JPWO2019064434A1 - 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
シリコン含有膜が表面に形成された基板に対して過酸化水素を含有する第1処理ガスを供給することにより、前記シリコン含有膜をシリコン酸化膜に改質する第1工程と、
前記第1工程の後、前記基板に対してNH基を有する化合物を含む第2処理ガスを供給することにより、前記シリコン酸化膜を改質する第2工程と、
を有する技術が提供される。
以下、本発明の第1の実施形態について、図1、2、図3(a)、図4を用いて説明する。
図1に示すように、処理炉202は反応管203を備えている。反応管203は、例えば石英(SiO2)や炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料により構成され、上端に第1ガス供給ポート242aと第2ガス供給ポート242cを有し、下端に炉口(開口)を有する円筒部材として構成されている。反応管203の筒中空部には、処理室201が形成される。処理室201は、複数枚の基板としてのウエハ200を収容可能に構成されている。
続いて、半導体装置の製造工程の一工程としてウエハ200に対して実施される事前処理工程と、基板処理工程についてそれぞれ以下説明する。
ウエハ200に対して基板処理工程を実施する前に行われる事前処理工程について、図3(a)を用いて説明する。
続いて、上述の基板処理装置を用いて実施される基板処理工程の一例について、図4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。
事前処理工程において表面にポリシラザン膜が形成された複数枚のウエハ200が、ボート217に装填される。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内へ搬入される。この状態で、シールキャップ219は反応管203の下端をシールした状態となる。
まず、処理室201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、例えば1Pa程度まで真空排気される。次に、バルブ243cを開き、MFC241cで流量調整しながら、ガス供給ポート242cから酸素含有ガスとしてのO2ガスを処理室201内に供給する。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、処理室内201内の圧力が所定の圧力(改質圧力)となるようにフィードバック制御される。また、ウエハ200の温度が所定の温度である第1温度となるように、ヒータ207によって加熱される。この際、ウエハ200が第1温度となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づいてヒータ207への通電具合がフィードバック制御される。ヒータ207に対するフィードバック制御は、各工程で設定される目標温度に応じて、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。また、回転機構267によるウエハ200の回転を開始する。真空ポンプ246の稼働、ウエハ200の加熱および回転は、いずれも、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。また、本実施形態では、後述の第2改質工程の終了までは、処理室201内の圧力は改質圧力と同じ、又は大気圧、微減圧及び微加圧のいずれかの範囲に維持される。
ウエハ200が第1温度に到達し、ボート217が所望とする回転速度に到達したら、バルブ243aを開き、MFC241a、第1ガス供給管232aを介した処理室201内へのH2O2含有ガス(第1処理ガス)の供給を開始する。処理室201内へ供給された第1処理ガスは、処理室201内の下方に向かって流れ、排気管231を介して処理室201の外部へ排出される。このとき、ウエハ200に対して第1処理ガスが供給される。このとき、バルブ243cを開き、MFC241cで流量調整しながら、第3ガス供給管232cを介した処理室201内へのO2ガスの供給を行うようにしてもよい。処理室201内に供給される第1処理ガスのH2O2濃度は、ガス発生器250aに供給する気化用キャリアガスの流量や液体原料の流量を変えることで調整してもよい。
・液体原料のH2O2濃度:20〜40%、好ましくは25〜35%
・液体原料の流量:1.0〜10sccm、好ましくは1.6〜8sccm
・O2ガスの流量:0〜20SLM、好ましくは5〜10SLM
・改質圧力:700〜1000hPa(大気圧、微減圧および微加圧のうちいずれか)
・ウエハ200の温度(第1温度):40〜120℃、好ましくは40〜80℃
なお、上記項目中のO2ガスの流量とは、ガス発生器250aに供給される気化用キャリアガスとしてのO2ガスと、酸素含有ガス供給系の第3ガス供給管232cを介して処理室201内に供給される酸素含有ガスとしてのO2ガスの総流量である。
第1時間が経過し、第1処理ガスによるポリシラザン膜の改質処理が終了したら、バルブ243aを閉じ、ウエハ200に対する第1処理ガスの供給を停止する。第1改質工程で第3ガス供給管232cからO2ガスを供給していた場合、次の昇温工程を開始するまでバルブ243cを開いたままとし、O2ガスの供給を継続する。第1改質工程で第3ガス供給管232cからO2ガスを供給していない場合、バルブ243cを開き、次の昇温工程を開始するまでO2ガスの供給を継続する。そして、ウエハ200に対してO2ガスを供給しながらウエハ200を乾燥させる。この工程は、ウエハ200の温度を上述の第1温度より高い所定の温度である第2温度とした状態で実行するのが好ましい。これにより、ウエハ200の乾燥を促進させることが可能となる。
所定時間が経過し、乾燥工程が終了した後、ウエハ200に対するO2ガスの供給を停止するとともに、ウエハ200の温度を第2温度以上の所定の温度である第3温度へと昇温させる。第2温度と第3温度が等しい場合、ウエハ200の温度は維持される。また、バルブ243dを開き、ガス供給管232d及び232cを介して不活性ガスであるN2ガスの処理室201内への供給を開始する。これにより、処理室201内の雰囲気をN2ガスにより置換(パージ)する。
ウエハ200の温度が第3温度に到達して安定したら、バルブ243bを開き、MFC241b、第2ガス供給管232b、ガスノズル242bを介した処理室201内へのNH3ガス(第2処理ガス)の供給を開始する。処理室201内へ供給された第2処理ガスは、排気管231を介して処理室201の外部へ排出される。このとき、ウエハ200に対して第2処理ガスが供給される。ウエハ200に対する第2処理ガスの供給は、例えば5〜480分、望ましくは10〜60分の範囲内の所定の第2時間の間維持される。また、第2改質工程では、バルブ243dを開いたままとし、処理室201内へのN2ガス供給は継続されることが好ましい。
第2時間が経過し、第2改質工程が終了した後、バルブ243bを閉じてウエハ200に対する第2処理ガスの供給を停止し、(第2改質工程において処理室201内へのN2ガス供給を行っていた場合には、N2ガス供給も停止し)、処理室201内を例えば1Pa程度まで真空排気する。その後、バルブ243dを開けて処理室201内へN2ガスを供給し、その内部を大気圧に復帰させる。これにより、1Pa程度まで真空排気しても処理室201内に残留していた第2処理ガスの濃度を1ppm以下まで下げることができる。処理室201内が大気圧になり所定時間経過した後、処理室201内を所定の搬出可能温度に降温させる。
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、反応管203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、反応管203の下端から反応管203の外部に搬出される。
以下、図5〜8を用いて、本実施形態に係る実施例と、それに対する比較例の評価結果をそれぞれ示し、本実施形態の効果について説明する。
なお、基板処理工程及びその処理条件について、以下の比較例及び実施例の間で主に異なっている点は、(a)第1改質工程におけるウエハ温度、(b)昇温工程及び第2改質工程の実施の有無、又はその処理条件、の2点であり、その他の点については、上述の第1の実施形態における基板処理工程及びその処理条件と共通である。
[比較例1]
(a) 第1改質工程におけるウエハ温度(第1温度)及び処理時間(第1時間)・・・80℃、60分
(b) 昇温工程及び第2改質工程・・・不実施
[比較例2]
(a) 第1改質工程におけるウエハ温度(第1温度)及び処理時間(第1時間)・・・80℃、60分
(b) 昇温工程及び第2改質工程・・・ウエハ温度200℃、第2処理ガスとして(NH3ガスに替えて)N2ガスのみを60分供給
[比較例3]
(a) 第1改質工程におけるウエハ温度(第1温度)及び処理時間(第1時間)・・・200℃、60分
(b) 昇温工程及び第2改質工程・・・不実施
[実施例]
(a)第1改質工程におけるウエハ温度(第1温度)及び処理時間(第1時間)・・・80℃、60分
(b)昇温工程及び第2改質工程・・・ウエハ温度200℃、第2処理ガスとしてNH3ガスを60分供給
更に、比較例3と実施例との比較において、実施例には以下の効果(優位性)が存在する。
換言すると、ポリシラザン膜の膜厚が4μm以上である場合、本実施形態の第1改質工程におけるウエハの温度は、高くとも200℃未満であることが望ましく、120℃以下であることがより望ましく、80℃以下であることが更に望ましい。
また、上述の事前処理工程において形成されたポリシラザン膜は、図9に示される分子構造からも分かるように、他の高温条件で成膜されたシリコン含有膜等に比べて比較的膜密度が小さい。そのため、本実施形態の第2改質工程において用いられるNH基を有する化合物を含むガスのNH基成分が、ポリシラザン膜中に特に入り込み易い。したがって、膜厚が大きい(例えば膜厚が少なくとも400nmより大きい)場合であっても、第2改質工程の改質効果を膜中の深い部分まで与えることが可能という点で、ポリシラザン膜に対する本実施形態の適用は好適である。
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い。その要旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態や変形例等は適宜組み合わせて用いることができる。また、このときの処理手順、処理条件は、例えば上述の実施形態と同様な処理手順、処理条件とすることができる。
201 処理室
Claims (14)
- シリコン含有膜が表面に形成された基板に対して過酸化水素を含有する第1処理ガスを供給することにより、前記シリコン含有膜をシリコン酸化膜に改質する第1工程と、
前記第1工程の後、前記基板に対してNH基を有する化合物を含む第2処理ガスを供給することにより、前記シリコン酸化膜を改質する第2工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記第2工程では、前記シリコン酸化膜の膜中及び表面の少なくともいずれかに残存するOH基を除去する、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1工程では、前記基板の温度は120℃以下である、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記シリコン含有膜はシラザン結合を含有する膜である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記シラザン結合を含有する膜はポリシラザン膜である請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ポリシラザン膜の厚さは400nmより大きい、請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ポリシラザン膜の厚さは4μmより大きい、請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1工程では、前記基板の温度は200℃未満である、請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記NH基を有する化合物は、アンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン、及びトリメチルアミンにより構成される群から選択される少なくとも1つの化合物である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2工程では、前記基板の温度は400℃以下である、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2工程では、前記基板の温度は150℃以上300℃以下である、請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記シリコン含有膜は、FlowableCVD法により形成された膜である、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板を収容する処理室と、
前記処理室内へ過酸化水素を含有する第1処理ガスを供給する第1処理ガス供給系と、
前記処理室内へNH基を有する化合物を含有する第2処理ガスを供給する第2処理ガス供給系と、
シリコン含有膜が表面に形成された基板に対して前記第1処理ガスを供給することにより、前記シリコン含有膜をシリコン酸化膜に改質する第1処理と、前記第1処理の後、前記基板に対して前記第2処理ガスを供給することにより、前記シリコン酸化膜を改質する第2処理と、を実行させるように、前記ガス供給系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室内において、
シリコン含有膜が表面に形成された基板に対して過酸化水素を含有する第1処理ガスを供給することにより、前記シリコン含有膜をシリコン酸化膜に改質する第1手順と、
前記第1手順の後、前記基板に対してNH基を有する化合物のガスを含有する第2処理ガスを供給することにより、前記シリコン酸化膜を改質する第2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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