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技術 半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム

出願人 株式会社KOKUSAIELECTRIC
発明者 江端慎也平松宏朗
出願日 2018年9月20日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2018-175667
公開日 2020年3月26日 (9ヶ月経過) 公開番号 2020-047809
状態 未査定
技術分野 気相成長(金属層を除く) 絶縁膜の形成 CVD
主要キーワード ガス流上流 物理吸着層 圧力調整ガス アフターパージ 流量バランス オクタクロロトリシラン 集積ユニット 化学吸着層
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

基板上に形成される膜の基板面内膜質均一性を向上させる。

解決手段

(a)処理室内の基板に対して第1供給部より原料ガスを供給する工程と、(b)処理室内の基板に対して第2供給部より反応ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクル所定回数行うことで、基板上に膜を形成する工程を有し、(a)では、第1供給部内および処理室内で原料ガスを分解させて中間体を生じさせ、その中間体を基板に対して供給し、その際、第1供給部内での原料ガスの分解量を、処理室内での原料ガスの分解量よりも大きくさせた状態とする。

概要

背景

半導体装置の製造工程の一工程として、処理室内の基板に対して原料ガス反応ガスを供給し、基板上に膜を形成する基板処理工程が行われる場合がある(例えば特許文献1参照)。

概要

基板上に形成される膜の基板面内膜質均一性を向上させる。(a)処理室内の基板に対して第1供給部より原料ガスを供給する工程と、(b)処理室内の基板に対して第2供給部より反応ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクル所定回数行うことで、基板上に膜を形成する工程を有し、(a)では、第1供給部内および処理室内で原料ガスを分解させて中間体を生じさせ、その中間体を基板に対して供給し、その際、第1供給部内での原料ガスの分解量を、処理室内での原料ガスの分解量よりも大きくさせた状態とする。

目的

本発明の目的は、基板上に形成される膜の基板面内膜質均一性を向上させることが可能な技術を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

(a)処理室内の基板に対して第1供給部より原料ガスを供給する工程と、(b)前記処理室内の前記基板に対して第2供給部より反応ガスを供給する工程と、を非同時に行うサイクル所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、(a)では、前記第1供給部内および前記処理室内で前記原料ガスを分解させて中間体を生じさせ、その中間体を前記基板に対して供給し、その際、前記第1供給部内での前記原料ガスの分解量を、前記処理室内での前記原料ガスの分解量よりも大きくさせた状態とする半導体装置の製造方法。

請求項2

(a)では、前記第1供給部内での前記中間体の生成量を、前記処理室内での前記中間体の生成量よりも大きくさせた状態とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。

請求項3

(a)における前記処理室内の圧力を、(b)における前記処理室内の圧力以上とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。

請求項4

基板が処理される処理室と、前記処理室内の基板に対して第1供給部より原料ガスを供給する原料ガス供給系と、前記処理室内の基板に対して第2供給部より反応ガスを供給する反応ガス供給系と、前記第1供給部内および前記処理室内で前記原料ガスを分解させる分解ユニットと、(a)前記処理室内の基板に対して前記第1供給部より前記原料ガスを供給する処理と、(b)前記処理室内の前記基板に対して前記第2供給部より前記反応ガスを供給する処理と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する処理を行わせ、(a)では、前記第1供給部内および前記処理室内で前記原料ガスを分解させて中間体を生じさせ、その中間体を前記基板に対して供給し、その際、前記第1供給部内での前記原料ガスの分解量を、前記処理室内での前記原料ガスの分解量よりも大きくさせた状態とするように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、および前記分解ユニット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

請求項5

(a)基板処理装置の処理室内の基板に対して第1供給部より原料ガスを供給する手順と、(b)前記処理室内の前記基板に対して第2供給部より反応ガスを供給する手順と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する手順と、(a)において、前記第1供給部内および前記処理室内で前記原料ガスを分解させて中間体を生じさせ、その中間体を前記基板に対して供給し、その際、前記第1供給部内での前記原料ガスの分解量を、前記処理室内での前記原料ガスの分解量よりも大きくさせた状態とする手順と、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

技術分野

0001

本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラムに関する。

背景技術

0002

半導体装置の製造工程の一工程として、処理室内の基板に対して原料ガス反応ガスを供給し、基板上に膜を形成する基板処理工程が行われる場合がある(例えば特許文献1参照)。

先行技術

0003

特開2012−33874号公報

発明が解決しようとする課題

0004

本発明の目的は、基板上に形成される膜の基板面内膜質均一性を向上させることが可能な技術を提供することにある。

課題を解決するための手段

0005

本発明の一態様によれば、
(a)処理室内の基板に対して第1供給部より原料ガスを供給する工程と、
(b)前記処理室内の前記基板に対して第2供給部より反応ガスを供給する工程と、
を非同時に行うサイクル所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
(a)では、前記第1供給部内および前記処理室内で前記原料ガスを分解させて中間体を生じさせ、その中間体を前記基板に対して供給し、その際、前記第1供給部内での前記原料ガスの分解量を、前記処理室内での前記原料ガスの分解量よりも大きくさせた状態とする技術が提供される。

発明の効果

0006

本発明によれば、基板上に形成される膜の基板面内膜質均一性を向上させることが可能となる。

図面の簡単な説明

0007

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図で示す図である。
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の概略構成図であり、処理炉部分を図1のA−A線断面図で示す図である。
本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の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ブロック図で示す図である。
本発明の第1実施形態における成膜シーケンスを示す図である。
本発明の第2実施形態における成膜シーケンスを示す図である。
(a)は、本発明の第1、第2実施形態で好適に用いられる第1〜第3ノズルの概略構成図であり、(b)は、本発明の他の実施形態で好適に用いられる第1〜第3ノズルの概略構成図である。
(a)(b)は、それぞれ、本発明の他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の概略構成図である。
基板上に形成された膜の基板面内屈折率均一性および基板面内膜厚均一性の評価結果を示す図である。

0008

<第1実施形態>
以下、第1実施形態について、図1図4図6(a)等を用いて説明する。

0009

(1)基板処理装置の構成
図1に示すように、処理炉202は加熱機構温度調整部)としてのヒータ207を有する。ヒータ207は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ207は、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。また、ヒータ207は、後述する第1供給部としてのノズル249a内および処理室201内のそれぞれで原料ガスを分解させる分解ユニットとしても機能する。

0010

ヒータ207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)または炭化シリコン(SiC)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)等の金属材料により構成され、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。反応管203はヒータ207と同様に垂直に据え付けられている。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)が構成される。処理容器の筒中空部には処理室201が形成される。処理室201は、基板としてのウエハ200を収容可能に構成されている。この処理室201内でウエハ200に対する処理が行われる。

0011

処理室201内には、第1〜第3供給部としてのノズル249a〜249c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〜249cは、例えば石英やSiC等の耐熱性材料により構成されている。ノズル249a〜249cを第1〜第3ノズルとも称する。ノズル249a〜249cには、ガス供給管232a〜232cがそれぞれ接続されている。ノズル249a〜249cはそれぞれ異なるノズルであり、ノズル249b,249cのそれぞれは、ノズル249aに隣接して設けられており、ノズル249aを両側から挟むように配置されている。

0012

ガス供給管232a〜232cには、ガス流上流側から順に、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〜241cおよび開閉弁であるバルブ243a〜243cがそれぞれ設けられている。ガス供給管232aのバルブ243aよりも下流側には、ガス供給管232dが接続されている。ガス供給管232bのバルブ243bよりも下流側には、ガス供給管232eが接続されている。ガス供給管232d,232eには、ガス流上流側から順に、MFC241d,241eおよびバルブ243d,243eがそれぞれ設けられている。ガス供給管232a〜232eは、例えばSUS等の金属材料により構成されている。

0013

図2に示すように、ノズル249a〜249c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、すなわち、ウエハ配列方向に沿ってそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル249a〜249cは、ウエハ200が配列される空間(以下、ウエハ配列領域と称する)の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにそれぞれ設けられている。ノズル249aは、平面視において、処理室201内に搬入されるウエハ200の中心を挟んで、後述する排気口231aと一直線上に対向するように配置されている。ノズル249b,249cは、ノズル249aと排気口231aとを通る直線を挟むようにノズル249aに隣接して配置されている。言い換えれば、ノズル249b,249cは、ノズル249aを挟んでその両側に、すなわち、反応管203の内壁(ウエハ200の外周部)に沿ってノズル249aを両側から挟み込むように配置されている。

0014

図6(a)に示すように、ノズル249a〜249cは、ノズル249a〜249cの頂部、すなわち、ウエハ配列領域の上端よりも上方の位置において、逆U字型屈曲している部位(屈曲部位)を有するU字型ノズル(Uターンノズルまたはリターンノズル)としてそれぞれ構成されている。ノズル249a〜249cの側面には、ガスを供給する(噴出させる)ガス噴出口250a〜250cがウエハ配列方向に沿って配置されている。ガス噴出口250a〜250cは、ウエハ配列領域のウエハ配列方向における一端側から他端側にわたり複数配置されている。ガス噴出口250a〜250cは、それぞれが、平面視において排気口231aと対向する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。ウエハ配列領域側から見たガス噴出口250a〜250cの形状は、それぞれ円形状となっている。ガス噴出口250a〜250cの開口面積穴径)は、それぞれ、ウエハ配列領域のウエハ配列方向における一端側から他端側にわたり、均等な大きさとなっている。ガス噴出口250aの開口面積(穴径)は、ガス噴出口250bの開口面積(穴径)以下となっており、また、ガス噴出口250cの開口面積(穴径)以下となっている。

0015

ガス供給管232aからは、原料(原料ガス)として、例えば、形成しようとする膜を構成する主元素としてのシリコン(Si)およびハロゲン元素を含むハロシラン系ガスが、MFC241a、バルブ243a、ノズル249aを介して処理室201内へ供給される。原料ガスとは、気体状態の原料、例えば、常温常圧下で液体状態である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原料等のことである。ハロシラン系ガスとは、ハロゲン基を有するシラン系ガスのことである。ハロゲン基には、塩素(Cl)、フッ素(F)、臭素(Br)、ヨウ素(I)等のハロゲン元素が含まれる。ハロシラン系ガスとしては、例えば、SiおよびClを含む原料ガス、すなわち、クロロシラン系ガスを用いることができる。クロロシラン系ガスは、Siソースとして作用する。クロロシラン系ガスとしては、例えば、ジクロロシラン(SiH2Cl2、略称:DCS)ガスを用いることができる。

0016

ガス供給管232bからは、反応体(反応ガス)として、例えば、窒素(N)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。N含有ガスは、窒化源(窒化剤、窒化ガス)、すなわち、Nソースとして作用する。N含有ガスとしては、例えば、窒化水素系ガスであるアンモニア(NH3)ガスを用いることができる。

0017

ガス供給管232d,232eからは、不活性ガスとして、例えば、窒素(N2)ガスが、それぞれMFC241d,241e、バルブ243d,243e、ガス供給管232a,232b、ノズル249a,249bを介して処理室201内へ供給される。また、ガス供給管232cからは、不活性ガスとして、例えば、N2ガスが、それぞれMFC241c、バルブ243c、ノズル249cを介して処理室201内へ供給される。N2ガスは、ノズル249a〜249c内の圧力を調整する圧力調整ガスとして作用し、また、パージガスキャリアガス希釈ガスとして作用する。

0018

主に、ガス供給管232a、MFC241a、バルブ243aにより、原料ガス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、反応ガス供給系が構成される。主に、ガス供給管232d,232e,232c、MFC241d,241e,241c、バルブ243d,243e,243cにより、不活性ガス供給系が構成される。

0019

ノズル249a内における原料ガスの分解量は、ノズル249a内の温度だけでなく、ノズル249a内の圧力によっても制御される。ノズル249a内の圧力は、ノズル249aに設けられるガス噴出口250aの開口面積(穴径)によって影響を受けることから、ノズル249aやガス噴出口250aを、上述の分解ユニットに含めて考えることができる。また、ノズル249a内の圧力は、ノズル249a内に供給される原料ガスや不活性ガスの流量によって影響を受けることから、ノズル249a内への原料ガスの供給を制御する原料ガス供給系や、ノズル249a内への不活性ガスの供給を制御する不活性ガス供給系を、上述の分解ユニットに含めて考えることもできる。

0020

上述の各種供給系のうち、いずれか、或いは、全ての供給系は、バルブ243a〜243eやMFC241a〜241e等が集積されてなる集積型供給システム248として構成されていてもよい。集積型供給システム248は、ガス供給管232a〜232eのそれぞれに対して接続され、ガス供給管232a〜232e内への各種ガス供給動作、すなわち、バルブ243a〜243eの開閉動作やMFC241a〜241eによる流量調整動作等が、後述するコントローラ121によって制御されるように構成されている。集積型供給システム248は、一体型、或いは、分割型集積ユニットとして構成されており、ガス供給管232a〜232e等に対して集積ユニット単位で着脱を行うことができ、集積型供給システム248のメンテナンス交換増設等を、集積ユニット単位で行うことが可能なように構成されている。

0021

反応管203の側壁下方には、処理室201内の雰囲気を排気する排気口231aが設けられている。図2に示すように、排気口231aは、平面視において、ウエハ200を挟んでノズル249a〜249c(ガス噴出口250a〜250c)と対向(対面)する位置に設けられている。排気口231aは、反応管203の側壁の下部より上部に沿って、すなわち、ウエハ配列領域に沿って設けられていてもよい。排気口231aには排気管231が接続されている。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および圧力調整器圧力調整部)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、さらに、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。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。なお、処理室201内における原料ガスの分解量は、処理室201内の温度だけでなく、処理室201内の圧力によっても制御される。そのため、APCバルブ244を、上述の分解ユニットに含めて考えることもできる。

0022

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、例えばSUS等の金属材料により構成され、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。シールキャップ219の下方には、後述するボート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、ウエハ200を処理室201内外に搬入および搬出(搬送)する搬送装置搬送機構)として構成されている。マニホールド209の下方には、シールキャップ219を降下させボート217を処理室201内から搬出した状態で、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等の金属材料により構成され、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。

0023

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。

0024

反応管203内には、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、反応管203の内壁に沿って設けられている。

0025

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。

0026

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、後述する基板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、後述する基板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でき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、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。

0027

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

0028

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、MFC241a〜241eによる各種ガスの流量調整動作、バルブ243a〜243e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の回転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の開閉動作等を制御するように構成されている。

0029

コントローラ121は、外部記憶装置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。外部記憶装置123は、例えば、HDD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等を含む。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。

0030

(2)基板処理工程
上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ200上に膜を形成する基板処理シーケンス例、すなわち、成膜シーケンス例について、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。

0031

図4に示す成膜シーケンスでは、
処理室201内のウエハ200に対して第1供給部としてのノズル249aより原料ガスとしてDCSガスを供給するステップAと、
処理室201内のウエハ200に対して第2供給部としてのノズル249bより反応ガスとしてNH3ガスを供給するステップBと、
を非同時に行うサイクルを所定回数(n回、nは1以上の整数)行うことで、ウエハ200上に、膜として、SiおよびNを含む膜、すなわち、シリコン窒化膜SiN膜)を形成する。

0032

なお、図4に示す成膜シーケンスを行う際、ステップAでは、ノズル249a内および処理室201内でDCSガスを分解させて中間体を生じさせ、その中間体をウエハ200に対して供給し、その際、ノズル249a内でのDCSガスの分解量を、処理室201内でのDCSガスの分解量よりも大きくさせた状態とする。

0033

図4では、ステップA,Bの実施期間を、便宜上、それぞれA,Bと表している。また、本明細書および図4では、ノズル249a〜249cを、便宜上、それぞれR1〜R3とも表している。各ステップの実施期間および各ノズルの表記は、後述する他の実施形態のガス供給シーケンスを示す図5においても同様である。

0034

本明細書では、図4に示す成膜シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。後述する他の実施形態の説明においても、同様の表記を用いる。

0035

(R1:DCS→R2:NH3)×n ⇒ SiN

0036

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。

0037

(ウエハチャージおよびボートロード
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。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。

0038

(圧力調整および温度調整)
処理室201内、すなわち、ウエハ200が存在する空間が所望の圧力(処理圧力)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。また、処理室201内のウエハ200が所望の温度(処理温度)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。また、回転機構267によるウエハ200の回転を開始する。処理室201内の排気、ウエハ200の加熱および回転は、いずれも、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。

0039

成膜ステップ
その後、次のステップA,Bを順次実施する。

0040

[ステップA]
このステップでは、処理室201内のウエハ200に対してDCSガスを供給する(DCSガス供給ステップ)。具体的には、バルブ243aを開き、ガス供給管232a内へDCSガスを流す。DCSガスは、MFC241aにより流量調整され、ノズル249aの側面に設けられた複数のガス噴出口250aのそれぞれを介して処理室201内へ供給され、排気口231aより排気される。このとき、バルブ243d,243e,243cを開き、ノズル249a〜249cを介して処理室201内へN2ガスを供給する。なお、ノズル249a〜249cのそれぞれより供給するN2ガスの流量は、ノズル249aより供給するDCSガスの流量以下の流量とする。また、ノズル249a〜249cからの処理室201内へのN2ガスの供給は不実施としてもよい。

0041

本ステップにおける処理条件としては、
DCSガス供給流量:0.001〜3slm、好ましくは0.01〜1.5slm
N2ガス供給流量(R1〜R3毎):0〜3slm、好ましくは0〜1.5slm
各ガス供給時間:1〜300秒、好ましくは2〜120秒、より好ましくは5〜60秒
処理温度:500〜850℃、好ましくは550〜700℃
処理圧力:1〜4666Pa、好ましくは133〜3999Pa
が例示される。

0042

本明細書における「500〜850℃」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「500〜850℃」とは「500℃以上850℃以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。

0043

DCSガス供給ステップでは、ノズル249a内および処理室201内のそれぞれにおいてDCSガスを熱分解させ、DCSの一部が分解した物質(SiHxCly)、すなわち、中間体を生じさせることが可能となる。

0044

本実施形態では、ノズル249a内でのDCSガスの分解率(分解速度)を、処理室201内でのDCSガスの分解率(分解速度)よりも大きくさせた状態とする。すなわち、ノズル249a内でのDCSガスの分解量を、処理室201内でのDCSガスの分解量よりも大きくさせた状態とする。言い換えれば、ノズル249a内での中間体の生成率生成速度)を、処理室201内での中間体の生成率(生成速度)よりも大きくさせた状態とする。すなわち、ノズル249a内での中間体の生成量を、処理室201内での中間体の生成量よりも大きくさせた状態とする。

0045

ノズル249a内でのDCSガスの分解量、すなわち、中間体の生成量は、ノズル249a内の圧力が高くなるほど増加する傾向にある。本実施形態では、ガス噴出口250aの開口面積(穴径)を、ガス噴出口250bの開口面積(穴径)以下とすることで、好ましくは、ガス噴出口250aの開口面積(穴径)をガス噴出口250bの開口面積(穴径)以下であって、且つ、ガス噴出口250cの開口面積(穴径)以下とすることで、このノズル249aを上述の処理条件下で用いた場合に、ノズル249a内の圧力を適正に高めることが可能となる。なお、ガス噴出口250aの開口面積(穴径)を、ガス噴出口250bの開口面積(穴径)よりも小さくすることで、好ましくは、ガス噴出口250aの開口面積(穴径)を、ガス噴出口250bの開口面積(穴径)よりも小さく、且つ、ガス噴出口250cの開口面積(穴径)よりも小さくすることで、このノズル249aを上述の処理条件下で用いた場合に、ノズル249a内の圧力を、より適正に高めることが可能となる。これらのいずれの場合も、ノズル249a内の圧力を、処理室201内の圧力よりも大きな圧力とすることが可能となり、ノズル249a内と処理室201内との間に適正な圧力差を設けることが可能となる。これらにより、ノズル249a内においてCVD反応を生じさせ、ノズル249a内におけるDCSガスの分解、すなわち、中間体の生成を促進させ、上述の状態を作り出すことが可能となる。ノズル249aに設けられたガス噴出口250aの開口面積(穴径)は、DCSガス供給ステップにおいて、ノズル249a内においてDCSガスの分解量、分解率、分解速度(中間体の生成量、生成率、生成速度)を、上述の状態のうち少なくともいずれかの状態にならしめる開口面積(穴径)であるともいえる。

0046

ウエハ200に対して中間体を含むDCSガスを供給することにより、ウエハ200の最表面上に、Clを含むSi含有層が形成される。Clを含むSi含有層は、ウエハ200の最表面に、DCSが物理吸着したり、中間体が化学吸着したり堆積したり、DCSや中間体が熱分解することでSiが堆積したりすること等により形成される。Clを含むSi含有層は、DCSや中間体の吸着層物理吸着層化学吸着層)を含んでいてもよく、中間体の堆積層を含んでいてもよく、Clを含むSi層(Siの堆積層)を含んでいてもよい。本明細書では、Clを含むSi含有層を、単に、Si含有層とも称する。

0047

なお、DCSガス供給ステップでは、処理室201内の圧力を、後述するステップBのNH3ガス供給ステップにおける処理室201内の圧力以上とするのが好ましく、ステップBのNH3ガス供給ステップにおける処理室201内の圧力よりも大きくするのがより好ましい。

0048

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DCSガスの供給を停止する。そして、処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留するガス等を処理室201内から排除する(パージステップ)。このとき、ノズル249a〜249cのそれぞれからN2ガスを処理室201内へ供給する。N2ガスはパージガスとして作用する。

0049

原料ガスとしては、DCSガスの他、モノクロロシラン(SiH3Cl、略称:MCS)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(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)ガス等のクロロシラン系ガスを用いることができる。この点は、後述する他の実施形態においても同様である。

0050

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。この点は、後述するステップBや他の実施形態においても同様である。

0051

[ステップB]
ステップAが終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、ウエハ200上に形成されたSi含有層に対してNH3ガスを供給する(NH3ガス供給ステップ)。具体的には、バルブ243bを開き、ガス供給管232b内へNH3ガスを流す。NH3ガスは、MFC241bにより流量調整され、ノズル249bの側面に設けられた複数のガス噴出口250bのそれぞれを介して処理室201内へ供給され、排気口231aより排気される。このとき、ウエハ200に対してNH3ガスが供給される。このとき、バルブ243d,243e,243cのうち少なくともいずれかを開き、ノズル249a〜249cのうち少なくともいずれかを介して処理室201内へN2ガスを供給するようにしてもよい。

0052

本ステップにおける処理条件としては、
NH3ガス供給流量:1〜20slm
N2ガス供給流量(R1〜R3毎):0〜5slm
NH3ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理圧力:1〜3999Pa、好ましくは67〜2666Pa
が例示される。他の処理条件は、ステップAにおける処理条件と同様とする。

0053

上述の条件下でウエハ200に対してNH3ガスを供給することにより、ウエハ200上に形成されたSi含有層の少なくとも一部が窒化(改質)される。Si含有層が改質されることで、ウエハ200上に、SiおよびNを含む層、すなわち、SiN層が形成される。SiN層を形成する際、Si含有層に含まれていたCl等の不純物は、NH3ガスによるSi含有層の改質反応過程において、少なくともClを含むガス状物質を構成し、処理室201内から排出される。これにより、SiN層は、Si含有層に比べてCl等の不純物が少ない層となる。

0054

SiN層が形成された後、バルブ243bを閉じ、処理室201内へのNH3ガスの供給を停止する。そして、ステップAのパージステップと同様の処理手順により、処理室201内に残留するガス等を処理室201内から排除する(パージステップ)。

0055

反応ガスとしては、NH3ガスの他、例えば、ジアゼン(N2H2)ガス、ヒドラジン(N2H4)ガス、N3H8ガス等の窒化水素系ガスを用いることができる。この点は、後述する他の実施形態においても同様である。

0056

[所定回数実施]
上述したステップA,Bを非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数(n回、nは1以上の整数)行うことにより、ウエハ200上に、所定組成および所定膜厚のSiN膜を形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、上述のサイクルを1回行う際に形成されるSiN層の厚さを所望の膜厚よりも薄くし、SiN層を積層することで形成されるSiN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のが好ましい。

0057

アフターパージ大気圧復帰
成膜ステップが終了した後、ノズル249a〜249cのそれぞれからN2ガスを処理室201内へ供給し、排気口231aを介して排気管231より排気する。N2ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室201内がパージされ、処理室201内に残留するガスや反応副生成物が処理室201内から除去される(アフターパージ)。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)。

0058

(ボートアンロードおよびウエハディスチャージ
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、マニホールド209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、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。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より取出される(ウエハディスチャージ)。

0059

(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。

0060

(a)ステップAのDCSガス供給ステップでは、上述の処理条件下において、ノズル249a内の圧力を適正に高めることにより、ノズル249a内と処理室201内との間に適正な圧力差を設けることができ、ノズル249a内でのDCSガスの分解量(中間体の生成量)を、処理室201内でのDCSガスの分解量(中間体の生成量)よりも多くさせた状態とすることが可能となる。結果として、ウエハ200上に形成されるSiN膜のウエハ面内屈折率均一性(以下、面内屈折率均一性)を向上させることが可能となる。これは、DCSガスの分解量(中間体の生成量)を上述のように制御することにより、ウエハ200上に形成されるSiN膜のウエハ面内組成比均一性(以下、面内組成比均一性)を向上させることができるためと考えられる。

0061

というのも、従来の成膜手法では、ウエハ200の中央部にまで中間体が届かないことがあり、それにより、ウエハ200の中央部におけるSiN膜中のNに対するSiの比率が、ウエハ200の外周部におけるSiN膜中のNに対するSiの比率よりも低くなることがある。これに対し、本実施形態によれば、ノズル249a内と処理室201内との間に適正な圧力差を設け、DCSガスの分解量(中間体の生成量)を上述のように制御することにより、ウエハ200の外周部だけでなく、中央部にまで、中間体を効率的に届けることが可能となる。これにより、ウエハ200上に形成されるSiN膜におけるNに対するSiの比率を、ウエハ200の外周部と中央部とで同等とすることが可能となり、ウエハ200上に形成されるSiN膜の組成比を、ウエハ面内全域にわたり均一にすることが可能となる。本実施形態によれば、例えばウエハ200上にSiリッチなSiN膜を形成する場合に、ウエハ200の外周部におけるSiN膜の組成をSiリッチとするだけでなく、中央部におけるSiN膜の組成をもSiリッチとすることが可能となり、ウエハ200上に形成されるSiN膜を、ウエハ面内全域にわたりSiリッチな膜とすることが可能となる。

0062

(b)原料ガスを供給するノズル249aのガス噴出口250aの開口面積(穴径)を、反応ガスを供給するノズル249bのガス噴出口250bの開口面積(穴径)以下とするのが好ましい。ガス噴出口250aの開口面積(穴径)を、ガス噴出口250bの開口面積(穴径)以下とすることで、DCSガス供給ステップにおけるノズル249a内の圧力を確実に高めることができ、上述の効果が確実に得られるようになる。また、原料ガスを供給するノズル249aのガス噴出口250aの開口面積(穴径)を、反応ガスを供給するノズル249bのガス噴出口250bの開口面積(穴径)よりも小さくするのがより好ましい。ガス噴出口250aの開口面積(穴径)を、ガス噴出口250bの開口面積(穴径)よりも小さくすることで、DCSガス供給ステップにおけるノズル249a内の圧力をより確実に高めることができ、上述の効果がより確実に得られるようになる。

0063

(c)原料ガスを供給するノズル249aのガス噴出口250aの開口面積(穴径)を、それ以外のガス(反応ガス、不活性ガス)を供給するノズル249b,249cのガス噴出口250b,250cの開口面積(穴径)以下とするのが好ましい。ガス噴出口250aの開口面積(穴径)を、ガス噴出口250bの開口面積(穴径)以下であって、且つ、ガス噴出口250cの開口面積(穴径)以下とすることで、DCSガス供給ステップにおけるノズル249a内の圧力を確実に高めることができ、上述の効果が確実に得られるようになる。また、原料ガスを供給するノズル249aのガス噴出口250aの開口面積(穴径)を、それ以外のガス(反応ガス、不活性ガス)を供給するノズル249b,249cのガス噴出口250b,250cの開口面積(穴径)よりも小さくするのがより好ましい。ガス噴出口250aの開口面積(穴径)を、ガス噴出口250bの開口面積(穴径)よりも小さく、且つ、ガス噴出口250cの開口面積(穴径)よりも小さくすることで、DCSガス供給ステップにおけるノズル249a内の圧力をより確実に高めることができ、上述の効果がより確実に得られるようになる。

0064

(d)ステップAのDCSガス供給ステップでは、処理室201内の圧力を、ステップBのNH3ガス供給ステップにおける処理室201内の圧力(少なくともSi含有層の窒化が適正に行われる圧力)以上とするのが好ましい。このようにすることで、反応管203の内壁とウエハ200との間のギャップにおける平面視において円環状の空間の圧力を高め、この空間のコンダクタンスを低下させ、ギャップから下方へ向かう中間体を含むDCSガスの流れ落ちを抑制することが可能となる。これにより、ウエハ200の中央部への中間体の供給を効率的に行うことが可能となり、結果として、ウエハ200上に形成されるSiN膜の面内屈折率均一性および面内膜厚均一性をそれぞれ向上させることが可能となる。また、ステップAのDCSガス供給ステップでは、処理室201内の圧力を、ステップBのNH3ガス供給ステップにおける処理室201内の圧力(少なくともSi含有層の窒化が適正に行われる圧力)よりも大きくすることで、上述の効果がより確実に得られるようになる。

0065

(e)本実施形態によれば、ウエハ200上に、電気特性、ウエハ面内膜厚均一性(以下、面内膜厚均一性)がそれぞれ良好であり、表面ラフネスが小さく(表面が平滑であり)、かつ、面内屈折率均一性に優れたSiN膜を形成することが可能となる。また本実施形態によれば、これらの特性を得るために、ウエハ配列領域内におけるウエハ200の配列間隔ピッチ)を広げる必要もない。そのため、基板処理の生産性低下コストの上昇を回避することが可能となる。

0066

(f)上述の効果は、DCSガス以外の上述の原料ガスを用いる場合や、NH3ガス以外の上述の反応ガスを用いる場合や、N2ガス以外の上述の不活性ガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。

0067

<第2実施形態>
以下、第2実施形態について、図5を用いて説明する。

0068

本実施形態では、図5に示す成膜シーケンスのように、ステップAのDCSガス供給ステップにおいて、ウエハ200に対してノズル249aよりN2ガスを供給し、ノズル249aより供給するN2ガスの流量を、ノズル249aより供給するDCSガスの流量よりも大きくする。それ以外については、上述の第1実施形態と同様とする。

0069

本実施形態のステップAのDCSガス供給ステップにおける処理条件としては、
DCSガス供給流量:0.001〜3slm、好ましくは0.01〜1.5slm
N2ガス供給流量(R1):5〜40slm、好ましくは10〜30slm
N2ガス供給流量(R2,R3):0〜3slm
が例示される。ステップAにおける他の処理条件は、上述の第1実施形態のステップAにおける処理条件と同様とする。

0070

ステップBにおける処理手順、処理条件は、上述の第1実施形態のステップBにおける処理手順、処理条件と同様とする。

0071

本実施形態によれば、DCSガス供給ステップにおいて、ノズル249aより供給するN2ガス、すなわち、圧力調整ガスとして作用するN2ガスの流量を、ノズル249aより供給するDCSガスの流量よりも大きくすることで、ノズル249a内の圧力を高め、ノズル249a内におけるDCSガスの分解を促すことが可能となる。結果として、ノズル249a内でのDCSガスの分解量(中間体の生成量)を、処理室201内でのDCSガスの分解量(中間体の生成量)よりも確実に多くすることが可能となる。これにより、ウエハ200上に形成されるSiN膜の面内屈折率均一性を確実に向上させることが可能となる。

0072

また、本実施形態によれば、DCSガス供給ステップにおいて、ノズル249aより供給するN2ガス、すなわち、キャリアガスとして作用するN2ガスの流量を、ノズル249aより供給するDCSガスの流量よりも大きくすることで、ノズル249aから流れる中間体を含むDCSガスをウエハ200に向けて押し出し、ウエハ200の中央部への中間体の供給を促すことが可能となる。また、この押し出し効果により、中間体を含むDCSガスの反応管203の内壁とウエハ200との間のギャップから下方への流れ落ちを抑制することが可能となり、ウエハ200の中央部への中間体の供給を効率的に行うことが可能となる。また、反応管203の内壁とウエハ200との間のギャップにおける平面視において円環状の空間の圧力を高め、この空間のコンダクタンスを低下させ、ギャップから下方へ向かう中間体を含むDCSガスの流れ落ちをさらに抑制することが可能となる。これらにより、ウエハ200上に形成されるSiN膜の面内屈折率均一性をより確実に向上させることが可能となる。また、これらにより、ウエハ200上に形成されるSiN膜の面内膜厚均一性をより確実に向上させることも可能となる。

0073

なお、DCSガス供給ステップにおいて、ノズル249aより供給するN2ガスの流量を、ノズル249aより供給するDCSガスの流量よりも大きくするとともに、ノズル249bおよびノズル249cのそれぞれより供給するN2ガスのそれぞれの流量よりも大きくするように、各ガスの流量バランスを制御することで、上述の効果がより確実に得られるようになる。

0074

また、DCSガス供給ステップにおいて、ノズル249aより供給するN2ガスの流量を、ノズル249aより供給するDCSガスの流量よりも大きくするとともに、ノズル249bおよびノズル249cのそれぞれより供給するN2ガスの合計流量よりも大きくするように、各ガスの流量バランスを制御することで、上述の効果がよりいっそう確実に得られるようになる。

0075

<他の実施形態>
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。但し、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。

0076

例えば、図6(b)に示すように、ノズル249a〜249cとして、反応管203の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ配列方向の上方に向かって立ち上がるように構成されたロングノズルを用いてもよい。図6(b)に示すノズル249a〜249cにおいても、ガス噴出口250a〜250cは、ウエハ配列領域のウエハ配列方向における一端側から他端側にわたり複数配置されており、それぞれの開口面積(穴径)は、それぞれ、均等な大きさとなっている。本ケースにおいても、ガス噴出口250aの開口面積(穴径)は、ガス噴出口250bの開口面積(穴径)以下となっており、また、ガス噴出口250cの開口面積(穴径)以下となっている。本ケースにおいても、ガス噴出口250aの開口面積(穴径)を、ガス噴出口250bの開口面積(穴径)よりも小さくするのが好ましく、更には、ガス噴出口250cの開口面積(穴径)よりも小さくするのがより好ましい。これらのケースにおいても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

0077

また例えば、DCSガスを供給するノズルを2本以上設け、DCSガス供給ステップにおいて、DCSガスを2本以上のノズルを介して供給するようにしてもよい。本ケースにおいても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本ケースによれば、DCSガスを1本のノズルを介して供給する場合に比べ、DCSガスの供給量を2倍以上とすることができ、ウエハ200の中央部への中間体の供給量を2倍以上とすることが可能となり、上述の実施形態で得られる効果を高めることが可能となる。

0078

また例えば、原料ガスとして、クロロシラン系ガスの他、トリス(ジメチルアミノシラン(SiH[N(CH3)2]3、略称:3DMAS)ガス、ビスジエチルアミノ)シラン(SiH2[N(C2H5)2]2、略称:BDEAS)ガス等のアミノシラン系ガスを用いることができる。この場合においても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

0079

また例えば、反応ガスとして、プロピレン(C3H6)ガス等の炭素(C)含有ガス、トリエチルアミン((C2H5)3N、略称:TEA)ガス等のNおよびCを含むガス、トリクロロボラン(BCl3)ガス等の硼素(B)含有ガス、酸素(O2)ガス、オゾン(O3)ガス、プラズマ励起されたO2ガス(O2*)、O2ガス+水素(H2)ガス、水蒸気(H2Oガス)等の酸素(O)含有ガスを用いることができる。

0080

そして、以下に示す成膜シーケンスにより、基板上に、シリコン酸窒化膜SiON膜)、シリコン酸炭化膜SiOC膜)、シリコン炭窒化膜SiCN膜)、シリコン酸炭窒化膜SiOCN膜)、シリコン硼炭窒化膜SiBCN膜)、シリコン硼窒化膜(SiBN膜)、シリコン酸化膜SiO膜)等のSiを含む膜を形成する場合にも、本発明を適用することができる。原料ガス、反応ガスを供給する際の処理手順、処理条件は、例えば、上述の実施形態の各ステップにおけるそれらと同様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。

0081

(R1:DCS→R2:NH3→R3:O2)×n ⇒ SiON
(R1:DCS→R2:TEA→R3:O2)×n ⇒ SiOC(N)
(R1:DCS→R2:C3H6→R3:NH3)×n ⇒ SiCN
(R1:DCS→R2:C3H6→R3:NH3→R3:O2)×n ⇒ SiOCN
(R1:DCS→R2:C3H6→R2:BCl3→R3:NH3)×n ⇒ SiBCN
(R1:DCS→R2:BCl3→R3:NH3)×n ⇒ SiBN
(R1:DCS→R2:O2+H2)×n ⇒ SiO

0082

また例えば、原料ガスとして、チタニウムテトラクロライド(TiCl4)ガスやトリメチルアルミニウム(Al(CH3)3、略称:TMA)ガス等を用い、以下に示す成膜シーケンスにより、基板上に、チタン窒化膜TiN膜)、チタン酸窒化膜(TiON膜)、チタンアルミニウム炭窒化膜(TiAlCN膜)、チタンアルミニウム炭化膜(TiAlC膜)、チタン炭窒化膜(TiCN膜)、チタン酸化膜TiO膜)等の金属元素を含む膜を形成する場合にも、本発明を適用することができる。原料ガス、反応ガスを供給する際の処理手順、処理条件は、例えば、上述の実施形態の各ステップにおけるそれらと同様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。

0083

(R1:TiCl4→R2:NH3)×n ⇒ TiN
(R1:TiCl4→R2:NH3→R3:O2)×n ⇒ TiON
(R1:TiCl4→R2:TMA→R3:NH3)×n ⇒ TiAlCN
(R1:TiCl4→R1:TMA)×n ⇒ TiAlC
(R1:TiCl4→R2:TEA)×n ⇒ TiCN
(R1:TiCl4→R2:H2O)×n ⇒ TiO

0084

基板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、基板処理を開始する際、CPU121aが、記憶装置121c内に格納された複数のレシピの中から、基板処理の内容に応じて、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、膜厚の膜を、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、処理を迅速に開始できるようになる。

0085

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。

0086

上述の実施形態では、第1〜第3供給部としての第1〜第3ノズル(ノズル249a〜249c)が反応管の内壁に沿うように処理室内に設けられている例について説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば図7(a)に縦型処理炉の断面構造を示すように、反応管の側壁にバッファ室を設け、このバッファ室内に、上述の実施形態と同様の構成の第1〜第3ノズルを、上述の実施形態と同様の配置で設けるようにしてもよい。図7(a)では、反応管の側壁に供給用のバッファ室と排気用のバッファ室とを設け、それぞれを、ウエハを挟んで対向する位置に配置した例を示している。なお、供給用のバッファ室と排気用のバッファ室のそれぞれは、反応管の側壁の下部より上部に沿って、すなわち、ウエハ配列領域に沿って設けられている。また、図7(a)では、供給用のバッファ室を複数(3つ)の空間に仕切り、それぞれの空間に各ノズルを配置した例を示している。バッファ室の3つの空間の配置は、第1〜第3ノズルの配置と同様となる。第1〜第3ノズルが配置されるそれぞれの空間を、第1〜第3バッファ室と称することもできる。第1ノズルおよび第1バッファ室、第2ノズルおよび第2バッファ室、第3ノズルおよび第3バッファ室を、それぞれ、第1供給部、第2供給部、第3供給部と考えることもできる。また例えば、図7(b)に縦型処理炉の断面構造を示すように、図7(a)と同様の配置でバッファ室を設け、バッファ室内に第1ノズルを設け、このバッファ室の処理室との連通部を両側から挟むとともに反応管の内壁に沿うように第2、第3ノズルを設けるようにしてもよい。第1ノズルおよびバッファ室、第2ノズル、第3ノズルを、それぞれ、第1供給部、第2供給部、第3供給部と考えることもできる。図7(a)、図7(b)で説明したバッファ室や反応管以外の構成は、図1に示す処理炉の各部の構成と同様である。これらの処理炉を用いた場合であっても、上述の実施形態と同様の基板処理を行うことができ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

0087

上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、一度に1枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。また、上述の実施形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。

0088

これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態と同様なシーケンス、処理条件にて基板処理を行うことができ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、本発明は、第1供給部より基板に対して供給された原料ガスを、少なくとも平面視において基板を挟んで第1供給部と対向する位置に配置された排気口より排気するように構成された基板処理装置を用いる場合に、本発明は好適に適用可能である。また本発明は、基板の側方より基板に対して原料ガスおよび不活性ガスを供給したり、基板の側方より基板に対して反応ガスを供給したりするように構成された基板処理装置を用いる場合に、好適に適用可能である。

0089

また、上述の実施形態は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理手順、処理条件は、例えば、上述の実施形態における処理手順、処理条件と同様とすることができる。

0090

実施例として、図1に示す基板処理装置を用い、図5に示す成膜シーケンスにより、ウエハ上にSiN膜を形成した。DCSガス供給ステップでは、第1供給部よりDCSガスと一緒にN2ガスを供給し、このときの処理室内の圧力を、NH3ガス供給ステップにおける処理室内の圧力よりも大きくした。そして、DCSガス供給ステップにおける処理条件を、第1供給部内でのDCSガスの分解量が処理室内でのDCSガスの分解量よりも大きくなるような条件とした。他の処理条件は、上述の第2実施形態に記載の処理条件範囲内の所定の条件とした。

0091

比較例1として、図1に示す基板処理装置を用い、ウエハに対して第1供給部よりDCSガスを供給するステップと、ウエハに対して第2供給部よりNH3ガスを供給するステップと、を交互に繰り返すことにより、ウエハ上にSiN膜を形成した。DCSガス供給ステップでは、第1供給部よりDCSガスと一緒にN2ガスを供給し、このときの処理室内の圧力を、NH3ガス供給ステップにおける処理室内の圧力よりも小さくした。そして、DCSガス供給ステップにおける処理条件を、第1供給部内でのDCSガスの分解量が処理室内でのDCSガスの分解量以下となるような所定の条件とした。なお、第1供給部よりDCSガスと一緒に供給するN2ガスの流量を、実施例において第1供給部よりDCSガスと一緒に供給するN2ガスの流量の1/5〜1/10以下とした。他の処理手順、処理条件は、実施例における処理条件と同様とした。

0092

比較例2として、図1に示す基板処理装置を用い、ウエハに対して第1供給部よりDCSガスを供給するステップと、ウエハに対して第2供給部よりNH3ガスを供給するステップと、を交互に繰り返すことにより、ウエハ上にSiN膜を形成した。DCSガス供給ステップでは、第1供給部からのN2ガスの供給を不実施とし、このときの処理室内の圧力を、NH3ガス供給ステップにおける処理室内の圧力よりも小さくした。そして、DCSガス供給ステップにける処理条件を、第1供給部内でのDCSガスの分解量が処理室内でのDCSガスの分解量よりも小さくなるような所定の条件とした。他の処理手順、処理条件は、実施例における処理条件と同様とした。

0093

そして、実施例1および比較例1,2で形成したSiN膜の面内屈折率均一性(R.I.Range)、および、面内膜厚均一性(WiW)をそれぞれ測定した。図8にこれらの測定結果を示す。R.I.RangeおよびWiW[%]は、いずれも、その値が小さいほどウエハ面内均一性が高い(均一である)ことを意味する。

0094

図8に示すように、実施例1の方が、比較例1,2に比べて、R.I.RangeおよびWiWの値がいずれも小さいことが分かる。すなわち、DCSガス供給ステップを、第1供給部内でのDCSガスの分解量が処理室内でのDCSガスの分解量よりも大きくなるような条件下で実施することにより、ウエハ上に形成されるSiN膜の面内屈折率均一性および面内膜厚均一性をそれぞれ向上させることが可能となることが分かる。

0095

<本発明の好ましい態様>
以下、本発明の好ましい態様について付記する。

0096

(付記1)
本発明の一態様によれば、
(a)処理室内の基板に対して第1供給部より原料ガスを供給する工程と、
(b)前記処理室内の前記基板に対して第2供給部より反応ガスを供給する工程と、
を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、前記基板上に膜を形成する工程を有し、
(a)では、前記第1供給部内および前記処理室内で前記原料ガスを分解させて中間体を生じさせ、その中間体を前記基板に対して供給し、その際、前記第1供給部内での前記原料ガスの分解量を、前記処理室内での前記原料ガスの分解量よりも大きくさせた状態とする半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。

0097

(付記2)
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
(a)では、前記第1供給部内での前記原料ガスの分解率を、前記処理室内での前記原料ガスの分解率よりも大きくさせた状態とする。

0098

(付記3)
付記1または2に記載の方法であって、好ましくは、
(a)では、前記第1供給部内での前記原料ガスの分解速度を、前記処理室内での前記原料ガスの分解速度よりも大きくさせた状態とする。

0099

(付記4)
付記1〜3のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(a)では、前記第1供給部内での前記中間体の生成量を、前記処理室内での前記中間体の生成量よりも大きくさせた状態とする。

0100

(付記5)
付記1〜4のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(a)では、前記第1供給部内での前記中間体の生成率を、前記処理室内での前記中間体の生成率よりも大きくさせた状態とする。

0101

(付記6)
付記1〜5のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(a)では、前記第1供給部内での前記中間体の生成速度を、前記処理室内での前記中間体の生成速度よりも大きくさせた状態とする。

0102

(付記7)
付記1〜6のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1供給部に設けられたガス噴出口の開口面積(穴径)を、(a)において、付記1〜6の少なくともいずれかの状態にならしめる開口面積(穴径)とする。

0103

(付記8)
付記1〜7のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1供給部に設けられたガス噴出口の開口面積(穴径)を、前記第2供給部に設けられたガス噴出口の開口面積(穴径)以下とする。

0104

(付記9)
付記1〜8のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1供給部に設けられたガス噴出口の開口面積(穴径)を、前記第2供給部に設けられたガス噴出口の開口面積(穴径)よりも小さくする。

0105

(付記10)
付記1〜9のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1供給部および前記第2供給部とは異なる第3供給部を更に有し、前記第2供給部と前記第3供給部は、前記第1供給部を両側から挟み込むように配置され、
(a)では、前記第2供給部および前記第3供給部のそれぞれより不活性ガスを供給し、
前記第1供給部に設けられたガス噴出口の開口面積(穴径)を、前記第2供給部および前記第3供給部のそれぞれに設けられたガス噴出口の開口面積(穴径)以下とする。

0106

(付記11)
付記1〜10のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1供給部および前記第2供給部とは異なる第3供給部を更に有し、前記第2供給部と前記第3供給部は、前記第1供給部を両側から挟み込むように配置され、
(a)では、前記第2供給部および前記第3供給部のそれぞれより不活性ガスを供給し、
前記第1供給部に設けられたガス噴出口の開口面積(穴径)を、前記第2供給部および前記第3供給部のそれぞれに設けられたガス噴出口の開口面積(穴径)よりも小さくする。

0107

(付記12)
付記1〜11のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(a)では、前記基板に対して前記第1供給部より不活性ガスを供給し、前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量を、前記第1供給部より供給する前記原料ガスの流量よりも大きくする。

0108

(付記13)
付記12に記載の方法であって、好ましくは、
(a)では、前記第2供給部より不活性ガスを供給し、前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量を、前記第2供給部より供給する不活性ガスの流量よりも大きくする。

0109

(付記14)
付記12または13に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1供給部および前記第2供給部とは異なる第3供給部を更に有し、前記第2供給部と前記第3供給部は、前記第1供給部を両側から挟み込むように配置され、
(a)では、前記第2供給部および前記第3供給部のそれぞれより不活性ガスを供給し、前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量を、前記第2供給部および前記第3供給部のそれぞれより供給する不活性ガスのそれぞれの流量よりも大きくする。

0110

(付記15)
付記12〜14のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1供給部および前記第2供給部とは異なる第3供給部を更に有し、前記第2供給部と前記第3供給部は、前記第1供給部を両側から挟み込むように配置され、
(a)では、前記第2供給部および前記第3供給部のそれぞれより不活性ガスを供給し、前記第1供給部より供給する不活性ガスの流量を、前記第2供給部および前記第3供給部のそれぞれより供給する不活性ガスの合計流量よりも大きくする。

0111

(付記16)
付記1〜15のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(a)における前記処理室内の圧力を、(b)における前記処理室内の圧力以上とする。

0112

(付記17)
付記1〜16のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(a)における前記処理室内の圧力を、(b)における前記処理室内の圧力よりも大きくする。

0113

(付記18)
付記1〜17のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(a)では、前記基板に対して供給された前記原料ガスを、少なくとも平面視において前記基板を挟んで前記第1供給部と対向する位置に配置された排気口より排気する。

0114

(付記19)
付記1〜18のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(a)では、前記基板の側方より前記基板に対して前記原料ガスおよび不活性ガスを供給する。また、(b)では、前記基板の側方より前記基板に対して前記反応ガスを供給する。

0115

(付記20)
本発明の他の態様によれば、
基板が処理される処理室と、
前記処理室内の基板に対して第1供給部より原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して第2供給部より反応ガスを供給する反応ガス供給系と、
前記第1供給部内および前記処理室内で前記原料ガスを分解させる分解ユニットと、
前記処理室内において、付記1の各処理(工程)を行わせるように、前記原料ガス供給系、前記反応ガス供給系、および前記分解ユニット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が提供される。

実施例

0116

(付記21)
本発明のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内において、
付記1における各手順(工程)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、または、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。

0117

200ウエハ(基板)
249aノズル(第1供給部)
249b ノズル(第2供給部)
249c ノズル(第3供給部)

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