本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method, a substrate processing apparatus, and a program.
例えばフラッシュメモリやＤＲＡＭ等の半導体装置に用いられる薄膜の形成方法の一つとして、同時供給法や交互供給法が知られている。 For example, as a method for forming a thin film used in a semiconductor device such as a flash memory or a DRAM, a simultaneous supply method and an alternate supply method are known.
交互供給法を実現する装置形態として、例えば、複数の基板を周方向に配置し、その基板を回転させて原料ガスと反応ガスを順番に供給する回転型装置が知られている。回転型装置の場合、縦型装置よりも高品質な膜を形成することが容易であり、且つ枚葉装置よりもスループットが高い、という利点がある。 As an apparatus configuration that realizes the alternate supply method, for example, a rotary apparatus is known in which a plurality of substrates are arranged in the circumferential direction, and the substrates are rotated to sequentially supply a source gas and a reactive gas. In the case of a rotary apparatus, there is an advantage that it is easier to form a high-quality film than a vertical apparatus, and the throughput is higher than that of a single wafer apparatus.
回転型装置においては、第１処理領域内に原料ガスを供給し、第２処理領域内に反応ガスを供給し、第３処理領域内に改質ガスを供給し、基板にこれらの領域を順番に通過させることにより、基板上に高品質な膜を形成する手法が知られている。（特許文献１参照） In the rotary apparatus, a source gas is supplied into the first processing region, a reaction gas is supplied into the second processing region, a reformed gas is supplied into the third processing region, and these regions are sequentially arranged on the substrate. A method of forming a high-quality film on a substrate by passing through the substrate is known. (See Patent Document 1)
前述のように、改質ガスを基板に供給することにより膜の改質処理を実行する場合、基板により多くの領域を通過させる必要があるため、１サイクル当たりの移動距離が増えてスループットが低下したり、１サイクル当たりの各処理領域の大きさを十分に確保できずに成膜や改質処理が不十分になってしまうことがある。 As described above, when the film reforming process is performed by supplying the reforming gas to the substrate, it is necessary to pass more regions through the substrate, so that the moving distance per cycle increases and the throughput decreases. In other cases, the size of each processing region per cycle cannot be sufficiently secured, and the film formation or the modification process may become insufficient.
本発明は、上記課題を解決するものであり、高スループットを維持したまま高品質な薄膜を形成することができる技術を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and an object thereof is to provide a technique capable of forming a high-quality thin film while maintaining a high throughput.
上記目的を達成するために、処理室内において回転可能に設けられた基板載置台と、前記基板載置台の回転方向に沿って前記基板載置台の上面に複数設けられた基板載置部と、前記処理室内に処理ガスを供給する複数の処理ガス供給系と、前記複数の処理ガス供給系から供給されるガスをそれぞれプラズマ励起するよう設けられる複数のプラズマ生成部と、前記回転方向において前記複数のプラズマ生成部の間に設けられ、前記処理室へ第１の元素を含む第１のガスを供給する第１のガス供給系と、を備え、前記複数の処理ガス供給系はそれぞれ、前記処理室内に供給するガスを、第２の元素を含む第２のガス、及び前記第１のガス及び前記第２のガスとは異なる第３のガス、のいずれか一方となるように切り替えるガス切替部を備える基板処理装置を提供する。 In order to achieve the above object, a substrate mounting table provided rotatably in a processing chamber, a plurality of substrate mounting units provided on the upper surface of the substrate mounting table along a rotation direction of the substrate mounting table, A plurality of processing gas supply systems for supplying a processing gas into the processing chamber; a plurality of plasma generators provided to excite the gases supplied from the plurality of processing gas supply systems; respectively; A first gas supply system that is provided between the plasma generation units and supplies a first gas containing a first element to the processing chamber, and each of the plurality of processing gas supply systems includes the processing chamber. A gas switching unit that switches the gas to be supplied to the second gas containing the second element and the first gas and the third gas different from the second gas. Substrate provided To provide a management apparatus.
＜本発明の第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。<First Embodiment of the Present Invention>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
（１）プロセスチャンバの構成。
本実施形態に係る基板処理装置が備える処理炉としてのプロセスチャンバの構成について、主に図１〜図３を用いて説明する。なお、図１に示すＡ−Ａ’線は、Ａから反応容器２０３の中心を通ってＡ’に向かう線である。(1) Configuration of process chamber.
A configuration of a process chamber as a processing furnace provided in the substrate processing apparatus according to the present embodiment will be described mainly with reference to FIGS. A line AA ′ shown in FIG. 1 is a line from A to A ′ through the center of the reaction vessel 203.
（処理室）
図１および図２に示されているように、プロセスチャンバ２０２は、円筒状の気密容器である反応容器２０３を備えている。反応容器２０３内には、ウエハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。(Processing room)
As shown in FIGS. 1 and 2, the process chamber 202 includes a reaction vessel 203 that is a cylindrical airtight vessel. In the reaction vessel 203, a processing chamber 201 for processing the wafer 200 is formed.
処理室２０１は、複数の領域に分割されており、例えば、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第２パージ領域２０７ｂ、第３処理領域２０６ｃ、第３パージ領域２０７ｃ、第４処理領域２０６ｄおよび第４パージ領域２０７ｄを有する。第１処理領域２０６ａ及び第３処理領域２０６ｃ内には原料ガスが供給され、第２処理領域２０６ｂ及び第４処理領域２０６ｄ内には反応ガスのプラズマ又は改質ガスのプラズマが供給され、また第１パージ領域２０７ａ、第２パージ領域２０７ｂ、第３パージ領域２０７ｃおよび第４パージ領域２０７ｄには不活性ガスが供給される。これにより、それぞれの領域内に供給されるガスに応じて、ウエハ２００に対して所定の処理が施される。 The processing chamber 201 is divided into a plurality of regions. For example, the first processing region 206a, the first purge region 207a, the second processing region 206b, the second purge region 207b, the third processing region 206c, and the third purge region. 207c, a fourth processing region 206d, and a fourth purge region 207d. A source gas is supplied into the first processing region 206a and the third processing region 206c, a reactive gas plasma or a reformed gas plasma is supplied into the second processing region 206b and the fourth processing region 206d. An inert gas is supplied to the first purge region 207a, the second purge region 207b, the third purge region 207c, and the fourth purge region 207d. As a result, predetermined processing is performed on the wafer 200 in accordance with the gas supplied into each region.
また、例えば反応容器２０３内の上側には、中心部から放射状に延びる８枚の仕切板２０５が設けられている。８枚の仕切板２０５は、サセプタ２１７の回転によってウエハ２００が通過可能な状態で、処理室２０１を第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第２パージ領域２０７ｂ、第３処理領域２０６ｃ、第３パージ領域２０７ｃ、第４処理領域２０６ｄおよび第４パージ領域２０７ｄに仕切るよう構成される。具体的には、処理室２０１は、複数の仕切板２０５の下にウエハ２００が通過可能な隙間を有しており、複数の仕切板２０５は、処理室２０１内の天井部からサセプタ２１７の直上までの空間を遮るように設けられる。 For example, eight partition plates 205 extending radially from the center are provided on the upper side in the reaction vessel 203. The eight partition plates 205 pass through the processing chamber 201 in the state in which the wafer 200 can pass through the rotation of the susceptor 217, the first processing region 206a, the first purge region 207a, the second processing region 206b, the second purge region 207b, The third processing region 206c, the third purge region 207c, the fourth processing region 206d, and the fourth purge region 207d are configured to be partitioned. Specifically, the processing chamber 201 has a gap through which the wafer 200 can pass under the plurality of partition plates 205, and the plurality of partition plates 205 are directly above the susceptor 217 from the ceiling in the processing chamber 201. It is provided to block the space up to.
（サセプタ）
反応容器２０３内の底側中央には、例えば反応容器２０３の中心に回転軸を有し、回転自在に構成される基板載置台としてのサセプタ２１７が設けられている。(Susceptor)
At the bottom center in the reaction vessel 203, for example, a susceptor 217 as a substrate mounting table having a rotation shaft at the center of the reaction vessel 203 and configured to be rotatable is provided.
サセプタ２１７は、反応容器２０３内に、複数枚（本実施形態では５枚）のウエハ２００を同一面上に、且つ回転方向に沿って同一円上に並べて支持するよう構成される。 The susceptor 217 is configured to support a plurality of (in this embodiment, five) wafers 200 in the reaction vessel 203 side by side on the same plane and in the same circle along the rotation direction.
サセプタ２１７表面におけるウエハ２００の支持位置には、ウエハ載置部２１７ｂが設けられている。処理するウエハ２００の枚数と同数のウエハ載置部２１７ｂがサセプタ２１７の中心から同一円上の位置に互いに等間隔（例えば７２°の間隔）で配置されている。それぞれのウエハ載置部２１７ｂは、例えばサセプタ２１７の上面から見て円形状であり、側面から見て凹形状である。このウエハ載置部２１７ｂ内にウエハ２００が載置される。 A wafer mounting portion 217 b is provided at the support position of the wafer 200 on the surface of the susceptor 217. The same number of wafer mounting portions 217b as the number of wafers 200 to be processed are arranged at equal intervals from the center of the susceptor 217 on the same circle (for example, at an interval of 72 °). Each wafer mounting portion 217b has, for example, a circular shape when viewed from the top surface of the susceptor 217 and a concave shape when viewed from the side surface. The wafer 200 is placed in the wafer placement portion 217b.
サセプタ２１７には、サセプタ２１７を昇降させる昇降機構２６８が設けられている。サセプタ２１７の各ウエハ載置部２１７ｂの位置には、貫通孔２１７ａが複数設けられている。上述の反応容器２０３の底面には、反応容器２０３内へのウエハ２００の搬入・搬出時に、ウエハ２００を突き上げて、ウエハ２００の裏面を支持するウエハ突き上げピン２６６が複数設けられている。貫通孔２１７ａ及びウエハ突き上げピン２６６は、ウエハ突き上げピン２６６が上昇させられた時、又は昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時に、ウエハ突き上げピン２６６が貫通孔２１７ａを突き抜けるように、互いに配置されている。 The susceptor 217 is provided with a lifting mechanism 268 that lifts and lowers the susceptor 217. A plurality of through holes 217a are provided at the position of each wafer mounting portion 217b of the susceptor 217. A plurality of wafer push-up pins 266 that push up the wafer 200 and support the back surface of the wafer 200 when the wafer 200 is carried into and out of the reaction vessel 203 are provided on the bottom surface of the reaction vessel 203 described above. The through hole 217a and the wafer push-up pin 266 are arranged so that the wafer push-up pin 266 penetrates the through-hole 217a when the wafer push-up pin 266 is raised or when the susceptor 217 is lowered by the lifting mechanism 268. Has been.
昇降機構２６８には、複数のウエハ２００が、順次各領域を通過するようにサセプタ２１７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（不図示）はサセプタ２１７に接続されており、サセプタ２１７を回転させる。また、回転機構２６７には、コントローラ３００が接続されている。 The elevating mechanism 268 is provided with a rotating mechanism 267 that rotates the susceptor 217 so that the plurality of wafers 200 sequentially pass through the respective regions. A rotation shaft (not shown) of the rotation mechanism 267 is connected to the susceptor 217 and rotates the susceptor 217. In addition, the controller 300 is connected to the rotation mechanism 267.
（加熱部）
サセプタ２１７の内部には、加熱部としてのヒータ２１８が一体的に埋め込まれており、ウエハ２００を加熱できるように構成されている。ヒータ２１８は、ウエハ２００の表面を所定温度（例えば室温〜１０００℃程度）まで加熱可能に構成されている。(Heating part)
A heater 218 as a heating unit is integrally embedded in the susceptor 217 so that the wafer 200 can be heated. The heater 218 is configured to be able to heat the surface of the wafer 200 to a predetermined temperature (for example, about room temperature to 1000 ° C.).
サセプタ２１７には温度センサが設けられている。ヒータ２１８および温度センサには、電力供給線を介して、電力調整器、ヒータ電源、及び温度調整器が電気的に接続されている。 The susceptor 217 is provided with a temperature sensor. A power regulator, a heater power supply, and a temperature regulator are electrically connected to the heater 218 and the temperature sensor via a power supply line.
（原料ガス供給系）
反応容器２０３の天井部であって非プラズマ処理領域である第１処理領域２０６ａの上方には、第１の処理領域に原料ガス、即ち第１元素を含有する第１元素含有ガスを供給する供給口である、第１元素含有ガス供給部（原料ガス供給部）としての第１ガス供給部３２０が設けられている。第１ガス供給部３２０の上端には、第１ガス供給管２３１ａの下流端が接続されている。(Raw gas supply system)
Supply for supplying a source gas, that is, a first element-containing gas containing a first element, to the first processing region above the first processing region 206a, which is a ceiling portion of the reaction vessel 203 and is a non-plasma processing region A first gas supply unit 320 serving as a first element-containing gas supply unit (raw material gas supply unit) is provided. The downstream end of the first gas supply pipe 231a is connected to the upper end of the first gas supply unit 320.
第１ガス供給管２３１ａには、上流方向から順に、原料ガス供給源２３１ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３１ｃ、及び開閉弁であるバルブ２３１ｄが設けられている。第１ガス供給管２３１ａから、ＭＦＣ２３１ｃ、バルブ２３１ｄ、第１ガス供給部３２０を介して、原料ガスが第１処理領域２０６ａ内に供給される。 The first gas supply pipe 231a is provided with a raw material gas supply source 231b, a mass flow controller (MFC) 231c that is a flow rate controller (flow rate control unit), and a valve 231d that is an on-off valve in order from the upstream direction. The source gas is supplied from the first gas supply pipe 231a into the first processing region 206a through the MFC 231c, the valve 231d, and the first gas supply unit 320.
また、第１ガス供給管２３１ａのバルブ２３１ｄよりも下流側には、不活性ガス供給管２３４ａの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２３４ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２３４ｂ、ＭＦＣ２３４ｃ、及びバルブ２３４ｄが設けられている。不活性ガス供給源２３４ｂからは、不活性ガス供給管２３４ａを介して、不活性ガスが第１処理領域２０６ａ内に供給される。第１処理領域２０６ａ内に供給される不活性ガスは、原料ガスのキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。 The downstream end of the inert gas supply pipe 234a is connected to the downstream side of the valve 231d of the first gas supply pipe 231a. The inert gas supply pipe 234a is provided with an inert gas supply source 234b, an MFC 234c, and a valve 234d in order from the upstream direction. An inert gas is supplied from the inert gas supply source 234b into the first processing region 206a via the inert gas supply pipe 234a. The inert gas supplied into the first processing region 206a acts as a carrier gas or a dilution gas for the source gas.
同様に反応容器２０３の天井部であって非プラズマ処理領域である第３処理領域２０６ｃの上方には、第３の処理領域に原料ガス、即ち第１元素を含有する第１元素含有ガスを供給する供給口である、第１元素含有ガス供給部（原料ガス供給部）としての第３ガス供給部３３０が設けられている。第３ガス供給部３３０の上端には、ガス供給管２４４ａの下流端が接続されている。 Similarly, the source gas, that is, the first element-containing gas containing the first element is supplied to the third processing region above the third processing region 206c, which is the non-plasma processing region, on the ceiling of the reaction vessel 203. A third gas supply unit 330 is provided as a first element-containing gas supply unit (raw material gas supply unit). The upper end of the third gas supply unit 330 is connected to the downstream end of the gas supply pipe 244a.
ガス供給管２４４ａには、上流方向から順に、原料ガス供給源２４４ｂ、ＭＦＣ２４４ｃ、及びバルブ２４４ｄが設けられている。また、ガス供給管２４４ａのバルブ２４４ｄよりも下流側には、不活性ガス供給管２４６ａの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２４６ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４６ｂ、ＭＦＣ２４６ｃ、及びバルブ２４６ｄが設けられている。 The gas supply pipe 244a is provided with a source gas supply source 244b, an MFC 244c, and a valve 244d in order from the upstream direction. The downstream end of the inert gas supply pipe 246a is connected to the gas supply pipe 244a on the downstream side of the valve 244d. The inert gas supply pipe 246a is provided with an inert gas supply source 246b, an MFC 246c, and a valve 246d in order from the upstream direction.
ここでいう「原料ガス」とは、処理ガスの一つであり、薄膜形成の際の原料になるガスである。原料ガスは、薄膜を構成する元素として、例えばＴｉ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｗなどを含む。具体的には、本実施形態では、原料ガスは、例えば、ジクロロシラン（Ｓｉ２Ｈ２Ｃｌ２）（以下、ＤＣＳと呼ぶ）ガスである。The “source gas” here is one of the processing gases, and is a gas that becomes a source material when forming a thin film. The source gas contains, for example, Ti, Ta, Si, Hf, Zr, Ru, Ni, W, etc. as elements constituting the thin film. Specifically, in this embodiment, the source gas is, for example, dichlorosilane (Si2 H2 Cl2 ) (hereinafter referred to as DCS) gas.
本実施形態において、第１処理領域２０６ａに供給される原料ガスと第３処理領域２０６ｃに供給される原料ガスは同一である。 In the present embodiment, the source gas supplied to the first processing region 206a and the source gas supplied to the third processing region 206c are the same.
（不活性ガス供給系）
反応容器２０３の天井部の中央部には、パージガスとしての不活性ガスを導入する、不活性ガス導入部２８２が設けられている。不活性ガス供給管２３２ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２３２ｂ、ＭＦＣ２３２ｃ、及びバルブ２３２ｄが設けられている。不活性ガス供給管２３２ａからは、ＭＦＣ２３２ｃ、バルブ２３２ｄ、不活性ガス導入部２８２を介して、不活性ガスが供給される。不活性ガス導入部２８２の第１パージ領域２０７ａ側、第２パージ領域２０７ｂ側、第３パージ領域２０７ｃ側および第４パージ領域２０７ｄ側における側壁には、それぞれ第１不活性ガス噴出口２５６、第２不活性ガス噴出口２５７、第３不活性ガス噴出口２５８、第４不活性ガス噴出口２５９が設けられている。各パージ領域内に供給される不活性ガスは、パージガスとして作用する。(Inert gas supply system)
An inert gas introduction part 282 for introducing an inert gas as a purge gas is provided at the center of the ceiling part of the reaction vessel 203. The inert gas supply pipe 232a is provided with an inert gas supply source 232b, an MFC 232c, and a valve 232d in order from the upstream direction. The inert gas is supplied from the inert gas supply pipe 232a through the MFC 232c, the valve 232d, and the inert gas introduction unit 282. On the side walls of the inert gas introduction part 282 on the first purge region 207a side, the second purge region 207b side, the third purge region 207c side, and the fourth purge region 207d side, respectively, A second inert gas outlet 257, a third inert gas outlet 258, and a fourth inert gas outlet 259 are provided. The inert gas supplied into each purge region acts as a purge gas.
ここで「不活性ガス」は、例えば、窒素（Ｎ２）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスの少なくともいずれか一つである。ここでは、不活性ガスは、例えばＮ２ガスである。Here, the “inert gas” is, for example, at least one of rare gases such as nitrogen (N2 ) gas, helium (He) gas, neon (Ne) gas, and argon (Ar) gas. Here, the inert gas is, for example, N2 gas.
（第１の反応ガス供給系）
反応容器２０３の天井部であって、プラズマ処理領域である第２処理領域２０６ｂの上方には、連通口２０３ａが設けられている。連通口２０３ａには第１のプラズマ生成空間（プラズマ励起空間）としてのプラズマ生成室２９０が接続される。プラズマ生成室２９０の天井２９２に反応ガス導入孔２９２ａが設けられ、反応ガス導入孔２９２ａには第１のプラズマ生成室２９０に第２元素を含有する反応ガス（第２のガス）を供給する、第１の反応ガス供給系（第１の第２元素含有ガス供給部、又は、第１の反応ガス供給部とも呼ぶ）２３３、及び改質ガスを供給する第1の改質ガス供給系２３６が接続されている。(First reaction gas supply system)
A communication port 203a is provided on the ceiling of the reaction vessel 203 and above the second processing region 206b, which is a plasma processing region. A plasma generation chamber 290 as a first plasma generation space (plasma excitation space) is connected to the communication port 203a. A reaction gas introduction hole 292a is provided in the ceiling 292 of the plasma generation chamber 290, and a reaction gas (second gas) containing a second element is supplied to the first plasma generation chamber 290 through the reaction gas introduction hole 292a. A first reaction gas supply system (also referred to as a first second element-containing gas supply unit or a first reaction gas supply unit) 233 and a first reformed gas supply system 236 for supplying a reformed gas; It is connected.
反応ガス導入孔２９２ａには、ガス供給管２３３ａの下流端が接続されている。ガス供給管２３３ａには、上流方向から順に、反応ガス供給源２３３ｂ、ＭＦＣ２３３ｃ、及びバルブ２３３ｄが設けられている。 The downstream end of the gas supply pipe 233a is connected to the reaction gas introduction hole 292a. The gas supply pipe 233a is provided with a reactive gas supply source 233b, an MFC 233c, and a valve 233d in order from the upstream direction.
また、ガス供給管２３３ａのバルブ２３３ｄよりも下流側には、不活性ガス供給管２３５ａの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２３５ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２３５ｂ、ＭＦＣ２３５ｃ、及びバルブ２３５ｄが設けられている。第３処理領域２０６ｃ内に供給される不活性ガスは、キャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。 Further, the downstream end of the inert gas supply pipe 235a is connected to the downstream side of the valve 233d of the gas supply pipe 233a. The inert gas supply pipe 235a is provided with an inert gas supply source 235b, an MFC 235c, and a valve 235d in order from the upstream direction. The inert gas supplied into the third processing region 206c acts as a carrier gas or a dilution gas.
ここでいう「反応ガス」とは、処理ガスの一つであり、当該反応ガスがプラズマ状態となった際に生じる活性種や反応種が、ウエハ２００上に原料ガスによって形成された第１層と反応するものである。反応ガスは、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、水素（Ｈ２）ガス、および酸素（Ｏ２）ガスの少なくともいずれか一つである。ここでは、反応ガスは、例えばＮＨ３ガスである。The “reactive gas” here is one of the processing gases, and a first layer in which active species and reactive species generated when the reactive gas is in a plasma state are formed on the wafer 200 by the source gas. It reacts with. The reaction gas is, for example, at least one of ammonia (NH3 ) gas, nitrogen (N2 ) gas, hydrogen (H2 ) gas, and oxygen (O2 ) gas. Here, the reaction gas is, for example, NH3 gas.
（第２の反応ガス供給系）
反応容器２０３の天井部であって、プラズマ処理領域である第４処理領域２０６ｄの上方には、連通口２０３ｂが設けられている。連通口２０３ｂには第２のプラズマ生成空間としてのプラズマ生成室２８０が接続される。プラズマ生成室２８０の天井２７２に反応ガス導入孔２７２ａが設けられ、反応ガス導入孔２７２ａにはプラズマ生成室２８０に第２元素を含有する反応ガスを供給する第２の反応ガス供給系２４３、及び改質ガスを供給する第２の改質ガス供給系２３７が接続されている。
本実施形態において、第１の反応ガス供給系から供給される反応ガスと第２の反応ガス供給系から供給される反応ガスは同一である。(Second reaction gas supply system)
A communication port 203b is provided on the ceiling of the reaction vessel 203 and above the fourth processing region 206d, which is a plasma processing region. A plasma generation chamber 280 as a second plasma generation space is connected to the communication port 203b. A reaction gas introduction hole 272a is provided in the ceiling 272 of the plasma generation chamber 280, a second reaction gas supply system 243 that supplies a reaction gas containing the second element to the plasma generation chamber 280, and a reaction gas introduction hole 272a; A second reformed gas supply system 237 for supplying the reformed gas is connected.
In this embodiment, the reaction gas supplied from the first reaction gas supply system and the reaction gas supplied from the second reaction gas supply system are the same.
反応ガス導入孔２７２ａには、ガス供給管２４３ａの下流端が接続されている。ガス供給管２４３ａには、上流方向から順に、反応ガス供給源２４３ｂ、ＭＦＣ２４３ｃ、及びバルブ２４３ｄが設けられている。 The downstream end of the gas supply pipe 243a is connected to the reaction gas introduction hole 272a. The gas supply pipe 243a is provided with a reactive gas supply source 243b, an MFC 243c, and a valve 243d in order from the upstream direction.
また、ガス供給管２４３ａのバルブ２４３ｄよりも下流側には、不活性ガス供給管２４５ａの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２４５ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４５ｂ、ＭＦＣ２４５ｃ、及びバルブ２４５ｄが設けられている。第３処理領域２０６ｃ内に供給される不活性ガスは、キャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。 Further, the downstream end of the inert gas supply pipe 245a is connected to the gas supply pipe 243a on the downstream side of the valve 243d. The inert gas supply pipe 245a is provided with an inert gas supply source 245b, an MFC 245c, and a valve 245d in order from the upstream direction. The inert gas supplied into the third processing region 206c acts as a carrier gas or a dilution gas.
（第１の改質ガス供給系）
また、ガス供給管２３３ａのバルブ２３３ｄよりも下流側には、更に改質ガス供給管２３６ａの下流端が接続されている。改質ガス供給管２３６ａには、上流方向から順に、改質ガス供給源２３６ｂ、ＭＦＣ２３６ｃ、及びバルブ２３６ｄが設けられている。(First reformed gas supply system)
Further, the downstream end of the reformed gas supply pipe 236a is further connected to the downstream side of the valve 233d of the gas supply pipe 233a. The reformed gas supply pipe 236a is provided with a reformed gas supply source 236b, an MFC 236c, and a valve 236d in order from the upstream direction.
（第２の改質ガス供給系）
また、ガス供給管２４３ａのバルブ２４３ｄよりも下流側には、更に改質ガス供給管２３７ａの下流端が接続されている。改質ガス供給管２３７ａには、上流方向から順に、改質ガス供給源２３７ｂ、ＭＦＣ２３７ｃ、及びバルブ２３７ｄが設けられている。(Second reformed gas supply system)
Further, the downstream end of the reformed gas supply pipe 237a is further connected to the downstream side of the valve 243d of the gas supply pipe 243a. The reformed gas supply pipe 237a is provided with a reformed gas supply source 237b, an MFC 237c, and a valve 237d in order from the upstream direction.
本実施形態において、第２処理領域２０６ｂに供給される改質ガスと第４処理領域２０６ｄに供給される改質ガスは同一であり、例えばＨ２ガスが用いられる。In the present embodiment, the reformed gas supplied to the second processing region 206b and the reformed gas supplied to the fourth processing region 206d are the same, and for example, H2 gas is used.
（排気系）
図２に示されているように、反応容器２０３の底部には、反応容器２０３内を排気する排気口２４０が設けられている。例えば排気口２４０は複数設けられ、各領域のそれぞれの底部に設けられている。本実施形態において、各領域内の空間は、サセプタ２１７の外周を経由して各排気口２４０から排気される。各々の排気口２４０には、排気管２４１の上流端が接続されている。排気管２４１の下流側には、圧力センサ、圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ、および開閉弁としてのバルブを介して、真空排気装置としての真空ポンプが接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう排気系が構成されている。(Exhaust system)
As shown in FIG. 2, an exhaust port 240 for exhausting the inside of the reaction vessel 203 is provided at the bottom of the reaction vessel 203. For example, a plurality of exhaust ports 240 are provided, and are provided at the bottom of each region. In this embodiment, the space in each region is exhausted from each exhaust port 240 via the outer periphery of the susceptor 217. The upstream end of the exhaust pipe 241 is connected to each exhaust port 240. A vacuum pump as a vacuum exhaust device is connected to the downstream side of the exhaust pipe 241 via a pressure sensor, an APC (Auto Pressure Controller) valve as a pressure regulator (pressure regulator), and a valve as an on-off valve. The exhaust system is configured so that the pressure in the processing chamber 201 becomes a predetermined pressure (degree of vacuum).
（プラズマ生成部）
連通口２０３ａ、２０３ｂは、基板２００の径と略同一の径を有しており、プラズマ生成室２９０、２８０が接続されている。プラズマ生成室２９０は側壁２９１及び天井２９２により形成される。側壁２９１は筒状構造である。側壁の外周にはアンテナ（電極）としてのコイル２９３が少なくとも１周以上巻きつくように設けられている。側壁２９１は例えば石英で構成されており、径は基板よりも大きいか略同一である。側壁２９１は連通口２０３ａと同じ径を有する。反応ガス導入孔２９２ａは、連通口２０３ａの中心の直上に配置される。プラズマ生成室２９０は、筒状である側壁２９１の内周と同一形状の開口部である連通孔２０３ａを介して第２処理領域２０６ｂと連通している。なお、筒状である側壁２９１は円形の水平断面形状を有しているが、楕円形状断面を有していても良い。主にプラズマ生成室２９０（２８０）、コイル２９３（２８３）によりプラズマ生成部が構成される。(Plasma generator)
The communication ports 203a and 203b have substantially the same diameter as that of the substrate 200, and are connected to the plasma generation chambers 290 and 280. The plasma generation chamber 290 is formed by a side wall 291 and a ceiling 292. The side wall 291 has a cylindrical structure. A coil 293 as an antenna (electrode) is provided on the outer periphery of the side wall so as to be wound around at least one turn. The side wall 291 is made of, for example, quartz and has a diameter larger than or substantially the same as that of the substrate. The side wall 291 has the same diameter as the communication port 203a. The reactive gas introduction hole 292a is disposed immediately above the center of the communication port 203a. The plasma generation chamber 290 communicates with the second processing region 206b through a communication hole 203a that is an opening having the same shape as the inner periphery of the cylindrical side wall 291. The cylindrical side wall 291 has a circular horizontal cross-sectional shape, but may have an elliptical cross-section. A plasma generation unit is mainly configured by the plasma generation chamber 290 (280) and the coil 293 (283).
天井２９２に設けられた反応ガス導入孔２９２ａとコイル２９３の上端の間には、ガス分散構造２９４が設けられている。ガス分散構造２９４はガス分散板２９４ａと、それを天井に固定する固定構造２９４ｂを有する。コイル２９３は遮蔽板２９５に囲まれている。 A gas dispersion structure 294 is provided between the reaction gas introduction hole 292 a provided in the ceiling 292 and the upper end of the coil 293. The gas dispersion structure 294 includes a gas dispersion plate 294a and a fixing structure 294b that fixes the gas dispersion plate 294a to the ceiling. The coil 293 is surrounded by a shielding plate 295.
プラズマ生成室２８０はプラズマ生成室２９０と同様の構造を有している。すなわち、プラズマ生成室２８０は遮蔽板２７５、側壁２７１及び天井２７２を有し、側壁２７１の外周にはコイル２８３が少なくとも１周以上巻きつくように設けられている。また、天井２７２に設けられた反応ガス導入孔２７２ａとコイル２８３の上端の間に、ガス分散板２８４ａ及び固定構造２８４ｂで構成されるガス分散構造２８４が設けられている。 The plasma generation chamber 280 has the same structure as the plasma generation chamber 290. That is, the plasma generation chamber 280 includes a shielding plate 275, a side wall 271 and a ceiling 272, and a coil 283 is provided around the outer periphery of the side wall 271 so as to be wound at least once. Further, a gas dispersion structure 284 including a gas dispersion plate 284a and a fixed structure 284b is provided between the reaction gas introduction hole 272a provided in the ceiling 272 and the upper end of the coil 283.
コイル２９３，２８３にはそれぞれ、波形調整回路２９６，２８６、ＲＦセンサ２９７，２８７、高周波電源２９８，２８８と周波数整合器２９９，２８９が接続される。高周波電源２９８，２８８はコイル２９３，２８３に高周波電力を供給するものである。ＲＦセンサ２９７，２８７は、供給される高周波の進行波や反射波の情報をモニタするものである。周波数整合器２９９，２８９は、ＲＦセンサ２９７，２８７でモニタされた反射波の情報に基づいて、反射波が最小となるよう、高周波電源２９８を制御する。コイル２９３，２８３は、所定の波長の定在波を形成するため、一定波長モードで共振するように巻径、巻回ピッチ、巻数が設定される。プラズマ生成部は、波形調整回路２９６（２８６）、RFセンサ２９７（２８７）、高周波電源２９８（２８８）を含むように考えることもできる。 Waveform adjustment circuits 296, 286, RF sensors 297, 287, high frequency power supplies 298, 288, and frequency matching units 299, 289 are connected to the coils 293, 283, respectively. The high frequency power supplies 298 and 288 supply high frequency power to the coils 293 and 283. The RF sensors 297 and 287 monitor information on high-frequency traveling waves and reflected waves that are supplied. The frequency matching units 299 and 289 control the high frequency power source 298 so that the reflected wave is minimized based on the information on the reflected wave monitored by the RF sensors 297 and 287. Since the coils 293 and 283 form a standing wave having a predetermined wavelength, the winding diameter, the winding pitch, and the number of turns are set so as to resonate in a constant wavelength mode. The plasma generation unit can be considered to include a waveform adjustment circuit 296 (286), an RF sensor 297 (287), and a high-frequency power source 298 (288).
（制御部）
次に、図３を用い、本実施形態の制御部（制御手段）であるコントローラ３００について説明する。(Control part)
Next, a controller 300 that is a control unit (control unit) of the present embodiment will be described with reference to FIG.
図３に示されているように、制御部であるコントローラ３００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１ａと、ＣＰＵ３０１ａと内部バス３０１ｅを介して接続されるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３０１ｂ、記憶装置３０１ｃ、Ｉ／Ｏポート３０１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。コントローラ３００には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置３０２が接続されている。 As shown in FIG. 3, the controller 300, which is a control unit, includes a CPU (Central Processing Unit) 301a, a RAM (Random Access Memory) 301b connected to the CPU 301a via an internal bus 301e, a storage device 301c, The computer is configured with an I / O port 301d. For example, an input / output device 302 configured as a touch panel or the like is connected to the controller 300.
記憶装置３０１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置３０１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する成膜処理等の基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピが、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ３００に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ３０１ｂは、ＣＰＵ３０１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。 The storage device 301c includes, for example, a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), and the like. In the storage device 301c, a control program that controls the operation of the substrate processing apparatus and a process recipe that describes the procedure and conditions of substrate processing such as film formation processing described later are stored in a readable manner. Note that the process recipe is a combination of functions so that a predetermined result can be obtained by causing the controller 300 to execute each procedure in a substrate processing step to be described later, and functions as a program. Hereinafter, the process recipe, the control program, and the like are collectively referred to as simply a program. When the term “program” is used in this specification, it may include only a process recipe alone, may include only a control program alone, or may include both. The RAM 301b is configured as a memory area (work area) in which a program or data read by the CPU 301a is temporarily stored.
Ｉ／Ｏポート３０１ｄは、上述のＭＦＣ２３１ｃ〜２３７ｃ，２４３ｃ〜２４６ｃ，バルブ２３１ｄ〜２３７ｄ，２４３ｄ〜２４６ｄ，ヒータ２１８、周波数整合器２８９，２９９、高周波電源２８８，２９８、回転機構２６７、昇降機構２６８等に接続されている。 The I / O port 301d includes the above-described MFCs 231c to 237c, 243c to 246c, valves 231d to 237d, 243d to 246d, a heater 218, frequency matching units 289 and 299, high frequency power supplies 288 and 298, a rotation mechanism 267, a lifting mechanism 268, and the like. It is connected to the.
ＣＰＵ３０１ａは、記憶装置３０１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置３０２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置３０１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ３０１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、各ＭＦＣによる各種ガスの流量調整動作、各バルブの開閉動作、回転機構２６７によるサセプタ２１７の回転および回転速度調節動作、高周波電源２９８，２８８による電力供給および停止等を制御するように構成されている。 The CPU 301a is configured to read and execute a control program from the storage device 301c, and to read a process recipe from the storage device 301c in response to an operation command input from the input / output device 302 or the like. Then, the CPU 301a adjusts the flow rate of various gases by each MFC, the opening / closing operation of each valve, the rotation and rotation speed adjustment operation of the susceptor 217 by the rotation mechanism 267, the high frequency power supply 298, and the like. The power supply by 288 is controlled to be stopped and supplied.
コントローラ３００は、外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯなどの光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）３０３に格納された上述のプログラムをコンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置３０１ｃや外部記憶装置３０３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。本明細書において、記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置３０１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置３０３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合が有る。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置３０３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。 The controller 300 is stored in an external storage device 303 (for example, a magnetic tape, a magnetic disk such as a flexible disk or a hard disk, an optical disk such as a CD or DVD, a magneto-optical disk such as MO, or a semiconductor memory such as a USB memory or a memory card). The above-described program can be installed in a computer. The storage device 301c and the external storage device 303 are configured as computer-readable recording media. Hereinafter, these are collectively referred to simply as a recording medium. In this specification, when the term “recording medium” is used, it may include only the storage device 301 c alone, may include only the external storage device 303 alone, or may include both. The program may be provided to the computer using a communication unit such as the Internet or a dedicated line without using the external storage device 303.
（３）基板処理工程
次に、図４〜図８を用い、第１実施形態に係る基板処理工程について説明する。以下の説明において、基板処理装置が備えるプロセスチャンバ２０２の構成各部の動作は、コントローラ３００により制御される。(3) Substrate Processing Step Next, the substrate processing step according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. In the following description, the operation of each component of the process chamber 202 provided in the substrate processing apparatus is controlled by the controller 300.
ここでは、原料ガスとしてＤＣＳガスを用い、反応ガスとしてＮＨ３ガスを用い、改質ガスとしてＨ２ガスを用い、ウエハ２００上に薄膜としてＳｉＮ膜を形成する例について説明する。Here, an example will be described in which DCS gas is used as the source gas, NH3 gas is used as the reaction gas, H2 gas is used as the reformed gas, and a SiN film is formed as a thin film on the wafer 200.
（基板搬入・載置工程Ｓ１１０）
最初にプロセスチャンバ２０２内のサセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させる。その結果、ウエハ突き上げピン２６６がサセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。続いて、プロセスチャンバ２０２の所定のゲートバルブを開き、ウエハ移載機を用いて、処理室２０１内に所定枚数（例えば５枚）のウエハ２００を搬入する。そして、サセプタ２１７の回転軸を中心として、サセプタ２１７の表面から突出したウエハ突き上げピン２６６上に各ウエハ２００を載置する。続いて、サセプタ２１７を処理位置まで上昇させることにより、ウエハ２００がウエハ載置部２１７ｂに載置される。(Substrate loading / placement step S110)
First, the susceptor 217 in the process chamber 202 is lowered to the transfer position of the wafer 200. As a result, the wafer push-up pins 266 protrude from the susceptor 217 surface by a predetermined height. Subsequently, a predetermined gate valve of the process chamber 202 is opened, and a predetermined number (for example, five) of wafers 200 is loaded into the processing chamber 201 using a wafer transfer machine. Then, each wafer 200 is mounted on the wafer push-up pins 266 protruding from the surface of the susceptor 217 around the rotation axis of the susceptor 217. Subsequently, by raising the susceptor 217 to the processing position, the wafer 200 is placed on the wafer placement unit 217b.
ウエハ２００をサセプタ２１７の上に載置する際は、ヒータ２１８に電力を供給し、ウエハ２００の表面が所定の温度となるよう制御される。ウエハ２００の温度は、例えば室温以上７５０℃以下であり、好ましくは、室温以上であって４００℃以下である。 When the wafer 200 is placed on the susceptor 217, electric power is supplied to the heater 218 so that the surface of the wafer 200 is controlled to a predetermined temperature. The temperature of the wafer 200 is, for example, room temperature or more and 750 ° C. or less, preferably, room temperature or more and 400 ° C. or less.
（サセプタ回転開始Ｓ１２０）
ウエハ２００が各ウエハ載置部２１７ｂに載置されたら、回転機構２６７によってサセプタ２１７の回転を開始する。サセプタ２１７の回転速度は例えば１回転／分以上１００回転／分以下、より具体的には例えば６０回転／分である。サセプタ２１７を回転させることにより、ウエハ２００は、各処理領域及び各パージ領域内を順に移動する。(Susceptor rotation start S120)
When the wafer 200 is placed on each wafer placement unit 217b, the rotation mechanism 267 starts to rotate the susceptor 217. The rotation speed of the susceptor 217 is, for example, not less than 1 rotation / minute and not more than 100 rotation / minute, and more specifically, for example, 60 rotation / minute. By rotating the susceptor 217, the wafer 200 sequentially moves in each processing region and each purge region.
（ガス供給開始Ｓ１３０）
ウエハ２００を加熱して所望とする温度に達し、サセプタ２１７が所望とする回転速度に到達したら、バルブ２３１ｄ及びバルブ２４４ｄを開けて第１処理領域２０６ａ及び第３処理領域２０６ｃ内にＤＣＳガスの供給を開始する。それと並行して、バルブ２３３ｄおよびバルブ２４３ｄを開けて第２処理領域２０６ｂ及び第４処理領域２０６ｄ内にＮＨ３ガスを供給する。(Gas supply start S130)
When the wafer 200 is heated to reach a desired temperature and the susceptor 217 reaches a desired rotation speed, the valve 231d and the valve 244d are opened to supply DCS gas into the first processing region 206a and the third processing region 206c. To start. At the same time, the valve 233d and the valve 243d are opened to supply NH3 gas into the second processing region 206b and the fourth processing region 206d.
このとき、ＤＣＳガスの流量が所定の流量となるように、ＭＦＣ２３１ｃ及びＭＦＣ２４４ｃを調整する。ＤＣＳガスとともに、不活性ガス供給管２３４ａ及び２４６ａからそれぞれキャリアガスとしてＮ２ガスを流してもよい。また、ＮＨ３ガスの流量が所定の流量となるように、ＭＦＣ２３３ｃ及びＭＦＣ２４３ｃを調整する。また、ＮＨ３ガスとともに、不活性ガス供給管２３５ａ及び２４５ａからそれぞれキャリアガスとしてＮ２ガスを流してもよい。At this time, the MFC 231c and the MFC 244c are adjusted so that the flow rate of the DCS gas becomes a predetermined flow rate. Along with the DCS gas, N2 gas may be supplied as a carrier gas from the inert gas supply pipes 234a and 246a. Further, the MFC 233c and the MFC 243c are adjusted so that the flow rate of the NH3 gas becomes a predetermined flow rate. Further, together with the NH3 gas, N2 gas may be supplied as a carrier gas from the inert gas supply pipes 235a and 245a.
なお、基板搬入・載置工程Ｓ１１０後、継続して、排気部により処理室２０１内が排気されるとともに、不活性ガス供給系から各パージ領域２０７ａ〜２０７ｄ内にパージガスとしてのＮ２ガスが供給されている。In addition, after the substrate carrying-in / placement step S110, the inside of the processing chamber 201 is continuously exhausted by the exhaust unit, and N2 gas as the purge gas is supplied from the inert gas supply system into each of the purge regions 207a to 207d. Has been.
（薄膜形成工程Ｓ２００）
次に、図５〜図８に示されているように、薄膜形成工程Ｓ２００では、複数のウエハ２００に各処理領域及び各パージ領域を順次通過させることにより、ウエハ２００上に所望の薄膜（本実施形態ではＳｉＮ膜）を形成する。具体的には、以下で説明する第１の工程Ｓ２００−１、第２の工程Ｓ２００−２及び第３の工程Ｓ２００−３の３つの工程を組み合わせて実行する。図９（Ａ）は、各工程において、各処理領域に供給されるガスを示す図である。(Thin film forming step S200)
Next, as shown in FIGS. 5 to 8, in the thin film forming step S <b> 200, each processing region and each purge region are sequentially passed through a plurality of wafers 200, thereby forming a desired thin film (main film) on the wafer 200. In the embodiment, a SiN film) is formed. Specifically, the first step S200-1, the second step S200-2, and the third step S200-3 described below are executed in combination. FIG. 9A is a diagram showing the gas supplied to each processing region in each step.
＜第１の工程Ｓ２００−１＞
本実施形態では、第１の工程Ｓ２００−１として、Ｓ２１０〜Ｓ２８０の処理を実行する。図６に手順を示す。第１の工程Ｓ２００−１の開始する前に、ガス供給管２３３ａ，２４３ａから供給されるＮＨ３ガスの流量が安定したら、プラズマ生成部によって、プラズマ生成室２９０，２８０内にＮＨ３ガスのプラズマを励起する。具体的には、プラズマ生成部の高周波電源からコイル２９３，２８３に高周波電力を印加するとともに、整合器によりインピーダンスを整合させる。これにより、ＮＨ３ガスのプラズマ励起によって生成された反応種（活性種、イオン等）が第２処理領域２０６ｂ及び第４処理領域２０６ｄ内に供給される。なお、本実施形態では、プラズマ生成室２９０，２８０内でＮＨ３ガスをプラズマ励起させるが、第２処理領域２０６ｂ及び第４処理領域２０６ｄ内においてプラズマを励起させるように構成しても良い。<First Step S200-1>
In this embodiment, the process of S210-S280 is performed as 1st process S200-1. The procedure is shown in FIG. If the flow rate of the NH3 gas supplied from the gas supply pipes 233a and 243a is stabilized before the first step S200-1 is started, the plasma generation unit causes the plasma of the NH3 gas to enter the plasma generation chambers 290 and 280. Excited. Specifically, high-frequency power is applied to the coils 293 and 283 from the high-frequency power source of the plasma generation unit, and impedance is matched by a matching unit. Accordingly, reactive species (active species, ions, etc.) generated by plasma excitation of NH3 gas are supplied into the second processing region 206b and the fourth processing region 206d. In the present embodiment, the NH3 gas is excited in the plasma generation chambers 290 and 280, but the plasma may be excited in the second processing region 206b and the fourth processing region 206d.
（第１処理領域通過Ｓ２１０）
ウエハ２００が第１処理領域２０６ａを通過するときに、ＤＣＳガスがウエハ２００に供給される。このとき、第１処理領域２０６ａ内のガスは、ＤＣＳおよび不活性ガスのみであるため、ＤＣＳガスは、反応ガスまたは改質ガスと反応することなく、直接ウエハ２００の表面に接触（付着）する。これにより、ウエハ２００の表面には、第１層としての第１元素含有層、すなわちＳｉ含有層が形成される。(First processing area passage S210)
When the wafer 200 passes through the first processing region 206a, DCS gas is supplied to the wafer 200. At this time, since the gas in the first processing region 206a is only DCS and inert gas, the DCS gas directly contacts (adheres) to the surface of the wafer 200 without reacting with the reaction gas or the reformed gas. . As a result, a first element-containing layer as a first layer, that is, a Si-containing layer is formed on the surface of the wafer 200.
（第１パージ領域通過Ｓ２２０）
次に、ウエハ２００は、第１処理領域２０６ａを通過後、第１パージ領域２０７ａに移動する。ウエハ２００が第１パージ領域２０７ａを通過するときに、第１処理領域２０６ａにおいてウエハ２００上で強固な結合を形成できなかったＤＣＳガスや残留物等が、不活性ガスとしてのＮ２ガスによってウエハ２００上から除去される。(First purge region passage S220)
Next, after passing through the first processing region 206a, the wafer 200 moves to the first purge region 207a. When the wafer 200 passes through the first purge region 207a, DCS gas, residues, etc. that could not form a strong bond on the wafer 200 in the first processing region 206a are removed by N2 gas as an inert gas. 200 is removed from above.
（第２処理領域通過Ｓ２３０）
次に、ウエハ２００は、第１パージ領域２０７ａを通過後、第２処理領域２０６ｂに移動する。ウエハ２００が第２処理領域２０６ｂを通過するときに、第２処理領域２０６ｂでは、第１層が反応ガスとしてのＮＨ３ガスのプラズマにより生成された反応種や活性種等と反応する。このとき、ＮＨ３ガスの活性種のうち窒素成分は、第１層中のＳｉ成分と結合し、ＮＨ３ガスの活性種のうち水素成分は第１層中の塩素（Ｃｌ）成分と反応してＨＣｌとなって第１層から脱離する。これにより、ウエハ２００の上には、少なくとも第１元素であるＳｉおよび第２元素であるＮを含む第２の層(又は膜)、すなわちＳｉＮ層が形成される。以後、第１元素及び第２元素を含む層(又は膜)を第２層と称する場合がある。(Second processing area passage S230)
Next, after passing through the first purge region 207a, the wafer 200 moves to the second processing region 206b. When the wafer 200 passes through the second processing region 206b, in the second processing region 206b, the first layer reacts with reactive species and active species generated by plasma of NH3 gas as a reactive gas. At this time, the nitrogen component of the active species of NH3 gas is combined with Si component in the first layer, the hydrogen component of the active species of NH3 gas reacts with chlorine (Cl) component in the first layer To become HCl and desorb from the first layer. Thus, a second layer (or film) containing at least Si as the first element and N as the second element, that is, a SiN layer is formed on the wafer 200. Hereinafter, the layer (or film) containing the first element and the second element may be referred to as a second layer.
（第２パージ領域通過Ｓ２４０）
次に、ウエハ２００は、第２処理領域２０６ｂを通過後、第２パージ領域２０７ｂに移動する。ウエハ２００が第２パージ領域２０７ｂを通過するときに、第２処理領域２０６ｂにおいて第１層と結合しなかった反応種や活性種、ＮＨ３ガス、残留物、ＨＣｌ等の副生成物、等が、不活性ガスとしてのＮ２ガスによってウエハ２００上から除去される。(Second purge region passage S240)
Next, after passing through the second processing region 206b, the wafer 200 moves to the second purge region 207b. When the wafer 200 passes through the second purge region 207b, reactive species, active species, NH3 gas, residues, byproducts such as HCl, etc. that have not been combined with the first layer in the second processing region 206b, etc. Then, it is removed from the wafer 200 by N2 gas as an inert gas.
このように第１処理領域通過Ｓ２１０→第１パージ領域通過Ｓ２２０→第２処理領域通過Ｓ２３０→第２パージ領域通過Ｓ２４０の処理を１サイクルとする第１のサイクルが実行される。 In this way, the first cycle in which the process of the first processing region passage S210 → the first purge region passage S220 → the second processing region passage S230 → the second purge region passage S240 is performed as one cycle is executed.
（第３処理領域通過Ｓ２５０〜第４パージ領域通過Ｓ２８０）
また、ウエハ２００は、第２パージ領域２０７ｂを通過後、更に第３処理領域２０６ｃ、第３パージ領域２０７ｃ、第４処理領域２０６ｄ、第４パージ領域２０７ｄを通過する。これにより、第１のサイクルと同様に、ウエハ２００上には第２層が形成される。すなわち、第３処理領域通過Ｓ２５０→第３パージ領域通過Ｓ２６０→第４処理領域通過Ｓ２７０→第４パージ領域通過Ｓ２８０の処理を１サイクルとする第２のサイクルが実行される。(Third treatment region passage S250 to fourth purge region passage S280)
Further, after passing through the second purge region 207b, the wafer 200 further passes through the third processing region 206c, the third purge region 207c, the fourth processing region 206d, and the fourth purge region 207d. As a result, the second layer is formed on the wafer 200 as in the first cycle. That is, a second cycle is executed in which the processing of the third processing region passage S250 → the third purge region passage S260 → the fourth processing region passage S270 → the fourth purge region passage S280 is one cycle.
（所定サイクル実施有無の判定Ｓ２９０）
第１及び第２のサイクルが実行される度に、これらのサイクルを所定回数実行したか否か判断する。所定回数実行していない場合（Ｎｏ）には、更に第１及び第２のサイクルを実行する。以上によって、ウエハ２００上に第１層及び第２層の膜を成膜する。所定回数実行した場合（Ｙｅｓ）、続いて、後述する第２の工程を実行する。本実施形態では、例えば第１の工程Ｓ２００−１を７回実行するように設定する。(Determining whether or not a predetermined cycle is performed S290)
Each time the first and second cycles are executed, it is determined whether or not these cycles have been executed a predetermined number of times. If the predetermined number of times has not been executed (No), the first and second cycles are further executed. Thus, the first and second layer films are formed on the wafer 200. When it has been executed a predetermined number of times (Yes), a second step to be described later is subsequently executed. In the present embodiment, for example, the first step S200-1 is set to be executed seven times.
ここで、第２処理領域２０６ｂ又は第４処理領域２０６ｄでの処理においては、第２層中に、原料ガスとしてのＤＣＳに由来するＣｌ成分が残留してしまう可能性がある。この残留物が存在する状態で次の第３処理領域２０６ｃ又は第１処理領域２０６ａを通過した場合、第２層上にＳｉ成分がまばらに付着するため、第１層が疎の状態になってしまうなど、膜特性が悪くなる。更には、第１層に含まれるＣｌ成分は薄膜における不純物となる。このような状況で第１層を形成する工程と第２層を形成する工程とを繰り返して所望の膜厚の薄膜を形成すると、膜の深さ方向にわたって膜密度や抵抗値が不均一となる虞がある。 Here, in the processing in the second processing region 206b or the fourth processing region 206d, there is a possibility that a Cl component derived from DCS as the source gas may remain in the second layer. When passing through the next third processing region 206c or the first processing region 206a in the presence of this residue, Si components are sparsely deposited on the second layer, so that the first layer becomes sparse. The film characteristics deteriorate. Furthermore, the Cl component contained in the first layer becomes an impurity in the thin film. If a thin film having a desired film thickness is formed by repeating the step of forming the first layer and the step of forming the second layer in such a situation, the film density and the resistance value are not uniform over the depth direction of the film. There is a fear.
＜第２の工程Ｓ２００−２＞
そこで、本実施形態では、第１の工程Ｓ２００−１の後、ウエハ２００上の第２層に対して、以下のようにして改質ガスのプラズマによる処理を行う第２の工程Ｓ２００−２（Ｓ３００〜Ｓ３７０）を実行する。図７に手順を示す。<Second Step S200-2>
Therefore, in the present embodiment, after the first step S200-1, the second layer on the wafer 200 is processed in the second step S200-2 ( S300 to S370) are executed. FIG. 7 shows the procedure.
第２の工程Ｓ２００−２を開始する際には、バルブ２４４ｄを閉めて、第３処理領域２０６ｃ内へのＤＣＳガスの供給を停止し、不活性ガスであるＮ２ガスのみを継続して供給する。また、バルブ２４３ｄを閉めて第４処理領域２０６ｄ内へのＮＨ３ガスの供給を停止し、バルブ２３７ｄを開けて第４処理領域２０６ｄ内に、第１のガス（原料ガス）及び第２のガス（反応ガス）とは異なる第３のガスである改質ガス（ここではＨ２ガス）の供給を開始する。すなわち、バルブ２４３ｄとバルブ２３７ｄは、このガス切替え手順において、ＮＨ３ガスとＨ２ガスを切り替えるガス切替部を構成する。また、バルブ２４５ｄをガス切替部に含めてもよい。それ以外のガスの供給の態様は、第１の工程Ｓ２００−１と同様である。When starting the second step S200-2, the valve 244d is closed, the supply of DCS gas into the third processing region 206c is stopped, and only N2 gas that is an inert gas is continuously supplied. To do. Further, the valve 243d is closed to stop the supply of NH3 gas into the fourth processing region 206d, the valve 237d is opened, and the first gas (raw material gas) and the second gas are put into the fourth processing region 206d. Supply of the reformed gas (here, H2 gas), which is a third gas different from (reactive gas), is started. That is, the valve 243d and the valve 237d constitute a gas switching unit that switches between NH3 gas and H2 gas in this gas switching procedure. Further, the valve 245d may be included in the gas switching unit. Other aspects of gas supply are the same as those in the first step S200-1.
（第１処理領域通過Ｓ３００〜第２パージ領域通過Ｓ３３０）
第１処理領域通過Ｓ３００、第１パージ領域通過Ｓ３１０、第２処理領域通過Ｓ３２０及び第２パージ領域通過Ｓ３３０では、第１の工程Ｓ２００−１の第１のサイクルと同様の処理が行われる。(First processing region passage S300 to second purge region passage S330)
In the first processing region passage S300, the first purge region passage S310, the second processing region passage S320, and the second purge region passage S330, the same processing as the first cycle of the first step S200-1 is performed.
（第３処理領域通過Ｓ３４０、第３パージ領域通過Ｓ３５０）
ウエハ２００は、第２処理領域２０６ｂを通過後、第３処理領域２０６ｃ及び第３パージ領域２０７ｃを通過する。第２の工程Ｓ２００−２では、第３処理領域２０６ｃにＮ２ガスのみが供給されているため、他のパージ領域と同様に、これらの領域では、ウエハ２００に対するパージ処理が実施される。(Third treatment region passage S340, third purge region passage S350)
After passing through the second processing region 206b, the wafer 200 passes through the third processing region 206c and the third purge region 207c. In the second step S200-2, since only the N2 gas is supplied to the third processing region 206c, the purge process for the wafer 200 is performed in these regions as in the other purge regions.
（第４処理領域通過Ｓ３６０）
ウエハ２００は、第３パージ領域２０７ｃを通過後、第４処理領域２０６ｄに移動する。ウエハ２００が第４処理領域２０６ｄを通過するときに、改質ガス（ここではＨ２ガス）をプラズマ励起することによって、改質処理を行う。第４処理領域２０６ｄでは、ウエハ２００の表面の第２層が改質ガスとしてのＨ２ガスのプラズマにより改質される。このとき、Ｈ２ガスがプラズマ励起されることにより生成される反応種や活性種は、第２層に残留した残留物としてのＣｌ原子（クロロ基）と反応してＨＣｌとなって第２層から脱離する。以後、ウエハ２００の上の改質された第２層を第３層と称する場合がある。(4th process area passage S360)
After passing through the third purge region 207c, the wafer 200 moves to the fourth processing region 206d. When the wafer 200 passes through the fourth processing region 206d, the reforming process is performed by exciting the reforming gas (here, H2 gas) with plasma. In the fourth processing region 206d, the second layer on the surface of the wafer 200 is modified by plasma of H2 gas as the modifying gas. At this time, the reactive species and active species generated by the plasma excitation of the H2 gas react with Cl atoms (chloro groups) as residues remaining in the second layer to become HCl, which becomes the second layer. Detach from. Hereinafter, the modified second layer on the wafer 200 may be referred to as a third layer.
また、本実施形態において、好ましくは、第４処理領域２０６ｄは、第２処理領域２０６ｂよりも広い。すなわち、第４処理領域２０６ｄにおける所定のウエハ２００に対する処理時間は、第２処理領域２０６ｂにおけるＮＨ３ガスのプラズマを用いた処理時間よりも長い。これにより、第４処理領域２０６ｄでは、第２層が、第２処理領域２０６ｂよりも長い時間をかけてＨ２ガスのプラズマによって改質処理されるので、１サイクルを終えた第３層中にＣｌ成分が残留することがより確実に抑制される。In the present embodiment, the fourth processing region 206d is preferably wider than the second processing region 206b. That is, the processing time for the predetermined wafer 200 in the fourth processing region 206d is longer than the processing time using the NH3 gas plasma in the second processing region 206b. Thus, in the fourth processing region 206d, the second layer is modified by the H2 gas plasma over a longer time than the second processing region 206b. It is more reliably suppressed that the Cl component remains.
或いは、本実施形態において、より好ましくは、第４処理領域２０６ｄにおけるＨ２ガスに印加される高周波電力（プラズマ電力）を第２処理領域２０６ｂにおけるＮＨ３ガスに印加される高周波電力よりも大きくする。これにより、プラズマ密度が高いＨ２ガスのプラズマが形成されるので、第２層からのＣｌ成分の脱離をより確実に促進することができる。また、ウエハ２００の表層付近に限らず、より深い位置に形成された層に対しても改質処理を施すことができる。Alternatively, in the present embodiment, more preferably, the high frequency power (plasma power) applied to the H2 gas in the fourth processing region 206d is made larger than the high frequency power applied to the NH3 gas in the second processing region 206b. . Thereby, since plasma of H2 gas having a high plasma density is formed, desorption of the Cl component from the second layer can be promoted more reliably. Further, the modification process can be applied not only to the vicinity of the surface layer of the wafer 200 but also to a layer formed at a deeper position.
或いは、本実施形態において、より好ましくは、Ｈ２ガスをプラズマ励起するプラズマ生成部で印加される高周波電力の周波数は、ＮＨ３ガスをプラズマ励起するプラズマ生成部の周波数と異なり、例えばＮＨ３ガスをプラズマ励起するプラズマ生成部よりも高い。これにより、電力を高くした効果と同様に、プラズマ密度が高いＨ２ガスのプラズマを用いて、第２層からのＣｌ成分の脱離をより確実に促進することができる。Alternatively, in the present embodiment, more preferably, the frequency of the RF power applied in the plasma generating unit for plasma-exciting H2 gas, unlike the frequency of the plasma generating unit for plasma-exciting NH3 gas, for example, NH3 gas It is higher than the plasma generator that excites plasma. As a result, similarly to the effect of increasing the power, the desorption of the Cl component from the second layer can be more reliably promoted by using the H2 gas plasma having a high plasma density.
（第４パージ領域通過Ｓ３７０）
ウエハ２００は、第４処理領域２０６ｄを通過後、第４パージ領域２０７ｄを通過することにより、Ｎ２ガスによるパージ処理が実施される。(Fourth purge region passage S370)
After passing through the fourth processing region 206d, the wafer 200 passes through the fourth purge region 207d, whereby the purge process using N2 gas is performed.
以上の第１処理領域通過Ｓ３００〜第４パージ領域通過Ｓ３７０を第２の工程Ｓ２００−２の１サイクルとする。 The first process region passage S300 to the fourth purge region passage S370 are set as one cycle of the second step S200-2.
（所定サイクル実施判定Ｓ３８０）
この間、コントローラ３００は、上記１サイクルを所定回数実施したか否かを判定する。具体的には、コントローラ３００は、サセプタ２１７の回転数をカウントする。(Predetermined cycle execution determination S380)
During this time, the controller 300 determines whether or not the one cycle has been performed a predetermined number of times. Specifically, the controller 300 counts the rotation speed of the susceptor 217.
上記１サイクルを所定回数実施していないとき（Ｓ３８０でＮｏの場合）、さらにサセプタ２１７の回転を継続させて、第２の工程Ｓ２００−２を繰り返す。このように、上記１サイクルを所定回数実施することにより、第３層を積層した所定膜厚の薄膜が形成される。改質処理された第３層を積層することにより高品質なＳｉＮ膜を形成する。本実施形態では、例えば第２の工程Ｓ２００−２を１２８回実行するように設定する。 When the above-described one cycle is not performed a predetermined number of times (in the case of No in S380), the rotation of the susceptor 217 is further continued and the second step S200-2 is repeated. As described above, by performing the above-mentioned one cycle a predetermined number of times, a thin film having a predetermined thickness in which the third layer is laminated is formed. A high quality SiN film is formed by stacking the modified third layer. In the present embodiment, for example, the second step S200-2 is set to be executed 128 times.
＜第３の工程Ｓ２００−３＞
本実施形態では、第２の工程Ｓ２００−２の後に、更に第２層（Ｈ２ガスのプラズマによって改質処理が実施された層であっても、Ｃｌ等の脱離が十分ではないものも含む）を十分に改質するために、第２層に対して改質ガスのプラズマによる処理を行う第３の工程Ｓ２００−３（Ｓ３９０〜Ｓ４６０）を実行する。図８に手順を示す。<Third Step S200-3>
In the present embodiment, after the second step S200-2, a second layer (a layer that has been subjected to a modification process by plasma of H2 gas is not sufficient for desorption of Cl or the like). In order to fully modify the second layer, the third step S200-3 (S390 to S460) is performed in which the second layer is treated with the plasma of the reformed gas. FIG. 8 shows the procedure.
第３の工程Ｓ２００−３を開始する際には、バルブ２３１ｄを閉めて、第１処理領域２０６ａ内へのＤＣＳガスの供給を停止し、不活性ガスであるＮ２ガスのみを継続して供給する。また、バルブ２３３ｄを閉めて第２処理領域２０６ｂ内へのＮＨ３ガスの供給を停止し、バルブ２３６ｄを開けて第２処理領域２０６ｂ内に第３のガスである改質ガス（ここではＨ２ガス）の供給を開始する。すなわち、バルブ２３３ｄとバルブ２３６ｄは、このガス切替え手順において、ＮＨ３ガスとＨ２ガスを切り替えるガス切替部を構成する。また、バルブ２３５ｄをガス切替部に含めてもよい。これらのガス切替え手順により、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２パージ領域２０７ｂ、第３処理領域２０６ｃ、第３パージ領域２０７ｃ、及び第４処理領域２０７ｄにはＮ２ガスのみが供給される。また、第２処理領域２０６ｂ及び第４処理領域２０６ｄにはＨ２ガスが供給され、Ｈ２ガスのプラズマを用いた改質処理が実施される。When starting the third step S200-3, the valve 231d is closed, the supply of DCS gas into the first processing region 206a is stopped, and only N2 gas that is an inert gas is continuously supplied. To do. Further, the valve 233d is closed to stop the supply of NH3 gas into the second processing region 206b, the valve 236d is opened, and the reformed gas (here, H2 ) as the third gas is opened into the second processing region 206b. Gas) supply. That is, the valve 233d and the valve 236d constitute a gas switching unit that switches between NH3 gas and H2 gas in this gas switching procedure. Further, the valve 235d may be included in the gas switching unit. By these gas switching procedures, only the N2 gas is present in the first processing region 206a, the first purge region 207a, the second purge region 207b, the third processing region 206c, the third purge region 207c, and the fourth processing region 207d. Supplied. Further, H2 gas is supplied to the second processing region 206b and the fourth processing region 206d, and a reforming process using plasma of H2 gas is performed.
（第１処理領域通過Ｓ３９０、第１パージ領域通過Ｓ４００）
まず、ウエハ２００は、第１処理領域２０６ａ及び第１パージ領域２０７ａを通過し、その際にウエハ２００に対するパージ処理が実施される。(First processing region passage S390, first purge region passage S400)
First, the wafer 200 passes through the first processing region 206a and the first purge region 207a, and at that time, the purge processing is performed on the wafer 200.
（第２処理領域通過Ｓ４１０）
ウエハ２００は、第１パージ領域２０７ａを通過後、第２処理領域２０６ｂに移動する。第３の工程Ｓ２００−３では、第２処理領域２０６ｂにＨ２ガスが供給されており、ウエハ２００上の第２層に対してＨ２ガスのプラズマを用いた改質処理が実施される。(Second processing area passage S410)
After passing through the first purge region 207a, the wafer 200 moves to the second processing region 206b. In the third step S <b> 200-3, H2 gas is supplied to the second processing region 206 b, and the modification process using the H2 gas plasma is performed on the second layer on the wafer 200.
（第２パージ領域通過Ｓ４２０〜第３パージ領域通過Ｓ４４０）
ウエハ２００は、第２処理領域２０６ｂを通過後、第２パージ領域２０７ｂ、第３処理領域２０６ｃ及び第３パージ領域２０７ｃを通過し、その際にウエハ２００に対するパージ処理が実施される。(Second Purge Area Passing S420 to Third Purge Area Passing S440)
After passing through the second processing region 206b, the wafer 200 passes through the second purge region 207b, the third processing region 206c, and the third purge region 207c, and a purge process is performed on the wafer 200 at that time.
（第４処理領域通過Ｓ４５０）
ウエハ２００は、第３パージ領域２０７ｃを通過後、第４処理領域２０６ｄに移動する。ウエハ２００が第４処理領域２０６ｄを通過する際、第２処理通過Ｓ４１０と同様に、ウエハ２００の表面の第２層が、Ｈ２ガスのプラズマにより改質される。(4th process area passage S450)
After passing through the third purge region 207c, the wafer 200 moves to the fourth processing region 206d. When the wafer 200 passes through the fourth processing region 206d, the second layer on the surface of the wafer 200 is modified by plasma of H2 gas, as in the second processing passage S410.
（第４パージ領域通過Ｓ４６０）
ウエハ２００は、第４処理領域２０６ｄを通過後、第４パージ領域２０７ｄし、その際にウエハ２００に対するパージ処理が実行される。(Fourth purge region passage S460)
After passing through the fourth processing region 206d, the wafer 200 enters the fourth purge region 207d, and at that time, a purge process is performed on the wafer 200.
以上の第１処理領域通過Ｓ３９０〜第４パージ領域通過Ｓ４６０を第３の工程Ｓ２００−３の１サイクルとする。 The first process region passage S390 to the fourth purge region passage S460 are defined as one cycle of the third step S200-3.
（所定サイクル実施判定Ｓ４７０）
この間、コントローラ３００は、上記１サイクルを所定回数実施したか否かを判定する。上記１サイクルを所定回数実施していないとき（Ｓ４７０でＮｏの場合）、さらにサセプタ２１７の回転を継続させて、第３の工程Ｓ２００−３を繰り返す。このように第３の工程Ｓ２００−３では、上記１サイクルで複数の処理領域における改質処理を連続して実行するので、ウエハ２００上のＳｉＮ膜に対して、第１の工程Ｓ２００-１や第２の工程Ｓ２００−２より高品質なＳｉＮ膜を形成することができる。本実施形態では、例えば第３の工程Ｓ２００−３を１０回実行するように設定する。(Predetermined cycle execution determination S470)
During this time, the controller 300 determines whether or not the one cycle has been performed a predetermined number of times. When the above-described one cycle is not performed a predetermined number of times (in the case of No in S470), the rotation of the susceptor 217 is further continued and the third step S200-3 is repeated. As described above, in the third step S200-3, the modification process in the plurality of processing regions is continuously performed in the above-described one cycle. Therefore, the first step S200-1 is performed on the SiN film on the wafer 200. A higher quality SiN film can be formed than in the second step S200-2. In the present embodiment, for example, the third step S200-3 is set to be executed 10 times.
上記１サイクルを所定回実施したとき（Ｓ４７０でＹｅｓの場合）、第３の工程Ｓ２００−３を終了し薄膜形成工程Ｓ２００を終了する。 When the above-mentioned one cycle is carried out a predetermined number of times (Yes in S470), the third step S200-3 is finished and the thin film forming step S200 is finished.
（ガス供給停止Ｓ１４０）
薄膜形成工程Ｓ２００の後、少なくともバルブ２３１ｄ，２３３ｄ、２４４ｄ、２４３ｄ、２３６ｄ、２３７ｄを閉じ、第１処理領域２０６ａ、第３処理領域２０６ｃへのＤＣＳガスの供給、第２処理領域２０６ｂ、第４処理領域２０６ｄへのＮＨ３ガスの供給、およびＨ２ガスの供給を停止する。(Gas supply stop S140)
After the thin film forming step S200, at least the valves 231d, 233d, 244d, 243d, 236d, and 237d are closed to supply the DCS gas to the first processing region 206a and the third processing region 206c, the second processing region 206b, and the fourth processing. The supply of NH3 gas and the supply of H2 gas to the region 206d are stopped.
（サセプタ回転停止Ｓ１５０）
ガス供給停止Ｓ１４０の後、サセプタ２１７の回転を停止する。(Susceptor rotation stop S150)
After the gas supply stop S140, the rotation of the susceptor 217 is stopped.
（基板搬出工程Ｓ１６０）
次に、サセプタ２１７を下降させ、サセプタ２１７の表面から突出させたウエハ突き上げピン２６６上にウエハ２００を支持させる。その後、所定のゲートバルブを開き、ウエハ移載機を用いてウエハ２００を反応容器２０３の外へ搬出する。(Substrate unloading step S160)
Next, the susceptor 217 is lowered and the wafer 200 is supported on the wafer push-up pins 266 protruding from the surface of the susceptor 217. Thereafter, a predetermined gate valve is opened, and the wafer 200 is unloaded from the reaction vessel 203 using a wafer transfer machine.
本実施形態において、第１〜第３の工程の各工程の実行回数は、形成する薄膜に対する所望の成膜レート及び膜質に応じて設定されることが望ましい。例えば、成膜レートを重視する場合、成膜レートが大きい第１の工程Ｓ２００−１の実行回数を標準回数よりも多く設定し、第２の工程Ｓ２００−２及び第３の工程Ｓ２００−３の実行回数を標準回数よりも少なく設定することができる。また、膜質を重視する場合、第１の工程Ｓ２００−１の実行回数を標準回数よりも少なく設定し、改質処理が行われる第２の工程Ｓ２００−２又は第３の工程Ｓ２００−３の少なくとも一方の実行回数を標準回数よりも多く設定することができる。 In the present embodiment, the number of execution times of each of the first to third steps is preferably set according to a desired film formation rate and film quality for the thin film to be formed. For example, when importance is attached to the film formation rate, the number of executions of the first step S200-1 having a large film formation rate is set to be larger than the standard number, and the second step S200-2 and the third step S200-3 are performed. The number of executions can be set smaller than the standard number. Further, when emphasizing the film quality, the number of executions of the first step S200-1 is set to be smaller than the standard number, and at least the second step S200-2 or the third step S200-3 in which the reforming process is performed is performed. One execution number can be set larger than the standard number.
また、成膜処理のみが行われる第１の工程Ｓ２００−１において形成される膜（第２層）の厚さが大きくなりすぎると、第２の工程Ｓ２００−２や第３の工程Ｓ２００−３における改質効果が及ばない層ができてしまう。従って、成膜レートを重視する場合であっても、第１の工程Ｓ２００−１の連続実行回数は、形成される膜の厚さが改質処理の効果が及ぶ限界の厚さ以下となるように設定することが望ましい。
また、本実施形態では、成膜と改質が交互に行われる第２の工程Ｓ２００−２が最も多く実行されることが好ましく、第３の工程Ｓ２００−３は、表面付近の改質が不十分な膜を改質することを目的として、薄膜形成工程Ｓ２００の最後に短時間行うことが好ましい。Further, if the thickness of the film (second layer) formed in the first step S200-1 in which only the film forming process is performed becomes too large, the second step S200-2 and the third step S200-3 are performed. The layer which does not have the modification effect in is formed. Therefore, even when importance is attached to the film formation rate, the number of continuous executions of the first step S200-1 is such that the thickness of the film to be formed is equal to or less than the limit thickness to which the effect of the modification process can be exerted. It is desirable to set to.
In this embodiment, it is preferable that the second step S200-2 in which film formation and modification are alternately performed is performed most frequently, and in the third step S200-3, modification near the surface is not performed. For the purpose of modifying the film sufficiently, it is preferable to carry out for a short time at the end of the thin film forming step S200.
また、本実施形態では、反応ガスと改質ガスのいずれもが、反応ガス導入孔２９２ａ（２７２ａ）に接続されたガス供給管２３３ａ（２４３ａ）を介してプラズマ生成室２９０（２８０）に供給されるが、配管内で両ガスが反応することが望ましくない場合には、第１〜第３の工程の切り替え時（すなわち供給されるガスの切り替え時）に、反応ガスと改質ガスの供給を停止して、不活性ガスによるガス供給管２３３ａ（２４３ａ）内のパージを実行するステップを設けることが望ましい。 In this embodiment, both the reaction gas and the reformed gas are supplied to the plasma generation chamber 290 (280) via the gas supply pipe 233a (243a) connected to the reaction gas introduction hole 292a (272a). However, if it is not desirable that both gases react in the piping, supply of the reaction gas and the reformed gas should be performed when switching the first to third steps (that is, when switching the supplied gas). It is desirable to provide a step of stopping and performing purging in the gas supply pipe 233a (243a) with an inert gas.
また、第１〜第３の工程の切り替え時の少なくとも何れかにおいて、反応ガスと改質ガスの混合ガスがプラズマ励起されて薄膜に悪影響を与える可能性がある場合には、ガス供給と高周波電力の印加の両方を一時停止し、排気のみ又は不活性ガスによるパージを実行するステップを入れてもよい。一方、スループットを上げるという観点からは、所望の膜質を確保できる限り、両方のガスの供給を停止する期間を設けず、高周波電力の供給も継続するようにしても良い。 In addition, when at least one of the first to third steps is switched, there is a possibility that the mixed gas of the reaction gas and the reformed gas is plasma-excited to adversely affect the thin film. It is possible to temporarily stop both the application of the gas and to perform a step of performing purge only with exhaust or inert gas. On the other hand, from the viewpoint of increasing the throughput, as long as the desired film quality can be ensured, the supply of high-frequency power may be continued without providing a period for stopping the supply of both gases.
また、本実施形態では、第２の工程Ｓ２００−２において、改質処理が行われる領域の手前の処理領域である第３処理領域２０６ｃへの原料ガスの供給を停止しているが、原料ガスに替えて、不活性ガス以外の他のガスを供給しても良い。 In the present embodiment, in the second step S200-2, the supply of the source gas to the third processing region 206c, which is the processing region before the region where the reforming process is performed, is stopped. Instead of this, another gas other than the inert gas may be supplied.
＜第１実施形態に基づく他の実施形態＞
以上、本発明の第１実施形態を具体的に説明したが、第１実施形態に基づく他の実施形態として、例えば以下の実施形態が考えられる。<Another embodiment based on the first embodiment>
The first embodiment of the present invention has been specifically described above. However, for example, the following embodiments are conceivable as other embodiments based on the first embodiment.
図１０は第１〜第３の工程の実行シーケンスの変形例を示す図である。第１実施形態では、第１〜第３の工程を順番にそれぞれ所定回数ずつ実行するが、変形例１〜４のようにいずれかの工程を実行しないシーケンスとしても良い。また、複数の工程を所定回数ずつ繰り返して実行するシーケンスとしても良い。 FIG. 10 is a view showing a modification of the execution sequence of the first to third steps. In the first embodiment, the first to third steps are sequentially executed a predetermined number of times, but a sequence in which any one of the steps is not executed as in the first to fourth modifications may be used. Moreover, it is good also as a sequence which repeatedly performs a some process each predetermined times.
また、第１実施形態ではチャンバ２０２内を８分割することによって、成膜処理、改質処理を行った。しかし、本発明はチャンバ２０２内を８分割するに限らず、チャンバ内を４分割し、プラズマ励起するガスを切り替えることによって、成膜処理、改質処理を行うことも可能である。図１１に示すように、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第２パージ領域２０７ｂに分割し、所定サイクルの工程を行うことにより、第１の層、第２の層を成膜して、第１処理領域２０６ａからの原料ガスの供給を停止して、第２処理領域２０６ｂの反応ガスの供給を停止し、改質ガスを供給する工程を所定サイクル行う工程を適宜組み合わせることによって、成膜レートと膜質を両立させながら効率的な成膜を行うことができる。 Further, in the first embodiment, the film forming process and the reforming process are performed by dividing the chamber 202 into eight parts. However, the present invention is not limited to dividing the inside of the chamber 202 into eight, but it is also possible to perform the film forming process and the reforming process by dividing the inside of the chamber into four and switching the plasma excitation gas. As shown in FIG. 11, the first layer, the second purge region 207b is divided into the first processing region 206a, the first purge region 207a, the second processing region 206b, and the second purge region 207b. Forming a layer, and stopping the supply of the source gas from the first processing region 206a, stopping the supply of the reaction gas in the second processing region 206b, and supplying the reformed gas for a predetermined cycle By appropriately combining the above, efficient film formation can be performed while satisfying both the film formation rate and the film quality.
また、図１２に示すように、チャンバ２０２内を第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第２パージ領域２０７ｂ、第３処理領域２０６ｃ、第３パージ領域２０７ｃと６分割することも可能である。この場合も、前記同様の処理を行うが、第２処理領域２０６ｂ、第３処理領域２０６ｃにおけるプラズマ励起ガスを反応ガスと改質ガスとで適宜切り替えることにより、所望の膜厚、膜質の成膜を行うことが可能である。 In addition, as shown in FIG. 12, the first processing region 206a, the first purge region 207a, the second processing region 206b, the second purge region 207b, the third processing region 206c, and the third purge regions 207c and 6 in the chamber 202. It is also possible to divide. In this case as well, the same processing as described above is performed. However, the plasma excitation gas in the second processing region 206b and the third processing region 206c is appropriately switched between the reactive gas and the reformed gas, thereby forming a desired film thickness and film quality. Can be done.
更に、チャンバ２０２内を１２分割することによって、ウエハがチャンバを１周することによって、３サイクルのウエハ処理を行うことも可能である。この場合、図９（Ｂ）に示すような第１〜第４の工程（Ｓ２００´−１〜Ｓ２００´−４）を組み合わせて実行することができる。 Further, by dividing the interior of the chamber 202 into 12 parts, it is possible to perform three cycles of wafer processing by making the wafer make one round of the chamber. In this case, the first to fourth steps (S200′-1 to S200′-4) as shown in FIG. 9B can be executed in combination.
また、第１実施形態では、原料ガスとしてＤＣＳガスを用い、反応ガスとしてＮＨ３ガスを用い、ウエハ２００上に窒化膜としてＳｉＮ膜を形成する場合について説明したが、原料ガスとして、ＳｉＨ４，Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８、アミノシラン、ＴＳＡガス等の他のガスを用いてもよい。反応ガスとしてＯ２ガスを用い、酸化膜を形成してもよい。ＴａＮ、ＴｉＮなどのその他の窒化膜、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＳｉＯなどの酸化膜をウエハ２００上に形成してもよい。In the first embodiment, DCS gas is used as a source gas, NH3 gas is used as a reaction gas, and a SiN film is formed as a nitride film on the wafer 200. However, as source gases, SiH4 , Other gases such as Si2 H6 , Si3 H8 , aminosilane, TSA gas may be used. An oxide film may be formed using O2 gas as a reaction gas. Other nitride films such as TaN and TiN, and oxide films such as HfO, ZrO, and SiO may be formed on the wafer 200.
本発明によれば、高品質な薄膜を高スループットにて形成することができる技術が提供される。 According to the present invention, a technique capable of forming a high-quality thin film with high throughput is provided.
１０ 基板処理装置 ２００ ウエハ（基板）２０１ 処理室 ２０３ 反応容器 ２１７ サセプタ（基板載置台） ２８０ プラズマ生成室２９０ プラズマ生成室 ３００ コントローラ（制御部） DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate processing apparatus 200 Wafer (substrate) 201 Processing chamber 203 Reaction container 217 Susceptor (substrate mounting base) 280 Plasma generation chamber 290 Plasma generation chamber 300 Controller (control part)
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