JP7229266B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
図1に示す基板処理装置1である縦型熱処理装置2は、処理室6を均一に加熱するために、複数のヒータユニットからなるヒータ3を有する。ヒータ3は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース(不図示)に支持されることにより、縦型熱処理装置の設置床に対して垂直に据え付けられている。ヒータ3は、処理ガスを熱で活性化(励起)させる活性化機構(励起部)としても機能する。
図3を用いて、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、ウエハ7上に、金属膜を形成する工程の一例としてTiN層を形成する工程について説明する。TiN層などの金属膜を形成する工程は、上述した基板処理装置の反応管4の処理室6を用いて実行される。上述した通り、図3の製造工程の実行は、コントローラ29のCPU212のプログラム実行によってなされる。
(a)処理室6内に収容されたウエハ7に対して、TiCl4ガスを供給する工程と、
(b)処理室6内の残留ガスを除去する工程と、
(c)処理室6内に収容されたウエハ7に対して、NH3を供給する工程と、
(d)処理室6内の残留ガスを除去する工程と、
を有し、前記(a)~(d)を複数回繰り返して、TiN層を形成する工程と、
を有し、TiN層をウエハ7上に形成する。
複数枚のウエハ7がボート21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7を支持したボート21は、ボートエレベータ27によって持ち上げられて反応管4の処理室6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19はOリング19Aを介して反応管4の下端開口を閉塞した状態となる。
処理室6内が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ18によって真空排気される。この際、処理室6内の圧力は、圧力センサ16で測定され、この測定された圧力情報に基づき、APCバルブ17がフィードバック制御される(圧力調整)。真空ポンプ18は、少なくともウエハ7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6内が所望の温度となるようにヒータ3によって加熱される。この際、処理室6内が所望の温度分布となるように、温度検出器28が検出した温度情報に基づきヒータ3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3による処理室6内の加熱は、少なくともウエハ7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、第1の金属層として例えば金属窒化層であるTiN層を形成するステップを実行する。
バルブ11を開き、ガス供給管9内に原料ガスであるTiCl4ガスを流す。TiCl4ガスは、MFC10により流量調整され、ノズル8のガス供給孔8Hから処理室6内に供給され、排気管15から排気される。このとき、ウエハ7に対してTiCl4ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ14を開き、ガス供給管12内にN2ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管12内を流れたN2ガスは、MFC13により流量調整され、TiCl4ガスと一緒に処理室6内に供給され、排気管15から排気される。N2ガスは、ガス供給管12、ノズル8を介して処理室6内に供給され、排気管15から排気される。このときヒータ3の温度は、ウエハ7の温度が、例えば250~550℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
Ti含有層が形成された後、バルブ11を閉じ、TiCl4ガスの供給を停止する。このとき、排気管15のAPCバルブ17は開いたままとして、真空ポンプ18により処理室6内を真空排気し、処理室6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6内から排除する。このときバルブ14は開いたままとして、N2ガスの処理室6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6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6内から排除する効果を高めることができる。
処理室6内の残留ガスを除去した後、NH3ガス供給用のバルブ11を開き、NH3ガス供給用のガス供給管9内に、反応ガスとしてN含有ガスであるNH3ガスを流す。NH3ガスは、NH3ガス供給用のMFC10により流量調整され、NH3ガス供給用のノズル8のガス供給孔8Hから処理室6内に供給され、排気管15から排気される。このときウエハ7に対して、NH3ガスが供給されることとなる。 このとき、NH3ガス供給用のバルブ14は閉じた状態として、N2ガスがNH3ガスと一緒に処理室6内に供給されないようにする。すなわち、NH3ガスはN2ガスで希釈されることなく、処理室6内に供給され、排気管15から排気される。このとき、TiCl4ガス供給用のノズル8内へのNH3ガスの侵入を防止するために、バルブ14を開き、ガス供給管12内にN2ガスを流す。N2ガスは、NH3ガス供給用のガス供給管12、ノズル8を介して処理室6内に供給され、排気管15から排気される。この場合、反応ガスであるNH3ガスを、N2ガスで希釈することなく、処理室6内へ供給するので、TiN層の成膜レートを向上させることが可能である。なお、ウエハ7近傍におけるN2ガスの雰囲気濃度も調整可能である。このときのヒータ3の温度は、TiCl4ガス供給ステップと同様の温度に設定する。
(残留ガス除去(ステップS13))
TiN層を形成した後、NH3ガス供給用のバルブ11を閉じて、NH3ガスの供給を停止する。そして、ステップS11と同様の処理手順により、処理室6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6内から排除する。
上記したステップS10~ステップS13を順に行うサイクルを1回以上(所定回数(n回))行うことにより、ウエハ7上に、所定の厚さ(例えば0.1~2nm)のTiN層を形成する。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましく、例えば10~80回ほど行うことが好ましく、より好ましくは10~15回ほど行う。
ガス供給管12のそれぞれからN2ガスを処理室6内へ供給し、排気管15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6内が不活性ガスでパージされ、処理室6内に残留するガスや副生成物が処理室6内から除去される(アフターパージ)。その後、処理室6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6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27によりシールキャップ19が下降されて、反応管4の下端が開口される。そして、処理済ウエハ7がボート21に支持された状態で反応管4の下端からその外部に搬出(ボートアンロード)される。その後、処理済のウエハ7は、ボート21より取り出される(ウエハディスチャージ)。
Claims (14)
- 複数の基板の間であって、前記基板の裏面寄りに設けられる円板と、前記円板を固定し、前記基板を支持する基板支持部を有する支柱と、を備え、複数の前記基板が載置される基板保持具と、
前記基板保持具を収容する処理室と、
前記処理室内の前記基板に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室から前記処理ガスを排出するガス排気部と、を有し、
前記基板保持具は、前記円板の縁が前記支柱から突出せず、前記円板の縁と前記支柱の側面とが接するように構成される基板処理装置。 - 前記基板の表面側の空間が、前記基板の裏面側の空間よりも大きくなるように、前記基板支持部が複数の前記支柱に設置されている、
請求項1に記載の基板処理装置。 - 複数の前記支柱は、前記基板の縁から26mm~30mm離れている、請求項1又は2に記載の基板処理装置。
- 隣接する前記基板の間の距離が、前記円板の縁と前記処理室の壁との間の距離に対し広い、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 隣接する前記基板の間の距離が、50mm以上である請求項4に記載の基板処理装置。
- 前記処理ガスはTiCl4ガスであり、
前記基板保持具と前記処理室は、隣接する前記基板の間の距離を、前記基板の縁と前記処理室の壁との間の距離に対し広く構成される請求項1乃至3のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 前記処理ガスはSi2Cl6ガスであり、
前記基板保持具と前記処理室は、隣接する前記基板の間の距離を、前記基板の縁と前記処理室の壁と間の距離に対し狭く構成される請求項1乃至3のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 前記ガス供給部は、前記基板に反応ガスを供給する複数の孔が設けられたノズルを含み、
前記ガス供給部と前記基板保持具は、複数の前記孔の各々が、前記基板と前記円板の間のほぼ中間に位置するように構成される請求項1乃至7のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 前記処理室は、
前記基板保持具が設置された処理領域の下部に、前記処理領域から隔離された断熱部材を有する断熱領域を備える、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 前記基板保持具と前記処理室は、隣接する前記円板間の距離が、前記円板の縁と前記処理室の壁との間の距離に対し広くなるよう構成されている請求項1乃至3のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記基板保持具は、前記基板の裏面と前記円板との距離が、前記円板の縁と前記処理室の壁との間の距離に対し広くなるよう構成されている請求項1乃至3のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記基板保持具は、前記円板と前記基板支持部とのすき間がないように構成される、請求項1に記載の基板処理装置。
- a)複数の基板の間であって、前記基板の裏面寄りに設けられる円板と、前記円板を固定し、前記基板を支持する基板支持部を有する支柱と、を備え、前記支柱が前記円板の縁から突出せず、前記円板の縁と前記支柱の側面とが接するように構成され、複数の前記基板が載置される基板保持具を処理室内に搬入する工程と、
b)前記基板に処理ガスを供給する工程と、
c)前記処理ガスを排気する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - a)複数の基板の間であって、前記基板の裏面寄りに設けられる円板と、前記円板を固定し、前記基板を支持する基板支持部を有する支柱と、を備え、前記支柱が前記円板の縁から突出せず、前記円板の縁と前記支柱の側面とが接するように構成され、複数の前記基板が載置される基板保持具を処理室内に搬入させる手順と、
b)前記基板に処理ガスを供給させる手順と、
c)前記処理ガスを排気させる手順と、
をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
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