JP2012104719A - Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法および基板処理装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus.
半導体装置、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等に好適に用いられるキャパシタを製造する際の成膜技術が特許文献1に開示されている。 Patent Document 1 discloses a film forming technique for manufacturing a capacitor suitably used in a semiconductor device, for example, a DRAM (Dynamic Random Access Memory).
DRAM(Dynamic Random Access Memory)等の半導体装置に用いられるキャパシタを製造する際には、効率よく、しかも少ない占有床面積で行うことが求められている。 When manufacturing a capacitor used in a semiconductor device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory), it is required to perform it efficiently and with a small occupied floor area.
本発明の主な目的は、半導体装置に用いられるキャパシタを効率よく、しかも少ない占有床面積で行うことができる半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することにある。 A main object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus capable of efficiently performing a capacitor used in the semiconductor device with a small occupied floor area.
本発明によれば、
基板上に下電極を形成する工程と、
前記下電極の上に、それぞれ異なる金属元素を含む3種の金属酸化膜を積層して誘電膜を形成する工程と、
前記誘電膜の上に、上電極を形成する工程と、
を有し、前記各工程は同一の装置で行う半導体装置の製造方法が提供される。
According to the present invention,
Forming a lower electrode on the substrate;
Forming a dielectric film by laminating three kinds of metal oxide films each containing a different metal element on the lower electrode;
Forming an upper electrode on the dielectric film;
There is provided a method for manufacturing a semiconductor device in which the steps are performed by the same apparatus.
また、本発明によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室に、第1の金属元素を含む第1の原料を供給する第1の原料供給系と、
前記処理室に、前記第1の金属元素とは異なる第2の金属元素を含む第2の原料を供給する第2の原料供給系と、
前記処理室に、前記第1の金属元素および前記第2の金属元素とは異なる第3の金属元素を含む第3の原料を供給する第3の原料供給系と、
前記処理室に、酸化剤を供給する酸化剤供給系と、
前記処理室に、窒化剤を供給する窒化剤供給系と、
前記第1の原料と前記酸化剤を処理室へ交互に供給して第1の金属酸化膜を形成した後、該第1の金属酸化膜の上に前記第2の原料と前記酸化剤を処理室へ交互に供給して第2の金属酸化膜を形成し、該第2の金属酸化膜の上に前記第3の原料と前記酸化剤を処理室へ交互に供給して第3の金属酸化膜を形成することで前記第1の金属酸化膜、前記第2の金属酸化膜及び前記第3の金属酸化膜を有する誘電膜を前記基板上に形成し、前記第3の原料と前記窒化剤を処理室へ交互に供給することにより前記誘電膜の上に上電極を形成するよう前記第1の原料供給系、前記第2の原料供給系、前記第3の原料供給系、前記酸化剤供給系及び前記窒化剤供給系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。
Moreover, according to the present invention,
A processing chamber for accommodating the substrate;
A first raw material supply system for supplying a first raw material containing a first metal element to the processing chamber;
A second raw material supply system for supplying a second raw material containing a second metal element different from the first metal element to the processing chamber;
A third raw material supply system for supplying a third raw material containing a third metal element different from the first metal element and the second metal element to the processing chamber;
An oxidizing agent supply system for supplying an oxidizing agent to the processing chamber;
A nitriding agent supply system for supplying a nitriding agent to the processing chamber;
The first raw material and the oxidizing agent are alternately supplied to the processing chamber to form a first metal oxide film, and then the second raw material and the oxidizing agent are processed on the first metal oxide film. A second metal oxide film is formed by alternately supplying to the chamber, and a third metal oxide film is formed by alternately supplying the third raw material and the oxidizing agent to the processing chamber on the second metal oxide film. A dielectric film having the first metal oxide film, the second metal oxide film, and the third metal oxide film is formed on the substrate by forming a film, and the third raw material and the nitriding agent are formed. The first raw material supply system, the second raw material supply system, the third raw material supply system, and the oxidant supply so as to form an upper electrode on the dielectric film by alternately supplying the gas to the processing chamber A control unit for controlling the system and the nitriding agent supply system;
A substrate processing apparatus is provided.
本発明によれば、半導体装置に用いられるキャパシタを効率よく、しかも少ない占有床面積で行うことができる半導体装置の製造方法および基板処理装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method and substrate processing apparatus of a semiconductor device which can perform the capacitor used for a semiconductor device efficiently and with a small occupied floor area are provided.
DRAMキャパシタの製造工程において薄膜化、高品質の成膜技術が求められている。従来は、下電極として、窒化チタン膜(TiN膜)をCVD法で成膜し、その上に、酸化ジルコニウム膜(ZrO2膜)と酸化アルミナ膜(Al2O3膜)とをALD(Atomic Layer Deposition)法で成膜して誘電膜を形成し、誘電膜の上に、上電極として窒化チタン膜(TiN膜)をCVD法で成膜していた。 In the manufacturing process of a DRAM capacitor, a thin film and a high quality film forming technique are required. Conventionally, a titanium nitride film (TiN film) is formed as a lower electrode by a CVD method, and a zirconium oxide film (ZrO 2 film) and an alumina oxide film (Al 2 O 3 film) are formed thereon by ALD (Atomic). A dielectric film was formed by forming a film by a layer deposition method, and a titanium nitride film (TiN film) was formed as an upper electrode by a CVD method on the dielectric film.
ハーフピッチ45nm級以下のDRAM素子のキャパシタにおいては、微細化に伴ってキャパシタの電極面積が縮小し、誘電膜として、上記のAl2O3膜とZrO2膜では容量を確保することが困難となり、より比誘電率の高い酸化チタン膜(TiO2膜)を採用するための研究が活発に行われている。 In a capacitor of a DRAM element having a half pitch of 45 nm or less, the electrode area of the capacitor is reduced with the miniaturization, and it is difficult to secure a capacity with the Al 2 O 3 film and the ZrO 2 film as the dielectric films. Research for adopting a titanium oxide film (TiO 2 film) having a higher relative dielectric constant has been actively conducted.
また、容量を確保するために、キャパシタの構造も、例えば、シリンダー状の立体形状が用いられ、その形状も縮小されてきているので、上下電極として使用されている熱CVD法で成膜されたTiN膜においては、均一な膜形成が困難となってきている。 Moreover, in order to ensure the capacity, the capacitor structure is also formed in, for example, a cylindrical solid shape, and the shape has also been reduced, so the film was formed by the thermal CVD method used as the upper and lower electrodes. In the TiN film, it has become difficult to form a uniform film.
このように45nm級以下の製造工程においては、誘電膜及び電極用被膜とも新しい技術を投入する必要性が高く、品質の面、設備投資の面で大きな課題となっている。 As described above, in the manufacturing process of 45 nm class or less, it is highly necessary to introduce new technologies for both the dielectric film and the electrode film, which is a big problem in terms of quality and equipment investment.
本発明者らは、このような課題を考慮の上、鋭意研究の結果、以下の好ましい実施の形態を案出した。 The present inventors have devised the following preferred embodiments as a result of intensive studies in consideration of such problems.
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明の好ましい実施の形態で好適に使用される基板処理装置について説明する。この基板処理装置は、半導体装置の製造に使用される半導体製造装置の一例として構成されているものである。 First, a substrate processing apparatus suitably used in a preferred embodiment of the present invention will be described. This substrate processing apparatus is configured as an example of a semiconductor manufacturing apparatus used for manufacturing a semiconductor device.
下記の説明では、基板処理装置の一例として、基板に対し成膜処理等をおこなう縦型の装置を使用した場合について述べる。しかし、本発明は、縦型装置の使用を前提としたものでなく、例えば、枚葉装置を使用しても良い。 In the following description, as an example of the substrate processing apparatus, a case will be described in which a vertical apparatus that performs a film forming process or the like on a substrate is used. However, the present invention is not based on the use of a vertical apparatus, and for example, a single wafer apparatus may be used.
図1を参照すれば、基板処理装置101では、基板の一例となるウエハ200を収納したカセット110が使用されており、ウエハ200は半導体シリコン等の材料から構成されている。基板処理装置101は筐体111を備えており、筐体111の内部にはカセットステージ114が設置されている。カセット110はカセットステージ114上に工程内搬送装置(図示せず)によって搬入されたり、カセットステージ114上から搬出されたりする。 Referring to FIG. 1, a substrate processing apparatus 101 uses a cassette 110 that contains a wafer 200 as an example of a substrate, and the wafer 200 is made of a material such as semiconductor silicon. The substrate processing apparatus 101 includes a housing 111, and a cassette stage 114 is installed inside the housing 111. The cassette 110 is carried on the cassette stage 114 by an in-process transfer device (not shown) or unloaded from the cassette stage 114.
カセットステージ114上にはカセット110が、工程内搬送装置(図示せず)によって、カセット110内のウエハ200が垂直姿勢を保持しかつカセット110のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ114は、カセット110を筐体111の後方に右回り縦方向90°回転し、カセット110内のウエハ200が水平姿勢となり、カセット110のウエハ出し入れ口が筐体111の後方を向くように動作可能となるよう構成されている。 The cassette 110 is placed on the cassette stage 114 by an in-process transfer device (not shown) so that the wafer 200 in the cassette 110 maintains a vertical posture and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces upward. The The cassette stage 114 rotates the cassette 110 clockwise 90 degrees rearward of the casing 111 so that the wafer 200 in the cassette 110 is in a horizontal posture, and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces the rear of the casing 111. It is configured to be operable.
筐体111内の前後方向の略中央部にはカセット棚105が設置されており、カセット棚105は複数段複数列にて複数個のカセット110を保管するように構成されている。カセット棚105にはウエハ移載機構125の搬送対象となるカセット110が収納される移載棚123が設けられている。 A cassette shelf 105 is installed in a substantially central portion of the casing 111 in the front-rear direction, and the cassette shelf 105 is configured to store a plurality of cassettes 110 in a plurality of rows and a plurality of rows. The cassette shelf 105 is provided with a transfer shelf 123 in which the cassette 110 to be transferred by the wafer transfer mechanism 125 is stored.
カセットステージ114の上方には予備カセット棚107が設けられ、予備的にカセット110を保管するように構成されている。 A reserve cassette shelf 107 is provided above the cassette stage 114, and is configured to store the cassette 110 in a preliminary manner.
カセットステージ114とカセット棚105との間には、カセット搬送装置118が設置されている。カセット搬送装置118は、カセット110を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ118aと、搬送機構としてのカセット搬送機構118bとを備えている。カセット搬送装置118はカセットエレベータ118aとカセット搬送機構118bとの連動動作により、カセットステージ114とカセット棚105と予備カセット棚107との間で、カセット110を搬送するように構成されている。 A cassette carrying device 118 is installed between the cassette stage 114 and the cassette shelf 105. The cassette carrying device 118 includes a cassette elevator 118a that can move up and down while holding the cassette 110, and a cassette carrying mechanism 118b as a carrying mechanism. The cassette carrying device 118 is configured to carry the cassette 110 among the cassette stage 114, the cassette shelf 105, and the spare cassette shelf 107 by an interlocking operation of the cassette elevator 118a and the cassette carrying mechanism 118b.
カセット棚105の後方には、ウエハ移載機構125が設置されている。ウエハ移載機構125は、ウエハ200を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置125aと、ウエハ移載装置125aを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ125bとを備えている。ウエハ移載装置125aにはウエハ200をピックアップするためのツイーザ125cが設けられている。ウエハ移載装置125はウエハ移載装置125aとウエハ移載装置エレベータ125bとの連動動作により、ツイーザ125cをウエハ200の載置部として、ウエハ200をボート217に対して装填(チャージング)したり、ボート217から脱装(ディスチャージング)したりするように構成されている。 A wafer transfer mechanism 125 is installed behind the cassette shelf 105. The wafer transfer mechanism 125 includes a wafer transfer device 125a capable of rotating or linearly moving the wafer 200 in the horizontal direction, and a wafer transfer device elevator 125b for moving the wafer transfer device 125a up and down. The wafer transfer device 125 a is provided with a tweezer 125 c for picking up the wafer 200. The wafer transfer device 125 loads (charges) the wafer 200 to the boat 217 using the tweezers 125c as the placement portion of the wafer 200 by the interlocking operation of the wafer transfer device 125a and the wafer transfer device elevator 125b. The boat 217 is configured to be detached (discharged).
筐体111の後部上方には、ウエハ200を熱処理する処理炉202が設けられており、処理炉202の下端部が炉口シャッタ147により開閉されるように構成されている。 A processing furnace 202 for heat-treating the wafer 200 is provided above the rear portion of the casing 111, and a lower end portion of the processing furnace 202 is configured to be opened and closed by a furnace port shutter 147.
処理炉202の下方には処理炉202に対しボート217を昇降させるボートエレベータ115が設けられている。ボートエレベータ115の昇降台にはアーム128が連結されており、アーム128にはシールキャップ219が水平に据え付けられている。シールキャップ219はボート217を垂直に支持するとともに、処理炉202の下端部を閉塞可能なように構成されている。 Below the processing furnace 202, a boat elevator 115 that raises and lowers the boat 217 with respect to the processing furnace 202 is provided. An arm 128 is connected to the lifting platform of the boat elevator 115, and a seal cap 219 is horizontally installed on the arm 128. The seal cap 219 is configured to support the boat 217 vertically and to close the lower end portion of the processing furnace 202.
ボート217は複数の保持部材を備えており、複数枚(例えば50〜150枚程度)のウエハ200をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。 The boat 217 includes a plurality of holding members, and is configured to hold a plurality of (for example, about 50 to 150) wafers 200 horizontally with the centers thereof aligned in the vertical direction. Yes.
カセット棚105の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するクリーンユニット134aが設置されている。クリーンユニット134aは供給ファン(図示せず)および防塵フィルタ(図示せず)を備えており、クリーンエアを筐体111の内部に流通させるように構成されている。 Above the cassette shelf 105, a clean unit 134a for supplying clean air that is a cleaned atmosphere is installed. The clean unit 134 a includes a supply fan (not shown) and a dustproof filter (not shown), and is configured to distribute clean air inside the casing 111.
筐体111の左側端部には、クリーンエアを供給するクリーンユニット134bが設置されている。クリーンユニット134bも供給ファン(図示せず)および防塵フィルタ(図示せず)を備えており、クリーンエアをウエハ移載装置125aやボート217等の近傍を流通させるように構成されている。当該クリーンエアは、ウエハ移載装置125aやボート217等の近傍を流通した後に、筐体111の外部に排気されるようになっている。 A clean unit 134 b that supplies clean air is installed at the left end of the housing 111. The clean unit 134b also includes a supply fan (not shown) and a dustproof filter (not shown), and is configured to circulate clean air in the vicinity of the wafer transfer device 125a, the boat 217, and the like. The clean air is exhausted to the outside of the casing 111 after circulating in the vicinity of the wafer transfer device 125a, the boat 217, and the like.
続いて、基板処理装置101の主な動作について説明する。 Next, main operations of the substrate processing apparatus 101 will be described.
工程内搬送装置(図示略)によってカセット110がカセットステージ114上に搬入されると、カセット110は、ウエハ200がカセットステージ114の上で垂直姿勢を保持し、カセット110のウエハ出し入れ口が上方向を向くようにカセットステージ114上に載置される。その後、カセット110は、カセットステージ114によって、カセット110内のウエハ200が水平姿勢となり、カセット110のウエハ出し入れ口が筐体111の後方を向くように、筐体111の後方に右周り縦方向90°回転させられる。 When the cassette 110 is loaded onto the cassette stage 114 by an in-process transfer device (not shown), the cassette 110 holds the wafer 200 in a vertical position on the cassette stage 114 and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 is directed upward. It is placed on the cassette stage 114 so as to face. Thereafter, the cassette 110 is placed in a clockwise direction 90 in the clockwise direction behind the housing 111 so that the wafer 200 in the cassette 110 is placed in a horizontal posture by the cassette stage 114 and the wafer loading / unloading port of the cassette 110 faces the rear of the housing 111. ° Rotated.
その後、カセット110は、カセット棚105ないし予備カセット棚107の指定された棚位置へカセット搬送装置118によって自動的に搬送され受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚105ないし予備カセット棚107からカセット搬送装置118によって移載棚123に移載されるか、もしくは直接移載棚123に搬送される。 Thereafter, the cassette 110 is automatically transported and delivered by the cassette transport device 118 to the designated shelf position of the cassette shelf 105 or the spare cassette shelf 107 and temporarily stored, and then the cassette shelf 105 or the spare cassette shelf. It is transferred from 107 to the transfer shelf 123 by the cassette transfer device 118 or directly transferred to the transfer shelf 123.
カセット110が移載棚123に移載されると、ウエハ200はカセット110からウエハ移載装置125aのツイーザ125cによってカセット110のウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、ボート217に装填(チャージング)される。ボート217にウエハ200を受け渡したウエハ移載装置125aはカセット110に戻り、後続のウエハ200をボート217に装填する。 When the cassette 110 is transferred to the transfer shelf 123, the wafers 200 are picked up from the cassette 110 by the tweezers 125c of the wafer transfer device 125a through the wafer loading / unloading port of the cassette 110 and loaded (charged) into the boat 217. The wafer transfer device 125 a that has delivered the wafer 200 to the boat 217 returns to the cassette 110 and loads the subsequent wafer 200 into the boat 217.
予め指定された枚数のウエハ200がボート217に装填されると、処理炉202の下端部を閉じていた炉口シャッタ147が開き、処理炉202の下端部が開放される。その後、ウエハ200群を保持したボート217がボートエレベータ115の上昇動作により処理炉202内に搬入(ローディング)され、処理炉202の下部がシールキャップ219により閉塞される。 When a predetermined number of wafers 200 are loaded into the boat 217, the furnace port shutter 147 that has closed the lower end of the processing furnace 202 is opened, and the lower end of the processing furnace 202 is opened. Thereafter, the boat 217 holding the wafer group 200 is loaded into the processing furnace 202 by the ascending operation of the boat elevator 115, and the lower part of the processing furnace 202 is closed by the seal cap 219.
ローディング後は、処理炉202にてウエハ200に対し任意の処理が実施される。その処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ200およびカセット110が筐体111の外部に搬出される。 After loading, arbitrary processing is performed on the wafer 200 in the processing furnace 202. After the processing, the wafer 200 and the cassette 110 are carried out of the casing 111 in the reverse procedure described above.
次に図2、図3を参照して前述した基板処理装置101に使用される処理炉202について説明する。 Next, the processing furnace 202 used in the substrate processing apparatus 101 described above will be described with reference to FIGS.
図2及び図3を参照すれば、処理炉202にはウエハ200を加熱するための加熱装置(加熱手段)であるヒータ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の断熱部材と複数本のヒータ素線とを備えており、断熱部材に対しヒータ素線が設けられたユニット構成を有している。また、ヒータ207に電力を供給する加熱用電源250が設けられている。ヒータ207の内側には、ウエハ200を処理するための石英製の反応管203が設けられている。 2 and 3, the processing furnace 202 is provided with a heater 207 which is a heating device (heating means) for heating the wafer 200. The heater 207 includes a cylindrical heat insulating member whose upper portion is closed and a plurality of heater wires, and has a unit configuration in which the heater wires are provided on the heat insulating member. A heating power source 250 that supplies power to the heater 207 is provided. A quartz reaction tube 203 for processing the wafer 200 is provided inside the heater 207.
反応管203の下部にはマニホールド209が設けられている。反応管203の下端部およびマニホールド209の上部開口端部には、それぞれ環状のフランジが設けられ、これらのフランジ間には気密部材(以下Oリング)220が配置され、両者の間は気密にシールされている。 A manifold 209 is provided below the reaction tube 203. An annular flange is provided at each of the lower end of the reaction tube 203 and the upper opening end of the manifold 209, and an airtight member (hereinafter referred to as an O-ring) 220 is disposed between the flanges. Has been.
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なっている。シールキャップ219は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。マニホールド209の下部開口端部に設けられた環状のフランジとシールキャップ219の上面との間には気密部材(以下Oリング)220が配置され、両者の間は気密にシールされている。少なくとも、反応管203、マニホールド209、及びシールキャップ219により処理室201が形成されている。 Below the manifold 209, a seal cap 219 is provided as a furnace port lid that can airtightly close the lower end opening of the manifold 209. The seal cap 219 is brought into contact with the lower end of the manifold 209 from the lower side in the vertical direction. The seal cap 219 is made of a metal such as stainless steel and has a disk shape. An airtight member (hereinafter referred to as an O-ring) 220 is disposed between an annular flange provided at the lower opening end of the manifold 209 and the upper surface of the seal cap 219, and the space between the two is hermetically sealed. A processing chamber 201 is formed by at least the reaction tube 203, the manifold 209, and the seal cap 219.
シールキャップ219にはボート217を支持するボート支持台218が設けられている。ボート217はボート支持台218に固定された底板210とその上方に配置された天板211とを有しており、底板210と天板211との間に複数本の支柱212が架設された構成を有している(図1参照)。ボート217には複数枚のウエハ200が保持されている。複数枚のウエハ200は、互いに一定の間隔をあけながら水平姿勢を保持した状態で反応管203の管軸方向に多段に積載されボート217の支柱212に支持されている。 The seal cap 219 is provided with a boat support 218 that supports the boat 217. The boat 217 includes a bottom plate 210 fixed to the boat support 218 and a top plate 211 disposed above the bottom plate 210, and a plurality of support columns 212 are constructed between the bottom plate 210 and the top plate 211. (See FIG. 1). A plurality of wafers 200 are held on the boat 217. The plurality of wafers 200 are stacked in multiple stages in the tube axis direction of the reaction tube 203 while being held in a horizontal posture while being spaced apart from each other, and are supported by the columns 212 of the boat 217.
シールキャップ219の処理室201と反対側にはボートを回転させる回転機構267が設けられている。回転機構267の回転軸255はシールキャップを貫通してボート支持台218に接続されており、回転機構267によって、ボート支持台218を介してボート217を回転させることでウエハ200を回転させる。 A rotation mechanism 267 for rotating the boat is provided on the side of the seal cap 219 opposite to the processing chamber 201. The rotation shaft 255 of the rotation mechanism 267 passes through the seal cap and is connected to the boat support 218, and the wafer 200 is rotated by rotating the boat 217 via the boat support 218 by the rotation mechanism 267.
シールキャップ219は反応管203の外部に設けら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、これによりボート217を処理室201内に対し搬入搬出することが可能となっている。 The seal cap 219 is raised and lowered in the vertical direction by a boat elevator 115 as an elevating mechanism provided outside the reaction tube 203, so that the boat 217 can be carried into and out of the processing chamber 201.
以上の処理炉202では、バッチ処理される複数枚のウエハ200がボート217に対し多段に積層された状態において、ボート217がボート支持台218で支持されながら処理室201に挿入され、ヒータ207が処理室201に挿入されたウエハ200を所定の温度に加熱するようになっている。 In the processing furnace 202 described above, in a state where a plurality of wafers 200 to be batch-processed are stacked on the boat 217 in multiple stages, the boat 217 is inserted into the processing chamber 201 while being supported by the boat support 218, and the heater 207 is The wafer 200 inserted into the processing chamber 201 is heated to a predetermined temperature.
図2及び図3を参照すれば、処理室201には、原料ガスやエッチング用ガスを供給するための5本のガス供給管310、320、330、340、350が接続されている。 2 and 3, five gas supply pipes 310, 320, 330, 340, and 350 for supplying a source gas and an etching gas are connected to the processing chamber 201.
ガス供給管310は、ガス供給管311およびガス供給管312を備えている。ガス供給管311には、上流側から順に流量制御装置(流量制御手段)である液体マスフローコントローラ313、気化ユニット(気化手段)である気化器315および開閉弁であるバルブ316が設けられている。ガス供給管312には、上流側から順に流量制御装置(流量制御手段)であるマスフローコントローラ314および開閉弁であるバルブ317が設けられている。ガス供給管311とガス供給管312は、バルブ316およびバルブ317の下流側で接続されて、ガス供給管310となっている。ガス供給管310には、ガス供給管311とガス供給管312の接続点より下流側にバルブ318が設けられている。 The gas supply pipe 310 includes a gas supply pipe 311 and a gas supply pipe 312. The gas supply pipe 311 is provided with a liquid mass flow controller 313 that is a flow rate control device (flow rate control means), a vaporizer 315 that is a vaporization unit (vaporization means), and a valve 316 that is an on-off valve in order from the upstream side. The gas supply pipe 312 is provided with a mass flow controller 314 that is a flow rate control device (flow rate control means) and a valve 317 that is an on-off valve in order from the upstream side. The gas supply pipe 311 and the gas supply pipe 312 are connected to the downstream side of the valve 316 and the valve 317 to form a gas supply pipe 310. The gas supply pipe 310 is provided with a valve 318 downstream from the connection point between the gas supply pipe 311 and the gas supply pipe 312.
ガス供給管310の下流側の端部は、マニホールド209を貫通して設けられており、マニホールド209の内側でガス供給管310の先端部にノズル410の下端部が接続されている。ノズル410は、反応管203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間で、反応管203の内壁に沿った上下方向(ウエハ200の積載方向)に延在している。ノズル410の側面には原料ガスを供給する多数のガス供給孔410aが設けられている。ガス供給孔410aは、下部から上部にわたって同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、同じピッチで設けられている。 The downstream end of the gas supply pipe 310 is provided through the manifold 209, and the lower end of the nozzle 410 is connected to the tip of the gas supply pipe 310 inside the manifold 209. The nozzle 410 is an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200, and extends in the vertical direction (the loading direction of the wafer 200) along the inner wall of the reaction tube 203. A large number of gas supply holes 410 a for supplying a source gas are provided on the side surface of the nozzle 410. The gas supply holes 410a have the same or inclined opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same pitch.
さらに、ガス供給管310には、バルブ316およびバルブ317とバルブ318との間に、後述の排気管232に接続されたベントライン610及びバルブ614が設けられている。 Further, the gas supply pipe 310 is provided with a vent line 610 and a valve 614 connected to an exhaust pipe 232 described later between the valve 316 and the valve 317 and the valve 318.
主に、ガス供給管310、バルブ318、ガス供給管311、液体マスフローコントローラ313、気化器315、バルブ316、ガス供給管312、マスフローコントローラ314、バルブ317、ノズル410、ベントライン610、バルブ614によりガス供給系(ガス供給手段)301が構成されている。 Mainly by gas supply pipe 310, valve 318, gas supply pipe 311, liquid mass flow controller 313, vaporizer 315, valve 316, gas supply pipe 312, mass flow controller 314, valve 317, nozzle 410, vent line 610, valve 614 A gas supply system (gas supply means) 301 is configured.
また、ガス供給管310にはキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管510が、バルブ318の下流側で接続されている。キャリアガス供給管510にはマスフローコントローラ512及びバルブ514が設けられている。主に、キャリアガス供給管510、マスフローコントローラ512、バルブ514によりキャリアガス供給系(不活性ガス供給系、不活性ガス供給手段)501が構成されている。 In addition, a carrier gas supply pipe 510 for supplying a carrier gas is connected to the gas supply pipe 310 on the downstream side of the valve 318. The carrier gas supply pipe 510 is provided with a mass flow controller 512 and a valve 514. A carrier gas supply system (inert gas supply system, inert gas supply means) 501 is mainly configured by the carrier gas supply pipe 510, the mass flow controller 512, and the valve 514.
ガス供給管311では、液体原料が液体マスフローコントローラ313で流量調整されて気化器315に供給され気化されて原料ガスとなって供給される。ガス供給管312では、気体状のエッチングガスがマスフローコントローラ314で流量調整されて供給される。 In the gas supply pipe 311, the liquid source is adjusted in flow rate by the liquid mass flow controller 313, supplied to the vaporizer 315, vaporized, and supplied as source gas. In the gas supply pipe 312, a gaseous etching gas is supplied with its flow rate adjusted by the mass flow controller 314.
バルブ316とバルブ317を切り替えて、ガス供給管311から供給される原料ガスとガス供給管312から供給されるエッチングガスのいずれかをガス供給管310に供給する。 The valve 316 and the valve 317 are switched to supply either the source gas supplied from the gas supply pipe 311 or the etching gas supplied from the gas supply pipe 312 to the gas supply pipe 310.
なお、原料ガスまたはエッチング用ガスを処理室201に供給していない間は、バルブ318を閉じ、バルブ614を開けて、バルブ614を介して原料ガスまたはエッチング用ガスをベントライン610に流しておく。 Note that while the source gas or the etching gas is not supplied to the processing chamber 201, the valve 318 is closed, the valve 614 is opened, and the source gas or the etching gas is allowed to flow to the vent line 610 through the valve 614. .
そして、原料ガスまたはエッチング用ガスを処理室201に供給する際には、バルブ614を閉じ、バルブ318を開けて、原料ガスまたはエッチング用ガスをバルブ318の下流のガス供給管310に供給する。一方、キャリアガスがマスフローコントローラ512で流量調整されてバルブ514を介してキャリアガス供給管510から供給され、原料ガスまたはエッチング用ガスはバルブ318の下流側でこのキャリアガスと合流し、ノズル410を介して処理室201に供給される。 When supplying the source gas or the etching gas to the processing chamber 201, the valve 614 is closed, the valve 318 is opened, and the source gas or the etching gas is supplied to the gas supply pipe 310 downstream of the valve 318. On the other hand, the flow rate of the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 512 and supplied from the carrier gas supply pipe 510 via the valve 514, and the source gas or the etching gas merges with this carrier gas on the downstream side of the valve 318, And supplied to the processing chamber 201.
ガス供給管320は、ガス供給管321およびガス供給管322を備えている。ガス供給管321には、上流側から順に流量制御装置(流量制御手段)である液体マスフローコントローラ323、気化ユニット(気化手段)である気化器325および開閉弁であるバルブ326が設けられている。ガス供給管322には、上流側から順に流量制御装置(流量制御手段)であるマスフローコントローラ324および開閉弁であるバルブ327が設けられている。ガス供給管321とガス供給管322は、バルブ326およびバルブ327の下流側で接続されて、ガス供給管320となっている。ガス供給管320には、ガス供給管321とガス供給管322の接続点より下流側にバルブ328が設けられている。 The gas supply pipe 320 includes a gas supply pipe 321 and a gas supply pipe 322. The gas supply pipe 321 is provided with a liquid mass flow controller 323 that is a flow rate control device (flow rate control means), a vaporizer 325 that is a vaporization unit (vaporization means), and a valve 326 that is an on-off valve in order from the upstream side. The gas supply pipe 322 is provided with a mass flow controller 324 that is a flow rate control device (flow rate control means) and a valve 327 that is an on-off valve in order from the upstream side. The gas supply pipe 321 and the gas supply pipe 322 are connected to the downstream side of the valve 326 and the valve 327 to form a gas supply pipe 320. The gas supply pipe 320 is provided with a valve 328 downstream from the connection point between the gas supply pipe 321 and the gas supply pipe 322.
ガス供給管320の下流側の端部は、マニホールド209を貫通して設けられており、マニホールド209の内側でガス供給管320の先端部にノズル420の下端部が接続されている。ノズル420は、反応管203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間で、反応管203の内壁に沿った上下方向(ウエハ200の積載方向)に延在している。ノズル420の側面には原料ガスを供給する多数のガス供給孔420aが設けられている。ガス供給孔420aは、下部から上部にわたって同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、同じピッチで設けられている。 The downstream end of the gas supply pipe 320 is provided through the manifold 209, and the lower end of the nozzle 420 is connected to the tip of the gas supply pipe 320 inside the manifold 209. The nozzle 420 is an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200, and extends in the vertical direction (the loading direction of the wafer 200) along the inner wall of the reaction tube 203. A large number of gas supply holes 420 a for supplying a source gas are provided on the side surface of the nozzle 420. The gas supply holes 420a have the same or inclined opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same pitch.
さらに、ガス供給管320には、バルブ326およびバルブ327とバルブ328との間に、後述の排気管232に接続されたベントライン620及びバルブ624が設けられている。 Further, the gas supply pipe 320 is provided with a vent line 620 and a valve 624 connected to an exhaust pipe 232 described later between the valve 326 and the valve 327 and the valve 328.
主に、ガス供給管320、バルブ328、ガス供給管321、液体マスフローコントローラ323、気化器325、バルブ326、ガス供給管322、マスフローコントローラ324、バルブ327、ノズル420、ベントライン620、バルブ624によりガス供給系(ガス供給手段)302が構成されている。 Mainly by gas supply pipe 320, valve 328, gas supply pipe 321, liquid mass flow controller 323, vaporizer 325, valve 326, gas supply pipe 322, mass flow controller 324, valve 327, nozzle 420, vent line 620, valve 624 A gas supply system (gas supply means) 302 is configured.
また、ガス供給管320にはキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管520が、バルブ328の下流側で接続されている。キャリアガス供給管520にはマスフローコントローラ522及びバルブ524が設けられている。主に、キャリアガス供給管520、マスフローコントローラ522、バルブ524によりキャリアガス供給系(不活性ガス供給系、不活性ガス供給手段)502が構成されている。 In addition, a carrier gas supply pipe 520 for supplying a carrier gas is connected to the gas supply pipe 320 on the downstream side of the valve 328. The carrier gas supply pipe 520 is provided with a mass flow controller 522 and a valve 524. A carrier gas supply system (inert gas supply system, inert gas supply means) 502 is mainly configured by the carrier gas supply pipe 520, the mass flow controller 522, and the valve 524.
ガス供給管321では、液体原料が液体マスフローコントローラ323で流量調整されて気化器325に供給され気化されて原料ガスとなって供給される。ガス供給管322では、気体状のエッチングガスがマスフローコントローラ324で流量調整されて供給される。 In the gas supply pipe 321, the liquid source is adjusted in flow rate by the liquid mass flow controller 323, supplied to the vaporizer 325, vaporized, and supplied as source gas. In the gas supply pipe 322, a gaseous etching gas is supplied with its flow rate adjusted by the mass flow controller 324.
バルブ326とバルブ327を切り替えて、ガス供給管321から供給される原料ガスとガス供給管322から供給されるエッチングガスのいずれかをガス供給管320に供給する。 The valve 326 and the valve 327 are switched to supply either the source gas supplied from the gas supply pipe 321 or the etching gas supplied from the gas supply pipe 322 to the gas supply pipe 320.
なお、原料ガスまたはエッチング用ガスを処理室201に供給していない間は、バルブ328を閉じ、バルブ624を開けて、バルブ624を介して原料ガスまたはエッチング用ガスをベントライン620に流しておく。 Note that while the source gas or the etching gas is not supplied to the processing chamber 201, the valve 328 is closed, the valve 624 is opened, and the source gas or the etching gas is allowed to flow to the vent line 620 through the valve 624. .
そして、原料ガスまたはエッチング用ガスを処理室201に供給する際には、バルブ624を閉じ、バルブ328を開けて、原料ガスまたはエッチング用ガスをバルブ328の下流のガス供給管320に供給する。一方、キャリアガスがマスフローコントローラ522で流量調整されてバルブ524を介してキャリアガス供給管520から供給され、原料ガスまたはエッチング用ガスはバルブ328の下流側でこのキャリアガスと合流し、ノズル420を介して処理室201に供給される。 When supplying the source gas or the etching gas to the processing chamber 201, the valve 624 is closed, the valve 328 is opened, and the source gas or the etching gas is supplied to the gas supply pipe 320 downstream of the valve 328. On the other hand, the flow rate of the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 522 and supplied from the carrier gas supply pipe 520 via the valve 524, and the source gas or the etching gas merges with this carrier gas on the downstream side of the valve 328, And supplied to the processing chamber 201.
ガス供給管330は、ガス供給管331およびガス供給管332を備えている。ガス供給管331には、上流側から順に流量制御装置(流量制御手段)である液体マスフローコントローラ333、気化ユニット(気化手段)である気化器335および開閉弁であるバルブ336が設けられている。ガス供給管332には、上流側から順に流量制御装置(流量制御手段)であるマスフローコントローラ334および開閉弁であるバルブ337が設けられている。ガス供給管331とガス供給管332は、バルブ336およびバルブ337の下流側で接続されて、ガス供給管330となっている。ガス供給管330には、ガス供給管331とガス供給管332の接続点より下流側にバルブ338が設けられている。 The gas supply pipe 330 includes a gas supply pipe 331 and a gas supply pipe 332. The gas supply pipe 331 is provided with a liquid mass flow controller 333 that is a flow rate control device (flow rate control means), a vaporizer 335 that is a vaporization unit (vaporization means), and a valve 336 that is an on-off valve in order from the upstream side. The gas supply pipe 332 is provided with a mass flow controller 334 that is a flow rate control device (flow rate control means) and a valve 337 that is an on-off valve in order from the upstream side. The gas supply pipe 331 and the gas supply pipe 332 are connected to the downstream side of the valve 336 and the valve 337 to form a gas supply pipe 330. The gas supply pipe 330 is provided with a valve 338 downstream from the connection point between the gas supply pipe 331 and the gas supply pipe 332.
ガス供給管330の下流側の端部は、マニホールド209を貫通して設けられており、マニホールド209の内側でガス供給管330の先端部にノズル430の下端部が接続されている。ノズル430は、反応管203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間で、反応管203の内壁に沿った上下方向(ウエハ200の積載方向)に延在している。ノズル430の側面には原料ガスを供給する多数のガス供給孔430aが設けられている。ガス供給孔430aは、下部から上部にわたって同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、同じピッチで設けられている。 The downstream end of the gas supply pipe 330 is provided through the manifold 209, and the lower end of the nozzle 430 is connected to the tip of the gas supply pipe 330 inside the manifold 209. The nozzle 430 is an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200, and extends in the vertical direction (the loading direction of the wafer 200) along the inner wall of the reaction tube 203. A large number of gas supply holes 430 a for supplying a raw material gas are provided on the side surface of the nozzle 430. The gas supply holes 430a have the same or inclined opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same pitch.
さらに、ガス供給管330には、バルブ336およびバルブ337とバルブ338との間に、後述の排気管232に接続されたベントライン630及びバルブ634が設けられている。 Further, the gas supply pipe 330 is provided with a vent line 630 and a valve 634 connected to an exhaust pipe 232 described later between the valve 336 and the valve 337 and the valve 338.
主に、ガス供給管330、バルブ338、ガス供給管331、液体マスフローコントローラ333、気化器335、バルブ336、ガス供給管332、マスフローコントローラ334、バルブ337、ノズル430、ベントライン630、バルブ634によりガス供給系(ガス供給手段)303が構成されている。 Mainly by gas supply pipe 330, valve 338, gas supply pipe 331, liquid mass flow controller 333, vaporizer 335, valve 336, gas supply pipe 332, mass flow controller 334, valve 337, nozzle 430, vent line 630, valve 634 A gas supply system (gas supply means) 303 is configured.
また、ガス供給管330にはキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管530が、バルブ338の下流側で接続されている。キャリアガス供給管530にはマスフローコントローラ532及びバルブ534が設けられている。主に、キャリアガス供給管530、マスフローコントローラ532、バルブ534によりキャリアガス供給系(不活性ガス供給系、不活性ガス供給手段)503が構成されている。 Further, a carrier gas supply pipe 530 for supplying a carrier gas is connected to the gas supply pipe 330 on the downstream side of the valve 338. The carrier gas supply pipe 530 is provided with a mass flow controller 532 and a valve 534. A carrier gas supply system (inert gas supply system, inert gas supply means) 503 is mainly configured by the carrier gas supply pipe 530, the mass flow controller 532, and the valve 534.
ガス供給管331では、液体原料が液体マスフローコントローラ333で流量調整されて気化器335に供給され気化されて原料ガスとなって供給される。ガス供給管332では、気体状のエッチングガスがマスフローコントローラ334で流量調整されて供給される。 In the gas supply pipe 331, the liquid source is adjusted in flow rate by the liquid mass flow controller 333, supplied to the vaporizer 335, vaporized, and supplied as source gas. In the gas supply pipe 332, a gaseous etching gas is supplied with its flow rate adjusted by the mass flow controller 334.
バルブ336とバルブ337を切り替えて、ガス供給管331から供給される原料ガスとガス供給管332から供給されるエッチングガスのいずれかをガス供給管330に供給する。 The valve 336 and the valve 337 are switched to supply either the source gas supplied from the gas supply pipe 331 or the etching gas supplied from the gas supply pipe 332 to the gas supply pipe 330.
なお、原料ガスまたはエッチング用ガスを処理室201に供給していない間は、バルブ338を閉じ、バルブ634を開けて、バルブ634を介して原料ガスまたはエッチング用ガスをベントライン630に流しておく。 Note that while the source gas or the etching gas is not supplied to the processing chamber 201, the valve 338 is closed, the valve 634 is opened, and the source gas or the etching gas is allowed to flow to the vent line 630 through the valve 634. .
そして、原料ガスまたはエッチング用ガスを処理室201に供給する際には、バルブ634を閉じ、バルブ338を開けて、原料ガスまたはエッチング用ガスをバルブ338の下流のガス供給管330に供給する。一方、キャリアガスがマスフローコントローラ532で流量調整されてバルブ534を介してキャリアガス供給管530から供給され、原料ガスまたはエッチング用ガスはバルブ338の下流側でこのキャリアガスと合流し、ノズル430を介して処理室201に供給される。 When supplying the source gas or the etching gas to the processing chamber 201, the valve 634 is closed, the valve 338 is opened, and the source gas or the etching gas is supplied to the gas supply pipe 330 downstream of the valve 338. On the other hand, the flow rate of the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 532 and supplied from the carrier gas supply pipe 530 via the valve 534, and the raw material gas or the etching gas merges with this carrier gas on the downstream side of the valve 338. And supplied to the processing chamber 201.
ガス供給管340は、ガス供給管341およびガス供給管342を備えている。ガス供給管341には、上流側から順に流量制御装置(流量制御手段)であるマスフローコントローラ343および開閉弁であるバルブ346が設けられている。ガス供給管342には、上流側から順に流量制御装置(流量制御手段)であるマスフローコントローラ344および開閉弁であるバルブ347が設けられている。ガス供給管341とガス供給管342は、バルブ346およびバルブ347の下流側で接続されて、ガス供給管340となっている。ガス供給管340には、ガス供給管341とガス供給管342の接続点より下流側にバルブ348が設けられている。 The gas supply pipe 340 includes a gas supply pipe 341 and a gas supply pipe 342. The gas supply pipe 341 is provided with a mass flow controller 343 that is a flow rate control device (flow rate control means) and a valve 346 that is an on-off valve in order from the upstream side. The gas supply pipe 342 is provided with a mass flow controller 344 that is a flow rate control device (flow rate control means) and a valve 347 that is an on-off valve in order from the upstream side. The gas supply pipe 341 and the gas supply pipe 342 are connected to the downstream side of the valve 346 and the valve 347 to form a gas supply pipe 340. The gas supply pipe 340 is provided with a valve 348 on the downstream side from the connection point between the gas supply pipe 341 and the gas supply pipe 342.
ガス供給管340の下流側の端部は、マニホールド209を貫通して設けられており、マニホールド209の内側でガス供給管340の先端部にノズル440の下端部が接続されている。ノズル440は、反応管203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間で、反応管203の内壁に沿った上下方向(ウエハ200の積載方向)に延在している。ノズル440の側面には原料ガスを供給する多数のガス供給孔440aが設けられている。ガス供給孔440aは、下部から上部にわたって同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、同じピッチで設けられている。 The downstream end of the gas supply pipe 340 is provided through the manifold 209, and the lower end of the nozzle 440 is connected to the tip of the gas supply pipe 340 inside the manifold 209. The nozzle 440 is an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200, and extends in the vertical direction (the loading direction of the wafer 200) along the inner wall of the reaction tube 203. A large number of gas supply holes 440 a for supplying a raw material gas are provided on the side surface of the nozzle 440. The gas supply holes 440a have the same or inclined opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same pitch.
さらに、ガス供給管340には、バルブ346およびバルブ347とバルブ348との間に、後述の排気管232に接続されたベントライン640及びバルブ644が設けられている。 Further, the gas supply pipe 340 is provided with a vent line 640 and a valve 644 connected to an exhaust pipe 232 described later between the valve 346 and the valve 347 and the valve 348.
主に、ガス供給管340、バルブ348、ガス供給管341、マスフローコントローラ343、バルブ346、ガス供給管342、マスフローコントローラ344、バルブ347、ノズル440、ベントライン640、バルブ644によりガス供給系(ガス供給手段)304が構成されている。 Mainly, a gas supply system (gas) is constituted by a gas supply pipe 340, a valve 348, a gas supply pipe 341, a mass flow controller 343, a valve 346, a gas supply pipe 342, a mass flow controller 344, a valve 347, a nozzle 440, a vent line 640, and a valve 644. Supply means) 304 is configured.
また、ガス供給管340にはキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管540が、バルブ348の下流側で接続されている。キャリアガス供給管540にはマスフローコントローラ542及びバルブ544が設けられている。主に、キャリアガス供給管540、マスフローコントローラ542、バルブ544によりキャリアガス供給系(不活性ガス供給系、不活性ガス供給手段)504が構成されている。 In addition, a carrier gas supply pipe 540 for supplying a carrier gas is connected to the gas supply pipe 340 on the downstream side of the valve 348. The carrier gas supply pipe 540 is provided with a mass flow controller 542 and a valve 544. A carrier gas supply system (inert gas supply system, inert gas supply means) 504 is mainly configured by the carrier gas supply pipe 540, the mass flow controller 542, and the valve 544.
ガス供給管341では、原料ガスがマスフローコントローラ343で流量調整されて供給される。ガス供給管342では、気体状のエッチングガスがマスフローコントローラ344で流量調整されて供給される。 In the gas supply pipe 341, the source gas is supplied with the flow rate adjusted by the mass flow controller 343. In the gas supply pipe 342, a gaseous etching gas is supplied with its flow rate adjusted by the mass flow controller 344.
バルブ346とバルブ347を切り替えて、ガス供給管341から供給される原料ガスとガス供給管342から供給されるエッチングガスのいずれかをガス供給管340に供給する。 The valve 346 and the valve 347 are switched to supply either the source gas supplied from the gas supply pipe 341 or the etching gas supplied from the gas supply pipe 342 to the gas supply pipe 340.
なお、原料ガスまたはエッチング用ガスを処理室201に供給していない間は、バルブ348を閉じ、バルブ644を開けて、バルブ644を介して原料ガスまたはエッチング用ガスをベントライン640に流しておく。 Note that while the source gas or the etching gas is not supplied to the processing chamber 201, the valve 348 is closed, the valve 644 is opened, and the source gas or the etching gas is allowed to flow to the vent line 640 through the valve 644. .
そして、原料ガスまたはエッチング用ガスを処理室201に供給する際には、バルブ644を閉じ、バルブ348を開けて、原料ガスまたはエッチング用ガスをバルブ348の下流のガス供給管340に供給する。一方、キャリアガスがマスフローコントローラ542で流量調整されてバルブ544を介してキャリアガス供給管540から供給され、原料ガスまたはエッチング用ガスはバルブ348の下流側でこのキャリアガスと合流し、ノズル440を介して処理室201に供給される。 When supplying the source gas or the etching gas to the processing chamber 201, the valve 644 is closed, the valve 348 is opened, and the source gas or the etching gas is supplied to the gas supply pipe 340 downstream of the valve 348. On the other hand, the flow rate of the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 542 and supplied from the carrier gas supply pipe 540 via the valve 544, and the source gas or the etching gas merges with this carrier gas on the downstream side of the valve 348, And supplied to the processing chamber 201.
ガス供給管350はガス供給管351を備えている。ガス供給管351には、流量制御装置(流量制御手段)であるマスフローコントローラ353が設けられている。ガス供給管351は、マスフローコントローラ353の下流側でガス供給管350となる。ガス供給管350には、バルブ358が設けられている。 The gas supply pipe 350 includes a gas supply pipe 351. The gas supply pipe 351 is provided with a mass flow controller 353 which is a flow rate control device (flow rate control means). The gas supply pipe 351 becomes a gas supply pipe 350 on the downstream side of the mass flow controller 353. A valve 358 is provided in the gas supply pipe 350.
ガス供給管350の下流側の端部は、マニホールド209を貫通して設けられており、マニホールド209の内側でガス供給管350の先端部にノズル450の下端部が接続されている。ノズル450は、反応管203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間で、反応管203の内壁に沿った上下方向(ウエハ200の積載方向)に延在している。ノズル450の側面には原料ガスを供給する多数のガス供給孔450aが設けられている。ガス供給孔450aは、下部から上部にわたって同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、同じピッチで設けられている。 The downstream end of the gas supply pipe 350 is provided through the manifold 209, and the lower end of the nozzle 450 is connected to the tip of the gas supply pipe 350 inside the manifold 209. The nozzle 450 is an arc-shaped space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200, and extends in the vertical direction (the loading direction of the wafer 200) along the inner wall of the reaction tube 203. A large number of gas supply holes 450 a for supplying a source gas are provided on the side surface of the nozzle 450. The gas supply holes 450a have the same or inclined opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same pitch.
さらに、ガス供給管350には、マスフローコントローラ353とバルブ358との間に、後述の排気管232に接続されたベントライン650及びバルブ654が設けられている。 Further, the gas supply pipe 350 is provided with a vent line 650 and a valve 654 connected to an exhaust pipe 232 described later between the mass flow controller 353 and the valve 358.
主に、ガス供給管350、バルブ358、ガス供給管351、マスフローコントローラ353、ノズル450、ベントライン650、バルブ654によりガス供給系(ガス供給手段)304が構成されている。 A gas supply system (gas supply means) 304 is mainly configured by the gas supply pipe 350, the valve 358, the gas supply pipe 351, the mass flow controller 353, the nozzle 450, the vent line 650, and the valve 654.
また、ガス供給管350にはキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管550が、バルブ358の下流側で接続されている。キャリアガス供給管550にはマスフローコントローラ552及びバルブ554が設けられている。主に、キャリアガス供給管550、マスフローコントローラ552、バルブ554によりキャリアガス供給系(不活性ガス供給系、不活性ガス供給手段)505が構成されている。 In addition, a carrier gas supply pipe 550 for supplying a carrier gas is connected to the gas supply pipe 350 on the downstream side of the valve 358. The carrier gas supply pipe 550 is provided with a mass flow controller 552 and a valve 554. A carrier gas supply system (inert gas supply system, inert gas supply means) 505 is mainly configured by the carrier gas supply pipe 550, the mass flow controller 552, and the valve 554.
ガス供給管351では、原料ガスがマスフローコントローラ353で流量調整されて供給される。 In the gas supply pipe 351, the raw material gas is supplied with its flow rate adjusted by the mass flow controller 353.
なお、原料ガスを処理室201に供給していない間は、バルブ358を閉じ、バルブ654を開けて、バルブ654を介して原料ガスをベントライン650に流しておく。 Note that while the source gas is not supplied to the processing chamber 201, the valve 358 is closed, the valve 654 is opened, and the source gas is allowed to flow to the vent line 650 through the valve 654.
そして、原料ガスを処理室201に供給する際には、バルブ654を閉じ、バルブ358を開けて、原料ガスをバルブ358の下流のガス供給管350に供給する。一方、キャリアガスがマスフローコントローラ552で流量調整されてバルブ554を介してキャリアガス供給管550から供給され、原料ガスまたはエッチング用ガスはバルブ358の下流側でこのキャリアガスと合流し、ノズル450を介して処理室201に供給される。 When supplying the source gas to the processing chamber 201, the valve 654 is closed, the valve 358 is opened, and the source gas is supplied to the gas supply pipe 350 downstream of the valve 358. On the other hand, the flow rate of the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 552 and supplied from the carrier gas supply pipe 550 via the valve 554, and the source gas or the etching gas merges with this carrier gas on the downstream side of the valve 358, And supplied to the processing chamber 201.
マニホールド209には、処理室201内の雰囲気を排気する排気管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243を介して真空排気装置としての真空ポンプ246が接続されており、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し得るように構成されている。真空ポンプ246の下流側の排気管232は廃ガス処理装置(図示せず)等に接続されている。なお、APCバルブ243は、弁を開閉して処理室201内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節してコンダクタンスを調整して処理室201内の圧力調整をできるようになっている開閉弁である。主に、排気管231、APCバルブ243、真空ポンプ246、圧力センサ245により排気系が構成される。 An exhaust pipe 231 that exhausts the atmosphere in the processing chamber 201 is connected to the manifold 209. The exhaust pipe 231 is evacuated via a pressure sensor 245 as a pressure detector (pressure detection unit) for detecting the pressure in the processing chamber 201 and an APC (Auto Pressure Controller) valve 243 as a pressure regulator (pressure adjustment unit). A vacuum pump 246 serving as an exhaust device is connected, and the processing chamber 201 can be evacuated so that the pressure in the processing chamber 201 becomes a predetermined pressure (degree of vacuum). An exhaust pipe 232 on the downstream side of the vacuum pump 246 is connected to a waste gas treatment device (not shown) or the like. The APC valve 243 can open and close the valve to evacuate / stop the evacuation in the processing chamber 201, and further adjust the valve opening to adjust the conductance to adjust the pressure in the processing chamber 201. It is an open / close valve. An exhaust system is mainly configured by the exhaust pipe 231, the APC valve 243, the vacuum pump 246, and the pressure sensor 245.
反応管203内には温度検出器としての温度センサ263が設置されており、温度センサ263により検出された温度情報に基づき加熱用電源250からヒータ207への供給電力を調整することで、処理室201内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ263は、L字型に構成されており、マニホールド209を貫通して導入され、反応管203の内壁に沿って設けられている。 A temperature sensor 263 as a temperature detector is installed in the reaction tube 203, and by adjusting the power supplied from the heating power supply 250 to the heater 207 based on the temperature information detected by the temperature sensor 263, the processing chamber The temperature in 201 has a desired temperature distribution. The temperature sensor 263 is configured in an L shape, is introduced through the manifold 209, and is provided along the inner wall of the reaction tube 203.
反応管203内の中央部にはボート217が設けられている。ボート217は、ボートエレベータ115により反応管203に対し昇降(出入り)することができるようになっている。ボート217が反応管203内に導入されると、マニホールド209の下端部がOリング220を介してシールキャップ219で気密にシールされる。ボート217はボート支持台218に支持されている。処理の均一性を向上するために、ボート回転機構267を駆動し、ボート支持台218に支持されたボート217を回転させる。 A boat 217 is provided at the center in the reaction tube 203. The boat 217 can be moved up and down (in and out) with respect to the reaction tube 203 by the boat elevator 115. When the boat 217 is introduced into the reaction tube 203, the lower end portion of the manifold 209 is hermetically sealed with the seal cap 219 via the O-ring 220. The boat 217 is supported on a boat support 218. In order to improve the uniformity of processing, the boat rotation mechanism 267 is driven to rotate the boat 217 supported by the boat support 218.
以上のマスフローコントローラ314、324、334、343、344、353、512、522、532、542、552、液体マスフローコントローラ313、323、333、バルブ316、317、318、326、327、328、336、337、338、346、347、348、358、514、524、534、544、554、614、624、634、644、654、APCバルブ243、加熱用電源250、温度センサ263、圧力センサ245、真空ポンプ246、ボート回転機構267、ボートエレベータ115等の各部材はコントローラ280に接続されている。コントローラ280は、基板処理装置101の全体の動作を制御する制御部(制御手段)の一例であって、マスフローコントローラ314、324、334、343、344、353、512、522、532、542、552および液体マスフローコントローラ313、323、333の流量調整、バルブ316、317、318、326、327、328、336、337、338、346、347、348、358、514、524、534、544、554、614、624、634、644、654の開閉動作、APCバルブ243の開閉および圧力センサ245に基づく圧力調整動作、温度センサ263に基づくヒータ207の温度調整動作、真空ポンプ246の起動・停止、ボート回転機構267の回転速度調節、ボートエレベータ115の昇降動作等をそれぞれ制御するようになっている。 The above mass flow controllers 314, 324, 334, 343, 344, 353, 512, 522, 532, 542, 552, liquid mass flow controllers 313, 323, 333, valves 316, 317, 318, 326, 327, 328, 336, 337, 338, 346, 347, 348, 358, 514, 524, 534, 544, 554, 614, 624, 634, 644, 654, APC valve 243, heating power supply 250, temperature sensor 263, pressure sensor 245, vacuum Each member such as the pump 246, the boat rotation mechanism 267, and the boat elevator 115 is connected to the controller 280. The controller 280 is an example of a control unit (control unit) that controls the overall operation of the substrate processing apparatus 101, and is a mass flow controller 314, 324, 334, 343, 344, 353, 512, 522, 532, 542, 552. And flow adjustment of the liquid mass flow controllers 313, 323, 333, valves 316, 317, 318, 326, 327, 328, 336, 337, 338, 346, 347, 348, 358, 514, 524, 534, 544, 554, 614, 624, 634, 644, 654 open / close operation, APC valve 243 open / close and pressure adjustment operation based on pressure sensor 245, temperature adjustment operation of heater 207 based on temperature sensor 263, start / stop of vacuum pump 246, boat rotation Rotational speed adjustment of mechanism 267, boat electronics And controls each of the lifting operations of over motor 115.
次に、図4、図5A〜図5Iを参照して、DRAM(Dynamic Random Access Memory)用MIM(Metal-Insulator-Metal)キャパシタを製造する方法について説明する。 Next, a method for manufacturing a MIM (Metal-Insulator-Metal) capacitor for DRAM (Dynamic Random Access Memory) will be described with reference to FIGS. 4 and 5A to 5I.
まず、半導体シリコンからなるウエハ200に電界効果トランジスタ(図示せず)を形成する。その後、図5Aに示すように、SiO2等からなる層間絶縁膜11中のポリシリコン13を介して電界効果トランジスタ(図示せず)に接続されるコンタクト12をポリシリコン13上にチタン(Ti)等で形成する。 First, a field effect transistor (not shown) is formed on a wafer 200 made of semiconductor silicon. Thereafter, as shown in FIG. 5A, a contact 12 connected to a field effect transistor (not shown) through polysilicon 13 in an interlayer insulating film 11 made of SiO 2 or the like is formed on the polysilicon 13 with titanium (Ti). Etc.
その後、図5Aに示すように、シリコン窒化膜(SiN膜)14をCVD(Chemical Vapor deposition)法で形成する。シリコン窒化膜14はエッチングストッパとして用いられる。その後、シリコン窒化膜14上にシリコン酸化膜(SiO膜)16をCVD法で形成する。シリコン酸化膜16は犠牲膜として用いられる。その後、シリコン酸化膜16上にシリコン窒化膜(SiN膜)18をCVD法で形成する。シリコン窒化膜18はエッチングストッパとして用いられる。 Thereafter, as shown in FIG. 5A, a silicon nitride film (SiN film) 14 is formed by a CVD (Chemical Vapor deposition) method. The silicon nitride film 14 is used as an etching stopper. Thereafter, a silicon oxide film (SiO film) 16 is formed on the silicon nitride film 14 by a CVD method. The silicon oxide film 16 is used as a sacrificial film. Thereafter, a silicon nitride film (SiN film) 18 is formed on the silicon oxide film 16 by a CVD method. The silicon nitride film 18 is used as an etching stopper.
その後、図5Bに示すように、シリンダーホール20を形成する(図4のステップS102)。所定の形状に選択的に形成したホトレジスト(図示せず)をマスクとして、シリコン窒化膜18、シリコン酸化膜16およびシリコン窒化膜14をドライエッチング法等の異方性エッチング法で選択的に除去し、底部にコンタクト12が露出したシリンダーホール20を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 5B, a cylinder hole 20 is formed (step S102 in FIG. 4). Using a photoresist (not shown) selectively formed in a predetermined shape as a mask, the silicon nitride film 18, the silicon oxide film 16, and the silicon nitride film 14 are selectively removed by an anisotropic etching method such as a dry etching method. The cylinder hole 20 with the contact 12 exposed is formed at the bottom.
その後、図5Cに示すように、全面に窒化チタン膜(TiN膜)22を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 5C, a titanium nitride film (TiN film) 22 is formed on the entire surface.
その後、図5Dに示すように、全面にシリコン酸化膜(SiO膜)24をCVD法で形成し、シリンダーホール20を埋め込む。 Thereafter, as shown in FIG. 5D, a silicon oxide film (SiO film) 24 is formed on the entire surface by the CVD method, and the cylinder hole 20 is buried.
その後、図5Eに示すように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)研磨により、シリコン酸化膜24、ならびにシリコン酸化膜16上の窒化チタン膜22およびシリコン窒化膜18を研磨除去して、シリンダーホール20の側面および底面の窒化チタン膜22からなる下電極23に電極分離する。 Thereafter, as shown in FIG. 5E, the silicon oxide film 24 and the titanium nitride film 22 and the silicon nitride film 18 on the silicon oxide film 16 are polished and removed by CMP (Chemical Mechanical Polishing) polishing, and the side surface of the cylinder hole 20 is removed. The electrode is separated into a lower electrode 23 made of a titanium nitride film 22 on the bottom surface.
その後、図5Fに示すように、シリコン酸化膜16およびシリコン酸化膜24をエッチング除去して窒化チタン膜22からなる下電極23を形成する(図4のステップS104)。 Thereafter, as shown in FIG. 5F, the silicon oxide film 16 and the silicon oxide film 24 are removed by etching to form the lower electrode 23 made of the titanium nitride film 22 (step S104 in FIG. 4).
その後、図5Gに示すように、ZrO2膜32を形成する(図4のステップS106)。 Thereafter, as shown in FIG. 5G, a ZrO 2 film 32 is formed (step S106 in FIG. 4).
その後、図5Gに示すように、Al2O3膜34を形成する(図4のステップS108)。 Thereafter, as shown in FIG. 5G, an Al 2 O 3 film 34 is formed (step S108 in FIG. 4).
その後、図5Gに示すように、TiO2膜36を形成する(図4のステップS110)。 Thereafter, as shown in FIG. 5G, a TiO 2 film 36 is formed (step S110 in FIG. 4).
このようにして、ZrO2膜32、Al2O3膜34およびTiO2膜36からなる誘電体膜30を形成する。 In this way, the dielectric film 30 composed of the ZrO 2 film 32, the Al 2 O 3 film 34, and the TiO 2 film 36 is formed.
その後、図5Hに示すように、窒化チタン膜42からなる上電極43を形成する(図4のステップS112)。このようにして、窒化チタン膜22からなる下電極23、ZrO2膜32、Al2O3膜34およびTiO2膜36からなる誘電体膜30、および窒化チタン膜42からなる上電極43を備えるDRAM用MIMキャパシタが形成される。 Thereafter, as shown in FIG. 5H, the upper electrode 43 made of the titanium nitride film 42 is formed (step S112 in FIG. 4). Thus, the lower electrode 23 made of the titanium nitride film 22, the dielectric film 30 made of the ZrO 2 film 32, the Al 2 O 3 film 34 and the TiO 2 film 36, and the upper electrode 43 made of the titanium nitride film 42 are provided. A DRAM MIM capacitor is formed.
その後、ガスクリーニングを行う(図4のステップS114)。 Thereafter, gas cleaning is performed (step S114 in FIG. 4).
その後、他方では、図5Iに示すように、層間絶縁膜52を形成する。 After that, on the other hand, an interlayer insulating film 52 is formed as shown in FIG. 5I.
次に、上記したプロセスのうち、上述した基板処理装置101を使用して行うプロセスについて説明する。なお、以下のステップは、コントローラ280の制御によって行われる。 Next, among the processes described above, a process performed using the above-described substrate processing apparatus 101 will be described. The following steps are performed under the control of the controller 280.
(下電極23(窒化チタン膜22)の成膜:ステップS104)
まず、図6、図7、図1〜3を参照して、下電極23を形成する窒化チタン膜22の成膜プロセス(図4のステップS104、図5C参照)について説明する。
(Formation of lower electrode 23 (titanium nitride film 22): Step S104)
First, with reference to FIGS. 6, 7, and 1 to 3, a film forming process of the titanium nitride film 22 for forming the lower electrode 23 (see step S <b> 104 in FIG. 4 and FIG. 5C) will be described.
ヒータ207に電力を供給する加熱用電源250を制御して処理室201内を例えば300℃〜550℃の範囲の温度であって、好適には430℃に保持する。 The heating power supply 250 that supplies power to the heater 207 is controlled to keep the inside of the processing chamber 201 at a temperature in the range of, for example, 300 ° C. to 550 ° C., and preferably 430 ° C.
その後、シリンダーホール20が形成された(図5B参照)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(ステップS201)と、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(ステップS202)。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の下端をシールした状態となる。 After that, when the plurality of wafers 200 in which the cylinder holes 20 are formed (see FIG. 5B) are loaded (wafer charge) into the boat 217 (step S201), the boat 217 supporting the plurality of wafers 200 becomes the boat elevator. It is lifted by 115 and carried into the processing chamber 201 (boat loading) (step S202). In this state, the seal cap 219 seals the lower end of the manifold 209 via the O-ring 220.
その後、ボート217をボート駆動機構267により回転させ、ウエハ200を回転させる。その後、APCバルブ243を開いて真空ポンプ246により処理室201内を真空引きし、ウエハ200の温度が430℃に達して温度等が安定したら(ステップS203)、処理室201内の温度を430℃に保持した状態で次のステップを順次実行する。 Thereafter, the boat 217 is rotated by the boat driving mechanism 267 to rotate the wafer 200. Thereafter, the APC valve 243 is opened and the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246. When the temperature of the wafer 200 reaches 430 ° C. and the temperature is stabilized (step S203), the temperature in the processing chamber 201 is set to 430 ° C. The next steps are sequentially executed in the state held in the above.
本実施の形態では、ALD(Atomic Layer Deposition)法を用いて窒化チタン膜22の成膜を行う。ALD法とは、ある成膜条件(温度等)の下で、成膜に用いる少なくとも2種類の原料となる原料ガスを1種類ずつ交互に基板上に供給し、1原子単位で基板上に吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。このとき、膜厚の制御は、原料ガスを供給するサイクル数で行う(例えば、成膜速度が1Å/サイクルとすると、20Åの膜を形成する場合、20サイクル行う)。 In the present embodiment, the titanium nitride film 22 is formed using an ALD (Atomic Layer Deposition) method. ALD is a method of supplying at least two types of source gases used for film formation to a substrate alternately under a certain film formation condition (temperature, etc.) and adsorbing them on the substrate in units of one atom. This is a technique for performing film formation by utilizing surface reaction. At this time, the film thickness is controlled by the number of cycles in which the source gas is supplied (for example, if the film forming speed is 1 kg / cycle, 20 cycles are performed when a 20 mm film is formed).
(TiCl4供給:ステップS204)
ステップS204では、ガス供給系303のガス供給管331よりTiCl4を処理室201内に供給する。ガス供給系303はTi元素を含む原料の原料供給系として構成されている。バルブ337を閉じ、バルブ336を開ける。TiCl4は常温で液体であり、液体のTiCl4が液体マスフローコントローラ333で流量調整されて気化器335に供給され気化器335で気化される。TiCl4を処理室201に供給する前は、バルブ338を閉じ、バルブ634を開けて、バルブ634を介してTiCl4をベントライン630に流しておく。一方では、キャリアガスとしてのN2をマスフローコントローラ532で流量調整する。
(TiCl 4 supply: Step S204)
In step S <b> 204, TiCl 4 is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply pipe 331 of the gas supply system 303. The gas supply system 303 is configured as a raw material supply system for a raw material containing Ti element. Valve 337 is closed and valve 336 is opened. TiCl 4 is a liquid at normal temperature, and the flow rate of the liquid TiCl 4 is adjusted by the liquid mass flow controller 333, supplied to the vaporizer 335, and vaporized by the vaporizer 335. Before supplying TiCl 4 to the processing chamber 201, the valve 338 is closed, the valve 634 is opened, and TiCl 4 is allowed to flow to the vent line 630 through the valve 634. On the other hand, the flow rate of N 2 as the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 532.
そして、TiCl4を処理室201に供給する際には、バルブ634を閉じ、バルブ338を開けて、TiCl4をバルブ338の下流のガス供給管330に供給すると共に、バルブ534を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管530から供給する。TiCl4はキャリアガス(N2)とバルブ338の下流側で合流し混合され、ノズル430を介して処理室201に供給されつつ排気管231から排気される。この時、APCバルブ243を適正に調整して処理室201内の圧力を20〜50Paの範囲であって、例えば30Paに維持する。液体マスフローコントローラ312で制御するTiCl4の供給量は1.0〜2.0g/minである。TiCl4にウエハ200を晒す時間は3〜10秒間である。 When supplying TiCl 4 to the processing chamber 201, the valve 634 is closed, the valve 338 is opened, TiCl 4 is supplied to the gas supply pipe 330 downstream of the valve 338, and the valve 534 is opened to open the carrier. Gas (N 2 ) is supplied from the carrier gas supply pipe 530. TiCl 4 is mixed and mixed with the carrier gas (N 2 ) on the downstream side of the valve 338 and is exhausted from the exhaust pipe 231 while being supplied to the processing chamber 201 via the nozzle 430. At this time, the APC valve 243 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within a range of 20 to 50 Pa, for example, 30 Pa. The supply amount of TiCl 4 controlled by the liquid mass flow controller 312 is 1.0 to 2.0 g / min. The time for exposing the wafer 200 to TiCl 4 is 3 to 10 seconds.
このとき、処理室201内に流しているガスは、TiCl4と不活性ガスであるN2のみであり、NH3は存在しない。したがって、TiCl4は気相反応を起こすことはなく、ウエハ200の表面や下地膜と表面反応(化学吸着)して、原料(TiCl4)の吸着層またはTi層(以下、Ti含有層)を形成する。TiCl4の吸着層とは、原料分子の連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。Ti層とは、Tiにより構成される連続的な層の他、これらが重なってできるTi薄膜をも含む。なお、Tiにより構成される連続的な層をTi薄膜という場合もある。 At this time, the only gases flowing into the processing chamber 201 are TiCl 4 and N 2 that is an inert gas, and NH 3 does not exist. Therefore, TiCl 4 does not cause a gas phase reaction, and reacts with the surface of the wafer 200 and the base film (chemical adsorption) to form an adsorption layer or a Ti layer (hereinafter referred to as Ti-containing layer) of the raw material (TiCl 4 ). Form. The adsorption layer of TiCl 4 includes a discontinuous adsorption layer as well as a continuous adsorption layer of raw material molecules. The Ti layer includes not only a continuous layer composed of Ti but also a Ti thin film formed by overlapping these layers. In addition, the continuous layer comprised by Ti may be called Ti thin film.
同時に、ガス供給管350の途中につながっているキャリアガス供給管550から、バルブ554を開けてN2(不活性ガス)を流すと、NH3側のノズル450やガス供給管350にTiCl4が回り込むことを防ぐことができる。同様に、同時にガス供給管310の途中につながっているキャリアガス供給管510から、バルブ514を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル410やガス供給管310にTiCl4が回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管320の途中につながっているキャリアガス供給管520から、バルブ524を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル420やガス供給管320にTiCl4が回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管340の途中につながっているキャリアガス供給管540から、バルブ544を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル440やガス供給管340にTiCl4が回り込むことを防ぐことができる。 At the same time, when the valve 554 is opened from the carrier gas supply pipe 550 connected to the middle of the gas supply pipe 350 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, TiCl 4 is transferred to the NH 3 side nozzle 450 and the gas supply pipe 350. It can prevent wrapping around. Similarly, when N 2 (inert gas) is flowed from the carrier gas supply pipe 510 connected to the middle of the gas supply pipe 310 at the same time and N 2 (inert gas) flows, TiCl 4 wraps around the nozzle 410 and the gas supply pipe 310. When the valve 524 is opened from the carrier gas supply pipe 520 connected to the middle of the gas supply pipe 320 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, TiCl 4 is supplied to the nozzle 420 and the gas supply pipe 320. When the valve 544 is opened from the carrier gas supply pipe 540 connected in the middle of the gas supply pipe 340 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, the nozzle 440 and the gas supply pipe 340 can be prevented. TiCl 4 can be prevented from sneaking around.
(残留TiCl4除去:ステップS205)
ステップS205では、残留TiCl4を処理室201内から除去する。ガス供給管330のバルブ338を閉めて処理室201へのTiCl4の供給を停止し、バルブ634を開けてベントライン630へTiCl4を流す。このとき排気管231のAPCバルブ243は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を20Pa以下となるまで排気し、残留TiCl4を処理室201内から排除する。このときN2等の不活性ガスを、TiCl4供給ラインであるガス供給管330から、さらには、ガス供給管350、ガス供給管310、320、340から、処理室201内へ供給すると、さらに残留TiCl4を排除する効果が高まる。
(Residual TiCl 4 removal: Step S205)
In step S205, residual TiCl 4 is removed from the processing chamber 201. The valve 338 of the gas supply pipe 330 is closed to stop the supply of TiCl 4 to the processing chamber 201, and the valve 634 is opened to flow TiCl 4 to the vent line 630. At this time, the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open, and the inside of the processing chamber 201 is evacuated to 20 Pa or less by the vacuum pump 246 to remove the residual TiCl 4 from the processing chamber 201. At this time, when an inert gas such as N 2 is supplied from the gas supply pipe 330, which is a TiCl 4 supply line, and further from the gas supply pipe 350 and the gas supply pipes 310, 320, and 340 into the processing chamber 201, The effect of eliminating residual TiCl 4 is enhanced.
(NH3供給:ステップS206)
ステップS206では、ガス供給系305のガス供給管351よりNH3を処理室201内に供給する。ガス供給系305は窒化剤を供給する窒化剤供給系として構成されている。NH3はマスフローコントローラ353で流量調整されて供給される。NH3を処理室201に供給する前は、バルブ358を閉じ、バルブ654を開けて、バルブ654を介してNH3をベントライン650に流しておく。一方では、キャリアガスとしてのN2をマスフローコントローラ550で流量調整する。
(NH 3 supply: step S206)
In step S <b> 206, NH 3 is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply pipe 351 of the gas supply system 305. The gas supply system 305 is configured as a nitriding agent supply system that supplies a nitriding agent. NH 3 is supplied after its flow rate is adjusted by the mass flow controller 353. Before supplying NH 3 to the processing chamber 201, the valve 358 is closed, the valve 654 is opened, and NH 3 is allowed to flow to the vent line 650 through the valve 654. On the other hand, the flow rate of N 2 as the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 550.
そして、NH3を処理室201に供給する際には、バルブ654を閉じ、バルブ358を開けて、NH3をバルブ358の下流のガス供給管350に供給すると共に、バルブ554を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管550から供給する。NH3はキャリアガス(N2)とバルブ358の下流側で合流し混合され、ノズル450を介して処理室201に供給されつつ排気管231から排気される。NH3を流すときは、APCバルブ243を適正に調節して処理室201内圧力を50〜1000Paの範囲であって、例えば60Paに維持する。マスフローコントローラ353で制御するNH3の供給流量は1〜10slmである。NH3にウエハ200を晒す時間は10〜30秒間である。 When supplying NH 3 to the processing chamber 201, the valve 654 is closed, the valve 358 is opened, and NH 3 is supplied to the gas supply pipe 350 downstream of the valve 358, and the valve 554 is opened to open the carrier. Gas (N 2 ) is supplied from the carrier gas supply pipe 550. NH 3 merges with the carrier gas (N 2 ) on the downstream side of the valve 358 and is mixed, and is exhausted from the exhaust pipe 231 while being supplied to the processing chamber 201 via the nozzle 450. When flowing NH 3 , the APC valve 243 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within a range of 50 to 1000 Pa, for example, 60 Pa. The supply flow rate of NH 3 controlled by the mass flow controller 353 is 1 to 10 slm. The time for exposing the wafer 200 to NH 3 is 10 to 30 seconds.
同時に、ガス供給管330の途中につながっているキャリアガス供給管530から、バルブ534を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TiCl4側のノズル430やガス供給管330にNH3が回り込むことを防ぐことができる。同様に、同時にガス供給管310の途中につながっているキャリアガス供給管510から、バルブ514を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル410やガス供給管310にNH3が回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管320の途中につながっているキャリアガス供給管520から、バルブ524を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル420やガス供給管320にNH3が回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管340の途中につながっているキャリアガス供給管540から、バルブ544を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル440やガス供給管340にNH3が回り込むことを防ぐことができる。 At the same time, when the valve 534 is opened from the carrier gas supply pipe 530 connected to the gas supply pipe 330 and N 2 (inert gas) flows, NH 3 is introduced into the nozzle 430 and the gas supply pipe 330 on the TiCl 4 side. It can prevent wrapping around. Similarly, when the valve 514 is opened from the carrier gas supply pipe 510 connected to the gas supply pipe 310 at the same time and N 2 (inert gas) is allowed to flow, NH 3 flows into the nozzle 410 and the gas supply pipe 310. When the valve 524 is opened from the carrier gas supply pipe 520 connected to the middle of the gas supply pipe 320 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, NH 3 is supplied to the nozzle 420 and the gas supply pipe 320. When the valve 544 is opened from the carrier gas supply pipe 540 connected in the middle of the gas supply pipe 340 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, the nozzle 440 and the gas supply pipe 340 can be prevented. It is possible to prevent NH 3 from wrapping around.
NH3の供給により、ウエハ200上に化学吸着したTi含有層とNH3が表面反応(化学吸着)して、ウエハ200上に窒化チタン膜が成膜される。 By supplying NH 3 , the Ti-containing layer chemically adsorbed on the wafer 200 and NH 3 undergo a surface reaction (chemical adsorption), and a titanium nitride film is formed on the wafer 200.
(残留NH3除去:ステップS207)
ステップS207では、残留NH3を処理室201内から除去する。ガス供給管350のバルブ358を閉めて処理室201へのNH3の供給を停止し、バルブ654を開けてベントライン650へNH3を流す。このとき排気管231のAPCバルブ243は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を20Pa以下となるまで排気し、残留NH3を処理室201内から排除する。このときN2等の不活性ガスを、NH3供給ラインであるガス供給管350から、さらには、ガス供給管330、ガス供給管310、320、340から、処理室201内へ供給すると、さらに残留NH3を排除する効果が高まる。
(Residual NH 3 removal: Step S207)
In step S207, residual NH 3 is removed from the processing chamber 201. The supply of the NH 3 into the processing chamber 201 by closing the valve 358 of the gas supply pipe 350 is stopped, flow NH 3 to the vent line 650 by opening the valve 654. At this time, the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open, and the inside of the processing chamber 201 is evacuated to 20 Pa or less by the vacuum pump 246 to remove residual NH 3 from the processing chamber 201. At this time, when an inert gas such as N 2 is supplied from the gas supply pipe 350 that is an NH 3 supply line, and further from the gas supply pipe 330 and the gas supply pipes 310, 320, and 340 into the processing chamber 201, The effect of eliminating residual NH 3 is enhanced.
上記ステップS204〜S207を1サイクルとし、少なくとも1回以上行なう(ステップS208)ことによりウエハ200上にALD法を用いて所定膜厚の窒化チタン膜22を成膜する(図5C参照)。この場合、各サイクル中で、上記の通りに、ステップS204におけるTi含有原料であるTiCl4により構成される雰囲気と、ステップS206における窒化ガスであるNH3により構成される雰囲気の夫々の雰囲気が処理室201内で混合しないように成膜することに留意する。 The above steps S204 to S207 are set as one cycle and are performed at least once (step S208), thereby forming the titanium nitride film 22 having a predetermined thickness on the wafer 200 by using the ALD method (see FIG. 5C). In this case, in each cycle, as described above, the atmosphere composed of TiCl 4 that is the Ti-containing material in step S204 and the atmosphere composed of NH 3 that is the nitriding gas in step S206 are processed. Note that the film is formed so as not to mix in the chamber 201.
所定膜厚の窒化チタン膜22を形成する成膜処理がなされると、N2等の不活性ガスを処理室201内へ供給しつつ排気することで処理室201内を不活性ガスでパージする(ガスパージ:ステップS210)。その後、処理室201内の雰囲気を不活性ガスで置換し、(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力を常圧に復帰する(大気圧復帰:ステップS212)。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:ステップS214)される。その後、処理済ウエハ200はボート217より取出される(ウエハディスチャージ:ステップS216)。 When the film forming process for forming the titanium nitride film 22 having a predetermined thickness is performed, the inside of the processing chamber 201 is purged with the inert gas by exhausting while supplying an inert gas such as N 2 into the processing chamber 201. (Gas purge: Step S210). Thereafter, the atmosphere in the processing chamber 201 is replaced with an inert gas (inert gas replacement), and the pressure in the processing chamber 201 is returned to normal pressure (return to atmospheric pressure: step S212). Thereafter, the seal cap 219 is lowered by the boat elevator 115, the lower end of the manifold 209 is opened, and the processed wafer 200 is carried out of the processing chamber 201 from the lower end of the manifold 209 while being supported by the boat 217 ( Boat unloading: Step S214). Thereafter, the processed wafer 200 is taken out from the boat 217 (wafer discharge: step S216).
その後、図5Dに示すように、全面にシリコン酸化膜24を形成し、シリンダーホール20を埋め込み、その後、図5Eに示すように、シリコン酸化膜24、ならびにシリコン酸化膜16上の窒化チタン膜22およびシリコン窒化膜18を研磨除去し、シリンダーホール20の側面および底面の窒化チタン膜22からなる下電極23に電極分離し、その後、図5Fに示すように、シリコン酸化膜16およびシリコン酸化膜24をエッチング除去して窒化チタン膜22からなる下電極23を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 5D, a silicon oxide film 24 is formed on the entire surface, and the cylinder hole 20 is filled. Thereafter, as shown in FIG. 5E, the silicon oxide film 24 and the titanium nitride film 22 on the silicon oxide film 16 are filled. Then, the silicon nitride film 18 is polished and removed, and separated into the lower electrode 23 made of the titanium nitride film 22 on the side and bottom surfaces of the cylinder hole 20, and then the silicon oxide film 16 and the silicon oxide film 24 are formed as shown in FIG. 5F. Is removed by etching to form a lower electrode 23 made of a titanium nitride film 22.
次に、図8、図9、図1〜3を参照して、酸化ジルコニウム膜(ZrO2膜)32、酸化アルミニウム膜(Al2O3膜)34および酸化チタン膜(TiO2膜)36からなる誘電体膜30の成膜プロセス(図4のステップS106、S108、S110、図5G参照)について説明する。 Next, referring to FIGS. 8, 9, and 1 to 3, from the zirconium oxide film (ZrO 2 film) 32, the aluminum oxide film (Al 2 O 3 film) 34, and the titanium oxide film (TiO 2 film) 36. The film forming process of the dielectric film 30 (see steps S106, S108, S110 in FIG. 4 and FIG. 5G) will be described.
ヒータ207を制御して処理室201内を例えば150℃〜450℃の範囲の温度であって、好適には250℃に保持する。 The heater 207 is controlled to keep the inside of the processing chamber 201 at a temperature in the range of 150 ° C. to 450 ° C., for example, and preferably 250 ° C.
その後、窒化チタン膜22からなる下電極23が形成された(図5B参照)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(ステップS301)と、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(ステップS302)。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の下端をシールした状態となる。 After that, when the plurality of wafers 200 on which the lower electrode 23 made of the titanium nitride film 22 is formed (see FIG. 5B) are loaded into the boat 217 (wafer charge) (step S301), the plurality of wafers 200 are supported. The boat 217 is lifted by the boat elevator 115 and loaded into the processing chamber 201 (boat loading) (step S302). In this state, the seal cap 219 seals the lower end of the manifold 209 via the O-ring 220.
その後、ボート217をボート駆動機構267により回転させ、ウエハ200を回転させる。その後、APCバルブ243を開いて真空ポンプ246により処理室201内を真空引きし、ウエハ200の温度が250℃に達して温度等が安定したら(ステップS303)、処理室201内の温度を250℃に保持した状態で次のステップを順次実行する。 Thereafter, the boat 217 is rotated by the boat driving mechanism 267 to rotate the wafer 200. Thereafter, the APC valve 243 is opened and the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246. When the temperature of the wafer 200 reaches 250 ° C. and the temperature is stabilized (step S303), the temperature in the processing chamber 201 is increased to 250 ° C. The next steps are sequentially executed in the state held in the above.
酸化ジルコニウム膜(ZrO2膜)32の成膜(ステップS106)、酸化アルミニウム膜(Al2O3膜)34の成膜(ステップS108)および酸化チタン膜(TiO2膜)36の成膜の成膜(ステップS110)はALD法を用いて行う。 Formation of zirconium oxide film (ZrO 2 film) 32 (step S106), formation of aluminum oxide film (Al 2 O 3 film) 34 (step S108), and formation of titanium oxide film (TiO 2 film) 36 The film (step S110) is performed using the ALD method.
(酸化ジルコニウム膜(ZrO2膜)32の成膜:ステップS106)
(TEMAZ供給:ステップS304)
ステップS304では、ガス供給系301のガス供給管311よりテトラキスエチルメチルアミノジルコニウム(TEMAZ、Zr(NEtMe)4)を処理室201内に供給する。ガス供給系301はZr元素を含む原料の原料供給系として構成されている。バルブ317を閉じ、バルブ316を開ける。TEMAZは常温で液体であり、液体のTEMAZが液体マスフローコントローラ313で流量調整されて気化器315に供給され気化器315で気化される。TEMAZを処理室201に供給する前は、バルブ318を閉じ、バルブ614を開けて、バルブ614を介してTEMAZをベントライン610に流しておく。一方では、キャリアガスとしてのN2をマスフローコントローラ512で流量調整する。
(Formation of Zirconium Oxide Film (ZrO 2 Film) 32: Step S106)
(TEMAZ supply: step S304)
In step S <b> 304, tetrakisethylmethylaminozirconium (TEMAZ, Zr (NEtMe) 4 ) is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply pipe 311 of the gas supply system 301. The gas supply system 301 is configured as a raw material supply system for a raw material containing a Zr element. Valve 317 is closed and valve 316 is opened. TEMAZ is a liquid at room temperature, and the liquid TEMAZ is adjusted in flow rate by the liquid mass flow controller 313, supplied to the vaporizer 315, and vaporized by the vaporizer 315. Before supplying TEMAZ to the processing chamber 201, the valve 318 is closed, the valve 614 is opened, and TEMAZ is allowed to flow to the vent line 610 through the valve 614. On the other hand, the flow rate of N 2 as the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 512.
そして、TEMAZを処理室201に供給する際には、バルブ614を閉じ、バルブ318を開けて、TEMAZをバルブ318の下流のガス供給管310に供給すると共に、バルブ514を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管510から供給する。TEMAZはキャリアガス(N2)とバルブ318の下流側で合流し混合され、ノズル410を介して処理室201に供給されつつ排気管231から排気される。この時、APCバルブ243を適正に調整して処理室201内の圧力を40〜266Paの範囲であって、例えば133Paに維持する。液体マスフローコントローラ313で制御するTEMAZの供給量は0.1〜1.0g/minである。TEMAZにウエハ200を晒す時間は60〜300秒間である。 When supplying TEMAZ to the processing chamber 201, the valve 614 is closed, the valve 318 is opened, TEMAZ is supplied to the gas supply pipe 310 downstream of the valve 318, the valve 514 is opened, and the carrier gas ( N 2 ) is supplied from the carrier gas supply pipe 510. The TEMAZ is mixed and mixed with the carrier gas (N 2 ) on the downstream side of the valve 318 and is exhausted from the exhaust pipe 231 while being supplied to the processing chamber 201 via the nozzle 410. At this time, the APC valve 243 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 in the range of 40 to 266 Pa, for example, 133 Pa. The supply amount of TEMAZ controlled by the liquid mass flow controller 313 is 0.1 to 1.0 g / min. The time for exposing the wafer 200 to TEMAZ is 60 to 300 seconds.
このとき、処理室201内に流しているガスは、TEMAZと不活性ガスであるN2のみでありO3は存在しない。したがって、TEMAZは気相反応を起こすことはなく、ウエハ200の表面や下地膜と表面反応(化学吸着)して、原料(TEMAZ)の吸着層またはZr層(以下、Zr含有層)を形成する。TEMAZの吸着層とは、原料分子の連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。Zr層とは、Zrにより構成される連続的な層の他、これらが重なってできるZr薄膜をも含む。なお、Zrにより構成される連続的な層をZr薄膜という場合もある。 At this time, the only gases flowing into the processing chamber 201 are TEMAZ and N 2 which is an inert gas, and there is no O 3 . Therefore, TEMAZ does not cause a gas phase reaction, and reacts with the surface of the wafer 200 and the base film (chemical adsorption) to form a raw material (TEMAZ) adsorption layer or a Zr layer (hereinafter referred to as a Zr-containing layer). . The TEMAZ adsorption layer includes a continuous adsorption layer of raw material molecules and a discontinuous adsorption layer. The Zr layer includes not only a continuous layer composed of Zr but also a Zr thin film formed by overlapping these layers. A continuous layer composed of Zr may be referred to as a Zr thin film.
同時に、ガス供給管340の途中につながっているキャリアガス供給管540から、バルブ544を開けてN2(不活性ガス)を流すと、O3側のノズル440やガス供給管340にTEMAZが回り込むことを防ぐことができる。同様に、同時にガス供給管320の途中につながっているキャリアガス供給管520から、バルブ524を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TMA側のノズル420やガス供給管320にTEMAZが回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管330の途中につながっているキャリアガス供給管530から、バルブ534を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TiCl4側のノズル430やガス供給管330にTEMAZが回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管350の途中につながっているキャリアガス供給管550から、バルブ554を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル450やガス供給管350にTEMAZが回り込むことを防ぐことができる。 At the same time, when N 2 (inert gas) is flowed from the carrier gas supply pipe 540 that is connected to the gas supply pipe 340 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, TEMAZ wraps around the nozzle 440 and the gas supply pipe 340 on the O 3 side. Can be prevented. Similarly, when N 2 (inert gas) is caused to flow from the carrier gas supply pipe 520 that is connected to the gas supply pipe 320 at the same time and N 2 (inert gas) is allowed to flow, TEMAZ will flow to the nozzle 420 and the gas supply pipe 320 on the TMA side. When the valve 534 is opened from the carrier gas supply pipe 530 connected to the middle of the gas supply pipe 330 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, the nozzle 430 and the gas on the TiCl 4 side can be prevented. When TEMAZ can be prevented from flowing into the supply pipe 330 and at the same time, when the valve 554 is opened from the carrier gas supply pipe 550 connected in the middle of the gas supply pipe 350 and N 2 (inert gas) flows, the nozzle 450 Further, it is possible to prevent TEMAZ from entering the gas supply pipe 350.
(残留TEMAZ除去:ステップS305)
ステップS305では、残留TEMAZを処理室201内から除去する。ガス供給管310のバルブ318を閉めて処理室201へのTEMAZの供給を停止し、バルブ614を開けてベントライン610へTEMAZを流す。このとき排気管231のAPCバルブ243は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を20Pa以下となるまで排気し、残留TEMAZを処理室201内から排除する。このときN2等の不活性ガスを、TEMAZ供給ラインであるガス供給管310から、さらには、ガス供給管320、330、340、350から、処理室201内へ供給すると、さらに残留TEMAZを排除する効果が高まる。
(Residual TEMAZ removal: Step S305)
In step S <b> 305, residual TEMAZ is removed from the processing chamber 201. The valve 318 of the gas supply pipe 310 is closed to stop the supply of TEMAZ to the processing chamber 201, the valve 614 is opened, and TEMAZ is flowed to the vent line 610. At this time, the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open, and the inside of the processing chamber 201 is evacuated to 20 Pa or less by the vacuum pump 246 to remove the residual TEMAZ from the processing chamber 201. At this time, when an inert gas such as N 2 is supplied from the gas supply pipe 310 that is a TEMAZ supply line and further from the gas supply pipes 320, 330, 340, and 350 into the processing chamber 201, the residual TEMAZ is further eliminated. The effect to do increases.
(O3供給:ステップS306)
ステップS306では、ガス供給系304のガス供給管341よりO3を処理室201内に供給する。ガス供給系304は酸化剤を供給する酸化剤供給系として構成されている。O3は、オゾナイザーを用いて発生させ、マスフローコントローラ343で流量調整されて供給される。O3を処理室201に供給する前は、バルブ348を閉じ、バルブ644を開けて、バルブ644を介してO3をベントライン640に流しておく。一方では、キャリアガスとしてのN2をマスフローコントローラ540で流量調整する。
(O 3 supply: Step S306)
In step S <b> 306, O 3 is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply pipe 341 of the gas supply system 304. The gas supply system 304 is configured as an oxidant supply system that supplies an oxidant. O 3 is generated using an ozonizer, and the flow rate is adjusted by a mass flow controller 343 and supplied. Before supplying O 3 to the processing chamber 201, the valve 348 is closed, the valve 644 is opened, and the O 3 is allowed to flow to the vent line 640 through the valve 644. On the other hand, the flow rate of N 2 as the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 540.
そして、O3を処理室201に供給する際には、バルブ644を閉じ、バルブ348を開けて、O3をバルブ348の下流のガス供給管340に供給すると共に、バルブ544を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管540から供給する。O3はキャリアガス(N2)とバルブ348の下流側で合流し混合され、ノズル440を介して処理室201に供給されつつ排気管231から排気される。O3を流すときは、APCバルブ243を適正に調節して処理室201内圧力を40〜266Paの範囲であって、例えば133Paに維持する。マスフローコントローラ343で制御するO3の供給流量は、180g/m3の濃度で20〜40slmである。O3にウエハ200を晒す時間は60〜300秒間である。 When supplying O 3 to the processing chamber 201, the valve 644 is closed, the valve 348 is opened, O 3 is supplied to the gas supply pipe 340 downstream of the valve 348, and the valve 544 is opened. Gas (N 2 ) is supplied from the carrier gas supply pipe 540. O 3 is mixed and mixed with the carrier gas (N 2 ) on the downstream side of the valve 348 and is exhausted from the exhaust pipe 231 while being supplied to the processing chamber 201 through the nozzle 440. When flowing O 3 , the APC valve 243 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within a range of 40 to 266 Pa, for example, 133 Pa. The supply flow rate of O 3 controlled by the mass flow controller 343 is 20 to 40 slm at a concentration of 180 g / m 3 . The time for exposing the wafer 200 to O 3 is 60 to 300 seconds.
同時に、ガス供給管310の途中につながっているキャリアガス供給管510から、バルブ514を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TEMAZ側のノズル410やガス供給管310にO3が回り込むことを防ぐことができる。同様に、同時にガス供給管320の途中につながっているキャリアガス供給管520から、バルブ524を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TMA側のノズル420やガス供給管320にO3が回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管330の途中につながっているキャリアガス供給管530から、バルブ534を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TiCl4側のノズル430やガス供給管330にO3が回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管350の途中につながっているキャリアガス供給管550から、バルブ554を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル450やガス供給管350にO3が回り込むことを防ぐことができる。 At the same time, when the valve 514 is opened from the carrier gas supply pipe 510 connected to the gas supply pipe 310 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, O 3 wraps around the nozzle 410 and the gas supply pipe 310 on the TEMAZ side. Can be prevented. Similarly, when N 2 (inert gas) is allowed to flow from the carrier gas supply pipe 520 connected to the middle of the gas supply pipe 320 at the same time to flow N 2 (inert gas), O 3 is supplied to the nozzle 420 and the gas supply pipe 320 on the TMA side. When the valve 534 is opened from the carrier gas supply pipe 530 connected to the middle of the gas supply pipe 330 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, the nozzle 430 on the TiCl 4 side When O 3 can be prevented from flowing into the gas supply pipe 330, and at the same time, when the valve 554 is opened from the carrier gas supply pipe 550 connected to the gas supply pipe 350 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, It is possible to prevent O 3 from entering the nozzle 450 and the gas supply pipe 350.
O3の供給により、ウエハ200上に化学吸着したZr含有層とO3が表面反応(化学吸着)して、ウエハ200上に酸化ジルコニウム膜が成膜される。 By supplying O 3 , the Zr-containing layer chemically adsorbed on the wafer 200 and O 3 undergo a surface reaction (chemical adsorption), and a zirconium oxide film is formed on the wafer 200.
(残留O3除去:ステップS307)
ステップS307では、残留O3を処理室201内から除去する。ガス供給管340のバルブ348を閉めて処理室201へのO3の供給を停止し、バルブ644を開けてベントライン640へO3を流す。このとき排気管231のAPCバルブ243は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を20Pa以下となるまで排気し、残留O3を処理室201内から排除する。このときN2等の不活性ガスを、O3供給ラインであるガス供給管340から、さらには、ガス供給管310、320、330、350から、処理室201内へ供給すると、さらに残留O3を排除する効果が高まる。
(Residual O 3 removal: Step S307)
In step S307, residual O 3 is removed from the processing chamber 201. The supply of O 3 into the processing chamber 201 by closing the valve 348 of the gas supply pipe 340 is stopped, flow O 3 to the vent line 640 by opening the valve 644. At this time, the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open, and the inside of the processing chamber 201 is evacuated to 20 Pa or less by the vacuum pump 246 to remove residual O 3 from the processing chamber 201. At this time, when an inert gas such as N 2 is supplied from the gas supply pipe 340 that is an O 3 supply line and further from the gas supply pipes 310, 320, 330, and 350 into the processing chamber 201, the residual O 3 is further increased. The effect of eliminating is increased.
上記ステップS304〜S307を1サイクルとし、少なくとも1回以上行なう(ステップS308)ことによりウエハ200上にALD法を用いて所定膜厚(1.5〜40Å)の酸化ジルコニウム膜32を成膜する(図5G参照)。この場合、各サイクル中で、上記の通りに、ステップS304におけるTi含有原料であるTEMAZにより構成される雰囲気と、ステップS306における酸化ガスであるO3により構成される雰囲気の夫々の雰囲気が処理室201内で混合しないように成膜することに留意する。 The above steps S304 to S307 are set as one cycle and are performed at least once (step S308), thereby forming a zirconium oxide film 32 having a predetermined film thickness (1.5 to 40 mm) on the wafer 200 by using the ALD method (step S308). (See FIG. 5G). In this case, in each cycle, as described above, the atmosphere composed of the TEMAZ that is the Ti-containing raw material in Step S304 and the atmosphere composed of the O 3 that is the oxidizing gas in Step S306 are each in the processing chamber. Note that the film is formed so as not to mix in 201.
所定膜厚の酸化ジルコニウム膜32を形成する成膜処理がなされると、酸化アルミニウム膜の成膜ステップ(S108)に移行する。 When the film forming process for forming the zirconium oxide film 32 having a predetermined film thickness is performed, the process proceeds to the film forming step (S108) of the aluminum oxide film.
(酸化アルミニウム膜(Al2O3膜)34の成膜:ステップS108)
(TMA供給:ステップS309)
ステップS309では、ガス供給系302のガス供給管321よりトリメチルアルミニウム(TMA、Al(CH3)3)を処理室201内に供給する。ガス供給系302はAl元素を含む原料の原料供給系として構成されている。バルブ327を閉じ、バルブ326を開ける。TMAは常温で液体であり、液体のTMAが液体マスフローコントローラ323で流量調整されて気化器325に供給され気化器325で気化される。TMAを処理室201に供給する前は、バルブ328を閉じ、バルブ624を開けて、バルブ624を介してTMAをベントライン620に流しておく。一方では、キャリアガスとしてのN2をマスフローコントローラ522で流量調整する。
(Formation of Aluminum Oxide Film (Al 2 O 3 Film) 34: Step S108)
(TMA supply: Step S309)
In step S 309, trimethylaluminum (TMA, Al (CH 3 ) 3 ) is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply pipe 321 of the gas supply system 302. The gas supply system 302 is configured as a raw material supply system for a raw material containing Al element. Valve 327 is closed and valve 326 is opened. TMA is liquid at normal temperature, and the liquid TMA is adjusted in flow rate by the liquid mass flow controller 323, supplied to the vaporizer 325, and vaporized by the vaporizer 325. Before supplying TMA to the processing chamber 201, the valve 328 is closed, the valve 624 is opened, and the TMA is allowed to flow to the vent line 620 through the valve 624. On the other hand, the flow rate of N 2 as the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 522.
そして、TMAを処理室201に供給する際には、バルブ624を閉じ、バルブ328を開けて、TMAをバルブ328の下流のガス供給管320に供給すると共に、バルブ524を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管520から供給する。TMAはキャリアガス(N2)とバルブ328の下流側で合流し混合され、ノズル420を介して処理室201に供給されつつ排気管231から排気される。この時、APCバルブ243を適正に調整して処理室201内の圧力を30〜500Paの範囲であって、例えば60Paに維持する。液体マスフローコントローラ323で制御するTMAの供給量は0.1〜0.5g/minである。TEMAZにウエハ200を晒す時間は10秒間である。 When supplying TMA to the processing chamber 201, the valve 624 is closed, the valve 328 is opened, TMA is supplied to the gas supply pipe 320 downstream of the valve 328, and the valve 524 is opened, so that the carrier gas ( N 2 ) is supplied from the carrier gas supply pipe 520. TMA is mixed and mixed with the carrier gas (N 2 ) on the downstream side of the valve 328 and is exhausted from the exhaust pipe 231 while being supplied to the processing chamber 201 via the nozzle 420. At this time, the APC valve 243 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within a range of 30 to 500 Pa, for example, 60 Pa. The supply amount of TMA controlled by the liquid mass flow controller 323 is 0.1 to 0.5 g / min. The time for exposing the wafer 200 to TEMAZ is 10 seconds.
このとき、処理室201内に流しているガスは、TMAと不活性ガスであるN2のみでありO3は存在しない。したがって、TMAは気相反応を起こすことはなく、ウエハ200の表面や下地膜と表面反応(化学吸着)して、原料(TMA)の吸着層またはAl層(以下、Al含有層)を形成する。TMAの吸着層とは、原料分子の連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。Al層とは、Alにより構成される連続的な層の他、これらが重なってできるAl薄膜をも含む。なお、Alにより構成される連続的な層をAl薄膜という場合もある。 At this time, the gas flowing into the processing chamber 201 is only TMA and N 2 which is an inert gas, and there is no O 3 . Therefore, TMA does not cause a gas phase reaction, and reacts with the surface of the wafer 200 and the base film (chemical adsorption) to form a raw material (TMA) adsorption layer or an Al layer (hereinafter referred to as an Al-containing layer). . The TMA adsorption layer includes a continuous adsorption layer of raw material molecules and a discontinuous adsorption layer. The Al layer includes not only a continuous layer composed of Al but also an Al thin film formed by overlapping these layers. In addition, the continuous layer comprised with Al may be called Al thin film.
同時に、ガス供給管340の途中につながっているキャリアガス供給管540から、バルブ544を開けてN2(不活性ガス)を流すと、O3側のノズル440やガス供給管340にTMAが回り込むことを防ぐことができる。同様に、同時にガス供給管310の途中につながっているキャリアガス供給管510から、バルブ514を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TEMAZ側のノズル410やガス供給管310にTMAが回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管330の途中につながっているキャリアガス供給管530から、バルブ534を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TiCl4側のノズル430やガス供給管330にTMAが回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管350の途中につながっているキャリアガス供給管550から、バルブ554を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル450やガス供給管350にTMAが回り込むことを防ぐことができる。 At the same time, when N 2 (inert gas) is flowed from the carrier gas supply pipe 540 connected in the middle of the gas supply pipe 340 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, TMA wraps around the nozzle 440 and the gas supply pipe 340 on the O 3 side. Can be prevented. Similarly, when N 2 (inert gas) is allowed to flow from the carrier gas supply pipe 510 that is connected to the gas supply pipe 310 at the same time and N 2 (inert gas) is allowed to flow, TMA is applied to the nozzle 410 and the gas supply pipe 310 on the TEMAZ side. When the valve 534 is opened from the carrier gas supply pipe 530 connected to the middle of the gas supply pipe 330 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, the nozzle 430 and the gas on the TiCl 4 side can be prevented. When TMA can be prevented from flowing into the supply pipe 330 and at the same time the valve 554 is opened from the carrier gas supply pipe 550 connected to the gas supply pipe 350 and N 2 (inert gas) flows, the nozzle 450 In addition, TMA can be prevented from entering the gas supply pipe 350.
(残留TMA除去:ステップS310)
ステップS310では、残留TMAを処理室201内から除去する。ガス供給管320のバルブ328を閉めて処理室201へのTMAの供給を停止し、バルブ624を開けてベントライン620へTMAを流す。このとき排気管231のAPCバルブ243は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を20Pa以下となるまで排気し、残留TMAを処理室201内から排除する。このときN2等の不活性ガスを、TMA供給ラインであるガス供給管320から、さらには、ガス供給管310、330、340、350から、処理室201内へ供給すると、さらに残留TMAを排除する効果が高まる。
(Residual TMA removal: Step S310)
In step S310, residual TMA is removed from the processing chamber 201. The valve 328 of the gas supply pipe 320 is closed to stop the supply of TMA to the processing chamber 201, and the valve 624 is opened to flow TMA to the vent line 620. At this time, the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open, the inside of the processing chamber 201 is exhausted to 20 Pa or less by the vacuum pump 246, and the residual TMA is removed from the processing chamber 201. At this time, if an inert gas such as N 2 is supplied from the gas supply pipe 320 as a TMA supply line and further from the gas supply pipes 310, 330, 340, and 350 into the processing chamber 201, the residual TMA is further removed. The effect to do increases.
(O3供給:ステップS311)
ステップS311では、ガス供給系304のガス供給管341よりO3を処理室201内に供給する。O3は、オゾナイザーを用いて発生させ、マスフローコントローラ343で流量調整されて供給される。O3を処理室201に供給する前は、バルブ348を閉じ、バルブ644を開けて、バルブ644を介してO3をベントライン640に流しておく。一方では、キャリアガスとしてのN2をマスフローコントローラ540で流量調整する。
(O 3 supply: Step S311)
In step S <b> 311, O 3 is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply pipe 341 of the gas supply system 304. O 3 is generated using an ozonizer, and the flow rate is adjusted by a mass flow controller 343 and supplied. Before supplying O 3 to the processing chamber 201, the valve 348 is closed, the valve 644 is opened, and the O 3 is allowed to flow to the vent line 640 through the valve 644. On the other hand, the flow rate of N 2 as the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 540.
そして、O3を処理室201に供給する際には、バルブ644を閉じ、バルブ348を開けて、O3をバルブ348の下流のガス供給管340に供給すると共に、バルブ544を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管540から供給する。O3はキャリアガス(N2)とバルブ348の下流側で合流し混合され、ノズル440を介して処理室201に供給されつつ排気管231から排気される。O3を流すときは、APCバルブ243を適正に調節して処理室201内圧力を30〜500Paの範囲であって、例えば130Paに維持する。マスフローコントローラ343で制御するO3の供給流量は、250g/m3の濃度で15slmである。O3にウエハ200を晒す時間は20秒間である。 When supplying O 3 to the processing chamber 201, the valve 644 is closed, the valve 348 is opened, O 3 is supplied to the gas supply pipe 340 downstream of the valve 348, and the valve 544 is opened. Gas (N 2 ) is supplied from the carrier gas supply pipe 540. O 3 is mixed and mixed with the carrier gas (N 2 ) on the downstream side of the valve 348 and is exhausted from the exhaust pipe 231 while being supplied to the processing chamber 201 through the nozzle 440. When flowing O 3 , the APC valve 243 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within the range of 30 to 500 Pa, for example, 130 Pa. The supply flow rate of O 3 controlled by the mass flow controller 343 is 15 slm at a concentration of 250 g / m 3 . The time for exposing the wafer 200 to O 3 is 20 seconds.
同時に、ガス供給管320の途中につながっているキャリアガス供給管520から、バルブ524を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TMA側のノズル420やガス供給管320にO3が回り込むことを防ぐことができる。同様に、同時にガス供給管310の途中につながっているキャリアガス供給管510から、バルブ514を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TEMAZ側のノズル410やガス供給管310にO3が回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管330の途中につながっているキャリアガス供給管530から、バルブ534を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TiCl4側のノズル430やガス供給管330にO3が回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管350の途中につながっているキャリアガス供給管550から、バルブ554を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル450やガス供給管350にO3が回り込むことを防ぐことができる。 At the same time, when the valve 524 is opened from the carrier gas supply pipe 520 connected to the gas supply pipe 320 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, O 3 circulates into the nozzle 420 and the gas supply pipe 320 on the TMA side. Can be prevented. Similarly, when N 2 (inert gas) is allowed to flow from the carrier gas supply pipe 510 connected to the middle of the gas supply pipe 310 at the same time to allow N 2 (inert gas) to flow, O 3 is supplied to the nozzle 410 and the gas supply pipe 310 on the TEMAZ side. When the valve 534 is opened from the carrier gas supply pipe 530 connected to the middle of the gas supply pipe 330 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, the nozzle 430 on the TiCl 4 side When O 3 can be prevented from flowing into the gas supply pipe 330, and at the same time, when the valve 554 is opened from the carrier gas supply pipe 550 connected to the gas supply pipe 350 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, It is possible to prevent O 3 from entering the nozzle 450 and the gas supply pipe 350.
O3の供給により、ウエハ200上に化学吸着したAl含有層とO3が表面反応(化学吸着)して、ウエハ200上に酸化アルミニウム膜が成膜される。 By supplying O 3 , the Al-containing layer chemically adsorbed on the wafer 200 and O 3 undergo a surface reaction (chemical adsorption), and an aluminum oxide film is formed on the wafer 200.
(残留O3除去:ステップS312)
ステップS311では、残留O3を処理室201内から除去する。ガス供給管340のバルブ348を閉めて処理室201へのO3の供給を停止し、バルブ644を開けてベントライン640へO3を流す。このとき排気管231のAPCバルブ243は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を20Pa以下となるまで排気し、残留O3を処理室201内から排除する。このときN2等の不活性ガスを、O3供給ラインであるガス供給管340から、さらには、ガス供給管310、320、330、350から、処理室201内へ供給すると、さらに残留O3を排除する効果が高まる。
(Residual O 3 removal: Step S312)
In step S <b> 311, residual O 3 is removed from the processing chamber 201. The supply of O 3 into the processing chamber 201 by closing the valve 348 of the gas supply pipe 340 is stopped, flow O 3 to the vent line 640 by opening the valve 644. At this time, the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open, and the inside of the processing chamber 201 is evacuated to 20 Pa or less by the vacuum pump 246 to remove residual O 3 from the processing chamber 201. At this time, when an inert gas such as N 2 is supplied from the gas supply pipe 340 that is an O 3 supply line and further from the gas supply pipes 310, 320, 330, and 350 into the processing chamber 201, the residual O 3 is further increased. The effect of eliminating is increased.
上記ステップS309〜S312を1サイクルとし、少なくとも1回以上行なう(ステップS313)ことによりウエハ200上にALD法を用いて所定膜厚(1〜5Å)の酸化アルミニウム膜34を成膜する(図5G参照)。この場合、各サイクル中で、上記の通りに、ステップS309におけるAl含有原料であるTMAにより構成される雰囲気と、ステップS311における酸化ガスであるO3により構成される雰囲気の夫々の雰囲気が処理室201内で混合しないように成膜することに留意する。 The above steps S309 to S312 are set as one cycle and are performed at least once (step S313), thereby forming an aluminum oxide film 34 having a predetermined thickness (1 to 5 mm) on the wafer 200 by using the ALD method (FIG. 5G). reference). In this case, in each cycle, as described above, each atmosphere of the atmosphere constituted by the TMA that is the Al-containing raw material in Step S309 and the atmosphere constituted by O 3 that is the oxidizing gas in Step S311 is processed. Note that the film is formed so as not to mix in 201.
所定膜厚の酸化アルミニウム膜34を形成する成膜処理がなされると、酸化チタン膜の成膜ステップ(S110)に移行する。 When the film forming process for forming the aluminum oxide film 34 having a predetermined film thickness is performed, the process proceeds to the film forming step (S110) of the titanium oxide film.
(酸化チタン膜(TiO2膜)36の成膜:ステップS110)
(TiCl4供給:ステップS314)
ステップS314では、ガス供給系303のガス供給管331より四塩化チタン(TiCl4)を処理室201内に供給する。バルブ337を閉じ、バルブ336を開ける。TiCl4は常温で液体であり、液体のTiCl4が液体マスフローコントローラ333で流量調整されて気化器335に供給され気化器335で気化される。TiCl4を処理室201に供給する前は、バルブ338を閉じ、バルブ634を開けて、バルブ634を介してTiCl4をベントライン630に流しておく。一方では、キャリアガスとしてのN2をマスフローコントローラ532で流量調整する。
(Formation of Titanium Oxide Film (TiO 2 Film) 36: Step S110)
(TiCl 4 supply: step S314)
In step S 314, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply pipe 331 of the gas supply system 303. Valve 337 is closed and valve 336 is opened. TiCl 4 is a liquid at normal temperature, and the flow rate of the liquid TiCl 4 is adjusted by the liquid mass flow controller 333, supplied to the vaporizer 335, and vaporized by the vaporizer 335. Before supplying TiCl 4 to the processing chamber 201, the valve 338 is closed, the valve 634 is opened, and TiCl 4 is allowed to flow to the vent line 630 through the valve 634. On the other hand, the flow rate of N 2 as the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 532.
そして、TiCl4を処理室201に供給する際には、バルブ634を閉じ、バルブ338を開けて、TiCl4をバルブ338の下流のガス供給管330に供給すると共に、バルブ534を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管530から供給する。TiCl4はキャリアガス(N2)とバルブ338の下流側で合流し混合され、ノズル430を介して処理室201に供給されつつ排気管231から排気される。この時、APCバルブ243を適正に調整して処理室201内の圧力を30〜500Paの範囲であって、例えば100Paに維持する。液体マスフローコントローラ333で制御するTiCl4の供給量は0.18〜0.5g/minである。TiCl4にウエハ200を晒す時間は40秒間である。 When supplying TiCl 4 to the processing chamber 201, the valve 634 is closed, the valve 338 is opened, TiCl 4 is supplied to the gas supply pipe 330 downstream of the valve 338, and the valve 534 is opened to open the carrier. Gas (N 2 ) is supplied from the carrier gas supply pipe 530. TiCl 4 is mixed and mixed with the carrier gas (N 2 ) on the downstream side of the valve 338 and is exhausted from the exhaust pipe 231 while being supplied to the processing chamber 201 via the nozzle 430. At this time, the APC valve 243 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within a range of 30 to 500 Pa, for example, 100 Pa. The supply amount of TiCl 4 controlled by the liquid mass flow controller 333 is 0.18 to 0.5 g / min. The time for exposing the wafer 200 to TiCl 4 is 40 seconds.
このとき、処理室201内に流しているガスは、TiCl4と不活性ガスであるN2のみでありO3は存在しない。したがって、TiCl4は気相反応を起こすことはなく、ウエハ200の表面や下地膜と表面反応(化学吸着)して、原料(TiCl4)の吸着層またはTi層(以下、Ti含有層)を形成する。TMAの吸着層とは、原料分子の連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。Ti層とは、Tiにより構成される連続的な層の他、これらが重なってできるTi薄膜をも含む。なお、Tiにより構成される連続的な層をTi薄膜という場合もある。 At this time, the only gases flowing into the processing chamber 201 are TiCl 4 and N 2 which is an inert gas, and there is no O 3 . Therefore, TiCl 4 does not cause a gas phase reaction, and reacts with the surface of the wafer 200 and the base film (chemical adsorption) to form an adsorption layer or a Ti layer (hereinafter referred to as Ti-containing layer) of the raw material (TiCl 4 ). Form. The TMA adsorption layer includes a continuous adsorption layer of raw material molecules and a discontinuous adsorption layer. The Ti layer includes not only a continuous layer composed of Ti but also a Ti thin film formed by overlapping these layers. In addition, the continuous layer comprised by Ti may be called Ti thin film.
同時に、ガス供給管340の途中につながっているキャリアガス供給管540から、バルブ544を開けてN2(不活性ガス)を流すと、O3側のノズル440やガス供給管340にTiCl4が回り込むことを防ぐことができる。同様に、同時にガス供給管310の途中につながっているキャリアガス供給管510から、バルブ514を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TEMAZ側のノズル410やガス供給管310にTiCl4が回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管320の途中につながっているキャリアガス供給管520から、バルブ524を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TMA側のノズル420やガス供給管320にTiCl4が回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管350の途中につながっているキャリアガス供給管550から、バルブ554を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル450やガス供給管350にTiCl4が回り込むことを防ぐことができる。 At the same time, when N 2 (inert gas) is allowed to flow from the carrier gas supply pipe 540 connected to the middle of the gas supply pipe 340 to allow N 2 (inert gas) to flow, TiCl 4 is transferred to the nozzle 440 and the gas supply pipe 340 on the O 3 side. It can prevent wrapping around. Similarly, when N 2 (inert gas) is flowed from the carrier gas supply pipe 510 connected to the gas supply pipe 310 at the same time by flowing N 2 (inert gas), TiCl 4 is supplied to the TEMAZ side nozzle 410 and the gas supply pipe 310. When the valve 524 is opened from the carrier gas supply pipe 520 connected to the middle of the gas supply pipe 320 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, the nozzle 420 on the TMA side and the gas can be prevented. When TiCl 4 can be prevented from flowing into the supply pipe 320 and at the same time, when the valve 554 is opened from the carrier gas supply pipe 550 connected to the gas supply pipe 350 and N 2 (inert gas) flows, the nozzle It is possible to prevent TiCl 4 from flowing into 450 or the gas supply pipe 350.
(残留TiCl4除去:ステップS315)
ステップS315では、残留TiCl4を処理室201内から除去する。ガス供給管330のバルブ338を閉めて処理室201へのTiCl4の供給を停止し、バルブ634を開けてベントライン630へTiCl4を流す。このとき排気管231のAPCバルブ243は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を20Pa以下となるまで排気し、残留TiCl4を処理室201内から排除する。このときN2等の不活性ガスを、TiCl4供給ラインであるガス供給管330から、さらには、ガス供給管310、320、340、350から、処理室201内へ供給すると、さらに残留TiCl4を排除する効果が高まる。
(Residual TiCl 4 removal: Step S315)
In step S315, residual TiCl 4 is removed from the processing chamber 201. The valve 338 of the gas supply pipe 330 is closed to stop the supply of TiCl 4 to the processing chamber 201, and the valve 634 is opened to flow TiCl 4 to the vent line 630. At this time, the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open, and the inside of the processing chamber 201 is evacuated to 20 Pa or less by the vacuum pump 246 to remove the residual TiCl 4 from the processing chamber 201. At this time, when an inert gas such as N 2 is supplied from the gas supply pipe 330, which is a TiCl 4 supply line, and further from the gas supply pipes 310, 320, 340, and 350 into the processing chamber 201, the residual TiCl 4 is further increased. The effect of eliminating is increased.
(O3供給:ステップS316)
ステップS316では、ガス供給系304のガス供給管341よりO3を処理室201内に供給する。O3は、オゾナイザーを用いて発生させ、マスフローコントローラ343で流量調整されて供給される。O3を処理室201に供給する前は、バルブ348を閉じ、バルブ644を開けて、バルブ644を介してO3をベントライン640に流しておく。一方では、キャリアガスとしてのN2をマスフローコントローラ540で流量調整する。
(O 3 supply: Step S316)
In step S 316, O 3 is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply pipe 341 of the gas supply system 304. O 3 is generated using an ozonizer, and the flow rate is adjusted by a mass flow controller 343 and supplied. Before supplying O 3 to the processing chamber 201, the valve 348 is closed, the valve 644 is opened, and the O 3 is allowed to flow to the vent line 640 through the valve 644. On the other hand, the flow rate of N 2 as the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 540.
そして、O3を処理室201に供給する際には、バルブ644を閉じ、バルブ348を開けて、O3をバルブ348の下流のガス供給管340に供給すると共に、バルブ544を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管540から供給する。O3はキャリアガス(N2)とバルブ348の下流側で合流し混合され、ノズル440を介して処理室201に供給されつつ排気管231から排気される。O3を流すときは、APCバルブ243を適正に調節して処理室201内圧力を30〜500Paの範囲であって、例えば130Paに維持する。マスフローコントローラ343で制御するO3の供給流量は、250g/m3の濃度で15slmである。O3にウエハ200を晒す時間は60秒間である。 When supplying O 3 to the processing chamber 201, the valve 644 is closed, the valve 348 is opened, O 3 is supplied to the gas supply pipe 340 downstream of the valve 348, and the valve 544 is opened. Gas (N 2 ) is supplied from the carrier gas supply pipe 540. O 3 is mixed and mixed with the carrier gas (N 2 ) on the downstream side of the valve 348 and is exhausted from the exhaust pipe 231 while being supplied to the processing chamber 201 through the nozzle 440. When flowing O 3 , the APC valve 243 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within the range of 30 to 500 Pa, for example, 130 Pa. The supply flow rate of O 3 controlled by the mass flow controller 343 is 15 slm at a concentration of 250 g / m 3 . The time for exposing the wafer 200 to O 3 is 60 seconds.
同時に、ガス供給管330の途中につながっているキャリアガス供給管530から、バルブ534を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TiCl4側のノズル430やガス供給管330にO3が回り込むことを防ぐことができる。同様に、同時にガス供給管310の途中につながっているキャリアガス供給管510から、バルブ514を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TEMAZ側のノズル410やガス供給管310にO3が回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管320の途中につながっているキャリアガス供給管520から、バルブ524を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TMA側のノズル420やガス供給管320にO3が回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管350の途中につながっているキャリアガス供給管550から、バルブ554を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル450やガス供給管350にO3が回り込むことを防ぐことができる。 At the same time, when the valve 534 is opened from the carrier gas supply pipe 530 connected to the middle of the gas supply pipe 330 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, O 3 is introduced into the nozzle 430 and the gas supply pipe 330 on the TiCl 4 side. It can prevent wrapping around. Similarly, when N 2 (inert gas) is allowed to flow from the carrier gas supply pipe 510 connected to the middle of the gas supply pipe 310 at the same time to allow N 2 (inert gas) to flow, O 3 is supplied to the nozzle 410 and the gas supply pipe 310 on the TEMAZ side. When the valve 524 is opened from the carrier gas supply pipe 520 connected to the middle of the gas supply pipe 320 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, the nozzle 420 on the TMA side and the gas can be prevented. When O 3 can be prevented from flowing into the supply pipe 320 and at the same time, when the valve 554 is opened from the carrier gas supply pipe 550 connected to the gas supply pipe 350 and N 2 (inert gas) flows, the nozzle It is possible to prevent O 3 from flowing into 450 or the gas supply pipe 350.
O3の供給により、ウエハ200上に化学吸着したTi含有層とO3が表面反応(化学吸着)して、ウエハ200上に酸化チタン膜が成膜される。 By supplying O 3 , the Ti-containing layer chemically adsorbed on the wafer 200 and the surface of O 3 react (chemical adsorption), and a titanium oxide film is formed on the wafer 200.
(残留O3除去:ステップS317)
ステップS317では、残留O3を処理室201内から除去する。ガス供給管340のバルブ348を閉めて処理室201へのO3の供給を停止し、バルブ644を開けてベントライン640へO3を流す。このとき排気管231のAPCバルブ243は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を20Pa以下となるまで排気し、残留O3を処理室201内から排除する。このときN2等の不活性ガスを、O3供給ラインであるガス供給管340から、さらには、ガス供給管310、320、330、350から、処理室201内へ供給すると、さらに残留O3を排除する効果が高まる。
(Residual O 3 removal: step S317)
In step S317, residual O 3 is removed from the processing chamber 201. The supply of O 3 into the processing chamber 201 by closing the valve 348 of the gas supply pipe 340 is stopped, flow O 3 to the vent line 640 by opening the valve 644. At this time, the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open, and the inside of the processing chamber 201 is evacuated to 20 Pa or less by the vacuum pump 246 to remove residual O 3 from the processing chamber 201. At this time, when an inert gas such as N 2 is supplied from the gas supply pipe 340 that is an O 3 supply line and further from the gas supply pipes 310, 320, 330, and 350 into the processing chamber 201, the residual O 3 is further increased. The effect of eliminating is increased.
上記ステップS314〜S317を1サイクルとし、少なくとも1回以上行なう(ステップS318)ことによりウエハ200上にALD法を用いて所定膜厚(40〜100Å)の酸化チタン膜36を成膜する(図5G参照)。この場合、各サイクル中で、上記の通りに、ステップS314におけるTi含有原料であるTiCl4により構成される雰囲気と、ステップS316における酸化ガスであるO3により構成される雰囲気の夫々の雰囲気が処理室201内で混合しないように成膜することに留意する。 The above steps S314 to S317 are set as one cycle and are performed at least once (step S318), thereby forming a titanium oxide film 36 having a predetermined thickness (40 to 100 mm) on the wafer 200 by using the ALD method (FIG. 5G). reference). In this case, in each cycle, as described above, the atmosphere composed of TiCl 4 that is the Ti-containing raw material in Step S314 and the atmosphere composed of O 3 that is the oxidizing gas in Step S316 are processed. Note that the film is formed so as not to mix in the chamber 201.
このようにして、ZrO2膜32、Al2O3膜34およびTiO2膜36からなる誘電体膜30が形成される。 Thus, the dielectric film 30 composed of the ZrO 2 film 32, the Al 2 O 3 film 34, and the TiO 2 film 36 is formed.
誘電膜30を形成後、プロセス条件を変更し、安定したら、誘電体30を形成したウエハ200を処理室201から取り出すことなく挿入したままで連続して上電極の形成工程に入る。 After the formation of the dielectric film 30, the process conditions are changed and stabilized, and then the upper electrode forming process is started without removing the wafer 200 on which the dielectric 30 is formed from the processing chamber 201.
(上電極43(窒化チタン膜42)の成膜:ステップS112)
図10、図11、図1〜3を参照して、上電極43を形成する窒化チタン膜42の成膜プロセス(図4のステップS112、図5H参照)について説明する。
(Formation of upper electrode 43 (titanium nitride film 42): Step S112)
With reference to FIGS. 10, 11, and 1 to 3, a film forming process (see step S <b> 112 in FIG. 4, FIG. 5H) of the titanium nitride film 42 that forms the upper electrode 43 will be described.
ウエハ200の温度が430℃に達して温度等が安定したら(ステップS401)、処理室201内の温度を430℃に保持した状態で次のステップを順次実行する。 When the temperature of the wafer 200 reaches 430 ° C. and the temperature is stabilized (step S401), the next steps are sequentially executed while the temperature in the processing chamber 201 is maintained at 430 ° C.
(TiCl4供給:ステップS402)
ステップS402では、ガス供給系303のガス供給管331よりTiCl4を処理室201内に供給する。バルブ337を閉じ、バルブ336を開ける。TiCl4は常温で液体であり、液体のTiCl4が液体マスフローコントローラ333で流量調整されて気化器335に供給され気化器335で気化される。TiCl4を処理室201に供給する前は、バルブ338を閉じ、バルブ634を開けて、バルブ634を介してTiCl4をベントライン630に流しておく。一方では、キャリアガスとしてのN2をマスフローコントローラ532で流量調整する。
(TiCl 4 supply: step S402)
In step S <b> 402, TiCl 4 is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply pipe 331 of the gas supply system 303. Valve 337 is closed and valve 336 is opened. TiCl 4 is a liquid at normal temperature, and the flow rate of the liquid TiCl 4 is adjusted by the liquid mass flow controller 333, supplied to the vaporizer 335, and vaporized by the vaporizer 335. Before supplying TiCl 4 to the processing chamber 201, the valve 338 is closed, the valve 634 is opened, and TiCl 4 is allowed to flow to the vent line 630 through the valve 634. On the other hand, the flow rate of N 2 as the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 532.
そして、TiCl4を処理室201に供給する際には、バルブ634を閉じ、バルブ338を開けて、TiCl4をバルブ338の下流のガス供給管330に供給すると共に、バルブ534を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管530から供給する。TiCl4はキャリアガス(N2)とバルブ338の下流側で合流し混合され、ノズル430を介して処理室201に供給されつつ排気管231から排気される。この時、APCバルブ243を適正に調整して処理室201内の圧力を20〜50Paの範囲であって、例えば30Paに維持する。液体マスフローコントローラ312で制御するTiCl4の供給量は1.0〜2.0g/minである。TiCl4にウエハ200を晒す時間は3〜10秒間である。 When supplying TiCl 4 to the processing chamber 201, the valve 634 is closed, the valve 338 is opened, TiCl 4 is supplied to the gas supply pipe 330 downstream of the valve 338, and the valve 534 is opened to open the carrier. Gas (N 2 ) is supplied from the carrier gas supply pipe 530. TiCl 4 is mixed and mixed with the carrier gas (N 2 ) on the downstream side of the valve 338 and is exhausted from the exhaust pipe 231 while being supplied to the processing chamber 201 via the nozzle 430. At this time, the APC valve 243 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within a range of 20 to 50 Pa, for example, 30 Pa. The supply amount of TiCl 4 controlled by the liquid mass flow controller 312 is 1.0 to 2.0 g / min. The time for exposing the wafer 200 to TiCl 4 is 3 to 10 seconds.
このとき、処理室201内に流しているガスは、TiCl4と不活性ガスであるN2のみであり、NH3は存在しない。したがって、TiCl4は気相反応を起こすことはなく、ウエハ200の表面や下地膜と表面反応(化学吸着)して、原料(TiCl4)の吸着層またはTi層(以下、Ti含有層)を形成する。TiCl4の吸着層とは、原料分子の連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。Ti層とは、Tiにより構成される連続的な層の他、これらが重なってできるTi薄膜をも含む。なお、Tiにより構成される連続的な層をTi薄膜という場合もある。 At this time, the only gases flowing into the processing chamber 201 are TiCl 4 and N 2 that is an inert gas, and NH 3 does not exist. Therefore, TiCl 4 does not cause a gas phase reaction, and reacts with the surface of the wafer 200 and the base film (chemical adsorption) to form an adsorption layer or a Ti layer (hereinafter referred to as Ti-containing layer) of the raw material (TiCl 4 ). Form. The adsorption layer of TiCl 4 includes a discontinuous adsorption layer as well as a continuous adsorption layer of raw material molecules. The Ti layer includes not only a continuous layer composed of Ti but also a Ti thin film formed by overlapping these layers. In addition, the continuous layer comprised by Ti may be called Ti thin film.
同時に、ガス供給管350の途中につながっているキャリアガス供給管550から、バルブ554を開けてN2(不活性ガス)を流すと、NH3側のノズル450やガス供給管350にTiCl4が回り込むことを防ぐことができる。同様に、同時にガス供給管310の途中につながっているキャリアガス供給管510から、バルブ514を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル410やガス供給管310にTiCl4が回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管320の途中につながっているキャリアガス供給管520から、バルブ524を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル420やガス供給管320にTiCl4が回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管340の途中につながっているキャリアガス供給管540から、バルブ544を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル440やガス供給管340にTiCl4が回り込むことを防ぐことができる。 At the same time, when the valve 554 is opened from the carrier gas supply pipe 550 connected to the middle of the gas supply pipe 350 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, TiCl 4 is transferred to the NH 3 side nozzle 450 and the gas supply pipe 350. It can prevent wrapping around. Similarly, when N 2 (inert gas) is flowed from the carrier gas supply pipe 510 connected to the middle of the gas supply pipe 310 at the same time and N 2 (inert gas) flows, TiCl 4 wraps around the nozzle 410 and the gas supply pipe 310. When the valve 524 is opened from the carrier gas supply pipe 520 connected to the middle of the gas supply pipe 320 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, TiCl 4 is supplied to the nozzle 420 and the gas supply pipe 320. When the valve 544 is opened from the carrier gas supply pipe 540 connected in the middle of the gas supply pipe 340 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, the nozzle 440 and the gas supply pipe 340 can be prevented. TiCl 4 can be prevented from sneaking around.
(残留TiCl4除去:ステップS403)
ステップS403では、残留TiCl4を処理室201内から除去する。ガス供給管330のバルブ338を閉めて処理室201へのTiCl4の供給を停止し、バルブ634を開けてベントライン630へTiCl4を流す。このとき排気管231のAPCバルブ243は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を20Pa以下となるまで排気し、残留TiCl4を処理室201内から排除する。このときN2等の不活性ガスを、TiCl4供給ラインであるガス供給管330から、さらには、ガス供給管350、ガス供給管310、320、340から、処理室201内へ供給すると、さらに残留TiCl4を排除する効果が高まる。
(Residual TiCl 4 removal: Step S403)
In step S 403, residual TiCl 4 is removed from the processing chamber 201. The valve 338 of the gas supply pipe 330 is closed to stop the supply of TiCl 4 to the processing chamber 201, and the valve 634 is opened to flow TiCl 4 to the vent line 630. At this time, the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open, and the inside of the processing chamber 201 is evacuated to 20 Pa or less by the vacuum pump 246 to remove the residual TiCl 4 from the processing chamber 201. At this time, when an inert gas such as N 2 is supplied from the gas supply pipe 330, which is a TiCl 4 supply line, and further from the gas supply pipe 350 and the gas supply pipes 310, 320, and 340 into the processing chamber 201, The effect of eliminating residual TiCl 4 is enhanced.
(NH3供給:ステップS404)
ステップS404では、ガス供給系305のガス供給管351よりNH3を処理室201内に供給する。NH3はマスフローコントローラ353で流量調整されて供給される。NH3を処理室201に供給する前は、バルブ358を閉じ、バルブ654を開けて、バルブ654を介してNH3をベントライン650に流しておく。一方では、キャリアガスとしてのN2をマスフローコントローラ550で流量調整する。
(NH 3 supply: Step S404)
In step S <b> 404, NH 3 is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply pipe 351 of the gas supply system 305. NH 3 is supplied after its flow rate is adjusted by the mass flow controller 353. Before supplying NH 3 to the processing chamber 201, the valve 358 is closed, the valve 654 is opened, and NH 3 is allowed to flow to the vent line 650 through the valve 654. On the other hand, the flow rate of N 2 as the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 550.
そして、NH3を処理室201に供給する際には、バルブ654を閉じ、バルブ358を開けて、NH3をバルブ358の下流のガス供給管350に供給すると共に、バルブ554を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管550から供給する。NH3はキャリアガス(N2)とバルブ358の下流側で合流し混合され、ノズル450を介して処理室201に供給されつつ排気管231から排気される。NH3を流すときは、APCバルブ243を適正に調節して処理室201内圧力を50〜1000Paの範囲であって、例えば60Paに維持する。マスフローコントローラ353で制御するNH3の供給流量は1〜10slmである。NH3にウエハ200を晒す時間は10〜30秒間である。 When supplying NH 3 to the processing chamber 201, the valve 654 is closed, the valve 358 is opened, and NH 3 is supplied to the gas supply pipe 350 downstream of the valve 358, and the valve 554 is opened to open the carrier. Gas (N 2 ) is supplied from the carrier gas supply pipe 550. NH 3 merges with the carrier gas (N 2 ) on the downstream side of the valve 358 and is mixed, and is exhausted from the exhaust pipe 231 while being supplied to the processing chamber 201 via the nozzle 450. When flowing NH 3 , the APC valve 243 is appropriately adjusted to maintain the pressure in the processing chamber 201 within a range of 50 to 1000 Pa, for example, 60 Pa. The supply flow rate of NH 3 controlled by the mass flow controller 353 is 1 to 10 slm. The time for exposing the wafer 200 to NH 3 is 10 to 30 seconds.
同時に、ガス供給管330の途中につながっているキャリアガス供給管530から、バルブ534を開けてN2(不活性ガス)を流すと、TiCl4側のノズル430やガス供給管330にNH3が回り込むことを防ぐことができる。同様に、同時にガス供給管310の途中につながっているキャリアガス供給管510から、バルブ514を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル410やガス供給管310にNH3が回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管320の途中につながっているキャリアガス供給管520から、バルブ524を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル420やガス供給管320にNH3が回り込むことを防ぐことができ、同時にガス供給管340の途中につながっているキャリアガス供給管540から、バルブ544を開けてN2(不活性ガス)を流すと、ノズル440やガス供給管340にNH3が回り込むことを防ぐことができる。 At the same time, when the valve 534 is opened from the carrier gas supply pipe 530 connected to the gas supply pipe 330 and N 2 (inert gas) flows, NH 3 is introduced into the nozzle 430 and the gas supply pipe 330 on the TiCl 4 side. It can prevent wrapping around. Similarly, when the valve 514 is opened from the carrier gas supply pipe 510 connected to the gas supply pipe 310 at the same time and N 2 (inert gas) is allowed to flow, NH 3 flows into the nozzle 410 and the gas supply pipe 310. When the valve 524 is opened from the carrier gas supply pipe 520 connected to the middle of the gas supply pipe 320 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, NH 3 is supplied to the nozzle 420 and the gas supply pipe 320. When the valve 544 is opened from the carrier gas supply pipe 540 connected in the middle of the gas supply pipe 340 and N 2 (inert gas) is allowed to flow, the nozzle 440 and the gas supply pipe 340 can be prevented. It is possible to prevent NH 3 from wrapping around.
NH3の供給により、ウエハ200上に化学吸着したTi含有層とNH3が表面反応(化学吸着)して、ウエハ200上に窒化チタン膜が成膜される。 By supplying NH 3 , the Ti-containing layer chemically adsorbed on the wafer 200 and NH 3 undergo a surface reaction (chemical adsorption), and a titanium nitride film is formed on the wafer 200.
(残留NH3除去:ステップS405)
ステップS405では、残留NH3を処理室201内から除去する。ガス供給管350のバルブ358を閉めて処理室201へのNH3の供給を停止し、バルブ654を開けてベントライン650へNH3を流す。このとき排気管231のAPCバルブ243は開いたままとし、真空ポンプ246により処理室201内を20Pa以下となるまで排気し、残留NH3を処理室201内から排除する。このときN2等の不活性ガスを、NH3供給ラインであるガス供給管350から、さらには、ガス供給管330、ガス供給管310、320、340から、処理室201内へ供給すると、さらに残留NH3を排除する効果が高まる。
(Residual NH 3 removal: step S405)
In step S405, residual NH 3 is removed from the processing chamber 201. The supply of the NH 3 into the processing chamber 201 by closing the valve 358 of the gas supply pipe 350 is stopped, flow NH 3 to the vent line 650 by opening the valve 654. At this time, the APC valve 243 of the exhaust pipe 231 is kept open, and the inside of the processing chamber 201 is evacuated to 20 Pa or less by the vacuum pump 246 to remove residual NH 3 from the processing chamber 201. At this time, when an inert gas such as N 2 is supplied from the gas supply pipe 350 that is an NH 3 supply line, and further from the gas supply pipe 330 and the gas supply pipes 310, 320, and 340 into the processing chamber 201, The effect of eliminating residual NH 3 is enhanced.
上記ステップS402〜S405を1サイクルとし、少なくとも1回以上行なう(ステップS406)ことによりウエハ200上にALD法を用いて所定膜厚の窒化チタン膜42を成膜する(図5H参照)。この場合、各サイクル中で、上記の通りに、ステップS402におけるTi含有原料であるTiCl4により構成される雰囲気と、ステップS404における窒化ガスであるNH3により構成される雰囲気の夫々の雰囲気が処理室201内で混合しないように成膜することに留意する。 The above steps S402 to S405 are set as one cycle, and are performed at least once (step S406), thereby forming a titanium nitride film 42 having a predetermined thickness on the wafer 200 by using the ALD method (see FIG. 5H). In this case, in each cycle, as described above, the atmosphere composed of TiCl 4 that is the Ti-containing material in step S402 and the atmosphere composed of NH 3 that is the nitriding gas in step S404 are processed. Note that the film is formed so as not to mix in the chamber 201.
所定膜厚の窒化チタン膜42を形成する成膜処理がなされると、N2等の不活性ガスを処理室201内へ供給しつつ排気することで処理室201内を不活性ガスでパージする(ガスパージ:ステップS407)。その後、処理室201内の雰囲気を不活性ガスで置換し、(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力を常圧に復帰する(大気圧復帰:ステップS408)。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:ステップS409)される。その後、処理済ウエハ200はボート217より取出される(ウエハディスチャージ:ステップS410)。 When the film forming process for forming the titanium nitride film 42 having a predetermined thickness is performed, the inside of the processing chamber 201 is purged with the inert gas by exhausting while supplying the inert gas such as N 2 into the processing chamber 201. (Gas purge: Step S407). Thereafter, the atmosphere in the processing chamber 201 is replaced with an inert gas (inert gas replacement), and the pressure in the processing chamber 201 is returned to normal pressure (return to atmospheric pressure: step S408). Thereafter, the seal cap 219 is lowered by the boat elevator 115, the lower end of the manifold 209 is opened, and the processed wafer 200 is carried out of the processing chamber 201 from the lower end of the manifold 209 while being supported by the boat 217 ( Boat unloading: Step S409). Thereafter, the processed wafer 200 is taken out from the boat 217 (wafer discharge: step S410).
(ガスクリーニング:ステップS114)
以上のように、上電極43を形成して、ウエハ200を処理室201から取り出した後に、ガスクリーニングを行う。
(Gas cleaning: Step S114)
As described above, after the upper electrode 43 is formed and the wafer 200 is taken out of the processing chamber 201, gas cleaning is performed.
図12、図13、図1〜3を参照して、ガスクリーニングプロセス(図4のステップS114)について説明する。 The gas cleaning process (step S114 in FIG. 4) will be described with reference to FIGS.
ガスクリーニングでは、処理室201内にクリーニングガスを供給して、処理室201内やボート217等に付着した導電性膜もしくは絶縁性膜である堆積物を除去する。BCl3にO2を添加したクリーニングガスを使用することで、ZrO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、TiN膜を除去する。ガスクリーニングを行うことにより、各工程間のクロスコンタミネーションを低減し、また、より高い生産性を実現できる。 In the gas cleaning, a cleaning gas is supplied into the processing chamber 201 to remove deposits that are conductive films or insulating films attached to the processing chamber 201, the boat 217, and the like. By using a cleaning gas in which O 2 is added to BCl 3 , the ZrO 2 film, Al 2 O 3 film, TiO 2 film, and TiN film are removed. By performing gas cleaning, cross-contamination between processes can be reduced, and higher productivity can be realized.
ガスクリーニングを行うには、バルブ316を閉じ、バルブ317を開けて、ガス供給系301のガス供給管312よりBCl3を供給し、バルブ326を閉じ、バルブ327を開けて、ガス供給系302のガス供給管322よりBCl3を供給し、バルブ336を閉じ、バルブ337を開けて、ガス供給系303のガス供給管332よりBCl3を供給する。また、バルブ346を閉じ、バルブ347を開けて、ガス供給系304のガス供給管342よりO2を供給する。なお、ガス供給系305のバルブ358は閉じておく。 To perform gas cleaning, the valve 316 is closed, the valve 317 is opened, BCl 3 is supplied from the gas supply pipe 312 of the gas supply system 301, the valve 326 is closed, the valve 327 is opened, and the gas supply system 302 BCl 3 is supplied from the gas supply pipe 322, the valve 336 is closed, the valve 337 is opened, and BCl 3 is supplied from the gas supply pipe 332 of the gas supply system 303. Further, the valve 346 is closed, the valve 347 is opened, and O 2 is supplied from the gas supply pipe 342 of the gas supply system 304. Note that the valve 358 of the gas supply system 305 is closed.
エッチングガスは、N2等の不活性ガスで希釈した濃度で用いてもよく、エッチングガスのBCl3を希釈して使用する場合には、バルブ514を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管510から供給し、バルブ524を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管520から供給し、バルブ534を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管530から供給する。O2を希釈して使用する場合には、バルブ544を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管540から供給する。なお、バルブ554は閉じておく。 The etching gas may be used at a concentration diluted with an inert gas such as N 2. When the etching gas BCl 3 is used after being diluted, the valve 514 is opened and the carrier gas (N 2 ) is used as the carrier. The gas is supplied from the gas supply pipe 510, the valve 524 is opened, the carrier gas (N 2 ) is supplied from the carrier gas supply pipe 520, the valve 534 is opened, and the carrier gas (N 2 ) is supplied from the carrier gas supply pipe 530. To do. When diluting and using O 2 , the valve 544 is opened and the carrier gas (N 2 ) is supplied from the carrier gas supply pipe 540. Note that the valve 554 is closed.
ガスエッチングを行うには、処理室201へのBCl3およびO2の供給は連続的に行なっても良いが、BCl3およびO2の処理室201への供給と処理室201内の排気管231からの排気とを交互に間欠的(断続的)に行なっても良い。すなわち、サイクルエッチングによるクリーニングを行なっても良い。具体的には、図12、13に示すように、次のステップS503〜S506を1サイクルとして、このサイクルを所定回数繰り返すことでクリーニング工程を行っても良い。 To do gas etching, the supply of BCl 3 and O 2 into the processing chamber 201 may be performed continuously, but the exhaust pipe 231 of BCl 3 and supplied to the processing chamber 201 to the O 2 in the processing chamber 201 It is also possible to intermittently (intermittently) exhaust air from That is, cleaning by cycle etching may be performed. Specifically, as shown in FIGS. 12 and 13, the next step S503 to S506 may be set as one cycle, and the cleaning process may be performed by repeating this cycle a predetermined number of times.
本実施の形態では、BCl3およびO2は、N2の不活性ガスで希釈して用い、サイクルエッチングによってクリーニングを行う。以下、各工程について説明する。 In the present embodiment, BCl 3 and O 2 are diluted with an inert gas of N 2 and used for cleaning by cycle etching. Hereinafter, each step will be described.
ガスクリーニングを行う際には、ヒータ207を制御して処理室201内を例えば500℃〜850℃の範囲の温度であって、好適には550℃に保持する。 When performing gas cleaning, the heater 207 is controlled to keep the inside of the processing chamber 201 at a temperature in the range of, for example, 500 ° C. to 850 ° C. and preferably 550 ° C.
その後、ウエハ200を搭載しない状態のボート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(ステップS501)。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の下端をシールした状態となる。 Thereafter, the boat 217 without the wafer 200 is lifted by the boat elevator 115 and loaded into the processing chamber 201 (boat loading) (step S501). In this state, the seal cap 219 seals the lower end of the manifold 209 via the O-ring 220.
その後、処理室201内の温度が550℃に達して温度等が安定したら(ステップS502)、処理室201内の温度を550℃に保持した状態で次のステップを順次実行する。 Thereafter, when the temperature in the processing chamber 201 reaches 550 ° C. and the temperature is stabilized (step S502), the next steps are sequentially executed while the temperature in the processing chamber 201 is maintained at 550 ° C.
(真空排気:ステップS503)
まず、バルブ318、328、338、348、358、514、524、534、544、554を閉じた状態で、APCバルブ243を開き、処理室201内を真空排気する。処理室201内の圧力が第1圧力に到達した後、APCバルブ243を閉じる。これにより処理室201内を封止する。
(Evacuation: step S503)
First, with the valves 318, 328, 338, 348, 358, 514, 524, 534, 544 and 554 closed, the APC valve 243 is opened and the inside of the processing chamber 201 is evacuated. After the pressure in the processing chamber 201 reaches the first pressure, the APC valve 243 is closed. Thereby, the inside of the processing chamber 201 is sealed.
ガス供給系301では、バルブ317を開け、BCl3をマスフローコントローラ314で流量調整してガス供給管312に流しておくが、処理室201に供給する前は、バルブ318を閉じ、バルブ614を開けて、バルブ614を介してBCl3をベントライン610に流しておく。一方では、キャリアガスとしてのN2をマスフローコントローラ512で流量調整する。 In the gas supply system 301, the valve 317 is opened, and the flow rate of BCl 3 is adjusted by the mass flow controller 314 and flows into the gas supply pipe 312. However, before the supply to the processing chamber 201, the valve 318 is closed and the valve 614 is opened. Then, BCl 3 is allowed to flow through the vent line 610 through the valve 614. On the other hand, the flow rate of N 2 as the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 512.
ガス供給系302では、バルブ327を開け、BCl3をマスフローコントローラ324で流量調整してガス供給管322に流しておくが、処理室201に供給する前は、バルブ328を閉じ、バルブ624を開けて、バルブ624を介してBCl3をベントライン620に流しておく。一方では、キャリアガスとしてのN2をマスフローコントローラ522で流量調整する。 In the gas supply system 302, the valve 327 is opened and the flow rate of BCl 3 is adjusted by the mass flow controller 324 to flow into the gas supply pipe 322. However, before the supply to the processing chamber 201, the valve 328 is closed and the valve 624 is opened. Then, BCl 3 is allowed to flow through the vent line 620 through the valve 624. On the other hand, the flow rate of N 2 as the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 522.
ガス供給系303では、バルブ337を開け、BCl3をマスフローコントローラ334で流量調整してガス供給管332に流しておくが、処理室201に供給する前は、バルブ338を閉じ、バルブ634を開けて、バルブ634を介してBCl3をベントライン630に流しておく。一方では、キャリアガスとしてのN2をマスフローコントローラ532で流量調整する。 In the gas supply system 303, the valve 337 is opened, and the flow rate of BCl 3 is adjusted by the mass flow controller 334 to flow into the gas supply pipe 332, but before the supply to the processing chamber 201, the valve 338 is closed and the valve 634 is opened. Then, BCl 3 is allowed to flow through the vent line 630 through the valve 634. On the other hand, the flow rate of N 2 as the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 532.
ガス供給系304では、バルブ347を開け、O2をマスフローコントローラ344で流量調整してガス供給管342に流しておくが、処理室201に供給する前は、バルブ348を閉じ、バルブ644を開けて、バルブ644を介してO2をベントライン640に流しておく。一方では、キャリアガスとしてのN2をマスフローコントローラ542で流量調整する。 In the gas supply system 304, the valve 347 is opened and the flow rate of O 2 is adjusted by the mass flow controller 344 and flows into the gas supply pipe 342. Before the gas is supplied to the processing chamber 201, the valve 348 is closed and the valve 644 is opened. Then, O 2 is allowed to flow through the valve 644 to the vent line 640. On the other hand, the flow rate of N 2 as the carrier gas is adjusted by the mass flow controller 542.
(BCl3およびO2供給:ステップS504)
APCバルブ243が閉じられ処理室201内の圧力が後記する第1圧力となった状態で、BCl3およびO2を処理室201内に供給する。その供給は次のようにして行う。
(BCl 3 and O 2 supply: step S504)
BCl 3 and O 2 are supplied into the processing chamber 201 in a state where the APC valve 243 is closed and the pressure in the processing chamber 201 becomes the first pressure described later. The supply is performed as follows.
バルブ614を閉じ、バルブ318を開けて、BCl3をバルブ318の下流のガス供給管310に供給すると共に、バルブ514を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管510から供給する。BCl3はキャリアガス(N2)とバルブ318の下流側で合流し混合され、ノズル410を介して処理室201に供給される。 The valve 614 is closed and the valve 318 is opened to supply BCl 3 to the gas supply pipe 310 downstream of the valve 318 and the valve 514 is opened to supply the carrier gas (N 2 ) from the carrier gas supply pipe 510. The BCl 3 is mixed and mixed with the carrier gas (N 2 ) on the downstream side of the valve 318 and supplied to the processing chamber 201 through the nozzle 410.
バルブ624を閉じ、バルブ328を開けて、BCl3をバルブ328の下流のガス供給管320に供給すると共に、バルブ524を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管520から供給する。BCl3はキャリアガス(N2)とバルブ328の下流側で合流し混合され、ノズル420を介して処理室201に供給される。 The valve 624 is closed and the valve 328 is opened to supply BCl 3 to the gas supply pipe 320 downstream of the valve 328 and the valve 524 is opened to supply the carrier gas (N 2 ) from the carrier gas supply pipe 520. BCl 3 is mixed and mixed with the carrier gas (N 2 ) on the downstream side of the valve 328, and supplied to the processing chamber 201 through the nozzle 420.
バルブ634を閉じ、バルブ338を開けて、BCl3をバルブ338の下流のガス供給管330に供給すると共に、バルブ534を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管530から供給する。BCl3はキャリアガス(N2)とバルブ338の下流側で合流し混合され、ノズル430を介して処理室201に供給される。 The valve 634 is closed, the valve 338 is opened, BCl 3 is supplied to the gas supply pipe 330 downstream of the valve 338, and the valve 534 is opened to supply the carrier gas (N 2 ) from the carrier gas supply pipe 530. The BCl 3 is mixed and mixed with the carrier gas (N 2 ) on the downstream side of the valve 338 and supplied to the processing chamber 201 through the nozzle 430.
バルブ644を閉じ、バルブ348を開けて、O2をバルブ348の下流のガス供給管340に供給すると共に、バルブ544を開けて、キャリアガス(N2)をキャリアガス供給管540から供給する。O2はキャリアガス(N2)とバルブ348の下流側で合流し混合され、ノズル440を介して処理室201に供給される。 The valve 644 is closed and the valve 348 is opened to supply O 2 to the gas supply pipe 340 downstream of the valve 348 and the valve 544 is opened to supply the carrier gas (N 2 ) from the carrier gas supply pipe 540. O 2 is mixed and mixed with the carrier gas (N 2 ) on the downstream side of the valve 348 and supplied to the processing chamber 201 via the nozzle 440.
(BCl3およびO2封じ込め:ステップS505)
このようにして、BCl3およびO2ならびにキャリアガス(N2)を処理室201内へ供給し、処理室201内の圧力が後記する第2圧力となったところでバルブ318、328、338、348、514、524、534、544を閉じ、処理室201内へのBCl3およびO2ならびにキャリアガス(N2)の供給を停止する。これによりガス供給系を封止する。このとき、処理室201に直接つながる全てのバルブが閉じられた状態となる。すなわち、ガス供給系および排気系が共に封止された状態となる。これにより、処理室201内が封止され、処理室201内にBCl3およびO2を封じ込めた状態となる。そして、この状態、すなわち、ガス供給系および排気系を封止することで処理室201内を封止し、処理室201内にBCl3およびO2を封入した状態を所定時間維持する。
(BCl 3 and O 2 containment: step S505)
In this way, BCl 3 and O 2 and the carrier gas (N 2 ) are supplied into the processing chamber 201, and the valves 318, 328, 338, 348 are formed when the pressure in the processing chamber 201 becomes the second pressure described later. 514, 524, 534 and 544 are closed, and supply of BCl 3 and O 2 and carrier gas (N 2 ) into the processing chamber 201 is stopped. Thereby, the gas supply system is sealed. At this time, all the valves directly connected to the processing chamber 201 are closed. That is, the gas supply system and the exhaust system are both sealed. As a result, the inside of the processing chamber 201 is sealed, and BCl 3 and O 2 are sealed in the processing chamber 201. Then, this state, that is, the inside of the processing chamber 201 is sealed by sealing the gas supply system and the exhaust system, and the state in which BCl 3 and O 2 are sealed in the processing chamber 201 is maintained for a predetermined time.
バルブ318、328、338、348を閉じて処理室201内へのBCl3の供給を止めると、バルブ614、624、634を開けて、BCl3をベントライン610、620、630に流し、バルブ644を開けて、O2をベントライン640に流す。 When the supply of BCl 3 into the processing chamber 201 is stopped by closing the valves 318, 328, 338, 348, the valves 614, 624, 634 are opened and the BCl 3 is allowed to flow through the vent lines 610, 620, 630, and the valve 644 is opened. And allow O 2 to flow through the vent line 640.
(ガス除去:ステップS506)
処理室201内にBCl3およびO2を封入してから所定時間経過後、APCバルブ243を開き、排気管231を通して処理室201内の真空排気を行う。その後、バルブ514、524、534、544を開き、処理室201内にN2の不活性ガスを供給しつつ排気管231より排気し、処理室201内のガスパージを行う。
(Gas removal: Step S506)
After a predetermined time has elapsed since BCl 3 and O 2 were sealed in the processing chamber 201, the APC valve 243 is opened and the processing chamber 201 is evacuated through the exhaust pipe 231. Thereafter, the valves 514, 524, 534, and 544 are opened, and an exhaust gas is exhausted from the exhaust pipe 231 while supplying the N 2 inert gas into the process chamber 201, and the gas in the process chamber 201 is purged.
以上のステップS503〜S506を1サイクルとして、このサイクルを所定回数繰り返す(ステップS507)ことでサイクルエッチングによるクリーニングを行う。このように、クリーニングの際、APCバルブ243を一定時間閉じるステップと、APCバルブ243を一定時間開くステップと、を所定回数繰り返すようにする。すなわち、APCバルブ243の開閉を間欠的(断続的)に所定回数繰り返すようにする。サイクルエッチングによるクリーニングによれば、1サイクルあたりのエッチング量を確認しておくことで、サイクル回数によりエッチング量を制御することができる。また、連続的にエッチングガスを流してクリーニングする方式に比べ、ガスの消費量を少なくすることができる。 The above steps S503 to S506 are set as one cycle, and this cycle is repeated a predetermined number of times (step S507) to perform cleaning by cycle etching. Thus, during cleaning, the step of closing the APC valve 243 for a predetermined time and the step of opening the APC valve 243 for a predetermined time are repeated a predetermined number of times. That is, the opening and closing of the APC valve 243 is repeated a predetermined number of times intermittently (intermittently). According to cleaning by cycle etching, the etching amount can be controlled by the number of cycles by confirming the etching amount per cycle. In addition, the amount of gas consumption can be reduced as compared with a method of cleaning by flowing an etching gas continuously.
処理室201内に導入されたBCl3とO2は、処理室201内全体に拡散し、処理室201内、すなわち反応管203の内壁やボート217に付着したZrO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、TiN膜と接触し、熱的に化学反応が生じ、蒸気圧が高い反応生成物が生成され、生成された反応生成物は、排気管231から処理室201の外部へ排気される。このようにして、処理室201内のクリーニングが行われる。 BCl 3 and O 2 introduced into the processing chamber 201 are diffused throughout the processing chamber 201, and ZrO 2 film and Al 2 O 3 film adhered to the processing chamber 201, that is, the inner wall of the reaction tube 203 and the boat 217. , A TiO 2 film and a TiN film, a thermal chemical reaction occurs, and a reaction product having a high vapor pressure is generated. The generated reaction product is exhausted from the exhaust pipe 231 to the outside of the processing chamber 201. The In this way, the processing chamber 201 is cleaned.
予め設定された回数だけ上記サイクルが行われると、処理室201内を真空引きし、その後、処理室201内にN2等の不活性ガスを供給しつつ排気し、処理室201内をパージする(パージ:ステップS508)。処理室201内をパージした後、処理室201内をN2等の不活性ガスで置換し、処理室201内の圧力を大気圧に復帰する(大気圧復帰:ステップS509)。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、ボート217がマニホールド209の下端から処理室201の外部に搬出される(ボートアンロード:ステップS510)。 When the above cycle is performed a preset number of times, the inside of the processing chamber 201 is evacuated, and then the processing chamber 201 is evacuated while supplying an inert gas such as N 2 to purge the inside of the processing chamber 201. (Purge: Step S508). After purging the inside of the processing chamber 201, the inside of the processing chamber 201 is replaced with an inert gas such as N 2 and the pressure in the processing chamber 201 is returned to atmospheric pressure (return to atmospheric pressure: step S509). Thereafter, the seal cap 219 is lowered by the boat elevator 115 to open the lower end of the manifold 209, and the boat 217 is carried out of the processing chamber 201 from the lower end of the manifold 209 (boat unloading: step S510).
なお、上記サイクルエッチングによるクリーニングの処理条件としては、
第1圧力:1.33〜13300Pa、
第2圧力:13.3〜66500Pa、好ましくは13300〜26600Pa、
BCl3供給流量:0.5〜5slm、
O2供給流量:0.01〜0.1slm、
BCl3およびO2ガス供給時間(遷移時間):0.1〜15min、
BCl3およびO2ガス封入時間(封入時間):0.1〜15min、
排気時間:0.1〜10min、
サイクル数:1〜100回、
が例示され、それぞれのクリーニング条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでクリーニングがなされる。
In addition, as the processing conditions of the cleaning by the cycle etching,
First pressure: 1.33 to 13300 Pa,
Second pressure: 13.3 to 66500 Pa, preferably 13300 to 26600 Pa,
BCl 3 supply flow rate: 0.5-5 slm,
O 2 supply flow rate: 0.01 to 0.1 slm,
BCl 3 and O 2 gas supply time (transition time): 0.1 to 15 min,
BCl 3 and O 2 gas encapsulation time (encapsulation time): 0.1 to 15 min,
Exhaust time: 0.1 to 10 min,
Number of cycles: 1 to 100 times
The cleaning is performed by keeping each cleaning condition constant at a certain value within each range.
本実施の形態では、TiN膜22からなる下電極23、ZrO2膜32、Al2O3膜34およびTiO2膜36から成る誘電体膜30、TiN膜42からなる上電極43を同一の基板処理装置101で形成するので、半導体装置に用いられるキャパシタを効率よく、しかも少ない占有床面積で行うことができる。また、装置の共通化によりスペア部品の共通化が可能となり装置運用費の低減が図れる。 In the present embodiment, the lower electrode 23 made of the TiN film 22, the dielectric film 30 made of the ZrO 2 film 32, the Al 2 O 3 film 34 and the TiO 2 film 36, and the upper electrode 43 made of the TiN film 42 are formed on the same substrate. Since the processing apparatus 101 is used, a capacitor used in the semiconductor device can be efficiently performed with a small occupied floor area. Also, by sharing the apparatus, it is possible to share spare parts, and the apparatus operating cost can be reduced.
また、本実施の形態の基板処理装置101は、ウエハ200を収容する処理室201と、処理室201に、Zrを含む原料(TEMAZ)を供給する原料供給系301と、処理室201に、Alを含む原料(TMA)を供給する原料供給系302と、処理室201に、Tiを含む原料(TiCl4)を供給する原料供給系303と、処理室201に、酸化剤であるO3を供給する酸化剤供給系304と、処理室201に、窒化剤であるNH3を供給する窒化剤供給系305と、コントローラ280とを、備え、このコントローラ280は、TEMAZとO3を処理室201に交互に供給してZrO2膜32を形成した後、TMAとO3を処理室201に交互に供給してAl2O3膜34を形成し、TiCl4とO3を処理室201に交互に供給してTiO2膜36を形成することでZrO2膜32、Al2O3膜34およびTiO2膜36を有する誘電体膜30をウエハ200上に形成し、TiCl4とNH3を処理室201に交互に供給してTiN膜42からなる上電極43を形成するよう、原料供給系301、原料供給系302、原料供給系303、酸化剤供給系304および窒化剤供給系305を制御している。 Further, the substrate processing apparatus 101 of the present embodiment includes a processing chamber 201 that accommodates the wafer 200, a raw material supply system 301 that supplies a raw material (TEMAZ) containing Zr to the processing chamber 201, and an Al in the processing chamber 201. A raw material supply system 302 that supplies a raw material (TMA) containing oxygen, a raw material supply system 303 that supplies a raw material (TiCl 4 ) containing Ti to the processing chamber 201, and O 3 that is an oxidizing agent is supplied to the processing chamber 201. An oxidant supply system 304, a processing chamber 201, a nitriding agent supply system 305 for supplying NH 3 as a nitriding agent, and a controller 280. The controller 280 supplies TEMAZ and O 3 to the processing chamber 201. after forming the ZrO 2 film 32 is supplied alternately by alternately supplying TMA and O 3 into the processing chamber 201 to form an Al 2 O 3 film 34, the TiCl 4 and O 3 into the processing chamber 201 A dielectric film 30 having a ZrO 2 film 32, Al 2 O 3 film 34 and the TiO 2 film 36 by forming the TiO 2 film 36 is formed on the wafer 200 to each other supplied with TiCl 4 and NH 3 The raw material supply system 301, the raw material supply system 302, the raw material supply system 303, the oxidant supply system 304 and the nitriding agent supply system 305 are controlled so that the upper electrode 43 made of the TiN film 42 is formed by being alternately supplied to the processing chamber 201. is doing.
従って、ZrO2膜32、Al2O3膜34およびTiO2膜36から成る誘電体膜30、TiN膜42からなる上電極43を同一の基板処理装置101で形成でき、半導体装置に用いられるキャパシタを効率よく、しかも少ない占有床面積で行うことができる。また、装置の共通化によりスペア部品の共通化が可能となり装置運用費の低減が図れる。 Accordingly, the dielectric film 30 composed of the ZrO 2 film 32, the Al 2 O 3 film 34 and the TiO 2 film 36, and the upper electrode 43 composed of the TiN film 42 can be formed by the same substrate processing apparatus 101, and the capacitor used in the semiconductor device Can be carried out efficiently and with a small occupied floor area. Also, by sharing the apparatus, it is possible to share spare parts, and the apparatus operating cost can be reduced.
また、本実施の形態では、TEMAZとO3を処理室201に交互に供給してZrO2膜32を形成し、TMAとO3を処理室201に交互に供給してAl2O3膜34を形成し、TiCl4とO3を処理室201に交互に供給してTiO2膜36を形成して誘電体膜30を形成し、TiCl4とNH3を処理室201に交互に供給してTiN膜42からなる上電極43を形成しているので、シリンダー状等の立体形状であって、その形状が縮小された形状のキャパシタ構造であっても、均一な誘電体膜や電極膜が被覆性よく形成できる。 In this embodiment, TEMAZ and O 3 are alternately supplied to the processing chamber 201 to form the ZrO 2 film 32, and TMA and O 3 are alternately supplied to the processing chamber 201 to obtain the Al 2 O 3 film 34. TiCl 4 and O 3 are alternately supplied to the processing chamber 201 to form the TiO 2 film 36 to form the dielectric film 30, and TiCl 4 and NH 3 are alternately supplied to the processing chamber 201. Since the upper electrode 43 made of the TiN film 42 is formed, a uniform dielectric film or electrode film is covered even if the capacitor structure has a three-dimensional shape such as a cylinder and a reduced shape. It can be formed well.
また、TiCl4とO3を処理室201に交互に供給してTiO2膜36を3層誘電体膜30の上層として形成し、TiCl4とNH3を処理室201に交互に供給してTiN膜42からなる上電極43を形成しているので、TiO2膜36の形成後に、連続してTiN膜42からなる上電極43を形成できる。すなわち、処理室201からウエハ200を搭載したボート217を取り出すことなく、ウエハ200を搭載したボート217を同じ処理室201に挿入したまま、処理室201の温度を変更し、ガスの種類を変更するだけで、TiO2膜36の形成後に、連続してTiN膜42からなる上電極43を形成できるので、大幅な時間短縮が可能となる。 Further, TiCl 4 and O 3 are alternately supplied to the processing chamber 201 to form a TiO 2 film 36 as an upper layer of the three-layer dielectric film 30, and TiCl 4 and NH 3 are alternately supplied to the processing chamber 201 to form TiN. Since the upper electrode 43 made of the film 42 is formed, the upper electrode 43 made of the TiN film 42 can be continuously formed after the formation of the TiO 2 film 36. That is, without removing the boat 217 loaded with the wafers 200 from the processing chamber 201, the temperature of the processing chamber 201 is changed and the gas type is changed while the boat 217 loaded with the wafers 200 is inserted into the same processing chamber 201. Thus, since the upper electrode 43 made of the TiN film 42 can be continuously formed after the TiO 2 film 36 is formed, the time can be significantly reduced.
図14に、誘電体膜30の形成と、上電極43用のTiN膜42の形成を、処理室201からウエハ200を搭載したボート217を取り出すことなく挿入したままで連続して行う場合(連続の場合)の処理時間と、誘電体膜30を形成した後、処理室201からウエハ200を搭載したボート217を取り出し、ボート217からウエハ200を搬出し、別の処理装置までウエハ200を搬送し、別の処理装置でウエハ200をボートに搭載し、ウエハ200を搭載したボートを別の処理装置の処理室に搬入して、上電極43用のTiN膜42の形成を行う場合(別々の場合)の処理時間を、模式的に示している。 FIG. 14 shows a case where the formation of the dielectric film 30 and the formation of the TiN film 42 for the upper electrode 43 are performed continuously without removing the boat 217 loaded with the wafers 200 from the processing chamber 201 (continuous). In this case, after forming the dielectric film 30, the boat 217 carrying the wafers 200 is taken out from the processing chamber 201, the wafers 200 are unloaded from the boat 217, and the wafers 200 are transferred to another processing apparatus. When the wafer 200 is mounted on a boat by another processing apparatus, and the boat on which the wafer 200 is mounted is loaded into a processing chamber of another processing apparatus to form the TiN film 42 for the upper electrode 43 (separate cases) ) Is schematically shown.
図14に示すように、誘電体膜30の形成と上電極43用のTiN膜42の形成を連続で処理する事で、別々の場合の前処理時問(基板搬入、ボート挿入、真空引き、温度安定など)、後処理時間(窒素パージ、ボート取り出し、基板冷却、基板搬出)、処理済基板の運搬時間および処理待ち時間が、連続の場合のガス置換時間に置き換わることになり大幅な時間短縮が可能となる。 As shown in FIG. 14, the formation of the dielectric film 30 and the formation of the TiN film 42 for the upper electrode 43 are continuously processed, so that the pre-processing time in different cases (substrate loading, boat insertion, vacuum drawing, Such as temperature stabilization), post-processing time (nitrogen purge, boat removal, substrate cooling, substrate unloading), transport time of processed substrate and processing waiting time are replaced by continuous gas replacement time, greatly reducing time Is possible.
また、TiCl4とO3を処理室201に交互に供給してTiO2膜36を3層誘電体膜30の上層として形成し、TiCl4とNH3を処理室201に交互に供給してTiN膜42からなる上電極43を形成しているので、Ti供給用配管が供給でき、その分装置構成が簡単になる。 Further, TiCl 4 and O 3 are alternately supplied to the processing chamber 201 to form a TiO 2 film 36 as an upper layer of the three-layer dielectric film 30, and TiCl 4 and NH 3 are alternately supplied to the processing chamber 201 to form TiN. Since the upper electrode 43 made of the film 42 is formed, Ti supply piping can be supplied, and the configuration of the apparatus is simplified correspondingly.
上記実施の形態では、図4に示すように、ZrO2膜32の形成(ステップS106)、Al2O3膜34の形成(ステップS108)、TiO2膜36の形成(ステップS110)を行い、その後、連続してTiN膜42からなる上電極43を形成し(ステップS112)、その後にガスクリーニング(ステップS114)を行って、ZrO2膜、Al2O3膜、TiO2膜、TiN膜を除去することにより、各工程間のクロスコンタミネーションを低減したが、図15に示すように、ZrO2膜32の形成(ステップS106)、Al2O3膜34の形成(ステップS108)、TiO2膜36の形成(ステップS110)を行って誘電体膜30を形成した後、ガスクリーニング(ステップS111)を行い、その後、TiN膜42からなる上電極43を形成し(ステップS112)、その後にガスクリーニング(ステップS114)を行うと、誘電体膜30(ZrO2膜、Al2O3膜、TiO2膜)形成と上電極43(TiN膜)形成との間のクロスコンタミネーションをより有効に低減することができる。 In the above embodiment, as shown in FIG. 4, the ZrO 2 film 32 is formed (Step S106), the Al 2 O 3 film 34 is formed (Step S108), and the TiO 2 film 36 is formed (Step S110). Thereafter, the upper electrode 43 made of the TiN film 42 is continuously formed (step S112), and then the gas cleaning (step S114) is performed to form the ZrO 2 film, the Al 2 O 3 film, the TiO 2 film, and the TiN film. by removing has been reduced cross-contamination between processes, as shown in FIG. 15, the formation of ZrO 2 film 32 (step S106), the formation of the Al 2 O 3 film 34 (step S108), TiO 2 After the formation of the film 36 (step S110) to form the dielectric film 30, gas cleaning (step S111) is performed, and then TiN 42 an electrode 43 is formed on consisting (step S112), the subsequent performing gas cleaning (step S114), the dielectric film 30 (ZrO 2 film, Al 2 O 3 film, TiO 2 film) formed with the upper electrode 43 Cross contamination during the formation of (TiN film) can be more effectively reduced.
さらに、図16に示すように、ZrO2膜32の形成(ステップS106)とAl2O3膜34の形成(ステップS108)との間にガスクリーニング(ステップS107)を行い、Al2O3膜34の形成(ステップS108)とTiO2膜36の形成(ステップS110)との間にもガスクリーニング(ステップS109)を行うと、誘電体膜30を構成するZrO2膜32形成と、Al2O3膜34形成と、TiO2膜36形成との間のクロスコンタミネーションをより有効に低減することができる。 Further, as shown in FIG. 16, gas cleaning (step S107) is performed between the formation of the ZrO 2 film 32 (step S106) and the formation of the Al 2 O 3 film 34 (step S108) to obtain an Al 2 O 3 film. When gas cleaning (step S109) is also performed between the formation of step 34 (step S108) and the formation of the TiO 2 film 36 (step S110), formation of the ZrO 2 film 32 constituting the dielectric film 30 and Al 2 O Cross-contamination between the formation of the three films 34 and the formation of the TiO 2 film 36 can be more effectively reduced.
上記実施の形態では、下電極23を形成した後に、ウエハ200を処理室201からディスチャージしたが、下電極23を図5Fのようにシリンダーホール20等を形成するように加工をしない場合には、ウエハ200を処理室201からディスチャージせずにそのままプロセス条件を変更して誘電膜30成膜プロセス(図4のステップS106、S108,S110)に入っても良い。 In the above embodiment, after forming the lower electrode 23, the wafer 200 is discharged from the processing chamber 201. However, when the lower electrode 23 is not processed to form the cylinder hole 20 or the like as shown in FIG. 5F, The process conditions may be changed as they are without discharging the wafer 200 from the processing chamber 201 and the process for forming the dielectric film 30 (steps S106, S108, and S110 in FIG. 4) may be entered.
上記実施の形態では、チタン含有原料として、四塩化チタン(TiCl4)を使用したが、四塩化チタン(TiCl4)に代えて、テトラキスジメチルアミノチタン(TDMAT、Ti[N(CH3)2]4)、テトラキスジエチルアミノチタン(TDEAT、Ti[N(CH2CH3)2]4)等と使用してもよい。 In the above embodiment, as the titanium-containing raw material, but using titanium tetrachloride (TiCl 4), in place of the titanium tetrachloride (TiCl 4), tetrakis-dimethylamino titanium (TDMAT, Ti [N (CH 3) 2] 4 ), tetrakisdiethylaminotitanium (TDEAT, Ti [N (CH 2 CH 3 ) 2 ] 4 ) and the like.
また、上記実施の形態では、ジルコニウム含有原料として、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム(TEMAZ、Zr(NEtMe)4)を使用したが、TEMAZに代えて、Zr(O−tBu)4、Zr(NMe2)4、Zr(NEt2)4、Zr(MMP)4等と使用してもよい。 In the above embodiment, tetrakisethylmethylaminozirconium (TEMAZ, Zr (NEtMe) 4 ) is used as the zirconium-containing raw material, but Zr (O-tBu) 4 , Zr (NMe 2 ) is used instead of TEMAZ. 4 , Zr (NEt 2 ) 4 , Zr (MMP) 4 or the like.
また、上記実施の形態では、アルミニウム含有原料として、トリメチルアルミニウム(TMA、Al(CH3)3)使用したが、TMAに代えて、塩化アルミニウム(AlCl3))等を使用してもよい。 In the above embodiment, trimethylaluminum (TMA, Al (CH 3 ) 3 ) is used as the aluminum-containing raw material, but aluminum chloride (AlCl 3 ) or the like may be used instead of TMA.
また、上記実施の形態では、酸化剤として、O3を使用したが、O3に代えて、O2、NO、O3、H2O、H2+O2等を使用してもよい。 In the above embodiment, as the oxidizing agent, but using O 3, in place of O 3, O 2, NO, O 3, H 2 O, may be used H 2 + O 2 or the like.
また、上記実施の形態では、窒化剤として、アンモニア(NH3)を使用したが、アンモニアに代えて、窒素(N2)、亜酸化窒素(N2O)、モノメチルヒドラジン(CH6N2)等を使用してもよい。 In the above embodiment, ammonia (NH 3 ) is used as the nitriding agent. However, instead of ammonia, nitrogen (N 2 ), nitrous oxide (N 2 O), monomethylhydrazine (CH 6 N 2 ) Etc. may be used.
また、上記実施の形態では、クリーニングガスとして、BCl3を使用したが、BCl3に代えて、BBr3、BI3等を使用してもよい。 In the above embodiment, BCl 3 is used as the cleaning gas, but BBr 3 , BI 3, etc. may be used instead of BCl 3 .
また、上記実施の形態では、キャリアガスとして、N2(窒素)を使用したが、窒素に代えて、He(ヘリウム)、Ne(ネオン)、Ar(アルゴン)等を使用してもよい。 In the above embodiment, N 2 (nitrogen) is used as the carrier gas, but He (helium), Ne (neon), Ar (argon), or the like may be used instead of nitrogen.
また、上記実施の形態では、クリーニングガス時に、BCl3にO2を添加したが、酸化ジルコニウム膜、酸化アルミニウム膜および酸化チタン膜をクリーニングするにはO2を添加した方がいいが、窒化チタン膜はO2を添加しなくてもクリーニング除去可能である。 In the above embodiment, O 2 is added to BCl 3 in the cleaning gas. However, it is better to add O 2 to clean the zirconium oxide film, the aluminum oxide film, and the titanium oxide film. The film can be removed by cleaning without adding O 2 .
また、上記実施の形態では、液体原料を気化するのに、気化器315、325、335を使用したが、気化器に代えてバブラーを使用してもよい。 In the above embodiment, the vaporizers 315, 325, and 335 are used to vaporize the liquid raw material, but a bubbler may be used instead of the vaporizer.
(本発明の好ましい態様)
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
(Preferred embodiment of the present invention)
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.
(付記1)
本発明の好ましい一態様によれば、
基板上に下電極を形成する工程と、
前記下電極の上に、それぞれ異なる金属元素を含む3種の金属酸化膜を積層して誘電膜を形成する工程と、
前記誘電膜の上に、上電極を形成する工程と、
を有し、前記各工程は同一の装置で行う半導体装置の製造方法が提供される。
(Appendix 1)
According to a preferred aspect of the present invention,
Forming a lower electrode on the substrate;
Forming a dielectric film by laminating three kinds of metal oxide films each containing a different metal element on the lower electrode;
Forming an upper electrode on the dielectric film;
There is provided a method for manufacturing a semiconductor device in which the steps are performed by the same apparatus.
(付記2)
付記1の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記各工程は同一の処理室内で行う。
(Appendix 2)
The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, wherein each step is preferably performed in the same processing chamber.
(付記3)
付記1または2の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記誘電膜を形成する工程と、上電極を形成する工程は連続して行う。
(Appendix 3)
The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 1 or 2, wherein the step of forming the dielectric film and the step of forming the upper electrode are preferably performed successively.
(付記4)
付記3の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記誘電膜を形成する工程の後に、前記誘電膜を形成した前記基板を、前記誘電膜を形成する工程で使用した処理室から取り出すことなく挿入したままで、前記上電極を形成する工程を行う。
(Appendix 4)
The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 3, preferably, after the step of forming the dielectric film, the substrate on which the dielectric film is formed is taken out from the processing chamber used in the step of forming the dielectric film. The process of forming the said upper electrode is performed with it inserted without any change.
(付記5)
付記1〜4のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記誘電膜を形成する工程は、
前記基板を収容した処理室への第1の金属元素を含む第1の原料の供給と前記処理室への酸化剤の供給とを交互に行って第1の金属酸化膜を形成する工程と、
前記基板を収容した前記処理室への前記第1の金属元素とは異なる第2の金属元素を含む第2の原料の供給と前記処理室への前記酸化剤の供給とを交互に行って第2の金属酸化膜を形成する工程と、
前記基板を収容した前記処理室への前記第1の金属元素および前記第2の金属元素とは異なる第3の金属元素を含む第3の原料の供給と前記処理室への前記酸化剤の供給とを交互に行って第3の金属酸化膜を形成する工程と、を含み、
前記誘電膜の上に、上電極を形成する工程は、
前記基板を収容した前記処理室への第4の金属元素を含む第4の原料の供給と前記処理室への窒化剤の供給とを交互に行って金属窒化膜を形成する工程、を含む。
(Appendix 5)
A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 4, preferably,
The step of forming the dielectric film includes
Forming the first metal oxide film by alternately supplying the first raw material containing the first metal element to the processing chamber containing the substrate and supplying the oxidizing agent to the processing chamber;
Supplying a second raw material containing a second metal element different from the first metal element to the processing chamber containing the substrate and supplying the oxidizing agent to the processing chamber alternately are performed. Forming a metal oxide film 2;
Supply of the third raw material containing the first metal element and the third metal element different from the second metal element to the processing chamber containing the substrate, and supply of the oxidizing agent to the processing chamber And alternately forming a third metal oxide film, and
The step of forming an upper electrode on the dielectric film includes:
Forming a metal nitride film by alternately supplying a fourth raw material containing a fourth metal element to the processing chamber containing the substrate and supplying a nitriding agent to the processing chamber.
(付記6)
付記5の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記第3の金属元素と前記第4の金属元素は同一である。
(Appendix 6)
The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 5, wherein the third metal element and the fourth metal element are preferably the same.
(付記7)
付記6の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記第3の原料と前記第4の原料は同一である。
(Appendix 7)
The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 6, wherein the third raw material and the fourth raw material are preferably the same.
(付記8)
付記7の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記第3の原料と前記第4の原料は同一の原料供給系から供給する。
(Appendix 8)
The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 7, wherein the third raw material and the fourth raw material are preferably supplied from the same raw material supply system.
(付記9)
付記6〜8のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記第3の金属元素と前記第4の金属元素はチタンである。
(Appendix 9)
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 6 to 8, preferably, the third metal element and the fourth metal element are titanium.
(付記10)
付記5の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、第1の金属元素はジルコニウムであり、第2の金属元素はアルミニウムであり、前記第3の金属元素と前記第4の金属元素はチタンである。
(Appendix 10)
The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 5, wherein the first metal element is preferably zirconium, the second metal element is aluminum, and the third metal element and the fourth metal element are titanium. It is.
(付記11)
付記10の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、第1の金属酸化膜は酸化ジルコニウム膜であり、第2の金属酸化膜は酸化アルミニウム膜であり、前記第3の金属酸化膜は酸化チタン膜であり、前記金属窒化膜は窒化チタン膜である。
(Appendix 11)
The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 10, wherein the first metal oxide film is preferably a zirconium oxide film, the second metal oxide film is an aluminum oxide film, and the third metal oxide film is oxidized. It is a titanium film, and the metal nitride film is a titanium nitride film.
(付記12)
付記5〜11のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記第3の原料および前記第4の原料はTiCl4である。
(Appendix 12)
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 5 to 11, wherein the third material and the fourth material are preferably TiCl 4 .
(付記13)
付記5〜12のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記酸化剤はO3である。
(Appendix 13)
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 5 to 12, wherein the oxidant is preferably O 3 .
(付記14)
付記5〜13のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記窒化剤はNH3である。
(Appendix 14)
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 5 to 13, wherein the nitriding agent is preferably NH 3 .
(付記15)
付記1〜4のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記下電極及び前記上電極は窒化チタン膜であり、前記誘電膜を構成する3種の金属酸化膜は酸化ジルコニウム膜、酸化アルミニウム膜及び酸化チタン膜である。
(Appendix 15)
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 4, wherein the lower electrode and the upper electrode are titanium nitride films, and the three metal oxide films constituting the dielectric film are zirconium oxide films An aluminum oxide film and a titanium oxide film.
(付記16)
付記1〜15のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記誘電膜と前記上電極を形成した後にガスクリーニングを行う。
(Appendix 16)
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 15, wherein gas cleaning is preferably performed after the dielectric film and the upper electrode are formed.
(付記17)
付記1〜16のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記誘電膜を形成した後、前記上電極を形成する工程の前にガスクリーニングを行う。
(Appendix 17)
In the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 16, preferably, after the dielectric film is formed, gas cleaning is performed before the step of forming the upper electrode.
(付記18)
付記1〜16のいずれかの半導体装置の製造方法であって、好ましくは、前記誘電膜を形成する際は、各金属酸化膜を形成する毎にガスクリーニングを行う。
(Appendix 18)
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 16, preferably, when forming the dielectric film, gas cleaning is performed each time each metal oxide film is formed.
(付記19)
本発明の好ましい他の態様によれば、
基板を収容する処理室と、
前記処理室に、第1の金属元素を含む第1の原料を供給する第1の原料供給系と、
前記処理室に、前記第1の金属元素とは異なる第2の金属元素を含む第2の原料を供給する第2の原料供給系と、
前記処理室に、前記第1の金属元素および前記第2の金属元素とは異なる第3の金属元素を含む第3の原料を供給する第3の原料供給系と、
前記処理室に、酸化剤を供給する酸化剤供給系と、
前記処理室に、窒化剤を供給する窒化剤供給系と、
前記第1の原料と前記酸化剤を処理室へ交互に供給して第1の金属酸化膜を形成した後、該第1の金属酸化膜の上に前記第2の原料と前記酸化剤を処理室へ交互に供給して第2の金属酸化膜を形成し、該第2の金属酸化膜の上に前記第3の原料と前記酸化剤を処理室へ交互に供給して第3の金属酸化膜を形成することで前記第1の金属酸化膜、前記第2の金属酸化膜及び前記第3の金属酸化膜を有する誘電膜を前記基板上に形成し、前記第3の原料と前記窒化剤を処理室へ交互に供給することにより前記誘電膜の上に上電極を形成するよう前記第1の原料供給系、前記第2の原料供給系、前記第3の原料供給系、前記酸化剤供給系及び前記窒化剤供給系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。
(Appendix 19)
According to another preferred aspect of the invention,
A processing chamber for accommodating the substrate;
A first raw material supply system for supplying a first raw material containing a first metal element to the processing chamber;
A second raw material supply system for supplying a second raw material containing a second metal element different from the first metal element to the processing chamber;
A third raw material supply system for supplying a third raw material containing a third metal element different from the first metal element and the second metal element to the processing chamber;
An oxidizing agent supply system for supplying an oxidizing agent to the processing chamber;
A nitriding agent supply system for supplying a nitriding agent to the processing chamber;
The first raw material and the oxidizing agent are alternately supplied to the processing chamber to form a first metal oxide film, and then the second raw material and the oxidizing agent are processed on the first metal oxide film. A second metal oxide film is formed by alternately supplying to the chamber, and a third metal oxide film is formed by alternately supplying the third raw material and the oxidizing agent to the processing chamber on the second metal oxide film. A dielectric film having the first metal oxide film, the second metal oxide film, and the third metal oxide film is formed on the substrate by forming a film, and the third raw material and the nitriding agent are formed. The first raw material supply system, the second raw material supply system, the third raw material supply system, and the oxidant supply so as to form an upper electrode on the dielectric film by alternately supplying the gas to the processing chamber A control unit for controlling the system and the nitriding agent supply system;
A substrate processing apparatus is provided.
(付記20)
本発明の好ましいさらに他の態様によれば、
被処理体の表面にキャパシタ用下電極の金属窒化膜を成膜する工程と、
前記下電極の金属窒化膜上に誘電膜を成膜する工程と、
前記誘電膜上にキャパシタ用上電極の金属窒化膜を成膜する工程と、を
同一の半導体製造装置の処理容器内で行う成膜方法が提供される。
(Appendix 20)
According to still another preferred aspect of the present invention,
Forming a metal nitride film of a capacitor lower electrode on the surface of the object to be processed;
Forming a dielectric film on the metal nitride film of the lower electrode;
There is provided a film forming method for forming a metal nitride film of an upper electrode for a capacitor on the dielectric film in a processing container of the same semiconductor manufacturing apparatus.
(付記21)
付記20の成膜方法であって、好ましくは、前記誘電膜を形成する工程と前記キャパシタ用上電極の金属窒化膜を形成する工程とを連続して同一の半導体製造装置の処理容器内で行う。
(Appendix 21)
The film forming method according to appendix 20, preferably, the step of forming the dielectric film and the step of forming the metal nitride film of the capacitor upper electrode are continuously performed in a processing container of the same semiconductor manufacturing apparatus. .
(付記22)
付記20または21の成膜方法であって、好ましくは、前記キャパシタ用上電極の金属窒化膜は、前記上電極の金属窒化膜の金属を含む金属原料と窒素含有還元剤とを交互に前記処理容器内に供給して成膜し、前記誘電膜は、前記誘電膜を構成する金属を含む金属原料と酸化剤とを交互に前記処理容器内に供給して成膜する。
(Appendix 22)
The film forming method according to appendix 20 or 21, wherein the metal nitride film of the upper electrode for a capacitor is preferably formed by alternately treating a metal raw material containing a metal and a nitrogen-containing reducing agent in the metal nitride film of the upper electrode. The dielectric film is formed by supplying a metal material containing a metal constituting the dielectric film and an oxidizing agent alternately into the processing container.
(付記23)
付記22の成膜方法であって、好ましくは、前記上電極の金属窒化膜の金属を含む金属原料はTiCl4であり、前記窒素含有還元剤はNH3である。
(Appendix 23)
The film forming method according to appendix 22, wherein the metal raw material containing metal of the metal nitride film of the upper electrode is preferably TiCl 4 and the nitrogen-containing reducing agent is NH 3 .
(付記24)
付記22または23の成膜方法であって、好ましくは、前記誘電膜を構成する金属を含む金属原料はTiCl4であり、前記酸化剤はO3またはH2Oである。
(Appendix 24)
The film forming method according to appendix 22 or 23, wherein the metal raw material including the metal constituting the dielectric film is TiCl 4 , and the oxidizing agent is O 3 or H 2 O.
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。 While various typical embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. Accordingly, the scope of the invention is limited only by the following claims.
20 シリンダーホール
22、42 窒化チタン膜(TiN膜)
23 下電極
30 誘電体膜
32 ZrO2膜
34 Al2O3膜
36 TiO2膜
43 上電極
101 基板処理装置
115 ボートエレベータ
200 ウエハ
201 処理室
202 処理炉
203 反応管
207 ヒータ
209 マニホールド
217 ボート
218 ボート支持台
219 シールキャップ
231、232 排気管
243 APCバルブ
245 圧力センサ
246 真空ポンプ
250 加熱用電源
263 温度センサ
267 回転機構
280 コントローラ
301、302、303、304、305 ガス供給系
310、311、312、320、312、322、330、331、332、340、341、342、350、351 ガス供給管
313、314、323、324、333、334、343、344、353、512、522、532、542、552 マスフローコントローラ
313、323、333 液体マスフローコントローラ
315、325、335 気化器
316、317、318、326、327、328、336、337、336、346、347、348、358、514、524、534、544、554、614、624、634、644、654 バルブ
410、420、430、440、450 ノズル
410a、420a、430a、440a、450a ガス供給孔
510、520、530、540、550 キャリアガス供給管
610、620、630、640、650 ベントライン
20 Cylinder hole 22, 42 Titanium nitride film (TiN film)
23 Lower electrode 30 Dielectric film 32 ZrO 2 film 34 Al 2 O 3 film 36 TiO 2 film 43 Upper electrode 101 Substrate processing apparatus 115 Boat elevator 200 Wafer 201 Processing chamber 202 Processing furnace 203 Reaction tube 207 Heater 209 Manifold 217 Boat 218 Boat Support base 219 Seal cap 231, 232 Exhaust pipe 243 APC valve 245 Pressure sensor 246 Vacuum pump 250 Power supply 263 Temperature sensor 267 Rotating mechanism 280 Controller 301, 302, 303, 304, 305 Gas supply system 310, 311, 312, 320 , 312, 322, 330, 331, 332, 340, 341, 342, 350, 351 Gas supply pipes 313, 314, 323, 324, 333, 334, 343, 344, 353, 512, 522, 532, 5 2,552 Mass flow controller 313, 323, 333 Liquid mass flow controller 315, 325, 335 Vaporizer 316, 317, 318, 326, 327, 328, 336, 337, 336, 346, 347, 348, 358, 514, 524, 534, 544, 554, 614, 624, 634, 644, 654 Valve 410, 420, 430, 440, 450 Nozzle 410a, 420a, 430a, 440a, 450a Gas supply hole 510, 520, 530, 540, 550 Carrier gas supply Pipe 610, 620, 630, 640, 650 Vent line
Claims (5)
前記下電極の上に、それぞれ異なる金属元素を含む3種の金属酸化膜を積層して誘電膜を形成する工程と、
前記誘電膜の上に、上電極を形成する工程と、
を有し、前記各工程は同一の装置で行う半導体装置の製造方法。 Forming a lower electrode on the substrate;
Forming a dielectric film by laminating three kinds of metal oxide films each containing a different metal element on the lower electrode;
Forming an upper electrode on the dielectric film;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein each step is performed by the same device.
前記処理室に、第1の金属元素を含む第1の原料を供給する第1の原料供給系と、
前記処理室に、前記第1の金属元素とは異なる第2の金属元素を含む第2の原料を供給する第2の原料供給系と、
前記処理室に、前記第1の金属元素および前記第2の金属元素とは異なる第3の金属元素を含む第3の原料を供給する第3の原料供給系と、
前記処理室に、酸化剤を供給する酸化剤供給系と、
前記処理室に、窒化剤を供給する窒化剤供給系と、
前記第1の原料と前記酸化剤を処理室へ交互に供給して第1の金属酸化膜を形成した後、該第1の金属酸化膜の上に前記第2の原料と前記酸化剤を処理室へ交互に供給して第2の金属酸化膜を形成し、該第2の金属酸化膜の上に前記第3の原料と前記酸化剤を処理室へ交互に供給して第3の金属酸化膜を形成することで前記第1の金属酸化膜、前記第2の金属酸化膜及び前記第3の金属酸化膜を有する誘電膜を前記基板上に形成し、前記第3の原料と前記窒化剤を処理室へ交互に供給することにより前記誘電膜の上に上電極を形成するよう前記第1の原料供給系、前記第2の原料供給系、前記第3の原料供給系、前記酸化剤供給系及び前記窒化剤供給系を制御する制御部と、
を有する基板処理装置。 A processing chamber for accommodating the substrate;
A first raw material supply system for supplying a first raw material containing a first metal element to the processing chamber;
A second raw material supply system for supplying a second raw material containing a second metal element different from the first metal element to the processing chamber;
A third raw material supply system for supplying a third raw material containing a third metal element different from the first metal element and the second metal element to the processing chamber;
An oxidizing agent supply system for supplying an oxidizing agent to the processing chamber;
A nitriding agent supply system for supplying a nitriding agent to the processing chamber;
The first raw material and the oxidizing agent are alternately supplied to the processing chamber to form a first metal oxide film, and then the second raw material and the oxidizing agent are processed on the first metal oxide film. A second metal oxide film is formed by alternately supplying to the chamber, and a third metal oxide film is formed by alternately supplying the third raw material and the oxidizing agent to the processing chamber on the second metal oxide film. A dielectric film having the first metal oxide film, the second metal oxide film, and the third metal oxide film is formed on the substrate by forming a film, and the third raw material and the nitriding agent are formed. The first raw material supply system, the second raw material supply system, the third raw material supply system, and the oxidant supply so as to form an upper electrode on the dielectric film by alternately supplying the gas to the processing chamber A control unit for controlling the system and the nitriding agent supply system;
A substrate processing apparatus.
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