TW202303707A - 基板處理方法、基板處理裝置、程式及半導體裝置的製造方法 - Google Patents

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Abstract

[課題]能夠提高蝕刻的可控性。 [解決手段]提供一種技術，具有： (a)向配置在處理容器內並且形成有含第14族元素膜之基板供給包含第14族元素的第一氣體，使得與基板上形成的膜中所含的第14族元素反應而生成的反應副生成物飽和吸附在基板上的工程；(b)在(a)之後供給包含鹵素的第二氣體之工程；及(c)藉由交替重複進行(a)和(b)，來對形成於基板上的包含第14族元素的膜進行蝕刻之工程。

Description

基板處理方法、基板處理裝置、程式及半導體裝置的製造方法
本公開關於半導體裝置的製造方法、基板處理裝置、程式及蝕刻方法。
已有將包含矽烷類氣體(silane-based gas)的原料氣體、氯類或氟類氣體和氫類氣體多次依序重複供給到具有暴露矽層的基板，以便在該矽層上生長膜的技術(例如，參照專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-183514號公報
[發明所欲解決的課題]
本公開的目的在於提供一種能夠提高蝕刻的可控性的技術。 [解決課題的手段]
根據本公開的一態樣，提供一種技術，其具有以下的工程： (a)向配置在處理容器內並且形成有含第14族元素膜之基板供給包含前述第14族元素的第一氣體，使得與前述基板上形成的膜中所含的前述第14族元素反應而生成的反應副生成物飽和吸附在前述基板上的工程； (b)在(a)之後供給包含鹵素的第二氣體之工程；及 (c)藉由交替重複進行(a)和(b)，對形成於前述基板上的包含前述第14族元素的膜進行蝕刻之工程。 [發明效果]
根據本公開，能夠提高蝕刻的可控性。
以下，參照圖1至圖5進行說明。在以下說明中使用的圖面均為示意性的，圖面中表示的各要素的尺寸關係、各要素的比例等與實際並不一定相符。此外，即使在多個圖面之間，各要素的尺寸關係、各要素的比例等之間也不一定一致。
(1)基板處理裝置的構成 基板處理裝置10具備處理爐202，在該處理爐202中設置有作為加熱手段(加熱機構、加熱系統)的加熱器207。加熱器207呈圓筒狀，由作為保持板的加熱器基座(未圖示)支撐而垂直設置。
構成處理容器的外管203係與加熱器207呈同心圓狀地配設在加熱器207的內側。外管203例如由石英(SiO 2)或碳化矽(SiC)等耐熱材料構成，形成為上端封閉、下端開口的圓筒狀。歧管(入口法蘭)209與外管203呈同心圓狀地配設在外管203的下方。歧管209例如由不銹鋼(SUS)等金屬製成，形成為上下端開口的圓筒狀。在歧管209的上端部與外管203之間設置有作為密封構件的O形環220a。藉由將歧管209支撐在加熱器基座上，外管203處於垂直設置的狀態。
在外管203的內側配設有構成處理容器的內管204。內管204例如由石英(SiO 2)、碳化矽(SiC)等耐熱材料構成，形成為上端封閉、下端開口的圓筒狀。處理容器主要由外管203、內管204、歧管209構成。在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構成為能夠藉由後述的晶舟217將作為基板的晶圓200以水平姿勢在垂直方向上排列成多段的狀態收容。
噴嘴410、420、430以穿透歧管209的側壁和內管204的方式設置在處理室201內。氣體供給管310、320、330分別連接到噴嘴410、420、430。然而，本實施形態的處理爐202不限於上述形態。
在氣體供給管310、320、330中從上游側依次設置有作為流量控制器(流量控制部)的質量流量控制器(MFC)312、322、332。此外，在氣體供給管310、320和330中分別設置有作為開關閥的閥314、324和334。氣體供給管340連接到氣體供給管320的閥324的下游側。在氣體供給管340中從上游側依次設置有MFC 342和閥344。在氣體供給管310、320、330的閥314、324、334的下游側(在氣體供給管320中，係與氣體供給管340的合流部的下游側)分別連接有供給惰性氣體的氣體供給管510、520、530。在氣體供給管510、520、530中從上游側依次設置有作為流量控制器(流量控制部)的MFC 512、522、532和作為開關閥的閥514、524、534。
噴嘴410、420、430分別連接到氣體供給管310、320、330的前端部。噴嘴410、420、430構成為L字形的噴嘴，其水平部設置為貫通歧管209的側壁和內管204。噴嘴410、420、430的垂直部設置在形成為朝向內管204的徑向向外突出並在垂直方向上延伸的通道狀(溝狀)的備用室201a的內部，並且在備用室201a的內部沿著內管204的內壁朝向上方(晶圓200的排列方向的上方)被設置。
噴嘴410、420、430設置成從處理室201的下部區域延伸到處理室201的上部區域，並且在面向晶圓200的位置分別設置有多個氣體供給孔410a、420a、430a。藉此，處理氣體分別從噴嘴410、420、430的氣體供給孔410a、420a、430a供給到晶圓200。從內管204的下部到上部設置有多個氣體供給孔410a、420a、430a，每個具有相同的開口面積，並且還以相同的開口間距設置。然而，氣體供給孔410a、420a、430a不限於上述形態。例如，開口面積可以從內管204的下部向上部逐漸增加。這使得可以使從氣體供給孔410a、420a、430a供給的氣體的流量更加均勻。
噴嘴410、420、430的多個氣體供給孔410a、420a、430a設置在從後述的晶舟217的下部到上部的高度位置處。因此，從噴嘴410、420、430的氣體供給孔410a、420a、430a供給到處理室201內的處理氣體，可以被供給到從晶舟217的下部到上部被收容的晶圓200的整個區域。噴嘴410、420、430可以設置成從處理室201的下部區域延伸到上部區域，但優選設置成延伸到晶舟217的頂部附近。
從氣體供給管310經由MFC 312、閥314、噴嘴410將包含第14族元素的第一氣體作為處理氣體供給到處理室201內。
從氣體供給管320經由MFC 322、閥324、噴嘴420將包含鹵素的含鹵素氣體作為處理氣體供給到處理室201內。
從氣體供給管330經由MFC 332、閥334、噴嘴430將作為處理氣體的含氧氣體供給到處理室201內。
從氣體供給管340經由MFC 342、閥344、氣體供給管320、噴嘴420將作為處理氣體的含氫氣體供給到處理室201內。
在本公開中，藉由將經由噴嘴420供給到處理室201內的基於含鹵素氣體和含氫氣體之組合的氣體用作為第二氣體。
從氣體供給管510、520、530，例如氮(N 2)氣體作為惰性氣體分別經由MFC 512、522、532、閥514、524、534、和噴嘴410、420、430被供給到處理室201內。以下，以使用N 2氣體作為惰性氣體為例進行說明，但是作為惰性氣體，除N 2氣體以外例如可以使用氬(Ar)氣體、氦(He)氣體、氖(Ne)氣體、氙(Xe)氣體等稀有氣體。
處理氣體供給系統主要由氣體供給管310、320、330、340、MFC 312、322、332、342、閥314、324、334、344、和噴嘴410、420、430構成，但也可以只有噴嘴410、420、430被認為是處理氣體供給系統。處理氣體供給系統可以簡稱為氣體供給系統。當第一氣體從氣體供給管310流出時，第一氣體供給系統主要由氣體供給管310、MFC 312和閥314構成，但也可以考慮將噴嘴410包括在第一氣體供給系統中。此外，第一氣體供給系統也可以稱為含第14族元素氣體供給系統。另外，當含鹵素氣體和含氫氣體從氣體供給管320流出時，含鹵素氣體供給系統主要由氣體供給管320、MFC 322和閥324構成，含氫氣體供給系統主要由氣體供給管340、MFC 342、閥344、氣體供給管320構成，第二氣體供給系統係由含鹵素氣體供給系統和含氫氣體供給系統構成，但也可以考慮將噴嘴420包括在第二氣體供給系統中。另外，當含氧氣體從氣體供給管330流出時，含氧氣體供給系統主要由氣體供給管330、MFC 332和閥334構成，但也可以考慮將噴嘴430包括在含氧氣體供給系統中。另外，惰性氣體供給系統主要由氣體供給管510、520、530、MFC 512、522、532、和閥514、524、534構成。
在本公開的氣體供給方法中，氣體經由配置在備用室201a內的噴嘴410、420、430輸送，該備用室201a位於由內管204的內壁和多片晶圓200的端部定義的圓環狀的縱長空間內。然後，氣體從設置在噴嘴410、420、430的面向晶圓的位置處之多個氣體供給孔410a、420a、430a噴射到內管204內。更具體而言，從噴嘴410的氣體供給孔410a、噴嘴420的氣體供給孔420a、噴嘴430的氣體供給孔430a向平行於晶圓200表面的方向噴射處理氣體等。
排氣孔(排氣口)204a是在內管204的側壁上且形成在與噴嘴410、420、430對置的位置處的貫通孔，例如是在垂直方向上細長設置的狹縫狀的貫通孔。從噴嘴410、420、430的氣體供給孔410a、420a、430a供給到處理室201內並在晶圓200的表面上流動的氣體，係經由排氣孔204a流入由內管204和外管203之間形成的間隙所構成的排氣路206內。然後，流入排氣路206內的氣體會流入排氣管231內，排出到處理爐202外部。
排氣孔204a設置在與多片晶圓200相對的位置處，從氣體供給孔410a、420a、430a供給到處理室201內的晶圓200附近的氣體，在水平方向流動之後經由排氣孔204a流入排氣路206內。排氣孔204a不限於構成為狹縫狀的貫通孔的情況，也可以由多個孔構成。
歧管209中設置有排氣管231，用於將處理室201內的氣氛排出。在排氣管231中，從上游側依次連接有作為檢測處理室201內的壓力的壓力檢測器(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246。APC閥243藉由在真空泵246動作的情況下打開和關閉閥，可以在處理室201內進行真空排氣和停止真空排氣，另外，藉由在使真空泵246動作的情況下調節閥開度，能夠調整處理室201內的壓力。排氣系統主要由排氣孔204a、排氣路206、排氣管231、APC閥243、和壓力感測器245構成。可以將真空泵246包括在排氣系統中。
在歧管209的下方設置有作為能夠氣密地封閉歧管209的下端開口的爐口蓋體即密封蓋219。密封蓋219構成為從垂直方向的下側與歧管209的下端抵接。密封蓋219由例如SUS等金屬製成，形成為圓板狀。作為與歧管209的下端抵接的密封構件的O形環220b設置在密封蓋219的上表面上。在密封蓋219中的處理室201的相反側，設置有用於旋轉收納晶圓200的晶舟217的旋轉機構267。旋轉機構267的旋轉軸255貫穿密封蓋219並與晶舟217連接。旋轉機構267構成為藉由旋轉晶舟217來旋轉晶圓200。密封蓋219構成為藉由作為垂直設置在外管203外部的升降機構的晶舟升降器115在垂直方向上升降。晶舟升降器115構造成藉由升高和降低密封蓋219可以將晶舟217搬入處理室201內或搬出處理室201外。晶舟升降器115構成為用於將晶舟217和收納在晶舟217中的晶圓200搬入處理室201內或搬出處理室201外的搬送裝置(搬送系統)。
作為基板支撐體的晶舟217，係構成為將多片例如25至200片晶圓200以水平姿勢並且對齊彼此的中心之狀態下在垂直方向上隔開間隔地配置。晶舟217由耐熱材料例如石英或SiC等製成。在晶舟217的下部，由諸如石英或SiC等的耐熱材料製成的絕熱板218以水平姿勢多級支撐(未示出)。藉由該構成，來自加熱器207的熱難以傳遞到密封蓋219側。然而，本實施形態不限於上述形態。例如，也可以代替在晶舟217的下部設置絕熱板218，而設置由石英或SiC等耐熱材料構成的筒狀構件的絕熱筒。
如圖2所示，作為溫度檢測器的溫度感測器263設置在內管204內，並根據由溫度感測器263檢測到的溫度資訊來調整供給至加熱器207的電量，藉此，使處理室201內的溫度成為具有期望的溫度分佈。溫度感測器263與噴嘴410、420、430一樣呈L字形之構成，沿內管204的內壁設置。
如圖3所示，作為控制部(控制手段)的控制器121構成為具備CPU(中央處理單元)121a、RAM(隨機存取記憶體)121b、記憶裝置121c、和I/O埠121d的電腦。RAM 121b、記憶裝置121c和I/O埠121d構成為可以經由內部匯流排與CPU 121a交換資料。例如作為觸控面板等而構成的輸入/輸出裝置122連接到控制器121。
記憶裝置121c例如由快閃記憶體、HDD(硬碟驅動器)等構成。在記憶裝置121c中，可讀取地儲存用於控制基板處理裝置的動作的控制程式、以及記載有後述的半導體裝置的製造方法的順序和條件的製程配方等。製程配方係組合後述的半導體裝置的製造方法中的各工程(各步驟)並使控制器121執行而可以得到規定的結果者，作為程式而發揮作用。以下，將該製程配方、控制程式等統稱為程式。當在本說明書中使用術語程式時，它可以僅單獨包括製程配方、僅單獨包括控制程式或包含製程配方和控制程式的組合。RAM 121b構成為臨時保存由CPU 121a讀取的程式、資料等的記憶體區域(工作區域)。
I/O埠121d連接到上述MFC 312、322、332、342、512、522、532、閥314、324、334、344、514、524、534、壓力感測器245、APC閥243、真空泵246、加熱器207、溫度感測器263、旋轉機構267、晶舟升降器115等。
CPU 121a被構成為從記憶裝置121c讀取控制程式並執行，並且響應於來自輸入/輸出裝置122的操作命令的輸入等而從記憶裝置121c讀取配方等。CPU 121a構成為遵循讀取的配方的內容可以控制以下的動作：基於MFC 312、322、332、342、512、522、532的各種氣體流量調整動作、基於閥314、324、334、344、514、524、534的開/關動作、基於APC閥243的開/關動作和基於APC閥243的對壓力感測器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246的啟動和停止、基於旋轉機構267對晶舟217的旋轉和轉速調節動作、基於晶舟升降器115的晶舟217的升降動作、晶舟217中的晶圓200的收納動作等。
控制器121可以藉由將儲存在外部記憶裝置(例如，磁帶、軟碟或硬碟等磁碟、CD或DVD等光碟、MO等光磁碟、USB記憶體或記憶卡等半導體記憶體)123的上述程式安裝在電腦來構成。記憶裝置121c或外部記憶裝置123構成為電腦可讀取的記錄媒體。以下，將它們統稱為記錄媒體。在本說明書中，記錄媒體可以僅單獨包括記憶裝置121c，也可以僅單獨包括外部記憶裝置123，也可以包括兩者。可以不使用外部記憶裝置123而藉由使用網際網路或專用線路等通信手段將程式提供給電腦。
(2)基板處理工程 作為半導體裝置(零件)的製造工程之一工程，以下使用圖4及圖5(A)~圖5(D)說明對形成於晶圓200上的包含矽(Si)等第14族元素的含第14族元素膜進行蝕刻的工程(蝕刻方法)的一例。該工程係使用上述基板處理裝置10的處理爐202進行。在以下的說明中，構成基板處理裝置10的各部分的動作能夠由控制器121進行控制。
在本公開的基板處理工程(半導體裝置的製造工程)中，具有以下的工程： (a)向配置在處理容器內且形成有含第14族元素膜之晶圓200供給包含第14族元素的第一氣體，使得與形成於晶圓200上的膜中所含的第14族元素反應生成的反應副生成物被飽和吸附在晶圓200上的工程； (b)在(a)之後供給包含鹵素的第二氣體之工程；及 (c)藉由交替重複進行(a)和(b)，對形成於晶圓200上的含第14族元素膜進行蝕刻之工程。
當在本說明書中使用術語“晶圓”時，它可以表示“晶圓本身”或“晶圓和形成在其表面上的預定的層、膜等的疊層體”。當在本說明書中使用術語“晶圓表面”時，它可以表示“晶圓本身的表面”或“形成在晶圓上的預定的層、膜等的表面”。在本說明書中使用術語“基板”也與使用術語“晶圓”同義。
(晶圓搬入) 當將多片晶圓200裝填(晶圓裝填)到晶舟217中時，如圖1所示，支撐多片晶圓200的晶舟217被晶舟升降器115提升並搬入處理室201內(晶舟裝載)，並配置在處理容器內。在該狀態下，密封蓋219處於經由O形環220封閉外管203的下端開口的狀態。
(壓力調整及溫度調整) 處理室201的內部即存在晶圓200的空間，藉由真空泵246被抽真空以具有期望的壓力(真空度)。此時，處理室201內的壓力由壓力感測器245測量，APC閥243根據測量到的壓力資訊進行反饋控制(壓力調整)。真空泵246始終保持動作狀態直到至少完成對晶圓200的處理。此外，處理室201的內部被加熱器207加熱以具有期望的溫度。此時，根據由溫度感測器263檢測出的溫度資訊，對加熱器207的供給電量進行反饋控制(溫度調整)，以使處理室201內成為所希望的溫度分佈。加熱器207對處理室201內的加熱至少持續到對晶圓200的處理結束為止。
(第一氣體(含第14族元素氣體)供給，第一步驟) 打開閥314以允許第一氣體流入氣體供給管310內。第一氣體的流量由MFC 312調整，從噴嘴410的氣體供給孔410a供給到處理室201內，從排氣管231排出。
此時，供給第一氣體以使其與形成於晶圓200上的含第14族元素的膜中所含的第14族元素反應所生成的反應副生成物飽和吸附在晶圓200上。這裡，在本公開中，飽和並不意味著所有可吸附位點(site)都被填充，只要它們實質上飽和即可。亦即，為了提高生產率，可以處於未完全飽和的狀態，換言之，可以處於反應未完全收斂的狀態。另外，在反應量相對於氣體供給時間的特性大於某一個供給時間的區域中具有飽和曲線的氣體種和膜種的組合中，使用飽和曲線上處於未完全飽和狀態的物質，在本公開中也可稱為飽和吸附。本公開的至少一種效果可以由飽和曲線上的一個供給時間來獲得。當供給時間設定在能夠獲得這種飽和曲線的供給時間區域內時，也可以稱為利用飽和吸附特性的供給。
此時，在第一氣體分解的氣氛下將其提供給晶圓200。第一氣體分解的氣氛的溫度，意味著晶圓200的溫度例如成為350℃至500℃的範圍內的溫度。具體而言，例如在使用二氯矽烷(SiH 2Cl 2，簡稱為DCS)氣體作為第一氣體的情況下，溫度為350℃~500℃的範圍內的溫度。
亦即，將加熱器207的溫度設定為使晶圓200的溫度例如成為350~500℃的範圍內的溫度之下而進行。本公開中的“350~500℃”等數值範圍的記號是指下限值和上限值包含在該範圍內。因此，例如“350~500℃”的意思是“350℃以上且500℃以下”。這同樣適用於其他數值範圍。
另外，此時，調整APC閥243以使處理室201內的壓力例如成為20~100Pa的範圍內的壓力。由MFC 312控制的含第14族元素氣體的供給流量例如是0.1~1.0slm的範圍內的流量。向晶圓200供給第一氣體的時間例如是15~30秒的範圍內的時間。
作為第一氣體，例如是包含第14族元素即矽(Si)的氣體，可以使用氯矽烷類氣體即DCS氣體。
具體而言，例如，當使用DCS氣體作為第一氣體並且使用以Si為主要成分的膜即Si膜作為含第14族元素膜時，如圖5(A)所示，藉由供給DCS氣體，使DCS氣體以分解狀態吸附在表面形成有Si膜的晶圓200(表面的基底膜)上。此時，晶圓200表面的Si與從DCS氣體分解的Cl反應生成反應副生成物SiCl。此外，生成的SiCl從晶圓200的表面解離，並且已解離的分子進行聚合。
然後，如圖5(B)所示，已解離的SiCl或聚合的分子被再度吸附在晶圓200上。在該再度吸附中，可吸附的吸附位點隨時間減少，吸附量達到飽和。這種飽和也稱為自限。亦即，在晶圓200的表面形成以SiCl 2、SiCl 4等之SiCl為主要成分的SiCl層(抑制劑層)。該SiCl層具有抑制新供給的DCS氣體、新生成的解離的SiCl、或聚合的分子的吸附的效果，將該效果稱為抑製劑效果，將這樣的層稱為抑製劑層。這裡，在未分解的氣體中，難以生成SiCl，難以獲得抑製劑效果。亦即，在未分解的氣體中，會發生氣體分子本身的物理吸附，物理吸附量不斷增加，有可能達不到飽和，或未分解的氣體與Si膜發生反應，蝕刻繼續進行，蝕刻可能不會停止。藉由在分解DCS氣體的氣氛中向晶圓200上的Si膜進行供給，則可以使DCS氣體中所含的Cl與晶圓200上的Si反應可以促進SiCl的生成。
(第二氣體(含鹵素氣體和含氫氣體)供給，第二步驟) 從開始供給第一氣體起經過規定時間後，關閉閥314，停止向處理室201內供給第一氣體。此時，打開閥324和344，含鹵素氣體和含氫氣體同時流入氣體供給管320內。即，在第一氣體的供給後，不供給淨化氣體而開始第二氣體的供給。
含鹵素氣體和含氫氣體的流量分別由MFC 322、342調整，從噴嘴420的氣體供給孔420a供給到處理室201內，從排氣管231排出。此時，向晶圓200供給第二氣體。
此時，作為含鹵素氣體和含氫氣體的組合的第二氣體是在第二氣體不分解的氣氛中被供給到晶圓200。第二氣體不分解的氣氛，是指使晶圓200的溫度成為例如350℃至500℃的範圍內的溫度。具體地，例如，當使用Cl 2氣體作為第二氣體時，使得溫度成為350℃至500℃的範圍內的溫度。
此時，調整APC閥243以使處理室201內的壓力例如為20~100Pa的範圍內的壓力。由MFC 322控制的含鹵素氣體的供給流量例如為0.01~0.10slm範圍內的流量。由MFC 342控制的含氫氣體的供給流量例如為0.1~2.0slm的範圍內的流量。將含鹵素氣體和含氫氣體同時供給到晶圓200的時間例如是2至5秒的範圍內的時間。
此時，向晶圓供給作為含鹵素氣體和含氫氣體的混合氣體即第二氣體。
作為第二氣體，例如可以使用含鹵素氣體的氯(Cl 2)氣體和含氫氣體的氫(H 2)氣體。
具體而言，例如，當使用Cl 2氣體和H 2氣體作為第二氣體時，如圖5(C)所示，藉由第二氣體的供給使生成在晶圓200表面上的SiCl層的一部分反應並產生反應副生成物。亦即，SiCl層中所含的Si與Cl 2氣體中所含的Cl或H 2氣體中所含的H被結合，而使晶圓200上的Si膜被蝕刻。具體而言，吸附在晶圓200上的Si或Cl或H的分子與作為第二氣體的Cl 2氣體或H 2氣體反應，藉此使得Si或Cl或H從SiCl層離解，使表面的Si膜被蝕刻。即，藉由不分解第二氣體，可以將Cl 2供給到在第一步驟中在晶圓200的表面上生成的SiCl層，並且可以提高SiCl層的去除效率。這使得可以提高Si膜的蝕刻可控性。
這裡，在第一氣體供給和第二氣體供給之間進行淨化時，吸附在Si膜表面的SiCl被除去，蝕刻對象的Si膜露出，難以獲得各層的蝕刻特性，並且蝕刻速率可能降低。藉由在第一氣體的供給與第二氣體的供給之間不進行淨化，蝕刻對象的Si膜的表面保持被SiCl覆蓋的狀態下，能夠更容易地得到各層的蝕刻效果。即，可以提高蝕刻速率和蝕刻引起的面內均勻性。
(淨化，第三步驟) 從第二氣體的供給開始經過規定時間後，例如1~30秒後，關閉閥324、344，停止第二氣體的供給。此時，排氣管231的APC閥243保持打開狀態，藉由真空泵246對處理室201內進行真空排氣，從晶圓200上除去殘留氣體，並且從處理室201內排除殘留在處理室201內的未反應的第二氣體和反應副生成物。此時，打開閥514、524、534，將作為淨化氣體的惰性氣體供給到處理室201內，對處理容器內進行淨化。惰性氣體作為淨化氣體作用，從晶圓200上去除殘留氣體，並提高從處理室201內排除殘留在處理室201內的未反應的第二氣體和反應副生成物的效果。由MFC 512、522、532控制的惰性氣體的供給流量例如分別為0.1至2.0slm。
藉由以這種方式進行淨化，如圖5(D)所示，可以去除蝕刻產生的反應副生成物。另外，在進行循環處理的情況下，藉由進行淨化，能夠抑制第二氣體、反應副生成物與第一氣體的反應。此外，可以抑制供給第一氣體時的自限效應因第二氣體、反應副生成物與第一氣體之間的反應而減弱。即，藉由進行淨化，能夠提高供給第一氣體時的自限效應。
(規定次數實施) 藉由將依次進行了上述第一步驟至第三步驟的循環執行規定次數(N次)即一次以上，來對形成於晶圓200上的含第14族元素膜進行蝕刻。即，藉由交替重複進行第一步驟至第三步驟，可以對形成於晶圓200上的含有第14族元素的膜進行蝕刻。
(後淨化及回復大氣壓) 惰性氣體從各氣體供給管510~530供給到處理室201內，從排氣管231進行排氣。惰性氣體作為淨化氣體發揮作用，由此處理室201內被惰性氣體淨化，殘留在處理室201內的氣體和反應副生成物被從處理室201內除去(後淨化)。之後，處理室201內的氣氛被惰性氣體置換(惰性氣體置換)，處理室201內的壓力回復到常壓(回復大氣壓)。
(晶圓搬出) 此後，密封蓋219被晶舟升降器115下降，並且外管203的下端打開。然後，在由晶舟217支撐的狀態下，將處理後的晶圓200從外管203的下端搬出(晶舟卸載)到外管203的外部。之後，從晶舟217取出處理後的晶圓200(晶圓排出)。
(3)本實施形態的效果 根據本實施形態，可以獲得以下一種或多種效果。(a)可以提高含有第14族元素的膜的蝕刻的控制性。(b)可以對含有第14族元素的膜進行微細加工。
(4)其他實施形態 以上，具體說明了本公開的實施形態。然而，本公開不限於上述實施形態，可以在不脫離其主旨的情況下進行各種改變。
(變形例1) 圖6示出了本公開的一實施形態中的基板處理順序的變形例。 在本變形例中，藉由將依次進行了上述第一步驟和第二步驟的循環執行規定次數(N次)即一次以上，來對形成於晶圓200上的含有第14族元素的膜進行蝕刻。即，不進行上述第三步驟的淨化。即使在這種情況下，也可以蝕刻含有第14族元素的膜。
(變形例2) 圖7示出了本公開的一實施形態中的基板處理順序的變形例。 在本變形例中，藉由將依次進行了上述第一步驟至第三步驟的循環執行規定次數(N次)之後，從含氧氣體供給系統供給含氧氣體。然後，在供給惰性氣體(淨化氣體)之後，將依次進行了第一步驟至第三步驟的循環執行規定次數(M次)。即，在重複進行上述第一步驟至第三步驟的中途，供給含氧氣體以氧化表面。藉此，晶圓200的表面在蝕刻的中途被氧化，可以抑制過度蝕刻。另外，可以調整蝕刻量(蝕刻膜厚)，提高蝕刻控制性。
作為含氧氣體可以使用氧(O 2)氣體、臭氧(O 3)氣體、水蒸氣(H 2O)等。
(變形例3) 圖8(A)和圖8(B)示出了本公開的一實施形態中的基板處理順序的變形例。 在本變形例中，如圖8(A)所示，作為上述第一步驟中的第一氣體，除了供給含第14族元素的氣體之外還供給含氫氣體。即，與上述第一步驟中的含第14族元素的氣體的供給並行地供給含氫氣體。然後，供給含鹵素氣體作為第二步驟中的第二氣體。即，在第二步驟中不供給含氫氣體。
此外，如圖8(B)所示，上述第一步驟和第二步驟的兩者中，除了供給個別的氣體之外還可以供給含氫氣體。即，可以與第一步驟中的含第14族元素氣體的供給和第二步驟中的含鹵素氣體的供給並行地分別供給含氫氣體。
即，在第一步驟和第二步驟中的一方或雙方中，除了供給各別的氣體之外還供給含氫氣體。結果，可以在去除反應副生成物的同時進行每個工程，並且可以在提高處理品質的同時提高蝕刻控制性。
作為含氫氣體可以使用氫(H 2)氣體、活化的氫氣體等。
(變形例4) 接著，以摻雜有規定元素的磷(P)的摻雜Si膜和未摻雜P的非摻雜Si膜作為蝕刻對象的含第14族元素膜，對於表面形成有摻雜Si膜和非摻雜Si膜的晶圓200，進行了上述第一步驟至第三步驟時的上述蝕刻的效果進行說明。
首先，藉由第一步驟中的第一氣體的供給，在摻雜Si膜上和非摻雜Si膜上產生與上述第一步驟中的圖5(A)和圖5(B)所示相同的反應。
藉由第二步驟中的第二氣體的供給，與非摻雜Si膜上相比，在摻雜Si膜上的反應被抑制了，並且在非摻雜Si膜上產生了上述第二步驟中的圖5(C)所示的反應並被蝕刻。
即，藉由進行上述第一步驟至第三步驟，能夠選擇性地蝕刻非摻雜Si膜。
(變形例5) 接著，以單晶Si膜或多晶Si膜的結晶Si膜和非晶質Si膜的非結晶Si膜作為蝕刻對象的含第14族元素膜，對於在表面形成有結晶Si膜和非結晶Si膜的晶圓200，進行了上述第一步驟至第三步驟時的上述蝕刻的效果進行說明。
通常，非結晶Si膜比結晶Si膜更容易蝕刻。即，當根據結晶Si膜的蝕刻速率進行蝕刻時，非結晶Si膜可能被蝕刻超過預定膜厚度，導致過度蝕刻。認為這是因為蝕刻速率根據晶體的晶界和原子排列而不同。
藉由進行上述第一步驟至第三步驟，結晶Si膜和非結晶Si膜雙方都被蝕刻。認為這是因為第一氣體的蝕刻由於抑制劑效果而自停止(飽和停止)，因此難以接受由結晶性引起的蝕刻速率的差異。即，根據本公開，能夠減小結晶Si膜與非結晶Si膜之間的蝕刻速率的差異，能夠抑制過度蝕刻。
(變形例6) 接著，以氧化膜的氧化矽(SiO 2)膜和非氧化膜的Si膜作為蝕刻對象的含第14族元素膜，對於在表面形成有SiO 2膜和Si膜的晶圓200，進行了上述第一步驟至第三步驟時的上述蝕刻的效果進行說明。
藉由進行上述第一步驟至第三步驟，作為非氧化膜的Si膜被蝕刻。即，可以選擇性地蝕刻非氧化膜。這裡，作為非氧化膜，除了Si膜之外還可以使用摻雜有P的摻雜Si膜、氮化矽(SiN)膜等。
(變形例7) 接著，以氮化膜的SiN膜和非氮化膜的Si膜作為蝕刻對象的含第14族元素膜，對於在表面形成有SiN膜和Si膜的晶圓200，進行了上述第一步驟至第三步驟時的上述蝕刻的效果進行說明。
藉由進行上述第一步驟至第三步驟，作為非氮化膜的Si膜被蝕刻。即，可以選擇性地蝕刻非氮化膜。
(變形例8) 接著，以非氧化膜的Si膜作為蝕刻對象的含第14族元素膜，對於形成有在氧化膜即SiO 2膜之上形成了非氧化膜即Si膜的層疊膜的晶圓200，進行了上述第一步驟至第三步驟時的上述蝕刻的效果進行說明。
藉由進行上述第一步驟至第三步驟，作為非氧化膜的Si膜被蝕刻。即，作為氧化膜的SiO 2膜成為蝕刻停止層，可以選擇性地蝕刻非氧化膜。
在上述實施形態中說明了在第一氣體供給和第二氣體供給之間不進行淨化的情況，但是本公開不限於此，也可以在第一氣體供給和第二氣體供給之間進行淨化。
此外，在上述實施形態中說明了含有第14族元素的膜是以Si作為主要成分的含Si膜，即使用Si膜的情況，但是本公開不限於此，作為含Si膜，可以使用單晶Si膜、多結晶Si膜、非晶質Si膜、SiN膜、摻雜Si膜、非摻雜Si膜等。
作為摻雜Si膜，可以使用摻雜有磷(P)作為摻雜劑的Si膜或摻雜有硼(B)作為摻雜劑的Si膜。
另外，在上述實施形態中，作為含有第14族元素的膜，例如也可以適當地應用在使用含有鍺(Ge)等其他第14族元素的膜之情況。
此外，在上述實施形態中說明了使用包含例如矽(Si)的DCS氣體來作為包含第14族元素的氣體即第一氣體的情況，但是本公開不限於此，另外，也可以適當地適用於使用包含鍺(Ge)等其他第14族元素的氣體的情況。
具體而言，作為第一氣體，例如可以使用包含二氯矽烷(SiH 2Cl 2，簡稱DCS)氣體、六氯乙矽烷(Si 2Cl 6，簡稱HCDS)氣體、四氯化矽(SiCl 4)氣體中的至少一種以上的氣體等氯矽烷類氣體。另外，可以使用甲矽烷(SiH 4)氣體、乙矽烷(Si 2H 6)氣體、丙矽烷(Si 3H 8)氣體等矽烷類氣體。優選使用容易產生飽和反應的包含Si和Cl的氯矽烷類氣體。此外，在矽烷類氣體的情況下，藉由循環供給，可以獲得與氯矽烷類氣體相同的效果。即，藉由將在第X次循環中供給的第二氣體的鹵素種保留到第X+1次循環以後，能夠得到同樣的效果。這裡，X是整數。
作為包含Ge的第一氣體，例如可以使用包含氯鍺(GeH 2Cl 2)氣體、六氯二鍺(Ge 2Cl 6，也稱為六氯化二鍺)氣體和四氯化鍺(GeCl 4)氣體中的至少一種以上的氣體等氯鍺類氣體。另外，可以使用單鍺(GeH 4)氣體、二鍺(Ge 2H 6)氣體、三鍺(Ge 3H 8)氣體等鍺類氣體。優選使用容易引起飽和反應的含有Ge和Cl的氯鍺類氣體。此外，在鍺類氣體的情況下，藉由循環供給可以獲得與氯鍺類氣體相同的效果。即，藉由將在第X次循環中供給的第二氣體的鹵素種保留到第X+1次循環以後，能夠得到同樣的效果。這裡，X是整數。
作為第二氣體可以使用例如含鹵素氣體、包含氯的氣體即氯(Cl 2)氣體、氯化氫(HCl)氣體、三氯化硼(BCl 3)氣體、四氯化矽(SiCl 4)氣體、甲矽烷(SiH 4)氣體和Cl 2氣體的混合氣體中的至少一種以上與含氫氣體的組合。另外，作為含氫氣體可以使用H 2氣體等。
此外，作為第二氣體可以使用例如氯(Cl 2)氣體、氯化氫(HCl)氣體、三氯化硼(BCl 3)氣體、四氯化矽(SiCl 4)氣體、甲矽烷(SiH 4)氣體和Cl 2氣體的混合氣體中的至少一種以上與氟(F)類氣體或溴(Br)類氣體的組合。
此外，藉由使用含有氯的Cl類氣體作為第二氣體，可以提高蝕刻選擇性，但即使使用F類氣體或Br類氣體也可以獲得相同的效果。
此外，作為第二氣體，四氯化矽(SiCl 4)氣體或甲矽烷(SiH 4)氣體可以替換為四氯化鍺(GeCl 4)氣體或單鍺(GeH 4)等氣體。
此外，在上述實施形態中說明了藉由相同的噴嘴420將含鹵素氣體和含氫氣體供給到處理室201內的示例，但是本公開不限於此，並且可以使用其他的噴嘴供給。
此外，在上述實施形態中說明了藉由使用基板處理裝置來形成膜的示例，該基板處理裝置是用於一次處理多片基板的批次式立型裝置，但是本公開不限於此，也可以適當地應用於使用一次處理一片或多片基板的單片型基板處理裝置來形成膜的情況。
例如，本公開可以適當地應用於藉由使用具備圖9(A)所示處理爐302的基板處理裝置來形成膜的情況。處理爐302具備：形成處理室301的處理容器303、以噴淋狀向處理室301內供給氣體的噴淋頭303s、以水平姿勢支撐一片或多片晶圓200的支撐台317、從下方支撐支撐台317的旋轉軸355、和設置在支撐台317上的加熱器307。噴淋頭303s的入口(氣體導入口)，係連接到供給上述第一氣體的氣體供給口304a、供給上述第二氣體的氣體供給口304b、及供給上述第三氣體的氣體供給口304c。在氣體供給口304a上連接有與上述實施形態的第一氣體供給系統同樣的第一氣體供給系統。在氣體供給口304b上連接有與上述實施形態的第二氣體供給系統同樣的第二氣體供給系統。在氣體供給口304c上連接有與上述的含氧氣體供給系統同樣的含氧氣體供給系統。在噴淋頭303s的出口(氣體排出口)設置有氣體分散板，其以噴淋狀向處理室301內供給氣體。在處理容器303內設有用於對處理室301內進行排氣的排氣口331。與上述實施形態的排氣系統同樣的排氣系統連接到排氣口331。
此外，例如，本公開可以適當地應用於藉由使用具備圖9(B)所示處理爐402的基板處理裝置來形成膜的情況。處理爐402具備：形成處理室401的處理容器403、以水平姿勢支撐一片或多片晶圓200的支撐台417、從下方支撐支撐台417的旋轉軸455、向處理容器403的晶圓200照射光的燈加熱器407、和透過燈加熱器407的光的石英窗403w。處理容器403連接到供給上述第一氣體的氣體供給口432a、供給上述第二氣體的氣體供給口432b、及供給上述含氧氣體的氣體供給口432c。在氣體供給口432a上連接有與上述實施形態的第一氣體供給系統同樣的第一氣體供給系統。在氣體供給口432b上連接有與上述實施形態的第二氣體供給系統同樣的第二氣體供給系統。在氣體供給口432c上連接有與上述實施形態的含氧氣體供給系統同樣的含氧氣體供給系統。在處理容器403設有用於對處理室401內進行排氣的排氣口431。和上述實施形態的排氣系統同樣的排氣系統連接到排氣口431。
即使在使用這些基板處理裝置的情況下，也能夠以與上述實施形態相同的順序和處理條件進行蝕刻。
用於這些基板處理的製程配方(記載有處理順序或處理條件等的程式)，優選根據基板處理的內容(要蝕刻的薄膜的膜種類、組成比、膜質、膜厚、處理順序、處理條件等)分別單獨準備(或準備多個)。然後，在開始基板處理時，優選根據基板處理的內容從多個製程配方中適當選擇適當的製程配方。具體而言，將根據基板處理的內容分別準備的多個製程配方，經由通信線路或記錄有該製程配方的記錄媒體(外部記憶裝置123)，預先儲存(安裝)在基板處理裝置所具備的記憶裝置121c內。然後，當開始基板處理時，基板處理裝置所具備的CPU 121a根據基板處理的內容，從儲存在記憶裝置121c內的多個製程配方中適當地選擇適當的製程配方是優選的。根據該構成，能夠藉由一台基板處理裝置以通用且可再現的方式蝕刻各種膜種類、組成比、膜質、膜厚的薄膜。此外，還可以減輕操作者的操作負擔(處理順序或處理條件等的輸入負擔等)，在避免操作失誤的同時可以快速開始基板處理。
此外，本公開也可以藉由例如改變現有的基板處理裝置的製程配方來實現。當改變製程配方時，本公開的製程配方可以經由通信線路或記錄有該製程配方的記錄媒體安裝到現有的基板處理裝置，或者藉由操作現有的基板處理裝置的輸入/輸出裝置，將該製程配方本身變更為本公開的製程配方。
以上，說明了本公開的各種典型實施形態，但是本公開不限於這些實施形態，並且可以適當地組合使用。
10:基板處理裝置 121:控制器 200:晶圓(基板) 201:處理室
[圖1]是表示本公開的一實施形態的基板處理裝置的立式處理爐的概略縱剖視圖。 [圖2]是沿圖1中的A-A線的概略橫剖視圖。 [圖3]是本公開的一實施形態的基板處理裝置的控制器的概略構成圖，是將該控制器的控制系統作為方塊圖表示的圖。 [圖4]是示出本公開的一實施形態的基板處理順序的圖。 [圖5(A)~圖5(D)]是用於說明圖4所示的基板處理順序中的基板表面的狀態的示意圖。 [圖6]是表示本公開的一實施形態的基板處理順序的變形例的圖。 [圖7]是表示本公開的一實施形態的基板處理順序的變形例的圖。 [圖8(A)和圖8(B)]是表示本公開的一實施形態中的基板處理順序的變形例的圖。 [圖9(A)和圖9(B)]是表示本公開的另一實施形態的基板處理裝置的處理爐的概略的縱剖視圖。

Claims (20)

  1. 一種基板處理方法，具有： (a)向配置在處理容器內並且形成有含第14族元素膜之基板供給包含前述第14族元素的第一氣體，使得與前述基板上形成的膜中所含的前述第14族元素反應而生成的反應副生成物飽和吸附在前述基板上的工程； (b)在(a)之後供給包含鹵素的第二氣體之工程；及 (c)藉由交替重複進行(a)和(b)，來對形成於前述基板上的包含前述第14族元素的膜進行蝕刻之工程。
  2. 如請求項1之基板處理方法，其中 在(a)中，係在前述第一氣體分解的氣氛中供給前述第一氣體。
  3. 如請求項1之基板處理方法，其中 在(b)中，係在前述第二氣體不分解的氣氛中供給前述第二氣體。
  4. 如請求項1之基板處理方法，其中 (d)在(c)中還具有：在(b)之後對前述處理容器內進行淨化的工程。
  5. 如請求項1之基板處理方法，其中 (d)在(c)中不具有：在(b)之後對前述處理容器內進行淨化的工程。
  6. 如請求項1之基板處理方法，其中 在(a)與(b)之間不進行淨化。
  7. 如請求項1之基板處理方法，其中 前述第14族元素是矽， 前述第一氣體是矽烷類氣體(silane-based gas)或氯矽烷類氣體(chlorosilane-based gas)。
  8. 如請求項1之基板處理方法，其中 前述第14族元素是矽， 前述第一氣體是氯矽烷類氣體。
  9. 如請求項8之基板處理方法，其中 前述氯矽烷類氣體是包含二氯矽烷、六氯乙矽烷、和四氯化矽中的至少一種以上的氣體。
  10. 如請求項1之基板處理方法，其中 前述鹵素是含有氯的氣體。
  11. 如請求項10之基板處理方法，其中 前述第二氣體是氯氣體、氯化氫氣體、三氯化硼氣體、四氯化矽氣體、甲矽烷氣體與氯氣體的混合氣體的至少一種以上。
  12. 如請求項1之基板處理方法，其中 包含前述第14族元素的膜是以矽為主要成分的膜。
  13. 如請求項1之基板處理方法，其中 在前述基板的表面形成有摻雜了規定元素的矽膜和未摻雜規定元素的矽膜， 在(c)中，係對前述未摻雜規定元素的矽膜進行蝕刻。
  14. 如請求項1之基板處理方法，其中 在前述基板的表面形成有結晶矽膜和非結晶矽膜， 在(c)中，係對前述結晶矽膜和前述非結晶矽膜雙方進行蝕刻。
  15. 如請求項1之基板處理方法，其中 在前述基板的表面形成有氧化膜和非氧化膜， 在(c)中，係對前述非氧化膜進行蝕刻。
  16. 如請求項1之基板處理方法，其中 在前述基板的表面形成有氮化膜和非氮化膜， 在(c)中，係對前述非氮化膜進行蝕刻。
  17. 如請求項1之基板處理方法，其中 (d)在(c)的中途進行含氧氣體的供給。
  18. 一種基板處理裝置，具有： 氣體供給系統，其向處理容器內的形成有含第14族元素膜之基板供給包含前述第14族元素的第一氣體和包含鹵素的第二氣體；及 控制部，其構成為可以控制前述氣體供給系統，以使進行以下的處理： (a)向前述基板供給前述第一氣體，使得與前述基板上形成的膜中所含的前述第14族元素反應而生成的反應副生成物飽和吸附在前述基板上的處理； (b)在(a)之後向前述基板供給前述第二氣體之處理；及 (c)藉由交替重複進行(a)和(b)，來對形成於前述基板上的包含前述第14族元素的膜進行蝕刻之處理。
  19. 一種程式，係藉由電腦使基板處理裝置執行以下： (a)向配置在前述基板處理裝置的處理容器內並且形成有含第14族元素膜之基板供給包含前述第14族元素的第一氣體，使得與前述基板上形成的膜中所含的前述第14族元素反應而生成的反應副生成物飽和吸附在前述基板上的順序； (b)在(a)之後供給包含鹵素的第二氣體之順序； (c)藉由交替重複進行(a)和(b)，來對形成於前述基板上的包含前述第14族元素的膜進行蝕刻之順序。
  20. 一種半導體裝置的製造方法，具有： (a)向配置在處理容器內並且形成有含第14族元素膜之基板供給包含前述第14族元素的第一氣體，使得與前述基板上形成的膜中所含的前述第14族元素反應而生成的反應副生成物飽和吸附在前述基板上的工程； (b)在(a)之後供給包含鹵素的第二氣體之工程；及 (c)藉由交替重複進行(a)和(b)，來對形成於前述基板上的包含前述第14族元素的膜進行蝕刻之工程。
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