JP6585551B2 - 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
基板に対してシリコンまたはゲルマニウムを含みハロゲン元素を含む第1処理ガスを供給する工程と、前記基板に対してシリコンを含みハロゲン元素を含まない第2処理ガスを供給する工程と、前記基板に対してゲルマニウムを含みハロゲン元素を含まない第3処理ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、シリコンおよびゲルマニウムを含む第1シード層を形成する工程と、
前記基板に対してゲルマニウムを含みハロゲン元素を含まない第4処理ガスを供給することで、前記第1シード層上に、ゲルマニウムを含む膜を形成する工程と、
を有する技術が提供される。
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図3を用いて説明する。
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、基板としてのウエハ200上にゲルマニウム膜(Ge膜)を形成するシーケンス例について、図4(a)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。
ウエハ200に対してDCSガスを供給するステップ1aと、ウエハ200に対してDSガスを供給するステップ2aと、ウエハ200に対してMGガスを供給するステップ3aと、を含むサイクルを所定回数行うことで、ウエハ200上に、SiおよびGeを含む第1シード層としてSiGeシード層を形成するステップ(SiGeシード層形成ステップ)と、
ウエハ200に対してMGガスを供給することで、SiGeシード層上に、Geを含む膜としてGe膜を形成するステップ(Ge膜形成ステップ)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。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が所望の成膜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。また、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。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、ステップ1a〜3aを順次実行する。
このステップでは、ウエハ200に対してDCS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DCSガスを流す。DCS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DCSガスが供給される。このとき同時にバルブ243dを開き、ガス供給管232d内へN2ガスを流す。N2ガスは、DCS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。また、ノズル249b内へのDCSガスの侵入を防止するため、バルブ243eを開き、ガス供給管232e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。
ステップ1aが終了した後、ウエハ200に対してDSガスを供給する。このステップでは、バルブ243b,243d,243eの開閉制御を、ステップ1aにおけるバルブ243a,243d,243eの開閉制御と同様の手順で行うことで、ガス供給管232b内へDSガスを流す。ガス供給管232b内を流れたDS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DSガスが供給される。
ステップ2aが終了した後、ウエハ200に対してMGガスを供給する。このステップでは、バルブ243c,243d,243eの開閉制御を、ステップ1aにおけるバルブ243a,243d,243eの開閉制御と同様の手順で行うことで、ガス供給管232c内へMGガスを流す。ガス供給管232c内を流れたMGガスは、MFC241cにより流量調整され、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。このとき、ウエハ200に対してMGガスが供給される。
ステップ1a〜3aをこの順に、すなわち、同期させることなく非同時に行うサイクルを所定回数(n1回(n1は1以上の整数))行う。これにより、ウエハ200の表面上にSiGeシード層を形成することができる。SiGeシード層は、ウエハ200の表面を下地として、SiGe結晶がエピタキシャル成長することで形成される。SiGeシード層の結晶構造は、下地の結晶性を継承した単結晶となる。すなわち、SiGeシード層は、下地の単結晶Siと同一の結晶方位を有する単結晶SiGe層(エピタキシャルSiGe層)となる。
SiGeシード層形成ステップが終了した後、ウエハ200に対してMGガスを供給する。このステップでは、上述のステップ3aと同様の手順により、ガス供給管232c内へMGガスを流す。ガス供給管232c内を流れたMGガスは、処理室201内へ供給され、ウエハ200に対して供給された後、排気管231から排気される。
Ge膜形成ステップが終了した後、ガス供給管232d,232e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。N2ガスはパージガスとして作用する。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内に残留するガスや反応副生成物が処理室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)。
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。そして、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の外部に搬出される(ボートアンロード)。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)。
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。
本実施形態における成膜シーケンスは、上記に示した態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。
以下に示す成膜シーケンスのように、SiGeシード層形成ステップでは、各処理ガスの供給タイミングを図4(a)に示す成膜シーケンスから変更してもよい。各ステップの処理手順、処理条件は、ガスの供給タイミングを除き、図4(a)に示す成膜シーケンスの各ステップのそれらと同様とすることができる。
図4(b)や以下に示す成膜シーケンスのように、SiGeシード層形成ステップを行う前に、Siシード層形成ステップを行うようにしてもよい。Siシード層形成ステップでは、例えば、ウエハ200に対してDCSガスを供給するステップ1bと、ウエハ200に対してDSガスを供給するステップ2bと、を交互に行うサイクルを所定回数(n2回(n2は1以上の整数))行うことで、ウエハ200上に、Siを含む第2シード層(Siシード層)を形成する。Siシード層は、単結晶Si層(エピタキシャルSi層)となる。ステップ1b,2bの処理手順、処理条件は、図4(a)に示す成膜シーケンスのステップ1a,2aのそれらと同様とすることができる。
以下に示す成膜シーケンスのように、SiGeシード層形成ステップを行った後、Ge膜形成ステップを行う前に、Geシード層形成ステップを行うようにしてもよい。Geシード層形成ステップでは、例えば、ウエハ200に対してDCGガスを供給するステップ1cと、ウエハ200に対してMGガスを供給するステップ2cと、を交互に行うサイクルを所定回数(n3回(n3は1以上の整数))行うことで、ウエハ200上に、Geを含む第3シード層(Geシード層)を形成する。Geシード層は、単結晶Ge層(エピタキシャルGe層)となる。ステップ1c,2cの処理手順、処理条件は、ステップ1aにおいてガス供給管232a内へDCGガスを流す点を除き、図4(a)に示す成膜シーケンスのステップ1a,3aのそれらと同様とすることができる。
以下に示す成膜シーケンスのように、Ge膜形成ステップを行う前に、上述のSiシード層形成ステップと、上述のSiGeシード層形成ステップと、を交互に所定回数(m1回(m1は2以上の整数))繰り返す多層シード層形成ステップを行うようにしてもよい。多層シード層形成ステップでは、ウエハ200上に、Siシード層とSiGeシード層とが交互に積層されてなる多層シード層が形成され、この層がGe膜の形成の下地となる。
図5(a)や以下に示す成膜シーケンスのように、Ge膜形成ステップを行った後、SiGeキャップ層形成ステップを行うようにしてもよい。SiGeキャップ層形成ステップでは、例えば、ウエハ200に対してDCSガスを供給するステップ1dと、ウエハ200に対してDSガスを供給するステップ2dと、ウエハ200に対してMGガスを供給するステップ3dと、を含むサイクルを所定回数(n4回(n4は1以上の整数))行うことで、ウエハ200上に、SiおよびGeを含む第1キャップ層(SiGeキャップ層)を形成する。SiGeキャップ層は、単結晶SiGe層(エピタキシャルSiGe層)となる。SiGeキャップ層形成ステップの処理手順、処理条件は、図4(a)に示す成膜シーケンスのSiGeシード層形成ステップや、変形例1のSiGeシード層形成ステップのそれらと同様とすることができる。なお、図5(a)では、便宜上、SiGeシード層形成ステップの図示を省略している。
図5(b)や以下に示す成膜シーケンスのように、SiGeキャップ層形成ステップを行った後、Siキャップ層形成ステップを行うようにしてもよい。また、Ge膜形成ステップを行った後、SiGeキャップ層形成ステップを行うことなくSiキャップ層形成ステップを行うようにしてもよい。Siキャップ層形成ステップでは、例えば、ウエハ200に対してDCSガスを供給するステップ1eと、ウエハ200に対してDSガスを供給するステップ2eと、を含むサイクルを所定回数(n5回(n5は1以上の整数))行うことで、ウエハ200上(SiGeキャップ層上、或いは、Ge膜上)に、Siを含む第2キャップ層(Siキャップ層)を形成する。Siキャップ層は、単結晶Si層(エピタキシャルSi層)となる。ステップ1e,2eの処理手順、処理条件は、図4(a)に示す成膜シーケンスのステップ1a,2aと同様とすることができる。なお、図5(b)では、便宜上、SiGeシード層形成ステップの図示を省略している。
以下に示す成膜シーケンスのように、Ge膜形成ステップを行った後、上述のSiGeキャップ層形成ステップと、上述のSiキャップ層形成ステップと、を交互に所定回数(m2回(m2は2以上の整数))繰り返す多層キャップ層形成ステップを行うようにしてもよい。多層キャップ層形成ステップでは、ウエハ200上に、SiGeキャップ層とSiキャップ層とが交互に積層されてなる多層キャップ層が形成され、この層がGe膜の保護層となる。
以下に示す成膜シーケンスのように、SiGeシード層やSiGeキャップ層のうち少なくともいずれかを、DSガスを用いずに形成してもよい。すなわち、DCSガスを、クリーニングガスとしてだけではなく、Siソースとして用いるようにしてもよい。
図4(a)に示す成膜シーケンスや上述の変形例において、各種シード層や各種キャップ層を形成する際、サイクルの実施回数、各処理ガスの供給流量、各処理ガスの供給時間、処理室201内の圧力等のうち少なくともいずれかの処理条件を調整することで、シード層やキャップ層の組成を、その厚さ方向にわたって変化させる(グラデーションをつける)ようにしてもよい。これにより、変形例4,7と同様の効果(格子定数差の吸収)が得られるようになる。
第1処理ガスとしては、上述したように、DCSガス以外のクロロシラン原料ガスを用いてもよく、また、クロロゲルマン原料を用いてもよい。さらに、第1処理ガスとしては、これらのハロゲン系原料ガスの他、塩化水素(HCl)ガス、塩素(Cl2)ガス、塩化硼素(BCl3)ガス、フッ化塩素(ClF3)ガス等のSiやGeを含まないハロゲン系ガスを用いるようにしてもよい。本変形例においても、各種処理条件を図4(a)に示す成膜シーケンスの処理条件と同様に設定することで、同様の効果が得られる。
第2処理ガスとしては、上述の水素化ケイ素原料ガスの他、ブチルアミノシラン(BAS)ガス、ビスターシャリブチルアミノシラン(BTBAS)ガス、ジメチルアミノシラン(DMAS)ガス、ビスジメチルアミノシラン(BDMAS)ガス、トリスジメチルアミノシラン(3DMAS)ガス、ジエチルアミノシラン(DEAS)ガス、ビスジエチルアミノシラン(BDEAS)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)ガス等のアミノシラン原料ガスを用いるようにしてもよい。本変形例においても、各種処理条件を図4(a)に示す成膜シーケンスの処理条件と同様に設定することで、同様の効果が得られる。
第3処理ガス、第4処理ガスとしては、上述の水素化ゲルマニウム原料ガスの他、ジメチルアミノゲルマン(DMAG)ガス、ジエチルアミノゲルマン(DEAG)ガス、ビスジメチルアミノゲルマン(BDMAG)ガス、ビスジエチルアミノゲルマン(BDEAG)ガス、トリスジメチルアミノゲルマン(3DMAG)ガス等のアミノゲルマン原料ガスを用いるようにしてもよい。本変形例においても、各種処理条件を図4(a)に示す成膜シーケンスの処理条件と同様に設定することで、同様の効果が得られる。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。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。
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、
基板に対してシリコンまたはゲルマニウムを含みハロゲン元素を含む第1処理ガスを供給する工程と、前記基板に対してシリコンを含みハロゲン元素を含まない第2処理ガスを供給する工程と、前記基板に対してゲルマニウムを含みハロゲン元素を含まない第3処理ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、シリコンおよびゲルマニウムを含む第1シード層を形成する工程と、
前記基板に対してゲルマニウムを含みハロゲン元素を含まない第4処理ガスを供給することで、前記第1シード層上に、ゲルマニウムを含む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、
前記第1シード層を形成する工程では、前記第1処理ガスを供給する工程と、前記第2処理ガスを供給する工程と、前記第3処理ガスを供給する工程と、をこの順に行うサイクルを所定回数行う。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1シード層を形成する工程では、前記第1処理ガスを供給する工程と、前記第3処理ガスを供給する工程と、前記第2処理ガスを供給する工程と、をこの順に行うサイクルを所定回数行う。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1シード層を形成する工程では、前記第1処理ガスを供給する工程と、前記第2処理ガスを供給する工程および前記第3処理ガスを供給する工程を同時に行う工程と、を交互に行うサイクルを所定回数行う。
付記1〜4のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記ゲルマニウムを含む膜を形成する工程を行う前に、
前記第1処理ガスを供給する工程と、前記第2処理ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、シリコンを含む第2シード層を形成する工程と、
前記第1シード層を形成する工程と、
を行う。
付記5に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2シード層を形成する工程では、
前記第1処理ガスを供給する工程と、前記第2処理ガスを供給する工程と、を交互に行うサイクルを所定回数行う。
付記1〜6のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第1シード層を形成する工程を行った後、前記ゲルマニウムを含む膜を形成する工程を行う前に、
前記第1処理ガスを供給する工程と、前記第3処理ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記第1シード層上に、ゲルマニウムを含む第3シード層を形成する工程を行う。
付記7に記載の方法であって、好ましくは、
前記第3シード層を形成する工程では、
前記第1処理ガスを供給する工程と、前記第3処理ガスを供給する工程と、を交互に行うサイクルを所定回数行う。
付記5に記載の方法であって、好ましくは、
前記ゲルマニウムを含む膜を形成する工程を行う前に、前記第2シード層を形成する工程と、前記第1シード層を形成する工程と、を交互に繰り返す工程を行い、
その実施期間のうち前半の期間では、前記第2シード層を形成する工程でのサイクルの実施回数を、前記第1シード層を形成する工程でのサイクルの実施回数よりも大きくし、
前記実施期間のうち後半の期間では、前記第1シード層を形成する工程でのサイクルの実施回数を、前記第2シード層を形成する工程でのサイクルの実施回数よりも大きくする。
付記1〜9のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第1処理ガスを供給する工程と、前記第2処理ガスを供給する工程と、前記第3処理ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記ゲルマニウムを含む膜上に、シリコンおよびゲルマニウムを含む第1キャップ層を形成する工程をさらに有する。
付記10に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1処理ガスを供給する工程と、前記第2処理ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記第1キャップ層上に、シリコンを含む第2キャップ層を形成する工程をさらに有する。
付記11に記載の方法であって、好ましくは、
前記ゲルマニウムを含む膜を形成する工程を行った後に、前記第1キャップ層を形成する工程と、前記第2キャップ層を形成する工程と、を交互に繰り返す工程を行い、
その実施期間のうち前半の期間では、前記第1キャップ層を形成する工程でのサイクルの実施回数を、前記第2キャップ層を形成する工程でのサイクルの実施回数よりも大きくし、
前記実施期間のうち後半の期間では、前記第2キャップ層を形成する工程でのサイクルの実施回数を、前記第1キャップ層を形成する工程でのサイクルの実施回数よりも大きくする。
付記1〜12のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記第4処理ガスは、前記第3処理ガスを構成する物質と同一の物質で構成される。すなわち、前記第4処理ガスは前記第3処理ガスと分子構造が同一である。
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して、シリコンまたはゲルマニウムを含みハロゲン元素を含む第1処理ガス、シリコンを含みハロゲン元素を含まない第2処理ガス、ゲルマニウムを含みハロゲン元素を含まない第3処理ガス、および、ゲルマニウムを含みハロゲン元素を含まない第4処理ガスを供給する供給系と、
付記1の処理を行わせるように、前記供給系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、
付記1の処理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、又は、前記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。
201 処理室
Claims (10)
- 基板に対してシリコンまたはゲルマニウムを含みハロゲン元素を含む第1処理ガスを供給する工程と、前記基板に対してシリコンを含みハロゲン元素を含まない第2処理ガスを供給する工程と、前記基板に対してゲルマニウムを含みハロゲン元素を含まない第3処理ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、シリコンおよびゲルマニウムを含む第1シード層を形成する工程と、
前記第1処理ガスを供給する工程と、前記第3処理ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記第1シード層上に、ゲルマニウムを含む第3シード層を形成する工程と、
前記基板に対してゲルマニウムを含みハロゲン元素を含まない第4処理ガスを供給することで、前記第3シード層上に、ゲルマニウムを含む膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記第1シード層を形成する工程では、前記第1処理ガスを供給する工程と、前記第2処理ガスを供給する工程と、前記第3処理ガスを供給する工程と、をこの順に行うサイクルを所定回数行う請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1シード層を形成する工程では、前記第1処理ガスを供給する工程と、前記第3処理ガスを供給する工程と、前記第2処理ガスを供給する工程と、をこの順に行うサイクルを所定回数行う請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1シード層を形成する工程では、前記第1処理ガスを供給する工程と、前記第2処理ガスを供給する工程および前記第3処理ガスを供給する工程を同時に行う工程と、を交互に行うサイクルを所定回数行う請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1シード層を形成する工程を行う前に、
前記第1処理ガスを供給する工程と、前記第2処理ガスを供給する工程と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、シリコンを含む第2シード層を形成する工程を行う請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2シード層を形成する工程では、
前記第1処理ガスを供給する工程と、前記第2処理ガスを供給する工程と、を交互に行うサイクルを所定回数行う請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第3シード層を形成する工程では、
前記第1処理ガスを供給する工程と、前記第3処理ガスを供給する工程と、を交互に行うサイクルを所定回数行う請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第4処理ガスは前記第3処理ガスと分子構造が同一である請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板に対して、シリコンまたはゲルマニウムを含みハロゲン元素を含む第1処理ガス、シリコンを含みハロゲン元素を含まない第2処理ガス、ゲルマニウムを含みハロゲン元素を含まない第3処理ガス、および、ゲルマニウムを含みハロゲン元素を含まない第4処理ガスを供給する供給系と、
前記処理室内において、基板に対して前記第1処理ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第2処理ガスを供給する処理と、前記基板に対して前記第3処理ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、シリコンおよびゲルマニウムを含む第1シード層を形成する処理と、前記第1処理ガスを供給する処理と、前記第3処理ガスを供給する処理と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記第1シード層上に、ゲルマニウムを含む第3シード層を形成する処理と、前記基板に対して前記第4処理ガスを供給することで、前記第3シード層上に、ゲルマニウムを含む膜を形成する処理と、を行わせるように、前記供給系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の基板に対してシリコンまたはゲルマニウムを含みハロゲン元素を含む第1処理ガスを供給する手順と、前記処理室内の前記基板に対してシリコンを含みハロゲン元素を含まない第2処理ガスを供給する手順と、前記処理室内の前記基板に対してゲルマニウムを含みハロゲン元素を含まない第3処理ガスを供給する手順と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に、シリコンおよびゲルマニウムを含む第1シード層を形成する手順と、
前記第1処理ガスを供給する手順と、前記第3処理ガスを供給する手順と、を含むサイクルを所定回数行うことで、前記第1シード層上に、ゲルマニウムを含む第3シード層を形成する手順と、
前記処理室内の前記基板に対してゲルマニウムを含みハロゲン元素を含まない第4処理ガスを供給することで、前記第3シード層上に、ゲルマニウムを含む膜を形成する手順と、
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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