JPWO2016120957A1 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置および記録媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
絶縁性の表面と導電性の表面とを有する基板に対して、還元ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、金属含有ガスを供給する工程と、
を時分割して行うサイクルを所定回数行うことで、前記絶縁性の表面上に金属膜を選択的に形成する半導体装置の製造方法が提供される。
以下、本発明の一実施形態について図1および図2を用いて説明する。基板処理装置10は、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程である基板処理工程において使用される装置の一例として構成されている。
処理炉202には加熱手段(加熱機構、加熱系)としてのヒータ207が設けられている。ヒータ207は上方が閉塞された円筒形状に形成されている。
半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に金属膜を形成する工程の一例について図4(a)および図4(b)を用いて説明する。金属膜を形成する工程は、上述した基板処理装置10の処理炉202を用いて実行される。以下の説明において、基板処理装置10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。
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、図1に示されているように、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内に搬入(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220を介してマニホールド209の下端開口を閉塞した状態となる。
処理室201内が所望の圧力(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243がフィードバック制御される(圧力調整)。真空ポンプ246は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室201内のウエハ200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への通電量がフィードバック制御される(温度調整)。なお、ヒータ207による処理室201内の加熱は、少なくともウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。続いて、回転機構267によりボート217およびウエハ200の回転を開始する。なお、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、ウエハ200に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
続いて、ウエハ200上にW膜を形成する工程を実行する。W膜形成工程は、以下に説明するB2H6ガス(還元ガス)供給ステップ、残留ガス除去ステップ、WF6ガス(金属含有ガス)供給ステップ、残留ガス除去ステップを含む。
バルブ324を開き、ガス供給管320内にB2H6ガスを流す。ガス供給管320内を流れたB2H6ガスは、MFC322により流量調整されてノズル420のガス供給孔420aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してB2H6ガスが供給されることとなる。すなわちウエハ200の表面はB2H6ガスに暴露されることとなる。このとき同時にバルブ524を開き、キャリアガス供給管520内にN2ガスを流す。キャリアガス供給管520内を流れたN2ガスは、MFC522により流量調整されてB2H6ガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ノズル410内へのB2H6ガスの侵入を防止するために、バルブ514を開き、キャリアガス供給管510内にN2ガスを流す。N2ガスは、ガス供給管310,ノズル410を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
B含有層が形成された後、バルブ324を閉じ、B2H6ガスの供給を停止する。このとき、APCバルブ243は開いたままとして、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B含有層の形成に寄与した後のB2H6ガスを処理室201内から排除する。すなわち、B含有層が形成されたウエハ200が存在する空間に残留する未反応もしくはB含有層の形成に寄与した後のB2H6ガスを除去する。このときバルブ514,524は開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、処理室201内に残留する未反応もしくはB含有層の形成に寄与した後のB2H6ガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。
バルブ314を開き、ガス供給管310内にWF6ガスを流す。ガス供給管310内を流れたWF6ガスは、MFC312により流量調整されてノズル410のガス供給孔410aから処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ウエハ200に対してWF6ガスが供給されることとなる。すなわちウエハ200の表面はWF6ガスに暴露されることとなる。このとき同時にバルブ514を開き、キャリアガス供給管510内にN2ガスを流す。キャリアガス供給管510内を流れたN2ガスは、MFC512により流量調整されてWF6ガスと一緒に処理室201内に供給され、排気管231から排気される。このとき、ノズル420内へのWF6ガスの侵入を防止するために、バルブ524を開き、キャリアガス供給管520内にN2ガスを流す。N2ガスは、ガス供給管320,ノズル420を介して処理室201内に供給され、排気管231から排気される。
W層が形成された後、バルブ314を閉じ、WF6ガスの供給を停止する。このとき、APCバルブ243は開いたままとして、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W層の形成に寄与した後のWF6ガスを処理室201内から排除する。すなわち、W層が形成されたウエハ200が存在する空間に残留する未反応もしくはW層の形成に寄与した後のWF6ガスを除去する。このときバルブ514,524は開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、処理室201内に残留する未反応もしくはW層の形成に寄与した後のWF6ガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。このとき、W層形成に伴い処理室201内に副生成物が生じていた場合、この副生成物も処理室201内から排除される。
上述したB2H6ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップ、WF6ガス供給ステップ、残留ガス除去ステップを順に時分割して(非同期、間欠的、パルス的に)行うサイクルを1回以上(所定回数)行うことにより、ウエハ200上に、所定の厚さのW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。このようなサイクルを所定回数行うことで、ウエハ200の絶縁膜600上に選択的に(優先的に)W膜を形成することができる。つまり、ウエハ200の絶縁性の表面601上に直接、W膜を選択的に形成することができる。
続いて、ウエハ200上に形成されたW膜を熱処理する。ここでは、ウエハ200の温度が600℃以上、例えば800〜850℃の温度となるように、ヒータ207への通電量を調整し、W膜を熱処理(アニール処理)する。アニール処理は、例えばN2ガス等の不活性ガス雰囲気下で行う。このアニール処理の処理時間は、例えば1〜120秒間の範囲内の所定の時間とする。アニール処理を行うことにより、ウエハ200表面の下地膜上に形成されたW膜の結晶状態を、所望の結晶状態とすることができ、また、この結晶状態を安定化させることができる。また、W膜中に残留する不純物を脱離させることもできる。すなわち、アニール処理により、W膜を改質することができる。また、アニール処理により、W膜を緻密化させることもできる。
ウエハ200に対するアニール処理が終了したら、バルブ514,524を開いたままで、ガス供給管510,520のそれぞれからN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。N2ガスはパージガスとして作用し、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内に残留するガスや副生成物が処理室201内から除去される(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)。
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。そして、処理済ウエハ200がボート217に支持された状態でマニホールド209の下端から処理室201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、ボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
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。後述の実施例での考察等に基づいて、例えば以下のような実施形態とすることもできる。なお、以下の他の実施形態における処理条件は、例えば、上述の実施形態と同様な処理条件とすることができる。なお、必要に応じて、他の処理条件としてもよい。
本発明の一態様によれば、
絶縁性の表面と導電性の表面とを有する基板に対して、還元ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、金属含有ガスを供給する工程と、
を時分割して(非同期、間欠的、パルス的に)行うサイクルを所定回数行うことで、前記絶縁性の表面上に金属膜を選択的に形成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。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記絶縁性の表面は、非共有電子対を有する元素を含む。
付記1または2に記載の方法であって、好ましくは、
前記絶縁性の表面は、シリコン酸化物(SiO)、シリコン窒化物(SiN)、およびシリコン酸窒化物(SiON)のうちのいずれかを含む。
付記1〜3のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記還元ガスは、ホウ素(B)含有ガス(ボラン)である。
付記1〜4のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記導電性の表面は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、チタン窒化物(TiN)、タンタル(Ta)、およびタンタル窒化物(TaN)のうちのいずれかを含む。
付記1〜5のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記金属含有ガスは、タングステン(W)含有ガスであって、前記金属膜は、タングステン(W)膜である。
付記1〜6のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記金属膜を前記絶縁性の表面上に選択的に形成する際の選択比に応じて、前記還元ガスを供給する工程における処理条件を選択する。
付記7に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理条件とは、前記基板を加熱する温度、前記基板を収容する処理室内の圧力、前記基板に対する前記還元ガスの供給流量、および、前記基板に対する前記還元ガスの供給時間のうちの少なくとも一つである。
付記8に記載の方法であって、好ましくは、
前記基板を加熱する温度は、150〜300℃の範囲内の温度であって、好ましくは160〜200℃であり、より好適には175℃である。
付記8もしくは9に記載の方法であって、好ましくは、
前記基板を収容する処理室内の圧力は、1Pa〜1000Paの範囲内の圧力であって、好ましくは10〜500Paであり、より好適には50Paである。
付記8〜10のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記還元ガスの供給流量は、1sccm〜15000sccmの範囲内の流量であって、好ましくは6000〜10000sccmであり、より好適には8000sccmである。
付記8〜11のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記還元ガスの供給時間は、1秒〜60秒の範囲内の時間であって、好ましくは10〜30秒であり、より好適には20秒である。
付記1〜12のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記サイクルを行う前記所定回数を、前記導電性の表面上において前記金属膜の成長が開始するまでに要する時間であるインキュベーションタイム未満となるように選択する。
本発明の他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記基板に対して、還元ガスと金属含有ガスとを供給するガス供給系と、
前記ガス供給系を制御して、前記処理室に収容された絶縁性の表面および導電性の表面を有する基板に対して、前記還元ガスを供給する処理と、前記基板に対して、前記金属含有ガスを供給する処理と、を時分割して(非同期、間欠的、パルス的に)行うサイクルを所定回数行うことで、前記絶縁性の表面上に金属膜を選択的に形成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。
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室に収容された絶縁性の表面と導電性の表面とを有する基板に対して、還元ガスを供給する手順と、
前記基板に対して、金属含有ガスを供給する手順と、
を時分割して(非同期、間欠的、パルス的に)行うサイクルを所定回数行うことで、前記絶縁性の表面上に金属膜を選択的に形成する手順を行うプログラム、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。
200 ウエハ(基板)
201 処理室
202 処理炉
310,320 ガス供給管
410,420 ノズル
Claims (15)
- 絶縁性の表面と導電性の表面とを有する基板に対して、還元ガスを供給する工程と、
前記基板に対して、金属含有ガスを供給する工程と、
を時分割して行うサイクルを所定回数行うことで、前記絶縁性の表面上に金属膜を選択的に形成する半導体装置の製造方法。 - 前記絶縁性の表面は、非共有電子対を有する元素を含む請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記絶縁性の表面は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、およびシリコン酸窒化物のうちのいずれかを含む請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記還元ガスは、ホウ素含有ガスである請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記導電性の表面は、銅、アルミニウム、チタン、チタン窒化物、タンタル、およびタンタル窒化物のうちのいずれかを含む請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記金属含有ガスは、タングステン含有ガスであって、前記金属膜は、タングステン膜である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記金属膜を前記絶縁性の表面上に選択的に形成する際の選択比に応じて、前記還元ガスを供給する工程における処理条件を選択する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理条件とは、前記基板を加熱する温度、前記基板を収容する処理室内の圧力、前記基板に対する前記還元ガスの供給流量、および、前記基板に対する前記還元ガスの供給時間のうちの少なくとも一つである請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板を加熱する温度は、150〜300℃の範囲内の温度である請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板を収容する処理室内の圧力は、1〜1000Paの範囲内の圧力である請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記還元ガスの供給流量は、1sccm〜15000sccmの範囲内の流量である請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記還元ガスの供給時間は、1秒〜60秒の範囲内の時間である請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記サイクルを行う前記所定回数を、前記導電性の表面上において前記金属膜の成長が開始するまでに要する時間であるインキュベーションタイム未満となるように選択する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板を収容する処理室と、
前記基板に対して、還元ガスと金属含有ガスとを供給するガス供給系と、
前記ガス供給系を制御して、前記処理室に収容された絶縁性の表面および導電性の表面を有する基板に対して、前記還元ガスを供給する処理と、前記基板に対して、前記金属含有ガスを供給する処理と、を時分割して行うサイクルを所定回数行うことで、前記絶縁性の表面上に金属膜を選択的に形成するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 - 処理室に収容された絶縁性の表面と導電性の表面とを有する基板に対して、還元ガスを供給する手順と、
前記基板に対して、金属含有ガスを供給する手順と、
を時分割して行うサイクルを所定回数行うことで、前記絶縁性の表面上に金属膜を選択的に形成する手順を行う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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