JP7324740B2 - 基板処理方法、プログラム、基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
- C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
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Description
(a)基板を処理容器に収容する工程と、
(b)前記基板に対して水素と酸素を含む第1ガスを供給する工程と、
(c)前記基板に対して窒素と水素を含む第2ガスを供給する工程と、
(d)前記基板に対してハロゲン元素を含む第3ガスを供給する工程と、
(e)前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、
を有し、
(f)(b)と(c)を行う工程と、
(g)(f)の後に、(d)と(e)を行うことにより、前記基板に対して膜を形成する工程を有する技術が提供される。
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、表面に酸化膜が形成されたウエハ200に対して膜を形成する工程の一例について、図4及び図5を用いて説明する。本工程は、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。
(a)ウエハ200を処理容器に収容する工程と、
(b)ウエハ200に対してHとOを含む第1ガスを供給する工程と、
(c)ウエハ200に対してNとHを含む第2ガスを供給する工程と、
(d)ウエハ200に対してハロゲン元素を含む第3ガスを供給する工程と、
(e)ウエハ200に対して反応ガスを供給する工程と、
を有し、
(f)(b)と(c)を行う工程と、
(g)(f)の後に、(d)と(e)を行うことにより、ウエハ200に対して膜を形成する工程を有する。
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、処理容器内に収容される。すなわち、表面に酸化膜が形成されたウエハ200を処理容器に収容する。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。
(第1ガス供給)
バルブ314を開き、ガス供給管310内に第1ガスを流す。第1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してもよい。また、ノズル420,430内への第1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内に不活性ガスを流してもよい。
第1ガスの供給を開始してから所定時間経過後にバルブ314を閉じて、第1ガスの処理室201内への供給を停止する。このときバルブ324を開き、ガス供給管320内に、第2ガスを流す。つまり、第1ガスの供給後にパージガスを供給しないで第2ガスの供給を開始する。これにより、ウエハ200上に物理吸着したH2O分子の量が減ることを抑制することができる。第2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、第2ガスが供給される。なお、このとき同時にバルブ524を開き、ガス供給管520内に不活性ガスを流してもよい。また、ノズル410,430内への第2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内に不活性ガスを流してもよい。なお、第1ガスの供給後、第2ガスの供給前に、パージガスを供給してもよい。パージガスを供給することにより、気相中のH2Oガスと第2ガスの反応を抑制することができる。
上述した前工程を行った後、パージを行い、以下の第1ステップ~第4ステップを複数回行う。すなわち、前工程を行った後、処理室201内にN2ガス等のパージガスを供給してから、以下の第1ステップ~第4ステップを繰り返し行う。すなわち、パージにより気相中の第1ガスや第2ガスや反応副生成物を除去した後、ウエハ200上にOH基が吸着された状態で、OH基が露出したウエハ200に対して、以下の第1ステップ~第4ステップを複数回行う。前工程の後、成膜工程の前に、パージガスを供給してパージを行うことにより、処理室201内に存在する、反応副生成物や、余分なガスを除去することができ、成膜工程で形成される膜の特性を向上させることができる。
バルブ334を開き、ガス供給管330内に第3ガスを流す。第3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してもよい。このとき、ノズル410,420内への第3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内に不活性ガスを流してもよい。
第3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0.1~10秒後にバルブ334を閉じ、第3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、ウエハ200上から残留ガスを除去して、処理室201内に残留する未反応の第3ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。このとき、バルブ514,524,534を開き、パージガスとしての不活性ガスを処理室201内へ供給する。不活性ガスはパージガスとして作用し、ウエハ200上から残留ガスを除去して、処理室201内に残留する未反応の第3ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する効果を高めることができる。MFC512,522,532で制御する不活性ガスの供給流量は、それぞれ例えば0.1~30slmとする。
パージを開始してから所定時間経過後であって例えば0.1~10秒後にバルブ514,524,534を閉じて、不活性ガスの処理室201内への供給を停止する。このときバルブ324を開き、ガス供給管320内に、反応ガスを流す。反応ガスは、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、反応ガスが供給される。なお、このとき同時にバルブ524を開き、ガス供給管520内に不活性ガスを流してもよい。また、ノズル410,430内への反応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内に不活性ガスを流してもよい。
反応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0.01~60秒後にバルブ324を閉じて、反応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、ウエハ200上から残留ガスを除去して、処理室201内に残留する未反応もしくは膜の形成に寄与した後の反応ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。このとき、バルブ514,524,534を開き、パージガスとしての不活性ガスを処理室201内へ供給する。不活性ガスはパージガスとして作用し、ウエハ200上から残留ガスを除去して、処理室201内に残留する未反応の反応ガスや上述の反応副生成物を処理室201内から排除する効果を高めることができる。MFC512,522,532で制御する不活性ガスの供給流量は、それぞれ例えば0.1~30slmとする。
前工程を行った後に、上述した第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)、1回以上実行することにより、ウエハ200上に、所定の厚さの膜を形成する。ここでは、例えばTiN膜が形成される。
ガス供給管510~530のそれぞれから不活性ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。不活性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反応副生成物が処理室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、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)膜の被覆率を向上させることができ、この膜の上に形成される金属含有膜の抵抗率を低減させることができる。
(b)膜を連続的に成長させることができる。ここで連続的とは、膜の材料の結晶が連なっていること、結晶の間隔が小さいこと等を意味する。
(c)基板上に形成される膜の特性を向上させることができる。
(d)特に、酸化膜上に形成される膜の被覆率を向上させることができる。
(e)特に、酸化膜上に形成される膜を連続的に成長させることができる。
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。
図6は、本開示の一実施形態における基板処理シーケンスの変形例を示す。本変形例では、前工程として、上述した第1ガス供給と第2ガス供給を順に行うサイクルを所定回数(M回)実行する。すなわち、成膜工程を行う前に、前工程として、ウエハ200に対して、第1ガスを供給する工程と、第2ガスを供給する工程とを順に行うサイクルを複数回行う。このとき、上述した実施形態と同様に、第1ガス供給と第2ガス供給の間でパージガスを供給しない。この場合であっても、上述した図4に示す基板処理シーケンスと同様の効果が得られる。
図9は、本開示の一実施形態における基板処理シーケンスの他の変形例を示す。本変形例では、前工程として、第2ガスを供給した後に、第1ガスを供給し、その後にパージを行い、上述した成膜工程を行う。すなわち、成膜工程を行う前に、前工程として、ウエハ200に対して、第2ガスを供給する工程と、第1ガスを供給する工程と、をこの順にそれぞれ1回行う。このとき、第2ガス供給と第1ガス供給の間で、パージガスを供給しない。この場合であっても、上述した図4に示す基板処理シーケンスと同様の効果が得られる。
図11は、本開示の一実施形態における基板処理シーケンスの他の変形例を示す。本変形例では、前工程として、上述した第2ガス供給と第1ガス供給を順に行うサイクルを所定回数(M回)実行した後に、パージを行い、その後に上述した成膜工程を行う。すなわち、成膜工程を行う前に、前工程として、ウエハ200に対して、第2ガスを供給する工程と、第1ガスを供給する工程とを順に行うサイクルを複数回行う。このとき、第2ガス供給と第1ガス供給の間で、パージガスを供給しない。この場合であっても、上述した図4に示す基板処理シーケンスと同様の効果が得られる。
以下に、本開示の好ましい態様について付記する。
本開示の一態様によれば、
(a)基板を処理容器に収容する工程と、
(b)前記基板に対して水素と酸素を含む第1ガスを供給する工程と、
(c)前記基板に対して窒素と水素を含む第2ガスを供給する工程と、
(d)前記基板に対してハロゲン元素を含む第3ガスを供給する工程と、
(e)前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、
を有し、
(f)(b)と(c)を行う工程と、
(g)(f)の後に、(d)と(e)を行うことにより、前記基板に対して膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。
付記1に記載の方法であって、
(f)では、(b)の後に(c)を行う。
付記1又は2記載の方法であって、
(f)では、(b)と(c)を複数回行う。
付記1から3のいずれか記載の方法であって、
(b)は、前記第1ガスを前記基板に対して物理吸着させる雰囲気で行う。
付記1から4のいずれか記載の方法であって、
(c)は、前記第2ガスを前記基板に吸着した前記第1ガスと反応させる雰囲気で行う。
付記1に記載の方法であって、
(f)では、(c)の後に(b)を行う。
付記6に記載の方法であって、
(f)では、(c)と(b)を複数回行う。
付記6又は7記載の方法であって、
(b)は、前記第1ガスを前記基板に対して物理吸着させる雰囲気で行う。
付記1から8のいずれか記載の方法であって、
(a)では、表面に酸化膜が形成された基板を前記処理容器に収容する。
付記9に記載の方法であって、
前記酸化膜は、Si、Al、Ge、Ga、Zr、Ti、Hfの少なくとも1つ以上を含む。
付記1から10のいずれか記載の方法であって、
前記第1ガスは、H2とO2、H2O、H2O2の少なくとも1つ以上を含む。
付記1から11のいずれか記載の方法であって、
前記第2ガスは、NH3、N2とH2、N2H2、N3H3、N2H4、その他アミン基を含むガスの少なくとも1つ以上を含む。
付記1から12のいずれか記載の方法であって、
前記第3ガスは、前記ハロゲン元素としてCl又はFを含み、Ti、Zr、Hf等の第4族元素、Mo、W等の第6族元素、の少なくとも1つ以上を含む。
本開示の他の態様によれば、
付記1における各手順(各工程)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が提供される。
本開示のさらに他の態様によれば、
処理容器と、
前記処理容器内に基板を搬送する搬送系と、
前記処理容器内に水素と酸素を含む第1ガス、窒素と水素を含む第2ガス、ハロゲン元素を含む第3ガス及び反応ガスを供給するガス供給系と、
付記1における各処理(各工程)を行わせるように、前記搬送系及び前記ガス供給系を制御することが可能なように構成される制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
121 コントローラ
200 ウエハ(基板)
201 処理室
Claims (21)
- (a)表面に酸化膜が形成された基板に対して水素と酸素を含む第1ガスを供給する工程と、
(b)前記基板に対して窒素と水素を含む第2ガスを供給する工程と、
(c)前記基板に対してハロゲン元素を含む第3ガスを供給する工程と、
(d)前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、を有し、
(e)(a)の後に(b)を行う工程と、
(f)(e)の後に、(c)と(d)を行うことにより、前記基板に対して膜を形成する工程と、
を有する基板処理方法。 - (a)基板に対して水素と酸素を含む第1ガスを供給する工程と、
(b)前記基板に対して窒素と水素を含む第2ガスを供給する工程と、
(c)前記基板に対してハロゲン元素を含む第3ガスを供給する工程と、
(d)前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、を有し、
(e)(a)と(b)とをこの順に複数回行う工程と、
(f)(e)の後に、(c)と(d)を行うことにより、前記基板に対して膜を形成する工程と、
を有する基板処理方法。 - (a)は、前記第1ガスを前記基板に対して物理吸着させる雰囲気で行う請求項1又は2記載の基板処理方法。
- (b)は、前記第2ガスを前記基板に吸着した前記第1ガスと反応させる雰囲気で行う請求項1乃至3のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- (a)基板に対して水素と酸素を含む第1ガスを供給する工程と、
(b)前記基板に対して窒素と水素を含む第2ガスを供給する工程と、
(c)前記基板に対してハロゲン元素を含む第3ガスを供給する工程と、
(d)前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、を有し、
(e)(b)の後に(a)を行う工程と、
(f)(e)の後に、(c)と(d)を行うことにより、前記基板に対して膜を形成する工程と、
を有する基板処理方法。 - (e)では、(b)と(a)を複数回行う請求項5に記載の基板処理方法。
- (a)は、前記第1ガスを前記基板に対して物理吸着させる雰囲気で行う請求項5又は6に記載の基板処理方法。
- (a)では、前記基板の表面に形成された酸化膜に前記第1ガスを供給する請求項2、5乃至7のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記酸化膜は、Si、Al、Ge、Ga、Zr、Ti、Hfの少なくとも1つ以上を含む請求項1又は8に記載の基板処理方法。
- 前記第1ガスは、H2とO2、H2O、H2O2の少なくとも1つ以上を含む請求項1乃至9のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記第2ガスは、NH3、N2とH2、N2H2、N3H3、N2H4、その他アミン基を含むガスの少なくとも1つ以上を含む請求項1乃至10のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記第3ガスは、前記ハロゲン元素としてCl又はFを含み、Ti、Zr、Hfの第4族元素、Mo、Wの第6族元素、の少なくとも1つ以上を含む請求項1乃至11のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- (a)表面に酸化膜が形成された基板に対して水素と酸素を含む第1ガスを供給させる手順と、
(b)前記基板に対して窒素と水素を含む第2ガスを供給させる手順と、
(c)前記基板に対してハロゲン元素を含む第3ガスを供給させる手順と、
(d)前記基板に対して反応ガスを供給させる手順と、を有し、
(e)(a)の後に(b)を行わせる手順と、
(f)(e)の後に、(c)と(d)を行うことにより、前記基板に対して膜を形成させる手順と、
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。 - (a)基板に対して水素と酸素を含む第1ガスを供給する手順と、
(b)前記基板に対して窒素と水素を含む第2ガスを供給する手順と、
(c)前記基板に対してハロゲン元素を含む第3ガスを供給する手順と、
(d)前記基板に対して反応ガスを供給する手順と、を有し、
(e)(a)と(b)とをこの順に複数回行う手順と、
(f)(e)の後に、(c)と(d)を行うことにより、前記基板に対して膜を形成する手順と、
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。 - (a)基板に対して水素と酸素を含む第1ガスを供給させる手順と、
(b)前記基板に対して窒素と水素を含む第2ガスを供給させる手順と、
(c)前記基板に対してハロゲン元素を含む第3ガスを供給させる手順と、
(d)前記基板に対して反応ガスを供給させる手順と、を有し、
(e)(b)の後に(a)を行わせる手順と、
(f)(e)の後に、(c)と(d)を行うことにより、前記基板に対して膜を形成させる手順と、
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。 - 表面に酸化膜が形成された基板に水素と酸素を含む第1ガス、窒素と水素を含む第2ガス、ハロゲン元素を含む第3ガス及び反応ガスを供給するガス供給系と、
(a)前記基板に対して前記第1ガスを供給する処理と、
(b)前記基板に対して前記第2ガスを供給する処理と、
(c)前記基板に対して前記第3ガスを供給する処理と、
(d)前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、を有し、
(e)(a)の後に(b)を行う処理と、
(f)(e)の後に、(c)と(d)を行うことにより、前記基板に対して膜を形成する処理と、
を行わせるように、前記ガス供給系を制御することが可能なように構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 - 基板に水素と酸素を含む第1ガス、窒素と水素を含む第2ガス、ハロゲン元素を含む第3ガス及び反応ガスを供給するガス供給系と、
(a)前記基板に対して前記第1ガスを供給する処理と、
(b)前記基板に対して前記第2ガスを供給する処理と、
(c)前記基板に対して前記第3ガスを供給する処理と、
(d)前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、を有し、
(e)(a)と(b)とをこの順に複数回行う処理と、
(f)(e)の後に、(c)と(d)を行うことにより、前記基板に対して膜を形成する処理と、
を行わせるように、前記ガス供給系を制御することが可能なように構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 - 基板に水素と酸素を含む第1ガス、窒素と水素を含む第2ガス、ハロゲン元素を含む第3ガス及び反応ガスを供給するガス供給系と、
(a)前記基板に対して前記第1ガスを供給する処理と、
(b)前記基板に対して前記第2ガスを供給する処理と、
(c)前記基板に対して前記第3ガスを供給する処理と、
(d)前記基板に対して前記反応ガスを供給する処理と、を有し、
(e)(b)の後に(a)を行う処理と、
(f)(e)の後に、(c)と(d)を行うことにより、前記基板に対して膜を形成する処理と、
を行わせるように、前記ガス供給系を制御することが可能なように構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 - (a)表面に酸化膜が形成された基板に対して水素と酸素を含む第1ガスを供給する工程と、
(b)前記基板に対して窒素と水素を含む第2ガスを供給する工程と、
(c)前記基板に対してハロゲン元素を含む第3ガスを供給する工程と、
(d)前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、を有し、
(e)(a)の後に(b)を行う工程と、
(f)(e)の後に、(c)と(d)を行うことにより、前記基板に対して膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - (a)基板に対して水素と酸素を含む第1ガスを供給する工程と、
(b)前記基板に対して窒素と水素を含む第2ガスを供給する工程と、
(c)前記基板に対してハロゲン元素を含む第3ガスを供給する工程と、
(d)前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、を有し、
(e)(a)と(b)とをこの順に複数回行う工程と、
(f)(e)の後に、(c)と(d)を行うことにより、前記基板に対して膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - (a)基板に対して水素と酸素を含む第1ガスを供給する工程と、
(b)前記基板に対して窒素と水素を含む第2ガスを供給する工程と、
(c)前記基板に対してハロゲン元素を含む第3ガスを供給する工程と、
(d)前記基板に対して反応ガスを供給する工程と、を有し、
(e)(b)の後に(a)を行う工程と、
(f)(e)の後に、(c)と(d)を行うことにより、前記基板に対して膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
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