JP7303226B2 - 基板処理方法、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

本開示は、半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラムに関する。
半導体装置の製造工程の一工程として、反応阻害ガスを用いて、基板の表面に設けられたトレンチ等の凹部内に膜を形成する工程が行われることがある(例えば特許文献1参照)。
特開2017-69407号公報
しかしながら、反応阻害ガスを用いる場合、部分的に成膜反応が阻害され、結果として、トータルでの成膜レートが低下し、また、反応阻害ガスに含まれる成分が、形成される膜中に取り込まれ、膜質が劣化することがある。
本開示の目的は、基板の表面に設けられた凹部内に、高品質な膜を、高い成膜レートで形成することが可能な技術を提供することにある。
本開示の一態様によれば、
(a)表面に凹部が設けられた基板に対して、原料の吸着を抑制する吸着抑制剤を供給し、前記凹部内の上部の吸着サイトに前記吸着抑制剤を吸着させて吸着抑制層を形成する工程と、
(b)前記基板に対して、前記原料を供給し、前記吸着抑制層が形成された前記凹部内に存在する吸着サイトに前記原料を吸着させて第1層を形成する工程と、
(c)前記基板に対して、前記吸着抑制層および前記第1層の両方と化学反応する第1反応体を供給し、前記吸着抑制層および前記第1層を第2層へ改質させる工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記凹部内に膜を形成する技術が提供される。
本開示によれば、基板の表面に設けられた凹部内に、高品質な膜を、高い成膜レートで形成することが可能となる。
図1は、本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉202部分を縦断面図で示す図である。 図2は、本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉202部分を図1のA-A線断面図で示す図である。 図3は、本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置のコントローラ121の概略構成図であり、コントローラ121の制御系をブロック図で示す図である。 図4(a)~図4(g)は、本開示の一態様における処理シーケンスの各ステップにおいて形成される物質の一例を示す断面部分拡大図である。図4(a)は、凹部200a内の上部の吸着サイトに吸着抑制剤が吸着して吸着抑制層300が形成された後のウエハ200の表面における断面部分拡大図である。図4(b)は、吸着抑制層300が形成された後の凹部200a内に存在する吸着サイトに原料が吸着して第1層400が形成された後のウエハ200の表面における断面部分拡大図である。図4(c)は、第1反応体により吸着抑制層300および第1層400が第2層500へと改質された後のウエハ200の表面における断面部分拡大図である。図4(d)は、図4(c)の状態から、表面に第2層500を有する凹部200a内の上部の吸着サイト(すなわち、第2層500の表面の吸着サイト)に吸着抑制剤が吸着して吸着抑制層300が再度形成された後のウエハ200の表面における断面部分拡大図である。図4(e)は、吸着抑制層300が再度形成された後の表面に第2層500を有する凹部200a内に存在する吸着サイト(すなわち、第2層500の表面の吸着サイト)に原料が吸着して第1層400が再度形成された後のウエハ200の表面における断面部分拡大図である。図4(f)は、第2層500の表面に形成された吸着抑制層300および第1層400が第1反応体により第2層500へと改質された後のウエハ200の表面における断面部分拡大図である。図4(g)は、図4(f)の状態から、ステップA~ステップCを非同時に行うサイクルを所定回数行い、凹部200a内に更に第2層500を積層した後であって、凹部200a内の全体が膜600で埋め込まれた後のウエハ200の表面における断面部分拡大図である。 図5(a)~図5(i)は、本開示の変形例1における処理シーケンスの各ステップにおいて形成される物質の一例を示す断面部分拡大図である。図5(a)~図5(c)は、それぞれ、図4(a)~図4(c)と同様の断面部分拡大図である。図5(d)は、第2反応体により第2層500が第3層700へと改質された後のウエハ200の表面における断面部分拡大図である。図5(e)は、図5(d)の状態から、表面に第3層700を有する凹部200a内の上部の吸着サイト(すなわち、第3層700の表面の吸着サイト)に吸着抑制剤が吸着して吸着抑制層300が再度形成された後のウエハ200の表面における断面部分拡大図である。図5(f)は、吸着抑制層300が再度形成された後の表面に第3層700を有する凹部200a内に存在する吸着サイト(すなわち、第3層700の表面の吸着サイト)に原料が吸着して第1層400が再度形成された後のウエハ200の表面における断面部分拡大図である。図5(g)は、第3層700の表面に形成された吸着抑制層300および第1層400が第1反応体により第2層500へと改質された後のウエハ200の表面における断面部分拡大図である。図5(h)は、第3層700の表面に形成された第2層500が第2反応体により第3層700へと改質された後のウエハ200の表面における断面部分拡大図である。図5(i)は、図5(h)の状態から、ステップA~ステップDを非同時に行うサイクルを所定回数行い、凹部200a内に更に第3層700を積層した後であって、凹部200a内の全体が膜800で埋め込まれた後のウエハ200の表面における断面部分拡大図である。 図6は、実施例1および比較例1の評価サンプルのそれぞれの断面SEM画像とそれぞれの評価サンプルにおけるステップカバレッジの算出結果を示す図である。
近年、半導体装置(デバイス)の構造の三次元化やパターン微細化などにより、基板上に膜を形成する工程において、膜の形状の制御が困難となりつつある。
成膜手法として一般的に知られているCVD(Chemical Vapor Deposition)法は、三次元的な基板面に対して成膜速度が等方的ではない。三次元的な基板面、すなわち、平面ではない基板面、例えば、トレンチ形状のパターン、ホール形状のパターン、あるいはそれらの両者が形成された基板面に成膜を行う場合、既存のCVD法ではトレンチやホール等の凹部内部の膜厚制御が困難となることがある。特に凹部内において、底部の膜厚が上部の膜厚に比べて薄くなってしまい膜厚差が生じてしまう(段差被覆性(ステップカバレッジ)が低下してしまう)ことがある。これはCVD法においては気相反応した分子を凹部内の各所に均一に供給することが困難なためである。また、凹部内の底部と上部の膜厚差は、凹部におけるアスペクト比が大きいパターンほど大きくなる(段差被覆性が悪化する)ことが知られている。さらに、凹部内にて、上部の膜形成が底部よりも速い速度で進み、凹部の開口部が閉塞してしまった場合、閉塞した以後は凹部内部への気相反応した分子もしくは原料ガスの供給が妨げられシームやボイドが発生することもある。
これら課題を有するCVD法とは別に、三次元的な基板面に対して等方的な成膜速度が得られるALD(Atomic Layer Deposition)法もあるが、逆テーパー形状のトレンチやホール等の凹部を含む基板面への成膜に対しては、依然として、上述した、凹部の開口部が閉塞するといった課題が生じることがある。結果として、ALD法を用いて成膜を行う場合であっても、凹部内に形成された膜の中央部に、凹部の深さ方向(例えば垂直方向)に延びるシームやボイドが発生することがある。
凹部内に形成された膜にシームやボイドが発生した場合、成膜後のウェットエッチング工程等において、薬液が、膜に発生したシームやボイドを通り、凹部の内部へ浸透してしまい、下地に悪影響を与えてしまうことがある。
上述した課題に対し、トレンチ上部に反応阻害ガスを供給し、トレンチ上部のみ成膜レートを低下させつつ成膜する方法がある。しかしながら、反応阻害ガスを用いる場合、部分的に成膜反応が阻害され、結果としてトータルでの成膜レートが低下し、また、反応阻害ガスに含まれる成分が、形成される膜中に取り込まれ、膜質が劣化することがある。
これに対し、(a)表面に凹部が設けられた基板に対して、原料の吸着を抑制する吸着抑制剤を供給し、凹部内の上部の吸着サイトに吸着させて吸着抑制層を形成する工程と、(b)基板に対して、原料を供給し、吸着抑制層が形成された凹部内に存在する吸着サイトに吸着させて第1層を形成する工程と、(c)基板に対して、吸着抑制層および第1層の両方と化学反応する第1反応体を供給し、吸着抑制層および第1層を第2層へ改質させる工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、凹部内に、シームレスかつボイドフリーの高品質な膜を、高い成膜レートで形成することが可能となることを本件開示者等は見出した。本開示は、本件開示者等が見出した上記知見に基づくものである。
<本開示の一態様>
以下、本開示の一態様について、主に、図1~図3、図4(a)~図4(g)を参照しつつ説明する。
なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。
(1)基板処理装置の構成
図1に示すように、処理炉202は温度調整器(加熱部)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。
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(SiO)または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料により構成され、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、例えばステンレス鋼(SUS)等の金属材料により構成され、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。反応管203はヒータ207と同様に垂直に据え付けられている。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が形成される。処理室201は、基板としてのウエハ200を収容可能に構成されている。この処理室201内でウエハ200に対する処理が行われる。
処理室201内には、第1~第3供給部としてのノズル249a~249cが、マニホールド209の側壁を貫通するようにそれぞれ設けられている。ノズル249a~249cを、それぞれ第1~第3ノズルとも称する。ノズル249a~249cは、例えば石英またはSiC等の耐熱性材料により構成されている。ノズル249a~249cには、ガス供給管232a~232cがそれぞれ接続されている。ノズル249a~249cはそれぞれ異なるノズルであり、ノズル249a,249cのそれぞれは、ノズル249bに隣接して設けられている。
ガス供給管232a~232cには、ガス流の上流側から順に、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)241a~241cおよび開閉弁であるバルブ243a~243cがそれぞれ設けられている。ガス供給管232aのバルブ243aよりも下流側には、ガス供給管232d,232eがそれぞれ接続されている。ガス供給管232b,232cのバルブ243b,243cよりも下流側には、ガス供給管232f,232gがそれぞれ接続されている。ガス供給管232d~232gには、ガス流の上流側から順に、MFC241d~241gおよびバルブ243d~243gがそれぞれ設けられている。ガス供給管232a~232gは、例えば、SUS等の金属材料により構成されている。
図2に示すように、ノズル249a~249cは、反応管203の内壁とウエハ200との間における平面視において円環状の空間に、反応管203の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ200の配列方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル249a~249cは、ウエハ200が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにそれぞれ設けられている。平面視において、ノズル249bは、処理室201内に搬入されるウエハ200の中心を挟んで後述する排気口231aと一直線上に対向するように配置されている。ノズル249a,249cは、ノズル249bと排気口231aの中心とを通る直線Lを、反応管203の内壁(ウエハ200の外周部)に沿って両側から挟み込むように配置されている。直線Lは、ノズル249bとウエハ200の中心とを通る直線でもある。すなわち、ノズル249cは、直線Lを挟んでノズル249aと反対側に設けられているということもできる。ノズル249a,249cは、直線Lを対称軸として線対称に配置されている。ノズル249a~249cの側面には、ガスを供給するガス供給孔250a~250cがそれぞれ設けられている。ガス供給孔250a~250cは、それぞれが、平面視において排気口231aと対向(対面)するように開口しており、ウエハ200に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔250a~250cは、反応管203の下部から上部にわたって複数設けられている。
ガス供給管232aからは、吸着抑制剤が、MFC241a、バルブ243a、ノズル249aを介して処理室201内へ供給される。
ガス供給管232bからは、第1反応体が、MFC241b、バルブ243b、ノズル249bを介して処理室201内へ供給される。
ガス供給管232cからは、第2反応体が、MFC241c、バルブ243c、ノズル249cを介して処理室201内へ供給される。
ガス供給管232dからは、原料が、MFC241d、バルブ243d、ガス供給管232a、ノズル249aを介して処理室201内へ供給される。
ガス供給管232e~232gからは、不活性ガスが、それぞれMFC241e~241g、バルブ243e~243g、ガス供給管232a~232c、ノズル249a~249cを介して処理室201内へ供給される。不活性ガスは、パージガス、キャリアガス、希釈ガス等として作用する。
主に、ガス供給管232a、MFC241a、バルブ243aにより、吸着抑制剤供給系が構成される。主に、ガス供給管232b、MFC241b、バルブ243bにより、第1反応体供給系が構成される。主に、ガス供給管232c、MFC241c、バルブ243cにより、第2反応体供給系が構成される。主に、ガス供給管232d、MFC241d、バルブ243dにより、原料供給系が構成される。主に、ガス供給管232e~232g、MFC241e~241g、バルブ243e~243gにより、不活性ガス供給系が構成される。
上述の各種供給系のうち、いずれか、或いは、全ての供給系は、バルブ243a~243gやMFC241a~241g等が集積されてなる集積型供給システム248として構成されていてもよい。集積型供給システム248は、ガス供給管232a~232gのそれぞれに対して接続され、ガス供給管232a~232g内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ243a~243gの開閉動作やMFC241a~241gによる流量調整動作等が、後述するコントローラ121によって制御されるように構成されている。集積型供給システム248は、一体型、或いは、分割型の集積ユニットとして構成されており、ガス供給管232a~232g等に対して集積ユニット単位で着脱を行うことができ、集積型供給システム248のメンテナンス、交換、増設等を、集積ユニット単位で行うことが可能なように構成されている。
反応管203の側壁下方には、処理室201内の雰囲気を排気する排気口231aが設けられている。図2に示すように、排気口231aは、平面視において、ウエハ200を挟んでノズル249a~249c(ガス供給孔250a~250c)と対向(対面)する位置に設けられている。排気口231aは、反応管203の側壁の下部より上部に沿って、すなわち、ウエハ配列領域に沿って設けられていてもよい。排気口231aには排気管231が接続されている。排気管231は、例えばSUS等の金属材料により構成されている。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。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。
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、例えばSUS等の金属材料により構成され、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の下方には、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、例えばSUS等の金属材料により構成され、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、ウエハ200を処理室201内外に搬入および搬出(搬送)する搬送装置(搬送機構)として構成されている。マニホールド209の下方には、シールキャップ219を降下させボート217を処理室201内から搬出した状態で、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ャッタ219sが設けられている。シャッタ219sは、例えばSUS等の金属材料により構成され、円盤状に形成されている。シャッタ219s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220cが設けられている。シャッタ219sの開閉動作(昇降動作や回動動作等)は、シャッタ開閉機構115sにより制御される。
基板支持具としてのボート217は、複数枚、例えば25~200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垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート217は、例えば石英やSiC等の耐熱性材料により構成される。ボート217の下部には、例えば石英やSiC等の耐熱性材料により構成される断熱板218が多段に支持されている。
反応管203内には、温度検出器としての温度センサ263が設置されている。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、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。
記憶装置121cは、例えばフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等で構成されている。記憶装置121c内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板処理における各手順をコントローラ121によって基板処理装置に実行させ、所定の結果を得ることができるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、プロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。RAM121bは、CPU121aによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域(ワークエリア)として構成されている。
I/Oポート121dは、上述のMFC241a~241g、バルブ243a~243g、圧力センサ245、APCバルブ244、真空ポンプ246、温度センサ263、ヒータ207、回転機構267、ボートエレベータ115、シャッタ開閉機構115s等に接続されている。
CPU121aは、記憶装置121cから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置122からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置121cからレシピを読み出すことが可能なように構成されている。CPU121aは、読み出したレシピの内容に沿うように、MFC241a~241gによる各種ガスの流量調整動作、バルブ243a~243gの開閉動作、APCバルブ244の開閉動作および圧力センサ245に基づくAPCバルブ244による圧力調整動作、真空ポンプ246の起動および停止、温度センサ263に基づくヒータ207の温度調整動作、回転機構267によるボート217の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ115によるボート217の昇降動作、シャッタ開閉機構115sによるシャッタ219sの開閉動作等を制御することが可能なように構成されている。
コントローラ121は、外部記憶装置123に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。外部記憶装置123は、例えば、HDD等の磁気ディスク、CD等の光ディスク、MO等の光磁気ディスク、USBメモリ、SSD等の半導体メモリ等を含む。記憶装置121cや外部記憶装置123は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置121c単体のみを含む場合、外部記憶装置123単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置123を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
(2)基板処理工程
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、ウエハ200の表面に設けられた凹部200a内に膜を形成するための処理シーケンスの例について、主に、図4(a)~図4(g)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。
図4(a)~図4(g)に示すように、本態様における処理シーケンスでは、
(a)表面に凹部200aが設けられたウエハ200に対して、原料の吸着を抑制する吸着抑制剤を供給し、凹部200a内の上部の吸着サイトに吸着抑制剤を吸着させて吸着抑制層300を形成するステップAと、
(b)ウエハ200に対して、原料を供給し、吸着抑制層300が形成された凹部200a内に存在する吸着サイトに原料を吸着させて第1層400を形成するステップBと、
(c)ウエハ200に対して、吸着抑制層300および第1層400の両方と化学反応する第1反応体を供給し、吸着抑制層300および第1層400を第2層500へ改質させるステップCと、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、凹部200a内に膜600を形成する。なお、図4(a)~図4(g)では、凹部200a内を埋め込むように膜600を形成する例を示している。
本明細書では、上述の本態様における処理シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の他の態様や変形例等の説明においても、同様の表記を用いる。
(吸着抑制剤→原料→第1反応体)×n
本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものを意味する場合や、ウエハとその表面に形成された所定の層や膜との積層体を意味する場合がある。本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものの表面を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面上に所定の層を直接形成することを意味する場合や、ウエハ上に形成されている層等の上に所定の層を形成することを意味する場合がある。本明細書において「基板」や基板の一部である「凹部」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。
本明細書において「凹部内の上部」とは、凹部の縁を含み、凹部の深さに対して上半分を意味する。一方で、「凹部内の下部」とは、「凹部内の上部」よりも下の部分を意味し、凹部の底面を含む。
(ウエハチャージおよびボートロード)
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、シャッタ開閉機構115sによりシャッタ219sが移動させられて、マニホールド209の下端開口が開放される(シャッタオープン)。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。
なお、ボート217に充填されるウエハ200の表面には、図4(a)に示すように、凹部200aが設けられている。ウエハ200の凹部200a内の表面(凹部200aの内壁の表面)およびウエハ200の凹部200a以外の部分である上面200bは、全域(全面)にわたり吸着サイトであるNH基を有している。すなわち、ウエハ200における凹部200a内の表面およびウエハ200の上面200bは、全域(全面)にわたりNH基で終端された表面を有している。なお、吸着サイトとしてのNH基を、NH終端ともいう。
(圧力調整および温度調整)
その後、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。また、処理室201内のウエハ200が所望の処理温度となるように、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。また、回転機構267によるウエハ200の回転を開始する。処理室201内の排気、ウエハ200の加熱および回転は、いずれも、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。
(ステップA)
その後、ステップAを行う。ステップAでは、図4(a)に示すように、処理室201内のウエハ200、すなわち、表面に凹部200aが設けられたウエハ200に対して、原料の吸着を抑制する吸着抑制剤を供給し、凹部200a内の上部の吸着サイトに吸着抑制剤を吸着させて吸着抑制層300を形成する。
具体的には、バルブ243aを開き、ガス供給管232a内へ吸着抑制剤を流す。吸着抑制剤は、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、排気口231aより排気される。このとき、ウエハ200に対して吸着抑制剤が供給される。このとき、バルブ243e~243gを開き、ノズル249a~249cのそれぞれを介して処理室201内へ不活性ガスを供給するようにしてもよい。
ステップAにおいて吸着抑制剤を供給する際における処理条件としては、
処理温度:400~800℃、好ましくは500~800℃、より好ましくは500~750℃、さらに好ましくは600~750℃
処理圧力:1~2666Pa、好ましくは10~266Pa
吸着抑制剤供給流量:0.1~1.5slm、好ましくは0.2~0.8slm
吸着抑制剤供給時間:5~60秒、好ましくは5~55秒、より好ましくは10~50秒、さらに好ましくは15~45秒、さらに好ましくは20~40秒
不活性ガス供給流量(ガス供給管毎):0~10slm、好ましくは1~3slm
が例示される。
ここで、本明細書における「400~800℃」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「400~800℃」とは「400℃以上800℃以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。なお、処理温度とはウエハ200の温度のことを意味し、処理圧力とは処理室201内の圧力のことを意味する。なお、供給流量として0sccmとの記載がある場合には、その物質を供給しないケースを意味する。これらは、以下の説明においても同様である。
なお、ステップAにおける処理温度は、吸着抑制剤の熱分解温度よりも低い温度とすることが好ましく、さらには、吸着抑制剤の熱分解温度よりも低く、かつ、原料の熱分解温度よりも高い温度とすることがより好ましい。上述の処理温度範囲(数値範囲)内であれば、処理温度を、吸着抑制剤の熱分解温度よりも低い温度とすることが可能となり、さらには、吸着抑制剤の熱分解温度よりも低く、かつ、原料の熱分解温度よりも高い温度とすることも可能となる。このように処理温度を設定することにより、ステップAにおける吸着抑制剤の分解率(具体的には、熱分解率)を、ステップBにおける原料の分解率(具体的には、熱分解率)よりも低くすることができる。また、ステップAにおける気相反応に対する表面反応の割合を、ステップBにおける気相反応に対する表面反応の割合よりも高くすることができる。
上述の処理条件下でウエハ200に対して吸着抑制剤を供給することにより、凹部200a内の上部の吸着サイト(NH終端)に、選択的に(優先的に)、吸着抑制剤を吸着させることができる。これにより、凹部200a内の上部に、選択的に(優先的に)、吸着抑制層300を形成することができる。
ここで、凹部200a内の上部に、選択的に吸着抑制剤を吸着させるとは、凹部200a内の上部への吸着抑制剤の吸着量を、凹部200a内の上部以外の部分への吸着抑制剤の吸着量よりも多くすることを意味し、凹部200a内の上部以外の部分への吸着抑制剤の吸着量がゼロとなるケースを含む。また、凹部200a内の上部に、選択的に吸着抑制層300を形成するとは、凹部200a内の上部に形成される吸着抑制層300の厚さを、凹部200a内の上部以外の部分に形成される吸着抑制層300の厚さよりも厚くすることを意味し、凹部200a内の上部以外の部分に形成される吸着抑制層300の厚さがゼロとなるケースを含む。
上述の処理条件の中でも、特に、吸着抑制剤供給時間を調整することにより、凹部200a内の上部に、選択的に且つ高い均一性をもって吸着抑制剤を吸着させることが可能となる。すなわち、吸着抑制剤供給時間を上述の数値範囲内の所定の時間とすることで、凹部200a内の上部に選択的に吸着抑制剤を吸着させることが可能となる。また、吸着抑制剤供給時間を上述の数値範囲内の所定の時間とすることで、凹部200a内の上部に高い均一性をもって吸着抑制剤を吸着させることが可能となる。なお、吸着抑制剤供給時間を、ステップBにおける原料供給時間以下とすることで、上述の調整を行うことが容易となる。また、吸着抑制剤供給時間を、ステップBにおける原料供給時間未満とすることで、上述の調整を行うことがより容易となる。ここでいう、「均一性」とは、凹部200a内の上部への吸着抑制剤の吸着量の、WiW(Within Wafer)均一性、および、WtW(Wafer to Wafer)均一性の両方を含む。なお、WiW均一性とは、ウエハ面内における均一性のことであり、WtW均一性とは、ウエハ間における均一性のことである。また、凹部200a内の上部への吸着抑制剤の吸着量の、WiW均一性、および、WtW均一性は、それぞれ、凹部200a内の上部に形成される吸着抑制層300の厚さの、WiW均一性、および、WtW均一性と同義である。
なお、吸着抑制剤供給時間を上述の数値範囲の上限値である60秒よりも長くすると(60秒超とすると)、凹部200a内の下部への吸着抑制剤の到達量が多くなり、凹部200a内の下部への吸着抑制剤の吸着量が多くなることがある。その結果、凹部200a内の上部に選択的に吸着抑制剤を吸着させることが難しくなることがある。吸着抑制剤供給時間を60秒以下とすることで、凹部200a内の下部への吸着抑制剤の到達量が多くなることを抑制することができ、凹部200a内の下部への吸着抑制剤の吸着量が多くなることを抑制することができる。すなわち、凹部200a内の下部への吸着抑制剤の到達量が少ない状態を維持することができ、凹部200a内の下部への吸着抑制剤の吸着量が少ない状態を維持することができる。結果として、凹部200a内の上部に選択的に吸着抑制剤を吸着させることが可能となる。すなわち、凹部200a内の上部に選択的に吸着抑制層300を形成することが可能となる。吸着抑制剤供給時間を55秒以下とすることで、この作用を高めることが可能となる。吸着抑制剤供給時間を50秒以下とすることで、この作用を、より高めることが可能となる。吸着抑制剤供給時間を45秒以下とすることで、この作用を、よりいっそう高めることが可能となる。吸着抑制剤供給時間を40秒以下とすることで、この作用を、さらに高めることが可能となる。
また、吸着抑制剤供給時間を上述の数値範囲の下限値である5秒よりも短くすると(5秒未満とすると)、吸着抑制剤の供給量が不足することがある。吸着抑制剤の供給量が不足すると、吸着抑制剤がウエハ200の面内の全体に届かなくなることがあり、凹部200a内の上部への吸着抑制剤の吸着量のWiW均一性が低下することがある。また、吸着抑制剤の供給量が不足すると、吸着抑制剤が複数枚のウエハ200の全体に届かなくなることがあり、凹部200a内の上部への吸着抑制剤の吸着量のWtW均一性が低下することがある。吸着抑制剤供給時間を5秒以上とすることで、吸着抑制剤のウエハ200の面内や複数枚のウエハ200への供給量が不足することを抑制することができる。これにより、吸着抑制剤がウエハ200の面内の全体に届くようにすることができ、凹部200a内の上部への吸着抑制剤の吸着量のWiW均一性の低下を抑制することが可能となる。また、吸着抑制剤が複数枚のウエハ200の全体に届くようにすることができ、凹部200a内の上部への吸着抑制剤の吸着量のWtW均一性の低下を抑制することが可能となる。すなわち、凹部200a内の上部への吸着抑制剤の吸着量のWiW均一性およびWtW均一性の両方を良好な状態に保つことが可能となる。吸着抑制剤供給時間を10秒以上とすることで、この作用を高めることが可能となる。吸着抑制剤供給時間を15秒以上とすることで、この作用を、より高めることが可能となる。吸着抑制剤供給時間を20秒以上とすることで、この作用を、よりいっそう高めることが可能となる。
続いて、凹部200a内の吸着サイトへの吸着抑制剤の吸着形態について説明する。上述の処理条件下では、吸着抑制剤から置換基が例えば1つ解離した母核である「吸着抑制剤の残基」をウエハ200の表面の吸着サイト(NH終端)に化学吸着させることができる。また、上述の処理条件下では、母核である「吸着抑制剤の残基」は、吸着サイトに化学吸着する際に、その構造が保持される。すなわち、「吸着抑制剤の残基」のうち、置換基が解離した部分以外の部分の構造がそのまま維持される。このようにして、ウエハ200の表面に設けられた凹部200a内の吸着サイトに、吸着抑制剤が吸着する。なお、吸着抑制剤から解離した置換基は、置換基同士が結合する、または、置換基と吸着サイトから解離した基とが結合する、ことでガス状物質となる。上述の処理条件下では、これらの反応が、凹部200a内の上部において選択的に生じることとなる。
以上のようにして、ステップAでは、図4(a)に示すように、ウエハ200の表面に設けられた凹部200a内の上部に、選択的に吸着抑制層300を形成することができる。なお、ウエハ200は、上述したように、凹部200a以外の部分(すなわち、上面200b)にも吸着サイト(NH終端)を有することから、ステップAでは、ウエハの凹部200a以外の部分(すなわち、上面200b)にも吸着抑制剤の残基が化学吸着する。その結果、図4(a)に示すように、ウエハ200の上面200bにも吸着抑制層300が形成されることとなる。
上述のようにして、ステップAでは、ウエハ200の表面に設けられた凹部200a内の上部、および、ウエハ200の凹部200a以外の部分(すなわち、上面200b)に、選択的に吸着抑制層300が形成される。吸着抑制剤およびその残基は、原料の吸着を抑制する機能を有することから、吸着抑制剤の残基が化学吸着してなる吸着抑制層300も、原料の吸着を抑制する機能を有することとなる。また、ウエハ200の表面の吸着サイトに化学吸着した吸着抑制剤の残基は、他の吸着抑制剤の残基の吸着をも抑制することから、ウエハ200の表面に設けられた凹部200a内の上部、および、ウエハ200の上面200bには、ほぼ均一な厚さの吸着抑制層300が形成されることとなる。
ウエハ200の凹部200a内の上部に吸着抑制層300が形成された後、バルブ243aを閉じ、処理室201内への吸着抑制剤の供給を停止する。そして、処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する吸着抑制剤やガス状物質等を処理室201内から排除する。このとき、バルブ243e~243gを開き、ノズル249a~249cを介して処理室201内へ不活性ガスを供給する。ノズル249a~249cより供給される不活性ガスは、パージガスとして作用し、これにより、処理室201内がパージされる(パージ)。
ステップAにおいてパージを行う際における処理条件としては、
処理温度:400~800℃、好ましくは500~800℃、より好ましくは500~750℃、さらにより好ましくは600~750℃
処理圧力:1~500Pa、好ましくは20~100Pa
不活性ガス供給流量(ガス供給管毎):0~10slm、好ましくは1~5slm
不活性ガス供給時間:5~60秒、好ましくは20~40秒
が例示される。
なお、上述のように、上述の処理条件下であれば、ステップAにて、吸着抑制剤の残基が凹部200a内の上部の表面の吸着サイトやウエハ200の上面200bの吸着サイトに化学吸着する際に、その構造がそのまま保持される。よって、吸着サイトに化学吸着した後の吸着抑制剤の残基は、基本的には未結合手を含まないこととなる。しかしながら、何らかの要因により、吸着サイトに化学吸着した後の吸着抑制剤の残基のごく一部が、未結合手を含むこともある。この場合、そのごく一部の吸着抑制剤の残基が有する未結合手が新たな吸着サイトとなり、その新たな吸着サイトに、ステップBにて供給される原料が吸着することもある。つまり、凹部200a内の上部の表面の吸着サイトに化学吸着した吸着抑制剤の残基の構造によっては、吸着抑制剤の残基に原料が吸着することがある。すなわち、本明細書における「吸着抑制剤」は、凹部200a内の上部の表面等が有する吸着サイト(NH終端)に、直接、原料が吸着することを抑制する機能を有すればよく、吸着抑制剤や吸着抑制剤の残基に、原料が吸着することを許容するものである。よって、吸着抑制剤の残基により構成される吸着抑制層300も、多少の原料が吸着することを許容するものである。
また、ステップAにて、ウエハ200の凹部200a内の上部の一部に、吸着抑制剤の残基が吸着していない領域が形成されることもある。具体的には、ステップAにおいて、ウエハ200の凹部200a内の上部に存在する吸着サイト(NH終端)の全てに、原料の吸着を抑制する部位である吸着抑制剤の残基が吸着しないこともある。この場合、ステップAを行った後に、ウエハ200の凹部200a内の上部に吸着サイトが残っている場合は、その吸着サイトに、ステップBにて供給される原料が吸着することがある。すなわち、ステップBを行った後において、ウエハ200の凹部200a内の上部には、ステップAにて形成される「吸着抑制層300」とステップBにて形成される「第1層400」とが混在することもある。
更に、上述のように、ステップAでは、ウエハ200の表面に設けられた凹部200a内の下部(底部も含む)に、吸着抑制剤が僅かに吸着することもある。但し、上述の処理条件下であれば、凹部200a内の上部に比べ、凹部200a内の下部(底部も含む)への吸着抑制剤の吸着量は僅かとなり、凹部200a内の上部への吸着抑制剤の吸着量の方が圧倒的に多くなる。つまり、凹部200a内の下部(底部も含む)に形成された吸着抑制層300の密度(すなわち、表面の被覆率)は、凹部200a内の上部に形成された吸着抑制層300の密度(すなわち、表面の被覆率)よりも、遥かに疎になる。このことから、上述のように、本明細書において、「凹部200a内の上部に(選択的に)吸着抑制層300を形成する」とは、凹部200a内の下部(底部も含む)に吸着抑制層300が全く形成されず、凹部200a内の上部のみに吸着抑制層300が形成される場合だけではなく、凹部200a内の下部(底部も含む)のごく僅かな領域に低密度の吸着抑制層300が形成されるものの、凹部200a内の上部にはそれよりも遥かに広い領域に高密度の吸着抑制層300が形成される場合をも含むものとする。
-吸着抑制剤-
吸着抑制剤としては、原料の吸着を抑制する部位を含む化合物を用いることができる。吸着抑制剤は、後述する成膜レートを高める観点から、凹部200a内に形成する膜を構成する主元素を含むことが好ましい。主元素としては、例えば、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)等の半導体元素や、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)等の金属元素を例示することができる。また、吸着抑制剤は、吸着サイト(NH終端)への吸着性の観点、および、ステップBでの原料の吸着を抑制する観点から、ハロゲン元素を含むことが好ましい。中でも、吸着抑制剤は、塩素(Cl)、フッ素(F)、臭素(Br)、および、ヨウ素(I)のうち少なくともいずれかを含むことが好ましく、中でも、Clを含むことがより好ましい。なお、吸着抑制剤の熱分解温度は、原料の熱分解温度よりも高いことが好ましい。
吸着抑制剤としては、例えば、ハロシランを用いることができる。中でも、吸着抑制剤としては、クロロシランを用いることが好ましい。ここで、ハロシランとは、ハロゲン元素を置換基として有するシランを意味し、クロロシランとは、Clを置換基として有するシランを意味する。ハロシランに含まれるハロゲン元素としては、例えば、Cl、F、Br、Iが挙げられる。吸着抑制剤としては、特に、1分子中に含まれるSiの数が、1つであるハロシランを用いることが好ましく、中でも、1分子中に含まれるSiの数が、1つであるクロロシランを用いることが好ましい。
吸着抑制剤としては、例えば、式[a1]:SiXR(3つのXは、それぞれ独立に、Cl、F、Br、またはIを表し、Rは、Cl、F、Br、I、アルキル基、またはアミノ基を表す。)で表される化合物を用いることができる。中でも、吸着抑制剤としては、式[a2]:SiClR(Rは、Cl、F、Br、I、アルキル基、またはアミノ基を表す。)で表される化合物を用いることが好ましい。ここで、Rで表されるアルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基が好ましく、炭素数1~4のアルキル基が特に好ましい。Rで表されるアルキル基は、直鎖状であってもよいし、分岐状であってもよい。Rで表されるアルキル基として具体的には、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基等が挙げられる。また、Rで表されるアミノ基は、アミノ基(-NH)であってもよいし、置換アミノ基であってもよい。置換アミノ基が有する置換基としては、アルキル基が好ましく、炭素数1~5のアルキル基がより好ましく、炭素数1~4のアルキル基が特に好ましい。置換アミノ基が有するアルキル基は、上記Rで表されるアルキル基と同様のものが好ましく、具体例も同様である。置換アミノ基が有する置換基の数は、1又は2であるが、2であることが好ましい。置換アミノ基が有する置換基の数が2である場合、2つの置換基は、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。
吸着抑制剤としては、例えば、テトラクロロシラン(SiCl、略称:STC)ガス、トリクロロシラン(HSiCl、略称:TCS)ガス、トリクロロメチルシラン(CHSiCl)ガス、トリクロロエチルシラン(CSiCl)ガス、トリクロロ(ジメチルアミノ)シラン((CHNSiCl)ガス、トリクロロ(ジエチルアミノ)シラン((CHNSiCl)ガス等を用いることができる。吸着抑制剤としては、これらのうち1以上を用いることができる。これらのように、吸着抑制剤がSiを含む場合、吸着抑制剤はSiソースとしても作用する。
上述のように、ステップAにて形成される吸着抑制層300は、吸着抑制剤から置換基が解離した残基(すなわち、上述した母核)により構成される。例えば、上記にて例示の吸着抑制剤を用いる場合、ステップAにて形成される吸着抑制層300は、吸着抑制剤の残基として、主元素の原子に3つのハロゲンが結合してなる部分構造を含むことが好ましく、中でも、主元素の原子に3つのClが結合してなる部分構造を含むことが好ましい。ここで、主元素が、例えばSiである場合、ステップAにて形成される吸着抑制層300は、例えば、SiClで表される部分構造を有することが好ましい。
-不活性ガス-
不活性ガスとしては、例えば、窒素(N)ガスの他、アルゴン(Ar)ガス、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、キセノン(Xe)ガス等の希ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、これらのうち1以上を用いることができる。この点は、後述する不活性ガスを用いる各ステップにおいても同様である。不活性ガスは、パージガス、キャリアガス、希釈ガス等として作用する。
(ステップB)
ステップAが終了した後、ステップBを行う。ステップBでは、図4(b)に示すように、ウエハ200に対して、原料を供給し、吸着抑制層300が形成された凹部200a内に存在する吸着サイトに原料を吸着させて第1層400を形成する。
具体的には、バルブ243dを開き、ガス供給管232d内へ原料を流す。原料は、MFC241d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、排気口231aより排気される。このとき、ウエハ200に対して原料が供給される。このとき、バルブ243e~243gを開き、ノズル249a~249cのそれぞれを介して処理室201内へ不活性ガスを供給するようにしてもよい。
ステップBにおいて原料を供給する際における処理条件としては、
処理温度:400~800℃、好ましくは500~800℃、より好ましくは500~750℃、さらに好ましくは600~750℃
処理圧力:1~2666Pa、好ましくは10~266Pa
原料供給流量:0.1~1.5slm、好ましくは0.1~0.5slm
原料供給時間:10~80秒、好ましくは15~60秒、より好ましくは20~50秒
不活性ガス供給流量(ガス供給管毎):0~10slm、好ましくは3~7slm
が例示される。
なお、ステップBにおける処理温度は、原料の熱分解温度よりも高い温度とすることが好ましく、さらには、原料の熱分解温度よりも高く、かつ、吸着抑制剤の熱分解温度よりも低い温度とすることがより好ましい。上述の処理温度範囲(数値範囲)内であれば、処理温度を、原料の熱分解温度よりも高い温度とすることが可能となり、さらには、原料の熱分解温度よりも高く、かつ、吸着抑制剤の熱分解温度よりも低い温度とすることも可能となる。このように処理温度を設定することにより、ステップBにおける原料の分解率(具体的には、熱分解率)を、ステップAにおける吸着抑制剤の分解率(具体的には、熱分解率)よりも高くすることができる。また、ステップBにおける表面反応に対する気相反応の割合を、ステップAにおける表面反応に対する気相反応の割合よりも高くすることができる。
ステップBにおける処理温度と、ステップAにおける処理温度とは、実質的に同一の条件とすることが望ましい。これにより、ステップA、ステップBの間で、ウエハ200の温度変更、すなわち、処理室201内の温度変更(ヒータ207の設定温度の変更)を行うことが不要となる。結果として、ステップ間でウエハ200の温度を安定させるまでの待機時間が不要となり、その分、基板処理のスループット、すなわち、成膜処理の生産性を向上させることが可能となる。
上述の処理条件下でウエハ200に対して原料を供給することにより、吸着抑制層300が形成された凹部200a内に存在する吸着サイトに、原料を吸着させることができる。これにより、凹部200a内のうち、吸着サイトが存在する部分に、選択的に(優先的に)、第1層400を形成することができる。
ここで、凹部200a内に存在する吸着サイトとは、主として、凹部200a内のうち、吸着抑制層300が形成されていない領域に存在する吸着サイト(NH終端)のことである。凹部200a内に存在する吸着サイトは、その他、吸着抑制層300の表面に僅かに存在する吸着サイト(吸着抑制剤の残基が有する未結合手による吸着サイト)をも含む。凹部200a内のうち、吸着抑制層300が形成されていない領域は、その多くが凹部200a内の下部に相当することから、ステップBでは、主に、凹部200a内の下部に存在する吸着サイト(NH終端)に、原料を吸着させることとなる。
続いて、凹部200a内に存在する吸着サイトへの原料の吸着形態について説明する。上述の処理条件下では、原料が熱分解し、生成した熱分解物、すなわち、中間体を凹部200a内に存在する吸着サイトに化学吸着させることができる。原料の中間体は、未結合手を複数有することから、未結合手を介して凹部200a内に存在する吸着サイトに化学吸着する他、未結合手を有する中間体同士が結合することもできる。そのため、ステップBでは、凹部200a内に存在する吸着サイトに、原料の中間体を多重に堆積させることもできる。このようにして、ウエハ200の凹部200a内に存在する吸着サイトに、原料が吸着する。なお、原料の熱分解により原料から解離した置換基は、置換基同士が結合する、または、置換基と吸着サイトから解離した基とが結合する、ことでガス状物質となる。上述の処理条件下では、これらの反応が、凹部200a内の上部以外の部分において選択的に生じることとなる。
以上のようにして、ステップBでは、図4(b)に示すように、ウエハ200の表面に設けられた凹部200a内の下部を中心に、選択的に第1層400を形成することができる。特に、上述したように、ステップBでは、ウエハ200の凹部200a内に存在する吸着サイトに、原料の中間体を多重に堆積させることができ、一方で、ステップAでは、ウエハ200の凹部200a内の吸着サイトに、吸着抑制剤の残基を多重に堆積させることができない。これにより、ステップBにおいて形成する第1層400の厚さを、ステップAにおいて形成する吸着抑制層300の厚さよりも厚くすることができる。
ウエハ200の凹部200a内に第1層400が形成された後、バルブ243dを閉じ、処理室201内への原料の供給を停止する。そして、上述のステップAにおけるパージと同様の処理手順、処理条件により、処理室201内に残留する原料やガス状物質等を処理室201内から排除する(パージ)。
-原料-
原料としては、凹部200a内に形成する膜を構成する主元素を含む化合物を用いることができる。また、原料は、吸着サイト(NH終端)への吸着性の観点から、ハロゲン元素を含むことが好ましい。中でも、原料は、吸着サイト(NH終端)への吸着性の観点から、Cl、F、Br、および、Iのうち少なくともいずれかを含むことが好ましく、中でも、Clを含むことがより好ましい。なお、原料の熱分解温度は、吸着抑制剤の熱分解温度よりも低いことが好ましい。
原料としては、吸着抑制剤と同様、例えばハロシランを用いることができる。中でも、原料としては、クロロシランを用いることが好ましい。原料としては、特に、1分子中に含まれるSiの数が、2つ以上(好ましくは2つ)であるハロシランを用いることが好ましく、中でも、1分子中に含まれるSiの数が、2つ以上(好ましくは2つ)であるクロロシランを用いることが好ましい。さらには、原料としては、分子内にSi-Si結合を有するハロシランを用いることがより好ましく、中でも、分子内にSi-Si結合を有するクロロシランを用いることがより好ましい。
原料としては、例えば、モノクロロシラン(SiHCl、略称:MCS)ガス、ジクロロシラン(SiHCl、略称:DCS)ガス、モノクロロジシラン(SiCl、略称:MCDS)ガス、ジクロロジシラン(SiCl、略称:DCDS)ガス、ペンタクロロジシラン(SiHCl、略称:PCDS)ガス、ヘキサクロロジシラン(SiCl、略称:HCDS)ガス、オクタクロロトリシラン(SiCl、略称:OCTS)ガス等を用いることができる。また、原料としては、ビス(トリクロロシリル)メタン((SiClCH、略称:BTCSM)ガス、1,2-ビス(トリクロロシリル)エタン((SiCl、略称:BTCSE)ガス等のアルキレンクロロシラン系化合物や、1,1,2,2-テトラクロロ-1,2-ジメチルジシラン((CHSiCl、略称:TCDMDS)ガス、1,2-ジクロロ-1,1,2,2-テトラメチルジシラン((CHSiCl、略称:DCTMDS)ガス等のアルキルクロロシラン系化合物や、1,1,3,3-テトラクロロ-1,3-ジシラシクロブタン(CClSi、略称:TCDSCB)ガス等のSiとCとで構成される環状構造およびハロゲンを含む化合物を用いることもできる。原料としては、これらのうち1以上を用いることができる。これらのように、原料がSiを含む場合、原料はSiソースとして作用する。
(ステップC)
ステップBが終了した後、ステップCを行う。ステップCでは、図4(c)に示すように、ウエハ200に対して、吸着抑制層300および第1層400の両方と化学反応する第1反応体を供給し、吸着抑制層300および第1層400を第2層500へ改質させる。
具体的には、バルブ243bを開き、ガス供給管232b内へ第1反応体を流す。第1反応体は、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、排気口231aより排気される。このとき、ウエハ200に対して第1反応体が供給される。このとき、バルブ243e~243gを開き、ノズル249a~249cのそれぞれを介して処理室201内へ不活性ガスを供給するようにしてもよい。
ステップCにおいて第1反応体を供給する際における処理条件としては、
処理温度:400~800℃、好ましくは500~800℃、より好ましくは500~750℃、さらに好ましくは600~750℃
処理圧力:1~4000Pa、好ましくは600~1000Pa
第1反応体供給流量:1~10slm、好ましくは3~7slm
第1反応体供給時間:30~90秒、好ましくは40~60秒
が例示される。
他の処理条件は、ステップAにおける処理条件と同様とすることができる。
なお、ステップCにおける処理温度と、ステップA、ステップBにおける処理温度とは、実質的に同一の条件とすることが望ましい。これにより、ステップA、ステップB、ステップCの間で、ウエハ200の温度変更、すなわち、処理室201内の温度変更を行うことが不要となる。その結果、ステップ間でウエハ200の温度を安定させるまでの待機時間が不要となり、その分、基板処理のスループット、すなわち、成膜処理の生産性を向上させることが可能となる。
上述の処理条件下でウエハ200に対して第1反応体を供給することにより、吸着抑制層300および第1層400の両方を第2層500へ改質させることができる。つまり、ステップCでは、ステップBにて形成された第1層400を第1反応体により第2層500へと改質させると共に、同じ第1反応体により、ステップAにて形成された吸着抑制層300をも第2層500へと改質させることができる。このように、第1層400だけでなく、吸着抑制層300をも、第2層500へと改質させることができることにより、その分、成膜レートを高めることができ、基板処理のスループット、すなわち、成膜処理の生産性を向上させることが可能となる。
また、吸着抑制層300を第2層500へと改質させる際、吸着抑制層300の第1反応体による改質反応(例えば、窒化反応等)の過程において、吸着抑制層300に含まれていた不純物を、吸着抑制層300から除去することができる。その際、吸着抑制層300とウエハ200との界面に存在していた不純物を除去することもできる。つまり、吸着抑制層300を第2層500へと改質させる際に、第2層500の層質を向上させることができ、さらに、第2層500とウエハ200との界面特性をも向上させることができる。結果として、最終的に形成される膜600の膜質を向上させることが可能となり、さらには、最終的に形成される膜600とウエハ200との界面特性をも向上させることが可能となる。
また、第1層400を第2層500へと改質させる際、第1層400の第1反応体による改質反応(例えば、窒化反応等)の過程において、第1層400に含まれていた不純物を、第1層400から除去することができる。その際、第1層400とウエハ200との界面に存在していた不純物を除去することもできる。つまり、第1層400を第2層500へと改質させる際に、第2層500の層質を向上させることができ、さらに、第2層500とウエハ200との界面特性をも向上させることができる。結果として、最終的に形成される膜600の膜質を向上させることが可能となり、さらには、最終的に形成される膜600とウエハ200との界面特性をも向上させることが可能となる。
第1反応体による吸着抑制層300の第2層500への改質と、第1反応体による第1層400の第2層500への改質は、同時に、すなわち、並行して行われることとなる。すなわち、上述の吸着抑制層300ベースの改質反応と、上述の第1層400ベースの改質反応は、同時に、すなわち、並行して進行することとなる。
なお、ステップCにて吸着抑制層300および第1層400を第2層500へと改質させる際、第1反応体による改質反応が、例えば、窒化反応であれば、その過程において、第2層500の表面には新たな吸着サイト(例えば、NH終端)が形成されることとなる。つまり、ステップCにて吸着抑制層300が第2層500へと改質されることで、吸着抑制層300が有する原料の吸着を抑制する機能は、一旦、リセットされる。言い換えれば、ステップCにて、吸着抑制層300が第2層500へと改質されることで、吸着抑制層300が有する原料の吸着を抑制する機能が消失(消滅)する。
上述したように、ステップBにて、第1層400の厚さを、吸着抑制層300の厚さよりも厚くすることができることから、ステップCでは、図4(c)に示すように、第1層400が改質されることで形成される第2層500の厚さを、吸着抑制層300が改質されることで形成される第2層500の厚さよりも厚くすることができる。
また、ステップCにおいて、第1層400が改質されることで形成される第2層500と、吸着抑制層300が改質されることで形成される第2層500とは、成分が同一であることが好ましい。ここで、成分が同一とは、第1層400が改質されることで形成される第2層500と、吸着抑制層300が改質されることで形成される第2層500とで、含まれる元素が同一であることを意味する。なお、第1層400が改質されることで形成される第2層500と、吸着抑制層300が改質されることで形成される第2層500とでは、含まれる元素の割合(すなわち、組成)が異なっていてもよい。例えば、第2層500を積層してなる膜にて凹部200a内を埋め込んだ場合、第1層400が改質されることで形成される第2層500と吸着抑制層300が改質されることで形成される第2層500とで含まれる元素の割合が異なっていても、埋め込まれた膜全体として、求められる性能(例えば、絶縁性)を有していれば特に問題はない。
吸着抑制層300および第1層400を第2層500へと改質させた後、バルブ243bを閉じ、処理室201内への第1反応体の供給を停止する。そして、上述のステップAにおけるパージと同様の処理手順、処理条件により、処理室201内に残留する第1反応体やガス状物質等を処理室201内から排除する(パージ)。
-第1反応体-
第1反応体としては、吸着抑制層300および第1層400の両方を第2層500へと改質させうる化合物を用いることができる。第1反応体としては、吸着抑制層300および第1層400の両方を第2層500へと改質させる改質効果の観点から、例えば、窒素(N)及び水素(H)含有ガス、炭素(C)及び窒素(N)含有ガス、炭素(C)及び水素(H)含有ガス、酸素(O)含有ガス、ならびに、ホウ素(B)含有ガスのうち少なくともいずれかを用いることができる。
第1反応体として用いるガス種を選択することにより、第2層500の成分が決定される。つまり、ステップCにて、第1反応体として、上述のガス種のうち少なくともいずれかを用いることで、吸着抑制層300および第1層400中に、第1反応体に含まれる成分、すなわち、N及びH含有ガス、C及びN含有ガス、C及びH含有ガス、O含有ガス、ならびに、B含有ガスのうち少なくともいずれかに含まれる元素を、それぞれ付加(添加)することができ、それらの層を改質(具体的には、膜の組成を変化)させることが可能となる。
例えば、吸着抑制層300および第1層400がSiを含有する層である場合に、第1反応体として、N及びH含有ガスを用いることで、第2層500として、Si及びNを含有する層を形成することができる。また、同様に、吸着抑制層300および第1層400がSiを含有する層である場合に、第1反応体として、C及びN含有ガスを用いることで、第2層500として、Si、C及びNを含有する層を形成することができる。また、同様に、吸着抑制層300および第1層400がSiを含有する層である場合に、第1反応体として、C及びH含有ガスを用いることで、第2層500として、Si及びCを含有する層を形成することができる。また、同様に、吸着抑制層300および第1層400がSiを含有する層である場合に、第1反応体として、O含有ガスを用いることで、第2層500として、Si及びOを含有する層を形成することができる。また、同様に、吸着抑制層300および第1層400がSiを含有する層である場合に、第1反応体として、B含有ガスを用いることで、第2層500として、Si及びBを含有する層を形成することができる。
N及びH含有ガスとしては、例えば、アンモニア(NH)ガス、ヒドラジン(N)ガス、ジアゼン(N)ガス、Nガス等のN-H結合を含む窒化水素系ガスを用いることができる。C及びN含有ガスとしては、例えば、モノエチルアミン(CNH、略称:MEA)ガス、ジエチルアミン((CNH、略称:DEA)ガス、トリエチルアミン((CN、略称:TEA)ガス、モノメチルアミン(CHNH、略称:MMA)ガス、ジメチルアミン((CHNH、略称:DMA)ガス、トリメチルアミン((CHN、略称:TMA)ガス等のアミン系ガスや、モノメチルヒドラジン((CH)HN、略称:MMH)ガス、ジメチルヒドラジン((CH、略称:DMH)ガス、トリメチルヒドラジン((CH(CH)H、略称:TMH)ガス等の有機ヒドラジン系ガスを用いることができる。これらのガスを、C、N及びH含有ガスと称することもできる。C及びH含有ガスとしては、例えば、エチレン(C)ガス、アセチレン(C)ガス、プロピレン(C)ガス等の炭化水素系ガスを用いることができる。O含有ガスとしては、例えば、酸素(O)ガス、一酸化窒素(NO)ガス、二酸化窒素(NO)ガス、亜酸化窒素(NO)ガス、一酸化炭素(CO)ガス、二酸化炭素(CO)ガス、オゾン(O)ガス、水蒸気(HOガス)、過酸化水素(H)ガス、Oガス+Hガス、Oガス+Hガス等の酸化ガスを用いることができる。B含有ガスとしては、例えば、トリクロロボラン(BCl)ガス、ジボラン(B)ガス、トリエチルボラン((CB)ガス等を用いることができる。
なお、本明細書において「Oガス+Hガス」というような2つのガスの併記記載は、OガスとHガスとの混合ガスを意味する。混合ガスを供給する場合は、2つのガスを供給管内で混合(プリミックス)した後、処理室201内へ供給するようにしてもよいし、2つのガスを異なる供給管より別々に処理室201内へ供給し、処理室201内で混合(ポストミックス)させるようにしてもよい。
また、第1反応体として、N及びH含有ガス、C及びN含有ガス、C及びH含有ガス、O含有ガス、ならびに、B含有ガスの5群のうち、異なる群から選択される2種以上のガスを併用してもよい。その組み合わせとしては、例えば、N及びH含有ガスから1種とC及びN含有ガスから1種との組み合わせ、N及びH含有ガスから1種とC及びH含有ガスから1種との組み合わせ、C及びN含有ガスから1種とC及びH含有ガスから1種との組み合わせ、N及びH含有ガスから1種とO含有ガスから1種との組み合わせ、N及びH含有ガスから1種とB含有ガスから1種との組み合わせ等が挙げられる。このような場合、2種のガスは、異なるガス供給系より、それぞれ別々に処理室201内へ同時に供給することができる。
(所定回数実施)
上述の、ステップAとステップBとステップCとを非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数(n回、nは1以上の整数)行うことにより、図4(g)に示すように、凹部200a内を埋め込むように、凹部200a内に第2層500の積層物である膜600が形成される。すなわち、凹部200a内に第2層500が積層されることで、凹部200a内の全体が第2層500の積層物である膜600で埋め込まれることとなる。
上述のサイクルは、複数回繰り返すことが好ましい。すなわち、1サイクルあたりに形成される第2層500の厚さを所望の膜厚よりも薄くし、第2層500を積層することで形成される膜600の膜厚が所望の膜厚になるまで(すなわち、膜600が凹部200a内を埋め込むまで)、上述のサイクルを複数回繰り返すことが好ましい。
より具体的に言えば、図4(a)~図4(c)に示すようにして、ステップAとステップBとステップCとを非同時に行う1サイクル目を行った後は、ステップAとステップBとステップCとを非同時に行う2サイクル目を行うことが好ましい。具体的には、図4(c)に示されるように、ステップCにて、ウエハ200の凹部200a内には、その全面に第2層500が形成される。その後、2サイクル目を行う場合には、表面に第2層500を有する凹部200aを備えたウエハ200に対して、ステップA、ステップB、ステップCをこの順で、非同時に行う。2サイクル目のステップAによれば、図4(c)の状態から、図4(d)に示すように、表面に第2層500を有する凹部200a内の上部の吸着サイト(すなわち、第2層500の表面の吸着サイト)に吸着抑制剤が吸着して吸着抑制層300が再度形成される。続いて、ステップBにより、図4(e)に示すように、吸着抑制層300が再度形成された凹部200a内に存在する吸着サイト(すなわち、第2層500の表面の吸着サイト)に原料が吸着して第1層400が再度形成される。更に続いて、ステップCにより、図4(f)に示すように、第2層500の表面に再度形成された吸着抑制層300および第1層400が第1反応体により第2層500へと改質される。このような2サイクル目にて、凹部200a内における1層目の第2層500の上に、2層目の第2層500が形成される。このようなサイクルを複数回繰り返すことにより、図4(g)に示すように、凹部200a内の全体が第2層500の積層物である膜600で埋め込まれることとなる。なお、ステップAとステップBとステップCとを非同時に行うサイクルを複数回繰り返すことで、ウエハ200の上面200bの表面においても、凹部200aの上部の表面において生じる反応と同様な反応が生じ、ウエハ200の上面200bにも、膜600が形成されることとなる。
なお、上述のサイクルを所定回数行う際、各ステップにおける処理時間のバランスを制御することが好ましい。例えば、ステップAにおける吸着抑制剤の供給時間を、ステップBにおける原料の供給時間以下とすることが好ましい。また、ステップAにおける吸着抑制剤の供給時間を、ステップBにおける原料の供給時間未満とすることがより好ましい。さらに、ステップAにおける吸着抑制剤の供給時間を、ステップBにおける原料の供給時間以下とし、ステップBにおける原料の供給時間を、ステップCにおける第1反応体の供給時間未満とすることが好ましい。さらには、ステップAにおける吸着抑制剤の供給時間を、ステップBにおける原料の供給時間未満とし、ステップBにおける原料の供給時間を、ステップCにおける第1反応体の供給時間未満とすることが好ましい。これらのように、ステップA、ステップB、ステップCのそれぞれにおいて、供給する吸着抑制剤、原料、第1反応体のそれぞれの供給時間のバランスを制御することにより、各ステップにおいて生じさせる上述の反応を効率的に進行させ、適正化させることが可能となる。
(アフターパージおよび大気圧復帰)
ウエハ200の凹部200a内に膜600が形成された後、ノズル249a~249cのそれぞれからパージガスとしての不活性ガスを処理室201内へ供給し、排気口231aより排気する。これにより、処理室201内がパージされ、処理室201内に残留するガスや反応副生成物等が処理室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)。
(ボートアンロードおよびウエハディスチャージ)
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、マニホールド209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。ボートアンロードの後は、シャッタ219sが移動させられ、マニホールド209の下端開口がOリング220cを介してシャッタ219sによりシールされる(シャッタクローズ)。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より取り出される(ウエハディスチャージ)。
(3)本態様による効果
本態様によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
ステップCにおいて、ステップAにて形成された吸着抑制層300およびステップBにて形成された第1層400の両方と第1反応体とを反応させ、吸着抑制層300および第1層400の両方を第2層500へ改質させることにより、ウエハ200の表面に設けられた凹部200a内に、高品質な膜を、高い成膜レートで形成することができる。その結果として、ウエハ200の凹部200aに対して、高い成膜レートで、高品質な膜により、ボイドフリーかつシームレスな埋め込みを行うことが可能となる。つまり、本態様によれば、基板処理のスループット、すなわち、成膜処理の生産性を向上させることが可能となり、また、形成される膜の品質を向上させることが可能となり、さらには、凹部への埋め込み特性を向上させることが可能となる。
例えば、凹部200a内の上部に有機系化合物である反応阻害剤を吸着させつつ、凹部200a内に膜を形成する手法がある。しかしながら、この手法の場合、反応阻害剤と第1反応体とが反応して、反応阻害剤が、形成しようとする膜を構成する層へ改質されることはない。また、この手法の場合、反応阻害剤の残渣(残基、残留物)が、形成される膜や、形成される膜とウエハ200との界面に取り込まれる可能性が高い。これに対し、本態様の場合、吸着抑制層300と第1反応体とを反応させて、吸着抑制層300を、形成しようとする膜600を構成する第2層500へ改質させることができる。また、その際、吸着抑制層300に含まれる不純物(例えば、吸着抑制剤の残渣等)を脱離させて除去することができる。その結果、本態様の場合、凹部200a内に形成される膜や、形成される膜とウエハ200との界面に吸着抑制剤の残渣が取り込まれることを抑制することができる。すなわち、本態様によれば、上述の有機系化合物である反応阻害剤を使用する手法よりも、高品質な膜を、高い成膜レートで形成することができる。また、その結果として、ウエハ200の凹部200aに対して、高い成膜レートで、高品質な膜により、ボイドフリーかつシームレスな埋め込みを行うことが可能となる。つまり、本態様によれば、上述の有機系化合物である反応阻害剤を使用する手法よりも、基板処理のスループット、すなわち、成膜処理の生産性を向上させることが可能となり、また、形成される膜の品質を向上させることが可能となり、さらには、凹部への埋め込み特性を向上させることが可能となる。
ステップAにおける処理温度を、吸着抑制剤の熱分解温度よりも低い温度とし、ステップBにおける処理温度を、原料の熱分解温度よりも高い温度とすることで、ステップAでは、吸着抑制剤を熱分解させることなく、吸着抑制層300を形成することができ、ステップBでは、原料を熱分解させつつ、原料の熱分解物、すなわち、原料の中間体が堆積した第1層400を形成することができる。これにより、ステップBにて形成される第1層400の厚さを、ステップAにて形成される吸着抑制層300の厚さよりも厚くすることができる。その結果、ステップCにおいて、凹部200aの下部に形成される第2層500の厚さを、凹部200a内の上部に形成される第2層500の厚さよりも厚くすることができる。すなわち、第1層400が改質されることで形成される第2層500の厚さを、吸着抑制層300が改質されることで形成される第2層500の厚さよりも厚くすることができる。これらのことから、第2層500が積層されてなる膜を、凹部200a内にボトムアップ成長させることが可能となる。結果として、ウエハ200の凹部200aに対して、ボイドフリーかつシームレスな埋め込みを行うことが可能となる。この場合、ステップAにて用いる吸着抑制剤の熱分解温度は、ステップBにて用いられる原料の熱分解温度よりも高いことが好ましい。すなわち、ステップAでは、ステップBにて用いられる原料の熱分解温度よりも高い熱分解温度を有する吸着抑制剤を選択することが好ましい。これにより、上述の反応を適正に生じさせることが可能となる。
ステップAにおける吸着抑制剤の分解率(具体的には、熱分解率)を、ステップBにおける原料の分解率(具体的には、熱分解率)よりも低くすることにより、ステップBにて形成される第1層400の厚さを、ステップAにて形成される吸着抑制層300の厚さよりも厚くすることができる。その結果、ステップCにおいて、凹部200aの下部に形成される第2層500の厚さを、凹部200a内の上部に形成される第2層500の厚さよりも厚くすることができ、第2層500が積層されてなる膜を、凹部200a内にボトムアップ成長させることが可能となる。結果として、ウエハ200の凹部200aに対して、ボイドフリーかつシームレスな埋め込みを行うことが可能となる。
ステップAにおける気相反応に対する表面反応の割合を、ステップBにおける気相反応に対する表面反応の割合よりも高くすることにより、ステップBにて形成される第1層400の厚さを、ステップAにて形成される吸着抑制層300の厚さよりも厚くすることができる。その結果、ステップCにおいて、凹部200aの下部に形成される第2層500の厚さを、凹部200a内の上部に形成される第2層500の厚さよりも厚くすることができ、第2層500が積層されてなる膜を、凹部200a内にボトムアップ成長させることが可能となる。結果として、ウエハ200の凹部200aに対して、ボイドフリーかつシームレスな埋め込みを行うことが可能となる。
ステップAにおける吸着抑制剤の供給時間を、ステップBにおける原料の供給時間以下とすることにより、ステップAおよびステップBにおいて生じさせる上述の各反応を効率的に進行させることが可能となる。また、ステップAにおける吸着抑制剤の供給時間を、ステップBにおける原料の供給時間未満とすることにより、ステップAおよびステップBにおいて生じさせる上述の各反応を、より効率的に進行させることが可能となる。
ステップAにおける吸着抑制剤の供給時間を、ステップBにおける原料の供給時間以下とし、ステップBにおける原料の供給時間を、ステップCにおける第1反応体の供給時間未満とすることにより、ステップA、ステップB、およびステップCにおいて生じさせる上述の各反応を効率的に進行させることが可能となる。また、ステップAにおける吸着抑制剤の供給時間を、ステップBにおける原料の供給時間未満とし、ステップBにおける原料の供給時間を、ステップCにおける第1反応体の供給時間未満とすることにより、ステップA、ステップB、およびステップCにおいて生じさせる上述の各反応を、より効率的に進行させることが可能となる。
これらのように、ステップA、ステップB、ステップCのそれぞれにおいて、供給する吸着抑制剤、原料、第1反応体のそれぞれの供給時間のバランスを制御することにより、各ステップにおいて生じさせる上述の反応を効率的に進行させ、適正化させることが可能となる。
ステップCにおいて、第1層400が改質されることで形成される第2層500の成分と、吸着抑制層300が改質されることで形成される第2層500の成分とを、同一とすることができる。つまり、ステップCにおいて、凹部200a内の全体に亘り、成分が同一である第2層500を形成することができる。その結果、凹部200a内の全体に亘り、成分が同一である第2層500が積層されてなる膜600を形成することができる。また、成分が同一である第2層500が積層されてなる膜600を、凹部200a内にボトムアップ成長させることができる。
ステップAにて用いる吸着抑制剤およびステップBにて用いる原料が、いずれも、凹部200a内に形成される膜600を構成する主元素を含む場合、吸着抑制層300および第1層400の両方に、膜600を構成する主元素を取り込ませることができる。さらに、ステップAにて用いる吸着抑制剤およびステップBにて用いる原料が、いずれも、第1反応体と反応して成分が同一である層を形成し得る物質である場合、ステップCにおいて、吸着抑制層300および第1層400の両方を第1反応体により第2層500へ改質させることが可能となる。つまり、ステップCにおいて、吸着抑制剤および原料の両方と反応する第1反応体を用いることで、第1層400だけでなく、吸着抑制層300をも、第2層500へ改質させることが可能となる。そしてその分、成膜レートを高めることが可能となり、基板処理のスループット、すなわち、成膜処理の生産性を向上させることが可能となる。
ステップAにて用いる吸着抑制剤およびステップBにて用いる原料が、いずれも、ハロゲン元素(好ましくは、Cl、F、Br、Iのうち少なくともいずれか)を含む場合、ステップAにおける吸着抑制剤の凹部200a内の上部の吸着サイトへの吸着を促し、更には、ステップBにおける吸着抑制層300への原料の吸着の抑制効果を高めることができる。また、この場合、ステップBにおいて、凹部200a内に存在する吸着サイトへの原料の吸着を促すこともできる。
ステップAにて用いる吸着抑制剤およびステップBにて用いる原料が、それぞれ、ハロシラン(好ましくは、クロロシラン)である場合、ステップAにおける吸着抑制剤の凹部200a内の上部の吸着サイトへの吸着反応、および、ステップBにおける原料の凹部200a内に存在する吸着サイトへの吸着反応を、それぞれ、効率的に生じさせることができる。また、この場合、ステップBにおける吸着抑制層300への原料の吸着の抑制効果を更に高めることができる。
ステップAにて形成される吸着抑制層300が、主元素の原子に3つのハロゲンが結合してなる部分構造(好ましくは、主元素の原子に3つのClが結合してなる部分構造)を含む場合、ハロゲンの存在とハロゲンの数により、吸着抑制層300による原料の吸着を抑制する効果を高めることができる。このような部分構造を有する吸着抑制層300は、吸着抑制剤として、例えば、上述の式[a1]で表される化合物(好ましくは、式[a2]で表される化合物)を用いることで得ることができる。つまり、ステップAにて、吸着抑制剤として、例えば、上述の式[a1]で表される化合物(好ましくは、式[a2]で表される化合物)を用いることで、原料の吸着を抑制する効果の高い吸着抑制層300を得ることができる。
(4)変形例
上述した本態様における処理シーケンスは、以下に示す変形例のように変更することができる。これらの変形例は、任意に組み合わせることができる。特に説明がない限り、各変形例の各ステップにおける処理手順、処理条件は、上述の処理シーケンスの各ステップにおける処理手順、処理条件と同様とすることができる。
(変形例1)
上述の処理シーケンスのサイクルは、図5(a)~図5(i)に示すように、上述の、ステップA、ステップB、ステップCに加え、更に、ステップDを含んでいてもよい。すなわち、図5(a)~図5(i)に示すように、変形例1における処理シーケンスでは、上述の、ステップAと、ステップBと、ステップCと、(d)ウエハ200に対して、第1反応体とは分子構造が異なる第2反応体を供給し、第2層500を、第3層700へ改質させるステップDと、をそれぞれ非同時に行うサイクルを所定回数行う例を示している。なお、図5(a)~図5(i)では、凹部200a内を埋め込むように膜800を形成する例を示している。変形例1における処理シーケンスは、以下のように示すことができる。
(吸着抑制剤→原料→第1反応体→第2反応体)×n
(ステップD)
変形例1では、上述のステップCが終了した後、ステップDを行う。ステップDでは、図5(d)に示すように、ウエハ200に対して、第1反応体とは分子構造が異なる第2反応体を供給し、第2層500を、第3層700へ改質させる。
具体的には、バルブ243cを開き、ガス供給管232c内へ第2反応体を流す。第2反応体は、241cにより流量調整され、ノズル249cを介して処理室201内へ供給され、排気口231aより排気される。このとき、ウエハ200に対して第2反応体が供給される。このとき、バルブ243e~243gを開き、ノズル249a~249cのそれぞれを介して処理室201内へ不活性ガスを供給するようにしてもよい。
ステップDにおいて第2反応体を供給する際における処理条件としては、
処理温度:400~800℃、好ましくは500~800℃、より好ましくは500~750℃、さらに好ましくは600~750℃
処理圧力:1~4000Pa、好ましくは600~1000Pa
第2反応体供給流量:1~10slm、好ましくは3~7slm
第2反応体供給時間:30~90秒、好ましくは40~60秒
が例示される。
他の処理条件は、ステップAにおける処理条件と同様とすることができる。
ただし、ステップDにおける処理温度は、成膜処理の生産性の観点からは、ステップA、ステップB、ステップCと同一とすることが望ましいが、それぞれ異ならせるようにしてもよい。
上述の処理条件下でウエハ200に対して第2反応体を供給することにより、第2層500を第3層700へ改質させることができる。つまり、ステップDでは、第2層500を、第2層500とは異なる組成の第3層700へと改質させることができる。なお、第2層500を第3層700へと改質させる際、第2反応体により、第2層500に対して第2層500に含まれる元素とは異なる元素を添加することができる。これにより、図5(d)に示すように、図5(c)に示す第2層500よりも厚い第3層700を得ることができる。
また、ステップDでは、第2反応体による改質反応(例えば、窒化反応等)の過程において、第3層700の表面に新たな吸着サイト(例えば、NH終端)を生成させることが好ましい。
第2層500を第3層700へと改質させた後、バルブ243cを閉じ、処理室201内への第2反応体の供給を停止する。そして、上述のステップAにおけるパージと同様の処理手順、処理条件により、処理室201内に残留する第2反応体やガス状物質等を処理室201内から排除する(パージ)。
-第2反応体-
第2反応体としては、第2層500を第3層700へと改質させうる化合物を用いることができる。第2反応体としては、第2層500を第3層700へと改質させる改質効果の観点から、例えば、N及びH含有ガス、C及びN含有ガス、C及びH含有ガス、O含有ガス、ならびに、B含有ガスのうち少なくともいずれかを用いることができる。ただし、第2反応体としては、第1反応体とは、分子構造が異なる化合物を用いる。
第2反応体として用いるN及びH含有ガス、C及びN含有ガス、C及びH含有ガス、O含有ガス、B含有ガスとしては、第1反応体として用いるN及びH含有ガス、C及びN含有ガス、C及びH含有ガス、O含有ガス、B含有ガスとして例示した上述のガス種と同様のものを用いることができる。第2反応体としては、これらのガス種のうち1以上を用いることができる。なお、第2反応体が混合ガスの場合の供給の態様、第2反応体が、N及びH含有ガス、C及びN含有ガス、C及びH含有ガス、O含有ガス、ならびに、B含有ガスの5群のうち、異なる群から選択される2種以上のガスを併用する場合のガスの供給の態様も、第1反応体と同様の方法を用いることができる。
-第1反応体と第2反応体との組み合わせ-
変形例1における、「第1反応体」-「第2反応体」または「第2反応体」-「第1反応体」の組み合わせの例を以下に示す。
・「N及びH含有ガス」-「C及びN含有ガス」
・「N及びH含有ガス」-「C及びH含有ガス」
・「N及びH含有ガス」-「O含有ガス」
・「N及びH含有ガス」-「B含有ガス」
・「C及びN含有ガス」-「C及びH含有ガス」
・「C及びN含有ガス」-「O含有ガス」
・「C及びN含有ガス」-「B含有ガス」
・「C及びH含有ガス」-「O含有ガス」
・「C及びH含有ガス」-「B含有ガス」
・「O含有ガス」-「B含有ガス」
第1反応体と第2反応体との組み合わせにより、第3層700の成分、すなわち、膜800の成分、すなわち、膜800の組成が決定される。例えば、第1層400がSiを含有する層である場合、上述した組み合わせにて、第3層700として、Si、C及びNを含有する層、Si、O及びNを含有する層、Si、B及びNを含有する層、Si、O、C及びNを含有する層、Si、B、C及びNを含有する層、Si、O及びCを含有する層、Si、B及びCを含有する層、Si、B及びOを含有する層等を形成することができる。これらの場合、膜800として、SiCN膜、SiON膜、SiBN膜、SiOCN膜、SiBCN膜、SiOC膜、SiBC膜、SiBO膜等を形成することができる。
変形例1では、図5(a)~図5(d)に示すようにして、ステップAとステップBとステップCとステップDとを非同時に行う1サイクル目を行った後は、ステップAとステップBとステップCとステップDとを非同時に行う2サイクル目を行うことが好ましい。具体的には、図5(d)に示されるように、ステップDにて、ウエハ200の凹部200a内には、その全面に第3層700が形成される。その後、2サイクル目を行う場合には、表面に第3層700を有する凹部200aを備えたウエハ200に対して、ステップA、ステップB、ステップC、ステップDをこの順で、非同時に行う。2サイクル目のステップAによれば、図5(d)の状態から、図5(e)に示すように、表面に第3層700を有する凹部200a内の上部の吸着サイト(すなわち、第3層700の表面の吸着サイト)に吸着抑制剤が吸着して吸着抑制層300が再度形成される。続いて、ステップBにより、図5(f)に示すように、吸着抑制層300が再度形成された凹部200a内に存在する吸着サイト(すなわち、第3層700の表面の吸着サイト)に原料が吸着して第1層400が再度形成される。更に続いて、ステップCにより、図5(g)に示すように、第3層700の表面に再度形成された吸着抑制層300および第1層400が第1反応体により第2層500へと改質される。そして、ステップDにより、図5(h)に示すように、第3層700の表面に形成された第2層500が第2反応体により第3層700へと改質される。このような2サイクル目にて、凹部200a内における1層目の第3層700の上に、2層目の第3層700が形成される。このようなサイクルを複数回繰り返すことにより、図5(i)に示すように、凹部200a内の全体が第3層700の積層物である膜800で埋め込まれることとなる。なお、ステップAとステップBとステップCとステップDとを非同時に行うサイクルを複数回繰り返すことで、ウエハ200の上面200bの表面においても、凹部200aの上部の表面において生じる反応と同様な反応が生じ、ウエハ200の上面200bにも、膜800が形成されることとなる。
変形例1においても、上述の態様と同様の効果が得られる。また、ステップDを行うことで、凹部200a内に形成される膜800中に第2反応体に含まれる成分、すなわち、N及びH含有ガス、C及びN含有ガス、C及びH含有ガス、O含有ガス、ならびに、B含有ガスのうち少なくともいずれかに含まれる元素を、それぞれ付加(添加)することができ、膜の組成を変化させることが可能となる。
(変形例2)
ステップAの前には、以下に示す処理シーケンスのように、ウエハ200、第2層500、第3層700に対して前処理ガスを供給する前処理を行うようにしてもよい。ステップAの前に前処理を行うことによって、ウエハ200の最表面における吸着サイトの量を増やす(言い換えれば、吸着サイトの密度を上げる)ことが可能となる。
前処理→(吸着抑制剤→原料→第1反応体)×n
(前処理→吸着抑制剤→原料→第1反応体)×n
前処理→(吸着抑制剤→原料→第1反応体→第2反応体)×n
(前処理→吸着抑制剤→原料→第1反応体→第2反応体)×n
前処理ガスとしては、例えば、窒化剤(窒化ガス)を用いることができる。窒化剤としては、N及びH含有ガスを用いることができる。N及びH含有ガスとしては、上述の第1反応体として用いるN及びH含有ガスとして例示した上述のガス種と同様のものを用いることができる。
前処理ガスを供給する際の条件としては、
処理温度:400~800℃、好ましくは500~800℃、より好ましくは500~750℃、さらに好ましくは600~750℃
処理圧力:1~4000Pa、好ましくは600~1000Pa
前処理ガス供給流量:1~10slm、好ましくは3~7slm
前処理ガス供給時間:30~300秒、好ましくは60~180秒
が例示される。
他の処理条件は、ステップAにおける処理条件と同様とすることができる。
変形例2においても、上述の態様と同様の効果が得られる。また、変形例2によれば、前処理を経たウエハ200の最表面、すなわち、ウエハ200、第2層500、第3層700のそれぞれの表面における吸着サイトの量を多くすることができる(言い換えれば、吸着サイトの密度を高くすることができる)。これにより、ステップAでは吸着抑制剤が吸着しやすくなり、吸着抑制層300の密度を高くすることもでき、更には、ステップBでは原料が吸着しやすくなり、第1層400の密度を高くすることもできる。その結果、高品質な膜を、更に高い成膜レートで形成することが可能となる。
(変形例3)
ステップCまたはステップDの後には、以下に示す処理シーケンスのように、ウエハ200に対して後処理(ポストトリートメント)を行うようにしてもよい。後処理としては、例えば、アニール処理を行うことができる。
(吸着抑制剤→原料→第1反応体)×n→後処理
(吸着抑制剤→原料→第1反応体→後処理)×n
(吸着抑制剤→原料→第1反応体→第2反応体)×n→後処理
(吸着抑制剤→原料→第1反応体→第2反応体→後処理)×n
具体的には、ウエハ200の凹部200a内に膜が形成された後、処理室201内の温度、すなわち、凹部200a内に膜が埋め込まれた後のウエハ200の温度を、ステップA~CまたはステップA~Dにおけるウエハ200の温度以上の温度とするように、ヒータ207の出力を調整して、ウエハ200に対してアニール処理を行う。アニール処理を行う際における処理温度は、アニール効果の観点から、ステップA~CまたはステップA~Dにおけるウエハ200の温度よりも高い温度とすることが好ましい。アニール処理は、処理室201内へ、後処理ガスを供給した状態で行うようにしてもよい。後処理ガスとしては、例えば、Nガス、Arガス、Heガス等の不活性ガスや、例えば、Hガス、NHガス、Nガス、HOガス、Hガス、Oガス、Oガス等の反応性ガスや、これらのいずれかの混合ガスを用いることができる。
後処理における処理条件としては、
処理温度:550~1200℃
処理圧力:1~101325Pa
後処理ガス供給流量:0~10slm
後処理ガス供給時間:1~240分
が例示される。
他の処理条件は、ステップAにおける処理条件と同様とすることができる。
変形例3においても、上述の態様と同様の効果が得られる。また、変形例3によれば、処理室201内に、反応性ガス、例えば、NHガス、Nガス等のN及びH含有ガスや、HOガス、Hガス等のH及びO含有ガスや、Oガス、Oガス等のO含有ガスを供給した状態でアニール処理を行うことにより、凹部200a内に形成された膜を膨張させることができる。これにより、何らかの要因により、ウエハ200の凹部200a内に形成された膜にシームやボイドが生じた場合であっても、それらを、このアニール処理により、消失させることができる。すなわち、変形例3によれば、ウエハ200の凹部200a内に形成された膜を補完することができ、ウエハ200の凹部200aに対して、ボイドフリーかつシームレスな埋め込みを行うことが可能となる。
<本開示の他の態様>
以上、本開示の態様を具体的に説明した。しかしながら、本開示は上述の態様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。
上述の態様では、主に、ウエハ200の表面の吸着サイトが、例えばNH終端である場合の例を示したが、ウエハ200の表面の吸着サイトは、例えばOH終端であってもよい。表面に吸着サイトとしてOH終端を有するウエハ200に対して、上述の処理シーケンスを行う場合は、OH終端に吸着可能な吸着抑制剤や原料を用いることができる。第1反応体や第2反応体としては、上述の態様において例示した各種ガスを用いることができる。ただし、第1反応体や第2反応体としては、OH終端を形成可能なガス種を用いることが好ましく、例えばO及びH含有ガスを用いることができる。また、この場合において、前処理を行う場合には、前処理ガスとして酸化剤を用いることができる。酸化剤としては、O及びH含有ガスを用いることができる。O及びH含有ガスとしては、例えば、HOガスやHガス等を用いることができる。また、O及びH含有ガスとしては、Oガス+Hガス等のO含有ガスおよびH含有ガスを用いることもできる。ウエハ200の表面の吸着サイトがOH終端である場合であっても、上述の態様と同傾向の効果が得られる。ただし、ウエハ200の表面の吸着サイトは、吸着抑制剤および原料の吸着反応の効率の観点から、NH終端であることが好ましい。
上述の態様では、ステップAの実施期間とステップBの実施期間とを重複させない例、例えば、ステップAにおいて吸着抑制剤の供給を停止した後、ステップBを開始する例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、ステップAにおいて吸着抑制剤の供給を継続したままの状態でステップBを開始して原料を供給する、というようにステップAの実施期間とステップBの実施期間との少なくとも一部を重複させるようにしてもよい。このようにすることで、上述の態様の効果に加えて、サイクルタイムを短縮させて基板処理のスループットを向上させることができる。
上述の態様では、凹部200a内を埋め込むように膜600を形成する例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、凹部200a内を埋め込むことなく、凹部200a内の表面に沿うように、ライナー膜のような膜600を形成するようにしてもよい。また、上述の変形例1では、凹部200a内を埋め込むように膜800を形成する例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、凹部200a内を埋め込むことなく、凹部200a内の表面に沿うように、ライナー膜のような膜800を形成するようにしてもよい。これらの場合、サイクル数を制御して、凹部200a内が埋め込まれる前に、成膜処理を停止すればよい。これらの場合においても、上述の態様と同様の効果が得られる。また、これらの場合、ステップカバレッジを大幅に向上させることが可能となり、コンフォーマルな膜を形成することが可能となる。特に、凹部におけるアスペクト比が大きいパターンほど、ステップカバレッジが悪化する傾向にあるが、本態様によれば、凹部におけるアスペクト比が大きいパターンに対しても、高いステップカバレッジを有する膜を形成することが可能となる。
各処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置123を介して記憶装置121c内に格納しておくことが好ましい。そして、各処理を開始する際、CPU121aが、記憶装置121c内に格納された複数のレシピの中から、処理内容に応じて適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、1台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、各処理を迅速に開始できるようになる。
上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置122を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更してもよい。
上述の態様では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、例えば、一度に1枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。また、上述の態様では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。
これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の態様や変形例と同様な処理手順、処理条件にて各処理を行うことができ、上述の態様や変形例と同様の効果が得られる。
上述の態様や変形例は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理手順、処理条件は、例えば、上述の態様や変形例の処理手順、処理条件と同様とすることができる。
(実施例1)
図1に示す基板処理装置を用い、表面に凹部が設けられたウエハに対して、ステップA、ステップB、ステップCを非同時に行うサイクルを複数回繰り返し、ウエハ表面における凹部内にSiN膜を形成し、第1評価サンプルを作製した。第1評価サンプル作製の際は、図6に示す、深さ3μm、幅100nm、アスペクト比30の凹部(トレンチ)を有するウエハを用い、吸着抑制剤としてSiClガスを用い、原料としてSiClガスを用い、第1反応体としてNHガスを用いた。なお、第1評価サンプル作製の際の各ステップにおける処理条件は、上述の態様の処理シーケンスの各ステップにおける処理条件範囲内の所定の条件とした。
(比較例1)
ステップAを行わなかった以外は、実施例1と同様にして、ウエハ表面における凹部内にSiN膜を形成し、第2評価サンプルを作製した。第2評価サンプル作製の際における、ウエハ、原料、第1反応体、各ステップにおける処理条件は、第1評価サンプル作製の際におけるそれらと同様とした。
得られたそれぞれの評価サンプルにおいて、ステップカバレッジ(S/Cともいう)を測定した。ここで、ステップカバレッジは、図6に示すような、評価サンプルの画像(SEM画像)から測定された、凹部の上部(縁)に形成されたSiN膜の厚みTTOPと、凹部の下部に形成されたSiN膜の厚みTBOTとを用い、これらを下記式Xに代入することで求めた。
式X : S/C(%)=[TBOT/TTOP]×100
その結果を図6に示す。比較例1(第2評価サンプル)では、ステップカバレッジ(S/C)が99%であったのに対し、実施例1(第1評価サンプル)では、ステップカバレッジ(S/C)が107%であった。このように、実施例1(第1評価サンプル)におけるステップカバレッジは、比較例1(第2評価サンプル)におけるステップカバレッジに比べて高いことが分かる。これにより、実施例1によれば、第1層が改質されることで形成される第2層の厚さを、吸着抑制層が改質されることで形成される第2層の厚さよりも厚くすることが可能であり、凹部の下部に形成される膜の厚さを、凹部の上部に形成される膜の厚さよりも厚くすることが可能であることが確認された。
<本開示の好ましい態様>
以下、本開示の好ましい態様について付記する。
(付記1)
本開示の一態様によれば、
(a)表面に凹部が設けられた基板に対して、原料の吸着を抑制する吸着抑制剤を供給し、前記凹部内の上部の吸着サイトに前記吸着抑制剤を吸着させて吸着抑制層を形成する工程と、
(b)前記基板に対して、前記原料を供給し、前記吸着抑制層が形成された前記凹部内に存在する吸着サイトに前記原料を吸着させて第1層を形成する工程と、
(c)前記基板に対して、前記吸着抑制層および前記第1層の両方と化学反応する第1反応体を供給し、前記吸着抑制層および前記第1層を第2層へ改質させる工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記凹部内に膜を形成する工程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2)
付記1に記載の方法であって、
前記第1層の厚さを、前記吸着抑制層の厚さよりも厚くする。
(付記3)
付記1または2に記載の方法であって、
前記第1層が改質されることで形成される前記第2層の厚さを、前記吸着抑制層が改質されることで形成される前記第2層の厚さよりも厚くする。
(付記4)
付記1~3のいずれか1項に記載の方法であって、
前記第1層が改質されることで形成される前記第2層と、前記吸着抑制層が改質されることで形成される前記第2層とは、成分が同一である。
(付記5)
付記1~4のいずれか1項に記載の方法であって、
前記吸着抑制剤および前記原料は、いずれも、前記膜を構成する主元素を含む。
(付記6)
付記5に記載の方法であって、
前記吸着抑制剤および前記原料は、いずれも、ハロゲン元素を含む。
(付記7)
付記5に記載の方法であって、
前記吸着抑制剤および前記原料は、いずれも、塩素(Cl)、フッ素(F)、臭素(Br)、および、ヨウ素(I)のうち少なくともいずれかを含む。
(付記8)
付記5~7のいずれか1項に記載の方法であって、
前記吸着抑制剤および前記原料は、それぞれ、ハロシランである。
(付記9)
付記5~7のいずれか1項に記載の方法であって、
前記吸着抑制剤および前記原料は、それぞれ、クロロシランである。
(付記10)
付記1~9のいずれか1項に記載の方法であって、
前記吸着抑制剤の熱分解温度は、前記原料の熱分解温度よりも高い。
(付記11)
付記1~10のいずれか1項に記載の方法であって、
(a)における前記吸着抑制剤の分解率を、(b)における前記原料の分解率よりも低くする。
(付記12)
付記1~11のいずれか1項に記載の方法であって、
(a)における気相反応に対する表面反応の割合を、(b)における気相反応に対する表面反応の割合よりも高くする。
(付記13)
付記1~12のいずれか1項に記載の方法であって、
前記吸着抑制剤の供給時間を前記原料の供給時間以下とする。好ましくは、前記吸着抑制剤の供給時間を前記原料の供給時間未満とする。
(付記14)
付記1~13のいずれか1項に記載の方法であって、
前記吸着抑制剤の供給時間を前記原料の供給時間以下とし、前記原料の供給時間を前記第1反応体の供給時間未満とする。好ましくは、前記吸着抑制剤の供給時間を前記原料の供給時間未満とする。
(付記15)
付記1~14のいずれか1項に記載の方法であって、
前記吸着抑制層は、主元素の原子に3つのハロゲンが結合してなる部分構造を含む。好ましくは、前記吸着抑制層は、主元素の原子に3つの塩素が結合してなる部分構造を含む。
(付記16)
付記1~15のいずれか1項に記載の方法であって、
前記吸着抑制剤は、SiXR(3つのXは、それぞれ独立に、Cl、F、Br、またはIを表し、Rは、Cl、F、Br、I、アルキル基、またはアミノ基を表す。)で表される化合物である。好ましくは、前記吸着抑制剤は、SiClR(Rは、Cl、F、Br、I、アルキル基、またはアミノ基を表す。)で表される化合物である。
(付記17)
付記1~16のいずれか1項に記載の方法であって、
前記第1反応体は、窒素及び水素含有ガス、炭素及び窒素含有ガス、炭素及び水素含有ガス、酸素含有ガス、ならびに、ホウ素含有ガスのうち少なくともいずれかである。
(付記18)
付記1~17のいずれか1項に記載の方法であって、
前記サイクルは、さらに、(d)前記基板に対して、前記第1反応体とは分子構造が異なる第2反応体を供給し、前記第2層を、第3層へ改質させる工程を、(a)、(b)、および(c)のそれぞれと非同時に行うことを含む。
(付記19)
付記18に記載の方法であって、
前記第1反応体および前記第2反応体は、それぞれ、窒素及び水素含有ガス、炭素及び窒素含有ガス、炭素及び水素含有ガス、酸素含有ガス、ならびに、ホウ素含有ガスのうち少なくともいずれかである。
(付記20)
本開示の他の態様によれば、
基板が処理される処理室と、
前記処理室内の基板に対して原料を供給する原料供給系と、
前記処理室内の基板に対して吸着抑制剤を供給する吸着抑制剤供給系と、
前記処理室内の基板に対して第1反応体を供給する第1反応体供給系と、
前記処理室内において、付記1の各処理(各工程)を行わせるように、前記原料供給系、前記吸着抑制剤供給系、および前記第1反応体供給系を制御することが可能な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。
(付記21)
本開示の更に他の態様によれば、
付記1の各手順(各工程)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、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。
200 ウエハ(基板)
200a 凹部
200b 上面
300 吸着抑制層
400 第1層
500 第2層
600 膜
700 第3層
800 膜

Claims (22)

  1. (a)表面に凹部が設けられた基板に対して、原料の吸着を抑制する前記原料よりも熱分解温度が高い吸着抑制剤を供給し、前記凹部内の上部の吸着サイトに前記吸着抑制剤を吸着させて、前記吸着抑制剤から置換基が解離した残基により構成される吸着抑制層を形成する工程と、
    (b)前記基板に対して、前記原料を供給し、前記吸着抑制層が形成された前記凹部内に存在する吸着サイトに前記原料を吸着させて第1層を形成する工程と、
    (c)前記基板に対して、前記吸着抑制層および前記第1層の両方と化学反応する第1反応体を供給し、前記吸着抑制層および前記第1層を第2層へ改質させる工程と、
    を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記凹部内に膜を形成する工程を有する基板処理方法。
  2. 前記第1層の厚さを、前記吸着抑制層の厚さよりも厚くする請求項1に記載の基板処理方法。
  3. 前記第1層が改質されることで形成される前記第2層の厚さを、前記吸着抑制層が改質されることで形成される前記第2層の厚さよりも厚くする請求項1または2に記載の基板処理方法。
  4. 前記第1層が改質されることで形成される前記第2層と、前記吸着抑制層が改質されることで形成される前記第2層とは、成分が同一である請求項1~3のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  5. 前記吸着抑制剤および前記原料は、いずれも、前記膜を構成する主元素を含む請求項1~4のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  6. 前記吸着抑制剤および前記原料は、いずれも、ハロゲン元素を含む請求項5に記載の基板処理方法。
  7. 前記吸着抑制剤および前記原料は、いずれも、塩素(Cl)、フッ素(F)、臭素(Br)、および、ヨウ素(I)のうち少なくともいずれかを含む請求項5に記載の基板処理方法。
  8. 前記吸着抑制剤および前記原料は、それぞれ、ハロシランである請求項5~7のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  9. 前記吸着抑制剤および前記原料は、それぞれ、クロロシランである請求項5~7のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  10. (a)における気相反応に対する表面反応の割合を、(b)における気相反応に対する表面反応の割合よりも高くする請求項1~のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  11. 前記吸着抑制剤の供給時間を、前記原料の供給時間以下、もしくは、前記原料の供給時間未満とする請求項1~10のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  12. 前記吸着抑制剤の供給時間を、前記原料の供給時間以下、もしくは、前記原料の供給時間未満とし、
    前記原料の供給時間を前記第1反応体の供給時間未満とする請求項1~11のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  13. 前記吸着抑制層は、主元素の原子に3つのハロゲンが結合してなる部分構造を含む請求項1~12のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  14. 前記吸着抑制層は、主元素の原子に3つの塩素が結合してなる部分構造を含む請求項1~12のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  15. 前記吸着抑制剤は、SiXR(3つのXは、それぞれ独立に、Cl、F、Br、またはIを表し、Rは、Cl、F、Br、I、アルキル基、またはアミノ基を表す。)で表される化合物である請求項1~14のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  16. 前記吸着抑制剤は、SiClR(Rは、Cl、F、Br、I、アルキル基、またはアミノ基を表す。)で表される化合物である請求項1~14のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  17. 前記第1反応体は、窒素及び水素含有ガス、炭素及び窒素含有ガス、炭素及び水素含有ガス、酸素含有ガス、ならびに、ホウ素含有ガスのうち少なくともいずれかである請求項1~16のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  18. 前記サイクルは、さらに、(d)前記基板に対して、前記第1反応体とは分子構造が異なる第2反応体を供給し、前記第2層を、第3層へ改質させる工程を、(a)、(b)、および(c)のそれぞれと非同時に行うことを含む請求項1~17のいずれか1項に記載の基板処理方法。
  19. 前記第1反応体および前記第2反応体は、それぞれ、窒素及び水素含有ガス、炭素及び窒素含有ガス、炭素及び水素含有ガス、酸素含有ガス、ならびに、ホウ素含有ガスのうち少なくともいずれかである請求項18に記載の基板処理方法。
  20. (a)表面に凹部が設けられた基板に対して、原料の吸着を抑制する前記原料よりも熱分解温度が高い吸着抑制剤を供給し、前記凹部内の上部の吸着サイトに前記吸着抑制剤を吸着させて、前記吸着抑制剤から置換基が解離した残基により構成される吸着抑制層を形成する工程と、
    (b)前記基板に対して、前記原料を供給し、前記吸着抑制層が形成された前記凹部内に存在する吸着サイトに前記原料を吸着させて第1層を形成する工程と、
    (c)前記基板に対して、前記吸着抑制層および前記第1層の両方と化学反応する第1反応体を供給し、前記吸着抑制層および前記第1層を第2層へ改質させる工程と、
    を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記凹部内に膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
  21. 基板が処理される処理室と、
    前記処理室内の基板に対して原料を供給する原料供給系と、
    前記処理室内の基板に対して前記原料の吸着を抑制する前記原料よりも熱分解温度が高い吸着抑制剤を供給する吸着抑制剤供給系と、
    前記処理室内の基板に対して第1反応体を供給する第1反応体供給系と、
    前記処理室内において、(a)表面に凹部が設けられた基板に対して、前記吸着抑制剤を供給し、前記凹部内の上部の吸着サイトに前記吸着抑制剤を吸着させて、前記吸着抑制剤から置換基が解離した残基により構成される吸着抑制層を形成する処理と、(b)前記基板に対して、前記原料を供給し、前記吸着抑制層が形成された前記凹部内に存在する吸着サイトに前記原料を吸着させて第1層を形成する処理と、(c)前記基板に対して、前記吸着抑制層および前記第1層の両方と化学反応する前記第1反応体を供給し、前記吸着抑制層および前記第1層を第2層へ改質させる処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記凹部内に膜を形成する処理を行わせるように、前記原料供給系、前記吸着抑制剤供給系、および前記第1反応体供給系を制御することが可能なよう構成される制御部と、
    を有する基板処理装置。
  22. (a)表面に凹部が設けられた基板に対して、原料の吸着を抑制する前記原料よりも熱分解温度が高い吸着抑制剤を供給し、前記凹部内の上部の吸着サイトに前記吸着抑制剤を吸着させて、前記吸着抑制剤から置換基が解離した残基により構成される吸着抑制層を形成する手順と、
    (b)前記基板に対して、前記原料を供給し、前記吸着抑制層が形成された前記凹部内に存在する吸着サイトに前記原料を吸着させて第1層を形成する手順と、
    (c)前記基板に対して、前記吸着抑制層および前記第1層の両方と化学反応する第1反応体を供給し、前記吸着抑制層および前記第1層を第2層へ改質させる手順と、
    を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記凹部内に膜を形成する手順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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