JPWO2020090161A1 - 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
(a)処理室内の基板に対して第1供給部より原料を供給し、前記基板を挟んで前記第1供給部と対向する位置に設けられた排気口より排気する工程と、
(b)前記処理室内の前記基板に対して第2供給部より反応体を供給し、前記排気口より排気する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
(a)では、前記処理室内の領域のうち、平面視において前記第1供給部と前記排気口とを結ぶ直線の垂直二等分線で仕切られる前記排気口側の領域に設けられた第3供給部より前記処理室内へ不活性ガスを供給する技術が提供される。
以下、本開示の一態様について、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上に膜を形成する基板処理シーケンス例、すなわち、成膜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。
処理室201内のウエハ200に対して第1供給部としてのノズル249aより原料としてHCDSガスを供給し、ウエハ200を挟んでノズル249aと対向する位置に設けられた排気口204cより排気するステップAと、
処理室201内のウエハ200に対して第2供給部としてのノズル249bより反応体として酸化剤であるO2ガスを供給し、排気口204cより排気するステップBと、
処理室201内のウエハ200に対して第2供給部としてのノズル249bより反応体として窒化剤であるNH3ガスを供給し、排気口204cより排気するステップCと、
を非同時に行うサイクルを所定回数(n回、nは1以上の整数)行うことで、ウエハ200上に、膜として、Si、OおよびNを含む膜、すなわち、シリコン酸窒化膜(SiON膜)を形成する。
処理室201内の領域のうち、平面視においてノズル249aと排気口204cとを結ぶ直線(線分)L1の垂直二等分線Dで仕切られる排気口204c側の領域に設けられた第3供給部としてのノズル249cより処理室201内へ不活性ガスとしてN2ガスを供給することで、ウエハ200上に形成されるSiON膜の面内膜厚分布を調整する。
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。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、処理室201内において複数枚のウエハ200が配列された状態となり、また、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。ウエハ200の回転方向は、図2に示すように、平面視において左回りの方向、すなわち、ウエハ200の回転方向を基準として見たときにノズル249cの位置が排気口204cの位置よりもウエハ200の回転方向の上流側に配置されるような方向とする。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、次のステップA〜C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ガスを供給する(HCDSガス供給ステップ)。
HCDSガス供給流量:0.01〜2slm、好ましくは0.1〜1slm
N2ガス供給流量(R3):0.1〜20slm
N2ガス供給流量(R1,R2,Rt,Rb毎):0〜10slm
各ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理温度:250〜800℃、好ましくは400〜700℃
処理圧力:1〜2666Pa、好ましくは67〜1333Pa
が例示される。
ステップAが終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、ウエハ200上に形成された第1層に対してO2ガスを供給する(O2ガス供給ステップ)。
O2ガス供給流量:0.1〜10slm
N2ガス供給流量(R1,R2,R3,Rt,Rb毎):0〜10slm
各ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理圧力:1〜4000Pa、好ましくは1〜3000Pa
が例示される。他の処理条件は、ステップAにおける処理条件と同様とする。
ステップBが終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、ウエハ200上に形成された第2層に対してNH3ガスを供給する(NH3ガス供給ステップ)。
NH3ガス供給流量:0.1〜10slm
N2ガス供給流量(R1,R2,R3,Rt,Rb毎):0〜10slm
各ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理圧力:1〜4000Pa、好ましくは1〜3000Pa
が例示される。他の処理条件は、ステップAにおける処理条件と同様とする。
ステップA〜C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(n回)行うことにより、ウエハ200上に、所望膜厚、所望組成のSiON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3層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第3層を積層することで形成されるSiON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。
成膜ステップが終了した後、ノズル249a〜249eよりN2ガスを処理室201内へ供給し、排気口204c、排気空間205を介して排気管231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。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、マニホールド209の下端から反応管210の外部に搬出(ボートアンロード)される。処理済のウエハ200は、反応管210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)。
以下、ステップAで行うN2ガスの供給制御の具体的内容、および、その作用効果について説明する。
本開示における成膜ステップは、上述の態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。これらの変形例は任意に組み合わせることができる。特に説明がない限り、各変形例の各ステップにおける処理手順、処理条件は、上述の基板処理シーケンスの各ステップにおける処理手順、処理条件と同様とすることができる。
HCDSガス供給ステップでは、バルブ243cに加えてバルブ243d,243eのうち少なくともいずれかのバルブを開き、ノズル249cに加えてノズル249d,249eのうち少なくともいずれかのノズルより処理室201内へN2ガスを供給するようにしてもよい。ノズル249d,249eから噴出されたN2ガスは、ウエハ200に対してウエハ200の側方から供給される。ノズル249d,249eより供給するN2ガスの流量は、例えば、0.1〜20slmの範囲内の流量とすることができる。
成膜ステップを、上述のようにウエハ200を回転させた状態で行い、HCDSガス供給ステップでは、図6に示すように、ノズル249cよりN2ガスをウエハ200の回転方向に沿ってウエハ200の排気口204c付近のエッジ側に向かって噴出させるようにしてもよい。すなわち、ノズル249cのガス噴出口250cを、ウエハ200の回転方向に沿ってウエハ200の排気口204c付近のエッジ側に向かって外向きに開口させてもよい。この場合、図6に示すように、平面視において、ノズル249cのガス噴出口250cの開口方向(ガス噴出方向)と、ウエハ200のエッジと、がなす角度は鋭角となる。
以上、本開示の態様を具体的に説明した。但し、本開示は上述の態様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。
(R1:HCDS+R3:N2→R2:NH3)×n ⇒ SiN
(R1:HCDS+R3:N2→R2:TEA)×n ⇒ SiCN
(R1:HCDS+R3:N2→R2:NH3→R2:O2)×n ⇒ SiON
(R1:HCDS+R3:N2→R2:TEA→R2:O2)×n ⇒ SiOC(N)
(R1:HCDS+R3:N2→R2:C3H6→R2:NH3→R2:O2)×n ⇒ SiOCN
(R1:HCDS+R3:N2→R2:C3H6→R2:O2→R2:NH3)×n ⇒ SiOCN
(R1:HCDS+R3:N2→R2:BCl3→R2:NH3)×n ⇒ SiBN
(R1:HCDS+R3:N2→R2:C3H6→R2:BCl3→R2:NH3)×n ⇒ SiBCN
(R1:TiCl4+R3:N2→R2:NH3)×n ⇒ TiN
(R1:TiCl4+R3:N2→R2:O2→R2:NH3)×n ⇒ TiON
(R1:TiCl4+R3:N2→R2:NH3→R2:O2)×n ⇒ TiON
(R1:TMA+R3:N2→R2:H2O)×n ⇒ AlO
(R1:TMA+R3:N2→R2:NH3)×n ⇒ AlN
(R1:TMA+R3:N2→R2:H2O→R2:NH3)×n ⇒ AlON
(R1:TMA+R3:N2→R2:NH3→R2:H2O)×n ⇒ AlON
(サンプル2)R2:5slm、R3:0slm
(サンプル3)R2:0slm、R3:5slm
201 処理室
204c 排気口
249a ノズル(第1供給部)
249b ノズル(第2供給部)
249c ノズル(第3供給部)
Claims (21)
- (a)処理室内の基板に対して第1供給部より原料を供給し、前記基板を挟んで前記第1供給部と対向する位置に設けられた排気口より排気する工程と、
(b)前記処理室内の前記基板に対して第2供給部より反応体を供給し、前記排気口より排気する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
(a)では、前記処理室内の領域のうち、平面視において前記第1供給部と前記排気口とを結ぶ直線の垂直二等分線で仕切られる前記排気口側の領域に設けられた第3供給部より前記処理室内へ不活性ガスを供給する半導体装置の製造方法。 - (a)では、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量を制御することにより、前記基板上に形成される前記膜の面内膜厚分布を調整する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3供給部は、前記第1供給部よりも前記排気口に近い位置に配置される請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3供給部と前記排気口との距離は、前記第1供給部と前記排気口との距離よりも短い請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3供給部は、前記第2供給部よりも前記排気口に近い位置に配置される請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3供給部と前記排気口との距離は、前記第2供給部と前記排気口との距離よりも短い請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3供給部は、前記第2供給部よりも前記第1供給部から遠い位置に設けられる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3供給部と前記第1供給部との距離は、前記第2供給部と前記第1供給部との距離よりも長い請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2供給部は、前記基板を挟んで前記排気口と対向する位置に設けられる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2供給部は、前記第1供給部に隣接して設けられる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- (a)では、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量を、前記第1供給部より供給する原料の流量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。
- (a)では、前記第1供給部より不活性ガスを供給し、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量を、前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量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。
- (a)では、前記第1供給部より不活性ガスを供給し、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量を、前記第1供給部より供給する原料および不活性ガスの合計流量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。
- (a)では、前記第2供給部より不活性ガスを供給し、前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量を、前記第2供給部より供給する不活性ガスの流量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。
- (b)では、前記第3供給部より不活性ガスを供給し、(a)において前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量を、(b)において前記第3供給部より供給する不活性ガスの流量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。
- 前記膜を形成する工程を、前記基板を回転させた状態で行い、
(a)では、前記第3供給部より不活性ガスを前記基板の回転方向に沿って前記基板の前記排気口付近のエッジ側に向けて噴出させる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - (a)では前記原料を前記第1供給部より前記基板の側方から前記基板に対して供給すると共に、不活性ガスを前記第3供給部より前記基板の側方から前記基板に対して供給する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板の表面にはトレンチやホール等の凹部を含むパターンが形成されている請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記反応体は第1反応体を含み、
前記サイクルは、(c)前記処理室内の前記基板に対して前記第2供給部より前記第1反応体とは分子構造が異なる第2反応体を供給し、前記排気口より排気する工程を、(a)および(b)のそれぞれと非同時に行うことを含む請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 基板に対する処理が行われる処理室と、
前記処理室内の基板に対して第1供給部より原料を供給する原料供給系と、
前記処理室内の基板に対して第2供給部より反応体を供給する反応体供給系と、
前記処理室内の基板を挟んで前記第1供給部と対向する位置に設けられた排気口より前記処理室内を排気する排気系と、
前記処理室内の領域のうち、平面視において前記第1供給部と前記排気口とを結ぶ直線の垂直二等分線で仕切られる前記排気口側の領域に設けられた第3供給部より前記処理室内へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
(a)前記処理室内の基板に対して前記第1供給部より前記原料を供給し、前記排気口より排気する処理と、(b)前記処理室内の前記基板に対して前記第2供給部より前記反応体を供給し、前記排気口より排気する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する処理を行わせ、(a)では、前記第3供給部より前記処理室内へ不活性ガスを供給するように、前記原料供給系、前記反応体供給系、前記不活性ガス供給系、および前記排気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。 - (a)基板処理装置の処理室内の基板に対して第1供給部より原料を供給し、前記基板を挟んで前記第1供給部と対向する位置に設けられた排気口より排気する手順と、
(b)前記処理室内の前記基板に対して第2供給部より反応体を供給し、前記排気口より排気する手順と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する手順と、
(a)において、前記処理室内の領域のうち、平面視において前記第1供給部と前記排気口とを結ぶ直線の垂直二等分線で仕切られる前記排気口側の領域に設けられた第3供給部より前記処理室内へ不活性ガスを供給する手順と、
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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