KR101398334B1 - 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

본 발명은 실리콘막과 같은 소정 원소를 포함하는 박막을 저온 영역에 있어서 형성하기 위한 것으로, 기판에 대하여 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 기판 상에 소정 원소를 포함하는 박막을 형성한다.

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, 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 하나의 공정으로서, 소정 원소, 예를 들면 실리콘(Si)을 포함하는 실리콘 산화막(SiO막)이나 실리콘 질화막(SiN막) 등의 박막을 기판 상에 형성하는 공정이 행해지는 경우가 있다. SiO막은, 절연성, 저유전성 등이 우수하여, 절연막이나 층간막으로서 널리 이용되고 있다. 또한，SiN막은, 절연성, 내식성, 유전성, 막 스트레스 제어성 등이 우수하여, 절연막이나 마스크막, 전하 축적막, 스트레스 제어막으로서 널리 이용되고 있다. 또한, 이들 박막에 탄소(C)를 첨가하여, 실리콘 탄질화막(SiCN막), 실리콘 산탄질화막(SiOCN막), 실리콘 산탄화막(SiOC막) 등의 박막을 형성하는 기술도 알려져 있다. 박막 안에 탄소를 첨가함으로써, 불화수소(HF)에 대한 박막의 에칭 내성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 박막 안에 탄소를 첨가함으로써, 박막의 유전율이나 굴절률을 변화시킬 수 있어, 탄소를 첨가한 박막을, 인접하는 막과는 굴절률이 상이한 광학적 기능막 등으로서 이용하는 것도 가능하게 된다.
최근, 반도체 장치의 미세화나 다양화에 수반하여, 박막을 형성할 때의 성막 온도의 저온화에 대한 요구가 높아지고 있다. 성막 온도의 저온화에 관한 연구는 활발히 행해지고 있지만, 현시점에서는 그 목적은 충분히는 달성되어 있지 않다. 예를 들면, 모노실란(SiH4) 가스나 디실란(Si2H6) 가스를 이용한 실리콘막(Si막)의 성막 처리는, 종래, 500℃ 미만의 저온 영역에서 행하는 것은 곤란하였다.
또한，HF에 대한 웨트 에칭 내성에 관하여는, SiN막이나 SiCN막은 SiO막보다도 높은 내성을 갖고 있고, Si막은 SiN막이나 SiCN막보다도 더욱 높은 내성을 갖고 있다. 즉, Si막은, SiO막 등과 비교하여 가공 특성(예를 들면 웨트 에칭 내성 등)이 크게 상이한 막이며, SiO막 등을 가공 할 때의 가공용의 막(예를 들면 HF를 이용하여 기초막으로 되는 SiO막 등을 에칭할 때의 에칭 마스크용의 막 등)으로서 적절히 이용할 수 있다. 현시점에서는, SiO막 등과 비교하여 가공 특성이 크게 상이한 막을 저온 영역에서 형성하는 것은 곤란하고, 그 종류는 한정되어 있다. 따라서, 소정 원소, 예를 들면 Si를 포함하는 박막을 저온 영역에서 형성할 수 있으면, 가공용의 막의 선택지를 늘리는 것이 가능해져, 가공 방법의 선택지를 늘리는 것이 가능하게 된다.
따라서 본 발명의 목적은, 실리콘과 같은 소정 원소를 포함하는 박막을 저온 영역에 있어서 형성할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 기판에 대하여 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 기판에 대하여 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 공정을 갖는 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실 내의 기판에 대하여, 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 제1 원료 공급계와, 상기 처리실 내의 기판에 대하여, 상기 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 제2 원료 공급계와, 상기 처리실 내의 기판에 대하여, 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 환원제 공급계와, 상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 제1 원료를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 제2 원료를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 환원제를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하도록, 상기 제1 원료 공급계, 상기 제2 원료 공급계 및 상기 환원제 공급계를 제어하는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 수순을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 수순을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 따르면, 실리콘과 같은 소정 원소를 포함하는 박막을 저온 영역에 있어서 형성하는 것이 가능한 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에서 적절히 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략적인 구성도로서, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 2는 본 실시 형태에서 적절히 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략적인 구성도로서, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면.
도 3은 본 실시 형태에서 적절히 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략적인 구성도.
도 4는 본 실시 형태의 제1 시퀀스에 있어서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 5는 본 실시 형태의 제2 시퀀스에 있어서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 6은 본 실시 형태의 제1 시퀀스에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 7은 본 실시 형태의 제2 시퀀스에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하에 본 발명의 일 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1은, 본 실시 형태에서 적절히 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략적인 구성도로서, 처리로(202) 부분을 종단면도로 도시하고 있다. 도 2는, 본 실시 형태에서 적절히 이용되는 종형 처리로의 개략적인 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(도시 생략)에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 또한, 히터(207)는, 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화시키는 활성화 기구로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원 형상으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 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 통 중공부에는 처리실(201)이 형성되어 있고, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세에서 수직 방향으로 다단으로 정렬한 상태에서 수용 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c)이 반응관(203)의 하부를 관통하도록 설치되어 있다. 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c)에는, 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c)이, 각각 접속되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)에는, 제4 가스 공급관(232d)이 접속되어 있다. 이와 같이, 반응관(203)에는 3개의 노즐(249a, 249b, 249c)과, 4개의 가스 공급관(232a, 232b, 232c, 232d)이 설치되어 있어, 처리실(201) 내에 복수 종류, 여기서는 4종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 반응관(203)의 하부에 배기관(231)이 설치되어 있다. 또한, 반응관(203)의 하방에, 반응관(203)을 지지하는 금속제의 매니홀드(도시하지 않음)를 설치하고, 각 노즐을, 이 금속제의 매니홀드의 측벽을 관통하도록 설치하도록 하여도 된다. 이 경우, 배기관(231)을 반응관(203)의 하부가 아니라, 이 금속제의 매니홀드에 설치하도록 하여도 된다.
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(232e)이 접속되어 있다. 이 제1 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, 제1 가스 공급관(232a)의 선단부에는, 상술한 제1 노즐(249a)이 접속되어 있다. 제1 노즐(249a)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(249a)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제1 노즐(249a)은 L자형의 긴 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제1 노즐(249a)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250a)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250a)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있고, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250a)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다. 주로, 제1 가스 공급관(232a), 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a), 제1 노즐(249a)에 의해 제1 가스 공급계가 구성된다. 또한, 주로, 제1 불활성 가스 공급관(232e), 매스 플로우 컨트롤러(241e), 밸브(243e)에 의해 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다.
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(232f)이 접속되어 있다. 이 제2 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, 제2 가스 공급관(232b)의 선단부에는, 상술한 제2 노즐(249b)이 접속되어 있다. 제2 노즐(249b)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, 제2 노즐(249b)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제2 노즐(249b)은 L자형의 긴 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제2 노즐(249b)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250b)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250b)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있고, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250b)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다. 주로, 제2 가스 공급관(232b), 매스 플로우 컨트롤러(241b), 밸브(243b), 제2 노즐(249b)에 의해 제2 가스 공급계가 구성된다. 또한, 주로, 제2 불활성 가스 공급관(232f), 매스 플로우 컨트롤러(241f), 밸브(243f)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다.
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, 제4 가스 공급관(232d)이 접속되어 있다. 이 제4 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, 제3 가스 공급관(232c)에 있어서의 제4 가스 공급관(232d)과의 접속 개소보다도 하류측에는, 제3 불활성 가스 공급관(232g)이 접속되어 있다. 이 제3 불활성 가스 공급관(232g)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241g), 및 개폐 밸브인 밸브(243g)가 설치되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 선단부에는, 상술한 제3 노즐(249c)이 접속되어 있다. 제3 노즐(249c)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, 제3 노즐(249c)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제3 노즐(249c)은 L자형의 긴 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제3 노즐(249c)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250c)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250c)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있고, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250c)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다. 주로, 제3 가스 공급관(232c), 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c), 제3 노즐(249c)에 의해 제3 가스 공급계가 구성된다. 또한, 주로, 제4 가스 공급관(232d), 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d), 제3 노즐(249c)에 의해, 제4 가스 공급계가 구성된다. 또한, 주로, 제3 불활성 가스 공급관(232g), 매스 플로우 컨트롤러(241g), 밸브(243g)에 의해, 제3 불활성 가스 공급계가 구성된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 가스 공급의 방법은, 반응관(203)의 내벽과, 적재된 복수매의 웨이퍼(200)의 단부에 의해 정의되는 원호 형상의 세로로 긴 공간 내에 배치한 노즐(249a, 249b, 249c)을 경유하여 가스를 반송하고, 노즐(249a, 249b, 249c)에 각각 개구된 가스 공급 구멍(250a, 250b, 250c)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 균일하게 가스를 공급할 수 있어, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 박막의 막 두께를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 반응 후의 잔류 가스는, 배기구, 즉, 후술하는 배기관(231)의 방향을 향하여 흐르지만, 이 잔류 가스의 흐름의 방향은, 배기구의 위치에 따라 적절히 특정되고, 수직 방향에 한정된 것은 아니다.
제1 가스 공급관(232a)으로부터는, 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료로서, 예를 들면, 적어도 실리콘(Si) 원소와 클로로기를 포함하는 제1 원료 가스인 클로로실란계 원료 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a), 제1 노즐(249a)을 거쳐서 처리실(201) 내에 공급된다. 여기서, 클로로실란계 원료란, 클로로기를 갖는 실란계 원료이며, 적어도 실리콘(Si) 및 염소(Cl)를 포함하는 원료를 말한다. 클로로실란계 원료 가스로서는, 예를 들면 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭:HCDS) 가스를 이용할 수 있다. 또한，HCDS와 같이 상온 상압하에서 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, 소정 원소 및 아미노기(아민기)를 포함하는 제2 원료로서, 예를 들면, 적어도 실리콘(Si) 원소와 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스인 아미노실란계 원료 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241b), 밸브(243b), 제2 노즐(249b)을 거쳐서 처리실(201) 내에 공급된다. 여기서, 아미노실란계 원료란, 아미노기를 갖는 실란계 원료(메틸기나 에틸기도 함유하는 실란계 원료이기도 함)이며, 적어도 실리콘(Si), 질소(N) 및 탄소(C)를 포함하는 원료를 말한다. 아미노실란계 원료로서는, 예를 들면, 조성식 중에 (1분자 중에) 1개의 아미노기를 포함하는 원료인 모노 아미노실란(SiH3R)을 이용할 수 있다. 여기서, R은 리건드(배위자)를 나타내고 있고, 여기서는, 1개의 질소원자(N)에, 1개 이상의 탄소원자(C)를 포함하는 탄화수소기가 1개 또는 2개 배위한 아미노기(NH2로 나타내는 아미노기의 H의 한쪽 또는 양방을 1개 이상의 탄소원자(C)를 포함하는 탄화수소기로 치환한 것)를 나타내고 있다. 아미노기의 일부를 구성하는 탄화수소기가 1개의 N에 2개 배위하고 있는 경우에는, 그 2개가 동일한 탄화수소기이어도 되고, 서로 다른 탄화수소기이어도 된다. 또한, 탄화수소기는, 이중 결합이나 삼중 결합 등의 불포화 결합을 포함하고 있어도 된다. 또한, 아미노기는 고리 형상 구조를 갖고 있어도 된다. 예를 들면, SiH3R로서는,(에틸메틸아미노) 실란(SiH3[N(CH3)(C2H5)]), (디메틸 아미노) 실란(SiH3[N(CH3)2]), 디에틸피페리디노 실란(SiH3[NC5H8(C2H5)2]) 등을 이용할 수 있다. 또한，SiH3R과 같이 상온 상압하에서 액체 상태인 액체 원료를 이용하는 경우에는, 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, 원료 가스(SiH3R 가스)로서 공급하게 된다.
제3 가스 공급관(232c)으로부터는, 수소(H)를 포함하는 가스(수소 함유 가스)로서, 할로겐, 질소(N) 및 탄소(C) 비함유의 환원제가, 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c), 제3 노즐(249c)을 거쳐서 처리실(201) 내에 공급된다. 수소 함유 가스로서는, 예를 들면, Cl, N 및 C 비함유의 환원제인 수소(H2) 가스를 이용할 수 있다.
제4 가스 공급관(232d)으로부터는, 수소(H)를 포함하는 가스(수소 함유 가스)로서, 할로겐, 질소(N) 및 탄소(C) 비함유의 환원제가, 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d), 제3 가스 공급관(232c), 제3 노즐(249c)을 거쳐서 처리실(201) 내에 공급된다. 수소 함유 가스로서는, 예를 들면, Cl, N 및 C 비함유의 환원제인 모노실란(SiH4) 가스, 디실란(Si2H4) 가스, 트리 실란(Si3H8) 가스를 이용할 수 있다.
불활성 가스 공급관(232e, 232f, 232g)으로부터는, 예를 들면 질소(N2) 가스가, 각각 매스 플로우 컨트롤러(241e, 241f, 241g), 밸브(243e, 243f, 243g), 가스 공급관(232a, 232b, 232c), 가스 노즐(249a, 249b, 249c)을 거쳐서 처리실(201) 내에 공급된다.
또한, 예를 들면 각 가스 공급관으로부터 상술한 바와 같은 가스를 각각 흘리는 경우, 제1 가스 공급계에 의해, 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 제1 원료 공급계, 즉 제1 원료 가스 공급계로서의 클로로실란계 원료 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제2 가스 공급계에 의해, 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 제2 원료 공급계, 즉 제2 원료 가스 공급계로서의 아미노실란계 원료 가스 공급계가 구성된다. 또한, 클로로실란계 원료 가스 공급계, 아미노실란계 원료 가스 공급계를, 각각, 간단히, 클로로실란계 원료 공급계, 아미노실란계 원료 공급계라고도 칭한다. 또한, 제3 가스 공급계에 의해 수소 함유 가스 공급계, 즉 환원제 공급계가 구성된다. 또한, 제4 가스 공급계에 의해 수소 함유 가스 공급계, 즉 환원제 공급계가 구성된다. 또한, 수소 함유 가스를 반응 가스라고 칭하는 경우, 수소 함유 가스 공급계에 의해 반응 가스 공급계가 구성된다.
반응관(203)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치되어 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 횡단면에서 볼 때, 배기관(231)은, 반응관(203)의 제1 노즐(249a)의 가스 공급 구멍(250a), 제2 노즐(249b)의 가스 공급 구멍(250b), 및, 제3 노즐(249c)의 가스 공급 구멍(250c)이 형성되는 측과 대향하는 측, 즉 웨이퍼(200)를 사이에 두고 가스 공급 구멍(250a, 250b, 250c)과는 반대측에 설치되어 있다. 또한, 도 1에 도시하는 바와 같이 종단면에서 볼 때, 배기관(231)은, 가스 공급 구멍(250a, 250b, 250c)이 형성되는 개소보다도 아래쪽에 설치되어 있다. 이 구성에 의해, 가스 공급 구멍(250a, 250b, 250c)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 근방에 공급된 가스는, 수평 방향, 즉 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향을 향하여 흐른 후, 하방을 향하여 흘러, 배기관(231)으로부터 배기되게 된다. 처리실(201) 내에 있어서의 가스의 주된 흐름이 수평 방향을 향하는 흐름으로 되는 것은 상술한 바와 같다.
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 거쳐서, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 또한, 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜서 생각하여도 된다. 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. 배기계는, 진공 펌프(246)를 작동시키면서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)의 밸브의 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)으로 되도록 진공 배기할 수 있게 구성되어 있다.
반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개체로서의 시일 캡(219)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)은 반응관(203)의 하단에 수직 방향 하측부터 맞닿게 되어 있다. 시일 캡(219)은 예를 들면 스테인레스 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는 반응관(203)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는, 보트를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 시일 캡(219)을 관통하여, 후술하는 보트(217)에 접속되어 있고, 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 있고, 이에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내외에 대하여 반입 및 반출하는 것이 가능하게 되어 있다. 즉, 보트 엘리베이터(115)는, 보트(217) 즉 웨이퍼(200)를, 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다.
기판 지지 구로서의 보트(217)는, 예를 들면 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지고, 복수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세이고 또한 서로 중심을 일치시킨 상태에서 정렬시켜서 다단으로 지지하도록 구성되어 있다. 또한 보트(217)의 하부에는, 예를 들면 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열 부재(218)가 설치되어 있고, 히터(207)로부터의 열이 시일 캡(219) 측에 전해지기 어렵게 되도록 구성되어 있다. 또한, 단열 부재(218)는, 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 복수매의 단열판과, 이들을 수평 자세로 다단으로 지지하는 단열판 홀더에 의해 구성하여도 된다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는, 노즐(249a, 249b, 249c)과 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치되어 있다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는, CPU(Centra1 Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 거쳐서, 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 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 또한, 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리 공정에 있어서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시키고, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것으로, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 프로그램이라고 하는 용어를 사용한 경우에는, 프로세스 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한，RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 읽어내어진 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크 에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g), 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 읽어내어 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피를 읽어내도록 구성되어 있다. 그리고, CPU(121a)는, 읽어낸 프로세스 레시피의 내용을 따르도록, 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g)의 개폐 동작, APC 밸브(244)의 개폐 동작 및 APC 밸브(244)에 의한 압력 센서(245)에 기초하는 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 기초하는 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 등을 제어하도록 구성되어 있다.
또한, 컨트롤러(121)는, 전용의 컴퓨터로서 구성되어 있는 경우에 한하지 않고, 범용의 컴퓨터로서 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 인스톨하는 것 등에 의해, 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(121)를 구성할 수 있다. 또한, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 외부 기억 장치(123)를 거쳐서 공급하는 경우에 한하지 않는다. 예를 들면, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하고, 외부 기억 장치(123)를 거치지 않고 프로그램을 공급하도록 하여도 된다. 또한, 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히 기록 매체라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 기록 매체라고 하는 용어를 사용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로, 상술한 기판 처리 장치의 처리로(202)를 이용하여 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 하나의 공정으로서, 기판(200) 상에 소정 원소를 포함하는 박막을 성막하는 시퀀스 예에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 소정 원소를 포함하는 박막으로서 실리콘막을 형성한다.
또한, 실리콘막을 형성하는 공정에서는, 제1 원료를 공급하는 공정과, 제2 원료를 공급하는 공정을 교대로 소정 횟수 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 소정 원소 및 할로겐 등의 불순물을 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과, 환원제를 공급함으로써, 제1 층에 포함되는 할로겐 등의 불순물을 탈리시키도록 제1 층을 개질하여, 소정 원소를 포함하는 제2 층을 형성하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행한다.
여기서, 「제1 원료를 공급하는 공정과, 제2 원료를 공급하는 공정을 교대로 소정 횟수 행한다」라는 것은, 제1 원료 및 제2 원료 중 한쪽의 원료를 공급하고, 그 후, 다른 쪽의 원료를 공급하고, 이것을 1세트로 한 경우, 이 세트를 1회 행하는 경우와, 이 세트를 복수회 반복하는 경우의 양방을 포함한다. 즉, 이 세트를 1회 이상(소정 횟수) 행하는 것을 의미한다. 또한, 이 세트를 1회 행하는 케이스가 후술하는 제1 시퀀스에 상당하고, 이 세트를 복수회 반복하는 케이스가 후술하는 제2 시퀀스에 상당한다.
또한, 「제1 층을 형성하는 공정과, 제2 층을 형성하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행한다」라는 것은, 이 사이클을 1회 행하는 경우와, 이 사이클을 복수회 반복하는 경우의 양방을 포함한다. 즉, 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행하는 것을 의미한다.
<제1 시퀀스>
우선, 본 실시 형태의 제1 시퀀스에 대하여 설명한다.
도 4는, 본 실시 형태의 제1 시퀀스에 있어서의 성막 플로우를 도시하는 도면이다. 도 6은, 본 실시 형태의 제1 시퀀스에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
본 실시 형태의 제1 시퀀스에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제1 원료로서 클로로실란계 원료를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제2 원료로서 아미노실란계 원료를 공급하는 공정을 1세트로 하고 이 세트를 1회 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 실리콘 및 염소 등의 불순물을 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 염소, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급함으로써, 제1 층에 포함되는 염소 등의 불순물을 탈리시키도록 제1 층을 개질하여, 실리콘을 포함하는 제2 층(실리콘층)을 형성하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 단체(홑원소)로 구성되는 실리콘막을 형성한다.
또한, 도 4, 도 6은, 제1 층을 형성할 때에, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 클로로실란계 원료를 공급하고, 그 후, 아미노실란계 원료를 공급하는 예, 즉, 클로로실란계 원료를 아미노실란계 원료보다도 먼저 공급하는 예를 나타내고 있다.
이하, 본 실시 형태의 제1 시퀀스를 구체적으로 설명한다. 여기서는, 클로로실란계 원료 가스로서 HCDS 가스를, 아미노실란계 원료 가스로서 SiH3R 가스를, 환원제로서 수소 함유 가스인 H2 가스를 이용하고, 도 4의 성막 플로우 및 도 6의 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼(200) 상에 실리콘막(Si막)을 형성하는 예에 대하여 설명한다.
<웨이퍼 차지 및 보트 로드>
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220)을 개재하여 반응관(203)의 하단을 시일한 상태로 된다.
<압력 조정 및 온도 조정>
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이 때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)에 의해 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) 내가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이 때, 처리실(201) 내가 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 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안에는 계속하여 행해진다. 계속하여, 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 행해진다.
〔실리콘막 형성 공정〕
그 후, 다음의 3개의 스텝, 즉, 스텝1∼3을 순차적으로 실행한다.
[스텝1]
<HCDS 가스 공급>
제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 열어, 제1 가스 공급관(232a) 내에 HCDS 가스를 흘린다. 제1 가스 공급관(232a) 내를 흐른 HCDS 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241a)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 HCDS 가스는 제1 노즐(249a)의 가스 공급 구멍(250a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스가 공급되게 된다. 이때 동시에 밸브(243e)를 열고, 불활성 가스 공급관(232e) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 불활성 가스 공급관(232e) 내를 흐른 N2 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241e)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는 HCDS 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한, 이때, 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c) 내에의 HCDS 가스의 침입을 방지하기 위하여, 밸브(243f, 243g)를 열고, 제2 불활성 가스 공급관(232f), 제3 불활성 가스 공급관(232g) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c)을 거쳐서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들면 1∼13300Pa, 바람직하게는 20∼1330Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241a)로 제어하는 HCDS 가스의 공급 유량은, 예를 들면 1∼1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241e, 241f, 241g)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들면 100∼10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. HCDS 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들면 1∼120초, 바람직하게는 1∼60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들면 250∼700℃, 바람직하게는 350∼650℃, 보다 바람직하게는 350∼600℃의 범위 내의 온도로 설정한다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 250℃ 미만으로 되면 웨이퍼(200) 상에 HCDS가 화학 흡착하기 어려워져, 실용적인 성막 속도가 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 250℃ 이상으로 함으로써, 이것을 해소하는 것이 가능하게 된다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도를 350℃ 이상으로 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 HCDS를 보다 충분히 흡착시키는 것이 가능해져，보다 충분한 성막 속도가 얻어지게 된다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 700℃를 초과하면 CVD 반응이 강해짐(기상 반응이 지배적으로 됨)으로써, 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워져, 그 제어가 곤란하게 되어 버린다. 웨이퍼(200)의 온도를 700℃ 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 악화를 억제할 수 있어, 그 제어가 가능하게 된다. 특히 웨이퍼(200)의 온도를 650℃ 이하, 나아가서는 600℃ 이하로 함으로써, 표면 반응이 지배적으로 되고, 막 두께 균일성을 확보하기 쉬워져, 그 제어가 용이해진다. 따라서, 웨이퍼(200)의 온도는 예를 들면 250∼700℃, 바람직하게는 350∼650℃, 보다 바람직하게는 350∼600℃의 범위 내의 온도로 하는 것이 좋다.
HCDS 가스의 공급에 의해, 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 양방을 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 완전하게 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, Si와 Cl의 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 층이란 불연속으로 형성되는 원자층을 의미하고 있고, 1원자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 원자층을 의미하고 있다. 또한, 1분자층 미만의 두께의 층이란 불연속으로 형성되는 분자층을 의미하고 있고, 1분자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 분자층을 의미하고 있다. HCDS 가스가 자기 분해(열분해)하는 조건 하에서, 즉, HCDS의 열분해 반응이 생기는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 상에 Si가 퇴적함으로써 실리콘층이 형성된다. HCDS 가스가 자기 분해(열분해)하지 않는 조건 하에서, 즉, HCDS의 열분해 반응이 생기지 않는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 상에 HCDS 가스가 흡착함으로써 HCDS 가스의 흡착층이 형성된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 HCDS 가스의 흡착층을 형성하는 것 보다도, 웨이퍼(200) 상에 실리콘층을 형성하는 쪽이, 성막 레이트를 높게 할 수 있어 바람직하다. 웨이퍼(200) 상에 형성되는 실리콘 함유층의 두께가 수 원자층을 초과하면, 후술하는 스텝2 및 스텝3에서의 개질의 작용이 실리콘 함유층의 전체에 미치지 않게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성 가능한 실리콘 함유층의 두께의 최소값은 1원자층 미만이다. 따라서, 실리콘 함유층의 두께는 1원자층 미만으로부터 수 원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1원자층 이하, 즉, 1원자층 또는 1원자층 미만으로 함으로써, 후술하는 스텝2 및 스텝3에서의 개질 반응의 작용을 상대적으로 높일 수 있어, 스텝2 및 스텝3의 개질 반응에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 스텝1의 실리콘 함유층 형성에 필요로 하는 시간을 단축할 수도 있다. 결과적으로, 1사이클당의 처리 시간을 단축할 수 있어, 전체에서의 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.
<잔류 가스 제거>
실리콘 함유층이 형성된 후, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 닫고, HCDS 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 연 채로 하여, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 이때, 밸브(243e, 243f, 243g)는 연 채로 하여, 불활성 가스로서 N2 가스의 처리실(201) 내에의 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, 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 스텝2에 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, 스텝2에 있어서 악영향이 생기지 않을 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.
클로로실란계 원료 가스로서는, 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) 가스 등의 무기 원료를 이용하여도 된다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에，Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희 가스를 이용하여도 된다.
[스텝2]
<SiH3R 가스 공급>
스텝1이 종료하고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 열어, 제2 가스 공급관(232b) 내에 SiH3R 가스를 흘린다. 제2 가스 공급관(232b) 내를 흐른 SiH3R 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241b)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 SiH3R 가스는, 제2 노즐(249b)의 가스 공급 구멍(250b)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 SiH3R 가스가 공급되게 된다. 이때 동시에 밸브(243f)를 열고, 제2 불활성 가스 공급관(232f) 내에 불활성 가스로서 N2 가스를 흘린다. 제2 불활성 가스 공급관(232f) 내를 흐른 N2 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241f)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는, SiH3R 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한, 이때, 제1 노즐(249a), 제3 노즐(249c) 내에의 SiH3R 가스의 침입을 방지하기 위하여, 밸브(243e, 243g)를 열고, 제1 불활성 가스 공급관(232e), 제3 불활성 가스 공급관(232g) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 제1 가스 공급관(232a), 제3 가스 공급관(232c), 제1 노즐(249a), 제3 노즐(249c)을 거쳐서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들면 1∼13300Pa, 바람직하게는 20∼1330Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241b)로 제어하는 SiH3R 가스의 공급 유량은, 예를 들면 1∼1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241f)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 예를 들면 100∼10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. SiH3R 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들면 1∼120초, 바람직하게는 1∼60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때의 히터(207)의 온도는, 스텝1과 마찬가지로, 웨이퍼(200)의 온도가 예를 들면 250∼700℃, 바람직하게는 350∼650℃, 보다 바람직하게는 350∼600℃의 범위 내의 온도로 설정한다.
SiH3R 가스의 공급에 의해, 스텝1에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 실리콘 함유층과 SiH3R 가스가 반응한다. 이에 의해 실리콘 함유층은 실리콘(Si) 및 염소(Cl) 등의 불순물을 포함하는 제1 층으로 변화한다(개질된다). 또한, 제1 층은, 1원자층 미만으로부터 수 원자층 정도의 두께의 층으로서, 염소(Cl)나 탄소(C)나 질소(N) 등의 불순물의 함유량이 적은 실리콘 리치한 층, 즉, Cl, C, N 등의 불순물을 약간 포함하는 실리콘층(Si층)으로 된다. 또한, 제1 층으로서의 Si층을 형성할 때, 개질 전의 실리콘 함유층 중에 포함되어 있던 Cl과, SiH3R 가스에 포함되어 있던 아미노기(R)는, SiH3R 가스에 의한 실리콘 함유층의 개질 반응의 과정에 있어서 그 대부분이 반응하여, 예를 들면 아미노염 등의 반응 생성물을 구성하고, 배기관(231)을 거쳐서 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이에 의해, 제1 층 안에 포함되는 Cl, C, N 등의 불순물의 양을 저감시킬 수 있게 된다. 또한, 아미노실란계 원료 가스로서 SiH3R 가스를 이용한 경우에는, 그 조성식 중에 (1분자 중에) 포함되는 아미노기가 적기 때문에, 즉, 그 조성 중에 포함되는 C나 N의 양이 적기 때문에, 제1 층 안에 포함되는 C나 N 등의 불순물의 양을 저감시키기 쉬워져, 특히 N의 양을 대폭 저감시킬 수 있게 된다.
<잔류 가스 제거>
그 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 닫고, SiH3R 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 연 채로 하여, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 반응에 기여한 후의 SiH3R 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 이때, 밸브(243f, 243e, 243g)는 연 채로 하여, 불활성 가스로서 N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제1 층 형성에 기여한 후의 SiH3R 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 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 스텝3에 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, 스텝3에 있어서 악영향이 생기지 않을 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.
아미노실란계 원료로서는, 모노아미노실란(SiH3R) 외에, 디아미노실란(SiH2RR'), 트리아미노실란(SiHRR'R''), 테트라아미노실란(SiRR'R''R''') 등의 유기 원료를 이용하여도 된다. 여기서, R, R', R'', R'''의 각각은 리건드(배위자)를 나타내고 있고, 여기서는, 1개의 질소원자(N)에, 1개 이상의 탄소원자(C)를 포함하는 탄화수소기가 1개 또는 2개 배위한 아미노기(NH2로 표시되는 아미노기의 H의 한쪽 또는 양방을 1개 이상의 탄소원자(C)를 포함하는 탄화수소기로 치환한 것)를 나타내고 있다. 아미노기의 일부를 구성하는 탄화수소기가 1개의 N에 2개 배위하고 있는 경우에는, 그 2개가 동일한 탄화수소기이어도 되고, 서로 다른 탄화수소기이어도 된다. 또한, 탄화수소기는, 이중 결합이나 삼중 결합 등의 불포화 결합을 포함하고 있어도 된다. 또한，R, R', R'', R'''의 각각의 아미노기는, 동일한 아미노기이어도 되고, 서로 다른 아미노기이어도 된다. 또한, 아미노기는 고리 형상 구조를 갖고 있어도 된다. 예를 들면, SiH2RR'로서는, 비스(디에틸아미노) 실란(SiH2[N(C2H5)2]2, 약칭:BDEAS), 비스(타샤리부틸아미노) 실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭:BTBAS), 비스(디에틸피페리디노) 실란(SiH2[NC5H8(C2H5)2]2, 약칭:BDEPS) 등을 이용할 수 있다. 또한, 예를 들면, SiHRR'R''로서는, 트리스(디에틸아미노) 실란(SiH[N(C2H5)2]3, 약칭:3DEAS), 트리스(디메틸아미노) 실란(SiH[N(CH3)2]3, 약칭:3DMAS) 등을 이용할 수 있다. 또한, 예를 들면, SiRR'R''R'''로서는, 테트라키스(디에틸아미노) 실란(Si[N(C2H5)2]4, 약칭:4DEAS), 테트라키스(디메틸아미노) 실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭:4DMAS) 등을 이용할 수 있다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에，Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희 가스를 이용하여도 된다.
[스텝3]
<H2 가스 공급>
스텝2가 종료하고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 열고, 제3 가스 공급관(232c) 내에 H2 가스를 흘린다. 제3 가스 공급관(232c) 내를 흐른 H2 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 H2 가스는, 제3 노즐(249c)의 가스 공급 구멍(250c)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 처리실(201) 내에 공급된 H2 가스는 열로 활성화되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여, 열로 활성화된 H2 가스가 공급되게 된다. 이때 동시에 밸브(243g)를 열고, 제3 불활성 가스 공급관(232g) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 H2 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한, 이때, 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b) 내에의 H2 가스의 침입을 방지하기 위하여, 밸브(243e, 243f)를 열고, 제1 불활성 가스 공급관(232e), 제2 불활성 가스 공급관(232f) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b)을 거쳐서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들면 1∼3000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력을 이러한 비교적 높은 압력대로 함으로써, H2 가스를 논플라즈마로 열적으로 활성화시키는 것이 가능하게 된다. 또한，H2 가스를 열로 활성화시켜서 공급함으로써, 소프트한 반응을 발생시킬 수 있고, 후술하는 개질 처리(환원 처리)를 소프트하게 행할 수 있다. 매스 플로우 컨트롤러(241c)로 제어하는 H2 가스의 공급 유량은, 예를 들면 100∼10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241g, 241e, 241f)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들면 100∼10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 이때 처리실(201) 내에 있어서의 H2 가스의 분압은, 0.01∼2970Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 열로 활성화시킨 H2 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들면 1∼120초, 바람직하게는 1∼60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때의 히터(207)의 온도는, 스텝1∼2과 마찬가지로, 웨이퍼(200)의 온도가 예를 들면 250∼700℃도, 바람직하게는 350∼650℃, 보다 바람직하게는 350∼600℃의 범위 내의 온도로 설정한다.
이때 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는, 처리실(201) 내의 압력을 높게 함으로써 열적으로 활성화된 H2 가스이며, 처리실(201) 내에는 HCDS 가스도 SiH3R 가스도 흘리지 않고 있다. 따라서, H2 가스는 기상 반응을 일으키지 않고, 활성화된 H2 가스는, 스텝2에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 층과 반응한다. 이에 의해, 제1 층 안에 약간 포함되는 Cl 등의 불순물이 탈리하여, 제1 층은, Cl, C, N 등의 불순물의 함유율이 매우 낮은 제2 층(Si층)으로 변화한다(개질된다). 또한, 이때 H2 가스의 작용에 의해, 주로 제1 층 안에 포함되는 Cl이 탈리하게 되지만, 제1 층 안에 포함되는 C, N이 탈리하는 것도 생각된다. 상술한 바와 같이, 스텝2에서 형성한 제1 층은, Cl, C, N 등의 불순물의 함유량이 적은 층이지만, 제1 층에 대하여 활성화된 H2 가스를 공급하고, 제1 층 안에서 Cl 등의 불순물을 탈리시킴으로써, 제1 층을, Cl, C, N 등의 불순물의 함유량이 매우 적은 제2 층(보다 순도가 높은 Si층)으로 개질할 수 있다. 또한, 환원제로서, Cl, C 및 N 비함유의 H2 가스 등을 이용한 경우에는, 제2 층 안에 Cl, C, N 등의 불순물이 첨가되게 되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 제2 층 안에 포함되는 Cl, C, N 등의 불순물의 양을 저감시키기 쉬워진다.
<잔류 가스 제거>
그 후, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 닫고, H2 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 연 채로 하여, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 반응에 기여한 후의 H2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 이때, 밸브(243g, 243e, 243f)는 연 채로 하여, 불활성 가스로서 N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제2 층의 형성에 기여한 후의 H2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 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 스텝1에 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, 스텝1에 있어서 악영향이 생기지 않을 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.
수소 함유 가스로서는, H2 가스 외에, 모노실란(SiH4) 가스를 이용해도 되고, 디실란(Si2H6) 가스, 트리실란(Si3H8) 가스 등의 폴리실란(SinH2n +2(n>2)) 가스를 이용하여도 된다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에，Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희 가스를 이용하여도 된다.
상술한 스텝1∼3을 1사이클로 하여, 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 염소(Cl)나 탄소(C)나 질소(N) 등의 불순물의 함유량이 매우 적은 소정막 두께의 실리콘막(Si막)을 성막할 수 있다. 또한, 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1사이클당에 형성하는 Si층의 두께를 원하는 막 두께보다도 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께로 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
<퍼지 및 대기압 복귀>
소정막 두께의 Si막을 형성하는 성막 처리가 이루어지면, 밸브(243e, 243f, 243g)를 열고, 제1 불활성 가스 공급관(232e), 제2 불활성 가스 공급관(232f), 제3 불활성 가스 공급관(232g)의 각각으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하여 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내가 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 및 웨이퍼 디스차지>
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 반응관(203)의 하단이 개구됨과 함께, 처리완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 그 후, 처리완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
<제2 시퀀스>
다음으로, 본 실시 형태의 제2 시퀀스에 대하여 설명한다.
도 5는, 본 실시 형태의 제2 시퀀스에 있어서의 성막 플로우를 도시하는 도면이다. 도 7은, 본 실시 형태의 제2 시퀀스에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
본 실시 형태의 제2 시퀀스에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제1 원료로서 클로로실란계 원료를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제2 원료로서 아미노실란계 원료를 공급하는 공정을 1세트로 하고 이 세트를 복수회 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 실리콘 및 염소 등의 불순물을 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 염소, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급함으로써, 제1 층에 포함되는 염소 등의 불순물을 탈리시키도록 제1 층을 개질하여, 실리콘을 포함하는 제2 층(실리콘층)을 형성하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수(1회 이상) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 단체로 구성되는 실리콘막을 형성한다.
또한, 도 5, 도 7은, 제1 층을 형성할 때에, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 클로로실란계 원료를 공급하고, 그 후, 아미노실란계 원료를 공급하고, 이것을 교대로 복수회 반복하는 예, 즉, 클로로실란계 원료를 아미노실란계 원료보다도 먼저 공급하는 예를 나타내고 있다.
즉, 본 성막 시퀀스에서는, 상술한 제1 시퀀스에 있어서의 스텝1, 2를 1세트로 하고 이 세트를 복수회 반복한 후, 스텝3을 행하고, 이것을 1사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 실리콘막을 형성하도록 하고 있다. 도 7은, 상술한 스텝1, 2를 1세트로 하고 이 세트를 2회 행한 후, 스텝3을 행하고, 이것을 1사이클로 하여, 이 사이클을 n회 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정막 두께의 Si막을 성막하는 예를 나타내고 있다. 또한, 본 시퀀스가 제1 시퀀스와 상이한 것은, 상술한 스텝 1,2를 1세트로 하고 이 세트를 복수회 반복한 후, 스텝3을 행하는 점뿐이며, 그 밖에는 제1 시퀀스와 마찬가지로 행할 수 있다. 또한, 본 시퀀스에 있어서의 처리 조건도, 상술한 제1 시퀀스와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
(3) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 기재하는 1개 또는 복수의 효과를 발휘한다.
본 실시 형태의 제1, 제2 시퀀스에 따르면, 스텝2에 있어서, 실리콘 함유층과 SiH3R 가스를 반응시킴으로써, 실리콘 함유층을, Cl, C, N 등의 불순물의 함유량이 적은 제1 층(Si층)으로 개질시킨다. 또한, 스텝3에 있어서, 활성화시킨 H2 가스와 제1 층을 반응시킴으로써, 제1 층 안으로부터 Cl 등의 불순물을 탈리시키고, 제1 층을, Cl, C, N 등의 불순물의 함유량이 매우 적은 제2 층(보다 순도가 높은 Si층)으로 개질시킨다. 이 때문에, 스텝1∼3을 1사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 또한, 스텝 1, 2를 1세트로 하고 이 세트를 소정 횟수 행하는 공정과, 스텝3을 행하는 공정을 1사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 저온 영역에 있어서, Cl, C, N 등의 불순물의 함유량이 매우 적은 양질의 실리콘막을 형성할 수 있게 된다. 또한, 이 성막 방법에 의해 형성한 실리콘막은, 예를 들면 HF 등에 대한 웨트 에칭 내성이 높은 치밀한 막으로 되고, 예를 들면 HF를 이용하여 기초막으로 되는 SiO막 등을 에칭할 때의 에칭 마스크용의 막 등으로서 적절하게 이용할 수 있다. 단, 이 경우, 실리콘막은 SiO막이나 SiN막과 같은 절연막이 아니기 때문에, 예를 들면 에칭 마스크용의 막으로서 이용한 후에는 제거할 필요가 있다.
또한, 본 실시 형태의 제1, 제2 시퀀스에 따르면, 스텝2에 있어서, 아미노실란계 원료 가스로서, 그 조성식 중에 (1분자 중에) 함유하는 아미노기가 적은 SiH3R 가스를 이용하고 있다. 구체적으로는, 그 조성식 중에 (1분자 중에) 단일의 아미노기를 포함하는 원료 가스를 이용하고 있다. 이와 같이, 아미노실란계 원료 가스로서, 그 조성 중에 포함되는 C나 N의 양이 적은 원료 가스를 이용함으로써, 스텝2에서 형성하는 제1 층 안에 포함되는 C나 N 등의 불순물의 양을 저감시키기 쉬워지고, 특히 N의 양을 대폭 저감시키는 것이 가능하게 된다. 그리고, 형성하는 실리콘막 내에 포함되는 C나 N 등의 불순물의 양을 저감시키기 쉬워지고, 특히 N의 양을 대폭 저감시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시 형태의 제1, 제2 시퀀스에 따르면, 스텝3에 있어서, 환원제로서 Cl, N 및 C 비함유의 H2 가스를 이용하고 있다. 이에 의해, 제2 층 안에 Cl, C, N 등의 불순물이 첨가되게 되는 것을 방지할 수 있게 된다. 그 결과, 제2 층 안에 포함되는 Cl, C, N 등의 불순물의 양을 저감시키기 쉬워진다. 그리고, 형성하는 실리콘막 내에 포함되는 Cl, C, N 등의 불순물의 양을 저감시키기 쉬워진다.
또한, 본 실시 형태의 제1, 제2 시퀀스에 따르면, 클로로실란계 원료 및 아미노실란계 원료의 2개의 원료(실란 소스)를 이용함으로써, 저온 영역이어도 실리콘막을 형성할 수 있다. 또한, 발명자들의 실험에 따르면, 클로로실란계 원료 단체를 이용하는 경우, 500℃ 이하의 온도대에서는 생산 효율을 충족시키는 성막 레이트로 웨이퍼 상에 실리콘을 퇴적시키는 것은 곤란하였다. 또한, 아미노실란계 원료 단체를 이용하는 경우, 500℃ 이하의 온도대에서는 웨이퍼 상에의 실리콘의 퇴적도 확인되지 않았다. 그러나, 본 실시 형태의 방법에 따르면, 500℃ 이하의 저온 영역, 예를 들면, 350∼500℃의 온도대에 있어서도, 생산 효율을 충족시키는 성막 레이트로, 양질의 실리콘막을 형성하는 것이 가능하게 된다.
또한, 성막 온도를 저온화시키면, 통상적으로, 분자의 운동 에너지가 저하하여, 클로로실란계 원료에 포함되는 염소나 아미노실란계 원료에 포함되는 아민의 반응이나 탈리가 일어나기 어려워져, 이들의 리건드가 웨이퍼 표면 상에 잔류하게 된다. 그리고 이들 잔류한 리건드가 입체 장해로 됨으로써, 웨이퍼 표면 상에의 실리콘의 흡착이 저해되어, 실리콘 밀도가 저하하여, 막의 열화가 야기되게 된다. 그러나, 그러한 반응이나 탈리가 진행되기 어려운 조건 하에서도, 2개의 실란 소스, 즉 클로로실란계 원료와 아미노실란계 원료를 적정하게 반응시킴으로써, 그들의 잔류 리건드를 탈리시키는 것이 가능하게 된다. 그리고 그들 잔류 리건드의 탈리에 의해 입체 장해가 해소되고, 그것에 따라 개방된 사이트에 실리콘을 흡착시키는 것이 가능해져, 실리콘 밀도를 높이는 것이 가능하게 된다. 이렇게 하여, 500℃ 이하의 저온 영역에 있어서도 실리콘 밀도가 높은 막을 형성할 수 있게 된다고 생각된다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
상술한 실시 형태에서는, 각 시퀀스에 있어서 제1 층을 형성할 때에, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 클로로실란계 원료를 공급하고, 그 후, 아미노실란계 원료를 공급하는 예에 대하여 설명했지만, 원료를 흘리는 방법은 반대이어도 된다. 즉, 아미노실란계 원료를 공급하고, 그 후, 클로로실란계 원료를 공급하도록 하여도 된다. 즉, 클로로실란계 원료 및 아미노실란계 원료 중 한쪽의 원료를 공급하고, 그 후, 다른 쪽의 원료를 공급하도록 하면 된다． 이와 같이, 원료를 흘리는 순번을 바꾸는 것에 의해, 각 시퀀스에 있어서 형성되는 박막의 막질을 변화시키는 것도 가능하다.
또한, 클로로실란계 원료와 아미노실란계 원료를 흘리는 순번뿐만 아니라, 클로로실란계 원료 및 아미노실란계 원료를 포함하는 모든 가스를 흘리는 순번을 바꾸는 것에 의해, 각 시퀀스에 있어서 형성되는 박막의 막질을 변화시키는 것도 가능하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 각 시퀀스에 있어서 제1 층을 형성할 때에, 클로로실란계 원료와 아미노실란계 원료를 이용하는 예에 대하여 설명했지만, 클로로실란계 원료 대신에, 클로로실란계 원료 이외의 할로겐계의 리건드를 갖는 실란계 원료를 이용하여도 된다． 예를 들면, 클로로실란계 원료 대신에, 플루오로 실란계 원료를 이용하여도 된다． 여기서, 플루오로 실란계 원료란, 할로겐기로서 플루오로기를 갖는 실란계 원료이며, 적어도 실리콘(Si) 및 불소(F)를 포함하는 원료를 말한다． 플루오로 실란계 원료 가스로서는, 예를 들면 테트라플루오로 실란 즉 실리콘테트라플루오라이드(SiF4) 가스나 헥사플루오로디실란(Si2F6) 가스 등의 불화 규소 가스를 이용할 수 있다. 이 경우, 각 시퀀스에 있어서 제1 층을 형성할 때에, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 플루오로 실란계 원료를 공급하고, 그 후, 아미노실란계 원료를 공급하거나, 아미노실란계 원료를 공급하고, 그 후, 플루오로 실란계 원료를 공급하게 된다. 단, 원료의 증기압이나, 스텝2에 있어서 생성되는 반응 생성물의 증기압의 관계에서, 할로겐기를 갖는 실란계 원료로서는 클로로실란계 원료를 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 제2 원료(아미노실란계 원료)로서, 모노 아미노실란(SiH3R)을 이용하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 즉, 제2 원료로서, 예를 들면 디아미노실란(SiH2RR'), 트리아미노실란(SiHRR'R''), 테트라아미노실란(SiRR'R''R''') 등의 유기 원료를 이용하여도 된다． 즉, 제2 원료로서, 그 조성식 중에 (1분자 중에) 2개, 3개, 4개의 아미노기를 포함하는 원료를 이용하여도 된다． 이와 같이, 제2 원료로서, 그 조성식 중에 (1분자 중에) 복수의 아미노기를 포함하는 원료를 이용해도, 탄소(C)나 질소(N) 등의 불순물의 함유량이 적은 실리콘막을 저온 영역에서 형성할 수 있다.
단, 제2 원료의 조성식 중에 포함되는 아미노기의 수가 적을수록, 즉, 그 조성 중에 포함되는 탄소(C)나 질소(N)의 양이 적을수록, 제1 층 안에 포함되는 탄소(C)나 질소(N) 등의 불순물의 양을 저감시키기 쉬워, 불순물의 함유량이 매우 적은 실리콘막을 형성하기 쉬워진다. 즉, 제2 원료로서 SiRR'R''R'''을 이용하는 것 보다도, SiH3R이나 SiH2RR'나 SiHRR'R''를 이용하는 쪽이, 실리콘막 내에 포함되는 불순물의 양을 저감시키기 쉬워져 바람직하다. 또한, 제2 원료로서 SiHRR'R''를 이용하는 것 보다도, SiH3R이나 SiH2RR'를 이용하는 쪽이, 실리콘막 내에 포함되는 불순물의 양을 저감시키기 쉬워져, 보다 바람직하다. 또한, 제2 원료로서 SiH2RR'를 이용하는 것 보다도, SiH3R을 이용하는 쪽이, 실리콘막 내에 포함되는 불순물의 양을 저감시키기 쉬워져, 보다 바람직하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 환원제로서 H2 가스를 이용하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 즉, 환원제로서, 예를 들면 SiH4 가스를 이용해도 되고, Si2H6 가스, Si3H8 가스 등의 폴리 실란 가스를 이용하여도 된다． 환원제로서 예를 들면 SiH4 가스를 이용하는 경우, 제3 가스 공급계 대신에 제4 가스 공급계를 이용하게 된다. 이 경우, 상술한 스텝3에 있어서, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 여는 대신에, 제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)를 열고, 제4 가스 공급관(232d) 내에 SiH4 가스를 흘리고, 매스 플로우 컨트롤러(241d)에 의해 유량 조정된 SiH4 가스를, 제3 노즐(249c)의 가스 공급 구멍(250c)으로부터 처리실(201) 내에 공급하게 된다. 환원제로서 SiH4 가스나 폴리 실란 가스를 이용한 경우에도, Cl, C, N 등의 불순물의 함유량이 매우 적은 양질의 실리콘막을 형성할 수 있게 된다.
또한, 본 실시 형태의 방법에 의해 형성한 실리콘막을, 에치 스토퍼로서 사용함으로써, 가공성이 우수한 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능하게 된다． 또한, 본 실시 형태의 방법에 의해 형성한 실리콘막은, 플래시 메모리의 플로팅 게이트 전극이나 컨트롤 게이트 전극, 3D NAND형 플래시 메모리의 채널 실리콘, 트랜지스터의 게이트 전극, DRAM의 캐패시터 전극이나, STI 라이너, 태양 전지 등의 여러 가지의 용도에 대하여 적절히 적용 가능이다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 소정 원소를 포함하는 박막으로서, 반도체 원소인 실리콘을 포함하는 실리콘막(Si막)을 형성하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은, 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등의 금속 원소를 포함하는 금속계 박막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
이 경우, 상술한 실시 형태에 있어서의 클로로실란계 원료 대신에, 금속 원소 및 할로겐기를 포함하는 원료(제1 원료)를 이용하고, 아미노실란계 원료 대신에, 금속 원소 및 아미노기를 포함하는 원료(제2 원료)를 이용하여, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 성막 시퀀스에 의해 성막을 행할 수 있다． 제1 원료로서는, 예를 들면, 금속 원소 및 클로로기를 포함하는 원료나, 금속 원소 및 플루오로기를 포함하는 원료를 이용할 수 있다.
즉, 이 경우, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 금속 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 금속 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 금속 원소를 포함하는 금속계 박막으로서, 금속 원소 단체로 구성되는 금속 원소 박막, 즉 금속막을 형성한다.
예를 들면, 금속계 박막으로서, Ti 단체로 구성되는 Ti계 박막인 Ti막을 형성하는 경우에는, 제1 원료로서, 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 등의 Ti 및 클로로기를 포함하는 원료나, 티타늄테트라플루오라이드(TiF4) 등의 Ti 및 플루오로기를 포함하는 원료를 이용할 수 있다. 제2 원료로서는, 테트라키스에틸메틸아미노티타늄(Ti[N(C2H5)(CH3)]4, 약칭:TEMAT), 테트라키스디메틸아미노티타늄(Ti[N(CH3)2]4, 약칭:TDMAT), 테트라키스디에틸아미노티타늄(Ti[N(C2H5)2]4, 약칭:TDEAT) 등의 Ti 및 아미노기를 포함하는 원료를 이용할 수 있다. 환원제로서는, 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, 금속계 박막으로서, Zr 단체로 구성되는 Zr계 박막인 Zr막을 형성하는 경우에는, 제1 원료로서, 지르코늄테트라클로라이드(ZrCl4) 등의 Zr 및 클로로기를 포함하는 원료나, 지르코늄테트라플루오라이드(ZrF4) 등의 Zr 및 플루오로기를 포함하는 원료를 이용할 수 있다. 제2 원료로서는, 테트라키스에틸메틸아미노지르코늄(Zr[N(C2H5)(CH3)]4, 약칭:TEMAZ), 테트라키스디메틸아미노지르코늄(Zr[N(CH3)2]4, 약칭:TDMAZ), 테트라키스디에틸아미노지르코늄(Zr[N(C2H5)2]4, 약칭:TDEAZ) 등의 Zr 및 아미노기를 포함하는 원료를 이용할 수 있다. 환원제로서는, 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, 금속계 박막으로서, Hf 단체로 구성되는 Hf계 박막인 Hf막을 형성하는 경우에는, 제1 원료로서, 하프늄테트라클로라이드(HfCl4) 등의 Hf 및 클로로기를 포함하는 원료나, 하프늄테트라플루오라이드(HfF4) 등의 Hf 및 플루오로기를 포함하는 원료를 이용할 수 있다. 제2 원료로서는, 테트라키스에틸메틸아미노하프늄(Hf[N(C2H5)(CH3)]4, 약칭:TEMAH), 테트라키스디메틸아미노하프늄(Hf[N(CH3)2]4, 약칭:TDMAH), 테트라키스디에틸아미노하프늄(Hf[N(C2H5)2]4, 약칭:TDEAH) 등의 Hf 및 아미노기를 포함하는 원료를 이용할 수 있다. 환원제로서는, 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 수가 있고, 이 경우에도 상술한 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다.
즉, 본 발명은, 반도체 원소나 금속 원소 등의 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 경우에 적용할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 배치식의 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 한번에 1매 또는 몇 매의 기판을 처리하는 매엽식의 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 경우에는, 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 변경하는 것도 가능하다.
<실시예>
상술한 실시 형태에 있어서의 기판 처리 장치를 이용하여, 상술한 도 4 및 도 6에 도시한 제1 시퀀스에 의해, 웨이퍼 상에 실리콘막을 형성하였다. 클로로실란계 원료 가스(제1 원료)로서는 HCDS 가스를, 아미노실란계 원료 가스(제2 원료)로서는 SiH3R 가스를, 수소 함유 가스(환원제)로서는 H2 가스를 이용하였다. 성막시의 웨이퍼 온도는 450℃로 하였다. 그 밖의 처리 조건은, 상술한 실시 형태에 기재된 처리 조건 범위 내의 소정의 값으로 설정하였다. 그리고, 형성한 실리콘막 내에 포함되는 Cl, O, C, N의 농도(불순물 농도)를, HR-RBS(고분해능 러더퍼드 후방 산란 분광법)에 의해 측정하였다.
그 결과, 본 실시 형태에 있어서 형성한 실리콘막 내에 포함되는 Cl, O, C, N의 농도는, Cl이 2.3% 이하, O가 1.5% 이하, C가 1.9% 이하, N이 ％ 미만(검출 하한 미만)인 것을 확인하였다. 또한, 여기서 측정된 O는, 실리콘막의 성막 중에 막 내에 넣어진 것이 아니라, 웨이퍼를 처리실 내로부터 반출했을 때에 실리콘막이 대기에 노출된 것에 의해 막 표면에 넣어지는 것이라고 생각된다. 즉, 도 4 및 도 6에 도시한 제1 시퀀스에 따르면, Cl, O, C, N 등의 불순물의 함유량이 매우 적은 실리콘막을, 저온 영역에 있어서 형성할 수 있는 것이 판명되었다.
<본 발명의 바람직한 양태>
이하에, 본 발명의 바람직한 양태에 대하여 부기한다.
(부기 1)
본 발명의 일 양태에 따르면, 처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 2)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 제2 원료를 공급하는 공정을 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소를 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과, 상기 환원제를 공급함으로써, 상기 제1 층을 개질하여, 상기 소정 원소를 포함하는 제2 층을 형성하는 공정을 포함한다.
(부기 3)
부기 1 또는 2의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 제2 원료를 공급하는 공정을 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소 및 할로겐을 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과, 상기 환원제를 공급함으로써, 상기 제1 층에 포함되는 할로겐을 탈리시키도록 상기 제1 층을 개질하여, 상기 소정 원소를 포함하는 제2 층을 형성하는 공정을 포함한다.
(부기 4)
부기 1 내지 3 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 제2 원료를 공급하는 공정을 교대로 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소를 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과, 상기 환원제를 공급함으로써, 상기 제1 층을 개질하여, 상기 소정 원소를 포함하는 제2 층을 형성하는 공정을 포함한다.
(부기 5)
부기 1 내지 4 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 제2 원료를 공급하는 공정을 교대로 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소 및 할로겐을 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과, 상기 환원제를 공급함으로써, 상기 제1 층에 포함되는 할로겐을 탈리시키도록 상기 제1 층을 개질하여, 상기 소정 원소를 포함하는 제2 층을 형성하는 공정을 포함한다.
(부기6)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 제2 원료를 공급하는 공정을 1세트로 하고 이 세트를 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소를 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과, 상기 환원제를 공급함으로써, 상기 제1 층을 개질하여, 상기 소정 원소를 포함하는 제2 층을 형성하는 공정을 포함한다.
(부기 7)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 제2 원료를 공급하는 공정을 1세트로 하고 이 세트를 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소 및 할로겐을 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과, 상기 환원제를 공급함으로써, 상기 제1 층에 포함되는 할로겐을 탈리시키도록 상기 제1 층을 개질하여, 상기 소정 원소를 포함하는 제2 층을 형성하는 공정을 포함한다.
(부기 8)
본 발명의 다른 양태에 따르면, 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 및 상기 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 중 한쪽의 원료를 처리실 내의 기판에 대하여 공급하는 공정과, 상기 제1 원료 및 상기 제2 원료 중 상기 한쪽의 원료와는 상이한 다른 쪽의 원료를 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 공급하는 공정을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급함으로써, 상기 제1 층을 개질하여, 상기 소정 원소를 포함하는 제2 층을 형성하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 9)
부기 1 내지 8 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 제2 원료는 그 조성식 중에 (1분자 중에) 1개 또는 복수의 아미노기를 포함한다.
(부기 10)
부기 1 내지 8 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 제2 원료는 그 조성식 중에 (1분자 중에) 1개의 아미노기를 포함한다.
(부기 11)
부기 1 내지 10 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 소정 원소를 포함하는 박막은 상기 소정 원소 단체로 구성되는 소정 원소 박막이다.
(부기 12)
부기 1 내지 11 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 소정 원소는 반도체 원소 또는 금속 원소를 포함한다.
(부기 13)
부기 1 내지 11 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 상기 소정 원소는 실리콘 원소를 포함한다.
(부기 14)
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 처리실 내의 기판에 대하여 실리콘 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 실리콘 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 실리콘 박막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 15)
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 공정을 갖는 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기 16)
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실 내의 기판에 대하여, 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 제1 원료 공급계와, 상기 처리실 내의 기판에 대하여, 상기 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 제2 원료 공급계와, 상기 처리실 내의 기판에 대하여, 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 환원제 공급계와, 상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 제1 원료를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 제2 원료를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 환원제를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하도록, 상기 제1 원료 공급계, 상기 제2 원료 공급계 및 상기 환원제 공급계를 제어하는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 17)
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 수순을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 수순을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램이 제공된다.
(부기 18)
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 수순을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 수순을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
121 : 컨트롤러(제어부)
200 : 웨이퍼(기판)
201 : 처리실
202 : 처리로
203 : 반응관
207 : 히터
231 : 배기관
232a : 제1 가스 공급관
232b : 제2 가스 공급관
232c : 제3 가스 공급관
232d : 제4 가스 공급관

Claims (15)

  1. 기판에 대하여 미리 정해진 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 공정과,
    상기 기판에 대하여 상기 미리 정해진 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 공정과,
    상기 기판에 대하여 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 상기 미리 정해진 원소를 포함하는 박막을 형성하는 공정
    을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미리 정해진 원소를 포함하는 상기 박막을 형성하는 공정에서는,
    상기 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 제2 원료를 공급하는 공정을 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 미리 정해진 원소를 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과,
    상기 환원제를 공급함으로써, 상기 제1 층을 개질하여, 상기 미리 정해진 원소를 포함하는 제2 층을 형성하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미리 정해진 원소를 포함하는 상기 박막을 형성하는 공정에서는,
    상기 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 제2 원료를 공급하는 공정을 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 미리 정해진 원소 및 할로겐을 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과,
    상기 환원제를 공급함으로써, 상기 제1 층에 포함되는 할로겐을 탈리시키도록 상기 제1 층을 개질하여, 상기 미리 정해진 원소를 포함하는 제2 층을 형성하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미리 정해진 원소를 포함하는 상기 박막을 형성하는 공정에서는,
    상기 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 제2 원료를 공급하는 공정을 교대로 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 상기 미리 정해진 원소를 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과,
    상기 환원제를 공급함으로써, 상기 제1 층을 개질하여 상기 미리 정해진 원소를 포함하는 제2 층을 형성하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미리 정해진 원소를 포함하는 상기 박막을 형성하는 공정에서는,
    상기 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 제2 원료를 공급하는 공정을 교대로 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 상기 미리 정해진 원소 및 할로겐을 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과,
    상기 환원제를 공급함으로써, 상기 제1 층에 포함되는 할로겐을 탈리시키도록 상기 제1 층을 개질하여, 상기 미리 정해진 원소를 포함하는 제2 층을 형성하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미리 정해진 원소를 포함하는 상기 박막을 형성하는 공정에서는,
    상기 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 제2 원료를 공급하는 공정을 1세트로 하고 상기 1세트를 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 상기 미리 정해진 원소를 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과,
    상기 환원제를 공급함으로써, 상기 제1 층을 개질하여, 상기 미리 정해진 원소를 포함하는 제2 층을 형성하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 미리 정해진 원소를 포함하는 상기 박막을 형성하는 공정에서는,
    상기 제1 원료를 공급하는 공정과, 상기 제2 원료를 공급하는 공정을 1세트로 하고 상기 1세트를 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 미리 정해진 원소 및 할로겐을 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과,
    상기 환원제를 공급함으로써, 상기 제1 층에 포함되는 할로겐을 탈리시키도록 상기 제1 층을 개질하여, 상기 미리 정해진 원소를 포함하는 제2 층을 형성하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 원료는 그의 1분자 중에 1개 또는 복수의 아미노기를 포함하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 원료는 그의 1분자 중에 1개의 아미노기를 포함하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 미리 정해진 원소를 포함하는 상기 박막은 상기 미리 정해진 원소 단체로 구성되는 미리 정해진 원소 박막인
    반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 미리 정해진 원소는 반도체 원소 또는 금속 원소를 포함하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 미리 정해진 원소는 실리콘을 포함하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  13. 기판에 대하여 미리 정해진 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 공정과,
    상기 기판에 대하여 상기 미리 정해진 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 공정과,
    상기 기판에 대하여 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 미리 정해진 원소를 포함하는 박막을 형성하는 공정
    을 갖는 기판 처리 방법.
  14. 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여, 미리 정해진 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 제1 원료 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여, 상기 미리 정해진 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 제2 원료 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여, 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 환원제 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 제1 원료를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 제2 원료를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 환원제를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 미리 정해진 원소를 포함하는 박막을 형성하도록, 상기 제1 원료 공급계, 상기 제2 원료 공급계 및 상기 환원제 공급계를 제어하는 제어부
    를 갖는 기판 처리 장치.
  15. 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 미리 정해진 원소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 수순과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 미리 정해진 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 수순과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 할로겐, 질소 및 탄소 비함유의 환원제를 공급하는 수순을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 미리 정해진 원소를 포함하는 박막을 형성하는 수순
    을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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