むガスの少なくとも一方を供給する工程と、
(c)前記基板上に、前記金属含有膜を形成する工程と、
を有し、前記(b)工程の後に、前記(c)工程を行う技術が提供される。
基板処理装置10は、加熱手段(加熱機構、加熱系)としてのヒータ207が設けられた処理炉202を備える。ヒータ207は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース(図示せず)に支持されることにより垂直に据え付けられている。
半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、絶縁膜を形成し、酸化膜が形成されたウエハ200上に、TiN膜を形成する工程の一例について、図4を用いて説明する。TiN膜を形成する工程は、上述した基板処理装置10の処理炉202を用いて実行される。処理炉202内では後述する成膜工程が少なくとも1回行われて、処理室201内にはTiN膜が形成されている。以下の説明において、基板処理装置10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。本工程にて製造される製品ウエハは、例えば半導体デバイスとして用いられるシャロートレンチアイソレーション(STI)であって、Si基板に形成された溝に、SiO2膜を形成し、SiO2膜上にTiN膜を埋め込むものである。なお、TiN膜はゲート電極として用いられる。
(a)酸化膜であるシリコン酸化(SiO2)膜が形成されたウエハ200を、金属含有膜であるTiN膜が形成された処理室201内に搬入する工程と、
(b)処理室201内に、14族元素とHを含むガスであるシラン系ガス又は酸素(O)を含むガスであるO2ガスの少なくとも一方を供給する工程と、
(c)ウエハ200上に、金属含有膜であるTiN膜を形成する工程と、
を有し、(b)工程の後に、(c)工程を行う。
複数枚の酸化膜が形成されたウエハ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TiN膜が形成された処理室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220を介してアウタチューブ203の下端開口を閉塞した状態となる。
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246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243がフィードバック制御される(圧力調整)。真空ポンプ246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。
(SiH4ガス供給)
バルブ324を開き、ガス供給管320内に14族元素とHを含むガスであってシラン系ガスであるSiH4ガスを流す。SiH4ガスは、MFC322により流量調整され、ノズル420のガス供給孔420aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してSiH4ガスが供給される。このとき同時にバルブ524を開き、ガス供給管520内にN2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管520内を流れたN2ガスは、MFC522により流量調整され、SiH4ガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、バルブ514,534を閉じ、ノズル410,430からのN2ガスの供給を停止する。
(残留ガス除去)
SiH4ガスの供給を開始してから3~5分経過後にバルブ324を閉じて、SiH4ガスの供給を停止する。このとき排気管231のAPCバルブ243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TiSiN膜形成に寄与した後のSiH4ガスを処理室201内から排除する。このときバルブ524は開いたままとして、バルブ514,534を開いて、N2ガスの処理室201内への供給を開始する。N2ガスはパージガスとして作用し、処理室201内に残留する未反応もしくはTiSiN膜形成に寄与した後のSiH4ガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。
(TiCl4ガス供給、第1ステップ)
バルブ314を開き、ガス供給管310内に原料ガスであるTiCl4ガスを流す。TiCl4ガスは、MFC312により流量調整され、ノズル410のガス供給孔410aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してTiCl4ガスが供給される。このとき同時にバルブ514を開き、ガス供給管510内にN2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管510内を流れたN2ガスは、MFC512により流量調整され、TiCl4ガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ノズル420,430内へのTiCl4ガスの侵入を防止するために、バルブ524,534を開き、ガス供給管520,530内にN2ガスを流す。N2ガスは、ガス供給管320,330、ノズル420,430を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
TiCl4ガスの供給を開始してから所定時間経過後であって例えば0.01~10秒後に、バルブ314を閉じて、TiCl4ガスの供給を停止する。このとき排気管231のAPCバルブ243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Ti含有層形成に寄与した後のTiCl4ガスを処理室201内から排除する。このときバルブ514,524,534は開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、処理室201内に残留する未反応もしくはTi含有層形成に寄与した後のTiCl4ガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。
処理室201内の残留ガスを除去した後、バルブ334を開き、ガス供給管330内に、反応ガスとしてNH3ガスを流す。NH3ガスは、MFC332により流量調整され、ノズル430のガス供給孔430aから処理室201内に供給され、排気管231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。このとき同時にバルブ534を開き、ガス供給管530内にN2ガスを流す。ガス供給管530内を流れたN2ガスは、MFC532により流量調整される。N2ガスはNH3ガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ノズル410,420内へのNH3ガスの侵入を防止するために、バルブ514,524を開き、ガス供給管510,520内にN2ガスを流す。N2ガスは、ガス供給管310,320、ノズル410,420を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
TiN層を形成した後、バルブ334を閉じて、NH3ガスの供給を停止する。そして、上述した残留ガス除去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TiN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。
上記した第1ステップ~第4ステップを順に行うサイクルを所定回数(n回)行うことにより、酸化膜が形成されたウエハ200上に、所定の厚さのTiN膜を形成する。
ガス供給管510,520,530のそれぞれから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、これにより処理室201内が不活性ガスでパージされ、処理室201内に残留するガスや副生成物が処理室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)。
その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降されて、アウタチューブ203の下端が開口される。そして、処理済ウエハ200がボート217に支持された状態でアウタチューブ203の下端からアウタチューブ203の外部に搬出(ボートアンロード)される。その後、処理済のウエハ200は、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、酸化膜が形成されたウエハ200上に所定膜厚(例えば250Å)のTiN膜を形成する前に、処理室201内の壁等のTiN膜の表面をTiSiN化して、14族元素を含む膜であるTiSiN膜(結晶粒分断膜)の形成を行う。TiSiN膜はアモルファス膜であり、TiSiN膜の形成により、TiN膜の結晶粒が分断され、その結果、核形成膜の成長が停止(分断)される。よって、処理室201内に形成されたTiN膜の膜剥がれが抑制され、異物としてウエハ200に付着しないようにすることができる。すなわち、処理室内(反応管内)の膜剥がれに起因するパーティクルの発生を抑制することができる。また、ウエハ200を積載したボート217を処理室201内に搬入した状態でトリートメント工程を行うため、ボート217やボート217に搭載されたダミー基板等に形成されたTiN膜の膜剥がれも抑制されて、スループットが向上される。
次に、上述した実施形態の変形例について詳述する。以下の実施形態では、上述の実施形態と異なる点のみ詳述する。
本変形例は、上述した実施形態と成膜工程の前に行うトリートメント工程が異なる。具体的には、上述した基板処理装置10を用いて、上述した実施形態のトリートメント工程におけるシラン系ガスであるSiH4ガス供給の代わりに、ガス供給管320から酸素(O)を含む酸素含有ガスであるO2ガス供給を行う。
(O2ガス供給)
バルブ324を開き、ガス供給管320内に酸素含有ガスであるO2ガスを流す。O2ガスは、MFC322により流量調整され、ノズル420のガス供給孔420aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してO2ガスが供給される。このとき同時にバルブ524を開き、ガス供給管520内にN2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管520内を流れたN2ガスは、MFC522により流量調整され、O2ガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、バルブ514,534を閉じ、ノズル410,430からのN2ガスの供給を停止する。
(残留ガス除去)
O2ガスの供給を開始してから所定時間経過後にバルブ324を閉じて、O2ガスの供給を停止する。このとき排気管231のAPCバルブ243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TiNO膜やTiO膜形成に寄与した後のO2ガスを処理室201内から排除する。このときバルブ524は開いたままとして、バルブ514,534を開いて、N2ガスの処理室201内への供給を開始する。N2ガスはパージガスとして作用し、処理室201内に残留する未反応もしくはTiNO膜やTiO膜形成に寄与した後のO2ガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。
先ず、上述した基板処理装置10を用いて、上述した基板処理工程の図4、図5におけるトリートメント工程を行わないで、TiN膜が形成されていない処理室201内においてダミー基板上に250Åの膜厚のTiN膜を形成し、ダミー基板上に形成されたTiN膜の表面を、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscopy)を用いて観測した。図6に示されるように、ダミー基板上に形成されたTiN膜の表面の二乗平均粗さ(Rms)は、1.62nm、最大高低差(Rmax)は、25.7nmだった。そして、TiN膜が形成された処理室201内に、250Åの膜厚のTiN膜が形成されたダミー基板を搬入して、後述する比較例、実施例1及び実施例2を行って、ダミー基板上に形成されたTiN膜の表面を、それぞれ原子間力顕微鏡を用いて観測した。
以下に、本開示の好ましい態様について付記する。
(付記1)
(a)酸化膜が形成された基板を、金属含有膜が形成された処理室内に搬入する工程と、
(b)前記処理室内に、14族元素と水素を含むガス又は酸素を含むガスの少なくとも一方を供給する工程と、
(c)前記基板上に、前記金属含有膜を形成する工程と、
を有し、前記(b)工程の後に、前記(c)工程を行う半導体装置の製造方法。
(付記2)
前記(b)工程では、14族元素と水素を含むガスを供給し、前記処理室の壁に14族元素を含む膜を形成する。
(付記3)
前記14族元素と水素を含むガスは、SiH4、Si2H6、Si3H8の少なくともいずれかを含む。
(付記4)
前記14族元素と水素を含むガスは、GeH4、Ge2H6、Ge3H8の少なくともいずれかを含む。
(付記5)
前記(b)工程では、酸素を含むガスを供給し、前記処理室の壁に形成された前記金属含有膜を金属酸化膜に改質する。
(付記6)
前記(b)工程における前記処理室内の圧力が、前記(c)工程における前記処理室内の圧力よりも低く、
前記(b)工程において供給されるガスの流量が、前記(c)工程において供給されるガスの流量よりも少ない。
(付記7)
前記(b)工程における前記処理室内の温度が、前記(c)工程における前記処理室内の温度よりも高い。
(付記8)
前記(b)工程の後に、前記(a)工程と前記(c)工程を行う。
(付記9)
前記(b)工程と、前記(c)工程と、を交互に繰り返し行う。
(付記10)
前記(c)工程は、前記基板に対して、金属含有ガスを供給する工程と、反応ガスを供給する工程と、を有し、
前記金属含有ガスを供給する工程と、前記反応ガスを供給する工程と、を交互に繰り返し行って、前記基板上に金属含有膜を形成する。
(付記11)
前記基板は、シャロートレンチアイソレーションであって、前記金属含有膜はTiN膜であって、前記TiN膜は、ゲート電極として用いられる。
(付記12)
前記(a)工程の後に、前記処理室内を所望の圧力(真空度)となるように真空排気し、前記処理室内を所望の温度分布となるように加熱した後に、
前記(b)工程において、前記処理室内に、SiH4ガスを供給し、前記処理室内をパージして、
前記(c)工程において、前記基板上にTiN膜を形成する。
(付記13)
(a)酸化膜が形成された基板を、基板処理装置の金属含有膜が形成された処理室内に搬入する手順と、
(b)前記処理室内に、14族元素と水素を含むガス又は酸素を含むガスの少なくとも一方を供給する手順と、
(c)前記基板上に、前記金属含有膜を形成する手順と、
を有し、前記(b)の後に、前記(c)を行う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。
(付記14)
金属含有膜が形成された処理室と、
前記処理室内に、基板を搬入する搬送系と、
前記処理室内に、14族元素と水素を含むガス又は酸素を含むガスの少なくとも一方、又は金属含有ガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
前記搬送系、前記ガス供給系、前記排気系を制御して、(a)前記処理室内に、酸化膜が形成された基板を搬入し、(b)前記処理室内に、14族元素と水素を含むガス又は酸素を含むガスを供給した後に、(c)前記基板上に、前記金属含有膜を形成するよう制御するように構成される制御部と、
を有する基板処理装置。
121 コントローラ
200 ウエハ(基板)
201 処理室
Claims (16)
- (a)酸化膜が形成された基板を、金属含有膜が形成された処理室内に搬入する工程と、
(b)前記処理室内に、14族元素と水素を含むガスとしてのGeH 4 、Ge 2 H 6 、Ge 3 H 8 の少なくともいずれかを含むガス又は酸素を含むガスの少なくとも一方を供給する工程と、
(c)前記基板上に、前記金属含有膜を形成する工程と、を有し、
(b)の後に、(c)を行う
半導体装置の製造方法。 - (b)では、前記14族元素と水素を含むガスを供給し、前記処理室の壁に14族元素を含む膜を形成する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- (b)では、前記酸素を含むガスを供給し、前記処理室の壁に形成された前記金属含有膜を金属酸化膜に改質する請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
- (a)酸化膜が形成された基板を、金属含有膜が形成された処理室内に搬入する工程と、
(b)前記処理室内に、14族元素と水素を含むガス又は酸素を含むガスの少なくとも一方を供給する工程と、
(c)前記基板上に、前記金属含有膜を形成する工程と、を有し、
(b)の後に、(c)を行い、
(b)における前記処理室内の圧力が、(c)における前記処理室内の圧力よりも低く、
(b)において供給されるガスの流量が、(c)において供給されるガスの流量よりも少ない半導体装置の製造方法。 - (b)における前記処理室内の温度が、(c)における前記処理室内の温度よりも高い請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- (b)の後に、(a)と(c)を行う
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - (b)と、(c)と、を交互に繰り返し行う
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - (c)は、前記基板に対して、金属含有ガスを供給する工程と、反応ガスを供給する工程と、を有し、
前記金属含有ガスを供給する工程と、前記反応ガスを供給する工程と、を交互に繰り返し行って、前記基板上に前記金属含有膜を形成する
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記基板は、シャロートレンチアイソレーションであって、前記金属含有膜はTiN膜であって、前記TiN膜は、ゲート電極として用いられる
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - (a)の後に、前記処理室内を所望の圧力となるように排気し、前記処理室内を所望の温度分布となるように加熱した後に、
(b)において、前記処理室内に、GeH 4 、Ge 2 H 6 、Ge 3 H 8 の少なくともいずれかを含むガスを供給し、前記処理室内をパージして、
(c)において、前記基板上にTiN膜を形成する
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - (a)酸化膜が形成された基板を、基板処理装置の金属含有膜が形成された処理室内に搬入する手順と、
(b)前記処理室内に、14族元素と水素を含むガスとしてのGeH 4 、Ge 2 H 6 、Ge 3 H 8 の少なくともいずれかを含むガス又は酸素を含むガスの少なくとも一方を供給する手順と、
(c)前記基板上に、前記金属含有膜を形成する手順と、を有し、
(b)の後に、(c)を行う手順と、
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。 - (a)酸化膜が形成された基板を、基板処理装置の金属含有膜が形成された処理室内に搬入する手順と、
(b)前記処理室内に、14族元素と水素を含むガス又は酸素を含むガスの少なくとも一方を供給する手順と、
(c)前記基板上に、前記金属含有膜を形成する手順と、を有し、
(b)の後に、(c)を行い、
(b)における前記処理室内の圧力が、(c)における前記処理室内の圧力よりも低く、
(b)において供給されるガスの流量が、(c)において供給されるガスの流量よりも少なく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。 - 金属含有膜が形成された処理室と、
前記処理室内に、基板を搬入する搬送系と、
前記処理室内に、14族元素と水素を含むガスとしてのGeH 4 、Ge 2 H 6 、Ge 3 H 8 の少なくともいずれかを含むガスと酸素を含むガスと金属含有ガスの少なくとも1つ以上を供給可能なガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
(a)前記処理室内に、酸化膜が形成された基板を搬入し、
(b)前記処理室内に、前記14族元素と水素を含むガス又は前記酸素を含むガスを供給した後に、(c)前記基板上に、前記金属含有ガスを供給して前記金属含有膜を形成するよう
前記搬送系、前記ガス供給系、前記排気系を制御することが可能なように構成された制御部と、
を有する基板処理装置。 - 金属含有膜が形成された処理室と、
前記処理室内に、基板を搬入する搬送系と、
前記処理室内に、14族元素と水素を含むガスと酸素を含むガスと金属含有ガスの少なくとも1つ以上を供給可能なガス供給系と、
前記処理室内を排気する排気系と、
(a)酸化膜が形成された基板を、金属含有膜が形成された処理室内に搬入する処理と、
(b)前記処理室内に、前記14族元素と水素を含むガス又は前記酸素を含むガスの少なくとも一方を供給する処理と、
(c)前記基板上に、前記金属含有膜を形成する処理と、を行わせ、
(b)の後に、(c)を行い、
(b)における前記処理室内の圧力が、(c)における前記処理室内の圧力よりも低く、
(b)において供給されるガスの流量が、(c)において供給されるガスの流量よりも少なくするよう前記搬送系、前記ガス供給系、前記排気系を制御することが可能なように構成された制御部と、
を有する基板処理装置。 - (a)酸化膜が形成された基板を、金属含有膜が形成された処理室内に搬入する工程と、
(b)前記処理室内に、14族元素と水素を含むガスとしてのGeH 4 、Ge 2 H 6 、Ge 3 H 8 の少なくともいずれかを含むガス又は酸素を含むガスの少なくとも一方を供給する工程と、
(c)前記基板上に、前記金属含有膜を形成する工程と、を有し、
(b)の後に、(c)を行う
基板処理方法。 - (a)酸化膜が形成された基板を、金属含有膜が形成された処理室内に搬入する工程と、
(b)前記処理室内に、14族元素と水素を含むガス又は酸素を含むガスの少なくとも一方を供給する工程と、
(c)前記基板上に、前記金属含有膜を形成する工程と、を有し、
(b)の後に、(c)を行い、
(b)における前記処理室内の圧力が、(c)における前記処理室内の圧力よりも低く、
(b)において供給されるガスの流量が、(c)において供給されるガスの流量よりも少ない基板処理方法。
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