JPWO2018088003A1 - 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
基板に対して第1ノズルより原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して前記第1ノズルとは異なる第2ノズルより第1の酸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基板上に酸化膜を形成する工程を有し、
前記原料ガスを供給する工程は、前記基板に対して、前記第1ノズルおよび前記第2ノズルとはそれぞれ異なる第3ノズルより第2の酸素含有ガスを供給する期間を含む技術が提供される。
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図5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、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、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ200上にシリコン酸化膜(SiO膜)を形成するシーケンス例について、図4(a)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。
ウエハ200に対してノズル249aよりHCDSガスを供給するステップ1と、
ウエハ200に対してノズル249bよりO2ガスを供給するステップ2と、
を非同時に行うサイクルを所定回数(1回以上)行うことで、ウエハ200上に、SiおよびOを含む膜としてSiO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、シャッタ開閉機構115sによりシャッタ219sが移動させられて、マニホールド209の下端開口が開放される(シャッタオープン)。その後、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内へ搬入(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220bを介してマニホールド209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によって処理室201内が真空排気(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。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。また、回転機構267によるウエハ200の回転を開始する。処理室201内の排気、ウエハ200の加熱および回転は、いずれも、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、以下のステップ1,2を順次実行する。
このステップでは、処理室201内のウエハ200に対してHCDSガスとO2ガスとを異なるノズルより同時に供給する。
成膜圧力(処理室201内の圧力):0.1〜20Torr(13.3〜2666Pa)、好ましくは、1〜10Torr(133〜1333Pa)
HCDSガス供給流量:1〜2000sccm、好ましくは、10〜1000sccm
O2ガス供給流量F1(ノズル249c):1〜1000sccm、好ましくは、1〜500sccm
N2ガス供給流量(各ガス供給管):100〜10000sccm
成膜温度(ウエハ200の温度):450〜1000℃、好ましくは、600〜1000℃、より好ましくは700〜900℃
各ガス供給時間:1〜100秒、好ましくは1〜50秒
が例示される。
ステップ1が終了した後、処理室201内のウエハ200に対してO2ガスとH2ガスとを異なるノズルより同時に供給する。
成膜圧力(処理室201内の圧力):0.1〜10Torr(13.3〜1333Pa)、好ましくは、0.1〜3Torr(13.3〜399Pa)
O2ガス供給流量F2(ノズル249b):2000〜10000sccm
H2ガス供給流量(ノズル249a):2000〜10000sccm
各ガス供給時間:1〜100秒、好ましくは、1〜50秒
が例示される。他の処理条件は、ステップ1における処理条件と同様とする。
ステップ1,2を非同時に、すなわち、同期させることなく交互に行うサイクルを所定回数(n回(nは1以上の整数))行うことにより、ウエハ200上に、所定膜厚のSiO膜を形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、1サイクルあたりに形成される第2層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第2層を積層することで形成されるSiO膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。
SiO膜の形成が終了した後、ガス供給管232d〜232fのそれぞれからN2ガスを処理室201内へ供給し、排気口231aより排気する。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等が処理室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)。
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、マニホールド209の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ200が、ボート217に支持された状態で、マニホールド209の下端から反応管203の外部に搬出(ボートアンロード)される。ボートアンロードの後は、シャッタ219sが移動させられ、マニホールド209の下端開口がOリング220cを介してシャッタ219sによりシールされる(シャッタクローズ)。処理済のウエハ200は、反応管203の外部に搬出された後、ボート217より取出される(ウエハディスチャージ)。
本実施形態によれば、以下に示す一つ又は複数の効果が得られる。
本実施形態における成膜シーケンスは、以下に示す変形例のように変更することができる。
ノズル249cからのO2ガスの供給は、ステップ1におけるHCDSガスの供給期間中だけでなく、他の期間中においても行うようにしてもよい。例えば、図4(b)に示すように、ノズル249cからのO2ガスの供給を、ステップ1におけるHCDSガスの供給期間中にのみ、すなわち、間欠的に行うのではなく、サイクル全体にわたり途切れることなく連続的に行うようにしてもよい。本変形例においても、図4(a)に示す成膜シーケンスと同様の効果が得られる。また、本変形例のように処理室201内へ微量のO2ガスを常時供給することにより、処理室201の内壁等に付着した未反応のHCDS(残留HCDS)の失活を促し、残留HCDSによる成膜処理への悪影響を防止することが可能となる。なお、ノズル249cからのO2ガスの供給流量は、上述のステップ1におけるO2ガスの供給流量と同様とすることができる。
以下に示す成膜シーケンスのように、アミノシラン原料ガスとO3ガスとを用い、中温条件下でSiO膜を形成するようにしてもよい。また、アミノシラン原料ガスとプラズマ励起させたO2ガス(以下、O2 *とも称する)と、を用い、低温条件下でSiO膜を形成するようにしてもよい。また、アミノシラン原料ガスの代わりに上述の水素化ケイ素ガスを用いてもよい。
(BDEAS+O2→O2 *)×n ⇒ SiO
(3DMAS+O2→O3)×n ⇒ SiO
(BTBAS+O2→O2 *)×n ⇒ SiO
(SiH4+O2→O3)×n ⇒ SiO
(Si2H6+O2→O2 *)×n ⇒ SiO
以下に示す成膜シーケンスのように、反応ガスとして、アンモニア(NH3)ガス等のN含有ガスや、トリエチルアミン((C2H5)3N、略称:TEA)ガス等のNおよびC含有ガスや、プロピレン(C3H6)ガス等のC含有ガスや、トリクロロボラン(BCl3)ガス等のB含有ガスをさらに用い、ウエハ200上に、シリコン酸窒化膜(SiON膜)、シリコン酸炭化膜(SiOC膜)、シリコン酸炭窒化膜(SiOCN膜)、シリコン硼酸炭窒化膜(SiBOCN膜)、シリコン硼酸窒化膜(SiBON膜)等を形成するようにしてもよい。
(HCDS+O2→TEA→O2)×n ⇒ SiOC
(HCDS+O2→C3H6→NH3)×n ⇒ SiOCN
(HCDS+O2→C3H6→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
(HCDS+O2→BCl3→C3H6→NH3)×n ⇒ SiBOCN
(HCDS+O2→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBON
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、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。
(HfCl4+O2→H2O)×n ⇒ HfO
(TaCl5+O2→H2O)×n ⇒ TaO
(TMA+O2→H2O)×n ⇒ AlO
249a ノズル(第1ノズル)
249b ノズル(第2ノズル)
249c ノズル(第3ノズル)
Claims (16)
- 基板に対して第1ノズルより原料ガスを供給する工程と、
前記基板に対して前記第1ノズルとは異なる第2ノズルより第1の酸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基板上に酸化膜を形成する工程を有し、
前記原料ガスを供給する工程は、前記基板に対して、前記第1ノズルおよび前記第2ノズルとはそれぞれ異なる第3ノズルより第2の酸素含有ガスを供給する期間を含む半導体装置の製造方法。 - 前記第1ノズルと前記第3ノズルとの距離Bを、前記第1ノズルと前記第2ノズルとの距離Aよりも大きくする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3ノズルを、前記第2ノズルよりも前記第1ノズルから離れた位置に配置する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1ノズル、前記第3ノズル、および前記基板の中心で形成される扇形の中心角θ2を、前記第1ノズル、前記第2ノズル、および前記基板の中心で形成される扇形の中心角θ1よりも大きくする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 1サイクルあたりの前記第2の酸素含有ガスの供給量を、1サイクルあたりの前記第1の酸素含有ガスの供給量よりも小さくする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 1サイクルあたりの前記第2の酸素含有ガスの供給流量を、1サイクルあたりの前記第1の酸素含有ガスの供給流量よりも小さくする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 1サイクルあたりの前記第2の酸素含有ガスの供給流量を、1サイクルあたりの前記第1の酸素含有ガスの供給流量の1/20以上1/2以下の大きさとする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板上に前記酸化膜を形成する工程では、前記第3ノズルからの前記第2の酸素含有ガスの供給を連続的に行う請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 1サイクルあたりの前記第2の酸素含有ガスの供給時間を、1サイクルあたりの前記第1の酸素含有ガスの供給時間よりも短くする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の酸素含有ガスを供給する工程は、前記基板に対して、前記第1の酸素含有ガスと水素含有ガスとを同時に供給する期間を含む請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板上に前記酸化膜を形成する工程では、前記基板の温度を前記原料ガスが熱分解する温度に設定する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記原料ガスは、シラン化合物、シロキサン化合物、およびシラザン化合物からなる群より選択される少なくとも1つを含む請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の酸素含有ガスは、酸素ガス、亜酸化窒素ガス、一酸化窒素ガス、二酸化窒素ガス、オゾンガス、原子状酸素、酸素ラジカル、および水酸基ラジカルからなる群より選択される少なくとも1つを含み、
前記第2の酸素含有ガスは、酸素ガス、亜酸化窒素ガス、一酸化窒素ガス、二酸化窒素ガス、およびオゾンガスからなる群より選択される少なくとも1つを含む請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記原料ガスに含まれる主元素は半金属元素または金属元素を含み、前記酸化膜は前記主元素を含む酸化膜である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して第1ノズルより原料ガスを供給する第1供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記第1ノズルとは異なる第2ノズルより第1の酸素含有ガスを供給する第2供給系と、
前記処理室内の基板に対して前記第1ノズルおよび前記第2ノズルとはそれぞれ異なる第3ノズルより第2の酸素含有ガスを供給する第3供給系と、
前記処理室内において、基板に対して前記第1ノズルより前記原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第2ノズルより前記第1の酸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基板上に酸化膜を形成する処理を行わせ、前記原料ガスを供給する処理が、前記基板に対して前記第3ノズルより前記第2の酸素含有ガスを供給する期間を含むように、前記第1供給系、前記第2供給系および前記第3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。 - 基板処理装置の処理室内の基板に対して第1ノズルより原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記第1ノズルとは異なる第2ノズルより第1の酸素
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基板上に酸化膜を形成する手順と、
前記原料ガスを供給する手順が、前記処理室内の前記基板に対して、前記第1ノズルおよび前記第2ノズルとはそれぞれ異なる第3ノズルより第2の酸素含有ガスを供給する期間を含むようにする手順と、
をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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