KR101401717B1 - 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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Abstract

본 발명의 과제는 700℃ 이하의 온도 영역에 있어서 적정한 특성을 갖는 카본계의 막을 형성할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공하는 것이다. 처리실 내에 수용한 기판을 가열한 상태에서, 처리실 내로 유기계 가스를 공급하여, 유기계 가스를 처리실 내에 봉입하는 공정과, 유기계 가스를 처리실 내에 봉입한 상태를 유지하는 공정과, 처리실 내를 배기하는 공정을 포함하는 사이클을 복수회 반복함으로써 기판 상에 카본을 포함하는 막을 형성한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체{SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD, SUBSTRATE PROCESSING METHOD, SUBSTRATE PROCESSING DEVICE AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것으로, 특히, 카본계의 막을 성막하는 공정을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 해당 처리에 적절히 사용되는 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
카본막(탄소막) 등의 카본계의 막은, HF계의 물질이나 CF계의 물질에 대한 에칭 내성이 극히 높은 한편, 활성화된 산소 등에 의해, 막의 제거가 매우 용이하므로, 리소그래피 공정의 더블 패터닝용 하드 마스크 혹은 희생막으로서 적용할 수 있다. 또한, 전극 공정 또는 배선 공정에 대해, 금속과의 조합한 적층 재료 혹은 화합물 재료로서도 적용할 수 있다.
일본 특허 출원 공개 평4―291721호 공보
최근, 반도체 장치(디바이스)의 미세화, 고성능화의 요구가 점점 더 높아져 있고, 이 요구를 만족시키기 위해, 반도체 장치의 제조 기술의 저온화가 요구되고 있다. 이것에 수반하여, 카본계의 막의 성막 온도의 저온화도 요구되고 있다.
그러나 성막 온도를 700℃ 이상의 고온 영역으로부터 700℃ 이하의 중저온 영역으로 저온화시킨 경우, 적정한 특성을 갖는 카본계의 막을 얻는 것이 어려웠다.
따라서, 본 발명의 주목적은, 700℃ 이하의 온도 영역에 있어서 적정한 특성을 갖는 카본계의 막을 형성할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 처리실 내에 수용한 기판을 가열한 상태에서, 상기 처리실 내로 유기계 가스를 공급하여, 상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정과, 상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입한 상태를 유지하는 공정과, 상기 처리실 내를 배기하는 공정을 포함하는 사이클을 복수회 반복함으로써, 상기 기판 상에 카본을 포함하는 막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 처리실 내에 수용한 기판을 가열한 상태에서, 상기 처리실 내로 유기계 가스를 공급하여, 상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정과, 상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입한 상태를 유지하는 공정과, 상기 처리실 내를 배기하는 공정을 포함하는 사이클을 복수회 반복함으로써, 상기 기판 상에 카본을 포함하는 막을 형성하는 공정을 갖는 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실 내의 기판을 가열하는 히터와, 상기 처리실 내로 유기계 가스를 공급하는 유기계 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리실 내에 수용한 기판을 가열한 상태에서, 상기 처리실 내로 상기 유기계 가스를 공급하여, 상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 처리와, 상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입한 상태를 유지하는 처리와, 상기 처리실 내를 배기하는 처리를 포함하는 사이클을 복수회 반복함으로써, 상기 기판 상에 카본을 포함하는 막을 형성하도록, 상기 히터, 상기 유기계 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 처리실 내에 수용한 기판을 가열한 상태에서, 상기 처리실 내로 유기계 가스를 공급하여, 상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 수순과, 상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입한 상태를 유지하는 수순과, 상기 처리실 내를 배기하는 수순을 포함하는 사이클을 복수회 반복함으로써, 상기 기판 상에 카본을 포함하는 막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 따르면, 700℃ 이하의 온도 영역에 있어서 적정한 특성을 갖는 카본계의 막을 형성할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 적절히 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서 적절히 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A―A선 단면도로 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서 적절히 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도.
도 4는 본 발명의 실시 형태의 성막 시퀀스를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 형태의 성막 시퀀스의 다른 예를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시 형태의 성막 시퀀스의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 실시 형태의 성막 시퀀스의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 실시 형태의 성막 시퀀스의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에서 형성한 카본막의 표면 러프니스를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에서 형성한 카본막의 단면 SEM 화상을 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 실시 형태의 성막 시퀀스의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 실시 형태에서 적절히 이용되는 다른 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 실시 형태에서 적절히 이용되는 다른 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 12의 A―A선 단면도로 도시하는 도면이며, 이너 튜브와, 보트와, 웨이퍼만을 추출하여 도시하는 부분 단면도.
도 14는 본 발명의 실시 형태의 성막 시퀀스의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명한다.
본 발명자들이, 유기계 가스를 사용하여 아몰퍼스카본막 등의 카본계의 막을 중저온 영역에서 성막하는 것을 예의 연구한 결과, 탄소를 포함하는 가스, 즉, 유기계 가스와 수소 함유 가스를 이용하면, 중저온 영역에 있어서도, 논플라즈마에 의해 카본계의 막을 형성할 수 있는 것을 발견하였다. 즉, 중저온 영역에 있어서도, 유기계 가스를 열적으로 분해시켜 활성 상태로 하고, 기상 중 또는 기판 상에서 적정하게 반응을 발생시키는 것이 가능하고, 그에 의해 적정한 특성을 갖는 카본계의 막을 형성할 수 있는 것을 발견하였다. 본 발명의 바람직한 실시 형태는, 본 발명자들이 발견한 이들 지견에 기초하는 것이다.
또한, 본 명세서에서는, 카본계의 막(이하, 카본계 박막, 카본계 막이라고도 함)이라 하는 용어는, 적어도 카본(C)을 포함하는 막을 의미하고 있고, 이것에는, 비정질 카본막, 즉, 아몰퍼스카본막(a―C막)이나, 그래파이트 등의 미결정을 다량으로 포함하는 다결정 카본막, 즉, 폴리카본막(p―C막)이나, 다이아몬드의 결정성을 다량으로 포함하는 다이아몬드라이크카본막(DLC막) 외에, 타원소를 포함한, 실리콘카바이드막(SiC막), 실리콘카보나이트라이드막(SiCN막), 붕소카바이드막(BC막), 붕소카보나이트라이드막(BCN막), 알루미늄카바이드막(AlC막), 알루미늄카보나이트라이드막(AlCN막), 알루미늄실리콘카바이드막(AlSiC막), 티타늄카바이드막(TiC막), 티타늄카보나이트라이드막(TiCN막), 탄탈카바이드막(TaC막), 탄탈카보나이트라이드막(TaCN막), 몰리브덴카바이드막(MoC막), 몰리브덴카보나이트라이드막(MoCN막), 텅스텐카바이드막(WC막), 텅스텐카보나이트라이드막(WCN막) 등도 포함된다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해, 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 형태에서 적절히 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로를 설명하기 위한 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 종단면도로 도시하고 있다. 도 2는 발명의 바람직한 실시 형태에서 적절히 이용되는 종형 처리로를 설명하기 위한 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 도 1의 A―A선 횡단면도로 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, 보유 지지판으로서의 히터 베이스(도시하지 않음)에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 또한, 히터(207)는, 후술하는 바와 같이 가스를 열로 분해시켜 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 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개방된 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), 제4 노즐(249d)이 배치되어 있고, 각각이 반응관(203)의 하부를 관통하도록 설치되어 있다. 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d)에는, 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제4 가스 공급관(232d)이 각각 접속되어 있다. 이와 같이, 반응관(203)에는 4개의 노즐(249a, 249b, 249c, 249d)과, 4개의 가스 공급관(232a, 232b, 232c, 232d)이 설치되어 있고, 처리실(201) 내에 복수 종류, 여기에서는 4종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 반응관(203)의 하방에, 반응관(203)을 지지하는 금속제의 매니폴드를 설치하고, 각 노즐을, 이 금속제의 매니폴드의 측벽을 관통하도록 설치하도록 해도 된다. 이 경우, 이 금속제의 매니폴드에, 후술하는 배기관(231)을 더 설치하도록 해도 된다. 또한, 이 경우라도, 배기관(231)을 금속제의 매니폴드가 아니라, 반응관(203)의 하부에 설치하도록 해도 된다. 이와 같이, 처리로의 노구부를 금속제로 하고, 이 금속제의 노구부에 노즐 등을 장착하도록 해도 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)와의 사이에 있어서의 원호형의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해 입상(立上)하도록 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 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향해 입상하도록 설치되어 있다. 제1 노즐(249a)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250a)이 형성되어 있고, 웨이퍼(200)를 향해 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급 구멍(250a)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개방되어 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)와의 사이에 있어서의 원호형의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해 입상하도록 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 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향해 입상하도록 설치되어 있다. 제2 노즐(249b)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250b)이 형성되어 있고, 웨이퍼(200)를 향해 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급 구멍(250b)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개방되어 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, 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)와의 사이에 있어서의 원호형의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해 입상하도록 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 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향해 입상하도록 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 개방되어 있고, 웨이퍼(200)를 향해 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, 제3 불활성 가스 공급관(232g), 매스 플로우 컨트롤러(241g), 밸브(243g)에 의해 제3 불활성 가스 공급계가 구성된다.
제4 가스 공급관(232d)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241d), 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치되어 있다. 또한, 제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)보다도 하류측에는, 제4 불활성 가스 공급관(232h)이 접속되어 있다. 이 제4 불활성 가스 공급관(232h)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241h), 및 개폐 밸브인 밸브(243h)가 설치되어 있다. 또한, 제4 가스 공급관(232d)의 선단부에는, 상술한 제4 노즐(249d)이 접속되어 있다. 제4 노즐(249d)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이에 있어서의 원호형의 공간에 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해 입상하도록 설치되어 있다. 즉, 제4 노즐(249d)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제4 노즐(249d)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향해 입상하도록 설치되어 있다. 제4 노즐(249d)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250d)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250d)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개방되어 있고, 웨이퍼(200)를 향해 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250d)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다. 주로, 제4 가스 공급관(232d), 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d), 제4 노즐(249d)에 의해 제4 가스 공급계가 구성된다. 또한, 주로, 제4 불활성 가스 공급관(232h), 매스 플로우 컨트롤러(241h), 밸브(243h)에 의해 제4 불활성 가스 공급계가 구성된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 가스 공급의 방법은, 반응관(203)의 내벽과, 적재된 복수매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원호형의 세로로 긴 공간 내에 배치한 노즐(249a, 249b, 249c, 249d)을 경유하여 가스를 반송하고, 노즐(249a, 249b, 249c, 249d)에 각각 개방된 가스 공급 구멍(250a, 250b, 250c, 250d)으로부터 웨이퍼(200)의 근방에서 처음으로 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 남은 가스는, 배기구, 즉, 후술하는 배기관(231)의 방향을 향해 흐르지만, 이 남은 가스의 흐름의 방향은, 배기구의 위치에 의해 적절히 특정되고, 수직 방향에 한정한 것은 아니다.
제1 가스 공급관(232a)으로부터는, 유기계 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a), 제1 노즐(249a)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다.
제2 가스 공급관(232b)으로부터는, 수소 함유 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241b), 밸브(243b), 제2 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다.
제3 가스 공급관(232c)으로부터는, 소정 원소 함유 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c), 제3 노즐(249c)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다.
제4 가스 공급관(232d)으로부터는, 질소 함유 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d), 제4 노즐(249d)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다.
불활성 가스 공급관(232e, 232f, 232g, 232h)으로부터는, 예를 들면 질소(N2) 가스가, 각각 매스 플로우 컨트롤러(241e, 241f, 241g, 241h), 밸브(243e, 243f, 243g, 243h), 가스 공급관(232a, 232b, 232c, 232d), 가스 노즐(249a, 249b, 249c, 249d)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다.
또한, 예를 들면 각 가스 공급관으로부터 상술한 바와 같은 가스를 각각 흘리는 경우, 제1 가스 공급계에 의해 유기계 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제2 가스 공급계에 의해 수소 함유 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제3 가스 공급계에 의해 소정 원소 함유 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제4 가스 공급계에 의해 질소 함유 가스 공급계가 구성된다.
반응관(203)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치되어 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 횡단면에서 보아, 배기관(231)은, 반응관(203)의 제1 노즐(249a)의 가스 공급 구멍(250a), 제2 노즐(249b)의 가스 공급 구멍(250b), 제3 노즐(249c)의 가스 공급 구멍(250c), 및, 제4 노즐(249d)의 가스 공급 구멍(250d)이 형성되는 측과 대향하는 측, 즉, 웨이퍼(200)를 사이에 두고 가스 공급 구멍(250a, 250b, 250c, 250d)과는 반대측에 설치되어 있다. 또한, 도 1에 도시하는 바와 같이 종단면에서 보아, 배기관(231)은, 가스 공급 구멍(250a, 250b, 250c, 250d)이 형성되는 개소보다도 하방에 설치되어 있다. 이 구성에 의해, 가스 공급 구멍(250a, 250b, 250c, 250d)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 근방에 공급된 가스는, 수평 방향, 즉, 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향을 향해 흐른 후, 하방을 향해 흐르고, 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 통해 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 생각해도 된다. 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 있도록 구성되어 있다.
반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)은 반응관(203)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 접촉되도록 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 접촉하는 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) 내에 대하여 반입 반출하는 것이 가능하게 되어 있다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 예를 들면 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지고, 복수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세이고 또한 서로 중심을 가지런히 한 상태에서 정렬시켜 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 어려워지도록 구성되어 있다. 또한, 단열 부재(218)는, 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 복수매의 단열판과, 이들을 수평 자세에서 다단으로 지지하는 단열판 홀더에 의해 구성해도 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, 249d)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 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 통해, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들면 터치 패널 등으로서 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 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 프로그램이라 하는 단어를 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 에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h), 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, 243h), 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 판독하여 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 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, 241g, 241h)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, 243h)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 한정하지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어 있어도 된다. 예를 들면, 상술한 프로그램을 저장한 외부 기억 장치(예를 들면, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 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 통해 공급하는 경우에 한정하지 않는다. 예를 들면, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하고, 외부 기억 장치(123)를 통하지 않고 프로그램을 공급하도록 해도 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 매체라 하는 단어를 이용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
다음으로, 상기 기판 처리 장치를 사용하여, 처리실(201) 내에 유기계 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 기판으로서의 웨이퍼(200) 상에 카본을 포함하는 막(카본계의 막)을 형성하는 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서는, 유기계 가스로서 1―옥텐(C8H16, 약칭:옥텐) 가스를 사용하고, 수소 함유 가스로서 수소(H2) 가스를 사용하여, 논플라즈마의 분위기하에서, 카본을 포함하는 막으로서 아몰퍼스카본막(a―C막)을 형성하는 예에 대해 설명한다. 유기계 가스는, a―C막을 형성할 때의 카본원(카본 소스)으로서 작용한다. 본 실시 형태에 있어서 유기계 가스로서 이용하는 옥텐은 탄화수소, 즉, 탄화수소 화합물의 일종이며, 탄소 원소 및 수소 원소의 2원소만으로 구성되는 탄화수소계의 물질이라고도 말할 수 있다. 옥텐은 탄화수소계 가스라고도 말할 수 있고, 탄화수소 가스 혹은 탄화수소 화합물 가스라고도 말할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 웨이퍼(200)로서 반도체 실리콘 웨이퍼를 사용하고, 상기 카본을 포함하는 막(카본계의 막)의 형성은, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서 행해진다. 또한, a―C 등의 카본계의 막은, 에칭 내성이 매우 높은 절연막으로서, 트랜지스터의 게이트 주위나 배선 구조 등의 제조 공정에 있어서 적절히 이용된다.
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)되고, 복수매의 웨이퍼(200)는 처리실(201) 내에 수용된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220)을 통해 반응관(203)의 하단을 시일한 상태로 된다.
다음으로, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 APC 밸브(244)를 서서히 완전 개방으로 하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내의 베이스 압력(진공도)을 1㎩ 이하로 한다. 또한, 진공 펌프(246)는, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 회전 기구(267)에 의해, 보트(217)를 회전시킴으로써, 웨이퍼(200)를 회전시키고(웨이퍼 회전), 바람직하게는, 예를 들면 1rpm 내지 10rpm의 범위 내에서 그 회전수를 일정하게 유지한다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은, 적어도, 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행해진다. 히터(207)에 의해 처리실(201) 내를 가열함으로써, 처리실(201) 내의 온도를 원하는 온도로서, 웨이퍼(200)의 온도를, 바람직하게는, 예를 들면 600℃ 내지 700℃의 범위 내의 원하는 온도로 유지한다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 전력 공급 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 또한, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행해진다.
그 후, 불활성 가스 공급관(232e, 232f)으로부터, 바람직하게는, 예를 들면 매분 수 리터의 질소(N2) 가스를, 매스 플로우 컨트롤러(241e, 241f), 밸브(243e, 243f), 가스 공급관(232a, 232b), 가스 노즐(249a, 249b)을 통해 처리실(201) 내에 공급하여, 임의의 압력으로 질소 퍼지를 수 분간 실시하고, 그 후, 질소 가스의 공급을 멈추고, 질소 퍼지를 종료한다.
그 후, APC 밸브(244)를 완전 개방으로 한 상태에서, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내의 베이스 압력을, 바람직하게는, 예를 들면 1㎩ 이하로 한다. 처리실(201) 내의 압력이 1㎩ 이하로 된 시점에서, APC 밸브(244)를 완전히 폐쇄하여, 폐쇄 상태를 개시한다. 또한, 이때, APC 밸브(244)를 완전히 폐쇄하는 일 없이 약간 개방해 두도록 해도 된다.
웨이퍼(200)의 온도를, 바람직하게는, 예를 들면 600℃ 내지 700℃의 범위 내의 원하는 온도로 유지하고, 바람직하게는, 예를 들면 1rpm 내지 10rpm의 범위 내의 원하는 회전수로 웨이퍼(200)의 회전을 유지하고, APC 밸브(244)를 완전히 폐쇄한 상태에서, 유기계 가스로서 옥텐 가스를, 제1 가스 공급관(232a)으로부터, 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a), 제1 노즐(249a)을 통해 처리실(201) 내에 도입한다. 동시에, 수소 함유 가스로서 H2 가스를, 제2 가스 공급관(232b)으로부터, 매스 플로우 컨트롤러(241b), 밸브(243b), 제2 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내에 도입한다. 이들 조작에 의해, 옥텐 가스 및 H2 가스를 처리실(201) 내에 봉입한다(공정 A). H2 가스는, 바람직하게는, 예를 들면 0.1slm 내지 10slm의 범위 내의 원하는 유량으로 도입하고, 옥텐 가스는, 바람직하게는, 예를 들면 0.1slm 내지 10slm의 범위 내의 원하는 유량으로 도입한다. H2 가스의 공급 시간은, 바람직하게는, 예를 들면 1초 내지 300초의 범위 내의 원하는 시간으로 하고, 옥텐 가스의 공급 시간은, 바람직하게는, 예를 들면 1초 내지 300초의 범위 내의 원하는 시간으로 한다. 그리고 옥텐 가스 및 H2 가스를, 바람직하게는, 예를 들면 1000㎩ 내지 20000㎩의 범위 내의 원하는 압력으로 처리실(201) 내에 봉입한다.
그 후, 옥텐 가스 및 H2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 정지하여, APC 밸브(244)를 완전히 폐쇄한 상태에서, 옥텐 가스 및 H2 가스의 처리실(201) 내에의 봉입 상태를 유지한다(공정 B). 옥텐 가스 및 H2 가스의 공급을 정지하는 시간, 즉, 옥텐 가스 및 H2 가스의 처리실(201) 내에의 봉입 상태를 유지하는 시간은, 바람직하게는, 예를 들면 1 내지 90분의 범위 내의 원하는 시간으로 한다.
또한, 공정 A 및/또는 공정 B에서는, APC 밸브(244)를 완전히 폐쇄하는 일 없이 약간 개방해 둠으로써, 각 가스를 약간 배기하여 가스의 흐름을 약간 형성하도록 해도 된다. 이때, 공정 B에서는, 옥텐 가스 및 H2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을, 완전히 정지시키는 일 없이 약간 공급하도록 해도 된다. 즉, 공정 A로부터 공정 B에 걸쳐 옥텐 가스 및 H2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 계속해서 행하도록 해도 된다. 이 경우, 공정 A 및/또는 공정 B에 있어서, 각 가스를 처리실(201) 내에 공급하면서 처리실(201) 내로부터 배기하고, 그때, 각 가스의 처리실(201) 내로부터의 배기 레이트를 각 가스의 처리실(201) 내에의 공급 레이트보다도 작게 한 상태를 유지함으로써, 각 가스를 약간 배기하도록 해도 된다. 즉, 공정 A 및/또는 공정 B에 있어서, 토탈에서의 처리실(201) 내로부터의 가스 배기 레이트[소정의 압력에 있어서의 단위 시간당 토탈에서의 가스 배기량, 즉, 배기 유량(체적 유량)]를 토탈에서의 처리실(201) 내에의 가스 공급 레이트[소정의 압력에 있어서의 단위 시간당 토탈에서의 가스 공급량, 즉, 공급 유량(체적 유량)]보다도 작게 한 상태를 유지함으로써, 각 가스를 약간 배기하도록 해도 된다. 이 경우, 예를 들면 공정 A에 있어서, 각 가스를 처리실(201) 내에 공급하면서 처리실(201) 내로부터 배기하고, 각 가스의 처리실(201) 내로부터의 배기 레이트를 각 가스의 처리실(201) 내에의 공급 레이트보다도 작게 한 상태를 형성하고, 공정 B에 있어서, 그 상태를 유지하게 된다. 즉, 이 경우, 공정 A 및 공정 B에 있어서, 각 가스의 처리실(201) 내로부터의 배기 레이트를 각 가스의 처리실(201) 내에의 공급 레이트보다도 작게 한 상태를 유지하게 된다.
이와 같이 각 가스를 약간 배기하도록 하거나, 각 가스를 약간 공급하면서 약간 배기하도록 해도, APC 밸브(244)를 완전히 폐쇄하는 경우와 실질적으로 마찬가지인 봉입 상태를 형성할 수 있다. 따라서 본 명세서에서는 이와 같이 각 가스를 약간 배기하는 상태나, 각 가스를 약간 공급하면서 약간 배기하는 상태도, 봉입한 상태에 포함시켜 생각하는 것으로 하고 있다. 즉, 본 명세서에 있어서 「봉입」이라 하는 단어를 이용한 경우에는, APC 밸브(244)를 완전히 폐쇄하여 처리실(201) 내의 배기를 정지하는 경우 외에, APC 밸브를 완전히 폐쇄하는 일 없이 약간 개방하고, 각 가스를 약간 배기하는 경우나, APC 밸브를 완전히 폐쇄하는 일 없이 약간 개방하고, 각 가스의 처리실(201) 내로부터의 배기 레이트를 각 가스의 처리실(201) 내에의 공급 레이트보다도 작게 한 상태를 유지하고, 각 가스를 약간 배기하는 경우도 포함한다.
공정 A 및 공정 B를 실시하는 과정에 있어서, 웨이퍼(200) 상에 a―C가 성장하고, 그 결과, 웨이퍼(200) 상에 a―C막이 형성되게 된다. 그리고 공정 A와 공정 B를 소정 횟수 실시한 후, APC 밸브(244)를 완전 개방으로 하여, 처리실(201) 내를 신속하게 배기한다(공정 C). 즉, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 a―C막 형성에 기여한 후의 옥텐 가스나 H2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하여 처리실(201) 내의 퍼지를 행한다.
상기한 공정 A, 공정 B, 공정 C를 포함하는 사이클, 즉, 공정 A와 공정 B를 소정 횟수 실시하는 공정(공정 D)과, 공정 C로 구성되는 사이클을, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 a―C막의 막 두께가 원하는 막 두께로 될 때까지 소정 횟수 실시한다. 이 사이클을 1회 행함으로써 원하는 막 두께의 a―C막을 형성하도록 해도 되고, 또한, 이 사이클을 복수회 행함으로써 원하는 막 두께의 a―C막을 형성하도록 해도 된다. 또한, 원하는 막 두께가 비교적 두꺼운 경우에는, 이 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 이 경우, 1사이클당 비교적 얇은 a―C막을 형성하고, 이 얇은 a―C막을 적층하도록 하여 원하는 막 두께의 a―C막을 성막할 수 있고, 비교적 두꺼운 막 두께의 a―C막을 형성하는 경우라도, 양호한 스텝 커버리지 특성을 얻을 수 있다. 본 실시 형태의 사이클 시퀀스의 일례를 도 4에 나타낸다. 또한, 도 4는 공정 A와 공정 B를 3회 실시하는 공정(공정 D)과, 공정 C로 구성되는 사이클을, 복수회 반복하는 예를 나타내고 있다. 또한, 공정 A와 공정 B를 1회 실시하는 공정(공정 D)과, 공정 C로 구성되는 사이클을, 복수회 반복하도록 해도 된다.
그 후, 불활성 가스 공급관(232e, 232f)으로부터, 바람직하게는, 예를 들면 매분 수 리터의 질소(N2) 가스를, 매스 플로우 컨트롤러(241e, 241f), 밸브(243e, 243f), 가스 공급관(232a, 232b), 가스 노즐(249a, 249b)을 통해 처리실(201) 내에 공급하여, 임의의 압력으로 질소 퍼지를, 바람직하게는, 예를 들면 수 분간 실시하고, 그 후, 질소 가스의 공급을 멈추고, 질소 퍼지를 종료한다.
그 후, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전을 멈추고, APC 밸브(244)를 폐쇄하여, 불활성 가스 공급관(232e, 232f)으로부터, 바람직하게는, 예를 들면 매분 수 리터의 질소(N2) 가스를, 매스 플로우 컨트롤러(241e, 241f), 밸브(243e, 243f), 가스 공급관(232a, 232b), 가스 노즐(249a, 249b)을 통해, 처리실(201) 내의 압력이 대기압으로 될 때까지, 처리실(201) 내에 공급한다(대기압 복귀).
성막 처리가 끝난 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 처리실(201) 내로부터 반출된다(보트 언로드). 그 후, 성막 처리 후의 복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)로부터 취출된다.
상술한 본 실시 형태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 옥텐 가스 및 H2 가스를 처리실(201) 내에 공급하여 봉입하는 공정(공정 A)과, 옥텐 가스 및 H2 가스를 처리실(201) 내에 봉입한 상태를 유지하는 공정(공정 B)을 교대로 복수회(3회) 행하는 공정(공정 D)과, 처리실(201) 내를 배기하는 공정(공정 C)을 교대로 복수회 반복하고 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 공정 A와 공정 B로 구성되는 사이클을 복수 사이클(3사이클) 행하는 공정 D와, 공정 C로 구성되는 사이클을 복수 사이클 반복하도록 하고 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 공정 A와 공정 B로 구성되는 사이클을 3사이클 행할 때마다 공정 C를 1회 실시하고 있지만, 공정 A와 공정 B로 구성되는 사이클을 1사이클 행할 때마다 공정 C를 행하도록 해도 된다. 즉, 공정 A와 공정 B를 교대로 1회 행하는 공정과, 공정 C를 교대로 복수회 반복하도록 해도 된다. 이 경우, 공정 A와 공정 B와 공정 C로 구성되는 사이클을 복수회 반복하게 된다.
또한, 공정 A와 공정 B로 구성되는 사이클을 1회 행할 때마다 공정 C를 행하도록 하고, 공정 A에 있어서의 옥텐 가스 및 H2 가스의 1회의 공급량을, 본 실시 형태에 있어서의 옥텐 가스 및 H2 가스의 1회의 공급량보다도 많게 하도록(예를 들면, 본 실시 형태의 공정 A에 있어서의 옥텐 가스 및 H2 가스의 1회의 공급량의 3배의 공급량으로 하고, 공정 A와 공정 B로 구성되는 사이클을 3사이클 행할 때의 공급량과 동일한 공급량으로 하도록) 해도 된다. 단, 이 경우, 1회의 공급에 의해 다량의 가스가 공급되므로, 성막 속도는 오르지만, 처리실(201) 내의 압력이 급격하게 높아져, 웨이퍼면 내 및 웨이퍼간의 막 두께 균일성이 나빠질 가능성이 있다.
이에 반해, 공정 A와 공정 B로 구성되는 사이클을 1회 행할 때마다 공정 C를 행하도록 하고, 공정 A에 있어서의 옥텐 가스 및 H2 가스의 1회의 공급량을 적게 하면(예를 들면, 본 실시 형태의 공정 A에 있어서의 옥텐 가스 및 H2 가스의 1회의 공급량과 동일하게 하거나, 혹은, 그 1회의 공급량보다도 적게 하면), 웨이퍼면 내 막 두께 균일성은 양호해지지만, 성막 속도가 작아진다.
본 실시 형태에서는, 공정 A와 공정 B로 구성되는 사이클을 3사이클 행할 때마다 공정 C를 1회 실시하고 있다. 즉, APC 밸브(244)를 완전히 폐쇄한 상태에서, 옥텐 가스 및 H2 가스를 각각 복수회(3회)에 나누어 공급하고 있고, 처리실(201) 내의 압력은, 다단계(이 경우에는 3단계)로, 서서히 높아진다. 제1 단계(제1 사이클)는, 3단계 중에서 가장 압력이 낮고, 성막 레이트는 가장 낮지만, 웨이퍼면 내 막 두께 균일성은 가장 양호해진다. 반대로 제3 단계(제3 사이클)는 3단계 중 가장 압력이 높고, 성막 레이트는 가장 높지만, 웨이퍼면 내 막 두께 균일성은 나빠질 가능성이 있다. 제2 단계(제2 사이클)는, 제1 단계(제1 사이클)와 제3 단계(제3 사이클)의 중간의 특성으로 된다.
단, 본 실시 형태와 같이, 3단계 등의 다단계로 압력을 증가시키는 경우, 제1 단계(제1 사이클)에서는 웨이퍼면 내 막 두께 균일성이 양호한 막이 형성되므로, 제2 단계, 제3 단계 등에서는, 그 웨이퍼면 내 막 두께 균일성이 양호한 막을 기초로 하여 막이 형성되게 되고, 그때, 그 기초의 영향을 받아, 그 후에도, 웨이퍼면 내 막 두께 균일성이 양호한 막이 형성되게 된다. 이와 같이, 다단계로 압력을 증가시키는 경우에는, 초기 단계에 있어서, 웨이퍼면 내 막 두께 균일성이 양호한 초기층을 형성할 수 있고, 그 후, 웨이퍼면 내 막 두께 균일성을 확보하면서, 성막 레이트를 올리는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, H2 가스의 공급 시간을 옥텐 가스의 공급 시간보다도 길게 하고 있지만, H2 가스의 공급 시간과 옥텐 가스의 공급 시간을 동등하게 해도 되고, H2 가스의 공급 시간을 옥텐 가스의 공급 시간보다도 짧게 해도 된다.
본 실시 형태의 방법에 따르면, 예를 들면 어스펙트비가 5 이상인 고어스팩트비의 트렌치나 비아 등의 오목부를 갖는 웨이퍼(200)에 대해, 90 내지 100％의 스텝 커버리지를 갖는 a―C막을 형성할 수 있다.
옥텐 가스를 열적으로 분해시키기 위해, 옥텐 가스 및 H2 가스를 처리실(201) 내에 공급하여 봉입하는 공정 A에서는, 처리실(201) 내의 압력을, 처리실(201) 내에의 옥텐 가스 및 H2 가스의 공급에 의해, 바람직하게는, 1000 내지 20000㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 또한, 히터(207)의 온도를, 바람직하게는, 웨이퍼(200)의 온도가 600 내지 700℃의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다. 또한, 처리실(201) 내에, 불활성 가스로서 N2 가스를 불활성 가스 공급관(232e, 232f)으로부터 공급하도록 해도 된다. 또한, 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 이용해도 된다.
또한, 웨이퍼(200)의 온도가 600℃ 미만으로 되면 옥텐 가스나 H2 가스가 열분해하기 어려워지고, 상술한 반응이 발생하기 어려워져, a―C막이 형성되지 않게 된다. 웨이퍼(200)의 온도가 700℃를 초과하면 기상 반응이 지나치게 강해져, 웨이퍼면 내 막 두께 균일성을 확보하는 것이 곤란해진다. 따라서, 웨이퍼(200)의 온도는 600 내지 700℃의 범위 내의 온도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 처리실(201) 내의 압력이 1000㎩ 미만으로 되면, 옥텐 가스나 H2 가스에 의한 상술한 반응이 발생하기 어려워진다. 처리실(201) 내의 압력이 20000㎩을 초과하면, 공정 C에 있어서의 처리실(201) 내의 배기에 시간이 걸려 버려, 스루풋에 영향을 미치게 된다. 또한, 기상 반응이 지나치게 강해져, 웨이퍼면 내 막 두께 균일성을 확보하는 것이 곤란해진다. 따라서, 처리실(201) 내의 압력은 1000 내지 20000㎩의 범위 내의 압력으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 분위기(조건)하에 있어서의 처리실(201) 내에 있어서, 옥텐 가스의 공급 유량이 100sccm 미만으로 되면 성막 레이트가 극단적으로 나빠진다. 또한, 옥텐 가스의 공급 유량이 10000sccm을 초과하면 막 두께의 균일성이 극단적으로 나빠져 버린다. 따라서, 옥텐 가스의 공급 유량은 100 내지 10000sccm(0.1 내지 10slm)의 범위 내의 유량으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 옥텐 가스의 공급 시간을 1초 미만으로 하는 것은 밸브 제어상 곤란하다. 옥텐 가스의 공급 시간은 될 수 있는 한 짧게 하고, 반응 계속 시간(옥텐 가스의 공급 정지 시간)을 될 수 있는 한 길게 하는 것이 바람직하다. 즉, 적절한 양의 옥텐 가스를 단시간에 공급하는 것이 바람직하다. 따라서, 옥텐 가스의 공급 시간은 1 내지 300초의 범위 내의 시간으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 이러한 분위기(조건)하에 있어서의 처리실(201) 내에 있어서, H2 가스의 공급 유량이 100sccm 미만으로 되면 상술한 반응이 발생하기 어려워진다. 또한, H2 가스의 공급 유량이 10000sccm을 초과하면, 반응에 기여하지 않는 H2 가스가 많아져, 낭비로 되어 버린다. 따라서, H2 가스의 공급 유량은 100 내지 10000sccm(0.1 내지 10slm)의 범위 내의 유량으로 하는 것이 바람직하다.
또한, H2 가스의 공급 시간을 1초 미만으로 하는 것은 밸브 제어상 곤란하다. H2 가스의 공급 시간은 될 수 있는 한 짧게 하고, 반응 계속 시간을 될 수 있는 한 길게 하는 것이 바람직하다. 즉, 적절한 양의 H2 가스를 단시간에 공급하는 것이 바람직하다. 따라서, H2 가스의 공급류 시간은 1 내지 300초의 범위 내의 시간으로 하는 것이 바람직하다.
처리실(201) 내에의 옥텐 가스 및 H2 가스의 공급을 정지하여, 옥텐 가스 및 H2 가스를 처리실(201) 내에 봉입한 상태를 유지하는 공정 B에서는, 상술한 공정 A에서 발생시킨 반응을 계속시키게 된다. 이 반응을 계속시킴으로써, 웨이퍼(200) 상에 a―C막이 성장하게 된다.
또한, 옥텐 가스 및 H2 가스는 반응하기 어렵고, 반응 속도가 매우 느리므로(반응에 시간이 걸리므로), 옥텐 가스 및 H2 가스를 처리실(201) 내에 봉입한 상태를 유지하여, 시간을 들임으로써, 상술한 반응을 충분히 발생시켜, a―C막을 형성하는 것이 가능해진다.
이때, 처리실(201) 내의 압력은, 바람직하게는, 1000∼20000㎩의 범위 내의 압력을 유지한다. 또한, 이때의 히터(207)의 온도는, 바람직하게는, 웨이퍼(200)의 온도가 600∼700℃의 범위 내의 온도로 되는 온도로 설정한다. 즉, 공정 A와 동일한 압력 범위 내의 압력 및 온도 범위 내의 온도로 유지한다.
또한, 옥텐 가스의 공급을 정지하는 시간은, 바람직하게는, 예를 들면 1∼90분의 범위 내의 시간으로 한다. 옥텐 가스의 공급 정지 시간을 1분 미만으로 하면, 상술한 반응이 불충분해진다. 이 반응이 어느 정도 진행하면, 옥텐 가스나 H2 가스의 양이 적어지고, 반응은 생기지만 반응 효율이 저하되어 버린다. 그 상태를 계속해도 성막 레이트가 저하된 상태에서의 성막을 계속하게 된다. 즉, 옥텐 가스의 공급 정지 시간을 지나치게 길게 하면 스루풋에 영향을 미치게 된다. 따라서, 옥텐 가스의 공급 정지 시간은 1∼90분의 범위 내의 시간으로 하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 의해 형성되는 a―C막의 성막 레이트[1사이클(공정 A와 공정 B로 구성되는 사이클)당 성막 레이트]는, 예를 들면 1㎚／사이클로 되는 것이 확인되고 있고, 사이클수를 제어함으로써, 임의의 막 두께를 얻을 수 있다. 예를 들면, a―C막을 에칭 스토퍼에 적용하는 경우에서의 a―C막의 막 두께로서는, 50∼200Å(5∼20㎚)이 예시되고, 이 경우, 상술한 사이클을, 예를 들면 5∼20사이클 행함으로써, 이 막 두께를 실현할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 옥텐 가스 및 H2 가스를 처리실(201) 내에 공급하여 봉입하도록 하였으므로, 중저온 영역에 있어서 반응하기 어려운 가스인 옥텐 가스 및 H2 가스를 이용하는 경우에도, 반응 효율을 높이는 것이 가능해져, 성막 효율(옥텐 가스 및 H2 가스의 소비, 성막 레이트 등)을 향상시키는 것이 가능해진다.
본 실시 형태에서는, 공정 A와 공정 B로 구성되는 사이클을 3사이클 행할 때마다 공정 C를 1회 실시하는 예에 대해 설명하였지만, 공정 A와 공정 B로 구성되는 사이클을 1사이클 행할 때마다 공정 C를 행하도록 해도 된다. 그때, 도 5에 도시한 바와 같이, 공정 B를 행한 후, 공정 C를 행하기 전에, 처리실(201) 내로 수소 함유 가스를 공급하도록 해도 된다(공정 E). 도 5에서는, 공정 E에 있어서 수소 함유 가스로서 H2 가스를 공급하는 예를 도시하고 있다.
이 경우, 공정 A와 공정 B와 공정 E와 공정 C로 구성되는 사이클을 소정 횟수 실시함으로써 웨이퍼(200) 상에 원하는 막 두께의 a―C막을 형성하게 된다. 이 사이클을 1회 행함으로써 원하는 막 두께의 a―C막을 형성하도록 해도 되고, 또한 이 사이클을 복수회 행함으로써 원하는 막 두께의 a―C막을 형성하도록 해도 된다. 또한, 원하는 막 두께가 비교적 두꺼운 경우에는, 이 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 이 경우, 1사이클당 비교적 얇은 a―C막을 형성하고, 이 얇은 a―C막을 적층하도록 하여 원하는 막 두께의 a―C막을 성막할 수 있고, 비교적 두꺼운 막 두께의 a―C막을 형성하는 경우라도, 양호한 스텝 커버리지 특성을 얻을 수 있다. 또한, 도 5는, 공정 A와 공정 B와 공정 E와 공정 C로 구성되는 사이클을, 복수회 반복하는 예를 도시하고 있다. 또한, 도 5에서는, 공정 A에 있어서 H2 가스의 공급 시간과 옥텐 가스의 공급 시간을 동등하게 하는 예를 도시하고 있다.
이 경우, 공정 E에서는, 공정 B에 있어서 옥텐 가스와 H2 가스를 봉입한 상태를 유지함으로써 반응이 어느 정도 진행된 처리실(201) 내에, 옥텐 가스의 공급을 정지한 상태에서, H2 가스를 공급하게 된다. H2 가스는, 바람직하게는, 예를 들면 0.1∼10slm의 범위 내의 원하는 유량으로 도입한다. H2 가스의 공급 시간은, 바람직하게는, 예를 들면 1초∼300초의 원하는 시간으로 한다. 그 이외의 처리 조건은, 공정 B에 있어서의 처리 조건과 마찬가지로 한다.
이에 의해, 웨이퍼(200)의 최표면, 즉 공정 A 및 공정 B에 있어서 웨이퍼(200) 상에 형성된 a―C막의 최표면을 H2 가스에 의해 퍼지할 수 있다. 이때, H2 가스의 일부가 열적으로 분해되고, 그에 따라 원자상 수소(H)가 약간 생기고, H2 가스 중에는 약간 원자상 수소가 포함되게 된다. 그리고, 이 H2 가스에 의한 퍼지에 의해, 웨이퍼(200) 상에 형성된 a―C막의 최표면에 물리 흡착하고, 그 이상 반응하지 않게 된, 혹은 반응이 진행하기 어려워진 옥텐 가스를 제거할 수 있다. 또한, 이 H2 가스에 의한 퍼지에 의해, 옥텐 가스 제거 후의 a―C막의 최표면을 수소 종단의 상태로 할 수 있다. 이들 처리에 의해, 다음 사이클에 있어서 성막의 기초로 되는 a―C막의 최표면을, 이어서 형성되는 a―C막이 성장하기 쉬운 상태로 할 수 있다.
또한, 이때, 도 6에 도시한 바와 같이, 공정 B에 있어서, 처리실(201) 내로 수소 함유 가스를 공급하도록 해도 된다. 즉, 공정 A로부터 공정 E에 걸쳐, 연속적으로 수소 함유 가스를 공급하도록 해도 된다. 도 6에서는, 공정 B에 있어서 수소 함유 가스로서 H2 가스를 공급하는 예, 즉 공정 A로부터 공정 E에 걸쳐, 연속적으로 H2 가스를 공급하는 예를 도시하고 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 카본계 박막으로서, 아몰퍼스 카본막(a―C막)을 형성하는 예에 대해 설명하였지만, 다결정 카본막(p―C막)이나, 다이아몬드 라이크 카본막(DLC막) 등을 형성할 수도 있다.
또한, 이들 외에, 적어도 옥텐 가스의 공급을 정지하는 기간, 예를 들면, 공정 B 등, 옥텐 가스 및 H2 가스의 공급을 정지하는 기간에, 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 마련함으로써, 또는 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정 및 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 마련함으로써, 카본계 박막으로서, 카본 이외의 소정 원소(타원소)를 포함한, 실리콘카바이드막(SiC막), 실리콘카보나이트라이드막(SiCN막), 붕소카바이드막(BC막), 붕소카보나이트라이드막(BCN막), 알루미늄카바이드막(AlC막), 알루미늄카보나이트라이드막(AlCN막), 알루미늄실리콘카바이드막(AlSiC막), 티타늄카바이드막(TiC막), 티타늄카보나이트라이드막(TiCN막), 탄탈카바이드막(TaC막), 탄탈카보나이트라이드막(TaCN막), 몰리브덴카바이드막(MoC막), 몰리브덴카보나이트라이드막(MoCN막), 텅스텐카바이드막(WC막), 텅스텐카보나이트라이드막(WCN막) 등 중 적어도 1종류의 막을 형성할 수 있다. 즉, 카본계 박막으로서, 소정 원소 및 카본을 포함하는 막이나, 소정 원소, 카본 및 질소를 포함하는 막을 형성할 수 있다. 또한, 소정 원소라 함은, 실리콘(Si)이나 붕소(B) 등의 반금속 원소, 즉 반도체 원소나, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등의 금속 원소 등을 포함하는 원소의 총칭이다. 즉, 소정 원소 함유 가스라 함은, 실리콘 함유 가스, 붕소 함유 가스 등의 반금속 함유 가스나, 알루미늄 함유 가스, 티타늄 함유 가스, 탄탈 함유 가스, 몰리브덴 함유 가스, 텅스텐 함유 가스 등의 금속 함유 가스를 포함하는 가스의 총칭이다.
예를 들면, 도 7과 같이, 공정 B에 있어서, 소정 원소 함유 가스로서, 예를 들면 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭:HCDS) 가스 등의 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정을 마련함으로써, 카본계 박막으로서, SiC막을 형성할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 동일한 처리 조건으로 할 수 있다.
소정 원소 함유 가스는, 제3 가스 공급관(232c)으로부터, 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c), 제3 노즐(249c)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다.
또한, 도 7에 있어서, 소정 원소 함유 가스로서 실리콘 함유 가스 대신에, 예를 들면 삼원화 붕소(BCl3) 가스 등의 붕소 함유 가스를 공급하는 공정을 마련함으로써, 카본계 박막으로서, BC막을 형성할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태에 있어서의 처리 조건과 동일한 처리 조건으로 할 수 있다.
또한, 도 7에 있어서, 소정 원소 함유 가스로서 실리콘 함유 가스 대신에, 예를 들면 알루미늄트리클로라이드(AlCl3), 티타늄테트라클로라이드(TiCl4), 탄탈펜타클로라이드(TaCl5), 몰리브덴펜타클로라이드(MoCl5), 텅스텐헥사클로라이드(WCl6) 등의 알루미늄 함유 가스, 티타늄 함유 가스, 탄탈 함유 가스, 몰리브덴 함유 가스, 텅스텐 함유 가스를 공급하는 공정을 마련함으로써, 카본계 박막으로서, AlC막, TiC막, TaC막, MoC막, WC막을 각각 형성할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 동일한 처리 조건으로 할 수 있다.
또한, 예를 들면 도 8과 같이, 공정 B에 있어서, 소정 원소 함유 가스로서, 예를 들면 HCDS 가스 등의 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정과, 질소 함유 가스로서, 예를 들면 NH3 가스를 공급하는 공정을 마련함으로써, 카본계 박막으로서, SiCN막을 형성할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 동일한 처리 조건으로 할 수 있다.
소정 원소 함유 가스는, 제3 가스 공급관(232c)으로부터, 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c), 제3 노즐(249c)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다.
질소 함유 가스는, 제4 가스 공급관(232d)으로부터, 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d), 제4 노즐(249d)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다.
또한, 도 8에 있어서, 소정 원소 함유 가스로서 실리콘 함유 가스 대신에, 예를 들면 BCl3 가스 등의 붕소 함유 가스를 공급하는 공정을 마련함으로써, 카본계 박막으로서, BCN막을 형성할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 동일한 처리 조건으로 할 수 있다.
또한, 도 8에 있어서, 소정 원소 함유 가스로서 실리콘 함유 가스 대신에, 예를 들면 AlCl3 가스, TiCl4 가스, TaCl5 가스, MoCl5 가스, WCl6 가스 등의 알루미늄 함유 가스, 티타늄 함유 가스, 탄탈 함유 가스, 몰리브덴 함유 가스, 텅스텐 함유 가스를 공급하는 공정을 마련함으로써, 카본계 박막으로서, AlCN막, TiCN막, TaCN막, MoCN막, WCN막을 각각 형성할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 동일한 처리 조건으로 할 수 있다.
또한, 도 8에서는, 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 질소 함유 가스를 공급하는 공정을, 동시에 행하고 있지만, 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을, 질소 함유 가스를 공급하는 공정보다도 선행하여 행하도록 해도 되고, 질소 함유 가스를 공급하는 공정을, 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정보다도 선행하여 행하도록 해도 된다.
또한, 도 7, 도 8에서는, 공정 B 등, 옥텐 가스 및 H2 가스의 공급을 정지하는 기간에, 소정 원소 함유 가스나 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 행하는 예에 대해 설명하였지만, 공정 A 등, 옥텐 가스 및 H2 가스의 공급을 계속하는 기간에, 소정 원소 함유 가스나 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 행하도록 해도 된다.
유기계 가스로서는, 옥텐(C8H16) 외에, 예를 들면 에틸렌(C2H4), 프로필렌(C3H6), 부텐(C4H8), 펜텐(C5H10), 헥센(C6H12), 헵텐(C7H14)이나, 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 부탄(C4H10), 펜탄(C5H12), 헥산(C6H14), 헵탄(C7H16), 옥탄(C8H18) 등의 탄화수소계 가스를 바람직하게 이용할 수 있다. 즉, 유기계 가스로서는, CxH2x, CxH2x ＋2[화학식 중, x는 1보다 큰 정수(x＞1)] 등의 유기 원료 중, 적어도 1종류의 원료를 바람직하게 이용할 수 있다. 이들 유기 원료는, 카본(C) 및 수소(H)의 2원소만으로 구성되는 탄화수소계의 원료이며, 염소(Cl)를 포함하지 않는 원료인 점에서, 클로로 비함유 원료라고도 말할 수 있다. 이 경우의 유기계 원료는, 카본계 박막을 형성할 때의 카본원(카본 소스)으로서 작용한다.
또한, 카본 소스의 분자 사이즈, 즉, 상술한 화학식 중에서 x의 값이 작을수록, 막 내에서의 C원소의 배열은 조밀해지기 쉽다. 이 조밀한 배열은, 어닐링 효과와 함께, a―C막을 국소적으로 결정 성장시켜, 다결정화시키고, 결과적으로 표면 러프니스를 크게(악화) 되게 한다. x≤4의 카본 소스에서는, 이 현상이 현저하게 생기게 된다.
AFM 분석에 의한 표면 러프니스(RMS값)의 실측에서는, x＝3일 때에 0.6㎚ 정도, x＝8일 때에 0.35㎚ 정도를 얻고 있다. x와 RMS값에는 상관성이 있고, 이 상관성으로부터 추정하면, 목표값인 RMS≤0.5㎚를 달성하기 위해서는, 분자 사이즈가 큰 카본 소스, 즉 x≥5가 필요 조건으로 되고, x≤4의 카본 소스에서는, RMS≤0.5㎚를 달성할 수 없다.
또한, 탄화수소계의 카본 소스는, 분자 사이즈가 클수록, 그 분해 온도가 낮아지므로, 그 카본 소스를 채용하는 것은 큰 메리트로 된다.
이상의 점으로부터, 카본 소스로서는, CxH2x 및 CxH2x ＋2[화학식 중, x는 4보다 큰 정수(x＞4), 즉 x는 5 이상의 정수(x≥5)] 중, 적어도 어느 하나를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
수소 함유 가스로서는, 수소(H2) 가스 외에, 예를 들면 암모니아(NH3) 가스나, 메탄(CH4) 가스, 에틸렌(C2H4) 가스, 아세틸렌(C2H2) 가스 등의 탄화수소계 가스 등을 바람직하게 이용할 수 있다.
소정 원소 함유 가스 중 실리콘 함유 가스로서는, HCDS 외에, 예를 들면 테트라클로로실란, 즉 실리콘테트라클로라이드(SiCl4, 약칭:STC), 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭:TCS), 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭:DCS), 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭:MCS) 등의 무기 원료를 바람직하게 이용할 수 있다.
또한, 이들 외에, 실리콘 함유 가스로서는, Si2C2H10, SiC2H8, Si2CH8, SiC3H10, Si3CH10, SiC4H12, Si2C3H12, Si3C2H12, Si4CH12, SiC2H6, SiC3H8, Si2C2H8, SiC4H10, Si2C3H10, Si3C2H10 등의 유기 실란 원료 중, 적어도 1종류의 원료를 바람직하게 이용할 수 있다. 이들 유기 원료는, 실리콘(Si), 카본(C) 및 수소(H)의 3원소만으로 구성되고, 염소(Cl)를 포함하지 않는 원료이며, 클로로 비함유 실란계 원료라고도 말할 수 있다. 이 경우의 유기계 원료는, 카본계 박막을 형성할 때의 카본원(카본 소스)으로서 작용함과 함께 실리콘원(실리콘 소스)으로서도 작용한다. 실리콘 함유 가스로서 이들 유기 원료를 이용함으로써, 형성하는 실리콘 함유의 카본계 박막(SiC막, SiCN막)의 탄소 성분의 비율, 즉 카본 농도를 증가시키는 방향으로 제어하는 것이 용이해져, 탄소 성분이 비교적 많은 막, 즉 카본 리치한 막을 형성하는 것이 가능해진다.
소정 원소 함유 가스 중 붕소 함유 가스로서는, BCl3 외에, 예를 들면 디보란(B2H6) 등의 무기 원료나, n, n', n''―트리메틸보라진(약칭:TMB), n, n', n"―트리에틸보라진(약칭:TEB), n, n', n"―트리―n―프로필보라진(약칭:TPB), n, n', n"―트리이소프로필보라진(약칭:TIPB), n, n', n"―트리―n―부틸보라진(약칭:TBB), n, n', n"―트리이소부틸보라진(약칭:TIBB) 등의 유기 원료, 즉 유기 보라진계 가스(유기 보라진계 원료)를 바람직하게 이용할 수 있다. 유기 보라진계 가스는, 붕소 함유의 카본계 박막(BCN막)을 형성할 때의 붕소원(붕소 소스)으로서 작용함과 함께 질소원(질소 소스), 카본원(카본 소스)으로서도 작용한다.
소정 원소 함유 가스 중 알루미늄 함유 가스, 티타늄 함유 가스, 탄탈 함유 가스, 몰리브덴 함유 가스, 텅스텐 함유 가스로서는, AlCl3, TiCl4, TaCl5, MoCl5, WCl6 등 외에, 예를 들면 알루미늄트리플루오라이드(AlF3), 티타늄테트라플루오라이드(TiF4), 탄탈펜타플루오라이드(TaF5), 몰리브덴펜타플루오라이드(MoF5), 텅스텐헥사플루오라이드(WF6) 등의 원료를 바람직하게 이용할 수 있다. 알루미늄 함유 가스, 티타늄 함유 가스, 탄탈 함유 가스, 몰리브덴 함유 가스, 텅스텐 함유 가스는, 금속 함유의 카본계 박막(AlC막, TiC막, TaC막, MoC막, WC막, AlCN막, TiCN막, TaCN막, MoCN막, WCN막)을 형성할 때의 알루미늄원(알루미늄 소스), 티타늄원(티타늄 소스), 탄탈원(탄탈 소스), 몰리브덴원(몰리브덴 소스), 텅스텐원(텅스텐 소스)으로서 작용한다.
질소 함유 가스로서는, 암모니아(NH3) 가스 외에, 예를 들면 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등을 바람직하게 이용할 수 있다. 질소 함유 가스는, 실리콘 함유의 카본계 박막(SiCN막), 붕소 함유의 카본계 박막(BCN막), 혹은 금속 함유의 카본계 박막(AlCN막, TiCN막, TaCN막, MoCN막, WCN막 등)을 형성할 때의 질소원(질소 소스)으로서 작용한다. 또한, 질소(N2) 가스는 불활성 가스이며, 카본계 박막 중에 도입되지 않으므로, 질소원(질소 소스)으로부터 제외된다.
또한, 질소 함유 가스로서는, 아민계 가스를 이용할 수도 있다. 또한, 아민계 가스라 함은, 아민기를 포함하는 가스를 말한다. 아민계 가스는, 적어도 질소(N), 탄소(C) 및 수소(H)를 포함하는 가스이다. 즉, 아민계 가스는, 질소 함유 가스이기도, 탄소 함유 가스이기도, 수소 함유 가스이기도 하다. 아민계 가스는, 에틸아민, 메틸아민, 프로필아민, 이소프로필아민, 부틸아민, 이소부틸아민 등의 아민을 포함한다. 여기서, 아민이라 함은, 암모니아(NH3)의 수소원자를 알킬기 등의 탄화수소기로 치환한 형태의 화합물의 총칭이다. 즉, 아민은, 알킬기 등의 탄화수소기를 포함한다. 아민계 가스는, 질소(N), 탄소(C) 및 수소(H)의 3원소만으로 구성되는 물질이라고도 말할 수 있고, 실리콘(Si)을 포함하고 있지 않은 점에서 실리콘 비함유의 물질이라고도 말할 수 있고, 또한, 실리콘 및 금속을 포함하고 있지 않은 점에서 실리콘 및 금속 비함유의 물질이라고도 말할 수 있다. 또한, 염소를 포함하고 있지 않은 점에서 클로로 비함유의 물질이라고도 말할 수 있다. 아민계 가스로서는, 예를 들면 트리에틸아민[(C2H5)3N, 약칭:TEA], 디에틸아민[(C2H5)2NH, 약칭:DEA], 모노에틸아민(C2H5NH2, 약칭:MEA) 등의 에틸아민계 가스, 트리메틸아민[(CH3)3N, 약칭:TMA], 디메틸아민[(CH3)2NH, 약칭:DMA], 모노메틸아민(CH3NH2, 약칭:MMA) 등의 메틸아민계 가스, 트리프로필아민[(C3H7)3N, 약칭:TPA], 디프로필아민[(C3H7)2NH, 약칭:DPA], 모노프로필아민[(C3H7)3NH2, 약칭:MPA] 등의 프로필아민계 가스, 트리이소프로필아민[{(CH3)2CH}3N, 약칭:TIPA], 디이소프로필아민[{(CH3)2CH}2NH, 약칭:DIPA], 모노이소프로필아민[(CH3)2CHNH2, 약칭:MIPA] 등의 이소프로필아민계 가스, 트리부틸아민[(C4H9)3N, 약칭:TBA], 디부틸아민[(C4H9)2NH, 약칭:DBA], 모노부틸아민[(C4H9)3NH2, 약칭:MBA] 등의 부틸아민계 가스, 또는 트리이소부틸아민[{(CH3)2CHCH2}3N, 약칭:TIBA], 디이소부틸아민[{(CH3)2CHCH2}2NH, 약칭:DIBA], 모노이소부틸아민[(CH3)2CHCH2NH2, 약칭:MIBA] 등의 이소부틸아민계 가스를 바람직하게 이용할 수 있다. 즉, 아민계 가스로서는, (C2H5)xNH3― x, (CH3)xNH3― x, (C3H7)xNH3― x, (C4H9)xNH3― x, [(CH3)2CH]xNH3― x, [(CH3)2CHCH2]xNH3― x(식 중, x는 1∼3의 정수) 중 적어도 1종류의 가스를 바람직하게 이용할 수 있다. 아민계 가스는, 실리콘 함유의 카본계 박막(SiCN막), 붕소 함유의 카본계 박막(BCN막), 혹은 금속 함유의 카본계 박막(AlCN막, TiCN막, TaCN막, MoCN막, WCN막 등)을 형성할 때의 질소원(질소 소스)으로서 작용함과 함께 카본원(카본 소스)으로서도 작용한다. 질소 함유 가스로서 아민계 가스를 이용함으로써, 형성하는 실리콘 함유의 카본계 박막, 붕소 함유의 카본계 박막, 혹은 금속 함유의 카본계 박막의 탄소 성분의 비율, 즉 카본 농도를 증가시키는 방향으로 제어하는 것이 용이해져, 탄소 성분이 비교적 많은 막, 즉 카본 리치한 막을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 옥텐 가스와 H2 가스를 이용하여 a―C막을 형성하는 예에 대해 설명하였지만, H2 가스의 사용을 생략할 수도 있다. 즉, 옥텐 가스를 단독으로 이용함으로써, a―C막을 형성할 수도 있다. 또한, N2 등의 불활성 가스로 희석한 옥텐 가스를 단독으로 이용함으로써, a―C막을 형성할 수도 있다.
예를 들면, 도 11과 같이, 공정 A에 있어서 옥텐 가스를 단독으로, 혹은 불활성 가스로 희석한 옥텐 가스를 단독으로 처리실 내에 공급하여 봉입하고, 공정 B에 있어서 그 상태를 유지하고, 공정 C에 있어서 처리실 내를 배기하고, 공정 A, 공정 B, 공정 C를 포함하는 사이클을 소정 횟수 실시함으로써 a―C막을 형성하도록 해도 된다. 이 경우, 공정 A와 공정 B를 소정 횟수 실시하는 공정(공정 D)과, 공정 C로 구성되는 사이클을, 소정 횟수 실시하도록 해도 된다. 이때의 처리 조건은, 옥텐 가스와 H2 가스를 이용하는 경우와 동일한 처리 조건으로 할 수 있다. 또한, 도 11은, 공정 A와 공정 B를 1회 실시하는 공정(공정 D)과, 공정 C로 구성되는 사이클을, 복수회 실시하는 예를 도시하고 있다.
이와 같이, H2 가스의 사용을 생략하고, 옥텐 가스를 단독으로, 혹은 불활성 가스로 희석한 옥텐 가스를 단독으로 이용하는 것이라도, 실용 레벨의 평탄성, 막 두께 균일성 및 스텝 커버리지를 갖는 a―C막을 형성할 수 있는 것을 확인하였다. 단, 옥텐 가스와 H2 가스를 이용하는 경우 쪽이, 특히, 보다 깊은 트렌치나 비아, 즉 고어스팩트비의 트렌치나 비아에 대해 성막하는 경우에, 보다 높은 평탄성, 막 두께 균일성 및 스텝 커버리지를 갖는 a―C막을 형성할 수 있다.
이상, 본 발명의 다양한 전형적인 실시 형태를 설명해 왔지만, 본 발명은 그들 실시 형태로 한정되지 않는다.
예를 들면, 상술한 실시 형태에서는, 공정 B에 있어서, 각 가스의 공급을 정지하는 예에 대해 설명하였지만, 공정 B에서는, 각 노즐 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 연속적으로 흐르게 하도록 해도 된다. 그 경우, 처리실 내에 불활성 가스가 공급되고, 처리실 내의 압력이 상승하게 되지만, 각 노즐 내에 공급하는 불활성 가스의 유량을 제어함으로써, 처리실 내의 압력이 처리 압력, 즉 1000∼20000㎩의 범위 내의 원하는 압력을 초과하지 않도록 하게 된다. 공정 B에 있어서, 각 노즐 내에 불활성 가스를 연속적으로 흐르게 하도록 함으로써, 각 노즐 내에 탄소를 포함하는 막이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 예를 들면 상술한 실시 형태에서는, 1중 반응관 구조의 처리실(201)을 이용하는 예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 2중 반응관 구조의 처리실(201)을 이용하는 경우에도 적절히 적용 가능하다. 이 경우, 도 12에 도시한 바와 같이, 반응관(203)을, 외부 반응관으로서의 아우터 튜브(203a)와, 그 내측에 설치된 내부 반응관으로서의 이너 튜브(203b)로 구성하고, 이너 튜브(203b) 내부의 통 중공부에 형성되는 처리실(201) 내에, 유기계 가스를, 혹은 유기계 가스와 수소 함유 가스를, 예를 들면 이너 튜브(203b)의 하단측으로부터 상단측을 향해 흐르게 하고, 이너 튜브(203b)의 상단측으로부터 이너 튜브(203b)와 아우터 튜브(203a)와의 사이의 통 형상 공간으로 유출시키고, 그 통 형상 공간을 유하시켜 배기관(231)으로부터 배기한다. 이 경우도, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 배기관(231)에 설치된 APC 밸브(244)의 개방도를 조정함으로써, 상술한 봉입 상태를 형성, 유지하게 된다. 또한, 도 12에 있어서, 도 1에서 설명한 요소와 실질적으로 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.
이와 같이, 2중 반응관 구조의 처리실(201)을 이용함으로써, 우수한 평탄성 및 막 두께 균일성을 갖는 a―C막을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 이 경우, 이너 튜브(203b)의 상단부에, 그 내측으로 연장하는 연장부(203c)를 설치하고, 이 연장부(203c)에 의해 보트(217)의 상단면(천장판)(217a)의 적어도 일부를 덮는 구조로 하는 것이 바람직하다. 이 연장부(203c)는 웨이퍼(200)의 표면의 적어도 일부를 덮는 구조라고도 말할 수 있다. 또한, 이 연장부(203c)는, 보트(217)의 상단면(217a)과 평행하게, 즉 웨이퍼(200)의 표면과 평행하게 설치하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 이너 튜브(203b)의 상단부에 연장부(203c)를 설치하고, 이 연장부(203c)에 의해 보트(217)의 상단면(217a)의 적어도 일부를 덮는 구조로 함으로써, 실질적인 처리실(201)의 체적을 작게 할 수 있고, 유기계 가스가 열분해하여 반응종이 생성되는 영역을 줄이고, 또한 다종의 반응종의 생성을 억제할 수 있다. 또한, 웨이퍼(200)의 상부를 덮는 구조이므로, 웨이퍼(200)의 상부, 혹은 아우터 튜브(203a)와 이너 튜브(203b)와의 사이에 생성된 반응종이 웨이퍼(200)에 접촉하는 것을 억제할 수 있다. 이 구조에 의해, 반응종의 막 두께, 막질에의 영향을 억제할 수 있어, 웨이퍼면 내 및 면 사이에서 균일한 막 두께 및 막질을 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 이 경우, 이너 튜브(203b)의 내벽과 웨이퍼(200)의 단부와의 사이의 거리를 작게 하는 것이 바람직하다. 단, 보트(217)는, 웨이퍼(200)를 지지하는 걸림홈(217b)이 형성되는 보트 기둥(217c)을 갖고, 보트 기둥(217c)은 웨이퍼(200)보다도 외측에 위치하고 있다. 그 때문에, 이너 튜브(203b)의 내벽과 웨이퍼(200)의 단부와의 사이의 거리를 작게 하고자 하면, 이너 튜브(203b)의 내벽과 보트 기둥(217c)이 접촉해 버려, 그 이상은, 이너 튜브(203b)의 내벽과 웨이퍼(200)의 단부와의 사이의 거리를 좁힐 수 없다. 즉, 보트 기둥(217c)이 이너 튜브(203b)의 내벽과 웨이퍼(200)의 단부와의 사이의 거리를 작게 하는 것을 방해하게 된다. 따라서, 이너 튜브(203b)의 내벽과 웨이퍼(200)의 단부와의 사이의 거리를 보다 작게 하기 위해, 예를 들면 도 13에 도시한 바와 같이, 이너 튜브(203b)의 내벽의 보트 기둥(217c)에 대응하는 부분에, 보트 기둥(217c)의 부분을 피하는 스페이스(오목부)로서의 보트 기둥 홈(203d)을 형성하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 도 13은, 편의상, 이너 튜브(203b)와, 보트(217)와, 웨이퍼(200)만을 추출하여 도시하고 있다.
이 구조, 즉 이너 튜브(203b)의 내벽에 보트(217)를 구성하는 부재를 피하도록 오목부를 형성한 구조에 의해, 이너 튜브(203b)의 내벽과 웨이퍼(200)의 단부와의 사이의 거리를 극한까지 작게 하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 이너 튜브(203b)의 내벽과 웨이퍼(200)의 단부와의 사이의 거리를 작게 함으로써, 실질적인 처리실(201)의 체적을 작게 할 수 있어, 반응종이 생성되는 영역을 줄이고, 또한 다종의 반응종의 생성을 억제할 수 있다. 이 구조에 의해, 반응종의 막 두께, 막질에의 영향을 억제할 수 있어, 웨이퍼면 내 및 면 사이에서 균일한 막 두께 및 막질을 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 이 경우, 아우터 튜브(203a)의 천장면(상단면)을 평면으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 천장면은, 이너 튜브(203b)의 상단부의 연장부(203c)와 평행하게, 즉 보트(217)의 상단면(217a)과 평행하게, 즉 웨이퍼(200)의 표면과 평행하게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 아우터 튜브(203a)의 강도를 유지하기 위해, 아우터 튜브(203a)의 천장면의 두께는, 다른 부분, 예를 들면 아우터 튜브(203a)의 측벽부보다도 두껍게 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 아우터 튜브(203a)의 천장면을 평면으로 함으로써, 실질적인 처리실(201)의 체적을 작게 할 수 있어, 반응종이 생성되는 영역을 줄이고, 또한 다종의 반응종의 생성을 억제할 수 있다. 이 구조에 의해, 반응종의 막 두께, 막질에의 영향을 억제할 수 있어, 웨이퍼면 내 및 면 사이에서 균일한 막 두께 및 막질을 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 옥텐 가스와 H2 가스를 이용하여 a―C막 등의 카본계의 막을 형성하는 예에 대해 설명하였지만, 옥텐 가스 및 H2 가스와 함께, 옥텐 가스와는 상이한 카본 소스를 이용하도록 해도 된다. 예를 들면, 옥텐 가스와 H2 가스와 CH4 가스를 동시에 처리실 내로 공급하여 봉입하도록 해도 된다. 또한, 예를 들면 옥텐 가스와 H2 가스와 C2H2 가스를 동시에 처리실 내로 공급하여 봉입하도록 해도 된다. 또한, 예를 들면 옥텐 가스와 H2 가스와 CH4 가스와 C2H2 가스를 동시에 처리실 내로 공급하여 봉입하도록 해도 된다. 또한, 이때, H2 가스의 사용을 생략해도 된다. 예를 들면, 옥텐 가스와 CH4 가스를 동시에 처리실 내로 공급하여 봉입하도록 해도 된다. 또한, 예를 들면 옥텐 가스와 C2H2 가스를 동시에 처리실 내로 공급하여 봉입하도록 해도 된다. 또한, 예를 들면 옥텐 가스와 CH4 가스와 C2H2 가스를 동시에 처리실 내로 공급하여 봉입하도록 해도 된다. 이와 같이, 적어도 2종류의 상이한 카본 소스를 이용함으로써, 카본계의 막을 형성할 수도 있다. 또한, 도 14는, 옥텐 가스와 C2H2 가스를 동시에 처리실 내로 공급하여 봉입하는 예를 도시하고 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 논플라즈마에 의해 카본계의 막을 형성하는 예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 플라즈마를 이용하여 카본계의 막을 형성하는 경우에도, 적절히 적용할 수 있다. 이 경우, 유기계 가스 및 수소 함유 가스 중 적어도 어느 한쪽을 플라즈마로 여기(활성화)시키게 된다. 유기계 가스 및 수소 함유 가스 중 적어도 어느 한쪽의 가스의 플라즈마에 의한 여기는, 다이렉트 플라즈마에 의해 처리실(201) 내에서 행하도록 해도 되고, 리모트 플라즈마에 의해 처리실(201) 외에서 행하도록 해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 주로, 7가지의 성막 시퀀스에 의해 카본계의 막을 각각 형성하는 예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 7가지의 성막 시퀀스를 적절히 조합하여 이용해도 된다. 예를 들면, 도 4, 5, 6, 11, 14의 성막 시퀀스의 각각과, 도 7, 8의 성막 시퀀스의 각각을, 조합하여 이용해도 된다.
또한, 예를 들면 상술한 실시 형태에서는, 기판을 지지하는 기판 지지구로서 래더 보트(보트 지주에 걸림홈을 형성한 타입의 보트)를 이용하는 예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 링 보트를 이용하는 경우에도 적절히 적용 가능하다. 이 경우, 예를 들면 링 보트는, 둘레 방향으로 적절히 간격을 두고 세워 설치한 3∼4개의 보트 지주와, 보트 지주에 수평으로 다단으로 장착되고 기판의 외주를 이면으로부터 지지하는 지지판으로서의 링 형상 홀더로 구성되도록 해도 된다. 이 경우, 링 형상 홀더는, 외경이 기판의 직경보다도 크고, 내경이 기판의 직경보다도 작은 링 형상 플레이트와, 링 형상 플레이트 상의 둘레 방향으로 적절히 간격을 두고 복수 설치되고, 기판의 외주 이면을 보유 지지하는 기판 보유 지지용 갈고리로 구성되도록 해도 된다. 또한, 이 경우, 링 형상 홀더는, 외경 및 내경이 기판의 직경보다도 큰 링 형상 플레이트와, 링 형상 플레이트의 내측의 둘레 방향으로 적절히 간격을 두고 복수 설치되고, 기판의 외주 이면을 보유 지지하는 기판 보유 지지용 갈고리로 구성되도록 해도 된다. 링 형상 플레이트가 존재하지 않는 경우에 비해, 링 형상 플레이트가 있는 만큼, 각 노즐의 구멍으로부터 기판마다 분리된 영역(이 경우, 링 형상 플레이트 사이에서 구획된 영역)에의 거리가 짧아지므로, 각 노즐로부터 분출한 가스가 기판 영역에 널리 퍼지기 쉬워진다고 하는 이점이 있다. 이에 의해 기판 상으로의 가스 공급량을 충분히 유지하는 것이 가능해져, 성막 속도의 저하나, 균일성의 악화를 방지할 수 있다. 링 보트를 이용함으로써, 우수한 평탄성 및 막 두께 균일성을 갖는 a―C막을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 예를 들면 상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 배치식의 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식의 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 경우에도, 적절히 적용할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 핫 월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 콜드 월형의 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 통해 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또한 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하고, 그 프로세스 레시피 자체를 본 발명에 따른 프로세스 레시피로 변경하는 것도 가능하다.
실시예
(실시예 1)
상술한 도 4를 참조하여 설명한, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼(200) 상에 평가 샘플로서 a―C막을 형성하였다. 그때의 처리실(201)과 웨이퍼(200)의 온도는 675℃로 하고, 재료의 공급량, 즉 재료의 공급 유량, 공급 시간은, 처리실(201)의 용적 100L에 대해 각각 다음과 같이 설정하였다. 즉, H2 가스의 공급 유량, 공급 시간을, 각각 2slm, 15초로 하고, 옥텐 가스의 공급 유량, 공급 시간을, 각각 10slm, 10초로 하였다. 각 공정에 있어서의 그들 이외의 처리 조건은 상술한 실시 형태에 기재된 처리 조건 범위 내의 조건으로 하였다. 그리고, 그 평가 샘플에 있어서의 a―C막의 표면 상태를 AFM(원자간력 현미경)에 의해 측정, 관찰하였다.
그 결과를 도 9에 나타낸다. 도 9는, 평가 샘플인 a―C막의 한 변이 1㎛의 범위에 있어서의 AFM 측정에 의한 표면 러프니스 상태를 나타내는 조감도와 단면도이다.
도 9로부터, 본 실시예에 따르면, a―C막 표면에 있어서의 요철의 높이는, RMS(제곱 평균 평방근)에 의한 통계값으로 0.36㎚이며, 0.5㎚를 하회하는 원활한 표면 상태에 있는 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 2)
상술한 도 4를 참조하여 설명한, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 성막 시퀀스에 의해, 표면에 어스펙트비가 5 정도의 트렌치를 갖는 웨이퍼(200) 상에, 평가 샘플로서 a―C막을 형성하였다. 그때의 처리 조건은 실시예 1과 동일한 처리 조건으로 하였다. 그리고, 그 평가 샘플에 있어서의 a―C막의 단면을 SEM(주사형 전자현미경)에 의해 관찰함과 함께, 스텝 커버리지를 측정하였다.
그 SEM 화상을 도 10에 나타낸다. 도 10으로부터, 본 실시예에 따르면, 표면에 트렌치를 갖는 웨이퍼(200)에 대해, 우수한 평탄성 및 막 두께 균일성을 갖고, 높은 스텝 커버리지를 갖는 a―C막이 형성되는 것을 알 수 있었다. 이때의 a―C막의 스텝 커버리지는 95％ 전후이었다. 또한, 발명자들이 행한 다른 실험에서는, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 성막 시퀀스에 따르면, 예를 들면 90∼100％ 정도의 스텝 커버리지를 갖는 a―C막을 형성할 수 있는 것을 확인하였다.
(실시예 3)
상술한 도 4를 참조하여 설명한, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼(200) 상에 평가 샘플로서 a―C막을 형성하였다. 그때의 처리 조건은 실시예 1과 동일한 처리 조건으로 하였다. 그리고, 그 평가 샘플에 있어서의 a―C막에 대해, 50％ HF 용액에 의한 웨트 에칭 평가를 행하였다. 그 결과, 웨트 에칭 레이트가 1Å／min 이하의 웨트 에칭 내성이 얻어지는 것을 확인하였다.
121 : 컨트롤러
200 : 웨이퍼
201 : 처리실
202 : 처리로
203 : 반응관
207 : 히터
231 : 가스 배기관
232a : 제1 가스 공급관
232b : 제2 가스 공급관

Claims (17)

  1. 처리실 내에 수용한 기판을 가열한 상태에서, 상기 처리실 내로 유기계 가스를 공급하여, 상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정과,
    상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입한 상태를 유지하는 공정과,
    상기 처리실 내를 배기하는 공정
    을 포함하는 사이클을 복수회 반복함으로써, 상기 기판 상에 카본을 포함하는 막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카본을 포함하는 막을 형성하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 기판이, 상기 유기계 가스가 열적으로 분해하는 온도로 가열되는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카본을 포함하는 막을 형성하는 공정은, 논플라즈마의 분위기하에서 행해지는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 카본을 포함하는 막을 형성하는 공정에서는,
    상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정과, 상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입한 상태를 유지하는 공정을 교대로 소정 횟수 행하는 공정과,
    상기 처리실 내를 배기하는 공정
    을 교대로 복수회 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 카본을 포함하는 막을 형성하는 공정에서는,
    상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정과,
    상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입한 상태를 유지하는 공정과,
    상기 처리실 내를 배기하는 공정
    을 1사이클로 하여 이 사이클을 복수회 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 카본을 포함하는 막을 형성하는 공정에서는,
    상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정과, 상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입한 상태를 유지하는 공정을 교대로 복수회 반복하는 공정과,
    상기 처리실 내를 배기하는 공정
    을 1사이클로 하여 이 사이클을 복수회 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서는, 상기 유기계 가스와 수소 함유 가스를 상기 처리실 내에 봉입하고,
    상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입한 상태를 유지하는 공정에서는, 상기 유기계 가스와 상기 수소 함유 가스를 상기 처리실 내에 봉입한 상태를 유지하는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유기계 가스는, 탄화수소계 가스를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 유기계 가스는, CxH2x 및 CxH2x ＋2(식 중, x는 4보다 큰 정수) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 유기계 가스는, 부텐(C4H8), 펜텐(C5H10), 헥센(C6H12), 헵텐(C7H14), 옥텐(C8H16), 부탄(C4H10), 펜탄(C5H12), 헥산(C6H14), 헵탄(C7H16), 옥탄(C8H18) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 카본을 포함하는 막을 형성하는 공정에서는, 상기 기판의 온도를 600℃ 이상 700℃ 이하로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 카본을 포함하는 막은, 카본 단체로 구성되는 카본막인 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 처리실 내에 수용한 기판을 가열한 상태에서, 상기 처리실 내로 유기계 가스를 공급하여, 상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정과,
    상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입한 상태를 유지하는 공정과,
    상기 처리실 내를 배기하는 공정
    을 포함하는 사이클을 복수회 반복함으로써, 상기 기판 상에 카본을 포함하는 막을 형성하는 공정을 갖는 기판 처리 방법.
  16. 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 처리실 내의 기판을 가열하는 히터와,
    상기 처리실 내로 유기계 가스를 공급하는 유기계 가스 공급계와,
    상기 처리실 내를 배기하는 배기계와,
    상기 처리실 내에 수용한 기판을 가열한 상태에서, 상기 처리실 내로 상기 유기계 가스를 공급하여, 상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 처리와, 상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입한 상태를 유지하는 처리와, 상기 처리실 내를 배기하는 처리를 포함하는 사이클을 복수회 반복함으로써, 상기 기판 상에 카본을 포함하는 막을 형성하도록, 상기 히터, 상기 유기계 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하는 제어부
    를 갖는 기판 처리 장치.
  17. 처리실 내에 수용한 기판을 가열한 상태에서, 상기 처리실 내로 유기계 가스를 공급하여, 상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 수순과,
    상기 유기계 가스를 상기 처리실 내에 봉입한 상태를 유지하는 수순과,
    상기 처리실 내를 배기하는 수순을 포함하는 사이클을 복수회 반복함으로써, 상기 기판 상에 카본을 포함하는 막을 형성하는 수순
    을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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