JPWO2015199111A1 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
表面に酸化膜が形成された基板を準備する工程と、
前記酸化膜の表面を前処理する工程と、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うか、前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素および窒素を含むガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うか、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記前処理後の前記酸化膜の表面上に、炭素を含む窒化膜を形成する工程と、
を有する技術が提供される。
以下、本発明の第1実施形態について、主に図1〜図4を用いて説明する。
まず、第1基板処理部としての基板処理装置の構成について、図1〜図3を用いて説明する。図1に示すように、処理炉202は加熱機構(温度調整部)としてのヒータ207を有する。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。ヒータ207は、後述するようにガスを熱で活性化(励起)させる活性化機構(励起部)としても機能する。
上述の基板処理装置を用い、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、酸化膜が形成された基板上に、保護膜として、Cを含む窒化膜を形成するシーケンス例について、図4を用いて説明する。以下の説明において、基板処理装置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。
表面に酸化膜としてのシリコン酸化膜(SiO膜)が形成された基板としてのウエハ200を準備するステップ(基板準備ステップ)と、
SiO膜の表面を前処理するステップ(前処理ステップ)と、
ウエハ200に対して原料ガスとしてDCSガスを供給するステップ1と、ウエハ200に対してC含有ガスとしてC3H6ガスを供給するステップ2と、ウエハ200に対してN含有ガスとしてNH3ガスを供給するステップ3と、を非同時に(交互に)行うサイクルを所定回数(n回)行うことで、前処理後のSiO膜の表面上に、保護膜として、Cを含むシリコン窒化膜(SiN膜)を形成するステップ(保護膜形成ステップ)と、
を行う。Cを含むSiN膜を、Cが添加(ドープ)されたSiN膜、或いは、C含有SiN膜ともいう。
ウエハ200に対してDCSガスを供給するステップ1pと、ウエハ200に対してC3H6ガスを供給するステップ2pと、ウエハ200に対してNH3ガスを供給するステップ3pと、を非同時に行うサイクルを所定回数(m回)行い、
この際、SiO膜を酸素源(Oソース)として用いることで、SiO膜の表面上に、シード層として、OおよびCを含むシリコン窒化層(SiN層)を形成する。OおよびCを含むSiN層を、Cが添加されたシリコン酸窒化層(SiON層)、或いは、C含有SiON層ともいう。
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に示すように、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)される。この状態で、シールキャップ219はOリング220を介して反応管203の下端をシールした状態となる。
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(減圧排気)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244がフィードバック制御される。真空ポンプ246は、少なくともウエハ200に対する処理が終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内のウエハ200が所望の成膜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への通電具合がフィードバック制御される。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に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。また、回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転を開始する。回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転は、少なくとも、ウエハ200に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
その後、次の3つのステップ、すなわち、ステップ1p〜3pを実行する。
このステップでは、処理室201内のウエハ200に対し、DCSガスを供給する。
ステップ1pが終了した後、処理室201内のウエハ200に対し、C3H6ガスを供給する。
ステップ2pが終了した後、処理室201内のウエハ200に対し、NH3ガスを供給する。
上述したステップ1p〜3pを非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを1回以上(m回)行うことにより、ウエハ200(SiO膜)上に、シード層として、所定組成および所定膜厚のOおよびCを含むSiN層を形成することができる。シード層は、後述する保護膜形成ステップにおいて、下地のSiO膜から保護膜へのOの拡散を抑制するブロック層(拡散バリア層)として機能することとなる。
シード層の形成が完了したら、上述したようにステップ1〜3を実施する。ステップ1〜3の処理手順、処理条件は、例えば、ステップ1p〜3pの処理手順、処理条件と同様とすることができる。保護膜形成ステップでは、SiO膜からのOの拡散が、上述のシード層によって抑制されることとなる。そのため、ステップ1〜3を実施することで、シード層上には、O非含有のCを含むSiN層(O非含有のC含有SiN層)が形成されることとなる。
保護膜の形成が完了したら、ガス供給管243d,243eのそれぞれからN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。N2ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室201内がパージされ、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(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、反応管203の下端が開口される。そして、処理済のウエハ200が、ボート217に支持された状態で、反応管203の下端から反応管203の外部に搬出される(ボートアンロード)。処理済のウエハ200は、ボート217より取出される(ウエハディスチャージ)。
処理室201内からウエハ200を搬出した後、成膜処理後のウエハ200に対し、さらなる成膜処理やレジストパターンの形成処理等を行う。そして、これらの処理を施した後のウエハ200を、第2基板処理部としてのエッチング装置が備える反応室(第2処理室)内に搬入する。そして、反応室内が所定の処理圧力、処理温度となるように制御された状態で、反応室内のウエハ200に対し、エッチャントとしてエッチングガスを供給することで、ウエハ200表面に形成された薄膜等に対してエッチング処理を行う。このとき、ウエハ200上に形成したC含有SiN膜は、その下地であるSiO膜を保護する保護膜として機能することとなる。
N2ガスの流量:1000〜8000sccm、好ましくは7000〜8000sccm
反応室内の圧力:133〜26600Pa、好ましくは13300〜26600Pa
反応室内の温度:50〜100℃、好ましくは50〜75℃
処理時間:0.5〜10分、好ましくは0.5〜1分
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果が得られる。
本実施形態における成膜処理のシーケンスは、図4に示す態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。
前処理ステップでは、シード層として、OおよびC非含有のSiN層(以下、O非含有のSiN層、もしくは、単にSiN層ともいう)を形成するようにしてもよい。
前処理ステップでは、ウエハ200に対して改質ガスを供給することで、SiO膜の表面を改質するようにしてもよい。
前処理ステップや保護膜形成ステップでは、ウエハ200に対して原料ガスを供給するステップと、ウエハ200に対してCおよびNを含むガスを供給するステップと、を非同時に行うサイクルを所定回数(n回)行うようにしてもよい。原料ガスとしては、例えばHCDSガスのようなクロロシラン原料ガスを用いることができ、CおよびNを含むガスとしては、例えばトリエチルアミン((C2H5)3N、略称:TEA)ガスのようなアミン系ガスを用いることができる。この場合、シード層として、OおよびCを含むSiN層が形成されることとなる。CおよびNを含むガスの供給条件は、例えば、図4に示す成膜シーケンスのステップ3pにおけるN含有ガスの供給条件と同様とすることができる。本変形例の成膜シーケンスは、以下のように示すこともできる。
前処理ステップを行わず、保護膜としてのC含有SiN膜を、SiO膜の表面上に直接形成するようにしてもよい。本変形例においても、図4に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。すなわち、SiN膜中にCを添加することで、保護膜を薄膜化させた場合であっても、この膜を、ピンホールフリーの膜とすることが可能となる。
C含有SiN膜を形成した後、同一の処理室201内で、すなわち、in−situにて、C含有SiN膜の表面にキャップ層を形成してもよい。
以下、本発明の第2実施形態について、主に図13(a)〜図13(c)を用いて説明する。
熱処理温度:700〜800℃
処理圧力:大気圧
アニールガス(N2ガス)の流量:100〜10000sccm
処理時間:30〜180分
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。但し、本発明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。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
表面に酸化膜が形成された基板を準備する工程と、
前記酸化膜の表面を前処理する工程と、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に(交互に)行うサイクルを所定回数(n回)行うか、前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素および窒素を含むガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数(n回)行うか、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数(n回)行うことで、前記前処理後の前記酸化膜の表面上に、(保護膜として、)炭素を含む窒化膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記前処理する工程では、前記酸化膜の表面上に、(シード層として、)酸素および炭素を含む窒化層、または、酸素および炭素非含有の窒化層を形成する。
付記2に記載の方法であって、好ましくは、
前記前処理する工程では、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数(m回)行うか、前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素および窒素を含むガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数(m回)行うか、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数(m回)行い、
この際、前記酸化膜を酸素源として用いることで、前記酸素および炭素を含む窒化層を形成する。
付記2に記載の方法であって、好ましくは、
前記前処理する工程では、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対してプラズマ励起させた窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数(m回)行うことで前記酸素および炭素非含有の窒化層を形成する。
付記2に記載の方法であって、好ましくは、
前記前処理する工程では、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数(m回)行った後、前記基板に対してプラズマ励起させた窒素含有ガスを供給する工程を行うことで前記酸素および炭素非含有の窒化層を形成する。
付記2に記載の方法であって、好ましくは、
前記前処理する工程では、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うセットを所定回数(m1回)行う工程と、
前記基板に対してプラズマ励起させた窒素含有ガスを供給する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数(m2回)行うことで前記酸素および炭素非含有の窒化層を形成する。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記前処理する工程では、前記基板に対して改質ガスを供給することで、前記酸化膜の表面を改質する。
付記1乃至7のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記前処理する工程および前記炭素を含む窒化膜を形成する工程は、前記基板を処理室内に収容した状態で行われ、
前記炭素を含む窒化膜を形成する工程を実施した後、同一の前記処理室内で、すなわち、前記炭素を含む窒化膜が形成された前記基板を前記処理室内から取り出すことなく前記処理室内に収容した状態で、前記炭素を含む窒化膜の表面にキャップ層を形成する工程を、さらに有する。
付記1乃至8のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記炭素を含む窒化膜の厚さを0.2nm以上10nm以下、好ましくは0.5nm以上10nm以下、より好ましくは1nm以上10nm以下とする。さらに好ましくは、前記炭素を含む窒化膜の膜厚を0.2nm以上3nm以下、好ましくは0.5nm以上3nm以下、より好ましくは1nm以上3nm以下とする。
付記1乃至9のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記炭素を含む窒化膜中の炭素濃度を3atomic%以上10atomic%以下、好ましくは5atomic%以上9atomic%以下、より好ましくは7atomic%以上8atomic%以下とする。
付記1乃至10のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
さらに、前記炭素を含む窒化膜が形成された前記基板に対してエッチング処理を行う工程を有する。
付記1乃至11のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記基板の表面には凹部が形成され、
前記凹部内の表面には前記酸化膜が形成されており、
前記炭素を含む窒化膜を形成する工程では、前記酸化膜が形成された前記凹部内を埋めるように前記炭素を含む窒化膜を形成し、
前記炭素を含む窒化膜を形成した後、前記炭素を含む窒化膜を形成する工程での前記基板の温度よりも高い温度条件下で前記基板を熱処理する工程をさらに有する。
本発明の他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内の基板に対してガスを供給する供給系と、
前記処理室内に、表面に酸化膜が形成された基板を準備して、前記酸化膜の表面を前処理した後、前記基板に対して原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する処理と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うか、前記基板に対して原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して炭素および窒素を含むガスを供給する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うか、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記前処理後の前記酸化膜の表面上に炭素を含む窒化膜を形成する処理を行わせるように、前記供給系を制御するよう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。
本発明のさらに他の態様によれば、
表面に酸化膜が形成された基板を準備する手順と、
前記酸化膜の表面を前処理する手順と、
前記基板に対して原料ガスを供給する手順と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する手順と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する手順と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うか、前記基板に対して原料ガスを供給する手順と、前記基板に対して炭素および窒素を含むガスを供給する手順と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うか、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する手順と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する手順と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記前処理後の前記酸化膜の表面上に、炭素を含む窒化膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム、または、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
表面に形成された凹部内の表面に酸化膜が形成された基板を準備する工程と、
前記酸化膜が形成された前記凹部内を埋めるように(保護膜として)炭素を含む窒化膜を形成する工程と、
前記炭素を含む窒化膜を形成する工程での前記基板の温度よりも高い温度条件下で前記基板を熱処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。
付記15に記載の方法であって、
前記熱処理する工程では、前記炭素を含む窒化膜から一部の炭素を脱離させる。
付記15又は16に記載の方法であって、好ましくは、
前記熱処理する工程では、前記凹部内の表面に形成した前記炭素を含む窒化膜を隙間なく接合させる。
付記15乃至17のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記凹部のアスペクト比(深さ/内径)が5以上100以下である。より好ましくは、前記凹部のアスペクト比(深さ/内径)が20以上100以下である。さらに好ましくは、前記凹部のアスペクト比(深さ/内径)が50以上100以下である。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内の基板に対してガスを供給する供給系と、
前記処理室内の基板を加熱する加熱機構と、
前記処理室内に、表面に形成された凹部内の表面に酸化膜が形成された基板を準備した後、前記基板に対して処理ガスを供給することで前記酸化膜が形成された前記凹部内を埋めるように炭素を含む窒化膜を形成する処理と、前記炭素を含む窒化膜を形成する処理での前記基板の温度よりも高い温度条件下で前記基板を熱処理する処理と、を行わせるように、前記供給系および前記加熱機構を制御するよう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。
本発明のさらに他の態様によれば、
表面に形成された凹部内の表面に酸化膜が形成された基板を準備する手順と、
前記酸化膜が形成された前記凹部内を埋めるように炭素を含む窒化膜を形成する手順と、
前記炭素を含む窒化膜を形成する工程での前記基板の温度よりも高い温度条件下で前記基板を熱処理する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム、または、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
200 ウエハ(基板)
201 処理室
202 処理炉
203 反応管
207 ヒータ
231 排気管
232a〜232e ガス供給管
Claims (14)
- 表面に酸化膜が形成された基板を準備する工程と、
前記酸化膜の表面を前処理する工程と、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うか、前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素および窒素を含むガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うか、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記前処理後の前記酸化膜の表面上に、炭素を含む窒化膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記前処理する工程では、前記酸化膜の表面上に、酸素および炭素を含む窒化層、または、酸素および炭素非含有の窒化層を形成する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記前処理する工程では、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うか、前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素および窒素を含むガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うか、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行い、
この際、前記酸化膜を酸素源として用いることで、前記酸素および炭素を含む窒化層を形成する請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記前処理する工程では、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対してプラズマ励起させた窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで前記酸素および炭素非含有の窒化層を形成する請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記前処理する工程では、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行った後、前記基板に対してプラズマ励起させた窒素含有ガスを供給する工程を行うことで前記酸素および炭素非含有の窒化層を形成する請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記前処理する工程では、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に行うセットを所定回数行う工程と、
前記基板に対してプラズマ励起させた窒素含有ガスを供給する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで前記酸素および炭素非含有の窒化層を形成する請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記前処理する工程では、前記基板に対して改質ガスを供給することで、前記酸化膜の表面を改質する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記前処理する工程および前記炭素を含む窒化膜を形成する工程は、前記基板を処理室内に収容した状態で行われ、
前記炭素を含む窒化膜を形成する工程を実施した後、同一の前記処理室内で、前記炭素を含む窒化膜の表面にキャップ層を形成する工程をさらに有する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記炭素を含む窒化膜の厚さを0.2nm以上10nm以下とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記炭素を含む窒化膜中の炭素濃度を3atomic%以上10atomic%以下とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- さらに、前記炭素を含む窒化膜が形成された前記基板に対してエッチング処理を行う工程を有する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板の表面には凹部が形成され、
前記凹部内の表面には前記酸化膜が形成されており、
前記炭素を含む窒化膜を形成する工程では、前記酸化膜が形成された前記凹部内を埋めるように前記炭素を含む窒化膜を形成し、
前記炭素を含む窒化膜を形成した後、前記炭素を含む窒化膜を形成する工程での前記基板の温度よりも高い温度条件下で前記基板を熱処理する工程をさらに有する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 基板を処理する処理室と、
前記処理室内の基板に対してガスを供給する供給系と、
前記処理室内に、表面に酸化膜が形成された基板を準備して、前記酸化膜の表面を前処理した後、前記基板に対して原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する処理と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うか、前記基板に対して原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して炭素および窒素を含むガスを供給する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うか、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記前処理後の前記酸化膜の表面上に、炭素を含む窒化膜を形成する処理を行わせるように、前記供給系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 - 表面に酸化膜が形成された基板を準備する手順と、
前記酸化膜の表面を前処理する手順と、
前記基板に対して原料ガスを供給する手順と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する手順と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する手順と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うか、前記基板に対して原料ガスを供給する手順と、前記基板に対して炭素および窒素を含むガスを供給する手順と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うか、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する手順と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する手順と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記前処理後の前記酸化膜の表面上に、炭素を含む窒化膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。
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