JPWO2012060379A1 - 半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
基板を収容した処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
前記処理容器内に窒素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程と、
前記処理容器内に酸素含有ガスおよび不活性ガスを供給することで、前記窒化層を酸窒化層に変化させる工程と、
を1サイクルとして、このサイクルを複数回行うことで、前記基板上に所定膜厚の酸窒化膜を形成する工程を有し、
前記窒化層を酸窒化層に変化させる工程での前記処理容器内における前記酸素含有ガスの分圧を制御することにより前記所定膜厚の酸窒化膜の組成比を制御する半導体装置の製造方法が提供される。
基板を収容した処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
前記処理容器内に窒素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程と、
前記処理容器内に酸素含有ガスおよび不活性ガスを供給することで、前記窒化層を酸窒化層に変化させる工程と、
を1サイクルとして、このサイクルを複数回行うことで、前記基板上に所定膜厚の酸窒化膜を形成する工程を有し、
前記窒化層を酸窒化層に変化させる工程での前記処理容器内における前記酸素含有ガスの分圧を制御することにより前記所定膜厚の酸窒化膜の組成比を制御する基板処理方法が提供される。
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理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、
前記処理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、
前記処理容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理容器内におけるガスの分圧を制御する分圧制御系と、
基板を収容した前記処理容器内に前記原料ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する処理と、前記処理容器内に前記窒素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる処理と、前記処理容器内に前記酸素含有ガスおよび前記不活性ガスを供給することで、前記窒化層を酸窒化層に変化させる処理と、を1サイクルとして、このサイクルを複数回行うことで、前記基板上に所定膜厚の酸窒化膜を形成する処理を行うと共に、前記窒化層を酸窒化層に変化させる処理での前記処理容器内における前記酸素含有ガスの分圧を制御することにより前記所定膜厚の酸窒化膜の組成比を制御するように、前記原料ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系、前記酸素含有ガス供給系、前記不活性ガス供給系および前記分圧制御系を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
(数2) Vn=[Qn/(Qn+Qd)]×V
(数3) Vo=[Qo/(Qo+Qd)]×V
第1ガス供給管232aのバルブ243aを開き、第1ガス供給管232aにHCDガスを流す。HCDガスは、第1ガス供給管232aから流れ、マスフローコントローラ241aにより流量調整される。流量調整されたHCDガスは、第1ノズル233aのガス供給孔248aから、加熱された減圧状態の処理室201内に供給され、排気管231から排気される(HCDガス供給)。
処理室201内の残留ガスを除去した後、第2ガス供給管232bのバルブ243bを開き、第2ガス供給管232bにNH3ガスを流す。NH3ガスは第2ガス供給管232bから流れ、マスフローコントローラ241bにより流量調整される。流量調整されたNH3ガスは第2ノズル233bのガス供給孔248bから加熱された減圧状態のバッファ室237内に供給される。このとき、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に高周波電力を印加すると、バッファ室237内に供給されたNH3ガスはプラズマで活性化されることとなる。第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に高周波電力を印加しない場合は、バッファ室237内に供給されたNH3ガスは熱で活性化されることとなる。本実施形態では、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に高周波電力を印加しないことで、バッファ室237内に供給されたNH3ガスを熱で活性化するようにしている。これにより、バッファ室237内に供給されたNH3ガスは、熱で活性化されて、バッファ室237のガス供給孔248cから、加熱された減圧状態の処理室201内に供給され、排気管231から排気される(NH3ガス供給)。なお、NH3ガスはプラズマで活性化させて供給することもできるが、熱で活性化させて供給した方が、ソフトな反応を生じさせることができ、後述する窒化をソフトに行うことができる。
処理室内圧力:133〜2666Pa
NH3ガス分圧:67〜2394Pa
NH3ガス供給流量:1000〜5000sccm
N2ガス供給流量:300〜1000sccm
NH3ガス供給時間:6〜60秒
処理室201内の残留ガスを除去した後、第3ガス供給管232cのバルブ243c、第3不活性ガス供給管232fのバルブ243fを開き、第3ガス供給管232cにO2ガス、第3不活性ガス供給管232fに希釈ガスとしてのN2ガスを流す。N2ガスは第3不活性ガス供給管232fから流れ、マスフローコントローラ241fにより流量調整される。O2ガスは第3ガス供給管232cから流れ、マスフローコントローラ241cにより流量調整される。流量調整されたO2ガスは、流量調整されたN2ガスと第3ガス供給管232c内で混合されて、第2ノズル233bのガス供給孔248bから加熱された減圧状態のバッファ室237内に供給される。このとき、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に高周波電力を印加すると、バッファ室237内に供給されたO2ガスはプラズマで活性化されることとなる。第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に高周波電力を印加しない場合は、バッファ室237内に供給されたO2ガスは熱で活性化されることとなる。本実施形態では、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に高周波電力を印加しないことで、バッファ室237内に供給されたO2ガスを熱で活性化するようにしている。これにより、バッファ室237内に供給されたO2ガスは、熱で活性化されて、N2ガスと一緒にバッファ室237のガス供給孔248cから、加熱された減圧状態の処理室201内に供給され、排気管231から排気される(O2ガス及びN2ガス供給)。なお、O2ガスはプラズマで活性化させて供給することもできるが、熱で活性化させて供給した方が、ソフトな反応を生じさせることができ、後述する酸化をソフトに行うことができる。
処理室内圧力:10〜2666Pa
O2ガス分圧:0.5〜1333Pa
O2ガス供給流量:1000〜5000sccm
N2ガス供給流量:300〜1000sccm
O2ガス供給時間:6〜60秒
発明者らは、まず、上述の実施形態のステップ3におけるO2ガスの供給時間を制御することで、SiON膜の組成比を制御することが可能であることを見出した。また、それにより、SiON膜のWER特性やRIを制御することが可能であることを見出した。
そこで発明者らは、鋭意研究の結果、酸素含有ガスの供給時間ではなく、処理室内における酸素含有ガスの分圧(partial pressure)を制御することで、成膜レートを低下させることなく、すなわち、酸素含有ガスの供給時間を長くすることなく、SiON膜の組成比を制御することが可能であることを見出した。また、それにより、SiON膜のWER特性やRIを制御することが可能であることを見出した。なお、酸素含有ガスの分圧の制御は、上述の実施形態の基板処理装置における分圧制御系により、上述の数式3に基づき、例えば、処理室内の圧力を所定の圧力に保持するように制御しつつ、酸素含有ガスの希釈N2ガスによる希釈量、すなわち、希釈N2ガスの供給流量を制御することにより行う。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
基板を収容した処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
前記処理容器内に窒素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程と、
前記処理容器内に酸素含有ガスおよび不活性ガスを供給することで、前記窒化層を酸窒化層に変化させる工程と、
を1サイクルとして、このサイクルを複数回行うことで、前記基板上に所定膜厚の酸窒化膜を形成する工程を有し、
前記窒化層を酸窒化層に変化させる工程での前記処理容器内における前記酸素含有ガスの分圧を制御することにより前記所定膜厚の酸窒化膜の組成比を制御する半導体装置の製造方法が提供される。
基板を収容した処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
前記処理容器内に窒素含有ガス、酸素含有ガスおよび不活性ガスを供給することで、前記所定元素含有層を酸窒化層に変化させる工程と、
を1サイクルとして、このサイクルを複数回行うことで、前記基板上に所定膜厚の酸窒化膜を形成する工程を有し、
前記所定元素含有層を酸窒化層に変化させる工程での前記処理容器内における前記酸素含有ガスの分圧を制御することにより前記所定膜厚の酸窒化膜の組成を制御する半導体装置の製造方法が提供される。
基板を収容した処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
前記処理容器内に窒素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程と、
前記処理容器内に酸素含有ガスおよび不活性ガスを供給することで、前記窒化層を酸窒化層に変化させる工程と、
を1サイクルとして、このサイクルを複数回行うことで、前記基板上に所定膜厚の酸窒化膜を形成する工程を有し、
前記窒化層を酸窒化層に変化させる工程での前記処理容器内における前記酸素含有ガスの分圧を制御することにより前記所定膜厚の酸窒化膜の組成比を制御する基板処理方法が提供される。
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理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、
前記処理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、
前記処理容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理容器内におけるガスの分圧を制御する分圧制御系と、
基板を収容した前記処理容器内に前記原料ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する処理と、前記処理容器内に前記窒素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる処理と、前記処理容器内に前記酸素含有ガスおよび前記不活性ガスを供給することで、前記窒化層を酸窒化層に変化させる処理と、を1サイクルとして、このサイクルを複数回行うことで、前記基板上に所定膜厚の酸窒化膜を形成する処理を行うと共に、前記窒化層を酸窒化層に変化させる処理での前記処理容器内における前記酸素含有ガスの分圧を制御することにより前記所定膜厚の酸窒化膜の組成比を制御するように、前記原料ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系、前記酸素含有ガス供給系、前記不活性ガス供給系および前記分圧制御系を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
基板を収容した基板処理装置の処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する手順と、
前記処理容器内に窒素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる手順と、
前記処理容器内に酸素含有ガスおよび不活性ガスを供給することで、前記窒化層を酸窒化層に変化させる手順と、
を1サイクルとして、このサイクルを複数回行うことで、前記基板上に所定膜厚の酸窒化膜を形成する手順と、
前記窒化層を酸窒化層に変化させる手順での前記処理容器内における前記酸素含有ガスの分圧を制御することにより前記所定膜厚の酸窒化膜の組成比を制御する手順と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。
基板を収容した基板処理装置の処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する手順と、
前記処理容器内に窒素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる手順と、
前記処理容器内に酸素含有ガスおよび不活性ガスを供給することで、前記窒化層を酸窒化層に変化させる手順と、
を1サイクルとして、このサイクルを複数回行うことで、前記基板上に所定膜厚の酸窒化膜を形成する手順と、
前記窒化層を酸窒化層に変化させる手順での前記処理容器内における前記酸素含有ガスの分圧を制御することにより前記所定膜厚の酸窒化膜の組成比を制御する手順と、
をコンピュータに実行させるための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
201 処理室
202 処理炉
203 反応管
207 ヒータ
231 排気管
232a 第1ガス供給管
232b 第2ガス供給管
232c 第3ガス供給管
232d 第1不活性ガス供給管
232e 第2不活性ガス供給管
232f 第3不活性ガス供給管
241a マスフローコントローラ
241b マスフローコントローラ
241c マスフローコントローラ
241d マスフローコントローラ
241e マスフローコントローラ
241f マスフローコントローラ
244 APCバルブ
245 圧力センサ
246 真空ポンプ
Claims (10)
- 基板を収容した処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
前記処理容器内に窒素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程と、
前記処理容器内に酸素含有ガスおよび不活性ガスを供給することで、前記窒化層を酸窒化層に変化させる工程と、
を1サイクルとして、このサイクルを複数回行うことで、前記基板上に所定膜厚の酸窒化膜を形成する工程を有し、
前記窒化層を酸窒化層に変化させる工程での前記処理容器内における前記酸素含有ガスの分圧を制御することにより前記所定膜厚の酸窒化膜の組成比を制御する半導体装置の製造方法。 - 前記酸素含有ガスおよび前記不活性ガスは、側面に複数のガス供給孔が設けられた多孔ノズルを介して供給される請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理容器内には複数枚の基板が配列され、前記多孔ノズルは前記複数枚の基板が配列される基板配列領域を水平に取り囲む領域に設けられている請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記多孔ノズルは前記基板配列領域に沿って少なくとも前記基板配列領域の一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記多孔ノズル内に供給される前記酸素含有ガスおよび前記不活性ガスの混合ガスの合計流量を、前記多孔ノズルの前記ガス供給孔のそれぞれから噴出する前記混合ガスの流量が均一となるのに最低限必要な流量以上の流量に設定する請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理容器内における前記酸素含有ガスの分圧の制御は、前記不活性ガスの供給流量を制御することにより行う請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理容器内における前記酸素含有ガスの分圧の制御は、前記処理容器内の圧力を所定の圧力帯とした状態で、前記不活性ガスの供給流量を制御することにより行う請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記窒化層を酸窒化層に変化させる工程での前記処理容器内における前記酸素含有ガスの分圧を制御することにより、前記所定膜厚の酸窒化膜の酸素成分と窒素成分との比を制御する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板を収容した処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する工程と、
前記処理容器内に窒素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる工程と、
前記処理容器内に酸素含有ガスおよび不活性ガスを供給することで、前記窒化層を酸窒化層に変化させる工程と、
を1サイクルとして、このサイクルを複数回行うことで、前記基板上に所定膜厚の酸窒化膜を形成する工程を有し、
前記窒化層を酸窒化層に変化させる工程での前記処理容器内における前記酸素含有ガスの分圧を制御することにより前記所定膜厚の酸窒化膜の組成比を制御する基板処理方法。 - 基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に所定元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理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、
前記処理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、
前記処理容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
前記処理容器内におけるガスの分圧を制御する分圧制御系と、
基板を収容した前記処理容器内に前記原料ガスを供給することで、前記基板上に所定元素含有層を形成する処理と、前記処理容器内に前記窒素含有ガスを供給することで、前記所定元素含有層を窒化層に変化させる処理と、前記処理容器内に前記酸素含有ガスおよび前記不活性ガスを供給することで、前記窒化層を酸窒化層に変化させる処理と、を1サイクルとして、このサイクルを複数回行うことで、前記基板上に所定膜厚の酸窒化膜を形成する処理を行うと共に、前記窒化層を酸窒化層に変化させる処理での前記処理容器内における前記酸素含有ガスの分圧を制御することにより前記所定膜厚の酸窒化膜の組成比を制御するように、前記原料ガス供給系、前記窒素含有ガス供給系、前記酸素含有ガス供給系、前記不活性ガス供給系および前記分圧制御系を制御する制御部と、
を有する基板処理装置。
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