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TWI871487B - 基板處理方法、半導體裝置之製造方法、程式及基板處理裝置 - Google Patents

基板處理方法、半導體裝置之製造方法、程式及基板處理裝置 Download PDF

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TWI871487B
TWI871487B TW110131783A TW110131783A TWI871487B TW I871487 B TWI871487 B TW I871487B TW 110131783 A TW110131783 A TW 110131783A TW 110131783 A TW110131783 A TW 110131783A TW I871487 B TWI871487 B TW I871487B
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小川有人
栗林幸永
Original Assignee
日商國際電氣股份有限公司
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Abstract

本發明係可提升含金屬膜之電氣特性、產能中之至少任一項。
本發明具有：(a)將基板收容於處理容器中的步驟；(b)對基板供給含金屬氣體的步驟；(c)對基板供給第1還原氣體的步驟；以及(d)對基板供給與第1還原氣體不同的第2還原氣體之步驟；藉由將(b)、(c)及(d)進行一次以上，而在基板上形成含金屬膜。

Description

基板處理方法、半導體裝置之製造方法、程式及 基板處理裝置
本發明係關於半導體裝置之製造方法、記錄媒體及基板處理裝置。
具三維構造的NAND型快閃記憶體、DRAM的字元線，例如使用低電阻的鎢(W)膜。又，在該W膜與絕緣膜間的阻障膜係例如有使用氮化鈦(TiN)膜(例如參照專利文獻1與專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2011-66263號公報
[專利文獻2]國際公開第2019/058608號冊子
然而，隨三維構造NAND型快閃記憶體的高層化，蝕刻變得困難，故字元線的薄膜化已成課題。
為解決此課題，有時取代使用如上述之TiN膜與W膜，而改為形成並使用鉬(Mo)膜。但是，為形成低電阻且異物少的Mo膜，必需長時間流動大流量的H 2氣體。所以，產能降低成為課題。
本發明之目的在於提供一種技術，其可提升含金屬膜之電氣特性、及產能中之至少任一項。
根據本發明之一態樣，提供一種技術，其係具有： (a)將基板收容於處理容器中的步驟； (b)對上述基板供給含金屬氣體的步驟； (c)對上述基板供給第1還原氣體的步驟；以及 (d)對上述基板供給與上述第1還原氣體不同的第2還原氣體之步驟； 藉由將(b)、(c)及(d)進行一次以上，而在上述基板上形成含金屬膜。
根據本發明，可提升含金屬膜之電氣特性、產能中之至少任一項。
以下，一面參照圖1~4一面進行說明。另外，以下說明中所使用的圖式均為示意而已，圖式所示之各要素的尺寸關係、各要素的比率等未必與實際一致。又，複數圖式相互之間，各要素的尺寸關係、各要素的比率等亦未必一致。
(1)基板處理裝置之構成 基板處理裝置10係具備設有當作加熱手段(加熱機構、加熱系統)之加熱器207的處理爐202。加熱器207係呈圓筒形狀，藉由被當作保持板的加熱器基座(未圖示)支撐而呈垂直安設。
在加熱器207的內側配設有與加熱器207呈同心圓狀地構成反應管(反應容器、處理容器)的外管203。外管203係由例如石英(SiO 2)、碳化矽(SiC)等耐熱性材料構成，形成上端封閉且下端開口的圓筒形狀。在外管203的下方，與外管203呈同心圓狀地配設有歧管(入口凸緣)209。歧管209係由例如不鏽鋼(SUS)等金屬構成，形成上端及下端開口的圓筒形狀。在歧管209上端部與外管203之間，設有當作密封構件的O形環220a。藉由歧管209被加熱器基座支撐，形成外管203呈垂直地安設的狀態。
在外管203的內側配設有構成反應容器的內管204。內管204係由例如石英、SiC等耐熱性材料構成，形成上端封閉且下端開口的圓筒形狀。主要係由外管203、內管204、及歧管209構成處理容器(反應容器)。於處理容器的筒中空部(內管204之內側)形成有處理室201。
處理室201係構成為，可利用當作支撐器的晶舟217，而將當作基板之晶圓200以水平姿勢在鉛直方向上呈多段排列之狀態加以收容。
在處理室201內設置成，噴嘴410,420,430貫通歧管209之側壁及內管204。於噴嘴410,420,430分別連接有氣體供給管310,320,330。但，本實施形態的處理爐202並不僅侷限於上述形態。
在氣體供給管310,320,330，從上游起依序分別設置有流量控制器(流量控制部)即質量流量控制器(MFC)312,322,332。又，在氣體供給管310,320,330，分別設置有開閉閥即閥314,324,334。在氣體供給管310,320,330的閥314,324,334之下游側，分別連接有供給惰性氣體的氣體供給管510,520,530。在氣體供給管510,520,530，從上游起依序分別設置有流量控制器(流量控制部)即MFC 512,522,532及開閉閥即閥514,524,534。
於氣體供給管310,320,330的前端部，分別連結連接有噴嘴410,420,430。噴嘴410,420,430係構成為L字形噴嘴，且其水平部設置成貫通歧管209之側壁及內管204。噴嘴410,420,430的垂直部係，於內管204的徑向朝外突出，且設置於以朝鉛直方向延伸之方式形成的通道形狀(溝形狀)的預備室201a之內部，在預備室201a內沿著內管204的內壁而朝上方(晶圓200之排列方向上方)設置。
噴嘴410,420,430係設置成，從處理室201的下部區域延伸至處理室201的上部區域，在與晶圓200對向的位置分別設有複數個氣體供給孔410a,420a,430a。藉此，從噴嘴410,420,430的氣體供給孔410a,420a,430a分別朝晶圓200供給處理氣體。該氣體供給孔410a,420a,430a係從內管204的下部跨至上部而設置有複數個，分別具有相同之開口面積，進而以相同之開口間距設置。但，氣體供給孔410a,420a,430a並不僅侷限於上述形態。例如亦可為，使開口面積從內管204的下部朝向上部而逐漸擴大。藉此，可使從氣體供給孔410a,420a,430a供給之氣體的流量更均勻化。
噴嘴410,420,430的氣體供給孔410a,420a,430a係於從後述晶舟217的下部起至上部之高度的位置設置複數個。因此，從噴嘴410,420,430的氣體供給孔410a,420a,430a朝處理室201內供給的處理氣體被供給至收容在晶舟217的下部至上部之晶圓200的全域。噴嘴410,420,430只要設置成從處理室201的下部區域起延伸至上部區域即可，較佳為設置成延伸至晶舟217的頂壁附近。
從氣體供給管310，經由MFC 312、閥314、噴嘴410，朝處理室201內供給當作處理氣體的含金屬元素之原料氣體(含金屬氣體)。
從氣體供給管320，經由MFC 322、閥324、噴嘴420，朝處理室201內供給當作處理氣體之第1還原氣體。
從氣體供給管330，經由MFC 332、閥334、噴嘴430，朝處理室201內供給當作處理氣體之與第1還原氣體不同的第2還原氣體。
從氣體供給管510,520,530，分別經由MFC 512,522,532、閥514,524,534、噴嘴410,420,430，朝處理室201內供給當作惰性氣體之例如氮(N 2)氣體。以下，對於使用N 2氣體作為惰性氣體的例子進行說明，惟，惰性氣體係除N 2氣體之外，亦可使用例如，氬(Ar)氣體、氦(He)氣體、氖(Ne)氣體、氙(Xe)氣體等稀有氣體。
主要於從氣體供給管310流入原料氣體的情況，主要係由氣體供給管310、MFC 312、及閥314構成原料氣體供給系統，但亦可考慮將噴嘴410包含在原料氣體供給系統中。亦可將原料氣體供給系統稱為含金屬氣體供給系統。又，於從氣體供給管320流入第1還原氣體的情況，主要係由氣體供給管320、MFC 322、閥324構成第1還原氣體供給系統，但亦可考慮將噴嘴420包含在第1還原氣體供給系統中。又，於從氣體供給管330流入第2還原氣體的情況，主要係由氣體供給管330、MFC 332、閥334構成第2還原氣體供給系統，但亦可考慮將噴嘴430包含在第2還原氣體供給系統中。又，亦可將含金屬氣體供給系統、第1還原氣體供給系統及第2還原氣體供給系統稱為處理氣體供給系統。又，亦可考慮將噴嘴410,420,430包含在處理氣體供給系統中。又，主要係由氣體供給管510,520,530、MFC 512,522,532、閥514,524,534構成惰性氣體供給系統。
本實施形態中的氣體供給之方法係，經由配置在預備室201a內的噴嘴410,420,430搬送氣體，該預備室201a係在由內管204之內壁與複數片晶圓200之端部所定義之圓環狀的縱向較長之空間內。然後，從設置在噴嘴410,420,430之與晶圓對向的位置的複數個氣體供給孔410a,420a,430a，朝內管204內噴出氣體。更詳細而言，藉由噴嘴410的氣體供給孔410a、噴嘴420的氣體供給孔420a、及噴嘴430的氣體供給孔430a，朝向與晶圓200之表面平行的方向噴出原料氣體等。
排氣孔(排氣口)204a係，在內管204之側壁、且與噴嘴410,420,430對向的位置形成的貫通孔，例如為，朝鉛直方向細長地開設的狹縫狀之貫通孔。從噴嘴410,420,430的氣體供給孔410a,420a,430a朝處理室201內供給且在晶圓200表面上流動的氣體係，經由排氣孔204a而流入於在內管204與外管203之間形成的間隙(排氣路徑206內)。然後，朝排氣路徑206內流入的氣體係流入於排氣管231內，而朝處理爐202外排出。
排氣孔204a係設置在與複數片晶圓200對向的位置，從氣體供給孔410a,420a,430a供給至處理室201內的晶圓200附近之氣體係，朝水平方向流動後，經由排氣孔204a而朝排氣路徑206內流動。排氣孔204a並不侷限於構成為狹縫狀之貫通孔的情況，亦可由複數個孔構成。
在歧管209，設有將處理室201內的環境氣體加以排氣的排氣管231。在排氣管231，從上游側起依序連接有：當作檢測處理室201內壓力之壓力檢測器(壓力檢測部)的壓力感測器245、APC(Auto Pressure Controller，自動壓力控制器)閥243、當作真空排氣裝置的真空泵246。APC閥243係藉由在使真空泵246作動之狀態下將閥加以開閉，而可進行處理室201內的真空排氣及真空排氣停止，進而，藉由在使真空泵246作動之狀態下調節閥開度，而可調整處理室201內的壓力。主要係由排氣孔204a、排氣路徑206、排氣管231、APC閥243及壓力感測器245構成排氣系統。亦可考慮將真空泵246包含在排氣系統中。
在歧管209的下方，設置有可將歧管209下端開口氣密地封閉之當作爐口蓋體的密封蓋219。密封蓋219係構成為，從鉛直方向下側抵接於歧管209之下端。密封蓋219係例如由SUS等金屬構成，而形成為圓盤狀。在密封蓋219的上面設有與歧管209之下端抵接之當作密封構件的O形環220b。在密封蓋219中與處理室201相反之側，設置有使收容晶圓200的晶舟217旋轉的旋轉機構267。旋轉機構267的旋轉軸255係貫通密封蓋219而連接於晶舟217。旋轉機構267係構成為，藉由使晶舟217旋轉而使晶圓200旋轉。密封蓋219係構成為，藉由在外管203外部垂直地設置之當作升降機構的晶舟升降機115而在鉛直方向上升降。晶舟升降機115係構成為，藉由使密封蓋219升降，而可將晶舟217朝處理室201內外搬入及搬出。晶舟升降機115係構成為，將晶舟217及被晶舟217收容的晶圓200搬送至處理室201內外的搬送裝置(搬送機構、搬送系統)。
晶舟217係構成為，將複數片，例如25~200片晶圓200，以水平姿勢且中心相互對齊之狀態，在鉛直方向上隔開間隔地排列。晶舟217係例如由石英、SiC等耐熱性材料構成。於晶舟217的下部，以水平姿勢呈多段地支撐著例如由石英、SiC等耐熱性材料構成的虛設基板218。藉由該構成，來自加熱器207的熱不易傳遞至密封蓋219側。但，本實施形態並不侷限於上述形態。例如亦可為，在晶舟217的下部不設置虛設基板218，而是設置由石英、SiC等耐熱性材料構成之筒狀構件，來構成為隔熱筒。
如圖2所示，構成為，在內管204內設置有當作溫度檢測器的溫度感測器263，根據由溫度感測器263檢測到的溫度資訊，調整對加熱器207的通電量，藉此，處理室201內的溫度成為所期望之溫度分佈。溫度感測器263係與噴嘴410,420,430同樣地構成為L字型，且沿內管204的內壁而設置。
如圖3所示，控制部(控制手段)即控制器121係構成為一電腦，其具備有：CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)121a、RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)121b、記憶裝置121c、I/O埠121d。RAM 121b、記憶裝置121c、I/O埠121d係構成為，可經由內部匯流排而與CPU 121a進行資料交換。於控制器121連接有例如構成為觸控板等的輸入輸出裝置122。
記憶裝置121c係例如由快閃記憶體、HDD(Hard Disk Drive，硬碟驅動機)等構成。在記憶裝置121c內，可讀出地儲存有：控制基板處理裝置之動作的控制程式、記載有後述半導體裝置之製造方法的程序與條件等的製程配方等。製程配方係使控制器121執行後述半導體裝置之製造方法中的各步驟(各製程)，並以可獲得既定結果的方式組合，其當作程式而發揮機能。以下，將該製程配方、控制程式等統合而亦簡稱為程式。本說明書中當使用程式一詞時，具有僅包含製程配方單體的情況、僅包含控制程式單體的情況、或包含製程配方及控制程式之組合的情況。RAM 121b係構成為，暫時性保持由CPU 121a讀出之程式、資料等的記憶體區域(工作區)。
I/O埠121d係連接於上述的MFC 312,322,332,512,522,532、閥314,324,334,514,524,534、壓力感測器245、APC閥243、真空泵246、加熱器207、溫度感測器263、旋轉機構267、及晶舟升降機115等。
CPU 121a係構成為，從記憶裝置121c讀出控制程式並執行，且因應來自輸入輸出裝置122的操作指令之輸入等而從記憶裝置121c讀出配方等。CPU 121a係構成為，依照所讀出之配方的內容，針對由MFC 312,322,332,512,522,532進行的各種氣體之流量調整動作、閥314,324,334,514,524,534的開閉動作、APC閥243的開閉動作及由APC閥243根據壓力感測器245進行的壓力調整動作、根據溫度感測器263進行的加熱器207之溫度調整動作、真空泵246的起動及停止、由旋轉機構267進行的晶舟217之旋轉及旋轉速度調節動作、由晶舟升降機115進行的晶舟217之升降動作、晶圓200對晶舟217的收容動作等進行控制。
控制器121係可藉由將外部記憶裝置(例如，磁帶、軟碟、硬碟等磁碟；CD、DVD等光碟；MO等光磁碟；USB記憶體、記憶卡等半導體記憶體)123所儲存的上述程式，安裝於電腦中而構成。記憶裝置121c、外部記憶裝置123係構成為，電腦可讀取的記錄媒體。以下，亦將該等統合而亦簡稱為記錄媒體。本說明書中使用記錄媒體一詞時，具有僅包含記憶裝置121c單體的情況、僅包含外部記憶裝置123單體的情況、或者包含該等二者的情況。對電腦的程式提供亦可不使用外部記憶裝置123，而使用網路、專用線路等通訊手段來進行。
(2)基板處理步驟 作為半導體裝置(器件)之製造步驟的一步驟，針對在晶圓200上形成例如當作3DNAND之控制閘電極來使用之含有鉬(Mo)之含Mo膜的步驟之一例，使用圖4來進行說明。形成含Mo膜的步驟係使用上述基板處理裝置10的處理爐202來執行。以下說明中，構成基板處理裝置10的各部之動作係由控制器121進行控制。
本實施形態的基板處理步驟(半導體裝置之製造步驟)中，係具有： (a)將晶圓200收容於處理容器內即處理室201的步驟； (b)對晶圓200供給含金屬氣體的步驟； (c)對晶圓200供給第1還原氣體的步驟；以及 (d)對晶圓200供給第2還原氣體的步驟； 藉由將(b)、(c)及(d)進行一次以上，而在晶圓200上形成作為含金屬膜之含Mo膜。
本說明書中使用「晶圓」一詞時，具有意指「晶圓本身」的情況、意指「晶圓、與在其表面上形成之既定層或膜等的積層體」的情況。本說明書中，使用「晶圓表面」一詞時，具有意指「晶圓本身的表面」之情況、意指「在晶圓上形成之既定層或膜等的表面」之情況。本說明書中，使用「基板」一詞時，亦與使用「晶圓」一詞的情況同義。
(晶圓搬入) 若複數片晶圓200裝填(晶圓補充)於晶舟217中，便如圖1所示，支撐著複數片晶圓200的晶舟217係藉由晶舟升降機115而被抬起，並被搬入於處理室201內(晶舟裝載)，而被收容於處理容器中。在該狀態下，密封蓋219成為，經由O形環220而將外管203的下端開口封閉之狀態。
(壓力調整及溫度調整) 以處理室201內，即晶圓200所存在的空間成為所期望之壓力(真空度)的方式，藉由真空泵246進行真空排氣。此時，處理室201內的壓力係由壓力感測器245測定，根據該測定到的壓力資訊，對APC閥243進行回饋控制(壓力調整)。真空泵246係至少於至對晶圓200的處理結束為止的期間內，維持平常作動之狀態。又，以處理室201內成為所期望之溫度的方式，藉由加熱器207進行加熱。此時，以處理室201內成為所期望之溫度分佈的方式，根據由溫度感測器263檢測到的溫度資訊，對朝加熱器207的通電量進行回饋控制(溫度調整)。利用加熱器207進行的處理室201內之加熱係至少於至對晶圓200的處理結束為止的期間內，持續進行。
[第1步驟] (含金屬氣體供給) 打開閥314，朝氣體供給管310內流入原料氣體即含金屬氣體。含金屬氣體係藉由MFC 312而進行流量調整，從噴嘴410的氣體供給孔410a供給至處理室201內，而自排氣管231排氣。此時，對晶圓200供給含金屬氣體。與此同時地打開閥514，朝氣體供給管510內流入N 2氣體等惰性氣體。在氣體供給管510內流動的惰性氣體係藉由MFC 512而進行流量調整，與含金屬氣體一起地被供給至處理室201內，而自排氣管231排氣。此時，為防止含金屬氣體侵入於噴嘴420,430內，故而打開閥524,534，朝氣體供給管520,530內流入惰性氣體。惰性氣體係經由氣體供給管320,330、噴嘴420,430而供給至處理室201內，並自排氣管231排氣。
此時，調整APC閥243，將處理室201內的壓力設定為例如1~3990Pa範圍內的壓力，例如1000Pa。由MFC 312控制的含金屬氣體之供給流量係設為例如0.1~1.0slm，較佳係0.3~0.9slm之範圍內的流量。由MFC 512,522,532控制的惰性氣體之供給流量係分別設為例如0.1~20slm之範圍內的流量。此時，加熱器207的溫度係設定為，使晶圓200的溫度成為例如300~650℃之範圍內的溫度。另外，本發明中如「1~3990Pa」般的數值範圍之表述係意指，下限值及上限值均包含在該範圍內。所以，例如「1~3990Pa」係意指「1Pa以上且3990Pa以下」。對於其他數值範圍亦相同。
此時，流入於處理室201內的氣體僅有含金屬氣體與惰性氣體。此處，含金屬氣體係可使用例如含有作為金屬元素之鉬(Mo)的含鉬(Mo)氣體。作為含Mo氣體，可使用含有Mo、氧(O)及氯(Cl)之例如二氧化二氯化鉬(MoO 2Cl 2)氣體、四氯化氧化鉬(MoOCl 4)氣體。藉由含Mo氣體的供給，可在晶圓200(表面的底層膜)上形成含Mo層。含Mo層係可為含有Cl或O的Mo層，亦可為MoO 2Cl 2(或MoOCl 4)的吸附層，亦可含有該等二者。
[第2步驟] (殘留氣體除去) 從開始含金屬氣體之供給起經既定時間，例如1~60秒後，關閉氣體供給管310的閥314，停止含金屬氣體的供給。即，對晶圓200供給含金屬氣體的時間係設為例如1~60秒範圍內的時間。此時，在排氣管231的APC閥243維持打開之狀態下，藉由真空泵246而對處理室201內進行真空排氣，將處理室201內殘留的未反應或經參予含金屬層形成後的含金屬氣體，從處理室201內排除。即，對處理室201內進行沖洗。此時，在閥514,524,534維持打開之狀態下，維持惰性氣體對處理室201內的供給。惰性氣體係作為沖洗氣體而發揮作用，可提高將處理室201內殘留的未反應或經參予含金屬層形成後的含金屬氣體，從處理室201內排除的效果。
[第3步驟] (第1還原氣體與第2還原氣體之同時供給) 除去處理室201內的殘留氣體後，同時打開閥324,334，分別朝氣體供給管320,330內流入第1還原氣體與第2還原氣體。第1還原氣體係藉由MFC 322進行流量調整，從噴嘴420的氣體供給孔420a供給至處理室201內，而從排氣管231排氣。第2還原氣體係利用MFC 332進行流量調整，從噴嘴430的氣體供給孔430a供給至處理室201內，而從排氣管231排氣。此時，對晶圓200同時地供給第1還原氣體與第2還原氣體。此時，在打開閥514,524,534之狀態下，維持朝氣體供給管510,520,530內之惰性氣體的供給。在氣體供給管510,520,530內流動的惰性氣體係藉由MFC 512,522,532而分別進行流量調整。在氣體供給管520內流動的惰性氣體係與第1還原氣體一起經由氣體供給管320、噴嘴420而被供給至處理室201內，並自排氣管231排氣。又，在氣體供給管530內流動的惰性氣體係與第2還原氣體一起經由氣體供給管330、噴嘴430而被供給至處理室201內，並自排氣管231排氣。又，在氣體供給管510內流動的惰性氣體係經由氣體供給管310、噴嘴410而被供給至處理室201內，並自排氣管231排氣，以防止第1還原氣體、第2還原氣體侵入於噴嘴410內。
此時，調整APC閥243，將處理室201內的壓力設為例如1~13300Pa之範圍內的壓力，例如10000Pa。由MFC 322控制的第1還原氣體之供給流量係設為例如1~50slm，較佳為15~30slm範圍內的流量。由MFC 332控制的第2還原氣體之供給流量係設為例如0.1~1.0slm，較佳為0.1~0.5slm之範圍內的流量。由MFC 512,522,532控制的惰性氣體之供給流量係分別設為例如0.1~30slm之範圍內的流量。此時，加熱器207的溫度係設定為，使晶圓200之溫度成為例如300~650℃範圍內之溫度。
此時，在處理室201內流動的氣體係第1還原氣體、第2還原氣體與惰性氣體。即，可同時對晶圓200供給第1還原氣體與第2還原氣體。換言之，具有同時供給第1還原氣體與第2還原氣體的時間點。
此處，第1還原氣體係可使用例如由氫(H)構成的氣體即氫(H 2)氣體、重氫(D 2)。又，第2還原氣體係可使用例如含有氫(H)與其他元素的氣體即膦(PH 3)氣體。第2還原氣體係使用還原作用較第1還原氣體更高的氣體。又，第2還原氣體係標準生成吉布斯能量(Gibbs energy)之負值較第1還原氣體更大的化合物之氣體。以下，針對第1還原氣體使用H 2氣體，第2還原氣體使用PH 3氣體的情況為例進行說明。藉由對晶圓200同時供給H 2氣體與PH 3氣體等2種不同的還原氣體，晶圓200上之作為含金屬層的含Mo層所含之氧(O)或氯(Cl)或MoO 2Cl 2的吸附層，會與H 2或PH 3進行反應，而從含Mo層或MoO 2Cl 2吸附層還原為O、Cl，經除去O、Cl，作為水蒸氣(H 2O)、氯化氫(HCl)、氯(Cl 2)、四氯化釙(POCl 4)等反應副產物而自處理室201內排出。
此處，MoO 2Cl 2氣體與PH 3氣體容易引起化學反應。即，標準生成吉布斯能量之負值越大，則越容易引起反應，而越容易生成如POCl 4般的氣體。POCl 4係具有容易脫離，不易吸附於膜上的性質。即，藉由供給PH 3氣體，可生成容易從膜上脫離，不易吸附於膜上的POCl 4，作為反應副產物。
即，使含Mo層、MoO 2Cl 2之吸附層的O或Cl，與H 2、PH 3產生反應，而在晶圓200上形成MoCl終端，作為H 2O、HCl、POCl 4等反應副產物，而自處理室201內排出。接著，在晶圓200上形成含有Mo但實質未含Cl與O的含Mo層。
[第4步驟] (第1還原氣體供給) 從開始供給第1還原氣體與第2還原氣體之同時供給起經既定時間後，例如1~1200秒後，關閉氣體供給管330的閥334，停止第2還原氣體的供給。即，同時將第1還原氣體與第2還原氣體對晶圓200供給的時間係設為例如1~1200秒範圍內的時間。此時，在打開閥514,524,534之狀態下，維持朝氣體供給管510,520,530內之惰性氣體的供給。在氣體供給管510,520,530內流動的惰性氣體係藉由MFC 512,522,532分別進行流量調整。在氣體供給管520內流動的惰性氣體係與第1還原氣體一起經由氣體供給管320、噴嘴420供給至處理室201內，而自排氣管231排氣。又，在氣體供給管510,530內流動的惰性氣體係經由氣體供給管310,330、噴嘴410,430，分別供給至處理室201內，而自排氣管231排氣，以防止第1還原氣體侵入於噴嘴410,430內。
此時，在處理室201內流動的氣體係第1還原氣體與惰性氣體。即，對晶圓200供給第1還原氣體與惰性氣體。
[第5步驟] (殘留氣體除去) 從開始第1還原氣體之供給起經既定時間後，例如1~1200秒後，關閉氣體供給管320的閥324，停止第1還原氣體之供給。然後，藉由與上述第2步驟同樣的處理程序，將處理室201內殘留的未反應或經參予含金屬層形成後的第1還原氣體或反應副產物，從處理室201內排除。即，對處理室201內進行沖洗。
即，同時開始第1還原氣體之供給與第2還原氣體之供給，在停止第2還原氣體之供給後，停止第1還原氣體之供給。
即，使第1還原氣體的供給與第2還原氣體的供給一部分並行地進行，使對晶圓200供給第2還原氣體的供給時間較第1還原氣體的供給時間更短。換言之，使第1還原氣體的供給時間較第2還原氣體的供給時間更長。
此處，當第2還原氣體使用PH 3氣體的情況，若拉長PH 3氣體的供給時間，則反應副產物即POCl 4的生成量變多，含Mo層中的P含量增加。因此，將H 2氣體的供給時間設定為較PH 3氣體的供給時間更長。藉此，除去反應副產物即POCl 4，抑制POCl 4之殘留，便可降低含Mo層中的磷(P)含量。
(實施既定次數) 藉由將依序進行上述第1步驟~第5步驟的循環進行至少一次以上(既定次數(n次))，而在晶圓200上形成既定厚度的含金屬膜。上述循環較佳為重複進行複數次。此處，當含金屬氣體係含Mo氣體的情況，則形成作為含金屬膜之含Mo膜。另外，含Mo膜係以鉬作為主成分的膜。
(後沖洗及大氣壓恢復) 從氣體供給管510,520,530各者朝處理室201內供給惰性氣體，而自排氣管231排氣。惰性氣體係作為沖洗氣體而發揮作用，藉此，處理室201內係藉由惰性氣體而被沖洗，處理室201內殘留的氣體與反應副產物被從處理室201內除去(後沖洗)。然後，處理室201內的環境氣體被置換為惰性氣體(惰性氣體置換)，並使處理室201內的壓力恢復至常壓(大氣壓恢復)。
(晶圓搬出) 然後，藉由晶舟升降機115而使密封蓋219下降，使外管203的下端呈開口。然後，處理完畢之晶圓200係在被晶舟217支撐的狀態下，從外管203下端搬出至外管203的外部(晶舟卸載)。然後，處理完畢之晶圓200被從晶舟217中取出(晶圓卸除)。
(3)本實施形態造成的效果 根據本實施形態，可獲得以下所示之1項或複數項效果。 (a)可提升含Mo膜的電氣特性。 (b)可形成減少異物(副產物等)的低電阻之含Mo膜。 (c)可提升生產性(產能)。
(4)其他實施形態 其次，針對上述實施形態的基板處理步驟之變行例進行詳述。以下之變形例中，第1還原氣體與第2還原氣體的供給時間點係與上述實施形態不同。以下之變化例中，僅就與上述實施形態的不同處詳述。
(變形例1) 在本變化例中，如圖5所示，於上述之第1步驟即含金屬氣體供給、與上述之第2步驟即殘留氣體除去後，開始當作第3步驟的第2還原氣體之供給，從開始第2還原氣體之供給起經既定時間後，例如1~20秒後，開始進行當作第4步驟的第1還原氣體之供給。然後，從同時供給第1還原氣體與第2還原氣體起經既定時間後，例如1~20秒後，停止第2還原氣體之供給，經當作第5步驟之第2還原氣體的供給停止起經既定時間後，例如1~120秒後，停止第1還原氣體之供給。然後，進行當作第6步驟之殘留氣體的除去，藉由將依序進行第1步驟~第6步驟的循環進行至少一次以上(既定次數(n次))，而在晶圓200上形成既定厚度的含金屬膜。另外，本變形例中，亦使第2還原氣體對晶圓200的供給時間較第1還原氣體的供給時間更短。
即，於開始第2還原氣體之供給後，開始第1還原氣體之供給，使第1還原氣體之供給與第2還原氣體之供給一部分並行地進行，且在停止第2還原氣體之供給後，停止第1還原氣體之供給。如此，藉由較第1還原氣體更先供給第2還原氣體，便可從含金屬氣體分子的吸附層、或從含有含金屬氣體所含之金屬以外的元素的含金屬層中，除去金屬以外的元素，而可形成易於由第1還原氣體還原之狀態的膜。換言之，因為供給未利用第1還原氣體稀釋的第2還原氣體，而可提升含金屬氣體分子的吸附層、與第2還原氣體分子的接觸機率，而可形成易於由第1還原氣體還原之狀態的膜。又，經停止第2還原氣體之供給後，藉由停止第1還原氣體之供給，而可抑制反應副產物之殘留。即便為此情況，可獲得與上述之圖4所示的時序同樣的效果。此處，當含金屬氣體為MoO 2Cl 2氣體的情況，從MoO 2Cl 2的吸附層、或含有Cl、O的含Mo層中除去O與Cl，便可形成易於由第1還原氣體還原之狀態的膜。
(變形例2) 在本變形例中，如圖6所示，經上述之第1步驟即含金屬氣體供給、與上述之第2步驟即殘留氣體除去後，開始當作第3步驟之第1還原氣體的供給，從開始第1還原氣體的供給起經既定時間後，例如1~60秒後，開始當作第4步驟之第2還原氣體的供給。然後，從同時供給第1還原氣體與第2還原氣體起經既定時間後，例如1~60秒後，停止第2還原氣體的供給，從當作第5步驟之第2還原氣體之供給停止起經既定時間後，例如1~60秒後，停止第1還原氣體之供給。即，在第1還原氣體之供給中開始第2還原氣體之供給、以及停止第2還原氣體之供給。即，在進行第1還原氣體之供給的期間，進行第2還原氣體之供給。換言之，開始第1還原氣體之供給後，開始第2還原氣體之供給，且在停止第2還原氣體之供給後，停止第1還原氣體之供給。然後，進行當作第6步驟之殘留氣體的除去，藉由將依序進行第1步驟~第6步驟的循環進行至少一次以上(既定次數(n次))，而在晶圓200上形成既定厚度的含金屬膜。另外，本變形例中，對晶圓200供給第2還原氣體的供給時間亦較第1還原氣體的供給時間更短。
即，於開始第1還原氣體之供給後，開始第2還原氣體之供給，使第1還原氣體之供給與第2還原氣體之供給一部分並行地進行，且在停止第2還原氣體之供給後，停止第1還原氣體之供給。如此，藉由在停止第2還原氣體之供給後，停止第1還原氣體之供給，而可抑制反應副產物之殘留。即便為此情況，亦可獲得與上述之圖4所示之時序同樣的效果。
(變形例3) 在本變形例中，如圖7(A)及圖7(B)所示，在進行第1步驟即含金屬氣體供給、上述之第2步驟即殘留氣體除去、以及作為第3步驟之第2還原氣體的供給後，進行作為第4步驟之第1還原氣體的供給、及作為第5步驟之殘留氣體的除去。然後，藉由將依序進行第1步驟~第5步驟的循環進行至少一次以上(既定次數(n次))，而在晶圓200上形成既定厚度的含金屬膜。即，第2還原氣體的供給與第1還原氣體的供給並非並行地進行，而是個別地進行。另外，如圖7(A)所示，第2還原氣體的供給與第1還原氣體的供給可連續地進行，亦可如圖7(B)所示，在第2還原氣體的供給與第1還原氣體的供給之間進行殘留氣體的除去，而將處理室201內加以沖洗。另外，本變形例中，將第2還原氣體對晶圓200的供給時間設為較第1還原氣體的供給時間更短。
即，較第1還原氣體的供給更先開始進行第2還原氣體的供給，在進行第2還原氣體的供給後，進行第1還原氣體的供給。此處，針對第1還原氣體使用H 2氣體、第2還原氣體使用PH 3氣體的情況進行說明。如此，藉由在進行PH 3氣體供給後進行H 2氣體供給，而從MoO 2Cl 2的吸附層、含Cl或O的含Mo層中除去O與Cl，可形成易於由H 2氣體還原之狀態的膜。又，PH 3氣體可抑制被H 2氣體稀釋而導致上述反應受抑制之情形。又，藉由在停止PH 3氣體的供給後，停止H 2氣體的供給，而可抑制反應副產物即POCl 4的殘留。又，如圖7(B)所示，藉由在第2還原氣體的供給與第1還原氣體的供給之間，設置未供給任何氣體的時間點(排氣步驟)，而可將處理室中存在的副產物、多餘的第2還原氣體除去，而能提高含Mo層與H 2分子的反應機率。於此情況下，亦可獲得與上述之圖4所示之時序同樣的效果。
(變形例4) 在本變形例中，如圖8所示，在進行第1步驟即含金屬氣體供給、與上述之第2步驟即殘留氣體除去後，進行作為第3步驟之供給第2還原氣體的步驟、與作為第4步驟之除去殘留氣體的步驟，藉由將依序進行上述第1步驟~第4步驟的循環進行至少一次以上(既定次數(n次))，而在晶圓200上形成既定厚度的含金屬膜。即，未進行上述第1還原氣體的供給。當含金屬氣體使用MoO 2Cl 2、第2還原氣體使用PH 3的情況，藉由供給PH 3氣體，而可從MoO 2Cl 2的吸附層、含Cl或O的含Mo層中除去O與Cl，便可獲得與上述之圖4所示之時序同樣的效果。
另外，在上述實施形態中，針對含金屬氣體(含Mo氣體)使用MoO 2Cl 2氣體的情況為例進行說明，惟，本發明並不侷限於此。
此外，在上述實施形態中，針對第1還原氣體使用H 2氣體的情況為例進行說明，惟，本發明並不侷限於此，例如可使用重氫(D 2)、含有經活化之氫的氫氣等其他還原氣體。
此外，在上述實施形態中，針對第2還原氣體使用PH 3氣體的情況為例進行說明，惟，本發明並不侷限於此，例如可使用單矽烷(SiH 4)氣體、二矽烷(Si 2H 6)氣體、三矽烷(Si 3H 8)氣體、四矽烷(Si 4H 10)等矽烷系氣體、單硼烷(BH 3)、二硼烷(B 2H 6)等硼烷系氣體等其他還原氣體。藉由使用該等氣體，亦可提升含Mo氣體的還原力。另一方面，無法獲得如使用PH 3氣體時生成的POCl 4般之能輕易脫離之副產物，會有導致Mo膜特性惡化的可能性。故，第2還原氣體較佳為PH 3氣體。
此外，在上述實施形態中，針對使用一次處理複數片基板的批次式直立式裝置之基板處理裝置來進行成膜的例子進行說明，惟本發明並不侷限於此，即便於使用一次處理1片或複數片基板的單片式基板處理裝置來進行成膜的情況，亦可合適地應用。
例如，於使用具備圖9(A)所示之處理爐302的基板處理裝置形成來膜的情況，亦可合適地應用本發明。處理爐302係具備有：形成處理室301的處理容器303、朝處理室301內呈淋灑狀地供給氣體的簇射頭303s、作為將1片或複數片晶圓200以水平姿勢支撐之支撐器的支撐台317、從下方支撐著支撐台317的旋轉軸355、以及設置於支撐台317的加熱器307。於簇射頭303s的入口(氣體導入口)連接有供給上述含金屬氣體的氣體供給埠332a、供給上述第1還原氣體的氣體供給埠332b、以及供給上述第2還原氣體的氣體供給埠332c。於氣體供給埠332a連接有與上述實施形態之含金屬氣體供給系統同樣的氣體供給系統。於氣體供給埠332b連接有與上述實施形態之第1還原氣體供給系統同樣的氣體供給系統。於氣體供給埠332c連接有與上述第2還原氣體供給系統同樣的氣體供給系統。於簇射頭303s的出口(氣體排出口)設有朝處理室301內呈淋灑狀地供給氣體的氣體分散板。在處理容器303中，設有將處理室301內加以排氣的排氣埠331。於排氣埠331連接有與上述實施形態之排氣系統同樣的排氣系統。
此外，例如於使用具備圖9(B)所示之處理爐402的基板處理裝置形成膜的情況，仍可合適地應用本發明。處理爐402係具備有：形成處理室401的處理容器403、作為將1片或數片晶圓200以水平姿勢支撐之支撐器的支撐台417、從下方支撐著支撐台417的旋轉軸455、朝向處理容器403的晶圓200進行光照射的燈加熱器407、以及使燈加熱器407之光穿透的石英窗403w。於處理容器403連接有供給上述含金屬氣體的氣體供給埠432a、供給上述第1還原氣體的氣體供給埠432b、以及供給上述第2還原氣體的氣體供給埠432c。於氣體供給埠432a連接有與上述實施形態之含金屬氣體供給系統同樣的氣體供給系統。於氣體供給埠432b連接有與上述實施形態之第1還原氣體供給系統同樣的氣體供給系統。於氣體供給埠432c連接有與上述實施形態之第2還原氣體供給系統同樣的氣體供給系統。於處理容器403設置有將處理室401內加以排氣的排氣埠431。於排氣埠431連接有與上述實施形態之排氣系統同樣的排氣系統。
於使用該等基板處理裝置的情況，亦可依照與上述實施形態同樣的時序、處理條件進行成膜。
形成該等各種薄膜所使用的製程配方(記載有處理程序、處理條件等的程式)較佳為因應基板處理的內容(形成之薄膜的膜種、組成比、膜質、膜厚、處理程序、處理條件等)而個別地準備(準備複數個)。然後，較佳為，在開始基板處理時，因應基板處理的內容，從複數個製程配方中，適當選擇恰當的製程配方。具體而言，較佳為，將因應基板處理之內容而個別地準備的複數個製程配方，經由電氣通訊線路或記錄該製程配方的記錄媒體(外部記憶裝置123)，預先儲存(安裝)於基板處理裝置所具備的記憶裝置121c內。然後，較佳為，在開始基板處理時，由基板處理裝置所具備的CPU 121a從記憶裝置121c內所儲存之複數個製程配方中，因應基板處理的內容，適當選擇恰當的製程配方。藉由如此構成，以1台基板處理裝置便可通用且重現性較佳地形成各種膜種、組成比、膜質、膜厚的薄膜。又，可減輕作業員之操作負擔(處理程序、處理條件等輸入負擔等)，而避免操作失誤，並迅速地開始基板處理。
此外，本發明係例如即使變更現有的基板處理裝置的製程配方仍可實現。變更製程配方時，亦可將本發明的製程配方經由電氣通訊線路、記錄該製程配方的記錄媒體，而安裝於現有的基板處理裝置中，或者亦可操作現有的基板處理裝置的輸入輸出裝置，將該製程配方本身變更為本發明之製程配方。
以上，已針對本發明之實施形態具體地進行說明。然而，本發明並不侷限於上述實施形態，可在不脫離其主旨之範圍內進行各種變更。
10:基板處理裝置 115:晶舟升降機 121:控制器 121a:CPU 121b:RAM 121c:記憶裝置 121d:I/O埠 122:輸入輸出裝置 123:外部記憶裝置 200:晶圓(基板) 201、301、401:處理室 201a:預備室 202、302、402:處理爐 203:外管 204:內管 204a:排氣孔(排氣口) 206:排氣路徑 207、307:加熱器 209:歧管 217:晶舟 218:虛設基板 219:密封蓋 220、220a、220b:O形環 231:排氣管 243:APC閥 245:壓力感測器 246:真空泵 255、355、455:旋轉軸 263:溫度感測器 267:旋轉機構 303、403:處理容器 303s:簇射頭 310、320、330、510、520、530:氣體供給管 312、322、332、512、522、532:MFC 314、324、334、514、524、534:閥 317、417:支撐台 331、431:排氣埠 332a、332b、332c、432a、432b、432c:氣體供給埠 403w:石英窗 407:燈加熱器 410、420、430:噴嘴 410a、420a、430a:氣體供給孔
圖1係表示本發明一實施形態的基板處理裝置之直立式處理爐之概略內容的縱剖視圖。 圖2係圖1中的A-A線概略橫剖視圖。 圖3係本發明一實施形態的基板處理裝置之控制器的概略構成圖，且為以方塊圖表示控制器的控制系統的圖。 圖4係表示本發明一實施形態的基板處理步驟的圖。 圖5係表示本發明一實施形態的基板處理步驟之變形例的圖。 圖6係表示本發明一實施形態的基板處理步驟之變形例的圖。 圖7(A)及圖7(B)係表示本發明一實施形態的基板處理步驟之變形例的圖。 圖8係表示本發明一實施形態的基板處理步驟之變形例的圖。 圖9(A)及圖9(B)係表示本發明另一實施形態的基板處理裝置之處理爐的概略內容的縱剖視圖。

Claims (19)

  1. 一種基板處理方法，其係具有：(a)對基板供給含金屬氣體的步驟；(b)對上述基板供給由氫構成之氣體的步驟；以及(c)對上述基板供給膦氣體的步驟；藉由將(a)、(c)及(b)以此順序進行一次以上，而在上述基板上形成含金屬膜。
  2. 如請求項1之基板處理方法，其中，將(b)與(c)一部分並行地進行。
  3. 如請求項1之基板處理方法，其中，使(b)與(c)同時地開始。
  4. 如請求項3之基板處理方法，其中，於(c)結束後，使(b)結束。
  5. 如請求項1之基板處理方法，其中，於(c)開始後，使(b)開始。
  6. 如請求項5之基板處理方法，其中，於(c)結束後，使(b)結束。
  7. 如請求項1之基板處理方法，其中，於(b)開始後，使(c)開始。
  8. 如請求項7之基板處理方法，其中，於(c)結束後，使(b)結束。
  9. 如請求項1之基板處理方法，其中，(c)係在進行(b)的期間中進行。
  10. 如請求項1之基板處理方法，其中，於進行(c)之後，進行(b)。
  11. 如請求項1之基板處理方法，其中，(b)的時間係較(c)的時間更長。
  12. 如請求項1之基板處理方法，其中，上述含金屬氣體係含有鉬、氧及氯的氣體。
  13. 一種基板處理方法，其係具有：(a)對基板供給含金屬氣體的步驟；(b)對上述基板供給第1還原氣體的步驟；以及(c)對上述基板供給與上述第1還原氣體不同的第2還原氣體之步驟；藉由將(a)、(b)及(c)進行一次以上，而在上述基板上形成含金屬膜，上述含金屬氣體係二氯化二氧化鉬氣體，上述第1還原氣體係由氫構成的氣體，上述第2還原氣體係含有氫與其他元素的氣體。
  14. 一種基板處理方法，其係具有：(a)對基板供給含金屬氣體的步驟；(b)對上述基板供給第1還原氣體的步驟；以及(c)對上述基板供給與上述第1還原氣體不同的第2還原氣體之步驟；藉由將(a)、(b)及(c)進行一次以上，而在上述基板上形成含金屬膜，上述含金屬氣體係含有鉬、氧及氯的氣體，上述第1還原氣體係氫氣，上述第2還原氣體係含有氫與其他元素的氣體。
  15. 一種基板處理方法，其係具有：(a)對基板供給含金屬氣體的步驟；(b)對上述基板供給第1還原氣體的步驟；以及(c)對上述基板供給與上述第1還原氣體不同的第2還原氣體之步驟；藉由將(a)、(b)及(c)進行一次以上，而在上述基板上形成含金屬膜，上述含金屬氣體係含有鉬、氧及氯的氣體，上述第1還原氣體係由氫構成的氣體，上述第2還原氣體係膦氣體。
  16. 一種基板處理方法，其係具有：(a)對基板供給含有鉬、氧及氯之氣體的步驟；(b)對上述基板供給由氫構成之氣體的步驟；以及(c)對上述基板供給膦氣體的步驟；藉由將(a)、(c)及(b)以此順序進行一次以上，而在上述基板上形成含金屬膜。
  17. 一種藉由電腦而使基板處理裝置執行處理之程式，上述處理具有如下程序：(a)對基板供給含金屬氣體的程序；(b)對上述基板供給由氫構成之氣體的程序；以及(c)對上述基板供給膦氣體的程序；上述處理中，藉由將(a)、(c)及(b)以此順序進行一次以上，而在上述基板上形成含金屬膜。
  18. 一種基板處理裝置，其係具備有： 含金屬氣體供給系統，其係朝基板供給含金屬氣體；第1還原氣體供給系統，其係朝上述基板供給由氫構成之氣體作為第1還原氣體；第2還原氣體供給系統，其係朝上述基板供給膦氣體作為第2還原氣體；以及控制部，其係構成為，可控制上述含金屬氣體供給系統、上述第1還原氣體供給系統及上述第2還原氣體供給系統，以進行處理，上述處理具有如下處理：(a)對上述基板供給上述含金屬氣體的處理；(b)對上述基板供給上述第1還原氣體的處理；以及(c)對上述基板供給上述第2還原氣體的處理；並藉由將(a)、(c)及(b)以此順序進行一次以上，而在上述基板上形成含金屬膜。
  19. 一種半導體裝置之製造方法，其係具有如下步驟：(a)對基板供給含金屬氣體的步驟；(b)對上述基板供給由氫構成之氣體的步驟；以及(c)對上述基板供給膦氣體的步驟；藉由將(a)、(c)及(b)以此順序進行一次以上，而在上述基板上形成含金屬膜。
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