KR100956468B1 - 실리콘 질화막을 형성하는 ｃｖｄ 방법 - Google Patents

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Abstract

실리콘 질화막을 형성하는 CVD 방법은 피처리 기판(W)을 수납한 처리실(8) 내를 배기하면서, 상기 처리실 내에 실란계 가스(HCD)와 암모니아 가스(NH3)를 공급하고, CVD에 의해 상기 피처리 기판 상에 상기 실리콘 질화막을 형성하는 공정을 포함한다. 상기 실리콘 질화막을 형성하는 공정은 상기 처리실(8) 내에 상기 실란계 가스(HCD)를 공급하는 제1 기간과, 상기 실란계 가스의 공급을 정지하는 제2 기간을 교대로 구비한다.
Figure R1020097006939
실리콘 질화막, 처리실, 매니폴드, 웨이퍼 보트, 승강 기구, 가스 공급부

Description

실리콘 질화막을 형성하는 ＣＶＤ 방법{CVD METHOD FOR FORMING SILICON NITRIDE FILM}
본 발명은 피처리 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하기 위한 CVD 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 장치 중 절연막으로서, SiO2, PSG(Phospho Silicate Glass), P(플라즈마 CVD로 형성됨)-SiO, P(플라즈마 CVD로 형성됨)-SiN, SOG(Spin On Glass), Si3N4(실리콘 질화막) 등이 사용된다. 특히 실리콘 질화막은 절연 특성이 실리콘 산화막보다 비교적 양호하고 에칭 스토퍼막으로서도 충분히 기능하므로 많이 이용되는 경향이 있다.
반도체 웨이퍼의 표면에 상술한 바와 같은 실리콘 질화막을 형성하는 방법으로서, 실리콘 소스 가스로서 모노실란(SiH4), 디클로로실란(DCS : SiH2Cl2), 헥사클로로디실란(HCD : Si2Cl6), 비스(터셔리-부틸아미노)실란[BTBAS : SiH2(NH(C4H9))2] 등의 실란계 가스를 이용하여 열 CVD(Chemical Vapor Deposition: 화학 기상 증착) 에 의해 성막하는 방법이 알려져 있다. 예를 들어, SiH2Cl2 ＋ NH3(일본 특허 공개 평2-93071호 공보 참조) 혹은 Si2Cl6 ＋ NH3 등의 가스의 조합으로 열 CVD에 의해 실리콘 질화막을 형성한다.
반도체 장치의 부가의 고미세화 및 고집적화에 수반하여 상술한 바와 같은 절연막도 다른 박막화가 필요해지고 있다. 열 CVD의 성막 처리시 온도에 관해서도, 절연막의 하측에 미리 형성되는 각종 막의 전기적 특성을 유지할 필요가 있기 때문에, 보다 저온화가 진행되어 있다. 이러한 점에 관하여, 예를 들어 실리콘 질화막을 열 CVD에 의해 퇴적하는 경우, 종래는 760℃ 정도의 고온에서 이 실리콘 질화막의 퇴적을 행하고 있다. 그러나, 최근에는 600℃ 정도까지 온도를 내려 열 CVD에 의해 퇴적하는 경우도 있다.
반도체 장치를 형성하는 경우, 도전막이나 상술한 바와 같은 절연막을 서로 적층하여 패턴 에칭을 행하면서 다층 구조로 한다. 절연막을 형성한 후에, 이 위에 다른 박막을 형성하는 경우, 상기 절연막의 표면이 유기물이나 파티클 등의 오염물이 부착되어 있을 가능성이 있다. 이로 인해, 필요에 따라서 이 오염물을 제거할 목적으로 클리닝 처리를 행한다. 이 경우, 반도체 웨이퍼를 희불산 등의 클리닝액에 침지시켜 절연막의 표면을 에칭한다. 이에 의해, 절연막의 표면을 매우 얇게 깎아내어 오염물을 제거한다.
상기 절연막을 예를 들어 760℃ 정도의 고온에서 CVD 성막한 경우, 절연막의 클리닝시의 에칭률은 상당히 작아진다. 이로 인해, 클리닝시에 이 절연막이 과도하게 깎아내어지는 일이 없어, 막 두께의 제어성이 좋은 상태에서 클리닝 처리를 행할 수 있다. 이에 대해, 상기 절연막을 예를 들어 600℃ 정도의 낮은 온도에서 CVD 성막한 경우, 절연막의 클리닝시의 에칭률은 상당히 커진다. 이로 인해, 클리닝시에 이 절연막이 과도하게 깎아내어지는 경우가 발생하여, 클리닝 처리시의 막 두께의 제어성이 떨어져 버린다.
또한, 실리콘 질화막은 전술한 바와 같이 에칭 스토퍼막으로서 사용하는 경우도 있다. 이 경우, 실리콘 질화막의 에칭률을 충분히 작게 할 필요가 있다. 그러나, 종래의 성막 방법으로는 이 요청에 충분히 따를 수 없다.
본 발명은 비교적 저온으로 성막해도 클리닝시의 에칭률을 비교적 작게 할 수 있어 클리닝시의 막 두께의 제어성을 향상시킬 수 있고, 또한 에칭 스토퍼막으로서도 충분히 기능할 수 있는 실리콘 질화막을 형성하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 시점은, 실리콘 질화막을 형성하는 CVD 방법이며,
피처리 기판을 수납한 처리실 내를 배기하면서 상기 처리실 내에 실란계 가스와 암모니아 가스를 공급하고, CVD에 의해 상기 피처리 기판 상에 상기 실리콘 질화막을 형성하는 공정을 구비하고, 여기서 상기 실리콘 질화막을 형성하는 공정은 상기 처리실 내에 상기 실란계 가스를 공급하는 제1 기간과, 상기 실란계 가스의 공급을 정지하는 제2 기간을 교대로 구비한다.
본 발명의 제2 시점은, 실리콘 질화막을 형성하는 CVD 방법이며,
피처리 기판을 수납한 처리실 내를 배기하면서 상기 처리실 내에 실란계 가스와 암모니아 가스와 탄화수소 가스를 공급하고, CVD에 의해 상기 피처리 기판 상에 상기 실리콘 질화막을 형성하는 공정을 구비하고, 여기서 상기 실리콘 질화막을 형성하는 공정은 상기 처리실 내에 상기 실란계 가스를 공급하는 제1 기간과, 상기 실란계 가스의 공급을 정지하는 제2 기간을 교대로 구비한다.
제1 및 제2 시점에 있어서, 상기 제1 기간은 상기 제2 기간 이하의 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 기간은 15 내지 60초의 범위 내로 설정되고, 상기 제2 기간은 30 내지 180초의 범위 내로 설정된다.
제1 및 제2 시점에 있어서, 상기 실리콘 질화막을 형성하는 공정은 상기 처리실 내에 상기 암모니아 가스를 공급하는 제3 기간과, 상기 암모니아 가스의 공급을 정지하는 제4 기간을 교대로 구비할 수 있다.
제2 시점에 있어서, 상기 실리콘 질화막을 형성하는 공정은 상기 암모니아 가스를 공급하는 제3 기간과, 상기 암모니아 가스의 공급을 정지하는 제4 기간을 교대로 구비하는 동시에, 상기 처리실 내에 상기 탄화수소 가스를 공급하는 제5 기간과, 상기 탄화수소 가스의 공급을 정지하는 제6 기간을 교대로 구비할 수 있다. 상기 피처리 기판은 실리콘 표면을 갖는 경우, 상기 실리콘 질화막을 형성하는 공 정은 상기 실란계 가스 및 상기 탄화수소 가스 중 적어도 한쪽을 최초로 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 비교적 저온으로 성막해도 클리닝시의 에칭률을 비교적 작게 할 수 있어 클리닝시의 막 두께의 제어성을 향상시킬 수 있고, 또한 에칭 스토퍼막으로서도 충분히 기능할 수 있는 실리콘 질화막을 형성하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명자들은 본 발명의 개발 과정에서 실리콘 질화막을 클리닝할 때의 에칭률에 대해 연구하였다. 그 결과, 실리콘 질화막 중에 탄소 성분을 적극적으로 함유시킴으로써 클리닝시의 에칭률을 작게 억제 할 수 있다는 것을 발견하였다. 또한, 탄소 성분의 유무에 상관없이 실리콘 질화막의 실리콘 소스 가스인 실란계 가스를 간헐적으로 공급함으로써, 클리닝시의 에칭률을 작게 억제 할 수 있다는 것을 발견하였다. 또, 본 발명은 일본 특허 공개 제2003-282566(2003년 10월 3일)에 개시한 발명의 개량 발명이다.
이하에 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또, 이하의 설명에 있어서, 대략 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 중복 설명은 필요한 경우에만 행한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 CVD 장치를 도시하는 단면도이다. 이 CVD 장치(2)는 실란계 가스(실리콘 소스 가스)로부터 실질적이게 되는 제1 가스와, 질화 가스로부터 실질적이게 되는 제2 가스와, 탄화수소 가스로부터 실질적이게 되는 제3 가스를 동시에 공급하여 실리콘 질화막을 형성하도록 구성된다. 일례로서, 예를 들어 헥사클로로디실란(HCD : Si2Cl6)과 NH3을 이용하여 실리콘 질화막을 퇴적할 때에 탄화수소 가스를 공급하여 막 중에 탄소 성분을 함유시킨다.
도 1에 도시한 바와 같이, CVD 장치(2)는 통부재형의 석영제의 내통(4)과, 그 외측에 소정의 간극(10)을 거쳐서 동심원형으로 배치한 석영제의 외통(6)으로 이루어지는 2중관 구조의 처리실(8)을 갖는다. 처리실(8)의 외측은 가열 히터 등의 가열 수단(12)과 단열재(14)를 구비한 가열 커버(16)에 의해 덮여진다. 가열 수단(12)은 단열재(14)의 내면에 전체면에 걸쳐서 배치된다. 또, 본 실시 형태에 있어서, 처리실(8)의 내통(4)의 내경은 240㎜ 정도, 높이는 1300㎜ 정도의 크기이고, 처리실(8)의 용적은 약 110 리터 정도이다.
처리실(8)의 하단부는, 예를 들어 스테인레스 스틸제의 통부재형의 매니폴드(18)에 의해 지지된다. 내통(4)의 하단부는 매니폴드(18)의 내벽보다 내측으로 돌출시킨 링형의 지지판(18A)에 의해 지지된다. 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)를 다단으로 적재한 석영제의 웨이퍼 보트(20)가 매니폴드(18)의 하방으로부터 처리실(8)에 대해 로드/언로드된다. 본 실시 형태의 경우에 있어서, 웨이퍼 보트(20)에는, 예를 들어 100 내지 150매 정도의 직경이 200㎜인 웨이퍼가 대략 같은 피치로 다단으로 지지 가능해진다. 또, 웨이퍼(W)의 사이즈 및 수용 매수는 이에 한정되지 않고, 예를 들어 직경 300㎜의 웨이퍼에 대해서도 적용할 수 있다.
웨이퍼 보트(20)는 석영제의 보온통(22)을 거쳐서 회전 테이블(24) 상에 적재된다. 회전 테이블(24)은 매니폴드(18)의 하단부 개구부를 개폐하는 덮개부(26)를 관통하는 회전축(28) 상에 지지된다. 회전축(28)의 관통부에는 예를 들어 자성유체 밀봉부(30)가 개재 설치되어, 회전축(28)이 기밀하게 밀봉된 상태에서 회전 가능하게 지지된다. 또한, 덮개부(26)의 주변부와 매니폴드(18)의 하단부에는, 예를 들어 O링 등으로 이루어지는 밀봉 부재(32)가 개재 설치되어 처리실(8) 내의 밀봉성이 유지된다.
회전축(28)은 예를 들어 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(34)에 지지된 아암(36)의 선단부에 부착된다. 승강 기구(34)에 의해 웨이퍼 보트(20) 및 덮개부(26) 등이 일체적으로 승강된다. 매니폴드(18)의 측부에는 내통(4)과 외통(6)의 간극(10)의 바닥부로부터 처리실(8) 내의 분위기를 배출하는 배기구(38)가 형성된다. 배기구(38)에는 진공 펌프 등을 개재 설치한 진공 배기부(39)가 접속된다.
매니폴드(18)의 측부에는 내통(4) 내에 소정의 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(40)가 배치된다. 구체적으로는, 가스 공급부(40)는 실란계 가스 공급계(42)와, 질화 가스 공급계(44)와, 탄화수소 가스 공급계(46)를 포함한다. 각 가스 공급계(42, 44, 46)는 매니폴드(18)의 측벽을 관통하여 설치된 직선형의 가스 노즐(48, 50, 52)을 각각 갖는다.
각 가스 노즐(48, 50, 52)에는 질량 유량 제어기와 같은 유량 제어기(54, 56, 58)를 각각 개재 설치한 가스 유로(60, 62, 64)가 각각 접속된다. 가스 유로(60, 62, 64)는 실란계 가스, 질화 가스, 탄화수소 가스를 각각 유량 제어하면서 공급할 수 있도록 구성된다. 여기서, 예를 들어 실란계 가스(실리콘 소스 가스)로서 HCD 가스가 사용되고, 질화 가스로서는 NH3 가스가 사용되고, 그리고 탄화수소 가스로서는 에틸렌(C2H4) 가스가 사용된다.
또한, 가스 공급부(40)는 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급계(72)를 포함한다. 퍼지 가스 공급계(72)는 질량 유량 제어기와 같은 유량 제어기(74)를 각각 개재 설치한 가스 유로(76)에 의해 매니폴드(18)의 측부에 접속된다. 퍼지 가스로서는, 예를 들어 N2 등의 불활성 가스가 사용된다.
다음에, 이상과 같이 구성된 장치를 이용하여 행해지는 본 발명의 실시 형태에 관한 CVD 방법에 대해 설명한다. 또, 이하에 서술하는 방법(가스의 공급 및 정지를 포함함)은 미리 CPU(5)의 기억부(5s)에 미리 기억된 CVD 처리의 처리 레시피, 예를 들어 형성되는 실리콘 질화막의 막 두께에 따라서 행할 수 있다. 기억부(5s)에는 또한 처리 가스 유량과 실리콘 질화막의 막 두께와의 관계가 미리 제어 데이터로서 기억된다. 따라서, CPU(5)는 이들이 기억된 처리 레시피나 제어 데이터를 기초로 하여 가스 공급부(40) 등을 제어할 수 있다.
우선, CVD 장치가 웨이퍼를 로드하지 않는 대기 상태에 있을 때에는 처리실(8) 내를 프로세스 온도, 예를 들어 500℃ 정도로 유지한다. 한편, 다수매, 예를 들어 100매의 웨이퍼(W)를 탑재한 상온의 웨이퍼 보트(20)를 처리실(8) 내에 그 하방보다 상승시켜 처리실(8) 내로 로드한다. 그리고, 덮개부(26)에 의해 매니폴드(18)의 하단부 개구부를 폐쇄함으로써 처리실(8) 내를 밀폐한다.
다음에, 처리실(8) 내를 진공화하여 소정의 프로세스 압력으로 유지하는 동시에, 웨이퍼 온도를 성막용 프로세스 온도로 상승시킨다. 온도 안정 후, 소정의 실란계 가스인 HCD 가스와, 질화 가스인 암모니아 가스와, 탄화수소 가스인 에틸렌 가스를 각각 유량 제어하면서 가스 공급부(40)의 각 노즐(48, 50, 52)로부터 공급한다. 이 때, 이하에 서술하는 실시 형태에 관한 가스 공급 패턴을 사용하여 실리콘 질화막을 형성한다.
<제1 및 제2 실시 형태>
도 2a, 도 2b, 도 2c는 본 발명의 제1 및 제2 실시 형태 및 종래 기술에 관한 가스 공급 패턴을 각각 도시하는 타이밍 차트이다. 도 2a, 도 2b에 도시한 바와 같이 실란계 가스인 HCD 가스는 연속적으로 공급하는 것은 아니고, 공급과 공급의 정지를 반복하도록 하여 간헐적으로 공급한다. 구체적으로는, 제1 실시 형태에서는 도 2a에 도시한 바와 같이 NH3 가스와 C2H4 가스를 함께 연속적으로 공급한다. 제2 실시 형태에서는 도 2b에 도시한 바와 같이 C2H4 가스는 연속적으로 공급하는 데 반해, NH3 가스는 상기 HCD 가스와 동기시켜 간헐적으로 공급한다. 제1 및 제2 실시 형태의 경우, HCD 가스와 NH3 가스가 동시에 공급되는 1회의 동시 공급 기간(퇴적 기간)(T1)에 있어서, 웨이퍼(W)의 표면에 탄소가 함유된 실리콘 질화막을 퇴적한다. 또한, HCD 가스 공급의 정지가 행해지는 1회의 간헐 기간(개질 기간)(T2)에 있어서, 직전에 퇴적된 실리콘 질화막의 개질을 행한다.
즉, 퇴적 기간(T1)과 개질 기간(T2)이 교대로 반복되어 탄소가 함유된 실리 콘 질화막이 다층으로 형성된다. 여기서, 1회의 퇴적 기간(T1)과 1회의 개질 기간(T2)이 1사이클로서 정의되어, 퇴적해야 할 목표로 하는 막 두께에 따라서 사이클 수가 정해진다. 프로세스 조건으로서는, 프로세스 온도는 600℃로 일정하고, 프로세스 압력은 동시 공급 기간(T1)에는 27㎩(0.2Torr), 개질 기간(T2)에는 532㎩(4Torr)이다. 또한 퇴적 기간(T1)은 예를 들어 30초 정도이고, 개질 기간(T2)은 예를 들어 60초 정도이다.
이와 같이, 실리콘 질화막을 성막할 때에 탄화수소 가스로서 예를 들어 C2H4 가스를 처리 용기(8) 내로 공급함으로써, 웨이퍼 표면에 형성되는 실리콘 질화막 중에 탄소 성분이 함유된 상태가 된다. 이에 의해, 종래의 성막 온도, 예를 들어 760℃ 정도보다도 낮은 온도, 예를 들어 600℃에서 성막하였음에도 불구하고, 실리콘 질화막의 표면의 클리닝 처리시나 에칭 처리시에 이용되는 희불산에 대한 에칭률을 작게 할 수 있다. 그 결과, 클리닝 처리시에 실리콘 질화막이 과도하게 깎아내어지는 것을 방지하여, 이 막 두께의 제어성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 실리콘 질화막이 에칭 스토퍼막으로서의 기능도 충분히 다할 수 있게 된다.
또한, 본 제1 및 제2 실시 형태에서는 HCD 가스를 간헐적으로 공급함으로써 개질 기간(T2)이 마련된다. 각 개질 기간(T2) 직전에 성막된 실리콘 질화막의 표면은 개질 기간(T2)에 개질되어 막질이 향상된다. 이에 의해, 실리콘 질화막의 에칭률을 한층 억제할 수 있다. 이 개질 처리시의 원자 레벨의 작용은 다음과 같이 생각할 수 있다.
즉, 탄소 원자를 함유하는 실리콘 질화막의 성막시에는 이 박막의 최표면에 HCD 가스 중 퇴적시에 이탈할 수 없던 Cl 원자가 활성화 상태에서 결합한다. HCD 가스의 공급이 정지되는 개질 기간(T2)에 있어서, C2H4 가스나 NH3이 가스 중 C 원자나 N 원자가 상기 박막 최표면의 Cl 원자로 치환되어 막 중의 Cl 성분이 감소하고, 결과적으로 에칭률이 저하된다. 특히, C2H4 가스를 이용한 경우에는 실리콘 질화막 중에 취입되는 C 원자의 양이 증가하게 되므로 에칭률을 한층 억제하는 것이 가능해진다.
또한, HCD 가스 등의 가스를 간헐적으로 공급하면, 암모니아나 HCD나 에탄 등의 각 가스를 모두 동시에 장시간 연속적으로 흐르게 하는 경우보다도 가스 사용량을 절약할 수 있다. 또한, 이 경우, 막 두께의 면간 및 면내 균일성도 향상시키는 것이 가능해진다.
[실험 : 가스 공급 패턴 의존성]
다음에, 제1 및 제2 실시 형태에 관한 것으로, 도 1에 도시한 CVD 장치(2)를 사용하여 행한 실험에 대해 설명한다. 여기서, 도 2a, 도 2b에 도시하는 제1 및 제2 실시 형태 및 도 2c에 도시하는 종래 기술에 관한 가스 공급 패턴을 사용하여 실리콘 질화막을 형성하고, 그 에칭률을 평가하였다.
제1 및 제2 실시 형태 각각에 관한 실시예 E11, E21에 있어서, 프로세스 온도는 600℃, NH3 가스의 유량은 600sccm, HCD 가스의 유량은 20sccm, C2H4 가스의 유량은 600sccm으로 하였다. 도 2a, 도 2b에 있어서의 퇴적 기간(T1)은 30초, 개 질 기간(T2)은 60초로 하였다. 퇴적 기간(T1)의 프로세스 압력은 27㎩(0.2Torr), 개질 기간(T2)의 프로세스 압력은 532㎩(4Torr)로 하였다. 실시예 E11 및 E21에 있어서는, 이와 같은 조건하에서 탄소를 함유하는 실리콘 질화막을 형성하였다.
종래 기술에 관한 비교예 C1에 있어서, 프로세스 온도는 600℃, 프로세스 압력은 27㎩(0.2Torr), NH3 가스의 유량은 600sccm, HCD 가스의 유량은 20sccm으로 하였다. 여기서, C2H4 가스는 공급하지 않고, NH3 가스 및 HCD 가스를 연속적으로 공급하였다. 비교예 C1에 있어서는, 이와 같은 조건하에서 탄소를 함유하지 않는 실리콘 질화막을 형성하였다.
이와 같이 하여 형성한 실시예 E11, E21, 비교예 C1에 의한 막을 에칭액에 침지하여 에칭하였다. 에칭액은 0.1％ HF 용액(99.9％는 H2O), 에칭 온도는 실온, 에칭 시간은 30초로 하였다.
도 3a는 이 실험에 의해 얻게 된 실시예 E11, E21, 비교예 C1에 의한 막의 에칭률을 비교하여 나타내는 그래프이다. 도 3a에 도시한 바와 같이, 비교예 C1의 경우에는 에칭률은 3.41㎚/분으로 매우 큰 값이 되었다. 이에 반해, 제1 실시 형태에 관한 실시예 E11의 경우에는 0.97㎚/분, 제2 실시 형태에 관한 실시예 E21의 경우에는 0.60㎚/분이었다. 즉, 실시예 E11, E21에서는 비교예 C1에 비해 에칭률을 상당히 억제할 수 있었다.
또, 실시예 E11과 비교하여, 실시예 E21의 경우 쪽이 보다 에칭률을 억제할 수 있었던 이유는 다음과 같은 것으로 생각된다. 즉, 제2 실시 형태에 관한 실시 예 E21에서는 개질 기간(T2)시에 NH3 가스 및 HCD 가스의 공급을 정지하여 C2H4 가스만을 공급한다. 이 경우, 개질시의 C2H4 가스의 분압이 그만큼 커지고, 실리콘 질화막의 최표면의 Cl 원자와 C2H4 가스의 탄소 성분과의 치환이 보다 효율적으로 행해진다. 그 결과, 실리콘 질화막 중의 탄소 함유량이 증가하여 에칭률을 한층 억제할 수 있다.
[실험 : NH3 가스 유량 의존성]
NH3 가스의 유량에 대한 실리콘 질화막의 에칭률의 의존성을 검토하기 위해, 제1 실시 형태에 관한 가스 공급 패턴을 사용하여 추가 실험을 행하였다. 여기서, 제1 실시 형태에 관한 실시예 E12로서 NH3 가스의 유량을 100sccm으로 감소시켜 실리콘 질화막을 형성하고, 그 에칭률을 평가하였다. 다른 프로세스 조건 및 에칭 조건은 도 3a에 관하여 서술한 것과 동일하게 하였다.
도 3b는 이 실험에 의해 얻게 된 실시예 E12에 의한 막의 에칭률을 상기한 실시예 E11[NH3 가스의 유량이 600sccm], 비교예 C1에 의한 막의 에칭률과 비교하여 나타내는 그래프이다. 도 3b에 도시한 바와 같이 NH3 가스의 유량을 600sccm(실시예 E11)으로부터 100sccm(실시예 E12)으로 감소시킴으로써, 에칭률은 0.97㎚/분으로부터 0.75㎚/분까지 저하되었다. 이로 인해, NH3 가스를 감소시키는 것은 어느 정도는 유효하지만, 제2 실시 형태의 가스 공급 패턴 정도에는 유효하지 않은 것이 판명되었다.
[그 밖의 검토 사항]
퇴적 기간(T1) 및 개질 기간(T2)의 길이에 대해 검토를 행한 결과, 이하의 것이 판명되었다. 즉, 퇴적 기간(T1)의 바람직한 범위는 15초 내지 60초, 보다 바람직한 범위는 15초 내지 30초이다. 퇴적 기간(T1)이 15초보다도 짧으면, 실리콘 질화막이 충분히 퇴적하지 않을 뿐만 아니라, 목표로 하는 막 두께를 얻을 때까지 장시간을 필요로 해, 처리량의 면에서 현실적이지 않다. 한편, 퇴적 기간(T1)이 60초보다도 길어지면, 실리콘 질화막 중에 취입되는 Cl 원소가 많아져 이 개질 처리를 충분히 행할 수 없다.
한편, 개질 기간(T2)의 길이는 퇴적 기간(T1)의 길이 이상의 길이로 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 개질 기간(T2)의 바람직한 범위는 30초 내지 180초, 보다 바람직한 범위는 30초 내지 60초이다. 개질 기간(T2)이 30초보다도 짧으면, NH3, HCD 및 C2H4 가스를 충분히 제거할 수 없거나, 혹은 개질 처리를 충분히 행할 수 없는 등의 문제가 발생한다. 한편, 개질 기간(T2)이 180초보다도 길어지면, 1사이클이 길어져, 처리량의 면에서 현실적이지 않다.
또한, 프로세스 온도에 대해 검토를 행한 결과, 이하의 것이 판명되었다. 프로세스 온도의 바람직한 범위는 450 내지 600℃이다. 프로세스 온도가 600℃보다도 높아지면, 이 실리콘 질화막의 성막에 선행하여 웨이퍼(W)에 형성되어 있던 각종 박막에 열적 손상을 가할 우려가 있다. 한편, 450℃ 보다도 낮으면, 실리콘 질화막을 열 CVD에 의해 충분히 성막할 수 없게 되어 버린다.
<제3 실시 형태>
도 4a, 도 4b는 본 발명의 제3 실시 형태 및 그 변경예에 관한 가스 공급 패턴을 나타내는 타이밍 차트이다. 도 4a에 나타내는 제3 실시 형태에 있어서, NH3 가스를 연속적으로 공급하고, 탄화수소 가스인 C2H4 가스를 HCD 가스의 간헐 공급에 동기시켜 간헐 공급한다. 도 4b에 나타내는 제3 실시 형태의 변경예에 있어서, NH3 가스를 연속적으로 공급하고, 탄화수소 가스인 C2H4 가스를 HCD 가스의 간헐 공급과 반대의 사이클로 간헐 공급한다. 즉, 도 4b에서는 개질 기간(T2)에 C2H4 가스를 공급하고, 퇴적 기간(T1)에 C2H4 가스의 공급을 정지한다.
<제1 내지 제3 실시 형태의 공통 사항>
제1 내지 제3 실시 형태에 있어서, 탄화수소 가스로서 C2H4(에틸렌)가 예시된다. 이 점에 관하여, 탄화수소 가스로서 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 가스를 이용할 수 있다. 예를 들어, 탄화수소 가스로서 에탄을 이용하는 경우에는, 이를 500 내지 1000℃ 정도로 예비 가열한 후에 처리 용기(8) 내로 공급하는 것이 바람직하다.
<제4 실시 형태>
제1 내지 제3 실시 형태에 있어서는, 에칭률을 억제하기 위해 실리콘 질화막의 성막시에, 예를 들어 C2H4 가스로 이루어지는 탄화수소 가스를 흐르게 하여 실리 콘 질화막 중에 탄소 성분을 함유시킨다. 이 점에 관하여, 하기와 같이 탄화수소 가스를 흐르게 하는 일 없이, 실란계 가스를 간헐 공급함으로써 실리콘 질화막을 성막하도록 해도 에칭률을 억제할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 가스 공급 패턴을 나타내는 타이밍 차트이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 여기서는 탄소 수소 가스는 이용하고 있지 않고, 암모니아 가스를 연속적으로 공급하는 동시에, 실란계 가스로서 예를 들어 HCD 가스를 간헐적으로 공급한다. 이 경우, 양 가스의 동시 공급 기간이 퇴적 기간(T1)이 되고, HCD 가스의 공급이 정지되어 NH3 가스만을 흐르게 하는 간헐 기간이 개질 기간(T2)이 된다. 또, 이와 같은 성막 처리는 도 1에 도시하는 성막 장치에 있어서, 탄화수소 가스 공급계(46)를 완전히 차단해 두면 쉽게 실현할 수 있다.
본 제4 실시 형태의 경우에는, 실리콘 질화막 중에는 탄소 원자가 함유되지 않는다. 그러나, 퇴적 기간(T1)에 퇴적된 얇은 실리콘 질화막이 그 직후의 개질 기간(T2)에 NH3 가스에 의해 개질되어 최표면의 Cl 원소가 N 원소에 의해 치환된다. 이에 의해, 최종적으로 형성되는 실리콘 질화막의 에칭률을 억제할 수 있다.
[실험 : 퇴적 기간 의존성]
다음에, 제4 실시 형태에 관하여 도 1에 도시한 CVD 장치(2)를 사용하여 행한 실험에 대해 설명한다. 여기서, 도 5에 나타내는 제4 실시 형태 및 도 2c에 나타내는 종래 기술에 관한 가스 공급 패턴을 사용하여 실리콘 질화막을 형성하고, 그 에칭률을 평가하였다.
제4 실시 형태에 관한 실시예 E41, E42, E43에 있어서, 프로세스 온도는 600℃, NH3 가스의 유량은 900sccm, HCD 가스의 유량은 30sccm으로 하였다. 도 5에 있어서의 개질 기간(T2)은 60초로 일정하게 하고, 퇴적 기간(T1)은 실시예 E41, E42, E43에 있어서 각각 다른 값 60초, 30초, 15초로 하였다. 퇴적 기간(T1)의 프로세스 압력은 27㎩(0.2Torr), 개질 기간(T2)의 프로세스 압력은 532㎩(4Torr)로 하였다.
종래 기술에 관한 비교예 C1에 있어서, 프로세스 온도는 600℃, 프로세스 압력은 27㎩(0.2Torr), NH3 가스의 유량은 600sccm, HCD 가스의 유량은 20sccm으로 하였다. 여기서, C2H4 가스는 공급하지 않고, NH3 가스 및 HCD 가스를 연속적으로 공급하였다. 즉, 이 비교예 C1은 도 3a에 관하여 서술한 비교예 C1과 동일한 것이다.
이와 같이 하여 형성한 실시예 E41, E42, E43, 비교예 C1에 의한 막을 에칭액에 침지하여 에칭하였다. 에칭액은 0.1％ HF 용액(99.9％는 H2O), 에칭 온도는 실온, 에칭 시간은 30초로 하였다.
도 6a는 이 실험에 의해 얻게 된 실시예 E41, E42, E43, 비교예 C1에 의한 막의 에칭률을 비교하여 나타내는 그래프이다. 도 6a에 도시한 바와 같이, 비교예 C1의 경우에는 에칭률은 3.41㎚/분으로 상당히 큰 값이 되었다. 이에 대해, 실시예 E41[퇴적 기간(T1)이 60초]의 경우에는 에칭률이 3.1㎚/분으로, 비교예 C1보다도 약간 저하되었다(조금 효과가 나타남). 실시예 E42, E43[퇴적 기간(T1)이 30 초, 15초]의 경우에는 에칭률이 각각 2.28㎚/분 및 1.8㎚/분으로 상당히 저하되었다(큰 효과를 얻게 됨). 따라서, 실리콘 질화막의 에칭률을 종래 기술의 경우보다도 충분히 억제하기 위해서는, 퇴적 기간(T1)의 길이를 30초 이하로 설정하는 것이 바람직한 것으로 판명되었다.
[실험 : 개질 기간 의존성]
개질 기간(T2)의 길이에 대한 실리콘 질화막의 에칭률의 의존성을 검토하기 위해, 제4 실시 형태에 관한 가스 공급 패턴을 사용하여 추가 실험을 행하였다. 여기서, 제4 실시 형태에 관한 실시예 E44로서, 퇴적 기간(T1)은 30초, 개질 기간(T2)은 180초로 하였다. 다른 프로세스 조건 및 에칭 조건은 도 6a에 관하여 서술한 것과 동일하게 하였다.
도 6b는 본 실험에 의해 얻게 된 실시예 E44에 의한 막의 에칭률을 상기한 실시예 E42[퇴적 기간(T1)이 30초, 개질 기간(T2)이 60초], 비교예 C1에 의한 막의 에칭률과 비교하여 나타내는 그래프이다. 도 6b에 도시한 바와 같이, 실시예 E42[개질 기간(T2)이 60초]의 에칭률이 2.28㎚/분이었던 데 반해, 실시예 E44[개질 기간(T2)이 180초]의 에칭률이 2.16㎚/분이었다. 즉, 개질 기간(T2)을 60초에서 180초로 증가시켜도 에칭률은 그만큼 변화하지 않았다.
이상의 실험 결과로부터, 실리콘 질화막의 에칭률을 종래 기술보다도 충분히 억제하기 위해서는, 퇴적 기간(T1)의 길이를 30초 이하로 설정하고, 또한 개질 기간(T2)의 길이를 60초 이상으로 설정하는 것이 바람직한 것으로 판명되었다.
<제5 내지 제8 실시 형태>
상술한 바와 같이 제1 내지 제4 실시 형태에서는 적어도 실란계 가스인 HCD 가스를 간헐적으로 공급하고, 다른 가스인 암모니아 가스와 탄화수소 가스인 에틸렌 내의 적어도 한 쪽을 연속적으로 공급한다. 대신에, 암모니아 가스와, 실란계 가스와, 탄화수소 가스의 모든 가스를 각각 간헐적으로(펄스형으로) 공급하도록 해도 좋다. 이 경우, 제5 내지 제8 실시 형태에 도시한 바와 같이, 가스 공급의 1사이클 중에서 실란계 가스 및 탄화수소 가스 중 적어도 한 쪽을 최초로 공급한다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d는 본 발명의 제5, 제6, 제7, 및 제8 실시 형태에 관한 가스 공급 패턴을 각각 나타내는 타이밍 차트이다.
구체적으로는, 도 7a에 나타내는 제5 실시 형태에서는 3종류의 각 가스의 공급 시기, 즉 공급의 타이밍은 서로 다른 타이밍으로 설정된다. 즉, 우선 HCD 가스를 공급하고, 다음에 NH3 가스를 공급하고, 마지막에 C2H4 가스를 공급하는 1사이클을 복수회 연속적으로 행한다. 1회(1 펄스)의 가스의 공급 기간(T3)은 예를 들어 1분 정도로 설정된다. 인접하는 다른 가스의 공급 기간 사이의 간헐 기간(T4)은 예를 들어 0.5분 정도로 설정된다.
따라서, 본 제5 실시 형태의 경우에는 1사이클의 길이는 4.5분 정도이다. 상기 간헐 기간이 막의 개질 기간이 되고, 또한 성막의 전기간에 걸쳐서 처리 용기 내가 진공화되는 것은 앞서 제1 내지 제4 실시 형태에서 설명한 내용과 마찬가지이다. 상기 간헐 기간(개질 기간)에는 상기 3종류의 모든 가스의 공급을 정지한 상태에서 진공화만 계속하도록 할 수 있다. 대신에, 상기 간헐 기간(개질 기간)에는 3종류의 모든 가스의 공급을 정지하는 동시에 불활성 가스로서 예를 들어 N2 가스만을 공급한 상태에서 진공화만 계속할 수 있다. 이러한 점은 이하의 제6 내지 제8 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.
도 7b에 나타내는 제6 실시 형태에서는, 암모니아 가스의 공급 기간과 C2H4 가스의 공급 기간은 동일한 타이밍으로 설정되어, 동기하여 공급된다. 즉, 우선 HCD 가스를 공급하고, 다음에 NH3 가스와 C2H4 가스를 동시에 공급하는 1사이클을 복수회 연속적으로 행한다. 1회(1 펄스)의 가스의 공급 기간(T3)은 예를 들어 1분 정도로 설정된다. 간헐 기간(T4)은 예를 들어 0.5 정도로 설정된다. 따라서, 제6 실시 형태의 경우에는 1사이클의 길이는 3분 정도이다.
도 7c에 나타내는 제7 실시 형태에서는 HCD 가스의 공급 기간과 C2H4 가스의 공급 기간은 동일한 타이밍으로 설정되어, 동기하여 공급된다. 즉, 우선 HCD 가스와 C2H4 가스를 동기시켜 동시에 공급하고, 다음에 NH3 가스를 공급하는 1사이클을 복수회 연속적으로 행한다. 1회(1 펄스)의 가스의 공급 기간(T3)은 예를 들어 1분 정도로 설정된다. 간헐 기간(T4)은 예를 들어 0.5분 정도로 설정된다. 따라서, 제7 실시 형태의 경우에는 1사이클의 길이는 3분 정도이다.
도 7d에 나타내는 제8 실시 형태에서는, 3종류의 각 가스의 공급 기간, 즉 공급의 타이밍은 서로 다른 타이밍으로 설정된다. 우선 HCD 가스를 공급하고, 다음에 C2H4 가스를 공급하고, 마지막에 NH3 가스를 공급하는 1사이클을 복수회 연속 적으로 행한다. 제8 실시 형태에서는 C2H4 가스와 NH3 가스의 공급 순서가 도 7a에 나타내는 제5 실시 형태의 경우와는 반대로 되어 있다. 1회(1 펄스)의 가스의 공급 기간(T3)은 예를 들어 1분 정도로 설정된다. 인접하는 다른 가스의 공급 기간 사이의 간헐 기간(T4)은 예를 들어 0.5분 정도로 설정된다. 따라서, 제8 실시 형태의 경우에는 1사이클의 길이는 4.5분 정도이다.
제5 내지 제8 실시 형태에 있어서, 가스 공급의 1사이클 중에서 최초로 HCD 가스를 단독으로 혹은 C2H4 가스와 동시에 흐르게 하고, 그 후에 NH3 가스를 흐르게 한다. 이 이유는, 만약 NH3 가스를 먼저 흐르게 하면 웨이퍼면에서 내약품성이 약한(에칭되기 쉬운) N-Si 결합이 형성되기 때문이다. 이를 방지하기 위해, 적어도 먼저 HCD 가스를 흐르게 하고, 혹은 C2H4 가스와 동시에 흐르게 함으로써, 내약품성이 강한(에칭되기 어려운) Si-C 결합을 형성한다. 즉, 실리콘 표면을 갖는 피처리 기판에 대해서는 C를 포함하는 처리 가스를 최초로 공급하고, 실리콘 표면에 Si-C 결합을 형성함으로써 이를 보호한다.
[실험 : 가스 공급 패턴 의존성]
다음에, 제5 내지 제8 실시 형태에 관하여 도 1에 도시한 CVD 장치(2)를 사용하여 행한 실험에 대해 설명한다. 여기서, 도 7a 내지 도 7d에 나타내는 제5 내지 제8 실시 형태 및 도 2c에 나타내는 종래 기술에 관한 가스 공급 패턴을 사용하여 실리콘 질화막을 형성하고, 그 에칭률을 평가하였다.
제5 내지 제8 실시 형태 각각에 관한 실시예 E51, E61, E71, E81에 있어서, 프로세스 온도는 500℃, NH3 가스의 유량은 600sccm, HCD 가스의 유량은 20sccm, C2H4 가스의 유량은 600sccm으로 하였다. 도 7a 내지 도 7d에 있어서의 공급 기간(T3)은 30초, 간헐 기간(T4)은 60초로 하였다. 성막시의 실행 사이클 수는 50회로 하였다. 각 가스 공급시, 즉 공급 기간(T3)의 프로세스 압력은 0.6Torr(80㎩)로 하였다. 간헐 기간(T4)에는 모든 가스의 공급을 정지하여 진공화만을 행하였다(0.002 내지 0.004Torr의 기초압).
종래 기술에 관한 비교예 C2, C3에 있어서, NH3 가스의 유량은 600sccm, HCD 가스의 유량은 20sccm으로 하였다. 여기서, C2H4 가스는 공급하지 않고, NH3 가스 및 HCD 가스를 연속적으로 공급하였다. 프로세스 압력은 비교예 C2, C3에 있어서 각각 다른 값 80㎩(0.6Torr), 27㎩(0.2Torr)로 하였다. 프로세스 온도는 비교예 C2, C3에 있어서 각각 다른 값 500℃, 600℃로 하였다.
이와 같이 하여 형성한 실시예 E51, E61, E71, E81, 비교예 C2, C3에 의한 막을 에칭액에 침지하여 에칭하였다. 에칭액은 0.1％ HF 용액(99.9％는 H2O), 에칭 온도는 실온, 에칭 시간은 1분으로 하였다.
도 8은 이 실험에 의해 얻게 된 실시예 E51, E61, E71, E81, 비교예 C2, C3에 의한 막의 에칭률을 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 실시예 E51, E61, E71, E81의 각 에칭률은 각각 0.61㎚/분, 0.76㎚/분, 0.25㎚/분, 0.46㎚/분이었다. 이들의 값은 비교예 C2, C3에 의한 막의 에칭률 1.96㎚/분, 1.04㎚/분보다도 상당히 낮은 것이었다. 즉, 실시예 E51, E61, E71, E81에서는 비교예 C2, C3에 비해 막질이 개선되었다. 특히, 제7 및 제8 실시 형태에 관한 실시예 E71, E81의 에칭률은 모두 0.5㎚/분 이하로 상당히 낮아, 현저한 막질의 개선이 확인되었다.
따라서, 3 종류의 모든 가스를 간헐적으로 펄스형으로 공급하도록 해도, 실리콘 질화막의 표면이 개질되어 막질이 향상되어 에칭률을 한층 억제할 수 있는 것이 판명되었다.
[실험: 프로세스 압력 의존성]
가스 공급시의 프로세스 압력에 대한 실리콘 질화막의 에칭률의 의존성을 검토하기 위해, 제5 실시 형태에 관한 가스 공급 패턴을 사용하여 추가 실험을 행하였다. 여기서, 제5 실시 형태에 관한 실시예 E52로서, 가스 공급시의 프로세스압력은 1.0Torr(133㎩)로 하였다. 다른 프로세스 조건 및 에칭 조건은 도 8에 관하여 서술한 것과 동일한 것으로 하였다.
도 9는 본 실험에 의해 얻게 된 실시예 E52에 의한 막의 에칭률을 상기한 실시예 E51[가스 공급시의 프로세스 압력이 0.6Torr(80㎩)], 비교예 C2에 의한 막의 에칭률과 비교하여 나타내는 그래프이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 실시예 E51(프로세스 압력이 0.6Torr)의 에칭률이 0.61㎚/분인데 반해, 실시예 E52(프로세스 압력이 1.0Torr)의 에칭률이 0.73㎚/분이었다. 따라서, 에칭률은 가스 공급시의 프로세스 압력에 대한 의존성은 적고, 이 압력을 1Torr 이하로 설정하고 있으면 막질을 충분히 개선할 수 있는 것이 판명되었다.
[실험 : 간헐 기간 압력 의존성]
간헐 기간(T4)의 압력에 대한 실리콘 질화막의 에칭률의 의존성을 검토하기 위해, 제5 실시 형태에 관한 가스 공급 패턴을 사용하여 추가 실험을 행하였다. 여기서, 제5 실시 형태에 관한 실시예 E53으로서 간헐 기간(T4)에는 불활성 가스인 N2 가스를 공급하면서 진공화를 행하여 처리실 내를 0.6Torr로 설정하였다. 다른 프로세스 조건 및 에칭 조건은 도 8에 관하여 서술한 것과 동일하게 하였다.
도 10은 본 실험에 의해 얻게 된 실시예 E53에 의한 막의 에칭률을 상기한 실시예 E51[간헐 기간(T4)에 진공화만(0.002 내지 0.004Torr의 기초압)], 비교예 C2에 의한 막의 에칭률과 비교하여 나타내는 그래프이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 실시예 E51[간헐 기간(T4)에 진공화만]의 에칭률이 0.61㎚/분인데 반해, 실시예 E53[간헐 기간(T4)에서 N2 공급 및 진공화]의 에칭률이 0.060㎚/분이었다. 따라서, 간헐 기간(T4)에 있어서의 압력(N2 공급)은 에칭률에 영향을 미치지 않는 것이 판명되었다. 환언하면, 간헐 기간(T4)에는 단순히 진공화만을 행하면 되고, 불활성 가스(N2 가스)를 반드시 공급할 필요는 없다.
[실험 : 막 두께의 면내 균일성]
또한, 제5 내지 제8 실시 형태에 관한 가스 공급 패턴과 실리콘 질화막의 막 두께의 면내 균일성과의 관계에 대해 평가를 행하였다. 여기서, 상기한 실시예 E51, E61, E71, E81 및 비교예 C2에 의한 실리콘 질화막의 막 두께를 웨이퍼 보트의 상부, 중앙부 및 하부의 각 웨이퍼 위치에 대해 측정하였다.
도 11은 이 실험에 의해 얻게 된 실시예 E51, E61, E71, E81 및 비교예 C2에 의한 실리콘 질화막의 막 두께를 나타내는 그래프이다. 도 11에 있어서,「TOP」, 「CTR」및「BTM」은 각각 웨이퍼 보트의 상부, 중앙부 및 하부의 각 웨이퍼 위치를 나타낸다. 도 11로부터 명백한 바와 같이, 막 두께 면내 균일성에 관하여 실시예 E51, E61, E71, E81의 전체에 있어서 비교예 C2보다도 양호한 결과(면내의 막 두께 차가 작음)를 얻게 되었다. 또, 막 두께의 면간 균일성에 대해서도 조사한 결과, 실시예 E51, E61, E71, E81의 전체에 있어서 비교예 C2보다도 양호한 결과(면간 막 두께 차가 작음)를 얻게 되었다.
또, 제5 내지 제8 실시 형태에 관한 상기 실험에 있어서, 실리콘 질화막의 에칭률을 평가하기 위해 에칭액으로서 0.1％ HF 용액(99.9％는 H2O)을 이용하였다. 이 대신에, 농도가 높은 1.0 HF 용액(99％는 H2O)을 사용하여 실리콘 질화막을 에칭하는 실험도 행하였다. 그 결과, 비교예 C2(프로세스 온도가 500℃)에 의한 막의 에칭률이 14.0㎚/분인데 반해, 실시예 E51에 의한 막의 에칭률이 0.65㎚/분으로 상당히 작은 것이었다. 즉, 에칭액을 상기한 바와 같이 바꾸어도 제5 내지 제8 실시 형태가 유효하다는 것이 확인되었다. 또, 제5 내지 제8 실시 형태에 있어서의 공급 기간(T3)이나 간헐 기간(T4)은 단순히 일례를 나타낸 것에 지나지 않고, 설명에서 이용한 값에 특별히 한정되지 않는다.
<제1 내지 제8 실시 형태의 공통 사항>
또한, 이상의 각 실시 형태에서는 실리콘 질화막을 형성하기 위해, 실란계 가스로서 헥사클로로디실란(HCD)을 이용한 경우가 예시된다. 이러한 점에 관하여, 실리콘 질화막을 형성하기 위한 실란계 가스로서는 헥사클로로디실란(HCD), 모노실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 디클로로실란(DCS), 헥사에틸아미노디실란, 헥사메틸디실라잔(HMDS), 테트라클로로실란(TCS), 디시릴아닌(DSA), 트리시릴아민(TSA) 및 비스(터셔리-부틸아미노)실란(BTBAS)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 가스를 이용할 수 있다.
또한, 이상의 각 실시 형태에서는 CVD 장치로서 종형의 배치식 장치가 예시된다. 그러나, 본 발명은 횡형의 배치식 CVD 장치, 혹은 피처리 기판을 1매씩 처리하는 낱장식 CVD 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 피처리 기판에 관하여, 본 발명은 반도체 웨이퍼 이외의 유리 기판이나 LCD 기판 등에도 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 CVD 장치를 도시하는 단면도.
도 2a, 도 2b, 도 2c는 본 발명의 제1 및 제2 실시 형태 및 종래 기술에 관한 가스 공급 패턴을 각각 나타내는 타이밍 차트.
도 3a는 제1 및 제2 실시 형태에 관한 것으로, 가스 공급 패턴에 대한 실리콘 질화막의 에칭률의 의존성을 나타내는 그래프.
도 3b는 제1 실시 형태에 관한 것으로, NH3 가스 유량에 대한 실리콘 질화막의 에칭률의 의존성을 나타내는 그래프.
도 4a, 도 4b는 본 발명의 제3 실시 형태 및 그 변경예에 관한 가스 공급 패턴을 나타내는 타이밍 차트.
도 5는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 가스 공급 패턴을 나타내는 타이밍 차트.
도 6a는 제4 실시 형태에 관한 것으로, 퇴적 기간의 길이에 대한 실리콘 질화막의 에칭률의 의존성을 나타내는 그래프.
도 6b는 제4 실시 형태에 관한 것으로, 개질 기간의 길이에 대한 실리콘 질화막의 에칭률의 의존성을 나타내는 그래프.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d는 본 발명의 제5, 제6, 제7, 및 제8 실시 형태에 관한 가스 공급 패턴을 각각 나타내는 타이밍 차트.
도 8은 제5 내지 제8 실시 형태에 관한 것으로, 가스 공급 패턴에 대한 실리 콘 질화막의 에칭률의 의존성을 나타내는 그래프.
도 9는 제5 실시 형태에 관한 것으로, 프로세스 압력에 대한 실리콘 질화막의 에칭률의 의존성을 나타내는 그래프.
도 10은 제5 실시 형태에 관한 것으로, 간헐 기간 압력에 대한 실리콘 질화막의 에칭률의 의존성을 나타내는 그래프.
도 11은 제5 내지 제8 실시 형태에 관한 것으로, 가스 공급 패턴과 실리콘 질화막의 막 두께의 면내 균일성과의 관계를 나타내는 그래프.

Claims (6)

  1. Cl을 포함하는 실리콘 소스 가스, 암모니아 가스 및 탄화수소 가스가 선택적으로 공급되도록 구성되는 처리실 내에서, 미리 정해진 사이클을 복수회 반복함으로써 각 회에 의해 형성된 박막을 적층하여 목표 두께를 갖는 실리콘 질화막에 도달하는, 피처리 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하는 CVD 방법이며,
    상기 미리 정해진 사이클은,
    상기 실리콘 소스 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 동시에, 상기 처리실로의 상기 암모니아 가스 및 상기 탄화수소 가스의 공급을 차단 상태로 유지하는 제1 단계와,
    상기 처리실로의 상기 실리콘 소스 가스, 상기 암모니아 가스 및 상기 탄화수소 가스의 공급을 차단 상태로 유지하는 제2 단계와,
    상기 탄화수소 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 동시에, 상기 처리실로의 상기 실리콘 소스 가스 및 상기 암모니아 가스의 공급을 차단 상태로 유지하는 제3 단계와,
    상기 처리실로의 상기 실리콘 소스 가스, 상기 암모니아 가스 및 상기 탄화수소 가스의 공급을 차단 상태로 유지하는 제4 단계와,
    상기 암모니아 가스를 상기 처리실 내에 공급하는 동시에, 상기 처리실로의 상기 실리콘 소스 가스 및 상기 탄화수소 가스의 공급을 차단 상태로 유지하는 제5 단계와,
    상기 처리실로의 상기 실리콘 소스 가스, 상기 암모니아 가스 및 상기 탄화수소 가스의 공급을 차단 상태로 유지하는 제6 단계를 순서대로 포함하고,
    상기 제1 내지 제6 단계 동안 상기 처리실 내로부터 가스를 배기하는, 실리콘 질화막을 형성하는 CVD 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2, 제4 및 제6 단계는 상기 처리실로의 불활성 가스의 공급을 행하는 단계를 포함하는, 실리콘 질화막을 형성하는 CVD 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제3 및 제5 단계는 133㎩(1Torr) 이하의 프로세스 압력을 이용하도록 구성되는, 실리콘 질화막을 형성하는 CVD 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제6 단계는 450 내지 600℃의 프로세스 온도를 이용하도록 구성되는, 실리콘 질화막을 형성하는 CVD 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 소스 가스는 헥사클로로디실란, 디클로로실란 및 테트라클로로실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 가스를 포함하는, 실리콘 질화막을 형성하는 CVD 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 실리콘 소스 가스는 헥사클로로디실란인, 실리콘 질화막을 형성하는 CVD 방법.
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