JPWO2015053121A1 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
以下に、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照してより詳細に説明する。
まず、本実施形態に係る基板処理装置の構成について、主に図1及び図2を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る基板処理装置の概略構成図であり、処理炉202部分を縦断面で示している。図2は、本実施形態に係る基板処理装置が備える処理炉202の縦断面概略図である。
図1に示すように、処理炉202は処理容器(反応管)203を備えている。処理容器203は、例えば石英(SiO2)または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。処理容器203の筒中空部には、処理室201が形成され、基板としてのウエハ200を基板支持部としてのボート217によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
基板保持部としてのボート217は、複数枚のウエハ200を多段に保持できるように構成されている。ボート217は、複数枚のウエハ200を保持する複数本の支柱217aを備えている。支柱217aは例えば3本備えられている。複数本の支柱217aはそれぞれ、底板217bと天板217cとの間に架設されている。複数枚のウエハ200が、支柱217aにより、水平姿勢でかつ、互いに中心を揃えた状態で整列されて菅軸方向に多段に保持されている。天板217cは、ボート217に保持されるウエハ200の最大外径よりも大きくなるように形成されている。
処理容器203の下方には、ボート217を昇降させて処理容器(反応管)203の内外へ搬送する昇降部としてのボートエレベータが設けられている。ボートエレベータには、ボートエレベータによりボート217が上昇された際に炉口を封止するシールキャップ219が設けられている。
処理容器(反応管)203の外側には、処理容器(反応管)203の側壁面を囲う同心円状に、処理容器(反応管)203内のウエハ200を加熱する第1の加熱部207が設けられている。第1の加熱部207は、ヒータベース206により支持されて設けられている。図2に示すように、第1の加熱部207は第1〜第4のヒータユニット207a〜207dを備えている。第1〜第4のヒータユニット207a〜207dはそれぞれ、処理容器(反応管)203内でのウエハ200の積層方向に沿って設けられている。
図1に示すように、処理容器(反応管)203と第1の加熱部207との間には、処理ガス供給ノズル501が設けられている。処理ガス供給ノズル501は、例えば熱伝導率の低い石英等により形成されている。処理ガス供給ノズル501は二重管構造を有していてもよい。処理ガス供給ノズル501は、処理容器(反応管)203の外壁の側部に沿って配設されている。処理ガス供給ノズル501の先端(下流端)は、処理容器(反応管)203の頂部(上端開口)に気密に設けられている。処理容器(反応管)203の上端開口に位置する処理ガス供給ノズル501の先端には、供給孔502が設けられている。ガス供給部は、主に、処理ガス供給ノズル501と、供給孔502で構成される。また、後述する処理ガス生成ユニット300とパージガス供給部601をガス供給部に含めてもよい。さらに、後述する酸素含有ガス供給部602をガス供給部に含めるように構成しても良い。
処理ガス生成ユニット300には、上流側から、酸素含有ガス供給管301、水素含有ガス供給管302、バルブ303a,303b、ガス流量制御部(マスフローコントローラ;MFC)304a,304b、処理ガス生成装置305、バルブ305a,305b,305cが設けられている。バルブ305cには、ドレイン管306が接続されている。
処理容器203の下方には、基板処理室201内のガスを排気するガス排気管231の一端が接続されている。ガス排気管231の他端は、真空ポンプ246a(排気装置)に圧力調整器としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ255を介して接続されている。基板処理室201内は、真空ポンプ246で発生する圧力勾配によって排気される。なお、APCバルブ255は、弁の開閉により基板処理室201の排気および排気停止を行うことができる開閉弁である。また、弁開度の調整により圧力を調整することができる圧力調整弁でもある。 また、圧力検出器としての圧力センサ223がAPCバルブ255の上流側に設けられている。このようにして、基板処理室201内の圧力が所定の圧力(真空度)となるよう、真空排気するように構成されている。APCバルブ255により基板処理室201および圧力センサ223には、圧力制御部284(図3参照)が電気的に接続されており、圧力制御部284は、圧力センサ223により検出された圧力に基づいて、APCバルブ255により基板処理室201内の圧力が所望の圧力となるよう、所望のタイミングで制御するように構成されている。
例えば、処理ガスとして、水蒸気が用いられる場合、水蒸気(ガス状態の水)が、処理容器203内で水の気化点以下に冷却されて液化してしまう場合があった。
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。
ここで、基板としてのウエハ200に後述の改質処理が施される前に施される事前処理工程について図4を用いて説明する。図4に示すように、ウエハ200には、PHPS塗布工程T20とプリベーク工程T30が施されている。PHPS塗布工程T20では、塗布装置(不図示)により、ポリシラザンが塗布される。塗布されたポリシラザンの厚さは、ポリシラザンの分子量、ポリシラザン溶液の粘度、コーターの回転数によって調整される。プリベーク工程T30では、ウエハ200に塗布されたポリシラザンから溶剤が除去される。具体的には、70℃〜250℃程度に加熱されることにより溶剤が揮発することにより行われる。好ましくは150℃程度で加熱される。
続いて、本実施形態に係る半導体装置の製造工程の一工程として実施される基板処理工程について、図5,6を用いて説明する。かかる工程は、上述の基板処理装置により実施される。本実施形態では、かかる基板処理工程の一例として、処理ガスとして水蒸気を用い、基板としてのウエハ200上に形成されたシリコン含有膜をSiO膜に改質(酸化)する工程(改質処理工程)を行う場合について説明する。なお、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。
まず、予め指定された枚数のウエハ200をボート217に装填(ウエハチャージ)する。複数枚のウエハ200を保持したボート217を、ボートエレベータによって持ち上げて処理容器(反応管)203内(処理室201内)に搬入(ボートロード)する。この状態で、処理炉202の開口部である炉口はシールキャップ219によりシールされた状態となる。その後、処理容器203内が所望の圧力(真空度)となるように真空ポンプ246a又は真空ポンプ246bの少なくともいずれかによって真空排気する。この際、処理容器203内の圧力は、圧力センサで測定し、この測定した圧力に基づきAPCバルブ255の開度又はバルブ240の開閉をフィードバック制御する(圧力調整)。また、処理容器203内のウエハ200が所望の温度(例えば約150℃)となるように、第1の温度センサ263a、第2の温度センサ263b、第3の温度センサ263c、第4の温度センサ263dが検出した温度情報に基づき第1の加熱部207が備える第1のヒータユニット207a、第2のヒータユニット207b、第3のヒータユニット207c、第4のヒータユニット207dへの供給電力をフィードバック制御する(温度調整)。このとき、第1のヒータユニット207a、第2のヒータユニット207b、第3のヒータユニット207c、第4のヒータユニット207dの設定温度は全て同じ温度となるように制御する。
処理容器203内が所定の圧力に到達し、ウエハ200が所定の温度に到達後、処理容器203内に酸素(O)含有ガスを供給し、約100Torrになるように調整する。所定の温度とは、上述のプリベーク工程T30での温度以下の第1温度である。具体的には、バルブ602a、602dを開き、MFC602bにより流量が調整された酸素含有ガスが処理容器203に供給され、APCバルブ255と圧力センサ223により圧力が調整される。酸素含有ガスの流量は、例えば、5slm〜15slmに設定される。酸素含有ガスは、酸素(O2)ガスや、オゾン(O3)ガス、一酸化窒素(NO)ガス、亜酸化窒素(N2O)が用いられ、好適には、酸素ガスが用いられる。本実施形態では酸素ガスを用いる。このときの所定の温度は、上述のプリベーク工程T30の温度以下になるように保持することが好ましい。また、このときの所定の温度は、少なくとも低分子量のポリシラザンの骨格構造を酸化シリコン(Si−O)に変化させるのに必要な温度以上(例えば70℃以上)であることが必要である。所定時間経過後、温度調整工程S30を行う。プリベーク工程T30の温度以下になるように調整することで、ポリシラザン膜の軟化を抑制しながら、酸素含有ガスで低分子量のポリシラザンの骨格構造を酸化シリコン(Si−O)に変化させるので、パーティクルの発生を抑制することができる。
予備加熱工程S20の後、処理容器203内の圧力を約100Torrに保持したまま、酸素含有雰囲気中でウエハ200の温度を第2温度まで昇温させる。第2温度は、250〜450℃であり、例えば400℃である。また、400℃に到達後、酸素含有ガスの流量を増加させて処理容器203内の圧力を増加させ、約400Torrに保持させる。また、圧力と温度が安定するまで所定時間その圧力と温度を保持する。
ウエハ200の温度が400℃で安定後、処理容器203内に処理ガスとしての水蒸気(H2Oガス)の供給を開始する。具体的には、処理ガス発生ユニット305に酸素含有ガスと水素含有ガスを供給し、酸素と水素を反応させ、水蒸気を発生させる。なお、酸素含有ガス(O2ガス)と水素含有ガス(H2ガス)のガス供給比(O2/H2)が2:3、スチーム濃度が60%となるようにMFC304aとMFC304bにより酸素含有ガスと水素含有ガスの流量が調整される。水蒸気を供給した状態で、約30分間酸化処理を行い、ポリシラザン膜を酸化する(酸化工程)。酸化処理を行う間、酸素ガス供給部602からは引き続き酸素含有ガス(本実施態様では酸素ガス)が処理容器203に供給される。ウエハ200の温度は、水蒸気によりポリシラザン膜を酸化するため、所定の温度以上(例えば250℃以上)である必要があり、また、ポリシラザン膜の上部の硬化を避けるため、所定の温度以下(例えば400℃以下)であることが望ましい。
酸化工程S40が所定の時間経過後、処理容器203への水蒸気の供給と、酸素ガスの供給を停止し、ウエハ200の温度を保持したまま、処理容器203内に窒素含有ガスを供給し、ウエハ200上に形成されたシリコン酸化膜にアニールを所定時間(例えば30分間)行っても良い。ここで窒素含有ガスは例えば窒素(N2)ガスであり、パージガス供給部601から供給しても良い。
アニール工程S50が終了した後、ウエハ200の温度を保持したまま、処理容器203内を所定の圧力になるまで排気する。例えば約1Torrになるまで排気する。所定の圧力に到達後、処理容器203内に不活性ガスとしての窒素ガスを供給開始し、所定の圧力になるまで供給する。この様に、ウエハ200の温度を保持したまま処理容器203内を排気して圧力を下げることによって、パーティクルや不純物を除去することができる。また、排気後にウエハ200の温度を保持したまま、不活性ガスを供給することによって、処理容器203内に残存する、真空排気で除去できなかったパーティクル、不純物、ウエハ200からのアウトガスを除去することができる。
処理容器203内の圧力が所定の圧力に到達後、ウエハ200の降温を開始する。例えば、処理容器203内の圧力が、約100Torr以上になったら、ウエハ200の降温を開始する。
その後、ボートエレベータによりシールキャップ219を下降させて処理容器203の下端を開口するとともに、処理済みウエハ200をボート217に保持した状態で処理容器203の下端から処理容器203(処理室201)の外部へ搬出(ボートアンロード)する。その後、処理済みウエハ200はボート217より取り出され(ウエハディスチャージ)、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、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。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
一態様によれば、シラザン結合を有する膜が形成され、プリベークが施されている基板を処理容器に搬入させる工程と、前記基板に前記プリベークの温度以下の第1温度で酸素含有ガスを供給する工程と、前記基板に、前記第1温度よりも高い第2温度で処理ガスを供給する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
付記1に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記シラザン結合を有する膜は、低分子量のポリシラザンを含む膜である。
付記1乃至付記2に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記酸素含有ガスは、酸素ガスを含むガスであり、前記処理ガスは水蒸気を含むガスである。
付記1乃至付記3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記処理ガスを供給する工程は、前記酸素含有ガスを供給する工程の後に行われ、前記処理ガスを供給する工程では前記酸素含有ガスを供給しつつ前記処理ガスの供給が行われる。
付記4に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記処理ガスを供給する工程の後に、前記処理ガスと前記酸素含有ガスの供給が停止され窒素含有ガスが供給されるアニール工程を有する。
付記1乃至付記5に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記処理ガスを供給する工程の後に、前記基板の温度を保ったまま前記処理容器内を排気する工程を有する。
付記6に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記処理容器内を排気する工程の後に、前記処理容器内に不活性ガスを供給し、所定の圧力に調整した後、基板を降温させる工程を有する。
他の態様によれば、シラザン結合を有する膜が形成され、プリベーク工程が施されている基板が収容される処理容器と、前記基板に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部と、前記基板に処理ガスを供給するガス供給部と、前記基板を加熱する加熱部と、前記酸素含有ガスを供給した状態で前記基板を前記プリベーク工程の温度以下の第1温度に加熱し、前記処理ガスを供給した状態で前記第1温度よりも高い第2温度で前記基板を加熱するように前記酸素含有ガス供給部と前記ガス供給部と前記加熱部と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。
付記8に記載の基板処理装置であって、好ましくは、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気部を有し、前記制御部は、前記処理ガスを供給した状態において第2温度で加熱した後に、前記基板の温度を第2温度に維持した状態で前記処理容器内の雰囲気を排気するように前記ガス供給部と前記加熱部と前記排気部を制御する。
付記9に記載の基板処理装置であって、好ましくは、前記制御部は、前記排気の後に、前記基板の温度を第2温度に維持した状態で、前記ガス供給部が前記処理容器内に不活性ガスを供給して処理容器内の圧力を高くするように、前記ガス供給部と前記排気部と前記加熱部を制御する。
付記8乃至付記10のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、前記第1温度は150℃以下であって、前記第2温度は、250℃〜400℃である。
付記8乃至付記11のいずれか一項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、前記酸素含有ガスは、酸素ガスを含むガスで、前記処理ガスは、水蒸気を含むガスである。
更に他の態様によれば、シラザン結合を有する膜が形成され、プリベークが施されている基板を処理容器に搬入させる手順と、前記基板に前記プリベークの温度以下の第1温度で酸素含有ガスを供給する手順と、前記基板に、前記第1温度よりも高い第2温度で処理ガスを供給する手順と、をコンピュータに実行させるプログラム、又は当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。
付記13に記載のプログラム、又は当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であって、好ましくは、前記第2の温度で処理ガスを供給する手順は、前記酸素含有ガスを供給する手順の後に行われる。
付記13又は付記14に記載のプログラム、又は当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であって、好ましくは、前記第2の温度で前記処理ガスを供給した後に、前記酸素含有ガスの供給が停止されて窒素含有ガスが供給される手順を有する。
付記13乃至付記15のいずれか一項に記載のプログラム、又は当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であって、好ましくは、前記処理ガスを供給する手順の後に、前記基板の温度を保ったまま前記処理容器内を排気する排気手順を有する。
付記16のいずれか一項に記載のプログラム、又は当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であって、好ましくは、前記処理容器内を排気する手順の後に、前記処理容器内に不活性ガスを供給して所定の圧力に調整された後に前記基板を降温させる手順を有する。
Claims (15)
- シラザン結合を有する膜が形成され、当該膜にプリベークが施されている基板を、処理容器内に搬入する工程と、
前記基板に、前記プリベークの温度以下の第1温度で酸素含有ガスを供給する工程と、
前記基板に、前記第1温度よりも高い第2温度で処理ガスを供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記処理ガスは水蒸気を含むガスである、
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記処理ガスを供給する工程は、前記酸素含有ガスを供給する工程の後に行われ、
前記処理ガスを供給する工程では前記酸素含有ガスを供給しつつ前記処理ガスが供給される、
請求項2記載の半導体装置の製造方法。 - 前記処理ガスを供給する工程の後に、前記処理ガスと前記酸素含有ガスの供給を停止して窒素含有ガスを供給するアニール工程を有する、
請求項3記載の半導体装置の製造方法。 - 前記処理ガスを供給する工程の後に、前記基板の温度を保ったまま前記処理容器内を排気する工程を有する、
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記処理容器内を排気する工程の後に、前記基板の温度を保ったまま前記処理容器内に不活性ガスを供給し、前記処理容器内が所定の圧力になるまで前記不活性ガスを供給した後、基板を降温させる工程を有する、
請求項5記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1温度は150℃以下であって、前記第2温度は250℃〜400℃である、
請求項2記載の半導体装置の製造方法。 - 前記シラザン結合を有する膜は低分子量のポリシラザンを含む膜である、
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記処理ガスは過酸化水素を含むガスである、
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記シラザン結合を有する膜はCVD法により形成される膜である、
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - シラザン結合を有する膜が形成され、当該膜にプリベーク工程が施されている基板が収容される処理容器と、
前記処理容器内の前記基板に、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部と、
前記処理容器内の前記基板に、処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理ガスが供給されず前記酸素含有ガスが供給された状態において、前記基板を前記プリベーク工程の温度以下の第1温度で所定時間加熱し、前記処理ガスが供給された状態において、前記基板を前記第1温度よりも高い第2温度で所定時間加熱するように、前記酸素含有ガス供給部と前記処理ガス供給部と前記加熱部と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。 - 前記制御部は、前記処理ガスが供給された状態において前記基板を前記第2温度で所定時間加熱する間、前記酸素含有ガスを前記処理ガスと同時に前記基板に供給するように、前記酸素含有ガス供給部を制御するよう構成される、
請求項11記載の基板処理装置。 - 前記処理容器内の雰囲気を排気する排気部をさらに有し、
前記制御部は、前記処理ガスが供給された状態において前記基板を第2温度で所定時間加熱した後に、前記基板の温度を第2温度に維持した状態で前記処理容器内の雰囲気を排気するように、前記処理ガス供給部と前記加熱部と前記排気部を制御するよう構成される、
請求項11記載の基板処理装置。 - 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部をさらに有し、
前記制御部は、前記基板の温度を第2温度に維持した状態で前記処理容器内の雰囲気が排気された後に、前記基板の温度を第2温度に維持した状態で前記処理容器内に不活性ガスを供給して処理容器内の圧力を高くするように、前記不活性ガス供給部と前記排気部と前記加熱部とを制御するよう構成される、
請求項13記載の基板処理装置。 - シラザン結合を有する膜が形成され、当該膜にプリベークが施されている基板を処理容器に搬入する手順と、
前記基板に、前記プリベークの温度以下の第1温度で酸素含有ガスを供給する手順と、
前記基板に、前記第1温度よりも高い第2温度で処理ガスを供給する手順と、
をコンピュータに実行させる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。
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