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JP6752976B2 - Semiconductor device manufacturing methods, substrate processing devices and programs - Google Patents

Semiconductor device manufacturing methods, substrate processing devices and programs Download PDF

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JP6752976B2 JP2019537981A JP2019537981A JP6752976B2 JP 6752976 B2 JP6752976 B2 JP 6752976B2 JP 2019537981 A JP2019537981 A JP 2019537981A JP 2019537981 A JP2019537981 A JP 2019537981A JP 6752976 B2 JP6752976 B2 JP 6752976B2
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Description

本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラムに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, a substrate processing device, and a program.

半導体装置の製造工程の一工程として、基板の表面に形成されたホールやトレンチ等の凹部を含むパターン上に窒化膜を形成する成膜処理が行われることがある(例えば特許文献1参照)。 As one step in the manufacturing process of the semiconductor device, a film forming process for forming a nitride film on a pattern including recesses such as holes and trenches formed on the surface of the substrate may be performed (see, for example, Patent Document 1).

国際公開2006/088062号International Publication No. 2006/088062

本発明の目的は、基板の表面に形成された凹部を含むパターン上に窒化膜を形成する際、凹部内に所望の非成膜領域を保持しつつ凹部上部に窒化膜を形成することが可能な技術を提供することにある。 An object of the present invention is that when a nitride film is formed on a pattern including a recess formed on the surface of a substrate, the nitride film can be formed on the upper portion of the recess while holding a desired non-deposited region in the recess. Technology is to be provided.

本発明の一態様によれば、
(a)表面に凹部を有する基板に対してアミノ基を含む原料ガスを供給することで、第1層を形成する工程と、
(b)前記基板に対して窒化水素系ガスを供給することで、前記第1層を窒化させて、NH終端された第2層を形成する工程と、
(c)前記基板に対して窒素ガスをプラズマ励起させて供給することで、前記第2層における前記NH終端の一部をN終端に改質させ、前記NH終端の前記一部とは異なる他の一部をN終端に改質させることなくNH終端のまま維持する工程と、
を非同時に行うサイクルを繰り返すことで、前記基板上に窒化膜を形成する工程を有し、
(c)において、前記第2層の前記凹部の上部におけるN終端率を、前記第2層の前記凹部の底部におけるN終端率よりも高くする技術が提供される。
According to one aspect of the invention
(A) A step of forming a first layer by supplying a raw material gas containing an amino group to a substrate having a recess on the surface.
(B) A step of nitriding the first layer by supplying a hydrogen nitride-based gas to the substrate to form an NH-terminated second layer.
(C) By plasma-exciting and supplying nitrogen gas to the substrate, a part of the NH terminal in the second layer is modified to an N terminal, which is different from the part of the NH terminal. The process of maintaining the NH terminal without modifying a part of the N terminal, and
By repeating the cycle of performing the above non-simultaneously, a step of forming a nitride film on the substrate is provided.
In (c), a technique is provided in which the N termination rate at the upper part of the recess of the second layer is higher than the N termination rate at the bottom of the recess of the second layer.

本発明によれば、基板の表面に形成された凹部を含むパターン上に窒化膜を形成する際、凹部内に所望の非成膜領域を保持しつつ凹部上部に窒化膜を形成することが可能となる。 According to the present invention, when a nitride film is formed on a pattern including a recess formed on the surface of a substrate, it is possible to form a nitride film on the upper portion of the recess while holding a desired non-deposited region in the recess. It becomes.

本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。It is a schematic block diagram of the vertical processing furnace of the substrate processing apparatus preferably used in one Embodiment of this invention, and is the figure which shows the processing furnace part in the vertical sectional view. 本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を図1のA−A線断面図で示す図である。It is a schematic block diagram of the vertical processing furnace of the substrate processing apparatus preferably used in one Embodiment of this invention, and is the figure which shows the processing furnace part in the cross-sectional view taken along line AA of FIG. 本発明の一実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。It is a schematic block diagram of the controller of the substrate processing apparatus preferably used in one Embodiment of this invention, and is the figure which shows the control system of the controller by the block diagram. 本発明の一実施形態の成膜シーケンスを示す図である。It is a figure which shows the film formation sequence of one Embodiment of this invention. (a)は、トレンチ上部に形成された第2層の表面状態を示す模式図であり、(b)は、トレンチ底部に形成された第2層の表面状態を示す模式図であり、(c)は、トレンチ上部に形成された第2層におけるNH終端の一部を改質させる様子を示す模式図であり、(d)は、トレンチ底部に形成された第2層におけるNH終端を改質させることなく維持する様子を示す模式図であり、(e)は、トレンチ上部に形成された改質後の第2層に対して原料ガスが供給される様子を示す模式図であり、(f)は、トレンチ底部に形成された第2層に対して原料ガスが供給される様子を示す模式図である。(A) is a schematic view showing the surface state of the second layer formed on the upper part of the trench, and (b) is a schematic view showing the surface state of the second layer formed on the bottom of the trench, (c). ) Is a schematic view showing how a part of the NH termination in the second layer formed in the upper part of the trench is modified, and (d) is a schematic diagram showing the modification of the NH termination in the second layer formed in the bottom of the trench. It is a schematic diagram which shows the state of maintaining without causing, (e) is a schematic diagram which shows the state which the raw material gas is supplied to the modified 2nd layer formed in the upper part of a trench, and is (f). ) Is a schematic view showing how the raw material gas is supplied to the second layer formed at the bottom of the trench. (a)〜(c)は、トレンチを含むパターンが表面に形成された基板に対してキャップ膜を形成している途中の様子を示すウエハ断面拡大図であり、(d)は、キャップ膜を形成することでトレンチ内にエアギャップを形成した様子を示すウエハ断面拡大図である。(A) to (c) are enlarged cross-sectional views of a wafer showing a state in which a cap film is being formed on a substrate in which a pattern including a trench is formed on the surface, and (d) is a cross-sectional enlarged view of the wafer. It is a cross-sectional enlarged view of the wafer which shows the appearance that the air gap was formed in the trench by forming. 本発明の他の実施形態の成膜シーケンスを示す図である。It is a figure which shows the film formation sequence of another embodiment of this invention.

<本発明の一実施形態>
以下、本発明の一実施形態について図1〜図4、図5(a)〜図5(f)、図6(a)〜図6(d)を参照しながら説明する。
<One Embodiment of the present invention>
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4, 5 (a) to 5 (f), and 6 (a) to 6 (d).

(1)基板処理装置の構成
図1に示すように、処理炉202は加熱機構(温度調整部)としてのヒータ207を有する。ヒータ207は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ207は、ガスを熱で活性化(励起)させる活性化機構(励起部)としても機能する。
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus As shown in FIG. 1, the processing furnace 202 has a heater 207 as a heating mechanism (temperature adjusting unit). The heater 207 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a holding plate. The heater 207 also functions as an activation mechanism (excitation unit) that activates (excites) gas by heat.

ヒータ207の内側には、ヒータ207と同心円状に反応管203が配設されている。反応管203は、例えば石英(SiO)または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料により構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管203の下方には、反応管203と同心円状に、マニホールド209が配設されている。マニホールド209は、例えばステンレス(SUS)等の金属材料により構成され、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド209の上端部は、反応管203の下端部に係合しており、反応管203を支持するように構成されている。マニホールド209と反応管203との間には、シール部材としてのOリング220aが設けられている。反応管203はヒータ207と同様に垂直に据え付けられている。主に、反応管203とマニホールド209とにより処理容器(反応容器)が構成される。処理容器の筒中空部には処理室201が形成される。処理室201は、基板としてのウエハ200を収容可能に構成されている。Inside the heater 207, a reaction tube 203 is arranged concentrically with the heater 207. The reaction tube 203 is made of, for example, a heat resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and has a cylindrical shape with an upper end closed and a lower end opened. Below the reaction tube 203, a manifold 209 is arranged concentrically with the reaction tube 203. The manifold 209 is made of a metal material such as stainless steel (SUS), and is formed in a cylindrical shape with open upper and lower ends. The upper end of the manifold 209 is engaged with the lower end of the reaction tube 203, and is configured to support the reaction tube 203. An O-ring 220a as a seal member is provided between the manifold 209 and the reaction tube 203. The reaction tube 203 is vertically installed like the heater 207. A processing container (reaction container) is mainly configured by the reaction tube 203 and the manifold 209. A processing chamber 201 is formed in the hollow cylindrical portion of the processing container. The processing chamber 201 is configured to be able to accommodate the wafer 200 as a substrate.

処理室201内には、ノズル249a,249bが、マニホールド209の側壁を貫通するように設けられている。ノズル249a,249bには、ガス供給管232a,232bが、それぞれ接続されている。 Nozzles 249a and 249b are provided in the processing chamber 201 so as to penetrate the side wall of the manifold 209. Gas supply pipes 232a and 232b are connected to the nozzles 249a and 249b, respectively.

ガス供給管232a,232bには、ガス流の上流側から順に、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)241a,241bおよび開閉弁であるバルブ243a,243bがそれぞれ設けられている。ガス供給管232a,232bのバルブ243a,243bよりも下流側には、ガス供給管232c,232dがそれぞれ接続されている。ガス供給管232c,232dには、ガス流の上流側から順に、MFC241c,241dおよびバルブ243c,243dがそれぞれ設けられている。 The gas supply pipes 232a and 232b are provided with mass flow controllers (MFC) 241a and 241b, which are flow rate controllers (flow rate control units), and valves 243a and 243b, which are open/close valves, in order from the upstream side of the gas flow. .. Gas supply pipes 232c and 232d are connected to the downstream side of the valves 243a and 243b of the gas supply pipes 232a and 232b, respectively. The gas supply pipes 232c and 232d are provided with MFCs 241c and 241d and valves 243c and 243d in this order from the upstream side of the gas flow.

図2に示すように、ノズル249a,249bは、反応管203の内壁とウエハ200との間における平面視において円環状の空間に、反応管203の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ200の積載方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル249a,249bは、ウエハ200が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにそれぞれ設けられている。ノズル249a,249bの側面には、ガスを供給するガス供給孔250a,250bがそれぞれ設けられている。ガス供給孔250aは、反応管203の中心を向くように開口しており、ウエハ200に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔250bは、後述するバッファ室237の中心を向くように開口している。ガス供給孔250a,250bは、反応管203の下部から上部にわたって複数設けられている。 As shown in FIG. 2, the nozzles 249a and 249b are arranged in an annular space in a plan view between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200, along the upper part of the inner wall of the reaction tube 203 from the lower part of the wafer 200. Each is provided so as to stand up in the loading direction. That is, the nozzles 249a and 249b are respectively provided along the wafer arrangement region in a region horizontally surrounding the wafer arrangement region on the side of the wafer arrangement region in which the wafers 200 are arranged. Gas supply holes 250a and 250b for supplying gas are provided on the side surfaces of the nozzles 249a and 249b, respectively. The gas supply hole 250a is opened so as to face the center of the reaction tube 203, and gas can be supplied toward the wafer 200. The gas supply hole 250b is opened so as to face the center of the buffer chamber 237, which will be described later. A plurality of gas supply holes 250a and 250b are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 203.

ノズル249bは、ガス分散空間であるバッファ室237内に設けられている。バッファ室237は、反応管203の内壁と隔壁237aとの間に形成されている。バッファ室237(隔壁237a)は、反応管203の内壁とウエハ200との間における平面視において円環状の空間に、また、反応管203の内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ200の積載方向に沿って設けられている。すなわち、バッファ室237(隔壁237a)は、ウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。隔壁237aのウエハ200と対向(隣接)する面の端部には、ガスを供給するガス供給孔250cが設けられている。ガス供給孔250cは、反応管203の中心を向くように開口しており、ウエハ200に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔250cは、反応管203の下部から上部にわたって複数設けられている。 The nozzle 249b is provided in the buffer chamber 237, which is a gas dispersion space. The buffer chamber 237 is formed between the inner wall of the reaction tube 203 and the partition wall 237a. The buffer chamber 237 (partition wall 237a) is provided in an annular space in a plan view between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200, and in a portion extending from the lower part to the upper part of the inner wall of the reaction tube 203 in the loading direction of the wafer 200. It is provided along. That is, the buffer chamber 237 (partition wall 237a) is provided along the wafer arrangement region in the region horizontally surrounding the wafer arrangement region on the side of the wafer arrangement region. A gas supply hole 250c for supplying gas is provided at the end of the surface of the partition wall 237a facing (adjacent to) the wafer 200. The gas supply hole 250c is opened so as to face the center of the reaction tube 203, and gas can be supplied toward the wafer 200. A plurality of gas supply holes 250c are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 203.

ガス供給管232aからは、原料ガス、すなわち、アミノ基を含む原料ガスとして、形成しようとする膜を構成する主元素としてのシリコン(Si)およびアミノ基を含むアミノシラン系ガスが、MFC241a、バルブ243a、ノズル249aを介して処理室201内へ供給される。原料ガスとは、気体状態の原料、例えば、常温常圧下で液体状態である原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態である原料等のことである。アミノシラン系ガスには、塩素(Cl)を含むアミノシラン(クロロ基とアミノ基の両方を有するシラン)もあるが、本実施形態におけるアミノシラン系ガスとしては、Cl非含有(Clフリー)のアミノシラン系ガスを用いることができる。より好ましくは、ハロゲン非含有(ハロゲンフリー)のアミノシラン系ガスを用いることができる。アミノシラン系ガスは、Siソースとして作用する。アミノシラン系ガスとしては、例えば、トリス(ジメチルアミノ)シラン(SiH[N(CH、略称:3DMAS)ガスを用いることができる。From the gas supply pipe 232a, as a raw material gas, that is, an aminosilane-based gas containing silicon (Si) as a main element constituting a film to be formed and an amino group as a raw material gas containing an amino group, MFC241a and a valve 243a , Is supplied into the processing chamber 201 via the nozzle 249a. The raw material gas is a raw material in a gaseous state, for example, a gas obtained by vaporizing a raw material in a liquid state under normal temperature and pressure, a raw material in a gaseous state under normal temperature and pressure, and the like. Aminosilane-based gas includes aminosilane containing chlorine (Cl) (silane having both chloro group and amino group), but the aminosilane-based gas in the present embodiment is Cl-free (Cl-free) aminosilane-based gas. Can be used. More preferably, a halogen-free (halogen-free) aminosilane-based gas can be used. The aminosilane gas acts as a Si source. As the aminosilane-based gas, for example, tris (dimethylamino) silane (SiH [N (CH 3 ) 2 ] 3 , abbreviation: 3DMAS) gas can be used.

ガス供給管232bからは、反応ガスとして、窒素(N)含有ガスが、MFC241b、バルブ243b、ノズル249b、バッファ室237を介して処理室201内へ供給される。N含有ガスとしては、例えば、窒化水素系ガスを用いることができる。窒化水素系ガスは、Nおよび水素(H)の2元素のみで構成される物質ともいえ、窒化ガス、すなわち、Nソースとして作用する。窒化水素系ガスとしては、例えば、アンモニア(NH)ガスを用いることができる。From the gas supply pipe 232b, a nitrogen (N) -containing gas is supplied as a reaction gas into the processing chamber 201 via the MFC 241b, the valve 243b, the nozzle 249b, and the buffer chamber 237. As the N-containing gas, for example, a hydrogen nitride-based gas can be used. The hydrogen nitride-based gas can be said to be a substance composed of only two elements, N and hydrogen (H), and acts as a nitride gas, that is, an N source. As the hydrogen nitride-based gas, for example, ammonia (NH 3 ) gas can be used.

ガス供給管232c,232dからは、窒素(N)ガスが、それぞれMFC241c,241d、バルブ243c,243d、ガス供給管232a,232b、ノズル249a,249b、バッファ室237を介して処理室201内へ供給される。Nガスは、パージガス或いはキャリアガスとして作用する。また、ガス供給管232dから供給されるNガスは、後述するステップCにおいて、プラズマ励起されることによって改質ガスとしても作用する。From the gas supply pipes 232c and 232d, nitrogen (N 2 ) gas enters the processing chamber 201 via the MFC 241c, 241d, valves 243c, 243d, gas supply pipes 232a, 232b, nozzles 249a, 249b, and buffer chamber 237, respectively. Will be supplied. The N 2 gas acts as a purge gas or a carrier gas. Further, the N 2 gas supplied from the gas supply pipe 232d also acts as a reforming gas by being plasma-excited in step C described later.

主に、ガス供給管232a、MFC241a、バルブ243aにより、原料ガス供給系が構成される。主に、ガス供給管232b、MFC241b、バルブ243bにより、窒化水素系ガス供給系が構成される。主に、ガス供給管232c,232d、MFC241c,241d、バルブ243c,243dにより、窒素ガス供給系が構成される。 The raw material gas supply system is mainly composed of the gas supply pipe 232a, the MFC 241a, and the valve 243a. The hydrogen nitride gas supply system is mainly composed of the gas supply pipe 232b, the MFC 241b, and the valve 243b. The nitrogen gas supply system is mainly composed of gas supply pipes 232c, 232d, MFC241c, 241d, and valves 243c, 243d.

上述の各種供給系のうち、いずれか、或いは、全ての供給系は、バルブ243a〜243dやMFC241a〜241d等が集積されてなる集積型供給システム248として構成されていてもよい。集積型供給システム248は、ガス供給管232a〜232dのそれぞれに対して接続され、ガス供給管232a〜232d内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ243a〜243dの開閉動作やMFC241a〜241dによる流量調整動作等が、後述するコントローラ121によって制御されるように構成されている。集積型供給システム248は、一体型、或いは、分割型の集積ユニットとして構成されており、ガス供給管232a〜232d等に対して集積ユニット単位で着脱を行うことができ、集積型供給システム248のメンテナンス、交換、増設等を、集積ユニット単位で行うことが可能なように構成されている。 Of the various supply systems described above, any or all of the supply systems may be configured as an integrated supply system 248 in which valves 243a to 243d, MFC 241a to 241d, and the like are integrated. The integrated supply system 248 is connected to each of the gas supply pipes 232a to 232d, and various gas supply operations into the gas supply pipes 232a to 232d, that is, the opening / closing operation of the valves 243a to 243d and the MFC 241a to 241d. The flow rate adjustment operation and the like are configured to be controlled by the controller 121 described later. The integrated supply system 248 is configured as an integrated or divided integrated unit, and can be attached to and detached from the gas supply pipes 232a to 232d in units of the integrated unit. It is configured so that maintenance, replacement, expansion, etc. can be performed on an integrated unit basis.

バッファ室237内には、導電体により構成され、細長い構造を有する2本の棒状電極269,270が、反応管203の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ200の積載方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている。棒状電極269,270は、ノズル249bと平行にそれぞれ設けられている。棒状電極269,270は、上部より下部にわたって電極保護管275により覆われることでそれぞれ保護されている。棒状電極269,270のいずれか一方は、整合器272を介して高周波電源273に接続されており、他方は、基準電位であるアースに接続されている。高周波電源273から棒状電極269,270間に高周波(RF)電力を印加することで、棒状電極269,270間のプラズマ生成領域224にプラズマが生成される。主に、棒状電極269,270、電極保護管275により、ガスをプラズマ状態に励起(活性化)させるプラズマ励起部(活性化機構)が構成される。整合器272、高周波電源273をプラズマ励起部に含めて考えてもよい。 In the buffer chamber 237, two rod-shaped electrodes 269 and 270, which are composed of a conductor and have an elongated structure, stand up from the lower part to the upper part of the inner wall of the reaction tube 203 upward in the loading direction of the wafer 200. It is provided as such. The rod-shaped electrodes 269 and 270 are provided in parallel with the nozzle 249b, respectively. The rod-shaped electrodes 269 and 270 are each protected by being covered with an electrode protection tube 275 from the upper part to the lower part. One of the rod-shaped electrodes 269 and 270 is connected to the high frequency power supply 273 via the matching unit 272, and the other is connected to the ground which is the reference potential. By applying high frequency (RF) power between the high frequency power supply 273 and the rod electrodes 269 and 270, plasma is generated in the plasma generation region 224 between the rod electrodes 269 and 270. Mainly, the rod-shaped electrodes 269 and 270 and the electrode protection tube 275 constitute a plasma excitation section (activation mechanism) that excites (activates) the gas into a plasma state. The matching device 272 and the high frequency power supply 273 may be included in the plasma excitation section.

反応管203の側壁下方には、処理室201内の雰囲気を排気する排気管231が接続されている。排気管231には、処理室201内の圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ245および圧力調整器(圧力調整部)としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ244を介して、真空排気装置としての真空ポンプ246が接続されている。APCバルブ244は、真空ポンプ246を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室201内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ246を作動させた状態で、圧力センサ245により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室201内の圧力を調整することができるように構成されている。主に、排気管231、APCバルブ244、圧力センサ245により、排気系が構成される。真空ポンプ246を排気系に含めて考えてもよい。 An exhaust pipe 231 that exhausts the atmosphere in the processing chamber 201 is connected below the side wall of the reaction pipe 203. The exhaust pipe 231 is provided via a pressure sensor 245 as a pressure detector (pressure detector) for detecting the pressure in the processing chamber 201 and an APC (Auto Pressure Controller) valve 244 as a pressure regulator (pressure regulator). , A vacuum pump 246 as a vacuum exhaust device is connected. The APC valve 244 can perform vacuum exhaust and vacuum exhaust stop in the processing chamber 201 by opening and closing the valve in a state where the vacuum pump 246 is operated, and further, in a state where the vacuum pump 246 is operated, By adjusting the valve opening degree based on the pressure information detected by the pressure sensor 245, the pressure in the processing chamber 201 can be adjusted. The exhaust system is mainly composed of an exhaust pipe 231, an APC valve 244, and a pressure sensor 245. The vacuum pump 246 may be included in the exhaust system.

マニホールド209の下方には、マニホールド209の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219は、例えばSUS等の金属材料により構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、マニホールド209の下端と当接するシール部材としてのOリング220bが設けられている。シールキャップ219の下方には、後述するボート217を回転させる回転機構267が設置されている。回転機構267の回転軸255は、シールキャップ219を貫通してボート217に接続されている。回転機構267は、ボート217を回転させることでウエハ200を回転させるように構成されている。シールキャップ219は、反応管203の外部に設置された昇降機構としてのボートエレベータ115によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ115は、シールキャップ219を昇降させることで、ウエハ200を処理室201内外に搬入および搬出(搬送)する搬送装置(搬送機構)として構成されている。また、マニホールド209の下方には、シールキャップ219を降下させボート217を処理室201内から搬出した状態で、マニホールド209の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシャッタ219sが設けられている。シャッタ219sは、例えばSUS等の金属材料により構成され、円盤状に形成されている。シャッタ219sの上面には、マニホールド209の下端と当接するシール部材としてのOリング220cが設けられている。シャッタ219sの開閉動作(昇降動作や回動動作等)は、シャッタ開閉機構115sにより制御される。 Below the manifold 209, a seal cap 219 is provided as a furnace palate body capable of airtightly closing the lower end opening of the manifold 209. The seal cap 219 is made of, for example, a metal material such as SUS and has a disc shape. On the upper surface of the seal cap 219, an O-ring 220b is provided as a seal member that contacts the lower end of the manifold 209. Below the seal cap 219, a rotation mechanism 267 for rotating the boat 217 described later is installed. The rotating shaft 255 of the rotating mechanism 267 penetrates the seal cap 219 and is connected to the boat 217. The rotation mechanism 267 is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217. The seal cap 219 is configured to be vertically lifted and lowered by a boat elevator 115 as a lifting mechanism installed outside the reaction tube 203. The boat elevator 115 is configured as a transport device (convey mechanism) for carrying in and out (transporting) the wafer 200 into and out of the processing chamber 201 by raising and lowering the seal cap 219. Further, below the manifold 209, a shutter 219s as a furnace palate body capable of airtightly closing the lower end opening of the manifold 209 is provided in a state where the seal cap 219 is lowered and the boat 217 is carried out from the processing chamber 201. There is. The shutter 219s is made of a metal material such as SUS and has a disk shape. On the upper surface of the shutter 219s, an O-ring 220c is provided as a seal member that contacts the lower end of the manifold 209. The opening/closing operation (elevating operation, rotating operation, etc.) of the shutter 219s is controlled by the shutter opening/closing mechanism 115s.

基板支持具としてのボート217は、複数枚、例えば25〜200枚のウエハ200を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート217は、例えば石英やSiC等の耐熱性材料により構成される。ボート217の下部には、例えば石英やSiC等の耐熱性材料により構成される断熱板218が多段に支持されている。 The boat 217 as a substrate support supports a plurality of wafers, for example, 25 to 200 wafers, in a horizontal position and vertically aligned with each other, that is, in a multi-stage manner. It is configured to be arranged at intervals. The boat 217 is made of, for example, a heat resistant material such as quartz or SiC. Below the boat 217, a plurality of heat insulating plates 218 made of a heat resistant material such as quartz or SiC are supported in multiple stages.

反応管203内には、温度検出器としての温度センサ263が設置されている。温度センサ263により検出された温度情報に基づきヒータ207への通電具合を調整することで、処理室201内の温度が所望の温度分布となる。温度センサ263は、反応管203の内壁に沿って設けられている。 A temperature sensor 263 as a temperature detector is installed in the reaction tube 203. By adjusting the degree of energization of the heater 207 based on the temperature information detected by the temperature sensor 263, the temperature in the processing chamber 201 becomes a desired temperature distribution. The temperature sensor 263 is provided along the inner wall of the reaction tube 203.

図3に示すように、制御部(制御手段)であるコントローラ121は、CPU(Central Processing Unit)121a、RAM(Random Access Memory)121b、記憶装置121c、I/Oポート121dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM121b、記憶装置121c、I/Oポート121dは、内部バス121eを介して、CPU121aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ121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122が接続されている。 As shown in FIG. 3, the controller 121, which is a control unit (control means), is configured as a computer including a CPU (Central Processing Unit) 121a, a RAM (Random Access Memory) 121b, a storage device 121c, and an I / O port 121d. Has been done. The RAM 121b, the storage device 121c, and the I / O port 121d are configured so that data can be exchanged with the CPU 121a via the internal bus 121e. An input/output device 122 configured as, for example, a touch panel or the like is connected to the controller 121.

記憶装置121c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121c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、後述する成膜処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する成膜処理における各手順をコントローラ121に実行させ、所定の結果を得ることができ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、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。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。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、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、それらの両方を含む場合がある。RAM121bは、CPU121a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 121c is composed of, for example, a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), or the like. In the storage device 121c, a control program for controlling the operation of the substrate processing device, a process recipe in which the procedure and conditions of the film forming process described later are described, and the like are readablely stored. The process recipes are combined so that the controller 121 can execute each procedure in the film forming process described later and obtain a predetermined result, and functions as a program. Hereinafter, process recipes, control programs, etc. are collectively referred to simply as programs. Further, the process recipe is also simply referred to as a recipe. When the word program is used in this specification, it may include only the recipe alone, may include only the control program alone, or may include both of them. The RAM 121b is configured as a memory area (work area) in which programs and data read by the CPU 121a are temporarily stored.

I/Oポート121dは、上述のMFC241a〜241d、バルブ243a〜243d、圧力センサ245、APCバルブ244、真空ポンプ246、温度センサ263、ヒータ207、回転機構267、ボートエレベータ115、シャッタ開閉機構115s、整合器272、高周波電源273等に接続されている。 The I / O ports 121d include the above-mentioned MFCs 241a to 241d, valves 243a to 243d, pressure sensor 245, APC valve 244, vacuum pump 246, temperature sensor 263, heater 207, rotation mechanism 267, boat elevator 115, shutter opening / closing mechanism 115s, It is connected to a matching device 272, a high frequency power supply 273, and the like.

CPU121aは、記憶装置121c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122からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置121cからレシピを読み出すように構成されている。CPU121aは、読み出したレシピの内容に沿うように、MFC241a〜241dによる各種ガスの流量調整動作、バルブ243a〜243dの開閉動作、APCバルブ244の開閉動作および圧力センサ245に基づくAPCバルブ244による圧力調整動作、真空ポンプ246の起動および停止、温度センサ263に基づくヒータ207の温度調整動作、回転機構267によるボート217の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ115によるボート217の昇降動作、シャッタ開閉機構115sによるシャッタ219sの開閉動作、整合器272によるインピーダンス調整動作、高周波電源273への電力供給等を制御するように構成されている。 The CPU 121a is configured to read and execute a control program from the storage device 121c and read a recipe from the storage device 121c in response to an input of an operation command from the input / output device 122 or the like. The CPU 121a adjusts the flow rate of various gases by the MFCs 241a to 241d, opens and closes the valves 243a to 243d, opens and closes the APC valve 244, and adjusts the pressure by the APC valve 244 based on the pressure sensor 245 so as to follow the contents of the read recipe. Operation, start and stop of vacuum pump 246, temperature adjustment operation of heater 207 based on temperature sensor 263, rotation and rotation speed adjustment operation of boat 217 by rotation mechanism 267, lifting operation of boat 217 by boat elevator 115, shutter opening and closing mechanism 115s It is configured to control the opening / closing operation of the shutter 219s, the impedance adjustment operation by the matching unit 272, the power supply to the high frequency power supply 273, and the like.

コントローラ121は、外部記憶装置(例えば、HDD等の磁気ディスク、CD等の光ディスク、MO等の光磁気ディスク、USBメモリ等の半導体メモリ)123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121cや外部記憶装置123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121c単体のみを含む場合、外部記憶装置123単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。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123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 121 installs the above-mentioned program stored in an external storage device (for example, a magnetic disk such as an HDD, an optical disk such as a CD, a magneto-optical disk such as an MO, or a semiconductor memory such as a USB memory) 123 in a computer. Can be configured by The storage device 121c and the external storage device 123 are configured as a computer-readable recording medium. Hereinafter, these are collectively referred to simply as a recording medium. When the term recording medium is used in the present specification, it may include only the storage device 121c alone, it may include only the external storage device 123 alone, or it may include both of them. The program may be provided to the computer by using communication means such as the Internet or a dedicated line without using the external storage device 123.

(2)成膜処理
上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ200上にシリコン窒化膜(SiN膜)を形成するシーケンス例について、図4を用いて説明する。なお、本実施形態では、ウエハ200として、その表面に凹部の一例としてトレンチを含むパターンが形成された基板を用いる例について説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ121により制御される。
(2) Film formation processing A sequence example of forming a silicon nitride film (SiN film) on a wafer 200 as a substrate as one step of a manufacturing process of a semiconductor device using the above-mentioned substrate processing apparatus is shown in FIG. explain. In this embodiment, an example in which a substrate having a pattern including a trench formed on the surface of the wafer 200 as an example of a recess will be described. In the following description, the operation of each part of the substrate processing apparatus is controlled by the controller 121.

図4に示す成膜シーケンスでは、
表面にトレンチを有するウエハ200に対して原料ガスとして3DMASガスを供給することで、第1層を形成するステップAと、
ウエハ200に対して窒化水素系ガスとしてNHガスを供給することで、第1層を窒化させて、NH終端された第2層を形成するステップBと、
ウエハ200に対してNガスをプラズマ励起させて供給することで、第2層におけるNH終端の一部をN終端に改質させ、前記NH終端の前記一部とは異なる他の一部をN終端に改質させることなくNH終端のまま維持するステップCと、
を非同時に行うサイクルを繰り返すことで、ウエハ200上にSiN膜を形成する。
In the film formation sequence shown in FIG. 4,
Step A of forming the first layer by supplying 3DMAS gas as a raw material gas to the wafer 200 having a trench on the surface,
Step B of nitriding the first layer to form an NH-terminated second layer by supplying NH 3 gas as a hydrogen nitride gas to the wafer 200.
By plasma-exciting and supplying N 2 gas to the wafer 200, a part of the NH termination in the second layer is reformed to the N termination, and another part different from the above part of the NH termination is formed. Step C, which maintains the NH termination without modifying it to the N termination,
A SiN film is formed on the wafer 200 by repeating the non-simultaneous cycle.

なお、ステップCでは、第2層のトレンチ上部におけるN終端率を、第2層のトレンチ底部におけるN終端率よりも高くする。この場合、サイクルを繰り返すことで、トレンチ上部に形成される層(改質された第2層が積層されてなる層)の厚さを、トレンチ底部に形成される層(改質された第2層が積層されてなる層)の厚さよりも厚くなるようにしつつ、窒化膜としてのSiN膜を形成することが可能となる。その結果、トレンチ内をSiN膜により埋め込むことなく(トレンチ内に非成膜領域を保持しつつ)、トレンチ上部にキャップ膜としてSiN膜を形成することができ、トレンチ内にエアギャップ(中空部)を形成することが可能となる。 In step C, the N termination rate at the upper part of the trench of the second layer is made higher than the N termination rate at the bottom of the trench of the second layer. In this case, by repeating the cycle, the thickness of the layer formed on the upper part of the trench (the layer formed by laminating the modified second layer) is changed to the thickness of the layer formed on the bottom of the trench (the modified second layer). It is possible to form a SiN film as a nitride film while making the thickness thicker than the thickness of the layer (layer formed by laminating the layers). As a result, the SiN film can be formed as a cap film on the upper part of the trench without embedding the inside of the trench with the SiN film (while maintaining the non-deposited area in the trench), and an air gap (hollow portion) can be formed in the trench. Can be formed.

ここで、トレンチ内にエアギャップを形成することによる効果について説明する。 Here, the effect of forming an air gap in the trench will be described.

近年、半導体デバイスの微細化、高速化に伴い、所望の性能を達成しうるデバイスを製造するためには静電容量の低い所定の特性を有する絶縁膜が必要となる。例えば、トランジスタのソース・ドレイン層と配線層とをつなぐコンタクトとトランジスタのゲートとの間に形成する膜(ゲートスペーサなど)には電気的な絶縁性と低い比誘電率(k値)との両立が求められる。一般的に絶縁膜にはシリコン窒化膜(k値7.5〜)などが用いられ、さらに比誘電率の低いものとしてはシリコン酸化膜(k値3.9)が知られているが、半導体デバイスの微細化、高速化が進むにつれて今後はさらに低い(k値3.9未満の)比誘電率と絶縁性とを両立した膜を形成することが求められる。ここで、空気の比誘電率は1なので絶縁性を確保したい層間をエアギャップとすることにより、低い静電容量と絶縁性とを両立することができる。層間にエアギャップを形成する方法として、成膜処理を行った後に選択的に膜を除去して形成する方法も考えられるが、成膜処理を行う装置だけでなくエッチング処理を行う装置が必要であるため生産効率の低下や生産コストの増大などが課題となる。 In recent years, with the miniaturization and speeding up of semiconductor devices, an insulating film having a predetermined characteristic with a low capacitance is required in order to manufacture a device capable of achieving a desired performance. For example, the film (gate spacer, etc.) formed between the contact connecting the source / drain layer of the transistor and the wiring layer and the gate of the transistor has both electrical insulation and a low relative permittivity (k value). Is required. Generally, a silicon nitride film (k value 7.5 to 5) or the like is used as the insulating film, and a silicon oxide film (k value 3.9) is known as a film having a lower relative permittivity. As devices become finer and faster, it will be required to form a film that has both a lower relative permittivity (k value of less than 3.9) and insulating properties. Here, since the relative permittivity of air is 1, it is possible to achieve both low capacitance and insulating property by providing an air gap between layers for which insulation property is to be ensured. As a method of forming an air gap between layers, a method of selectively removing a film after performing a film forming process is also conceivable, but an apparatus for performing a film forming process as well as an apparatus for performing an etching process is required. Therefore, there are problems such as a decrease in production efficiency and an increase in production cost.

本実施形態によれば、エッチング処理等を行うことなく、トレンチ内にエアギャップを形成することができ、これにより、静電容量の低い絶縁膜を、高い生産性をもって、低い生産コストで形成することが可能となる。 According to this embodiment, an air gap can be formed in the trench without performing etching treatment or the like, whereby an insulating film having a low capacitance can be formed with high productivity and low production cost. It becomes possible.

本明細書では、図4に示す成膜シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の変形例等の説明においても、同様の表記を用いることとする。 In the present specification, the film formation sequence shown in FIG. 4 may be shown as follows for convenience. The same notation will be used in the following description of the modified examples.

(3DMAS→NH →N )×n ⇒ SiN(3DMAS → NH 3 * → N 2 * ) × n ⇒ SiN

本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものを意味する場合や、ウエハとその表面に形成された所定の層や膜との積層体を意味する場合がある。本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものの表面を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面上に所定の層を直接形成することを意味する場合や、ウエハ上に形成されている層等の上に所定の層を形成することを意味する場合がある。本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。 When the term "wafer" is used in the present specification, it may mean the wafer itself or a laminate of a wafer and a predetermined layer or film formed on the surface thereof. When the term "wafer surface" is used in the present specification, it may mean the surface of the wafer itself or the surface of a predetermined layer or the like formed on the wafer. In this specification, the description of “forming a predetermined layer on a wafer” means directly forming a predetermined layer on the surface of the wafer itself, a layer formed on the wafer, etc. It may mean that a predetermined layer is formed on. In this specification, the term “substrate” is also synonymous with the term “wafer”.

(ウエハチャージおよびボートロード)
複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、シャッタ開閉機構115sによりシャッタ219sが移動させられて、マニホールド209の下端開口が開放される(シャッタオープン)。その後、図1に示すように、複数枚のウエハ200を支持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内へ搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219は、Oリング220bを介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。
(Wafer charge and boat load)
When a plurality of wafers 200 are loaded into the boat 217 (wafer charge), the shutter opening/closing mechanism 115s moves the shutter 219s to open the lower end opening of the manifold 209 (shutter open). After that, as shown in FIG. 1, the boat 217 supporting the plurality of wafers 200 is lifted by the boat elevator 115 and carried into the processing chamber 201 (boat load). In this state, the seal cap 219 is in a state of sealing the lower end of the manifold 209 via the O-ring 220b.

(圧力調整および温度調整)
処理室201内、すなわち、ウエハ200が存在する空間が所望の圧力(真空度)となるように、真空ポンプ246によって真空排気(減圧排気)される。この際、処理室201内の圧力は圧力センサ245で測定され、この測定された圧力情報に基づきAPCバルブ244がフィードバック制御される。また、処理室201内のウエハ200が所望の処理温度となるように、ヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電具合がフィードバック制御される。また、回転機構267によるウエハ200の回転を開始する。真空ポンプ246の稼働、ウエハ200の加熱および回転は、いずれも、少なくともウエハ200に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
(Pressure adjustment and temperature adjustment)
Vacuum exhaust (vacuum exhaust) is performed by the vacuum pump 246 so that the pressure (vacuum degree) in the processing chamber 201, that is, the space where the wafer 200 exists is desired. At this time, the pressure in the processing chamber 201 is measured by the pressure sensor 245, and the APC valve 244 is feedback-controlled based on the measured pressure information. Further, the wafer 200 in the processing chamber 201 is heated by the heater 207 so as to have a desired processing temperature. At this time, the degree of energization of the heater 207 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the inside of the processing chamber 201 has a desired temperature distribution. Further, the rotation mechanism 267 starts the rotation of the wafer 200. The operation of the vacuum pump 246 and the heating and rotation of the wafer 200 are all continuously performed at least until the processing of the wafer 200 is completed.

(成膜ステップ)
その後、次の3つのステップ、すなわち、ステップA〜Cを順次実施する。
(Film formation step)
After that, the following three steps, that is, steps A to C, are sequentially performed.

[ステップA]
このステップでは、処理室201内のウエハ200に対して3DMASガスを供給する。
[Step A]
In this step, 3DMAS gas is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201.

具体的には、バルブ243aを開き、ガス供給管232a内へ3DMASガスを流す。3DMASガスは、MFC241aにより流量調整され、ノズル249aを介して処理室201内へ供給され、排気管231より排気される。このとき、ウエハ200に対して3DMASガスが供給される。このときバルブ243c,243dを開き、ガス供給管232c,232d内へNガスを流すようにしてもよい。Nガスは、MFC241c,241dにより流量調整され、ノズル249a,249b、バッファ室237を介して処理室201内へ供給される。Specifically, the valve 243a is opened to allow 3DMAS gas to flow into the gas supply pipe 232a. The flow rate of the 3DMAS gas is adjusted by the MFC 241a, is supplied into the processing chamber 201 via the nozzle 249a, and is exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, 3DMAS gas is supplied to the wafer 200. At this time, the valve 243 c, open the 243 d, the gas supply pipe 232c, may be supplied with N 2 gas into the 232 d. The flow rate of the N 2 gas is adjusted by the MFC 241c and 241d, and the N 2 gas is supplied into the processing chamber 201 via the nozzles 249a and 249b and the buffer chamber 237.

本ステップにおける処理条件としては、
3DMASガス供給流量:10〜1000sccm
ガス供給流量(ガス供給管毎):0〜10000sccm
各ガス供給時間:1〜100秒
処理温度:150〜600℃、好ましくは250〜450℃
処理圧力:1〜1333Pa
が例示される。
The processing conditions in this step are
3DMAS gas supply flow rate: 10 to 1000 sccm
N 2 Gas supply flow rate (for each gas supply pipe): 0 to 10000 sccm
Each gas supply time: 1 to 100 seconds Processing temperature: 150 to 600 ° C, preferably 250 to 450 ° C
Processing pressure: 1-1333Pa
Is exemplified.

上述の条件下でウエハ200に対して3DMASガスを供給することにより、ウエハ200の最表面上に、第1層として、アミノ基を含むSi含有層が形成される。アミノ基を含むSi含有層は、ウエハ200の最表面に、3DMASが物理吸着したり、3DMASの一部が分解した物質が化学吸着したり、3DMASが熱分解したりすること等により形成される。例えば、アミノ基を含むSi含有層は、リガンドの一部が脱離した状態の3DMASにおけるSiがウエハ200の最表面に化学吸着したりすること等により形成される。なお、本明細書では、アミノ基を含むSi含有層を、単に、Si含有層とも称する。 By supplying 3DMAS gas to the wafer 200 under the above conditions, a Si-containing layer containing an amino group is formed as the first layer on the outermost surface of the wafer 200. The Si-containing layer containing an amino group is formed by physically adsorbing 3DMAS on the outermost surface of the wafer 200, chemically adsorbing a substance in which a part of 3DMAS is decomposed, thermally decomposing 3DMAS, and the like. .. For example, the Si-containing layer containing an amino group is formed by chemically adsorbing Si on the outermost surface of the wafer 200 in 3DMAS in a state where a part of the ligand is desorbed. In addition, in this specification, a Si-containing layer containing an amino group is also simply referred to as a Si-containing layer.

ウエハ200上に第1層を形成した後、バルブ243aを閉じ、処理室201内への3DMASガスの供給を停止する。そして、処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留するガス等を処理室201内から排除する。このとき、バルブ243c,243dを開き、処理室201内へNガスを供給する。Nガスはパージガスとして作用する。After forming the first layer on the wafer 200, the valve 243a is closed to stop the supply of 3DMAS gas into the processing chamber 201. Then, the inside of the processing chamber 201 is evacuated, and the gas or the like remaining in the processing chamber 201 is removed from the inside of the processing chamber 201. At this time, the valve 243 c, open the 243 d, and supplies a N 2 gas into the processing chamber 201. The N 2 gas acts as a purge gas.

原料ガスとしては、3DMASガスの他、(ジイソプロピルアミノ)シラン(SiHN[CH(CH、略称:DIPAS)ガス、ビス(ジエチルアミノ)シラン(SiH[N(C、略称:BDEAS)ガス、ビス(ターシャリブチルアミノ)シラン(SiH[NH(C)]、略称:BTBAS)ガス、ビス(ジエチルピペリジノ)シラン(SiH[NC(C、略称:BDEPS)ガス、トリス(ジエチルアミノ)シラン(SiH[N(C、略称:3DEAS)ガス、テトラキス(ジエチルアミノ)シラン(Si[N(C、略称:4DEAS)ガス、テトラキス(ジメチルアミノ)シラン(Si[N(CH、略称:4DMAS)ガス、トリシリルアミン(N(SiH、略称:TSA)ガス等の各種アミノシラン系ガスを用いることができる。As the raw material gas, in addition to 3DMAS gas, (diisopropylamino) silane (SiH 3 N [CH (CH 3 ) 2 ] 2 , abbreviated as DIPAS) gas, bis (diethylamino) silane (SiH 2 [N (C 2 H 5) 5) ) 2] 2, abbreviated: BDEAS) gas, bis (tertiary-butylamino) silane (SiH 2 [NH (C 4 H 9)] 2, abbreviated: BTBAS) gas, bis (diethyl piperidinophenyl) silane (SiH 2 [NC 5 H 8 (C 2 H 5 ) 2 ] 2 , abbreviation: BDEPS) gas, tris (diethylamino) silane (SiH [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 , abbreviation: 3DEAS) gas, tetrakis (diethylamino) Silane (Si [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 , abbreviation: 4DEAS) gas, tetrakis (dimethylamino) silane (Si [N (CH 3 ) 2 ] 4 , abbreviation: 4DMAS) gas, trisilylamine (N) Various aminosilane-based gases such as (SiH 3 ) 3 , abbreviation: TSA) gas can be used.

パージガスとしては、Nガスの他、例えば、Arガス、Heガス、Neガス、Xeガス等の各種希ガスを用いることができる。この点は、後述するステップB,Cにおいても同様である。As the purge gas, in addition to the N 2 gas, various rare gases such as Ar gas, He gas, Ne gas, and Xe gas can be used. This point is the same in steps B and C described later.

[ステップB]
ステップAが終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、ウエハ200上に形成された第1層に対して、プラズマ励起させたNHガス(NH )を供給する。
[Step B]
After the step A is completed, plasma-excited NH 3 gas (NH 3 * ) is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201, that is, the first layer formed on the wafer 200.

具体的には、棒状電極269,270間にRF電力を印加しつつ、バルブ243b,243c,243dの開閉制御を、ステップAにおけるバルブ243a,243c,243dの開閉制御と同様の手順で行う。NHガスは、MFC241bにより流量調整され、ノズル249b、バッファ室237を介して処理室201内へ供給され、排気管231より排気される。このとき、ウエハ200に対してプラズマ励起させたNHガス(NH )が供給される。なお、NHガスは、バッファ室237を通過する際にプラズマで励起(活性化)され、その際、NH 等の活性種が生成され、この活性種がウエハ200に対して供給されることとなる。本明細書では、プラズマ励起させたNHガスを、便宜上、NH とも称する。Specifically, while applying RF power between the rod-shaped electrodes 269 and 270, the opening and closing control of the valves 243b, 243c and 243d is performed in the same procedure as the opening and closing control of the valves 243a, 243c and 243d in step A. The flow rate of the NH 3 gas is adjusted by the MFC 241b, is supplied into the processing chamber 201 via the nozzle 249b and the buffer chamber 237, and is exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, the plasma-excited NH 3 gas (NH 3 * ) is supplied to the wafer 200. The NH 3 gas is excited (activated) by plasma when passing through the buffer chamber 237, and at that time, active species such as NH 3 * are generated, and the active species are supplied to the wafer 200. It will be. In the present specification, the plasma-excited NH 3 gas is also referred to as NH 3 * for convenience.

本ステップにおける処理条件としては、
NHガス供給流量:100〜10000sccm
NHガス供給時間:1〜100秒
処理圧力:1〜2000Pa
RF電力:50〜1000W
が例示される。他の処理条件は、ステップAにおける処理条件と同様とする。なお、ここで例示した処理条件は、活性なNH を、ウエハ200の表面に形成されたトレンチ上部だけでなく、トレンチ底部やその周辺へもまんべんなく行き渡らせることが可能な条件である。
The processing conditions in this step are
NH 3 gas supply flow rate: 100 to 10,000 sccm
NH 3 Gas supply time: 1 to 100 seconds Processing pressure: 1 to 2000 Pa
RF power: 50-1000W
Is exemplified. Other processing conditions are the same as the processing conditions in step A. The processing conditions exemplified here are conditions that allow the active NH 3 * to be evenly distributed not only to the upper part of the trench formed on the surface of the wafer 200 but also to the bottom of the trench and its surroundings.

上述の条件下でウエハ200に対してNH を供給することにより、ステップAでウエハ200上に形成された第1層の少なくとも一部が窒化される。第1層が窒化されることで、ウエハ200上に、第2層として、SiおよびNを含むシリコン窒化層(SiN層)が形成される。第2層の表面は、NH により窒化されることで、NH終端された状態となる。図5(a)は、トレンチ上部に形成された第2層の表面状態を示す模式図であり、図5(b)は、トレンチ底部に形成された第2層の表面状態を示す模式図である。上述したように、本ステップにおける処理条件下では、活性なNH を、失活させることなく活性な状態のまま第1層の表面全域へ供給することが可能となる。その結果、第1層を窒化することで得られる第2層の表面を、トレンチ上部から底部の全域にわたり、まんべんなくNH終端させることが可能となる。つまり、本ステップでは、トレンチ上部におけるNH 濃度が、トレンチ底部におけるNH 濃度と同等となるようにする。また、本ステップでは、活性なNH が失活する場合であっても、トレンチ底部におけるNH 失活率が、トレンチ上部におけるNH 失活率と同等となるようにする。なお、第2層を形成する際、第1層に含まれていたC,H等の不純物は、NH による窒化反応の過程において、第1層中から引き抜かれたり、脱離したりすることで、第1層から分離する。By supplying NH 3 * to the wafer 200 under the above conditions, at least a part of the first layer formed on the wafer 200 in step A is nitrided. By nitriding the first layer, a silicon nitride layer (SiN layer) containing Si and N is formed on the wafer 200 as the second layer. The surface of the second layer is nitrided by NH 3 * to be in an NH-terminated state. FIG. 5A is a schematic view showing the surface state of the second layer formed on the upper part of the trench, and FIG. 5B is a schematic view showing the surface state of the second layer formed on the bottom of the trench. is there. As described above, under the treatment conditions in this step, the active NH 3 * can be supplied to the entire surface of the first layer in an active state without being inactivated. As a result, the surface of the second layer obtained by nitriding the first layer can be evenly NH-terminated from the upper part of the trench to the entire bottom part. That is, in this step, the NH 3 * concentration at the top of the trench is made equal to the NH 3 * concentration at the bottom of the trench. Further, in this step, even if the active NH 3 * is inactivated, NH 3 * ratio of deactivation of the trench bottom is set to be equal to the NH 3 * deactivation rate in the upper portion of the trench. When forming the second layer, impurities such as C and H contained in the first layer are extracted or desorbed from the first layer in the process of the nitriding reaction by NH 3 *. Then, it is separated from the first layer.

ウエハ200上に表面がNH終端された第2層を形成した後、バルブ243bを閉じ、また、棒状電極269,270間へのRF電力の印加を停止して、処理室201内へのNH の供給を停止する。そして、ステップAと同様の処理手順により、処理室201内に残留するガス等を処理室201内から排除する。After forming the second layer whose surface is NH-terminated on the wafer 200, the valve 243b is closed, the application of RF power between the rod-shaped electrodes 269 and 270 is stopped, and the NH 3 into the processing chamber 201 is stopped. Stop the supply of * . Then, by the same processing procedure as in step A, the gas or the like remaining in the processing chamber 201 is removed from the processing chamber 201.

反応ガスとしては、NHガスの他、ジアゼン(N)ガス、ヒドラジン(N)ガス、Nガス等の窒化水素系ガスを用いることができる。As the reaction gas, hydrogen nitride-based gas such as diimide (N 2 H 2 ) gas, hydrazine (N 2 H 4 ) gas, and N 3 H 8 gas can be used in addition to NH 3 gas.

[ステップC]
ステップBが終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、表面がNH終端された第2層に対して、プラズマ励起させたNガス(N )を供給する。
[Step C]
After the step B is completed, plasma-excited N 2 gas (N 2 * ) is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201, that is, the second layer whose surface is NH-terminated.

具体的には、棒状電極269,270間にRF電力を印加しつつ、バルブ243dを開き、ガス供給管232d内へNガスを流す。Nガスは、MFC241dにより流量調整され、ノズル249b、バッファ室237を介して処理室201内へ供給され、排気管231より排気される。このとき、ウエハ200に対してプラズマ励起させたNガス(N )が供給される。なお、Nガスは、バッファ室237を通過する際にプラズマで励起(活性化)され、その際、N 等の活性種が生成され、この活性種がウエハ200に対して供給されることとなる。本明細書では、プラズマ励起させたNガスを、便宜上、N とも称する。Specifically, while applying a RF power between the rod-shaped electrodes 269 and 270, opening the valve 243 d, flow the N 2 gas to the gas supply pipe 232 d. The flow rate of the N 2 gas is adjusted by the MFC 241d, is supplied into the processing chamber 201 via the nozzle 249b and the buffer chamber 237, and is exhausted from the exhaust pipe 231. At this time, plasma-excited N 2 gas (N 2 * ) is supplied to the wafer 200. The N 2 gas is excited (activated) by plasma when passing through the buffer chamber 237, and at that time, active species such as N 2 * are generated, and these active species are supplied to the wafer 200. It will be. In the present specification, the plasma-excited N 2 gas is also referred to as N 2 * for convenience.

本ステップにおける処理条件としては、
プラズマ励起させるNガス供給流量:10〜5000sccm
プラズマ励起させるNガス供給時間:1〜90秒
処理圧力:10〜2666Pa
RF電力:1〜500W
が例示される。他の処理条件は、ステップAにおける処理条件と同様とする。なお、ここで例示した処理条件は、活性なN を主としてトレンチ上部やその周辺へのみ供給することが可能となるような条件である。すなわち、トレンチ底部やその周辺へ到達するまでにN を失活させ、これらの領域へは、活性なN を、殆ど或いは全く供給させなくすることが可能となるような条件である。換言すると、ここで例示した処理条件は、トレンチ上部におけるN 濃度がトレンチ底部におけるN 濃度よりも高くなるような条件であり、また、トレンチ底部におけるN 失活率がトレンチ上部におけるN 失活率よりも大きくなるような条件でもある。
The processing conditions in this step are
Plasma-excited N 2 gas supply flow rate: 10-5000 sccm
Plasma-excited N 2 gas supply time: 1 to 90 seconds Processing pressure: 10 to 2666 Pa
RF power: 1-500W
Is exemplified. Other processing conditions are the same as the processing conditions in step A. The treatment conditions exemplified here are conditions that enable the active N 2 * to be supplied mainly only to the upper part of the trench and its surroundings. That is, it is a condition that N 2 * can be inactivated by the time it reaches the bottom of the trench and its periphery, and active N 2 * can be supplied to these regions with little or no active N 2 *. .. In other words, the treatment conditions exemplified here are such that the N 2 * concentration at the top of the trench is higher than the N 2 * concentration at the bottom of the trench, and the N 2 * deactivation rate at the bottom of the trench is higher than that of the top of the trench. It is also a condition that becomes larger than N 2 * deactivation rate in.

上述の条件下でウエハ200に対してN を供給することにより、ステップBでウエハ200上に形成された第2層の表面の一部を改質させることが可能となる。すなわち、第2層の表面に存在するNH終端のうち、一部のNH終端からHを脱離させ、これをN終端へと改質(変化)させることが可能となる。なお、上述したように、本ステップにおける処理条件下では、活性なN は主としてトレンチ上部やその周辺へのみ供給され、トレンチ底部やその周辺へは殆ど或いは全く供給されなくなる。そのため、本実施形態では、上述の改質処理を、ウエハ200上に形成された第2層の表面のうち、主としてトレンチ上部およびその近傍においてのみ進行させ、トレンチ底部およびその近傍においては殆ど或いは全く進行させないようにすることが可能となる。これにより、第2層の表面に存在するNH終端のうち、N終端へと改質させることが可能な上述の一部のNH終端とは異なる他の一部については、N終端に改質させることなくNH終端のまま維持することが可能となる。図5(c)は、トレンチ上部に形成された第2層におけるNH終端の一部をN終端へと改質させる様子を示す模式図であり、図5(d)は、トレンチ底部に形成された第2層におけるNH終端を改質させることなくNH終端のまま維持する様子を示す模式図である。By supplying N 2 * to the wafer 200 under the above conditions, it is possible to modify a part of the surface of the second layer formed on the wafer 200 in step B. That is, it is possible to desorb H from a part of the NH terminations existing on the surface of the second layer and modify (change) this to the N termination. As described above, under the treatment conditions in this step, the active N 2 * is mainly supplied only to the upper part of the trench and its surroundings, and hardly or not to the bottom of the trench and its surroundings. Therefore, in the present embodiment, the above-mentioned reforming treatment is carried out mainly only in the upper part of the trench and its vicinity among the surfaces of the second layer formed on the wafer 200, and almost or not in the bottom of the trench and its vicinity. It is possible to prevent it from progressing. As a result, among the NH terminations existing on the surface of the second layer, some other NH terminations different from the above-mentioned some NH terminations that can be modified to N terminations are modified to N terminations. It is possible to maintain the NH termination without any problems. FIG. 5C is a schematic view showing a state in which a part of the NH termination in the second layer formed in the upper part of the trench is modified to the N termination, and FIG. 5D is formed in the bottom of the trench. It is a schematic diagram which shows the state which keeps the NH termination as it is without modifying the NH termination in the 2nd layer.

本ステップを行うことにより、第2層のトレンチ上部におけるN終端率を、第2層のトレンチ底部におけるN終端率よりも高くすることが可能となる。また、本ステップを行うことにより、第2層のトレンチ底部におけるNH終端率を、第2層のトレンチ上部におけるNH終端率よりも高くすることが可能となる。すなわち、本ステップを行うことにより、第2層のトレンチ上部におけるN/NH終端比を、第2層のトレンチ底部におけるN/NH終端比よりも大きくすることが可能となる。なお、ここでいうN終端率とは、第2層の表面の単位面積あたりにおける、N終端量(表面に存在するN終端の数)とNH終端量(表面に存在するNH終端の数)との合計量に対する、N終端量の比率〔=N終端量/(N終端量+NH終端量)〕のことである。また、ここでいうNH終端率とは、第2層の表面の単位面積あたりにおける、N終端量とNH終端量との合計量に対する、NH終端量の比率〔=NH終端量/(N終端量+NH終端量)〕のことである。また、ここでいうN/NH終端比とは、第2層の表面の単位面積あたりにおける、NH終端量に対するN終端量の比率〔=N終端量/NH終端量〕のことである。 By performing this step, the N termination rate at the upper part of the trench of the second layer can be made higher than the N termination rate at the bottom of the trench of the second layer. Further, by performing this step, the NH termination rate at the bottom of the trench of the second layer can be made higher than the NH termination rate at the top of the trench of the second layer. That is, by performing this step, the N / NH termination ratio at the top of the trench of the second layer can be made larger than the N / NH termination ratio at the bottom of the trench of the second layer. The N termination rate referred to here is the amount of N termination (the number of N terminations existing on the surface) and the amount of NH termination (the number of NH terminations existing on the surface) per unit area of the surface of the second layer. It is the ratio of the N-terminated amount to the total amount of N-terminated amount [= N-terminated amount / (N-terminated amount + NH-terminated amount)]. Further, the NH termination rate referred to here is the ratio of the NH termination amount to the total amount of the N termination amount and the NH termination amount per unit area of the surface of the second layer [= NH termination amount / (N termination amount /). + NH termination amount)]. Further, the N / NH termination ratio referred to here is the ratio of the N termination amount to the NH termination amount [= N termination amount / NH termination amount] per unit area of the surface of the second layer.

第2層の表面に存在するN終端は、次のサイクルにおいてステップAを実施する際に、3DMASガスに含まれるSiの第2層の表面への吸着を促進させるように作用する。これに対し、第2層の表面に存在するNH終端は、次のサイクルにおいてステップAを実施する際に、3DMASガスに含まれるSiの第2層の表面への吸着を抑制するように作用する。したがって、本ステップを実施し、第2層のトレンチ上部におけるN終端率を、第2層のトレンチ底部におけるN終端率よりも高くすることにより、すなわち、第2層のトレンチ底部におけるNH終端率を、第2層のトレンチ上部におけるNH終端率よりも高くすることにより、次のサイクルにおいてステップAを実施する際に、トレンチ上部やその周辺においては、3DMASガスに含まれるSiの第2層の表面への吸着を促進させることが可能となる。この一方で、トレンチ底部やその周辺においては、3DMASガスに含まれるSiの第2層の表面への吸着を抑制することが可能となる。図5(e)は、トレンチ上部に形成された第2層(表面がN終端に改質された第2層)に対して3DMASガスが供給される様子を示す模式図であり、図5(f)は、トレンチ底部に形成された第2層(表面がNH終端のまま維持された第2層)に対して3DMASガスが供給される様子を示す模式図である。 The N-termination present on the surface of the second layer acts to promote the adsorption of Si contained in the 3DMAS gas to the surface of the second layer when performing step A in the next cycle. On the other hand, the NH termination existing on the surface of the second layer acts to suppress the adsorption of Si contained in the 3DMAS gas on the surface of the second layer when the step A is carried out in the next cycle. .. Therefore, by carrying out this step and making the N termination rate at the top of the trench of the second layer higher than the N termination rate at the bottom of the trench of the second layer, that is, the NH termination rate at the bottom of the trench of the second layer. By making it higher than the NH termination rate in the upper part of the trench of the second layer, when the step A is carried out in the next cycle, the surface of the second layer of Si contained in the 3DMAS gas is formed in the upper part of the trench and its surroundings. It is possible to promote adsorption to. On the other hand, at the bottom of the trench and its periphery, it is possible to suppress the adsorption of Si contained in 3DMAS gas on the surface of the second layer. FIG. 5 (e) is a schematic view showing how 3DMAS gas is supplied to the second layer (the second layer whose surface is modified to the N-terminal) formed in the upper part of the trench. FIG. f) is a schematic view showing how 3DMAS gas is supplied to the second layer (the second layer whose surface is maintained at the NH end) formed at the bottom of the trench.

すなわち、第2層の表面がN終端である場合には、3DMASガスに含まれるSi−N結合の一部が切れてリガンドの一部が脱離すると、3DMASガスに含まれるSiが第2層の表面に存在するN終端に吸着する。一方、第2層の表面がNH終端である場合には、3DMASガスに含まれるSi−N結合の一部が切れてリガンドの一部が脱離しても、第2層の表面のNH終端におけるN−H結合を切らなければ、3DMASガスに含まれるSiが第2層の表面に吸着しない。 That is, when the surface of the second layer is N-terminated, when a part of the Si—N bond contained in the 3DMAS gas is broken and a part of the ligand is eliminated, the Si contained in the 3DMAS gas is the second layer. Adsorbs to the N-terminal existing on the surface of. On the other hand, when the surface of the second layer is NH-terminated, even if a part of the Si—N bond contained in the 3DMAS gas is broken and a part of the ligand is desorbed, the NH-terminated surface of the second layer Unless the N—H bond is broken, Si contained in the 3DMAS gas will not be adsorbed on the surface of the second layer.

その結果、トレンチ上部やその周辺においては第1層の形成を促進させつつ、トレンチ底部やその周辺においては第1層の形成を抑制することが可能となる。この場合、次のサイクルでトレンチ上部に形成される第1層、第2層の厚さは、次のサイクルでトレンチ底部に形成される第1層、第2層の厚さよりもそれぞれ厚くなる。すなわち、1サイクルあたりにトレンチ上部に形成されるSiN層の厚さは、1サイクルあたりにトレンチ底部に形成されるSiN層の厚さよりも厚くなる。結果として、トレンチ内をSiN膜により埋め込むことなく、すなわち、トレンチ内に所望の非成膜領域を保持しつつ、トレンチ上部にキャップ膜としてSiN膜を形成することが可能となり、トレンチ内にエアギャップを形成することが可能となる。 As a result, it is possible to promote the formation of the first layer at the upper part of the trench and its periphery, and suppress the formation of the first layer at the bottom of the trench and its periphery. In this case, the thickness of the first layer and the second layer formed on the upper part of the trench in the next cycle becomes thicker than the thickness of the first layer and the second layer formed on the bottom of the trench in the next cycle, respectively. That is, the thickness of the SiN layer formed on the upper part of the trench per cycle is thicker than the thickness of the SiN layer formed on the bottom of the trench per cycle. As a result, it is possible to form a SiN film as a cap film on the upper part of the trench without embedding the inside of the trench with the SiN film, that is, while holding a desired non-deposited area in the trench, and an air gap in the trench. Can be formed.

また、本ステップでは、N を供給する際の処理条件を適正化させることにより、第2層のトレンチ上部におけるN終端率を、第2層のトレンチ上部におけるNH終端率よりも高くすることが可能となる。また、第2層のトレンチ底部におけるNH終端率を、第2層のトレンチ底部におけるN終端率よりも高くすることが可能となる。このようにした場合、次のサイクルにおけるステップAにおいて、トレンチ上部への第1層の形成を促進させつつ、トレンチ底部への第1層の形成を抑制させるという上述の効果が、より確実に得られるようになる。すなわち、トレンチ上部においてキャップ膜の成長をより確実に進行させ、トレンチ内に所望の非成膜領域を確実に保持し、適正なエアギャップを形成することが可能となる。Further, in this step, the N termination rate at the upper part of the trench of the second layer is made higher than the NH termination rate at the upper part of the trench of the second layer by optimizing the processing conditions when supplying N 2 *. Is possible. Further, the NH termination rate at the bottom of the trench of the second layer can be made higher than the N termination rate at the bottom of the trench of the second layer. In this case, in step A in the next cycle, the above-mentioned effect of promoting the formation of the first layer on the upper part of the trench and suppressing the formation of the first layer on the bottom of the trench is more reliably obtained. Will be able to. That is, it is possible to more reliably promote the growth of the cap film in the upper part of the trench, reliably hold the desired non-deposited region in the trench, and form an appropriate air gap.

ここで述べた効果を得るには、活性なN を、主としてトレンチ上部やその周辺へのみ供給し、トレンチ底部やその周辺へは殆ど或いは全く供給させない(届かせない)ような条件下で、ステップCを行うことが重要である。例えば、ステップCにおける処理圧力を、ステップBにおける処理圧力よりも大きくするようにすれば、活性なN のライフタイムを適正に短くすることが可能となり、ここで述べた効果が確実に得られるようになる。また例えば、ステップCにおけるRF電力を、ステップBにおけるRF電力よりも小さくするようにしても、活性なN のライフタイムを適正に短くすることが可能となり、ここで述べた効果が確実に得られるようになる。また例えば、ステップCにおけるN の供給時間を、ステップBにおけるNH の供給時間よりも短くするようにすれば、活性なN のトレンチ底部やその周囲への到達確率を低下させることができ、ここで述べた効果が確実に得られるようになる。In order to obtain the effects described here, active N 2 * is mainly supplied only to the upper part of the trench and its surroundings, and hardly or at all to the bottom of the trench and its surroundings (not reachable). , It is important to perform step C. For example, if the processing pressure in step C is made larger than the processing pressure in step B, the lifetime of active N 2 * can be appropriately shortened, and the effects described here can be surely obtained. Will be able to. Further, for example, even if the RF power in step C is made smaller than the RF power in step B, the lifetime of the active N 2 * can be appropriately shortened, and the effect described here can be surely shortened. You will be able to obtain it. Further, for example, if the supply time of N 2 * in step C is made shorter than the supply time of NH 3 * in step B, the probability of reaching the bottom of the trench of active N 2 * and its surroundings is reduced. This will ensure that the effects described here are obtained.

第2層の表面の一部に対して必要な改質処理を実施した後、バルブ243dを閉じ、また、棒状電極269,270間へのRF電力の印加を停止して、処理室201内へのN の供給を停止する。そして、ステップAと同様の処理手順により、処理室201内に残留するガス等を処理室201内から排除する。After performing the necessary modification treatment on a part of the surface of the second layer, the valve 243d is closed, the application of RF power between the rod-shaped electrodes 269 and 270 is stopped, and the inside of the processing chamber 201 is entered. N 2 * supply will be stopped. Then, by the same processing procedure as in step A, the gas or the like remaining in the processing chamber 201 is removed from the processing chamber 201.

[所定回数実施]
上述したステップA〜Cを非同時に、すなわち、同期させることなく交互に行うサイクルを所定回数(n回、nは1以上の整数)行うことにより、図6(a)〜図6(d)に示されるように、ウエハ200の表面に形成されたトレンチを含むパターン上にSiN膜300を形成し、その際、トレンチ内をSiN膜300により埋め込むことなく、トレンチ上部にSiN膜300によるキャップ膜を形成することが可能となる。これにより、図6(d)に示されるように、トレンチ内にエアギャップ400が形成されることとなる。
[Performed a predetermined number of times]
By performing the above-mentioned steps A to C non-simultaneously, that is, alternately performing the cycles without synchronization a predetermined number of times (n times, n is an integer of 1 or more), FIGS. 6 (a) to 6 (d) can be obtained. As shown, the SiN film 300 is formed on the pattern including the trench formed on the surface of the wafer 200, and at that time, the cap film by the SiN film 300 is formed on the upper part of the trench without embedding the inside of the trench by the SiN film 300. It becomes possible to form. As a result, as shown in FIG. 6D, an air gap 400 is formed in the trench.

(アフターパージおよび大気圧復帰)
成膜ステップが終了した後、ガス供給管232c,232dのそれぞれからパージガスとしてのNガスを処理室201内へ供給し、排気管231より排気する。これにより、処理室201内がパージされ、処理室201内に残留するガスや反応副生成物が処理室201内から除去される(アフターパージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
(Afterpurge and return to atmospheric pressure)
After the film forming step is completed, N 2 gas as a purge gas is supplied from each of the gas supply pipes 232c and 232d into the processing chamber 201 and exhausted from the exhaust pipe 231. As a result, the inside of the treatment chamber 201 is purged, and the gas and reaction by-products remaining in the treatment chamber 201 are removed from the inside of the treatment chamber 201 (after-purge). After that, the atmosphere in the treatment chamber 201 is replaced with the inert gas (replacement of the inert gas), and the pressure in the treatment chamber 201 is restored to normal pressure (return to atmospheric pressure).

(ボートアンロードおよびウエハディスチャージ)
ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降され、マニホールド209の下端が開口される。そして、処理済のウエハ200が、ボート217に支持された状態でマニホールド209の下端から反応管203の外部に搬出(ボートアンロード)される。ボートアンロードの後は、シャッタ219sが移動させられ、マニホールド209の下端開口がOリング220cを介してシャッタ219sによりシールされる(シャッタクローズ)。処理済のウエハ200は、反応管203の外部に搬出された後、ボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。
(Boat unloading and wafer discharge)
The boat elevator 115 lowers the seal cap 219 to open the lower end of the manifold 209. Then, the processed wafer 200 is carried out (boat unloading) from the lower end of the manifold 209 to the outside of the reaction tube 203 while being supported by the boat 217. After the boat is unloaded, the shutter 219s is moved, and the lower end opening of the manifold 209 is sealed by the shutter 219s via the O-ring 220c (shutter close). The processed wafer 200 is carried out of the reaction tube 203 and then taken out from the boat 217 (wafer discharge).

(3)本実施形態による効果
上述の実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
(3) Effects of the present embodiment According to the above-described embodiment, one or more of the following effects can be obtained.

(a)表面がNH終端された第2層を形成した後、ステップCを行うことで、第2層のトレンチ上部におけるN終端率を、第2層のトレンチ底部におけるN終端率よりも高くすることが可能となる。これにより、トレンチ上部におけるSiN層の成長を促進させることができ、トレンチ内をSiN膜により埋め込むことなく、トレンチ上部にキャップ膜としてSiN膜を形成することが可能となる。結果として、トレンチ内にエアギャップ(中空部)を形成することが可能となる。 (A) By performing step C after forming the second layer whose surface is NH-terminated, the N termination rate at the top of the trench of the second layer is made higher than the N termination rate at the bottom of the trench of the second layer. It becomes possible. As a result, the growth of the SiN layer in the upper part of the trench can be promoted, and the SiN film can be formed as a cap film in the upper part of the trench without embedding the inside of the trench with the SiN film. As a result, it becomes possible to form an air gap (hollow portion) in the trench.

(b)表面がNH終端された第2層を形成した後、ステップCを行うことで、第2層のトレンチ底部におけるNH終端率を、第2層のトレンチ上部におけるNH終端率よりも高くすることが可能となる。これにより、トレンチ底部におけるSiN層の成長を抑制させることができ、トレンチ上部にキャップ膜としてSiN膜を形成する際に、トレンチ内に所望の非成膜領域を保持することが可能となり、トレンチ内をSiN膜により埋め込まないようにすることが可能となる。結果として、トレンチ内にエアギャップを形成することが可能となる。 (B) By performing step C after forming the second layer whose surface is NH-terminated, the NH termination rate at the bottom of the trench of the second layer is made higher than the NH termination rate at the upper part of the trench of the second layer. It becomes possible. As a result, the growth of the SiN layer at the bottom of the trench can be suppressed, and when a SiN film is formed as a cap film on the upper part of the trench, a desired non-deposited region can be held in the trench, and the inside of the trench can be maintained. Can be prevented from being embedded by the SiN film. As a result, it is possible to form an air gap in the trench.

(c)表面がNH終端された第2層を形成した後、ステップCを行うことで、第2層のトレンチ上部におけるN/NH終端比を、第2層のトレンチ底部におけるN/NH終端比よりも大きくすることが可能となる。これにより、トレンチ内をSiN膜により埋め込むことなく、トレンチ上部におけるキャップ膜の成長を確実に進行させ、トレンチ内にエアギャップを形成することが可能となる。 (C) After forming the second layer whose surface is NH-terminated, step C is performed to obtain the N / NH termination ratio at the top of the trench of the second layer and the N / NH termination ratio at the bottom of the trench of the second layer. Can be made larger than. As a result, it is possible to surely promote the growth of the cap film in the upper part of the trench and to form an air gap in the trench without embedding the inside of the trench with the SiN film.

(d)表面がNH終端された第2層を形成した後、ステップCを行うことで、第2層のトレンチ上部におけるN終端率を、第2層のトレンチ上部におけるNH終端率よりも高くすることが可能となる。また、第2層のトレンチ底部におけるNH終端率を、第2層のトレンチ底部におけるN終端率よりも高くすることが可能となる。これらにより、トレンチ内をSiN膜により埋め込むことなく、トレンチ上部におけるキャップ膜の成長を確実に進行させ、トレンチ内にエアギャップを形成することが可能となる。 (D) By performing step C after forming the second layer whose surface is NH-terminated, the N termination rate at the upper part of the trench of the second layer is made higher than the NH termination rate at the upper part of the trench of the second layer. It becomes possible. Further, the NH termination rate at the bottom of the trench of the second layer can be made higher than the N termination rate at the bottom of the trench of the second layer. As a result, it is possible to surely promote the growth of the cap film in the upper part of the trench and to form an air gap in the trench without embedding the inside of the trench with the SiN film.

(e)上述の効果は、原料ガスとして3DMASガス以外のCl非含有(Clフリー)のアミノシラン系ガスを用いる場合や、反応ガスとしてNHガス以外の窒化水素系ガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。(E) the above-described effect, and when using an aminosilane-based gas of the material gas Cl-free non 3DMAS gas as (Cl free), even in the case of using NH 3 hydronitrogen based gas other than the gas as the reaction gas, similar Can be obtained.

(4)変形例
本実施形態は、以下の変形例のように変更することができる。また、これらの変形例は任意に組み合わせることができる。
(4) Modification example This embodiment can be modified as the following modification example. Moreover, these modified examples can be arbitrarily combined.

(変形例1)
例えば、以下に示す成膜シーケンスのように、ステップBでは、NHガスをプラズマ励起させて供給するのではなく、熱励起させて供給するようにしてもよい。
(Modification example 1)
For example, as a film-forming sequence shown below, in step B, rather than supplying the NH 3 gas by plasma excitation may be supplied by thermal excitation.

(3DMAS→NH→N )×n ⇒ SiN(3DMAS → NH 3 → N 2 * ) × n ⇒ SiN

(変形例2)
また例えば、図7や以下に示す成膜シーケンスのように、ガスを流す順番を変えてもよい。
(Modification 2)
Further, for example, the order of flowing the gas may be changed as in the film forming sequence shown in FIG. 7 and the following.

(NH →N →3DMAS)×n ⇒ SiN(NH 3 * → N 2 * → 3DMAS) × n ⇒ SiN

(変形例3)
また例えば、以下に示す成膜シーケンスのように、ガスを流す順番を変えてもよい。
(Modification 3)
Further, for example, the order of flowing the gas may be changed as in the film forming sequence shown below.

(N →3DMAS→NH )×n ⇒ SiN(N 2 * → 3DMAS → NH 3 * ) × n ⇒ SiN

変形例1〜3の場合においても、図4に示す成膜シーケンスと同様な効果が得られる。すなわち、SiN膜によるトレンチ内の埋め込みを抑制しつつトレンチ上部にキャップ膜としてSiN膜を形成することが可能となり、トレンチ内にエアギャップを形成することが可能となる。これらの変形例においても、ステップCにおける処理圧力をステップBにおける処理圧力よりも大きくしたり、ステップCにおけるRF電力をステップBにおけるRF電力よりも小さくしたり、ステップCにおけるN の供給時間をステップBにおけるNHガスの供給時間よりも短くすることで、この効果がより確実に得られるようになる。なお、変形例2によれば、1サイクル目からトレンチ上部やその周辺へのSiの吸着を促進させることができ、1サイクル目からトレンチ底部やその周辺へのSiの吸着を抑制させることができることから、この効果がより効率的に得られることとなる。In the cases of Modifications 1 to 3, the same effect as the film formation sequence shown in FIG. 4 can be obtained. That is, it is possible to form a SiN film as a cap film on the upper part of the trench while suppressing embedding in the trench by the SiN film, and it is possible to form an air gap in the trench. Also in these modified examples, the processing pressure in step C is made larger than the processing pressure in step B, the RF power in step C is made smaller than the RF power in step B, and the supply time of N 2 * in step C is increased. By making the time shorter than the supply time of NH 3 gas in step B, this effect can be obtained more reliably. According to the second modification, it is possible to promote the adsorption of Si to the upper part of the trench and its periphery from the first cycle, and to suppress the adsorption of Si to the bottom of the trench and its periphery from the first cycle. Therefore, this effect can be obtained more efficiently.

(変形例4)
例えば、サイクルを複数回繰り返す際、ステップCにおける処理圧力を、ステップBにおける処理圧力よりも大きな圧力としつつ、サイクルを繰り返すにつれて徐々に小さくするようにしてもよい。
(Modification example 4)
For example, when the cycle is repeated a plurality of times, the processing pressure in step C may be set to be higher than the processing pressure in step B, and may be gradually reduced as the cycle is repeated.

また例えば、サイクルを複数回繰り返す際、ステップCにおけるRF電力を、ステップBにおけるRF電力よりも小さな電力としつつ、サイクルを繰り返すにつれて徐々に大きくするようにしてもよい。 Further, for example, when the cycle is repeated a plurality of times, the RF power in step C may be set to be smaller than the RF power in step B, and may be gradually increased as the cycle is repeated.

また例えば、サイクルを複数回繰り返す際、ステップCにおけるN の供給時間を、ステップBにおけるNH の供給時間よりも短くしつつ、サイクルを繰り返すにつれて徐々に長くするようにしてもよい。Further, for example, when the cycle is repeated a plurality of times, the supply time of N 2 * in step C may be shorter than the supply time of NH 3 * in step B, and may be gradually lengthened as the cycle is repeated.

また例えば、サイクルを所定回数繰り返す際、その初期〜中期段階においてのみステップCを実施し、中期〜終期段階においてはステップCを不実施とするようにしてもよい。 Further, for example, when the cycle is repeated a predetermined number of times, step C may be carried out only in the initial to middle stage, and step C may not be carried out in the middle to final stage.

これらの場合においても、図4に示す成膜シーケンスと同様にトレンチ上部にキャップ膜を形成して、トレンチ内にエアギャップを形成することが可能となる。また、サイクルを複数回繰り返す際、初期段階から終期段階に向けて成膜レートを増加させることが可能となり、成膜処理の生産性を向上させることも可能となる。 Also in these cases, it is possible to form a cap film on the upper part of the trench and form an air gap in the trench as in the film forming sequence shown in FIG. Further, when the cycle is repeated a plurality of times, the film forming rate can be increased from the initial stage to the final stage, and the productivity of the film forming process can be improved.

<他の実施形態>
以上、本発明の実施形態について具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
<Other embodiments>
The embodiment of the present invention has been specifically described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist thereof.

例えば、本発明は、シリコン等の半金属元素を主元素として含む半金属窒化膜を形成する場合だけでなく、金属元素を主元素として含む金属窒化膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。例えば、本発明は、以下に示すようなトリス(ジエチルアミノ)アルミニウム(Al[N(C、略称:TDEAA)等の原料を用いて、絶縁膜としてのアルミニウム窒化膜(AlN膜)を形成する場合にも、好適に適用することができる。For example, the present invention is suitably applied not only when forming a metalloid nitride film containing a metalloid element such as silicon as a main element, but also when forming a metalloid nitride film containing a metal element as a main element. be able to. For example, the present invention uses a raw material such as tris (diethylamino) aluminum (Al [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 , abbreviated as TDEAA) as shown below, and uses an aluminum nitride film (AlN) as an insulating film. It can also be suitably applied when forming a film).

(TDEAA→NH →N )×n ⇒ AlN(TDEAA → NH 3 * → N 2 * ) × n ⇒ AlN

このときの成膜処理の処理手順、処理条件は、上述の実施形態や変形例の処理手順、処理条件と同様とすることができる。これらの場合においても、上述の実施形態や変形例と同様の効果が得られる。 The processing procedure and processing conditions for the film forming process at this time can be the same as the processing procedures and processing conditions for the above-described embodiments and modifications. Also in these cases, the same effects as those of the above-described embodiments and modifications can be obtained.

また例えば、本発明は、ウエハ200として、トレンチ等の凹部の他、ホール等の凹部を含むパターンが表面に形成された基板を用いる場合においても、好適に適用することができる。この場合、上述の説明における「トレンチ」を「ホール」に置き換えて考えればよい。この場合においても、上述の実施形態や変形例と同様の効果が得られる。 Further, for example, the present invention can be suitably applied to the case where the wafer 200 uses a substrate having a pattern including recesses such as holes as well as recesses such as trenches formed on the surface thereof. In this case, the "trench" in the above description may be replaced with a "hole". Also in this case, the same effect as that of the above-described embodiment or modification can be obtained.

基板処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置123を介して記憶装置121c内に格納しておくことが好ましい。そして、基板処理を開始する際、CPU121aが、記憶装置121c内に格納された複数のレシピの中から、基板処理の内容に応じて、適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、1台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、処理を迅速に開始できるようになる。 It is preferable that the recipes used for the substrate processing are individually prepared according to the processing content and stored in the storage device 121c via a telecommunication line or an external storage device 123. Then, when starting the substrate processing, it is preferable that the CPU 121a appropriately selects an appropriate recipe from the plurality of recipes stored in the storage device 121c according to the content of the substrate processing. As a result, it becomes possible to form films of various film types, composition ratios, film qualities, and film thicknesses with good reproducibility with one substrate processing apparatus. In addition, the burden on the operator can be reduced, and the process can be started quickly while avoiding operation mistakes.

上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置122を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。 The above-mentioned recipe is not limited to the case of newly creating, and may be prepared, for example, by modifying an existing recipe already installed in the substrate processing apparatus. When changing the recipe, the changed recipe may be installed in the substrate processing apparatus via an electric communication line or a recording medium in which the recipe is recorded. Further, the input / output device 122 included in the existing board processing device may be operated to directly change the existing recipe already installed in the board processing device.

上述の実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、一度に1枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。また、上述の実施形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本発明は上述の実施形態に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。 In the above-described embodiment, an example of forming a film by using a batch-type substrate processing apparatus that processes a plurality of substrates at one time has been described. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be suitably applied to, for example, a case where a film is formed by using a single-wafer type substrate processing apparatus that processes one or several substrates at a time. Further, in the above-described embodiment, an example of forming a film by using a substrate processing apparatus having a hot wall type processing furnace has been described. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be suitably applied to the case where a film is formed by using a substrate processing apparatus having a cold wall type processing furnace.

これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の実施形態や変形例と同様な処理手順、処理条件にて成膜を行うことができ、これらと同様の効果が得られる。 Even when these substrate processing devices are used, the film can be formed under the same processing procedures and conditions as those in the above-described embodiments and modifications, and the same effects as these can be obtained.

また、上述の実施形態や変形例は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理手順、処理条件は、例えば、上述の実施形態の処理手順、処理条件と同様とすることができる。 In addition, the above-described embodiments and modifications can be used in combination as appropriate. The processing procedure and processing conditions at this time can be, for example, the same as the processing procedure and processing conditions of the above-described embodiment.

200 ウエハ(基板)
200 wafers (board)

Claims (15)

(a)表面に凹部を有する基板に対してアミノ基を含む原料ガスを供給することで、第1層を形成する工程と、
(b)前記基板に対して窒化水素系ガスを供給することで、前記第1層を窒化させて、NH終端された第2層を形成する工程と、
(c)前記基板に対して窒素ガスをプラズマ励起させて供給することで、前記第2層における前記NH終端の一部をN終端に改質させ、前記NH終端の前記一部とは異なる他の一部をN終端に改質させることなくNH終端のまま維持する工程と、
を非同時に行うサイクルを繰り返すことで、前記基板上に窒化膜を形成する工程を有し、
(c)において、前記第2層の前記凹部の上部におけるN終端率を、前記第2層の前記凹部の底部におけるN終端率よりも高くする半導体装置の製造方法。
(A) A step of forming a first layer by supplying a raw material gas containing an amino group to a substrate having a recess on the surface.
(B) A step of nitriding the first layer by supplying a hydrogen nitride-based gas to the substrate to form an NH-terminated second layer.
(C) By plasma-exciting and supplying nitrogen gas to the substrate, a part of the NH terminal in the second layer is modified to an N terminal, which is different from the part of the NH terminal. The process of maintaining the NH terminal without modifying a part of the N terminal, and
By repeating the cycle of performing the above non-simultaneously, a step of forming a nitride film on the substrate is provided.
(C), a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the N termination rate at the upper part of the recess of the second layer is higher than the N termination rate at the bottom of the recess of the second layer.
(c)において、前記第2層の前記凹部の底部におけるNH終端率を、前記第2層の前記凹部の上部におけるNH終端率よりも高くする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in (c), the NH termination rate at the bottom of the recess of the second layer is higher than the NH termination rate at the top of the recess of the second layer. (c)において、前記第2層の前記凹部の上部におけるN/NH終端比を、前記第2層の前記凹部の底部におけるN/NH終端比よりも大きくする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor device according to claim 1, wherein in (c), the N / NH termination ratio at the upper part of the recess of the second layer is made larger than the N / NH termination ratio at the bottom of the recess of the second layer. Production method. (c)において、前記第2層の前記凹部の上部におけるN終端率を、前記第2層の前記凹部の上部におけるNH終端率よりも高くし、前記第2層の前記凹部の底部におけるNH終端率を、前記第2層の前記凹部の底部におけるN終端率よりも高くする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 In (c), the N termination rate at the upper part of the recess of the second layer is made higher than the NH termination rate at the upper part of the recess of the second layer, and the NH termination at the bottom of the recess of the second layer. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the rate is higher than the N termination rate at the bottom of the recess of the second layer. (c)により、次サイクルの(a)における前記凹部の上部への前記原料ガスに含まれる元素の吸着を促進させる請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein (c) promotes adsorption of an element contained in the raw material gas to the upper portion of the recess in (a) of the next cycle. (c)により、次サイクルの(a)における前記凹部の底部への前記原料ガスに含まれる元素の吸着を抑制する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method (c) suppresses the adsorption of the element contained in the raw material gas to the bottom of the recess in the next cycle (a). (b)において前記窒化水素系ガスをプラズマ励起させて供給し、
(c)における前記基板が存在する空間の圧力を、(b)における前記基板が存在する空間の圧力よりも大きくする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
In (b), the hydrogen nitride-based gas is plasma-excited and supplied.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the pressure in the space where the substrate exists in (c) is made larger than the pressure in the space where the substrate exists in (b).
(b)において前記窒化水素系ガスをプラズマ励起させて供給し、
(c)において前記窒素ガスをプラズマ励起させる際の電力を、(b)において前記窒化水素系ガスをプラズマ励起させる際の電力よりも小さくする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
In (b), the hydrogen nitride-based gas is plasma-excited and supplied.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the electric power for plasma-exciting the nitrogen gas in (c) is smaller than the electric power for plasma-exciting the hydrogen nitride-based gas in (b).
(b)において前記窒化水素系ガスをプラズマ励起または熱励起させて供給し、
(c)において前記窒素ガスをプラズマ励起させて供給する時間を、(b)において前記窒化水素系ガスをプラズマ励起または熱励起させて供給する時間よりも短くする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
In (b), the hydrogen nitride-based gas is plasma-excited or thermally excited and supplied.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the time for plasma-exciting and supplying the nitrogen gas in (c) is shorter than the time for plasma-exciting or thermally exciting the hydrogen nitride-based gas in (b). Production method.
前記サイクルを繰り返すことで、前記凹部の上部に形成される層の厚さを、前記凹部の底部に形成される層の厚さよりも厚くなるようにしつつ、前記窒化膜を形成する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 According to claim 1, the nitride film is formed by repeating the cycle so that the thickness of the layer formed on the upper portion of the recess is made thicker than the thickness of the layer formed on the bottom of the recess. The method for manufacturing a semiconductor device according to the description. 前記サイクルを繰り返すことで、前記凹部の上部に形成される層の厚さを、前記凹部の底部に形成される層の厚さよりも厚くなるようにしつつ、前記窒化膜を形成することで、前記凹部内を前記窒化膜により埋め込むことなく、前記凹部の上部にキャップ膜として前記窒化膜を形成し、前記凹部内にエアギャップを形成する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 By repeating the cycle, the nitride film is formed so that the thickness of the layer formed on the upper part of the recess is thicker than the thickness of the layer formed on the bottom of the recess. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the nitride film is formed as a cap film on the upper portion of the recess without embedding the inside of the recess with the nitride film, and an air gap is formed in the recess. 前記原料ガスは、塩素非含有である請求項1〜11のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 11, wherein the raw material gas does not contain chlorine. 前記原料ガスは、アミノシランガスを含む請求項1〜11のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 11, wherein the raw material gas contains aminosilane gas. 基板に対する処理が行われる処理室と、
前記処理室内の基板に対してアミノ基を含む原料ガスを供給する原料ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒化水素系ガスを供給する窒化水素系ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して窒素ガスを供給する窒素ガス供給系と、
ガスをプラズマ励起させるプラズマ励起部と、
前記処理室内において、(a)表面に凹部を有する基板に対して前記原料ガスを供給することで、第1層を形成する処理と、(b)前記基板に対して前記窒化水素系ガスを供給することで、前記第1層を窒化させて、NH終端された第2層を形成する処理と、(c)前記基板に対して前記窒素ガスをプラズマ励起させて供給することで、前記第2層における前記NH終端の一部をN終端に改質させ、前記NH終端の前記一部とは異なる他の一部をN終端に改質させることなくNH終端のまま維持する処理と、を非同時に行うサイクルを繰り返すことで、前記基板上に窒化膜を形成する処理を行わせ、(c)において、前記第2層の前記凹部の上部におけるN終端率を、前記第2層の前記凹部の底部におけるN終端率よりも高くするように、前記原料ガス供給系、前記窒化水素系ガス供給系、前記窒素ガス供給系、および、前記プラズマ励起部を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。
A processing room where processing is performed on the substrate, and
A raw material gas supply system that supplies a raw material gas containing an amino group to the substrate in the processing chamber,
A hydrogen nitride gas supply system that supplies hydrogen nitride gas to the substrate in the processing chamber, and a hydrogen nitride gas supply system.
A nitrogen gas supply system that supplies nitrogen gas to the substrate in the processing chamber,
A plasma excitation part that excites gas by plasma,
In the processing chamber, (a) a process of forming the first layer by supplying the raw material gas to a substrate having a recess on the surface, and (b) supplying the hydrogen nitride-based gas to the substrate. By doing so, the first layer is nitrided to form an NH-terminated second layer, and (c) the nitrogen gas is plasma-excited and supplied to the substrate to supply the second layer. A process of modifying a part of the NH termination in the layer to N termination and maintaining the other part different from the NH termination to N termination without modifying it to N termination. By repeating the cycle performed at the same time, a process of forming a nitride film on the substrate is performed, and in (c), the N termination rate at the upper part of the recess of the second layer is set to that of the recess of the second layer. A control unit configured to control the raw material gas supply system, the hydrogen nitride gas supply system, the nitrogen gas supply system, and the plasma excitation unit so as to be higher than the N termination rate at the bottom.
A substrate processing apparatus having.
基板処理装置の処理室内において、
(a)表面に凹部を有する基板に対してアミノ基を含む原料ガスを供給することで、第1層を形成する手順と、
(b)前記基板に対して窒化水素系ガスを供給することで、前記第1層を窒化させて、NH終端された第2層を形成する手順と、
(c)前記基板に対して窒素ガスをプラズマ励起させて供給することで、前記第2層における前記NH終端の一部をN終端に改質させ、前記NH終端の前記一部とは異なる他の一部をN終端に改質させることなくNH終端のまま維持する手順と、
を非同時に行うサイクルを繰り返すことで、前記基板上に窒化膜を形成する手順と、
(c)において、前記第2層の前記凹部の上部におけるN終端率を、前記第2層の前記凹部の底部におけるN終端率よりも高くする手順と、
をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
In the processing room of the substrate processing equipment
(A) A procedure for forming the first layer by supplying a raw material gas containing an amino group to a substrate having recesses on the surface.
(B) A procedure for nitriding the first layer by supplying a hydrogen nitride-based gas to the substrate to form an NH-terminated second layer.
(C) By plasma-exciting and supplying nitrogen gas to the substrate, a part of the NH termination in the second layer is modified to an N termination, which is different from the part of the NH termination. The procedure for maintaining the NH termination without modifying a part of the N termination, and
By repeating the non-simultaneous cycle of forming a nitride film on the substrate,
In (c), the procedure for increasing the N termination rate at the upper part of the recess of the second layer to be higher than the N termination rate at the bottom of the recess of the second layer.
A program that causes the board processing apparatus to execute the above.
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