JP6333302B2 - 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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Description
基板を処理室に搬送する工程と、第1ガスを前記基板に供給する工程と第2ガスを第1高周波でプラズマ化して基板に供給する工程とを有する成膜工程と、 成膜工程の後に、基板の帯電具合を計測し、計測された帯電具合に基づいて第2高周波を設定する工程と第3ガスを第2高周波でプラズマ化して基板に供給し、基板の帯電具合を調整する工程とを有する調整工程と、を有する技術が提供される。
以下、本開示の一実施形態を図面に即して説明する。
まず、本開示の一実施形態に係る基板処理装置について説明する。
処理室201(上部容器202a)の内壁側面には、処理室201の雰囲気を排気する第1排気部としての排気口221が設けられている。排気口221には排気管224が接続されており、排気管224には、処理室201内を所定の圧力に制御するAPC(Auto Pressure Controller)等の圧力調整器227と真空ポンプ223が順に直列に接続されている。主に、排気口221、排気管224、圧力調整器227により第一の排気系(排気ライン)が構成される。なお、真空ポンプ223も第一の排気系の構成としても良い。また、移載室203の内壁側面には、移載室203の雰囲気を排気する排気管1481が設けられている。排気管1481には、圧力調整器228が設けられ、移載室203内の圧力を所定の圧力に排気可能に構成されている。また、処理室201内の雰囲気を移載室203を介して排気することもできる。
上部容器202aの側壁には処理室201内に各種ガスを供給するための第1ガス導入口241aが設けられている。また、処理室201の上部に設けられるシャワーヘッド234の上面(天井壁)には、処理室201内に各種ガスを供給するための第2ガス導入口241bが設けられている。第1ガス供給部である第1ガス導入口241a及び第2ガス供給部である第2ガス導入口241bに接続される各ガス供給ユニットの構成については後述する。
ガス分散ユニットとしてのシャワーヘッド234は、第1のバッファ室232a、第1の分散孔234a、第2のバッファ室232b及び第2の分散孔234bにより構成されている。シャワーヘッド234は、第2ガス導入口241bと処理室201との間に設けられている。第1ガス導入口241aから導入される第1ガスは、シャワーヘッド234の第1バッファ室232a(第1分散部)に供給され、第1分散孔234aを介して処理室201に供給される。第2ガス導入口241bから導入される第2のガスは、蓋231に設けられた第2ガス導入口241bを介してシャワーヘッド234の第2バッファ室232b(第2分散部)に供給され、第2ガス分散孔234bを介して処理室201に供給される。
ガス導入孔241aには、第1ガス供給管150aが接続されている。第2ガス供給部であるガス導入孔241bには、第2ガス供給管150bが接続されている。第1ガス供給管150aからは、後述の第1ガス、パージガスが供給され、第2ガス供給管150bからは、後述の第2ガス、パージガス、調整ガスが供給される。
第1ガス供給部には、第1ガス供給管113a、マスフロ―コントローラ(MFC)115、バルブ116が設けられている。なお、第1ガス源113を処理ガス供給部に含めて構成しても良い。また、処理ガスの原料が液体、固体の場合には、気化器180が設けられていても良い。
第2ガス供給部には、第2ガス供給管123b、MFC125、バルブ126が設けられている。なお、第2ガス源123、を第2ガス供給部に含めて構成しても良い。
なお、リモートプラズマユニット(RPU)124を設けて、第2ガスを活性化させるように構成しても良い。
パージガス供給部には、ガス供給管133a,133b、MFC135a、135b、バルブ136a、136bが設けられている。なお、パージガス源133をパージガス供給部に含めても構成しても良い。
第3ガス供給部(調整ガス供給部)には、ガス供給管143b、MFC145、バルブ146が設けられている。なお、調整ガス源144を調整ガス供給部に含めても構成しても良い。なお、調整ガスとパージガスに同じガスを用いる場合は、パージガス供給部を調整ガス供給部としても良い。
図1に示すように基板処理装置100は、基板処理装置100の各部の動作を制御するコントローラ260を有している。
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて半導体装置(半導体デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に絶縁膜であって、例えば窒化膜としてのシリコン窒化(SiN)膜を成膜するフローとシーケンス例について図4と図5を参照して説明する。なお、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260により制御される。
成膜処理に際しては、先ず、ウエハ200を処理室201に搬入させる。具体的には、基板支持部210を昇降機構218によって下降させ、リフトピン207が貫通孔214から基板支持部210の上面側に突出させた状態にする。また、処理室201内や移載室203を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ1490を開放し、ゲートバルブ1490からリフトピン207上にウエハ200を載置させる。ウエハ200をリフトピン207上に載置させた後、ゲートバルブ1490を閉じ、昇降機構218によって基板支持部210を所定の位置まで上昇させることによって、ウエハ200が、リフトピン207から基板支持部210へ載置されるようになる。
続いて、処理室201内が所定の圧力(真空度)となるように、排気管224を介して処理室201内を排気する。この際、圧力センサが計測した圧力値に基づき、圧力調整器227としてのAPCバルブの弁の開度をフィードバック制御する。また、温度センサ(不図示)が検出した温度値に基づき、処理室201内が所定の温度となるようにヒータ213への通電量をフィードバック制御する。具体的には、基板支持部210をヒータ213により予め加熱しておき、ウエハ200又は基板支持部210の温度変化が無くなってから一定時間置く。この間、処理室201内に残留している水分あるいは部材からの脱ガス等が有る場合は、真空排気やN2ガスの供給によるパージによって除去しても良い。これで成膜プロセス前の準備が完了することになる。なお、処理室201内を所定の圧力に排気する際に、一度、到達可能な真空度まで真空排気しても良い。
続いて、ウエハ200にSiN膜を成膜する例について説明する。成膜工程S301の詳細について、図4、図5を用いて説明する。
第1ガス供給工程S203では、第1ガス供給系から処理室201内に第1ガス(処理ガス)としてのジクロロシラン(SiH2Cl2,dichlorosilane:DCS)ガスを供給する。具体的には、処理ガス供給源113から供給されたDCSガスをMFC115で流量調整した後、基板処理装置100に供給する。流量調整されたDCSガスは、第1バッファ室232aを通り、シャワーヘッド234のガス供給孔234aから、減圧状態の処理室201内に供給される。また、排気系による処理室201内の排気を継続し処理室201内の圧力を所定の圧力範囲(第1圧力)となるように制御する。このとき、ウエハ200に対してDCSガスが供給されることとなるDCSガスは、所定の圧力(第1圧力:例えば10Pa以上1000Pa以下)で処理室201内に供給する。このようにして、ウエハ200にDCSガスを供給する。DCSガスが供給されることにより、ウエハ200上に、シリコン含有層が形成される。ここで、シリコン含有層とは、シリコン(Si)または、シリコンと塩素(Cl)を含む層である。
ウエハ200上にシリコン含有層が形成された後、第1ガス供給管150aのガスバルブ116を閉じ、DCSガスの供給を停止する。第1ガスを停止することで、処理室201中に存在する第1ガスや、第1バッファ室232aの中に存在する処理ガスを第1の排気部から排気されることによりパージ工程S204が行われる。
第1ガスパージ工程の後、バルブ126を開け、ガス導入孔241b、第2バッファ室232b、複数の第2分散孔234bを介して、処理室201内に第2処理ガス(反応ガス)としての、アンモニアガス(NH3)を供給する。第2バッファ室232b、第2分散孔234bを介して処理室201に供給するので、基板上に均一にガスを供給することができる。そのため、膜厚を均一にすることができる。
NH3ガスの供給を停止することで、処理室201中に存在するNH3ガスや、第2バッファ室232bの中に存在するNH3ガスを第1の排気部から排気されることによりパージ工程S206が行われる。
パージ工程S206の終了後、コントローラ260は、上記の成膜工程S301(S203〜S206)が所定のサイクル数nが実行されたか否かを判定する。即ち、ウエハ200上に所望の厚さの膜が形成されたか否かを判定する。上述したステップS203〜S206を1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回以上行う(ステップS207)ことにより、ウエハ200上に所定膜厚のSiN膜を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰返すことが好ましい。これにより、ウエハ200上に所定膜厚のSiN膜が形成される。
2サイクル目以降での第2ガス供給工程S205の時のウエハ200の帯電具合によって、ウエハ200上に形成された膜と第2ガスや第2ガスの活性種との反応性が変化する。例えば、ウエハ200がプラスに帯電した場合、第2ガスとしてのNH3のプラズマ中に存在する正イオンのウエハ200に到達する量が減ってしまう。また、ウエハ200が、マイナスに帯電した場合は、NH3プラズマ中の正イオンがウエハ200に到達する量が増え、1サイクル目で形成したシリコン含有層の窒素濃度と、2サイクル目以降に形成したシリコン含有層の窒素濃度とが、異なってしまう。なお、このチャージアップ(帯電)はウエハ200の面内で不均一に発生することも有り、ウエハ200の面内の処理均一性や段差被覆率が低下してしまう課題が有る。
また、ウエハ200が過度に帯電した場合や、ウエハ200の特定の部位が過度に帯電した場合には、ウエハ200上に形成された素子の絶縁部が破壊されてしまう課題が有る。
また、ウエハ200が帯電した場合や、ウエハ200の特定の部位が帯電した場合には、処理室201内や移載室203内に存在する、パーティクルや、副生成物等が吸着し、処理均一性が低下する課題が有る。ここで副生成物とは、例えば、塩素(HCl)や塩化アンモニウム(NH4Cl)である。
判定工程S207で、No判定の時は、第1帯電量判定工程C201が行われる。第1帯電量判定工程C201では、コントローラ260でチャージアップセンサ253,254のいずれか又は両方で計測された情報からウエハ200の帯電具合が、第1設定値以上か否かを判定する処理が行われる。具体的には、記録媒体に記録された設定データ801と計測された帯電具合とをCPU260aの演算部によって比較が行われ、帯電量が、第1設定値以上か否かが判定される。ウエハ200の帯電量が第1設定値以上ではない場合(No判定の場合)は、何も行わずに、成膜工程S301を行わせる。ウエハ200の帯電量が第1設定値以上の場合(Yes判定の場合)は、除電工程N201を行う。
除電工程N201では、図6、図7に示すような工程N202、N203、N204、N205が行われる。
除電ガス供給工程N202では、ウエハ200上に、調整ガス(除電ガス)としてのアルゴン(Ar)ガス,ヘリウム(He)ガスが供給される。このとき、バイアス調整部257によって、基板載置台212内に設けられたバイアス電極256の電位を制御する電位調整が行われる。バイアス電極256の電位は、成膜工程S301と同じ電位に設定しても良いが、ウエハ200の帯電具合に応じて、変化させても良い。例えば、ウエハ200がマイナスに帯電しているときは、バイアス電極256の電位を下げて、プラズマ中の正イオン成分の引き込み量が多くなるように構成する。また、ウエハ200がプラスに帯電しているときは、バイアス電極256の電位を上げて、プラズマ中の負イオン成分や電子成分の引き込み量が多くなるように構成する。
除電プラズマ生成工程N203では、高周波電源252から、整合器251を介して、電極部材234cに、第2高周波電力が供給される。第2高周波電力は、図7の破線で示すように成膜工程S301と比較して小さい電力に設定される。この様な電力設定とすることで、ウエハ200上に形成された膜の特性に与える影響を低減できる。この様な電力で生成されたプラズマを形成することによって、ウエハ200にプラズマ中のイオン成分と電子成分の両方を供給することができ、ウエハ200の帯電具合を調整できる。例えば、プラズマ中のイオン成分と電子成分のどちらかを供給し続けると、ウエハ200が帯電していた極性から逆の極性に帯電させてしまう可能性が有るが、プラズマ中のイオン成分と電子成分の両方を供給することによって、逆極性への帯電を抑制することができる。
除電プラズマの供給後、ウエハ200上に、パージガスを供給して、除電ガスをウエハ200上から除去する。ここでのパージガスは、上述のパージ工程S204,S206と同じガスが用いられる。
パージガス供給後、チャージアップセンサ253,254とチャージアップモニタ255によって、ウエハ200の帯電量が計測される。計測された情報は上述と同様に、コントローラ260に送信される。なお、チャージアップの計測は、パージガス供給工程N204から開始させても良い。また、除電工程N201を複数サイクル行わせる場合は、除電ガス供給工程202で行わせる様に構成しても良い。
チャージアップ計測工程N205の後に、第2の帯電量判定工程C202が行われる。第2帯電量判定工程C202は、第1帯電量判定工程C201と同様の判定処理が行われる。即ち、ウエハ200の帯電量が第1設定値以上で無い場合(No判定の場合)は、何も行わずに、成膜工程S301を行わせる。ウエハ200の帯電量が第1設定値以上の場合(Yes判定の場合)は、除電工程N201を行う。この様に、ウエハ200の帯電量が第1設定値よりも低くなるまで除電工程N201が繰り返し行われる。
成膜工程S301が所定回数行われた後、基板載置台212を昇降機構218によって下降させ、リフトピン207が貫通孔214から基板支持部210の上面側に突出させた状態にする。また、処理室201内を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ205を解放し、ウエハ200をリフトピン207上からゲートバルブ205外へ搬送する。
なお、基板搬出工程S208の前に、第3帯電量判定工程C203を行わせても良い。例えば、ウエハ200の帯電量によっては、ウエハ200が、基板載置台212に張り付くことが有る。ウエハ200が基板載置台212に張り付いたまま、基板載置台212を下降させた場合、リフトピン207によって、ウエハ200に強いストレスを加えてしまう恐れがある。この様な場合には、第3帯電量判定工程C203と、除電工程N201、第4帯電量判定工程C204を行わせることが有効である。
201 処理室
202 処理容器
212 基板載置台
213 ヒータ
221 排気口(第1排気部)
234 シャワーヘッド
234c 電極部材
253 チャージアップセンサ
254 チャージアップセンサ
255 チャージアップモニタ
256 電極
257 バイアス調整部
Claims (7)
- 基板を処理室に搬送する工程と、
第1ガスを前記基板に供給する工程と
第2ガスを第1高周波でプラズマ化して前記基板に供給する工程と
を有する成膜工程と、
前記成膜工程の後に、
前記基板の帯電具合を計測し、
当該計測された帯電具合に基づいて第2高周波を設定する工程と
第3ガスを当該第2高周波でプラズマ化して前記基板に供給し、前記基板の帯電具合を調整する工程と
を有する調整工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記調整工程は、前記基板の帯電具合が所定の設定値内になるまで、繰り返す工程を有する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記成膜工程と前記調整工程とを交互に行う工程を有する請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記調整工程では、前記計測された帯電具合に基づいて前記第2高周波の電力と周波数のいずれか若しくは両方を調整することで、前記プラズマによって生成された荷電粒子の前記基板への供給量を調整する請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2高周波は、前記第1高周波の電力よりも小さい電力に設定される請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板を処理室に搬送させる手順と、
第1ガスを前記基板に供給させる手順と
第2ガスを第1高周波でプラズマ化して前記基板に供給させる手順と
を有する成膜手順と、
前記成膜手順の後に、
前記基板の帯電具合を計測し、
当該計測された帯電具合に基づいて第2高周波を設定させる手順と
第3ガスを当該第2高周波でプラズマ化して前記基板に供給し、前記基板の帯電具合を調整させる手順と
を有する調整手順と、
をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。 - 基板を処理する処理室と、
前記基板に第1ガスを供給する第1ガス供給部と、
前記基板に第2ガスを供給する第2ガス供給部と、
前記基板に第3ガスを供給する第3ガス供給部と、
前記第2ガスと前記第3ガスのプラズマ化する励起部と、
前記基板の帯電具合を計測する帯電計測部と、
を有し、
前記第1ガスの供給と、第1高周波が供給された前記励起部で前記第2ガスをプラズマ化して前記基板に供給する成膜手順の後に、前記基板の帯電具合を計測し、前記計測された帯電具合に基づいて設定された第2高周波が供給された前記励起部で前記第3ガスをプラズマ化して前記基板に供給し、前記基板の帯電具合を調整する手順とを行わせる様に、前記第1ガス供給部と前記第2ガス供給部と前記励起部と前記帯電計測部と前記第3ガス供給部とを制御する制御部と、
を有する基板処理装置。
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