JP7209568B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents
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Description
(基板処理装置)
図1及び図2に基づき第1の実施の形態における基板処理装置について説明する。本実施の形態における基板処理装置は、ALD法による成膜装置であり、窒化膜等を成膜するものである。本実施の形態における基板処理装置の説明では、窒化膜としてSiN膜を成膜する場合について説明するが、後述するSiBN膜等の成膜にも適用可能である。尚、本実施の形態における基板処理装置において、SiN膜を成膜する際には、Siの原料ガスとして、例えば、ジクロロシランガス、窒化ガスとして、例えば、アンモニアガスを交互に供給する。
本実施の形態における基板処理装置を用いた窒化膜の成膜方法の概要について、図4に基づき説明する。この成膜方法における工程の制御は、制御部100において行われる。また、この成膜方法による成膜は、繰り返し行うことが可能である。
最初に、図5及び図6に基づき、プラズマ窒化による窒化膜の成膜方法1について説明する。尚、この成膜方法においては、排気装置58によって内部が排気されている処理容器21の内部に、パージガス供給部140によってパージガスを供給する。これにより、処理容器21の内部に残留するガスを、パージガスで置換する。パージガスの流量は、例えば50sccm以上5000sccm以下であり、窒化膜の成膜工程において、連続して処理容器21の内部に供給されており、原料ガスや窒化ガスが供給されていない状態においてパージガスによるパージがなされる。
次に、図7及び図8に基づき、プラズマ窒化による窒化膜の成膜方法2について説明する。尚、この成膜方法おいても、上記と同様に、排気装置58によって内部が排気されている処理容器21の内部に、パージガス供給部140によってパージガスを供給する。これにより、処理容器21の内部に残留するガスを、パージガスで置換する。パージガスの流量は、例えば50sccm以上5000sccm以下であり、窒化膜の成膜工程において、連続して処理容器21の内部に供給されており、原料ガスや窒化ガスが供給されていない状態においてパージガスによるパージがなされる。
次に、図9及び図10に基づき、熱窒化による窒化膜の成膜方法3について説明する。この成膜方法では、窒化ガスを供給する際にプラズマを発生させることなく、処理容器加熱部60により処理容器21の内部が加熱されている熱により窒化するものであり、熱窒化と記載する場合がある。尚、この成膜方法おいても、上記と同様に、排気装置58によって内部が排気されている処理容器21の内部に、パージガス供給部140によってパージガスを供給する。これにより、処理容器21の内部に残留するガスを、パージガスで置換する。パージガスの流量は、例えば50sccm以上5000sccm以下であり、窒化膜の成膜工程において、連続して処理容器21の内部に供給されており、原料ガスや窒化ガスが供給されていない状態においてパージガスによるパージがなされる。
ところで、上記の成膜方法3においては、窒化膜が成膜される間も、パージガスとして、窒素ガスが供給されるため、水素ガスを供給する際にも窒素ガスが供給されている。このため、水素ガスを供給する際の水素ガスの流量比率と基板面内の膜分布との関係について調べた結果を図12に示す。水素濃度は、処理容器21の内部に供給される水素の濃度を示すものであり、(水素の流量)/(水素の流量+窒素の流量)より算出される値である。尚、処理容器21の内部の圧力は、0.2Torrであり一定である。
次に、本実施の形態における基板処理装置を用いて、SiBN膜を成膜する場合について、図13に基づき説明する。SiBN膜の成膜は、図13に示されるように、ステップ122(S122)におけるBN膜を成膜する工程と、ステップ124(S124)におけるSiN膜を成膜する工程とを所望の膜厚となるまで交互に繰り返すことにより成膜される。尚、本実施の形態においては、ステップ124のSiN膜の成膜は、図5及び図6に示される成膜方法1を1サイクルとし2サイクル行う。
次に、本実施の形態における基板処理方法における窒化膜の成膜のメカニズムについて、図17に基づき、図14及び図15に示されるBN膜の成膜を例に説明する。
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態における基板処理装置を用いた基板処理方法であり、第1の実施の形態とは異なる窒化膜の成膜方法である。具体的には、図18に示されるように、ステップ210(S210)の熱窒化による窒化膜の成膜工程と、ステップ220(S220)のプラズマ窒化による窒化膜の成膜工程とを行うものである。本願においては、熱窒化による窒化膜の成膜工程(S210)を第1の窒化膜の成膜工程と記載し、プラズマ窒化による窒化膜の成膜工程(S220)を第2の窒化膜の成膜工程と記載する場合がある。
21 処理容器
28 排気口
51、52、53、54 ガス供給管
51a、52a、53a ノズル部
51b、52b、53b ガス吐出口
55 排気管
57 開閉弁
58 排気装置
91、92 電極
93 高周波電源
100 制御部
110 原料ガス供給部
120 水素ガス供給部
130 窒化ガス供給部
140 パージガス供給部
Claims (16)
- 窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程と、
熱により活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化する熱窒化工程と、
プラズマにより活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化するプラズマ窒化工程と、
を有し、
前記原料ガス供給工程、前記水素ガス供給工程、前記熱窒化工程、前記プラズマ窒化工程を1サイクルとし、複数サイクル繰り返すことを含み、
前記熱窒化工程と前記プラズマ窒化工程の窒化時間の比率を調整することで基板に成膜される窒化膜の膜分布を制御する、
基板処理方法。 - 窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程と、
熱により活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化する熱窒化工程と、
プラズマにより活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化するプラズマ窒化工程と、
を有し、
前記原料ガス供給工程、前記水素ガス供給工程、前記熱窒化工程、前記プラズマ窒化工程を1サイクルとし、複数サイクル繰り返すことを含み、
前記熱窒化工程及び前記プラズマ窒化工程において供給される前記窒化ガスの流量、前記プラズマ窒化工程において印加されるRFパワーの少なくとも1つを調整することで基板に成膜される窒化膜の膜分布を制御する、
基板処理方法。 - 窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程と、
前記水素ガス供給工程の後、熱により活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化する熱窒化工程と、
前記熱窒化工程の後、プラズマにより活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化するプラズマ窒化工程と、
を行う請求項1または2に記載の基板処理方法。 - 窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程と、
前記水素ガス供給工程の後、熱により活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化する熱窒化工程と、
を1サイクルとし、1サイクル以上繰り返す第1の窒化膜の成膜工程と、
窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化するプラズマ窒化工程と、
を1サイクルとし、1サイクル以上繰り返す第2の窒化膜の成膜工程と、
を含み、
前記第1の窒化膜の成膜工程と前記第2の窒化膜の成膜工程のサイクル数を調整することで基板に成膜される窒化膜の膜分布を制御する、
基板処理方法。 - 前記第1の窒化膜の成膜工程、前記第2の窒化膜の成膜工程を交互に、複数回繰り返す請求項4に記載の基板処理方法。
- 前記第2の窒化膜の成膜工程において、前記原料ガス供給工程と前記プラズマ窒化工程の間に、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程を含む、請求項4または5に記載の基板処理方法。
- 前記水素ガス供給工程は、水素ガスとともに不活性ガスを供給するものであって、
(水素の流量)/(水素の流量+不活性ガスの流量)の値は、72%以上である請求項1から6のいずれかに記載の基板処理方法。 - 前記原料ガスは、前記元素と、ハロゲンとを含む化合物である請求項1から7のいずれかに記載の基板処理方法。
- 処理容器と、
前記処理容器の内部に収容される基板を加熱する加熱部と、
前記処理容器の内部に、窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記処理容器の内部に、水素ガスを供給する水素ガス供給部と、
前記処理容器の内部に、窒素を含む窒化ガスを供給する窒化ガス供給部と、
前記水素ガス及び窒化ガスをプラズマ化するプラズマ発生機構と、
制御部とを備え、
前記制御部は、
窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程と、
熱により活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化する熱窒化工程と、
プラズマにより活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化するプラズマ窒化工程と、
を有し、
前記原料ガス供給工程、前記水素ガス供給工程、前記熱窒化工程、前記プラズマ窒化工程を1サイクルとし、複数サイクル繰り返すことを含み、
前記熱窒化工程と前記プラズマ窒化工程の窒化時間の比率を調整することで基板に成膜される窒化膜の膜分布を制御可能に構成される、
基板処理装置。 - 前記制御部における制御は、前記熱窒化工程または前記プラズマ窒化工程のいずれか一方のみを行う制御を含む請求項9に記載の基板処理装置。
- 前記制御部の制御により、
窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程と、
前記水素ガス供給工程の後、熱により活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化する熱窒化工程と、
前記熱窒化工程の後、プラズマにより活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化するプラズマ窒化工程と、
を行う請求項9に記載の基板処理装置。 - 処理容器と、
前記処理容器の内部に収容される基板を加熱する加熱部と、
前記処理容器の内部に、窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記処理容器の内部に、水素ガスを供給する水素ガス供給部と、
前記処理容器の内部に、窒素を含む窒化ガスを供給する窒化ガス供給部と、
前記水素ガス及び窒化ガスをプラズマ化するプラズマ発生機構と、
制御部とを備え、
前記制御部は、
窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程と、
前記水素ガス供給工程の後、熱により活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化する熱窒化工程と、
を1サイクルとし、1サイクル以上繰り返す第1の窒化膜の成膜工程と、
窒化される元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給工程と、
前記原料ガス供給工程の後、プラズマにより活性化した窒素を含む窒化ガスを供給し、前記元素を窒化するプラズマ窒化工程と、
を1サイクルとし、1サイクル以上繰り返す第2の窒化膜の成膜工程と、
を含み、
前記第1の窒化膜の成膜工程と前記第2の窒化膜の成膜工程のサイクル数を調整することで基板に成膜される窒化膜の膜分布を制御可能に構成される、
基板処理装置。 - 前記第1の窒化膜の成膜工程、前記第2の窒化膜の成膜工程を交互に、複数回繰り返す請求項12に記載の基板処理装置。
- 前記第2の窒化膜の成膜工程において、前記原料ガス供給工程と前記プラズマ窒化工程の間に、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する水素ガス供給工程を含む、請求項12または13に記載の基板処理装置。
- 前記水素ガス供給工程は、水素ガスとともに不活性ガスを供給するものであって、
(水素の流量)/(水素の流量+不活性ガスの流量)の値は、72%以上である請求項9から14のいずれかに記載の基板処理装置。 - 前記原料ガスは、前記元素と、ハロゲンとを含む化合物である請求項9から15のいずれかに記載の基板処理装置。
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