JP2019125714A - 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
Description
表面に凹部が形成された基板に対して、シリコンと炭素とで構成される環状構造およびハロゲンを含む原料を供給する工程と、前記基板に対して窒化剤を供給する工程と、を非同時に行うサイクルを、前記原料に含まれる前記環状構造が保持される条件下で、所定回数行うことにより、前記基板の表面に形成された前記凹部内を埋め込むように、前記環状構造および窒素を含む第1膜を形成する工程と、
前記基板に対して、前記第1膜に含まれる前記環状構造が保持される条件下で、酸化剤を供給して、ポストトリートメントを行う工程と、
を行う技術が提供される。
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図5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、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、半導体装置の製造工程の一工程として、表面にトレンチやホール等の凹部が形成された基板としてのウエハ200上にシリコン酸炭化膜(SiOC膜)を形成するシーケンス例について、主に、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。
表面に凹部が形成されたウエハ200に対して、SiとCとで構成される環状構造およびハロゲンとしてのClを含む原料としてTCDSCBガスを供給するステップ1と、ウエハ200に対して窒化剤としてNH3ガスを供給するステップ2と、を非同時に行うサイクルを、TCDSCBガスに含まれるSiとCとで構成される環状構造が保持される条件下で、所定回数行うことにより、ウエハ200の表面に形成された凹部内を埋め込むように、SiとCとで構成される環状構造およびNを含む第1膜を形成する成膜ステップと、
ウエハ200に対して、第1膜に含まれるSiとCとで構成される環状構造が保持される条件下で、酸化剤としてO2ガスを供給して、ポストトリートメントを行うポストトリートメントステップと、
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。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、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。また、処理室201内のウエハ200が所望の処理温度(第1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。また、回転機構267によるウエハ200の回転を開始する。真空ポンプ246の稼働、ウエハ200の加熱および回転は、いずれも、少なくともウエハ200に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
その後、以下のステップ1及びステップ2を順次実施する。
このステップでは、処理室201内のウエハ200に対してTCDSCBガスを供給する。具体的には、バルブ243aを開き、ガス供給管232a内へTCDSCBガスを流す。TCDSCBガスは、MFC241a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TCDSCBガスが供給される。このときバルブ243c,243dを開き、ガス供給管232c,232d内へN2ガスを流すようにしてもよい。
処理温度(第1温度):200〜400℃、好ましくは250〜350℃
処理圧力:1〜20Torr(133〜2666Pa)
TCDSCBガス供給流量:1〜2000sccm
N2ガス供給流量(各ガス供給管):0〜10000sccm
各ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは5〜60秒
が例示される。
ステップ1が終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、ウエハ200上に形成された第1層に対してNH3ガスを供給する。具体的には、バルブ243b〜243dの開閉制御を、ステップ1におけるバルブ243a,243c,243dの開閉制御と同様の手順で行う。NH3ガスは、MFC241b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、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してNH3ガスが供給される。
処理温度(第1温度):200〜400℃、好ましくは250〜350℃
処理圧力:1〜30Torr(133〜3999Pa)
NH3ガス供給流量:100〜10000sccm
ガス供給時間:1〜120秒
が例示される。他の処理条件は、ステップ1における処理条件と同様とする。
ステップ1およびステップ2を非同時に、すなわち、同期させることなく交互に行うサイクルを所定回数(n回、nは1以上の整数)行うことにより、ウエハ200上に、第1膜として、SiとCとで構成される環状構造およびNを含む膜であるSiCN膜が形成される。このSiCN膜は、Si、C、およびNを含みO非含有の膜となる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。
成膜ステップが終了した後、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。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等が処理室201内から除去される。
処理室201内のパージが終了した後、ウエハ200上に形成されたアズデポ状態のSiCN膜に対してO含有雰囲気下でポストトリートメント処理を行う。ポストトリートメントステップでは、ウエハ200に対してO2ガスを供給し、SiとCとで構成される環状構造およびNを含む第1膜を酸化させて、この第1膜を、SiとCとで構成される環状構造およびOを含む第2膜に変換させる。第2膜は、Si、C、およびOを含む膜、すなわち、SiOC膜となる。
処理温度(第2温度):室温(25℃)〜600℃
処理圧力:0.5〜760Torr(67〜101325Pa)
N2ガス供給流量(各ガス供給管):0〜10000sccm
O2ガス供給流量:100〜10000sccm
が例示される。
ポストトリートメントステップが終了した後、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。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等が処理室201内から除去される(アフターパージ)。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、反応管203の下端が開口されるとともに、ポストトリートメント処理済のウエハ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。ポストトリートメント処理済のウエハ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(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つ又は複数の効果が得られる。
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。
サンプル1として、図1に示す基板処理装置を用い、図4に示す基板処理シーケンスにより、ウエハ上にSiOC膜を形成した。サンプル1を作製する際、成膜ステップとポストトリートメントステップとを連続的に行った。そして、ポストトリートメントステップ後に、ウエハ上に形成されたSiOC膜の膜厚を測定した。処理条件は、上述の実施形態における処理条件範囲内の所定の条件とした。
本実施例では、図1に示す基板処理装置を用い、図4に示す基板処理シーケンスにより、ウエハ表面に形成された幅9nm〜60nm程度、深さ300nm程度のトレンチ内のSiOC膜による埋め込みを行った。なお、実施例では、成膜ステップとポストトリートメントステップとを連続的に行った。また、比較例として、図1に示す基板処理装置を用い、図4に示す基板処理シーケンスの成膜ステップにより、ウエハ表面に形成された幅20nm程度、深さ300nm程度のトレンチ内のSiCN膜による埋め込みを行った。なお、比較例では、成膜ステップのみを行いポストトリートメントステップを行わなかった。そして、それぞれの埋め込み後の膜の断面TEM画像を確認した。
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、
表面に凹部が形成された基板に対して、シリコンと炭素とで構成される環状構造およびハロゲンを含む原料を供給する工程と、前記基板に対して窒化剤を供給する工程と、を非同時に行うサイクルを、前記原料に含まれる前記環状構造が保持される条件下で、所定回数行うことにより、前記基板の表面に形成された前記凹部内を埋め込むように、前記環状構造および窒素を含む(酸素非含有の)第1膜を形成する工程と、
前記基板に対して、前記第1膜に含まれる前記環状構造が保持される条件下で、酸化剤を供給して、ポストトリートメントを行う工程と、
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、
前記原料を供給する工程では、前記環状構造および前記ハロゲンを含む第1層を形成し、
前記窒化剤を供給する工程では、前記第1層を窒化させて、前記環状構造および窒素を含む第2層に改質させる。
付記2に記載の方法であって、
前記窒化剤は窒素および水素を含み、
前記窒化剤を供給する工程では、前記窒化剤に含まれる窒素を、窒素に水素が結合した状態で、前記第1層中に取り込ませる。
付記3に記載の方法であって、
前記窒化剤を供給する工程では、前記第1層に含まれるシリコンに、前記窒化剤に含まれる窒素を、窒素に水素が結合した状態で結合させる。
付記3に記載の方法であって、
前記窒化剤を供給する工程では、前記第1層に含まれる前記環状構造を構成するシリコンに、前記窒化剤に含まれる窒素を、窒素に水素が結合した状態で結合させる。
付記1〜5のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記窒化剤は窒素および水素を含み、
前記第1膜を形成する工程では、前記窒化剤に含まれる窒素を、窒素に水素が結合した状態で、前記第1膜中に取り込ませる。
付記1〜6のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記ポストトリートメントを行う工程では、前記第1膜を酸化させて、前記環状構造および酸素を含む第2膜に変換させる(前記環状構造および酸素を含む第2膜を形成する)。
付記7に記載の方法であって、好ましくは、
前記ポストトリートメントを行う工程では、前記第1膜に含まれる窒素を前記酸化剤に含まれる酸素に置換させる(置換反応を生じさせる)。
付記7または8に記載の方法であって、好ましくは、
前記ポストトリートメントを行う工程では、前記第1膜を前記第2膜に変換させることで、前記第2膜の厚さを前記第1膜の厚さよりも厚くならしめる。
付記7〜9のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1膜を形成する工程では、シームまたはボイドを有する前記第1膜を形成し、
前記ポストトリートメントを行う工程では、前記第1膜を前記第2膜に変換させることで、前記第1膜が有する前記シームまたは前記ボイドを消滅させる。
付記1〜10のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記環状構造は、シリコンと炭素とが交互に結合してなる。
付記11に記載の方法であって、好ましくは、
前記環状構造は、4つのシリコン−炭素結合を含む。
付記11または12に記載の方法であって、好ましくは、
前記環状構造は、2つのシリコン原子と2つの炭素原子を含む。
付記11〜13のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記シリコンと炭素とで構成される環状構造は四角形である。
付記11〜14のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記環状構造におけるシリコンには前記ハロゲンが結合している
付記11〜15のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記環状構造における炭素には水素が結合している。
付記1〜16のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1膜を形成する工程と、前記ポストトリートメントを行う工程と、を同一の処理室内で、前記基板を前記処理室内から前記処理室外に取り出すことなく、(in−situで)連続的に行う。
付記1〜17のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1膜を形成する工程における処理温度を200℃以上400℃以下、好ましくは、250℃以上350℃以下とし、前記ポストトリートメントを行う工程における処理温度を室温(25℃)以上600℃以下とする。
本発明の他の態様によれば、
基板に対する処理が行われる処理室と、
前記処理室内の基板に対して、シリコンと炭素とで構成される環状構造およびハロゲンを含む原料を供給する原料供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒化剤を供給する窒化剤供給系と、
前記処理室内の基板に対して酸化剤を供給する酸化剤供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内において、付記1の各工程(各処理)を行わせるように、前記原料供給系、前記窒化剤供給系、前記酸化剤供給系、および前記ヒータ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、
基板処理装置の処理室内において、付記1の各工程(各手順)をコンピュータによって前記基板処理装置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。
Claims (5)
- 表面に凹部が形成された基板に対して、シリコンと炭素とで構成される環状構造およびハロゲンを含む原料を供給する工程と、前記基板に対して窒化剤を供給する工程と、を非同時に行うサイクルを、前記原料に含まれる前記環状構造が保持される条件下で、所定回数行うことにより、前記基板の表面に形成された前記凹部内を埋め込むように、前記環状構造および窒素を含む第1膜を形成する工程と、
前記基板に対して、前記第1膜に含まれる前記環状構造が保持される条件下で、酸化剤を供給して、ポストトリートメントを行う工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記窒化剤は窒素および水素を含み、
前記第1膜を形成する工程では、前記窒化剤に含まれる窒素を、窒素に水素が結合した状態で、前記第1膜中に取り込ませる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記ポストトリートメントを行う工程では、前記第1膜を酸化させて、前記環状構造および酸素を含む第2膜に変換させる請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板に対する処理が行われる処理室と、
前記処理室内の基板に対して、シリコンと炭素とで構成される環状構造およびハロゲンを含む原料を供給する原料供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒化剤を供給する窒化剤供給系と、
前記処理室内の基板に対して酸化剤を供給する酸化剤供給系と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内において、表面に凹部が形成された基板に対して、前記原料を供給する処理と、前記基板に対して前記窒化剤を供給する処理と、を非同時に行うサイクルを、前記原料に含まれる前記環状構造が保持される条件下で、所定回数行うことにより、前記基板の表面に形成された前記凹部内を埋め込むように、前記環状構造および窒素を含む第1膜を形成する処理と、前記基板に対して、前記第1膜に含まれる前記環状構造が保持される条件下で、酸化剤を供給して、ポストトリートメントを行う処理と、を行わせるように、前記原料供給系、前記窒化剤供給系、前記酸化剤供給系、および前記ヒータ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。 - 基板処理装置の処理室内において、
表面に凹部が形成された基板に対して、シリコンと炭素とで構成される環状構造およびハロゲンを含む原料を供給する手順と、前記基板に対して窒化剤を供給する手順と、を非同時に行うサイクルを、前記原料に含まれる前記環状構造が保持される条件下で、所定回数行うことにより、前記基板の表面に形成された前記凹部内を埋め込むように、前記環状構造および窒素を含む第1膜を形成する手順と、
前記基板に対して、前記第1膜に含まれる前記環状構造が保持される条件下で、酸化剤を供給して、ポストトリートメントを行う手順と、
をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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