JP2017028171A - 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
【解決手段】表面に酸化膜が形成された基板を準備する工程と、基板に対して原料ガスを供給する工程と、基板に対して炭素含有ガスを供給する工程と、基板に対して窒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。または、基板に対して原料ガスを供給する工程と、基板に対して炭素および窒素を含む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。または、基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する工程と、基板に対して窒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。この時、酸化膜を酸素源として用いることで、酸化膜上に、シード層として、酸素および炭素を含む窒化層を形成し、シード層上に、第1膜として、酸素および炭素非含有の窒化膜を形成する。シード層により、第1層への酸素の拡散を防ぐ。
【選択図】図4
Description
表面に酸化膜が形成された基板を準備する工程と、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒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か、前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素および窒素を含む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か、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒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い、この際、前記酸化膜を酸素源として用いることで、前記酸化膜上に、シード層として、酸素および炭素を含む窒化層を形成する工程と、
前記シード層上に、第1膜として、酸素および炭素非含有の窒化膜を形成する工程と、
を有する技術が提供される。
加熱された基板に対して原料ガスと窒素(N)含有ガスとを供給して基板上に窒化膜を形成する成膜処理を行う際、基板の表面に酸化膜が形成されていると、成膜処理の進行中、窒化膜のうち酸化膜との界面付近に、酸化膜に含まれていた酸素(O)が取り込まれることがある。Oを含むこととなった窒化層(酸窒化層)は、基板上に形成しようとする膜、すなわち、O非含有の窒化膜とは組成が異なる層であり、この膜のウエットエッチング耐性やドライエッチング耐性(以下、単にエッチング耐性ともいう)を低下させる要因となり得る。そのため、Oを含むこととなった窒化層を、劣化層(界面劣化層)もしくは遷移層(界面遷移層)とも称する。界面遷移層は、成膜処理が完了した後の常温下では形成されにくいが、窒化膜の成膜温度等の高温下では形成されることがある。
以下、本発明の一実施形態について図1〜図4を参照しながら説明する。
まず、第1基板処理部としての基板処理装置の構成について、図1〜図3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、保持板としてのヒータベース(図示せず)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、後述するようにガスを熱で活性化(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(デバイス)の製造工程の一工程として、酸化膜が形成された基板上に保護膜を形成する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。
表面に酸化膜としてのシリコン酸化膜(SiO膜)が形成された基板としてのウエハ200を準備するステップ(基板準備ステップ)と、
ウエハ200に対して原料ガスとしてHCDSガスを供給するステップ1aと、ウエハ200に対してCおよびNを含むガスとしてTEAガスを供給するステップ1bと、を非同時に(交互に)行うサイクルを所定回数(m1回)行い、この際、SiO膜を酸素源として用いることで、SiO膜上に、シード層として、OおよびCを含む窒化層としてシリコン酸炭窒化層(SiOCN層)を形成するステップ(シード層形成ステップ)と、
シード層上に、第1膜として、OおよびC非含有の窒化膜としてシリコン窒化膜(以下、第1のSiN膜、或いは、単にSiN膜ともいう。)を形成するステップ(第1成膜ステップ)と、を行う。
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。真空ポンプ246は、少なくとも後述する成膜処理が終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。ヒータ207による処理室201内の加熱は、少なくとも後述する成膜処理が終了するまでの間は継続して行われる。また、回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転を開始する。回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転は、少なくとも後述する成膜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2つのステップ、すなわち、ステップ1a,1bを実行する。
このステップでは、処理室201内のウエハ200に対し、HCDSガスを供給する。
ステップ1aが終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、SiO膜上に形成された第1層に対し、TEAガスを供給する。
上述したステップ1a,1b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(m1回)行うことにより、ウエハ200(SiO膜)上に、シード層として、所定組成および所定厚さのSiOCN層を形成することができる。この層を、OおよびCを含むSiN層と称することもできる。シード層は、後述する第1成膜ステップにおいて、下地のSiO膜から第1成膜ステップで形成するSiN膜へのOの拡散を抑制するブロック層(拡散バリア層)として機能することとなる。
シード層の形成が完了したら、上述したようにステップ2a,2bを実施する。
このステップでは、処理室201内のウエハ200、すなわち、SiO膜上に形成されたシード層(SiOCN層)に対し、HCDSガスを供給する。このステップの処理手順、処理条件は、ステップ1aの処理手順、処理条件と同様とする。
ステップ2aが終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、シード層上に形成された第3層に対し、NH3ガスを供給する。
上述したステップ2a,2b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2回以上(n1回)行うことにより、ウエハ200上(シード層上)に、所定組成および所定膜厚のO非含有のシリコン窒化膜(O非含有のSiN膜)、すなわち、第1のSiN膜を形成することができる。O非含有のSiN膜は、Oを含むSiN膜よりもエッチング耐性が高い。そのため、第1のSiN膜は、後述するエッチング処理において、下地のSiO膜を保護する保護膜として機能することとなる。シード層を保護膜に含めて考えてもよい。すなわち、シード層と第1のSiN膜との積層膜を保護膜として考えてもよい。図8(a)に、図4に示す成膜シーケンスにより形成された保護膜の断面構造を示す。
第1のSiN膜の形成が完了したら、ガス供給管232c,232dのそれぞれからN2ガスを処理室201内へ供給し、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(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、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より取り出されることとなる(ウエハディスチャージ)。
処理室201内からウエハ200を搬出した後、成膜処理後のウエハ200に対し、さらなる成膜処理やレジストパターンの形成処理等を行う。そして、これらの処理を施した後のウエハ200を、第2基板処理部としてのエッチング装置が備える反応室(第2処理室)内に搬入する。そして、反応室内が所定の処理圧力、処理温度となるように制御された状態で、反応室内のウエハ200に対し、エッチャントとしてエッチングガスを供給することで、ウエハ200表面に形成された膜等に対してエッチング処理を行う。このとき、ウエハ200上に形成したO非含有のSiN膜は、その下地であるSiO膜を保護する保護膜として機能することとなる。本明細書では、第1成膜ステップの後に行われるステップであって、このエッチング処理を含む一連のステップを、「他のステップ」と称することもある。
N2ガスの流量:1000〜8000sccm、好ましくは7000〜8000sccm
反応室内の圧力:133〜26600Pa、好ましくは13300〜26600Pa
反応室内の温度:50〜100℃、好ましくは50〜75℃
処理時間:0.5〜10分、好ましくは0.5〜1分
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果が得られる。
本実施形態における成膜処理のシーケンスは、図4に示す態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。
シード層形成ステップでは、ウエハ200に対して原料ガスとして例えばHCDSガスを供給するステップと、ウエハ200に対してC含有ガスとして例えばC3H6ガスを供給するステップと、ウエハ200に対してN含有ガスとして例えばNH3ガスを供給するステップと、を非同時に行うサイクルを所定回数(m1回)行うようにしてもよい。この場合も、下地であるSiO膜を酸素源として用いることができ、SiO膜上に、シード層としてSiOCN層を形成することができる。本変形例の成膜シーケンスは、以下のように示すこともできる。
シード層形成ステップでは、ウエハ200に対してCを含む原料ガスとして例えばTCDMDSガスやBTCSMガスを供給するステップと、ウエハ200に対してN含有ガスとして例えばNH3ガスを供給するステップと、を非同時に行うサイクルを所定回数(m1回)行うようにしてもよい。この場合も、下地であるSiO膜を酸素源として用いることができ、SiO膜上に、シード層としてSiOCN層を形成することができる。本変形例の成膜シーケンスは、以下のように示すこともできる。
図5に示す成膜シーケンスのように、シード層(SiOCN層)、第1膜(第1のSiN膜)を形成した後、第1膜上に中間層を形成するステップ(中間層形成ステップ)と、中間層上に第2膜を形成するステップ(第2成膜ステップ)と、を行うようにしてもよい。
図6に示す成膜シーケンスのように、シード層(SiOCN層)、第1膜(第1のSiN膜)を形成した後、第1膜上にキャップ層を形成するステップ(キャップ層形成ステップ)を行うようにしてもよい。
キャップ層は、変形例4以外の方法によっても形成することが可能である。例えば、第1成膜ステップを実施した後、ウエハ200の温度を第1成膜ステップにおけるウエハ200の温度以上の温度とし、第1のSiN膜が形成されたウエハ200を大気中に搬送するようにしてもよい。これにより、大気中に含まれるOおよびCを第1のSiN膜の表面に取り込ませることが可能となる。結果として、第1のSiN膜の表面の少なくとも一部を、第1のSiN膜よりもエッチング耐性の高いSiOCN層に改質させ、キャップ層として機能させることが可能となる。
図7に示す成膜シーケンスのように、表面にSiO膜が形成されたウエハ200を準備した後、シード層形成ステップを行うことなく、第1成膜ステップ、中間層形成ステップ、第2成膜ステップを行うようにしてよい。
表面にSiO膜が形成されたウエハ200を準備した後、シード層形成ステップを行うことなく、第1成膜ステップ、キャップ層形成ステップを順に行うようにしてもよい。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。但し、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。
以下、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、
表面に酸化膜が形成された基板を準備する工程と、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒素含有ガスを供給する工程と、を非同時に(交互に)行うサイクルを所定回数行うか、前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素および窒素を含む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か、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒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い、この際、前記酸化膜を酸素源として用いることで、前記酸化膜上に、シード層として、酸素および炭素を含む窒化層を形成する工程と、
前記シード層上に、第1膜として、酸素および炭素非含有の窒化膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記シード層の厚さを0.05nm以上0.3nm以下の厚さとする。より好ましくは、前記シード層の厚さを0.1nm以上0.2nm以下の厚さとする。
付記1又は2に記載の方法であって、好ましくは、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒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か、前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素および窒素を含む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か、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒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い、前記第1膜上に、中間層として、炭素を含む窒化層を形成する工程と、
前記中間層上に、第2膜として、酸素および炭素非含有の窒化膜を形成する工程と、
をさらに有する。
付記3に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2膜の厚さを、前記第2膜を形成する工程の後に行われる工程であって、少なくともエッチング工程を含む他の工程を経て消費される(消滅する)ような厚さとする。
付記4に記載の方法であって、好ましくは、
前記中間層を、前記他の工程を経ても消費させずに(消滅させずに)保持する。
付記4に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2膜を前記他の工程を経て消費させることで、(エッチング耐性が要求される工程において、)前記基板の最表面を前記中間層とする。
付記1又は2に記載方法であって、好ましくは、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒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か、前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素および窒素を含む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か、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒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い、前記第1膜上に、キャップ層として、炭素を含む窒化層を形成する工程をさらに有する。
付記7に記載の方法であって、好ましくは、
前記キャップ層が形成された前記基板を大気中に搬送する(大気に曝露する)ことで、(大気中に含まれる酸素を前記キャップ層中に取り込ませ)前記キャップ層の少なくとも一部を酸素および炭素を含む窒化層に改質する。
付記1又は2のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記基板の温度を前記第1膜を形成する際の前記基板の温度以上の温度とした状態で、前記第1膜が形成された前記基板を大気に暴露することで、(大気中に含まれる酸素および炭素を前記第1膜中に取り込ませ、)前記第1膜の表面の少なくとも一部を酸素および炭素を含む窒化層に改質する。
本発明の他の態様によれば、
基板を準備する工程と、
前記基板上に、第1膜として、(酸素を含む)窒化膜を形成する工程と、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒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か、前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素および窒素を含む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か、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒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い、前記第1膜上に、中間層として、炭素を含む窒化層を形成する工程と、
前記中間層上に、第2膜として、(酸素非含有の)窒化膜を形成する工程と、を有し、
前記第2膜の厚さを、前記第2膜を形成する工程の後に行われる工程であって、少なくともエッチング工程を含む他の工程を経て消費される(消滅する)ような厚さとする
半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。
付記10に記載の方法であって、好ましくは、
前記中間層を、前記他の工程を経ても消費させずに(消滅させずに)保持する。
付記10に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2膜を前記他の工程を経て消費させることで、(エッチング耐性が要求される工程において、)前記基板の最表面を前記中間層とする。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内の基板に対してガスを供給する供給系と、
前記処理室内に、表面に酸化膜が形成された基板を準備した後、前記基板に対して原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する処理と、前記基板に対して窒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か、前記基板に対して原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して炭素および窒素を含む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か、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して窒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い、この際、前記酸化膜を酸素源として用いることで、前記酸化膜上に、シード層として、酸素および炭素を含む窒化層を形成する処理と、前記シード層上に、第1膜として、酸素および炭素非含有の窒化膜を形成する処理と、を行わせるように、前記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が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
表面に酸化膜が形成された基板を準備する手順と、
前記基板に対して原料ガスを供給する手順と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する手順と、前記基板に対して窒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か、前記基板に対して原料ガスを供給する手順と、前記基板に対して炭素および窒素を含む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か、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する手順と、前記基板に対して窒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い、この際、前記酸化膜を酸素源として用いることで、前記酸化膜上に、シード層として、酸素および炭素を含む窒化層を形成する手順と、
前記シード層上に、第1膜として、酸素および炭素非含有の窒化膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム、または、該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〜232d ガス供給管
Claims (5)
- 表面に酸化膜が形成された基板を準備する工程と、
前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒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か、前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素および窒素を含む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か、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒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い、この際、前記酸化膜を酸素源として用いることで、前記酸化膜上に、シード層として、酸素および炭素を含む窒化層を形成する工程と、
前記シード層上に、第1膜として、酸素および炭素非含有の窒化膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒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か、前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素および窒素を含む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か、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒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い、前記第1膜上に、中間層として、炭素を含む窒化層を形成する工程と、
前記中間層上に、第2膜として、酸素および炭素非含有の窒化膜を形成する工程と、
をさらに有する
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒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か、前記基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して炭素および窒素を含む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か、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する工程と、前記基板に対して窒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い、前記第1膜上に、キャップ層として、炭素を含む窒化層を形成する工程をさらに有する
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 基板を処理する処理室と、
前記処理室内の基板に対してガスを供給する供給系と、
前記処理室内に、表面に酸化膜が形成された基板を準備した後、前記基板に対して原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する処理と、前記基板に対して窒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か、前記基板に対して原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して炭素および窒素を含む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か、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する処理と、前記基板に対して窒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い、この際、前記酸化膜を酸素源として用いることで、前記酸化膜上に、シード層として、酸素および炭素を含む窒化層を形成する処理と、前記シード層上に、第1膜として、酸素および炭素非含有の窒化膜を形成する処理と、を行わせるように、前記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。 - 表面に酸化膜が形成された基板を準備する手順と、
前記基板に対して原料ガスを供給する手順と、前記基板に対して炭素含有ガスを供給する手順と、前記基板に対して窒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か、前記基板に対して原料ガスを供給する手順と、前記基板に対して炭素および窒素を含む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か、前記基板に対して炭素を含む原料ガスを供給する手順と、前記基板に対して窒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い、この際、前記酸化膜を酸素源として用いることで、前記酸化膜上に、シード層として、酸素および炭素を含む窒化層を形成する手順と、
前記シード層上に、第1膜として、酸素および炭素非含有の窒化膜を形成する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。
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