JP2017034067A - Substrate processing apparatus and manufacturing method for semiconductor device using the same, and program for use therein - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板処理装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法並びにそれに用いるプログラムに関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus, a semiconductor device manufacturing method using the same, and a program used therefor.
半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板処理装置の処理室内に基板を搬入し、処理室内に原料ガスと反応体ガスとを供給して基板上に絶縁膜や半導体膜、導体膜等の各種膜を形成する基板処理が行われることがある。 As a process of manufacturing a semiconductor device (device), a substrate is carried into a processing chamber of a substrate processing apparatus, a source gas and a reactant gas are supplied into the processing chamber, and an insulating film, a semiconductor film, or a conductor film is formed on the substrate. The substrate processing for forming various films such as the above may be performed.
微細パターンが形成される量産デバイスにおいては、不純物の拡散を抑制したり、有機材料など耐熱性の低い材料を使用できるようにするために低温化が求められる。 In a mass production device in which a fine pattern is formed, a low temperature is required in order to suppress diffusion of impurities and to use a material having low heat resistance such as an organic material.
本発明の目的は、基板処理温度の低温化ニーズに対応した基板処理技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a substrate processing technique that meets the needs for lowering the substrate processing temperature.
本発明の一態様によれば、
基板保持具に多段に保持された複数の基板を処理する反応管と、
前記反応管内部に設置され、前記複数の基板を処理する反応ガスを供給するガス供給部と、
前記反応管の外壁に垂直方向に当設されて内部に電磁波が伝送されるとともに、前記外壁に当設される面に開口によって前記電磁波を供給する導波管と、前記導波管に接続され前記電磁波を生成する電磁波生成部とを有し、前記ガス供給部から供給された前記反応ガスを活性化させる第１のプラズマ生成部と、
を有する技術が提供される。
According to one aspect of the invention,
A reaction tube for processing a plurality of substrates held in multiple stages on a substrate holder;
A gas supply unit installed inside the reaction tube and supplying a reaction gas for processing the plurality of substrates;
A waveguide that is vertically disposed on the outer wall of the reaction tube to transmit electromagnetic waves therein, and that supplies the electromagnetic wave through an opening to a surface disposed on the outer wall, and is connected to the waveguide. An electromagnetic wave generation unit that generates the electromagnetic wave, and a first plasma generation unit that activates the reaction gas supplied from the gas supply unit;
A technique is provided.
本発明によれば、基板処理温度の低温化ニーズに対応した基板処理技術を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the substrate processing technique corresponding to the need for temperature reduction of substrate processing temperature.
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について図１乃至図１０を参照しながら説明する。
（１）基板処理装置の構成
（加熱装置）
図１に示すように、処理炉２０２は加熱装置（加熱機構）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。
（処理室）
ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の下方には、反応管２０３と同心円状に、マニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９の上端部は、反応管２０３の下端部に係合しており、反応管２０３を支持するように構成されている。マニホールド２０９と反応管２０３との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベースに支持されることにより、反応管２０３は垂直に据え付けられた状態となる。主に、反応管２０３とマニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成されている。処理容器の筒中空部には処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、複数枚の基板としてのウエハ２００を、後述する基板保持具としてのボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に配列した状態で収容可能に構成されている。なお、処理容器は上記の構成に限らず、反応管２０３のみを処理容器と称する場合もある。
（ガス供給部）
処理室２０１内には、ノズル２４９ａ、２４９ｂが、マニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル２４９ａ、２４９ｂには、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂが、それぞれ接続されている。このように、処理容器には２本のノズル２４９ａ、２４９ｂと、２本のガス供給管２３２ａ，２３２ｂとが設けられており、処理室２０１内へ複数種類のガスを供給することが可能となっている。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
(1) Configuration of substrate processing apparatus (heating device)
As shown in FIG. 1, the
(Processing room)
A
(Gas supply part)
In the
ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ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（ＭＦＣ）２４１ａ，２４１ｂおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ，２４３ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂのバルブ２４３ａ，２４３ｂよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｃ，２３２ｄがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ ２４１ｃ，２４１ｄおよび開閉弁であるバルブ２４３ｃ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。
The
ガス供給管２３２ａ，２３２ｂの先端部には、ノズル２４９ａ、２４９ｂがそれぞれ接続されている。ノズル２４９ａ、２４９ｂは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、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それぞれ設けられている。すなわち、ノズル２４９ａ、２４９ｂは、処理室２０１内へ搬入された各ウエハ２００の端部（周縁部）の側方にウエハ２００の表面（平坦面）と垂直にそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ、２４９ｂはそれぞれＬ字型のロングノズルとして構成されており、その水平部はマニホールド２０９の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。ノズル２４９ａ、２４９ｂの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ，２５０ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂは、それぞれ、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。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂは、それぞれ、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。なお、ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂの開口面積を上流側から下流側に向かって徐々に大きくしたり、ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂの開口ピッチを上流側から下流側に向かって徐々に小さくしたりするようにしてもよい。
このように、本実施形態では、反応管２０３の側壁の内壁と、反応管２０３内に配列された複数枚のウエハ２００の端部（周縁部）と、で定義される平面視において円環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内に配置したノズル２４９ａ、２４９ｂを経由してガスを搬送している。そして、ノズル２４９ａ、２４９ｂにそれぞれ開口されたガス供給孔２５０ａ，２５０ｂから、ウエハ２００の近傍で初めて反応管２０３内にガスを噴出させている。そして、反応管２０３内におけるガスの主たる流れを、ウエハ２００の表面と平行な方向、すなわち、水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ２００に均一にガスを供給でき、各ウエハ２００に形成される膜の膜厚の均一性を向上させることが可能となる。ウエハ２００の表面上を流れたガス、すなわち、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管２３１の方向に向かって流れる。但し、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。
Thus, in the present embodiment, an annular shape in a plan view defined by the inner wall of the side wall of the
ガス供給管２３２ａからは、所定元素を含む原料として、例えば、所定元素としてのシリコン（Ｓｉ）を含むシラン原料ガスが、ＭＦＣ ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。
From the
シラン原料ガスとは、気体状態のシラン原料、例えば、常温常圧下で液体状態であるシラン原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態であるシラン原料等のことである。本明細書において「原料」という言葉を用いた場合は、「液体状態である液体原料」を意味する場合、「気体状態である原料ガス」を意味する場合、または、その両方を意味する場合がある。 The silane raw material gas is a silane raw material in a gaseous state, for example, a gas obtained by vaporizing a silane raw material in a liquid state at room temperature and normal pressure, or a silane raw material in a gas state at normal temperature and pressure. In the present specification, when the term “raw material” is used, it means “a liquid raw material in a liquid state”, “a raw material gas in a gaseous state”, or both. is there.
シラン原料ガスとしては、例えば、Ｓｉおよびアミノ基（アミン基）を含む原料ガス、すなわち、アミノシラン原料ガスを用いることができる。アミノシラン原料とは、アミノ基を有するシラン原料のことであり、また、メチル基やエチル基やブチル基等のアルキル基を有するシラン原料でもあり、少なくともＳｉ、窒素（Ｎ）および炭素（Ｃ）を含む原料のことである。すなわち、ここでいうアミノシラン原料は、有機系の原料ともいえ、有機アミノシラン原料ともいえる。 As the silane source gas, for example, a source gas containing Si and an amino group (amine group), that is, an aminosilane source gas can be used. The aminosilane raw material is a silane raw material having an amino group, and is also a silane raw material having an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group or a butyl group, and at least Si, nitrogen (N) and carbon (C) are contained. It is a raw material containing. In other words, the aminosilane raw material here can be said to be an organic raw material and an organic aminosilane raw material.
アミノシラン原料ガスとしては、例えば、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガスを用いることができる。ＢＴＢＡＳは、１分子中に１つのＳｉを含み、Ｓｉ−Ｎ結合、Ｎ−Ｃ結合を有し、Ｓｉ−Ｃ結合を有さない原料ガスであるともいえる。ＢＴＢＡＳガスは、後述する成膜処理において、Ｓｉソースとして作用する。 As the aminosilane raw material gas, for example, a binary butylaminosilane (SiH 2 [NH (C 4 H 9 )] 2 , abbreviation: BTBAS) gas can be used. It can be said that BTBAS is a source gas containing one Si in one molecule, having Si—N bonds and N—C bonds, and having no Si—C bonds. The BTBAS gas acts as a Si source in a film forming process to be described later.
ＢＴＢＡＳ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、液体状態の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、シラン原料ガス（ＢＴＢＡＳガス等）として供給することとなる。 When using a liquid raw material that is in a liquid state at normal temperature and pressure, such as BTBAS, the liquid raw material is vaporized by a vaporization system such as a vaporizer or bubbler and supplied as a silane raw material gas (BTBAS gas or the like). Become.
ガス供給管２３２ｂからは、原料とは化学構造が異なる反応体（リアクタント）として、例えば、酸素（Ｏ）含有ガスが、ＭＦＣ ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。
From the
Ｏ含有ガスは、後述する成膜処理において、酸化剤（酸化ガス）、すなわち、Ｏソースとして作用する。Ｏ含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）ガスや水蒸気（Ｈ２Ｏガス）等を用いることができる。酸化剤としてＯ２ガスを用いる場合は、例えば、後述するプラズマ源を用いてこのガスをプラズマ励起し、プラズマ励起ガス（Ｏ２ ＊ガス）として供給することとなる。 The O-containing gas acts as an oxidizing agent (oxidizing gas), that is, an O source in a film forming process described later. As the O-containing gas, for example, oxygen (O 2 ) gas, water vapor (H 2 O gas), or the like can be used. In the case of using O 2 gas as the oxidant, for example, this gas is plasma-excited using a plasma source to be described later, and supplied as plasma excitation gas (O 2 * gas).
ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれＭＦＣ ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ノズル２４９ａ、２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。
From the
後述する成膜処理において、ガス供給管２３２ａから上述の原料ガスを供給する場合、主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、第１の供給系としての原料供給系が構成される。ノズル２４９ａを原料供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管２３２ａからアミノシラン原料を供給する場合、原料供給系をアミノシラン原料供給系、或いは、アミノシラン原料ガス供給系と称することもできる。
In the film forming process described later, when the above-described raw material gas is supplied from the
また、後述する成膜処理において、ガス供給管２３２ｂから上述の反応体を供給する場合、主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、第２の供給系としての反応体ガス供給系（リアクタントガス供給系）が構成される。ノズル２４９ｂを反応体供給系に含めて考えてもよい。ガス供給管２３２ｂから酸化剤を供給する場合、反応体供給系を酸化剤供給系、酸化ガス供給系、或いは、Ｏ含有ガス供給系と称することもできる。
In addition, in the film forming process described later, when the above-described reactant is supplied from the
また、後述するパージ処理において、主に、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ、ＭＦＣ ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄにより、不活性ガス供給系が構成される。
（基板支持具）
図１に示すように基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５〜２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる断熱板２１８が多段に支持されている。この構成により、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなっている。但し、本実施形態はこのような形態に限定されない。例えば、ボート２１７の下部に断熱板２１８を設けずに、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。
（プラズマ生成部）
次にプラズマ生成部について、図２及び図３を用いて説明する。
Further, in the purge process described later, an inert gas supply system is mainly configured by the
(Substrate support)
As shown in FIG. 1, a
(Plasma generator)
Next, the plasma generation unit will be described with reference to FIGS.
プラズマは、ＣＣＰ、ＩＣＰを用いることが可能であるが、基板などの試料へのダメージが懸念される。そこで、本発明の実施の形態では電子温度が低くダメージの発生を低減可能なマイクロ波を利用した表面波プラズマ（Surface Wave Plasma：ＳＷＰ）を用いる。図２に示すように、反応ガス供給時に石英などで作製された真空隔壁である反応管２０３を誘電体板として用いる。この誘電体板の真空側のバッファ室２３７内がプラズマ生成領域となる。
As the plasma, CCP or ICP can be used, but there is a concern about damage to a sample such as a substrate. Therefore, in the embodiment of the present invention, surface wave plasma (Surface Wave Plasma: SWP) using microwaves that has a low electron temperature and can reduce the occurrence of damage is used. As shown in FIG. 2, a
誘電体板（反応管２０３）の大気側に導波管３００（図１、図２、図３（ｂ）参照）が配置されており、マイクロ波（例えば、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波）が高周波電源３１０から入力される。導波管３００のスロットアンテナ（図３（ａ）参照）から放射されたマイクロ波が誘電体板を通して反応性ガス供給空間（バッファ室２３７）に導入されると、ガス供給管２３２ｂに接続されたノズル２４９ｂのガス供給孔２５０ｂからバッファ室２３７の内部へ供給された気体分子がマイクロ波によって電離・解離されてプラズマが発生する。そして、マイクロ波入射面付近のプラズマ中の電子密度がマイクロ波のカットオフ密度よりも大きくなると、マイクロ波はプラズマ中に入り込めなくなり、プラズマと誘電体板の界面に沿って表面波として伝搬する。その結果、表面波を介してエネルギーが供給される表面波プラズマ（ＳＷＰ）が、誘電体板の近くに形成され、反応性ガスを活性化することになる。導波管は、アルミニウムや銅、ステンレスなどの金属で構成することもできるが、カーボンなどの耐熱材料で構成することにより金属汚染を抑止しつつ、仮に高温での基板処理が必要な場合であっても対応が可能である。
A waveguide 300 (see FIGS. 1, 2, and 3B) is disposed on the atmosphere side of the dielectric plate (reaction tube 203), and microwaves (for example, microwaves having a frequency of 2.45 GHz) are generated. Input from the high
スロットアンテナのスリットパターンを設計する上で、まずスロットアンテナの表面電流の分布を確認する必要がある。スロットアンテナ上にスリットを形成する場合、このスリットと表面電流が直交するように形成するとスリットによって断ち切られた電流がスリット端部に正負の電荷を生じることによりマイクロ波が洩れ出す。表面電流とスリットが平行している場合は、マイクロ波は洩れ出さない。また、スリットの長さがマイクロ波の波長λ０（≒１２ｃｍ）の１／２λ０に近いほどマイクロ波の洩れが著しい。１／２λ０を超えるとマイクロ波が自由に通れると考えられ、大量にマイクロ波が洩れ出すことになる。そのため、スリットは１／２λ０以下としている。このようにスリットの長さ及び表面電流に対するスリットの角度θを変更しながら真空側の電界強度分布の均一性の最適化を実施するようにしている。 In designing the slit pattern of the slot antenna, it is necessary to first confirm the surface current distribution of the slot antenna. When a slit is formed on the slot antenna, if the slit and the surface current are formed so as to be orthogonal, the current cut off by the slit generates positive and negative charges at the slit end, and the microwave leaks out. When the surface current and the slit are parallel, the microwave does not leak out. Further, the closer the slit length is to 1 / 2λ 0 of the microwave wavelength λ 0 (≈12 cm), the more the microwave leaks. 1 / 2λ is greater than zero when the microwave is considered to freely pass by, a large amount so that the microwave is leaking. Therefore, the slit is set to 1/2 [lambda] 0 or less. Thus, the uniformity of the electric field strength distribution on the vacuum side is optimized while changing the slit length and the slit angle θ with respect to the surface current.
従来の技術であるＣＣＰシステムでは、電極を反応室に挿入する必要があったが、ＳＷＰシステムでは無電極放電であるため電極を反応室に入れる必要がなく異物混入や金属汚染等の問題を軽減できる。また、ＣＣＰシステムでは高周波（例えば、数１０ＭＨｚの高周波）でプラズマを励起した場合、電界の向きが比較的遅く、電界で電子が加速される。その結果、電子温度が高く、プラズマ密度が低くなる。電子温度が高いため反応管２０３やバッファ室２３７の内壁がスパッタされることがある。一方、ＳＷＰシステムのようにマイクロ波でプラズマを励起した場合、電界の向きが速く、即ち周波数が高いため電界の変化に電子が追従できない。その結果、電子温度が低く、プラズマ密度が高くなる。電子温度が低いため反応管２０３やバッファ室２３７の内壁のスパッタを回避することができる。
（排気部）
反応管２０３には、図１に示すように処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および排気バルブ（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ２４４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されているバルブである。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。排気管２３１は、反応管２０３に設ける場合に限らず、ノズル２４９ａ，２４９ｂと同様にマニホールド２０９に設けてもよい。
（周辺装置）
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、マニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は、例えばＳＵＳ等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。
In the conventional CCP system, it was necessary to insert the electrode into the reaction chamber, but in the SWP system, since there was no electrode discharge, there was no need to put the electrode into the reaction chamber, reducing problems such as contamination and metal contamination. it can. In the CCP system, when plasma is excited at a high frequency (for example, a high frequency of several tens of MHz), the direction of the electric field is relatively slow, and electrons are accelerated by the electric field. As a result, the electron temperature is high and the plasma density is low. Since the electron temperature is high, the inner walls of the
(Exhaust part)
As shown in FIG. 1, the
(Peripheral device)
Below the manifold 209, a
シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、ボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。
A
ボートエレベータ１１５は、ボート２１７すなわちウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。また、マニホールド２０９の下方には、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を降下させている間、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシャッタ２１９ｓが設けられている。シャッタ２１９ｓは、例えばＳＵＳ等の金属により構成され、円盤状に形成されている。シャッタ２１９ｓの上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｃが設けられている。シャッタ２１９ｓの開閉動作（昇降動作や回動動作等）は、シャッタ開閉機構１１５ｓにより制御される。
The
反応管２０３の内部には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となる。温度センサ２６３は、ノズル２４９ａ、２４９ｂと同様にＬ字型に構成されており、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
（制御装置）
次に制御装置について図４を用いて説明する。図４は、図１に示す基板処理装置におけるコントローラの一例を示すブロック図である。図４に示すように、制御部（制御装置）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２１ａ、ＲＡＭ（Random 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。
Inside the
(Control device)
Next, the control device will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing an example of a controller in the substrate processing apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 4, the
記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する成膜処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する各種処理（成膜処理）における各手順をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、プロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
The
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ、バルブ２４３ａ〜２４３ｄ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ２６３、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、シャッタ開閉機構１１５ｓ、高周波電源３１０等に接続されている。
The I /
ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、回転機構２６７の制御、ＭＦＣ ２４１ａ〜２４１ｄによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ〜２４３ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の正逆回転、回転角度および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、シャッタ開閉機構１１５ｓによるシャッタ２１９ｓの開閉動作、高周波電源３１０の電力供給等を制御するように構成されている。
The
コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）１２３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
（２）基板処理
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、基板上に膜を形成するプロセス例について、図５および図６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。
The
(2) Substrate Processing A process example in which a film is formed on a substrate as one step of a semiconductor device (device) manufacturing process using the above-described substrate processing apparatus will be described with reference to FIGS. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by the
本明細書では、図５に示す成膜処理のシーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の変形例や他の実施形態の説明においても、同様の表記を用いることとする。 In this specification, the sequence of the film forming process shown in FIG. 5 may be shown as follows for convenience. The same notation is also used in the following modifications and other embodiments.
（ＢＴＢＡＳ→Ｏ２ ＊）×ｎ ⇒ ＳｉＯ
本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体（集合体）」を意味する場合、すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。
(BTBAS → O 2 * ) × n => SiO
In this specification, when the term “wafer” is used, it means “wafer itself” or “a laminate (aggregate) of a wafer and a predetermined layer or film formed on the surface”. In other words, it may be called a wafer including a predetermined layer or film formed on the surface. In addition, when the term “wafer surface” is used in this specification, it means “the surface of the wafer itself (exposed surface)” or “the surface of a predetermined layer or film formed on the wafer”. That is, it may mean “the outermost surface of the wafer as a laminated body”.
従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合がある。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層（または膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）上に所定の層（または膜）を直接形成する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハの最表面の上に所定の層（または膜）を形成する」ことを意味する場合がある。 Therefore, in the present specification, the phrase “supplying a predetermined gas to the wafer” means “supplying a predetermined gas directly to the surface (exposed surface) of the wafer itself”. , It may mean that “a predetermined gas is supplied to a layer, a film, or the like formed on the wafer, that is, to the outermost surface of the wafer as a laminated body”. Further, in this specification, when “describe a predetermined layer (or film) on the wafer” is described, “determine a predetermined layer (or film) directly on the surface (exposed surface) of the wafer itself”. This means that a predetermined layer (or film) is formed on a layer or film formed on the wafer, that is, on the outermost surface of the wafer as a laminate. There is a case.
また、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。
（搬入ステップ：Ｓ１）
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。
（圧力・温度調整ステップ：Ｓ２）
処理室２０１の内部、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改質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。
In this specification, the term “substrate” is also synonymous with the term “wafer”.
(Transportation step: S1)
When a plurality of
(Pressure / temperature adjustment step: S2)
The inside of the
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。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パージ処理が終了するまでの間は継続して行われる。但し、後述する成膜処理およびパージ処理を室温以下の温度条件下で行う場合は、ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は行わなくてもよい。なお、このような温度下での処理だけを行う場合には、ヒータ２０７は不要となり、ヒータ２０７を基板処理装置に設置しなくてもよい。この場合、基板処理装置の構成を簡素化することができる。
Further, the
続いて、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ＢＴＢＡＳ供給が終了するまでの間は継続して行われる。
（成膜ステップ：Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）
その後、ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６を順次実行することで成膜ステップを行う。
Subsequently, rotation of the
(Film formation step: S3, S4, S5, S6)
Thereafter, the film forming step is performed by sequentially executing steps S3, S4, S5, and S6.
［原料ガス供給ステップ：Ｓ３，Ｓ４］
ステップＳ３では、処理室２０１内のウエハ２００に対してＢＴＢＡＳガスを供給する。なお、このステップＳ３を原料供給ステップＳ３と称してもよい。
[Raw gas supply step: S3, S4]
In step S <b> 3, BTBAS gas is supplied to the
バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へＢＴＢＡＳガスを流す。ＢＴＢＡＳガスは、ＭＦＣ ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介して処理室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ＢＴＢＡＳガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内へＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ＭＦＣ ２４１ｃにより流量調整され、ＢＴＢＡＳ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。
The
また、ノズル２４９ｂ内へのＢＴＢＡＳガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｄ内へＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管２３２ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
Further, in order to prevent the BTBAS gas from entering the
ＭＦＣ ２４１ａで制御するＢＴＢＡＳガスの供給流量は、例えば１〜２０００ｓｃｃｍ、好ましくは１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＭＦＣ ２４１ｃ，２４１ｄで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜２６６６Ｐａ、好ましくは６７〜１３３３Ｐａの範囲内の圧力とする。ＢＴＢＡＳガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば１〜１００秒、好ましくは１〜５０秒の範囲内の時間とする。
The supply flow rate of the BTBAS gas controlled by the
ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば０℃以上１５０℃以下、好ましくは室温（２５℃）以上１００℃以下、より好ましくは４０℃以上９０℃以下の範囲内の温度（第１の温度）となるような温度に設定する。ＢＴＢＡＳガスは、ウエハ２００等へ吸着し易く反応性の高いガスである。このため、例えば室温程度の低温下であっても、ウエハ２００上にＢＴＢＡＳガスを化学吸着させることができ、実用的な成膜レートを得ることができる。本実施形態のように、ウエハ２００の温度を１５０℃以下、さらには１００℃以下、さらには９０℃以下とすることで、ウエハ２００に加わる熱量を低減させることができ、ウエハ２００が受ける熱履歴の制御を良好に行うことができる。また、０℃以上の温度であれば、ウエハ２００上にＢＴＢＡＳを十分に吸着させることができ、十分な成膜レートが得られることとなる。よって、ウエハ２００の温度は０℃以上１５０℃以下、好ましくは室温以上１００℃以下、より好ましくは４０℃以上９０℃以下の範囲内の温度とするのがよい。
The temperature of the
上述の条件下でウエハ２００に対してＢＴＢＡＳガスを供給することにより、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さのＳｉ含有層が形成される。Ｓｉ含有層はＳｉ層であってもよいし、ＢＴＢＡＳの吸着層であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。
By supplying BTBAS gas to the
Ｓｉ層とは、Ｓｉにより構成される連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできるＳｉ薄膜をも含む総称である。Ｓｉにより構成される連続的な層を、Ｓｉ薄膜という場合もある。Ｓｉ層を構成するＳｉは、アミノ基との結合が完全に切れていないものや、Ｈとの結合が完全に切れていないものも含む。 The Si layer is a generic name including a continuous layer composed of Si, a discontinuous layer, and a Si thin film formed by overlapping these layers. A continuous layer composed of Si may be referred to as a Si thin film. Si constituting the Si layer includes those in which the bond with the amino group is not completely broken and those with the bond with H not completely broken.
ＢＴＢＡＳの吸着層は、ＢＴＢＡＳ分子で構成される連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。すなわち、ＢＴＢＡＳの吸着層は、ＢＴＢＡＳ分子で構成される１分子層もしくは１分子層未満の厚さの吸着層を含む。ＢＴＢＡＳの吸着層を構成するＢＴＢＡＳ分子は、Ｓｉとアミノ基との結合が一部切れたものや、ＳｉとＨとの結合が一部切れたものや、ＮとＣとの結合が一部切れたもの等も含む。すなわち、ＢＴＢＡＳの吸着層は、ＢＴＢＡＳの物理吸着層であってもよいし、ＢＴＢＡＳの化学吸着層であってもよいし、その両方を含んでいてもよい。 The BTBAS adsorption layer includes a continuous adsorption layer composed of BTBAS molecules and a discontinuous adsorption layer. That is, the adsorption layer of BTBAS includes an adsorption layer having a thickness of less than one molecular layer composed of BTBAS molecules or less than one molecular layer. The BTBAS molecules that make up the BTBAS adsorption layer are those in which the bond between Si and amino groups is partially broken, the bond between Si and H is partially broken, or the bond between N and C is partially broken. Also included. That is, the BTBAS adsorption layer may be a BTBAS physical adsorption layer, a BTBAS chemical adsorption layer, or both of them.
ここで、１原子層未満の厚さの層とは不連続に形成される原子層のことを意味しており、１原子層の厚さの層とは連続的に形成される原子層のことを意味している。１分子層未満の厚さの層とは不連続に形成される分子層のことを意味しており、１分子層の厚さの層とは連続的に形成される分子層のことを意味している。Ｓｉ含有層は、Ｓｉ層とＢＴＢＡＳの吸着層との両方を含み得る。但し、上述の通り、Ｓｉ含有層については「１原子層」、「数原子層」等の表現を用いることとする。 Here, a layer having a thickness of less than one atomic layer means an atomic layer formed discontinuously, and a layer having a thickness of one atomic layer means an atomic layer formed continuously. Means. A layer having a thickness of less than one molecular layer means a molecular layer formed discontinuously, and a layer having a thickness of one molecular layer means a molecular layer formed continuously. ing. The Si-containing layer may include both a Si layer and a BTBAS adsorption layer. However, as described above, for the Si-containing layer, expressions such as “one atomic layer” and “several atomic layer” are used.
ＢＴＢＡＳが自己分解（熱分解）する条件下、すなわち、ＢＴＢＡＳの熱分解反応が生じる条件下では、ウエハ２００上にＳｉが堆積することでＳｉ層が形成される。ＢＴＢＡＳが自己分解（熱分解）しない条件下、すなわち、ＢＴＢＡＳの熱分解反応が生じない条件下では、ウエハ２００上にＢＴＢＡＳが吸着することでＢＴＢＡＳの吸着層が形成される。但し、本実施形態では、ウエハ２００の温度を例えば１５０℃以下の低温（第１の温度）としているので、ＢＴＢＡＳの熱分解は生じにくい。結果として、ウエハ２００上へは、Ｓｉ層ではなく、ＢＴＢＡＳの吸着層の方が形成されやすくなる。
Under the condition that BTBAS self-decomposes (thermally decomposes), that is, under the condition where the thermal decomposition reaction of BTBAS occurs, Si is deposited on the
ウエハ２００上に形成されるＳｉ含有層の厚さが数原子層を超えると、後述する改質処理での改質の作用がＳｉ含有層の全体に届かなくなる。また、ウエハ２００上に形成可能なＳｉ含有層の厚さの最小値は１原子層未満である。よって、Ｓｉ含有層の厚さは１原子層未満から数原子層程度とするのが好ましい。Ｓｉ含有層の厚さを１原子層以下、すなわち、１原子層または１原子層未満とすることで、後述する改質処理での改質の作用を相対的に高めることができ、改質処理の改質反応に要する時間を短縮することができる。また、成膜処理のＳｉ含有層の形成に要する時間を短縮することもできる。結果として、１サイクルあたりの処理時間を短縮することができ、トータルでの処理時間を短縮することも可能となる。すなわち、成膜レートを高くすることも可能となる。また、Ｓｉ含有層の厚さを１原子層以下とすることで、膜厚均一性の制御性を高めることも可能となる。
When the thickness of the Si-containing layer formed on the
Ｓｉ含有層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＢＴＢＡＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４を開いたままとし、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Ｓｉ含有層の形成に寄与した後のＢＴＢＡＳガスや反応副生成物等を処理室２０１内から排除する（Ｓ４）。また、バルブ２４３ｃ，２４３ｄは開いたままとして、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を維持する。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Ｓｉ含有層の形成に寄与した後のＢＴＢＡＳガス等を処理室２０１内から排除する効果を高めることができる。なお、このステップＳ４を原料ガスパージステップＳ４と称してもよい。
After the Si-containing layer is formed, the
このとき、処理室２０１内に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１内を完全にパージしなくてもよい。処理室２０１内に残留するガスが微量であれば、その後に行われるパージ処理において悪影響が生じることはない。このとき処理室２０１内へ供給するＮ２ガスの流量も大流量とする必要はなく、例えば、反応管２０３（処理室２０１）の容積と同程度の量を供給することで、パージ処理において悪影響が生じない程度のパージを行うことができる。このように、処理室２０１の内部を完全にパージしないことで、パージ時間を短縮し、スループットを向上させることができる。また、Ｎ２ガスの消費も必要最小限に抑えることが可能となる。
At this time, the gas remaining in the
原料ガスとしては、ＢＴＢＡＳガスのほか、テトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：４ＤＭＡＳ）ガス、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガス、ビスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］２Ｈ２、略称：ＢＤＭＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２Ｈ２、略称：ＢＤＥＡＳ）ガス等を好適に用いることができる。このほか、原料ガスとしては、ジメチルアミノシラン（ＤＭＡＳ）ガス、ジエチルアミノシラン（ＤＥＡＳ）ガス、ジプロピルアミノシラン（ＤＰＡＳ）ガス、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）ガス、ブチルアミノシラン（ＢＡＳ）ガス、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）ガス等の各種アミノシラン原料ガスや、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラクロロシランすなわちシリコンテトラクロライド（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等の無機系ハロシラン原料ガスや、モノシラン（ＳｉＨ４、略称：ＭＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６、略称：ＤＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８、略称：ＴＳ）ガス等のハロゲン基非含有の無機系シラン原料ガスを好適に用いることができる。
As a source gas, in addition to BTBAS gas, tetrakisdimethylaminosilane (Si [N (CH 3 ) 2 ] 4 , abbreviation: 4DMAS) gas, trisdimethylaminosilane (Si [N (CH 3 ) 2 ] 3 H, abbreviation: 3DMAS ) Gas, bisdimethylaminosilane (Si [N (CH 3 ) 2 ] 2 H 2 , abbreviation: BDMAS) gas, bisdiethylaminosilane (Si [N (C 2 H 5 ) 2 ] 2 H 2 , abbreviation: BDEAS) gas Etc. can be used suitably. Other source gases include dimethylaminosilane (DMAS) gas, diethylaminosilane (DEAS) gas, dipropylaminosilane (DPAS) gas, diisopropylaminosilane (DIPAS) gas, butylaminosilane (BAS) gas, hexamethyldisilazane (HMDS). ) Various aminosilane source gases such as gas, monochlorosilane (SiH 3 Cl, abbreviation: MCS) gas, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 , abbreviation: DCS) gas, trichlorosilane (SiHCl 3 , abbreviation: TCS) gas, tetra chlorosilanes i.e. silicon tetrachloride (SiCl 4, abbreviation: STC) gas,
不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いることができる。 As the inert gas, a rare gas such as Ar gas, He gas, Ne gas, or Xe gas can be used in addition to N 2 gas.
［反応ガス供給ステップ：Ｓ５，Ｓ６］
成膜処理が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対して反応ガスとしてのプラズマ励起させたＯ２ガスを供給する（Ｓ５）。なお、このステップＳ５を反応体（リアクタント）供給ステップＳ５と称してもよい。
[Reactive gas supply step: S5, S6]
After the film formation process is completed, plasma-excited O 2 gas as a reactive gas is supplied to the
このステップでは、バルブ２４３ｂ〜２４３ｄの開閉制御を、ステップＳ３におけるバルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行う。Ｏ２ガスは、ＭＦＣ ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。このとき、高周波電源３１０から導波管３００を介してバッファ室２３７へ高周波電力（本実施の形態では２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力）を供給する。処理室２０１内のバッファ室２３７へ供給されたＯ２ガスはバッファ室２３７の内部でプラズマ励起され、活性種（Ｏ２ ＊）としてガス供給孔２５０ｃを介してウエハ２００に対して供給され、排気管２３１から排気される。マイクロ波入射面付近のプラズマ中の電子密度がマイクロ波のカットオフ密度よりも大きくなると、マイクロ波はプラズマ中に入り込めなくなり、プラズマと誘電体板の界面に沿って表面波として伝搬する。その結果、表面波を介してエネルギーが供給される表面波プラズマ（ＳＷＰ）が、誘電体板の近くに形成され、反応性ガスを活性化することになる。このようにしてウエハ２００に対して、プラズマで活性化（励起）されたＯ２ガスが均一に供給されることとなる。
In this step, the opening / closing control of the
また、マイクロ波による表面波プラズマを用いることにより電子温度を低くできるためウエハ上の膜へのダメージや反応管、バッファ室内壁でのスパッタを回避できる。 Further, since the electron temperature can be lowered by using surface wave plasma by microwaves, damage to the film on the wafer and sputtering on the reaction tube and the buffer chamber inner wall can be avoided.
なお、反応管に対する導波管の配置について発明者等が検討した結果、反応管の長手方向に沿って反応管を取り囲むように全周に渡って導波管を配置するとマイクロ波を反射させるために導波管の構造が複雑となるだけでなく、反応管全周にマイクロ波を供給することが困難となること、寧ろ図３（ｂ）に示すように反応管の長手方向に沿い円周に対しては部分的に配置する方が導波管の構造が単純なだけでなく、プラズマも均一に生成できることが分かった。また、導波管を図３（ｂ）のように反応管に対して部分的に配置することにより、導波管の外側にヒータを設けたホットウオール方式であっても、全周を取り囲むように設置した場合に比べて加熱を妨げる範囲を最小限にすることが可能となるため、効率良く基板を加熱することが可能となる。また、導波管を反応管の長手方向に沿って複数本配置することにより、プラズマ密度をより向上させることができる。 In addition, as a result of examination by the inventors about the arrangement of the waveguide with respect to the reaction tube, if the waveguide is arranged over the entire circumference so as to surround the reaction tube along the longitudinal direction of the reaction tube, the microwave is reflected. In addition to the complicated structure of the waveguide, it becomes difficult to supply microwaves to the entire circumference of the reaction tube. Rather, as shown in FIG. In contrast, it was found that the partial arrangement not only has a simple structure of the waveguide, but also can generate plasma uniformly. Further, by partially disposing the waveguide with respect to the reaction tube as shown in FIG. 3B, even in the hot wall system in which a heater is provided outside the waveguide, the entire circumference is surrounded. Compared with the case where the apparatus is installed, the range that hinders heating can be minimized, so that the substrate can be efficiently heated. Moreover, the plasma density can be further improved by arranging a plurality of waveguides along the longitudinal direction of the reaction tube.
ＭＦＣ ２４１ｂで制御するＯ２ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。高周波電源３１０からの高周波電力（マイクロ波電力）は、例えば５０〜１０００Ｗの範囲内の電力とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１〜１００Ｐａの範囲内の圧力とする。プラズマを用いることで、処理室２０１内の圧力をこのような比較的低い圧力帯としても、Ｏ２ガスを活性化させることが可能となる。Ｏ２ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種をウエハ２００に対して供給する時間は、例えば１〜１００秒、好ましくは１〜５０秒の範囲内の時間とする。その他の処理条件は、上述のステップ１と同様な処理条件とする。
The supply flow rate of the O 2 gas controlled by the
酸素プラズマ中で生成されたイオンと電気的に中性な活性種はウエハ２００の表面に形成されたＳｉ含有層に対して後述する酸化処理を行う。
The active species that are electrically neutral with the ions generated in the oxygen plasma perform an oxidation process described later on the Si-containing layer formed on the surface of the
高周波電力の供給を停止した後、酸素の導入を停止する。 After the supply of high frequency power is stopped, the introduction of oxygen is stopped.
上述の条件下でウエハ２００に対してＯ２ガスを供給することにより、ウエハ２００上に形成されたＳｉ含有層がプラズマ酸化される。この際、プラズマ励起されたＯ２ガスのエネルギーにより、Ｓｉ含有層が有するＳｉ−Ｎ結合、Ｓｉ−Ｈ結合が切断される。Ｓｉとの結合を切り離されたＮ、Ｈ、および、Ｎに結合するＣは、Ｓｉ含有層から脱離することとなる。そして、Ｎ等が脱離することで未結合手（ダングリングボンド）を有することとなったＳｉ含有層中のＳｉが、Ｏ２ガスに含まれるＯと結合し、Ｓｉ−Ｏ結合が形成されることとなる。この反応が進行することにより、Ｓｉ含有層は、ＳｉおよびＯを含む層、すなわち、シリコン酸化層（ＳｉＯ層）へと変化させられる（改質される）。
By supplying O 2 gas to the
なお、Ｓｉ含有層をＳｉＯ層へと改質させるには、Ｏ２ガスをプラズマ励起させて供給する必要がある。Ｏ２ガスをノンプラズマの雰囲気下で供給しても、上述の温度帯では、Ｓｉ含有層を酸化させるのに必要なエネルギーが不足しており、Ｓｉ含有層からＮやＣを充分に脱離させたり、Ｓｉ含有層を充分に酸化させてＳｉ−Ｏ結合を増加させたりすることは、困難なためである。 In order to modify the Si-containing layer into the SiO layer, it is necessary to supply the O 2 gas by plasma excitation. Even if O 2 gas is supplied in a non-plasma atmosphere, the energy necessary to oxidize the Si-containing layer is insufficient in the above temperature range, and N and C are sufficiently desorbed from the Si-containing layer. This is because it is difficult to oxidize or to sufficiently oxidize the Si-containing layer to increase the Si—O bond.
Ｓｉ含有層をＳｉＯ層へ変化させた後、バルブ２４３ｂを閉じ、Ｏ２ガスの供給を停止する。また、バッファ室２３７への高周波電力（マイクロ波電力）の供給を停止する。そして、ステップＳ４と同様の処理手順、処理条件により、処理室２０１内に残留するＯ２ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する（Ｓ６）。このとき、処理室２０１内に残留するＯ２ガス等を完全に排出しなくてもよい点は、ステップＳ１２と同様である。なお、このステップＳ６を反応ガスパージステップＳ６と称してもよい。
After changing the Si-containing layer to the SiO layer, the
酸化剤、すなわち、プラズマ励起させるＯ含有ガスとしては、Ｏ２ガスの他、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ２）ガス、オゾン（Ｏ３）ガス、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏガス）、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス等を用いてもよい。 As an oxidizing agent, that is, an O-containing gas for plasma excitation, in addition to O 2 gas, nitrous oxide (N 2 O) gas, nitrogen monoxide (NO) gas, nitrogen dioxide (NO 2 ) gas, ozone (O 3) ) Gas, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) gas, water vapor (H 2 O gas), carbon monoxide (CO) gas, carbon dioxide (CO 2 ) gas, or the like may be used.
不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、例えば、ステップＳ４で例示した各種希ガスを用いることができる。 As the inert gas, for example, various rare gases exemplified in step S4 can be used in addition to the N 2 gas.
［所定回数実施：Ｓ７］
上述したＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６をこの順番に沿って非同時に、すなわち、同期させることなく行うことを１サイクルとし、このサイクルを所定回数（ｎ回）、すなわち、１回以上行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成および所定膜厚のＳｉＯ膜を形成することができる。図６に上述のサイクルを複数回繰り返す基板処理プロセスのタイムチャートを示す。最上段がアミノシラン原料（ＢＴＢＡＳ）、第２段が酸化剤（Ｏ２）、第３段が不活性ガス（Ｎ２）、第４段が高周波電力（マイクロ波電力）の各々のオン、オフの状態を示す。上述のサイクルは、複数回繰り返すことが好ましい。すなわち、１サイクルあたりに形成されるＳｉＯ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、ＳｉＯ層を積層することで形成されるＳｉＯ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ことが好ましい。
（大気圧復帰ステップ：Ｓ８）
上述の成膜処理が完了したら、バルブ２４３ｂを閉じ、Ｏ２ガスの供給を停止する。また、バッファ室２３７への高周波電力（マイクロ波電力）の供給を停止する。そして、バルブ２４３ｃ，２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄのそれぞれから不活性ガスとしてのＮ２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。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Ｏ２ガス等が処理室２０１内から除去される（不活性ガスパージ）。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：Ｓ８）。
（搬出ステップ：Ｓ９）
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、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）。なお、ウエハディスチャージの後は、処理室２０１内へ空のボート２１７を搬入するようにしてもよい。
（３）本実施形態による効果
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。
（ａ）マイクロ波による表面波プラズマを用いた縦型基板処理装置とすることにより、基板処理温度の低温化ニーズに対応した基板処理技術を提供することができる。
（ｂ）マイクロ波による表面波プラズマを用いることにより、電子温度を低くできるためウエハへのダメージを低減でき、良質の膜を形成できる。また、電子温度を低くできるため反応管やバッファ室内壁でのスパッタを回避できる。
（ｃ）導波管を反応管の長手方向（縦方向）に沿い円周に対しては部分的に配置することにより単純構造で均一なプラズマを生成できる。
（ｄ）導波管を反応管の円周に対して部分的に配置することにより、導波管の外側にヒータを設けたホットウオール方式であっても、効率良く基板を加熱することができる。
（ｅ）導波管を処理室の外側に設置することが可能となるため、処理室内の金属汚染を抑止できる。
（ｆ）導波管をカーボンで構成することにより、金属汚染を抑止できる。また、仮に高温での基板処理が必要な場合であっても対応が可能となる。
（４）変形例
本実施形態における基板処理工程は、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。
（変形例１）
第１の変形例について図７を用いて説明する。図７（ａ）は、構成要素が省略されている箇所もあるが基本的には図２と同様である。また、図７（ｂ）は構成要素が省略されている箇所もあるが下記本変形例の特徴（導波管分割配置）を除き基本的には図１と同様である。また、同一符号は同一構成要素を示すため説明を省略した箇所もある。
[Predetermined number of times: S7]
By performing the above-described S3, S4, S5, and S6 non-simultaneously along this order, that is, without synchronizing them as one cycle, by performing this cycle a predetermined number of times (n times), that is, once or more, A SiO film having a predetermined composition and a predetermined film thickness can be formed on the
(Atmospheric pressure return step: S8)
When the film formation process described above is completed, the
(Unloading step: S9)
Thereafter, the
(3) Effects According to the Present Embodiment According to the present embodiment, one or more effects shown below can be obtained.
(A) By using a vertical substrate processing apparatus using surface wave plasma generated by microwaves, it is possible to provide a substrate processing technique that meets the need for lower substrate processing temperatures.
(B) By using surface wave plasma by microwaves, the electron temperature can be lowered, so that damage to the wafer can be reduced, and a high-quality film can be formed. Moreover, since the electron temperature can be lowered, sputtering on the reaction tube and the buffer chamber wall can be avoided.
(C) Uniform plasma can be generated with a simple structure by partially arranging the waveguide along the longitudinal direction (longitudinal direction) of the reaction tube with respect to the circumference.
(D) By disposing the waveguide partially with respect to the circumference of the reaction tube, the substrate can be efficiently heated even in a hot wall system in which a heater is provided outside the waveguide. .
(E) Since the waveguide can be installed outside the processing chamber, metal contamination in the processing chamber can be suppressed.
(F) By constituting the waveguide with carbon, metal contamination can be suppressed. Further, even if the substrate processing at a high temperature is necessary, it is possible to cope with it.
(4) Modified Example The substrate processing step in the present embodiment is not limited to the above-described aspect, and can be changed as in the following modified example.
(Modification 1)
A first modification will be described with reference to FIG. FIG. 7A is basically the same as FIG. 2 although some components are omitted. FIG. 7B is basically the same as FIG. 1 except for the features (waveguide divisional arrangement) of the present modified example described below, although some components are omitted. Moreover, since the same code | symbol shows the same component, there is a location which abbreviate | omitted description.
本変形例に係る基板処理装置では、縦方向のプラズマ分布を制御することによりウエハの縦方向にプラズマの影響による成膜プロセスの分布が発生した場合に対応可能な構造とする。マイクロ波を反応管内へ導入するにあたり、スロットアンテナ３２０のスリットパターンにより最適化を実施するが、成膜プロセスにおいて多くの条件に対応するためには、プラズマ分布を制御することが非常に重要である。例えば、図７（ｂ）に示すように、上中下の３ゾーンを制御する場合は、反応炉の長手方向（縦方向）に沿って導波管３００を３分割し、それぞれのゾーンでスロットアンテナ３２０のスリットパターンを最適化する。または、マイクロ波の供給を導波管３００から同軸ケーブルに変換して３つに分岐するなどの方法をとることもできる。なお、本装置構成は、特にウエハの枚数が多い場合に有効である。また、導波管を分割する数は３つと限らない。
The substrate processing apparatus according to this modification has a structure that can cope with a case where a film forming process distribution due to the influence of plasma occurs in the vertical direction of the wafer by controlling the plasma distribution in the vertical direction. When introducing the microwave into the reaction tube, optimization is performed by the slit pattern of the
本変形例によれば、上記（３）に示した効果を得ることができる。さらに、導波管を反応管の長手方向（縦方向）に分割することにより、第１の実施形態と比較して縦方向のプラズマ分布が均一になるように制御することができる。
(変形例２)
第２の変形例について図８を用いて説明する。なお、図８（ａ）は構成要素が省略されている箇所もあるが基本的には図２と同様である。また、図８（ｂ）は構成要素が省略されている箇所もあるが下記本変形例の特徴（導波管分割配置）を除き基本的には図１と同様である。また、同一符号は同一構成要素を示すため説明を省略した箇所もある。
According to this modification, the effect shown in (3) above can be obtained. Furthermore, by dividing the waveguide in the longitudinal direction (longitudinal direction) of the reaction tube, it is possible to control the plasma distribution in the longitudinal direction to be uniform as compared with the first embodiment.
(Modification 2)
A second modification will be described with reference to FIG. FIG. 8A is basically the same as FIG. 2 although some components are omitted. Further, FIG. 8B is basically the same as FIG. 1 except for the features (waveguide division arrangement) of the present modified example described below, although there are places where components are omitted. Moreover, since the same code | symbol shows the same component, there is a location which abbreviate | omitted description.
本変形例に係る基板処理装置では、縦方向のプラズマ分布を制御することによりウエハの縦方向にプラズマの影響による成膜プロセスの分布が発生した場合に対応可能な構造とする。本変形例では、導波管３００を縦方向に３分割し、且つマイクロ波立体回路(高周波電源)を３つ設置し、各々の高周波電源（３１０−１、３１０−２、３１０−３）の出力を制御することにより縦方向のプラズマ分布を制御する。なお、それぞれのゾーンでスロットアンテナ３２０のスリットパターンを変更することもできる。また、マイクロ波の供給を導波管３００から同軸ケーブルに変換して３つに分岐するなどの方法をとることもできる。なお、本装置構成は、特にウエハの枚数が多い場合に有効である。また、導波管を分割する数は３つに限られず、反応管の高さに合わせて適宜分割するように構成すれば良い。
The substrate processing apparatus according to this modification has a structure that can cope with a case where a film forming process distribution due to the influence of plasma occurs in the vertical direction of the wafer by controlling the plasma distribution in the vertical direction. In this modification, the
本変形例によれば、上記（３）に示した効果を得ることができる。また、導波管を反応管の長手方向（縦方向）に複数分割し、各々の高周波電源の出力を制御することにより、縦方向のプラズマ分布を制御することができる。
（変形例３）
第３の変形例について図９を用いて説明する。なお、図９は構成要素が省略されている箇所もあるが基本的には図２と同様である。また、全体構成は下記本変形例の特徴（バッファ室無）を除き基本的には図１と同様である。また、同一符号は同一構成要素を示すため説明を省略した箇所もある。
According to this modification, the effect shown in (3) above can be obtained. Further, the plasma distribution in the vertical direction can be controlled by dividing the waveguide into a plurality of longitudinal directions (longitudinal directions) of the reaction tube and controlling the output of each high frequency power source.
(Modification 3)
A third modification will be described with reference to FIG. FIG. 9 is basically the same as FIG. 2 although some components are omitted. The overall configuration is basically the same as that shown in FIG. 1 except for the features of the present modification described below (without a buffer chamber). Moreover, since the same code | symbol shows the same component, there is a location which abbreviate | omitted description.
本変形例に係る基板処理装置では、バッファ室２３７の構成を設けない構成とした。これにより、処理室２０１内全体にプラズマが生じることとなり、プラズマ強度が増大されるため、成膜速度を向上することができ、スループットを高めることができる。
In the substrate processing apparatus according to this modification, the
本変形例によれば、上記（３）に示した効果を得ることができる。また、バッファ室を省略することにより、プラズマ強度が増大され、成膜速度を向上することができ、スループットを高めることができる。
（変形例４）
第４の変形例について図１０を用いて説明する。なお、図１０（ａ）は構成要素が省略されている箇所もあるが基本的には図２と同様である。また、図１０（ｂ）は構成要素が省略されている箇所もあるが下記本変形例の特徴（導波管突出配置）を除き基本的には図１と同様である。また、同一符号は同一構成要素を示すため説明を省略した箇所もある。
According to this modification, the effect shown in (3) above can be obtained. Further, by omitting the buffer chamber, the plasma intensity can be increased, the deposition rate can be improved, and the throughput can be increased.
(Modification 4)
A fourth modification will be described with reference to FIG. Note that FIG. 10A is basically the same as FIG. 2 although some components are omitted. FIG. 10B is basically the same as FIG. 1 except for the features (waveguide protruding arrangement) of the present modified example described below, although some components are omitted. Moreover, since the same code | symbol shows the same component, there is a location which abbreviate | omitted description.
本変形例に係る基板処理装置では、導波路部分をヒータで覆わず外部に露出（突出）する構成とした。これにより、導波管３００のメンテナンスを容易に実施することが可能となる。また、ヒータを小型化できるため基板処理装置の小型化を図ることができる。
In the substrate processing apparatus according to this modification, the waveguide portion is exposed to the outside (projected) without being covered with the heater. As a result, maintenance of the
本変形例によれば、上記（３）に示した効果を得ることができる。また、導波管をヒータで覆わず露出させることにより、導波管のメンテナンスを容易に実施することが可能となる。また、ヒータを小型化できるため基板処理装置の小型化を図ることができる。
＜第２の実施形態＞
また、本発明は、ウエハ２００上に、原料ガスとして第１の実施形態で前述したＳｉ含有ガスを用い、反応ガスとしてＮＨ３ガスのような窒素（Ｎ）含有ガス（窒化ガス）を用い、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜、以下、ＳｉＮ膜と称する）を形成する場合においても、好適に適用可能である。
本発明の第２の実施形態では、反応ガスとして２種類の窒素含有ガスを用い、ＳｉＮ膜を形成する場合について、図１１を用いて説明する。なお、第１の実施形態（含む変形例）に記載され本実施例に未記載の事項は特段の理由が無い限り本実施形態にも適用することができる。なお、図１１（ａ）は構成要素が省略されている箇所もあるが下記本実施形態の特徴（２種プラズマ源配置）を除き基本的には図２と同様である。また、図１１（ｂ）は構成要素が省略されている箇所もあるが下記本実施形態の特徴（２種プラズマ源設置）を除き基本的には図１と同様である。また、同一符号は同一構成要素を示すため説明を省略した箇所もある。
According to this modification, the effect shown in (3) above can be obtained. Further, the waveguide can be easily maintained by exposing the waveguide without covering it with a heater. Further, since the heater can be reduced in size, the substrate processing apparatus can be reduced in size.
<Second Embodiment>
Further, the present invention uses the Si-containing gas described above in the first embodiment as the source gas on the
In the second embodiment of the present invention, a case where an SiN film is formed using two types of nitrogen-containing gases as reaction gases will be described with reference to FIG. Note that matters described in the first embodiment (including modified examples) but not described in the present embodiment can be applied to the present embodiment unless there is a special reason. FIG. 11A is basically the same as FIG. 2 except for the features (two types of plasma source arrangement) of the present embodiment described below, although there are places where components are omitted. FIG. 11B is basically the same as FIG. 1 except for the features of the present embodiment described below (installation of two types of plasma sources), although some components are omitted. Moreover, since the same code | symbol shows the same component, there is a location which abbreviate | omitted description.
図１１に示すように、プラズマ源によりガスの種類を変更して使用する場合、例えば、第１の反応ガス（ＮＨ３など）を活性化するプラズマ源には高周波電源３０５と電極３３０を用いたＣＣＰシステムを採用し、膜質改善のための第２の反応ガス（Ｎ２、Ｈ２など）を活性化するプラズマ源には高周波電源３１０と導波管３００を用いたＳＷＰシステムを採用する。電極３３０は、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハの配列方向に沿って配設されている。２種類以上のプラズマ源を設置することにより、成膜プロセスにて、ガス種により最適なプラズマ源を選択的に使用することができる。
As shown in FIG. 11, when the gas type is changed by the plasma source, for example, the high
本実施形態に係る基板処理装置を用いて、ＳｉＮ膜を形成する成膜プロセスについて説明する。なお、基板処理プロセスのフローは、ステップＳ３からステップＳ６の成膜処理反応ガス供給を除き基本的には図５と同一であり、このステップＳ３からステップＳ６前後のステップ（Ｓ１〜Ｓ２、Ｓ８〜Ｓ９）の説明は省略する。なお、ＳｉＮ膜を成膜するための原料ガスとしてはジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２：ＤＣＳ）ガスを、反応ガスとしてはＮＨ３ガスを用いた。 A film forming process for forming a SiN film using the substrate processing apparatus according to the present embodiment will be described. The flow of the substrate processing process is basically the same as that in FIG. 5 except for the film forming process reaction gas supply from step S3 to step S6, and the steps before and after step S3 to step S6 (S1 to S2, S8 to S8). The description of S9) is omitted. Note that dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 : DCS) gas was used as the source gas for forming the SiN film, and NH 3 gas was used as the reaction gas.
[原料ガス供給ステップ]
本実施の形態においては原料ガスとして、ウエハが配置された反応管２０３（処理室２０１）内にジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２：ＤＣＳ）ガスを導入し、ウエハをＤＣＳガスに晒す（ＤＣＳ供給：Ｓ３対応）。これにより、ウエハ上にシリコン含有層が形成される。ＤＣＳガスは、ガス供給管２３２ａとノズル２４９ａ、或いはガス供給配管２３２ｂとノズル２４９ｂを用いて導入することもできるが、別のガス供給管とノズルを設置し、これを用いることもできる。ガス供給管を共用する場合にはガス供給管内の十分なパージが必要となるが、別のガス供給管を用いることにより、ガス供給管内における異種ガスの混入（汚染）を防止できる。なお、ヒータの温度は、ウエハの温度が、常温〜５００℃の範囲内の温度であって、例えば４００℃となるような温度に設定することが好ましい。ウエハの温度が５００℃を超えると、ウエハ上に予め形成されているレジストパターンが、後述するステップ２ｂ（Ｏ２ガス供給）を行った際等に酸化され、揮発してしまうことがある。また、ウエハの温度が低すぎると、ウエハ上に原料ガス（ＤＣＳ）のガス分子層が形成され難くなり、実用的な成膜速度が得られなくなることがある。よって、ウエハの温度は、常温〜５００℃の範囲内の温度であって、例えば４００℃とするのが好ましい。
[Raw gas supply step]
In this embodiment, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 : DCS) gas is introduced as a raw material gas into a reaction tube 203 (processing chamber 201) in which a wafer is placed, and the wafer is exposed to DCS gas (DCS supply: S3 correspondence). As a result, a silicon-containing layer is formed on the wafer. The DCS gas can be introduced using the
シリコン含有層が形成された後、ＤＣＳガスの供給を停止する。そして、排気管２３１を介して処理室２０１の内部に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＤＣＳガスを処理室２０１から排除する（残留ガス除去：Ｓ４対応）。なお、このとき、不活性ガスとしてのＮ２ガスを処理室２０１の内部へ供給する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１の内部に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＤＣＳ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。なお、このとき、処理室２０１の内部に残留するガスを完全に排除しなくてもよく、処理室２０１の内部を完全にパージしなくてもよい点は、第１の実施形態と同様である。
After the silicon-containing layer is formed, the supply of DCS gas is stopped. Then, the unreacted or residual DCS gas that has contributed to the formation of the silicon-containing layer in the
[反応ガス供給ステップ]
処理室２０１の内部の残留ガスを除去した後、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内に第１の反応ガスとしてのＮＨ３ガスを流す。ガス供給管２３２ａ内を流れたＮＨ３ガスは、ＭＦＣ ２４１ａにより流量調整される。流量調整されたＮＨ３ガスは、ノズル２４９ａのガス供給孔２５０ａからバッファ室２３８内に供給される。このとき、電極３３０間に高周波電源３０５から高周波電力を印加することで、バッファ室２３８内に供給されたＮＨ３ガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔から処理室２０１内に供給され、排気管２３１から排気される。このときウエハに対して、プラズマで活性化されたＮＨ３ガスが供給されることとなる（ＮＨ３ ＊供給：Ｓ５対応）。
[Reactive gas supply step]
After the residual gas inside the
ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して、処理室２０１内の圧力を、例えば１０〜１００Ｐａの範囲内の圧力とする。ＭＦＣ ２４１ａで制御するＮＨ３ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種をウエハに対して供給する時間は、例えば１〜１２０秒、好ましくは１〜６０秒の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ウエハの温度が、常温〜５００℃の範囲内の温度であって、例えば４００℃となるような温度に設定する。高周波電源３０５から電極３３０間に印加する高周波電力は、例えば５０〜１０００Ｗの範囲内の電力となるように設定する。
When flowing NH 3 gas as an active species by plasma excitation, the
このとき処理室２０１内に流しているガスは、ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種であり、処理室２０１内にはＤＣＳガスを流していない。したがって、ＮＨ３ガスは気相反応を起こすことはなく、活性種となったＮＨ３ガスは、ウエハ上に形成されたシリコン含有層の少なくとも一部と反応する。これによりシリコン含有層は窒化されて、Ｓｉ、Ｎを含む第１の層、すなわち、シリコン窒化層（ＳｉＮ層）へと改質される。
At this time, the gas flowing in the
このように、ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種を処理室２０１内に流すことで、シリコン含有層をプラズマ窒化してＳｉＮ層へと改質（変化）させることができる。
As described above, by flowing the activated species obtained by exciting the NH 3 gas into the
ここで、活性種となったＮＨ３ガスによってシリコン含有層を窒化させるステップＳ５を実施するとき、ＮＨ３ガスと同時にガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを開き、ガス供給管２３２ｂ内に第２の反応ガスとしてのＮ２ガスを流す。ガス供給管２３２ｂ内を流れたＮ２ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整される。流量調整されたＮ２ガスは、ノズル２４９ｂのガス供給孔２５０ｂからバッファ室２３７内に供給される。このとき、高周波電源３１０から導波管３００を介してバッファ室２３７へ高周波電力（本実施の形態では２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力）を供給する。処理室２０１内のバッファ室２３７へ供給されたＮ２ガスはバッファ室２３７の内部でプラズマ励起され、活性種（Ｎ２ ＊）としてガス供給孔２５０ｃを介してウエハ２００に対して供給され、排気管２３１から排気される。
Here, when performing step S5 of nitriding the silicon-containing layer with the NH 3 gas that has become the active species, the
このように構成することによって、第１の反応ガスとしてのＮＨ３ガスによるシリコン含有層の窒化を第２の反応ガスであるＮ２ガスによって補助することとなり、ＳｉＮ層の形成を効率よく行うことができるようになるとともに、ＮＨ３ガスのみでＳｉＮ層を形成する場合に比べ、ウェットエッチングに対するエッチングレートが向上したＳｉＮ層を形成することが可能となる。 With this configuration, nitriding of the silicon-containing layer with NH 3 gas as the first reaction gas is assisted by N 2 gas as the second reaction gas, and the SiN layer can be formed efficiently. As a result, it is possible to form an SiN layer having an improved etching rate with respect to wet etching as compared with the case where the SiN layer is formed only with NH 3 gas.
なお、第２の反応ガスであるＮ２ガスは、上述したようにＮＨ３ガスと同時に供給されることに限らず、ＮＨ３ガスとは異なるタイミングで供給するようにコントローラ１２１に制御されても良い。
反応ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガスの他、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス等の窒化水素系ガスや、これらの化合物を含むガス等を用いることができる。また、反応ガスとしては、トリエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）３Ｎ、略称：ＴＥＡ）ガス、ジエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）２ＮＨ、略称：ＤＥＡ）ガス、モノエチルアミン（Ｃ２Ｈ５ＮＨ２、略称：ＭＥＡ）ガス等のエチルアミン系ガスや、トリメチルアミン（（ＣＨ３）３Ｎ、略称：ＴＭＡ）ガス、ジメチルアミン（（ＣＨ３）２ＮＨ、略称：ＤＭＡ）ガス、モノメチルアミン（ＣＨ３ＮＨ２、略称：ＭＭＡ）ガス等のメチルアミン系ガス等を用いることができる。また、反応ガスとしては、トリメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２Ｎ２（ＣＨ３）Ｈ、略称：ＴＭＨ）ガス等の有機ヒドラジン系ガス等を用いることができる。
The N 2 gas that is the second reaction gas is not limited to being supplied at the same time as the NH 3 gas as described above, but may be controlled by the
Examples of the reactive gas include ammonia (NH 3 ) gas, hydrogen gas such as diazene (N 2 H 2 ) gas, hydrazine (N 2 H 4 ) gas, and N 3 H 8 gas, and compounds thereof. The gas etc. which contain can be used. As a reaction gas, triethylamine ((C 2 H 5 ) 3 N, abbreviation: TEA) gas, diethylamine ((C 2 H 5 ) 2 NH, abbreviation: DEA) gas, monoethylamine (C 2 H 5 NH 2) , Abbreviation: MEA) gas such as ethylamine gas, trimethylamine ((CH 3 ) 3 N, abbreviation: TMA) gas, dimethylamine ((CH 3 ) 2 NH, abbreviation: DMA) gas, monomethylamine (CH 3 NH) 2 , abbreviation: MMA) methylamine gas such as gas can be used. As a reaction gas, an organic hydrazine-based gas such as trimethylhydrazine ((CH 3 ) 2 N 2 (CH 3 ) H, abbreviation: TMH) gas can be used.
ＳｉＮ層が形成された後、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａと、ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂを閉じ、ＮＨ３ガスおよびＮ２ガスの供給を停止する。またこのとき、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ＳｉＮ層形成に寄与した後のＮＨ３ガスやＮ２ガス、反応副生成物を処理室２０１内から排除する（残留ガス除去:Ｓ６対応）。
After the SiN layer is formed, the
上述したステップＳ３〜Ｓ４とステップＳ５〜Ｓ６を交互に所定回数（ｍ回）行うことにより、すなわち、ステップＳ３〜Ｓ６を１サイクルとして、このサイクルを所定回数（ｍ回）行うことにより、ウエハ上に予め形成されているレジストパターンを含む下地膜上に、所定組成及び所定厚さのＳｉＮ膜を成膜することができる。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ＳｉＮ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。ＳｉＮ膜の厚さは、例えば０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下の厚さとすることが好ましい。 By performing the above-described steps S3 to S4 and steps S5 to S6 alternately a predetermined number of times (m times), that is, performing steps S3 to S6 as one cycle and performing this cycle a predetermined number of times (m times), A SiN film having a predetermined composition and a predetermined thickness can be formed on a base film including a resist pattern formed in advance. The above cycle is preferably repeated a plurality of times. That is, it is preferable that the thickness of the SiN layer formed per cycle is made smaller than the desired film thickness and the above-described cycle is repeated a plurality of times until the desired film thickness is obtained. The thickness of the SiN film is preferably 0.5 nm or more and 5.0 nm or less, for example.
その後、図５に示すステップＳ８〜Ｓ９を実施することにより、ＳｉＮ膜の成膜プロセスが終了する。 Thereafter, Steps S8 to S9 shown in FIG. 5 are performed to complete the SiN film forming process.
以上、本実施形態によれば、基板処理温度の低温化ニーズに対応しつつ、一度に複数枚の基板を処理可能な技術を提供することができる。また、２種類以上のプラズマ源を設置することにより、成膜プロセスにて、ガス種により最適なプラズマ源を選択的に使用することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a technique capable of processing a plurality of substrates at a time while meeting the needs for lowering the substrate processing temperature. In addition, by installing two or more types of plasma sources, an optimum plasma source can be selectively used according to the gas type in the film forming process.
以上、説明した第二実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
（ｇ）導波管が反応管の長手方向（縦方向）に複数個となるように分割することにより、縦方向のプラズマ分布を制御することができる。
（ｈ）導波管を反応管の長手方向（縦方向）に分割し、各々の高周波電源の出力を制御することにより、縦方向のプラズマ分布を詳細に制御することができる。
（ｉ）バッファ室を省略することにより、プラズマ強度が増大され、成膜速度を向上することができ、スループットを高めることができる。
（ｊ）導波管をヒータで覆わず露出させることにより、導波管のメンテナンスを容易に実施することが可能となる。また、ヒータを小型化できるため基板処理装置の小型化を図ることができる。
（ｋ）２種類以上のプラズマ源を設置することにより、成膜プロセスにて、ガス種により最適なプラズマ源を選択的に使用することができる。
As described above, according to the second embodiment described above, one or a plurality of effects described below can be obtained.
(G) The plasma distribution in the vertical direction can be controlled by dividing the waveguide into a plurality in the longitudinal direction (longitudinal direction) of the reaction tube.
(H) The plasma distribution in the vertical direction can be controlled in detail by dividing the waveguide in the longitudinal direction (longitudinal direction) of the reaction tube and controlling the output of each high-frequency power source.
(I) By omitting the buffer chamber, the plasma intensity can be increased, the deposition rate can be improved, and the throughput can be increased.
(J) By exposing the waveguide without covering it with a heater, the waveguide can be easily maintained. Further, since the heater can be reduced in size, the substrate processing apparatus can be reduced in size.
(K) By installing two or more types of plasma sources, an optimum plasma source can be selectively used according to the gas type in the film forming process.
以上、本発明の実施形態について具体的に説明した。しかしながら、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。 The embodiment of the present invention has been specifically described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上述の実施形態では、プラズマを発生させるために表面波プラズマ（Surface Wave Plasma、略称：ＳＷＰ）と、容量結合プラズマ（Capacitively Coupled Plasma、略称：ＣＣＰ）を併用した例について説明した。本発明はこれに限らず、表面波プラズマと誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma、略称：ＩＣＰ）、表面波プラズマと電子サイクロトロン共鳴プラズマ（Electron Cyclotron Resonance Plasma、略称：ＥＣＲプラズマ）、表面波プラズマとヘリコン波励起プラズマ（Helicon Wave Excited Plasma、略称：ＨＷＰ）、のいずれを用いてもよい。 For example, in the above-described embodiment, an example in which surface wave plasma (abbreviation: SWP) and capacitively coupled plasma (abbreviation: CCP) are used together to generate plasma has been described. The present invention is not limited to this, and surface wave plasma and inductively coupled plasma (abbreviation: ICP), surface wave plasma and electron cyclotron resonance plasma (abbreviation: ECR plasma), surface wave plasma and helicon. Any of wave excitation plasma (abbreviation: HWP) may be used.
また、例えば、上述の実施形態では、原料を供給した後に反応体を供給する例について説明した。本発明はこのような態様に限定されず、原料、反応体の供給順序は逆でもよい。すなわち、反応体を供給した後に原料を供給するようにしてもよい。供給順序を変えることにより、形成される膜の膜質や組成比を変化させることが可能となる。 For example, in the above-described embodiment, the example in which the reactant is supplied after the raw material is supplied has been described. The present invention is not limited to such an embodiment, and the supply order of the raw materials and reactants may be reversed. That is, the raw material may be supplied after the reactants are supplied. By changing the supply order, the film quality and composition ratio of the formed film can be changed.
上述の実施形態等では、ウエハ２００上にＳｉＯ膜及びＳｉＮ膜を形成する例について説明した。本発明はこのような態様に限定されず、ウエハ２００上に、シリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）等のＳｉ系酸化膜を形成する場合にも、好適に適用可能である。
In the above-described embodiment and the like, the example in which the SiO film and the SiN film are formed on the
例えば、上述したガスの他、もしくは、これらのガスに加え、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガス等の炭素（Ｃ）含有ガス、三塩化硼素（ＢＣｌ３）ガス等の硼素（Ｂ）含有ガス等を用い、例えば、以下に示す成膜シーケンスにより、ＳｉＯ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＳｉＢＣＮ膜等を形成することができる。なお、各ガスを流す順番は適宜変更することができる。これらの成膜を行う場合においても、上述の実施形態と同様な処理条件にて成膜を行うことができ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
（ＨＣＤＳ→ＮＨ３ ＊→Ｏ２ ＊）×ｎ ⇒ ＳｉＯＮ
（ＨＣＤＳ→Ｃ３Ｈ６→Ｏ２ ＊→ＮＨ３ ＊）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣＮ
（ＨＣＤＳ→ＴＥＡ→Ｏ２ ＊）×ｎ ⇒ ＳｉＯＣ
（ＨＣＤＳ→Ｃ３Ｈ６→ＮＨ３ ＊）×ｎ ⇒ ＳｉＣＮ
（ＨＣＤＳ→ＢＣｌ３→ＮＨ３ ＊）×ｎ ⇒ ＳｉＢＮ
（ＨＣＤＳ→Ｃ３Ｈ６→ＢＣｌ３→ＮＨ３ ＊）×ｎ ⇒ ＳｉＢＣＮ
この場合、反応ガスとしての酸化剤には、上述した反応ガスを用いることができる。
For example, in addition to these gases, or in addition to these gases, carbon (C) -containing gas such as propylene (C 3 H 6 ) gas, boron (B) -containing gas such as boron trichloride (BCl 3 ) gas, etc. For example, a SiO film, a SiON film, a SiOCN film, a SiOC film, a SiCN film, a SiBN film, a SiBCN film, or the like can be formed by the following film forming sequence. In addition, the order which flows each gas can be changed suitably. Even in the case where these films are formed, the films can be formed under the same processing conditions as in the above-described embodiment, and the same effects as in the above-described embodiment can be obtained.
(HCDS → NH 3 * → O 2 * ) × n ⇒ SiON
(HCDS → C 3 H 6 → O 2 * → NH 3 * ) × n ⇒ SiOCN
(HCDS → TEA → O 2 * ) × n ⇒ SiOC
(HCDS → C 3 H 6 → NH 3 * ) × n ⇒ SiCN
(HCDS → BCl 3 → NH 3 * ) × n ⇒ SiBN
(HCDS → C 3 H 6 → BCl 3 → NH 3 * ) × n ⇒ SiBCN
In this case, the above-described reaction gas can be used as the oxidizing agent as the reaction gas.
また、本発明は、ウエハ２００上に、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属元素を含む金属系酸化膜や金属系窒化膜を形成する場合においても、好適に適用可能である。すなわち、本発明は、ウエハ２００上に、ＴｉＯ膜、ＴｉＯＣ膜、ＴｉＯＣＮ膜、ＴｉＯＮ膜、ＴｉＮ膜、ＺｒＯ膜、ＺｒＯＣ膜、ＺｒＯＣＮ膜、ＺｒＯＮ膜、ＺｒＮ膜、ＨｆＯ膜、ＨｆＯＣ膜、ＨｆＯＣＮ膜、ＨｆＯＮ膜、ＨｆＮ膜、ＴａＯ膜、ＴａＯＣ膜、ＴａＯＣＮ膜、ＴａＯＮ膜、ＴａＮ膜、ＮｂＯ膜、ＮｂＯＣ膜、ＮｂＯＣＮ膜、ＮｂＯＮ膜、ＮｂＮ膜、ＡｌＯ膜、ＡｌＯＣ膜、ＡｌＯＣＮ膜、ＡｌＯＮ膜、ＡｌＮ膜、ＭｏＯ膜、ＭｏＯＣ膜、ＭｏＯＣＮ膜、ＭｏＯＮ膜、ＭｏＮ膜、ＷＯ膜、ＷＯＣ膜、ＷＯＣＮ膜、ＷＯＮ膜、ＷＮ膜を形成する場合にも、好適に適用することが可能となる。
In the present invention, titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), tantalum (Ta), niobium (Nb), aluminum (Al), molybdenum (Mo), tungsten (W) is formed on the
例えば、原料ガスとして、テトラキス（ジメチルアミノ）チタン（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：ＴＤＭＡＴ）ガス、テトラキス（エチルメチルアミノ）ハフニウム（Ｈｆ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］４、略称：ＴＥＭＡＨ）ガス、テトラキス（エチルメチルアミノ）ジルコニウム（Ｚｒ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］４、略称：ＴＥＭＡＺ）ガス、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３、略称：ＴＭＡ）ガス、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ４）ガス、ハフニウムテトラクロライド（ＨｆＣｌ４）ガス等を用い、以下に示す成膜シーケンスにより、ウエハ２００上に、チタン酸化膜（ＴｉＯ膜）、ハフニウム酸化膜（ＨｆＯ膜）、ジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ膜）、アルミニウム酸化膜（ＡｌＯ膜）、アルミニウム窒化膜（ＡｌＮ膜）等を形成する場合においても、本発明は好適に適用可能である。
（ＴＤＭＡＴ→Ｏ２ ＊）×ｎ ⇒ ＴｉＯ
（ＴＥＭＡＨ→Ｏ２ ＊）×ｎ ⇒ ＨｆＯ
（ＴＥＭＡＺ→Ｏ２ ＊）×ｎ ⇒ ＺｒＯ
（ＴＭＡ→Ｏ２ ＊）×ｎ ⇒ ＡｌＯ
（ＴＭＡ→ＮＨ３ ＊）×ｎ ⇒ ＡｌＮ
すなわち、本発明は、半導体系膜や金属系膜を形成する処理を行った後の処理室２０１内をパージする場合に、好適に適用することができる。これらの成膜処理の処理手順、処理条件は、上述の実施形態や変形例に示す成膜処理と同様な処理手順、処理条件とすることができる。また、成膜処理を行った後に実施するパージ処理の処理手順、処理条件は、上述の実施形態や変形例に示すパージ処理と同様の処理手順、処理条件とすることができる。これらの場合においても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
For example, tetrakis (dimethylamino) titanium (Ti [N (CH 3 ) 2 ] 4 , abbreviation: TDMAT) gas, tetrakis (ethylmethylamino) hafnium (Hf [N (C 2 H 5 ) (CH 3 ) )] 4 , abbreviation: TEMAH) gas, tetrakis (ethylmethylamino) zirconium (Zr [N (C 2 H 5 ) (CH 3 )] 4 , abbreviation: TEMAZ) gas, trimethylaluminum (Al (CH 3 ) 3 , Abbreviation: TMA) gas, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas, hafnium tetrachloride (HfCl 4 ) gas, etc. are used, and a titanium oxide film (TiO film) and hafnium oxide are formed on the
(TDMAT → O 2 * ) × n => TiO
(TEMAH → O 2 * ) × n => HfO
(TEMAZ → O 2 * ) × n ⇒ ZrO
(TMA → O 2 * ) × n ⇒ AlO
(TMA → NH 3 * ) × n ⇒ AlN
That is, the present invention can be suitably applied when purging the inside of the
成膜処理に用いられるレシピ（処理手順や処理条件等が記載されたプログラム）は、処理内容（形成する薄膜の膜種、組成比、膜質、膜厚、処理手順、処理条件等）に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、各種処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、処理内容に応じて適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担（処理手順や処理条件等の入力負担等）を低減でき、操作ミスを回避しつつ、各種処理を迅速に開始できるようになる。
Recipes (programs describing processing procedures, processing conditions, etc.) used for film formation processing depend on the processing details (film type, composition ratio, film quality, film thickness, processing procedures, processing conditions, etc. of the thin film to be formed) It is preferable to prepare them individually and store them in the
上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。
The above-mentioned recipe is not limited to a case of newly creating, and for example, it may be prepared by changing an existing recipe that has already been installed in the substrate processing apparatus. When changing the recipe, the changed recipe may be installed in the substrate processing apparatus via an electric communication line or a recording medium on which the recipe is recorded. Further, an existing recipe that has already been installed in the substrate processing apparatus may be directly changed by operating the input /
本発明は、実施形態として以下に記載の付記を含む。 The present invention includes the following supplementary notes as embodiments.
＜付記１＞
本発明の一態様によれば、
基板保持具に多段に保持された複数の基板を処理する反応管と、
前記反応管内部に設置され、前記複数の基板を処理する反応ガスを供給するガス供給部と、
前記反応管の外壁に垂直方向に当設されて内部に電磁波が伝送されるとともに、前記外壁に当設される面に開口によって前記電磁波を供給する導波管と、前記導波管に接続され前記電磁波を生成する電磁波生成部とを有し、前記ガス供給部から供給された前記反応ガスを活性化させる第１のプラズマ生成部と、
を備える基板処理装置が提供される。
<Appendix 1>
According to one aspect of the invention,
A reaction tube for processing a plurality of substrates held in multiple stages on a substrate holder;
A gas supply unit installed inside the reaction tube and supplying a reaction gas for processing the plurality of substrates;
A waveguide that is vertically disposed on the outer wall of the reaction tube to transmit electromagnetic waves therein, and that supplies the electromagnetic wave through an opening to a surface disposed on the outer wall, and is connected to the waveguide. An electromagnetic wave generation unit that generates the electromagnetic wave, and a first plasma generation unit that activates the reaction gas supplied from the gas supply unit;
A substrate processing apparatus is provided.
＜付記２＞
前記導波管は、前記ガス供給部の背面に位置する前記反応管の外壁に設置される付記１に記載の基板処理装置が提供される。
<
The substrate processing apparatus according to appendix 1, wherein the waveguide is installed on an outer wall of the reaction tube located on a back surface of the gas supply unit.
＜付記３＞
電力が供給されてプラズマを発生させる電極を有し、当該プラズマにより前記反応ガスと異なる反応ガスを活性化する第２のプラズマ生成部をさらに備える付記１または２に記載の基板処理装置が提供される。
<Appendix 3>
The substrate processing apparatus according to
すなわち、前記第１のプラズマ生成部によって活性化される処理ガス（第１の反応ガス）と、前記第２のプラズマ生成部によって活性化される処理ガス（第２の反応ガス）とは異なる種類の反応ガスである。 That is, the process gas (first reaction gas) activated by the first plasma generation unit and the process gas (second reaction gas) activated by the second plasma generation unit are different types. The reaction gas.
＜付記４＞
前記第１のプラズマ生成部は、表面波プラズマ方式にてプラズマ生成を行うよう構成され、前記第２のプラズマ生成部は、ＣＣＰ（容量結合プラズマ）方式にてプラズマ生成を行うよう構成される付記３に記載の基板処理装置が提供される。
<
The first plasma generation unit is configured to generate plasma by a surface wave plasma method, and the second plasma generation unit is configured to generate plasma by a CCP (capacitive coupling plasma) method The substrate processing apparatus of 3 is provided.
＜付記５＞
前記導波管は少なくとも前記ガス供給部の数と同数設けられる付記１から４のいずれか１つに記載の基板処理装置が提供される。
<Appendix 5>
The substrate processing apparatus according to any one of appendices 1 to 4, wherein at least the number of the waveguides is the same as the number of the gas supply units.
＜付記６＞
前記第１のプラズマ生成部、窒素含有ガス、水素含有ガスまたは希ガスのいずれか１つまたは複数である付記１から５のいずれか１つに記載の基板処理装置が提供される。
<
The substrate processing apparatus according to any one of appendices 1 to 5, which is any one or more of the first plasma generation unit, the nitrogen-containing gas, the hydrogen-containing gas, or the rare gas.
＜付記７＞
前記導波管は、少なくとも耐熱性材料（カーボン）にて構成される付記１から６のいずれか１つに記載の基板処理装置が提供される。
<
The substrate processing apparatus according to any one of appendices 1 to 6, wherein the waveguide is made of at least a heat resistant material (carbon).
＜付記８＞
前記反応管は石英などの誘電体で構成されている付記１から７のいずれか１つに記載の基板処理装置が提供される。
<
The substrate processing apparatus according to any one of appendices 1 to 7, wherein the reaction tube is made of a dielectric such as quartz.
＜付記９＞
前記反応管と前記導波管の間には誘電体が設けられている付記１から７のいずれか１つに記載の基板処理装置。
<Appendix 9>
The substrate processing apparatus according to any one of appendices 1 to 7, wherein a dielectric is provided between the reaction tube and the waveguide.
＜付記１０＞
前記反応管の外側には同心円状に設けられた加熱装置が備えられ、前記導波管は、前記反応管の径方向（水平方向）において前記加熱装置よりも外側へ突出している付記１から９のいずれか１つに記載の基板処理装置が提供される。
<Appendix 10>
A heating device provided concentrically on the outside of the reaction tube is provided, and the waveguide projects outward from the heating device in the radial direction (horizontal direction) of the reaction tube. The substrate processing apparatus as described in any one of these is provided.
＜付記１１＞
前記導波管の外側には、前記反応管と同心円状に設けられた加熱装置を有する付記１から１０のいずれか１つに記載の基板処理装置が提供される。
<
11. The substrate processing apparatus according to any one of appendices 1 to 10, having a heating device provided concentrically with the reaction tube outside the waveguide.
＜付記１２＞
前記ガス供給部は、反応ガスを供給するとともに前記反応ガスを一時的に溜めるバッファ室を備えた反応ガス供給部を有し、好ましくは、さらに、原料ガスを供給する原料ガス供給部を有する付記１から１１のいずれか１つに記載の基板処理装置が提供される。
<Appendix 12>
The gas supply unit includes a reaction gas supply unit that includes a buffer chamber that supplies the reaction gas and temporarily stores the reaction gas, and preferably includes a source gas supply unit that supplies a source gas. A substrate processing apparatus according to any one of 1 to 11 is provided.
＜付記１３＞
前記導波管は、前記反応管の長手方向（縦方向）において複数に分割されている付記１から１２のいずれか１つに記載の基板処理装置が提供される。
<Appendix 13>
The substrate processing apparatus according to any one of appendices 1 to 12, wherein the waveguide is divided into a plurality of parts in a longitudinal direction (longitudinal direction) of the reaction tube.
＜付記１４＞
分割された前記導波管は、それぞれ独立した高周波電源に接続されている付記１３に記載の基板処理装置が提供される。
<Appendix 14>
The substrate processing apparatus according to appendix 13, wherein the divided waveguides are connected to independent high-frequency power sources.
＜付記１５＞
本発明の別の態様によれば、
複数の基板を反応管に搬入する工程と、
前記反応管に反応ガスを供給する工程と、
前記反応管の外壁に垂直方向に当設されて内部に電磁波が伝送されるとともに、前記外壁に当設される面に設けた開口によって前記電磁波を供給する導波管と、前記導波管に接続され前記電磁波を生成する電磁波生成部とを有する第１のプラズマ生成部によって前記処理ガスを活性化する工程と、
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。
<Appendix 15>
According to another aspect of the invention,
Carrying a plurality of substrates into a reaction tube;
Supplying a reaction gas to the reaction tube;
A waveguide that is installed in a vertical direction on the outer wall of the reaction tube to transmit electromagnetic waves therein, and that supplies the electromagnetic wave through an opening provided in a surface provided on the outer wall; and Activating the processing gas by a first plasma generating unit having an electromagnetic wave generating unit connected to generate the electromagnetic wave;
A method for manufacturing a semiconductor device or a substrate processing method is provided.
＜付記１６＞
前記原料ガスを供給する工程をさらに有し、
前記原料ガスを供給する工程と、前記反応ガスを供給する工程と、前記反応管の外壁面に当設されて内部を電磁波が伝送する導波管と前記電磁波を生成する電磁波生成部から構成された第１のプラズマ生成部によって前記反応ガスを活性化する工程とを１サイクルとし、複数サイクル繰り返すことを特徴とする付記１５に記載の方法が提供される。
<Appendix 16>
A step of supplying the source gas;
The step of supplying the source gas, the step of supplying the reaction gas, a waveguide that is placed on the outer wall surface of the reaction tube and transmits electromagnetic waves therein, and an electromagnetic wave generation unit that generates the electromagnetic waves. The method according to supplementary note 15, wherein the step of activating the reaction gas by the first plasma generation unit is one cycle and is repeated a plurality of cycles.
＜付記１７＞
本発明の更に別の態様によれば、
複数の基板を反応管に搬入する手順と、
前記反応管に反応ガスを供給する手順と、
前記反応管の外壁に垂直方向に当設されて内部に電磁波が伝送されるとともに、前記外壁に当設される面に設けた開口によって前記電磁波を供給する導波管と、前記導波管に接続され前記電磁波を生成する電磁波生成部とを有する第１のプラズマ生成部によって前記処理ガスを活性化する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム、または、該プログラムを記憶可能な記録媒体が提供される。
<Appendix 17>
According to yet another aspect of the invention,
A procedure for carrying a plurality of substrates into a reaction tube;
Supplying a reaction gas to the reaction tube;
A waveguide that is installed in a vertical direction on the outer wall of the reaction tube to transmit electromagnetic waves therein, and that supplies the electromagnetic wave through an opening provided in a surface provided on the outer wall; and A step of activating the processing gas by a first plasma generation unit having an electromagnetic wave generation unit connected to generate the electromagnetic wave;
Is provided, or a recording medium capable of storing the program is provided.
＜付記１８＞
前記原料ガスを供給する手順をさらに有し、
前記原料ガスを供給する手順と、前記反応ガスを供給する手順と、前記反応管の外壁面に当設されて内部を電磁波が伝送する導波管と前記電磁波を生成する電磁波生成部から構成された第１のプラズマ生成部によって前記反応ガスを活性化する手順とを１サイクルとし、複数サイクル繰り返すようにコンピュータに実行させる付記１７に記載のプログラム、または、該プログラムを記憶可能な記録媒体が提供される。
<Appendix 18>
Further comprising supplying the source gas,
It is composed of a procedure for supplying the source gas, a procedure for supplying the reaction gas, a waveguide that is disposed on the outer wall surface of the reaction tube and transmits an electromagnetic wave therein, and an electromagnetic wave generation unit that generates the electromagnetic wave. A program according to appendix 17, or a recording medium capable of storing the program, wherein the first plasma generation unit activates the reaction gas as one cycle and causes the computer to execute a plurality of cycles. Is done.
１２１…コントローラ、２００…ウエハ、２０１…処理室、２０３…反応管、２０７…ヒータ（加熱装置）、２１７…ボート、２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ…ガス供給管、２４９ａ、２４９ｂ…ノズル、２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ…ガス供給孔、３００…導波管、３０５…高周波電源（ＣＣＰ）、３１０…高周波電源（ＳＷＰ）、３２０…スロットアンテナ、３３０…電極（ＣＣＰ）。 121 ... Controller, 200 ... Wafer, 201 ... Processing chamber, 203 ... Reaction tube, 207 ... Heater (heating device), 217 ... Boat, 232a, 232b, 232c, 232d ... Gas supply tube, 249a, 249b ... Nozzle, 250a, 250b, 250c ... gas supply holes, 300 ... waveguide, 305 ... high frequency power supply (CCP), 310 ... high frequency power supply (SWP), 320 ... slot antenna, 330 ... electrode (CCP).
Claims (6)
前記反応管内部に設置され、前記複数の基板を処理する反応ガスを供給するガス供給部と、
前記反応管の外壁に垂直方向に当設されて内部に電磁波が伝送されるとともに、前記外壁に当設される面に開口によって前記電磁波を供給する導波管と、前記導波管に接続され前記電磁波を生成する電磁波生成部とを有し、前記ガス供給部から供給された前記反応ガスを活性化させる第１のプラズマ生成部と、
を備える基板処理装置。 A reaction tube for processing a plurality of substrates held in multiple stages on a substrate holder;
A gas supply unit installed inside the reaction tube and supplying a reaction gas for processing the plurality of substrates;
A waveguide that is vertically disposed on the outer wall of the reaction tube to transmit electromagnetic waves therein, and that supplies the electromagnetic wave through an opening to a surface disposed on the outer wall, and is connected to the waveguide. An electromagnetic wave generation unit that generates the electromagnetic wave, and a first plasma generation unit that activates the reaction gas supplied from the gas supply unit;
A substrate processing apparatus comprising:
前記反応管に反応ガスを供給する工程と、
前記反応管の外壁に垂直方向に当設されて内部に電磁波が伝送されるとともに、前記外壁に当設される面に設けた開口によって前記電磁波を供給する導波管と、前記導波管に接続され前記電磁波を生成する電磁波生成部とを有する第１のプラズマ生成部によって前記処理ガスを活性化する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 Carrying a plurality of substrates into a reaction tube;
Supplying a reaction gas to the reaction tube;
A waveguide that is installed in a vertical direction on the outer wall of the reaction tube to transmit electromagnetic waves therein, and that supplies the electromagnetic wave through an opening provided in a surface provided on the outer wall; and Activating the processing gas by a first plasma generating unit having an electromagnetic wave generating unit connected to generate the electromagnetic wave;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記処理室に処理ガスを供給する手順と、
前記反応管の外壁に垂直方向に当設されて内部を電磁波が伝送されるとともに、前記外壁に当設される面に所定の幅と長さを設けた開口によって前記電磁波を供給する導波管と、前記導波管に接続され前記電磁波を生成する電磁波生成部から構成された第１のプラズマ生成部によって前記処理ガスを活性化する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。 A procedure for carrying a plurality of substrates into a processing chamber in a reaction tube;
Supplying a processing gas to the processing chamber;
A waveguide that is installed in the vertical direction on the outer wall of the reaction tube to transmit the electromagnetic wave, and supplies the electromagnetic wave through an opening having a predetermined width and length on the surface provided on the outer wall. And a step of activating the processing gas by a first plasma generation unit configured from an electromagnetic wave generation unit that is connected to the waveguide and generates the electromagnetic wave;
A program that causes a computer to execute.
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