JP7393409B2 - クリーニング方法、半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置 - Google Patents
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Description
(a)内面上に堆積膜が形成された反応容器内に酸素含有ガスを供給し、前記酸素含有ガスをプラズマ励起させることにより、前記堆積膜を酸化させる工程と、
(b)前記反応容器内に窒素含有ガスを供給し、前記窒素含有ガスをプラズマ励起させることにより、前記堆積膜を窒化させる工程と、
を含むサイクルを所定回数実行することにより、前記堆積膜を酸化層及び窒化層を含む膜に改質させる工程を有する、
技術が提供される。
以下、本開示の一態様について図1~図7を参照しながら説明する。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。
本開示の一態様に係る基板処理装置100について、図1を用いて以下に説明する。本開示の一態様に係る基板処理装置は、主に基板面上に形成された膜や下地に対して酸化処理を行うように構成されている。
基板処理装置100は、基板としてのウエハ200をプラズマ処理する反応容器としての処理炉202を備えている。処理炉202には、処理室201を構成する処理容器203が設けられている。処理容器203は、第1の容器であるドーム型の上側容器210と、第2の容器である碗型の下側容器211とを備えている。上側容器210が下側容器211の上に被さることにより、処理室201が形成される。上側容器210は、石英で形成されている。また、上側容器210は、処理ガスがプラズマ励起されるプラズマ生成空間を形成するプラズマ容器を構成する。
処理室201の底側中央には、ウエハ200を載置する基板載置台としてのサセプタ217が配置されている。サセプタ217は、処理室201内の共振コイル212の下方に設けられている。
処理室201の上方、つまり上側容器210の上部には、ガス供給ヘッド236が設けられている。ガス供給ヘッド236は、キャップ状の蓋体233と、ガス導入口234と、バッファ室237と、開口238と、遮蔽プレート240と、ガス吹出口239とを備え、反応ガスを処理室201内へ供給できるように構成されている。
下側容器211の側壁には、処理室201内から反応ガスを排気するガス排気口235が設けられている。ガス排気口235には、ガス排気管231の上流端が接続されている。ガス排気管231には、上流側から順に圧力調整器(圧力調整部)としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ242、開閉弁としてのバルブ243b、真空排気装置としての真空ポンプ246が設けられている。主に、ガス排気口235、ガス排気管231、APCバルブ242、バルブ243bにより、本開示の一態様に係る排気部が構成されている。
処理室201の外周部、すなわち上側容器210の側壁の外側には、上側容器210の外周に沿って螺旋状に複数回巻回するように、共振コイル212が設けられている。共振コイル212には、RFセンサ272、高周波電源273、高周波電源273のインピーダンスや出力周波数の整合を行う整合器274が接続される。
制御部としてのコントローラ221は、信号線Aを通じてAPCバルブ242、バルブ243b及び真空ポンプ246を、信号線Bを通じてサセプタ昇降機構268を、信号線Cを通じてヒータ電力調整機構276及びインピーダンス可変機構275を、信号線Dを通じてゲートバルブ244を、信号線Eを通じてRFセンサ272、高周波電源273及び整合器274を、信号線Fを通じてMFC252a~252c及びバルブ253a~253c,243aを、それぞれ制御することが可能なように構成されている。
次に、本開示の一態様における基板処理工程について、主に図3を用いて説明する。図3は、本開示の一態様に係る基板処理工程を示すフロー図である。本開示の一態様に係る基板処理工程は、例えばフラッシュメモリ等の半導体デバイスの製造工程の一工程として、上述の基板処理装置100により実施される。以下の説明において、基板処理装置100を構成する各部の動作は、コントローラ221により制御される。以下では、ウエハ200表面のシリコン(Si)層に対して、プラズマを用いた処理として酸化処理を行う場合を例にして説明する。
まず、ウエハ200を処理室201内に搬入する。具体的には、サセプタ昇降機構268がウエハ200の搬送位置までサセプタ217を下降させて、サセプタ217の貫通孔217aにウエハ突上げピン266を貫通させる。
続いて、処理室201内に搬入されたウエハ200をヒータ217bにより昇温させる。また、ウエハ200の昇温を行う間、真空ポンプ246によりガス排気管231を介して処理室201内を真空排気し、処理室201内の圧力を所定の値とする。
次に、反応ガスとして、酸素含有ガスと水素含有ガスの供給を開始する。具体的には、バルブ253a及びバルブ253bを開け、MFC252a及びMFC252bにて流量制御しながら、処理室201内へ酸素含有ガス及び水素含有ガスの供給を開始する。
処理室201内の圧力が安定したら、共振コイル212に対して高周波電源273からRFセンサ272を介して、高周波電力の印加を開始する。
酸素含有ガス及び水素含有ガスの供給を停止したら、ガス排気管231を介して処理室201内を真空排気する。
処理室201内が所定の圧力となったら、サセプタ217をウエハ200の搬送位置まで下降させ、ウエハ突上げピン266上にウエハ200を支持させる。そして、ゲートバルブ244を開き、ウエハ搬送機構を用いてウエハ200を処理室201外へ搬出する。
基板処理工程において処理容器203内に形成され、堆積された膜300を改質させる工程(クリーニング工程)について図6、図7(A)~図7(C)を用いて説明する。本開示の一態様に係るクリーニング工程は、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、上述の基板処理工程と同様に、基板処理装置100により実施される。
先ず、処理室201内にウエハ200が収容されていない状態で、ゲートバルブ244を閉じて処理室201内を密閉し、処理室201内の昇温を行う。例えば、処理容器203の内壁面203bの温度を、200℃前後となるまで昇温する。また、処理室201内の昇温を行う間、真空ポンプ246によりガス排気管231を介して処理室201内を真空排気し、処理室201内の圧力を所定の値とする。真空ポンプ246は、クリーニング工程が終了するまで作動させておく。なお、このとき処理容器203の内壁面203bの温度を、上述した基板処理工程のプラズマ処理工程(S140)における処理容器203の内壁面203bの温度よりも高い温度にするのが好ましい。本工程における温度をより高くして、後述する降温工程における温度との差を大きくすることにより、降温により生じる応力をより大きくして膜300の剥離を促進させることができる。
[酸素含有ガス供給]
次に、酸素含有ガスの供給を開始する。具体的には、バルブ253aを開け、MFC252aにて流量制御しながら、処理室201内へ酸素含有ガスの供給を開始する。このとき、酸素含有ガスの流量を、例えば200~2000sccmの範囲内の所定値とする。
処理室201内の圧力が安定したら、共振コイル212に対して高周波電源273からRFセンサ272を介して、例えば500~3500Wの範囲内の所定電力である高周波電力の印加を開始する。処理室201内に供給された酸素含有ガスはプラズマ励起されて、膜300を酸化させる。このときの酸素含有ガスをプラズマ励起させるために与えられる電磁界の電力は、上述した基板処理工程におけるプラズマ処理工程(S140)において酸素含有ガスをプラズマ励起させるために与えられる電磁界の電力よりも小さくすることが望ましい。すなわち、基板処理工程時のプラズマ酸化電力>クリーニンング工程時のプラズマ酸化電力とする。これにより、膜300への酸化力が抑制され、2回目以降のサイクルにおいて膜300の表面に形成された窒化層を完全に酸化させることなく、窒化層と酸化層を含む膜を形成することが容易となる。
[窒素含有ガス供給]
次に、窒素含有ガスの供給を開始する。具体的には、バルブ253cを開け、MFC252cにて流量制御しながら、処理室201内へ窒素含有ガスの供給を開始する。このとき、窒素含有ガスの流量を、例えば100~1000sccmの範囲内の所定値とする。
処理室201内の圧力が安定したら、共振コイル212に対して高周波電源273からRFセンサ272を介して、例えば500~2000Wの範囲内の所定電力である高周波電力の印加を開始する。処理室201内に供給された窒素含有ガスはプラズマ励起されて、膜300を窒化させる。このときの、本工程における窒素含有ガスをプラズマ励起させるために与えられる電磁界の電力を、上述したプラズマ酸化処理工程(S220)において酸素含有ガスをプラズマ励起させるために与えられる電磁界の電力以上、または同程度とする。すなわち、クリーニング工程において、プラズマ酸化電力≦プラズマ窒化電力とする。この電力条件により、プラズマ酸化処理による酸化条件を弱く、プラズマ窒化処理条件を強くすることができる。この方法によっても、プラズマ窒化処理で形成された窒化層がプラズマ酸化処理によって完全に酸化されることを防ぐことができる。したがって、酸化層と窒化層の積層を形成することが容易となる。
上述したプラズマ酸化処理工程S220とプラズマ窒化処理工程S230と、を含むサイクルを所定回数、複数回実行する。これにより、基板処理工程において処理容器203内の内壁面203b等に形成されていた膜300を、図7(B)に示すように、酸化層及び窒化層を含む膜400に改質させる。
次に、処理室201内の温度であって、処理容器203の内壁面203bの温度を、プラズマ酸化処理工程(S220)及びプラズマ窒化処理工程(S230)における処理容器203の内壁面203bの温度から例えば室温であって25℃程度まで降温させる。
上述の実施形態におけるクリーニング工程は、以下に示す変形例のように変形することができる。特に説明がない限り、各変形例における構成は、上述した実施形態における構成と同様であり、説明を省略する。
変形例1では、上述したクリーニング工程において、所定回数実施(S240)する際に、第1のサイクルであるn回目のプラズマ酸化処理工程(S220)において酸素含有ガスをプラズマ励起させるために与えられる電磁界の電力を、第1のサイクルの後に実行される第2のサイクルであるn+1回目のサイクル中のプラズマ酸化処理工程(S220)において酸素含有ガスをプラズマ励起させるために与えられる電磁界の電力よりも大きくする。すなわち、n層目のプラズマ酸化電力>n+1層目のプラズマ酸化電力とする。このとき、n回目のサイクル中のプラズマ窒化処理工程(S230)における処理条件は、n+1回目のサイクル中のプラズマ窒化処理工程(S230)における処理条件と同一とする。
以上、本開示の種々の典型的な実施形態及び変形例を説明してきたが、本開示はそれらの実施形態及び変形例に限定されず、適宜組み合わせて用いることもできる。
201 処理室
203 処理容器
210 上側容器
211 下側容器
212 共振コイル
217 サセプタ(基板載置台)
273 高周波電源
Claims (20)
- (a)内面上に堆積膜が形成された反応容器内に酸素含有ガスを供給し、前記酸素含有ガスをプラズマ励起させることにより、前記堆積膜を酸化させる工程と、
(b)前記反応容器内に窒素含有ガスを供給し、前記窒素含有ガスをプラズマ励起させることにより、前記堆積膜を窒化させる工程と、
を含むサイクルを所定回数実行することにより、前記堆積膜を酸化層及び窒化層を含む膜に改質させる工程と、
(c)前記反応容器内の温度を、(a)及び(b)における前記反応容器の温度から降温させて、熱膨張率の異なる前記酸化層と前記窒化層とを含む膜に改質し前記膜を剥離可能な状態とする工程と、
を有するクリーニング方法。 - (d)(c)の後、前記酸化層及び前記窒化層を含む膜を前記反応容器の内壁から除去する工程と、
を更に有する請求項1記載のクリーニング方法。 - (d)では、前記酸化層及び前記窒化層を含む膜を前記反応容器の内壁から剥離することにより行われる請求項2記載のクリーニング方法。
- 前記堆積膜はSi含有膜、前記酸化層はSi含有酸化層、前記窒化層はSi含有窒化層である請求項1から3のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
- 前記堆積膜は酸化膜である請求項1から4のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
- (a)において前記酸素含有ガスをプラズマ励起させるために与えられる電磁界の電力は、(b)において前記窒素含有ガスをプラズマ励起させるために与えられる電磁界の電力よりも小さい請求項1から5のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
- (a)における前記反応容器内の圧力は、(b)における前記反応容器内の圧力よりも大きい請求項1から6のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
- 1サイクル当たりの(a)の実行時間は(b)の実行時間よりも短い請求項1から7のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
- 前記サイクルは複数回実行され、第1のサイクル中の(a)において前記酸素含有ガスをプラズマ励起させるために与えられる電磁界の電力は、前記第1のサイクルの後に実行される第2のサイクル中の(a)において前記酸素含有ガスをプラズマ励起させるために与えられる電磁界の電力よりも大きい請求項1から8のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
- 前記サイクルは複数回実行され、第1のサイクル中の(a)における前記反応容器内の圧力は、前記第1のサイクルの後に実行される第2のサイクル中の(a)における前記反応容器内の圧力よりも小さい請求項1から9のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
- 前記サイクルは複数回実行され、第1のサイクル中の(a)の実行時間は、前記第1のサイクルの後に実行される第2のサイクル中の(a)の実行時間よりも長い請求項1から10のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
- (a)及び(b)は、前記反応容器内に基板が収容されていない状態で実行される請求項1から11のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
- (e)基板が搬入された前記反応容器内に前記酸素含有ガスを供給し、前記酸素含有ガスをプラズマ励起させることにより、前記基板の表面を酸化させる工程と、
(f)(e)の後、前記基板を前記反応容器から搬出する工程と、
を(a)と(b)と、を含む前記サイクルを実行する前に行う工程を更に有する請求項1から8のいずれか一項に記載のクリーニング方法。 - (a)において前記酸素含有ガスをプラズマ励起させるために与えられる電磁界の電力は、(e)において前記酸素含有ガスをプラズマ励起させるために与えられる電磁界の電力よりも小さい請求項13記載のクリーニング方法。
- (a)における前記反応容器内の圧力は、(e)における前記反応容器内の圧力よりも大きい請求項13又は14記載のクリーニング方法。
- (a)の実行時間は、(e)の実行時間よりも短い請求項13から15のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
- (a)内面上に堆積膜が形成された反応容器内に、酸素含有ガスをプラズマ励起させることにより生成された酸化種を供給し、前記堆積膜を酸化させる工程と、
(b)前記反応容器内に、窒素含有ガスをプラズマ励起させることにより生成された窒化種を供給し、前記堆積膜を窒化させる工程と、
を含むサイクルを所定回数実行することにより、前記堆積膜を酸化層及び窒化層を含む膜に改質させる工程と、
(c)前記反応容器内の温度を、(a)及び(b)における前記反応容器の温度から降温させて、熱膨張率の異なる前記酸化層と前記窒化層とを含む膜に改質し前記膜を剥離可能な状態とする工程と、
を有するクリーニング方法。 - (a)基板が収容された反応容器内に処理ガスを供給し、前記処理ガスをプラズマ励起させることにより、前記基板の表面を改質させる工程と、
(b)(a)の後、前記基板を前記反応容器から搬出する工程と、
(c)(a)において内面上に堆積膜が形成された前記反応容器内に酸素含有ガスを供給し、前記酸素含有ガスをプラズマ励起させることにより、前記堆積膜を酸化させる工程と、
(d)前記反応容器内に窒素含有ガスを供給し、前記窒素含有ガスをプラズマ励起させることにより、前記堆積膜を窒化させる工程と、
(c)及び(d)を含むサイクルを所定回数実行することにより、前記堆積膜を酸化層及び窒化層を含む膜に改質させる工程と、
(e)前記反応容器内の温度を、(a)及び(b)における前記反応容器の温度から降温させて、熱膨張率の異なる前記酸化層と前記窒化層とを含む膜に改質し前記膜を剥離可能な状態とする工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - (a)内面上に堆積膜が形成された基板処理装置の反応容器内に酸素含有ガスを供給し、前記酸素含有ガスをプラズマ励起させることにより、前記堆積膜を酸化させる手順と、
(b)前記反応容器内に窒素含有ガスを供給し、前記窒素含有ガスをプラズマ励起させることにより、前記堆積膜を窒化させる手順と、
(a)及び(b)を含むサイクルを所定回数実行することにより、前記堆積膜を酸化層及び窒化層を含む膜に改質させる手順と、
(c)前記反応容器内の温度を、(a)及び(b)における前記反応容器の温度から降温させて、熱膨張率の異なる前記酸化層と前記窒化層とを含む膜に改質し前記膜を剥離可能な状態とする手順と、
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。 - 基板が処理される反応容器と、
前記反応容器内に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給系と、
前記反応容器内に窒素含有ガスを供給する窒素含有ガス供給系と、
前記酸素含有ガス及び前記窒素含有ガスをそれぞれプラズマ励起させるよう構成されたプラズマ生成部と、
(a)内面上に堆積膜が形成された前記反応容器内に酸素含有ガスを供給し、前記酸素含有ガスをプラズマ励起させることにより、前記堆積膜を酸化させる処理と、
(b)前記反応容器内に前記窒素含有ガスを供給し、前記窒素含有ガスをプラズマ励起させることにより、前記堆積膜を窒化させる処理と、を含むサイクルを所定回数実行することにより、前記堆積膜を酸化層及び窒化層を含む膜に改質させる処理と、
(c)前記反応容器内の温度を、(a)及び(b)における前記反応容器の温度から降温させて、熱膨張率の異なる前記酸化層と前記窒化層とを含む膜に改質させ前記膜を剥離可能な状態とする処理と、を実行させるように、前記酸素含有ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系、及び前記プラズマ生成部を制御することが可能なように構成された制御部と、
を備える基板処理装置。
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