JP7539480B2 - 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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Description
この課題を解決するために、上述したようなTiN膜とW膜を用いる代わりに、モリブデン(Mo)を含有したモリブデン(Mo)膜を用いて、薄膜化と低抵抗化を図っているが、Mo膜は、膜の表面の粗さ(表面ラフネス)が大きく、Mo膜の埋め込み性能を向上させることが課題となっている。また、下地金属膜上にMo膜を形成すると、膜中に下地金属膜から金属元素が拡散してしまう場合がある。
(a)基板を処理容器に収容する工程と、
(b)前記基板を445℃以上505℃以下に加熱する工程と、
(c)前記基板に対してモリブデン含有ガスを供給する工程と、
(d)前記基板に対して還元ガスを供給する工程と、を有し、
(e)(b)の後、(c)と(d)とを1回以上行うことにより、前記基板上にモリブデン含有膜を形成する
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、ウエハ200上に、例えば3DNANDのコントロールゲート電極として用いられるモリブデン(Mo)を含有するMo含有膜を形成する工程の一例について、図4、図5(A)及び図5(B)を用いて説明する。ここでは、図5(A)に示すように、表面に、非遷移金属元素であるアルミニウム(Al)が含まれた金属含有膜であり、金属酸化膜である酸化アルミニウム(AlO)膜が形成されたウエハ200を用いる。そして、後述する基板処理工程により、図5(B)に示すように、AlO膜が形成されたウエハ200上にMo含有膜を形成する。Mo含有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。
(a)ウエハ200を処理容器内である処理室201に収容する工程と、
(b)ウエハ200を445℃以上505℃以下に加熱する工程と、
(c)ウエハ200に対して金属含有ガスを供給する工程と、
(d)ウエハ200に対して還元ガスを供給する工程と、を有し、
(e)(b)の後、(c)と(d)とを1回以上行うことにより、ウエハ200上にMo含有膜を形成する。
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、処理容器に収容される。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。
(金属含有ガス供給)
バルブ314を開き、ガス供給管310内に原料ガスである金属含有ガスを流す。金属含有ガスは、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に対して金属含有ガスが供給される。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内を流れた不活性ガスは、MFC512により流量調整され、金属含有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内への金属含有ガスの侵入を防止するために、バルブ524を開き、ガス供給管520内に不活性ガスを流す。不活性ガスは、ガス供給管320、ノズル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。
(残留ガス除去)
金属含有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、ガス供給管310のバルブ314を閉じて、金属含有ガスの供給を停止する。つまり、金属含有ガスをウエハ200に対して供給する時間は、例えば0.01~10秒の範囲内の時間とする。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金属含有層形成に寄与した後の金属含有ガスを処理室201内から排除する。すなわち、処理室201内をパージする。このときバルブ514,524は開いたままとして、不活性ガスの処理室201内への供給を維持する。不活性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金属含有層形成に寄与した後の金属含有ガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。
(還元ガス供給)
処理室201内の残留ガスを除去した後、バルブ324を開き、ガス供給管320内に、還元ガスを流す。還元ガスは、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、還元ガスが供給される。このとき同時にバルブ524を開き、ガス供給管520内に不活性ガスを流す。ガス供給管520内を流れた不活性ガスは、MFC522により流量調整される。不活性ガスは還元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内への還元ガスの侵入を防止するために、バルブ514を開き、ガス供給管510内に不活性ガスを流す。不活性ガスは、ガス供給管310、ノズル410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。
(残留ガス除去)
金属層を形成した後、バルブ324を閉じて、還元ガスの供給を停止する。
そして、上述したステップS11(第1パージ工程)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金属層の形成に寄与した後の還元ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。すなわち、処理室201内をパージする。
上記したステップS10~ステップS13の工程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200上に、所定の厚さ(例えば0.5~20.0nm)の金属含有膜を形成する。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。また、ステップS10~ステップS13の工程をそれぞれ少なくとも1回以上行ってもよい。
ガス供給管510,520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)Mo含有膜の表面ラフネスを改善することができる。
(b)平坦性を有するMo含有膜を形成することができ、被覆率を向上させることができる。すなわち、3DNANDのコントロールゲート電極に用いられるMo含有膜の埋め込み性能を向上させることができる。
(c)膜中への下地金属膜からの金属元素の拡散を抑制することができる。
(d)高密度なMo膜を形成することが可能となり、生産性が向上される。
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。
上述した基板処理装置10を用いて、表面にAlO膜が形成されたウエハ200のサンプル1~サンプル5を用意した。そして、サンプル1~サンプル5に対して、それぞれ上述した基板処理工程におけるヒータ207の温度を、ウエハ200の温度が425℃、450℃、475℃、500℃、550℃となるように加熱して上述したステップS10~ステップS13を所定回数行って、表面にAlO膜が形成されたウエハ上にMo含有膜を形成した。
121 コントローラ
200 ウエハ(基板)
201 処理室
Claims (8)
- (a)表面に酸化アルミニウム膜が形成された基板を445℃以上505℃以下に加熱する工程と、
(b)前記基板に対して二酸化二塩化モリブデンガスを供給する工程と、
(c)前記基板に対して水素ガスを供給する工程と、を有し、
(d)(a)の後、(b)と(c)とを1回以上行うことにより、前記基板上に、表面の平均粗さが、1.0nm以下のモリブデン含有膜を形成する
基板処理方法。 - (a)では、前記基板の温度を445℃以上470℃以下に加熱する請求項1記載の基板処理方法。
- (a)では、前記基板の温度を450℃以上465℃以下に加熱する請求項1記載の基板処理方法。
- (d)は、膜表面の平均粗さが、0.8nm以下の前記モリブデン含有膜を形成する請求項2記載の基板処理方法。
- (d)は、膜表面の平均粗さが、0.7nm以下の前記モリブデン含有膜を形成する請求項3記載の基板処理方法。
- (a)表面に酸化アルミニウム膜が形成された基板を445℃以上505℃以下に加熱する手順と、
(b)前記基板に対して二酸化二塩化モリブデンガスを供給する手順と、
(c)前記基板に対して水素ガスを供給する手順と、を有し、
(d)(a)の後、(b)と(c)とを1回以上行うことにより、前記基板上に、表面の平均粗さが、1.0nm以下のモリブデン含有膜を形成する処理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。 - 表面に酸化アルミニウム膜が形成された基板を加熱する加熱系と、
前記基板に二酸化二塩化モリブデンガスを供給するモリブデン含有ガス供給系と、
前記基板に水素ガスを供給する還元ガス供給系と、
(a)前記基板を445℃以上505℃以下に加熱する処理と、
(b)前記基板に対して前記二酸化二塩化モリブデンガスを供給する処理と、
(c)前記基板に対して前記水素ガスを供給する処理と、を有し、
(d)(a)の後、(b)と(c)とを1回以上行うことにより、前記基板上に、表面の平均粗さが、1.0nm以下のモリブデン含有膜を形成する処理を行わせるように、前記加熱系、前記モリブデン含有ガス供給系及び前記還元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)表面に酸化アルミニウム膜が形成された基板を445℃以上505℃以下に加熱する工程と、
(b)前記基板に対して二酸化二塩化モリブデンガスを供給する工程と、
(c)前記基板に対して水素ガスを供給する工程と、を有し、
(d)(a)の後、(b)と(c)とを1回以上行うことにより、前記基板上に、表面の平均粗さが、1.0nm以下のモリブデン含有膜を形成する
半導体装置の製造方法。
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