JP6438038B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置および記録媒体 - Google Patents
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Description
本開示の課題は、膜厚の均一性を向上させる技術を提供することにある。
(a)処理容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して収容すると共に、前記複数枚の基板が配列された基板配列領域よりも上方の領域および下方の領域のうち少なくともいずれかの領域の空間をアダプタで塞いだ状態を形成する工程と、
(b)前記状態を維持しつつ、(b1)前記処理容器内における前記基板配列領域の側方から前記複数枚の基板に対して原料ガスを供給する工程と、(b2)前記処理容器内から排気管を介して前記原料ガスを排気する工程と、(b3)前記処理容器内における前記基板配列領域の側方から前記複数枚の基板に対して反応ガスを供給する工程と、(b4)前記処理容器内から前記排気管を介して前記反応ガスを排気する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記複数枚の基板上に膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
以下に、本発明の実施形態について図1から図8を参照しながら説明する。
(1)基板処理装置の全体構成
基板処理装置は処理炉202と処理炉202を制御するコントローラ121を備える。
(加熱機構)
図1に示すように、処理炉202は加熱手段(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、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。
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(インレットフランジ)209が配設されている。マニホールド209は、例えばステンレス等の金属で構成され、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)が構成される。処理容器の筒中空部には処理室201が形成されており、基板としてのウエハ200を後述するボート217によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
処理室201内には、ノズル249a〜249d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〜249dには、ガス供給管232a〜232dが、それぞれ接続されている。ガス供給管232aには、ガス供給管232eが接続されている。ガス供給管232cには、ガス供給管232fが接続されている。このように、反応管203には、4本のノズル249a〜249dと、複数本のガス供給管232a〜232f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。
ガス供給管232eからは、第1の原料ガスであるシリコン(Si)およびハロゲン元素を含む原料ガス、すなわち、ガス分子中にCを含まないハロシラン系原料ガスとして、例えば、Siおよびハロゲン基としてのクロロ基を含み、ガス分子中にCを含まないクロロシラン系原料ガスが、MFC241e、バルブ243e、ガス供給管232a、ノズル249aを介して処理室201内に供給される。上記のように、ガス分子中にCを含まないクロロシラン系原料ガスは、Si源となるがC源とはならない原料ガスである。ガス供給管232eから供給される、ガス分子中にCを含まないクロロシラン系原料ガスとしては、例えば、図4Aに示すようなヘキサクロロジシラン(Si2Cl6、略称:HCDS)ガスを用いることができる。
バッファ室237内には、図2に示すように、導電体からなり、細長い構造を有する2本の棒状電極269,270が、反応管203の下部より上部にわたりウエハ200の配列方向に沿って配設されている。棒状電極269,270のそれぞれは、ノズル249dと平行に設けられている。棒状電極269,270のそれぞれは、上部より下部にわたって電極保護管275により覆われることで保護されている。棒状電極269,270のいずれか一方は、整合器272を介して高周波電源273に接続され、他方は、基準電位であるアースに接続されている。整合器272を介して高周波電源273から棒状電極269,270間に高周波(RF)電力を印加することで、棒状電極269,270間のプラズマ生成領域224にプラズマが生成される。主に、棒状電極269,270、電極保護管275によりプラズマ発生器(プラズマ発生部)としてのプラズマ源が構成される。整合器272、高周波電源273をプラズマ源に含めて考えてもよい。プラズマ源は、ガスをプラズマ状態に活性化(励起)させる活性化機構(励起部)として機能する。
反応管203には、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および圧力調整器(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が接続されるようになっている。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〜249dと同様にマニホールド209に設けてもよい。
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は例えばステンレス等の金属からなり、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。シールキャップ219の処理室201と反対側には、後述するボート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。すなわち、ボートエレベータ115は、ボート217およびボート217に支持されるウエハ200を、処理室201内外に搬送する搬送部(搬送機構)として構成される。
基板支持具としてのボート217は、例えば石英や炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ200を水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に支持するように構成されている。ボート217の下部には、例えば石英や炭化シリコン等の耐熱性材料からなる断熱板218が水平姿勢で多段に支持されており、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るよう構成されている。但し、ボート217の下部に断熱板218を設けずに、石英や炭化シリコン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。図6に示すように、ボート217はウエハ配列領域WAと、ウエハ配列領域WAの上方の領域の空間SPUと、下方の領域の空間SPLと、断熱板配列領域AAとを有する。ウエハ配列領域WAは製品ウエハとダミーウエハを配列して配置する領域である。断熱板配列領域AAは断熱板218を配列して配置する領域である。
反応管203内には温度検出器としての温度センサ263が設置されており、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〜249d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。
図3に示すように、制御部(制御手段)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。
(2)薄膜形成工程
次に、上述の基板処理装置の処理炉202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(基板処理工程)として、基板上に薄膜を形成(成膜)するシーケンス例について説明する。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。
複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、図1に示すように、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内に搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219はOリング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内が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ246によって真空排気される。この際、処理室201内の圧力は圧力センサ245で測定され、この測定された圧力情報に基づきAPCバルブ244がフィードバック制御される(圧力調整)。真空ポンプ246は、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が所望の温度となるようにヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電具合がフィードバック制御される(温度調整)。ヒータ207による処理室201内の加熱は、少なくともウエハ200に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。ただし、後述するように、室温でウエハ200に対する処理を行う場合は、ヒータ207による処理室201内の加熱は行わなくてもよい。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、次の2つのステップを順次実行する。なお、以下に説明するSiO膜形成工程では、第1の原料ガスとしてHCDSガス、第1の反応ガスとしてH2Oガス、触媒ガスとしてピリジンガス、不活性ガスとしてN2ガスを用いている。
(HCDSガス+ピリジンガス供給)
図7に示すように、バルブ243eを開き、ガス供給管232e内にHCDSガスを流す。HCDSガスは、MFC241eにより流量調整され、ガス供給孔250aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してHCDSガスが供給されることとなる(HCDSガス供給)。このとき同時にバルブ243gを開き、ガス供給管232g内にN2ガス等の不活性ガスを流す。N2ガスは、MFC241gにより流量調整され、HCDSガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
第1の層としてのClを含むSi含有層がウエハ200上に形成された後、バルブ243eを閉じ、HCDSガスの供給を停止する。また、バルブ243cを閉じ、ピリジンガスの供給を停止する。このとき、図7に示すように、排気管231のAPCバルブ244の開度を全開として、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または第1の層の形成に寄与した後のHCDSガスおよびピリジンガスを処理室201内から排除する(残留ガス除去)。なお、APCバルブ244の開度は全開にしなくてもよいが、全開とすると、APCバルブ244の制御を簡素化することができ、APCバルブ244の寿命を延ばすことができる。また、バルブ243g〜243jは開いたままとして、不活性ガスとしてのN2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応または第1の層の形成に寄与した後のHCDSガスおよびピリジンガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。なお、パージと真空引きを繰り返すサイクルパージを行ってもよい。
(H2Oガス+ピリジンガス供給)
第1ステップが終了し処理室201内の残留ガスを除去した後、図7に示すように、バルブ243bを開き、ガス供給管232b内にH2Oガスを流す。H2Oガスは、MFC241bにより流量調整され、ガス供給孔250b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、ノンプラズマの雰囲気下で、ウエハ200に対してH2Oガスが供給されることとなる(H2Oガス供給)。このとき同時にバルブ243hを開き、ガス供給管232h内に不活性ガスとしてのN2ガスを流す。N2ガスは、MFC241hにより流量調整され、H2Oガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
第2の層がウエハ200上に形成された後、バルブ243bを閉じ、H2Oガスの供給を停止する。また、バルブ243cを閉じ、ピリジンガスの供給を停止する。このとき、図7に示すように、排気管231のAPCバルブ244の開度は全開として、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または反応に寄与した後のH2Oガスやピリジンガスや反応副生成物を処理室201内から排除する(残留ガス除去)。なお、APCバルブ244の開度は全開にしなくてもよいが、全開とすると、APCバルブ244の制御を簡素化することができ、APCバルブ244の寿命を延ばすことができる。また、バルブ243g〜243jは開いたままとして、不活性ガスとしてのN2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応または第2の層の形成に寄与した後のH2Oガスやピリジンガスや反応副生成物を処理室201内から排除する効果を高めることができる。なお、パージと真空引きを繰り返すサイクルパージを行ってもよい。
図7に示すように、上述した第1ステップおよび第2ステップを1サイクルとして、このサイクルを1回以上、つまり、所定回数(n回)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。上述の第1ステップと第2ステップとを非同時に行うサイクルは、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SiO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。
その後、バルブ243g〜243jは開いたままとして、不活性ガスとしてのN2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留する未反応ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する効果を高めることができる(パージ)。不活性ガスとしては、N2ガスの他、上記に挙げた各種の希ガスを用いてもよい。
処理室201内が不活性ガスでパージされた後もバルブ243g〜243jを開いたままとして、ガス供給管232g〜232jのそれぞれから不活性ガスとしてのN2ガスを処理室201内に供給し続けることで、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降されて、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。その後、処理済のウエハ200はボート217より取出される(ウエハディスチャージ)。
第2の原料ガスとしてBTBASガス、第2の反応ガスとしてO2ガス、不活性ガスとしてN2ガスを用いてSiO膜を形成する工程について説明する。
上述の第1の方法に係るSiO膜形成工程と同様、ウエハチャージ、ボートロード、圧力調整および温度調整を行った後、次の2つのステップを順次実行する。
(BTBASガス)
図8に示すように、バルブ243fを開き、ガス供給管232f内にBTBASガスを流す。BTBASガスは、MFC241fにより流量調整され、ガス供給孔250cから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してBTBASガスが供給されることとなる(BTBASガス供給)。このとき同時にバルブ243iを開き、ガス供給管232i内にN2ガス等の不活性ガスを流す。N2ガスは、MFC241iにより流量調整され、BTBASガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。またこのとき、上述の実施形態と同様、不使用となっているノズル249a,249b,249d内やバッファ室237内へのBTBASガスの侵入を防止するためのN2ガス供給を行う。
第1の層としてのSi含有層がウエハ200上に形成された後、図8に示すように、バルブ243fを閉じ、BTBASガスの供給を停止し、上述の第1の方法に係るSiO膜形成工程と同様の手順にて、処理室201内からの残留ガスの除去を行う。
(O2ガス)
第1ステップが終了し処理室201内の残留ガスを除去した後、上述の第1の方法に係るSiO膜形成工程と同様の手順にて、図8に示すように、ウエハ200に対してO2ガスを供給する。このとき、棒状電極269,270間に高周波電源273から整合器272を介して高周波(RF)電力を印加することで、バッファ室237内に供給されたO2ガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔250eから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このときウエハ200に対して、プラズマ状態に活性化(励起)されたO2ガスが供給されることとなる(O2ガス供給)。また、このとき、上述の実施形態と同様、不使用となっているノズル249a,250b,250c内へのO2ガスの侵入を防止するためのN2ガス供給を行う。
第2の層がウエハ200上に形成された後、上述の第1の方法に係るSiO膜形成工程と同様の手順にて、図8に示すように、O2ガスの供給を停止し、処理室201内からの残留ガスの除去を行う。
図8に示すように、上述した第1ステップおよび第2ステップを1サイクルとして、このサイクルを1回以上、つまり、所定回数(n回)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。上述の第1ステップと第2ステップとを非同時に行うサイクルは、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SiO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。
第3の原料ガスとしてBTCSMガス、第1の反応ガスとしてH2Oガス、触媒ガスとしてピリジンガス、不活性ガスとしてN2ガスを用いてSiOC膜を形成する工程について説明する。
上述の第1の方法に係るSiO膜形成工程と同様、ウエハチャージ、ボートロード、圧力調整および温度調整を行った後、次の2つのステップを順次実行する。
(BTCSMガス+ピリジンガス供給)
図9に示すように、バルブ243aを開き、ガス供給管232a内にBTCSMガスを流す。BTCSMガスは、MFC241aにより流量調整され、ガス供給孔250aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してBTCSMガスが供給されることとなる(BTCSMガス供給)。このとき同時にバルブ243gを開き、ガス供給管232g内にN2ガス等の不活性ガスを流す。N2ガスは、MFC241gにより流量調整され、BTCSMガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
第1の層としてのCおよびClを含むSi含有層がウエハ200上に形成された後、図9に示すように、バルブ243aを閉じ、BTCSMガスの供給を停止する。また、上述の第1の方法に係るSiO膜形成工程と同様の手順にて、図9に示すように、ピリジンガスの供給を停止し、処理室201内からの残留ガスの除去を行う。
(H2Oガス+ピリジンガス供給)
第2ステップが終了し処理室201内の残留ガスを除去した後、図9に示すように、上述の第1の方法に係るSiO膜形成工程と同様の手順にて、ウエハ200に対してH2Oガスおよびピリジンガスを供給する。また、このとき、上述の実施形態と同様、不使用となっているノズル249a,249d内やバッファ室237内への各ガスの侵入を防止するためのN2ガス供給を行う。
第2の層がウエハ200上に形成された後、図9に示すように、上述の第1の方法に係るSiO膜形成工程と同様の手順にて、BTCSMガスおよびピリジンガスの供給を停止し、処理室201内からの残留ガスの除去を行う。
図9に示すように、上述した第1ステップおよび第2ステップを1サイクルとして、このサイクルを1回以上、つまり、所定回数(n回)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SiOC膜を形成することができる。上述の第1ステップと第2ステップとを非同時に行うサイクルは、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SiOC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。
これは、図10A、図10Bに示すように、基板処理装置100の処理容器204(反応管203)の天井とボート217との間やボート217の上部に空間(上部空間)SPT,SPUがあり、成膜ガスが上部空間SPT,SPUへ流れ込むことでボート217の上部側に配置されるウエハに向かって流れる成膜ガスの流速が低下するためである。また、図10A、図10Bに示すように、ウエハ配列領域WAと断熱板配列領域AAとの間に空間SPLがあり、成膜ガスが空間SPLへ流れ込むことでボート217の下部側に配置されるウエハに向かって流れる成膜ガスの流速が低下するためである。
また、不飽和領域で原料ガスを供給する場合にこの課題は特に顕著になる。すなわち、原料ガスの供給を、基板表面上への原料の吸着が不飽和になるような(基板表面上に形成される原料の吸着層が不連続層になるような)ショートパルスで行う場合に、この傾向が特に顕著になる。
したがって、成膜ガスが流れ込む空間を塞ぐ(空間を極力小さくする)ことで、ウエハに向かって流れる成膜ガスの流速を高める(量を増やす)ようにする。
実施例1に係る基板処理装置100Aは処理容器204F(反応管203F)の天井の内壁面が水平でありフラットである。なお、これ以外の基板処理装置100Aの構成は上述の実施形態に係る基板処理装置100の構成と同様である。この構成により、処理容器204F(反応管203F)の天井とボート217との間の空間SPTAを狭めることができる。空間SPTAを狭めることにより、成膜ガスの空間SPTAへ流れ込む量が少なくなり、ボート217の上部側に配置されるウエハに向かって流れる成膜ガスの流速の低下を抑えることができる。
実施例1に係る基板処理装置により形成した膜の膜厚均一性の評価について図12から図15を用いて説明する。
ウエハ配列領域WAに300mmφウエハを配置して、上述の実施形態の第1の方法に係るSiO膜形成工程のシーケンスにより、SiO膜を形成して評価を行った。図12に示すように、ステップS1で処理ガスをベントした後、ステップS2でHCDSガスとピリジンガスを供給した。ステップS2では、処理室201内の設定圧力をPsとした。なお、図中、実線は設定圧力(set)を示しており、破線はモニタ圧力(Mon)を示している。ステップS2の期間にモニタした圧力の最大値はP1(<Ps)であった。P1<Psとなったのは、ステップS2の時間が短く、供給される処理ガスの量が少ないためである。このように処理ガスの供給をショートパルスで行う場合、ウエハの表面上へのHCDSの吸着が不飽和になる。すなわち、ウエハの表面上に形成されるHCDSの吸着層が不連続になる。ステップS3で処理室201内をパージし、処理室201内に残留するガスを除去した。なお、この期間にモニタした圧力の最小値はP2(<P1)であった。ステップS4でH2Oガスとピリジンガスを供給した。ステップS4では、処理室201内の設定圧力をPsとした。この期間にモニタした圧力の最大値はP3(<Ps)であった(P1<P3<Ps)。P3<Psとなったのは、ステップS4の時間が短く供給される処理ガスの量が少ないためである。ステップS5で処理室201内をパージし、処理室201内に残留するガスを除去した。なお、この期間にモニタした圧力の最小値はP2であった。ステップS2〜S5を1サイクルとしてこのサイクルを複数回行って、ウエハ上にSiO膜を形成した。
IOU[%]={(内周部平均−外周部平均)/全平均}×100・・・(1)
図13Bに示すように、IOUが+方向になれば面内膜厚分布は面内凸型の傾向、−方向になれば面内膜厚分布は面内凹型の傾向であることを示す。
実施例2に係る基板処理装置100Bは、実施例1と同様に処理容器204F(反応管203F)の天井の内壁面が水平でありフラットであり、それに加えて、ウエハ配列領域WAと断熱板配列領域AAとの間の空間SPLをアダプタADP1で塞ぎ、断熱板配列領域AAの上部側を断熱板218に代えてアダプタADP2A,ADP2Bで塞いでいる。なお、これら以外の基板処理装置100Bの構成は、上述の実施形態に係る基板処理装置100の構成と同様である。この構成により、処理容器204F(反応管203F)の頂部とボート217との間の空間SPTAを小さくすることができ、また、ウエハ配列領域WAより下の空間(空間SPLおよび断熱板配列領域AAの上部側の断熱板218の隙間)を小さくすることができる。空間SPTAを狭めることにより、成膜ガスが空間SPTAへ流れ込む量を少なくすることができ、ボート217の上部側に配置されるウエハに向かって流れる成膜ガスの流速の低下を抑えることができる。また、ウエハ配列領域WAより下の空間を狭める(小さくする)ことにより、成膜ガスが空間SPLへ流れ込む量を少なくすることができ、ボート217の下部側に配置されるウエハに向かって流れる成膜ガスの流速の低下を抑えることができる。
実施例3に係る基板処理装置100Cは、実施例2と同様に処理容器204F(反応管203F)の天井の内壁面が水平でありフラットであり、ウエハ配列領域WAと断熱板配列領域AAとの間の空間SPLをアダプタADP1で塞ぎ、断熱板配列領域AAの上部側をアダプタADP2A,ADP2Bで塞いでおり、それに加えて、ウエハ配列領域WAより上の空間SPUもアダプタADP3で塞いでいる。なお、これら以外の基板処理装置100Cの構成は、上述の実施形態に係る基板処理装置100の構成と同様である。この構成により、処理容器204F(反応管203F)の天井とボート217との間の空間SPTAを小さくすることができ、また、ウエハ配列領域WAより上の空間SPUおよび下の空間(空間SPLおよび断熱板配列領域AAの上部側の断熱板218の隙間)を小さくすることができる。
図19においては、ウエハ配列領域WAより上の空間SPUにはアダプタを設置しない場合(Top Flat+Adaptor (Lower*3))の方が均一性のバランスとしては良好である。しかし、ボート217の上部側で凹傾向が極端に強いプロセスには本構成が有利になると考えられる。なお、実施例2と同様にボート217にアダプタを載置(装填)することにより空間を狭めているので、ボート217の構成を変更する必要がない。
第1の変形例(変形例1)に係る基板処理装置について図20を用いて説明する。
変形例1に係る基板処理装置100Dは、基板処理装置100と同様に処理容器204(反応管203)の天井の内壁面はドーム状であり、それに加えて、ウエハ配列領域WAと断熱板配列領域AAとの間の空間SPLをアダプタADP1で塞ぎ、断熱板配列領域AAの上部側をアダプタADP2A,ADP2Bで塞いでいる。なお、これ以外の基板処理装置100Dの構成は、上述の実施形態に係る基板処理装置100の構成と同様である。この構成により、ウエハ配列領域WAより下の空間(空間SPLおよび断熱板配列領域AAの上部側の断熱板218の隙間)を小さくすることができる。
第2の変形例(変形例2)に係る基板処理装置について図21を用いて説明する。
変形例2に係る基板処理装置100Eは、基板処理装置100と同様に処理容器204(反応管203)の天井の内壁面はドーム状であり、それに加えて、ボート217の上にアダプタADP4を載せる。なお、これら以外の基板処理装置100Eの構成は、上述の実施形態に係る基板処理装置100の構成と同様である。この構成により、処理容器204(反応管203)の天井とボート217との間の空間SPTを小さくすることができる。したがって、実施例1と同様な効果を得ることができる。なお、ボート217にアダプタを載置することにより空間を狭めているので、処理容器204(反応管203)およびボート217の構成を変更する必要がない。
第3の変形例(変形例3)に係る基板処理装置について図22を用いて説明する。
変形例3に係る基板処理装置100Fは、基板処理装置100と同様に処理容器204(反応管203)の天井の内壁面はドーム状であり、それに加えて、ボート217の全長を伸ばし、ウエハ配列領域WAより上の空間をアダプタADP5で塞ぐ。なお、これら以外の基板処理装置100Fの構成は、上述の実施形態に係る基板処理装置100の構成と同様である。この構成により、処理容器204(反応管203)の天井とボート217との間の空間SPTおよびウエハ配列領域WAより上の空間SPUを小さくすることができる。したがって、実施例1と同様な効果を得ることができる。
第4の変形例(変形例4)に係る基板処理装置について図23を用いて説明する。
変形例4に係る基板処理装置100Gは、基板処理装置100と同様に処理容器204(反応管203)の天井の内壁面はドーム状であり、それに加えて、ボート217の上にアダプタADP4を載せ、さらに、ウエハ配列領域WAと断熱板配列領域AAとの間の空間SPLをアダプタADP1で塞ぎ、断熱板配列領域AAの上部側をアダプタADP2A,ADP2Bで塞いでいる。なお、これら以外の基板処理装置100Gの構成は、上述の実施形態に係る基板処理装置100の構成と同様である。この構成により、処理容器204(反応管203)の天井とボート217との間の空間SPTを小さくすることができ、また、ウエハ配列領域WAより下の空間(空間SPLおよび断熱板配列領域AAの上部側の断熱板218の隙間)を小さくすることができる。したがって、実施例2と同様な効果を得ることができる。なお、ボート217にアダプタを載置することにより空間を狭めているので、処理容器204(反応管203)およびボート217の構成を変更する必要がない。
第5の変形例(変形例5)に係る基板処理装置について図24を用いて説明する。
変形例5に係る基板処理装置100Hは、基板処理装置100と同様に処理容器204(反応管203)の天井の内壁面はドーム状であり、それに加えて、ボート217の全長を伸ばし、ウエハ配列領域WAより上の空間をアダプタADP5で塞ぎ、さらに、ウエハ配列領域WAと断熱板配列領域AAとの間の空間SPLをアダプタADP1で塞ぎ、断熱板配列領域AAの上部側をアダプタADP2A,ADP2Bで塞いでいる。なお、これら以外の基板処理装置100Hの構成は、上述の実施形態に係る基板処理装置100の構成と同様である。この構成により、処理容器204(反応管203)の天井とボート217との間の空間SPTを小さくすることができ、また、ウエハ配列領域WAより上の空間SPUおよび下の空間(空間SPLおよび断熱板配列領域AAの上部側の断熱板218の隙間)を小さくすることができる。したがって、実施例3と同様な効果を得ることができる。
アダプタのそれぞれの厚さ(板厚)は断熱板218の厚さよりも厚く構成されている。より好ましくは、アダプタのそれぞれの厚さはウエハ200の厚さよりも厚く構成されている。
また、好ましくは、アダプタのそれぞれの直径は、ウエハ200の直径以上であり、断熱板218の直径以上である。より好ましくは、アダプタのそれぞれの直径は、ウエハ200の直径よりも大きく、断熱板218の直径よりも大きい。これにより空間へのガスの逃げをより抑制することが可能となる。
例えば、ULTO(Ultra Low Temperature Oxide)膜形成技術は、100℃以下で酸化膜を形成できる技術であり、DP技術のマスク材料形成技術として注目されてきた。近年、フォトリソグラフィの工程数増加や要求仕様高度化により、ULTO膜のさらなる性能向上が求められている。特に工程数の増加は著しく、酸化膜の膜厚均一性制御領域を拡大して、生産性を高めることが急務となっている。
近年、ULTOで次世代のデバイス対応のために面内、面間方向に厳しい均一性が求められている。
したがって、各実施例および変形例に係る基板処理装置により形成された酸化膜はULTOに要求される膜厚の均一性を満足することができ、DP技術のマスク材として用いられた場合、処理室の上部および下部にて処理されるウエハのパターン幅のばらつきが小さくなるので、デバイス不良を低減することができる。
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、
処理容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して収容するとともに、前記複数枚の基板が配列された基板配列領域よりも上方の領域および下方の領域のうち少なくともいずれかの領域の空間をアダプタで塞いだ状態を形成する工程と、
前記状態を維持しつつ、前記処理容器内における前記基板配列領域の側方から前記複数枚の基板に対して原料ガスを供給する工程と、前記処理容器内から排気管を介して前記原料ガスを排気する工程と、前記処理容器内における前記基板配列領域の側方から前記複数枚の基板に対して反応ガスを供給する工程と、前記処理容器内から前記排気管を介して前記反応ガスを排気する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記複数枚の基板上に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、
前記原料ガスを供給する工程では、前記複数枚の基板の表面上への前記原料の吸着が不飽和であるうちに前記原料ガスの供給を停止する。すなわち、前記複数枚の基板の表面上への前記原料の吸着が飽和する前に前記原料ガスの供給を停止する。
付記1または2に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを供給する工程では、前記複数枚の基板の表面上に形成される原料の吸着層が不連続層であるうちに前記原料ガスの供給を停止する。すなわち、前記複数枚の基板の表面上に形成される原料の吸着層が連続層となる前に前記原料ガスの供給を停止する。
付記1乃至3のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記排気管には排気バルブが設けられており、
前記原料ガスを供給する工程では前記排気バルブの開度を全閉とする。すなわち、前記排気管を閉塞し、前記排気管からの前記原料ガスの排気を停止する。
付記4に記載の方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを供給する工程では前記排気バルブの開度を全閉とする。すなわち、前記排気管を閉塞し、前記排気管からの前記反応ガスの排気を停止する。
付記5に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを排気する工程および前記反応ガスを排気する工程では前記排気バルブの開度を全開とする。
付記1乃至6のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを供給する工程では、前記原料ガスと一緒に触媒ガスをも供給する。
付記1乃至7のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガスと一緒に触媒ガスをも供給する。
付記1乃至8のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを供給する工程では、前記原料ガスと一緒に触媒ガスをも供給し、前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガスと一緒に触媒ガスをも供給する。
付記1乃至9のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記処理容器の天井の内壁面は水平でありフラットである。
付記1乃至10のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記アダプタを1つまたは複数の板状アダプタで構成し、前記基板配列領域よりも下方の領域の空間を塞ぐ板状アダプタの数を、前記基板配列領域よりも上方の領域の空間を塞ぐ板状アダプタの数よりも多くする。
付記1乃至11のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記処理容器内の前記基板配列領域よりも下方には、複数枚の断熱板が垂直方向に配列されており、前記基板配列領域よりも下方の領域の空間を塞ぐ前記アダプタは、前記基板配列領域と、前記複数枚の断熱板が配列された断熱板配列領域と、の間の空間を塞ぐように設けられる。
付記12に記載の方法であって、好ましくは、
前記アダプタは、前記断熱板の厚さよりも厚く構成されている。より好ましくは、前記アダプタは、前記基板の厚さよりも厚く構成されている。また、好ましくは、前記アダプタの直径は、前記基板の直径以上であり、前記断熱板の直径以上である。より好ましくは、前記アダプタの直径は、前記基板の直径よりも大きく、前記断熱板の直径よりも大きい。
付記1乃至13のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを排気する工程および前記反応ガスを排気する工程は、
前記処理容器内における前記基板配列領域の側方から前記複数枚の基板に対して不活性ガスを供給する工程を含む。
付記14に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを排気する工程および前記反応ガスを排気する工程は、
前記処理容器内を真空引きする工程を含む。
付記15に記載の方法であって、好ましくは、
前記原料ガスを排気する工程および前記反応ガスを排気する工程では、
前記複数枚の基板に対して不活性ガスを供給する工程と、前記処理容器内を真空引きする工程と、を交互に所定回数行う。
付記1乃至16のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記原料ガスは所定元素(半導体元素または金属元素)と、クロロ基またはアミノ基と、を含み、
前記反応ガスは酸化ガスを含む。
付記17に記載の方法であって、好ましくは、
前記酸化ガスはH2Oガスを含む。この場合、前記原料ガスを供給する工程では、前記原料ガスと一緒に触媒ガスをも供給し、前記反応ガスを供給する工程では、前記反応ガス(前記酸化ガス)としてのH2Oガスと一緒に触媒ガスをも供給するのがより好ましい。
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器内のガスを排気管を介して排気する排気系と、
複数枚の基板を垂直方向に配列して支持するとともに、前記複数枚の基板が配列される基板配列領域よりも上方の領域および下方の領域のうち少なくともいずれかの領域においてアダプタを支持する支持具と、
前記支持具を前記処理容器内へ搬送する搬送部と、
前記複数枚の基板と前記アダプタとを支持した前記支持具を前記処理容器内へ搬送することで、前記処理容器内に前記複数枚の基板を垂直方向に配列して収容するとともに、前記基板配列領域よりも上方の領域および下方の領域のうち少なくともいずれかの領域の空間をアダプタで塞いだ状態を形成する処理と、前記状態を維持しつつ、前記処理容器内における前記基板配列領域の側方から前記複数枚の基板に対して原料ガスを供給する処理と、前記処理容器内から前記排気管を介して前記原料ガスを排気する処理と、前記処理容器内における前記基板配列領域の側方から前記複数枚の基板に対して反応ガスを供給する処理と、前記処理容器内から前記排気管を介して前記反応ガスを排気する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記複数枚の基板上に膜を形成する処理を行わせるように、前記ガス供給系、前記排気系、および前記搬送部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、
処理容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して収容するとともに、前記複数枚の基板が配列された基板配列領域よりも上方の領域および下方の領域のうち少なくともいずれかの領域の空間をアダプタで塞いだ状態を形成する手順と、
前記状態を維持しつつ、前記処理容器内における前記基板配列領域の側方から前記複数枚の基板に対して原料ガスを供給する手順と、前記処理容器内から排気管を介して前記原料ガスを排気する手順と、前記処理容器内における前記基板配列領域の側方から前記複数枚の基板に対して反応ガスを供給する手順と、前記処理容器内から前記排気管を介して前記反応ガスを排気する手順と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記複数枚の基板上に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。
203、203F 反応管
204、204F 処理容器
217 ボート
218 断熱板
AA 断熱板配列領域
ADP1、ADP2 アダプタ
WA ウエハ配列領域(基板配列領域)
Claims (15)
- (a)処理容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して収容するとともに、前記複数枚の基板が配列された基板配列領域よりも下方の領域のうち前記基板配列領域と断熱板が配列された断熱板配列領域との間の空間、及び前記断熱板領域の上端側の断熱板間の空間をアダプタで塞いだ状態を形成する工程と、
(b)前記状態を維持しつつ、
(b1)前記処理容器内における前記基板配列領域の側方から前記複数枚の基板に対して原料ガスを供給する工程と、
(b2)前記処理容器内から排気管を介して前記原料ガスを排気する工程と、
(b3)前記処理容器内における前記基板配列領域の側方から前記複数枚の基板に対して反応ガスを供給する工程と、
(b4)前記処理容器内から前記排気管を介して前記反応ガスを排気する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記複数枚の基板上に膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 請求項1において、
前記(b1)工程では、前記複数枚の基板の表面上への前記原料の吸着が不飽和であるうちに前記原料ガスの供給を停止する半導体装置の製造方法。 - 請求項1において、
前記(b1)工程では、前記複数枚の基板の表面上に形成される原料の吸着層が不連続層であるうちに前記原料ガスの供給を停止する半導体装置の製造方法。 - 請求項1において、
前記排気管には排気バルブが設けられており、
前記(b1)工程では、前記排気バルブの開度を全閉とする半導体装置の製造方法。 - 請求項4において、
前記(b3)工程では、前記排気バルブの開度を全閉とする半導体装置の製造方法。 - 請求項5において、
前記(b2)工程および前記(b4)工程では、前記排気バルブの開度を全開とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1において、
前記(b1)工程では、前記原料ガスと一緒に触媒ガスをも供給する半導体装置の製造方法。 - 請求項1において、
前記(b3)工程では、前記反応ガスと一緒に触媒ガスをも供給する半導体装置の製造方法。 - 請求項1において、
前記(b1)工程では、前記原料ガスと一緒に触媒ガスをも供給し、前記(b3)工程では、前記反応ガスと一緒に触媒ガスをも供給する半導体装置の製造方法。 - 請求項1において、
前記処理容器の天井の内壁面は水平である半導体装置の製造方法。 - 請求項1において、
前記アダプタは、前記基板配列領域よりも上方の領域の空間を塞ぐように設けられる半導体装置の製造方法。 - 請求項1において、
前記アダプタの径は、前記基板及び前記断熱板のうち少なくともどちらか一方の径よりも大きく構成されている半導体装置の製造方法。 - 請求項12において、
前記アダプタは、前記断熱板の厚さよりも厚く構成されている半導体装置の製造方法。 - 基板を収納する処理容器と、
前記処理容器内にガスを供給するガス供給系と、
複数枚の基板を垂直方向に配列して支持するとともに、前記複数枚の基板が配列される基板配列領域よりも上方の領域および下方の領域のうち少なくともいずれかの領域においてアダプタを支持する支持具と、
前記支持具を前記処理容器内へ搬送する搬送部と、
(a)前記複数枚の基板と前記アダプタとを支持した前記支持具を前記処理容器内へ搬送することで、前記処理容器内に前記複数枚の基板を垂直方向に配列して収容するとともに、前記複数枚の基板が配列された基板配列領域よりも下方の領域のうち前記基板配列領域と断熱板が配列された断熱板配列領域との間の空間、及び前記断熱板領域の上端側の断熱板間の空間をアダプタで塞いだ状態を形成する処理と、
(b)前記状態を維持しつつ、
(b1)前記処理容器内における前記基板配列領域の側方から前記複数枚の基板に対して原料ガスを供給する処理と、
(b2)前記処理容器内から排気管を介して前記原料ガスを排気する処理と、
(b3)前記処理容器内における前記基板配列領域の側方から前記複数枚の基板に対して反応ガスを供給する処理と、
(b4)前記処理容器内から前記排気管を介して前記反応ガスを排気する処理と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで前記複数枚の基板上に膜を形成する処理を行わせるように、前記ガス供給系、前記排気系、および前記搬送部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。 - (a)処理容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して収容すると共に、前記複数枚の基板が配列された基板配列領域よりも下方の領域のうち前記基板配列領域と断熱板が配列された断熱板配列領域との間の空間、及び前記断熱板領域の上端側の断熱板間の空間をアダプタで塞いだ状態を形成する手順と、
(b)前記状態を維持しつつ、(b1)前記処理容器内における前記基板配列領域の側方から前記複数枚の基板に対して原料ガスを供給する手順と、(b2)前記処理容器内から排気管を介して前記原料ガスを排気する手順と、(b3)前記処理容器内における前記基板配列領域の側方から前記複数枚の基板に対して反応ガスを供給する手順と、
(b4)前記処理容器内から前記排気管を介して前記反応ガスを排気する手順と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記複数枚の基板上に膜を形成する手順と、
を行う基板処理装置を制御するためのコンピュータにおいて、実行されるプログラム。
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