JP2022174756A - Substrate processing method, semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、基板処理方法、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 disclosure relates to a substrate processing method, a semiconductor device manufacturing method, a substrate processing apparatus, and a program.
半導体装置の製造工程の一工程として、基板の表面に露出した複数種類の下地のうち特定の下地の表面上に選択的に膜を成長させて形成する処理(以下、この処理を選択成長または選択成膜ともいう)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 a semiconductor device, a process for selectively growing a film on a specific underlying surface among a plurality of types of underlying material exposed on the surface of a substrate (hereinafter referred to as selective growth or selective growth). (also referred to as film formation) may be performed (see, for example, Patent Document 1).
本開示の目的は、下地の表面へのダメージを抑制しつつ、上述した選択成長における選択性を高めることが可能な技術を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a technique capable of increasing selectivity in the selective growth described above while suppressing damage to the surface of the underlayer.
本開示の一態様によれば、
(a)酸素非含有の第1下地と、酸素を含有する第2下地と、酸素及び窒素非含有の第3下地と、が表面に露出した基板に対して処理ガスを供給することで、前記第3下地の表面に保護膜を形成する工程と、
(b)前記第3下地の表面に前記保護膜を形成した後の前記基板に対してフッ素含有ガスを供給することで、前記第2下地の表面をフッ素終端させるように改質させる工程と、
(c)前記第2下地の表面を改質させた後の前記基板に対して成膜ガスを供給することで、前記第1下地の表面上に選択的に膜を形成する工程と、
を行う技術が提供される。
According to one aspect of the present disclosure,
(a) supplying a processing gas to a substrate having an exposed surface of a first underlayer containing no oxygen, a second underlayer containing oxygen, and a third underlayer containing no oxygen and nitrogen; forming a protective film on the surface of the third underlayer;
(b) modifying the surface of the second underlayer so that the surface of the second underlayer is fluorine-terminated by supplying a fluorine-containing gas to the substrate after the protective film is formed on the surface of the third underlayer;
(c) selectively forming a film on the surface of the first underlayer by supplying a film-forming gas to the substrate after modifying the surface of the second underlayer;
technology is provided.
本開示によれば、下地の表面へのダメージを抑制しつつ、上述した選択成長における選択性を高めることが可能となる。 According to the present disclosure, it is possible to improve selectivity in the selective growth described above while suppressing damage to the surface of the base.
<本開示の一態様>
以下、本開示の一態様について、主に、図1~図4を参照しながら説明する。
<One aspect of the present disclosure>
One aspect of the present disclosure will be described below mainly with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.
(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
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(SiO2)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、例えばステンレス鋼(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。この処理室201内でウエハ200に対する処理が行われる。
A
処理室201内には、第1~第3供給部としてのノズル249a~249cが、マニホールド209の側壁を貫通するようにそれぞれ設けられている。ノズル249a~249cを、それぞれ第1~第3ノズルとも称する。ノズル249a~249cは、例えば石英またはSiC等の耐熱性材料により構成されている。ノズル249a~249cには、ガス供給管232a~232cがそれぞれ接続されている。ノズル249a~249cはそれぞれ異なるノズルであり、ノズル249a,249cのそれぞれは、ノズル249bに隣接して設けられている。
In the
ガス供給管232a~232c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~241cおよび開閉弁であるバルブ243a~243cがそれぞれ設けられている。ガス供給管232a~232cのバルブ243a~243cよりも下流側には、ガス供給管232d~232hがそれぞれ接続されている。ガス供給管232d~232hには、ガス流の上流側から順に、MFC241d~241hおよびバルブ243d~243hがそれぞれ設けられている。ガス供給管232a~232hは、例えば、SUS等の金属材料により構成されている。
The
図2に示すように、ノズル249a~249c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の配列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~249c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。平面視において、ノズル249bは、処理室201内に搬入されるウエハ200の中心を挟んで後述する排気口231aと一直線上に対向するように配置されている。ノズル249a,249cは、ノズル249bと排気口231aの中心とを通る直線Lを、反応管203の内壁(ウエハ200の外周部)に沿って両側から挟み込むように配置されている。直線Lは、ノズル249bとウエハ200の中心とを通る直線でもある。すなわち、ノズル249cは、直線Lを挟んでノズル249aと反対側に設けられているということもできる。ノズル249a,249cは、直線Lを対称軸として線対称に配置されている。ノズル249a~249cの側面には、ガスを供給するガス供給孔250a~250cがそれぞれ設けられている。ガス供給孔250a~250cは、それぞれが、平面視において排気口231aと対向(対面)する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250a~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。
As shown in FIG. 2, the
ガス供給管232aからは、ウエハ200上に形成される膜を構成する主元素としてのシリコン(Si)とハロゲン元素とを含むガス、すなわち、ハロシラン系ガスが、MFC241a、バルブ243a、ノズル249aを介して処理室201内へ供給される。ハロシラン系ガスは、成膜ガス、すなわち、Siソース(原料ガス)として作用する。ハロゲン元素には、塩素(Cl)、フッ素(F)、臭素(Br)、ヨウ素(I)等が含まれる。ハロシラン系ガスとしては、例えば、SiおよびClを含むクロロシラン系ガスを用いることができ、例えば、シリコンテトラクロライド(SiCl4)ガスを用いることができる。
From the
ガス供給管232bからは、フッ素(F)含有ガスが、MFC241b、バルブ243b、ノズル249bを介して処理室201内へ供給される。フッ素含有ガスとしては、例えば、フッ素(F2)ガスを用いることができる。
A gas containing fluorine (F) is supplied from the
ガス供給管232cからは、窒素(N)含有ガスである窒化水素系ガスが、MFC241c、バルブ243c、ノズル249cを介して処理室201内へ供給される。窒化水素系ガスは、成膜ガス、すなわち、Nソース(窒化ガス、窒化剤)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(NH3)ガスを用いることができる。
A hydrogen nitride-based gas, which is a nitrogen (N)-containing gas, is supplied from the
ガス供給管232gからは、Siとアミノ基とを含むガスであるアミノシラン系ガスが、MFC241g、バルブ243g、ガス供給管232c、ノズル249cを介して処理室201内へ供給される。
An aminosilane-based gas containing Si and an amino group is supplied from the
アミノシラン系ガスとしては、例えば、組成式中に(1分子中に)1つのアミノ基を含む原料であるモノアミノシラン(SiH3R)ガスを用いることができる。ここで、Rは、1つのN原子に、1つ以上のC原子を含む炭化水素基が1つまたは2つ配位したアミノ基(NH2で表されるアミノ基のHの一方または両方を1つ以上のC原子を含む炭化水素基で置換したもの)を表している。アミノ基の一部を構成する炭化水素基が1つのNに2つ配位している場合は、その2つが同一の炭化水素基であってもよいし、異なる炭化水素基であってもよい。また、炭化水素基は、二重結合や三重結合等の不飽和結合を含んでいてもよい。また、アミノ基は環状構造を有していてもよい。アミノ基は、SiH3R分子の中心原子であるSiに結合していることから、このアミノ基を、リガンド(配位子)またはアミノリガンドともいう。 As the aminosilane-based gas, for example, monoaminosilane (SiH 3 R) gas, which is a raw material containing one amino group (in one molecule) in the composition formula, can be used. Here, R is an amino group in which one or two hydrocarbon groups containing one or more C atoms are coordinated to one N atom (one or both H of the amino group represented by NH2 substituted with a hydrocarbon group containing one or more C atoms). When two hydrocarbon groups constituting a part of the amino group are coordinated to one N, the two may be the same hydrocarbon group or different hydrocarbon groups. . Moreover, the hydrocarbon group may contain an unsaturated bond such as a double bond or a triple bond. Moreover, the amino group may have a cyclic structure. Since the amino group is bonded to Si, which is the central atom of the SiH 3 R molecule, this amino group is also called a ligand or an amino ligand.
SiH3Rガスとしては、例えば、エチルメチルアミノシラン(SiH3[N(CH3)(C2H5)])ガス、ジメチルアミノシラン(SiH3[N(CH3)2])ガス、ジイソプロピルアミノシラン(SiH3[N(C3H7)2])ガス、ジセカンダリブチルアミノシラン(SiH3[H(C4H9)2])ガス、ジメチルピペリジノシラン(SiH3[NC5H8(CH3)2])ガス、ジエチルピペリジノシラン(SiH3[NC5H8(C2H5)2])ガスを用いることができる。 Examples of SiH 3 R gas include ethylmethylaminosilane (SiH 3 [N(CH 3 )(C 2 H 5 )]) gas, dimethylaminosilane (SiH 3 [N(CH 3 ) 2 ]) gas, diisopropylaminosilane ( SiH 3 [N(C 3 H 7 ) 2 ]) gas, di-secondary butylaminosilane (SiH 3 [H(C 4 H 9 ) 2 ]) gas, dimethylpiperidinosilane (SiH 3 [NC 5 H 8 (CH 3 ) 2 ]) gas and diethylpiperidinosilane (SiH 3 [NC 5 H 8 (C 2 H 5 ) 2 ]) gas can be used.
ガス供給管232hからは、酸素(O)含有ガスが、MFC241h、バルブ243h、ガス供給管232a、ノズル249aを介して処理室201内へ供給される。O含有ガスは、処理ガス、すなわち、酸化剤として作用する。O含有ガスとしては、例えば酸素(O2)ガスを用いることができる。
An oxygen (O)-containing gas is supplied from the
ガス供給管232d~232fからは、不活性ガスとして、例えば、窒素(N2)ガスが、それぞれMFC241d~241f、バルブ243d~243f、ガス供給管232a~232c、ノズル249a~249cを介して処理室201内へ供給される。N2ガスは、パージガス、キャリアガス、希釈ガス等として作用する。
From the gas supply pipes 232d to 232f, nitrogen (N 2 ) gas as an inert gas, for example, is supplied to the processing chamber via MFCs 241d to 241f,
主に、ガス供給管232a,232c、MFC241a,241c、バルブ243a,243cにより、成膜ガス供給系(原料ガス供給系、反応ガス供給系)が構成される。主に、ガス供給管232h、MFC241h、バルブ243hにより、処理ガス供給系(酸素含有ガス供給系)が構成される。主に、ガス供給管232g、MFC241g、バルブ243gにより、アミノシラン系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、フッ素含有ガス供給系が構成される。主に、ガス供給管232d~232f、MFC241d~241f、バルブ243d~243fにより、不活性ガス供給系が構成される。
A deposition gas supply system (source gas supply system, reaction gas supply system) is mainly composed of
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~243hやMFC241a~241h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~232hのそれぞれに対して接続され、ガス供給管232a~232h内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ243a~243hの開閉動作やMFC241a~241h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~232h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。
Any or all of the supply systems described above may be configured as an
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口231aが設けられている。図2に示すように、排気口231aは、平面視において、ウエハ200を挟んでノズル249a~249c(ガス供給孔250a~250c)と対向(対面)する位置に設けられている。排気口231aは、反応管203の側壁の下部より上部に沿って、すなわち、ウエハ配列領域に沿って設けられていてもよい。排気口231aには排気管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。
Below the side wall of the
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。
Below the manifold 209, a
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、例えばSUS等の金属材料により構成され、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。
Below the
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
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
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
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, a
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、後述する基板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、後述する基板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
I/Oポート121dは、上述のMFC241a~241h、バルブ243a~243h、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等に接続されている。
The I/
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~241hによる各種ガスの流量調整動作、バルブ243a~243h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の開閉動作等を制御するように構成されている。
The
コントローラ121は、外部記憶装置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。外部記憶装置123は、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等を含む。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
(2)基板処理工程
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の表面に露出した複数種類の下地のうち特定の下地の表面上に選択的に膜を成長させて形成する選択成長(選択成膜)の処理シーケンス例について、主に、図4、図5(a)~図5(g)を用いて説明する。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) Substrate Processing Process Using the substrate processing apparatus described above, as one step of the manufacturing process of a semiconductor device, a substrate is selectively formed on the surface of a specific underlayer among a plurality of types of underlayers exposed on the surface of the
図4に示す処理シーケンスでは、
表面に、シリコン窒化膜(SiN膜)を含むO非含有の第1下地(下地200a)と、シリコン酸化膜(SiO膜)を含むOを含有する第2下地(下地200b)と、単結晶シリコン(Si)を含むO及びN非含有の第3下地(下地200c)と、が露出したウエハ200に対して処理ガスとしてO2ガスを供給することで、下地200cの表面に保護膜200eとしてSiO膜を形成するステップAと、
下地200cの表面に保護膜200eを形成した後のウエハ200に対してアミノシラン系ガスとしてSiH3Rガスを供給することで、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面にSiH3Rガスに含まれるSiを吸着させるステップBと、
下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面にSiを吸着させた後のウエハ200に対してフッ素含有ガスとしてF2ガスを供給することで、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面に吸着させたSiとF2ガスとを反応させて、下地200bおよび保護膜200eの表面を改質させるステップCと、
下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を改質させた後のウエハ200に対して成膜ガスとしてSiCl4ガスおよびNH3ガスを供給することで、下地200aの表面上に、膜として、SiおよびNを含む膜であるSiN膜を選択的に形成するステップDと、を行う。
In the processing sequence shown in FIG.
On the surface, an O-free first base (
By supplying SiH 3 R gas as an aminosilane-based gas to the
By supplying F 2 gas as a fluorine-containing gas to the
By supplying SiCl 4 gas and NH 3 gas as film-forming gases to the
なお、図4は、ステップDにおいて、ウエハ200に対してSiCl4ガスを供給するステップD1と、ウエハ200に対してNH3ガスを供給するステップD2と、を非同時に行うサイクルを所定回数(n回、nは1以上の整数)行う例を示している。
Note that FIG. 4 shows that in step D, a cycle of performing step D1 of supplying SiCl 4 gas to the
本明細書では、上述の処理シーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の他の態様等の説明においても、同様の表記を用いる。 In this specification, the processing sequence described above may also be indicated as follows for convenience. The same notation is used also in the description of other aspects below.
O2→SiH3R→F2→(SiCl4→NH3)×n ⇒ SiN O2 → SiH3R →F2→ ( SiCl4 → NH3 )×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 this specification, it may mean the wafer itself, or it may mean a laminate of a wafer and a predetermined layer or film formed on its surface. In this specification, the term "wafer surface" may mean the surface of the wafer itself or the surface of a predetermined layer formed on the wafer. In the present specification, the term "formation of a predetermined layer on a wafer" means that a predetermined layer is formed directly on the surface of the wafer itself, or a layer formed on the wafer, etc. It may mean forming a given layer on top of. The use of the term "substrate" in this specification is synonymous with the use of 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 the
図5(a)に示すように、ウエハ200の表面には、複数種類の下地、ここでは一例として、O非含有膜すなわち非酸化膜である窒化膜としてのSiN膜を含む下地200aと、O含有膜すなわち酸化膜としてのSiO膜を含む下地200bと、O及びN非含有物質としての単結晶Siを含む下地200cと、が予め露出した状態となっている。すなわち、ここでは、下地200aが絶縁性物質(絶縁体)であるSiN膜により構成され、下地200bが絶縁性物質(絶縁体)であるSiO膜により構成され、下地200cが半導体物質である単結晶Siにより構成される例を示している。なお、図5(a)に示すように、ウエハ200の表面に自然酸化膜200dが形成されている場合は、事前に、すなわち、ボートロード前に、ウエハ200に対して例えば希釈フッ酸(DHF)水溶液、すなわち、フッ化水素(HF)水溶液を用いた洗浄処理(DHF洗浄)を行い、ウエハ200の表面に形成された自然酸化膜200dを除去する(自然酸化膜除去)。具体的には、ウエハ200に対してDHF洗浄を行い、図5(b)に示すように、下地200aの表面に形成された自然酸化膜200dを除去することにより、下地200aの最表面で下地200aの素材すなわちSiN膜を剥き出しにして露出させる。これにより、後述するステップDにおいて下地200aの表面での均一な処理が可能となる。下地200aの表面に形成された自然酸化膜200dを除去する際、ウエハ200の表面に露出した下地200cの表面に形成された自然酸化膜200dも除去され、下地200cの最表面で下地200cの素材すなわち単結晶Siも剥き出しになり露出される。これにより、後述するステップAにおいて下地200cの表面への均一な処理が可能となる。
As shown in FIG. 5A, on the surface of the
(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。処理室201内の排気、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 regulation and temperature regulation)
The inside of the
(選択成長)
その後、次のステップA~Dを順次行う。
(selective growth)
After that, the following steps A to D are sequentially performed.
[ステップA]
このステップでは、処理室201のウエハ200、すなわち、図5(b)に示すように、表面に下地200aと下地200bと下地200cとが露出したウエハ200に対してO2ガスを供給する。
[Step A]
In this step, the O 2 gas is supplied to the
具体的には、バルブ243hを開き、ガス供給管232h内へO2ガスを流す。O2ガスは、MFC241hにより流量調整され、ガス供給管232a、ノズル249aを介して処理室201内へ供給され、排気口231aより排気される。このとき、ウエハ200に対してO2ガスが供給される(O2ガス供給)。このとき、バルブ243e,243fを開き、ノズル249b,249cのそれぞれを介して処理室201内へN2ガスを供給する。N2ガスの供給は不実施としてもよい。
Specifically, the
本ステップにおける処理条件としては、
O2ガス供給流量:10~10000sccm、好ましくは100~10000sccm
O2ガス供給時間:1~180分、好ましくは1~60分
N2ガス供給流量(ガス供給管毎):0~10000sccm、好ましくは100~10000sccm
処理温度:室温(25℃)~600℃、好ましくは50~550℃
処理圧力:1~大気圧(101325Pa)、好ましくは10~5000Pa、より好ましくは100~1000Pa
が例示される。ここで述べた条件は、下地200aの表面が酸化されることなく下地200cが酸化される条件である。
The processing conditions in this step are as follows:
O 2 gas supply flow rate: 10-10000 sccm, preferably 100-10000 sccm
O 2 gas supply time: 1 to 180 minutes, preferably 1 to 60 minutes N 2 gas supply flow rate (per gas supply pipe): 0 to 10000 sccm, preferably 100 to 10000 sccm
Treatment temperature: room temperature (25°C) to 600°C, preferably 50 to 550°C
Treatment pressure: 1 to atmospheric pressure (101325 Pa), preferably 10 to 5000 Pa, more preferably 100 to 1000 Pa
are exemplified. The conditions described here are conditions under which the
なお、本明細書における「1~101325Pa」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「1~101325Pa」とは「1Pa以上101325Pa以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。 In addition, the expression of a numerical range such as "1 to 101325 Pa" in this specification means that the lower limit and the upper limit are included in the range. Therefore, for example, "1 to 101325 Pa" means "1 Pa or more and 101325 Pa or less". The same applies to other numerical ranges.
上述の条件下でウエハ200に対してO2ガスを供給することにより、図5(c)に示すように、下地200aの表面の酸化を抑制しつつ、下地200cの表面を選択的(優先的)に酸化させることが可能となる。下地200cの表面が酸化されることで、下地200cの表面に、保護膜200eとして、SiO膜が形成される。このとき、下地200bはSiO膜により構成されることから、下地200bの表面が酸化されることはなく、その表面に保護膜200eが新たに形成されることはない。このような選択的(優先的)な酸化が可能となるのは、本ステップにおける処理条件を、下地200aの表面が酸化されない条件、すなわち下地200aの表面に酸化膜(SiO膜またはSiON膜)が形成されない条件としているためである。本ステップでは、下地200aの表面が酸化されない条件下でドライ酸化を行うことにより、下地200cの表面のみを選択的に酸化させる、すなわち、下地200cの表面にのみ保護膜200eとしてのSiO膜を選択的に形成することが可能となる。また、本ステップでは、大気圧未満の圧力条件下(真空雰囲気下、減圧雰囲気下)で下地200cの表面を酸化させることにより、下地200cの表面に形成される保護膜200eの膜厚制御性、膜厚均一性を向上させることが可能となる。
By supplying O 2 gas to the
下地200cの表面に形成された保護膜200eは、後述するステップCにおけるF2ガス供給時に下地200cを保護する膜として機能する。後述するステップCにおいて下地200cの表面にF2ガスが接触すると、下地200cの表面がエッチングされ、エッチングダメージを受けることがある。下地200cの表面に保護膜200eを形成することにより、ステップCにおいて下地200cの表面にF2ガスが接触することを防止できることから、下地200cの表面のエッチングを抑制することができ、下地200cの表面へのエッチングダメージを抑制することが可能となる。なお、保護膜200eは、ステップB,Cにおけるそれぞれの処理に悪影響を与えることはない。
The
本ステップで形成される保護膜200eの膜厚は10Å程度であり、この膜厚は、DHF洗浄前に下地200cの表面に形成されていた自然酸化膜200dの膜厚に比べて、薄い。このように保護膜200eの膜厚が薄くても、保護膜200eの膜厚均一性が自然酸化膜の膜厚均一性よりも、はるかに高いことから、後述するステップCのF2ガス供給時における下地200cの表面へのF2ガスの接触を充分に抑制することが可能となる。
The film thickness of the
下地200cの表面に保護膜200eを形成した後、バルブ243hを閉じ、処理室201内へのO2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243d~243fを開き、ノズル249a~249cを介して処理室201内へN2ガスを供給する。ノズル249a~249cより供給されるN2ガスは、パージガスとして作用し、これにより、処理室201内がパージされる(パージ)。
After forming the
O含有ガスとしては、O2ガスの他、亜酸化窒素(N2O)ガス、一酸化窒素(NO)ガス、二酸化窒素(NO2)ガス、オゾン(O3)ガス、水蒸気(H2Oガス)、一酸化炭素(CO)ガス、二酸化炭素(CO2)ガス等のO含有ガスを用いることができる。 As the O-containing gas, in addition to O 2 gas, nitrous oxide (N 2 O) gas, nitric oxide (NO) gas, nitrogen dioxide (NO 2 ) gas, ozone (O 3 ) gas, water vapor (H 2 O gas), carbon monoxide (CO) gas, carbon dioxide (CO 2 ) gas, and other O-containing gases can be used.
不活性ガスとしては、N2ガスの他、Arガス、Heガス、Neガス、Xeガス等の希ガスを用いることができる。この点は、後述する各ステップにおいても同様である。 As the inert gas, rare gases such as Ar gas, He gas, Ne gas, and Xe gas can be used in addition to N2 gas. This point also applies to each step 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、下地200cの表面に保護膜200eを形成した後のウエハ200に対してSiH3Rガスを供給する。
[Step B]
After step A is finished, SiH 3 R gas is supplied to the
具体的には、バルブ243gを開き、ガス供給管232g内へSiH3Rガスを流す。SiH3Rガスは、MFC241gにより流量調整され、ガス供給管232c、ノズル249cを介して処理室201内へ供給され、排気口231aより排気される。このとき、ウエハ200に対してSiH3Rガスが供給される(SiH3Rガス供給)。このとき、バルブ243d,243eを開き、ノズル249a,249bのそれぞれを介して処理室201内へN2ガスを供給する。N2ガスの供給は不実施としてもよい。
Specifically, the
本ステップにおける処理条件としては、
SiH3Rガス供給流量:1~2000sccm、好ましくは1~500sccm
SiH3Rガス供給時間:1秒~60分
N2ガス供給流量(ガス供給管毎):0~10000sccm
処理温度:室温(25℃)~600℃、好ましくは室温~450℃
処理圧力:1~2000Pa、好ましくは1~1000Pa
が例示される。ここで述べた条件は、処理室201内においてSiH3Rガスが気相分解(熱分解)しない条件である。なお、下地200bおよび保護膜200eは全域(全面)にわたり水酸基(OH)終端された表面を有している。下地200aは多くの領域がOH終端されていない表面、すなわち、一部の領域がOH終端された表面を有している。
The processing conditions in this step are as follows:
SiH 3 R gas supply flow rate: 1 to 2000 sccm, preferably 1 to 500 sccm
SiH 3 R gas supply time: 1 second to 60 minutes N 2 gas supply flow rate (per gas supply pipe): 0 to 10000 sccm
Treatment temperature: room temperature (25°C) to 600°C, preferably room temperature to 450°C
Treatment pressure: 1 to 2000 Pa, preferably 1 to 1000 Pa
are exemplified. The conditions described here are conditions under which the SiH 3 R gas does not undergo vapor phase decomposition (thermal decomposition) within the
上述の条件下でウエハ200に対してSiH3Rガスを供給することにより、図5(d)に示すように、SiH3Rガスに含まれるSiの下地200aの表面への吸着を抑制しつつ、SiH3Rガスに含まれるSiを、下地200bの表面に選択的(優先的)に吸着させることが可能となる。このとき、保護膜200eの表面にもSiH3Rガスに含まれるSiを選択的(優先的)に吸着させることが可能となる。また、このとき、下地200aの表面の一部にSiH3Rガスに含まれるSiが吸着することもあるが、その吸着量は、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面へのSiの吸着量よりも少量となる。このような選択的(優先的)な吸着が可能となるのは、本ステップにおける処理条件を、処理室201内においてSiH3Rガスが気相分解しない条件としているためである。また、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面が全域にわたりOH終端されているのに対し、下地200aの表面の多くの領域がOH終端されていない(表面の一部の領域がOH終端されている)ためである。本ステップでは、処理室201内においてSiH3Rガスが気相分解しないことから、下地200a,200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面には、SiH3Rに含まれるSiが多重堆積しない。本ステップでは、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面においては、表面の全域に形成されたOH終端とSiH3Rとが反応し、SiH3Rに含まれるSiが下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面の全域に化学吸着する。これに対し、下地200aの表面においては、表面の多くの領域にOH終端が存在しないことから、その多くの領域には、SiH3Rに含まれるSiが化学吸着しない。ただし、下地200aの表面の一部の領域に形成されたOH終端とSiH3Rとが反応し、SiH3Rに含まれるSiが、その一部の領域に、化学吸着することもある。なお、SiH3Rに含まれるSiが下地の表面に化学吸着する際、SiにHが結合した状態で化学吸着することとなる。
By supplying the SiH 3 R gas to the
なお、SiH3Rガスの供給を所定時間継続すると、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面へのSiの化学吸着が飽和する。すなわち、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面へのSiの化学吸着にはセルフリミットがかかる。つまり、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面上に1層のSi層が形成されると、それ以上、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面上にSiが化学吸着しなくなる。結果、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面上に吸着するSiの量は、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面全域にわたって略均一な量となる。
When the SiH 3 R gas is continuously supplied for a predetermined time, chemical adsorption of Si on the surfaces of the
下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面にSiを選択的に吸着させた後、バルブ243gを閉じ、処理室201内へのSiH3Rガスの供給を停止する。そして、ステップAにおけるパージ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 selectively adsorbing Si on the surfaces of the
アミノシラン系ガスとしては、1分子中にアミノ基を1つだけ含む上述のモノアミノシランガスの他、1分子中にアミノ基を2つ含むジアミノシラン(SiH2RR')ガスや、1分子中にアミノ基を3つ含むトリアミノシラン(SiHRR'R”)ガスを用いることができる。 As the aminosilane-based gas, in addition to the above-mentioned monoaminosilane gas containing only one amino group in one molecule, diaminosilane (SiH 2 RR′) gas containing two amino groups in one molecule, A triaminosilane (SiHRR'R'') gas containing three amino groups can be used.
また、アミノシラン系ガスとしては、下記一般式[1]で表されるアミノシラン化合物を用いることができる。 As the aminosilane-based gas, an aminosilane compound represented by the following general formula [1] can be used.
SiAx[(NB2)(4-x)] [1] SiA x [(NB 2 ) (4−x) ] [1]
式[1]中、Aは、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基、または、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等のアルコキシ基を示す。アルキル基は、直鎖状アルキル基だけでなく、イソプロピル基、イソブチル基、セカンダリブチル基、ターシャリブチル基等の分岐状アルキル基であってもよい。アルコキシ基は、直鎖状アルコキシ基だけでなく、イソプロポキシ基、イソブトキシ基等の分岐状アルコキシ基であってもよい。Bは、水素原子、または、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基を示す。アルキル基は、直鎖状アルキル基だけでなく、イソプロピル基、イソブチル基、セカンダリブチル基、ターシャリブチル基等の分岐状アルキル基であってもよい。複数のAは、同一であっても異なっていてもよく、2つのBは同一であっても異なっていてもよい。xは1~3の整数である。 In formula [1], A represents a hydrogen atom, an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group or a butyl group, or an alkoxy group such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group or a butoxy group. The alkyl group may be not only a linear alkyl group but also a branched alkyl group such as isopropyl group, isobutyl group, secondary butyl group and tertiary butyl group. The alkoxy group may be not only a linear alkoxy group but also a branched alkoxy group such as an isopropoxy group and an isobutoxy group. B represents a hydrogen atom or an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or a butyl group. The alkyl group may be not only a linear alkyl group but also a branched alkyl group such as isopropyl group, isobutyl group, secondary butyl group and tertiary butyl group. A plurality of A's may be the same or different, and two B's may be the same or different. x is an integer of 1-3.
[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、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面にSiを選択的に吸着させた後のウエハ200に対してF2ガスを供給する。
[Step C]
After step B is completed, F2 gas is supplied to the wafer 200 in the
具体的には、バルブ243bを開き、ガス供給管232b内へF2ガスを流す。F2ガスは、MFC241bにより流量調整され、ノズル249bを介して処理室201内へ供給され、排気口231aより排気される。このとき、ウエハ200に対してF2ガスが供給される(F2ガス供給)。このとき、バルブ243d,243fを開き、ノズル249a,249cのそれぞれを介して処理室201内へN2ガスを供給する。N2ガスの供給は不実施としてもよい。
Specifically, the
本ステップにおける処理条件としては、
F2ガス供給流量:1~2000sccm、好ましくは1~500sccm
F2ガス供給時間:1秒~60分
処理温度:室温~550℃、好ましくは室温~450℃
が例示される。他の条件は、ステップBにおける処理条件と同様とする。ここで述べた条件は、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面をエッチングしない条件であり、また、後述するように下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面が改質(F終端)される条件である。
The processing conditions in this step are as follows:
F 2 gas supply flow rate: 1 to 2000 sccm, preferably 1 to 500 sccm
F 2 gas supply time: 1 second to 60 minutes Treatment temperature: room temperature to 550°C, preferably room temperature to 450°C
are exemplified. Other conditions are the same as the processing conditions in step B. The conditions described here are conditions under which the surfaces of the
上述の条件下でウエハ200に対してF2ガスを供給することにより、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面に吸着させたSiとF2ガスとを反応させて、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を、エッチングすることなく改質させることが可能となる。このとき、下地200cの表面は保護膜200eにより保護されることで、下地200cの表面へのF2ガスの接触を防止することができ、これにより、下地200cの表面へのエッチングダメージを回避することが可能となる。改質後の下地200bおよび保護膜200eは、F終端(SiF終端)された表面を有することとなる。なお、改質後の下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの最表面に存在する原子に着目した場合、下地200bおよび保護膜200eは、それぞれ、F終端された表面を有するということができる。また、改質後の下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの最表面に存在する原子と、その原子に結合している原子と、に着目した場合、下地200bおよび保護膜200eは、それぞれ、SiF終端された表面を有するということができる。本明細書では、便宜上、主に前者の呼び方を用いることとする。下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面がF終端されることにより、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面では、後述するステップDにおいて成膜反応が進行しなくなる。正確には、成膜反応が生じるまでの時間、すなわち、インキュベーションタイムを長期化することが可能となる。なお、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面にSiH3Rに含まれていた有機成分が残留していた場合は、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面に吸着させたSiとF2ガスとが反応する際に、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面から、その有機成分が除去されることとなる。
By supplying the F2 gas to the wafer 200 under the above conditions, the Si adsorbed on the surfaces of the
図5(e)に示すように、本ステップでは、下地200aの表面の改質を抑制しつつ、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を選択的(優先的)に改質させることが可能となる。このとき、下地200aの表面の一部が改質されることもあるが、その改質量は、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面の改質量よりも少量となる。このような選択的(優先的)な改質が可能となるのは、ステップBを実施した後、下地200aの表面の多くの領域にSiが吸着していないのに対し、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面の全域にSiが吸着しているためである。下地200aの表面の多くの領域では、Siが吸着していないことからSiとF2との反応が進行せず、結果として、その多くの領域にはF終端が形成されることはない。ただし、上述のように、下地200aの表面の一部の領域にSiが吸着していることもあり、その場合、その一部の領域にF終端が形成されることもある。これに対し、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面では、それらの表面の全域において、表面に吸着しているSiとF2とが反応し、F含有ラジカルが生成され、このラジカルの作用によって、それらの表面の全域に非常に安定なF終端(SiF終端)が形成される。F含有ラジカルとしては、F、SiF、SiF2、SiF3、SiHF、SiH2F、SiHF2等が挙げられる。
As shown in FIG. 5E, in this step, it is possible to selectively (preferentially) modify the surfaces of the
なお、上述したように、ステップBで下地200b上および保護膜200e上に吸着させるSiの量は、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面全域にわたって略均一な量となっている。そのため、本ステップでは、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面で発生するF含有ラジカルの量が、その面内全域にわたって略均一な量となる。その結果、上述した下地200bおよび保護膜200eの改質が、それらの表面全域にわたって略均一に進行する。
As described above, the amount of Si adsorbed onto the
また、下地200aの表面の多くの領域では、上述したようにSiが吸着していないことからSiとF2との反応が進行せず、F含有ラジカルが生成されず、その多くの領域は改質されることはない。ただし、下地200aの表面の一部の領域にSiが吸着している場合は、その一部の領域において、SiとF2とが反応し、F含有ラジカルが生成され、その一部の領域が改質されることもあるのは上述の通りである。これらの結果、下地200aの表面は、エッチングダメージをほとんど受けず、その表面の多くの領域に吸着サイトが維持されることとなる。
In addition, in many regions of the surface of the underlayer 200a, since Si is not adsorbed as described above, the reaction between Si and F2 does not proceed, F - containing radicals are not generated, and many regions are reformed. will not be questioned. However, when Si is adsorbed on a partial region of the surface of the underlayer 200a, Si reacts with F2 in the partial region to generate F - containing radicals, and the partial region is As mentioned above, it may be modified. As a result, the surface of the
下地200a,200bおよび保護膜200eのうち下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を選択的に改質させた後、バルブ243bを閉じ、処理室201内へのF2ガスの供給を停止する。そして、ステップAにおけるパージ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 selectively modifying the surfaces of the
フッ素含有ガスとしては、F2ガスの他、三フッ化塩素(ClF3)ガス、フッ化塩素ガス(ClF)ガス、F2+酸化窒素(NO)ガス、ClF+NOガス、三フッ化窒素(NF3)ガス、六フッ化タングステン(WF6)ガス、フッ化ニトロシル(FNO)ガス、或いは、これらの混合ガスを用いることができる。 As the fluorine-containing gas, in addition to F 2 gas, chlorine trifluoride (ClF 3 ) gas, chlorine fluoride gas (ClF) gas, F 2 + nitrogen oxide (NO) gas, ClF + NO gas, nitrogen trifluoride (NF 3 ) gas, tungsten hexafluoride (WF 6 ) gas, nitrosyl fluoride (FNO) gas, or a mixture of these gases can be used.
[ステップD]
ステップCが終了した後、処理室201内のウエハ200、すなわち、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を改質させた後のウエハ200に対してSiCl4ガスおよびNH3ガスを供給する。このステップでは、ステップD1,D2を順次行う。
[Step D]
After step C is finished, SiCl 4 gas and NH 3 gas are supplied to the
〔ステップD1〕
このステップでは、処理室201内のウエハ200、すなわち、下地200a,200bおよび保護膜200eのうち下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を選択的に改質させた後のウエハ200に対してSiCl4ガスを供給する。
[Step D1]
In this step, SiCl is applied to the
具体的には、バルブ243aを開き、ガス供給管232a内へSiCl4ガスを流す。SiCl4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、排気口231aより排気される。このとき、ウエハ200に対してSiCl4ガスが供給される(SiCl4ガス供給)。このとき、バルブ243e,243fを開き、ノズル249b,249cのそれぞれを介して処理室201内へN2ガスを供給するようにしてもよい。
Specifically, the
本ステップにおける処理条件としては、
SiCl4ガス供給流量:1~2000sccm、好ましくは10~1000sccm
SiCl4ガス供給時間:1~180秒、好ましくは10~120秒
処理温度:350~600℃、好ましくは400~550℃
処理圧力:1~2000Pa、好ましくは10~1333Pa
が例示される。他の処理条件は、ステップBにおける処理条件と同様とする。
The processing conditions in this step are as follows:
SiCl 4 gas supply flow rate: 1-2000 sccm, preferably 10-1000 sccm
SiCl 4 gas supply time: 1-180 seconds, preferably 10-120 seconds Processing temperature: 350-600°C, preferably 400-550°C
Treatment pressure: 1 to 2000 Pa, preferably 10 to 1333 Pa
are exemplified. Other processing conditions are the same as the processing conditions in step B.
上述の条件下でウエハ200に対してSiCl4ガスを供給することにより、下地200a,200bおよび保護膜200eのうち改質されていない領域を含む下地200aの表面上に、Clを含むSi含有層が形成される。すなわち、下地200aのうち改質されていない領域、すなわち、吸着サイトが維持された領域を起点として、Clを含むSi含有層が形成される。Clを含むSi含有層は、下地200aの表面への、SiCl4の物理吸着や化学吸着、SiCl4の一部が分解した物質(SiClx)の化学吸着、SiCl4の熱分解によるSiの堆積等により形成される。Clを含むSi含有層は、SiCl4やSiClxの吸着層(物理吸着層や化学吸着層)であってもよく、Clを含むSiの堆積層であってもよい。本明細書では、Clを含むSi含有層を、単に、Si含有層とも称する。
By supplying SiCl 4 gas to the
本ステップでは、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面上へのSi含有層の形成を抑制しつつ、下地200aの表面上にSi含有層を選択的に形成することが可能である。なお、何らかの要因により、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面の改質が不充分となる場合等においては、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面上に、ごく僅かにSi含有層が形成される場合もあるが、この場合であっても、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面上に形成されるSi含有層の厚さは、下地200aの表面上に形成されるSi含有層の厚さに比べて、はるかに薄くなる。このようなSi含有層の選択的な形成が可能となるのは、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面に存在するF終端が、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面上へのSi含有層の形成(Siの吸着)を阻害する要因、すなわち、インヒビター(inhibitor)として作用するためである。なお、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面に存在するF終端は、本ステップを実施する際も、消滅することなく安定的に維持される。
In this step, it is possible to selectively form the Si-containing layer on the surface of the underlayer 200a while suppressing the formation of the Si-containing layer on the respective surfaces of the
下地200aの表面上にSi含有層が形成された後、バルブ243aを閉じ、処理室201内へのSiCl4ガスの供給を停止する。そして、ステップAにおけるパージ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(パージ)。
After the Si-containing layer is formed on the surface of the underlayer 200a, the
原料ガス(成膜ガス)としては、SiCl4ガスの他、モノクロロシラン(SiH3Cl、略称:MCS)ガス、ジクロロシラン(SiH2Cl2、略称:DCS)ガス、トリクロロシラン(SiHCl3、略称:TCS)ガス、ヘキサクロロジシラン(Si2Cl6、略称:HCDS)ガス、オクタクロロトリシラン(Si3Cl8、略称:OCTS)ガス等のクロロシラン系ガスや、テトラブロモシラン(SiBr4)ガス等のブロモシラン系ガスや、テトラヨードシラン(SiI4)ガス等のヨードシラン系ガスを用いることができる。 In addition to SiCl 4 gas, the raw material gas (film formation gas) includes monochlorosilane (SiH 3 Cl, abbreviation: MCS) gas, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 , abbreviation: DCS) gas, trichlorosilane (SiHCl 3 , abbreviation: DCS) gas. :TCS) gas, hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 , abbreviation: HCDS) gas, octachlorotrisilane (Si 3 Cl 8 , abbreviation: OCTS) gas, chlorosilane-based gas such as tetrabromosilane (SiBr 4 ) gas, etc. bromosilane-based gas, and iodosilane-based gas such as tetraiodosilane (SiI 4 ) gas can be used.
〔ステップD2〕
このステップでは、処理室201内のウエハ200、すなわち、下地200aの表面上に形成されたSi含有層に対してNH3ガスを供給する。
[Step D2]
In this step, NH 3 gas is supplied to the
具体的には、バルブ243cを開き、ガス供給管232c内へNH3ガスを流す。NH3ガスは、MFC241cにより流量調整され、ノズル249cを介して処理室201内へ供給され、排気口231aより排気される。このとき、ウエハ200に対してNH3ガスが供給される(NH3ガス供給)。このとき、バルブ243d,243eを開き、ノズル249a,249bのそれぞれを介して処理室201内へN2ガスを供給するようにしてもよい。
Specifically, the
本ステップにおける処理条件としては、
NH3ガス供給流量:10~10000sccm
NH3ガス供給時間:1~60秒、好ましくは5~50秒
処理圧力:1~4000Pa、好ましくは1~1333Pa
が例示される。他の処理条件は、ステップBにおける処理条件と同様とする。
The processing conditions in this step are as follows:
NH 3 gas supply flow rate: 10-10000 sccm
NH 3 gas supply time: 1-60 seconds, preferably 5-50 seconds Treatment pressure: 1-4000 Pa, preferably 1-1333 Pa
are exemplified. Other processing conditions are the same as the processing conditions in step B.
上述の条件下でウエハ200に対してNH3ガスを供給することにより、下地200aの表面上に形成されたSi含有層の少なくとも一部が窒化される。Si含有層が窒化されることで、下地200aの表面上に、SiおよびNを含む層、すなわち、シリコン窒化層(SiN層)が形成される。SiN層を形成する際、Si含有層に含まれていたCl等の不純物は、NH3ガスによるSi含有層の窒化反応の過程において、少なくともClを含むガス状物質を構成し、処理室201内から排出される。これにより、SiN層は、ステップD1で形成されたSi含有層に比べてCl等の不純物が少ない層となる。なお、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面は、本ステップを実施する際も、窒化されることなく維持される。すなわち、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面は、窒化(NH終端)されることなく、F終端されたまま安定的に維持される。
By supplying NH 3 gas to the
下地200aの表面上にSiN層が形成された後、バルブ243cを閉じ、処理室201内へのNH3ガスの供給を停止する。そして、ステップAにおけるパージ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(パージ)。
After the SiN layer is formed on the surface of the underlayer 200a, the
反応ガス(成膜ガス)としては、NH3ガスの他、例えば、ジアゼン(N2H2)ガス、ヒドラジン(N2H4)ガス、N3H8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 (film formation gas), in addition to NH3 gas, for example, hydrogen nitride gases such as diazene ( N2H2 ) gas , hydrazine ( N2H4 ) gas, and N3H8 gas may be used. can be done.
〔所定回数実施〕
上述したステップD1,D2を非同時に、すなわち、同期させることなく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5(f)に示すように、ウエハ200の表面に露出した下地200a,200bおよび保護膜200eのうち下地200aの表面上にSiN膜を選択的に形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、1サイクルあたりに形成されるSiN層の厚さを所望の膜厚よりも薄くし、SiN層を積層することで形成される膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。
[Implemented a predetermined number of times]
By performing a predetermined number of cycles (n times, where n is an integer equal to or greater than 1) in which steps D1 and D2 described above are performed asynchronously, that is, without synchronization, the surface of the
なお、ステップD1,D2を実施する際、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面に存在するF終端は、消滅することなく維持されることから、インヒビターとしての作用が維持され、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面に、SiN膜が形成されることはない。ただし、何らかの要因により、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面の改質が不充分となる場合等においては、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面上に、ごく僅かにSiN膜が形成される場合もあるが、この場合であっても、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面上に形成されるSiN膜の厚さは、下地200aの表面上に形成されるSiN膜の厚さに比べて、はるかに薄くなる。本明細書において、下地200a,200bおよび保護膜200eのうち「下地200aの表面上に選択的にSiN膜を形成する」とは、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面上にSiN膜を全く形成しない場合だけでなく、上述のように、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面上に、ごく薄いSiN膜を形成する場合を含むものとする。
It should be noted that, when performing steps D1 and D2, the F terminations present on the respective surfaces of the
(アフターパージおよび大気圧復帰)
下地200a上へのSiN膜の選択的な形成が完了した後、ノズル249a~249cのそれぞれからパージガスとしてのN2ガスを処理室201内へ供給し、排気口231a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)。
(After-purge and return to atmospheric pressure)
After selective formation of the SiN film on the
(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 unload and wafer discharge)
The
なお、図5(g)に示すように、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面に存在するF終端は、処理後のウエハ200が大気暴露された際に、所定の反応物、具体的には、大気中の水分(H2O)と反応することによって解離する。すなわち、処理後のウエハ200の大気暴露により、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面に存在するF終端を除去することができる。下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面からF終端を除去することにより、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面状態がリセットされ、以降の工程で、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面上への成膜処理を進行させることが可能となる。
Note that, as shown in FIG. 5G, the F terminations present on the respective surfaces of the
(3)本態様による効果
本態様によれば、以下に示す1つ又は複数の効果が得られる。
(3) Effects of this aspect According to this aspect, one or more of the following effects can be obtained.
(a)ステップA~Dを行うことにより、ウエハ200の表面に露出している下地200a,200b,200cのうち下地200aの表面上にSiN膜を選択的に形成することが可能となる。これにより、例えば半導体デバイスを作製する際、フォトリソグラフィーを含むパターニング処理を省略する等、それらの工程を簡素化させることが可能となる。結果として、半導体デバイスの生産性を向上させ、製造コストを低減させることが可能となる。
(a) By performing steps A to D, the SiN film can be selectively formed on the surface of the
(b)ステップAで下地200cの表面に保護膜200eとしてSiO膜を形成することにより、ステップCでは、下地200cの表面にF2ガスが接触しなくなることから、下地200cの表面へのエッチングダメージを抑制することが可能となる。すなわち、ステップCでは、F2ガスによる下地200cへのエッチングダメージを抑制しつつ、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を改質させることが可能となる。
(b) By forming a SiO film as a
ここで、DHF洗浄前に下地200cの表面に形成されていた自然酸化膜(SiO膜)を保護膜として用いることも考えられる。しかしながら、自然酸化膜は膜厚が不均一であるため、自然酸化膜を保護膜として用いた場合、ステップCにおいて、自然酸化膜の膜厚が薄い箇所でF2ガスが下地200cに接触し、下地200cの表面がエッチングされ、エッチングダメージを受けることがある。
Here, it is conceivable to use the natural oxide film (SiO film) formed on the surface of the
(c)保護膜200eの膜厚は10Å程度と薄いことから、選択成長が終了した後に、保護膜200eを除去する工程を行う必要がない場合がある。この場合、半導体デバイスの製造工程を簡素化させることができ、半導体デバイスの生産性を向上させ、製造コストを低減させることが可能となる。ただし、保護膜200eとして形成したSiO膜がデバイスの特性等に影響を及ぼす場合は、保護膜200eを除去するのが好ましく、その場合、例えばDHF洗浄等により除去することができる。
(c) Since the film thickness of the
(d)ステップAを行う前に、DHF洗浄を行い、下地200aの表面に形成された自然酸化膜200dを除去し、下地200aの表面を剥き出しにして露出させることにより、ステップDにおいて、下地200aの表面上に膜厚均一性の高いSiN膜を形成することが可能となる。また、下地200cの表面に形成された自然酸化膜200dを除去し、下地200cの表面を剥き出しにして露出させることにより、ステップAにおいて、下地200cの表面を均一に酸化させ、下地200cの表面に膜厚均一性の高い保護膜200eを形成することが可能となる。
(d) Before performing step A, DHF cleaning is performed to remove the
(e)ステップBでは、下地200b上および保護膜200e上に選択的に(優先的に)吸着させるSiの量を、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面全域にわたって略均一な量とすることが可能となる。これにより、ステップCでは、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面全域を略均一に改質させることが可能となる。結果として、ステップDでは、下地200b上および保護膜200e上へのSiN膜の形成を、それらの表面全域にわたって略均一かつ確実に阻害することが可能となる。すなわち、選択成長における選択性を高めることが可能となる。
(e) In step B, the amount of Si selectively (preferentially) adsorbed onto the
(f)ステップDを行った後、処理後のウエハ200を大気暴露することにより、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面に存在するインヒビターとしてのF終端を消滅させることが可能となる。このように、F終端を簡便に除去できることから、インヒビターを除去する工程を別途設ける必要がなく、半導体デバイスの製造工程を簡素化させることができ、半導体デバイスの生産性を向上させ、製造コストを低減させることが可能となる。
(f) After performing step D, by exposing the processed
(g)ステップA~Dのうち少なくともいずれかを、好ましくは、ステップA~Dのそれぞれを、ノンプラズマの雰囲気下で行うことから、ウエハ200へのプラズマダメージを回避することができ、本手法のプラズマダメージを懸念する工程への適用も可能となる。
(g) Since at least one of steps A to D, preferably each of steps A to D, is performed in a non-plasma atmosphere, plasma damage to the
(h)上述の効果は、O2ガス以外の酸素含有ガスを用いる場合や、SiHR3ガス以外のアミノシラン系ガスを用いる場合や、F2ガス以外のフッ素含有ガスを用いる場合や、SiCl4ガス以外の原料ガスを用いる場合や、NH3ガス以外の反応ガスを用いる場合や、N2ガス以外の不活性ガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。 (h) The above effects are obtained when using an oxygen-containing gas other than O2 gas, when using an aminosilane-based gas other than SiHR3 gas, when using a fluorine - containing gas other than F2 gas, or when using SiCl4 gas. Similar results can be obtained when using a raw material gas other than NH 3 gas, when using a reaction gas other than NH 3 gas, or when using an inert gas other than N 2 gas.
<本開示の他の態様>
以上、本開示の態様を具体的に説明した。しかしながら、本開示は上述の態様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 aspects of the present disclosure>
Aspects of the present disclosure have been specifically described above. However, the present disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be modified in various ways without departing from the scope of the present disclosure.
上述の態様では、ステップBにおいて、ウエハ200に対してアミノシラン系ガスを供給することにより、Siを、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面に選択的に吸着させ、ステップCにおいて、ウエハ200に対してF含有ガスを供給することにより、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面に吸着させたSiとF含有ガスとを反応させて、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を、エッチングすることなく改質させる例について説明したが、本開示はこのような態様に限定されるものではない。例えば、ステップCでは、疑似触媒が存在する雰囲気下でF含有ガスを供給することにより、F含有ラジカルを発生させ、このようにして発生させたF含有ラジカルを用いて下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を、エッチングすることなく改質させるようにしてもよい。すなわち、ステップCでは、疑似触媒を収容した処理室201内へF含有ガスを供給することで、F含有ラジカルを発生させ、このようにして発生させたラジカルをウエハ200の表面に対して供給することにより、下地200a,200bおよび保護膜200eのうち下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を、エッチングすることなく選択的(優先的)に改質させるようにしてもよい。この場合、ステップBを不実施とすることが可能となる。
In the above-described aspect, in step B, by supplying an aminosilane-based gas to the
ここで、疑似触媒とは、F含有ガスの分解を促進させ、F含有ガスからのF含有ラジカルの発生を促す物質である。F含有ガスを疑似触媒に接触させることで生じる疑似触媒作用により、F含有ガスからのF含有ラジカルの発生を促進させ、F含有ラジカルを効率的に生じさせることが可能となる。 Here, the pseudo-catalyst is a substance that promotes the decomposition of the F-containing gas and the generation of F-containing radicals from the F-containing gas. The pseudo-catalytic action produced by bringing the F-containing gas into contact with the pseudo-catalyst promotes the generation of F-containing radicals from the F-containing gas, making it possible to efficiently produce F-containing radicals.
疑似触媒としては、例えば、最表面が自然酸化膜(SiO膜)で覆われていない固体のSi、すなわち、最表面でSi素材が露出して剥き出しとなったSi部材を用いることができる。このような部材としては、例えば、DHF洗浄等により最表面に形成された自然酸化膜が除去されたSi製のウエハ、例えば、ベアSiウエハ(以下、ベアウエハ)を用いることができる。なお、大気中で保管されるベアウエハの最表面には自然酸化膜が形成されており、その最表面には、Si素材が剥き出しとなっておらず、そのままの状態では、ベアウエハを疑似触媒として用いることができない。ベアウエハを疑似触媒として作用させるには、ステップCを行う際に、ベアウエハの最表面に形成された自然酸化膜を除去し、その最表面において、Si素材が露出した状態とする必要がある。 As the pseudo-catalyst, for example, a solid Si whose outermost surface is not covered with a natural oxide film (SiO film), that is, a Si member whose outermost surface is exposed and bare Si material can be used. As such a member, for example, a wafer made of Si from which a native oxide film formed on the outermost surface has been removed by DHF cleaning or the like, for example, a bare Si wafer (hereinafter referred to as a bare wafer) can be used. A natural oxide film is formed on the outermost surface of the bare wafer stored in the atmosphere, and the Si material is not exposed on the outermost surface, and the bare wafer is used as a pseudo catalyst as it is. I can't. In order for the bare wafer to act as a pseudo-catalyst, it is necessary to remove the natural oxide film formed on the outermost surface of the bare wafer during step C, so that the Si material is exposed on the outermost surface.
ベアウエハを疑似触媒として用いる場合、最表面においてSi素材が露出したベアウエハを、処理対象であるウエハ200と一緒に、ボート217の所定の位置に保持し、その状態でボート217を処理室201内へ搬入することで、疑似触媒であるベアウエハを処理室201内へ収容することが可能となる。なお、この場合、ボート217に、疑似触媒であるベアウエハと、処理対象であるウエハ200と、を一枚おきに交互に装填し、処理対象であるウエハ200の上面と、疑似触媒であるベアウエハの表面と、を対面(対向)させて、下地200bの直上および保護膜200eの直上にベアウエハを配置するのが好ましい。この場合、ステップCにおいて、F含有ガスを疑似触媒であるベアウエハに接触させることにより、F含有ラジカルを効率的に発生させることができ、このように効率的に発生させたF含有ラジカルを下地200bおよび保護膜200eのそれぞれに対して効率的に供給することが可能となる。その結果、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を適正に改質させることが可能となる。
When a bare wafer is used as a pseudo-catalyst, the bare wafer having the Si material exposed on the outermost surface is held at a predetermined position in the
この場合の選択成長における処理手順、処理条件は、以下に示すガス供給シーケンスのように、疑似触媒であるベアウエハをボート217にセットすること、および、ステップBを不実施とすること以外は、上述の態様の処理手順、処理条件と同様とすることができる。
The processing procedure and processing conditions for selective growth in this case are as described above, except that bare wafers, which are pseudo-catalysts, are set in the
O2→Si+F2→(SiCl4→NH3)×n ⇒ SiN O 2 →Si+F 2 →(SiCl 4 →NH 3 )×n ⇒ SiN
この場合においても、上述の態様と同様の効果が得られる。また、ステップCにおいて、疑似触媒が存在する雰囲気下でF含有ガスを供給することにより、疑似触媒が存在しない雰囲気下でF含有ガスを供給する場合よりも、処理室201内におけるF含有ラジカルの発生を促進させ、発生させるF含有ラジカルの量を増大させることが可能となる。結果として、ステップCにおいて、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面の改質を促し、下地200aの表面上へのSiN膜の選択的な形成を適正に行うことができるようになる。また、疑似触媒を用いることで、ステップCにおける処理温度の低温化が可能となり、ステップCにおける下地200aの表面のエッチングや、下地200aの表面へのエッチングダメージを効果的に抑制することが可能となる。
Also in this case, the same effect as the above-described mode can be obtained. Further, in step C, by supplying the F-containing gas in an atmosphere in which the pseudo-catalyst exists, the number of F-containing radicals in the
なお、疑似触媒としては、ベアウエハの代わりに、Si製のプレート(Siプレート)、Si製のチップ(Siチップ)、Si製のピース(Siピース)、Si製のブロック(Siブロック)等を用いるようにしてもよい。これらを疑似触媒として用いる場合も、ベアウエハを疑似触媒として用いる場合と同様、これらの最表面に形成された自然酸化膜を除去し、その最表面において、Si素材が露出した状態を作り出す必要がある。 As the pseudo-catalyst, a Si plate (Si plate), a Si chip (Si chip), a Si piece (Si piece), a Si block (Si block), etc. are used instead of the bare wafer. You may do so. When these are used as pseudo-catalysts, it is necessary to remove the natural oxide film formed on the outermost surface of them to create a state in which the Si material is exposed on the outermost surface, as in the case of using bare wafers as pseudo-catalysts. .
また、ステップCを行う前に、処理室201内の部材の表面(反応管203の内壁やボート217の表面等)にSi膜を予め形成(プリコート)し、このSi膜(プリコート膜)を疑似触媒として用いることもできる。プリコート膜としてのSi膜は、例えば、モノシラン(SiH4)ガス等のシラン系ガスを用い、CVD法により形成することができる。Si膜はアモルファス(非晶質)状態のSi膜であってもよいし、ポリ(多結晶)状態のSi膜であってもよいし、アモルファスとポリとの混晶状態のSi膜であってもよい。
Before performing step C, a Si film is previously formed (pre-coated) on the surfaces of the members in the processing chamber 201 (the inner wall of the
Si膜を形成する際の処理条件としては、
SiH4ガス供給流量:10~2000sccm
N2ガス供給流量(各ガス供給管):0~10000sccm
ガス供給時間:10~400分
処理温度:450~550℃、好ましくは450~530℃
処理圧力:1~900Pa
が例示される。
The processing conditions for forming the Si film are as follows.
SiH 4 gas supply flow rate: 10-2000 sccm
N 2 gas supply flow rate (each gas supply pipe): 0 to 10000 sccm
Gas supply time: 10 to 400 minutes Treatment temperature: 450 to 550°C, preferably 450 to 530°C
Processing pressure: 1 to 900 Pa
are exemplified.
この場合、ステップCにおいて、F含有ガスを疑似触媒であるSi膜(プリコート膜)に接触させることにより、F含有ラジカルを効率的に発生させることができ、このように効率的に発生させたF含有ラジカルを下地200bおよび保護膜200eに対して効率的に供給することが可能となる。その結果、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を適正に改質させることが可能となる。
In this case, in step C, F-containing radicals can be efficiently generated by bringing the F-containing gas into contact with the Si film (precoat film) that is a pseudo catalyst, and thus efficiently generated F It becomes possible to efficiently supply the contained radicals to the
なお、プリコート膜としては、Si膜以外に、SiN膜、シリコン炭化膜(SiC膜)、シリコン炭窒化膜(SiCN膜)、シリコンリッチSiN膜(SiRN膜)、シリコンリッチSiC膜(SiRC膜)、シリコンリッチSiCN膜(SiRCN膜)等を用いるようにしてもよい。すなわち、プリコート膜としては、Si以外にCやNを含むSi含有膜を用いるようにしてもよい。プリコート膜としてのSiN膜、SiC膜、SiCN膜、SiRN膜、SiRC膜、SiRCN膜は、例えば、エチルメチルアミノシラン(SiH3[N(CH3)(C2H5)])ガス、ジメチルアミノシラン(SiH3[N(CH3)2])ガス、ジイソプロピルアミノシラン(SiH3[N(C3H7)2])ガス、ジセカンダリブチルアミノシラン(SiH3[H(C4H9)2])ガス等のアミノシラン系ガスを用い、CVD法により形成することができる。このときの処理条件としては、上述のプリコート膜としてのSi膜を形成する際の処理条件と同様の処理条件とすることができる。なお、アミノシラン系ガスは、Siとアミノ基とを含むガスであり、少なくともSi,N,Cを構成元素として含むガスであるともいえる。 In addition to the Si film, the precoat film includes a SiN film, a silicon carbide film (SiC film), a silicon carbonitride film (SiCN film), a silicon-rich SiN film (SiRN film), a silicon-rich SiC film (SiRC film), A silicon-rich SiCN film (SiRCN film) or the like may be used. That is, a Si-containing film containing C or N other than Si may be used as the precoat film. The SiN film, SiC film, SiCN film, SiRN film, SiRC film, and SiRCN film as the precoat film are, for example, ethylmethylaminosilane (SiH 3 [N(CH 3 )(C 2 H 5 )]) gas, dimethylaminosilane ( SiH 3 [N(CH 3 ) 2 ]) gas, diisopropylaminosilane (SiH 3 [N(C 3 H 7 ) 2 ]) gas, di-secondarybutylaminosilane (SiH 3 [H(C 4 H 9 ) 2 ]) gas It can be formed by a CVD method using an aminosilane-based gas such as. The processing conditions at this time can be the same as the processing conditions for forming the Si film as the precoat film described above. The aminosilane-based gas is a gas containing Si and an amino group, and can be said to be a gas containing at least Si, N, and C as constituent elements.
これらの場合も、ステップCにおいて、F含有ガスを疑似触媒であるSiN膜、SiC膜、SiCN膜、SiRN膜、SiRC膜、SiRCN膜(プリコート膜)に接触させることにより、F含有ラジカルを効率的に発生させることができ、このように効率的に発生させたF含有ラジカルを下地200bおよび保護膜200eのそれぞれに対して効率的に供給することが可能となる。その結果、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を適正に改質させることが可能となる。
In these cases as well, in step C, by bringing the F-containing gas into contact with the pseudo-catalyst SiN film, SiC film, SiCN film, SiRN film, SiRC film, and SiRCN film (pre-coated film), the F-containing radicals are effectively removed. , and the F-containing radicals thus efficiently generated can be efficiently supplied to each of the
これらのプリコート膜を疑似触媒として用いる場合の選択成長における処理手順、処理条件は、処理室201内の部材の表面にこれらの膜をプリコートすること、および、ステップBを不実施とすること以外は、上述の態様の処理手順、処理条件と同様とすることができる。このように、プリコート膜を疑似触媒として用いる場合においても、ベアウエアを疑似触媒として用いる場合と同様な効果が得られる。なお、この場合のプリコート膜を、疑似触媒膜や疑似触媒プリコート膜と称することもできる。 The processing procedure and processing conditions for selective growth when these precoated films are used as pseudo-catalysts are as follows: , can be the same as the processing procedure and processing conditions of the above-described aspects. Thus, even when the precoat film is used as a pseudo-catalyst, the same effects as when bareware is used as a pseudo-catalyst can be obtained. The precoat film in this case can also be called a pseudo catalyst film or a pseudo catalyst precoat film.
また、処理対象であるウエハ200を処理室201内へ収容した後、ステップCを行う前に、ウエハ200の表面上、すなわち、下地200a,200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面上に、Si膜を形成し、このSi膜を疑似触媒、すなわち、疑似触媒膜として用いることもできる。疑似触媒膜としては、Si膜以外に、SiN膜、SiC膜、SiCN膜、SiRN膜、SiRC膜、SiRCN膜等を用いるようにしてもよい。すなわち、疑似触媒膜としては、Si以外にCやNを含むSi含有膜を用いるようにしてもよい。疑似触媒膜としてのSi膜、SiN膜、SiC膜、SiCN膜、SiRN膜、SiRC膜、SiRCN膜を形成する際に用いるガス、処理条件は、上述のプリコート膜を形成する際に用いるガス、処理条件とそれぞれ同様とすることができる。
After the
これらの場合、ステップCにおいて、F含有ガスを疑似触媒膜に接触させることにより、F含有ラジカルを効率的に発生させることができ、このように効率的に発生させたF含有ラジカルを、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれに対して供給することが可能となる。すなわち、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面をF終端させるよう改質させることが可能となる。なお、このとき、下地200aの表面上に形成された疑似触媒膜はエッチングされ、下地200aの表面上には吸着サイトが露出することとなる。その際、下地200aの表面も僅かにエッチングされることもあるが、その場合であってもエッチング量は少量であり、その表面の吸着サイトは維持される。なお、下地200bおよび保護膜200eはSiO膜により構成されており、強固なSi-O結合を有することから、その表面がエッチングされることはなく、その表面は適正にF終端され、適正な改質がなされることとなる。
In these cases, in step C, by bringing the F-containing gas into contact with the pseudo-catalyst film, the F-containing radicals can be efficiently generated, and the F-containing radicals thus efficiently generated are applied to the underlayer 200b. and the
これらの疑似触媒膜を用いる場合の選択成長における処理手順、処理条件は、ウエハ200の表面上に疑似触媒膜を形成すること、および、ステップBを不実施とすること以外は、上述の態様の処理手順、処理条件と同様とすることができる。このように、Si膜、SiN膜、SiC膜、SiCN膜、SiRN膜、SiRC膜、SiRCN膜等を疑似触媒として用いる場合においても、ベアウエアを疑似触媒として用いる場合と同様な効果が得られる。
The processing procedures and processing conditions for selective growth when using these pseudo catalyst films are the same as those of the above-described modes except that the pseudo catalyst film is formed on the surface of the
また例えば、疑似触媒としては、ベアウエハ、Siプレート、Siチップ、Siピース、Siブロック、Si含有プリコート膜、Si含有疑似触媒膜等の固体状の疑似触媒だけではなく、ガス状の疑似触媒を用いることもできる。ガス状の疑似触媒、すなわち、疑似触媒ガスとしては、F含有ガスと接触することにより、F含有ガスの分解を促進させ、F含有ガスからF含有ラジカルを発生させるガスを用いることができる。疑似触媒ガスとしては、具体的には、例えば、O2ガス、N2Oガス、N2Oガス、NOガス、HFガス、NH3ガス、および水素(H2)ガスのうち少なくともいずれか1つのガスを用いることができる。これらのガスの供給は、例えば、ノズル249a,249c等を用い、処理室201内へのF含有ガスの供給と同時に行うことが可能である。
Further, for example, as the pseudo-catalyst, not only solid pseudo-catalysts such as bare wafers, Si plates, Si chips, Si pieces, Si blocks, Si-containing pre-coated films, Si-containing pseudo-catalyst films, but also gaseous pseudo-catalysts are used. can also As the gaseous pseudo-catalyst, that is, the pseudo-catalyst gas, a gas that accelerates decomposition of the F-containing gas and generates F-containing radicals from the F-containing gas upon contact with the F-containing gas can be used. Specifically, the pseudo catalyst gas includes at least one of O 2 gas, N 2 O gas, N 2 O gas, NO gas, HF gas, NH 3 gas, and hydrogen (H 2 ) gas. one gas can be used. These gases can be supplied at the same time as the F-containing gas is supplied into the
この場合、ステップCにおいて、F含有ガスと疑似触媒ガスとを同時に処理室201内へ供給することにより、疑似触媒ガスが存在する雰囲気下でF含有ガスが供給されることとなる。このとき、F含有ガスを疑似触媒ガスに接触させることができ、これにより、F含有ラジカルを効率的に発生させることができ、このように効率的に発生させたF含有ラジカルを下地200bおよび保護膜200eのそれぞれに対して効率的に供給することが可能となる。その結果、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を適正に改質させることが可能となる。なお、処理室201内でF含有ガスと疑似触媒ガスとが混合される限りにおいては、F含有ガスと疑似触媒ガスとを、交互に、または、間欠的に、処理室201内へ供給するようにしてもよい。
In this case, in step C, by simultaneously supplying the F-containing gas and the pseudo-catalytic gas into the
この場合の選択成長における処理手順、処理条件は、処理室201内へF含有ガスと疑似触媒ガスとを供給すること、および、ステップBを不実施とすること以外は、上述の態様の処理手順、処理条件と同様とすることができる。このように、F含有ガスと疑似触媒ガスとを供給する場合においても、ベアウエアを疑似触媒として用いる場合と同様な効果が得られる。また、ガス状の疑似触媒を用いる場合も、固体状の疑似触媒を用いる場合と同様、ステップCにおける処理温度の低温化が可能となり、ステップCにおける下地200aの表面のエッチングや、下地200aの表面へのエッチングダメージを効果的に抑制することが可能となる。
The processing procedure and processing conditions for the selective growth in this case are the processing procedure of the above-described mode, except that the F-containing gas and the pseudo catalyst gas are supplied into the
なお、「触媒」とは、化学反応の前後でそれ自身は変化しないが、反応の速度を変化させる物質のことである。疑似触媒として例示した上述の物質は、いずれも、F含有ラジカルの発生を促すという触媒的な作用を有するが、これらの中には、それ自身が化学反応の前後で変化する物質もある。例えば、NOガスは、触媒的な作用を有するが、F含有ガスと反応する際に分子構造の一部が分解し、それ自身が化学反応の前後で変化する場合がある。このように、それ自身が化学反応の前後で変化する物質であっても、反応の速度を変化させる物質のことを、本明細書では「疑似触媒」と称している。 A "catalyst" is a substance that does not change itself before and after a chemical reaction, but changes the speed of the reaction. All of the above-mentioned substances exemplified as pseudo-catalysts have a catalytic action of promoting the generation of F-containing radicals, but some of these substances change themselves before and after chemical reactions. For example, NO gas has a catalytic action, but when it reacts with F-containing gas, part of its molecular structure is decomposed, and itself may change before and after the chemical reaction. In this way, even if the substance itself changes before and after the chemical reaction, the substance that changes the rate of the reaction is referred to as a "pseudo-catalyst" in this specification.
また例えば、ステップCでは、F含有ガスのプラズマ、加熱、光照射等による活性化(励起)により、F含有ガスからのF含有ラジカルの発生を促進させるようにしてもよい。これらの場合においても、上述の態様と同様の効果が得られる。また、ステップCにおいて、F含有ガスをプラズマ、加熱、光照射等により活性化させることにより、F含有ガスをこれらにより活性化させない場合よりも、処理室201内におけるF含有ラジカルの発生を促進させ、発生させるF含有ラジカルの量を増大させることが可能となる。結果として、ステップCにおいて、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面の改質を促し、下地200aの表面上へのSiN膜の選択的な形成を適正に行うことができるようになる。また、ステップCにおける処理温度の低温化も可能となる。なお、プラズマを用いる場合には、ウエハ200や処理室201内の部材のプラズマダメージを抑制するために、処理室201の外部に設けられたリモートプラズマユニットにおいてF含有ガスをプラズマで活性化させた後、処理室201内へ供給する方式、すなわち、リモートプラズマ方式を採用することが好ましい。
Further, for example, in step C, generation of F-containing radicals from the F-containing gas may be promoted by activation (excitation) of the F-containing gas by plasma, heating, light irradiation, or the like. Also in these cases, the same effects as those of the above embodiments can be obtained. Further, in step C, by activating the F-containing gas by plasma, heating, light irradiation, etc., the generation of F-containing radicals in the
また、上述の態様では、SiN膜を含む下地200a、SiO膜を含む下地200b、単結晶Siを含む下地200cが表面に露出したウエハ200に対して、ステップA,B,C,Dを順次行う例について説明したが、本開示はこのような態様に限定されるものではない。例えば、ウエハ200の表面に、SiN膜を含む下地200aの代わりに、SiCN膜、シリコン硼窒化膜(SiBN膜)、シリコン硼炭窒化膜(SiBCN膜)、シリコン硼炭化膜(SiBC膜)を含む下地が露出していてもよい。また例えば、SiO膜を含む下地200bの代わりに、シリコン酸炭化膜(SiOC膜)、シリコン酸窒化膜(SiON膜)、シリコン酸炭窒化膜(SiOCN膜)を含む下地が露出していてもよい。また例えば、単結晶Siを含む下地200cの代わりに、エピタキシャルシリコン膜(Epi-Si膜)、ポリシリコン膜(poly-Si膜(多結晶Si膜))、アモルファスシリコン膜(a-Si膜(非晶質Si膜))を含む下地が露出していてもよい。また例えば、SiN膜を含む下地200a、SiO膜を含む下地200bおよび単結晶Siを含む下地200cに加えて、タングステン膜(W膜)、タングステン窒化膜(WN膜)、チタン窒化膜(TiN膜)等の導電性の金属系薄膜を含む下地が露出していてもよい。また、SiN膜を含む下地200aの代わりに、上述の金属系薄膜を含む下地が露出していてもよい。これらの場合においても、上述の態様と同様の効果が得られる。すなわち、下地200b,200c上への成膜を回避しつつ、下地200aの表面上や上述の金属系薄膜の表面上に選択的に膜を形成することが可能となる。
Further, in the above-described mode, steps A, B, C, and D are sequentially performed on the
また、上述の態様では、ステップBにおいて、アミノシラン系ガスとしてモノアミノシランガスを用いる例について説明したが、本開示はこのような態様に限定されるものではない。例えば、ステップBにおいて、アミノシラン系ガスとして、モノアミノシランガスの代わりにジアミノシランガスやトリアミノシランガスを用いるようにしてもよい。これらの場合においても、上述の態様と同様の効果が得られる。ただし、ステップBにおいて、アミノシラン系ガスとして1分子中に含まれるアミノ基の数が少ないガスを用いるほど、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面へのSiの吸着密度が高くなり、ステップCにおいて、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面に形成されるSiF終端の密度が高くなる。結果として、ステップDにおいて、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面への成膜阻害効果を高くすることが可能となる。この点では、アミノシラン系ガスとして、1分子中に含まれるアミノ基の数が1つであるモノアミノシランを用いるのが特に好ましい。
Further, in the above aspect, an example of using monoaminosilane gas as the aminosilane-based gas in step B has been described, but the present disclosure is not limited to such an aspect. For example, in step B, instead of monoaminosilane gas, diaminosilane gas or triaminosilane gas may be used as the aminosilane-based gas. Also in these cases, the same effects as those of the above embodiments can be obtained. However, in step B, the adsorption density of Si on the surfaces of the
また、上述の態様では、ステップDにおいて、ステップD1,D2を非同時に行うサイクルを所定回数行う例について説明したが、本開示はこのような態様に限定されるものではない。例えば、ステップDにおいて、ステップD1,D2を非同時に行うサイクルを開始する前に、処理室201内のウエハ200、すなわち、下地200a,200bおよび保護膜200eのうち下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面を選択的に改質させた後のウエハ200に対して、NH3ガスを所定時間供給するステップ(NH3プリフロー)を行うようにしてもよい。この場合においても、下地200bおよび保護膜200eのそれぞれの表面に存在するF終端は消滅することなく安定的に維持されるため、上述の態様と同様の効果が得られる。また、下地200aの表面における吸着サイトを適正化させることができ、下地200a上に形成されるSiN膜の品質を向上させることが可能となる。
Further, in the above-described aspect, an example in which a cycle of performing steps D1 and D2 non-simultaneously is performed a predetermined number of times in step D has been described, but the present disclosure is not limited to such an aspect. For example, in step D, before starting a cycle in which steps D1 and D2 are performed non-simultaneously,
また、上述の態様では、ステップDにおいて、原料ガスとしてSiCl4ガスを用い、反応ガスとしてNH3ガスを用いる例について説明したが、本開示はこのような態様に限定されるものではない。例えば、ステップDにおいて、原料ガスとして、SiCl4ガスの他、上述のクロロシラン系ガスや、チタニウムテトラクロライド(TiCl4)ガス等のハロゲン化金属ガスを用いるようにしてもよい。また例えば、反応ガスとして、NH3ガス等のN含有ガスの他、酸素(O2)ガス等のO含有ガス、トリエチルアミン((C2H5)3N、略称:TEA)ガス等のNおよびC含有ガス、プロピレン(C3H6)ガス等のC含有ガス、トリクロロボラン(BCl3)ガス等のホウ素(B)含有ガスを用いるようにしてもよい。そして、以下に示すガス供給シーケンスにより、下地200a,200bおよび保護膜200eのうち改質されていない下地200aの表面上に、SiON膜、SiCN膜、SiOCN膜、SiOC膜、SiBN膜、SiBCN膜、TiN膜、チタン酸窒化膜(TiON膜)等の膜を形成するようにしてもよい。下地200b,200cの表面上に形成されるF終端は非常に安定であることから、これらの場合、すなわち、成膜ガスとして水蒸気(H2Oガス)等のOH基を含むガスを用いない場合には、上述の態様と同様の効果が得られる。
Further, in the above aspect, an example of using SiCl 4 gas as the source gas and NH 3 gas as the reaction gas in step D has been described, but the present disclosure is not limited to such an aspect. For example, in step D, in addition to SiCl 4 gas, the above-described chlorosilane-based gas or metal halide gas such as titanium tetrachloride (TiCl 4 ) gas may be used. Further, for example, as the reaction gas, in addition to N-containing gas such as NH3 gas, O-containing gas such as oxygen ( O2 ) gas , N and N such as triethylamine ( ( C2H5 )3N, abbreviation: TEA) gas C-containing gas, C-containing gas such as propylene (C 3 H 6 ) gas, and boron (B)-containing gas such as trichloroborane (BCl 3 ) gas may be used. Then, by the gas supply sequence described below, SiON film, SiCN film, SiOCN film, SiOC film, SiBN film, SiBCN film, A film such as a TiN film or a titanium oxynitride film (TiON film) may be formed. Since the F termination formed on the surfaces of the
O2→SiH3R→F2→(SiCl4→NH3→O2)×n ⇒ SiON
O2→SiH3R→F2→(HCDS→C3H6→NH3)×n ⇒ SiCN
O2→SiH3R→F2→(HCDS→C3H6→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
O2→SiH3R→F2→(HCDS→TEA→O2)×n ⇒ SiOC(N)
O2→SiH3R→F2→(DCS→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBN
O2→SiH3R→F2→(DCS→C3H6→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBCN
O2→SiH3R→F2→(TiCl4→NH3)×n ⇒ TiN
O2→SiH3R→F2→(TiCl4→NH3→O2)×n ⇒ TiON
O2 → SiH3R →F2→( SiCl4 → NH3 → O2 )× n →SiON
O2 → SiH3R →F2→ ( HCDS → C3H6 → NH3 )×n→SiCN
O2 → SiH3R →F2→(HCDS→ C3H6 → NH3 → O2 )× n → SiOCN
O2 → SiH3R →F2→(HCDS→TEA→ O2 )× n ⇒ SiOC(N)
O2 → SiH3R →F2→(DCS→ BCl3 → NH3 )×n→ SiBN
O2 → SiH3R →F2→ ( DCS→ C3H6 → BCl3 → NH3 )×n→ SiBCN
O2 → SiH3R →F2→ ( TiCl4 → NH3 )×n ⇒ TiN
O2 → SiH3R →F2→( TiCl4 → NH3 → O2 )×n→ TiON
また、上述の態様では、選択成長を行う前に、ウエハ200に対してDHF洗浄を行う例について説明したが、本開示はこのような態様に限定されるものではない。例えば、下地200aを成膜した後、下地200a,200cを大気に曝すことなく、上述の選択成長を行う場合のように、下地200a,200cの表面に自然酸化膜200dが形成されることがない場合は、DHF洗浄を不実施としてもよい。
Further, in the above aspect, an example of performing DHF cleaning on the
各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、各処理を開始する際、CPU121aが、記憶装置121c内に格納された複数のレシピの中から、処理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、各処理を迅速に開始できるようになる。
Recipes used for each process are preferably prepared individually according to the contents of the process and stored in the
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してもよい。
The above-described recipe is not limited to the case of newly creating the recipe, but may be prepared by modifying an existing recipe that has already been installed in the substrate processing apparatus, for example. When changing the recipe, the changed recipe may be installed in the substrate processing apparatus via an electric communication line or a recording medium recording the recipe. Alternatively, an existing recipe already installed in the substrate processing apparatus may be directly changed by operating the input/
上述の態様では、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。本開示は上述の態様に限定されず、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、上述の態様では、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。本開示は上述の態様に限定されず、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 embodiment, an example of forming a film using a batch-type substrate processing apparatus that processes a plurality of substrates at once has been described. The present disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be suitably applied, for example, to the case of forming a film using a single substrate processing apparatus that processes one or several substrates at a time. Further, in the above embodiments, an example of forming a film using a substrate processing apparatus having a hot wall type processing furnace has been described. The present disclosure is not limited to the above embodiments, and can be suitably applied to the case of forming a film 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、上述の態様と同様な処理手順、処理条件にて各処理を行うことができ、上述の態様と同様の効果が得られる。 Even when these substrate processing apparatuses are used, each process can be performed under the same processing procedure and processing conditions as in the above-described mode, and the same effect as in the above-described mode can be obtained.
上述の態様は、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、上述の態様の処理手順、処理条件と同様とすることができる。 The above aspects 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 procedures and processing conditions of the above-described mode.
SiN膜(第1下地)、SiO膜(第2下地)、および単結晶Si(第3下地)が表面にそれぞれ露出しているウエハを複数枚用意し、それぞれのウエハの表面を、DHF水溶液を用いて洗浄することで、それぞれのウエハにおけるSiN膜および単結晶Siの表面に形成されていた自然酸化膜を除去した。その後、図1に示す基板処理装置を用い、それぞれのウエハに対してSiN膜を形成する処理を実施し、2つの評価サンプル(サンプル1,2)を作製した。 A plurality of wafers having surfaces exposed to a SiN film (first underlayer), a SiO film (second underlayer), and a single-crystal Si (third underlayer) were prepared, and the surface of each wafer was dipped in a DHF aqueous solution. The SiN film and the natural oxide film formed on the surface of the single-crystal Si in each wafer were removed by cleaning using the cleaning agent. After that, using the substrate processing apparatus shown in FIG. 1, a process for forming a SiN film was performed on each wafer, and two evaluation samples (Samples 1 and 2) were produced.
サンプル1(実施例)を作製する際は、上述の態様におけるステップA~Dをそれぞれ実施した。ステップA~Dにおける処理条件は、上述の態様に記載した処理条件範囲内の所定の条件とした。 When producing Sample 1 (Example), Steps A to D in the above-described mode were performed respectively. The processing conditions in steps A to D were predetermined conditions within the range of processing conditions described in the above embodiments.
サンプル2(比較例)を作製する際は、上述の態様におけるステップAを不実施とし、ステップB~Dをそれぞれ実施した。ステップB~Dのそれぞれにおける処理条件は、サンプル1を作製する際のステップB~Dのそれぞれにおける処理条件と共通の条件とした。 When producing Sample 2 (comparative example), Step A in the above-described embodiment was not performed, and Steps BD were performed. The processing conditions in steps BD were the same as the processing conditions in steps BD when sample 1 was produced.
サンプル1,2の断面のSEM画像およびTEM画像の両方をそれぞれ観察したところ、ステップAを実施したサンプル1では、第3下地の表面はエッチングダメージを受けていないことを確認できた。これに対し、ステップAを不実施としたサンプル2では、第3下地の表面はエッチングダメージを受けていることを確認した。なお、サンプル1,2のいずれのサンプルにおいても、第1下地の表面にのみSiN膜を選択的に形成することができることを確認できた。 Observation of both the SEM and TEM images of the cross sections of Samples 1 and 2 confirmed that the surface of the third underlayer of Sample 1 subjected to Step A was not damaged by etching. On the other hand, in sample 2 in which step A was not performed, it was confirmed that the surface of the third base underwent etching damage. In both samples 1 and 2, it was confirmed that the SiN film could be selectively formed only on the surface of the first underlayer.
<本開示の好ましい態様>
以下、好ましい態様について付記する。
<Preferred Embodiment of the Present Disclosure>
Preferred embodiments are described below.
(付記1)
本開示の一態様によれば、
(a)酸素非含有の第1下地と、酸素を含有する第2下地と、酸素及び窒素非含有の第3下地と、が表面に露出した基板に対して処理ガスを供給することで、前記第3下地の表面に(選択的に)保護膜を形成する工程と、
(b)前記第3下地の表面に前記保護膜を形成した後の前記基板に対してフッ素含有ガスを供給することで、前記第2下地の表面を(選択的に)フッ素終端させるように改質させる工程と、
(c)前記第2下地の表面を改質させた後の前記基板に対して成膜ガスを供給することで、前記第1下地の表面上に選択的に膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。
(Appendix 1)
According to one aspect of the present disclosure,
(a) supplying a processing gas to a substrate having an exposed surface of a first underlayer containing no oxygen, a second underlayer containing oxygen, and a third underlayer containing no oxygen and nitrogen; a step of (selectively) forming a protective film on the surface of the third underlayer;
(b) The surface of the second underlayer is (selectively) terminated with fluorine by supplying a fluorine-containing gas to the substrate after the protective film is formed on the surface of the third underlayer. a questioning process;
(c) selectively forming a film on the surface of the first underlayer by supplying a film-forming gas to the substrate after modifying the surface of the second underlayer;
A method of manufacturing a semiconductor device or a method of processing a substrate is provided.
(付記2)
付記1に記載の方法であって、
前記保護膜は酸素を含有する。
(Appendix 2)
The method of Appendix 1,
The protective film contains oxygen.
(付記3)
付記2に記載の方法であって、
(a)では、前記処理ガスとして酸素含有ガスを供給し、前記第3下地の表面を酸化させることで、前記保護膜を形成する。
(Appendix 3)
The method according to Appendix 2,
In (a), an oxygen-containing gas is supplied as the processing gas, and the surface of the third underlayer is oxidized to form the protective film.
(付記4)
付記3に記載の方法であって、
(a)では、前記第3下地の表面をドライ酸化により酸化させる。
(Appendix 4)
The method according to Appendix 3,
In (a), the surface of the third underlayer is oxidized by dry oxidation.
(付記5)
付記3または4に記載の方法であって、
(a)では、大気圧未満の圧力下で、前記第3下地の表面を酸化させる。
(Appendix 5)
The method according to Appendix 3 or 4,
In (a), the surface of the third underlayer is oxidized under a pressure lower than atmospheric pressure.
(付記6)
付記3~5のいずれか1項に記載の方法であって、
(a)では、前記第1下地の表面が酸化されない条件下で、前記第3下地の表面を酸化させる。すなわち、(a)では、前記第1下地の表面に前記保護膜が形成されない条件下で、前記第3下地の表面に前記保護膜を形成する。
(Appendix 6)
The method according to any one of Appendices 3 to 5,
In (a), the surface of the third underlayer is oxidized under conditions in which the surface of the first underlayer is not oxidized. That is, in (a), the protective film is formed on the surface of the third underlayer under conditions in which the protective film is not formed on the surface of the first underlayer.
(付記7)
付記2~6のいずれか1項に記載の方法であって、
(b)では、前記保護膜の表面もフッ素終端させるように改質させる。
(Appendix 7)
The method according to any one of Appendices 2 to 6,
In (b), the surface of the protective film is also modified so as to be terminated with fluorine.
(付記8)
付記1~7のいずれか1項に記載の方法であって、
(b)では、前記第2下地の表面を、エッチングさせることなくフッ素終端させるように改質させる。また、(b)では、前記保護膜の表面も、エッチングさせることなくフッ素終端させるように改質させる。
(Appendix 8)
The method according to any one of Appendices 1 to 7,
In (b), the surface of the second underlayer is modified so as to be fluorine-terminated without being etched. In addition, in (b), the surface of the protective film is also modified so as to be fluorine-terminated without being etched.
(付記9)
付記1~8のいずれか1項に記載の方法であって、
(b)では、シリコンが存在する雰囲気下で、前記基板に対して前記フッ素含有ガスを供給する。
(Appendix 9)
The method according to any one of Appendices 1 to 8,
In (b), the fluorine-containing gas is supplied to the substrate in an atmosphere containing silicon.
(付記10)
付記1~9のいずれか1項に記載の方法であって、
(b)では、
(b1)前記基板に対してアミノシラン系ガスを供給する工程と、
(b2)前記基板に対して前記フッ素含有ガスを供給する工程と、
を順次行うことで、前記第2下地の表面をフッ素終端させるように改質させる。
(Appendix 10)
The method according to any one of Appendices 1 to 9,
In (b)
(b1) supplying an aminosilane-based gas to the substrate;
(b2) supplying the fluorine-containing gas to the substrate;
are sequentially performed, the surface of the second underlayer is modified so as to be fluorine-terminated.
(付記11)
付記10に記載の方法であって、
(b1)では、前記第2下地の表面に前記アミノシラン系ガスに含まれるシリコンを吸着させ、
(b2)では、前記第2下地の表面に吸着させたシリコンと、前記フッ素含有ガスとを反応させて、前記第2下地の表面をフッ素終端させる。
(Appendix 11)
The method according to Appendix 10,
In (b1), silicon contained in the aminosilane-based gas is adsorbed on the surface of the second underlayer,
In (b2), the silicon adsorbed on the surface of the second underlayer is reacted with the fluorine-containing gas to terminate the surface of the second underlayer with fluorine.
(付記12)
付記11に記載の方法であって、
(b1)では、前記保護膜の表面に前記アミノシラン系ガスに含まれるシリコンを吸着させ、
(b2)では、前記保護膜の表面に吸着させたシリコンと、前記フッ素含有ガスとを反応させて、前記第2下地の表面をフッ素終端させる。
(Appendix 12)
The method according to Appendix 11,
In (b1), silicon contained in the aminosilane-based gas is adsorbed on the surface of the protective film,
In (b2), the silicon adsorbed on the surface of the protective film is reacted with the fluorine-containing gas to terminate the surface of the second underlayer with fluorine.
(付記13)
付記1~12のいずれか1項に記載の方法であって、
(a)を行う前に、(d)前記基板の表面に形成された自然酸化膜を除去する工程を更に有する。
(Appendix 13)
The method according to any one of Appendices 1 to 12,
The method further includes (d) removing a natural oxide film formed on the surface of the substrate before performing (a).
(付記14)
付記13に記載の方法であって、
(d)では、前記第1下地の素材を剥き出しにして露出させる。
(Appendix 14)
13. The method according to Appendix 13,
In (d), the material of the first underlayer is exposed.
(付記15)
付記14に記載の方法であって、
(d)では、前記第3下地の素材を剥き出しにして露出させる。
(Appendix 15)
14. The method of Appendix 14,
In (d), the material of the third underlayer is exposed.
(付記16)
付記1~15のいずれか1項に記載の方法であって、
前記第1下地は窒化膜を含み、前記第2下地は酸化膜を含み、前記第3下地は半導体物質を含む。
(Appendix 16)
The method according to any one of Appendices 1 to 15,
The first underlayer comprises a nitride layer, the second underlayer comprises an oxide layer, and the third underlayer comprises a semiconductor material.
(付記17)
付記1~16のいずれか1項に記載の方法であって、
前記第1下地はシリコンおよび窒素を含有し、前記第2下地はシリコンおよび酸素を含有し、前記第3下地はシリコンを含有する。
(Appendix 17)
The method according to any one of Appendices 1 to 16,
The first underlayer contains silicon and nitrogen, the second underlayer contains silicon and oxygen, and the third underlayer contains silicon.
(付記18)
付記1~17のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1下地はシリコン窒化膜を含み、前記第2下地はシリコン酸化膜を含み、前記第3下地は単結晶シリコン、エピタキシャルシリコン膜、多結晶シリコン膜、またはアモルファスシリコン膜を含む。
(Appendix 18)
The method according to any one of Appendices 1 to 17, preferably
The first underlayer includes a silicon nitride film, the second underlayer includes a silicon oxide film, and the third underlayer includes monocrystalline silicon, an epitaxial silicon film, a polycrystalline silicon film, or an amorphous silicon film.
(付記19)
本開示の他の態様によれば、
基板が処理される処理室と、
前記処理室内の基板に対して処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対してフッ素含有ガスを供給するフッ素含有ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して成膜ガスを供給する成膜ガス供給系と、
前記処理室内において、付記1の各処理(各工程)を行わせるように、前記処理ガス供給系、前記フッ素含有ガス供給系、および前記成膜ガス供給系を制御することが可能なよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
(Appendix 19)
According to another aspect of the present disclosure,
a processing chamber in which the substrate is processed;
a processing gas supply system that supplies a processing gas to the substrate in the processing chamber;
a fluorine-containing gas supply system for supplying a fluorine-containing gas to the substrate in the processing chamber;
a film forming gas supply system for supplying a film forming gas to the substrate in the processing chamber;
In the processing chamber, the processing gas supply system, the fluorine-containing gas supply system, and the film formation gas supply system are configured to be able to be controlled so as to perform each process (each process) of Supplementary Note 1. a control unit that
A substrate processing apparatus is provided.
(付記20)
本開示のさらに他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内において、付記1の各手順(各工程)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、または、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
(Appendix 20)
According to yet another aspect of the present disclosure,
A program for causing the substrate processing apparatus to execute each procedure (each process) of Supplementary Note 1 by a computer in the processing chamber of the substrate processing apparatus, or a computer-readable recording medium recording the program is provided.
200 ウエハ(基板)
200a 第1下地
200b 第2下地
200c 第3下地
200 wafer (substrate)
200a
Claims (21)
(b)前記第3下地の表面に前記保護膜が形成された状態で、前記基板に対して、フッ素含有ガスを供給することで、前記第2下地の表面をフッ素終端させるように改質させる工程と、
(c)前記第2下地の表面が改質された状態で、前記基板に対して成膜ガスを供給することで、前記第1下地の表面上に膜を形成する工程と、
を有する基板処理方法。 (a) providing a substrate having on its surface a first oxygen-free underlayer, a second oxygen-containing underlayer, and a third oxygen- and nitrogen-free underlayer having a protective film formed thereon;
(b) supplying a fluorine-containing gas to the substrate in a state where the protective film is formed on the surface of the third underlayer, thereby modifying the surface of the second underlayer so as to terminate the surface with fluorine; process and
(c) forming a film on the surface of the first underlayer by supplying a film-forming gas to the substrate while the surface of the second underlayer is modified;
A substrate processing method comprising:
(b1)前記第2下地の表面にシリコンを吸着させる工程と、
(b2)前記第2下地の表面に吸着させたシリコンと、前記フッ素含有ガスとを反応させて、前記第2下地の表面をフッ素終端させる工程と、
を有する請求項1~9のいずれか1項に記載の基板処理方法。 (b) is
(b1) adsorbing silicon to the surface of the second underlayer;
(b2) reacting the silicon adsorbed on the surface of the second underlayer with the fluorine-containing gas to terminate the surface of the second underlayer with fluorine;
The substrate processing method according to any one of claims 1 to 9, having
(b2)では、前記保護膜の表面に吸着させたシリコンと、前記フッ素含有ガスとを反応させて、前記保護膜の表面をもフッ素終端させる請求項10に記載の基板処理方法。 In (b1), silicon is also adsorbed on the surface of the protective film,
11. The substrate processing method according to claim 10, wherein in (b2), the surface of the protective film is also fluorine-terminated by reacting the silicon adsorbed on the surface of the protective film with the fluorine-containing gas.
(b1)前記基板に対してアミノシラン系ガスを供給する工程と、
(b2)前記基板に対して前記フッ素含有ガスを供給する工程と、
を有する請求項1~11のいずれか1項に記載の基板処理方法。 (b) is
(b1) supplying an aminosilane-based gas to the substrate;
(b2) supplying the fluorine-containing gas to the substrate;
The substrate processing method according to any one of claims 1 to 11.
(b)前記第3下地の表面に前記保護膜が形成された状態で、前記基板に対して、フッ素含有ガスを供給することで、前記第2下地の表面をフッ素終端させるように改質させる工程と、
(c)前記第2下地の表面が改質された状態で、前記基板に対して成膜ガスを供給することで、前記第1下地の表面上に膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 (a) providing a substrate having on its surface a first oxygen-free underlayer, a second oxygen-containing underlayer, and a third oxygen- and nitrogen-free underlayer having a protective film formed thereon;
(b) supplying a fluorine-containing gas to the substrate in a state where the protective film is formed on the surface of the third underlayer, thereby modifying the surface of the second underlayer so as to terminate the surface with fluorine; process and
(c) forming a film on the surface of the first underlayer by supplying a film-forming gas to the substrate while the surface of the second underlayer is modified;
A method of manufacturing a semiconductor device having
前記処理室内の基板に対してフッ素含有ガスを供給するフッ素含有ガス供給系と、
前記処理室内の基板に対して成膜ガスを供給する成膜ガス供給系と、
(a)酸素非含有の第1下地と、酸素を含有する第2下地と、表面に保護膜が形成された酸素及び窒素非含有の第3下地と、を表面に有する基板を与える処理と、(b)前記第3下地の表面に前記保護膜が形成された状態で、前記基板に対して、前記フッ素含有ガスを供給することで、前記第2下地の表面をフッ素終端させるように改質させる処理と、(c)前記第2下地の表面が改質された状態で、前記基板に対して前記成膜ガスを供給することで、前記第1下地の表面上に膜を形成する処理と、を行わせることが可能なよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 a processing chamber in which the substrate is processed;
a fluorine-containing gas supply system for supplying a fluorine-containing gas to the substrate in the processing chamber;
a film forming gas supply system for supplying a film forming gas to the substrate in the processing chamber;
(a) providing a substrate having on its surface a first oxygen-free underlayer, a second oxygen-containing underlayer, and a third oxygen- and nitrogen-free underlayer having a protective film formed thereon; (b) modifying the surface of the second underlayer so that the surface of the second underlayer is fluorine-terminated by supplying the fluorine-containing gas to the substrate in a state where the protective film is formed on the surface of the third underlayer; and (c) a process of forming a film on the surface of the first underlayer by supplying the film-forming gas to the substrate in a state where the surface of the second underlayer is modified. , a control unit configured to be able to perform
A substrate processing apparatus having
(b)前記第3下地の表面に前記保護膜が形成された状態で、前記基板に対して、フッ素含有ガスを供給することで、前記第2下地の表面をフッ素終端させるように改質させる手順と、
(c)前記第2下地の表面が改質された状態で、前記基板に対して成膜ガスを供給することで、前記第1下地の表面上に膜を形成する手順と、
をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。 (a) providing a substrate having on its surface a first oxygen-free underlayer, a second oxygen-containing underlayer, and a third oxygen- and nitrogen-free underlayer having a protective film formed thereon;
(b) supplying a fluorine-containing gas to the substrate in a state where the protective film is formed on the surface of the third underlayer, thereby modifying the surface of the second underlayer so as to terminate the surface with fluorine; a procedure;
(c) forming a film on the surface of the first underlayer by supplying a film-forming gas to the substrate while the surface of the second underlayer is modified;
A program that causes a substrate processing apparatus to execute by a computer.
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