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技術 基板処理装置、半導体装置の製造方法および基板処理装置の電極

出願人 株式会社KOKUSAIELECTRIC
発明者 竹田剛原大介
出願日 2018年9月11日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2018-169453
公開日 2020年3月19日 (9ヶ月経過) 公開番号 2020-043221
状態 未査定
技術分野 絶縁膜の形成 気相成長(金属層を除く) プラズマの発生及び取扱い CVD
主要キーワード 耐酸化材料 物理吸着層 ニッケル合金材 フック式 高温帯域 NbN膜 湾曲形 圧力帯
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

プラズマ電極による活性種生成能力を維持したまま均一な基板処理を可能とする技術を提供する。

解決手段

基板処理装置は、基板を処理する処理室を形成する反応管203と、反応管の外側に設置され処理室内にプラズマを形成する電極300−1、300−2を固定する電極固定治具石英カバー)301と、電極固定治具301の外側に設けられ、反応管203を加熱する加熱装置207とを有する。電極は、任意の電位印加される電極300−1と、基準電位が与えられる電極300−2と、が有り、任意の電位が印加される電極の表面積は、基準電位が与えられる電極の表面積の2倍以上である。

概要

背景

半導体装置デバイス)の製造工程の一工程として、基板処理装置処理室内に基板搬入し、処理室内に原料ガス反応ガスとを供給して基板上に絶縁膜半導体膜導体膜等の各種膜を形成したり、各種膜を除去したりする基板処理が行われることがある。

微細パターンが形成される量産デバイスにおいては、不純物拡散を抑制したり、有機材料など耐熱性の低い材料を使用できるようにしたりするために低温化が求められる。

概要

プラズマ電極による活性種生成能力を維持したまま均一な基板処理を可能とする技術を提供する。基板処理装置は、基板を処理する処理室を形成する反応管203と、反応管の外側に設置され処理室内にプラズマを形成する電極300−1、300−2を固定する電極固定治具石英カバー)301と、電極固定治具301の外側に設けられ、反応管203を加熱する加熱装置207とを有する。電極は、任意の電位印加される電極300−1と、基準電位が与えられる電極300−2と、が有り、任意の電位が印加される電極の表面積は、基準電位が与えられる電極の表面積の2倍以上である。

目的

本発明の目的は、プラズマ電極による活性種生成能力を維持したまま均一な基板処理を可能とする技術を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

基板を処理する処理室を形成する反応管と、前記反応管の外側に設置され前記処理室内にプラズマを形成する電極を固定する電極固定治具と、前記電極固定治具の外側に設けられ、前記反応管を加熱する加熱装置を有し、前記電極は、任意の電位印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、前記任意の電位が印加される電極の表面積は、前記基準電位が与えられる電極の表面積の2倍以上である基板処理装置

請求項2

前記電極は、アルミニウムが添加されたニッケル合金材料により構成される請求項1に記載の基板処理装置。

請求項3

更に、前記電極を、前記電極固定治具の表面から一定の距離を離すためのスペーサを備え、前記電極は曲げ部を有し、前記曲げ部の谷間に前記スペーサが当接する請求項1または2に記載の基板処理装置。

請求項4

基板を処理する処理室を形成する反応管と、前記反応管の外側に設置され前記処理室内にプラズマを形成する電極を固定する電極固定治具と、前記電極固定治具の外側に設けられ、前記反応管を加熱する加熱装置を有し、前記電極は、任意の電位が印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、前記任意の電位が印加される電極の表面積は、前記基準電位が与えられる電極の表面積の2倍以上である基板処理装置内に前記基板を搬入する工程と、前記処理室内に前記プラズマを生成して前記基板を処理する工程と、前記基板を前記処理室から搬送する工程と、を有する半導体装置の製造方法。

請求項5

任意の電位が印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、処理室内にプラズマを生成する基板処理装置の電極であって、前記任意の電位が印加される電極の表面積が、前記基準電位が与えられる電極の表面積の2倍以上である基板処理装置の電極。

技術分野

0001

本発明は、基板処理装置半導体装置の製造方法および基板処理装置の電極に関する。

背景技術

0002

半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板処理装置の処理室内に基板搬入し、処理室内に原料ガス反応ガスとを供給して基板上に絶縁膜半導体膜導体膜等の各種膜を形成したり、各種膜を除去したりする基板処理が行われることがある。

0003

微細パターンが形成される量産デバイスにおいては、不純物拡散を抑制したり、有機材料など耐熱性の低い材料を使用できるようにしたりするために低温化が求められる。

先行技術

0004

特開2007−324477号公報

発明が解決しようとする課題

0005

このような問題を解決するため、プラズマを用いて基板処理を行うことが一般的に行われているが、経年変化加熱装置からの熱を受けることが原因でプラズマ電極が変形してしまうと、プラズマにより生成されるイオンラジカルなどの活性種生成量が低下したり、それらの生成分布にばらつきが生じたりしてしまい、能力を維持したまま膜を均一処理することが困難となってしまう場合があった。

0006

本発明の目的は、プラズマ電極による活性種生成能力を維持したまま均一な基板処理を可能とする技術を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理室を形成する反応管と、
前記反応管の外周に設置され前記処理室内にプラズマを形成する電極を固定する電極固定治具と、
前記電極固定治具の外周に設けられ、前記反応管内を加熱する加熱装置を有し、
前記電極は、任意の電位印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、前記任意の電位が印加される電極の表面積は、前記基準電位が与えられる電極の表面積の2倍以上である技術が提供される。

発明の効果

0008

本発明によれば、プラズマ電極による活性種生成能力を維持したまま均一な基板処理を可能とする技術を提供することが可能となる。

図面の簡単な説明

0009

本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示す図である。
図1に示す基板処理装置におけるA−A断面図である。
(a)は、本発明の実施形態の電極を石英カバーに設置した際の斜視図であり、(b)は、本発明の実施形態のヒータ、石英カバー、電極、電極を固定する突起部、反応管の位置関係を示すための図である。
(a)は、本発明の実施形態の電極の正面図であり、(b)は、電極を石英カバーに固定する点を説明する図である。
本発明の実施形態の1本の電極の形状とそれを台座とするスペーサ組合せ例を示す図であり、(a)は平板形状電極とスペーサ1列の例、(b)は平板形状電極とスペーサ2列の例、(c)はV字形状電極とスペーサ1列の例、(d)は逆V字形状電極とスペーサ2列の例、(e)はW字形状電極とスペーサ2列の例を示す図である。
図1に示す基板処理装置におけるコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系の一例を示すブロック図である。
図1に示す基板処理装置を用いた基板処理プロセスの一例を示すフローチャートである。
本発明の実施形態の電極6本用いた場合の等電位分布曲線)と電場分布(矢印)を示す図であり、整合器を介して高周波電源が接続されるHot電極を2本ペア2組にして、残りのGround電極をそれらと互い違いに配置した場合の図である。
本発明の実施形態の比較例の電極6本用いた場合の等電位分布(曲線)と電場分布(矢印)を示す図であり、整合器を介して高周波電源が接続されるHot電極と、接地されているGround電極が互い違いにそれぞれ3本ずつ配置した場合の図である。
本発明の実施形態の変形例の電極6本用いた場合の等電位分布(曲線)と電場分布(矢印)を示す図であり、整合器を介して高周波電源が接続されるHot電極を4本ペア1組にして、残りのGround電極を両側に配置した場合の図である。

実施例

0010

<発明の実施形態>
以下、本発明の実施形態について図1から図5を参照しながら説明する。

0011

(1)基板処理装置の構成
(加熱装置)
図1に示すように、処理炉202は加熱装置(加熱機構)としてのヒータ207を有する。ヒータ207は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース(図示せず)に支持されることにより垂直に据え付けられている。また、ヒータ207は、後述する電極固定治具としての石英カバー301の外側に設けられている。ヒータ207は、後述するようにガスを熱で活性化(励起)させる活性化機構(励起部)としても機能する。

0012

(処理室)
ヒータ207の内側には、後述する電極固定治具としての石英カバー301が配設され、更に石英カバー301の内側には、後述するプラズマ生成部の電極300が配設されている。更に、電極300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(SiO2)や炭化シリコン(SiC)や窒化シリコン(SiN)等の耐熱性材料により構成され、上端閉塞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(SUS)等の金属により構成され、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。マニホールド209がヒータベースに支持されることにより、反応管203は垂直に据え付けられた状態となる。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)が構成されている。処理容器の筒中空部には処理室201が形成されている。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。反応管203は、ウエハ200を処理する処理室201を形成している。なお、処理容器は上記の構成に限らず、反応管203のみを処理容器と称する場合もある。

0013

ガス供給部)
処理室201内には、ノズル249a,249bが、マニホールド209の側壁を貫通するように設けられている。ノズル249a,249bには、ガス供給管232a,232bが、それぞれ接続されている。このように、処理容器には2本のノズル249a,249bと、2本のガス供給管232a,232bとが設けられており、処理室201内へ複数種類のガスを供給することが可能となっている。なお、反応管203のみを処理容器とした場合、ノズル249a,249bは反応管203の側壁を貫通するように設けられていてもよい。

0014

ガス供給管232a,232bには、上流方向から順に、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,241bおよび開閉弁であるバルブ243a,243bがそれぞれ設けられている。ガス供給管232a,232bのバルブ243a,243bよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管232c,232dがそれぞれ接続されている。ガス供給管232c,232dには、上流方向から順に、MFC241c,241dおよびバルブ243c,243dがそれぞれ設けられている。

0015

ノズル249a,249b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の積載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,249bは、処理室201内へ搬入された各ウエハ200の端部(周縁部)の側方にウエハ200の表面(平坦面)と垂直にそれぞれ設けられている。ノズル249a,249bの側面には、ガスを供給するガス供給孔250a,250bがそれぞれ設けられている。ガス供給孔250aは、反応管203の中心を向く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,250bは、それぞれ、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。

0016

このように、本実施形態では、反応管203の側壁の内壁と、反応管203内に配列された複数枚のウエハ200の端部(周縁部)と、で定義される平面視において円環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内に配置したノズル249a,249bを経由してガスを搬送している。そして、ノズル249a,249bにそれぞれ開口されたガス供給孔250a,250bから、ウエハ200の近傍で初めて反応管203内にガスを噴出させている。そして、反応管203内におけるガスの主たる流れを、ウエハ200の表面と平行な方向、すなわち、水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ200に均一にガスを供給でき、各ウエハ200に形成される膜の膜厚均一性を向上させることが可能となる。ウエハ200の表面上を流れたガス、すなわち、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管231の方向に向かって流れる。但し、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。

0017

ガス供給管232aからは、所定元素を含む原料として、例えば、所定元素としてのシリコン(Si)を含むシラン原料ガスが、MFC241a、バルブ243a、ノズル249aを介して処理室201内へ供給される。

0018

シラン原料ガスとは、気体状態のシラン原料、例えば、常温常圧下で液体状態であるシラン原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態であるシラン原料等のことである。本明細書において「原料」という言葉を用いた場合は、「液体状態である液体原料」を意味する場合、「気体状態である原料ガス」を意味する場合、または、それらの両方を意味する場合がある。

0019

シラン原料ガスとしては、例えば、Siおよびアミノ基(アミン基)を含む原料ガス、すなわち、アミノシラン原料ガスを用いることができる。アミノシラン原料とは、アミノ基を有するシラン原料のことであり、また、メチル基エチル基ブチル基等のアルキル基を有するシラン原料でもあり、少なくともSi、窒素(N)および炭素(C)を含む原料のことである。すなわち、ここでいうアミノシラン原料は、有機系の原料ともいえ、有機アミノシラン原料ともいえる。

0020

アミノシラン原料ガスとしては、例えば、ビスターシャリーブチルアミノシラン(SiH2[NH(C4H9)]2、略称BTBAS)ガスを用いることができる。BTBASは、1分子中に1つのSiを含み、Si−N結合、N−C結合を有し、Si−C結合を有さない原料ガスであるともいえる。BTBASガスは、Siソースとして作用する。

0021

BTBASのように常温常圧下で液体状態である液体原料を用いる場合は、液体状態の原料を気化器バブラ等の気化システムにより気化して、シラン原料ガス(BTBASガス等)として供給することとなる。

0022

ガス供給管232bからは、原料とは化学構造が異なる反応体リアクタント)として、例えば、酸素(O)含有ガスが、MFC241b、バルブ243b、ノズル249bを介して処理室201内へ供給される。

0023

O含有ガスは、酸化剤(酸化ガス)、すなわち、Oソースとして作用する。O含有ガスとしては、例えば、酸素(O2)ガスや水蒸気(H2Oガス)等を用いることができる。酸化剤としてO2ガスを用いる場合は、例えば、後述するプラズマ源を用いてこのガスをプラズマ励起し、励起ガス(O2*ガス)として供給することとなる。

0024

ガス供給管232c,232dからは、不活性ガスとして、例えば、窒素(N2)ガスが、それぞれMFC241c,241d、バルブ243c,243d、ノズル249a,249bを介して処理室201内へ供給される。

0025

主に、ガス供給管232a、MFC241a、バルブ243aにより、第1のガス供給系としての原料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2のガス供給系としての反応体供給系(リアクタント供給系)が構成される。主に、ガス供給管232c,232d、MFC241c,241d、バルブ243c,243dにより、不活性ガス供給系が構成される。原料供給系、反応体供給系および不活性ガス供給系を単にガス供給系(ガス供給部)とも称する。

0026

基板支持具
図1に示すように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。この構成により、ヒータ207からの熱がシールキャップ219側に伝わりにくくなっている。但し、本実施形態はこのような形態に限定されない。例えば、ボート217の下部に断熱板218を設けずに、石英やSiC等の耐熱性材料により構成される筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。

0027

(プラズマ生成部)
次にプラズマ生成部について、図1から図3を用いて説明する。

0028

図2に示すように、プラズマは容量結合プラズマ(Capacitively Coupled Plasma、略称:CCP)を用い、反応ガス供給時に石英などで作製された真空隔壁である反応管203の内部で生成する。

0029

図2および図3(a)に示すように、電極300は、ウエハ200の配列方向に長い矩形形状を有する薄板で構成されている。電極300は、図示しない整合器を介して高周波電源320が接続される第1の電極(Hot電極)300−1と、基準電位0Vでありアースに接地されている第2の電極(Ground電極)300−2が、等間隔で配置されている。本発明では特に区別して説明する必要のない場合には、電極300として記載して説明する。

0030

電極300は反応管203とヒータ207との間に、反応管203の外壁に沿うように略円弧状に配置され、例えば、中心角が30度以上240度以下となる円弧状に形成された後述する石英カバーの内壁面に固定されて配置される。ここで、中心角を30度未満とすると、プラズマ生成量が少なくなってしまう。また、中心角を240度を超える角度とすると、ヒータ207からの熱エネルギー遮断してしまいウエハ処理に悪影響を及ぼしてしまう。更に、中心角を240度を超える角度とすると、プラズマ生成領域を避けて、ノズル249a、249b及び温度センサ263としての例えば、カスケードTC(熱電対)を配置することが難しくなる。仮に、ノズル249a、249b等をプラズマ生成領域に配置すると、ノズル249a、249b等からパーティクル(PC)が発生しやすくなってしまう。また、カスケードTCも同様にプラズマ生成領域に配置すると、TC線から放電するようになり、ウエハ200にダメージや膜の不均一性をもたらしてしまう。したがって、中心角を30度以上240度以下とすることで、プラズマ生成量を確保しつつ、ヒータ207からの熱エネルギーの遮断を抑制しながらウエハ処理を行うことが可能となる。電極300には、高周波電源320から図示しない整合器を介し、例えば周波数13.56MHzの高周波が入力されることによって反応管203内にプラズマ活性種302が生成される。このように生成されたプラズマによって、ウエハ200の周囲から基板処理のためのプラズマ活性種302をウエハ200の表面に供給することが可能となる。主に、電極300と、高周波電源320によってプラズマ生成部が構成される。図示しない整合器や後述する電極固定治具としての石英カバー301を含んでプラズマ生成部と考えてもよい。

0031

電極300は、アルミニウムや銅、ステンレスなどの金属で構成することもできるが、ニッケルなどの耐酸化材料で構成することにより、電気伝導率劣化を抑制しつつ、基板処理が可能となる。特に、アルミニウムが添加されたニッケル合金材料で構成することにより、耐熱性および耐腐食性の高い酸化被膜であるAlO膜が電極表面に形成される。この被膜形成の効果により、電極内部への劣化の進行を抑止できるため、電気伝導率の低下によるプラズマ生成効率の低下を抑制することが可能となる。

0032

また、電極300には、図4(a)に示すように、後述する突起頭部311を通す円形切欠き部303と、突起軸部312をスライドさせるスライド切欠き部304とで構成される切欠き部305が形成されている。

0033

電極300は、十分な強度を持ち、かつ、熱源によるウエハ加熱の効率を著しく下げないように、厚さは0.1mm以上、1mm以下、幅は5mm以上、30mm以下となる範囲で構成されることが好ましい。平板構造の電極300を用いた例を図5(a)、(b)に、ヒータ207の加熱による変形防止のための変形抑制部としての曲げ構造を有した電極300を用いた例を図5(c)〜(e)に示す。電極300は、石英反応管203とヒータ207の間に配置されるため、そのスペース制約上、曲げ角は90°〜175°が適切である。電極表面は熱酸化による被膜が形成されており、熱応力によりそれが剥れてパーティクルが発生することがあるので、曲げ過ぎに注意する必要がある。また、3ケ所で曲げ構造を有した図5(e)の例は、ねじれの変形に対しても強いため、特に高温帯域での使用に向いている。

0034

縦型基板処理装置において、高周波電源320の周波数を13.56MHzにて実施し、長さが1m、電極幅が10mm、厚さが1mmである電極を採用し、チューブ形状の反応管の外壁に、電極ピッチ中心間距離)を20mmで複数本の任意の電位が印加される第1の電極300−1と基準電位が与えられる第2の電極300−2を図3(b)に示すように、第1の電極300−1、第1の電極300−1、第2の電極300−2、第1の電極300−1、第1の電極300−1、・・・の順に配置して、CCPモードのプラズマを生成した。すなわち、電極300は、第1の電極300−1を2つ連続して配置し、この連続して配置された2組の第1の電極300−1との間に、1つの第2の電極300−2を挟み込むように配置している。

0035

6本の電極300を用いた場合の処理室201内で形成される等電位分布(曲線)と電場分布(矢印)について図8〜10を用いて説明する。図8は50Vの電位が印加された2本1組で2組のHot電極300−1と2本のGround電極300−2が交互に配置された場合(実施形態)の等電位分布(曲線)と電場分布(矢印)を示す図である。図9は50Vの電位が印加された3本のHot電極300−1と3本のGround電極300−2が交互に配置された場合(比較例)の等電位分布(曲線)と電場分布(矢印)を示す図である。図10は50Vの電位が印加された4本1組のHot電極300−1の両側に2本のGround電極300−2を配置した場合(変形例)の等電位分布(曲線)と電場分布(矢印)を示す図である。

0036

N2ガスが電離してN2+になるためには、エネルギー15.58eV以上が必要なので、例えば、20V以上の電位の領域340で比較すると、図8の実施形態がこの中で一番広い20V以上の電位の領域340を有し、図10の変形例が次に広い20V以上の電位の領域340を有していることが分かる。つまり、図8の実施形態が、プラズマの生成量あるいはプラズマ生成効率が一番高いことを意味し、Hot電極300−1の全表面積は、Ground電極300−2の全表面積の2倍である。図10の変形例では、Hot電極300−1の全表面積は、Ground電極300−2の全表面積の2倍である。図9の比較例では、Hot電極300−1の全表面積は、Ground電極300−2の全表面積と同じである。Hot電極300−1の全表面積は、Ground電極300−2の全表面積の2倍以上3倍以下であることが好ましい。なお、Hot電極300−1の全表面積がGround電極300−2の全表面積の2倍未満の場合には、電位分布広がりが狭いため、プラズマ生成効率が低くなってしまう。また、Hot電極300−1の全表面積がGround電極300−2の全表面積の3倍を超えると、電位分布がウエハ200のエッジ部分にまで広がってしまい、ウエハ200が障害となりプラズマの生成効率飽和してしまう。この状態においては、ウエハ200のエッジ部でも放電するようになりウエハ200にダメージが生じやすくなってしまう。また、Ground電極300−2に流れる電流はHot電極の表面積の倍数分が流れるため、ジュール熱高温で発生してしまう。この状態においては、ウエハ200の表面とウエハ200のエッジ部で異なった膜質が形成され、面内の均一性の確保が難しくなってしまう。Hot電極300−1の全表面積をGround電極300−2の全表面積の2倍以上3倍以下とすると、上記のウエハ200へのダメージやウエハ200表面の膜の不均一性を抑制しつつ、高いプラズマ生成効率を実現することができる。ただし、上記の等電位分布および電場分布は、プラズマが生成される前の状態であり、プラズマが生成されるとデバイ遮蔽効果により、これらの分布は大きく歪み、また、プラズマの空間電位は0V付近になることに注意する必要がある。

0037

ここで、基板処理時炉内圧力は、10Pa以上、300Pa以下の範囲で制御されることが好ましい。これは、炉内の圧力が10Paより低い場合、プラズマのデバイ長よりもガス分子の平均自由工程が長くなってしまい、炉壁を直接叩くプラズマが顕著化するため、パーティクルの発生を抑制することが困難となってしまうためである。また、炉内の圧力が300Paより高い場合、プラズマの生成効率が飽和してしまうため、反応ガスを供給してもプラズマの生成量は変化することがなく、反応ガスを無駄に消費することとなってしまうと同時に、ガス分子の平均自由行程が短くなることで、ウエハまでのプラズマ活性種の輸送効率が悪くなってしまうためである。

0038

(電極固定治具)
次に電極300を固定する電極固定治具としての石英カバー301について、図3から図4を用いて説明する。図3(a),(b)、図4(a),(b)で示すように、複数本設けられた電極300は、その切欠き部305を湾曲形状の電極固定治具である石英カバー301の内壁面に設けられた突起部310に引掛け、スライドさせて固定し、この石英カバー301と一体となるようユニット化(フック式電極ユニット)して反応管203の外周に設置されている。ここで、電極300と電極固定治具である石英カバー301とを含めて電極固定ユニットという。なお、石英カバー301と電極300の材料として、それぞれ、石英とニッケル合金を採用している。

0039

石英カバー301は、十分な強度を持ち、かつ、ヒータ207によるウエハ加熱の効率を著しく下げないよう、厚さは1mm以上、5mm以下の範囲となるように構成されることが好ましい。石英カバー301の厚みが1mm未満となってしまうと、石英カバー301の自重温度変化などに対する所定の強度を得ることができなくなってしまい、5mmよりも大きく構成するとヒータ207から放射される熱エネルギーを吸収してしまうため、ウエハ200への熱処理を適切に行うことができなくなってしまう。

0040

また、石英カバー301は反応管側である内壁面に、電極300を固定するための鋲形状の固定部としての突起部310を複数有している。この突起部310は、突起頭部311と突起軸部312から構成されている。突起頭部311の最大幅は、電極300の切欠き部305の円形切欠き部303の径より小さく、突起軸部312の最大幅は、スライド切欠き部304の幅よりも小さくなっている。電極300の切欠き部305は鍵穴のような形状をし、このスライド切欠き部304は上記の突起軸部312をスライド時に誘導でき、かつ、この突起頭部311はこのスライド切欠き部304で抜けない構造となっている。つまり、電極固定治具は、電極300が係止される柱状部である突起軸部312から抜けてしまうことを抑制する先端部である突起頭部311を備えた固定部を有しているといえる。なお、前述した切欠き部305と突起頭部311の形状は、電極300が石英カバー301に係止できれば、図3、4に示した形状に限定されないことは明らかである。例えば、突起頭部311は、ハンマートゲのような凸形状を有してもよい。

0041

石英カバー301もしくは反応管203と電極300の距離を一定に離すために、両者の間にスペーサやバネ等の弾性体を石英カバー301または電極300に有してもよく、また、これらは石英カバー301または電極300と一体となった構造を有してもよい。本実施例においては、図4(b)で示すようなスペーサ330が石英カバー301と一体となった構造を有している。このスペーサ330は、一本の電極に対して複数個を有した方が、両者間の距離を一定にして固定する上では効果的である。

0042

基板温度500℃以下で高い基板処理能力を得るためには、石英カバー301の占有率を中心角30°以上240°以下の略円弧形状とし、また、パーティクルの発生を避けるために排気口である排気管231やノズル249a、249bなどを避けた配置が望ましい。つまり、電極固定治具である石英カバー301は、反応管203内に設けられたガス供給部であるノズル249a、249bとガス排気部である排気管231が設置された位置以外の反応管203の外周に配置される。本実施例においては中心角110°の石英カバー301を2台で左右対称に設置している。

0043

(スペーサ)
次に電極固定治具である石英カバー301の表面や反応管203の外壁に対して、電極300を一定の距離を離して固定するためのスペーサ330を図4(a)、(b)示す。例えば、スペーサ330は、円柱形状の石英材料で石英カバー301と一体化され、電極と当接することで、電極300は石英カバー301に固定されている。平板形状の電極300と1列のスペーサ330の組合せ例を図5(a)に、同形状の電極300と2列のスペーサ330の組合せ例を図5(b)に示す。電極300の固定を強化したい場合は、図5(c)〜(e)で示すように、電極300の曲げ部としてのV字形状の谷間にスペーサ330が位置するように配置する方式が効果的である。これらに限らず、石英カバー301や反応管203に対して、電極300を一定の距離で固定できるであれば、スペーサ330はどのような形態であっても、電極300と石カバー301のどちらかと一体化されてもよい。例えば、スペーサ330は半円柱形状の石英材料で石英カバーと一体化して、電極300を固定してもよいし、また、スペーサ330はSUSなどの金属製板材として電極と一体化して、電極300を固定してもよい。石英カバーに電極固定治具とスペーサが設けられるため、電極の位置決めが容易となり、また、電極が劣化した場合に電極のみを交換することができるため、コスト低減となる。また、スペーサ330は、電極300との当接面を介して前述した先端部としての突起頭部311方向への押付け力を生成しているので、電極300が石英カバー301から外れてしまうことを抑制している。ここで、スペーサ330は上述した電極固定ユニットに含めてもよい。

0044

排気部
反応管203には、図1に示すように処理室201内の雰囲気を排気する排気管231が設けられている。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および排気バルブ圧力調整部)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バルブである。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。排気管231は、反応管203に設ける場合に限らず、ノズル249a,249bと同様にマニホールド209に設けてもよい。

0045

周辺装置
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、マニホールド209の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ219は、例えばSUS等の金属により構成され、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。

0046

シールキャップ219の処理室201と反対側には、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、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の外部に垂直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、ボート217を処理室201内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。

0047

ボートエレベータ115は、ボート217すなわちウエハ200を、処理室201内外に搬送する搬送装置搬送機構)として構成されている。また、マニホールド209の下方には、ボートエレベータ115によりシールキャップ219を降下させている間、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回動動作等)は、シャッタ開閉機構115sにより制御される。

0048

反応管203の内部には、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、ノズル249a,249bと同様に、反応管203の内壁に沿って設けられている。

0049

制御装置
次に制御装置について図7を用いて説明する。図67に示すように、制御部(制御装置)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。

0050

記憶装置121cは、例えばフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk 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、後述する成膜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、後述する各種処理(成膜処理)における各手順をコントローラ121に実行させ、所定の結果を得ることが出来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。

0051

I/Oポート121dは、上述のMFC241a〜241d、バルブ243a〜243d、圧力センサ245、APCバルブ244、真空ポンプ246、ヒータ207、温度センサ263、回転機構267、ボートエレベータ115、シャッタ開閉機構115s、高周波電源320等に接続されている。

0052

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、回転機構267の制御、MFC241a〜241dによる各種ガス流量調整動作、バルブ243a〜243d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の正逆回転回転角度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、高周波電源320の電力供給等を制御するように構成されている。

0053

コントローラ121は、外部記憶装置(例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、CD等の光ディスク、MO等の光磁気ディスクUSBメモリ等の半導体メモリ)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。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、インターネット専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。

0054

(2)基板処理工程
上述の基板処理装置を用い、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成するプロセス例について、図7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。

0055

本明細書では、図7に示す成膜処理のシーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の変形例や他の実施形態の説明においても、同様の表記を用いることとする。

0056

(BTBAS→O2*)×n ⇒ SiO

0057

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」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。

0058

搬入ステップ:S1)
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。

0059

(圧力・温度調整ステップ:S2)
処理室201の内部が所望の圧力(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(圧力調整)。真空ポンプ246は、少なくとも後述する成膜ステップが終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。

0060

また、処理室201内が所望の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(温度調整)。ヒータ207による処理室201内の加熱は、少なくとも後述する成膜ステップが終了するまでの間は継続して行われる。但し、成膜ステップを室温以下の温度条件下で行う場合は、ヒータ207による処理室201内の加熱は行わなくてもよい。なお、このような温度下での処理だけを行う場合には、ヒータ207は不要となり、ヒータ207を基板処理装置に設置しなくてもよい。この場合、基板処理装置の構成を簡素化することができる。

0061

続いて、回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転を開始する。回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転は、少なくとも後述する成膜ステップが終了するまでの間は継続して行われる。

0062

(成膜ステップ:S3,S4,S5,S6)
その後、ステップS3,S4,S5,S6を順次実行することで成膜ステップを行う。

0063

原料ガス供給ステップ:S3,S4)
ステップS3では、処理室201内のウエハ200に対してBTBASガスを供給する。

0064

バルブ243aを開き、ガス供給管232a内へBTBASガスを流す。BTBASガスは、MFC241aにより流量調整され、ノズル249aを介してガス供給孔250aから処理室201内へ供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してBTBASガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ243cを開き、ガス供給管232c内へN2ガスを流す。N2ガスは、MFC241cにより流量調整され、BTBASガスと一緒に処理室201内へ供給され、排気管231から排気される。

0065

また、ノズル249b内へのBTBASガスの侵入を防止するため、バルブ243dを開き、ガス供給管232d内へN2ガスを流す。N2ガスは、ガス供給管232d、ノズル249bを介して処理室201内へ供給され、排気管231から排気される。

0066

MFC241aで制御するBTBASガスの供給流量は、例えば1sccm以上、2000sccm以下、好ましくは10sccm以上、1000sccm以下の範囲内の流量とする。MFC241c,241dで制御するN2ガスの供給流量は、それぞれ例えば100sccm以上、10000sccm以下の範囲内の流量とする。処理室201内の圧力は、上述した通り、例えば1以上、2666Pa以下、好ましくは67Pa以上、1333Pa以下の範囲内の圧力とする。BTBASガスをウエハ200に対して供給する時間は、例えば1秒以上、100秒以下、好ましくは1秒以上、50秒以下の範囲内の時間とする。ヒータ207の温度は、ウエハ200の温度が、例えば0℃以上150℃以下、好ましくは室温(25℃)以上100℃以下、より好ましくは40℃以上90℃以下の範囲内の温度となるような温度に設定する。

0067

上述の条件下でウエハ200に対してBTBASガスを供給することにより、ウエハ200(表面の下地膜)上に、Si含有層が形成される。Si含有層はSi層であってもよいし、BTBASの吸着層化学吸着層物理吸着層)であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。

0068

Si含有層が形成された後、バルブ243aを閉じ、処理室201内へのBTBASガスの供給を停止する。このとき、APCバルブ244を開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくはSi含有層の形成に寄与した後のBTBASガスや反応副生成物等を処理室201内から排除する(S4)。また、バルブ243c,243dは開いたままとして、処理室201内へのN2ガスの供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用する。なお、このステップS4を省略し、原料ガス供給ステップとしてもよい。

0069

原料ガスとしては、BTBASガスのほか、テトラキスジメチルアミノシラン(Si[N(CH3)2]4、略称:4DMAS)ガス、トリスジメチルアミノシラン(Si[N(CH3)2]3H、略称:3DMAS)ガス、ビスジメチルアミノシラン(Si[N(CH3)2]2H2、略称:BDMAS)ガス、ビスジエチルアミノシラン(Si[N(C2H5)2]2H2、略称:BDEAS)ガス等を好適に用いることができる。このほか、原料ガスとしては、ジメチルアミノシラン(DMAS)ガス、ジエチルアミノシラン(DEAS)ガス、ジプロピルアミノシラン(DPAS)ガス、ジイソプロピルアミノシランDIPAS)ガス、ブチルアミノシラン(BAS)ガス、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)ガス等の各種アミノシラン原料ガスや、モノクロロシラン(SiH3Cl、略称:MCS)ガス、ジクロロシラン(SiH2Cl2、略称:DCS)ガス、トリクロロシラン(SiHCl3、略称:TCS)ガス、テトラクロロシランすなわちシリコンテトラクロライド(SiCl4、略称:STC)ガス、ヘキサクロロジシラン(Si2Cl6、略称:HCDS)ガス、オクタクロロトリシラン(Si3Cl8、略称:OCTS)ガス等の無機ハロシラン原料ガスや、モノシラン(SiH4、略称:MS)ガス、ジシラン(Si2H6、略称:DS)ガス、トリシラン(Si3H8、略称:TS)ガス等のハロゲン基非含有の無機系シラン原料ガスを好適に用いることができる。

0070

不活性ガスとしては、N2ガスの他、Arガス、Heガス、Neガス、Xeガス等の希ガスを用いることができる。

0071

(反応ガス供給ステップ:S5,S6)
成膜処理が終了した後、処理室201内のウエハ200に対して反応ガスとしてのプラズマ励起させたO2ガスを供給する(S5)。

0072

このステップでは、バルブ243b〜243dの開閉制御を、ステップS3におけるバルブ243a,243c,243dの開閉制御と同様の手順で行う。O2ガスは、MFC241bにより流量調整され、ノズル249bを介してガス供給孔250bから処理室201内へ供給される。このとき、高周波電源320から電極300へ高周波電力(本実施の形態では周波数13.56MHz)を供給(印加)する。処理室201内へ供給されたO2ガスは処理室201の内部でプラズマ状態に励起され、活性種(O*、O2*)としてウエハ200に対して供給され、排気管231から排気される。なお、プラズマ状態に励起されたO2ガスを、酸素プラズマとも称する。

0073

MFC241bで制御するO2ガスの供給流量は、例えば100sccm以上、10000sccm以下の範囲内の流量とする。高周波電源320から電極300へ印加する高周波電力は、例えば50W以上、1000W以下の範囲内の電力とする。処理室201内の圧力は、例えば10Pa以上、300Pa以下の範囲内の圧力とする。プラズマを用いることで、処理室201内の圧力をこのような比較的低い圧力帯としても、O2ガスを活性化させることが可能となる。O2ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種をウエハ200に対して供給する時間は、例えば1秒以上、100秒以下、好ましくは1秒以上、50秒以下の範囲内の時間とする。その他の処理条件は、上述のステップS3と同様な処理条件とする。

0074

酸素プラズマ中で生成されたイオンと電気的に中性な活性種はウエハ200の表面に形成されたSi含有層に対して後述する酸化処理を行う。

0075

上述の条件下でウエハ200に対してO2ガスを供給することにより、ウエハ200上に形成されたSi含有層がプラズマ酸化される。この際、プラズマ励起されたO2ガスのエネルギーにより、Si含有層が有するSi−N結合、Si−H結合が切断される。Siとの結合を切り離されたN、H、および、Nに結合するCは、Si含有層から脱離することとなる。そして、N等が脱離することで未結合手ダングリングボンド)を有することとなったSi含有層中のSiが、O2ガスに含まれるOと結合し、Si−O結合が形成されることとなる。この反応が進行することにより、Si含有層は、SiおよびOを含む層、すなわち、シリコン酸化層SiO層)へと変化させられる(改質される)。

0076

なお、Si含有層をSiO層へと改質させるには、O2ガスをプラズマ励起させて供給する必要がある。O2ガスをノンプラズマの雰囲気下で供給しても、上述の温度帯では、Si含有層を酸化させるのに必要なエネルギーが不足しており、Si含有層からNやCを充分に脱離させたり、Si含有層を充分に酸化させてSi−O結合を増加させたりすることは、困難なためである。

0077

Si含有層をSiO層へ変化させた後、バルブ243bを閉じ、O2ガスの供給を停止する。また、電極300への高周波電力の供給を停止する。そして、ステップS4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O2ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する(S6)。なお、このステップS6を省略して反応ガス供給ステップとしてもよい。

0078

酸化剤、すなわち、プラズマ励起させるO含有ガスとしては、O2ガスの他、亜酸化窒素(N2O)ガス、一酸化窒素(NO)ガス、二酸化窒素(NO2)ガス、オゾン(O3)ガス、過酸化水素(H2O2)ガス、水蒸気(H2O)、水酸化アンモニウム(NH4(OH))ガス、一酸化炭素(CO)ガス、二酸化炭素(CO2)ガス等を用いてもよい。

0079

不活性ガスとしては、N2ガスの他、例えば、ステップS4で例示した各種希ガスを用いることができる。

0080

所定回数実施:S7)
上述したステップS3,S4,S5,S6をこの順番に沿って非同時に、すなわち、同期させることなく行うことを1サイクルとし、このサイクルを所定回数(n回)、すなわち、1回以上行うことにより、ウエハ200上に、所定組成および所定膜厚SiO膜を形成することができる。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SiO層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、SiO層を積層することで形成されるSiO膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すことが好ましい。

0081

大気圧復帰ステップ:S8)
上述の成膜処理が完了したら、ガス供給管232c,232dのそれぞれから不活性ガスとしてのN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。これにより、処理室201内が不活性ガスでパージされ、処理室201内に残留するO2ガス等が処理室201内から除去される(不活性ガスパージ)。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:S8)。

0082

搬出ステップ:S9)
その後、ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降されて、マニホールド209の下端が開口されるとともに、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より取り出されることとなる(ウエハディスチャージ)。なお、ウエハディスチャージの後は、処理室201内へ空のボート217を搬入するようにしてもよい。

0083

ここで、基板処理時の炉内圧力は、10Pa以上、300Pa以下の範囲で制御されることが好ましい。これは、炉内の圧力が10Paより低い場合、プラズマのデバイ長よりもガス分子の平均自由工程が長くなってしまい、炉壁を直接叩くプラズマが顕著化するため、パーティクルの発生を抑制することが困難となってしまうためである。また、炉内の圧力が300Paより高い場合、プラズマの生成効率が飽和してしまうため、反応ガスを供給してもプラズマの生成量は変化することがなく、反応ガスを無駄に消費することとなってしまうと同時に、ガス分子の平均自由行程が短くなることで、ウエハまでのプラズマ活性種の輸送効率が悪くなってしまうためである。

0084

(3)本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果が得られる。
(a)任意の電位が印加される電極の表面積を基準電位が与えられる電極の表面積の2倍以上とすることによって、プラズマの生成量あるいはプラズマ生成効率を高めることが可能となる。
(b)電極をアルミニウムが添加されたニッケル合金材料で構成することによって、電極内部への劣化の進行を抑止することが可能となり、電気伝導率の低下によるプラズマ生成効率の低下を抑制することが可能となる。
(c)電極固定治具の中心角を30°以上240°以下の円弧形状とし、電極を配置することで、ウエハ処理に影響しないように電極固定治具の外周にある加熱装置からの熱エネルギーの遮断を最低限に抑えることが可能となる。

0085

以上、本発明の実施形態について具体的に説明した。しかしながら、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。

0086

また、例えば、上述の実施形態では、原料を供給した後に反応体を供給する例について説明した。本発明はこのような態様に限定されず、原料、反応体の供給順序は逆でもよい。すなわち、反応体を供給した後に原料を供給するようにしてもよい。供給順序を変えることにより、形成される膜の膜質や組成比を変化させることが可能となる。

0087

上述の実施形態等では、ウエハ200上にSiO膜を形成する例について説明した。本発明はこのような態様に限定されず、ウエハ200上に、シリコン酸炭化膜SiOC膜)、シリコン酸炭窒化膜SiOCN膜)、シリコン酸窒化膜SiON膜)等のSi系酸化膜を形成する場合にも、好適に適用可能である。

0088

例えば、上述したガスの他、もしくは、これらのガスに加え、アンモニア(NH3)ガス等の窒素(N)含有ガス、プロピレン(C3H6)ガス等の炭素(C)含有ガス、三塩化硼素(BCl3)ガス等の硼素(B)含有ガス等を用い、例えば、SiN膜、SiON膜、SiOCN膜、SiOC膜、SiCN膜SiBN膜SiBCN膜BCN膜等を形成することができる。なお、各ガスを流す順番は適宜変更することができる。これらの成膜を行う場合においても、上述の実施形態と同様な処理条件にて成膜を行うことができ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。これらの場合、反応ガスとしての酸化剤には、上述した反応ガスを用いることができる。

0089

また、本発明は、ウエハ200上に、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等の金属元素を含む金属系酸化膜や金属系窒化膜を形成する場合においても、好適に適用可能である。すなわち、本発明は、ウエハ200上に、TiO膜、TiOC膜、TiOCN膜、TiON膜TiN膜TiSiN膜TiBN膜、TiBCN膜、ZrO膜、ZrOC膜、ZrOCN膜、ZrON膜、ZrN膜、ZrSiN膜、ZrBN膜、ZrBCN膜、HfO膜、HfOC膜、HfOCN膜、HfON膜HfN膜HfSiN膜、HfBN膜、HfBCN膜、TaO膜、TaOC膜、TaOCN膜、TaON膜、TaN膜TaSiN膜、TaBN膜、TaBCN膜、NbO膜、NbOC膜、NbOCN膜、NbON膜、NbN膜、NbSiN膜、NbBN膜、NbBCN膜、AlO膜、AlOC膜、AlOCN膜、AlON膜AlN膜、AlSiN膜、AlBN膜、AlBCN膜、MoO膜、MoOC膜、MoOCN膜、MoON膜、MoN膜MoSiN膜、MoBN膜、MoBCN膜、WO膜、WOC膜、WOCN膜、WON膜、WN膜WSiN膜、WBN膜、WBCN膜等を形成する場合にも、好適に適用することが可能となる。

0090

これらの場合、例えば、原料ガスとして、テトラキス(ジメチルアミノ)チタン(Ti[N(CH3)2]4、略称:TDMAT)ガス、テトラキス(エチルメチルアミノ)ハフニウム(Hf[N(C2H5)(CH3)]4、略称:TEMAH)ガス、テトラキス(エチルメチルアミノ)ジルコニウム(Zr[N(C2H5)(CH3)]4、略称:TEMAZ)ガス、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3、略称:TMA)ガス、チタニウムテトラクロライド(TiCl4)ガス、ハフニウムテトラクロライド(HfCl4)ガス等を用いることができる。

0091

すなわち、本発明は、半金属元素を含む半金属系膜や金属元素を含む金属系膜を形成する場合に、好適に適用することができる。これらの成膜処理の処理手順、処理条件は、上述の実施形態や変形例に示す成膜処理と同様な処理手順、処理条件とすることができる。これらの場合においても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

0092

成膜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、各種処理を開始する際、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、膜厚の薄膜汎用的に、かつ、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、各種処理を迅速に開始できるようになる。

0093

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するようにしてもよい。

0094

<付記>
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
(付記1)
本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理室を形成する反応管と、
前記反応管の外側に設置され前記処理室内にプラズマを形成する電極を固定する電極固定治具と、
前記電極固定治具の外側に設けられ、前記反応管を加熱する加熱装置を有し、
前記電極は、任意の電位が印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、前記任意の電位が印加される電極の表面積は、前記基準電位が与えられる電極の表面積の2倍以上である基板処理装置が提供される。

0095

(付記2)
本発明のさらに他の態様によれば、
任意の電位が印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、処理室内にプラズマを生成する基板処理装置の電極であって、
前記任意の電位が印加される電極の表面積が、前記基準電位が与えられる電極の表面積の2倍以上である基板処理装置の電極が提供される。

0096

(付記3)
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内にプラズマを生成する電極と、
前記電極を固定する電極固定治具と、を有する電極固定ユニットであって、
前記電極は、
任意の電位が印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、前記任意の電位が印加される電極の表面積は、前記基準電位が与えられる電極の表面積の2倍以上である電極固定ユニットが提供される。

0097

(付記4)
付記1に記載の基板処理装置、付記2に記載の基板処理装置の電極、または付記3に記載の電極固定ユニットであって、好ましくは、
前記電極は、アルミニウムが添加されたニッケル合金材料により構成される。

0098

(付記5)
付記1、4に記載の基板処理装置、または付記2、4に記載の電極固定ユニットであって、好ましくは、
更に、前記電極を、前記電極固定治具の表面から一定の距離を離すためのスペーサを備え、
前記電極は曲げ部を有し、前記曲げ部の谷間に前記スペーサが当接する。

0099

(付記6)
付記2、4に記載の基板処理装置の電極であって、好ましくは、
更に、前記電極を固定する電極固定治具の表面から前記電極を一定の距離を離すためのスペーサを備え、
前記電極は曲げ部を有し、前記曲げ部の谷間に前記スペーサが当接する。

0100

(付記7)
付記1、4、5のいずれか1項に記載の基板処理装置、付記2、4、6のいずれか1項に記載の基板処理装置の電極、または付記3〜5のいずれか1項に記載の電極固定ユニットであって、好ましくは、
少なくとも1つの前記基準電位が与えられる電極は、2つ以上連続して配置される前記任意の電位が印加される電極との間に挟まれるように配置される。

0101

(付記8)
付記1、4、5、7のいずれか1項に記載の基板処理装置、付記6、7に記載の基板処理装置の電極、または付記3〜5、7のいずれか1項に電極固定ユニットであって、好ましくは、
前記電極固定治具は、前記電極を係止する柱状部と前記電極が抜けることを抑制する先端部を備えた固定部とを有し、
前記スペーサは、前記電極との当接面を介して前記先端部方向への押付け力を生成する。

0102

(付記9)
付記1、4、5、7、8のいずれか1項に記載の基板処置装置、付記2、4、6〜8のいずれか1項に記載の基板処理装置の電極、または付記3〜5、7、8のいずれか1項に記載の電極固定ユニットであって、好ましくは、
前記任意の電位が印加される電極は整合器を介して高周波電源に接続され、前記基準電位が与えられる電極はアースに接続される。

0103

(付記10)
付記1、4、5、7〜9に記載の基板処理装置、付記6〜9に記載の基板処理装置の電極、または付記3〜5、7〜9に記載の電極固定ユニットであって、好ましくは、
前記電極固定治具は、中心角が30°以上240°以下となる円弧形状である。

0104

(付記11)
付記1、4、5、7〜10のいずれか1項に記載の基板処理装置、付記6〜10に記載の基板処理装置の電極、または付記3〜5、7〜10のいずれか1項に記載の電極固定ユニットであって、好ましくは、
前記電極固定治具は、石英で形成される石英カバーである。

0105

(付記12)
付記1、4、5、7〜11のいずれか1項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記電極固定治具は、前記反応管内に設けられたガス供給部とガス排気部が設置された位置以外の前記反応管外周に配置される。

0106

(付記13)
本発明の他の態様によれば、
基板を処理する処理室を形成する反応管と、前記反応管の外側に設置され前記処理室内にプラズマを形成する電極を固定する電極固定治具と、前記電極固定治具の外側に設けられ、前記反応管を加熱する加熱装置を有し、前記電極は、任意の電位が印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、前記任意の電位が印加される電極の表面積は、前記基準電位が与えられる電極の表面積の2倍以上である基板処理装置内に前記基板を搬入する工程と、
前記処理室内に前記プラズマを生成して前記基板を処理する工程と、
前記基板を前記基板処理室から搬送する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。

0107

(付記14)
付記13に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記処理する工程では、アルミニウムが添加されたニッケル合金材料により構成される前記電極により前記プラズマが生成される。

0108

(付記15)
付記13、14に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記処理する工程では、少なくとも1つの前記基準電位が与えられる電極が2つ以上連続して配置される前記任意の電位が印加される電極との間に挟まれるように配置される前記電極により前記プラズマが生成される。

0109

(付記16)
付記13〜15のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記処理する工程では、整合器を介して高周波電源に接続される前記任意の電位が印加される電極と、アースに接続される前記任意の電位が印加される電極と、を有する電極により前記プラズマが生成される。

0110

(付記17)
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を処理する処理室を形成する反応管と、前記反応管の外側に設置され前記処理室内にプラズマを形成する電極を固定する電極固定治具と、前記電極固定治具の外側に設けられ、前記反応管を加熱する加熱装置を有し、前記電極は、任意の電位が印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、前記任意の電位が印加される電極の表面積は、前記基準電位が与えられる電極の表面積の2倍以上である基板処理装置内に前記基板を搬入する手順と、
前記処理室内に前記プラズマを生成して前記基板を処理する手順と、
前記基板を前記基板処理室から搬送する手順を行う、
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が提供される。

0111

(付記18)
付記17に記載のプログラムであって、好ましくは、
前記処理する手順では、アルミニウムが添加されたニッケル合金材料により構成される前記電極により前記プラズマが生成される。

0112

(付記19)
付記17,18に記載のプログラムであって、好ましくは、
前記処理する手順では、少なくとも1つの前記基準電位が与えられる電極が2つ以上連続して配置される前記任意の電位が印加される電極との間に挟まれるように配置される前記電極により前記プラズマが生成される。

0113

(付記20)
付記17〜19のいずれか1項に記載のプログラムであって、好ましくは、
前記処理する手順では、少なくとも1つの前記基準電位が与えられる電極が2つ以上連続して配置される前記任意の電位が印加させる電極との間に挟まれるように配置される前記電極により前記プラズマが生成される。

0114

200…ウエハ、201…処理室、203…反応管、207…ヒータ(加熱装置)、300…電極、300−1…Hot電極、300−2…Ground電極、301…石英カバー

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