JP6564802B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents
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Description
以下に本発明の実施形態について説明する。
第一絶縁膜形成工程S102について、図2を用いて説明する。図2は、ウエハ100に形成する絶縁膜102を説明した図である。ウエハ100は、共通ソースライン(CSL、Common Source Line)101が形成されている。絶縁膜102は第一絶縁膜とも呼ぶ。
犠牲膜形成工程S104について、図3を用いて説明する。ここでは絶縁膜102上に犠牲膜104を形成する。犠牲膜104は、後述する犠牲膜除去工程S114にて除去されるものであり、絶縁膜102に対してエッチングの選択性を有するものである。エッチングの選択性を有するとは、エッチング液に晒された際、犠牲膜はエッチングされやすく、絶縁膜はエッチングされにくい性質を示す。
ここでは、上述の絶縁膜形成工程S102から犠牲膜形成工程S104の組み合わせが所定回数実施されたか否かを判断する。即ち、図4における絶縁膜102と犠牲膜104の組み合わせが所定数積層されたか否かを判断する。本実施形態においては、例えば8層とし、絶縁膜102を8層(絶縁膜102(1)から絶縁膜102(8))、犠牲膜104を8層(犠牲膜104(1)から犠牲膜104(8))を交互に形成する。なお、犠牲膜104は、下方から順に、犠牲膜104(1)、犠牲膜104(2)、・・・、犠牲膜104(8)が構成される。
続いて第二絶縁膜形成工程S108について説明する。ここでは図4に記載の絶縁膜105を形成する。絶縁膜105は絶縁膜102と同様の方法で形成するものであり、最も上の犠牲膜104上に形成する。
続いて図5を用いて、ホール形成工程S110を説明する。図5(a)は、図4と同様側面から見た図であり、図5(b)は図5(a)の構成を上方から見た図である。なお、図5(b)におけるα−α’における断面図が図5(a)に相当する。
続いて、図6を用いてホール充填工程S112を説明する。ここでは、S110で形成したホール106の内側を積層膜108等で充填する工程である。ホール106内には、外周側から順に保護膜107、ゲート電極間絶縁膜-電荷トラップ膜-トンネル絶縁膜の積層膜108、チャネルポリシリコン膜109、充填絶縁膜110が形成される。各膜は筒状に構成される。
続いて、図7を用いて犠牲膜除去工程S114を説明する。犠牲膜除去工程S114では、犠牲膜104をウエットエッチングで除去する。除去した結果、犠牲膜104が形成されていた位置に空隙111が形成される。ここでは、下方から順に、空隙111(1)、空隙111(2)、・・・、空隙111(8)が形成される。
続いて図8を用いて導電膜形成工程S116を説明する。導電膜形成工程S116では、電極となる導電膜112を空隙111に形成する。導電膜は例えばタングステン等で構成される。ここでは、導電膜112は、下方から順に、導電膜112(1)、導電膜112(2)、・・・、導電膜112(8)が構成される。
(処理容器)
図例のように、基板処理装置200は、容器202を備えている。容器202は処理モジュールとも呼ぶ。容器202は、例えば横断面が角形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、容器202は、例えばアルミニウム(Al)やステンレス(SUS)などの金属材料により構成されている。容器202内には、シリコンウエハ等のウエハ100を処理する処理室201と、ウエハ100を処理室201に搬送する際にウエハ100が通過する搬送室206とが形成されている。処理室201は、後述するシャワーヘッド230、基板載置部210等で構成される。また、搬送空間206は回転トレー222と処理容器202の底部204とで構成される。
容器202の雰囲気を排気する排気系260を説明する。容器202には、処理室201に連通するよう、排気管262が接続される。排気管262には、処理室201内を所定の圧力に制御する圧力制御器であるAPC(AutoPressure Controller)266が設けられる。APC266は開度調整可能な弁体(図示せず)を有し、コントローラ280からの指示に応じて排気管262のコンダクタンスを調整する。また、排気管262においてAPC266の上流側にはバルブ267が設けられる。排気管262とバルブ267、APC266をまとめて排気系260と呼ぶ。
(処理ガス供給部)
続いて、図12を用いて処理ガス供給部300を説明する。ここでは各ガス導入孔231に接続される処理ガス供給部300を説明する。なお、処理ガス供給部300のみ、あるいは処理ガス供給部300と後述するアシストガス供給部340をまとめてガス供給部と呼ぶ。
第一ガス供給管311には、上流方向から順に、第一ガス源312、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)313、及び開閉弁であるバルブ314が設けられている。
第二ガス供給管321には、上流方向から順に、第二ガス源322、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)323、及び開閉弁であるバルブ324が設けられている。
第三ガス供給管331には、上流方向から順に、第三ガス源332、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)333、及び開閉弁であるバルブ334が設けられている。
続いて、図13を用いてガス導入孔233b、233cに連通されるアシスト処理ガス供給部340を説明する。
続いて図9、図10、図11に戻って、プラズマ生成部400を説明する。
プラズマ生成部400は各処理空間209(209aから209d)中にプラズマを生成するものである。本実施形態においては、プラズマ生成部400は、処理空間209a中にプラズマを生成する第一プラズマ生成部400a、処理空間209b中にプラズマを生成する第二プラズマ生成部400b、処理空間209c中にプラズマを生成する第三プラズマ生成部400c、処理空間209d中にプラズマを生成する第四プラズマ生成部400dを有する。
続いてイオン制御部410を説明する。イオン制御部410は後述する第二層103(n2)、第三層103(n3)を形成する処理空間209に低周波電力を供給可能なよう構成される。例えば、本実施形態においては、第二層103(n2)を形成する処理室201b、第三層103(n3)を形成する処理室201cに接続する。
基板処理装置200は、基板処理装置200の各部の動作を制御するコントローラ280を有している。コントローラ280は、図14に記載のように、演算部(CPU)280a、一時記憶部(RAM)280b、記憶部280c、I/Oポート280dを少なくとも有する。コントローラ280は、I/Oポート280dを介して基板処理装置200の各構成に接続され、上位装置270や使用者の指示に応じて記憶部280cからプログラムやレシピを呼び出し、その内容に応じてイオン制御部410やプラズマ生成部400等の各構成の動作を制御する。送受信制御は、例えば演算部280a内の送受信指示部280eが行う。なお、コントローラ280は、専用のコンピュータとして構成してもよいし、汎用のコンピュータとして構成してもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置(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(USB Flash Drive)やメモリカード等の半導体メモリ)282を用意し、外部記憶装置282を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすることにより、本実施形態に係るコントローラ280を構成することができる。また、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置282を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用いても良いし、上位装置280から受信部283を介して情報を受信し、外部記憶装置282を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。また、キーボードやタッチパネル等の入出力装置281を用いて、コントローラ280に指示をしても良い。
以下、第一の処理ガスとしてHCDSガスを用い、第二の処理ガスとしてアンモニア(NH3)ガスを用いて、犠牲膜104を形成する例について説明する。犠牲膜は、シリコン窒化膜(SiN膜)で構成される。
まずウエハ100を容器202内に搬入する基板搬入する工程S201を説明する。
なお、ウエハ100を搬入する前の状態は、穴部224aが基板搬入出口205に隣接した状態である。従って、穴部224aは基板載置面211a上に配されている。また、本実施形態においては、容器202内にて4枚のウエハ100を処理する例について説明する。説明においては、最初に容器202に投入されるウエハ100を第一のウエハ100、二回目に投入されるウエハ100を第二のウエハ100、三回目に投入されるウエハ100を第三のウエハ100、四回目に投入されるウエハ100を第四のウエハ100と表現する。
アーム240は基板搬入出口205から処理室201内に進入し、絶縁膜102が形成されたウエハ100を回転トレー220の穴部224に載置する。本実施形態では、第一のウエハ100を基板搬入出口205に隣接する穴部224aに載置する。
ここでは、絶縁膜102表面に、シリコン窒化層103(n1)を形成する工程S202を説明する。ウエハ100が所定の温度に維持されたら、第一ガス供給系310から処理室201aにHCDSガスを供給するのと併行して、第二ガス供給系320からNH3ガスを供給する。
ここでは第一のウエハ100を移動すると共に第二のウエハ100を搬入する工程S203について説明する。所定時間経過し、第一のウエハ100にシリコン窒化層103(n1)が形成されたら、処理ガスの供給を停止する。その後、回転トレー224を上昇させて基板載置面211aから第一のウエハ100を離間させる。離間させた後、穴部224aが基板載置面211b上に移動するよう、回転トレー224を時計回り方向に90度回転させる。回転が完了すると、基板載置面211b上に穴部224aが配され、基板載置面211a上に穴部224dが配される。回転が完了したら、ゲートバルブ208を開放し、第二のウエハ100を穴部224dに載置する。各ウエハ100を載置後、各基板載置面211を相対的に上昇させ、穴部224aのウエハ100を基板載置面211bに載置し、穴部224dのウエハ100を基板載置面211aに載置する。
ここでは、処理室201a、処理室201bでウエハ100を処理する工程S204について説明する。
(処理室201aでの処理)
処理室201aでは、S202と同様の処理を行い、第二のウエハ100の絶縁膜102上にシリコン窒化層103(n1)が形成される。
処理室201bでは、第一のウエハ100に形成されたシリコン窒化層103(n1)上にシリコン窒化層103(n2)が形成される。
以下に、具体的な方法を説明する。
ここでは第一のウエハ100、第二のウエハ100を移動すると共に、第三のウエハ100を搬入する工程S205について説明する。所定時間経過し、第一のウエハ100にシリコン窒化層103(n2)が形成され、第二のウエハ100にシリコン窒化層103(n1)が形成されたら、処理ガスの供給を停止する。その後、回転トレー224を上昇させて基板載置面211a、基板載置面211bから基板を離間させ、S203と同様の方法で第一のウエハ100を基板載置面211c上に載置し、第二のウエハ100を基板載置面211bに載置する。更には、第三のウエハ100を搬入して穴部224cに載置し、他のウエハ100と同様、基板載置面211a上に第三のウエハ100を載置する。
ここでは、ウエハ100が存在する処理室201a、処理室201b、処理室201cで基板を処理する工程S206について説明する。
(処理室201aでの処理)
処理室201aでは、S202と同様の処理を行い、第三のウエハ100の絶縁膜102上にシリコン窒化層103(n1)を形成する。
処理室201bでは、S204と同様の処理を行い、第二のウエハ100のシリコン窒化層103(n1)上にシリコン窒化層103(n2)を形成する。
処理室201cでは、S204における処理室201bでの処理と同様の処理を行い、第一のウエハ100のシリコン窒化層103(n2)上にシリコン窒化層103(n3)を形成する。ここでは高周波、低周波共に処理室201bと同様のレベルで供給し、シリコン窒化層103(n2)と同様に膜応力の低い膜が形成される。
ここでは第一のウエハ100、第二のウエハ100、第三のウエハ100を移動すると共に、第四のウエハ100を搬入する工程S207について説明する。
所定時間経過し、第一のウエハ100にシリコン窒化層103(n3)が形成され、第二のウエハ100にシリコン窒化層103(n2)が形成され、第三のウエハ100にシリコン含有層(n1)が形成されたら、処理ガスの供給を停止する。その後、回転トレー224を上昇させて基板載置面211a、基板載置面211b、基板載置面211cから基板を離間させ、S203、S205と同様の方法で第一のウエハ100を基板載置面211d上に載置し、第二のウエハ100を基板載置面211cに載置し、第三のウエハ100を基板載置面211bに載置する。更には、第四のウエハ100を搬入して穴部224bに載置し、他のウエハ100同様、基板載置面211a上に第三のウエハ100を載置する。
ここでは、ウエハ100が存在する処理室201a、処理室201b、処理室201c、処理室201dで基板を処理する工程S208について説明する。
(処理室201aでの処理)
処理室201aでは、S202と同様の処理を行い、第四のウエハ100の絶縁膜102上にシリコン窒化層103(n1)を形成する。
処理室201bでは、S204と同様の処理を行い、第三のウエハ100のシリコン窒化層103(n1)上にシリコン窒化層103(n2)を形成する。
処理室201cでは、S206と同様の処理を行い、第二のウエハ100のシリコン窒化層103(n2)上にシリコン窒化層103(n3)を形成する。
処理室201dでは、処理室201aと同様の処理を行い、第一のウエハ100のシリコン窒化層103(n3)上にシリコン窒化層103(n4)を形成する。
ここでは第一のウエハ100、第二のウエハ100、第三のウエハ100、第四のウエハ100を移動すると共に、第一のウエハ100と新たに処理するウエハ100を入れ替える工程S209について説明する。
膜形成が終了したら、回転トレー222を相対的に上昇させて各ウエハ100を基板載置部211から離間させると共に、90度回転させる。ウエハ100が基板載置面100a上に移動したら、ゲートバルブ208を開放し、第一のウエハ100を新しいウエハ100と置き換える。以下、所定枚数の基板処理が完了するまでS202からS209の処理を繰り返す。
続いて第二の実施形態について図18、図19を用いて説明する。
図18は図10に相当する構造である。図10との相違点は、基板搬入出口205の大きさが異なる点である。具体的には、図18に開示の構造は、基板搬入出口205が図10の構造に比べて水平方向に広く、ウエハ100を同時に二枚搬送可能なアーム241が進入可能な構造である。それに関連して、ゲートバルブ208の大きさやアーム241の構造が異なるが、他の構成は図10と同様である。
(S301)
ここでは、アーム241に搭載された二枚のウエハ100(第一のウエハ100、第二のウエハ100)を搬入する工程S301について説明する。なお、ウエハ100を搬入する前の状態は、穴部224a、穴部224dが基板搬入出口205に隣接した状態である。従って、穴部224aは基板載置面211a上に配され、穴部224dは基板載置面211d上に配されている。
ここでは、絶縁膜102表面に、シリコン窒化層103(n1)を形成する工程S302を説明する。S202の処理と同様に、ウエハ100が所定の温度に維持されたら、処理室201aに第一ガス供給系310からHCDSガスを供給すると共に、第二ガス供給系320からNH3ガスを供給する。更に、処理室201bも同様に、第一ガス供給系310からHCDSガスを供給すると共に、第二ガス供給系320からNH3ガスを供給する。
ここでは第一のウエハ100、第二のウエハ100を移動すると共に第三のウエハ100、第四のウエハ100を搬入する工程S303について説明する。
第一のウエハ100、第二のウエハ100それぞれにシリコン窒化層103(n1)が形成されたら、処理ガスの供給を停止する。その後、S202と同様の方法でウエハ100を離間させる。離間させた後、穴部224aが基板載置面211c上に、穴部224dが基板載置面211b上になるよう、回転トレー224を時計回り方向に180°回転させる。回転が完了したら、ゲートバルブ208を開放し第三のウエハ100を穴部224cに、第四のウエハ100を穴部244bに載置する。各ウエハ100を対応する穴部224に載置後、各基板載置面211を相対的に上昇させ、穴部224aの第一のウエハ100を基板載置面211cに載置し、穴部224dの第二のウエハ100を基板載置面211bに載置し、穴部224cの第三のウエハ100を基板載置面211aに載置し、穴部224bの第四のウエハ100を基板載置面211dに載置する。
ここでは、処理室201a、処理室201b、処理室201c、処理室201dで基板を処理する工程S304について説明する。
(処理室201a、処理室201dでの処理)
処理室201aでは、S302と同様の処理を行い、第三のウエハ100、第四のウエハ100の絶縁膜102上にシリコン窒化層103(n1)を形成する。
処理室201b、処理室201cでは、S206と同様の方法で高周波と低周波を供給し、第一のウエハ100のシリコン窒化層103(n1)上に、図19のようなシリコン窒化層103(n2’)を形成する。第二のウエハ100も同様に、処理室201bで高周波と低周波を供給し、シリコン窒化層103(n1)上にシリコン窒化層103(n2’)を形成する。低周波によって、窒素等のイオン成分が形成過程のシリコン窒化層103(n2)中の、不純物結合等に供給され、結合が切断されるので、圧縮性の応力を有するシリコン窒化層103(n2’)が形成される。
ここでは第一のウエハ100、第二のウエハ100、第三のウエハ100、第四のウエハ100を移動する工程S305について説明する。
各処理室で所望のシリコン窒化層103(n1)、103(n2’)が形成されたら、処理ガスの供給を停止する。その後、S302と同様の方法でウエハ100を離間させる。離間させた後、穴部224aが基板載置面211a上に、穴部224dが基板載置面211d上になるよう、回転トレー224を時計回り方向に180°回転させる。このとき、穴部224bは基板載置面211b上に、穴部224cは基板載置面211c上に配される。
ここでは、処理室201a、処理室201b、処理室201c、処理室201dで基板を処理する工程S306について説明する。
移動が完了したら、S305と同様の処理を行い、第一のウエハ100、第二のウエハ100上にシリコン窒化層103(n4)を形成する。更には、第三のウエハ100、第四のウエハ100上にシリコン窒化層103(n2’)を形成する。
ここでは第一のウエハ100、第二のウエハ100を搬出する工程S307について説明する。
S306の処理が完了したら、ゲートバルブ208を開放し、第一のウエハ100と第二のウエハ100を搬出する。このとき、次に処理するウエハ100があれば、それらのウエハ100を穴部224a、224dに載置する。以下、所定枚数の基板処理が完了するまでS302からS307の処理を繰り返す。
102 絶縁膜
104 犠牲膜
200 基板処理装置
Claims (7)
- 処理モジュール内に設けられ、絶縁膜が形成された基板を処理する一周波処理室と、前記処理モジュール内で前記一周波処理室に隣接し、前記一周波処理室で処理された基板を処理する二周波処理室と、前記一周波処理室と前記二周波処理室それぞれに、少なくともシリコンと不純物とを含むシリコン含有ガスを供給するガス供給部と、前記一周波処理室と前記二周波処理室それぞれに接続されるプラズマ生成部と、前記二周波処理室に接続されるイオン制御部と、前記処理モジュール内に設けられ、前記一周波処理室と前記二周波処理室との間で基板を搬送する基板搬送部と、少なくとも前記ガス供給部と、前記プラズマ生成部と、前記イオン制御部と、前記基板搬送部とを制御する制御部とを有する基板処理装置。
- 前記一周波処理室は複数設けられ、第一の前記一周波処理室は、前記二周波処理室から見て前記基板の移動方向の上流に設けられ、更に第二の前記一周波処理室は、前記二周波処理室から見て前記基板の移動方向の下流に設けられる請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記基板搬送部は、回転軸と、複数の前記基板が円周状に載置される回転トレーとを有する請求項1または請求項2に記載の基板処理装置。
- 前記イオン制御部は低周波電源を有し、前記制御部は前記二周波処理室にパルス状の低周波を供給するよう前記低周波電源を制御する請求項1から請求項3のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記二周波処理室には、更にアルゴンを供給する請求項1から請求項4のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
- 絶縁膜が形成された基板を処理モジュール内に設けられた一周波処理室に搬送する工程と、前記一周波処理室に少なくともシリコンと不純物とを含むシリコン含有ガスを供給すると共に、プラズマ生成部が前記一周波処理室に高周波を供給し、前記絶縁膜上に第一シリコン窒化層を形成する工程と、前記処理モジュール内に設けられ、前記一周波処理室と前記二周波処理室との間で基板を搬送する基板搬送部によって、前記基板を、前記処理モジュール内で前記一周波処理室に隣接する二周波処理室に搬送する工程と、前記二周波処理室に前記シリコン含有ガスを供給すると共に、前記プラズマ生成部が前記二周波処理室に高周波を供給し、イオン制御部が低周波を供給して、前記第一シリコン窒化層上に、前記第一シリコン窒化層よりも応力が低く更に前記絶縁膜の応力に近い第二シリコン窒化層を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法。
- 絶縁膜が形成された基板を処理モジュール内に設けられた一周波処理室に搬送する手順と、前記一周波処理室に少なくともシリコンと不純物とを含むシリコン含有ガスを供給すると共に、プラズマ生成部が前記一周波処理室に高周波を供給し、前記絶縁膜上に第一シリコン窒化層を形成する手順と、前記処理モジュール内に設けられ、前記一周波処理室と前記二周波処理室との間で基板を搬送する基板搬送部によって、前記基板を、前記処理モジュール内で前記一周波処理室に隣接する二周波処理室に搬送する手順と、前記二周波処理室に前記シリコン含有ガスを供給すると共に、前記プラズマ生成部が前記二周波処理室に高周波を供給し、イオン制御部が低周波を供給して、前記第一シリコン窒化層上に、前記第一シリコン窒化層よりも応力が低く更に前記絶縁膜の応力に近い第二シリコン窒化層を形成する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。
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