JPWO2006093136A1 - 基板処理装置および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
処理容器２０３と、処理容器２０３内へ所望の処理ガスを供給するガス供給部２３２ａ、２３２ｂと、処理容器２０３から余剰の処理ガスを排出するガス排出部２４６と、処理容器２０３内にて複数の基板２００を積層した状態で載置する基板載置部材２１７と、処理ガスを励起するためのプラズマを生成する、高周波電力が印加される電極３０１とを有し、電極３０１は、平行に配置された２本の細長い直線部３０２、３０３と、直線部３０２、３０３のそれぞれの一端を電気的に短絡させた短絡部３０４と、を備え、直線部３０２、３０３が基板２００の側方に、基板２００の主面に対し垂直な方向にわたって延在して配置される基板処理装置が開示されている。
Description
本発明は、基板処理装置および半導体デバイスの製造方法に関し、特に、プラズマを利用してシリコンウエハなどの基板表面のエッチングや基板表面への薄膜形成処理を行う基板処理装置および半導体デバイスの製造方法に関する。
プラズマを利用してシリコンウエハなどを処理する基板処理装置としては、図１、２に示すようなものがある。図１は、従来の基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略横断面図であり、図２は、図１のＡＡ線概略縦断面図であり、図３は、図１のＢＢ線概略縦断面図であ
反応管２０３内部の壁面近くには垂直方法に細長いバッファ室２３７を設け、その内部に誘電体からなる２本の電極保護管２７５、２７６でそれぞれ覆った棒状の放電電極２６９、２７０とバッファ室２３７内に均等なガス流を得るためのガスノズル２３３が設置されている。
放電電極２６９の端部２７７に放電電極２７０の端部２７８に高周波電源２７３の発振器で発生する高周波電力を印加し、バッファ室２３７内の放電電極２６９、２７０間にプラズマ２２４を生成し、ガスノズル２３３から供給された反応性ガスをプラズマで励起し、励起された活性種がバッファ室２３７の側壁に開口したガス供給孔２４８ａより反応管２０３内の被処理基板であるウエハ２００に供給される構造となっている。
しかしながら、この従来の放電方式は容量結合性プラズマであり、プラズマの密度を上げるために発振器の電力を上げると、放電電極２６９、２７０の浮遊容量により、プラズマがバッファ室２３７外に広がるだけで、活性種量の増大は得られなかった。
従って、本発明の主な目的は、プラズマによって生成される活性種量を増大することができる基板処理装置および半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
本発明の一態様によれば、
処理容器と、
前記処理容器内へ所望の処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器から余剰の処理ガスを排出するガス排出部と、
前記処理容器内にて複数の基板を積層した状態で載置する基板載置部材と、
前記処理ガスを励起するためのプラズマを生成する、高周波電力が印加される電極と、を有し、
前記電極は、
平行に配置された２本の細長い直線部と、
前記直線部のそれぞれの一端を電気的に短絡させた短絡部と、を備え、
前記直線部が前記基板の側方に、前記基板の主面に対し垂直な方向にわたって延在して配置される基板処理装置が提供される。
処理容器と、
前記処理容器内へ所望の処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器から余剰の処理ガスを排出するガス排出部と、
前記処理容器内にて複数の基板を積層した状態で載置する基板載置部材と、
前記処理ガスを励起するためのプラズマを生成する、高周波電力が印加される電極と、を有し、
前記電極は、
平行に配置された２本の細長い直線部と、
前記直線部のそれぞれの一端を電気的に短絡させた短絡部と、を備え、
前記直線部が前記基板の側方に、前記基板の主面に対し垂直な方向にわたって延在して配置される基板処理装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、
処理容器と、
前記処理容器内へ所望の処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器から余剰の処理ガスを排出するガス排出部と、
前記処理容器内にて複数の基板を積層した状態で載置する基板載置部材と、
前記処理ガスを励起するためのプラズマを生成する、高周波電力が印加される電極と、を有し、
前記電極は、
平行に配置された２本の細長い直線部と、
前記直線部のそれぞれの一端を電気的に短絡させた短絡部と、を備え、
前記直線部が前記基板の側方に、前記基板の主面に対し垂直な方向にわたって延在して配置された基板処理装置を使用して、
前記処理容器内の前記基板載置部材に複数の前記基板を積層した状態で載置し、前記ガス供給部より前記処理容器内へ前記所望の処理ガスを供給し、前記電極に高周波電力を印加してプラズマを生成させて前記基板を処理する工程を備える半導体デバイスの製造方法が提供される。
処理容器と、
前記処理容器内へ所望の処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器から余剰の処理ガスを排出するガス排出部と、
前記処理容器内にて複数の基板を積層した状態で載置する基板載置部材と、
前記処理ガスを励起するためのプラズマを生成する、高周波電力が印加される電極と、を有し、
前記電極は、
平行に配置された２本の細長い直線部と、
前記直線部のそれぞれの一端を電気的に短絡させた短絡部と、を備え、
前記直線部が前記基板の側方に、前記基板の主面に対し垂直な方向にわたって延在して配置された基板処理装置を使用して、
前記処理容器内の前記基板載置部材に複数の前記基板を積層した状態で載置し、前記ガス供給部より前記処理容器内へ前記所望の処理ガスを供給し、前記電極に高周波電力を印加してプラズマを生成させて前記基板を処理する工程を備える半導体デバイスの製造方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
処理容器内に、複数の基板を積層した状態で載置された基板載置部材を搬入する工程と、
前記処理容器内へ所望の処理ガスを供給する工程と、
前記処理容器から余剰の処理ガスを排出する工程と、
前記処理ガスを励起するためのプラズマを生成する工程と、
前記プラズマにより励起された前記処理ガスを前記基板に供給する工程と、を備え、
前記プラズマを生成する工程は、
平行に配置された２本の細長い直線部と、前記直線部のそれぞれの一端を電気的に短絡させた短絡部とを備え、
前記直線部が前記基板の側方に、前記基板の主面に対し垂直な方向にわたって延在して配置された電極に、
高周波電力を印加することで実行される工程である、半導体デバイスの製造方法が提供される。
処理容器内に、複数の基板を積層した状態で載置された基板載置部材を搬入する工程と、
前記処理容器内へ所望の処理ガスを供給する工程と、
前記処理容器から余剰の処理ガスを排出する工程と、
前記処理ガスを励起するためのプラズマを生成する工程と、
前記プラズマにより励起された前記処理ガスを前記基板に供給する工程と、を備え、
前記プラズマを生成する工程は、
平行に配置された２本の細長い直線部と、前記直線部のそれぞれの一端を電気的に短絡させた短絡部とを備え、
前記直線部が前記基板の側方に、前記基板の主面に対し垂直な方向にわたって延在して配置された電極に、
高周波電力を印加することで実行される工程である、半導体デバイスの製造方法が提供される。
次に、本発明の好ましい実施例を説明する。
本発明の好ましい実施例の基板処理装置は、積層された基板を処理する縦型の処理室と、処理用のガスを基板に供給するためのガス供給系と、ガス供給系から基板に供給されるガスを一旦蓄えて、積層された基板にガスを均一に供給するバッファ室とを備え、プラズマを発生させ、電気的に中性な活性種を生成し、複数の基板を一括処理する。
本発明の好ましい実施例の基板処理装置は、積層された基板を処理する縦型の処理室と、処理用のガスを基板に供給するためのガス供給系と、ガス供給系から基板に供給されるガスを一旦蓄えて、積層された基板にガスを均一に供給するバッファ室とを備え、プラズマを発生させ、電気的に中性な活性種を生成し、複数の基板を一括処理する。
そして、プラズマ発生源としてＵ字型の細長い導電性の電極をＵ字型の誘電体の管で覆ってバッファ室の内部に設置し、Ｕ字型の細長い導電性の電極の端部から高周波電力を印加して、Ｕ字型の誘電体の管の内側の空間にプラズマを生成する。
放電電極として、平行に設置した２本の電極の先端を接続し、１ターンのＵ字型のコイルを形成する。これにより、プラズマは放電電極に流れる高周波電流に誘導される誘導結合性プラズマとなり、プラズマの生成部分は高周波電流による磁界部分に限定される。この構造のように平行な２本の放電電極に逆方向に流れる高周波電流による磁界は電極周辺に局在するため、プラズマも電極近傍に制限され、効果的にプラズマ密度を上げることができるようになる。
次に、本発明の好ましい実施例を図面を参照して、さらに詳細に説明する。
まず、本実施例において行った、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いた成膜処理について簡単に説明する。
ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。
即ち、利用する化学反応は、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合ＡＬＤ法ではＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２、ジクロルシラン）とＮＨ３（アンモニア）を用いて３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、ガス供給は、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、処理を２０サイクル行う。）
図４は、本実施例にかかる縦型の基板処理炉を説明するための概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示し、図５は本実施例にかかる縦型の基板処理炉を説明するための概略構成図であり、処理炉部分を横断面で示す。図６は、図５のＣＣ線概略縦断面図であり、図７は、図５のＤＤ線概略縦断面図である。
加熱手段であるヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する反応容器として石英製の反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞されている。反応管２０３およびヒータ２０７の外側には断熱部材２０８が設けられている。断熱部材２０８はヒータ２０７の上方端を覆うように設けられている。少なくとも、ヒータ２０７、断熱部材２０８、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により処理炉２０２を形成している。また、少なくとも、反応管２０３およびシールキャップ２１９により処理室２０１を形成している。シールキャップ２１９には石英キャップ２１８を介して基板保持手段であるボート２１７が立設され、石英キャップ２１８はボート２１７を保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理炉２０２に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に垂直方向に積載される。ヒータ２０７は処理炉２０２に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。
そして、処理炉２０２へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する供給管としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられる。ここではガス供給管２３２ａからは流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁であるバルブ２４３ａを介し、更に後述する反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７を介して処理室２０１に反応ガスが供給され、ガス供給管２３２ｂからは流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁であるバルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃを介し、更に後述するガス供給部２４９を介して処理室２０１に反応ガスが供給される。
２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂには、反応副生成物であるＮＨ４Ｃｌの付着を防ぐために、１２０℃程度まで加熱できる配管ヒータ（図示せず。）を装着している。
処理室２０１は、ガスを排気する排気管であるガス排気管２３１によりバルブ２４３ｄを介して排気手段である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。尚、このバルブ２４３ｄは弁を開閉して処理室２０１の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。
処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられている。バッファ室２３７のウエハ２００と隣接する内側の壁の端部近傍にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ａが設けられている。このガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心へ向けて開口している。このガス供給孔２４８ａは、ウエハ２００の積載方向に沿って下部から上部に所定の長さにわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
そしてバッファ室２３７のガス供給孔２４８ａが設けられた端部と反対側の端部近傍には、ノズル２３３が、やはり反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。そしてノズル２３３にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｂが複数設けられている。複数のガス供給孔２４８ｂは、ガス供給孔２４８ａの場合と同じ所定の長さにわたってウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。そして、複数のガス供給孔２４８ｂと複数のガス供給孔２４８ａとをそれぞれ1対1で対応させて配置している。
また、ガス供給孔２４８ｂの開口面積は、バッファ室２３７と処理炉２０２の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすると良い。
ガス供給孔２４８ｂの開口面積や開口ピッチを上流側から下流にかけて調節することで、まず、各ガス供給孔２４８ｂよりガスの流速の差はあるが、流量はほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこの各ガス供給孔２４８ｂから噴出するガスをバッファ室２３７に噴出させて一旦導入し、ガスの流速差の均一化を行うことができる。
すなわち、バッファ室２３７において、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスはバッファ室２３７で各ガスの粒子速度が緩和された後、ガス供給孔２４８ａより処理室２０１に噴出する。この間に、各ガス供給孔２４８ｂより噴出したガスは、各ガス供給孔２４８ａより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができる。
バッファ室２３７に、Ｕ字型の放電電極３０１が放電電極３０１を保護するＵ字型の電極保護管（電極収容管）３１１に覆われて配設されている。電極保護管３１１は誘電体からなっている。放電電極３０１は、互いに平行に配置された２つの直線部３０２、３０３と、短絡部３０４と、導出部３０５、３０６とからなっている。直線部３０２、３０３は鉛直方向に延在して配置されている。直線部３０２、３０３のそれぞれの上端を短絡して短絡部３０４が配置されている。直線部３０２、３０３のそれぞれの下端には、導出部３０７、３０８がそれぞれ接続されている。直線部３０２、３０３は、ウエハ２００の側方に、ウエハ２００の主面に対し垂直な方向延在して配置されている。
電極保護管３１１は、放電電極３０１をバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７に挿入できる構造となっている。電極保護管３１１の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管３１１に挿入された放電電極３０１はヒータ２０７の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管３１１の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて放電電極３０１の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構（図示せず）が設けられている。なお、電極保護管３１１は反応管２０３に固着されている。
放電電極３０１の一方の端部３０７は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方の端部３０８は基準電位であるアースに接続されている。
高周波電源２７３で発生する高周波電力を放電電極３０１に印加すると、直線部３０２、３０３を覆う電極保護管３１１間の空間のプラズマ生成領域２２４にプラズマを生成し、ノズル２３３のガス供給孔２４８ｂから供給されたガスをプラズマで励起し、励起種をバッファ室２３７の側壁に設けられたガス供給孔２４８ａより反応管２０３内のウエハ２００に供給する。
高周波電源２７３で発生する高周波電力を放電電極３０１に印加すると、直線部３０２、３０３を覆う電極保護管３１１間の空間のプラズマ生成領域２２４にプラズマを生成し、ノズル２３３のガス供給孔２４８ｂから供給されたガスをプラズマで励起し、励起種をバッファ室２３７の側壁に設けられたガス供給孔２４８ａより反応管２０３内のウエハ２００に供給する。
放電電極３０１の直線部３０２、３０３を互いに平行に配置し、直線部３０２、３０３の一端部同士を短絡した構造とすることにより、直線部３０２、３０３に高周波電流が互いに逆方向に流れるようなる。その結果、２本の直線部３０２、３０３の外部では高周波電流による磁界は直線部３０２、３０３から離れると急激に減衰する。発生磁界は直線部３０２、３０３間の内側に局在し、その結果、直線部３０２、３０３間の内側に局在した高密度プラズマが得られる。また、直線部３０２、３０３間は直線形状であり、互いに平行に配置されているので、直線部３０２、３０３の延在方向のプラズマ密度は一定となるので、直線部３０２、３０３の延在方向にそって積層したウエハ２００については、ウエハ２００間で均一な処理が施すことができる。
このように、プラズマは３０１放電電極に流れる高周波電流に誘導される誘導結合性プラズマとなり、プラズマの生成部分は高周波電流による磁界部分に限定される。平行な２本の直線部３０２、３０３に逆方向に流れる高周波電流による磁界は直線部３０２、３０３周辺に局在するため、プラズマも直線部３０２、３０３近傍に制限され、効果的にプラズマ密度を上げることができるようになる。
また、本実施例では、直線部３０２、３０３は、ウエハ２００の測方に、ウエハ２００の主面に対し垂直な方向に沿って配置されている。図８、図９を参照すれば、誘導結合型電極である直線部３０２、３０３には高周波電流３３３が流れ、直線部３０２、３０３を中心に同心円状に磁界３３１が発生している。直線部３０２、３０３は、ウエハ２００の主面に対し垂直な方向に沿って配置されているので、発生している磁界３３１はウエハ２００を貫くことなく、ウエハに悪影響を与えるような渦電流３３２は発生せず、ウエハ２００にダメージは与えない。
これに対して、直線部３０２、３０３を、ウエハ２００の主面に平行に配置した場合は、図１０、図１１を参照すれば、ウエハ２００の上部に位置する誘導結合型電極である直線部３０２、３０３には高周波電流３３３が流れ、直線部３０２、３０３を中心に同心円状の磁界３３１が発生する。直線部３０２、３０３は、ウエハ２００の主面に平行に配置されているので、発生している磁界３３１はウエハ２００を貫くように生成される。ウエハ２００を貫通した磁界３３１はウエハ２００表面に渦電流３３２を発生させる。高周波の渦電流３３２は殊に導体表面に集中し、ウエハ２００表面に形成されている膜にダメージをあたえる。さらに、ウエハ２００の表面には通常は回路を構成するパターンが形成されており、高周波の渦電流３３２は回路パターン上を流れることとなり、その結果、パターンに接続されている能動素子の破壊をひきおこす場合も生じる。
ガス供給孔２４８ａの位置より、反応管２０３の内周を１２０°程度回った内壁に、ガス供給部２４９が設けられている。このガス供給部２４９は、ＡＬＤ法による成膜においてウエハ２００へ、複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室２３７とガス供給種を分担する供給部である。
このガス供給部２４９もバッファ室２３７と同様にウエハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｃを有し、下部ではガス供給管２３２ｂが接続されている。
ガス供給孔２４８ｃの開口面積はバッファ室２３７と処理室２０１の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくすると良い。
反応管２０３内の中央部には複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で鉛直方向に載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構により反応管２０３に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上するためにボート２１７を回転するための回転手段であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより、石英キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。
制御手段であるコントローラ３２１は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１２１、高周波電源２７３、整合器２７２に接続されており、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃの開閉動作、バルブ２４３ｄの開閉及び圧力調整動作、レギュレータ３０２の開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７の温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータ１２１の昇降動作制御、高周波電極２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御が行われる。
次にＡＬＤ法による成膜例について、ＤＣＳ及びＮＨ３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。
まず成膜しようとするウエハ２００をボート２１７に装填し、処理炉２０２に搬入する。搬入後、次の３つのステップを順次実行する。
［ステップ１］
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ３ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを併行して流す。まずガス供給管２３２ａに設けたバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けたバルブ２４３ｄを共に開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、放電電極３０１に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ３をプラズマ励起し、活性種として処理室２０１に供給しつつガス排気管２３１から排気する。ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、バルブ２４３ｄを適正に調整して処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７の温度はウエハが５００〜６００℃になるよう設定してある。ＮＨ３は反応温度が高いため、上記ウエハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウエハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ３ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを併行して流す。まずガス供給管２３２ａに設けたバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けたバルブ２４３ｄを共に開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをノズル２３３のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、放電電極３０１に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ３をプラズマ励起し、活性種として処理室２０１に供給しつつガス排気管２３１から排気する。ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、バルブ２４３ｄを適正に調整して処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７の温度はウエハが５００〜６００℃になるよう設定してある。ＮＨ３は反応温度が高いため、上記ウエハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウエハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。
このＮＨ３をプラズマ励起することにより活性種として供給しているとき、ガス供給管２３２ｂの上流側のバルブ２４３ｂを開け、下流側のバルブ２４３ｃを閉めて、ＤＣＳも流すようにする。これによりバルブ２４３ｂ、２４３ｃ間に設けたガス溜め２４７にＤＣＳを溜める。このとき、処理室２０１内に流しているガスはＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。したがって、ＮＨ３は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ３はウエハ２００上の下地膜と表面反応する。
［ステップ２］
ステップ２では、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ３の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へ供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら上流側のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ３を処理室２０１から排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留ＮＨ３を排除する効果が高まる。ガス溜め２４７内には、圧力が２００００Ｐａ以上になるようにＤＣＳを溜める。また、ガス溜め２４７と処理室２０１との間のコンダクタンスが１．５×１０−３ｍ３／ｓ以上になるように装置を構成する。また、反応管２０３の容積とこれに対する必要なガス溜め２４７の容積との比として考えると、反応管２０３の容積１００１（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め２４７は反応室容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。
ステップ２では、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ３の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へ供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら上流側のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ３を処理室２０１から排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留ＮＨ３を排除する効果が高まる。ガス溜め２４７内には、圧力が２００００Ｐａ以上になるようにＤＣＳを溜める。また、ガス溜め２４７と処理室２０１との間のコンダクタンスが１．５×１０−３ｍ３／ｓ以上になるように装置を構成する。また、反応管２０３の容積とこれに対する必要なガス溜め２４７の容積との比として考えると、反応管２０３の容積１００１（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め２４７は反応室容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。
［ステップ３］
ステップ３では、処理室２０１の排気が終わったらガス排気管２３１のバルブ２４３ｃを閉じて排気を止める。ガス供給管２３２ｂの下流側のバルブ２４３ｃを開く。これによりガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理室２０１に一気に供給される。このときガス排気管２３１のバルブ２４３ｄが閉じられているので、処理室２０１内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とした。このときのウエハ温度はＮＨ３の供給時と同じく、５００〜６００℃である。ＤＣＳの供給により、下地膜上のＮＨ３とＤＣＳとが表面反応して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、バルブ２４３ｃを閉じ、バルブ２４３ｄを開けて処理室２０１を真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。またバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。
ステップ３では、処理室２０１の排気が終わったらガス排気管２３１のバルブ２４３ｃを閉じて排気を止める。ガス供給管２３２ｂの下流側のバルブ２４３ｃを開く。これによりガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理室２０１に一気に供給される。このときガス排気管２３１のバルブ２４３ｄが閉じられているので、処理室２０１内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とした。このときのウエハ温度はＮＨ３の供給時と同じく、５００〜６００℃である。ＤＣＳの供給により、下地膜上のＮＨ３とＤＣＳとが表面反応して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、バルブ２４３ｃを閉じ、バルブ２４３ｄを開けて処理室２０１を真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。またバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。
上記ステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。
なお、ＡＬＤ装置では、ガスは下地膜表面に吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力、及びガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量のガスを、短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施例では、バルブ２４３ｄを閉めたうえで、ガス溜め２４７内に溜めたＤＣＳを瞬間的に供給しているので、処理室２０１内のＤＣＳの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。
また、本実施例では、ガス溜め２４７にＤＣＳを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び処理室２０１の排気をしているので、ＤＣＳを溜めるための特別なステップを必要としない。また、処理室２０１内を排気してＮＨ３ガスを除去しているからＤＣＳを流すので、両者はウエハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウエハ２００に吸着しているＮＨ３とのみ有効に反応させることができる。
次に、図７、図８を参照して本実施例の基板処理装置の概略を説明する。
筐体１０１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。又、カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共にカセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられクリーンエアを筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。
筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられ、処理炉２０２の下方には基板としてのウエハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート２１７を処理炉２０２に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられ、ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられボート２１７を垂直に支持している。ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウエハ移載機１１２が取りつけられている。又、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち処理炉２０２の下側を気密に閉塞する閉塞手段としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
ウエハ２００が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５にウエハ２００が上向き姿勢で搬入され、ウエハ２００が水平姿勢となるようカセットステージ１０５で９０°回転させられる。更に、カセット１００は、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及びカセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働によりカセットステージ１０５からカセット棚１０９又は予備カセット棚１１０に搬送される。
カセット棚１０９にはウエハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３があり、ウエハ２００が移載に供されるカセット１００はカセットエレベータ１１５、カセット移載機１１４により移載棚１２３に移載される。
カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により移載棚１２３から降下状態のボート２１７にウエハ２００を移載する。
ボート２１７に所定枚数のウエハ２００が移載されるとボートエレベータ１２１によりボート２１７が処理炉２０２に挿入され、シールキャップ２１９により処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内ではウエハ２００が加熱されると共に処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウエハ２００に処理がなされる。
ウエハ２００への処理が完了すると、ウエハ２００は上記した作動の逆の手順により、ボート２１７から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００はカセット移載機１１４により移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により筐体１０１の外部に搬出される。炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が降下状態の際に処理炉２０２の下面を気密に閉塞し、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
なお、カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。
明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む２００５年３月１日提出の日本国特許出願２００５−０５６３１４号の開示内容全体は、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限り、そのまま引用してここに組み込まれる。
種々の典型的な実施の形態を示しかつ説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の請求の範囲によってのみ限定されるものである。
以上説明したように、本発明の好ましい形態によれば、プラズマによって生成される活性種量を増大することができる。
その結果、本発明は、半導体ウエハを処理する基板処理装置および半導体デバイスの製造方法に特に好適に利用できる。
その結果、本発明は、半導体ウエハを処理する基板処理装置および半導体デバイスの製造方法に特に好適に利用できる。
Claims (8)
- 処理容器と、
前記処理容器内へ所望の処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器から余剰の処理ガスを排出するガス排出部と、
前記処理容器内にて複数の基板を積層した状態で載置する基板載置部材と、
前記処理ガスを励起するためのプラズマを生成する、高周波電力が印加される電極と、を有し、
前記電極は、
平行に配置された２本の細長い直線部と、
前記直線部のそれぞれの一端を電気的に短絡させた短絡部と、を備え、
前記直線部が前記基板の側方に、前記基板の主面に対し垂直な方向にわたって延在して配置される基板処理装置。 - 前記電極の２本の直線部の少なくとも一部と短絡部とが前記処理容器内に配置され、前記処理容器内に配置された前記電極を前記処理容器内に対し気密に収容する収容管を更に有し、
前記収容管は、前記２本の直線部に挟まれる空間の一部を前記処理容器内の雰囲気と連通するように前記直線部を収容する請求項１記載の基板処理装置。 - 前記直線部と短絡部とを含む電極がＵ字形状で構成され、前記収容管もＵ字形状で構成される請求項１記載の基板処理装置。
- 前記２本の直線部に挟まれる空間の一部にプラズマが生成される請求項１または２記載の基板処理装置。
- 前記電極の２本の直線部の少なくとも一部が互いに平行に配置されている請求項１または２記載の基板処理装置。
- 前記反応容器の内壁と前記基板の周縁部との間における空間に、前記反応容器の内壁に基板の積載方向に沿って、前記処理ガスの分散空間であるバッファ室が設けられ、
前記電極の２本の直線部の少なくとも一部と短絡部とが前記バッファ室内に配置され、
前記バッファ室内においてプラズマが生成される請求項１または２記載の基板処理装置。 - 処理容器と、
前記処理容器内へ所望の処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器から余剰の処理ガスを排出するガス排出部と、
前記処理容器内にて複数の基板を積層した状態で載置する基板載置部材と、
前記処理ガスを励起するためのプラズマを生成する、高周波電力が印加される電極と、を有し、
前記電極は、
平行に配置された２本の細長い直線部と、
前記直線部のそれぞれの一端を電気的に短絡させた短絡部と、を備え、
前記直線部が前記基板の側方に、前記基板の主面に対し垂直な方向にわたって延在して配置された基板処理装置を使用して、
前記処理容器内の前記基板載置部材に複数の前記基板を積層した状態で載置し、前記ガス供給部より前記処理容器内へ前記所望の処理ガスを供給し、前記電極に高周波電力を印加してプラズマを生成させて前記基板を処理する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 - 処理容器内に、複数の基板を積層した状態で載置された基板載置部材を搬入する工程と、
前記処理容器内へ所望の処理ガスを供給する工程と、
前記処理容器から余剰の処理ガスを排出する工程と、
前記処理ガスを励起するためのプラズマを生成する工程と、
前記プラズマにより励起された前記処理ガスを前記基板に供給する工程と、を備え、
前記プラズマを生成する工程は、
平行に配置された２本の細長い直線部と、前記直線部のそれぞれの一端を電気的に短絡させた短絡部とを備え、
前記直線部が前記基板の側方に、前記基板の主面に対し垂直な方向にわたって延在して配置された電極に、
高周波電力を印加することで実行される工程である、
半導体デバイスの製造方法。
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