KR101398236B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 - Google Patents

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 Download PDF

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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

처리 용기 내에 있어서의 이물의 발생을 억제한다. 기판을 처리 용기 내로 반송하는 공정과, 기판을 수용한 처리 용기 내로 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여, 기판 상에 박막을 형성하는 공정과, 박막 형성 후의 기판을 처리 용기 내에 수용한 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대하여 제1 개질 처리를 행하는 공정과, 박막 형성 후의 기판을 처리 용기 외로 반송하는 공정과, 처리 용기 내에 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 처리 용기 내에 부착되어 제1 개질 처리가 이루어진 부생성물에 대하여 제2 개질 처리를 행하는 공정을 갖는다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, METHOD OF PROCESSING SUBSTRATE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
예를 들면 DRAM 등의 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판을 수용한 처리 용기 내로 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여 기판 상에 산화막 등의 박막을 형성하는 기판 처리 공정이 행해지는 경우가 있다.
그러나, 상술한 기판 처리 공정을 행하면, 처리 용기의 내벽 등에 원료 가스의 일부가 흡착(부착)되어 버리는 경우가 있다. 처리 용기의 내벽 등에 흡착된 원료 가스는, 기판을 반출할 때에 처리 용기 내에 침입한 외기(대기) 중의 수분(H2O)과 반응하여, 할로겐 원소를 포함하는 반응 부생성물(이하, 간단히 부생성물이라고도 함)로 변화하는 경우가 있다. 이 할로겐 원소를 포함하는 반응 부생성물이 퇴적되어 이루어지는 막은 비교적 취약하여 박리되기 쉬운 막이며, 파티클(이물)을 발생시키기 쉽다. 기판에 이물이 부착되면, 반도체 장치의 품질을 저하시켜, 수율을 악화시켜 버리는 경우가 있다.
본 발명의 목적은, 처리 용기 내에 있어서의 이물의 발생을 억제하는 것이 가능한 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 기판을 처리 용기 내로 반송하는 공정과, 상기 기판을 수용한 상기 처리 용기 내로 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정과, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 내에 수용한 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대하여 제1 개질 처리를 행하는 공정과, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 외로 반송하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착되어 상기 제1 개질 처리가 이루어진 상기 부생성물에 대하여 제2 개질 처리를 행하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 기판을 처리 용기 내로 반송하는 공정과, 상기 기판을 수용한 상기 처리 용기 내로 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정과, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 내에 수용한 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대하여 제1 개질 처리를 행하는 공정과, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 외로 반송하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착되어 상기 제1 개질 처리가 이루어진 상기 부생성물에 대하여 제2 개질 처리를 행하는 공정을 갖는 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기판을 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내외로 기판을 반송하는 반송 기구와, 상기 처리 용기 내로 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계와, 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급계와, 상기 처리 용기 내로 수소 함유 가스를 공급하는 수소 함유 가스 공급계와, 상기 처리 용기 내를 가열하는 히터와, 상기 처리 용기 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와, 기판을 상기 처리 용기 내로 반송하는 처리와, 상기 기판을 수용한 상기 처리 용기 내로 상기 원료 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 처리와, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 내에 수용한 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대하여 제1 개질 처리를 행하는 처리와, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 외로 반송하는 처리와, 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착되어 상기 제1 개질 처리가 이루어진 상기 부생성물에 대하여 제2 개질 처리를 행하는 처리를 행하도록, 상기 반송 기구, 상기 원료 가스 공급계, 상기 산소 함유 가스 공급계, 상기 수소 함유 가스 공급계, 상기 히터 및 상기 압력 조정부를 제어하는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기판 처리 장치의 처리 용기 내로 기판을 반송하는 수순과, 상기 기판을 수용한 상기 처리 용기 내로 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 수순과, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 내에 수용한 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대하여 제1 개질 처리를 행하는 수순과, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 외로 반송하는 수순과, 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착되어 상기 제1 개질 처리가 이루어진 상기 부생성물에 대하여 제2 개질 처리를 행하는 수순을 컴퓨터에서 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 따르면, 처리 용기 내에 있어서의 이물의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도로서, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도로서, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도로서, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 처리 플로우를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 성막 시퀀스 및 퇴적막 개질 시퀀스에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 6의 (a)는 처리 용기 내에 원료 가스(HCDS 가스)의 흡착층이 형성되는 모습을, (b)는 처리실 내에 형성된 원료 가스의 흡착층에 산화종이 공급되는 모습을, (c)는 처리실 내의 저온 영역에 형성된 원료 가스의 흡착층이 산화되지 않고 잔류하는 모습을, (d)는 처리실 내의 저온 영역에 형성된 원료 가스의 흡착층에 대기 중의 수분(H2O)이 공급되는 모습을, (e)는 처리실 내의 저온 영역에 반응 부생성물이 퇴적되어 이루어지는 퇴적막이 형성되는 모습을, (f)는 퇴적막으로부터 이물이 발생하는 모습을 각각 도시하는 도면.
도 7은 보트 언로드 시에 반응 부생성물이 생성되기 쉬운 영역을 설명하는 도면.
도 8은 기판 상에 이물이 부착된 모습을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서의 평가 결과를 설명하는 도면.
도 10은 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도로서, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 처리 플로우의 변형예 1을 도시하는 도면으로서, 퇴적막의 개질 처리를, 보트 언로드 전에 행하지 않고, 보트 언로드 후로서 처리 용기 내에 비어 있는 보트를 반입하지 않은 상태에서 행하는 경우를 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 처리 플로우의 변형예 2를 도시하는 도면으로서, 퇴적막의 개질 처리를, 보트 언로드 전에 행하고, 보트 언로드 후에는 행하지 않는 경우를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 처리 플로우의 일례를 도시하는 도면으로서, 퇴적막의 개질 처리를, 보트 언로드 전에 행하고, 또한 보트 언로드 후로서 처리 용기 내에 비어 있는 보트를 반입한 상태에서 행하는 경우를 도시하는 도면.
도 14는 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 처리 플로우의 일례를 도시하는 도면으로서, 퇴적막의 개질 처리를, 보트 언로드 전에 행하고, 또한 보트 언로드 후로서 처리 용기 내에 비어 있는 보트를 반입하지 않은 상태에서 행하는 경우를 도시하는 도면.
도 15는 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로에 있어서, 처리 용기 내에 보트를 반입하지 않고, 종형 처리로를 셔터 클로즈로 한 상태를 도시하는 도면.
<본 발명의 제1 실시 형태>
이하에, 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1은 본 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도로서, 처리로(202) 부분을 종단면도로 도시하고 있다. 도 2는 본 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 종형 처리로의 개략 구성도로서, 처리로(202) 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하고 있다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 처리로(202)는 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 유지판으로서의 히터 베이스(도시하지 않음)에 지지됨으로써 수직으로 고정 설치되어 있다. 또한, 히터(207)는 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원 형상으로 반응관(203)이 배설되어 있다. 반응관(203)은, 예를 들면 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)과 동심원 형상으로, 매니홀드(인렛 플랜지)(209)가 배설되어 있다. 매니홀드(209)는, 예를 들면 스테인레스 등의 금속으로 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니홀드(209)의 상단부는, 반응관(203)의 하단부에 계합되어, 반응관(203)을 지지하도록 구성되어 있다. 또한, 매니홀드(209)와 반응관(203) 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 설치되어 있다. 매니홀드(209)가 히터 베이스에 지지됨으로써, 반응관(203)은 수직으로 고정 설치된 상태로 된다. 주로, 반응관(203)과 매니홀드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 통 중공부에는 처리실(201)이 형성되어 있다. 처리실(201)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를, 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향으로 다단으로 정렬한 상태에서 수용 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 제1 가스 도입부로서의 제1 노즐(233a)과, 제2 가스 도입부로서의 제2 노즐(233b)이, 매니홀드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있다. 제1 노즐(233a)에는, 제1 가스 공급관(232a)이 접속되어 있다. 또한, 제2 노즐(233b)에는, 제2 가스 공급관(232b) 및 제3 가스 공급관(232c)이 접속되어 있다. 이와 같이, 반응관(203)에는 2개의 노즐(233a, 233b)과, 3개의 가스 공급관(232a, 232b, 232c)이 설치되어 있고, 처리실(201) 내로 복수 종류, 여기서는 3종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
제1 가스 공급관(232a)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a) 및 개폐 밸브인 밸브(243a)가 설치되어 있다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에는, 제1 불활성 가스 공급관(232d)이 접속되어 있다. 이 제1 불활성 가스 공급관(232d)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241d) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치되어 있다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 선단부에는, 상술한 제1 노즐(233a)이 접속되어 있다. 제1 노즐(233a)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제1 노즐(233a)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제1 노즐(233a)은 L자형의 롱 노즐로 구성되어 있고, 그 수평부는 매니홀드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제1 노즐(233a)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(248a)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(248a)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(248a)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다.
주로, 제1 가스 공급관(232a), 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a)에 의해 제1 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제1 노즐(233a)을 제1 가스 공급계에 포함시켜 생각하여도 무방하다. 또한, 주로 제1 불활성 가스 공급관(232d), 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d)에 의해, 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제1 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제2 가스 공급관(232b)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241b) 및 개폐 밸브인 밸브(243b)가 설치되어 있다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에는, 제2 불활성 가스 공급관(232e)이 접속되어 있다. 이 제2 불활성 가스 공급관(232e)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241e) 및 개폐 밸브인 밸브(243e)가 설치되어 있다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 선단부에는, 상술한 제2 노즐(233b)이 접속되어 있다. 제2 노즐(233b)은, 가스 분산 공간인 버퍼실(237) 내에 설치되어 있다.
버퍼실(237)은 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에, 또한 반응관(203) 내벽의 하부로부터 상부에 걸치는 부분에, 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서 설치되어 있다. 즉, 버퍼실(237)은, 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 버퍼실(237)의 웨이퍼(200)와 인접하는 벽의 단부에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(248c)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(248c)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(248c)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다.
제2 노즐(233b)은 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)이 형성된 단부와 반대측의 단부에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제2 노즐(233b)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제2 노즐(233b)은 L자형의 롱 노즐로 구성되어 있고, 그 수평부는 매니홀드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제2 노즐(233b)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(248b)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(248b)은 버퍼실(237)의 중심을 향하도록 개구되어 있다. 이 가스 공급 구멍(248b)은, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)과 마찬가지로, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 형성되어 있다. 이 복수의 가스 공급 구멍(248b)의 각각의 개구 면적은, 버퍼실(237) 내와 처리실(201) 내의 차압이 작은 경우에는, 상류측(하부)으로부터 하류측(상부)까지, 각각 동일한 개구 면적으로 동일한 개구 피치로 하면 되지만, 차압이 큰 경우에는, 상류측으로부터 하류측을 향하여 각각 개구 면적을 크게 하거나, 개구 피치를 작게 하면 된다.
본 실시 형태에 있어서는, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)의 각각의 개구 면적이나 개구 피치를, 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 상술한 바와 같이 조절함으로써, 우선 가스 공급 구멍(248b)의 각각으로부터, 유속의 차는 있지만, 유량이 거의 동량인 가스를 분출시킨다. 그리고 이 가스 공급 구멍(248b)의 각각으로부터 분출하는 가스를, 일단 버퍼실(237) 내에 도입하고, 버퍼실(237) 내에 있어서 가스의 유속차의 균일화를 행하는 것으로 하고 있다. 즉, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)의 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출된 가스는 버퍼실(237) 내에서 각 가스의 입자 속도가 완화된 후, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)으로부터 처리실(201) 내에 분출된다. 이에 의해, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)의 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출된 가스는, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)의 각각으로부터 처리실(201) 내에 분출될 때는, 균일한 유량과 유속을 갖는 가스로 된다.
주로, 제2 가스 공급관(232b), 매스 플로우 컨트롤러(241b), 밸브(243b)에 의해 제2 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제2 노즐(233b) 및 버퍼실(237)을 제2 가스 공급계에 포함시켜 생각하여도 무방하다. 또한, 주로 제2 불활성 가스 공급관(232e), 매스 플로우 컨트롤러(241e), 밸브(243e)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제2 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제3 가스 공급관(232c)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241c) 및 개폐 밸브인 밸브(243c)가 설치되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)보다도 하류측에는, 제3 불활성 가스 공급관(232f)이 접속되어 있다. 이 제3 불활성 가스 공급관(232f)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241f) 및 개폐 밸브인 밸브(243f)가 설치되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 선단부는, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에 접속되어 있다.
주로, 제3 가스 공급관(232c), 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c)에 의해 제3 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 제3 가스 공급관(232c)과의 접속부보다도 하류측, 제2 노즐(233b) 및 버퍼실(237)을 제3 가스 공급계에 포함시켜 생각하여도 무방하다. 또한, 주로 제3 불활성 가스 공급관(232f), 매스 플로우 컨트롤러(241f), 밸브(243f)에 의해 제3 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제3 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 가스 공급의 방법은, 반응관(203)의 내벽과, 적재된 복수매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원호 형상의 세로 길이의 공간 내에 배치한 노즐(233a, 233b) 및 버퍼실(237)을 경유하여 가스를 반송하고, 노즐(233a, 233b) 및 버퍼실(237)에 각각 개구된 가스 공급 구멍(248a, 248b, 248c)으로부터 웨이퍼(200)의 근방에서 비로소 반응관(203) 내에 가스를 분출시키고 있고, 반응관(203) 내에 있어서의 가스의 주된 흐름을 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉 수평 방향으로 하고 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 각 웨이퍼(200)에 대하여 균일하게 가스를 공급할 수 있어, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 박막의 막 두께를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 웨이퍼(200)의 표면 상을 흐르는 가스, 즉 반응 후의 잔여 가스는, 배기구, 즉 후술하는 배기관(231)의 방향을 향하여 흐르지만, 이 잔여 가스의 흐름의 방향은, 배기구의 위치에 따라 적절히 특정되며, 수직 방향에 한하는 것은 아니다.
제1 가스 공급관(232a)으로부터는, 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스, 즉 소정 원소로서의 실리콘(Si)과 할로겐 원소로서의 염소(Cl)를 포함하는 원료 가스(실리콘 및 염소 함유 가스)로서, 예를 들면 클로로실란 원료 가스의 일종인 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a), 제1 노즐(233a)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 즉, 제1 가스 공급계는 원료 가스 공급계, 즉 실리콘 및 염소 함유 가스 공급계(HCDS 가스 공급계)로 구성된다. 이때 동시에, 제1 불활성 가스 공급관(232d)으로부터, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d)를 통하여 제1 가스 공급관(232a) 내에 공급되도록 하여도 된다. 여기서, 클로로실란계 원료 가스란, 기체 상태의 클로로실란계 원료, 예를 들면 상온 상압 하에서 액체 상태인 클로로실란계 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 클로로실란계 원료 등의 것이다. 또한, 클로로실란계 원료란, 할로겐기로서의 클로로기를 갖는 실란계 원료이며, 적어도 실리콘(Si) 및 염소(Cl)를 포함하는 원료인 것이다. 즉, 여기서 말하는 클로로실란계 원료는, 할로겐화물의 일종이라고도 할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「원료」라는 말을 이용한 경우에는, 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다. 따라서, 본 명세서에 있어서 「클로로실란계 원료」라는 말을 이용한 경우에는, 「액체 상태인 클로로실란계 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 클로로실란계 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다. 또한, HCDS와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 이용하는 경우에는, 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, 원료 가스(HCDS 가스)로서 공급하게 된다.
제2 가스 공급관(232b)으로부터는, 산화성 가스, 즉 산소를 포함하는 가스(산소 함유 가스)로서, 예를 들면 산소(O2) 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241b), 밸브(243b), 제2 가스 공급관(232b), 제2 노즐(233b), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 즉, 제2 가스 공급계는 산소 함유 가스 공급계(O2 가스 공급계)로 구성된다. 이때 동시에, 제2 불활성 가스 공급관(232e)으로부터, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241e), 밸브(243e)를 통하여 제2 가스 공급관(232b) 내에 공급되도록 하여도 된다.
제3 가스 공급관(232c)으로부터는, 환원성 가스, 즉 수소를 포함하는 가스(수소 함유 가스)로서, 예를 들면 수소(H2) 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c), 제2 가스 공급관(232b), 제2 노즐(233b), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 즉, 제3 가스 공급계는 수소 함유 가스 공급계(H2 가스 공급계)로 구성된다. 이때 동시에, 제3 불활성 가스 공급관(232f)으로부터, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241f), 밸브(243f)를 통하여 제3 가스 공급관(232c) 내에 공급되도록 하여도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, O2 가스와 H2 가스를 동일한 노즐로부터 처리실(201) 내(버퍼실(237) 내)에 공급하도록 하고 있지만, 각각을 별도의 노즐로부터 처리실(201) 내에 공급하도록 하여도 된다. 단, 복수 종류의 가스로 노즐을 공용으로 한 쪽이, 노즐의 개수를 줄일 수 있어 장치 비용을 저감할 수 있고, 메인터넌스도 용이하게 되는 등의 메리트가 있다. 또한, HCDS 가스를 공급하는 노즐과, H2 가스를 공급하는 노즐을 공용으로 하여도 된다. 즉, HCDS 가스와 H2 가스를 동일한 노즐로부터 공급하여도 된다. 또한, 후술하는 성막 온도대에서는, HCDS 가스는 H2 가스와는 반응하지 않지만, O2 가스와는 반응하는 것이 생각되므로, HCDS 가스를 공급하는 노즐과, O2 가스를 공급하는 노즐은 별도로 하는 것이 좋다.
버퍼실(237) 내에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 가늘고 긴 구조를 갖는 제1 전극인 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 전극인 제2 막대 형상 전극(270)이, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라서 배설되어 있다. 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)의 각각은, 제2 노즐(233b)과 평행하게 설치되어 있다. 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)의 각각은, 상부로부터 하부에 걸쳐서 각 전극을 보호하는 보호관인 전극 보호관(275)에 의해 덮여지도록 보호되어 있다. 이 제1 막대 형상 전극(269) 또는 제2 막대 형상 전극(270) 중 어느 한쪽은, 정합기(272)를 통하여 고주파 전원(273)에 접속되고, 다른 쪽은 기준 전위인 어스에 접속되어 있다. 정합기(272)를 통하여 고주파 전원(273)으로부터 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 고주파 전력을 인가함으로써, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이의 플라즈마 생성 영역(224)에 플라즈마가 생성된다. 주로, 제1 막대 형상 전극(269), 제2 막대 형상 전극(270), 전극 보호관(275)에 의해 플라즈마 발생기(플라즈마 발생부)로서의 플라즈마원이 구성된다. 또한, 정합기(272), 고주파 전원(273)을 플라즈마원에 포함시켜 생각하여도 무방하다. 또한, 플라즈마원은 후술하는 바와 같이 가스를 플라즈마로 활성화시키는 활성화 기구로서 기능한다.
전극 보호관(275)은 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)의 각각을 버퍼실(237) 내의 분위기와 격리한 상태에서 버퍼실(237) 내에 삽입할 수 있는 구조로 되어 있다. 여기서, 전극 보호관(275)의 내부의 산소 농도가 외기(대기)의 산소 농도와 동일한 정도이면, 전극 보호관(275)에 각각 삽입된 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)은, 히터(207)에 의한 열로 산화되어 버린다. 따라서, 전극 보호관(275)의 내부를 질소 가스 등의 불활성 가스로 충전해 두거나, 전극 보호관(275)의 내부를 불활성 가스 퍼지 기구를 이용하여 질소 가스등의 불활성 가스로 퍼지함으로써, 전극 보호관(275)의 내부의 산소 농도를 저감시켜, 제1 막대 형상 전극(269) 또는 제2 막대 형상 전극(270)의 산화를 방지할 수 있도록 구성되어 있다.
반응관(203)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치되어 있다. 배기관(231)에는 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 통하여, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. 또한, APC 밸브(244)는, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있는 밸브이다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 또한, 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜 생각하여도 무방하다. 배기계는, 진공 펌프(246)를 작동시키면서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)의 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)으로 되도록 진공 배기할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 배기관(231)은 반응관(203)에 설치하는 경우에 한정되지 않고, 제1 노즐(233a)나 제2 노즐(233b)과 마찬가지로 매니홀드(209)에 설치하여도 된다.
매니홀드(209)의 하방에는, 매니홀드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개체로서의 시일 캡(219)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)은, 매니홀드(209)의 하단에 수직 방향 하측부터 맞닿아지도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들면 스테인레스 등의 금속으로 구성되고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니홀드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220b)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는, 후술하는 기판 유지구로서의 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 예를 들면 스테인레스 등의 금속으로 구성되고, 시일 캡(219)을 관통하여 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은 반응관(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)를 처리실(201) 내외에 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 보트 엘리베이터(115)는 보트(217) 즉 웨이퍼(200)를, 처리실(201) 내외에 반송하는 반송 장치(반송 기구)로 구성되어 있다. 또한, 매니홀드(209)의 하방에는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)을 강하시키고 있는 동안, 매니홀드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개체로서의 셔터(219s)가 설치되어 있다. 셔터(219s)는 시일 캡(219)과 마찬가지로, 예를 들면 스테인레스 등의 금속으로 구성되고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 셔터(219s)의 상면에는, 매니홀드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220c)이 설치되어 있다. 셔터(219s)의 개폐 동작(승강 동작이나 회동 동작 등)은, 반응관(203)의 외부에 설치된 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 제어되도록 구성되어 있다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 예를 들면 석영이나 탄화 실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지고, 복수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한 서로 중심을 가지런히 한 상태에서 정렬시켜 다단으로 지지하도록 구성되어 있다. 또한, 보트(217)의 하부에는, 예를 들면 석영이나 탄화 실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열 부재(218)가 설치되어 있어, 히터(207)로부터의 열이 시일 캡(219)측으로 전해지기 어려워지도록 구성되어 있다. 또한, 단열 부재(218)는 석영이나 탄화 실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지는 복수매의 단열판과, 이들 단열판을 수평 자세로 다단으로 지지하는 단열판 홀더에 의해 구성하여도 된다.
반응관(203) 내에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는 제1 노즐(233a) 및 제2 노즐(233b)과 마찬가지로, L자형으로 구성되어 있고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치되어 있다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는, CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스(121e)를 통하여, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들면 터치 패널 등으로 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들면 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 성막 처리나 퇴적막 개질 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피가, 판독 가능하게 저장되어 있다. 또한, 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에 있어서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것으로, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 프로그램이라는 말을 이용한 경우에는, 프로세스 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, RAM(121b)은 CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크 에리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f), 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 고주파 전원(273), 정합기(272), 셔터 개폐 기구(115s) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. 그리고, CPU(121a)는 판독한 프로세스 레시피의 내용을 따르도록, 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f)의 개폐 동작, APC 밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초한 APC 밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 기초한 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 고주파 전원(273)의 전력 공급, 정합기(272)에 의한 임피던스 조정 동작, 셔터 개폐 기구(115s)에 의한 셔터(219s)의 개폐 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
또한, 컨트롤러(121)는 전용 컴퓨터로 구성되어 있는 경우에 한정되지 않고, 범용의 컴퓨터로 구성되어 있어도 된다. 예를 들면, 상술한 프로그램을 저장한 외부 기억 장치(예를 들면, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광 자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(123)를 준비하고, 이러한 외부 기억 장치(123)를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨함으로써, 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(121)를 구성할 수 있다. 또한, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 외부 기억 장치(123)를 통하여 공급하는 경우에 한하지 않는다. 예를 들면, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여, 외부 기억 장치(123)를 통하지 않고 프로그램을 공급하도록 하여도 된다. 또한, 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히, 기록 매체라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 기록 매체라는 말을 이용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로, 상술한 기판 처리 장치의 처리로를 이용하여, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 실시한 후, 처리 용기 내에 생성된 반응 부생성물이 퇴적되어 이루어지는 퇴적막을 개질하는 처리를 실시하고, 퇴적막을, 박리하기 어려운 강고한 막으로 변화시키는 방법의 예에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에서는, 기판을 처리 용기 내로 반송하는 공정과, 기판을 수용한 처리 용기 내로 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여, 기판 상에 박막을 형성하는 공정과, 박막 형성 후의 기판을 처리 용기 외로 반송하는 공정과, 처리 용기 내에 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 순서대로 실시한다.
또한, 처리 용기 내에 기판이 없는 상태에서, 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 처리 용기 내에서 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 반응시켜 산화종을 생성한다. 그리고, 생성된 산화종에 의해, 처리 용기 내에 생성된 반응 부생성물에 포함되는 할로겐 원소 등의 불순물을 제거하여, 반응 부생성물이 퇴적되어 이루어지는 퇴적막을 개질한다. 또한, 여기서 이용하는 산화종은, 바람직하게는 원자 형상 산소(atomic oxygen, O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종이다.
이하, 본 실시 형태의 성막 시퀀스 및 퇴적막 개질 시퀀스를, 도 4, 도 5를 이용하여 구체적으로 설명한다. 도 4는 본 실시 형태에 있어서의 처리 플로우를 도시하는 도면이다. 도 5는 본 실시 형태에 따른 성막 시퀀스 및 퇴적막 개질 시퀀스에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
또한, 여기서는 성막 시퀀스로서, 원료 가스로서 HCDS 가스를, 산소 함유 가스로서 O2 가스를, 수소 함유 가스로서 H2 가스를 이용하여, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수용한 처리 용기 내로 HCDS 가스를 공급하여, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 함유층을 형성하는 공정과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 처리 용기 내로 O2 가스와 H2 가스를 공급하여, 실리콘 함유층을 실리콘 산화층으로 변화시키는 공정을 교대로 소정 횟수(1회 이상) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘 산화막(SiO2막, 이하 SiO막이라고 함)을 형성하는 예에 대하여 설명한다. 또한, 실리콘 함유층을 실리콘 산화층으로 변화시키는 공정에서는, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 처리 용기 내에서 O2 가스와 H2 가스를 반응시켜 원자 형상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종을 생성하고, 이 산화종을 이용하여 실리콘 함유층을 실리콘 산화층으로 변화시키는 예에 대하여 설명한다.
또한, 여기서는, 퇴적막 개질 시퀀스로서, 산소 함유 가스로서 O2 가스를, 수소 함유 가스로서 H2 가스를 이용하여, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 처리 용기 내에서 O2 가스와 H2 가스를 반응시켜, 원자 형상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종을 생성하고, 이 산화종을 이용하여, 처리 용기 내에 생성된 반응 부생성물에 포함되는 염소(Cl) 등의 불순물을 제거하여, 반응 부생성물이 퇴적되어 이루어지는 퇴적막을 개질하는 예에 대하여 설명한다.
또한, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼」라는 말을 이용한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우(즉, 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함하여 웨이퍼라고 칭하는 경우)가 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 이용한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면」을 의미하는 경우가 있다.
따라서, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되어 있는 층이나 막 등에 대하여, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」는 것을 의미하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라고 기재한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면) 상에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되어 있는 층이나 막 등의 위, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」는 것을 의미하는 경우가 있다.
또한, 본 명세서에 있어서 「기판」이라는 말을 이용한 경우에도, 「웨이퍼」라는 말을 이용한 경우와 마찬가지이며, 그 경우 상기 설명에 있어서, 「웨이퍼」를 「기판」으로 치환하여 생각하면 된다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동하게 되어, 매니홀드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내로 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220b)을 통하여 매니홀드(209)의 하단을 시일한 상태로 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내부가 원하는 압력(진공도)으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한, 진공 펌프(246)는, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안에는 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내부가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이 때, 처리실(201) 내부가 원하는 온도 분포로 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 또한, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안에는 계속하여 행하여진다. 이어서, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안에는 계속하여 행하여진다.
(실리콘 산화막의 형성 공정)
그 후, 이하의 스텝 1 내지 4를 1 사이클로 하고 이 사이클을 소정 횟수, 바람직하게는 복수회 반복함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 소정 막 두께의 실리콘 산화막을 성막한다.
[스텝 1]
제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 열어, 제1 가스 공급관(232a)으로 HCDS 가스를 흘린다. HCDS 가스는 제1 가스 공급관(232a)으로부터 흘러, 매스 플로우 컨트롤러(241a)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 HCDS 가스는 제1 노즐(233a)의 가스 공급 구멍(248a)으로부터, 감압 상태의 가열된 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스가 공급되게 된다(HCDS 가스 공급).
이때, 제1 불활성 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)를 열어, 제1 불활성 가스 공급관(232d)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급하도록 하여도 된다. N2 가스는 매스 플로우 컨트롤러(241d)에 의해 유량 조정되어, 제1 가스 공급관(232a) 내에 공급된다. 유량 조정된 N2 가스는, 제1 가스 공급관(232a) 내에서, 유량 조정된 HCDS 가스와 혼합되어, 제1 노즐(233a)의 가스 공급 구멍(248a)으로부터, 감압 상태의 가열된 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기되게 된다. 또한, 이때, 버퍼실(237) 내부 또는 제2 노즐(233b) 내부로의 HCDS 가스의 침입을 방지하기 위하여, 밸브(243e, 243f)를 열어, 제2 불활성 가스 공급관(232e), 제3 불활성 가스 공급관(232f) 내로 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제2 노즐(233b), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들면 1 내지 13300㎩, 바람직하게는 10 내지 1330㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241a)에서 제어하는 HCDS 가스의 공급 유량은, 예를 들면 1 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241d, 241e, 241f)에서 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들면 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. HCDS 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들면 1 내지 120초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들면 350 내지 800℃, 바람직하게는 450 내지 800℃, 더 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도로 되도록 하는 온도로 설정된다.
또한, 웨이퍼(200)의 온도가 350℃ 미만으로 되면, 웨이퍼(200) 상에 있어서 HCDS가 분해, 흡착되기 어려워져, 실용적인 성막 속도를 얻지 못하게 되는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 350℃ 이상으로 함으로써, 이를 해소하는 것이 가능하게 되어, 충분한 성막 속도가 얻어지게 된다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도를 450℃ 이상으로 함으로써, 후술하는 스텝 3에 있어서의 산화력 향상의 효과가 현저하게 된다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도를 550℃ 이상으로 함으로써, HCDS의 분해를 충분히 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 웨이퍼(200)의 온도가 750℃, 특히 800℃를 초과하면 CVD 반응이 강해짐으로써(기상 반응이 지배적으로 됨으로써), 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워져, 그 제어가 곤란하게 되는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 800℃ 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 악화를 억제할 수 있어, 그 제어가 가능하게 된다. 특히 웨이퍼(200)의 온도를 750℃ 이하로 함으로써, 막 두께 균일성을 확보하기 쉬워져, 그 제어가 용이하게 된다. 따라서, 웨이퍼(200)의 온도는 350 내지 800℃로 하는 것이 바람직하고, 450 내지 800℃로 하는 것이 더 바람직하고, 550 내지 750℃로 하는 것이 더 바람직하다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)(표면의 기초막) 상에, 예를 들면 1원자층 미만으로부터 수원자층 정도의 두께의 실리콘 함유층이 형성된다. 실리콘 함유층은 HCDS 가스의 흡착층이어도 되고, 실리콘층(Si층)이어도 되고, 그 양쪽을 포함하고 있어도 된다. 단, 실리콘 함유층은 실리콘(Si) 및 염소(Cl)를 포함하는 층인 것이 바람직하다.
여기서 실리콘층이란, 실리콘(Si)에 의해 구성되는 연속적인 층 외에, 불연속인 층이나, 이들이 겹쳐서 생기는 실리콘 박막도 포함하는 총칭이다. 또한, Si에 의해 구성되는 연속적인 층을 실리콘 박막이라고 하는 경우도 있다. 또한, 실리콘층을 구성하는 Si는, Cl과의 결합이 완전히 끊어져 있지 않은 것도 포함한다.
또한, HCDS 가스의 흡착층은, HCDS 가스의 가스 분자의 연속적인 화학 흡착층 외에, 불연속인 화학 흡착층도 포함한다. 즉, HCDS 가스의 흡착층은, HCDS 분자로 구성되는 1분자층 혹은 1분자층 미만의 두께의 화학 흡착층을 포함한다. 또한, HCDS 가스의 흡착층을 구성하는 HCDS(Si2Cl6) 분자는, Si과 Cl와의 결합이 일부 끊어진 것(SixCly 분자)도 포함한다. 즉, HCDS 가스의 흡착층은, Si2Cl6 분자 및/또는 SixCly 분자의 연속적인 화학 흡착층이나 불연속인 화학 흡착층을 포함한다.
또한, 1원자층 미만의 두께의 층이라 함은 불연속으로 형성되는 원자층을 의미하고 있고, 1원자층의 두께의 층이라 함은 연속적으로 형성되는 원자층을 의미하고 있다. 또한, 1분자층 미만의 두께의 층이라 함은 불연속으로 형성되는 분자층을 의미하고 있고, 1분자층의 두께의 층이라 함은 연속적으로 형성되는 분자층을 의미하고 있다.
HCDS 가스가 자기 분해(열분해)하는 조건 하, 즉 HCDS의 열분해 반응이 생기는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 상에 Si가 퇴적함으로써 실리콘층이 형성된다. HCDS 가스가 자기 분해(열분해)하지 않는 조건 하에, 즉 HCDS의 열분해 반응이 생기지 않는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 상에 HCDS 가스가 흡착됨으로써 HCDS 가스의 흡착층이 형성된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 HCDS 가스의 흡착층을 형성하는 것보다도, 웨이퍼(200) 상에 실리콘층을 형성하는 쪽이, 성막 레이트를 높게 할 수 있어, 바람직하다.
웨이퍼(200) 상에 형성되는 실리콘 함유층의 두께가 수원자층을 초과하면, 후술하는 스텝 3에서의 산화(개질)의 작용이 실리콘 함유층의 전체에 미치지 않게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성 가능한 실리콘 함유층의 두께의 최소값은 1원자층 미만이다. 따라서, 실리콘 함유층의 두께는 1원자층 미만 내지 수원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1원자층 이하, 즉 1원자층 또는 1원자층 미만으로 함으로써, 후술하는 스텝 3에서의 산화 반응(개질 반응)의 작용을 상대적으로 높일 수 있어, 스텝 3의 산화 반응에 필요한 시간을 단축할 수 있다. 스텝 1의 실리콘 함유층 형성에 필요한 시간을 단축할 수도 있다. 결과적으로, 1 사이클당의 처리 시간을 단축할 수 있어, 총 처리 시간을 단축하는 것도 가능하게 된다. 즉, 성막 레이트를 높게 하는 것도 가능하게 된다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1원자층 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능하게 된다.
또한, 처리실(201) 내에 공급된 HCDS 가스는, 웨이퍼(200)에 대해 공급될 뿐만 아니라, 처리실(201) 내의 부재의 표면, 즉 반응관(203)의 내벽, 매니홀드(209)의 내벽, 처리실(201) 내에 설치된 보트(217) 등의 부재의 표면에 대하여도 공급되게 된다. 그 결과, 상술한 실리콘 함유층은, 웨이퍼(200) 상뿐만 아니라, 처리실(201) 내의 부재의 표면에도 형성되게 된다. 처리실(201) 내의 부재의 표면에 형성되는 실리콘 함유층도, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 실리콘 함유층과 마찬가지로, HCDS 가스의 흡착층을 포함하는 경우나, Si층을 포함하는 경우나, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
단, 처리실(201) 내에 있어서의 비교적 온도가 낮은 영역[히터(207)에 의해 둘러싸여 있지 않은 영역으로서, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역 이외의 영역. 이하, 저온 영역이라고도 함]에서는, 처리실(201) 내에 있어서 비교적 온도가 높은 영역[히터(207)에 의해 둘러싸여 있는 영역으로서, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역. 이하, 고온 영역이라고도 함]에 비해, HCDS 가스가 자기 분해(열분해)하기 어려워, HCDS 가스의 흡착층이 형성되기 쉬워진다. 구체적으로는, 처리실(201) 내의 부재 중, 반응관(203) 내벽의 하방 부분, 매니홀드(209)의 내벽, 제1 노즐(233a)의 하부, 버퍼실(237) 외벽의 하부, 시일캡(219)의 상면, 회전축(255)의 측면, 단열 부재(218)의 측면이나 바닥면, 배기관(231)의 내벽 등에는, HCDS 가스의 흡착층이 형성되기 쉬워진다. 또한, 처리실(201) 내에 있어서의 저온 영역에서는, 고온 영역에 비해 저온이므로 HCDS 가스의 흡착이 일어나기 쉬워, HCDS 가스의 흡착층이 두껍게 형성되기 쉬워진다.
원료 가스(실리콘 및 염소 함유 가스)로서는, 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭:HCDS) 가스 외에, 테트라클로로실란, 즉 실리콘테트라클로라이드(SiCl4, 약칭:STC) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭:TCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭:DCS) 가스, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭:MCS) 가스를 이용하여도 된다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 이용하여도 된다.
[스텝 2]
웨이퍼(200) 상에 실리콘 함유층이 형성된 후, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 폐쇄하여, HCDS 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방된 상태로 하여, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한, 이때, 밸브(243d, 243e, 243f)는 개방된 상태로 하여, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. 또한, 스텝 1에 있어서 처리실(201) 내의 부재에 흡착된 HCDS 가스는, 처리실(201) 내를 진공 배기함으로써는 완전하게 제거되지 않고, 적어도 일부가, 처리실(201) 내의 부재의 표면에 흡착된 상태로 잔류하게 된다.
또한, 이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전하게 배제하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전하게 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행해지는 스텝 3에 있어서 악영향이 생기는 일은 없다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들면 처리 용기[처리실(201)]의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 3에 있어서 악영향이 생기지 않는 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전하게 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
이때의 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, HCDS 가스의 공급 시와 동일하고, 예를 들면 350 내지 800℃, 바람직하게는 450 내지 800℃, 보다 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다. 각 불활성 가스 공급계로부터 공급하는 퍼지 가스로서의 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들면 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 이용하여도 된다.
[스텝 3]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 개방하여, 제2 가스 공급관(232b)에 O2 가스를 흘린다. O2 가스는 제2 가스 공급관(232b)으로부터 흐르고, 매스 플로우 컨트롤러(241b)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 O2 가스는, 제2 가스 공급관(232b)을 경유하여, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터 감압 상태의 가열된 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이때 동시에, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 개방하여, 제3 가스 공급관(232c)에 H2 가스를 흘린다. H2 가스는 제3 가스 공급관(232c)으로부터 흐르고, 매스 플로우 컨트롤러(241c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 H2 가스는, 제3 가스 공급관(232c)을 경유하여, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터 감압 상태의 가열된 버퍼실(237) 내에 공급된다. 또한, H2 가스는, 제2 가스 공급관(232b)을 경유할 때에, 제2 가스 공급관(232b) 내에서 O2 가스와 혼합된다. 즉, 제2 노즐(233b)로부터는, O2 가스와 H2 가스와의 혼합 가스가 공급되게 된다. 버퍼실(237) 내에 공급된 O2 가스와 H2 가스와의 혼합 가스는, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)으로부터, 감압 상태의 가열된 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다(O2 가스＋H2 가스 공급).
이때, 제2 불활성 가스 공급관(232e)의 밸브(243e)를 개방하여, 제2 불활성 가스 공급관(232e)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급하도록 하여도 된다. N2 가스는 매스 플로우 컨트롤러(241e)에 의해 유량 조정되어, 제2 가스 공급관(232b) 내에 공급된다. 또한, 제3 불활성 가스 공급관(232f)의 밸브(243f)를 개방하여, 제3 불활성 가스 공급관(232f)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급하도록 하여도 된다. N2 가스는 매스 플로우 컨트롤러(241f)에 의해 유량 조정되어, 제3 가스 공급관(232c) 내에 공급된다. 이 경우, 제2 노즐(233b)로부터는, O2 가스와 H2 가스와 N2 가스와의 혼합 가스가 공급되게 된다. 또한, 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 이용하여도 된다. 또한, 이때, 제1 노즐(233a) 내로의 O2 가스와 H2 가스의 침입을 방지하기 위하여, 밸브(243d)를 개방하여, 제1 불활성 가스 공급관(232d) 내에 N2 가스를 흘려보낸다. N2 가스는, 제1 가스 공급관(232a), 제1 노즐(233a)을 통해 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 대기압 미만, 예를 들면 1 내지 1000㎩의 범위 내의 압력으로 유지한다. 매스 플로우 컨트롤러(241b)로 제어하는 O2 가스의 공급 유량은, 예를 들면 1000 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241c)로 제어하는 H2 가스의 공급 유량은, 예를 들면 1000 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241d, 241e, 241f)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각, 예를 들면 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. O2 가스 및 H2 가스를 웨이퍼(200)에 대해 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들면 1 내지 120초의 범위 내의 시간으로 한다. 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 스텝 1의 HCDS 가스의 공급 시와 동일한 온도대로서, 후술하는 산화력 향상의 효과가 현저하게 되는 온도대, 즉, 예를 들면 450 내지 800℃, 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다. 또한, 이 범위 내의 온도이면 감압 분위기하에서의 O2 가스에의 H2 가스 첨가에 의한 산화력 향상의 효과(후술)가 현저하게 되는 것을 확인하였다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 지나치게 낮으면 산화력 향상 효과가 얻어지지 않은 것도 확인하였다. 스루풋을 고려하면, 이와 같이 스텝 1 내지 3에서 처리실(201) 내의 온도를 동일한 온도대로 유지하도록 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 스텝 1 내지 스텝 4(후술)에 걸쳐 처리실(201) 내의 온도를 동일한 온도대로 유지하도록 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 스텝 1 내지 스텝 4(후술)에 걸쳐 처리실(201) 내의 온도가, 예를 들면 450 내지 800℃, 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 일정한 온도로 되도록 히터(207)의 온도를 설정한다.
상술한 조건 하에서 O2 가스 및 H2 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써, O2 가스 및 H2 가스는, 가열된 감압 분위기하에 있어서 논플라즈마로 열적으로 활성화(여기)되어 반응하고, 그에 따라 원자 형상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종이 생성된다. 그리고, 주로 이 산화종에 의해, 스텝 1에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 실리콘 함유층에 대해 산화 처리가 행하여진다. 이 산화종이 갖는 에너지는, 실리콘 함유층 중에 포함되는 Si-N, Si-Cl, Si-H, Si-C의 결합 에너지보다도 높으므로, 이 산화종의 에너지를 실리콘 함유층에 부여함으로써, 실리콘 함유층 중에 포함되는 Si-N, Si-Cl, Si-H, Si-C 결합은 분리된다. Si과의 결합이 분리된 N, H, Cl, C는 막 중에서 제거되고, N2, H2, Cl2, HCl, CO2 등으로서 배출된다. 또한, N, H, Cl, C와의 결합이 끊어짐으로써 남은 Si의 결합수는, 산화종에 포함되는 O와 결부되어 Si-O 결합이 형성된다. 이와 같이 하여, 실리콘 함유층은, 염소(Cl) 등의 불순물의 함유량이 적은 실리콘 산화층(SiO2층, 이하, 간단히 SiO층이라고도 함)으로 변화된다(개질된다). 이 산화 처리에 따르면, O2 가스를 단독으로 공급하는 경우나 수증기(H2O)를 공급하는 경우에 비해, 산화력을 대폭 향상시킬 수 있다. 즉, 감압 분위기하에 있어서 O2 가스에 H2 가스를 첨가함으로써, O2 가스 단독 공급의 경우나 H2O 가스를 공급하는 경우에 비해 대폭적인 산화력 향상 효과가 얻어진다.
또한, 처리실(201) 내에서 생성되는 산화종은, 웨이퍼(200)에 대해 공급될 뿐만 아니라, 처리실(201) 내의 부재의 표면에도 공급되게 된다. 그 결과, 처리실(201) 내의 부재의 표면에 형성된 실리콘 함유층의 일부는, 웨이퍼(200) 상에 형성된 실리콘 함유층과 마찬가지로, 실리콘 산화층으로 변화된다(개질된다). 단, 처리실(201) 내에 있어서의 저온 영역에서는, 고온 영역에 비해 온도가 낮고, 또한 원자 형상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종의 공급량이 적어진다. 또한, 상술한 바와 같이, 처리실(201) 내에 있어서의 저온 영역에서는, 고온 영역에 비해 HCDS 가스의 흡착층이 두껍게 형성되기 쉬워진다. 그 결과, 저온 영역에 형성된 실리콘 함유층은, 미반응, 또는 일부가 반응할 뿐이어서, 산화 불충분인 상태로 잔류하기 쉬워진다. 구체적으로는, 처리실(201) 내의 부재 중, 반응관(203) 내벽의 하방 부분, 매니홀드(209)의 내벽, 제1 노즐(233a)의 하부, 버퍼실(237) 외벽의 하부, 시일캡(219)의 상면, 회전축(255)의 측면, 단열 부재(218)의 측면이나 바닥면, 배기관(231)의 내벽 등에 형성된 HCDS 가스의 흡착층은, 미반응, 또는 일부가 반응할 뿐이어서, 산화 불충분인 상태로 잔류하기 쉬워진다.
또한, 스텝 3에서는, O2 가스와 H2 가스 중 적어도 어느 한쪽 또는 양쪽을 플라즈마로 활성화시켜 흘려보낼 수도 있다. O2 가스 및/또는 H2 가스를 플라즈마로 활성화시켜 흘려보냄으로써, 보다 에너지가 높은 활성종을 포함하는 산화종을 생성할 수 있고, 이 산화종에 의해 산화 처리를 행함으로써, 디바이스 특성이 향상되는 등의 효과도 생각된다. 예를 들면, O2 가스와 H2 가스의 양쪽을 플라즈마로 활성화시키는 경우, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 통해 고주파 전력을 인가함으로써, 버퍼실(237) 내에 공급된 O2 가스와 H2 가스와의 혼합 가스는 플라즈마로 활성화되고(플라즈마 여기되고), 활성종을 포함하는 가스, 즉 O2 *(산소의 활성종)나 H2 *(수소의 활성종)를 포함하는 가스(산화종)로서 가스 공급 구멍(248c)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 고주파 전원(273)으로부터 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 인가하는 고주파 전력은, 예를 들면 50 내지 1000W의 범위 내의 전력으로 되도록 설정한다. 그 외의 처리 조건은, 상술한 처리 조건과 마찬가지로 한다. 또한, 상술한 온도대에서는, O2 가스와 H2 가스는 열로 활성화되어 충분히 반응하여, 충분한 양의 원자 형상 산소(O) 등의 수분(H2O) 비함유의 산화종이 생성된다. 따라서, O2 가스와 H2 가스를 논플라즈마로 열적으로 활성화시켜도 충분한 산화력이 얻어진다. 또한, O2 가스와 H2 가스는 열로 활성화시켜 공급하는 쪽이, 플라즈마 데미지를 주지 않고 비교적 소프트한 반응을 생기게 할 수 있어, 상술한 산화 처리를 비교적 소프트하게 행할 수 있다.
산소 함유 가스, 즉 산화성 가스로서는, 산소(O2) 가스 외에, 오존(O3) 가스 등을 이용하여도 된다. 또한, 상술한 온도대에 있어서, 일산화질소(NO) 가스나 아산화질소(N2O) 가스에의 수소 함유 가스 첨가 효과를 실시해 본 바, NO 가스 단독 공급이나 N2O 가스 단독 공급에 비해 산화력 향상의 효과가 얻어지지 않는 것을 확인하였다. 즉, 산소 함유 가스로서는 질소 비함유의 산소 함유 가스(질소를 포함하지 않고 산소를 포함하는 가스)를 이용하는 것이 바람직하다. 수소 함유 가스, 즉 환원성 가스로서는, 수소(H2) 가스 외에, 중수소(D2) 가스 등을 이용하여도 된다. 또한, 암모니아(NH3) 가스나 메탄(CH4) 가스 등을 이용하면, 질소(N) 불순물이나 탄소(C) 불순물의 막 중으로의 혼입이 생각된다. 즉, 수소 함유 가스로서는, 타원소 비함유의 수소 함유 가스(타원소를 포함하지 않고 수소 또는 중수소를 포함하는 가스)를 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 산소 함유 가스로서는, O2 가스 및 O3 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 가스를 이용할 수 있고, 수소 함유 가스로서는, H2 가스 및 D2 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 가스를 이용할 수 있다.
[스텝 4]
실리콘 함유층을 실리콘 산화층으로 변화시킨 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 폐쇄하여, O2 가스의 공급을 정지한다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 폐쇄하여, H2 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방된 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 잔류된 O2 가스나 H2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한, 밸브(243e, 243f, 243d)는 개방된 상태로 하여, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 실리콘 산화층 형성에 기여한 후의 O2 가스나 H2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 더욱 높일 수 있다.
또한, 이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전하게 배제하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전하게 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행해지는 스텝 1에 있어서 악영향이 생기는 일은 없다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들면 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 1에 있어서 악영향이 생기지 않는 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전하게 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
이때의 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, O2 가스 및 H2 가스의 공급 시와 동일하게, 예를 들면 450 내지 800℃, 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다. 각 불활성 가스 공급계로부터 공급하는 퍼지 가스로서의 N2 가스의 공급 유량은, 각각, 예를 들면 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 이용하여도 된다.
(소정 횟수 실시)
상술한 스텝 1 내지 4를 1 사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수, 바람직하게는 복수회(n회) 반복함으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 실리콘 산화막(SiO2막)을 성막할 수 있다.
또한, 사이클을 복수회 행하는 경우, 적어도 2 사이클째 이후의 각 스텝에 있어서, 「웨이퍼(200)에 대해 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 부분은, 「웨이퍼(200) 상에 형성되어 있는 층에 대해, 즉 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최표면에 대해 소정의 가스를 공급」하는 것을 의미하고, 「웨이퍼(200) 상에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 부분은, 「웨이퍼(200) 상에 형성되어 있는 층 상, 즉 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최표면 상에 소정의 층을 형성」하는 것을 의미하고 있다. 이 점은, 상술한 바와 같다. 또한, 이 점은, 후술하는 변형예나 다른 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
소정 막 두께의 실리콘 산화막이 성막되면, 밸브(243d, 243e, 243f)를 개방하여 제1 불활성 가스 공급관(232d), 제2 불활성 가스 공급관(232e), 제3 불활성 가스 공급관(232f)의 각각으로부터 불활성 가스로서의 N2 가스를 처리실(201) 내로 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내부가 불활성 가스로 퍼지되고, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 처리실(201) 내로부터 제거된다(퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고, 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일캡(219)이 하강되어, 매니홀드(209)의 하단이 개구됨과 함께, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 유지된 상태에서 매니홀드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 보트 언로드 후는, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어, 매니홀드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 통해 셔터(219s)에 의해 시일된다(셔터 클로즈). 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
또한, 보트 언로드를 실시하면, 처리실(201) 내에는, 수분(H2O)을 포함하는 외기(대기)가 매니홀드(209)의 하방 개구부로부터 침입한다. 또한, 시일캡(219)의 상면, 회전축(255)의 측면, 단열 부재(218)의 측면이나 바닥면은, 수분(H2O)을 포함하는 대기에 노출된다. 상술한 바와 같이, 처리실(201) 내의 부재 중, 반응관(203) 내벽의 하방 부분, 매니홀드(209)의 내벽, 제1 노즐(233a)의 하부, 버퍼실(237) 외벽의 하부, 시일캡(219)의 상면, 회전축(255)의 측면, 단열 부재(218)의 측면이나 바닥면, 배기관(231)의 내벽 등에는, HCDS 가스의 흡착층이 형성되어, 산화 불충분인 상태로 잔류하고 있는 경우가 있다. 이 상태에서 보트 언로드를 실시하면, HCDS 가스의 흡착층이, 대기 중의 수분(H2O)에 의해 산화되어, 염소(Cl)를 포함하는 반응 부생성물로 변화되는 경우가 있다. 그리고 이 반응 부생성물이 퇴적되어 이루어지는 막(퇴적막)은, 비교적 취약하여, 박리되기 쉬우므로, 이물(파티클)을 발생시키기 쉽다.
이하에, 처리실(201) 내의 부재의 표면에 형성된 HCDS 가스의 흡착층이, 대기 중의 수분(H2O)과 반응하여 Cl를 포함하는 반응 부생성물로 변화되고, 그 반응 부생성물이 퇴적되어 이루어지는 퇴적막의 일부가 박리되어 이물을 발생시키는 모습을, 도 6을 이용하여 설명한다.
상술한 스텝 1(HCDS 가스 공급)을 실시함으로써, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 처리실(201) 내의 부재, 예를 들면 반응관(203)의 내벽 및 매니홀드(209)의 내벽 등에, 실리콘 함유층이 형성된다. 상술한 바와 같이, 처리실(201) 내의 고온 영역에서는, HCDS 가스의 흡착층이 형성되는 경우나, Si층이 형성되는 경우나, 그 양쪽이 형성되는 경우가 있다. 또한, 처리실(201) 내의 저온 영역에서는, HCDS 가스가 자기 분해(열분해)하기 어려워, HCDS 가스의 흡착층이 형성되기 쉬워진다. 도 6의 (a)에서는, 일례로서, 처리실(201) 내의 고온 영역 및 저온 영역의 양쪽에서, HCDS 가스의 흡착층이 형성된 모습을 도시하고 있다.
그 후, 상술한 스텝 3(O2 가스＋H2 가스 공급)을 실시함으로써, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 처리실(201) 내의 고온 영역에 형성된 HCDS 가스의 흡착층에 대해, 원자 형상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종이 공급된다. 처리실(201) 내의 고온 영역에 형성된 HCDS 가스의 흡착층은, 원자 형상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종에 의해 산화되어, 실리콘 산화층으로 변화된다. 이 실리콘 산화층은, 웨이퍼(200)의 온도(예를 들면 450 내지 800℃, 바람직하게는 550 내지 750℃)와 동일 정도의 고온 조건 하에서, 또한 산화력이 강한 산화종에 의해 HCDS 가스의 흡착층이 산화됨으로써 형성된 층이며, 염소(Cl) 등의 불순물이 적어, 안정적이고, 그 구조 중의 결합력(조성 물질간의 결합력)이 강하여, 치밀한 층이다.
그 후, 상술한 스텝 1 내지 4를 포함하는 사이클이 소정 횟수 실시됨으로써, 도 6의 (c)에 도시한 바와 같이, 처리실(201) 내의 고온 영역에, 상술한 실리콘 산화층이 적층되어 이루어지는 박리되기 어려운 강고한 실리콘 산화막(100a)이 형성된다. 또한, 실리콘 산화막(100a)은, 처리실(201) 내의 저온 영역에는 형성되기 어렵다. 즉, 처리실(201) 내의 저온 영역에 형성된 HCDS 가스의 흡착층은, 미반응, 또는 일부가 반응할 뿐이어서, 도 6의 (c)에 도시한 바와 같이, 산화 불충분인 상태로 잔류하기 쉬워진다. 이것은, 이 영역의 온도가 저온인 것에 더하여, 산화종의 공급량이 고온 영역에 비해 적고, 또한 처리실(201) 내에 있어서의 저온 영역에서는, 고온 영역에 비해 HCDS 가스의 흡착층이 두껍게 형성되기 쉽기 때문이다.
웨이퍼(200) 상에의 실리콘 산화막의 형성 후, 보트 언로드를 실시하면, 처리실(201) 내(특히 노구 부근)에는, 상온의 대기가 침입한다. 그리고, 도 6의 (d)에 도시한 바와 같이, 산화 불충분인 상태로 잔류하고 있는 HCDS 가스의 흡착층에 대해, 대기 중의 수분(H2O)이 공급된다. HCDS 가스의 흡착층은, 대기 중에 포함되는 수분(H2O)에 의해 산화되어, 반응 부생성물로 변화된다. 이 반응 부생성물은, 상온의 대기 중에 포함되는 산화력이 약한 수분(H2O)에 의해 산화되어 생성되므로, 염소(Cl) 등의 불순물을 많이 포함하고 있어, 활성(산화성)의 성질을 갖는 불안정한 물질이다.
그 후, 상술한 웨이퍼 차지로부터 웨이퍼 디스차지까지의 처리(이하, 배치 처리라고도 함)가 소정 횟수 실시됨으로써, 도 6의 (e)에 도시한 바와 같이, 처리실(201) 내의 저온 영역에는, 반응 부생성물이 퇴적되어 이루어지는 퇴적막(100b)이 형성된다. 퇴적막(100b)은, 상술한 바와 같이, 염소(Cl) 등의 불순물을 많이 포함하여, 활성(산화성)의 성질을 갖는 불안정한 물질이 퇴적되어 이루어지는 막이며, 그 구조 중의 결합력이 약하고, 밀도가 낮은 막이다. 따라서, 퇴적막(100b)은, 고온 영역에 형성된 실리콘 산화막(100a)과 비교하여, 취약하여, 박리되기 쉬운 성질을 갖는다. 또한, 보트 언로드 시에 반응 부생성물이 생성되기 쉬운 영역을, 도 7 중에 점선으로 나타낸다. 도 7에 도시한 바와 같이, 반응 부생성물은, 반응관(203) 내벽의 하방 부분, 매니홀드(209)의 내벽뿐만 아니라, 시일캡(219)의 상면, 회전축(255)의 측면, 단열 부재(218)의 측면이나 바닥면, 배기관(231)의 내벽 등에도 생성된다. 즉, 퇴적막(100b)은, 반응관(203) 내벽의 하방 부분, 매니홀드(209)의 내벽뿐만 아니라, 시일캡(219)의 상면, 회전축(255)의 측면, 단열 부재(218)의 측면이나 바닥면, 배기관(231)의 내벽 등에도 형성된다.
도 6의 (f)는, 퇴적막(100b)이 박리됨으로써 처리실(201) 내에 이물(100p)이 발생하는 모습을 도시하고 있다. 또한, 도 8은 웨이퍼(200) 표면에 이물(100p)이 부착된 모습을 도시하고 있다. 이물(100p)이 웨이퍼(200)에 부착되면, 제조하는 반도체 장치(디바이스)의 품질을 저하시키는 경우가 있다. 예를 들면, 웨이퍼(200)에 부착된 이물(100p)은, 웨이퍼(200) 상에 형성하는 박막 중에 들어가, 막질을 저하시키는 경우가 있다. 또한, 예를 들면, 박막 형성 후의 웨이퍼(200) 상에 집적 회로 등의 노광 묘화를 행할 때, 이물이 부착된 웨이퍼(200)를 노광기의 스테이지 상에 재치하면, 스테이지와 웨이퍼(200)와의 사이에 이물(100p)이 들어가, 노광 장치의 광학계와 웨이퍼(200)와의 거리의 어긋남(초점 거리 어긋남)을 야기하여, 묘화 정밀도를 열화시켜 버리는 경우가 있다. 또한, 예를 들면 웨이퍼(200)의 표면에 형성한 배선간의 개구부 등에 이물(100p)이 들어가거나, 개구부 등을 이물(100p)이 막거나 함으로써, 그 후에 행해지는 박막 형성 공정에 있어서, 개구부 내에서의 박막 형성을 저해하는 경우가 있다. 또한, 이물(100p)의 발생을 억제하기 위하여, 처리실(201) 내의 클리닝을 고빈도로 행하는 것도 생각되지만, 이 경우 기판 처리 장치의 메인터넌스 시간(정지 시간, 즉 다운 타임)이 증가하여, 생산성이 저하되어 버리는 경우가 있다.
또한, 퇴적막(100b)을 구성하는 반응 부생성물은, 염소(Cl)를 많이 포함하고 있으므로, 염소 함유 가스를 발생시키기 쉽다고 하는 성질을 갖는다. 퇴적막(100b)으로부터 발생한 염소 함유 가스는, 메인터넌스 작업자나 오퍼레이터의 인체에 악영향을 미치는 경우가 있다. 또한, 퇴적막(100b)을 구성하는 반응 부생성물은, 염소(Cl)를 포함함으로써 활성(산화성)의 성질을 가지므로, 매니홀드(209), 시일캡(219), 회전축(255) 등의 금속 부재가, 부식 등의 데미지를 받게 되는 경우가 있다. 그 결과, 기판 처리 장치의 메인터넌스 빈도가 증가하여 생산성이 저하되거나, 데미지를 받은 금속 부재로부터의 이물의 발생에 의해 반도체 장치의 품질이 저하되는 경우가 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 이들 과제를 해결하기 위하여, 웨이퍼 디스차지 후에, 처리실(201) 내에 형성된 퇴적막(100b)을 개질시켜, 박리되기 어려운 강고한 막으로 변화시키는 처리를 실시한다. 이하, 이러한 처리에 대해 구체적으로 설명한다.
(보트 로드)
셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어, 매니홀드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 웨이퍼(200)가 장전되어 있지 않은 빈 상태의 보트(217)가, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져, 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일캡(219)은 O링(220b)을 통해 매니홀드(209)의 하단을 시일한 상태로 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
그 후, 처리실(201) 내부가 원하는 압력(진공도)으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)에서 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한, 진공 펌프(246)는, 적어도 퇴적막(100b)에 대한 개질 처리가 완료될 때까지의 동안에는 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내부가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내부가 원하는 온도 분포로 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 또한, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 퇴적막(100b)에 대한 개질 처리가 완료될 때까지의 동안에는 계속하여 행하여진다. 이어서, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전을 개시한다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전은, 적어도 퇴적막(100b)에 대한 개질 처리가 완료될 때까지의 동안에는 계속하여 행하여진다. 또한, 이때 보트(217)는 회전시키지 않아도 된다.
(퇴적막의 개질 공정)
그 후, 상술한 스텝 3과 마찬가지의 스텝이 실시된다. 즉, 처리실(201) 내에 웨이퍼(200)가 없는 상태에서, O2 가스와 H2 가스가, 감압 상태의 가열된 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다(O2 가스＋H2 가스 공급).
이때의 수순 및 처리 조건은, 상술한 스텝 3과 대략 마찬가지이다. 또한, 히터(207)의 온도는, 처리실(201) 내에서 O2 가스와 H2 가스가 반응하여 산화종을 생성하는 온도로 하고, 바람직하게는, 처리실(201) 내에서 원자 형상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종이 생성되는 온도로 한다. 예를 들면, 처리실(201) 내의 온도는, 상술한 실리콘 산화막 형성 공정에 있어서의 처리실(201) 내의 온도와 동등한 온도, 예를 들면 450 내지 800℃, 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도로 설정된다. 또한, 처리실(201) 내에 O2 가스 및 H2 가스를 공급하는 시간은, 예를 들면 20 내지 120분, 바람직하게는 20 내지 60분, 보다 바람직하게는 20 내지 40분의 범위 내의 시간으로 되도록 설정한다.
상술한 조건에서 O2 가스 및 H2 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써, O2 가스 및 H2 가스는, 가열된 감압 분위기하에 있어서 논플라즈마로 열적으로 활성화(여기)되어 반응하고, 그에 의해 원자 형상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종이 생성된다. 그리고, 주로 이 산화종에 의해, 처리실(201) 내에 형성되어 있는 퇴적막(100b)에 대해 산화 처리가 행하여진다. 이 산화종이 갖는 에너지는, 퇴적막(100b)을 구성하는 반응 부생성물 중에 포함되는 Si-N, Si-Cl, Si-H, Si-C의 결합 에너지보다도 높으므로, 이 산화종의 에너지를 반응 부생성물에 부여함으로써, 반응 부생성물 중에 포함되는 Si-N, Si-Cl, Si-H, Si-C 결합은 분리된다. Si과의 결합이 분리된 N, H, Cl, C는 막 중에서 제거되고, N2, H2, Cl2, HCl, CO2 등으로서 배출된다. 또한, N, H, Cl, C와의 결합이 끊어짐으로써 남은 Si의 결합수는, 산화종에 포함되는 O와 결부되어 Si-O 결합이 형성된다. 이와 같이 하여, 퇴적막(100b)을 구성하는 반응 부생성물은, 염소(Cl) 등의 불순물의 함유량이 적어, 안정된 물질로 변화된다(개질된다). 그 결과, 처리실(201) 내에 형성되어 있던 퇴적막(100b)은, 그 구조 중의 결합력이 강하여, 치밀한 막, 즉 박리되기 어려운 강고한 막으로 개질된다. 또한, 이 개질 처리에 따르면, O2 가스를 단독으로 공급하는 경우나 수증기(H2O)를 공급하는 경우에 비해, 산화력을 대폭 향상시킬 수 있다. 즉, 감압 분위기하에 있어서 O2 가스에 H2 가스를 첨가함으로써, O2 가스 단독 공급의 경우나 H2O 가스를 공급하는 경우에 비해 대폭적인 산화력 향상 효과가 얻어진다.
또한, 히터(207)의 온도는, 처리실(201) 내의 온도가, 상술한 실리콘 산화막 형성 공정에 있어서의 처리실(201)의 온도보다도 높아지는 온도로 설정하여도 된다. 예를 들면, 히터(207)의 온도는, 처리실(201) 내의 온도가 450 내지 900℃, 바람직하게는 600 내지 800℃의 범위 내의 온도로 되는 온도로 설정하여도 된다. 이와 같이 한 경우, 산화종의 발생량을 증대시킬 수 있어, 산화종에 의한 산화력을 더욱 높일 수 있어, 퇴적막(100b)의 개질을 보다 효율적으로 행할 수 있게 된다. 단, 퇴적막의 개질 처리에 있어서의 처리실(201) 내의 온도를, 상술한 실리콘 산화막 형성 공정에 있어서의 처리실(201) 내의 온도와 동등한 온도로 한 경우, 승온 및 강온에 필요한 시간을 생략할 수 있어, 그만큼, 퇴적막(100b)의 개질 처리에서의 총 시간을 단축할 수 있게 된다.
또한, 퇴적막의 개질 처리를 실시할 때에는, O2 가스와 H2 가스 중 적어도 어느 한쪽 또는 양쪽을 플라즈마로 활성화시켜 흐르도록 하여도 된다. O2 가스 및/또는 H2 가스를 플라즈마로 활성화시켜 흘림으로써, 산화종에 의한 산화력을 더욱 높일 수 있어, 퇴적막(100b)의 개질을 보다 효율적으로 행할 수 있게 된다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
퇴적막의 개질 처리가 이루어지면, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b) 및 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 폐쇄하여, 처리실(201) 내로의 O2 가스 및 H2 가스의 공급을 정지한다. 또한, 밸브(243d, 243e, 243f)를 개방하여, 제1 불활성 가스 공급관(232d), 제2 불활성 가스 공급관(232e), 제3 불활성 가스 공급관(232f)의 각각으로부터 불활성 가스로서의 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내부가 불활성 가스로 퍼지되고, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일캡(219)이 하강되어, 매니홀드(209)의 하단으로부터, 웨이퍼(200)가 장전되어 있지 않은 빈 상태의 보트(217)가 반응관(203)의 외부에 반출된다(보트 언로드). 보트 언로드 후는, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어, 매니홀드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 통해 셔터(219s)에 의해 시일된다.
(3) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나, 또는 복수의 효과를 발휘한다.
본 실시 형태에 따르면, 보트 언로드 후, 처리실(201) 내에 웨이퍼(200)가 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력하에 있는 가열된 처리실(201) 내에 O2 가스와 H2 가스를 공급하는 처리(퇴적막의 개질 처리)를 행한다. 이에 의해, 퇴적막(100b)을 구성하는 반응 부생성물은 산화되고, 염소(Cl) 등의 불순물의 함유량이 적어, 안정적인 물질로 변화된다(개질된다). 그리고, 처리실(201) 내에 형성되어 있던 퇴적막(100b)은, 그 구조 중의 결합력이 강하여, 치밀한 막, 즉 박리되기 어려운 강고한 막으로 개질된다. 그 결과, 퇴적막(100b)이 박리되는 것에 따른 이물(100p)의 발생을 억제할 수 있어, 반도체 장치(디바이스)의 품질을 향상시키고, 수율을 개선시킬 수 있게 된다. 또한, 처리실(201) 내의 클리닝 빈도를 저감시켜, 기판 처리 장치의 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 퇴적막의 개질 처리에 있어서의 처리실(201) 내의 온도를, 처리실(201) 내에서 O2 가스와 H2 가스가 반응하여 산화종이 생성되는 온도, 바람직하게는, 처리실(201) 내에서 원자 형상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종이 생성되는 온도로 한다. 이 산화종을 이용함으로써, 퇴적막(100b)을 구성하는 반응 부생성물은, 염소(Cl) 등의 불순물의 함유량이 극히 적어, 극히 안정적인 물질로 변화된다(개질된다). 그 결과, 처리실(201) 내에 형성되어 있던 퇴적막(100b)은, 그 구조 중의 결합력이 보다 강하여, 보다 치밀한 막, 즉 보다 박리되기 어려운 강고한 막으로 개질된다. 이에 의해, 퇴적막(100b)이 박리되는 것에 따른 이물(100p)의 발생을 더욱 억제할 수 있어, 반도체 장치의 품질을 더욱 향상시키고, 수율을 더욱 개선시킬 수 있게 된다. 또한, 처리실(201) 내의 클리닝 빈도를 더욱 저감시켜, 기판 처리 장치의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 퇴적막(100b)을 구성하는 반응 부생성물로부터 염소(Cl) 등의 불순물을 탈리시킴으로써, 퇴적막(100b)으로부터의 염소 함유 가스의 발생을 억제할 수 있게 된다. 이에 의해, 메인터넌스 작업자나 오퍼레이터가 안전하게 작업을 행할 수 있게 된다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 퇴적막(100b)을 구성하는 반응 부생성물로부터 염소(Cl) 등의 불순물을 탈리시킴으로써, 활성(산화성)의 성질을 갖고 있던 반응 부생성물을, 안정적인 물질로 개질시킬 수 있게 된다. 그 결과, 매니홀드(209), 시일캡(219), 회전축(255) 등의 금속 부재에 대한 부식 등의 데미지를 억제할 수 있어, 기판 처리 장치의 메인터넌스 빈도를 저감시켜, 생산성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 금속 부재로부터의 이물의 발생을 억제할 수 있어, 반도체 장치의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 웨이퍼(200)를 수용한 처리 용기 내로 HCDS 가스를 공급하여, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 함유층을 형성하는 공정과, 대기압 미만의 압력하에 있는 가열된 처리 용기 내로 O2 가스와 H2 가스를 공급하여, 실리콘 함유층을 실리콘 산화층으로 변화시키는 공정을 교대로 소정 횟수(1회 이상) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 산화막을 형성한다. 이에 의해, 웨이퍼(200) 면 내에 있어서의 실리콘 산화막의 막 두께 균일성 및 단차 피복성을, 일반적인 CVD법에 의해 실리콘 산화막을 형성하는 경우보다도 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 실리콘 함유층을 실리콘 산화층으로 변화시키는 공정에서, 대기압 미만의 압력하에 있는 가열된 처리실(201) 내에서 O2 가스와 H2 가스를 반응시켜 원자 형상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종을 생성하고, 이 산화종을 이용하여 실리콘 함유층을 실리콘 산화층으로 변화시킨다. 이에 의해, 염소(Cl) 등의 불순물의 함유량이 극히 적어, 극히 양질인 실리콘 산화막을 형성할 수 있게 된다.
(4) 변형예
도 4, 도 5에 도시한 상술한 개질 처리는, 웨이퍼 디스차지의 이후, 처리실(201) 내에 빈 보트(217)를 반입한 상태에서 행하고 있었지만, 본 실시 형태에 따른 개질 처리의 실시 타이밍은 이러한 양태에 한정되지 않고, 아래와 같이 변경하여도 된다.
(변형예 1)
예를 들면, 도 11에 도시하는 바와 같이, 퇴적막의 개질 처리를, 웨이퍼 디스차지의 완료를 대기하지 않고, 웨이퍼 디스차지의 실시와 병행하여 실시하도록 하여도 된다. 이 경우, 퇴적막의 개질 처리를, 보트 언로드 후이며 처리 용기 내에 빈 보트(217)를 반입하지 않은 상태에서, 즉 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어, 매니홀드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 통해 셔터(219s)에 의해 시일된 상태[처리로(202)를 셔터 클로즈로 한 상태]에서 행하게 된다. 또한, 도 15는, 본 변형예에 따른 기판 처리 장치의 처리로(202)에 있어서, 처리 용기 내에 빈 보트(217)를 반입하지 않고, 처리로(202)를 셔터 클로즈의 상태로 한 모습을 도시하고 있다.
이와 같이, 웨이퍼 디스차지의 완료를 대기하는 시간 중에 퇴적막의 개질 처리를 병행하여 행하도록 하면, 퇴적막의 개질 처리를 포함하는 기판 처리 공정 전체의 소요 시간을 단축시킬 수 있어, 기판 처리의 총 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
(변형예 2)
또한, 예를 들면 도 12에 도시하는 바와 같이, 퇴적막의 개질 처리를, 보트 언로드 전에 행하도록 하여도 된다. 이 경우, 스텝 1 내지 4를 포함하는 사이클을 소정 횟수 실시한 후, 처리실(201) 내를 퍼지하기 전이나, 혹은 처리실(201) 내의 압력을 대기압으로 복귀시키기 전에, 퇴적막의 개질 처리를 행하게 된다. 이때의 수순 및 처리 조건은, 도 4, 도 5를 이용하여 설명한 상술한 퇴적막의 개질 처리와 대략 마찬가지이다. 단, 히터(207)의 온도는, 처리실(201) 내의 온도가, 상술한 실리콘 산화막 형성 공정에 있어서의 처리실(201) 내의 온도와 동등한 온도, 예를 들면 450 내지 800℃, 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도로 되는 온도로 설정한다. 또한, 처리실(201) 내에 O2 가스 및 H2 가스를 공급하는 시간은, 예를 들면 10 내지 30분의 범위 내의 시간으로 되도록 설정한다.
이와 같이, 퇴적막의 개질 처리를 보트 언로드 전에 행하도록 한 경우, 도 4, 도 5를 이용하여 설명한 상술한 퇴적막의 개질 처리와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 퇴적막의 개질 처리를 보트 언로드 전에 행하도록 한 경우, 웨이퍼(200) 상에 형성된 양질의 실리콘 산화막의 막질을, 더욱 개선할 수 있게 된다. 즉, 처리실(201) 내에서 생성된 활성종은, 퇴적막(100b)뿐만 아니라, 웨이퍼(200) 상에 형성한 실리콘 산화막에도 공급되므로, 웨이퍼(200) 상에 형성되어 있는 양질의 실리콘 산화막으로부터, 막 중 불순물을 더욱 제거할 수 있어, 막질을 더욱 개선할 수 있게 된다.
<본 발명의 제2 실시 형태>
상술한 바와 같이, 퇴적막의 개질 처리를, 보트 언로드 전에 실시함으로써, 즉 박막 형성 후의 기판을 처리 용기 내에 수용한 상태에서 실시함으로써, 기판 상에 형성된 박막과, 처리 용기 내에 부착된 부생성물을, 각각 개질할 수 있다.
그러나, 이 경우, 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대해 개질 처리를 행할 때에, 성막(박막 형성)의 기초(기판 표면)가 산화되어 버리는 경우가 있다. 특히, 기판 상에 형성하는 박막이 비교적 얇은 경우 등에는, 성막의 기초막이 산화되기 쉬워진다. 또한, 보트 언로드 전에 행하는 개질 처리의 처리 온도를 지나치게 높게 하거나(즉, 산화력을 지나치게 강하게 하거나), 개질 처리의 처리 시간을 지나치게 길게 하면, 성막의 기초막이 산화되기 쉬워진다. 따라서, 보트 언로드 전에 행하는 개질 처리는, 성막(박막 형성)의 기초막이 산화되기 어려운 처리 조건, 예를 들면 제1 실시 형태에 있어서의 변형예 2에 기재된 처리 조건에서 행할 필요가 있다. 그러나, 이와 같은 조건 하에서 개질 처리를 행하는 것만으로는, 부생성물의 개질 효과가 불충분하게 되어 버리는 경우가 있다.
따라서 본 실시 형태에서는, 이러한 과제를 해결하기 위하여, 도 13, 도 14에 도시하는 바와 같이, 퇴적막의 개질 처리를, 보트 언로드 전과 후의 양쪽에서 행하도록 하고 있다.
즉, 본 실시 형태에서는, 기판을 처리 용기 내로 반송하는 공정과, 기판을 수용한 처리 용기 내로 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여, 기판 상에 박막을 형성하는 공정과, 박막 형성 후의 기판을 처리 용기 내에 수용한 상태에서, 대기압 미만의 압력하에 있는 가열된 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대해 제1 개질 처리를 행하는 공정과, 박막 형성 후의 기판을 처리 용기 외로 반송하는 공정과, 처리 용기 내에 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력하에 있는 가열된 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 처리 용기 내에 부착되어 제1 개질 처리가 이루어진 부생성물에 대해 제2 개질 처리를 행하는 공정을 순서대로 실시하도록 하고 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 보트 언로드 전에 제1 개질 처리를 행하고, 보트 언로드 후에 제2 개질 처리를 행한다. 또한, 도 13은, 보트 언로드 전에 제1 개질 처리를 행하고, 또한, 보트 언로드 후이며 처리 용기 내에 빈 보트(217)를 반입한 상태에서 제2 개질 처리를 행하는 처리 플로우를 나타내고 있다. 또한, 도 14는, 보트 언로드 전에 제1 개질 처리를 행하고, 또한, 보트 언로드 후이며 처리 용기 내에 빈 보트(217)를 반입하지 않은 상태에서, 즉 처리로(202)를 셔터 클로즈로 한 상태에서 제2 개질 처리를 행하는 처리 플로우를 나타내고 있다.
또한, 도 13, 도 14에 나타내는 제1 개질 처리의 수순은, 모두, 도 12를 이용하여 설명한 제1 실시 형태의 변형예 2에 있어서의 퇴적막의 개질 처리의 수순과 대략 마찬가지이다. 또한, 도 13에 나타내는 제2 개질 처리의 수순은, 도 4, 도 5를 이용하여 설명한 제1 실시 형태에 있어서의 퇴적막의 개질 처리의 수순과 대략 마찬가지이다. 또한, 도 14에 나타내는 제2 개질 처리의 수순은, 도 11을 이용하여 설명한 제1 실시 형태의 변형예 1에 있어서의 퇴적막의 개질 처리의 수순과 대략 마찬가지이다.
단, 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 조건은, 성막(박막 형성)의 기초막이 산화되기 어려운 처리 조건, 예를 들면 상술한 제1 실시 형태의 변형예 2에 기재된 처리 조건에서 행하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 제1 개질 처리에서는, 히터(207)의 온도는, 처리실(201) 내의 온도가, 상술한 실리콘 산화막 형성 공정에 있어서의 처리실(201) 내의 온도와 동등한 온도, 예를 들면 450 내지 800℃, 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 처리실(201) 내에 O2 가스 및 H2 가스를 공급하는 시간은, 예를 들면 5 내지 10분의 범위 내의 시간으로 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 조건과, 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 조건을 상이하게 하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를, 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도보다도 높게 하는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들면, 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를, 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도보다도 높게 하고, 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를, 기판 상에 박막을 형성하는 공정에 있어서의 처리 온도와 동등한 온도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들면, 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를, 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도보다도 높게 하고, 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를, 기판 상에 박막을 형성하는 공정에 있어서의 처리 온도보다도 높게 하는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들면, 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 시간을, 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 시간보다도 길게 하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 제2 개질 처리에서는, 히터(207)의 온도는, 처리실(201) 내의 온도가, 상술한 실리콘 산화막 형성 공정에 있어서의 처리실(201) 내의 온도와 동등한 온도, 즉, 예를 들면 450 내지 800℃, 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도로 되는 온도로 설정하거나, 혹은 그보다도 높은 온도, 예를 들면 450 내지 900℃, 바람직하게는 600 내지 800℃의 범위 내의 온도로 되는 온도로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 처리실(201) 내에 O2 가스 및 H2 가스를 공급하는 시간은, 예를 들면 20 내지 120분, 바람직하게는 20 내지 60분, 보다 바람직하게는 10 내지 30분의 범위 내의 시간으로 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서도, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
즉, 보트 언로드 전에 제1 개질 처리를 행하고, 또한, 보트 언로드 후에 제2 개질 처리를 행함으로써, 퇴적막(100b)을 구성하는 반응 부생성물을 산화시켜, 염소(Cl) 등의 불순물의 함유량이 적어, 안정된 물질로 변화(개질)시킬 수 있다. 그리고, 처리실(201) 내에 형성되어 있던 퇴적막(100b)을, 그 구조 중의 결합력이 강하여, 치밀한 막, 즉, 박리되기 어려운 강고한 막으로 개질시킬 수 있다. 그 결과, 퇴적막(100b)이 박리됨에 따른 이물(100p)의 발생을 억제할 수 있어, 반도체 장치(디바이스)의 품질을 향상시켜, 수율을 개선시킬 수 있게 된다. 또한, 처리실(201) 내의 클리닝 빈도를 저감시켜, 기판 처리 장치의 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 퇴적막(100b)을 구성하는 반응 부생성물로부터 염소(Cl) 등의 불순물을 탈리시킴으로써, 퇴적막(100b)으로부터의 염소 함유 가스의 발생을 억제할 수 있게 된다. 이에 의해, 메인터넌스 작업자나 오퍼레이터가 안전하게 작업을 행할 수 있게 된다.
또한, 퇴적막(100b)을 구성하는 반응 부생성물로부터 염소(Cl) 등의 불순물을 탈리시킴으로써, 활성(산화성)의 성질을 갖고 있던 반응 부생성물을, 안정된 물질로 개질시킬 수 있게 된다. 그 결과, 처리실(201) 내의 금속 부재에 대한 부식 등의 데미지를 억제할 수 있어, 기판 처리 장치의 메인터넌스 빈도를 저감시켜, 생산성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 금속 부재로부터의 이물의 발생을 억제할 수 있어, 반도체 장치의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 보트 언로드 전에 제1 개질 처리를 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 양질의 실리콘 산화막의 막질을, 더 개선시킬 수 있게 된다.
또한, 퇴적막의 개질 처리를 보트 언로드 전과 후의 양쪽에서 행하는 본 실시 형태에서는, 퇴적막의 개질 처리를 보트 언로드 전과 후 중 어느 한쪽에서만 행하는 제1 실시 형태와 비교하여, 상술한 효과를 더 높일 수 있다.
보트 언로드 전에 행하는 제1 개질 처리는, 상술한 바와 같이, 성막(박막 형성)의 기초막이 산화되기 어려운 처리 조건에서 행할 필요가 있다. 그 때문에, 제1 개질 처리에서만 부생성물의 개질 처리를 행하고자 하면, 부생성물의 개질 효과가 불충분하게 되어 버리는 경우가 있다. 이에 대해, 보트 언로드 후에 제2 개질 처리를 행함으로써, 제1 개질 처리에 있어서의 개질 효과의 부족분을 보충할 수 있게 된다. 제2 개질 처리는, 처리 용기 내에 웨이퍼(200)가 없는 상태에서 행하게 되므로, 제1 개질 처리와 같은 제약이 없어, 제1 개질 처리와 비교하여, 처리 온도를 높이거나, 처리 시간을 길게 하거나 하는 것이 가능하다. 즉, 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 조건과, 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 조건을 서로 다르게 하는 것이 가능하다. 따라서, 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를, 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도보다도 높이거나(산화력을 높이거나), 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 시간을, 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 시간보다도 길게 하거나 함으로써, 제1 개질 처리에 있어서의 개질 효과의 부족분을, 충분하고 또한 효율적으로 보충할 수 있게 된다.
또한, 제1 개질 처리만, 혹은, 제2 개질 처리만으로 부생성물의 개질 처리를 행하고자 하면, 부생성물의 개질에 필요 이상으로 시간이 걸리게 되는 경우가 있다. 이에 대해, 제1 개질 처리를 행한 후에 제2 개질 처리를 행함으로써, 부생성물의 개질에 필요한 시간을 단축시킬 수 있게 된다. 즉, 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 조건과, 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 조건을 서로 다르게 하고, 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를, 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도보다도 높게 함(산화력을 높임)으로써, 제2 개질 처리에 필요한 시간, 즉, 부생성물의 개질에 필요한 총 시간을 단축시켜, 토탈에서의 스루풋을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 제2 개질 처리는, 보트 언로드 후, 즉, 박막 형성 후의 웨이퍼(200)가 처리 용기 내에 수용되어 있지 않은 상태에서 행하여진다. 그 때문에, 제2 개질 처리만으로 부생성물의 개질 처리를 행하고자 하면, 웨이퍼(200) 상에 형성한 박막을 개질하는 것은 불가능하다. 이에 대해, 보트 언로드 후에 제2 개질 처리를 행할 뿐만 아니라, 보트 언로드 전에 제1 개질 처리를 행함으로써, 제1 실시 형태에 있어서의 제2 변형예와 마찬가지로, 웨이퍼(200) 상에 형성된 박막의 막질을, 더 개선할 수 있게 된다.
이와 같이, 보트 언로드 전에 제1 개질 처리를 행하고, 또한, 보트 언로드 후에 제2 개질 처리를 행함으로써, 성막(박막 형성)의 기초막의 산화를 억제하면서, 웨이퍼(200) 상에 형성된 박막과, 처리 용기 내에 부착된 부생성물을, 충분하고 또한 효율적으로 개질할 수 있게 된다. 또한, 토탈에서의 스루풋을 향상시키는 것도 가능하게 된다.
또한, 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를, 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 공정에 있어서의 처리 온도와 동등한 온도로 하면, 토탈에서의 스루풋을 향상시키는 것이 보다 용이하게 된다. 이것은, 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 공정과, 제1 개질 처리를 행하는 공정 사이에서, 처리실(201) 내의 온도[히터(207)의 온도]를 변경하여, 온도가 안정될 때까지 대기할 필요가 없기 때문이다.
또한, 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를, 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 공정에 있어서의 처리 온도보다도 높게 하여도, 토탈에서의 스루풋을 향상시키는 것이 보다 용이하게 된다. 이것은, 처리 온도를 상술한 바와 같이 설정함으로써, 제1 개질 처리에 있어서의 산화력을 높일 수 있어, 제1 개질 처리에 필요한 시간을 단축시킬 수 있기 때문이다. 단, 이 경우라도, 산화력을 지나치게 강하게 하지 않고, 성막의 기초막이 산화되기 어려운 조건에서 할 필요가 있다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들면, 퇴적막의 개질 처리는, 복수매의 웨이퍼(200) 상에 SiO막을 형성하는 처리(배치 처리)를 실시할 때마다 매회 행하도록 하여도 되고, 배치 처리를 소정 횟수(복수회) 실시할 때마다 행하도록 하여도 된다.
즉, 웨이퍼(200) 상에 비교적 얇은 막 두께의 SiO막을 형성하는 배치 처리를 행하는 경우, 처리실(201) 내에 형성되는 퇴적막(100b)의 막 두께도 얇아지는 경향이 있다. 이와 같은 경우, 퇴적막의 개질 처리를, 배치 처리를 실시할 때마다 매회 행하도록 하지 않고, 배치 처리를 복수회 실시하고 나서 행하도록 하여도 된다. 이때, 배치 처리를 복수회 실시함으로써 형성되는 퇴적막(100b)의 막 두께가 비교적 얇은 경우에는, 도 4, 도 11, 도 12에 도시하는 바와 같이, 보트 언로드 전이나 후 중 어느 한쪽만에서 퇴적막의 개질 처리를 행하는 처리 플로우를 선택하도록 하여도 된다. 또한, 배치 처리를 복수회 실시함으로써 형성되는 퇴적막(100b)의 막 두께가 비교적 두꺼운 경우에는, 도 13, 도 14에 도시하는 바와 같이, 보트 언로드 전과 후의 양쪽에서 퇴적막의 개질 처리를 행하는 처리 플로우를 선택하도록 하여도 된다.
또한, 웨이퍼(200) 상에 비교적 두꺼운 막 두께의 SiO막을 형성하는 배치 처리를 행하는 경우, 처리실(201) 내에 형성되는 퇴적막(100b)의 막 두께도 두꺼워지는 경향이 있다. 이와 같은 경우, 퇴적막의 개질 처리를, 배치 처리를 행할 때에 매회 행하도록 하여도 된다. 이때, 배치 처리를 1회 실시함으로써 형성되는 퇴적막(100b)의 막 두께가 비교적 두꺼운 경우에는, 도 13, 도 14에 도시하는 바와 같이, 보트 언로드 전과 후의 양쪽에서 퇴적막의 개질 처리를 행하는 처리 플로우를 선택하도록 하여도 된다.
이와 같이, 퇴적막의 개질 처리를 행하는 타이밍은, 배치 처리의 내용에 따라서 적절히 조정하는 것이 가능하다. 또한, 도 4, 도 11, 도 12, 도 13, 도 14에 도시하는 처리 플로우는, 배치 처리의 내용에 따라서 적절히 선택하는 것이 가능하다. 상술한 퇴적막의 개질 처리를 행하는 타이밍 예나, 도 4, 도 11, 도 12, 도 13, 도 14에 도시하는 처리 플로우는, 적절히 자유롭게 조합하여 이용할 수 있다. 즉, 각 처리 플로우에 대응하는 복수의 프로세스 레시피를, 전기 통신 회선이나 그 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체[외부 기억 장치(123)]를 통하여 기판 처리 장치에 미리 인스톨해 두고[기억 장치(121c) 내에 미리 저장해 두고], 배치 처리의 내용, 예를 들면, 배치 처리 1회당 처리실(201) 내에 형성되는 퇴적막(100b)의 막 두께나 막질 등에 따라서, 적정한 프로세스 레시피를 적절히 선택하도록[CPU(121a)가 적절히 읽어내도록] 구성하여도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 플라즈마원이나 버퍼실(237)을 갖는 기판 처리 장치를 이용하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시 형태에 한정되지 않는다. 즉, 도 10에 예시하는 바와 같이, 플라즈마원이나 버퍼실을 설치하지 않아도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 기판 처리 장치의 구조를 단순화시켜, 제조 코스트를 저감할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, O2 가스와 H2 가스를 동일한 노즐로부터 처리실(201) 내에 공급하도록 하고 있었지만, 도 10에 도시하는 바와 같이, HCDS 가스와 H2 가스를 동일한 노즐로부터 처리실(201) 내에 공급하도록 하여도 된다. 이 경우, 제3 가스 공급관(232c)의 선단부를, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에 접속하면 된다.
또한 예를 들면, 상술한 실시 형태에서는, 스텝 1에서 실리콘 함유층을 형성할 때에, 원료 가스로서, 클로로실란계 원료 가스를 이용하는 예에 대하여 설명하였지만, 클로로실란계 원료 가스 대신에, 클로로기 이외의 할로겐계의 리간드를 갖는 실란계 원료 가스를 이용하여도 된다. 예를 들면, 클로로실란계 원료 가스 대신에, 플루오로실란계 원료 가스를 이용하여도 된다. 여기서, 플루오로실란계 원료 가스란, 기체 상태의 플루오로실란계 원료, 예를 들면, 상온 상압 하에서 액체 상태인 플루오로실란계 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 플루오로실란계 원료 등의 것이다. 또한, 플루오로실란계 원료란, 할로겐기로서의 플루오로기를 갖는 실란계 원료로서, 적어도 실리콘(Si) 및 불소(F)를 포함하는 원료이다. 즉, 여기서 말하는 플루오로실란계 원료는, 할로겐화물의 일종이라고도 말할 수 있다. 플루오로실란계 원료 가스로서는, 예를 들면, 테트라플루오로실란 즉 실리콘테트라플루오라이드(SiF4) 가스나, 헥사플루오로디실란(Si2F6) 가스 등의 불화 실리콘 가스를 이용할 수 있다. 이 경우, 실리콘 함유층을 형성할 때에, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 플루오로실란계 원료 가스를 공급하게 된다. 이에 의해 형성되는 실리콘 함유층은, 불화 실리콘 가스의 흡착층을 포함하는 경우나, Si층을 포함하는 경우나, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 실리콘 산화막 형성 공정과 퇴적막의 개질 공정에서, 동일한 종류의 산소 함유 가스(O2 가스)를 이용하는 예에 대하여 설명하였지만, 상술한 산소 함유 가스이면, 다른 종류의 가스를 이용하여도 된다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 실리콘 산화막 형성 공정과 퇴적막의 개질 공정에서, 동일한 종류의 수소 함유 가스(H2 가스)를 이용하는 예에 대하여 설명하였지만, 상술한 수소 함유 가스이면, 다른 종류의 가스를 이용하여도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 실리콘 산화막 형성 공정에 있어서의 스텝 3에 있어서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 처리실(201) 내에 O2 가스와 H2 가스를 공급하여, 실리콘 함유층을 실리콘 산화층으로 변화시키는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 즉, 실리콘 산화막 형성 공정에 있어서의 스텝 3에 있어서, H2 가스를 공급하지 않고, O2 가스나 O3 가스나 H2O 가스 등의 산소 함유 가스를 단독으로 공급하도록 하여도 된다. 또한, 이들 산소 함유 가스를 플라즈마로 활성화하여 공급하도록 하여도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 처리실(201) 내에, HCDS 가스와, O2 가스 및 H2 가스를 교대로 공급하고, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 산화막을 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 즉, 처리실(201) 내에, HCDS 가스와, O2 가스나 O3 가스나 H2O 가스 등의 산소 함유 가스를 동시에 공급하고, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 산화막을 형성하도록 하여도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 박막으로서, 반도체 원소인 실리콘을 포함하는 실리콘계 박막을 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 경우에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은, 박막으로서, 예를 들면 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등의 금속 원소를 포함하는 금속계 박막을 형성하는 경우에도, 적절히 적용할 수 있다.
예를 들면, Ti를 포함하는 금속계 박막으로서 티타늄 산화막(TiO막)을 형성하는 경우는, 원료 가스로서, 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 등의 Ti 및 클로로기를 포함하는 가스나, 티타늄테트라플루오라이드(TiF4) 등의 Ti 및 플루오로기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예를 들면, Zr을 포함하는 금속계 박막으로서 지르코늄 산화막(ZrO막)을 형성하는 경우는, 원료 가스로서, 지르코늄테트라클로라이드(ZrCl4) 등의 Zr 및 클로로기를 포함하는 가스나, 지르코늄테트라플루오라이드(ZrF4) 등의 Zr 및 플루오로기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예를 들면, Hf를 포함하는 금속계 박막으로서 하프늄 산화막(HfO막)을 형성하는 경우는, 원료 가스로서, 하프늄테트라클로라이드(HfCl4) 등의 Hf 및 클로로기를 포함하는 가스나, 하프늄테트라플루오라이드(HfF4) 등의 Hf 및 플루오로기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예를 들면, Ta를 포함하는 금속계 박막으로서 탄탈 산화막(TaO막)을 형성하는 경우는, 원료 가스로서, 탄탈펜타클로라이드(TaCl5) 등의 Ta 및 클로로기를 포함하는 가스나, 탄탈펜타플루오라이드(TaF5) 등의 Ta 및 플루오로기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예를 들면, Al을 포함하는 금속계 박막으로서 알루미늄 산화막(AlO막)을 형성하는 경우는, 원료 가스로서, 알루미늄트리클로라이드(AlCl3) 등의 Al 및 클로로기를 포함하는 가스나, 알루미늄트리플루오라이드(AlF3) 등의 Al 및 플루오로기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예를 들면, Mo를 포함하는 금속계 박막으로서 몰리브덴 산화막(MoO막)을 형성하는 경우는, 원료 가스로서, 몰리브덴펜타클로라이드(MoCl5) 등의 Mo 및 클로로기를 포함하는 가스나, 몰리브덴펜타플루오라이드(MoF5) 등의 Mo 및 플루오로기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 실리콘계 박막뿐만 아니라, 금속계 박막의 성막에도 적용할 수 있고, 이 경우라도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다. 즉, 본 발명은, 반도체 원소나 금속 원소 등의 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 경우에 적절히 적용할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 배치식의 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식의 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 경우에도, 적절히 적용할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 핫월(hot-wall)형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 콜드월(cold wall)형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 경우에도, 적절히 적용할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시 형태나 각 변형예나 각 응용예 등은, 적절히 조합하여 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은, 예를 들면, 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피를 변경함으로써도 실현할 수 있다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우는, 본 발명에 따른 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 해당 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 통하여 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또한, 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하여, 그 프로세스 레시피 자체를 본 발명에 따른 프로세스 레시피로 변경하거나 하는 것도 가능하다.
<실시예>
우선, 비교예로서, 상술한 실시 형태에 있어서의 기판 처리 장치를 이용하여, 상술한 실시 형태의 성막 시퀀스에 의해, 복수매의 웨이퍼 상에 SiO막을 형성하는 처리(배치 처리)를 복수회 반복하였다. 비교예에서는, 처리실 내의 퇴적막의 개질 처리는, 실시하는 일 없이 생략하였다. 원료 가스로서는 HCDS 가스를, 산소 함유 가스로서는 O2 가스를, 수소 함유 가스로서는 H2 가스를 이용하였다. 성막 처리의 처리 조건(각 스텝에서의 처리 조건)은, 상술한 실시 형태에 기재된 처리 조건 범위 내의 조건으로 하였다. 그리고, 배치 처리를 완료할 때마다, 웨이퍼 상에 부착된 이물의 수를 측정하였다.
다음에, 실시예로서, 상술한 실시 형태의 성막 시퀀스 및 퇴적막 개질 시퀀스에 의해, 복수매의 웨이퍼 상에 SiO막을 형성한 후, 처리실 내에 형성된 퇴적막의 개질 처리를 행하는 처리(배치 처리)를 복수회 반복하였다. 또한, 본 실시예에서의 배치 처리는, 비교예에 있어서의 배치 처리를 복수회 반복한 후에, 동일한 기판 처리 장치를 이용하여, 동일한 처리실 내에서 복수회 반복하였다. 또한, 비교예의 배치 처리로부터 본 실시예의 배치 처리로 처리의 내용을 절환할 때에는, 처리실 내의 클리닝은 실시하지 않았다. 성막 처리에서는, 원료 가스로서는 HCDS 가스를, 산소 함유 가스로서는 O2 가스를, 수소 함유 가스로서는 H2 가스를 이용하였다. 퇴적막의 개질 처리에서는, 산소 함유 가스로서는 O2 가스를, 수소 함유 가스로서는 H2 가스를 이용하였다. 단, 성막 처리의 처리 조건(각 스텝에서의 처리 조건) 및 퇴적막의 개질 처리의 처리 조건은, 상술한 실시 형태에 기재된 처리 조건 범위 내의 조건으로 하였다. 그리고, 성막 처리를 완료할 때마다, 웨이퍼 상에 부착된 이물의 수를 측정하였다.
도 9는, 본 실시예 및 비교예에 있어서의 평가 결과를 설명하는 도면이다. 도 9의 횡축은 배치 처리의 실시 횟수를 나타내고, 도 9의 좌측의 종축은 웨이퍼 상에서 검출된 이물의 개수를, 도 9의 우측의 종축은 처리실 내에 형성된 SiO막의 누적 막 두께(㎛)를 나타낸다. 도 9에 따르면, 퇴적막의 개질 처리를 생략한 비교예에서는, 웨이퍼 상에 대량의 이물이 부착되어 있는 것에 반해, 퇴적막의 개질 처리를 실시한 본 실시예에서는, 처리실 내의 누적 막 두께가 증가되어 있음에도 불구하고, 웨이퍼 상에의 이물의 부착을 대폭 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 누적 막 두께가 5㎛에 도달해도 이물의 발생을 억제할 수 있어, 처리실 내에 형성되어 있던 퇴적막이, 박리되기 어려운 강고한 막으로 개질되어 있는 것을 알 수 있다.
<본 발명의 바람직한 양태>
이하, 본 발명의 바람직한 양태에 대하여 부기한다.
(부기 1)
본 발명의 일 양태에 따르면, 기판을 처리 용기 내로 반송하는 공정과, 상기 기판을 수용한 상기 처리 용기 내로 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정과, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 내에 수용한 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대하여 제1 개질 처리를 행하는 공정과, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 외로 반송하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착되어 상기 제1 개질 처리가 이루어진 상기 부생성물에 대하여 제2 개질 처리를 행하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 2)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 조건과 상기 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 조건을 서로 다르게 한다.
(부기 3)
부기 1 또는 2의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 시간을 상기 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 시간보다도 길게 한다.
(부기 4)
부기 1 내지 3 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를 상기 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도보다도 높게 한다.
(부기 5)
부기 1 내지 4 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를 상기 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도보다도 높게 하고, 상기 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정에 있어서의 처리 온도와 동등한 온도로 한다.
(부기 6)
부기 1 내지 4 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를 상기 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도보다도 높게 하고, 상기 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정에 있어서의 처리 온도보다도 높게 한다.
(부기 7)
부기 1 내지 6 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 처리 용기 내로 상기 원료 가스를 공급하여, 소정 원소 함유층을 형성하는 공정과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소 함유층을 산화층으로 변화시키는 공정을 교대로 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 산화막을 형성한다.
(부기 8)
부기 1 내지 7 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 제1 개질 처리를 행하는 공정 및 상기 제2 개질 처리를 행하는 공정에서는, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내에서 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 반응시켜 산화종을 생성하고, 이 산화종을 이용하여 상기 부생성물에 대하여 상기 각 개질 처리를 행한다.
(부기 9)
부기 7 또는 8의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 소정 원소 함유층을 산화층으로 변화시키는 공정에서는, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내에서 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 반응시켜 산화종을 생성하고, 이 산화종을 이용하여 상기 소정 원소 함유층을 상기 산화층으로 변화시킨다.
(부기 10)
부기 8 또는 9의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 산화종은 H2O 비함유의 산소를 포함한다.
(부기 11)
부기 8 또는 9의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 산화종은 원자 형상 산소(Atomic Oxygen)이다.
(부기 12)
부기 1 내지 11 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 소정 원소는 실리콘 원소 또는 금속 원소를 포함하고, 상기 할로겐 원소는 염소 원소 또는 불소 원소를 포함한다.
(부기 13)
본 발명의 다른 양태에 따르면, 기판을 처리 용기 내로 반송하는 공정과, 상기 기판을 수용한 상기 처리 용기 내로 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여, 소정 원소 함유층을 형성하는 공정과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소 함유층을 산화층으로 변화시키는 공정을 교대로 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 산화막을 형성하는 공정과, 상기 산화막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 외로 반송하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대하여 개질 처리를 행하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 14)
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기판을 지지한 지지구를 처리 용기 내로 반송하는 공정과, 상기 기판을 지지한 상기 지지구를 수용한 상기 처리 용기 내로 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여, 소정 원소 함유층을 형성하는 공정과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소 함유층을 산화층으로 변화시키는 공정을 교대로 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 산화막을 형성하는 공정과, 상기 산화막 형성 후의 상기 기판을 지지한 상기 지지구를 상기 처리 용기 외로 반송하는 공정과, 상기 지지구를 상기 처리 용기 내로 반송하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 없는 상태에서, 또한, 상기 지지구를 상기 처리 용기 내에 수용한 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대하여 개질 처리를 행하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 15)
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기판을 처리 용기 내로 반송하는 공정과,
상기 기판을 수용한 상기 처리 용기 내로 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정과, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 내에 수용한 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대하여 제1 개질 처리를 행하는 공정과, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 외로 반송하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착되어 상기 제1 개질 처리가 이루어진 상기 부생성물에 대하여 제2 개질 처리를 행하는 공정을 갖는 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기 16)
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기판을 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내외로 기판을 반송하는 반송 기구와, 상기 처리 용기 내로 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계와, 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급계와, 상기 처리 용기 내로 수소 함유 가스를 공급하는 수소 함유 가스 공급계와, 상기 처리 용기 내를 가열하는 히터와, 상기 처리 용기 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와, 기판을 상기 처리 용기 내로 반송하는 처리와, 상기 기판을 수용한 상기 처리 용기 내로 상기 원료 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 처리와, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 내에 수용한 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대하여 제1 개질 처리를 행하는 처리와, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 외로 반송하는 처리와, 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착되어 상기 제1 개질 처리가 이루어진 상기 부생성물에 대하여 제2 개질 처리를 행하는 처리를 행하도록, 상기 반송 기구, 상기 원료 가스 공급계, 상기 산소 함유 가스 공급계, 상기 수소 함유 가스 공급계, 상기 히터 및 상기 압력 조정부를 제어하는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 17)
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기판 처리 장치의 처리 용기 내로 기판을 반송하는 수순과, 상기 기판을 수용한 상기 처리 용기 내로 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 수순과, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 내에 수용한 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대하여 제1 개질 처리를 행하는 수순과, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 외로 반송하는 수순과, 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착되어 상기 제1 개질 처리가 이루어진 상기 부생성물에 대하여 제2 개질 처리를 행하는 수순을 컴퓨터에서 실행시키는 프로그램이 제공된다.
(부기 18)
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기판 처리 장치의 처리 용기 내로 기판을 반송하는 수순과, 상기 기판을 수용한 상기 처리 용기 내로 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 수순과, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 내에 수용한 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대하여 제1 개질 처리를 행하는 수순과, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 외로 반송하는 수순과, 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착되어 상기 제1 개질 처리가 이루어진 상기 부생성물에 대하여 제2 개질 처리를 행하는 수순을 컴퓨터에서 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
115 : 보트 엘리베이터(반송 기구)
121 : 컨트롤러(제어부)
200 : 웨이퍼(기판)
201 : 처리실
202 : 처리로
203 : 반응관
209 : 매니홀드
207 : 히터
231 : 배기관
232a : 제1 가스 공급관
232b : 제2 가스 공급관
232c : 제3 가스 공급관
232d : 제1 불활성 가스 공급관
232e : 제2 불활성 가스 공급관
232f : 제3 불활성 가스 공급관
241a : 매스 플로우 컨트롤러
241b : 매스 플로우 컨트롤러
241c : 매스 플로우 컨트롤러
241d : 매스 플로우 컨트롤러
241e : 매스 플로우 컨트롤러
241f : 매스 플로우 컨트롤러
244 : APC 밸브(압력 조정부)

Claims (15)

  1. 기판을 처리 용기 내로 반송하는 공정과,
    상기 기판을 수용한 상기 처리 용기 내로 미리 정해진 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정과,
    상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 내에 수용한 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대하여 제1 개질 처리를 행하는 공정과,
    상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 외로 반송하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 상기 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착되어 상기 제1 개질 처리가 이루어진 상기 부생성물에 대하여 제2 개질 처리를 행하는 공정
    을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 조건과 상기 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 조건을 서로 다르게 하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 시간을 상기 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 시간보다도 길게 하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를 상기 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도보다도 높게 하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를 상기 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도보다도 높게 하고, 상기 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정에 있어서의 처리 온도와 동등한 온도로 하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를 상기 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도보다도 높게 하고, 상기 제1 개질 처리를 행하는 공정에 있어서의 처리 온도를 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정에 있어서의 처리 온도보다도 높게 하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정에서는,
    상기 처리 용기 내로 상기 원료 가스를 공급하여, 미리 정해진 원소 함유층을 형성하는 공정과,
    대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 미리 정해진 원소 함유층을 산화층으로 변화시키는 공정
    을 교대로 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 산화막을 형성하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 개질 처리를 행하는 공정 및 상기 제2 개질 처리를 행하는 공정에서는, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내에서 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 반응시켜 산화종을 생성하고, 이 산화종을 이용하여 상기 부생성물에 대하여 상기 각 개질 처리를 행하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 미리 정해진 원소 함유층을 산화층으로 변화시키는 공정에서는, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내에서 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 반응시켜 산화종을 생성하고, 이 산화종을 이용하여 상기 미리 정해진 원소 함유층을 상기 산화층으로 변화시키는
    반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 산화종은 H2O 비함유의 산소를 포함하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 산화종은 원자 형상 산소(Atomic Oxygen)인
    반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 미리 정해진 원소는 실리콘 원소 또는 금속 원소를 포함하고, 상기 할로겐 원소는 염소 원소 또는 불소 원소를 포함하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  13. 기판을 처리 용기 내로 반송하는 공정과,
    상기 기판을 수용한 상기 처리 용기 내로 미리 정해진 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정과,
    상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 내에 수용한 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대하여 제1 개질 처리를 행하는 공정과,
    상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 외로 반송하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 상기 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착되어 상기 제1 개질 처리가 이루어진 상기 부생성물에 대하여 제2 개질 처리를 행하는 공정
    을 갖는 기판 처리 방법.
  14. 기판을 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내외로 기판을 반송하는 반송 기구와,
    상기 처리 용기 내로 미리 정해진 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계와,
    상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급계와,
    상기 처리 용기 내로 수소 함유 가스를 공급하는 수소 함유 가스 공급계와,
    상기 처리 용기 내를 가열하는 히터와,
    상기 처리 용기 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와,
    기판을 상기 처리 용기 내로 반송하는 처리와, 상기 기판을 수용한 상기 처리 용기 내로 상기 원료 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 처리와, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 내에 수용한 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대하여 제1 개질 처리를 행하는 처리와, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 외로 반송하는 처리와, 상기 처리 용기 내에 상기 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착되어 상기 제1 개질 처리가 이루어진 상기 부생성물에 대하여 제2 개질 처리를 행하는 처리를 행하도록, 상기 반송 기구, 상기 원료 가스 공급계, 상기 산소 함유 가스 공급계, 상기 수소 함유 가스 공급계, 상기 히터 및 상기 압력 조정부를 제어하는 제어부
    를 갖는 기판 처리 장치.
  15. 기판 처리 장치의 처리 용기 내로 기판을 반송하는 수순과,
    상기 기판을 수용한 상기 처리 용기 내로 미리 정해진 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 박막을 형성하는 수순과,
    상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 내에 수용한 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착된 부생성물에 대하여 제1 개질 처리를 행하는 수순과,
    상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리 용기 외로 반송하는 수순과,
    상기 처리 용기 내에 상기 기판이 없는 상태에서, 대기압 미만의 압력 하에 있는 가열된 상기 처리 용기 내로 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내에 부착되어 상기 제1 개질 처리가 이루어진 상기 부생성물에 대하여 제2 개질 처리를 행하는 수순
    을 컴퓨터에서 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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