半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质与流程

文档序号:15457848发布日期:2018-09-15 01:41

本发明涉及半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质。



背景技术:

作为半导体器件(Device)的制造工序的一个工序,进行对衬底供给处理气体和反应气体,从而在衬底上形成膜的处理工序。例如,存在专利文献1中记载的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2015-183271



技术实现要素:

发明要解决的问题

近年来,半导体器件的微细化中所要求的技术要求变高,当在衬底上形成器件(device)的情况下,有时器件特性的均匀性降低。

本发明的目的在于,提供提高器件特性的均匀性的技术。

用于解决问题的手段

根据一个方式,提供一种技术,具有:将形成有有机材料膜的衬底收容在处理室内的工序;向所述衬底供给含有金属的气体的工序;向所述衬底供给第一含氧气体和稀释气体的工序,所述稀释气体包括第二含氧气体和非活性气体中的至少任一种;重复工序,对下述工序进行重复:供给所述含有金属的气体的工序,供给第一含氧气体和稀释气体的工序,所述稀释气体包括第二含氧气体和非活性气体中的至少任一种;及在所述重复工序中,使所述第一含氧气体的供给流量与所述稀释气体的供给流量相等或大于所述稀释气体的供给流量的工序。

发明效果

根据本发明涉及的技术,能够提高器件特性的均匀性。

附图说明

图1是一实施方式涉及的腔室的纵剖面的概略图。

图2是用于说明一实施方式涉及的气体供给系统的图。

图3是一实施方式涉及的衬底处理系统的控制器的概略构成图。

图4是一实施方式涉及的衬底处理工序的流程图。

图5是一实施方式涉及的衬底处理工序的顺序图。

图6是一实施方式涉及的衬底处理工序的其他顺序图。

图7是一实施方式涉及的衬底处理工序的其他顺序图。

图8是一实施方式涉及的衬底处理工序的其他顺序图。

图9是一实施方式涉及的衬底处理工序中使用的衬底例的说明图。

图10是应用了一实施方式涉及的衬底处理工序的DSA工序的说明图。

图11的(a)~(h)是用于说明应用了一实施方式涉及的衬底处理工序的多次图案化工序的概略剖面图。

附图标记说明

100 衬底处理装置

200 晶片(衬底)

201 处理室(处理空间)

260 控制部(控制器)

具体实施方式

<一实施方式>

(1)衬底处理装置的构成

对一实施方式涉及的衬底处理装置进行说明。

对本实施方式的衬底处理装置100进行说明。衬底处理装置100以单片式衬底处理装置的形式构成。在衬底处理装置中,进行半导体器件制造的一个工序。

如图1所示,衬底处理装置100包括处理容器202。处理容器202构成为例如横截面为圆形、且扁平的密闭容器。另外,处理容器202由例如铝(Al)、不锈钢(SUS)等金属材料或石英构成。在处理容器202内,形成有对作为衬底的硅晶片等晶片200进行处理的处理空间(处理室)201、搬送空间(移载室)203。处理容器202由上部容器202a和下部容器202b构成。在上部容器202a与下部容器202b之间设置有分隔部204。将上部处理容器202a所包围的空间、且为比分隔板204靠上方的空间称为处理空间(也称为处理室)201,将下部容器202b所包围的空间、且为比分隔板204靠下方的空间称为移载室203。

在下部容器202b的侧面设置有与闸阀1490邻接的衬底搬入搬出口1480,晶片200经由衬底搬入搬出口1480在处理室与未图示的搬送室之间移动。在下部容器202b的底部设置有多个提升销207。而且,下部容器202b接地。

在处理室201内设置有支承晶片200的衬底支承部210。衬底支承部210具有:载置晶片200的载置面211和表面上具有载置面211和外周面215的衬底载置台212。优选的是,设置作为第一加热部的加热器213。通过设置加热部,能够加热衬底、并提高形成于衬底上的膜的品质。还可以在衬底载置台212上、在与提升销207对应的位置处分别设置供提升销207贯通的贯通孔214。需要说明的是,形成于衬底载置台212的表面的载置面211的高度可以形成为与外周面215相比低了相当于晶片200的厚度的长度的量。通过以上述方式构成,能够减小晶片200的上表面的高度与衬底载置台212的外周面215之间的高度差,能够抑制由该高度差而发生的气体的乱流。另外,当气体的乱流对晶片200的处理均匀性没有影响的情况下,也可以构成为外周面215的高度成为与载置面211处于同一平面上的高度以上。

衬底载置台212通过轴217支承。轴217贯通处理容器202的底部,进而在处理容器202的外部与升降机构218连接。通过使升降机构218工作而使轴217及衬底载置台212升降,从而构成为能够使载置于衬底载置面211上的晶片200升降。需要说明的是,轴217下端部的周围由波纹管219覆盖,处理空间201内保持气密。

对于衬底载置台212而言,在晶片200的搬送时,下降至衬底载置面211处于衬底搬入搬出口1480的位置(晶片搬送位置),在晶片200的处理时,如图1所示,晶片200上升至处理室201内的处理位置(晶片处理位置)。

具体而言,在使衬底载置台212下降至晶片搬送位置时,使得提升销207的上端部从衬底载置面211的上表面突出,从而使提升销207从下方支承晶片200。另外,在使衬底载置台212上升至晶片处理位置时,使得提升销207从衬底载置面211的上表面没入,从而使衬底载置面211从下方支承晶片200。需要说明的是,由于提升销207与晶片200直接接触,所以优选由例如石英、氧化铝等材质形成。

此外,在下部容器202b的内壁设置作为温度调节部的第二加热部(移载室加热部)314。第二加热部314构成为能够加热移载室203内、设置于移载室203内的各部。第二加热部314能够抑制进入移载室203的气体在移载室203内被冷却至低于气化原料的沸点的温度从而发生液化,抑制其向下部容器202b的表面吸附。优选的是,以抑制所吸附的气体发生液化的方式进行加热。另外,抑制氧化剂向下部容器202b的表面、后述的防吸附部302的表面的吸附。这里,所谓液化,包括结露、凝结等现象。

第二加热部314由侧部温度调节部314a和底部温度调节部314b中的任一者或两者构成。温度测定部2341、2345分别测定下部容器202b的侧部、底部的温度。通过温度控制部2343、2347而进行侧部温度调节部314a、底部温度调节部314b的加热处理。通过设置温度调节部314,能够将移载室203的各部(侧部、底部)加热至均匀的温度。温度控制部2343、2347与后述控制器260电连接、并被控制。另外,通过第二加热部即温度调节部314对移载室203进行加热,由此能够均匀地加热移载室203,且使气体不向各部吸附。

侧部温度调节部314a以围绕移载室203的方式设置。底部温度调节部314b设置于移载室203的底部。需要说明的是,温度调节部314的温度通过供给至各部的电力而被调节、且通过控制部260进行控制。需要说明的是,后述的成膜工序中的移载室203的温度例如被加热至第一气体和第二气体的任一者或两者不会吸附的温度以上。更优选的是,设定为氧化剂不发生液化的温度以下。另外,也可以在氧化剂发生液化之后,加热至氧化剂蒸发的温度。另外,也可以构成为使侧部温度调节部314a的温度与底部温度调节部314b的温度不同。例如,构成为侧部温度调节部314a的温度高于底部温度调节部314b。通过进行如上所述的温度设定,能够抑制气体对侧部(侧壁部)的过度的吸附,能够降低气体对移载室203的侧部、底部的气体吸附量。

另外,可以在移载室203的内壁表面设置由与构成处理室201的部件相同的材质所构成的防吸附部302。通过使防吸附部302的材质构成为与构成处理室201的石英相同的材质,能够抑制反应气体与下部容器之间的反应。另外,当对处理室201和移载室203进行清洁时,能够使用相同的清洁气体。另外,防吸附部302可以由不易与作为含氧气体的H2O2反应的材料(膜)构成。需要说明的是,防吸附部302例如以膜状设置于下部容器202b的表面上。另外,防吸附部302也可以由板状的部件构成。

(排气系统)

在处理室201(上部容器202a)的内壁上表面,设置有对处理室201的气氛进行排气的、作为第一排气部的排气口221。排气口221连接作为第一排气管的排气管224,排气管224依次串联连接将处理室201内控制为规定的压力的APC(Auto Pressure Controller)等压力调节器227、真空泵223。主要由排气口221、排气管224、压力调节器227构成第一排气部(排气管线)。需要说明的是,也可以构成为真空泵223包含于第一排气部。

在移载室203的侧面下部设置有对移载室203的气氛进行排气的、作为第二排气部的移载室排气口304。移载室排气口304连接作为第二排气管的排气管306,排气管306依次串联连接阀308、将移载室203内控制为规定的压力的APC等压力调节器310、真空泵312。主要由移载室排气口304、阀308、排气管306、压力调节器310构成第二排气部(排气管线)。需要说明的是,也可以构成为真空泵312包含于第二排气部。

(气体导入口)

在处理室201的上部设置的簇射头234的上面(顶壁)设置有向处理室201内供给各种气体的气体导入口241。对连接于作为气体供给部的第一气体导入口241的气体供给单元的构成,在后面描述。

(气体分散部)

簇射头234由缓冲室(空间)232、分散板234a、分散孔234b构成。簇射头234设置于气体导入口241与处理室201之间。从气体导入口241导入的气体被供给至簇射头234的缓冲空间232(分散部)。簇射头234例如由石英、氧化铝、不锈钢、铝等材料构成。

(处理气体供给部)

气体导入口241经由共通气体供给管242而连接气体供给管150。构成为经由气体导入口241而向衬底处理装置100内供给气体。从气体供给管150供给后述的第一气体、第二气体、第三气体、第四气体、吹扫气体。

图2示出第一气体供给部,第二气体供给部、第三气体供给部、第四气体供给部、吹扫气体供给部等气体供给系统的概略构成图。

如图2所示,气体供给管150连接第一气体(含有金属的气体)供给管113a、吹扫气体供给管133a、第二气体(第一含氧气体)供给管123a、第三气体(第二含氧气体)供给管143a、第四气体(第三含氧气体)供给管153a。

(第一气体供给部)

第一气体供给部设置有第一气体供给管113a、质量流量控制器(MFC)115、阀116。需要说明的是,连接于第一气体供给管113a的第一气体供给源113也可以构成为包含于第一气体供给部。另外,当处理气体的原料为液体、固体的情况下,也可以设置气化器180。

第一气体为原料气体,即处理气体之一。

这里,第一气体为含有金属的气体,例如为含铝气体。作为含铝气体,例如能够使用三甲基铝(Trimethyl Alminum:TMA)气体。需要说明的是,第一气体的原料在常温常压下可以为固体、液体、及气体中的任一者。这里,以原料为气体进行。需要说明的是,作为含有金属的气体,除TMA气体以外,还可以是含有Si、Al、Ga、Hf、Zr等金属元素和CH3等烷基的原料气体。作为上述含有金属的气体,例如,包括三甲基镓(Trimethyl Galium:TMGa)、三甲基钛(Trimethyl Titanium:TMTi)、三甲基铪(Trimethyl Hafnium:TMHf)、四甲基硅烷(Tetramethyl Silane:TMS)等。

(第二气体供给部)

第二气体供给部(第一含氧气体供给部)设置有第二气体供给管123a、MFC125、阀126。需要说明的是,连接于第二气体供给管123a的第二气体供给源123也可以构成为包含于第二气体供给部。

需要说明的是,也可以构成为设置远程等离子体单元(RPU),从而将第二气体活化。另外,当在后述的衬底200上形成有有机材料的膜的情况下,也可以构成为不设置RPU、而能够进行非等离子体处理。

第二气体为原料气体,即处理气体之一。

这里,第二气体例如为含氧气体。这里,设为第一含氧气体。作为第一含氧气体,例如能够使用过氧化氢(hydrogen peroxide:H2O2)气体。另外,为了不对作为掩模的有机材料产生影响,第一含氧气体优选使用与掩模相比更与含有金属的气体反应的气体。

(吹扫气体供给部)

吹扫气体供给部(非活性气体供给部)设置有吹扫气体供给管133a、MFC135、阀136。需要说明的是,也可以构成为将连接于吹扫气体供给管133a的吹扫气体供给源133包含于吹扫气体供给部。这里,吹扫气体例如为氮(N2)气。需要说明的是,作为吹扫气体,除N2气以外,例如能够使用氮(He)气、氖(Ne)气,氩(Ar)气等稀有气体。

(第三气体供给部)

第三气体供给部(第二含氧气体供给部)设置有第三气体供给管143a、MFC145、阀146。需要说明的是,连接于第三气体供给管143a的第三气体供给源143也可以构成为包含于第三气体供给部。这里,第三气体例如为含氧气体。这里,设为第二含氧气体。作为第二含氧气体,例如能够使用水蒸气(Water Vapour:H2O)。需要说明的是,也可以构成为设置远程等离子体单元(RPU)、从而使第三气体活化。第一含氧气体和第二含氧气体优选不易生成活性氧的气体。所谓易于生成活性氧的气体,例如包括O3、O2等离子体。因此,优选不同于O3、O2等离子体的氧化剂。当具有活性氧的气体被供给至后述的衬底200的情况下,形成于衬底200上的有机材料膜有时发生灰化。通过不使用上述气体,能够抑制有机材料膜发生灰化。需要说明的是,作为不易生成活性氧的气体,包括H2O、H2O2等。即,具有OH键的气体种类。

(第四气体供给部)

第四气体供给部(含氧气体供给部)设置有第四气体供给管153a、MFC155、阀156。需要说明的是,也可以构成为将连接于第三气体供给管143a的第四气体供给源153包含于第四气体供给部。

这里,第四气体例如为含氧气体。这里,设为第三含氧气体。作为第三含氧气体,例如能够使用过氧化氢(hydrogen peroxide:H2O2)气体。需要说明的是,第四气体供给部由于供给与第二气体供给部同样的气体,因此也可以构成为不设置第四气体供给部、而使用第二气体供给部。

(控制部)

如图1所示,衬底处理装置100具有控制衬底处理装置100的各部的动作的控制器260。

图3示出控制器260的概略。作为控制部(控制手段)的控制器260构成为具备CPU(Central Processing Unit,中央处理单元)260a、RAM(Random Access Memory,随机存取存储器)260b、存储装置260c、I/O端口260d的计算机。RAM260b、存储装置260c、I/O端口260d构成为经由内部总线260e而能够与CPU260a进行数据交换。在控制器260可连接例如构成为触摸面板等的输入输出装置261、外部存储装置262。

存储装置260c例如由闪存、HDD(Hard Disk Drive,硬盘驱动器)等构成。在存储装置260c内,可读取地保存有控制衬底处理装置的动作的控制程序、记载了后述衬底处理的步骤、条件等的工艺制程、存储有直至对衬底200设定用于处理的工艺制程为止的过程中产生的运算数据、处理数据等。需要说明的是,工艺制程是以使控制器260执行后述的衬底处理工序的各步骤并能获得规定的结果的方式组合而成,工艺制程作为程序发挥功能。以下,也将该工艺制程、控制程序等统称而仅称为程序。需要说明的是,在本说明书中使用了程序这样的措辞的情况下,有时仅包含工艺制程本身,有时仅包含控制程序本身,或者有时包含上述两者。另外,RAM260b构成作为暂时保持由CPU260a读取的程序、运算数据,处理数据,等的存储区域(工作区)。

I/O端口260d连接于气化器180、闸阀1490、升降机构218、加热器213、第二加热部314、压力调节器227、310、真空泵223、239、312、阀116、126、136、146、156、308、MFC115、125、135、145、155等。

作为运算部的CPU260a被构成为:读取并执行来自存储装置260c的控制程序,并且与来自输入输出装置260的操作命令的输入等相应地、从存储装置260c读取工艺制程。另外,构成为:将从接收部285输入的设定值与存储于存储装置260c的工艺制程、控制数据进行比较·运算,能够计算出运算数据。另外,构成为能够由运算数据执行对应的处理数据(工艺制程)的决定处理等。而且,CPU260a被构成为:能够按照读取的工艺制程的内容,控制闸阀1490的开闭动作;升降机构218的升降动作;对加热器213、第二加热部314的电力供给动作;压力调节器227、310的压力调节动作;真空泵223、312的起停控制;阀116、126、136、146、156、308的气体的起停控制;MFC115、125、135、145、155的动作等。

需要说明的是,控制器260可以以专用计算机的方式构成,但不限于此,也可以以通用的计算机的方式构成。例如,准备存储了上述程序的外部存储装置(例如磁带、软盘、硬盘等磁盘;CD、DVD等光盘;MO等光磁盘;USB存储器、存储卡等半导体存储器)262,可以通过使用外部存储装置262向通用的计算机安装程序等而能构成本实施方式涉及的控制器260。需要说明的是,用于向计算机提供程序的手段不限于经由外部存储装置262提供的情况。例如也可以使用网络263(互联网、专用线路)等通信手段,不经由外部存储装置262地提供程序。需要说明的是,存储装置260c、外部存储装置262构成为计算机可读取记录介质。以下,也将它们统称而仅称为记录介质。需要说明的是,在本说明书中,使用了记录介质这样的措辞的情况下,有时仅包含存储装置260c自身,有时仅包含外部存储装置262自身,或者有时包含上述两者。

(2)衬底处理工序

接下来,使用上述衬底处理装置对半导体器件(半导体器件)的制造工序的一个工序进行说明。这里,参照图4、图5、图9,对将衬底上的有机材料膜2003中被捕获的含有金属的气体氧化、并在有机材料膜2003中形成金属氧化物的工序的顺序例进行说明。在上述的、将含有金属的气体氧化的工序中,在有机材料膜2003的表面也形成金属氧化物(金属氧化膜)。在上述有机材料膜2003的表面形成的金属氧化膜阻碍在后述的循环中的第n循环所供给的含有金属的气体的分子进入有机材料膜2003中。即,降低在有机材料膜2003中形成的金属氧化物的量。由此,存在如下问题:有机材料膜2003中的金属氧化物的量降低,有机材料膜2003的强度、耐蚀刻性达不到规定值。另外,还会产生这样的问题:要使强度、耐蚀刻性达到规定值为止所需的处理时间边长、处理生产能力降低。

作为解决上述问题的构成,存在缓缓增加第二气体的浓度的构成。例如,存在图5、图6、图7、图8所示的气体供给顺序。这里,以图5为例进行说明。使第二气体与第三气体的供给比率在第一处理工序(第一步)和第二处理工序(第二步)中不同,由此能够降低形成于有机材料膜2003的表面的金属氧化物的量、并在有机材料膜2003中形成规定量的金属氧化物。这里,对如下构成的例子进行说明:与第一步相比,使第二气体的供给量在第二步中更多。

需要说明的是,在以下说明中,构成衬底处理装置的各部的动作由控制器260控制。

需要说明的是,在本说明书中使用术语“晶片”时,有时指“晶片本身”,有时指“由晶片和形成于其表面的规定层、膜等得到的层合体(集合体)”(即,有时包括形成于表面的规定层或膜等在内地称为晶片)。另外,在本说明书中使用术语“晶片的表面”时,有时指“晶片本身的表面(露出面)”,有时指“形成于晶片上的规定层或膜等的表面、即作为层合体的晶片的最外表面”。

因此,在本说明书中,当记载有“对晶片供给规定气体”时,有时指“对晶片本身的表面(露出面)直接供给规定气体”,有时指“对形成于晶片上的层或膜等、即对作为层合体的晶片的最外表面供给规定气体”。另外,在本说明书中,当记载有“在晶片上形成规定的层(或膜)”时,有时指“在晶片本身的表面(露出面)上直接形成规定层(或膜)”,有时指“在形成于晶片上的层或膜等上、即在作为层合体的晶片的最外表面上形成规定层(或膜)”。

需要说明的是,在本说明书中,使用术语“衬底”的情形也与使用术语“晶片”的情形为相同的含义。这时,在上述说明中,将“晶片”换做“衬底”考虑即可。

以下,对衬底处理工序进行说明。

(衬底搬入工序S201)

在衬底处理工序之际,首先,将图9所示那样的、在表面形成有有机材料膜2003的晶片(衬底)200搬入处理室201。具体而言,通过升降机构218使衬底支承部210下降,使提升销207处于从贯通孔214向衬底支承部210的上表面侧突出的状态。另外,在将处理室201内调压至规定的压力之后,使闸阀1490开放、从闸阀1490的开口将晶片200载置于提升销207上。当将晶片200载置于提升销207上之后,通过升降机构218使衬底支承部210上升至规定的位置,从而使得晶片200从提升销207载置于衬底支承部210。

需要说明的是,有机材料膜2003例如由有机树脂构成。有机材料膜例如为在图案化工序中使用的掩模膜。有机树脂的材料具体而言由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)构成。掩模膜也被称为抗蚀膜。

(减压升温工序S202)

接下来,经由处理室排气管224对处理室201内进行排气,以使处理室201内成为规定压力(真空度)。此时,基于压力传感器所测得的压力值,反馈控制作为压力调节器222的APC阀的阀开度。另外,基于温度传感器(未图示)所测定的温度值,反馈控制对作为第一加热部的加热器213、分散板加热器234c及第二加热部(加热器)314的通电量,以使处理室201内的温度成为规定温度,并且高于移载室203的温度。具体而言,利用加热器213预先对衬底支承部210加热,在晶片200或衬底支承部210的温度不再发生变化后维持一定时间。在此期间,存在残留于处理室201内的水分或来自部件的脱除气体等时,可以通过利用真空排气、N2气供给的吹扫将它们除去。由此成膜工艺前的准备结束。需要说明的是,也可以在将处理室201内排气至规定压力时,一次真空排气至能够达到的真空度。

此时,加热器213的温度设定为成为室温~150℃,优选为室温~90℃,更优选为60~90℃的范围内的一定温度。上述温度设定为第一气体和第二气体中的任一者或两者吸附于在晶片200上的温度。即,设定为发生反应的温度。另外,优选的是,设定为形成于晶片200的膜不发生劣化的温度。例如,有机材料的膜不发生劣化的程度的温度。另外,第二加热部(加热器)314(侧部温度调节部314a和底部温度调节部314b)的温度设定为100~200℃左右。如上所述,上述温度设定为阻碍吸附、分解的温度。

(第一处理工序)

接着,对在晶片200的有机材料膜2003中形成金属氧化物的工序的例子进行说明。关于处理的详情,使用图4、图5进行说明。

晶片200载置于衬底支承部210、且处理室201内的气氛稳定后,如图4所示,进行第一处理工序(S203~S207)的步骤。

(第一气体供给工序S203)

在第一气体供给工序S203中,从第一气体供给部向处理室201内供给作为第一气体(原料气体)的含有金属的气体。作为含有金属的气体,例如为TMA气体。具体而言,打开气体阀,从气体源向腔室100供给含有金属的气体。此时,利用MFC调节至规定流量。经流量调节的含有金属的气体通过缓冲空间232、从簇射头234的分散孔234a被供给至减压状态的处理室201内。另外,以继续利用排气系统而进行的处理室201内的排气、以使得处理室201内的压力成为规定的压力范围的方式进行控制。此时,处于对晶片200供给的含有金属的气体这种状态的含有金属的气体以规定的压力(第一压力:例如100Pa以上且20000Pa以下)向处理室201内供给。由此,向晶片200供给含有金属的气体。通过含有金属的气体的供给,含有金属的气体的分子被捕获至晶片200上的有机材料膜2003的内部。具体而言,包含铝的分子被捕获至有机材料膜2004的内部。

(第一吹扫工序S204)

当含有金属的气体分子被捕获至晶片200上的有机材料膜2003的内部之后,停止含有金属的气体的供给。通过停止作为原料气体的含有金属的气体,从而将存在于处理室201中的原料气体、存在于缓冲空间232之中的原料气体从处理室排气管224排气,由此进行第一吹扫工序S204。

另外,在吹扫工序中,除了仅将气体排气(抽真空)从而将气体排出以外,还可以构成为进行供给非活性气体从而将残留气体挤出的排出处理。另外,也可以将抽真空与非活性气体的供给组合进行。另外,也可以构成为交替进行抽真空与非活性气体的供给。

另外,此时,没有必要将向处理室201内供给的N2气的流量也设为大流量,例如,也可以供给与处理室201的容积同等程度的量。通过以上述方式进行吹扫,能够降低对下一工序的影响。另外,通过不将处理室201内完全吹扫,能够缩短吹扫时间、提高制造生产能力。另外,能够将N2气的消耗也抑制至必要的最小限度。

作为此时从各非活性气体供给系统供给的吹扫气体的N2气的供给流量例如分别设为100~20000sccm的范围内的流量。作为吹扫气体,除N2气以外,还可以使用Ar、He、Ne、Xe等稀有气体。

需要说明的是,在吹扫工序中,优选除去吸附至晶片200之上、且未形成有机材料的膜的位置的第一气体、吸附至有机材料膜2003的表面的第一气体。上述第一气体产生与后续供给的第二处理气体反应、引发不需要的反应这样的问题。

(第二处理气体供给工序S205)

第一气体吹扫工序之后,经由气体导入口241、多个分散孔234a,向处理室201内供给作为第二气体(反应气体)的、第一含氧气体。示出第一含氧气体使用过氧化氢(H2O2)的例子。经由分散孔234a向处理室201供给,因此能够向衬底上均匀地供给气体。由此,能够提高膜厚的均匀性。需要说明的是,供给第二气体时,也可以构成为能够经由活化部(激发部)、而向处理室201内供给经活化的第二气体。

此时,以H2O2气体的流量成为规定的流量的方式调节MFC244c。需要说明的是,H2O2气体的供给流量例如为100sccm以上且10000sccm以下。

另外,这里,供给第三气体(稀释气体)。第三气体使用第二含氧气体和非活性气体中的任一者或两者。这里,示出第二含氧气体使用水蒸气(H2O)的例子。如图5所示,第三气体的流量设定为大于第二气体的流量。

经过了规定的时间后,停止第二气体和第三气体的供给。

若作为第二气体的H2O2气体被供给至在晶片200上形成的、捕获了含有金属的气体的分子的有机材料膜2003的话,则H2O2气体向有机材料膜2003的内部渗透、从而将含有金属的气体分子氧化。由此,在有机材料膜2003内形成金属氧化物。具体而言,在有机材料膜2003内形成氧化铝(AlO)。

(第二吹扫工序S206)

通过停止H2O2气体的供给,将存在于处理室201中的H2O2气体、存在于缓冲空间232之中的H2O2气体从第一排气部排气,由此进行第二吹扫工序S206。关于第二吹扫工序S206,进行与上述第一吹扫工序S204同样的工序。

(判定工序S207)

第二吹扫工序S206结束后,控制器260对在上述第一处理工序之中、S203~S206是否进行了规定的循环数n进行判定(n为自然数)。将上述步骤S203~S206设为1循环、将上述循环至少进行1次以上(步骤S207),由此,能够在晶片200上的有机材料膜2003中形成金属氧化物。需要说明的是,上述循环优选重复多次。由此,在晶片200上形成包含规定量的金属氧化膜的有机材料膜2003。

当没有进行规定次数时(在S207中判定为“否”时),重复S203~S206的循环。当实施了规定次数时(在S207中判定为“是”时),结束第一处理工序,执行第二处理工序S208、搬送压力调节工序S209和衬底搬出工序S210。

[第二处理工序S208]

在第一处理工序(S203~S207)之后,按与第一处理工序同样的方式供给第一气体。接着,进行吹扫处理,供给第二气体。此时,使供给量大于在第一处理工序中供给的第二气体的供给量。另外,此时的第二气体供给量设为与第三气体供给量相同或大于第三气体供给量。接着,进行吹扫处理。第二处理工序执行规定的m循环。

由此,通过进行第一处理工序与第二处理工序,能够实现下述状态:晶片200上的有机材料膜2003从内部至表面均匀地含有金属氧化物。

(搬送压力调节工序S209)

在搬送压力调节工序S209中,以处理室201内、移载室203成为规定的压力(真空度)的方式,经由处理室排气管224和移载室排气管304而将处理室201内、移载室203内排气。此时的处理室201内、移载室203内的压力调节至真空搬送室(未图示)内的压力以下。需要说明的是,也可以构成为在上述搬送压力调节工序S209之间、之前或之后,以晶片200的温度冷却至规定的温度的方式由提升销207保持。

(衬底搬出工序S210)

在搬送压力调节工序S209中,在处理室201和移载室203内成为规定压力后,打开闸阀1490,将晶片200从移载室203搬出至真空搬送室(未图示)。

在如上所述的工序中,对晶片200上的有机材料膜2003进行处理。

需要说明的是,在上文中,示出了分为第一处理工序和第二处理工序地进行处理的例子,但不限于此,也可以构成为不进行第二处理工序S208而在第一处理工序中改变第二气体的供给量。将上述顺序例示于图6。如图6所示,也可以按每个循环而缓缓增加作为第二气体的含氧气体的供给量。即,按每个循环而增加第一含氧气体的供给比率。

另外,也可以构成为图7所示的顺序。图7中,作为增加第二气体的供给比率的方法,按每个循环而减少第三气体的供给量。

另外,也可以构成为图8所示的顺序。图8的第一处理工序按与图5所示的顺序同样的方式进行,在第二处理工序中,停止第一气体、第一吹扫、第二吹扫、第三气体的供给,仅供给第二气体,从而进行退火工序。第一处理工序(S203~S207)之后,经由气体导入口241、多个分散孔234a而向处理室201内供给作为第二气体(反应气体)的含氧气体。示出含氧气体使用过氧化氢(H2O2)的例子。由于经由分散孔234a而向处理室201供给,因此,能够均匀地向衬底上供给气体。因此,能够在遍及整个表面而均匀地退火。需要说明的是,在此,在第二处理工序中供给了第二气体,但也可以不供给第二气体而供给第四气体(第三含氧气体)。第四气体如在此所例示那样,是含氧气体,具体而言使用过氧化氢(H2O2)。

此时,以H2O2气体的流量成为规定的流量的方式调节MFC125。需要说明的是,H2O2气体的供给流量例如为100sccm以上且10000sccm以下。

若H2O2气体供给至有机材料膜2003(其形成于晶片200上且含有金属的气体)的话,则作为氧化剂的H2O2气体向掩模内部渗透从而进行退火处理。

经过了规定的时间后,停止H2O2气体的供给。通过第二处理工序,有机材料膜2003中的含有金属的气体的分子被氧化。在第二处理工序中使用的含氧气体可以使用与第一处理工序中使用的含氧气体相比氧化能力更强的气体。具体而言,作为第一处理工序中的第二气体使用水蒸气,作为第三气体使用稀释气体。作为第二处理工序中的第二气体,使用H2O2。另外,也可以使第二处理工序中使用的含氧气体与第一处理工序中使用的含氧气体为相同气体、设为第二处理工序中使用的含氧气体的供给量(浓度)>第一处理工序中使用的含氧气体的供给量(浓度、时间)。使气体种类不同时,能够有效地提高处理生产能力,还能够降低气体使用量。

需要说明的是,在上文中,示出了对图9所示的衬底进行处理的例子,但不限于此,也可以对图10所示的DSA(Directed Self Assembly:定向自组装)工序中的衬底进行处理。在DSA工序中,首先在(a)衬底200上形成引导体(guide)401。接着,在形成有(b)引导体401的衬底200上涂布两种光刻胶原料。这里,光刻胶原料为PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)和PS(聚苯乙烯)。涂布后,通过放置规定时间,作为有机材料膜的PMMA402(2003)和PS403由于引导体401的特性而以规则排列的状态固化。接下来,对该衬底200实施上述图4、图5、图6、图7中的至少任一者,由此PMMA402被改质为含氧化铝膜404。接着,通过对PS403进行蚀刻,从而在衬底200上形成图案。通过以如上所述方式形成包含氧化铝的膜404,由此能够提高其与PS403的蚀刻选择比,能够实现微细的图案化。

此外,如图11所示,也可以对多次图案化工序中的衬底进行处理。这里,示出应用于SADP(self-aligned double patterning:自组装双重图案化)工序中的衬底的例子。

如图11(a)所示,利用光刻法使抗蚀剂501(2003)图案化及削减(sliming)。对该状态的衬底实施上述图4、图5、图6、图7中的至少任一者,由此能够提高抗蚀膜501的强度、蚀刻选择比,并且在后续工序中能够转印精确的图案。

接着,如图11(b)所示,以经图案化的抗蚀剂501为掩模对作为基底的硅防反射膜502和碳硬掩模503进行干式蚀刻,从而转印图案。接下来,在利用灰化器(asher)而将抗蚀剂501除去后,以经图案化了的硅防反射膜层502和碳硬掩模层503为掩模而将基底的硅膜504图案化。接下来,如图11(c)所示,利用灰化器而将碳硬掩模层503除去,由此形成硅膜504的芯图案(以硅为主成分的突起)。在该以硅为主成分的突起之间形成第一槽521。

接下来,如图11(d)所示,对SiO2膜510进行成膜。优选对硅膜504的芯以良好的覆盖率且均匀地进行成膜。通过SiO2膜510的形成,形成第二槽522。接下来,如图11(e)所示,以硅膜512覆盖SiO2膜510上的方式进行成膜。此时,以用硅膜512埋入邻接的SiO2膜510的侧壁间的槽的方式对密集配置有硅芯的区域进行成膜。以邻接的侧壁间的间隔被硅膜512埋入、且上述间隔成为所期望的尺寸的方式来调节硅膜504的芯图案尺寸及节距、SiO2膜510的膜厚。具体而言,在形成于SiO2膜510上的硅膜512之中,以使形成于第二槽522上的硅膜512的膜厚变得更厚的方式进行调节。进一步而言,对于形成于SiO2膜510上的硅膜512而言,除了形成于第二槽522上的硅膜512以外,优选调节为相同的膜厚。

接下来,如图11(f)所示,对硅膜512进行蚀刻,调节蚀刻条件,以使得在所述第二槽522内仅由硅膜512埋入的区域的硅膜512残留。此时,对于宽的槽图案(第三槽523)而言,需要完全除去侧壁的硅膜512、底部的硅膜512。为此,需要各向同性蚀刻。此时,槽的宽度为:第二槽的宽度<第一槽的宽度<第三槽的宽度。在该工序中,实施对硅具有高蚀刻速率、且对SiO2膜而言具有高选择性的蚀刻。此时,例如,调节条件,以使得面向第三槽的硅膜512(上述侧壁的硅膜512、上述底部的硅膜512)、另外沉积于硅膜504之上的SiO2膜510上所沉积的硅膜512等被完全除去,而仅使形成于第二槽522上的硅膜512残留。这里,在供给作为处理气体的蚀刻气体时,优选如上所述预先进行使用除去剂的处理。

接下来,如图11(g)所示,将SiO2膜510干式蚀刻、将硅膜504的芯图案、与残留在SiO2膜的槽中的硅膜36之间的SiO2膜35除去,从而形成槽图案。接下来,如图11(h)所示,以在图11(g)中形成的图案为掩模对基底的SiO2膜505进行干式蚀刻,从而进行图案化。这里,作为例子,示出作为SiO2膜505的蚀刻阻挡层(etching stopper)而在下面铺设硅膜506的情况。

需要说明的是,这里,作为多次图案化工序,示出了应用于SADP工序的情况,但基于同样的原理,也可以应用于SAQP(self-aligned quadruple patterning:自组装四重图案化)。另外,也可以应用于单次图案化工序。

根据本实施方式,能够提高蚀刻选择比。另外,能够使经图案化的有机材料膜(抗蚀剂)固化,因此即便节距变小,也能够维持形状。另外,能够降低图案的LER(Line Edge Roughness:线边缘粗糙度)。

另外,在上文中,记载了交替供给原料气体和反应气体从而进行处理的方法,但只要原料气体与反应气体的气相反应量、副生成物的产生量在容许范围内的话,也能够应用其他方法。例如,原料气体与反应气体的供给时机重合的方法。

另外,在上文中,对半导体器件的制造工序进行了记载,但也能够应用于半导体器件的制造工序以外的工序。例如,包括液晶器件的制造工序、太阳能电池的制造工序、发光器件的制造工序、玻璃衬底的处理工序、陶瓷衬底的处理工序、导电性衬底的处理工序等衬底处理。

另外,在上文中,示出了作为原料气体使用TMA气体、作为反应气体使用H2O2气体来形成氧化铝的例子,但也能够应用于使用其他气体的处理。例如,有含氧物、含氮物、含碳物、含硼物、含金属物和含有多种上述元素的膜等。需要说明的是,作为它们的具体例,例如,有SiO、SiN、ZrO、HfO、HfAlO、ZrAlO、SiC、SiCN、SiBN、TiN、TiC、TiAlC等。对为了形成它们的膜而使用的原料气体和反应气体各自的气体特性(吸附性、脱离性,蒸气压等)进行比较,而适当改变供给位置、簇射头234内的构造,由此能够获得同样的效果。

另外,在上文中,示出了在一个处理室对一片衬底进行处理的装置构成,但不限于此,也可以是在水平方向或垂直方向并列设置多片衬底的装置。

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