TW202144606A - 半導體裝置之製造方法、程式及基板處理裝置 - Google Patents

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栗林幸永
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日商國際電氣股份有限公司
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Abstract

[課題]可減低鉬膜的成膜阻礙因素。 [解決手段]具有(a)對處理室內的基板供應含有鉬與氧的鉬含有氣體的程序、(b)對基板供應含有氫的添加氣體的程序、及(c)對基板供應含有氫且與添加氣體化學組成不同的還原氣體的程序，其中將(a)、(b)、(c)程序同時或依序進行一次以上，在基板上形成鉬膜。

Description

半導體裝置之製造方法、程式及基板處理裝置
本揭示涉及半導體裝置之製造方法、程式及基板處理裝置。
於3維構造的NAND型快閃記憶體的控制閘方面使用例如鎢(W)膜，於此W膜的成膜方面使用包含W的六氟化鎢(WF6 )氣體。此外，有時在此W膜與絕緣膜之間作為屏障膜設置氮化鈦(TiN)膜。此TiN膜扮演提高W膜與絕緣膜的密接性的角色，同時擔負防止含於W膜中的氟(F)往絕緣膜擴散的角色，成膜一般而言使用四氯化鈦(TiCl4 )氣體與氨(NH3 )氣體而進行(例如專利文獻1參照)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-6783號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，蝕刻伴隨3維構造的NAND型快閃記憶體的高層化變困難，故字線的薄膜化成為課題。 為了解決此課題，代替使用如上述之TiN膜與W膜，使用含有鉬(Mo)的鉬(Mo)膜而圖求薄膜化與低電阻化。然而，在形成此Mo膜之際使用了Mo原料氣體與例如氫(H2 )氣體等的還原氣體的情況下，作為副產物產生成為成膜阻礙因素的氯(Cl2 )、鹽酸(HCl)。
本揭示提供可減低鉬膜的成膜阻礙因素的技術。 [解決問題之技術手段]
依本揭示的一態樣時，提供一種技術，其具有： (a)對處理室內的基板供應含有鉬與氧的鉬含有氣體的程序、 (b)對前述基板供應含有氫的添加氣體的程序、及 (c)對前述基板供應含有氫且與前述添加氣體化學組成不同的還原氣體的程序， 其中，將前述(a)、(b)、(c)程序同時或依序進行一次以上，在前述基板形成鉬膜。 [對照先前技術之功效]
依本揭示時，可減低鉬膜的成膜阻礙因素。
＜本揭示的一實施方式＞
以下，一面參照圖1～4一面進行說明。
(1)基板處理裝置的構成 基板處理裝置10具備設有作為加熱手段(加熱機構、加熱系統)的加熱器207的處理爐202。加熱器207為圓筒形狀，被作為保持板的加熱器底座(未圖示)支撐從而被垂直地固定。
於加熱器207的內側，配設與加熱器207同心圓狀地構成反應容器(處理容器)的外管203。外管203被以例如石英(SiO2 )、碳化矽(SiC)等的耐熱性材料而構成，被形成為上端閉塞且下端開口的圓筒形狀。於外管203的下方，與外管203同心圓狀地配設歧管(進口法蘭)209。歧管209被以例如不銹鋼(SUS)等的金屬材料而構成，被形成為上端及下端開口的圓筒形狀。在歧管209之上端部與外管203之間，設置作為密封構材的O形環220a。歧管209被加熱器底座支撐使得外管203呈被垂直地固定的狀態。
於外管203的內側，配設構成反應容器的內管204。內管204被以例如石英(SiO2 )、碳化矽(SiC)等的耐熱性材料而構成，被形成為上端閉塞且下端開口的圓筒形狀。主要由外管203、內管204及歧管209構成處理容器(反應容器)。於處理容器的筒中空部(內管204的內側)形成處理室201。
處理室201被構成為可將作為基板的晶圓200在透過後述的晶舟217以水平姿勢多階地排列於鉛直方向的狀態下進行收容。
於處理室201內，以貫通歧管209之側壁及內管204的方式設有噴嘴410、420、430。於噴嘴410、420、430分別連接著氣體供應管310、320、330。其中，本實施方式的處理爐202不限於上述的方式。
於氣體供應管310、320、330從上游側依序分別設有作為流量控制器(流量控制部)之質流控制器(MFC)312、322、332。此外，於氣體供應管310、320、330分別設有作為開閉閥的閥314、324、334。於氣體供應管310、320、330的閥314、324、334的下游側分別連接著供應惰性氣體的氣體供應管510、520、530。於氣體供應管510、520、530從上游側依序分別設有作為流量控制器(流量控制部)之MFC512、522、532及作為開閉閥的閥514、524、534。
於氣體供應管310、320、330的頂端部分別連結連接著噴嘴410、420、430。噴嘴410、420、430被構成為L字型的噴嘴，其水平部被設為貫通歧管209之側壁及內管204。噴嘴410、420、430的垂直部設於以朝內管204的徑方向外突出且延伸於鉛直方向的方式而形成的通道形狀(溝形狀)的預備室201a的內部，在預備室201a內沿著內管204的內壁朝向上方(晶圓200的排列方向上方)而設。
噴嘴410、420、430被以從處理室201的下部區域延伸至處理室201之上部區域為止的方式而設，在與晶圓200相向的位置分別設有複數個氣體供應孔410a、420a、430a。據此，從噴嘴410、420、430的氣體供應孔410a、420a、430a分別對晶圓200供應處理氣體。此氣體供應孔410a、420a、430a從內管204的下部遍及上部設有複數個，分別具有相同的開口面積，且被以相同的開口間距而設。其中，氣體供應孔410a、420a、430a不限於上述的方式。例如，亦可從內管204的下部朝上部使開口面積逐漸變大。據此，可使從氣體供應孔410a、420a、430a供應的處理氣體的流量更均勻化。
噴嘴410、420、430的氣體供應孔410a、420a、430a在從後述的晶舟217的下部至上部為止的高度的位置被設置複數個。為此，從噴嘴410、420、430的氣體供應孔410a、420a、430a供應至處理室201內的處理氣體被供應於被從晶舟217的下部至上部為止收容的晶圓200的全區。噴嘴410、420、430被設為從處理室201的下部區域延伸直到上部區域即可，優選上被設為延伸直到晶舟217的頂部附近。
從氣體供應管310，作為原料氣體，含有鉬(Mo)的鉬含有氣體被經由MFC312、閥314、噴嘴410供應至處理室201內。鉬含有氣體方面，使用含有鉬(Mo)、氧(O)及為鹵素之氯(Cl)的例如二氯二氧化鉬(MoO2 Cl2 )。
從氣體供應管320，添加於原料氣體的添加氣體經由MFC322、閥324、噴嘴420被供應於處理室201內。添加氣體方面，可使用含有氫(H)的甲矽烷(SiH4 )氣體。SiH4 氣體作用為還原劑。
從氣體供應管330，將原料氣體還原的還原氣體經由MFC332、閥334、噴嘴430被供應於處理室201內。還原氣體方面，可使用含有氫(H)且與添加氣體化學組成不同的例如氫(H2 )氣體。
從氣體供應管510、520、530，作為惰性氣體，例如氮(N2 )氣體分別被經由MFC512、522、532、閥514、524、534、噴嘴410、420、430而供應於處理室201內。以下，雖就使用N2 氣體作為惰性氣體之例進行說明，惟惰性氣體方面，除N2 氣體以外，亦可使用例如氬(Ar)氣體、氦(He)氣體、氖(Ne)氣體、氙(Xe)氣體等的稀有氣體。
雖主要由氣體供應管310、320、330、MFC312、322、332、閥314、324、334、噴嘴410、420、430構成處理氣體供應系統，惟亦可僅將噴嘴410、420、430視為處理氣體供應系統。從氣體供應管310流放原料氣體的情況下，雖主要由氣體供應管310、MFC312、閥314構成原料氣體供應系統，惟亦可視為使噴嘴410包含於原料氣體供應系統。此外，從氣體供應管320流放添加氣體的情況下，雖主要由氣體供應管320、MFC322、閥324構成添加氣體供應系統，惟亦可視為使噴嘴420包含於添加氣體供應系統。此外，從氣體供應管330流放還原氣體的情況下，雖主要由氣體供應管330、MFC332、閥334構成還原氣體供應系統，惟亦可視為使噴嘴430包含於還原氣體供應系統。此外，主要由氣體供應管510、520、530、MFC512、522、532、閥514、524、534構成惰氣供應系統。
本實施方式中的氣體供應的方法經由配置在被以內管204的內壁及複數個晶圓200的端部而定義的圓環狀的縱長的空間內的預備室201a內的噴嘴410、420、430而搬送氣體。並且，使氣體從設於與噴嘴410、420、430的晶圓相向的位置的複數個氣體供應孔410a、420a、430a噴出至內管204內。更詳細而言，透過噴嘴410的氣體供應孔410a、噴嘴420的氣體供應孔420a及噴嘴430的氣體供應孔430a使處理氣體等朝與晶圓200的表面平行方向噴出。
排氣孔(排氣口)204a為形成於內管204之側壁亦即形成於與噴嘴410、420、430相向的位置的貫通孔，為例如細長地開設於鉛直方向的槽縫狀的貫通孔。從噴嘴410、420、430的氣體供應孔410a、420a、430a供應至處理室201內且流過晶圓200的表面上的氣體經由排氣孔204a流至由形成於內管204與外管203之間的間隙所成的排氣路徑206內。並且，流往排氣路徑206內的氣體流至排氣管231內，被往處理爐202外排出。
排氣孔204a設於與複數個晶圓200相向的位置，從氣體供應孔410a、420a、430a供應至處理室201內的晶圓200的附近的氣體朝水平方向流過後，經由排氣孔204a流往排氣路徑206內。排氣孔204a不限於被構成為槽縫狀的貫通孔的情況，亦可由複數個孔構成。
於歧管209，設置將處理室201內的環境氣體進行排氣的排氣管231。於排氣管231，從上游側依序連接就處理室201內的壓力進行檢測的作為壓力檢測器(壓力檢測部)的壓力感測器245、APC(Auto Pressure Controller)閥243、作為真空排氣裝置的真空泵浦246。APC閥243將閥在使真空泵浦246作動的狀態下進行開閉從而可進行處理室201內的真空排氣及真空排氣停止，進一步在使真空泵浦246作動的狀態下將閥開度進行調節從而可調整處理室201內的壓力。主要由排氣孔204a、排氣路徑206、排氣管231、APC閥243及壓力感測器245構成排氣系統。亦可視為使真空泵浦246包含於排氣系統。
於歧管209的下方，設置可將歧管209的下端開口氣密地閉塞的作為爐口蓋體的密封蓋219。密封蓋219被構成為被對歧管209的下端從鉛直方向下側進行抵接。密封蓋219以例如SUS等的金屬材料而構成，被形成為圓盤狀。於密封蓋219之上表面，設置與歧管209的下端抵接的作為密封構材的O形環220b。於密封蓋219之處理室201的相反側，設置使收容晶圓200的晶舟217旋轉的旋轉機構267。旋轉機構267的旋轉軸255貫通密封蓋219而連接於晶舟217。旋轉機構267被構成為，使晶舟217旋轉從而使晶圓200旋轉。密封蓋219被構成為，被透過垂直地設置於外管203的外部的作為升降機構的晶舟升降機115而升降於鉛直方向。晶舟升降機115被構成為，使密封蓋219升降從而可將晶舟217朝處理室201內外進行搬入及搬出。晶舟升降機115被構成為將晶舟217及收容於晶舟217的晶圓200朝處理室201內外進行搬送的搬送裝置(搬送機構)。
作為基板支撐具的晶舟217被構成為，將複數個例如25～200個晶圓200以水平姿勢且使中心彼此對齊的狀態而於鉛直方向上隔著間隔予以排列。晶舟217由例如石英、SiC等的耐熱性材料所成。於晶舟217的下部，由例如石英、SiC等的耐熱性材料所成的隔熱板218被以水平姿勢而多階(未圖示)地支撐。透過此構成，來自加熱器207的熱變得難以傳至密封蓋219側。其中，本實施方式不限於上述的方式。例如，在晶舟217的下部不設置隔熱板218而設置被構成為由石英、SiC等的耐熱性材料所成的筒狀的構件的隔熱筒亦可。
如示於圖2，被構成為，在內管204內設置作為溫度檢測器的溫度感測器263，根據透過溫度感測器263而檢測出的溫度資訊對往加熱器207的通電量進行調整，使得處理室201內的溫度成為期望的溫度分布。溫度感測器263被與噴嘴410、420及430同樣地構成為L字型，被沿著內管204的內壁而設。
如示於圖3，作為控制部(控制手段)的控制器121被構成為具備CPU(Central Processing Unit)121a、RAM(Random Access Memory)121b、記憶裝置121c、I／O埠121d的電腦。RAM121b、記憶裝置121c、I／O埠121d被構成為可經由內部匯流排而與CPU121a進行資料交換。於控制器121，連接被構成為例如觸控面板等的輸出入裝置122。
記憶裝置121c以例如快閃記憶體、HDD (Hard Disk Drive)等而構成。於記憶裝置121c內，可讀出地儲存有控制基板處理裝置的動作的控制程式、記載後述的半導體裝置之製造方法的順序、條件等的處理配方等。處理配方為被以使控制器121執行後述的半導體裝置之製造方法中的各程序(各步驟)而可獲得既定的結果的方式進行組合者，作用為程式。以下，亦將此處理配方、控制程式等僅統稱為程式。本說明書中使用程式如此的詞語的情況包括包含處理配方單體的情況、僅包含控制程式單體的情況或包含處理配方及控制程式的組合的情況。RAM121b被構成為暫時保存由CPU121a讀出的程式、資料等的記憶體區域(工作區)。
I／O埠121d連接於上述的MFC312、322、332、512、522、532、閥314、324、334、514、524、534、壓力感測器245、APC閥243、真空泵浦246、加熱器207、溫度感測器263、旋轉機構267、晶舟升降機115等。
CPU121a被構成為，從記憶裝置121c將控制程式讀出而執行，同時依來自輸出入裝置122的操作指令的輸入等從記憶裝置121c將配方等讀出。CPU121a被構成為，以依讀出的配方的內容的方式，就透過MFC312、322、332、512、522、532之各種氣體的流量調整動作、閥314、324、334、514、524、534的開閉動作、APC閥243的開閉動作及透過APC閥243之基於壓力感測器245的壓力調整動作、基於溫度感測器263的加熱器207的溫度調整動作、真空泵浦246的啟動及停止、透過旋轉機構267的晶舟217的旋轉及旋轉速度調節動作、透過晶舟升降機115的晶舟217的升降動作、往晶舟217的晶圓200的收容動作等進行控制。
控制器121方面，可透過將儲存於外部記憶裝置(例如，磁帶、撓性碟、硬碟等的磁碟、CD、DVD等的光碟、MO等的磁光碟、USB記憶體、記憶卡等的半導體記憶體)123的上述的程式安裝於電腦從而構成。記憶裝置121c、外部記憶裝置123被構成為電腦可讀取的記錄媒體。以下，亦將此等僅總稱為記錄媒體。本說明書中，記錄媒體包括僅包含記憶裝置121c單體的情況、僅包含外部記憶裝置123單體的情況或包含該雙方的情況。往電腦的程式的提供亦可在不使用外部記憶裝置123之下，使用網際網路、專用線路等的通訊手段而進行。
(2)基板處理程序(成膜程序) 半導體裝置(裝置)的製程的一程序方面，就在晶圓200上形成例如作為構成閘極電極的金屬膜的一例之鉬(Mo)膜的程序的一例，使用圖4進行說明。形成Mo膜的程序被使用上述的基板處理裝置10的處理爐202而執行。於以下的說明，構成基板處理裝置10的各部分的動作由控制器121控制。
在基於本實施方式的基板處理程序(半導體裝置的製程)，具有(a)對處理室201內的晶圓200供應含有Mo與O的Mo含有氣體的程序、(b)對晶圓200供應為含有H的添加氣體之SiH4 氣體的程序、及對(c)晶圓200供應為含有H且與添加氣體化學組成不同的還原氣體之H2 氣體的程序。 同時或依序且交替進行(a)、(b)、(c)程序，在晶圓上形成Mo膜。
本說明書中使用「晶圓」如此之詞語的情況下，包括表示「晶圓本身」的情況、表示「晶圓與形成於其表面的既定的層、膜等的層積體」的情況。本說明書中使用「晶圓的表面」如此之詞語的情況下，包括表示「晶圓本身的表面」的情況、表示「形成於晶圓上的既定的層、膜等的表面」的情況。本說明書中使用「基板」如此之詞語的情況下，與使用「晶圓」如此之詞語的情況同義。
(晶圓搬入) 複數個晶圓200被裝填(晶圓裝填)於晶舟217時，如示於圖1，支撐複數個晶圓200的晶舟217透過晶舟升降機115被抬起而搬入(晶舟裝載)至處理室201內。此狀態下，密封蓋219成為經由O形環220將外管203的下端開口閉塞的狀態。
(壓力調整及調溫) 以處理室201內成為期望的壓力(真空度)的方式透過真空泵浦246進行真空排氣。此情況下，處理室201內的壓力被以壓力感測器245測定，根據此測定的壓力資訊，APC閥243被回授控制(壓力調整)。真空泵浦246方面，至少在對晶圓200之處理完成前的期間維持予以常時運作的狀態。另外，處理室201內被以成為期望的溫度的方式透過加熱器207進行加熱。此時，以處理室201內成為期望的溫度分布的方式根據溫度感測器263檢測出的溫度資訊而回授控制往加熱器207的通電量(調溫)。透過加熱器207之處理室201內的加熱在至少對於晶圓200之處理完成前的期間被持續進行。
[第1程序](MoO2 Cl2 氣體供應) 打開閥314，對氣體供應管310內流放為原料氣體且為含有Mo與O的Mo含有氣體的MoO2 Cl2 氣體。MoO2 Cl2 氣體被透過MFC312進行流量調整，被從噴嘴410的氣體供應孔410a供應至處理室201內，被從排氣管231排氣。此時，MoO2 Cl2 氣體被對晶圓200供應。此時同時打開閥514，對氣體供應管510內流放N2 氣體等的惰性氣體。在氣體供應管510內流通的N2 氣體被透過MFC512流量調整，被與MoO2 Cl2 氣體一起供應至處理室201內，被從排氣管231排氣。此時，為了防止往噴嘴420、430內的MoO2 Cl2 氣體的侵入，打開閥524、534，對氣體供應管520、530內流放N2 氣體。N2 氣體被經由氣體供應管320、330、噴嘴420、430而供應至處理室201內，被從排氣管231排氣。
此時，調整APC閥243而使處理室201內的壓力為例如1～3990Pa的範圍內的壓力之例如1000Pa。以MFC312控制的MoO2 Cl2 氣體的供應流量設為例如0.1～1.0slm，優選上設為0.1～0.3slm的範圍內的流量。以MFC512、522、532控制的N2 氣體的供應流量分別設為例如0.1～20slm的範圍內的流量。此時加熱器207的溫度被設定為如晶圓200的溫度成為例如300～600℃的範圍內的溫度的溫度。
此時流於處理室201內的氣體僅為MoO2 Cl2 氣體與N2 氣體。透過MoO2 Cl2 氣體的供應，在晶圓200(表面的基底膜)上形成Mo含有層。Mo含有層可為含有Cl、O的Mo層，可為MoO2 Cl2 的吸附層，亦可為包含該等雙方。
(SiH4 氣體供應) 從MoO2 Cl2 氣體的供應開始至既定時間經過後，例如0.01～5秒後，打開閥324，對氣體供應管320內流放為含有H的添加氣體之SiH4 氣體。SiH4 氣體被透過MFC322進行流量調整，被從噴嘴420的氣體供應孔420a供應至處理室201內，被從排氣管231排氣。此時，同時打開閥524，對氣體供應管520內流放N2 氣體等的惰性氣體。在氣體供應管520內流通的N2 氣體被透過MFC522流量調整，被與SiH4 氣體一起供應至處理室201內，被從排氣管231排氣。此時，為了防止往噴嘴430內的MoO2 Cl2 氣體與SiH4 氣體的侵入，打開閥534，對氣體供應管530內流放N2 氣體。N2 氣體被經由氣體供應管330、噴嘴430而供應至處理室201內，被從排氣管231排氣。此時，成為對晶圓200同時供應MoO2 Cl2 氣體、SiH4 氣體及N2 氣體。亦即，至少MoO2 Cl2 氣體與SiH4 氣體具有被同時並行而供應的時序，至少MoO2 Cl2 氣體與SiH4 氣體具有以一部分重疊的方式被供應的時序。透過具有並行而供應的時序使得可一面除去阻礙Mo的吸附的Cl一面使Mo吸附。
此時，調整APC閥243而使處理室201內的壓力為例如130～3990Pa的範圍內的壓力之例如1000Pa。以MFC322控制的SiH4 氣體的供應流量設為例如0.1～10slm，優選上設為0.5～2slm的範圍內的流量。以MFC512、522、532控制的N2 氣體的供應流量分別設為例如0.01～20slm，優選上設為0.1～10slm，更優選上設為0.1～1slm的範圍內的流量。此時加熱器207的溫度設為例如475℃。處理室201內的溫度成為550℃以上時，有可能因SiH4 氣體的供應而成膜的Mo膜中含有的Si含有率變高而成為MoSi膜。此外，有可能無法完全除去Cl、HCl而成膜速率變低。使處理室201內的溫度比550℃低從而可作成不予以含有Si而從Mo含有層中除去Cl、HCl。
從開始MoO2 Cl2 氣體的供應至既定時間經過後，例如0.01～10秒後，關閉氣體供應管310的閥314而停止MoO2 Cl2 氣體的供應。亦即，將MoO2 Cl2 氣體對晶圓200供應的時間設為例如0.01～10秒的範圍內的時間。此時，為了防止往噴嘴410、430內的SiH4 氣體的侵入，打開閥514、534，對氣體供應管510、530內流放N2 氣體。N2 氣體被經由氣體供應管310、330、噴嘴410、430而供應至處理室201內，被從排氣管231排氣。此時，變成對晶圓200供應SiH4 氣體與N2 氣體。
[第2程序(第1淨化程序)](殘留氣體除去) 從開始SiH4 氣體的供應至既定時間經過後，例如0.01～60秒後，優選上0.1～30秒後，更優選上1～20秒後，關閉閥324而停止SiH4 氣體的供應。亦即，將SiH4 氣體對晶圓200供應的時間設為例如0.01～60秒，優選上設為0.1～30秒，更優選上設為1～20秒的範圍內時間。亦即，未對晶圓200供應SiH4 氣體的狀態下開始MoO2 Cl2 氣體的供應，對晶圓200供應SiH4 氣體的狀態下停止MoO2 Cl2 氣體的供應。此時，排氣管231的APC閥243維持打開，透過真空泵浦246將處理室201內進行真空排氣，將殘留於處理室201內的未反應或助益於Mo含有層形成後的MoO2 Cl2 氣體與SiH4 氣體從處理室201內排除。亦即，將處理室201內淨化。此時，閥514、524、534維持打開，維持往N2 氣體的處理室201內的供應。N2 氣體作用為淨化氣體，可提高將殘留於處理室201內的未反應或助益於Mo含有層形成後的MoO2 Cl2 氣體與SiH4 氣體從處理室201內排除的功效。此處，為成長阻礙因素之Cl、HCl與SiH4 反應，從Mo含有層脫離，作為四氯化矽(SiCl4 )與氫(H2 )被從處理室201內排出。Cl、HCl會阻礙Mo的吸附，成為使成膜速率降低的因素。透過為添加氣體之SiH4 氣體的供應從而在為後述的還原氣體之H2 氣體的供應前使Cl、HCl從Mo含有層脫離而予以除去，使得可增加在1循環中的Mo的吸附部位。另外，此處雖示出使第1淨化程序在停止SiH4 氣體的供應後開始之例，惟不限於此，亦可在MoO2 Cl2 氣體的供應停止後予以進行。
[第3程序](H2 氣體供應) 除去處理室201內的殘留氣體後，打開閥334，對氣體供應管330內流放為含有H且與添加氣體化學組成不同的還原氣體之H2 氣體。H2 氣體被透過MFC332進行流量調整，被從噴嘴430的氣體供應孔430a供應至處理室201內，被從排氣管231排氣。此時，H2 氣體被對晶圓200供應。此時，同時打開閥534，對氣體供應管530內流放N2 氣體。在氣體供應管530內流通的N2 氣體被透過MFC532進行流量調整。N2 氣體被與H2 氣體一起供應至處理室201內，被從排氣管231排氣。此時，為了防止往噴嘴410、420內的H2 氣體的侵入，打開閥514、524，對氣體供應管510、520內流放N2 氣體。N2 氣體被經由氣體供應管310、320、噴嘴410、420而供應至處理室201內，被從排氣管231排氣。
此時，調整APC閥243而使處理室201內的壓力為例如1～3990Pa的範圍內的壓力之例如2000Pa。以MFC332控制的H2 氣體的供應流量設為例如1～50slm，優選上設為15～30slm的範圍內的流量。以MFC512、522、532控制的N2 氣體的供應流量分別設為例如0.1～30slm的範圍內的流量。將H2 氣體對晶圓200供應的時間設為例如0.01～30秒的範圍內的時間。此時的加熱器207的溫度設定為與SiH4 氣體供應步驟同樣的溫度。
此時流於處理室201內的氣體僅為H2 氣體與N2 氣體。H2 氣體與在第1程序形成於晶圓200上的Mo含有層的至少一部分發生置換反應。亦即，Mo含有層中的O與H2 反應，從Mo含有層脫離，被作為水蒸氣(H2 O)從處理室201內排出。另外，此第3程序之時間可設為比未在上述的第1程序執行為添加氣體之SiH4 氣體供應的情況短。此外，為添加氣體的SiH4 氣體的供應時間與為還原氣體的H2 氣體的供應時間的合計設定為既定時間。亦即，縮短添加氣體的供應時間的情況下，可增加還原氣體的供應時間，增加添加氣體的供應時間的情況下，可縮短還原氣體的供應時間。並且，在晶圓200上形成含有Mo且實質上不含有Cl與O的Mo層。
[第4程序(第2淨化程序)](殘留氣體除去) 形成Mo層後，關閉閥334而停止H2 氣體的供應。 並且，透過與上述的第2程序同樣的處理程序，將殘留於處理室201內的未反應或助益於Mo層的形成後的H2 氣體、反應副產物從處理室201內排除。亦即，將處理室201內淨化。
此處，為在第1程序之添加氣體的SiH4 氣體的供應流量設為比為在第1程序之原料氣體的MoO2 Cl2 氣體的供應流量多，設為比為在第3程序之還原氣體的H2 氣體的供應流量少。將為添加氣體之SiH4 氣體的供應流量設為比為原料氣體之MoO2 Cl2 氣體的供應流量多的目的在於，為了使Mo含有層中的Cl與SiH4 反應而脫離予以除去。然而，使SiH4 氣體的供應流量過多時，有可能含於SiH4 氣體的Si進入至Mo含有層中，在被成膜的Mo膜含有Si而成為MoSi膜。因此，使為添加氣體之SiH4 氣體的供應流量為比為還原氣體之H2 氣體少的供應流量。亦即，可一面除去Cl一面形成Si非含有的Mo膜。換言之，將為添加氣體之SiH4 氣體供應直到HCl、Cl從Mo含有層脫離而被除去且O脫離前為止，將為還原氣體之H2 氣體供應直到O從Mo含有層脫離而被除去為止。
此外，為在上述的第1程序的添加氣體之SiH4 氣體供應時的處理室201內的壓力設為與為在第1程序之原料氣體的MoO2 Cl2 氣體供應時的處理室201內的壓力相等，設為比為在第3程序之還原氣體之H2 氣體供應時的處理室201內的壓力低。
此外，為上述的第2程序的第1淨化程序之淨化時間設定為為上述的第4程序的第2淨化程序之淨化時間以下。亦即，將第2淨化程序之淨化時間設定為比第1淨化程序之淨化時間長。目的在於，在第1淨化程序，被進行未吸附的Mo含有氣體的除去，在第2淨化程序，被進行為生成的反應副產物之H2 O等的除去。
此外，MoOx Cly * 被吸附於Mo含有層時，O與Cl的分子的大小大故Mo的吸附會受阻礙。換言之，如MoOx Cly * 的構造作用為位阻效應，可吸附Mo的吸附部位會減少。此處，x與y為例如自然數。透過SiH4 氣體的供應從Mo含有層使Cl、HCl脫離而予以除去後，透過H2 氣體的供應從Mo含有層使O脫離而予以除去，以2階段進行還原，使得可形成一面增加Mo的吸附部位一面減低為成膜阻礙因素之Cl、HCl的Mo膜。
(既定次數實施) 將依序進行上述的第1程序～第4程序的循環進行1次以上(既定次數(n次))從而在晶圓200上形成既定的厚度(例如0.5～5.0nm)的Mo膜。上述的循環優選上重複複數次。亦即，脈衝狀地循環進行為原料氣體之MoO2 Cl2 氣體的供應、為添加氣體之SiH4 氣體的供應、為還原氣體之H2 氣體的供應從而在晶圓200上形成既定的厚度的Mo膜。
(事後淨化及大氣壓回歸) 從氣體供應管510、520、530的各者往處理室201內供應N2 氣體，從排氣管231進行排氣。N2 氣體作用為淨化氣體，據此處理室201內被以惰性氣體淨化，殘留於處理室201內的氣體、反應副生成物被從處理室201內除去(事後淨化)。之後，處理室201內的環境被置換為惰性氣體(惰性氣體置換)，處理室201內的壓力被回歸為常壓(大氣壓回歸)。
(晶圓搬出) 之後，透過晶舟升降機115使得密封蓋219被下降，外管203的下端被開放。並且，處理完晶圓200在被晶舟217支撐的狀態下被從外管203的下端朝外管203的外部搬出(晶舟卸載)。之後，處理完畢的晶圓200被從晶舟217取出(晶圓卸除)。
(3)依本實施方式下的效果 依本實施方式時，可獲得示於以下的一個或複數個功效。 (a)可形成減低了成為成膜阻礙因素之Cl、HCl的Mo膜。 (b)可除去成為成膜阻礙因素的Cl、HCl而使1循環中的Mo的吸附部位增加。 (c)比起不使用添加氣體的情況，可縮短還原氣體的供應時間，可使處理量提升。 (d)可使Mo膜的膜特性提升。亦即，比起不使用添加氣體的情況，可減低Mo膜中的Cl含量(Cl濃度)，減低電阻率，形成階梯覆蓋性(涵蓋範圍)良好的Mo膜。
＜變形例＞ 在上述的本實施方式的變形例，如示於圖5，在交替重複進行上述的第1程序與第2程序1次以上(既定次數(n次))後，進行上述的第3程序與第4程序。亦即，將為原料氣體之MoO2 Cl2 氣體供應與為添加氣體之SiH4 氣體供應以一部分重疊的方式交替進行複數次後，進行為還原氣體之H2 氣體供應。亦即，脈衝狀地循環進行為原料氣體之MoO2 Cl2 氣體的供應與為添加氣體之SiH4 氣體的供應後，進行為還原氣體之H2 氣體的供應。如此的情況下亦可在晶圓200上形成減低了成為成膜阻礙因素之Cl、HCl的Mo膜，可獲得與示於上述的圖4的成膜序列同樣的功效。
另外，在上述實施方式及變形例，雖就具有以為原料氣體之MoO2 Cl2 氣體供應與為添加氣體之SiH4 氣體供應的一部分重疊的方式進行供應的時序的構成進行說明，惟不限於此，亦可同時並列進行為原料氣體之MoO2 Cl2 氣體供應與為添加氣體之SiH4 氣體供應。亦即亦可作成為MoO2 Cl2 氣體供應與SiH4 氣體供應被同時並行開始，同時被停止。亦即，亦可在同時進行為原料氣體之MoO2 Cl2 氣體的供應與為添加氣體之SiH4 氣體的供應後，進行為還原氣體之H2 氣體的供應。分別脈衝狀循環進行使得可一面使阻礙Mo的吸附的Cl、HCl從Mo含有層脫離而予以除去一面使Mo吸附，可在晶圓200上形成減低了成為成膜阻礙因素之Cl、HCl的Mo膜。亦即，如此的情況下亦獲得與示於上述的圖4的成膜序列同樣的功效。
此外，在上述實施方式及變形例，雖說明有關以與為原料氣體之MoO2 Cl2 氣體同時或一部分重疊的方式供應為添加氣體之SiH4 氣體並在之後供應為還原氣體之H2 氣體的構成，惟不限於此，亦可依序進行MoO2 Cl2 氣體供應、SiH4 氣體供應及H2 氣體供應，在交替重複MoO2 Cl2 氣體供應與SiH4 氣體供應後供應為還原氣體之H2 氣體的構成方面亦可適用。
此外，在上述實施方式及變形例，雖說明有關在原料氣體方面使用為含有Mo與O的Mo含有氣體之MoO2 Cl2 氣體之例，惟不限於此，可適用四氯氧化鉬(MoOCl4 )、為含有Mo與Cl的Mo含有氣體之五氯化鉬(MoCl5 )等的氣體。
此外，在上述實施方式及變形例，雖說明有關在添加氣體方面使用含有H與Si之SiH4 氣體之例，惟不限於此，可適用二矽烷(Si2 H6 )等的氣體。此外，在添加氣體方面使用含有H的氨(NH3 )、含有H與C的吡啶(C5 H5 N)等的氣體的情況下，Cl仍會被作為HCl除去，獲得與示於上述的圖4的成膜序列同樣的功效。
此外，在上述實施方式及變形例，雖說明有關在還原氣體方面使用H2 氣體之例，惟不限於此，為含有H之H含有氣體即可。
此外，在上述實施方式及變形例，雖說明有關使用一次性處理複數個基板的批次式的基板處理裝置而進行成膜的構成，惟本揭示不限定於此，使用一次性處理1個或數個基板的單片式的基板處理裝置而進行成膜的情況下亦可合適地適用。
以上，雖說明本揭示的各種的典型的實施方式，惟本揭示不限於該等實施方式，亦可酌情組合而使用。
在以下說明實施例，惟本揭示不限於此等實施例。
＜實施例＞ 在本實施例，使用上述的實施方式中的示於圖4的氣體供應的時序而在晶圓上形成200Å的膜厚的Mo膜。亦即，以一部分重疊於原料氣體(MoO2 Cl2 氣體)的方式供應添加氣體(SiH4 氣體)，之後供應了還原氣體(H2 氣體)。在比較例，示於圖4的氣體供應之中未進行添加氣體(SiH4 氣體)的供應。具體而言，在比較例，重複進行MoO2 Cl2 氣體供應、殘留氣體除去、H2 氣體供應、殘留氣體除去而在晶圓上形成200Å的膜厚的Mo膜。
在比較例，1循環中的第1程序的處理時間為12秒、第2程序的處理時間為6秒、第3程序的處理時間為24秒、第4程序的處理時間為18秒，要形成200Å的膜厚的Mo膜而進行400循環所耗費的時間為400分。此外，每1小時的晶圓的處理個數為10.91個。
相對於此，在本實施例，1循環中的第1程序的處理時間為12秒、第2程序的處理時間為6秒、第3程序的處理時間為12秒、第4程序的處理時間為18秒，要形成200Å的膜厚的Mo膜而進行400循環所耗費的時間為320分。此外，每1小時的晶圓的處理個數為12.77個。
亦即，在本實施例，比起比較例，可縮短1循環中的第3程序的處理時間之為還原氣體之H2 氣體的供應時間。亦即，在本實施例，可將1循環中的還原氣體的供應時間透過供應添加氣體而縮短為在比較例的1循環中的還原氣體的供應時間的一半程度。因此，可縮短Mo膜的成膜時間，可使每1小時的晶圓的處理個數增加。亦即，可使處理量提升。此原因應為在為還原氣體之H2 氣體供應時HCl、Cl被除去故使得Mo較容易吸附。
10:基板處理裝置 121:控制器 200:晶圓(基板) 201:處理室
[圖1]為就本揭示的一實施方式中的基板處理裝置的縱型處理爐的概略進行繪示的縱剖面圖。 [圖2]圖1中的A-A線示意橫剖面圖。 [圖3]為本揭示的一實施方式中的基板處理裝置的控制器的示意構成圖，為以方塊圖示出控制器的控制系統的圖。 [圖4]為就本揭示的一實施方式中的氣體供應的時序進行繪示的圖。 [圖5]為就本揭示的一實施方式中的氣體供應的時序的變形例進行繪示的圖。

Claims (19)

  1. 一種半導體裝置之製造方法，其具有： (a)對處理室內的基板供應含有鉬與氧的鉬含有氣體的程序、 (b)對前述基板供應含有氫的添加氣體的程序、及 (c)對前述基板供應含有氫且與前述添加氣體化學組成不同的還原氣體的程序， 其中，將前述(a)、(b)、(c)程序同時或依序進行一次以上，在前述基板上形成鉬膜。
  2. 如請求項1的半導體裝置之製造方法，其中， 前述鉬含有氣體含有鹵素。
  3. 如請求項1的半導體裝置之製造方法，其中， 前述鉬含有氣體含有MoO2 Cl2 (二氯二氧化鉬)，前述添加氣體含有從由SiH4 (甲矽烷)、NH3 (氨)、C5 H5 N(吡啶)所成的群組中選擇的至少一者。
  4. 如請求項2的半導體裝置之製造方法，其中， 前述鉬含有氣體含有MoO2 Cl2 (二氯二氧化鉬)，前述添加氣體含有從由SiH4 (甲矽烷)、NH3 (氨)、C5 H5 N(吡啶)所成的群組中選擇的至少一者。
  5. 如請求項1的半導體裝置之製造方法，其中， 前述添加氣體的供應流量比前述鉬含有氣體的供應流量多，比前述還原氣體的供應流量少。
  6. 如請求項2的半導體裝置之製造方法，其中， 前述添加氣體的供應流量比前述鉬含有氣體的供應流量多，比前述還原氣體的供應流量少。
  7. 如請求項3的半導體裝置之製造方法，其中， 前述添加氣體的供應流量比前述鉬含有氣體的供應流量多，比前述還原氣體的供應流量少。
  8. 如請求項1的半導體裝置之製造方法，其中， 在前述(a)程序及前述(b)程序，在未對前述基板供應前述添加氣體的狀態下開始前述鉬含有氣體的供應，在對前述基板供應前述添加氣體的狀態下停止前述鉬含有氣體的供應。
  9. 如請求項2的半導體裝置之製造方法，其中， 在前述(a)程序及前述(b)程序，在未對前述基板供應前述添加氣體的狀態下開始前述鉬含有氣體的供應，在對前述基板供應前述添加氣體的狀態下停止前述鉬含有氣體的供應。
  10. 如請求項1的半導體裝置之製造方法，其中， 前述(c)程序的時間比未與前述(a)程序同時執行前述(b)程序的情況短。
  11. 如請求項2的半導體裝置之製造方法，其中， 前述(c)程序的時間比未與前述(a)程序同時執行前述(b)程序的情況短。
  12. 如請求項3的半導體裝置之製造方法，其中， 前述(c)程序的時間比未與前述(a)程序同時執行前述(b)程序的情況短。
  13. 如請求項5的半導體裝置之製造方法，其中， 前述(c)程序的時間比未與前述(a)程序同時執行前述(b)程序的情況短。
  14. 如請求項8的半導體裝置之製造方法，其中， 前述(c)程序的時間比未與前述(a)程序同時執行前述(b)程序的情況短。
  15. 如請求項1的半導體裝置之製造方法，其中， 前述添加氣體的供應時間與前述還原氣體的供應時間的合計設定為既定時間。
  16. 如請求項1的半導體裝置之製造方法，其具有： 在前述(a)程序後淨化前述處理室內的第1淨化程序、及 在前述(c)程序後淨化前述處理室內的第2淨化程序， 其中，前述第1淨化程序之時間為前述第2淨化程序之時間以下。
  17. 如請求項1的半導體裝置之製造方法，其中， 在交替進行前述(a)程序與前述(b)程序後，進行前述(c)程序。
  18. 一種程式，其具有： (a)對基板處理裝置的處理室內的基板供應含有鉬與氧的鉬含有氣體的程序、 (b)對前述基板供應含有氫的添加氣體的程序、及 (c)對前述基板供應含有氫的與前述添加氣體化學組成不同的還原氣體的程序， 其中，透過電腦使前述基板處理裝置執行將前述(a)、(b)、(c)的程序同時或依序進行一次以上而在前述基板上形成鉬膜的程序。
  19. 一種基板處理裝置，其具有： 處理室，其收容基板； 氣體供應系統，其對前述處理室內分別供應含有鉬與氧的鉬含有氣體、含有氫的添加氣體、含有氫且與前述添加氣體化學組成不同的還原氣體； 排氣系統，其對前述處理室內進行排氣；及 控制部，其被構成為可控制前述氣體供應系統與前述排氣系統而對收容於前述處理室內的基板將(a)供應前述鉬含有氣體的處理、(b)供應前述添加氣體的處理及(c)供應前述還原氣體的處理同時或依序進行一次以上而在前述基板上形成鉬膜。
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