JP6853116B2 - 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
処理容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して配置する工程と、
前記処理容器内へ処理ガスを供給し前記複数枚の基板上に膜を形成する工程と、を有し、
前記膜を形成する工程は、
前記処理容器内へ処理ガスを供給する工程と、
前記処理容器内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行う工程と、を有し、
前記圧力制御開始のタイミングに対する前記処理ガス供給開始のタイミングを調整することで、前記複数枚の基板のうち上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを調整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5を参照しながら説明する。
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、複数枚の基板としてのウエハ200上にシリコン酸炭窒化膜(SiOCN膜)を形成するシーケンス例について、図4、図5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。
処理容器としての反応管203内に複数枚のウエハ200を垂直方向に配列して配置するウエハ搬入ステップと、
反応管203内へ処理ガスを供給し複数枚のウエハ200上にSiOCN膜を形成する成膜ステップと、を有し、
成膜ステップは、
反応管203内へ処理ガスを供給するステップと、
反応管203内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行うステップと、を有し、
圧力制御開始のタイミングに対する処理ガス供給開始のタイミングを調整することで、複数枚のウエハ200のうち上部に配置されたウエハ200上に形成されるSiOCN膜の厚さを調整する。
ウエハ200に対して処理ガスとしてHCDSガスを供給するステップ1と、ウエハ200に対して処理ガスとしてTEAガスを供給するステップ2と、ウエハ200に対して処理ガスとしてO2ガスを供給するステップ3と、を非同時に行うサイクルを所定回数(n回、nは1以上の整数)行う。
複数枚のウエハ200をボート217に装填(ウエハチャージ)する。その後、図1に示すように、複数枚のウエハ200を垂直方向に配列して支持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて反応管203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。
反応管203内、すなわち、ウエハ200が存在する空間が、真空ポンプ246によって減圧排気される(真空排気)。具体的には、APCバルブ244の開度を全開(フルオープン)とする。また、バルブ243c,243dを開き、ガス供給管232c,232d内へN2ガスを流す。N2ガスは、MFC241c,241dにより流量調整され、ノズル249a,249bを介して処理室201内へ供給され、排気管231より排気される。ガス供給管232c,232dから供給するN2ガスの流量は、それぞれ、例えば10〜10000sccmの範囲内の流量とする。反応管203内の圧力(実際の圧力)は、後述する処理圧力よりも低い圧力であって、例えば1〜40Paの範囲内の圧力(真空排気時圧力)となる。なお、このとき、APCバルブ244の開度を全開とするのではなく、反応管203内の圧力が、例えば1〜40Paの範囲内の圧力となるように、APCバルブ244の開度を調整して圧力制御するようにしてもよい。
その後、次のステップ1〜3を順次実施する。
このステップでは、反応管203内へHCDSガスを供給するステップ1Aと、反応管203内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行うステップ1Bと、を実施する。
HCDSガス供給流量:1〜2000sccm、好ましくは10〜1000sccm
HCDSガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理温度:250〜800℃、好ましくは400〜700℃
処理圧力(設定圧力):67〜2666Pa、好ましくは133〜1333Pa
が例示される。
ステップ1が終了した後、反応管203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TEAガスを供給するステップ2Aと、反応管203内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行うステップ2Bと、を実施する。
TEAガス供給流量:1〜2000sccm、好ましくは10〜1000sccm
TEAガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理圧力(設定圧力):67〜4000Pa、好ましくは67〜3000Pa
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2が終了した後、反応管203内のウエハ200、すなわち、ウエハ200上に形成された第2層に対してO2ガスを供給するステップ3Aと、反応管203内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行うステップ3Bと、を実施する。
O2ガス供給流量:100〜10000sccm
O2ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理圧力(設定圧力):67〜4000Pa、好ましくは67〜3000Pa
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1〜3を非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを1回以上(n回)行うことにより、ウエハ200上に、所望組成、所望膜厚のSiOCN膜を形成することができる。成膜ステップにおいては、ステップ1A〜3A、ステップ1B〜3Bのそれぞれが、間欠的に行われることになる。上述のサイクルは、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される第3層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第3層を積層することで形成されるSiOCN膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。
ウエハ200上に所望組成、所望膜厚のSiOCN膜が形成された後、ノズル249a,249bのそれぞれからN2ガスを反応管203内へ供給し、排気管231より排気する。これにより、反応管203内がパージされ、反応管203内に残留するガスや反応副生成物が反応管203内から除去される(アフターパージ)。その後、反応管203内の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、反応管203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を下降させ、反応管203の下端を開口させる。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(ボートアンロード)される。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より取出される(ウエハディスチャージ)。
上述の実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
本実施形態は、以下の変形例のように変更することができる。また、これらの変形例は任意に組み合わせることができる。
HCDSガス、TEAガス、O2ガスのうち少なくともいずれかの処理ガス供給開始のタイミングとして、圧力制御開始前(タイミング1)、圧力制御開始と同時(タイミング2)、圧力制御開始後(タイミング3−1,3−2)のうちいずれか1つを選択して、SiOCN膜を形成する成膜ステップを開始し、成膜ステップの途中で、処理ガス供給開始のタイミングを、タイミング1,2,3−1,3−2のうち選択した上述の1つとは異なる他の1つに変更して、成膜ステップを継続するようにしてもよい。
HCDSガス、TEAガス、O2ガスのうち少なくともいずれかの処理ガス供給開始のタイミングとして、圧力制御開始後(タイミング3−1)を選択して、SiOCN膜を形成する成膜ステップを開始し、成膜ステップの途中で、圧力制御開始から処理ガス供給開始までの時間を変更して、成膜ステップを継続するようにしてもよい。
真空排気ステップや、ステップ1〜3において反応管203内を真空排気する際には、ガス供給管232c,232dから反応管203内へのN2ガスの供給を不実施としてもよい。これらの場合、反応管203内の真空排気圧力は、例えば1〜5Paの範囲内の圧力となる。但し、ステップ1A,2A,3Aの開始タイミングとしてタイミング3−1,3−2を選択する場合には、ステップ1B,2B,3B開始後、ステップ1A,2A,3Aを開始するまでの間は、反応管203内へ処理ガスを供給することなく反応管203内の圧力を処理圧力へ高める必要があるため、少なくともその間は、ガス供給管232c,232dから反応管203内へのN2ガスの供給を実施する必要がある。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明した。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。
(HCDS→TEA)×n ⇒ SiCN
(TCDMDS→NH3)×n ⇒ SiCN
(TCDMDS→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
(HCDS→C3H6→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
(HCDS→C3H6→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBCN
(HCDS→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBN
(HCDS→O2+H2)×n ⇒ SiO
(3DMAS→O3)×n ⇒ SiO
(BDEAS→O2 *)×n ⇒ SiO
(TiCl4→NH3→O2)×n ⇒ TiON
(TiCl4→TMA→NH3)×n ⇒ TiAlCN
(TiCl4→TMA)×n ⇒ TiAlC
(TiCl4→TEA)×n ⇒ TiCN
(TiCl4→H2O)×n ⇒ TiO
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配置する工程と、
前記処理容器内へ処理ガスを供給し前記複数枚の基板上に膜を形成する工程と、を有し、
前記膜を形成する工程は、
前記処理容器内へ処理ガスを供給する工程と、
前記処理容器内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行う工程と、を有し、
前記圧力制御開始のタイミングに対する前記処理ガス供給開始のタイミングを調整することで、前記複数枚の基板のうち上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを調整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、
前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始前、前記圧力制御開始と同時、前記圧力制御開始後のうちいずれかを選択することで、前記上部に配置された前記基板上に形成される膜の厚さを調整する。
付記1または2に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理容器内の圧力が、前記処理圧力に到達する前に、前記処理ガスの供給を開始する。
付記3に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理容器内の圧力が、前記処理圧力未満の圧力から前記処理圧力に到達する前に、前記処理ガスの供給を開始する。
付記1または2に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理容器内の圧力が前記処理圧力に到達した後に、前記処理ガスの供給を開始する。
付記5に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理容器内の圧力が前記処理圧力未満の圧力から前記処理圧力に到達した後に、前記処理ガスの供給を開始する。
付記1〜4のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始前または前記圧力制御開始と同時を選択することで、前記圧力制御開始後を選択する場合よりも、前記上部に配置された前記基板上に形成される膜の厚さを厚くする。
付記1〜6のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始後を選択することで、前記圧力制御開始前または前記圧力制御開始と同時を選択する場合よりも、前記上部に配置された前記基板上に形成される膜の厚さを薄くする。
付記1〜6、8のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始後を選択し、前記圧力制御開始から前記処理ガス供給開始までの時間を調整することで、前記上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを微調整する。
付記1〜9のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記膜を形成する工程では、前記処理ガスを供給する工程および前記圧力制御を行う工程のそれぞれを間欠的に行う。
付記10に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始前、前記圧力制御開始と同時、前記圧力制御開始後のうちいずれか1つを選択して、前記膜を形成する工程を開始し、
前記膜を形成する工程の途中で、前記処理ガス供給開始のタイミングを、前記圧力制御開始前、前記圧力制御開始と同時、前記圧力制御開始後のうち前記1つとは異なる他の1つに変更して、前記膜を形成する工程を継続する。
付記10に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始後を選択して、前記膜を形成する工程を開始し、
前記膜を形成する工程の途中で、前記圧力制御開始から前記処理ガス供給開始までの時間を変更して、前記膜を形成する工程を継続する。
付記1〜12のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記処理容器の天井部はドーム形状である。より好ましくは、前記処理容器の前記天井部の内壁と前記複数枚の基板のうち上端部に配置された基板とで挟まれた部分の前記処理容器内の空間は、前記複数枚の基板のうち隣り合う基板同士で挟まれた部分の前記処理容器内の空間よりも大きい。
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容器と、
前記処理容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して配置するように前記複数枚の基板を支持する支持具と、
前記処理容器内の基板に対してガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器内の圧力を制御する圧力制御器と、
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配置した状態で、前記処理容器内へ処理ガスを供給し前記複数枚の基板上に膜を形成する処理を行わせ、前記膜を形成する処理において、前記処理容器内へ処理ガスを供給する処理と、前記処理容器内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行う処理と、を行わせ、その際、前記圧力制御開始のタイミングに対する前記処理ガス供給開始のタイミングを調整することで、前記複数枚の基板のうち上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを調整するように、前記ガス供給系および前記圧力制御器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容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して配置する手順と、
前記処理容器内へ処理ガスを供給し前記複数枚の基板上に膜を形成する手順と、
前記膜を形成する手順において、
前記処理容器内へ処理ガスを供給する手順と、
前記処理容器内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行う手順と、
前記圧力制御開始のタイミングに対する前記処理ガス供給開始のタイミングを調整することで、前記複数枚の基板のうち上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを調整する手順と、
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、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 反応管(処理容器)
Claims (14)
- 処理容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して配置する工程と、
前記処理容器内へ処理ガスを供給し、排気管より排気して、前記複数枚の基板上に膜を形成する工程と、を有し、
前記膜を形成する工程は、
前記排気管に設けられたバルブが開いた状態を維持しつつ行われ、
前記バルブを開いた状態で前記処理容器内を減圧排気する工程と、
前記バルブの開度を調整することで、前記処理容器内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行う工程と、
前記減圧排気開始後に前記処理容器内へ処理ガスを供給する工程と、
を有し、
前記膜を形成する工程では、
前記処理容器内を減圧排気する工程と、前記圧力制御を行う工程と、をこの順に連続して行い、
前記圧力制御開始のタイミングに対する前記処理ガス供給開始のタイミングを調整して、前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始前および前記圧力制御開始後のうちいずれかを選択することで、前記複数枚の基板のうち上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを調整する半導体装置の製造方法。 - 前記処理容器内の圧力が前記処理圧力未満の圧力から前記処理圧力に到達する前に、前記処理ガスの供給を開始する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理容器内の圧力が前記処理圧力未満の圧力から前記処理圧力に到達した後に、前記処理ガスの供給を開始する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始前を選択することで、前記圧力制御開始後を選択する場合よりも、前記上部に配置された前記基板上に形成される膜の厚さを厚くする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始後を選択することで、前記圧力制御開始前を選択する場合よりも、前記上部に配置された前記基板上に形成される膜の厚さを薄くする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始後を選択し、前記圧力制御開始から前記処理ガス供給開始までの時間を調整することで、前記上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを微調整する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記膜を形成する工程では、前記処理ガスを供給する工程および前記圧力制御を行う工程のそれぞれを間欠的に行う請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始前および前記圧力制御開始後のうちいずれか1つを選択して、前記膜を形成する工程を開始し、
前記膜を形成する工程の途中で、前記処理ガス供給開始のタイミングを、前記圧力制御開始前および前記圧力制御開始後のうち前記1つとは異なる他の1つに変更して、前記膜を形成する工程を継続する請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始後を選択して、前記膜を形成する工程を開始し、
前記膜を形成する工程の途中で、前記圧力制御開始から前記処理ガス供給開始までの時間を変更して、前記膜を形成する工程を継続する請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記処理容器の天井部はドーム形状である請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理容器の天井部の内壁と前記複数枚の基板のうち上端部に配置された基板とで挟まれた部分の前記処理容器内の空間は、前記複数枚の基板のうち隣り合う基板同士で挟まれた部分の前記処理容器内の空間よりも大きい請求項1〜10のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理容器内を減圧排気する工程では、前記バルブの開度を全開とする請求項1〜11のいずれか1項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容器と、
前記処理容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して配置するように前記複数枚の基板を支持する支持具と、
前記処理容器内の基板に対してガスを供給するガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気管と、
前記排気管に設けられたバルブの開度を調整することで、前記処理容器内の圧力を制御する圧力制御器と、
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配置した状態で、前記処理容器内へ処理ガスを供給し、前記排気管より排気して、前記複数枚の基板上に膜を形成する処理を行わせ、前記膜を形成する処理を前記バルブが開いた状態を維持しつつ行わせ、前記膜を形成する処理において、前記バルブを開いた状態で前記処理容器内を減圧排気する処理と、前記バルブの開度を調整することで、前記処理容器内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行う処理と、前記減圧排気開始後に前記処理容器内へ処理ガスを供給する処理と、を行わせ、その際、前記処理容器内を減圧排気する処理と、前記圧力制御を行う処理と、をこの順に連続して行わせ、前記圧力制御開始のタイミングに対する前記処理ガス供給開始のタイミングを調整して、前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始前および前記圧力制御開始後のうちいずれかを選択することで、前記複数枚の基板のうち上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを調整するように、前記ガス供給系および前記圧力制御器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容器内に複数枚の基板を垂直方向に配列して配置する手順と、
前記処理容器内へ処理ガスを供給し、排気管より排気して、前記複数枚の基板上に膜を形成する手順と、
前記膜を形成する手順を前記排気管に設けられたバルブが開いた状態を維持しつつ行う手順と、
前記膜を形成する手順において、
前記バルブを開いた状態で前記処理容器内を減圧排気する手順と、
前記バルブの開度を調整することで、前記処理容器内の圧力が処理圧力となるように圧力制御を行う手順と、
前記減圧排気開始後に前記処理容器内へ処理ガスを供給する手順と、
前記処理容器内を減圧排気する手順と、前記圧力制御を行う手順と、をこの順に連続して行う手順と、
前記圧力制御開始のタイミングに対する前記処理ガス供給開始のタイミングを調整して、前記処理ガス供給開始のタイミングとして、前記圧力制御開始前および前記圧力制御開始後のうちいずれかを選択することで、前記複数枚の基板のうち上部に配置された基板上に形成される膜の厚さを調整する手順と、
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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