JP2014060227A - 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板に対して所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給することで、所定元素およびハロゲン基を含む第1の層を形成する工程と、基板に対して所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給することで、第1の層を改質して第2の層を形成する工程と、を含むサイクルを所定回数行う工程を有し、サイクルを所定回数行う工程では、基板の温度を、第2の原料における所定元素からアミノ基を含むリガンドが分離する温度であって、分離したリガンドが第1の層におけるハロゲン基と反応して第1の層からハロゲン基を引き抜くと共に、分離したリガンドが第1の層における所定元素と結合するのを阻害する温度であって、さらに、第2の原料におけるリガンドが分離した所定元素が第1の層における所定元素と結合する温度とする。
【選択図】図4
Description
基板に対して所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給することで、前記所定元素および前記ハロゲン基を含む第1の層を形成する工程と、
前記基板に対して前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給することで、前記第1の層を改質して第2の層を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数行う工程を有し、
前記サイクルを所定回数行う工程では、前記基板の温度を、前記第2の原料における前記所定元素から前記アミノ基を含むリガンドが分離する温度であって、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記ハロゲン基と反応して前記第1の層から前記ハロゲン基を引き抜くと共に、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記所定元素と結合するのを阻害する温度であって、さらに、前記第2の原料における前記リガンドが分離した前記所定元素が前記第1の層における前記所定元素と結合する温度とすることで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
基板に対して所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給することで、前記所定元素および前記ハロゲン基を含む第1の層を形成する工程と、
前記基板に対して前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給することで、前記第1の層を改質して第2の層を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数行う工程を有し、
前記サイクルを所定回数行う工程では、前記基板の温度を、前記第2の原料における前記所定元素から前記アミノ基を含むリガンドが分離する温度であって、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記ハロゲン基と反応して前記第1の層から前記ハロゲン基を引き抜くと共に、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記所定元素と結合するのを阻害する温度であって、さらに、前記第2の原料における前記リガンドが分離した前記所定元素が前記第1の層における前記所定元素と結合する温度とすることで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成する基板処理方法が提供される。
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して、所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給する第1原料供給系と、
前記処理室内の基板に対して、前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給する第2原料供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内の基板に対して前記第1の原料を供給することで、前記所定元素および前記ハロゲン基を含む第1の層を形成する処理と、前記基板に対して前記第2の原料を供給することで、前記第1の層を改質して第2の層を形成する処理と、を含むサイクルを所定回数行い、その際、前記基板の温度を、前記第2の原料における前記所定元素から前記アミノ基を含むリガンドが分離する温度であって、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記ハロゲン基と反応して前記第1の層から前記ハロゲン基を引き抜くと共に、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記所定元素と結合するのを阻害する温度であって、さらに、前記第2の原料における前記リガンドが分離した前記所定元素が前記第1の層における前記所定元素と結合する温度とすることで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成するように、前記第1原料供給系、前記第2原料供給系および前記ヒータを制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
基板処理装置の処理室内の基板に対して所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給することで、前記所定元素および前記ハロゲン基を含む第1の層を形成する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給することで、前記第1の層を改質して第2の層を形成する手順と、
を含むサイクルを所定回数行う手順をコンピュータに実行させ、
前記サイクルを所定回数行う手順では、前記基板の温度を、前記第2の原料における前記所定元素から前記アミノ基を含むリガンドが分離する温度であって、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記ハロゲン基と反応して前記第1の層から前記ハロゲン基を引き抜くと共に、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記所定元素と結合するのを阻害する温度であって、さらに、前記第2の原料における前記リガンドが分離した前記所定元素が前記第1の層における前記所定元素と結合する温度とすることで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成するプログラムが提供される。
以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉202部分を縦断面図で示している。図2は、本実施形態で好適に用いられる縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉202部分を図1のA−A線断面図で示している。なお、本発明は、本実施形態にかかる基板処理装置に限らず、枚葉式、Hot Wall型、Cold Wall型の処理炉を有する基板処理装置にも好適に適用できる。
ている。また、第2ガス供給管232bのバルブ243bよりも下流側には、第2不活性ガス供給管232fが接続されている。この第2不活性ガス供給管232fには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ241f、及び開閉弁であるバルブ243fが設けられている。また、第2ガス供給管232bの先端部には、上述の第2ノズル249bが接続されている。第2ノズル249bは、反応管203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、反応管203の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ200の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。すなわち、第2ノズル249bは、ウエハ200が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。第2ノズル249bはL字型のロングノズルとして構成されており、その水平部は反応管203の下部側壁を貫通するように設けられており、その垂直部は少なくともウエハ配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。第2ノズル249bの側面にはガスを供給するガス供給孔250bが設けられている。ガス供給孔250bは反応管203の中心を向くように開口しており、ウエハ200に向けてガスを供給することが可能となっている。このガス供給孔250bは、反応管203の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、第2ガス供給管232b、マスフローコントローラ241b、バルブ243bにより第2ガス供給系が構成される。なお、第2ノズル249bを第2ガス供給系に含めて考えてよい。また、主に、第2不活性ガス供給管232f、マスフローコントローラ241f、バルブ243fにより第2不活性ガス供給系が構成される。第2不活性ガス供給系はパージガス供給系としても機能する。
ブ243gにより、第3不活性ガス供給系が構成される。第3不活性ガス供給系はパージガス供給系としても機能する。
は、(エチルメチルアミノ)シラン(SiH3[N(CH3)(C2H5)])、(ジメチルアミノ)シラン(SiH3[N(CH3)2])、(ジエチルピペリジノ)シラン(SiH3[NC5H8(C2H5)2])等を用いることができる。なお、SiH3Rのように常温常圧下で液体状態である液体原料を用いる場合は、液体原料を気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、原料ガス(SiH3Rガス)として供給することとなる。
た、図1に示すように縦断面視において、排気管231は、ガス供給孔250a,250b,250cが設けられる箇所よりも下方に設けられている。この構成により、ガス供給孔250a,250b,250cから処理室201内のウエハ200の近傍に供給されたガスは、水平方向、すなわちウエハ200の表面と平行な方向に向かって流れた後、下方に向かって流れ、排気管231より排気されることとなる。処理室201内におけるガスの主たる流れが水平方向へ向かう流れとなるのは上述の通りである。
Access Memory)121b、記憶装置121c、I/Oポート121dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM121b、記憶装置121c、I/Oポート121dは、内部バス121eを介して、CPU121aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ121には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置122が接続されている。
る。
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用い、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に所定元素単体で構成される薄膜を成膜するシーケンス例について図4、図5を参照しながら説明する。図4は、本実施形態の成膜シーケンスにおける成膜フローを示す図である。図5は、本実施形態の成膜シーケンスにおけるガス供給のタイミングを示す図である。尚、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。
基板に対して所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給することで、所定元素およびハロゲン基を含む第1の層を形成する工程と、
基板に対して所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給することで、第1の層を改質して第2の層を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数行う工程を実施する。
処理室201内のウエハ200に対して第1の原料としてクロロシラン系原料を供給することで、シリコンおよびクロロ基(塩素)を含む第1の層として塩素を含むシリコン含有層を形成する工程と、
処理室201内のウエハ200に対して第2の原料としてアミノシラン系原料を供給することで、塩素を含むシリコン含有層を改質して、第2の層としてシリコン単体で構成されるシリコン層を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数行う工程を実施する。
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、図1に示されているように、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(圧力調整)。なお、真空ポンプ246は、少なくともウエハ200に対する処理が完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(温度調整)。なお、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に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。続いて、回転機構267によるボート217及びウエハ200の回転を開始する。なお、回転機構267によるボート217及びウエハ200の回転は、少なくとも、ウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
その後、次の2つのステップ、すなわち、ステップ1,2を順次実行する。
(HCDSガス供給)
第1ガス供給管232aのバルブ243aを開き、第1ガス供給管232a内にHCDSガスを流す。第1ガス供給管232a内を流れたHCDSガスは、マスフローコントローラ241aにより流量調整される。流量調整されたHCDSガスは第1ノズル249a
のガス供給孔250aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してHCDSガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ243eを開き、第1不活性ガス供給管232e内にN2ガス等の不活性ガスを流す。第1不活性ガス供給管232e内を流れたN2ガスは、マスフローコントローラ241eにより流量調整される。流量調整されたN2ガスはHCDSガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。なお、このとき、第2ノズル249b、第3ノズル249c内へのHCDSガスの侵入を防止するため、バルブ243f,243gを開き、第2不活性ガス供給管232f、第3不活性ガス供給管232g内にN2ガスを流す。N2ガスは、第2ガス供給管232b、第3ガス供給管232c、第2ノズル249b、第3ノズル249cを介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
しくは350〜450℃の範囲内の温度とするのがよい。この温度帯であれば、ステップ1における処理(第1の層の形成)と、ステップ2における改質処理(第1の層の改質)とを、それぞれ効率的かつ適正に進行させることが可能となる。
Clを含むシリコン含有層が形成された後、第1ガス供給管232aのバルブ243aを閉じ、HCDSガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくは第1の層形成に寄与した後のHCDSガスを処理室201内から排除する。なお、このとき、バルブ243e,243f,243gは開いたままとして、不活性ガスとしてのN2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応もしくは第1の層形成に寄与した後のHCDSガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。
(SiH3Rガス供給)
ステップ1が終了し処理室201内の残留ガスを除去した後、第2ガス供給管232bのバルブ243bを開き、第2ガス供給管232b内にSiH3Rガスを流す。第2ガス供給管232b内を流れたSiH3Rガスは、マスフローコントローラ241bにより流量調整される。流量調整されたSiH3Rガスは、第2ノズル249bのガス供給孔250bから処理室201内へ供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してSiH3Rガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ243fを開き、第2不活性ガス供給管232f内に不活性ガスとしてのN2ガスを流す。第2不活性ガス供給管232f内を流れたN2ガスは、マスフローコントローラ241fにより流量調整される。流量調整されたN2ガスは、SiH3Rガスと一緒に処理室201内へ供給され、排気管231から排気される。なお、このとき、第1ノズル249a、第3ノズル249c内へのSiH3Rガスの侵入を防止するため、バルブ243e,243gを開き、第1不活性ガス供給管232e、第3不活性ガス供給管232g内にN2ガスを流す。N2ガスは、第1ガス供給管232a、第3ガス供給管232c、第1ノズル249a、第3ノズル249cを介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
(照射時間)は、例えば1〜120秒、好ましくは1〜60秒の範囲内の時間とする。
℃の範囲内の温度とするのがよい。
シリコン層が形成された後、第2ガス供給管232bのバルブ243bを閉じ、SiH3Rガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくは第2の層形成に寄与した後のSiH3Rガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。なお、このとき、バルブ243f,243e,243gは開いたままとして、不活性ガスとしてのN2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応もしくは第2の層形成に寄与した後のSiH3Rガスや反応副生成物を処理室201内から排除する効果を高めることができる。
消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
2]2、略称:BDEAS)、ビス(ターシャリブチルアミノ)シラン(SiH2[NH(C4H9)]2、略称:BTBAS)、ビス(ジエチルピペリジノ)シラン(SiH2[NC5H8(C2H5)2]2、略称:BDEPS)等を用いることができる。また、例えば、SiHRR'R''としては、トリス(ジエチルアミノ)シラン(SiH[N(C
2H5)2]3、略称:3DEAS)、トリス(ジメチルアミノ)シラン(SiH[N(CH3)2]3、略称:3DMAS)等を用いることができる。また、例えば、SiRR'R''R'''としては、テトラキス(ジエチルアミノ)シラン(Si[N(C2H5)2]4、略称:4DEAS)、テトラキス(ジメチルアミノ)シラン(Si[N(CH3)2]4、略称:4DMAS)等を用いることができる。
系原料として、その組成式中におけるハロゲン基を含むリガンド(Cl)の数が1であるMCS(SiH3Cl)を用いる場合には、アミノシラン系原料として、その組成式中におけるアミノ基を含むリガンド(R)の数が1であるモノアミノシラン(SiH3R)を用いることが好ましい。
系原料の組成式中におけるアミノ基を含むリガンド(R)の数が、クロロシラン系原料の組成式中におけるハロゲン基を含むリガンド(Cl)の数よりも少なくなるようにするため、クロロシラン系原料として、その組成式中におけるハロゲン基を含むリガンド(Cl)の数が2以上であるHCDS、STC、TCS、DCSを用いることがより好ましい。
上述したステップ1,2を1サイクルとして、このサイクルを1回以上(所定回数)行うことにより、ウエハ200上に、塩素(Cl)や炭素(C)や窒素(N)等の不純物の含有量の極めて少ない所定膜厚のシリコン単体で構成されるシリコン膜(Si膜)を成膜することができる。このSi膜の結晶構造はアモルファス状態(非晶質)となり、このSi膜をアモルファスシリコン膜(a−Si膜)と称することもできる。なお、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するSi層の厚さを所望の膜厚よりも小さくして、上述のサイクルを所望の膜厚になるまで複数回繰り返すのが好ましい。
所定膜厚のSi膜を形成する成膜処理がなされると、バルブ243e,243f,243gを開き、第1不活性ガス供給管232e、第2不活性ガス供給管232f、第3不活性ガス供給管232gのそれぞれから不活性ガスとしてのN2ガスを処理室201内に供給し、排気管231から排気する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内が不活性ガスでパージされ、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が下降されて、反応管203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反応管203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。その後、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)。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
いても、生産効率を満たす成膜レートで、良質なシリコン膜を形成することが可能となる。
図4、図5に示した上述の成膜シーケンスでは、ステップ1,2を含むサイクルを所定回数行うことでウエハ200上に所定膜厚のシリコン膜を形成する例について説明したが、本実施形態に係る成膜シーケンスは係る態様に限定されず、以下に示すように変更してもよい。
例えば、図6に示すように、図4、図5に示す成膜シーケンスのステップ1,2を含むサイクルを所定回数行うことで、Cl、C、N等の不純物の含有量の極めて少ないSi単体で構成されるSi層を初期層(シード層)として形成した後、ウエハ200に対して無機シラン系原料ガス(例えばSiH4ガス)を供給するステップを行い、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によりCVD−Si層を形成するようにしてもよい。これにより、ウエハ200上に、Si層とCVD−Si層とが積層されてなるシリコン膜を形成することができる。
第1ノズル249a、第2ノズル249b内へのSiH4ガスの侵入を防止するため、バルブ243e,243fを開き、第1不活性ガス供給管232e、第2不活性ガス供給管232f内にN2ガスを流す。N2ガスは、第1ガス供給管232a、第2ガス供給管232b、第1ノズル249a、第2ノズル249bを介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
また例えば、図7に示すように、無機シラン系原料ガス(例えばSiH4ガス)を用い
てCVD法によりCVD−Si層を形成した後、図4、図5に示す成膜シーケンスのステップ1,2を含むサイクルを所定回数(n回)行うことで、Cl、C、N等の不純物の含有量の極めて少ないSi層を形成するようにしてもよい。これにより、ウエハ200上に、CVD−Si層とSi層とが積層されてなるシリコン膜を形成することができる。
また例えば、図8に示すように、図4、図5に示す成膜シーケンスのステップ1,2を含むサイクルを所定回数(m回)行うことで、Cl、C、N等の不純物の含有量の極めて少ないSi層を初期層(シード層)として形成した後、無機シラン系原料ガス(例えばSiH4ガス)を用いてCVD法によりCVD−Si層を形成し、その後、図4、図5に示す成膜シーケンスのステップ1,2を含むサイクルを所定回数(n回)行うことで、Cl、C、N等の不純物の含有量の極めて少ないSi層を形成するようにしてもよい。これにより、ウエハ200上に、Si層、CVD−Si層、Si層が積層されてなるシリコン膜を形成することができる。
また例えば、図9に示すように、図4、図5に示す成膜シーケンスのステップ1,2を含むサイクルを所定回数(m回)行うことで、Cl、C、N等の不純物の含有量の極めて少ないSi層を初期層(シード層)として形成した後、ウエハ200に対してクロロシラン系原料ガス(例えばHCDSガス)を供給するステップ3と、ウエハ200に対してアミノシラン系原料ガス(例えば3DMASガス)を供給するステップ4と、を含むサイクルを所定回数(n回)行うことで、シリコン炭窒化層(SiCN層)を形成するようにしてもよい。これにより、ウエハ200上に、Si層とSiCN層とが積層されてなる層、すなわち、シリコン膜(Si膜)とシリコン炭窒化膜(SiCN膜)とが積層されてなる積層膜を形成することができる。以下に、ステップ3,4について説明する。
(HCDSガス供給)
ウエハ200に対してHCDSガスを供給するステップ3は、図4、図5に示す成膜シーケンスのステップ1と同様の手順及び処理条件で行う。但し、ウエハ200の温度は、例えば250〜700℃、好ましくは300〜650℃、より好ましくは350〜600℃の範囲内の温度とする。これにより、ウエハ200上に形成されたSi層上に、例えば1原子層未満から数原子層程度の厚さのClを含むSi含有層が形成される。
Clを含むSi含有層が形成された後、ステップ1と同様の手順及び処理条件により、処理室201内に残留する未反応もしくはClを含むSi含有層の形成に寄与した後のHCDSガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。
(3DMASガス供給)
ステップ3が終了し処理室201内の残留ガスを除去した後、第4ガス供給管232dのバルブ243dを開き、第4ガス供給管232d内に3DMASガスを流す。第4ガス供給管232d内を流れた3DMASガスは、マスフローコントローラ241dにより流量調整される。流量調整された3DMASガスは、第3ガス供給管232c内を流れ、第3ノズル249cのガス供給孔250cから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対して3DMASガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ243gを開き、不活性ガス供給管232g内にN2ガス等の不活性ガスを流す。不活性ガス供給管232g内を流れたN2ガスは、マスフローコントローラ241gにより流量調整される。流量調整されたN2ガスは3DMASガスと一緒に
処理室201内に供給され、排気管231から排気される。なお、このとき、第1ノズル249a、第2ノズル249b内への3DMASガスの侵入を防止するため、バルブ243e,243fを開き、第1不活性ガス供給管232e、第2不活性ガス供給管232f内にN2ガスを流す。N2ガスは、第1ガス供給管232a、第2ガス供給管232b、第1ノズル249a、第2ノズル249bを介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
SiCN層が形成された後、第4ガス供給管232dのバルブ243dを閉じ、3DMASガスの供給を停止する。このとき、排気管231のAPCバルブ244は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくはSiCN層形成に寄与した後のSiH4ガスを処理室201内から排除する。なお、このとき、バルブ243g,243e,243fは開いたままとして、不活性ガスとしてのN2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応もしくはSiCN層形成に寄与した後のHCDSガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。
上述したステップ3,4を1サイクルとして、このサイクルを1回以上(所定回数)行うことにより、初期層(シード層)としてのSi層上に、所定厚さのSiCN層を形成することができる。そして、ウエハ200上に、Si層とSiCN層とが積層されてなる層、すなわち、Si膜とSiCN膜とが積層されてなる積層膜を形成することができる。
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、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。
アミノシラン(SiHRR'R'')、テトラアミノシラン(SiRR'R''R''')等の有
機原料を用いてもよい。すなわち、第2の原料として、その組成式中に(1分子中に)2つ、3つ、4つのアミノ基を含む原料を用いても良い。このように、第2の原料として、その組成式中に(1分子中に)複数のアミノ基を含む原料を用いても、炭素(C)や窒素(N)等の不純物の含有量の少ないシリコン膜を低温領域で形成することができる。
るよりも、SiH3RやSiH2RR'を用いる方が、シリコン膜中に含まれる不純物の
量を低減させ易くなり、より好ましい。また、第2の原料としてSiH2RR'を用いる
よりも、SiH3Rを用いる方が、シリコン膜中に含まれる不純物の量を低減させ易くなり、より好ましい。
ウエハ200に対して金属元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給することで、金属元素およびハロゲン基を含む第1の層を形成する工程と、
ウエハ200に対して金属元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給することで、第1の層を改質して第2の層を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数行う工程を実施する。
料としては、その組成式中におけるアミノ基を含むリガンドの数が2以下であって、かつ、第1の原料の組成式中におけるハロゲン基を含むリガンドの数以下であるZrおよびアミノ基を含む原料を用いることもできる。なお、第2の原料としては、その組成式中に単一のアミノ基を含む原料を用いるのが好ましい。なお、このときの処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。
実施例として、上述の実施形態における基板処理装置を用いて、上述の図4および図5に示した成膜シーケンスにより、ウエハ上にシリコン膜を形成した。クロロシラン系原料ガスとしてはHCDSガスを、アミノシラン系原料ガスとしてはSiH3Rガスを用いた。成膜時のウエハ温度は450℃とした。その他の処理条件は上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の所定の値に設定した。また、比較例として、成膜時のウエハ温度を450℃超の温度である500℃、550℃として、実施例と同様な原料ガスを用い、実施例と同様な方法により成膜を行った。そして、形成したそれぞれの膜中に含まれるC、N、Siの濃度を、XPS(X線光電子分光法)により測定した。その結果を図10に示す。
上述の実施形態における基板処理装置を用いて、上述の図4および図5に示した成膜シーケンスにより、表面にアスペクト比が50程度のトレンチを有するウエハ上に、シリコン膜を形成した。クロロシラン系原料ガスとしてはHCDSガスを、アミノシラン系原料ガスとしてはSiH3Rガスを用いた。成膜時のウエハ温度は450℃とした。その他の処理条件は上述の実施形態に記載の処理条件範囲内の所定の値に設定した。そして、そのシリコン膜の断面をTEM(透過型電子顕微鏡)により観察するとともに、ステップカバレッジを測定した。
以下に、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、
基板に対して所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給することで、前記所定元素および前記ハロゲン基を含む第1の層を形成する工程と、
前記基板に対して前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給することで、前記第1の層を改質して第2の層を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数行う工程を有し、
前記サイクルを所定回数行う工程では、前記基板の温度を、前記第2の原料における前記所定元素から前記アミノ基を含むリガンドが分離する温度であって、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記ハロゲン基と反応して前記第1の層から前記ハロゲン基を引き抜くと共に、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記所定元素と結合するのを阻害する温度であって、さらに、前記第2の原料における前記リガンドが分離した前記所定元素が前記第1の層における前記所定元素と結合する温度とすることで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
付記1の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記基板の温度を300℃以上450℃以下の温度とする。
付記1または2の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記基板の温度を350℃以上450℃以下の温度とする。
本発明の他の態様によれば、
基板に対して所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給する工程と、
前記基板に対して前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給する工程と、
を含むサイクルを、前記基板の温度を300℃以上450℃以下の温度として、所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。
付記4の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記基板の温度を350℃以上450℃以下の温度とする。
付記1乃至5のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第2の原料は、その組成式中に(1分子中に)1つのアミノ基を含む。
付記1乃至6のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記所定元素は半導体元素または金属元素を含む。
付記1乃至6のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記所定元素はシリコン元素を含む。
付記1乃至6のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記所定元素はシリコン元素を含み、前記薄膜はシリコン膜を含む。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板に対してシリコンおよびハロゲン基を含む第1の原料を供給する工程と、
前記基板に対してシリコンおよびアミノ基を含む第2の原料を供給する工程と、
を含むサイクルを、前記基板の温度を300℃以上450℃以下の温度として、所定回数行うことで、前記基板上に、シリコン膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板に対してシリコンおよびハロゲン基を含む第1の原料を供給することで、シリコンおよび前記ハロゲン基を含む第1の層を形成する工程と、
前記基板に対してシリコンおよびアミノ基を含む第2の原料を供給することで、前記第1の層を改質して第2の層を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数行う工程を有し、
前記サイクルを所定回数行う工程では、前記基板の温度を、前記第2の原料におけるシリコンから前記アミノ基を含むリガンドが分離する温度であって、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記ハロゲン基と反応して前記第1の層から前記ハロゲン基を引き抜くと共に、分離した前記リガンドが前記第1の層におけるシリコンと結合するのを阻害する温度であって、さらに、前記第2の原料における前記リガンドが分離したシリコンが前記第1の層におけるシリコンと結合する温度とすることで、前記基板上に、シリコン膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。
付記10または11の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第2の原料は、その組成式中に(1分子中に)1つのアミノ基を含む。
付記10または11の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記第2の原料はモノアミノシランを含む。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板に対して所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給することで、前記所定元素および前記ハロゲン基を含む第1の層を形成する工程と、
前記基板に対して前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給することで、前記第1の層を改質して第2の層を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数行う工程を有し、
前記サイクルを所定回数行う工程では、前記基板の温度を、前記第2の原料における前記所定元素から前記アミノ基を含むリガンドが分離する温度であって、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記ハロゲン基と反応して前記第1の層から前記ハロゲン基を引き抜くと共に、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記所定元素と結合するのを阻害する温度であって、さらに、前記第2の原料における前記リガンドが分離した前記所定元素が前記第1の層における前記所定元素と結合する温度とすることで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成する基板処理方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板に対して所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給する工程と、
前記基板に対して前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給する工程と、
を含むサイクルを、前記基板の温度を300℃以上450℃以下の温度として、所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成する工程を有する基板処理方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して、所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給する第1原料供給系と、
前記処理室内の基板に対して、前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給する第2原料供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内の基板に対して前記第1の原料を供給することで、前記所定元素および前記ハロゲン基を含む第1の層を形成する処理と、前記基板に対して前記第2の原料を供給
することで、前記第1の層を改質して第2の層を形成する処理と、を含むサイクルを所定回数行い、その際、前記基板の温度を、前記第2の原料における前記所定元素から前記アミノ基を含むリガンドが分離する温度であって、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記ハロゲン基と反応して前記第1の層から前記ハロゲン基を引き抜くと共に、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記所定元素と結合するのを阻害する温度であって、さらに、前記第2の原料における前記リガンドが分離した前記所定元素が前記第1の層における前記所定元素と結合する温度とすることで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成するように、前記第1原料供給系、前記第2原料供給系および前記ヒータを制御する制御部と、
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、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して、所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給する第1原料供給系と、
前記処理室内の基板に対して、前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給する第2原料供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内の基板に対して前記第1の原料を供給する処理と、前記処理室内の前記基板に対して前記第2の原料を供給する処理と、を含むサイクルを、前記基板の温度を300℃以上450℃以下の温度として、所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成するように、前記第1原料供給系、前記第2原料供給系および前記ヒータを制御する制御部と、
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、
基板処理装置の処理室内の基板に対して所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給することで、前記所定元素および前記ハロゲン基を含む第1の層を形成する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給することで、前記第1の層を改質して第2の層を形成する手順と、
を含むサイクルを所定回数行う手順をコンピュータに実行させ、
前記サイクルを所定回数行う手順では、前記基板の温度を、前記第2の原料における前記所定元素から前記アミノ基を含むリガンドが分離する温度であって、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記ハロゲン基と反応して前記第1の層から前記ハロゲン基を引き抜くと共に、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記所定元素と結合するのを阻害する温度であって、さらに、前記第2の原料における前記リガンドが分離した前記所定元素が前記第1の層における前記所定元素と結合する温度とすることで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成するプログラムが提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内の基板に対して所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給する手順と、
を含むサイクルを、前記基板の温度を300℃以上450℃以下の温度として、所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成する手順をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内の基板に対して所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給することで、前記所定元素および前記ハロゲン基を含む第1の層を形成する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給することで、前記第1の層を改質して第2の層を形成する手順と、
を含むサイクルを所定回数行う手順をコンピュータに実行させ、
前記サイクルを所定回数行う手順では、前記基板の温度を、前記第2の原料における前記所定元素から前記アミノ基を含むリガンドが分離する温度であって、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記ハロゲン基と反応して前記第1の層から前記ハロゲン基を引き抜くと共に、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記所定元素と結合するのを阻害する温度であって、さらに、前記第2の原料における前記リガンドが分離した前記所定元素が前記第1の層における前記所定元素と結合する温度とすることで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成する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、
基板処理装置の処理室内の基板に対して所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給する手順と、
を含むサイクルを、前記基板の温度を300℃以上450℃以下の温度として、所定回数行うことで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成する手順をコンピュータに実行させる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 第1ガス供給管
232b 第2ガス供給管
232c 第3ガス供給管
232d 第4ガス供給管
Claims (4)
- 基板に対して所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給することで、前記所定元素および前記ハロゲン基を含む第1の層を形成する工程と、
前記基板に対して前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給することで、前記第1の層を改質して第2の層を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数行う工程を有し、
前記サイクルを所定回数行う工程では、前記基板の温度を、前記第2の原料における前記所定元素から前記アミノ基を含むリガンドが分離する温度であって、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記ハロゲン基と反応して前記第1の層から前記ハロゲン基を引き抜くと共に、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記所定元素と結合するのを阻害する温度であって、さらに、前記第2の原料における前記リガンドが分離した前記所定元素が前記第1の層における前記所定元素と結合する温度とすることで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成する半導体装置の製造方法。 - 基板に対して所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給することで、前記所定元素および前記ハロゲン基を含む第1の層を形成する工程と、
前記基板に対して前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給することで、前記第1の層を改質して第2の層を形成する工程と、
を含むサイクルを所定回数行う工程を有し、
前記サイクルを所定回数行う工程では、前記基板の温度を、前記第2の原料における前記所定元素から前記アミノ基を含むリガンドが分離する温度であって、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記ハロゲン基と反応して前記第1の層から前記ハロゲン基を引き抜くと共に、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記所定元素と結合するのを阻害する温度であって、さらに、前記第2の原料における前記リガンドが分離した前記所定元素が前記第1の層における前記所定元素と結合する温度とすることで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成する基板処理方法。 - 基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して、所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給する第1原料供給系と、
前記処理室内の基板に対して、前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給する第2原料供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内の基板に対して前記第1の原料を供給することで、前記所定元素および前記ハロゲン基を含む第1の層を形成する処理と、前記基板に対して前記第2の原料を供給することで、前記第1の層を改質して第2の層を形成する処理と、を含むサイクルを所定回数行い、その際、前記基板の温度を、前記第2の原料における前記所定元素から前記アミノ基を含むリガンドが分離する温度であって、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記ハロゲン基と反応して前記第1の層から前記ハロゲン基を引き抜くと共に、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記所定元素と結合するのを阻害する温度であって、さらに、前記第2の原料における前記リガンドが分離した前記所定元素が前記第1の層における前記所定元素と結合する温度とすることで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成するように、前記第1原料供給系、前記第2原料供給系および前記ヒータを制御する制御部と、
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所定元素およびハロゲン基を含む第1の原料を供給することで、前記所定元素および前記ハロゲン基を含む第1の層を形成する手順と、
前記処理室内の前記基板に対して前記所定元素およびアミノ基を含む第2の原料を供給
することで、前記第1の層を改質して第2の層を形成する手順と、
を含むサイクルを所定回数行う手順をコンピュータに実行させ、
前記サイクルを所定回数行う手順では、前記基板の温度を、前記第2の原料における前記所定元素から前記アミノ基を含むリガンドが分離する温度であって、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記ハロゲン基と反応して前記第1の層から前記ハロゲン基を引き抜くと共に、分離した前記リガンドが前記第1の層における前記所定元素と結合するのを阻害する温度であって、さらに、前記第2の原料における前記リガンドが分離した前記所定元素が前記第1の層における前記所定元素と結合する温度とすることで、前記基板上に、前記所定元素単体で構成される薄膜を形成するプログラム。
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