JP7159446B2 - SUBSTRATE PROCESSING METHOD, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, PROGRAM AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD - Google Patents
SUBSTRATE PROCESSING METHOD, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, PROGRAM AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD Download PDFInfo
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Description
本開示は、基板処理方法、基板処理装置、プログラムおよび半導体装置の製造方法に関する。
The present disclosure relates to a substrate processing method, a substrate processing apparatus, a program, and a semiconductor device manufacturing method.
近年、半導体装置の高集積化及び高性能化に伴い、様々な種類の金属膜が用いられ、3次元構造の半導体装置の製造が行なわれている(例えば特許文献1及び特許文献2参照)。 2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor devices have become more highly integrated and have higher performance, various types of metal films have been used to manufacture semiconductor devices having a three-dimensional structure (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
3次元構造の半導体装置の一例であるNAND型フラッシュメモリのコントロールゲートにはタングステン膜(W膜)等が用いられている。このW膜の抵抗がデバイス特性に与える影響は大きく、低抵抗な膜が要求される。 A tungsten film (W film) or the like is used for a control gate of a NAND flash memory, which is an example of a semiconductor device having a three-dimensional structure. The resistance of this W film has a great influence on device characteristics, and a film with low resistance is required.
本開示の一態様によれば、
基板を処理室に収容する工程と、
基板に第1の元素を含む第1処理ガスを供給して、基板に第1の元素を含む膜を形成する第1の成膜工程と、
第1の元素を含む膜に第2の元素を含む第2処理ガスを供給して、第1の元素を含む膜から第1の元素を除去して第2の元素を含む膜に改質する第2の成膜工程と、
を有する技術が提供される。According to one aspect of the present disclosure,
housing the substrate in a processing chamber;
a first film forming step of supplying a first process gas containing a first element to the substrate to form a film containing the first element on the substrate;
A second process gas containing a second element is supplied to the film containing the first element to remove the first element from the film containing the first element and reform the film containing the second element. a second film forming step;
is provided.
本開示によれば、低抵抗な膜を形成することが可能となる。 According to the present disclosure, it is possible to form a low resistance film.
<実施形態>
以下、実施形態の例について、図を参照しながら説明する。<Embodiment>
An example of an embodiment will be described below with reference to the drawings.
(1)基板処理装置の構成
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。(1) Configuration of substrate processing apparatus
The
ヒータ207の内側には、ヒータ207と同心円状に反応容器(処理容器)を構成するアウタチューブ203が配設されている。アウタチューブ203は、例えば石英(SiO2)、炭化シリコン(SiC)などの耐熱性材料で構成される。アウタチューブ203の形状は、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。アウタチューブ203の下方には、アウタチューブ203と同心円状に、マニホールド(インレットフランジ)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)などの金属材料で構成される。マニホールド209の形状は、上端及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の上端部と、アウタチューブ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。マニホールド209がヒータベースに支持されることにより、アウタチューブ203は垂直に据え付けられた状態となる。Inside the
アウタチューブ203の内側には、反応容器を構成するインナチューブ204が配設されている。インナチューブ204は、例えば石英、SiCなどの耐熱性材料で構成される。インナチューブ204の形状は、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。主に、アウタチューブ203と、インナチューブ204と、マニホールド209とにより処理容器(反応容器)が構成されている。処理容器の筒中空部(インナチューブ204の内側)には処理室201が形成されている。
An
処理室201は、基板としてのウエハ200を後述するボート217によって水平姿勢で鉛直方向に多段に配列した状態で収容可能に構成されている。
The
処理室201内には、ノズル410,420,430がマニホールド209の側壁及びインナチューブ204を貫通するように設けられている。ノズル410,420,430には、ガス供給管310,320,330が、それぞれ接続されている。ただし、本実施形態の処理炉202は上述の形態に限定されない。
ガス供給管310,320,330には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)312,321,332がそれぞれ設けられている。また、ガス供給管310,320,330には、開閉弁であるバルブ314,324,334がそれぞれ設けられている。ガス供給管310,320,330のバルブ314,324,334の下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管510,520,530がそれぞれ接続されている。ガス供給管510,520,530には、上流側から順に、MFC512,522,532及びバルブ514,524,534がそれぞれ設けられている。
Mass flow controllers (MFC) 312, 321, and 332, which are flow rate controllers (flow control units), are provided in the
また、ガス供給管310には、ガス供給管310-2が接続されていても良い。ガス供給管310-2には、上流側から、MFC312-2、バルブ314-2が設けられている。
Also, the
ガス供給管310,320,330の先端部にはノズル410,420,430がそれぞれ連結接続されている。ノズル410,420,430は、L字型の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の側壁及びインナチューブ204を貫通するように設けられている。ノズル410,420,430の垂直部は、インナチューブ204の径方向外向きに突出して配置され、かつ鉛直方向に延在するように形成されているチャンネル形状(溝形状)の予備室201aの内部に設けられており、予備室201a内にてインナチューブ204の内壁に沿って上方(ウエハ200の配列方向上方)に向かって設けられている。
ノズル410,420,430は、処理室201の下部領域から処理室201の上部領域まで延在するように設けられており、ウエハ200と対向する位置にそれぞれ複数のガス供給孔410a,420a,430aが設けられている。これにより、ノズル410,420,430のガス供給孔410a,420a,430aからそれぞれウエハ200に処理ガスを供給する。このガス供給孔410a,420a,430aは、インナチューブ204の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれ同一の開口面積を有し、さらに同一の開口ピッチで設けられている。ただし、ガス供給孔410a,420a,430aは上述の形態に限定されない。例えば、インナチューブ204の下部から上部に向かって開口面積を徐々に大きくしてもよい。これにより、ガス供給孔410a,420a,430aから供給されるガスの流量をより均一化することが可能となる。
The
ノズル410,420,430のガス供給孔410a,420a,430aは、後述するボート217の下部から上部までの高さの位置に複数設けられている。そのため、ノズル410,420,430のガス供給孔410a,420a,430aから処理室201内に供給された処理ガスは、ボート217の下部から上部までに収容されたウエハ200の全域に供給される。ノズル410,420,430は、処理室201の下部領域から上部領域まで延在するように設けられていればよいが、ボート217の天井付近まで延在するように設けられていることが好ましい。
A plurality of
ガス供給管320の、MFC321とバルブ324の間には、フラッシュタンク322が配置される。
A
ガス供給管310からは、第1処理ガスとして、シリコン(Si)元素を含むガスが、MFC311、バルブ314、ノズル410を介して処理室201内に供給される。第1処理ガスとしては、シラン系ガスを用いることができる。シラン系ガスとは、シリコン(Si)及び水素(H)を含み、ハロゲンを含まないガスである。具体的には、モノシラン(SiH4)ガスを用いることができる。SiH4は第1の膜を形成する成膜ガスとして作用する。なお、この様な第1処理ガスとして、他には、例えば、ジシラン(Si2H6)が有る。A gas containing silicon (Si) element is supplied as a first processing gas from the
また、ガス供給管310-2が設けられている場合、ガス供給管310-2からは、シリコン(Si)元素を含み第1処理ガスとは異なる処理ガス(第1の2処理ガスとも呼ぶ)が、MFC312-2、バルブ314-2、ノズル420を介して処理室201内に供給される。第1処理ガスとは異なる処理ガスとしては、例えば、シリコン(Si)及び水素を含み、ハロゲンを含むガスである。具体的には、第1処理ガスが、SiH4ガスの場合、第1処理ガスとは異なる処理ガスは、ヘキサクロロジシラン(HCDS)ガスが用いられる。Further, when the gas supply pipe 310-2 is provided, a processing gas containing silicon (Si) element and different from the first processing gas (also referred to as a first second processing gas) is supplied from the gas supply pipe 310-2. is supplied into the
ガス供給管320からは、第2処理ガスとして、金属元素を含む原料ガス(金属含有ガス)が、MFC322、バルブ324、ノズル420を介して処理室201内に供給される。第2処理ガスとしては、例えば金属元素としてのタングステン(W)を含み、ハロゲン系原料(ハロゲン化物、ハロゲン系タングステン原料)としての六フッ化タングステン(WF6)が用いられる。A source gas containing a metal element (metal-containing gas) is supplied as a second processing gas from the
ガス供給管330からは、第3処理ガスとして、反応ガスが、MFC332、バルブ334、ノズル430を介して処理室201内に供給される。反応ガスとしては、例えば水素(H)を含むH含有ガスとしての例えば水素(H2)ガスを用いることができる。From the
ガス供給管510,520,530からは、不活性ガスとして、例えば窒素(N2)ガスが、それぞれMFC512,522,532、バルブ514,524,534、ノズル410,420,430を介して処理室201内に供給される。以下、不活性ガスとしてN2ガスを用いる例について説明するが、不活性ガスとしては、N2ガス以外に、例えば、アルゴン(Ar)ガス、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、キセノン(Xe)ガス等の希ガスを用いてもよい。From
主に、ガス供給管310,320,330、MFC311,322,332、バルブ314,324,334、ノズル410,420,430によりガス供給部が構成されるが、ノズル410,420,430のみをガス供給部と考えてもよい。ガス供給管310から第1処理ガスを流す場合、主に、ガス供給管310、MFC311、バルブ314により第1処理ガス供給部が構成されるが、ノズル410のみを第1処理ガス供給部と考えてもよい。また、ガス供給管320から第2処理ガスを流す場合、主に、ガス供給管320、MFC322、バルブ324により第2処理ガス供給部が構成されるが、ノズル420のみを第2処理ガス供給部に含めて考えてもよい。また、フラッシュタンク322を第2処理ガス供給部に含めて考えても良い。また、ガス供給管330から反応ガスを流す場合、主に、ガス供給管330、MFC332、バルブ334により第3処理ガス供給部(反応ガス供給部)が構成されるが、ノズル430のみを第3処理ガス供給部に含めて考えてもよい。ガス供給管330から反応ガスとして窒素含有ガスを供給する場合、反応ガス供給部を窒素含有ガス供給部と称することもできる。また、主に、ガス供給管510,520,530、MFC512,522,532、バルブ514,524,534により不活性ガス供給部が構成される。
A gas supply unit is mainly composed of
本実施形態におけるガス供給の方法は、インナチューブ204の内壁と、複数枚のウエハ200の端部とで定義される円環状の縦長の空間内の予備室201a内に配置したノズル410,420,430を経由してガスを搬送している。そして、ノズル410,420,430のウエハと対向する位置に設けられた複数のガス供給孔410a,420a,430aからインナチューブ204内にガスを噴出させている。より詳細には、ノズル410のガス供給孔410a、ノズル420のガス供給孔420a及びノズル430のガス供給孔430aにより、ウエハ200の表面と平行方向に向かってガス等を噴出させている。
The method of gas supply in this embodiment includes
排気孔(排気口)204aは、インナチューブ204の側壁であってノズル410,420,430に対向した位置に形成された貫通孔であり、例えば、鉛直方向に細長く開設されたスリット状の貫通孔である。ノズル410,420,430のガス供給孔410a,420a,430aから処理室201内に供給され、ウエハ200の表面上を流れたガスは、排気孔204a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で構成された排気路206内に流れる。そして、排気路206内へと流れたガスは、排気管231内に流れ、処理炉202外へと排出される。
The exhaust hole (exhaust port) 204a is a through hole formed in a side wall of the
排気孔204aは、複数のウエハ200の側面と対向する位置に設けられており、ガス供給孔410a、420a、430aから処理室201内のウエハ200の近傍に供給されたガスは、水平方向に向かって流れた後、排気孔204aを介して排気路206内へと流れる。排気孔204aはスリット状の貫通孔として構成される場合に限らず、複数個の孔により構成されていてもよい。
The
マニホールド209には、処理室201内の雰囲気を排気する排気管231が設けられている。排気管231には、上流側から順に、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,APC(Auto Pressure Controller)バルブ243,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243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内の真空排気及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弁開度を調節することで、排気コンダクタンスを調整することにより、処理室201内の圧力を調整することができる。主に、排気孔204a,排気路206,排気管231,APCバルブ243及び圧力センサ245により、排気部が構成される。少なくとも排気口204aを排気部と考えても良い。真空ポンプ246を排気部に含めて考えてもよい。
The manifold 209 is provided with an
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、マニホールド209の下端に鉛直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ219は、例えばSUS等の金属材料で構成される。シールキャップ219の形状は、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における処理室201の反対側には、ウエハ200を収容するボート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、アウタチューブ203の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ115によって鉛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、ボート217を処理室201内外に搬入及び搬出することが可能なように構成されている。ボートエレベータ115は、ボート217及びボート217に収容されたウエハ200を、処理室201内外に搬送する搬送装置(搬送機構)として構成されている。
Below the manifold 209, a
基板支持具としてのボート217は、複数枚、例えば1~200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鉛直方向に間隔を空けて配列可能なように構成されている。ボート217は、例えば石英やSiC等の耐熱性材料で形成される。ボート217の下部には、例えば石英やSiC等の耐熱性材料で形成される断熱板218が水平姿勢で多段(図示せず)に支持されている。この構成により、ヒータ207からの熱がシールキャップ219側に伝わりにくくなっている。ただし、本実施形態は上述の形態に限定されない。例えば、ボート217の下部に断熱板218を設けずに、石英やSiC等の耐熱性材料からなる筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。
The
図2に示すように、インナチューブ204内には温度検出器としての温度センサ263が設置されており、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への通電量を調整することで、処理室201内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ263は、ノズル410,420及び430と同様にL字型に構成されており、インナチューブ204の内壁に沿って設けられている。
As shown in FIG. 2, a
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。
As shown in FIG. 3, a
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、後述する半導体装置の製造方法の手順や条件などが記載されたプロセスレシピなどが、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する半導体装置の製造方法における各工程(各ステップ)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、このプロセスレシピ、制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。本開示においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセス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、プロセスレシピ及び制御プログラムの組み合わせを含む場合がある。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。
The
I/Oポート121dは、上述のMFC312,321,332,512,522,532,312-2、バルブ314,324,334,514,524,534,314-2、圧力センサ245、APCバルブ243、真空ポンプ246、ヒータ207、温度センサ263、回転機構267、ボートエレベータ115等を、制御可能に接続されている。ここで接続とは、電気的に直接接続されていることや、間接的に接続されていること、電気信号を直接又は間接的に送受信可能に構成されていることも含む。
The I/
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からレシピ等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、MFC312,321,332,512,522,532,312-2による各種ガスの流量調整動作、バルブ314,324,334,514,524,534,314-2の開閉動作、APCバルブ243の開閉動作及びAPCバルブ243による圧力センサ245に基づく圧力調整動作、温度センサ263に基づくヒータ207の温度調整動作、真空ポンプ246の起動及び停止、回転機構267によるボート217の回転及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、ボート217へのウエハ200の収容動作等を制御するように構成されている。
The
コントローラ121は、外部記憶装置(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、CDやDVD等の光ディスク、MO等の光磁気ディスク、USBメモリやメモリカード等の半導体メモリ)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。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。本開示において記録媒体は、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、その両方を含む場合がある。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。
The
(2)基板処理工程(成膜工程)
半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、ウエハ200上に、例えばフラッシュメモリのコントロールゲート膜や、MOSFETのワードライン電極を構成する金属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。金属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。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。(2) Substrate processing step (film formation step)
FIG. 4 shows an example of a process of forming a metal film constituting, for example, a control gate film of a flash memory or a word line electrode of a MOSFET on a
なお、ウエハ200の表面には、後述のWF6ガス中のフッ素(F)がウエハ200上に形成された絶縁膜(不図示)に拡散することを抑制するバリアメタルとしての窒化チタニウムTiN膜が形成されている。この様なバリアメタルの上にワードライン電極としてのタングステン(W)膜を形成する場合、W膜の抵抗率が高くなる課題があり、W膜の抵抗率を低くすることが求められる。On the surface of the
本開示において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体」、「ウエハとその表面に形成された構造体」を意味する場合がある。本開示において「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」、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面」、「ウエハとその表面に形成された構造体」を意味する場合がある。本開示において「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。 When the word "wafer" is used in the present disclosure, "wafer itself", "laminate of wafer and predetermined layer or film formed on its surface", "wafer and structure formed on its surface It can mean "body". In the present disclosure, when the term "wafer surface" is used, it means "the surface of the wafer itself", "the surface of a predetermined layer or film formed on the wafer", "the wafer and the structure formed on its surface It can mean "body". The use of the term "substrate" in this disclosure is synonymous with the use of the term "wafer."
以下に図4~図8に基づいて、本開示の半導体装置の製造方法のフローやガス供給シーケンスについて説明する。なお、図6、図8の横軸は時間を表し、縦軸は、それぞれのガスのON/OFFを示している。 The flow and gas supply sequence of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present disclosure will be described below with reference to FIGS. 4 to 8. FIG. 6 and 8, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents ON/OFF of each gas.
[基板搬入工程S301]
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220を介して反応管203の下端開口を閉塞した状態となる。[Substrate loading step S301]
When a plurality of
[雰囲気調整工程S302]
処理室201内が所望の圧力(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。[Atmosphere adjustment step S302]
The inside of the
[初期成膜工程S300]
続いて、初期成膜工程S300が行われる。初期成膜工程S300は、少なくとも、以下に記載する第1の成膜工程S303と第2の成膜工程S305を有する。それぞれの工程について、図5、図6、図7を用いて説明する。[Initial film formation step S300]
Subsequently, an initial film forming step S300 is performed. The initial film forming step S300 has at least a first film forming step S303 and a second film forming step S305 described below. Each step will be described with reference to FIGS. 5, 6, and 7. FIG.
[第1の成膜工程S303]
第1の成膜工程S303は、図5,図6の実線で示す様に、少なくとも、第1処理ガスの供給工程S303aを有する。なお、図5,図6の破線で示す様に、パージ工程S303b,S303d、第1処理ガスとは異なる処理ガス供給工程S303c、判定工程S303eを含む様に構成しても良い。以下に、それぞれの工程について説明する。[First film formation step S303]
The first film formation step S303 includes at least a first process gas supply step S303a, as indicated by solid lines in FIGS. 5 and 6, purge steps S303b and S303d, a processing gas supply step S303c different from the first processing gas, and a judgment step S303e may be included. Each step will be described below.
[第1処理ガス供給工程S303a]
第1処理ガス供給工程S303aでは、処理室201内のウエハ200に、第1処理ガスとしてのSiH4ガスが供給される。[First process gas supply step S303a]
In the first processing gas supply step S303a, SiH 4 gas as a first processing gas is supplied to the
(SiH4ガス供給)
バルブ314を開き、ガス供給管310内に第1処理ガスであるSiH4ガスを流す。SiH4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、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、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、ノズル420やノズル430内へのSiH4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。このとき、ウエハ200に対してSiH4ガスとN2ガスが同時に供給されることとなる。( SiH4 gas supply)
The
このときAPCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば1~3990Pa、好ましくは5~2660Pa、より好ましくは10~1500Paの範囲内の圧力とする。MFC312で制御するSiH4ガスの供給流量は、例えば0.1~5slm、好ましくは0.3~3slm、より好ましくは0.5~2slmの範囲内の流量とする。具体的には、1.0slmとする。MFC512,522,532で制御するN2ガスの供給流量は、それぞれ例えば0.01~20slm、好ましくは0.1~10slm、より好ましくは0.1~1slmの範囲内の流量とする。At this time, the
SiH4ガスを供給することで、ウエハ200上に第1の膜としてのシリコン(Si)膜が形成される。なお、Si膜は、例えば、2原子層以上形成し、好ましくは、2nm~30nmであり、更に好ましくは5nm程度形成する。By supplying SiH 4 gas, a silicon (Si) film is formed on the
第1の膜としてのSi膜は、SiH4ガスの供給を連続的に供給して、気相成長させても良いし、二つのSi系ガスを交互に供給して、行っても良い。二つのSi系ガスを交互に供給することにより、ウエハ200上に形成された構造体表面に形成されるSi膜の均一性を向上させることが可能となる。即ち、カバレッジ特性を向上させることが可能となる。Si系ガスを交互に供給する工程のフローについて図5,図6を用いて説明する。The Si film as the first film may be vapor-phase grown by continuously supplying SiH 4 gas, or by alternately supplying two Si-based gases. By alternately supplying the two Si-based gases, it is possible to improve the uniformity of the Si film formed on the surface of the structures formed on the
まず、第1処理ガス供給工程S303aの後、第1処理ガスとは異なる処理ガス供給工程S303cを行うが、第1処理ガス供給工程S303aと第1処理ガスとは異なる処理ガス供給工程S303cの間で、パージ工程S303bが行われても良い。 First, after the first processing gas supply step S303a, a processing gas supply step S303c different from the first processing gas is performed. Then, the purge step S303b may be performed.
[パージ工程S303b]
パージ工程S303bでは、不活性ガスとしてのN2ガスが処理室201内に供給される。処理室201内に不活性ガスとしてのN2ガスを供給し、処理室201内の圧力調整が行われる。N2ガスの流量は、例えば0.1~5slm、好ましくは0.3~3slm、より好ましくは0.5~2slmの範囲内の流量とする。この時の圧力は、後の第1ガスの供給時の圧力となる様に調整される。圧力は、例えば1~3990Paの範囲内の圧力とする。[Purge step S303b]
In the purge step S303b, N2 gas is supplied into the
N2ガスを所定時間供給後、N2ガスの供給を停止又は流量減少させる。なお、N2ガスの供給は、処理室201内に存在する全てのノズルから行う様に構成しても良いし、いずれか一つから供給する様に構成しても良い。また、次の工程で使われるノズル以外のノズルから供給する様に構成しても良い。また、N2ガス供給を停止又は流量減少させた状態で、所定時間維持し、処理室201内に存在する未反応のSiH4ガスや、副生成物を除去する。After supplying the N2 gas for a predetermined time, the supply of the N2 gas is stopped or the flow rate is reduced. The N 2 gas may be supplied from all the nozzles existing in the
[第1処理ガスとは異なる処理ガス(第1の2処理ガス)供給工程S303c]
第1処理ガスとは異なる処理ガス供給工程S303aでは、処理室201内のウエハ200に、第1処理ガスとは異なる処理ガスとしてのHCDSガスが供給される。[Processing gas different from the first processing gas (first two processing gases) supply step S303c]
In the process gas supply step S303a different from the first process gas, the
(HCDSガス供給)
バルブ314-2を開き、ガス供給管310内に第1処理ガスとは異なる処理ガスであるHCDSガスを流す。HCDSガスは、MFC312-2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、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、HCDS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やノズル430内へのHCDS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。このとき、ウエハ200に対してHCDSガスとN2ガスが同時に供給されることとなる。(HCDS gas supply)
The valve 314-2 is opened to flow the HCDS gas, which is a processing gas different from the first processing gas, into the
このときAPCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば1~3990Pa、好ましくは5~2660Pa、より好ましくは10~1500Paの範囲内の圧力とする。MFC312で制御するHCDSガスの供給流量は、例えば0.1~5slm、好ましくは0.3~3slm、より好ましくは0.5~2slmの範囲内の流量とする。具体的には、1.0slmとする。MFC512,522,532で制御するN2ガスの供給流量は、それぞれ例えば0.01~20slm、好ましくは0.1~10slm、より好ましくは0.1~1slmの範囲内の流量とする。所定時間経過後、バルブ314-2を閉じる。At this time, the
HCDSガスを供給することで、ウエハ200上に第1の膜としてのシリコン(Si)膜が形成される。
By supplying the HCDS gas, a silicon (Si) film is formed on the
[パージ工程S303d]
続いて、パージ工程S303dが行われる。なお、パージ工程S303dは、上述のパージ工程S303bと略同様の工程であるので、説明を省略する。パージ工程S303dを行うことにより、処理室201内に存在する未反応のHCDSガスや、副生成物(HCl)を除去する。[Purge step S303d]
Subsequently, a purge step S303d is performed. Since the purge step S303d is substantially the same as the purge step S303b described above, the description thereof will be omitted. By performing the purge step S303d, unreacted HCDS gas and by-products (HCl) existing in the
[判定工程S303e]
続いて、判定工程S303eが行われても良い。判定工程S303eでは、第1処理ガス供給工程S303aと第1処理ガスとは異なる処理ガス供給工程S303cとが、所定回数行われたか、を判定する。所定回数行われていれば、YES(Y)判定とし、第1の成膜工程S303を終了し、次の工程を行わせる。所定回数行われていなければ、No(N)判定として、第1の成膜工程S303を再度行わせる様に構成される。[Determination step S303e]
Subsequently, a determination step S303e may be performed. In the determination step S303e, it is determined whether the first processing gas supply step S303a and the processing gas supply step S303c different from the first processing gas have been performed a predetermined number of times. If it has been performed the predetermined number of times, a YES (Y) determination is made, the first film forming step S303 is terminated, and the next step is performed. If it has not been performed a predetermined number of times, it is determined as No (N), and the first film forming step S303 is performed again.
第1の成膜工程S303では、ウエハ200上にSi膜が形成される。
A Si film is formed on the
続いて、第2の成膜工程S305が行われる。なお、第1の成膜工程S303と第2の成膜工程S305との間で、パージ工程S304が行われても良い。 Subsequently, a second film forming step S305 is performed. Note that the purge step S304 may be performed between the first film formation step S303 and the second film formation step S305.
[パージ工程S304]
なお、パージ工程S304は、上述のパージ工程S303b,S303dと略同様の工程であるので、説明を省略する。ここでパージ工程を行うことにより、処理室201内の第1処理ガスや第1処理ガスとは異なる処理ガスが、第2の成膜工程S305で供給される金属含有ガスと反応することを抑制することが可能となる。例えば、HCDSガスとWF6ガスとが反応し、タングステンシリサイド(WSi)が生成されることを抑制する。[Purge step S304]
Since the purge step S304 is substantially the same as the purge steps S303b and S303d described above, the description thereof will be omitted. By performing the purge step here, the first processing gas in the
[第2の成膜工程S305]
第2の成膜工程S305は、図7の実線で示す様に、少なくとも第2処理ガス供給工程S305aを有する。図7の破線で示す様に、パージ工程S305bや判定工程S305cを含む様に構成しても良い。以下にそれぞれの工程について説明する。[Second film formation step S305]
The second film formation step S305 includes at least a second processing gas supply step S305a, as indicated by the solid line in FIG. As indicated by the dashed line in FIG. 7, the purge step S305b and determination step S305c may be included. Each step will be described below.
[第2処理ガス供給工程S305a]
第2処理ガス供給工程S305aでは、ウエハ200に第2処理ガスとしてのWF6ガスが供給される。[Second process gas supply step S305a]
In the second processing gas supply step S305a, the
(WF6ガス供給)
バルブ324を開き、ガス供給管320内に第2処理ガスであるWF6ガスを流す。WF6スは、MFC321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、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、WF6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やノズル430内へのWF6ガスの侵入を防止するために、バルブ514,534を開き、ガス供給管510,530内にN2ガスを流す。N2ガスは、ガス供給管310,330、ノズル410,430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。このとき、ウエハ200に対してWF6ガスとN2ガスが同時に供給されることとなる。(WF 6 gas supply)
The
このときAPCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば1~3990Pa、好ましくは5~2660Pa、より好ましくは10~1500Paの範囲内の圧力とする。MFC312で制御するWF6ガスの供給流量は、例えば0.1~5slm、好ましくは0.3~3slm、より好ましくは0.5~2slmの範囲内の流量とする。具体的には、1.0slmとする。MFC512,522,532で制御するN2ガスの供給流量は、それぞれ例えば0.01~20slm、好ましくは0.1~10slm、より好ましくは0.1~1slmの範囲内の流量とする。At this time, the
WF6ガスは、ウエハ200上に形成された第1の膜としてのシリコン(Si)膜と接することで次式の反応が生じる。6Si+4WF6→6SiF4+4Wの反応が生じる。この反応により、ウエハ200上に形成された第1の膜としてのSi膜が、第2の膜としてのタングステン(W)膜にコンバージョン(変化)する。ウエハ200上に形成されていたSiは、SiF4として脱離(昇華)する。なお、この反応の過程でウエハ200上にあったSiのサイトにWが入れ替わり、W膜が形成される。これにより、ウエハ200上にW膜が形成される。W原子(W結晶)が密に並んだ膜が形成される。よって、例えば、バリアメタル上に、直接、後述の第3の成膜工程を行って形成したW膜よりも低抵抗なW膜が形成される。When the WF 6 gas comes into contact with the silicon (Si) film as the first film formed on the
なお、好ましくは、事前にフラッシュタンク322に、WF6ガスを溜めておき、WF6ガスをフラッシュ供給する様に構成する。WF6ガスをフラッシュ供給することにより、WF6ガスを供給しつつ、反応で生じる副生成物の除去効率を向上させることができる。Preferably, WF6 gas is stored in the
ここで、ウエハ200上にSi膜が、5nm形成されている場合は、3nm程度のW膜が形成されるまで、WF6ガスの供給を継続して、ウエハ200上のSi膜からW膜へのコンバージョンを行う。なお、W膜中の不純物(Siやフッ素(F))の除去のため、第2処理ガス供給工程S305aを間欠的に行わせても良い。言い換えると、図7に示す様に、第2処理ガス供給工程S305aとパージ工程S305bとを繰り返し行う様に構成しても良い。Here, when the Si film of 5 nm is formed on the
[パージ工程S305b]
パージ工程S305bは、上述の他のパージ工程と略同様の手順であるため、説明を省略する。パージ工程S305bを行うことにより、ウエハ200上や処理室201内に存在する副生物を除去する。これにより、第2の膜としてのW膜中の不純物濃度を低下させることが可能となる。即ち、W膜の抵抗率を低下させることが可能となる。[Purge step S305b]
The purge step S305b is substantially the same procedure as the above-described other purge steps, so description thereof will be omitted. By performing the purging step S305b, by-products present on the
[判定工程S305c]
判定工程S305cでは、第2処理ガス供給工程S305aが所定時間(所定回数)行われたか否かを判定する。所定回数行われていれば、YES(Y)判定とし、第2の成膜工程S305を終了し、次の工程を行わせる。所定回数行われていなければ、No(N)判定として、第2の成膜工程S303を再度行わせる様に構成される。[Determination step S305c]
In the determination step S305c, it is determined whether or not the second process gas supply step S305a has been performed for a predetermined time (predetermined number of times). If it has been performed the predetermined number of times, a YES (Y) determination is made, the second film forming step S305 is terminated, and the next step is performed. If it has not been performed a predetermined number of times, it is determined as No (N), and the second film forming step S303 is performed again.
この様にして、第2の成膜工程S305が行われる。第2の成膜工程S305の後は、第3の成膜工程S400が行われるが、第2の成膜工程S305と、第3の成膜工程S400の間で、パージ工程S306と判定工程S307とを行わせても良い。 In this manner, the second film forming step S305 is performed. After the second film formation step S305, the third film formation step S400 is performed. and
[パージ工程S306]
パージ工程S306は、上述の他のパージ工程と略同様の手順であるため、説明を省略する。パージ工程S306を行うことにより、第2の膜としてのW膜中の不純物濃度を低下させることが可能となる。即ち、W膜の抵抗率を低下させることが可能となる。[Purge step S306]
The purge step S306 is substantially the same procedure as the above-described other purge steps, so description thereof is omitted. By performing the purge step S306, it becomes possible to lower the impurity concentration in the W film as the second film. That is, it becomes possible to lower the resistivity of the W film.
[判定工程S307]
判定工程S307は、第1の成膜工程S303と第2の成膜工程S305とを繰り返す場合に、この2つの工程が、所定回数行われたか否かを判定する。所定回数行われていれば、YES(Y)判定とし、初期膜成膜工程S300を終了し、次の工程を行わせる。所定回数行われていなければ、No(N)判定として、初期膜成膜工程S300を再度行わせる様に構成される。[Determination step S307]
In the determination step S307, when the first film formation step S303 and the second film formation step S305 are repeated, it is determined whether or not these two steps have been performed a predetermined number of times. If it has been performed the predetermined number of times, a YES (Y) determination is made, the initial film forming step S300 is terminated, and the next step is performed. If it has not been performed a predetermined number of times, it is determined as No (N), and the initial film forming step S300 is performed again.
[メイン膜形成工程(第3の成膜工程)S400]
初期膜成膜工程S300の後、メイン膜形成工程(第3の成膜工程)S400が行われる。メイン膜形成工程S400は、図4の実線に示す様に、少なくとも第2処理ガス供給工程S403と、第3処理ガス供給工程S405とが行われる。ウエハ200上に形成するメイン膜の膜特性を向上のため、図4の破線で示すパージ工程S404,S406、判定工程S407を行わせても良い。以下にそれぞれの工程について説明する。[Main film forming step (third film forming step) S400]
After the initial film forming step S300, the main film forming step (third film forming step) S400 is performed. In the main film forming step S400, as indicated by the solid line in FIG. 4, at least a second processing gas supply step S403 and a third processing gas supply step S405 are performed. In order to improve the film characteristics of the main film formed on the
[第2処理ガス供給工程S403]
第2処理ガス供給工程S403では、第2の膜としてのW膜を有する初期膜が形成されたウエハ200に対して、上述の第2処理ガス供給工程S305aと略同様の手順が行われるので、説明は省略する。第2処理ガス供給工程S403が行われることにより、第2の膜としてのW膜を有する初期膜上にWとFを含む(WFx)膜が形成される。ここでxは4よりも小さい自然数である。なお、初期のW膜の結晶(W原子)は密に並んでおり、第2処理ガス供給工程S403では、この初期のW膜の結晶(W原子)の並びに沿って、WFxが吸着する。[Second process gas supply step S403]
In the second processing gas supply step S403, substantially the same procedure as in the above-described second processing gas supply step S305a is performed on the
[パージ工程S404]
次に、パージ工程S404が行われる。パージ工程S404は、上述の各パージ工程と略同様の手順であるため、説明を省略する。[Purge step S404]
Next, a purge step S404 is performed. The purge step S404 is substantially the same procedure as the above-described purge steps, so description thereof will be omitted.
[第3処理ガス供給工程S405]
第3処理ガス供給工程S405では、WFxが吸着したウエハ200に対して、第3処理ガス(反応ガス)としての、H2ガスが供給される。[Third process gas supply step S405]
In the third processing gas supply step S405, H 2 gas is supplied as a third processing gas (reaction gas) to the
(H2ガス供給)
バルブ334を開き、ガス供給管330内に反応ガスであるH2ガスを流す。H2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H2ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ534を開き、ガス供給管530内にN2ガス等の不活性ガスを流す。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、H2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。なお、このとき、ノズル410,420内へのH2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。 ( H2 gas supply)
A
このときAPCバルブ243を調整して、処理室201内の圧力を、例えば1~3990Paの範囲内の圧力とする。MFC332で制御するH2ガスの供給流量は、例えば0.1~50slmの範囲内の流量とする。MFC512,522,532で制御するN2ガスの供給流量は、それぞれ例えば0.1~20slmの範囲内の流量とする。H2ガスをウエハ200に対して供給する時間は、例えば0.1~20秒の範囲内の時間とする。このときヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば200~600℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。処理室201内に流しているガスはH2ガスとN2ガスのみであり、H2ガスの供給により、ウエハ200(表面の下地膜)上に、第3の膜として、例えば1原子層未満から数原子層程度の厚さの金属層としてのW層が形成される。At this time, the
なお、ここでは、第2処理ガス供給工程S403と第3処理ガス供給工程S405とを別々に行う例を説明したが、これに限らず、第2処理ガス供給工程S403と第3処理ガス供給工程S405とを同時に行う様に構成しても良い。第2処理ガス供給工程S403と第3処理ガス供給工程S405とを別々に行うことにより、メイン膜中のF濃度の低減や、カバレッジ向上、等の効果が得られる。一方で、第2処理ガス供給工程S403と第3処理ガス供給工程S405とを同時に行うことで、これらの効果は期待できないが、成膜レートを向上させることができ、スループットを向上させることができる。 Although an example in which the second processing gas supply step S403 and the third processing gas supply step S405 are separately performed has been described here, the present invention is not limited to this, and the second processing gas supply step S403 and the third processing gas supply step S403 are performed separately. S405 may be configured to be performed at the same time. By performing the second processing gas supply step S403 and the third processing gas supply step S405 separately, effects such as reduction of F concentration in the main film and improvement of coverage can be obtained. On the other hand, by simultaneously performing the second processing gas supply step S403 and the third processing gas supply step S405, although these effects cannot be expected, the film formation rate can be improved, and the throughput can be improved. .
[パージ工程S406]
次に、パージ工程S406が行われる。パージ工程S406では、処理室201内に残留する未反応もしくはW層形成に寄与した後のH2ガスを処理室201内から排除する。なお、パージ工程S406は、上述の各パージ工程と略同様の手順であるため、説明を省略する。[Purge step S406]
Next, a purge step S406 is performed. In the purge step S406, H 2 gas remaining in the
[判定工程S407]
次に判定工程S407が行われる。判定工程S407では、第2処理ガス供給工程S403と第3処理ガス供給工程S405とが、所定回数行われたか否かが判定される。所定回数行われていれば、YES(Y)判定とし、メイン膜成膜工程S400を終了し、次の工程を行わせる。所定回数行われていなければ、No(N)判定として、メイン膜成膜工程S400を再度行わせる様に構成される。[Determination step S407]
Next, a determination step S407 is performed. In the determination step S407, it is determined whether or not the second processing gas supply step S403 and the third processing gas supply step S405 have been performed a predetermined number of times. If it has been performed the predetermined number of times, a YES (Y) determination is made, the main film forming step S400 is terminated, and the next step is performed. If it has not been performed a predetermined number of times, it is determined as No (N), and the main film forming step S400 is performed again.
メイン膜成膜工程S400の後、雰囲気調整工程S308と基板搬出工程S309とが行われる。それぞれについて以下に説明する。 After the main film forming step S400, an atmosphere adjusting step S308 and a substrate unloading step S309 are performed. Each is described below.
(雰囲気調整工程S308)
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)。(Atmosphere adjustment step S308)
N 2 gas is supplied into the
(基板搬出工程S309)
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、反応管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反応管203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。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)。(Substrate Unloading Step S309)
After that, the
(3)実施形態による効果
本実施形態の例によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を得ることができる。(a)TiN膜上に密にW層を形成することができる。(b)W膜の抵抗率を低下させることができる。例えば、図9の▲で示す様に、本技術によれば、従来技術◆に比べて、抵抗率を低減することが可能となる。(c)被覆率(カバレッジ)を向上させつつ、抵抗率を向上させることが可能となる。(3) Effects of the embodiment
According to this example embodiment, one or more of the following effects can be obtained. (a) A dense W layer can be formed on the TiN film. (b) The resistivity of the W film can be reduced. For example, as indicated by ▴ in FIG. 9, according to the present technology, the resistivity can be reduced compared to the conventional technology ♦. (c) It is possible to improve the resistivity while improving the coverage.
以上、本開示の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本開示は、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。 The embodiments of the present disclosure have been specifically described above. However, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified without departing from the scope of the present disclosure.
上述の第1の膜は、第1の元素を主成分とする膜を意味し、第2の膜は、第2の元素を主成分とする膜を意味し、第3の膜は第2の元素を主成分とする膜を意味する。なお、第1の元素として、Siを例に説明したが、14族元素であれば、本開示の技術を適用できる可能性がある。例えば、ゲルマニウム(Ge)がある。また、第2の元素は、金属元素である。ここで、本開示における主成分とは、膜組成の原子比率が50%以上となる膜を意味し、好ましくは90%以上を構成する膜を意味する。膜組成の原子比率が増すことで、上述の反応効率が上がり、所望の膜を得ることが可能となる。 The above-mentioned first film means a film containing a first element as a main component, the second film means a film containing a second element as a main component, and the third film means a film containing a second element. It means a film whose main component is an element. Although Si has been described as an example of the first element, the technique of the present disclosure may be applicable to any Group 14 element. For example, there is germanium (Ge). Also, the second element is a metal element. Here, the main component in the present disclosure means a film having an atomic ratio of 50% or more in the film composition, preferably 90% or more. By increasing the atomic ratio of the film composition, the above-mentioned reaction efficiency is increased, making it possible to obtain a desired film.
上述では、第2処理ガスとしてWF6を用いて説明したが、これに限らず、四塩化チタン(TiCl4)、四塩化タンタル(TaCl4)、六塩化タングステン(WCl6)、五塩化タングステン(WCl5)、四塩化モリブデン(MoCl4)、四塩化ケイ素(SiCl4)、六塩化二ケイ素(Si2Cl6、ヘキサクロロジシラン(HCDSS))等のハロゲン含有ガスおよびそれらを用いて形成される膜種に適用することができる。In the above description, WF 6 is used as the second processing gas, but the present invention is not limited to this, and titanium tetrachloride (TiCl 4 ), tantalum tetrachloride (TaCl 4 ), tungsten hexachloride (WCl 6 ), tungsten pentachloride ( WCl 5 ), molybdenum tetrachloride (MoCl 4 ), silicon tetrachloride (SiCl 4 ), disilicon hexachloride (Si 2 Cl 6 , hexachlorodisilane (HCDSS)) and other halogen-containing gases and films formed using them Seeds can be applied.
なお、第2処理ガスは、ハロゲン元素と金属元素を含むガスであれば、ウエハ200に形成された第1の膜としてのSi膜と反応し、第1の膜を第2の膜に改質させられる可能性がある。ここで、ハロゲン元素とは、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)である。金属元素は、例えば、タングステン(W)、チタニウム(Ti)、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、アルミニウム(Al)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、ランタン(La)、等である。
If the second processing gas is a gas containing a halogen element and a metal element, it reacts with the Si film as the first film formed on the
また、上述では、第1処理ガスや、第1処理ガスとは異なる処理ガスとして、Si系の原料として、SiH4を用いて説明したが、これに限らず、SiとHを含む例えば、ジシラン(Si2H6)、トリスジメチルアミノシラン(SiH[N(CH3)2]3)等であっても良い。In the above description, SiH 4 is used as a Si-based raw material as the first processing gas or a processing gas different from the first processing gas. (Si 2 H 6 ), trisdimethylaminosilane (SiH[N(CH 3 ) 2 ] 3 ), and the like.
また、第1処理ガスは、上述のシラン系ガスを用いて、第1処理ガスとは異なる処理ガスとして、ハロシラン系のガスを用いても良い。このように、2種類の処理ガスを用いることで、膜の平坦性を向上させることが可能となる。ここで、ハロシラン系ガスとは、ハロゲン基を有するシラン系ガスのことである。ハロゲン基には、塩素(Cl)、フッ素(F)、臭素(Br)、ヨウ素(I)等のハロゲン元素が含まれる。ハロシラン系ガスとしては、例えば、SiおよびClを含む原料ガス、すなわち、クロロシラン系ガスを用いることができる。クロロシラン系ガスは、Siソースとして作用する。クロロシラン系ガスとしては、例えば、ヘキサクロロジシラン(Si2Cl6、略称:HCDS)ガス、ジクロロシラン(SiH2Cl2、略称:DCS)ガス、等を用いることができる。 Alternatively, the above-described silane-based gas may be used as the first processing gas, and a halosilane-based gas may be used as a processing gas different from the first processing gas. By using two kinds of processing gases in this way, it is possible to improve the flatness of the film. Here, the halosilane-based gas is a silane-based gas having a halogen group. Halogen groups include halogen elements such as chlorine (Cl), fluorine (F), bromine (Br), and iodine (I). As the halosilane-based gas, for example, a raw material gas containing Si and Cl, that is, a chlorosilane-based gas can be used. A chlorosilane-based gas acts as a Si source. As the chlorosilane-based gas, for example, hexachlorodisilane (Si2Cl6, abbreviation: HCDS) gas, dichlorosilane (SiH2Cl2, abbreviation: DCS) gas, or the like can be used.
また、上述では、第1処理ガスや、第1処理ガスとは異なる処理ガスとして、Si系の原料を用いたが、Si系に限らず、ホウ素(B)やリン(P)を含む原料であっても良い。例えば、ジボラン(B2H6)ガス、ホスフィン(PH3)ガス、等のガスを適用することができる。In the above description, Si-based raw materials are used as the first processing gas or a processing gas different from the first processing gas. It can be. For example, a gas such as diborane (B 2 H 6 ) gas, phosphine (PH 3 ) gas, or the like can be applied.
また、上述では、第3処理ガスとして、H2ガスを用いて説明したが、これに限るものでは無く、ハロゲン系材料を還元できるガスであれば良い。Also, in the above description, H 2 gas is used as the third processing gas, but the present invention is not limited to this, and any gas capable of reducing halogen-based materials may be used.
また、上述では、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成膜を行う構成について説明したが、本開示はこれに限定されず、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成膜を行う場合にも、好適に適用できる。 In the above description, a configuration in which film formation is performed using a batch-type substrate processing apparatus that processes a plurality of substrates at once has been described. The present invention can also be suitably applied when film formation is performed using a single substrate processing apparatus for processing substrates.
また、上述では、半導体基板としてのウエハを用いる例を示したが、他の材料で構成される基板。例えば、セラミック基板やガラス基板等の材料を用いた基板処理を行う場合にも適用することができる。 Also, in the above description, an example using a wafer as a semiconductor substrate has been shown, but a substrate made of other materials is also possible. For example, the present invention can be applied to substrate processing using materials such as ceramic substrates and glass substrates.
以上、本開示の種々の典型的な実施形態及び実施例を説明してきたが、本開示はそれらの実施形態及び実施例に限定されず、適宜組み合わせて用いることもできる。 Although various exemplary embodiments and examples of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to those embodiments and examples, and can be used in combination as appropriate.
10 基板処理装置
121 コントローラ
200 ウエハ(基板)
201 処理室
10
201 processing chamber
Claims (23)
前記基板に第1の元素を含む第1処理ガスを供給して、前記基板に第1の元素を含む第1の膜を形成する第1の成膜工程と、
フラッシュタンクを介して前記第1の元素を含む膜に第2の元素を含む第2処理ガスを供給して、前記第1の膜から前記第1の元素を除去して前記第2の元素を含む第2の膜に改質する第2の成膜工程と、
を有する基板処理方法。 housing the substrate in a processing chamber;
a first film forming step of supplying a first process gas containing a first element to the substrate to form a first film containing the first element on the substrate;
A second process gas containing a second element is supplied to the film containing the first element through a flash tank to remove the first element from the first film and remove the second element. a second film forming step of modifying the second film containing
A substrate processing method comprising:
前記第1処理ガスとは異なる処理ガスは、シリコンと水素とハロゲンを含む原料である請求項4または5に記載の基板処理方法。 the first processing gas is a raw material containing silicon and hydrogen and not containing halogen;
6. The substrate processing method according to claim 4 , wherein the processing gas different from the first processing gas is a raw material containing silicon, hydrogen and halogen.
前記第1処理ガスとは異なる処理ガスは、ハロシラン系の原料である請求項4または5に記載の基板処理方法。 The first processing gas is a silane-based raw material,
6. The substrate processing method according to claim 4 , wherein the processing gas different from the first processing gas is a halosilane-based raw material.
前記第2の膜は、前記第2の元素を主成分とする膜である
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の基板処理方法。 the first film is a film containing the first element as a main component;
The substrate processing method according to any one of claims 1 to 10 , wherein the second film is a film containing the second element as a main component.
請求項8に記載の基板処理方法。 The substrate processing method according to claim 8 , wherein the third film is a film containing the second element as a main component.
前記基板に第1の元素を含む第1処理ガスを供給して、前記基板に第1の元素を含む第1の膜を形成する第1の成膜工程と、a first film forming step of supplying a first process gas containing a first element to the substrate to form a first film containing the first element on the substrate;
前記第1の元素を含む膜に第2の元素を含む第2処理ガスを供給して、前記第1の膜から前記第1の元素を除去して前記第2の元素を含む第2の膜に改質する第2の成膜工程と、を有し、supplying a second process gas containing a second element to the film containing the first element to remove the first element from the first film to form a second film containing the second element; and a second film formation step that reforms into
前記第1の成膜工程では、前記第1処理ガスと、前記第1の元素を含み前記第1処理ガスとは異なる処理ガスを供給する工程を有する基板処理方法。A substrate processing method comprising, in the first film forming step, supplying the first processing gas and a processing gas containing the first element and different from the first processing gas.
前記基板に第1の元素を含む第1処理ガスを供給して、前記基板に第1の元素を含む第1の膜を形成する第1の成膜工程と、a first film forming step of supplying a first process gas containing a first element to the substrate to form a first film containing the first element on the substrate;
前記第1の元素を含む膜に第2の元素を含む第2処理ガスを供給して、前記第1の膜から前記第1の元素を除去して前記第2の元素を含む第2の膜に改質する第2の成膜工程と、supplying a second process gas containing a second element to the film containing the first element to remove the first element from the first film to form a second film containing the second element; A second film formation step of modifying into
前記第2の膜に、前記第2処理ガスと第3処理ガスとを供給して、前記基板に第2の元素を含む第3の膜をさらに形成する第3の成膜工程と、a third film forming step of supplying the second process gas and the third process gas to the second film to further form a third film containing a second element on the substrate;
を有する基板処理方法。A substrate processing method comprising:
前記処理室内の前記基板に対して第1の元素を含む第1処理ガスを供給する第1処理ガス供給部と、
前記処理室内の前記基板に対して第2の元素を含む第2処理ガスを供給する第2処理ガス供給部と、
前記第2処理ガス供給部に設けられたフラッシュタンクと、
前記基板に対して前記第1処理ガスを供給して、前記基板に第1の元素を含む膜を形成する処理と、前記フラッシュタンクを介して前記基板上の前記第1の元素を含む第1の膜に前記第2処理ガスを供給して、前記第1の膜から前記第1の元素を除去して前記第2の元素を含む第2の膜に改質する処理と、を行うように前記第1処理ガス供給部と前記第2処理ガス供給部と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。 a processing chamber for processing substrates;
a first processing gas supply unit that supplies a first processing gas containing a first element to the substrate in the processing chamber;
a second processing gas supply unit that supplies a second processing gas containing a second element to the substrate in the processing chamber;
a flash tank provided in the second processing gas supply unit;
a process of supplying the first process gas to the substrate to form a film containing the first element on the substrate; and supplying the second processing gas to the film to remove the first element from the first film and reform the film into a second film containing the second element. a controller configured to control the first process gas supply and the second process gas supply;
A substrate processing apparatus having
前記処理室内の前記基板に対して第1の元素を含む第1処理ガスを供給する第1処理ガス供給部と、a first processing gas supply unit that supplies a first processing gas containing a first element to the substrate in the processing chamber;
前記処理室内の前記基板に対して第2の元素を含む第2処理ガスを供給する第2処理ガス供給部と、a second processing gas supply unit that supplies a second processing gas containing a second element to the substrate in the processing chamber;
前記基板に対して前記第1処理ガスを供給して、前記基板に第1の元素を含む膜を形成する処理と、前記基板上の前記第1の元素を含む第1の膜に前記第2処理ガスを供給して、前記第1の膜から前記第1の元素を除去して前記第2の元素を含む第2の膜に改質する処理と、前記基板に第1の元素を含む膜を形成する処理では、前記第1処理ガスと、前記第1の元素を含み前記第1処理ガスとは異なる処理ガスを供給する処理と、を行うように前記第1処理ガス供給部と前記第2処理ガス供給部とを制御するよう構成される制御部と、a process of supplying the first process gas to the substrate to form a film containing a first element on the substrate; a process of supplying a process gas to remove the first element from the first film to modify it into a second film containing the second element; and a film containing the first element on the substrate. in the process of forming the first process gas and the process of supplying the first process gas and a process gas containing the first element and different from the first process gas. a controller configured to control 2 the process gas supply;
を有する基板処理装置。A substrate processing apparatus having
前記処理室内の前記基板に対して第1の元素を含む第1処理ガスを供給する第1処理ガス供給部と、a first processing gas supply unit that supplies a first processing gas containing a first element to the substrate in the processing chamber;
前記処理室内の前記基板に対して第2の元素を含む第2処理ガスを供給する第2処理ガス供給部と、a second processing gas supply unit that supplies a second processing gas containing a second element to the substrate in the processing chamber;
前記基板に対して前記第1処理ガスを供給して、前記基板に第1の元素を含む膜を形成する処理と、前記基板上の前記第1の元素を含む第1の膜に前記第2処理ガスを供給して、前記第1の膜から前記第1の元素を除去して前記第2の元素を含む第2の膜に改質する処理と、前記第2の膜に、前記第2処理ガスと第3処理ガスとを供給して、前記基板に第2の元素を含む第3の膜をさらに形成する処理と、を行うように前記第1処理ガス供給部と前記第2処理ガス供給部とを制御するよう構成される制御部と、a process of supplying the first process gas to the substrate to form a film containing a first element on the substrate; a process of supplying a process gas to remove the first element from the first film to reform it into a second film containing the second element; supplying a processing gas and a third processing gas to further form a third film containing a second element on the substrate; a controller configured to control the feeder;
を有する基板処理装置。A substrate processing apparatus having
前記基板に第1の元素を含む第1処理ガスを供給して、前記基板に第1の元素を含む膜を成膜させる第1の成膜手順と、
フラッシュタンクを介して前記第1の元素を含む第1の膜に第2の元素を含む第2処理ガスを供給して、前記第1の膜から前記第1の元素を除去して前記第2の元素を含む第2の膜に改質させる第2の成膜手順と、をコンピュータにより基板処理装置に実行させるプログラム。 a step of accommodating the substrate in the processing chamber;
a first film forming procedure of supplying a first process gas containing a first element to the substrate to form a film containing the first element on the substrate;
A second process gas containing a second element is supplied to the first film containing the first element through a flash tank to remove the first element from the first film and remove the second element from the first film. and a second film forming procedure for modifying the second film containing the element of (1) to the substrate processing apparatus by a computer.
前記基板に第1の元素を含む第1処理ガスを供給して、前記基板に第1の元素を含む膜を成膜させる第1の成膜手順と、a first film forming procedure of supplying a first process gas containing a first element to the substrate to form a film containing the first element on the substrate;
前記第1の元素を含む第1の膜に第2の元素を含む第2処理ガスを供給して、前記第1の膜から前記第1の元素を除去して前記第2の元素を含む第2の膜に改質させる第2の成膜手順と、を有し、A second process gas containing a second element is supplied to the first film containing the first element to remove the first element from the first film, thereby forming a second process gas containing the second element. and a second film formation procedure for modifying the film of 2,
前記第1の成膜手順では、前記第1処理ガスと、前記第1の元素を含み前記第1処理ガスとは異なる処理ガスを供給させる手順と、In the first film forming procedure, supplying the first processing gas and a processing gas containing the first element and different from the first processing gas;
をコンピュータにより基板処理装置に実行させるプログラム。A program that causes a substrate processing apparatus to execute by a computer.
前記基板に第1の元素を含む第1処理ガスを供給して、前記基板に第1の元素を含む膜を成膜させる第1の成膜手順と、a first film forming procedure of supplying a first process gas containing a first element to the substrate to form a film containing the first element on the substrate;
前記第1の元素を含む第1の膜に第2の元素を含む第2処理ガスを供給して、前記第1の膜から前記第1の元素を除去して前記第2の元素を含む第2の膜に改質させる第2の成膜手順と、A second process gas containing a second element is supplied to the first film containing the first element to remove the first element from the first film, thereby forming a second process gas containing the second element. a second film formation procedure for modifying the film of 2;
前記第2の膜に、前記第2処理ガスと第3処理ガスとを供給して、前記基板に第2の元素を含む第3の膜をさらに形成させる手順と、a step of further forming a third film containing a second element on the substrate by supplying the second process gas and the third process gas to the second film;
をコンピュータにより基板処理装置に実行させるプログラム。A program that causes a substrate processing apparatus to execute by a computer.
前記基板に第1の元素を含む第1処理ガスを供給して、前記基板に第1の元素を含む第1の膜を形成する第1の成膜工程と、a first film forming step of supplying a first process gas containing a first element to the substrate to form a first film containing the first element on the substrate;
フラッシュタンクを介して前記第1の元素を含む膜に第2の元素を含む第2処理ガスを供給して、前記第1の膜から前記第1の元素を除去して前記第2の元素を含む第2の膜に改質する第2の成膜工程と、A second process gas containing a second element is supplied to the film containing the first element through a flash tank to remove the first element from the first film and remove the second element. a second film forming step of modifying the second film containing
を有する半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor device having
前記基板に第1の元素を含む第1処理ガスを供給して、前記基板に第1の元素を含む第1の膜を形成する第1の成膜工程と、a first film forming step of supplying a first process gas containing a first element to the substrate to form a first film containing the first element on the substrate;
前記第1の元素を含む膜に第2の元素を含む第2処理ガスを供給して、前記第1の膜から前記第1の元素を除去して前記第2の元素を含む第2の膜に改質する第2の成膜工程と、を有し、supplying a second process gas containing a second element to the film containing the first element to remove the first element from the first film to form a second film containing the second element and a second film formation step that reforms into
前記第1の成膜工程では、前記第1処理ガスと、前記第1の元素を含み前記第1処理ガスとは異なる処理ガスを供給する工程を有する半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first film forming step includes supplying the first processing gas and a processing gas containing the first element and different from the first processing gas.
前記基板に第1の元素を含む第1処理ガスを供給して、前記基板に第1の元素を含む第1の膜を形成する第1の成膜工程と、a first film forming step of supplying a first process gas containing a first element to the substrate to form a first film containing the first element on the substrate;
前記第1の元素を含む膜に第2の元素を含む第2処理ガスを供給して、前記第1の膜から前記第1の元素を除去して前記第2の元素を含む第2の膜に改質する第2の成膜工程と、supplying a second process gas containing a second element to the film containing the first element to remove the first element from the first film to form a second film containing the second element A second film formation step of modifying into
前記第2の膜に、前記第2処理ガスと第3処理ガスとを供給して、前記基板に第2の元素を含む第3の膜をさらに形成する第3の成膜工程と、a third film forming step of supplying the second process gas and the third process gas to the second film to further form a third film containing a second element on the substrate;
を有する半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor device having
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