KR101537189B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 - Google Patents

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

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Abstract

막 두께 균일성이 우수한 박막을 형성한다. 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실 내의 가열된 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 기판의 표면을 전처리한 후에, 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 처리실 내의 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 전처리가 행해진 기판상에 박막을 형성한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것으로, 특히, 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스와 반응 가스를 공급하여 기판상에 박막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 기판상에 박막을 형성하는 공정이 행해지는 경우가 있다.
일본 특허 출원 공개 제2006-190787호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-153776호 공보
이와 같이 하여 형성한 박막은, 막 두께 균일성이 우수한 것이 요망되고 있다. 본 발명의 주된 목적은, 막 두께 균일성이 우수한 박막을 형성할 수 있는 공정을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실 내의 가열된 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 기판의 표면을 전처리하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 전처리가 행해진 상기 기판상에 박막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실 내의 기판을 가열하는 히터와, 상기 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와, 상기 압력 조정부에 의한 제어에 의해 대기압 미만의 압력으로 설정된 상기 처리실 내의 상기 히터에 의해 가열된 기판에 대하여 상기 가스 공급계로부터 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 기판의 표면을 전처리하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 가스 공급계로부터 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 가스 공급계로부터 반응 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 전처리가 행해진 상기 기판상에 박막을 형성하는 처리를 행하도록, 상기 히터, 상기 가스 공급계 및 상기 압력 조정부를 제어하는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실 내의 가열된 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 기판의 표면을 전처리하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 수순을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 전처리가 행해진 상기 기판상에 박막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 의하면, 막 두께 균일성이 우수한 박막을 형성할 수 있는 공정을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체가 제공된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 형태에서 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로를 설명하기 위한 개략 종단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 개략 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 형태에서 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서의 처리 플로우를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 형태의 성막 시퀀스에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 설명하기 위한 타이밍차트이다.
도 6의 (A)는 전처리를 행하지 않는 경우의 성막 공정을 설명하기 위한 도면, 도 6의 (B)는 전처리를 행하는 경우의 성막 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 SiO막의 면내 막 두께 분포와 막 두께의 면내 균일성을 도시하는 도면이다.
도 8은 SiO막과 기초 Si와의 계면 Cl 농도를 도시하는 도면이다.
도 9는 기초 Si의 산화량을 도시하는 도면이다.
도 10은 웨이퍼의 탑재 위치와 SiO막의 막 두께와의 관계를 도시하는 도면이다.
도 11은 전처리 시간과 SiO막의 막 두께의 웨이퍼 면내 분포 등과의 관계를 도시하는 도면이다.
도 12는 전처리 시간과 기초 Si의 산화량의 상관을 도시하는 도면이다.
본 발명자들은, 도 6의 (A)에 도시한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 등의 실리콘 기판(Si 기판)에 대하여 Si 소스로 되는 헥사클로로디실란(HCDS) 가스를 공급하는 공정과, 질소 퍼지하여 HCDS 가스를 제거하는 공정과, Si 기판에 대하여 H2 가스 및 O2 가스를 공급하는 공정과, 질소 퍼지하여 H2 가스 및 O2 가스를 제거하는 공정을 1사이클로 하고, 그 사이클을 반복함으로써, Si 기판상에 산화막을 형성하면, 산화막의 Si 기판 면내에 있어서의 막 두께 균일성이 악화되는 경향이 있는 것이나, 또한 Si 기판과 산화막과의 계면에 Cl 등의 불순물이 잔류하기 쉬운 경향이 있는 것이나, 기초 Si에 대한 산화가 진행되는 경향이 있는 것을 발견하였다.
본 발명자들은, 이들 문제를 해결하기 위해서 예의 연구를 행하였다. 그 결과, 다음의 지견을 얻었다.
100Å(10㎚) 이하의 막 두께의 산화막(이하, 박막이라고도 함)을 형성하는 경우에, 막 두께 균일성이 악화되는 경향이 있었지만, 100Å를 초과하는 막 두께의 산화막(이하, 후막이라고도 함)을 형성하면 막 두께 균일성은 비교적 양호하였다. 이와 같이, 얇은 막을 형성하면 막 두께 균일성이 나쁘고, 두꺼운 막을 형성하면 막 두께 균일성이 비교적 양호한 것을 고려하여, 성막 초기에 무엇인가 문제가 있다고 생각하였다.
두꺼운 막을 성막하는 경우에는, 성막 후반에 있어서 성막의 기초는 산화막(SiO막)으로 되지만, 성막 초기에 있어서는 성막의 기초가 Si이고, 기초 Si가 노출되어 있는 상태에서, 우선 Si 소스인 HCDS 가스를 흘리면, 기초 Si의 표면에 HCDS 가스가 불균일하게 흡착되거나, Si가 불균일하게 퇴적되거나 하므로 막 두께 균일성이 나빠진다고 생각하였다.
따라서, 성막 초기의 막이 얇은 단계에 있어서도, 성막의 기초를, 두꺼운 막을 성막하는 경우의 성막 후반에 있어서의 성막의 기초인 SiO막과 같은 상태로 하면, 막 두께 균일성이 향상된다고 생각하였다. 그리고, 우선 Si 소스인 HCDS 가스를 흘려 기초 Si의 표면에 HCDS 가스를 흡착시키거나 Si를 퇴적시키거나 하는(도 6의 (A) 참조) 것이 아니라, 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이, 우선, H2 가스 및 O2 가스를 흘리는 전처리를 행함으로써, 기초 Si의 표면을 약간 산화하여 SiO화하여, 성막 초기의 기초 Si의 표면을 성막 후반에 있어서의 기초 표면과 마찬가지의 컨디션으로 한다. 그 후는 Si 기판에 대하여 Si 소스로 되는 HCDS 가스를 공급하는 공정과, 질소 퍼지하여 HCDS 가스를 제거하는 공정과, Si 기판에 대하여 H2 가스 및 O2 가스를 공급하는 공정과, 질소 퍼지하여 H2 가스 및 O2 가스를 제거하는 공정을 1사이클로 하고, 그 사이클을 반복함으로써, 전처리가 행해진 Si 기판상에 산화막을 형성하는 것을 시도하였다.
그 결과, 100Å 이하의 박막을 형성하는 경우에도 100Å를 초과하는 후막을 형성하는 경우의 성막 후반과 유사한 환경을 만들 수 있어, 결과적으로 100Å 이하의 박막을 형성하는 경우에도 막 두께의 면내 균일성이 크게 개선되었다. 상술한 전처리에 의해, 기초 Si의 표면에 적어도 1층, 균일하고 고품질, 고밀도의 산화층이 형성되고, 이 산화층에는, HCDS 가스가 균일하게 흡착되고, Si가 균일하게 퇴적된다고 생각된다.
또한, Si 기판과 산화막의 계면에 있어서의 Cl 등의 불순물 농도의 저감도 확인되었다. 기초 Si상에는 HCDS 가스가 흡착되기 쉽고, Cl 등의 불순물도 많이 도입되지만, 기초 Si의 표면에 적어도 1층, 균일하고 고품질, 고밀도의 산화층이 형성되면, 이 산화층이 형성될 때에, 기초 Si 표면의 불순물이 제거되기 때문이라고 생각된다. 또한, 이 산화층이 존재함으로써, Cl 등의 불순물의 흡착을 억제할 수 있기 때문이라고 생각된다.
또한, 기초 Si의 산화 억제도 확인되었다. 기초 Si의 표면에 적어도 1층, 균일하고 고품질, 고밀도의 산화층을 형성함으로써, 이 산화층이 산화 블록층(산화 배리어층)으로 되어, 그 후의 의도하지 않은 기초 Si의 산화를 억제하고 있다고 생각된다.
또한, H2 가스 및 O2 가스를 흘리는 전처리에 의해 형성하는 산화층의 두께는, 0.1Å 이상 10Å 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 산화층의 두께가 0.1Å 미만이면, 상기 효과가 얻어지지 않고, 10Å를 초과하면 기초 Si를 지나치게 산화하게 되므로, 바람직하지 않다.
다음으로, 바람직한 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 이 실시 형태는, 본 발명자들이 얻은 상기 지견에 기초하는 것이다.
(바람직한 실시 형태)
(1) 기판 처리 장치의 구성
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 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원 형상으로 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은, 예를 들면 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)과 동심원 형상으로, 매니폴드(인렛 플랜지)(209)가 배설되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들면 스테인리스 등의 금속으로 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부는, 반응관(203)의 하단부에 걸어 맞추어져 있어, 반응관(203)을 지지하도록 구성되어 있다. 또한, 매니폴드(209)와 반응관(203) 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 설치되어 있다. 매니폴드(209)가 히터 베이스에 지지됨으로써, 반응관(203)은 수직으로 설치된 상태로 된다. 주로, 반응관(203)과 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 통 중공부에는 처리실(201)이 형성되어 있다. 처리실(201)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를, 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향으로 다단으로 정렬한 상태로 수용 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 제1 가스 도입부로서의 제1 노즐(233a)과, 제2 가스 도입부로서의 제2 노즐(233b)이, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있다. 제1 노즐(233a)에는, 제1 가스 공급관(232a)이 접속되어 있다. 또한, 제2 노즐(233b)에는, 제2 가스 공급관(232b) 및 제3 가스 공급관(232c)이 접속되어 있다. 이와 같이, 반응관(203)에는 2개의 노즐(233a, 233b)과, 3개의 가스 공급관(232a, 232b, 232c)이 설치되어 있어, 처리실(201) 내에 복수 종류, 여기에서는 3종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
제1 가스 공급관(232a)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a) 및 개폐 밸브인 밸브(243a)가 설치되어 있다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에는, 제1 불활성 가스 공급관(232d)이 접속되어 있다. 이 제1 불활성 가스 공급관(232d)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기인 MFC(241d) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치되어 있다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 선단부에는, 상술한 제1 노즐(233a)이 접속되어 있다. 제1 노즐(233a)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 있어서의 원환 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라서, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제1 노즐(233a)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제1 노즐(233a)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제1 노즐(233a)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(248a)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(248a)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(248a)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다.
주로, 제1 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해 제1 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제1 노즐(233a)을 제1 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 또한, 주로, 제1 불활성 가스 공급관(232d), MFC(241d), 밸브(243d)에 의해, 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제1 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제2 가스 공급관(232b)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기인 MFC(241b) 및 개폐 밸브인 밸브(243b)가 설치되어 있다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에는, 제2 불활성 가스 공급관(232e)이 접속되어 있다. 이 제2 불활성 가스 공급관(232e)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기인 MFC(241e) 및 개폐 밸브인 밸브(243e)가 설치되어 있다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 선단부에는, 상술한 제2 노즐(233b)이 접속되어 있다. 제2 노즐(233b)은, 가스 분산 공간인 버퍼실(237) 내에 설치되어 있다.
버퍼실(237)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 있어서의 원환 형상의 공간에, 또한, 반응관(203) 내벽의 하부로부터 상부에 걸치는 부분에, 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서 설치되어 있다. 즉, 버퍼실(237)은, 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 버퍼실(237)의 웨이퍼(200)와 인접하는 벽의 단부에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(248c)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(248c)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(248c)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다.
제2 노즐(233b)은, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)이 형성된 단부와 반대측의 단부에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라서, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제2 노즐(233b)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제2 노즐(233b)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제2 노즐(233b)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(248b)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(248b)은 버퍼실(237)의 중심을 향하도록 개구되어 있다. 이 가스 공급 구멍(248b)은, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)과 마찬가지로, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되어 있다. 이 복수의 가스 공급 구멍(248b)의 각각의 개구 면적은, 버퍼실(237) 내와 처리실(201) 내의 차압이 작은 경우에는, 상류측(하부)으로부터 하류측(상부)까지, 각각 동일한 개구 면적이며 동일한 개구 피치로 하면 되지만, 차압이 큰 경우에는, 상류측으로부터 하류측을 향하여 각각 개구 면적을 크게 하거나, 개구 피치를 작게 하면 된다.
본 실시 형태에 있어서는, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)의 각각의 개구 면적이나 개구 피치를, 상류측으로부터 하류측에 걸쳐 상술한 바와 같이 조절함으로써, 우선, 가스 공급 구멍(248b)의 각각으로부터, 유속의 차는 있지만, 유량이 거의 동일량인 가스를 분출시킨다. 그리고 이 가스 공급 구멍(248b)의 각각으로부터 분출되는 가스를, 일단, 버퍼실(237) 내에 도입하고, 버퍼실(237) 내에 있어서 가스의 유속차의 균일화를 행하는 것으로 하고 있다. 즉, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)의 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출된 가스는 버퍼실(237) 내에서 각 가스의 입자 속도가 완화된 후, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)으로부터 처리실(201) 내에 분출된다. 이에 의해, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)의 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출된 가스는, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)의 각각으로부터 처리실(201) 내에 분출될 때에는, 균일한 유량과 유속을 갖는 가스로 된다.
주로, 제2 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해 제2 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제2 노즐(233b) 및 버퍼실(237)을 제2 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 또한, 주로, 제2 불활성 가스 공급관(232e), MFC(241e), 밸브(243e)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제2 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제3 가스 공급관(232c)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기인 MFC(241c) 및 개폐 밸브인 밸브(243c)가 설치되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)보다도 하류측에는, 제3 불활성 가스 공급관(232f)이 접속되어 있다. 이 제3 불활성 가스 공급관(232f)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기인 MFC(241f) 및 개폐 밸브인 밸브(243f)가 설치되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 선단부는, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에 접속되어 있다.
주로, 제3 가스 공급관(232c), MFC(241c), 밸브(243c)에 의해 제3 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 제3 가스 공급관(232c)과의 접속부보다도 하류측에 위치하는 제2 노즐(233b) 및 버퍼실(237)을 제3 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 또한, 주로, 제3 불활성 가스 공급관(232f), MFC(241f), 밸브(243f)에 의해 제3 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제3 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 가스 공급의 방법은, 반응관(203)의 내벽과, 적재된 복수매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원환 형상의 세로로 긴 공간, 즉, 원통 형상의 공간 내에 배치한 노즐(233a, 233b) 및 버퍼실(237)을 경유하여 가스를 반송하고, 노즐(233a, 233b) 및 버퍼실(237)에 각각 개구된 가스 공급 구멍(248a, 248b, 248c)으로부터 웨이퍼(200)의 근방에서 비로소 반응관(203) 내에 가스를 분출시키고 있어, 반응관(203) 내에 있어서의 가스의 주된 흐름을 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉 수평 방향으로 하고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 각 웨이퍼(200)에 대하여 균일하게 가스를 공급할 수 있어, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 박막의 막 두께를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 웨이퍼(200)의 표면 상을 흐른 가스, 즉, 반응 후의 잔류 가스는, 배기구, 즉, 후술하는 배기관(231)의 방향을 향하여 흐르지만, 이 잔류 가스의 흐름의 방향은, 배기구의 위치에 의해 적절히 특정되며, 수직 방향에 한정되는 것은 아니다.
제1 가스 공급관(232a)으로부터는, 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스, 즉, 소정 원소로서의 실리콘(Si)과 할로겐 원소로서의 염소(Cl)를 포함하는 원료 가스(실리콘 및 염소 함유 가스)로서, 예를 들면 클로로실란계 원료 가스의 1종인 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭 : HCDS) 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 제1 노즐(233a)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 즉, 제1 가스 공급계는 원료 가스 공급계, 즉, 실리콘 및 염소 함유 가스 공급계(HCDS 가스 공급계)로서 구성된다. 여기서, 클로로실란계 원료 가스란, 기체 상태의 클로로실란계 원료, 예를 들면 상온 상압 하에서 액체 상태인 클로로실란계 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 클로로실란계 원료 등이다. 또한, 클로로실란계 원료란, 할로겐기로서의 클로로기를 갖는 실란계 원료이며, 적어도 Si 및 Cl을 포함하는 원료이다. 즉, 여기에서 말하는 클로로실란계 원료는, 할로겐화물의 1종이라고도 할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「원료」라고 하는 단어를 사용한 경우는, 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는, 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다. 따라서, 본 명세서에 있어서 「클로로실란계 원료」라고 하는 단어를 사용한 경우는, 「액체 상태인 클로로실란계 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 클로로실란계 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는, 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다. 또한, HCDS와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 사용하는 경우는, 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, 원료 가스(HCDS 가스)로서 공급하게 된다.
제2 가스 공급관(232b)으로부터는, 산화성 가스, 즉, 산소를 포함하는 가스(산소 함유 가스)로서, 예를 들면 산소(O2) 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 제2 가스 공급관(232b), 제2 노즐(233b), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 즉, 제2 가스 공급계는 산소 함유 가스 공급계(O2 가스 공급계)로서 구성된다.
제3 가스 공급관(232c)으로부터는, 환원성 가스, 즉, 수소를 포함하는 가스(수소 함유 가스)로서, 예를 들면 수소(H2) 가스가, MFC(241c), 밸브(243c), 제2 가스 공급관(232b), 제2 노즐(233b), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 즉, 제3 가스 공급계는 수소 함유 가스 공급계(H2 가스 공급계)로서 구성된다.
또한, 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 반응 가스라고 칭할 수도 있고, 이 경우, 산소 함유 가스 공급계 및 수소 함유 가스 공급계에 의해 반응 가스 공급계가 구성되게 된다. 주로, 제1∼제3 가스 공급계에 의해, 즉, 원료 가스 공급계와 반응 가스 공급계에 의해, 가스 공급계가 구성되게 된다. 또한, 각 불활성 가스 공급계를, 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다.
본 실시 형태에서는, O2 가스와 H2 가스를 동일한 노즐로부터 처리실(201) 내(버퍼실(237) 내)에 공급하도록 하고 있지만, 각각을 따로따로의 노즐로부터 처리실(201) 내에 공급하도록 해도 된다. 단, 복수 종류의 가스에서 노즐을 공용으로 한 쪽이, 노즐의 개수를 저감시킬 수 있어, 장치 비용을 저감할 수 있고, 유지 보수도 용이해지는 등의 장점이 있다. 또한, HCDS 가스를 공급하는 노즐과, H2 가스를 공급하는 노즐을 공용으로 해도 된다. 즉, HCDS 가스와 H2 가스를 동일한 노즐로부터 공급해도 된다. 또한, 후술하는 성막 온도대에서는, HCDS 가스는 H2 가스와는 반응하지 않지만, O2 가스와는 반응하는 것이 생각되므로, HCDS 가스를 공급하는 노즐과, O2 가스를 공급하는 노즐은 별개로 하는 것이 좋다.
버퍼실(237) 내에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 가늘고 긴 구조를 갖는 제1 전극인 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 전극인 제2 막대 형상 전극(270)이, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라서 배설되어 있다. 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)의 각각은, 제2 노즐(233b)과 평행하게 설치되어 있다. 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)의 각각은, 상부로부터 하부에 걸쳐 각 전극을 보호하는 보호관인 전극 보호관(275)에 의해 덮임으로써 보호되고 있다. 이 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 중 어느 한쪽은, 정합기(272)를 통하여 고주파 전원(273)에 접속되고, 다른 쪽은, 기준 전위인 어스에 접속되어 있다. 정합기(272)를 통하여 고주파 전원(273)으로부터 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 고주파 전력을 인가함으로써, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이의 플라즈마 생성 영역(224)에 플라즈마가 생성된다. 주로, 제1 막대 형상 전극(269), 제2 막대 형상 전극(270), 전극 보호관(275)에 의해 플라즈마 발생기(플라즈마 발생부)로서의 플라즈마원이 구성된다. 또한, 정합기(272), 고주파 전원(273)을 플라즈마원에 포함시켜 생각해도 된다. 또한, 플라즈마원은, 후술하는 바와 같이 가스를 플라즈마에 의해 활성화시키는 활성화 기구로서 기능한다.
전극 보호관(275)은, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)의 각각을 버퍼실(237) 내의 분위기와 격리한 상태에서 버퍼실(237) 내에 삽입할 수 있는 구조로 되어 있다. 여기서, 전극 보호관(275)의 내부의 산소 농도가 외기(대기)의 산소 농도와 동일 정도이면, 전극 보호관(275)에 각각 삽입된 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)은, 히터(207)에 의한 열에 의해 산화되게 된다. 따라서, 전극 보호관(275)의 내부를 질소 가스 등의 불활성 가스로 충전해 두거나, 전극 보호관(275)의 내부를 불활성 가스 퍼지 기구를 사용하여 질소 가스 등의 불활성 가스로 퍼지함으로써, 전극 보호관(275)의 내부의 산소 농도를 저감시켜, 제1 막대 형상 전극(269) 또는 제2 막대 형상 전극(270)의 산화를 방지할 수 있도록 구성되어 있다.
반응관(203)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치되어 있다. 배기관(231)에는, 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 통하여, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. 또한, APC 밸브(244)는, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있는 밸브이다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 또한, 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜 생각해도 된다. 배기계는, 진공 펌프(246)를 작동시키면서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)의 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)으로 되도록 진공 배기할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 배기관(231)은, 반응관(203)에 설치하는 경우에 한하지 않고, 제1 노즐(233a)이나 제2 노즐(233b)과 마찬가지로 매니폴드(209)에 설치해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)은, 매니폴드(209)의 하단에 수직 방향 하측부터 맞닿도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들면 스테인리스 등의 금속으로 구성되고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220b)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는, 후술하는 기판 유지구로서의 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 예를 들면 스테인리스 등의 금속으로 구성되고, 시일 캡(219)을 관통하여 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 보트 엘리베이터(115)는, 보트(217) 즉 웨이퍼(200)를, 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다. 또한, 매니폴드(209)의 하방에는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)을 강하시키고 있는 동안, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 셔터(219s)가 설치되어 있다. 셔터(219s)는, 시일 캡(219)과 마찬가지로, 예를 들면 스테인리스 등의 금속으로 구성되고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 셔터(219s)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220c)이 설치되어 있다. 셔터(219s)의 개폐 동작(승강 동작이나 회동 동작 등)은, 반응관(203)의 외부에 설치된 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 제어되도록 구성되어 있다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 예를 들면 석영이나 탄화실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지고, 복수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한, 서로 중심을 일치시킨 상태에서 정렬시켜 다단으로 지지하도록 구성되어 있다. 또한, 보트(217)의 하부에는, 예를 들면 석영이나 탄화실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열 부재(218)가 설치되어 있어, 히터(207)로부터의 열이 시일 캡(219)측으로 전달되기 어려워지도록 구성되어 있다. 또한, 단열 부재(218)는, 석영이나 탄화실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지는 복수매의 단열판과, 이들 단열판을 수평 자세로 다단으로 지지하는 단열판 홀더에 의해 구성되어도 된다.
반응관(203) 내에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는, 제1 노즐(233a) 및 제2 노즐(233b)과 마찬가지로, L자형으로 구성되어 있고, 반응관(203)의 내벽을 따라서 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 통하여, 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 성막 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피가, 판독 가능하게 저장되어 있다. 또한, 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리 공정에 있어서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것으로, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 프로그램이라고 하는 단어를 사용한 경우는, 프로세스 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 읽어내어진 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크 에리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(241a∼241f), 밸브(243a∼243f), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 고주파 전원(273), 정합기(272), 셔터 개폐 기구(115s) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 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 내용에 따르도록, MFC(241a∼241f)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a∼243f)의 개폐 동작, APC 밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(244)에 의한 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, 고주파 전원(273)의 전력 공급, 정합기(272)에 의한 임피던스 조정 동작, 셔터 개폐 기구(115s)에 의한 셔터(219s)의 개폐 동작 등을 제어하게 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 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(123)를 준비하고, 이러한 외부 기억 장치(123)를 사용하여 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 통하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들면, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여, 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 매체라고 하는 단어를 사용한 경우는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로, 상술한 기판 처리 장치의 처리로를 사용하여, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판상에 박막을 형성하는 처리를 실시하는 방법의 예에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
이하, 본 실시 형태의 성막 시퀀스를, 도 4, 도 5를 사용하여 구체적으로 설명한다.
또한, 여기에서는, 성막 시퀀스로서, 원료 가스로서 HCDS 가스를, 반응 가스로서 산소 함유 가스인 O2 가스와 수소 함유 가스인 H2 가스를 사용하여, 처리실(201) 내에 수용된 기판으로서의 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스와 H2 가스를 공급하여 웨이퍼(200)의 표면을 전처리하는 공정과, 그 후, 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급하여, 전처리가 행해진 웨이퍼(200)상에 실리콘 함유층을 형성하는 공정과, 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스와 H2 가스를 공급하여, 실리콘 함유층을 실리콘 산화층으로 변화시키는 공정을 교대로 소정 횟수(1회 이상) 행함으로써, 전처리가 행해진 웨이퍼(200)상에, 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘 산화막(SiO2막, 이하 SiO막이라고도 함)을 형성하는 공정을 행하는 예에 대하여 설명한다.
또한, 웨이퍼(200)의 표면을 전처리하는 공정에서는, 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실(201) 내의 가열된 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스와 H2 가스를 공급하여, 처리실(201) 내에서 O2 가스와 H2 가스를 반응시켜 원자 형상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종을 생성하고, 이 산화종을 사용하여 웨이퍼(200)의 표면의 실리콘층(기초 Si)의 표면을 실리콘 산화층으로 변화시키는 예에 대하여 설명한다.
또한, 실리콘 함유층을 실리콘 산화층으로 변화시키는 공정에서는, 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실(201) 내의 가열된 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스와 H2 가스를 공급하여, 처리실(201) 내에서 O2 가스와 H2 가스를 반응시켜 원자 형상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종을 생성하고, 이 산화종을 사용하여 실리콘 함유층을 실리콘 산화층으로 변화시키는 예에 대하여 설명한다.
또한, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼」라고 하는 단어를 사용한 경우는, 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우(즉, 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함시켜 웨이퍼라 칭하는 경우)가 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼의 표면」이라고 하는 단어를 사용한 경우는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최외측 표면」을 의미하는 경우가 있다.
따라서, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급하는」 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼상에 형성되어 있는 층이나 막 등에 대하여, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최외측 표면에 대하여 소정의 가스를 공급하는」 것을 의미하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라고 기재한 경우는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)상에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성하는」 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼상에 형성되어 있는 층이나 막 등의 상, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최외측 표면상에 소정의 층(또는 막)을 형성하는」 것을 의미하는 경우가 있다.
또한, 본 명세서에 있어서 「기판」이라고 하는 단어를 사용한 경우도, 「웨이퍼」라고 하는 단어를 사용한 경우와 마찬가지이며, 그 경우, 상기 설명에 있어서, 「웨이퍼」를 「기판」으로 치환하여 생각하면 된다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지 : 스텝 S101)되면, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드 : 스텝 S102)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220b)을 통하여 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태로 된다.
(압력 조정 및 온도 조정 : 스텝 S103)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 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 동안은 항상 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 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 동안은 계속해서 행해진다. 계속해서, 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 동안은 계속해서 행해진다.
(전처리 공정 : 스텝 S120)
[O2 가스+H2 가스 공급 : 스텝 S121]
다음으로, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 개방하여, 제2 가스 공급관(232b) 내에 O2 가스를 흘린다. O2 가스는 제2 가스 공급관(232b)으로부터 흘러, MFC(241b)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 O2 가스는, 제2 가스 공급관(232b)을 경유하여, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터 가열된 감압 상태의 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이때 동시에, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 개방하여, 제3 가스 공급관(232c) 내에 H2 가스를 흘린다. H2 가스는 제3 가스 공급관(232c)으로부터 흘러, MFC(241c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 H2 가스는, 제3 가스 공급관(232c, 232b)을 경유하여, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터 가열된 감압 상태의 버퍼실(237) 내에 공급된다. 또한, H2 가스는, 제2 가스 공급관(232b)을 경유할 때에, 제2 가스 공급관(232b) 내에서 O2 가스와 혼합된다. 즉, 제2 노즐(233b)로부터는, O2 가스와 H2 가스의 혼합 가스가 공급되게 된다. 버퍼실(237) 내에 공급된 O2 가스와 H2 가스의 혼합 가스는, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)으로부터, 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스와 H2 가스가 공급되게 된다(O2 가스+H2 가스 공급).
이때, 제2 불활성 가스 공급관(232e)의 밸브(243e)를 개방하여, 제2 불활성 가스 공급관(232e)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급한다. N2 가스는 MFC(241e)에 의해 유량 조정되어, 제2 가스 공급관(232b) 내에 공급된다. 또한, 제3 불활성 가스 공급관(232f)의 밸브(243f)를 개방하여, 제3 불활성 가스 공급관(232f)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급한다. N2 가스는 MFC(241f)에 의해 유량 조정되어, 제3 가스 공급관(232c) 내에 공급된다. 제2 노즐(233b)로부터는, O2 가스와, H2 가스와, N2 가스의 혼합 가스가 공급되게 된다. 또한, 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다. 또한, 이때, 제1 노즐(233a) 내에의 O2 가스와 H2 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243d)를 개방하여, 제1 불활성 가스 공급관(232d) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 제1 가스 공급관(232a), 제1 노즐(233a)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 대기압 미만, 예를 들면 1∼1000㎩의 범위 내의 압력으로 유지한다. MFC(241b)에 의해 제어하는 O2 가스의 공급 유량은, 예를 들면 1000∼10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241c)에 의해 제어하는 H2 가스의 공급 유량은, 예를 들면 1000∼10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241d∼241f)에 의해 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각, 예를 들면 100∼2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. O2 가스 및 H2 가스에 대한 H2 가스의 농도(H2/(O2+H2))는, 예를 들면 2∼20％의 범위 내의 농도로 한다. 이 H2 가스의 농도가, 2％ 미만이면 전처리의 효과가 불충분해지고, 20％를 초과하면 전처리의 효과가 포화 경향으로 되고, 지나치게 높으면 기초 Si의 표면이 과잉으로 산화되게 된다. 따라서, H2 가스의 농도(H2/(O2+H2))는, 2∼20％의 범위 내의 농도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 전처리(스텝 S120)에 있어서의 H2 가스의 농도(H2/(O2+H2))는, 후술하는 실리콘 산화막 형성 공정(스텝 S130)의 O2+H2 공급 공정(스텝 S133)에 있어서의 수소 농도(H2/(O2+H2)) 이하의 농도로 하는 것이 바람직하다. O2 가스 및 H2 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들면 1∼120초, 바람직하게는 30∼60초의 범위 내의 시간으로 한다. 가스 공급 시간이 1초 미만이면 전처리의 효과가 없고, 30초 미만이면 전처리의 효과가 불충분하다. 가스 공급 시간이 60초를 초과하면 전처리의 효과가 포화 경향으로 되고, 지나치게 길면, 예를 들면 120초를 초과하면, 기초 Si의 표면이 과잉으로 산화되게 된다. 따라서, 가스 공급 시간은, 1∼120초, 바람직하게는 30∼60초의 범위 내의 시간으로 하는 것이 좋다. 또한, 전처리(스텝 S120)에 있어서의 O2+H2의 공급 시간은, 후술하는 실리콘 산화막 형성 공정(스텝 S130)의 O2+H2 공급 공정(스텝 S133)에 있어서의 O2+H2의 공급 시간보다도 길게 하는 것이 바람직하다. 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 스텝 S131의 HCDS 가스의 공급 시와 마찬가지의 온도대로서, 후술하는 산화력 향상의 효과가 현저해지는 온도대, 즉, 예를 들면 450∼800℃, 바람직하게는 550∼750℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다. 또한, 이 범위 내의 온도이면 감압 분위기 하에서의 O2 가스에의 H2 가스 첨가에 의한 산화력 향상의 효과(후술)가 현저해지는 것을 확인하였다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 지나치게 낮으면 산화력 향상 효과가 얻어지지 않는 것도 확인하였다.
상술한 조건 하에서 O2 가스 및 H2 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써, O2 가스 및 H2 가스는, 가열된 감압 분위기 하에 있어서 논플라즈마로 열적으로 활성화(여기)되어 반응하고, 그것에 의해 원자 형상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종이 생성된다. 그리고, 주로 이 산화종에 의해, 웨이퍼(200)의 표면의 실리콘층, 즉, 기초 Si의 표면에 대하여 산화 처리가 행해진다. 이 산화종이 갖는 에너지는, 웨이퍼(200)의 표면의 실리콘과 수소나 질소의 결합(Si-H 결합, Si-N 결합), 또한, 웨이퍼(200)의 표면의 실리콘과 불순물 등의 결합(Si-Cl 결합, Si-C 결합 등)의 결합 에너지보다도 높기 때문에, 이 산화종의 에너지를 웨이퍼(200)의 표면의 실리콘층에 부여함으로써, Si-N, Si-Cl, Si-H, Si-C 결합은 분리된다. Si와의 결합이 분리된 N, H, Cl, C는 막 중으로부터 제거되어, N2, H2, Cl2, HCl, CO2 등으로서 배출된다. 또한, N, H, Cl, C와의 결합이 끊어짐으로써 남은 Si의 결합수는, 산화종에 포함되는 O와 결부되어 Si-O 결합이 형성된다. 이와 같이 하여, 웨이퍼(200)의 표면의 실리콘층의 표면은, Cl 등의 불순물의 함유량이 적은 실리콘 산화층(SiO층)으로 변화된다. 이 산화 처리에 의하면, O2 가스를 단독으로 공급하는 경우나 수증기(H2O)를 공급하는 경우에 비해, 산화력을 대폭 향상시킬 수 있다. 즉, 감압 분위기 하에 있어서 O2 가스에 H2 가스를 첨가함으로써, O2 가스 단독 공급의 경우나 H2O 가스를 공급하는 경우에 비해 대폭적인 산화력 향상 효과가 얻어진다.
또한, O2 가스와 H2 가스 중 적어도 어느 한쪽 또는 양쪽을 플라즈마에 의해 활성화시켜 흘릴 수도 있다. O2 가스 및/또는 H2 가스를 플라즈마에 의해 활성화시켜 흘림으로써, 보다 에너지가 높은 활성종을 포함하는 산화종을 생성할 수 있고, 이 산화종에 의해 산화 처리를 행함으로써, 디바이스 특성이 향상되는 등의 효과도 생각된다. 예를 들면, O2 가스와 H2 가스의 양쪽을 플라즈마에 의해 활성화시키는 경우, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 통하여 고주파 전력을 인가함으로써, 버퍼실(237) 내에 공급된 O2 가스와 H2 가스의 혼합 가스는 플라즈마에 의해 활성화되어(플라즈마 여기되어), 활성종을 포함하는 가스, 즉, O2 *(산소의 활성종)이나 H2 *(수소의 활성종)를 포함하는 가스(산화종)로서 가스 공급 구멍(248c)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 고주파 전원(273)으로부터 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 인가하는 고주파 전력은, 예를 들면 50∼1000W의 범위 내의 전력으로 되도록 설정한다. 그 밖의 처리 조건은, 상술한 처리 조건과 마찬가지로 한다. 또한, 상술한 온도대에서는, O2 가스와 H2 가스는 열에 의해 활성화되어 충분히 반응하여, 충분한 양의 원자 형상 산소(O) 등의 H2O 비함유의 산화종이 생성된다. 따라서, O2 가스와 H2 가스를 논플라즈마로 열적으로 활성화시켜도 충분한 산화력이 얻어진다. 또한, O2 가스와 H2 가스는 열에 의해 활성화시켜 공급한 쪽이, 플라즈마 데미지를 주지 않고 비교적 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, 상술한 산화 처리를 비교적 소프트하게 행할 수 있다.
산소 함유 가스, 즉, 산화성 가스로서는, O2 가스 외에, 오존(O3) 가스 등을 사용해도 된다. 또한, 상술한 온도대에 있어서, 일산화질소(NO) 가스나 아산화질소(N2O) 가스에의 수소 함유 가스 첨가 효과를 시험해 본 바, NO 가스 단독 공급이나 N2O 가스 단독 공급에 비해 산화력 향상의 효과가 얻어지지 않는 것을 확인하였다. 즉, 산소 함유 가스로서는 질소 비함유의 산소 함유 가스(질소를 포함하지 않고 산소를 포함하는 가스)를 사용하는 것이 바람직하다. 수소 함유 가스, 즉, 환원성 가스로서는, H2 가스 외에, 중수소(D2) 가스 등을 사용해도 된다. 또한, 암모니아(NH3) 가스나 메탄(CH4) 가스 등을 사용하면, 질소(N) 불순물이나 탄소(C) 불순물의 막 중에의 혼입이 생각된다. 즉, 수소 함유 가스로서는, 타원소 비함유의 수소 함유 가스(타원소를 포함하지 않고 수소 또는 중수소를 포함하는 가스)를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 산소 함유 가스로서는, O2 가스 및 O3 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 가스를 사용할 수 있고, 수소 함유 가스로서는, H2 가스 및 D2 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 가스를 사용할 수 있다.
[잔류 가스 제거 : 스텝 S122]
웨이퍼(200)의 표면의 실리콘층의 표면을 산화시켜 SiO층을 형성한 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 폐쇄하여, O2 가스의 공급을 정지한다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 폐쇄하여, H2 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 상태로 하여, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 잔류한 O2 가스, H2 가스, 또는 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한, 밸브(243d∼243f)는 개방한 상태로 하여, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 SiO층 형성에 기여한 후의 O2 가스, H2 가스, 또는 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 더욱 높일 수 있다.
또한, 이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행해지는 스텝 S131에 있어서 악영향이 발생하는 일은 없다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들면 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 S131에 있어서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
이때의 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, O2 가스 및 H2 가스의 공급 시와 동일하게, 예를 들면 450∼800℃, 바람직하게는 550∼750℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다. 각 불활성 가스 공급계로부터 공급하는 퍼지 가스로서의 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들면 100∼2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
(실리콘 산화막 형성 공정 : 스텝 S130)
웨이퍼(200)의 표면의 실리콘층의 표면을 산화시켜 SiO층을 형성하는 전처리를 행한 후, 이하의 스텝 S131∼S134를 1사이클로 하고 이 사이클을 소정 횟수(1회 이상), 바람직하게는 복수회 반복(스텝 S135)함으로써, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 SiO층상에, 소정 막 두께의 실리콘 산화막을 성막한다.
[HCDS 가스 공급 : 스텝 S131]
제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 개방하여, 제1 가스 공급관(232a) 내에 HCDS 가스를 흘린다. HCDS 가스는, 제1 가스 공급관(232a)으로부터 흘러, MFC(241a)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 HCDS 가스는, 제1 노즐(233a)의 가스 공급 구멍(248a)으로부터, 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스가 공급되게 된다(HCDS 가스 공급).
이때, 제1 불활성 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)를 개방하여, 제1 불활성 가스 공급관(232d)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급한다. N2 가스는, MFC(241d)에 의해 유량 조정되어, 제1 가스 공급관(232a) 내에 공급된다. 유량 조정된 N2 가스는, 제1 가스 공급관(232a) 내에서, 유량 조정된 HCDS 가스와 혼합되고, 제1 노즐(233a)의 가스 공급 구멍(248a)으로부터, 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기되게 된다. 또한, 이때, 버퍼실(237) 내나 제2 노즐(233b) 내에의 HCDS 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243e, 243f)를 개방하여, 제2 불활성 가스 공급관(232e), 제3 불활성 가스 공급관(232f) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제2 노즐(233b), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들면 1∼13300㎩, 바람직하게는 10∼1330㎩의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(241a)에 의해 제어하는 HCDS 가스의 공급 유량은, 예를 들면 1∼1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241d∼241f)에 의해 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들면 100∼2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. HCDS 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들면 1∼120초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들면 350∼800℃, 바람직하게는 450∼800℃, 보다 바람직하게는 550∼750℃의 범위 내의 온도로 되는 온도로 설정한다.
또한, 웨이퍼(200)의 온도가 350℃ 미만으로 되면, 웨이퍼(200)상에 있어서HCDS가 분해, 흡착되기 어려워져, 실용적인 성막 속도가 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 350℃ 이상으로 함으로써, 이것을 해소하는 것이 가능하게 되어, 충분한 성막 속도가 얻어지게 된다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도를 450℃ 이상으로 함으로써, 후술하는 스텝 S133에 있어서의 산화력 향상의 효과가 현저해진다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도를 550℃ 이상으로 함으로써, HCDS의 분해를 충분히 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 웨이퍼(200)의 온도가 750℃, 특히 800℃를 초과하면 CVD 반응이 강해짐으로써(기상 반응이 지배적으로 됨으로써), 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워져, 그 제어가 곤란하게 되는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 800℃ 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 악화를 억제할 수 있어, 그 제어가 가능하게 된다. 특히 웨이퍼(200)의 온도를 750℃ 이하로 함으로써, 막 두께 균일성을 확보하기 쉬워져, 그 제어가 용이하게 된다. 따라서, 웨이퍼(200)의 온도는 350∼800℃로 하는 것이 바람직하고, 450∼800℃로 하는 것이 보다 바람직하고, 550∼750℃로 하는 것이 보다 바람직하다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)(표면에 형성된 SiO층)상에, 예를 들면 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 실리콘 함유층이 형성된다. 실리콘 함유층은 HCDS 가스의 흡착층이어도 되고, Si층이어도 되고, 그 양쪽을 포함하고 있어도 된다. 단, 실리콘 함유층은 Si 및 Cl을 포함하는 층인 것이 바람직하다.
여기서 Si층이란, Si에 의해 구성되는 연속적인 층 외에, 불연속적인 층이나, 이들이 겹쳐서 생기는 Si 박막도 포함하는 총칭이다. 또한, Si에 의해 구성되는 연속적인 층을 Si 박막이라고 하는 경우도 있다. 또한, Si층을 구성하는 Si는, Cl과의 결합이 완전히 끊어져 있지 않은 것도 포함한다.
또한, HCDS 가스의 흡착층은, HCDS 가스의 가스 분자의 연속적인 화학 흡착층 외에, 불연속적인 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 것도 포함한다.
또한, 1원자층 미만의 두께의 층이란 불연속적으로 형성되는 원자층을 의미하고 있고, 1원자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 원자층을 의미하고 있다. 또한, 1분자층 미만의 두께의 층이란 불연속적으로 형성되는 분자층을 의미하고 있고, 1분자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 분자층을 의미하고 있다.
HCDS 가스가 자기 분해(열분해)하는 조건 하에서, 즉, HCDS의 열분해 반응이 발생하는 조건 하에서는, 웨이퍼(200)상에 Si가 퇴적됨으로써 Si층이 형성된다. HCDS 가스가 자기 분해(열분해)하지 않는 조건 하에서, 즉, HCDS의 열분해 반응이 발생하지 않는 조건 하에서는, 웨이퍼(200)상에 HCDS 가스가 흡착됨으로써 HCDS 가스의 흡착층이 형성된다. 또한, 웨이퍼(200)상에 HCDS 가스의 흡착층을 형성하는 것보다도, 웨이퍼(200)상에 Si층을 형성하는 쪽이, 성막 레이트를 높게 할 수 있어, 바람직하다.
웨이퍼(200)상에 형성되는 실리콘 함유층의 두께가 수원자층을 초과하면, 후술하는 스텝 S133에서의 산화(개질)의 작용이 실리콘 함유층의 전체에 도달하지 않게 된다. 또한, 웨이퍼(200)상에 형성 가능한 실리콘 함유층의 두께의 최소값은 1원자층 미만이다. 따라서, 실리콘 함유층의 두께는 1원자층 미만 내지 수원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1원자층 이하, 즉, 1원자층 또는 1원자층 미만으로 함으로써, 후술하는 스텝 S133에서의 산화 반응(개질 반응)의 작용을 상대적으로 높일 수 있어, 스텝 S133의 산화 반응에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 스텝 S131의 실리콘 함유층 형성에 필요로 하는 시간을 단축할 수도 있다. 결과로서, 1사이클당의 처리 시간을 단축할 수 있어, 전체의 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.
원료 가스로서는, 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 등을 사용해도 된다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
[잔류 가스 제거 : 스텝 S132]
웨이퍼(200)상에 실리콘 함유층이 형성된 후, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 폐쇄하여, HCDS 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 상태로 하여, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한, 이때, 밸브(243d∼243f)는 개방한 상태로 하여, 불활성 가스로서의 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 완전히 배제하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행해지는 스텝 S133에 있어서 악영향이 발생하는 일은 없다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들면 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 S133에 있어서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
이때의 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, HCDS 가스의 공급 시와 동일하게, 예를 들면 350∼800℃, 바람직하게는 450∼800℃, 보다 바람직하게는 550∼750℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다. 각 불활성 가스 공급계로부터 공급하는 퍼지 가스로서의 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들면 100∼2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
[O2 가스+H2 가스 공급 : 스텝 S133]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 개방하여, 제2 가스 공급관(232b) 내에 O2 가스를 흘린다. O2 가스는 제2 가스 공급관(232b)으로부터 흘러, MFC(241b)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 O2 가스는, 제2 가스 공급관(232b)을 경유하여, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터 가열된 감압 상태의 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이때 동시에, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 개방하여, 제3 가스 공급관(232c) 내에 H2 가스를 흘린다. H2 가스는 제3 가스 공급관(232c)으로부터 흘러, MFC(241c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 H2 가스는, 제3 가스 공급관(232c, 232b)을 경유하여, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터 가열된 감압 상태의 버퍼실(237) 내에 공급된다. 또한, H2 가스는, 제2 가스 공급관(232b)을 경유할 때에, 제2 가스 공급관(232b) 내에서 O2 가스와 혼합된다. 즉, 제2 노즐(233b)로부터는, O2 가스와 H2 가스의 혼합 가스가 공급되게 된다. 버퍼실(237) 내에 공급된 O2 가스와 H2 가스의 혼합 가스는, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)으로부터, 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스와 H2 가스가 공급되게 된다(O2 가스+H2 가스 공급).
이때, 제2 불활성 가스 공급관(232e)의 밸브(243e)를 개방하여, 제2 불활성 가스 공급관(232e)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급한다. N2 가스는 MFC(241e)에 의해 유량 조정되어, 제2 가스 공급관(232b) 내에 공급된다. 또한, 제3 불활성 가스 공급관(232f)의 밸브(243f)를 개방하여, 제3 불활성 가스 공급관(232f)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급한다. N2 가스는 MFC(241f)에 의해 유량 조정되어, 제3 가스 공급관(232c) 내에 공급된다. 제2 노즐(233b)로부터는, O2 가스와, H2 가스와, N2 가스의 혼합 가스가 공급되게 된다. 또한, 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다. 또한, 이때, 제1 노즐(233a) 내에의 O2 가스와 H2 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243d)를 개방하여, 제1 불활성 가스 공급관(232d) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 제1 가스 공급관(232a), 제1 노즐(233a)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 대기압 미만, 예를 들면 1∼1000㎩의 범위 내의 압력으로 유지한다. MFC(241b)에 의해 제어하는 O2 가스의 공급 유량은, 예를 들면 1000∼10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241c)에 의해 제어하는 H2 가스의 공급 유량은, 예를 들면 1000∼10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241d∼241f)에 의해 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각, 예를 들면 100∼2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. O2 가스 및 H2 가스에 대한 H2 가스의 농도(H2/(O2+H2))는, 예를 들면 10∼30％의 범위 내의 농도로 한다. O2 가스 및 H2 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들면 1∼60초, 바람직하게는 1∼30초, 보다 바람직하게는 1∼20초의 범위 내의 시간으로 한다. 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 스텝 S131의 HCDS 가스의 공급 시와 마찬가지의 온도대로서, 후술하는 산화력 향상의 효과가 현저해지는 온도대, 즉, 예를 들면 450∼800℃, 바람직하게는 550∼750℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다. 또한, 이 범위 내의 온도이면 감압 분위기 하에서의 O2 가스에의 H2 가스 첨가에 의한 산화력 향상의 효과(후술)가 현저해지는 것을 확인하였다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 지나치게 낮으면 산화력 향상 효과가 얻어지지 않는 것도 확인하였다. 스루풋을 고려하면, 이와 같이, 스텝 S131∼S133에서 처리실(201) 내의 온도를 마찬가지의 온도대로 유지하도록 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 스텝 S131∼스텝 S134(후술)에 걸쳐 처리실(201) 내의 온도를 마찬가지의 온도대로 유지하도록 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 스텝 S131∼스텝 S134(후술)에 걸쳐 처리실(201) 내의 온도가 예를 들면 450∼800℃, 바람직하게는 550∼750℃의 범위 내의 일정한 온도로 되도록 히터(207)의 온도를 설정한다. 또한, 스텝 S120∼스텝 S130에 걸쳐 처리실(201) 내의 온도를 마찬가지의 온도대로 유지하도록 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 바람직하다.
상술한 조건 하에서 O2 가스 및 H2 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써, O2 가스 및 H2 가스는, 가열된 감압 분위기 하에 있어서 논플라즈마로 열적으로 활성화(여기)되어 반응하고, 그것에 의해 원자 형상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종이 생성된다. 그리고, 주로 이 산화종에 의해, 스텝 S131에서 웨이퍼(200)상에 형성된 실리콘 함유층에 대하여 산화 처리가 행해진다. 이 산화종이 갖는 에너지는, 실리콘 함유층 중에 포함되는 Si-N, Si-Cl, Si-H, Si-C의 결합 에너지보다도 높기 때문에, 이 산화종의 에너지를 실리콘 함유층에 부여함으로써, 실리콘 함유층 중에 포함되는 Si-N, Si-Cl, Si-H, Si-C 결합은 분리된다. Si와의 결합이 분리된 N, H, Cl, C는 막 중으로부터 제거되어, N2, H2, Cl2, HCl, CO2 등으로서 배출된다. 또한, N, H, Cl, C와의 결합이 끊어짐으로써 남은 Si의 결합수는, 산화종에 포함되는 O와 결부되어 Si-O 결합이 형성된다. 이와 같이 하여, 실리콘 함유층은, Cl 등의 불순물의 함유량이 적은 실리콘 산화층(SiO2층, 이하, 간단히 SiO층이라고도 함)으로 변화시킬 수 있다(개질된다). 이 산화 처리에 의하면, O2 가스를 단독으로 공급하는 경우나 수증기(H2O)를 공급하는 경우에 비해, 산화력을 대폭 향상시킬 수 있다. 즉, 감압 분위기 하에 있어서 O2 가스에 H2 가스를 첨가함으로써, O2 가스 단독 공급의 경우나 H2O 가스를 공급하는 경우에 비해 대폭적인 산화력 향상 효과가 얻어진다.
또한, 스텝 S133에서는, O2 가스와 H2 가스 중 적어도 어느 한쪽 또는 양쪽을 플라즈마에 의해 활성화시켜 흘릴 수도 있다. O2 가스 및/또는 H2 가스를 플라즈마에 의해 활성화시켜 흘림으로써, 보다 에너지가 높은 활성종을 포함하는 산화종을 생성할 수 있고, 이 산화종에 의해 산화 처리를 행함으로써, 디바이스 특성이 향상되는 등의 효과도 생각된다. 예를 들면, O2 가스와 H2 가스의 양쪽을 플라즈마에 의해 활성화시키는 경우, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 통하여 고주파 전력을 인가함으로써, 버퍼실(237) 내에 공급된 O2 가스와 H2 가스의 혼합 가스는 플라즈마에 의해 활성화되어(플라즈마 여기되어), 활성종을 포함하는 가스, 즉, O2 *(산소의 활성종)이나 H2 *(수소의 활성종)을 포함하는 가스(산화종)로서 가스 공급 구멍(248c)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 고주파 전원(273)으로부터 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 인가하는 고주파 전력은, 예를 들면 50∼1000W의 범위 내의 전력으로 되도록 설정한다. 그 밖의 처리 조건은, 상술한 처리 조건과 마찬가지로 한다. 또한, 상술한 온도대에서는, O2 가스와 H2 가스는 열에 의해 활성화되어 충분히 반응하여, 충분한 양의 원자 형상 산소(O) 등의 H2O 비함유의 산화종이 생성된다. 따라서, O2 가스와 H2 가스를 논플라즈마로 열적으로 활성화시켜도 충분한 산화력이 얻어진다. 또한, O2 가스와 H2 가스는 열에 의해 활성화시켜 공급한 쪽이, 플라즈마 데미지를 주는 일없이 비교적 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, 상술한 산화 처리를 비교적 소프트하게 행할 수 있다.
산소 함유 가스, 즉, 산화성 가스로서는, O2 가스 외에, 오존(O3) 가스 등을 사용해도 된다. 또한, 상술한 온도대에 있어서, 일산화질소(NO） 가스나 아산화질소(N2O) 가스에의 수소 함유 가스 첨가 효과를 시도해 본 바, NO 가스 단독 공급이나 N2O 가스 단독 공급에 비해 산화력 향상의 효과가 얻어지지 않는 것을 확인하였다. 즉, 산소 함유 가스로서는 질소 비함유의 산소 함유 가스(질소를 포함하지 않고 산소를 포함하는 가스)를 사용하는 것이 바람직하다. 수소 함유 가스, 즉, 환원성 가스로서는, H2 가스 외에, 중수소(D2) 가스 등을 사용해도 된다. 또한, 암모니아(NH3) 가스나 메탄(CH4) 가스 등을 사용하면, 질소(N) 불순물이나 탄소(C) 불순물의 막 중에의 혼입이 생각된다. 즉, 수소 함유 가스로서는, 타원소 비함유의 수소 함유 가스(타원소를 포함하지 않고 수소 또는 중수소를 포함하는 가스)를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 산소 함유 가스로서는, O2 가스 및 O3 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 가스를 사용할 수 있고, 수소 함유 가스로서는, H2 가스 및 D2 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 가스를 사용할 수 있다.
[잔류 가스 제거 : 스텝 S134]
실리콘 함유층을 SiO층으로 변화시킨 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 폐쇄하여, O2 가스의 공급을 정지한다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 폐쇄하여, H2 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 상태로 하여, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 잔류한 O2 가스, H2 가스, 또는 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한, 밸브(243d∼243f)는 개방한 상태로 하여, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 SiO층 형성에 기여한 후의 O2 가스, H2 가스, 또는 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 더욱 높일 수 있다.
또한, 이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행해지는 스텝 S131에 있어서 악영향이 발생하는 일은 없다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들면 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 S131에 있어서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하고, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
이때의 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, O2 가스 및 H2 가스의 공급 시와 동일하게, 예를 들면 450∼800℃, 바람직하게는 550∼750℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다. 각 불활성 가스 공급계로부터 공급하는 퍼지 가스로서의 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들면 100∼2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
(소정 횟수 실시 : 스텝 S135)
상술한 스텝 S131∼S134를 1사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수, 바람직하게는 복수회(n회) 반복(스텝 S135)함으로써, 웨이퍼(200) 상, 즉, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 SiO층상에 소정 막 두께의 실리콘 산화막(SiO2막, 이하, 간단히 SiO막이라고도 함)을 성막할 수 있다.
또한, 사이클을 복수회 행하는 경우, 적어도 2사이클째 이후의 각 스텝에 있어서, 「웨이퍼(200)에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 부분은, 「웨이퍼(200)상에 형성되어 있는 층에 대하여, 즉, 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최외측 표면에 대하여 소정의 가스를 공급하는」 것을 의미하고, 「웨이퍼(200)상에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 부분은, 「웨이퍼(200)상에 형성되어 있는 층 상, 즉, 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최외측 표면상에 소정의 층을 형성하는」 것을 의미하고 있다. 이 점은 상술한 바와 같다.
(퍼지 및 대기압 복귀 : 스텝 S104, 105)
소정 막 두께의 SiO막이 성막되면, 밸브(243d∼243f)를 개방하여, 불활성 가스 공급관(232d∼232f)의 각각으로부터 불활성 가스로서의 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하여, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 처리실(201) 내로부터 제거된다(퍼지 : 스텝 S104). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되어, 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀 : 스텝 S105).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지 : 스텝 S106, S107)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 매니폴드(209)의 하단이 개구됨과 함께, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 유지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드 : 스텝 S106)된다. 보트 언로드 후는, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 통하여 셔터(219s)에 의해 시일된다(셔터 클로즈). 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지 : 스텝 S107).
<다른 실시 형태>
이상, 바람직한 일 실시 형태를 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들면, 상술한 실시 형태에서는, 플라즈마원이나 버퍼실(237)을 갖는 기판 처리 장치를 사용하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 상기 실시 형태에 한정되지 않는다. 즉, 플라즈마원이나 버퍼실을 설치하지 않아도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 기판 처리 장치의 구조를 단순화시켜, 제조 비용을 저감할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, O2 가스와 H2 가스를 동일한 노즐로부터 처리실(201) 내에 공급하도록 하고 있었지만, HCDS 가스와 H2 가스를 동일한 노즐로부터 처리실(201) 내에 공급하도록 해도 된다. 이 경우, 제3 가스 공급관(232c)의 선단부를, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에 접속하면 된다.
또한, 예를 들면, 상술한 실시 형태에서는, 스텝 S131에서 실리콘 함유층을 형성할 때에, 원료 가스로서, 클로로실란계 원료 가스를 사용하는 예에 대하여 설명하였지만, 클로로실란계 원료 가스 대신에, 클로로기 이외의 할로겐계의 리간드를 갖는 실란계 원료 가스를 사용해도 된다. 예를 들면, 클로로실란계 원료 가스 대신에, 플루오로실란계 원료 가스를 사용해도 된다. 여기서, 플루오로실란계 원료 가스란, 기체 상태의 플루오로실란계 원료, 예를 들면 상온 상압 하에서 액체 상태인 플루오로실란계 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 플루오로실란계 원료 등이다. 또한, 플루오로실란계 원료란, 할로겐기로서의 플루오로기를 갖는 실란계 원료이며, 적어도 실리콘(Si) 및 불소(F)를 포함하는 원료이다. 즉, 여기에서 말하는 플루오로실란계 원료는, 할로겐화물의 1종이라고도 할 수 있다. 플루오로실란계 원료 가스로서는, 예를 들면 테트라플루오로실란 즉 실리콘테트라플루오라이드(SiF4) 가스나, 헥사플루오로디실란(Si2F6) 가스 등의 불화실리콘 가스를 사용할 수 있다. 이 경우, 실리콘 함유층을 형성할 때에, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 플루오로실란계 원료 가스를 공급하게 된다. 이것에 의해 형성되는 실리콘 함유층은, 불화실리콘 가스의 흡착층을 포함하는 경우나, Si층을 포함하는 경우나, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 실리콘 산화막 형성 공정에 있어서의 스텝 S133에 있어서, 가열된 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실(201) 내에 반응 가스로서 O2 가스와 H2 가스를 공급하여, 실리콘 함유층을 실리콘 산화층으로 변화시키는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 즉, 실리콘 산화막 형성 공정에 있어서의 스텝 S133에 있어서, H2 가스를 공급하지 않고, 반응 가스로서 O2 가스나 O3 가스나 H2O 가스 등의 산소 함유 가스를 단독으로 공급하도록 해도 된다. 또한, 이들 산소 함유 가스를 플라즈마에 의해 활성화하여 공급하도록 해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 실리콘 산화막 형성 공정에 있어서, 처리실(201) 내에, 원료 가스로서의 HCDS 가스와, 반응 가스로서의 O2 가스 및 H2 가스를 교대로 공급하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 즉, 실리콘 산화막 형성 공정에 있어서, 처리실(201) 내에, 원료 가스로서의 HCDS 가스와, 반응 가스로서의 O2 가스나 O3 가스나 H2O 가스 등의 산소 함유 가스를 동시에 공급하도록 해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 원료 가스로서 HCDS 가스를 사용하고, 반응 가스로서 O2 가스 및 H2 가스를 사용하여, 웨이퍼상에 박막으로서 SiO막을 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들면, 원료 가스로서는, HCDS 가스 등의 클로로실란계 원료 가스 외에, 아미노실란계 원료 가스를 사용해도 된다. 예를 들면, 테트라키스디메틸아미노실란(Si [N(CH3)2]4, 약칭 : 4DMAS) 가스, 트리스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭 : 3DMAS) 가스, 비스디에틸아미노실란(Si[N(C2H5)2]2H2, 약칭 : 2DEAS) 가스, 비스터셜아미노실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭 : BTBAS) 가스, 헥사메틸디실라잔((CH3)3Si-NH-Si(CH3)3, 약칭 : HMDS) 가스 등의 유기 원료를 사용해도 된다. 반응 가스로서는, O2 가스나 H2 가스 외에, NH3 등의 질화 가스(질소 함유 가스)나, C3H6 등의 탄소 함유 가스나, BCl3 등의 붕소 함유 가스 등을 사용해도 된다. 또한, 형성하는 박막으로서는 SiO막 외에, 상술한 각종 반응 가스를 적절히 사용함으로써, SiN막, SiON막, SiCN막, SiOCN막, SiOC막, SiBCN막, SiBN막 등을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다. 또한, SiN막과 SiO막의 적층막, 예를 들면 ON막, NO막, ONO막, ONONO막, NONON막 등의 적층막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 박막으로서, 반도체 원소인 실리콘을 포함하는 실리콘계 박막을 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 경우에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은, 박막으로서, 예를 들면 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등의 금속 원소를 포함하는 금속계 박막을 형성하는 경우에도, 적절하게 적용할 수 있다.
예를 들면, Ti를 포함하는 금속계 박막으로서 티타늄 산화막(TiO막)을 형성하는 경우는, 원료 가스로서, 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 등의 Ti 및 클로로기를 포함하는 가스나, 티타늄테트라플루오라이드(TiF4) 등의 Ti 및 플루오로기를 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한, 예를 들면, Zr을 포함하는 금속계 박막으로서 지르코늄 산화막(ZrO막)을 형성하는 경우는, 원료 가스로서, 지르코늄테트라클로라이드(ZrCl4) 등의 Zr 및 클로로기를 포함하는 가스나, 지르코늄테트라플루오라이드(ZrF4) 등의 Zr 및 플루오로기를 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한, 예를 들면, Hf를 포함하는 금속계 박막으로서 하프늄 산화막(HfO막)을 형성하는 경우는, 원료 가스로서, 하프늄테트라클로라이드(HfCl4) 등의 Hf 및 클로로기를 포함하는 가스나, 하프늄테트라플루오라이드(HfF4) 등의 Hf 및 플루오로기를 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한, 예를 들면, Ta를 포함하는 금속계 박막으로서 탄탈륨 산화막(TaO막)을 형성하는 경우는, 원료 가스로서, 탄탈륨펜타클로라이드(TaCl5) 등의 Ta 및 클로로기를 포함하는 가스나, 탄탈륨펜타플루오라이드(TaF5) 등의 Ta 및 플루오로기를 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한, 예를 들면, Al을 포함하는 금속계 박막으로서 알루미늄 산화막(AlO막)을 형성하는 경우는, 원료 가스로서, 알루미늄트리클로라이드(AlCl3) 등의 Al 및 클로로기를 포함하는 가스나, 알루미늄트리플루오라이드(AlF3) 등의 Al 및 플루오로기를 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한, 예를 들면, Mo를 포함하는 금속계 박막으로서 몰리브덴 산화막(MoO막)을 형성하는 경우는, 원료 가스로서, 몰리브덴펜타클로라이드(MoCl5) 등의 Mo 및 클로로기를 포함하는 가스나, 몰리브덴펜타플루오라이드(MoF5) 등의 Mo 및 플루오로기를 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들면 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 실리콘계 박막뿐만 아니라, 금속계 박막의 성막에도 적용할 수 있고, 이 경우에도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다. 즉, 본 발명은, 반도체 원소나 금속 원소 등의 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 경우에 적절하게 적용할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 한 번에 복수매의 기판을 처리하는 배치식의 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 성막하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 한 번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식의 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 성막하는 경우에도, 적절하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 핫 월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 성막하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 콜드 월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 성막하는 경우에도, 적절하게 적용할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시 형태, 각 변형예, 각 응용예 등은, 적절히 조합하여 사용할 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 그 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 통하여 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또한, 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하여, 그 프로세스 레시피 자체를 본 발명에 따른 프로세스 레시피로 변경하거나 하는 것도 가능하다.
[실시예]
종래 방식으로서, 상술한 실시 형태에 있어서의 기판 처리 장치를 사용하여, 상술한 실시 형태의 성막 시퀀스에 있어서, 표면이 노출된 단결정 실리콘 웨이퍼(이하, 베어 웨이퍼라고도 함), 또는, 표면에 다결정 실리콘막(이하, Poly-Si막이라고도 함)이 형성된 웨이퍼에 대하여, 전처리(스텝 S120)를 행하지 않고 SiO막의 형성(스텝 S130)을 행하였다. 본 발명 방식으로서, 상술한 실시 형태에 있어서의 기판 처리 장치를 사용하여, 상술한 바람직한 실시 형태의 성막 시퀀스에 따라서, 표면이 노출된 베어 웨이퍼 또는 표면에 Poly-Si막이 형성된 웨이퍼에 대하여 전처리(스텝 S120)를 행하고, 그 후, SiO막의 형성(스텝 S130)을 행하였다. 또한, SiO막의 형성의 기초로 되는 단결정 실리콘 및 Poly-Si막을, 간단히, 기초 Si라고도 한다. 원료 가스로서는 HCDS 가스를, 산소 함유 가스로서는 O2 가스를, 수소 함유 가스로서는 H2 가스를 사용하였다. 각 스텝에서의 처리 조건은, 상술한 실시 형태에 기재된 처리 조건 범위 내의 조건으로 하였다. 그리고, 각각의 SiO막에 대하여 각종 특성을 평가하였다.
도 7은 본 발명 방식 및 종래 방식에 의해 베어 웨이퍼상에 형성한 SiO막의 면내 막 두께 분포와 막 두께의 면내 균일성을 도시하는 도면이다. 여기서, 박막 조건이란, 100Å 이하의 막 두께의 산화막을 형성한 경우를 나타내고 있고, 후막 조건이란, 100Å를 초과하는 막 두께의 산화막을 형성한 경우를 나타내고 있다. 또한, 「TOP」, 「CNT」, 「BTM」이란, 막 두께를 측정한 웨이퍼의 보트에 있어서의 수용 위치를 나타내고 있고, 각각 상부, 중앙부, 하부를 나타내고 있다. 또한, 막 두께 면내 균일성은, 웨이퍼에 있어서의 SiO막의 면내 막 두께 중 최대값 및 최소값, 즉, 면내 최대 막 두께 및 면내 최소 막 두께와, 웨이퍼에 있어서의 SiO막의 면내 막 두께의 평균값, 즉, 면내 평균 막 두께를 사용하여 이하의 수학식 1에 의해 구하였다. 즉, 면내 막 두께 균일성은, 웨이퍼 면내에서의 SiO막의 막 두께의 변동을 나타내고 있고, 값이 작을수록 변동이 작은(보다 균일한) 것을 의미한다. 또한, SiO막의 막 두께는 엘립소미터에 의해 측정하였다. 이하의 실시예에서도 동일하다.
Figure 112014029754332-pat00001
도 7에 의하면, 100Å 이하의 막 두께의 산화막을 형성하는 경우(박막 조건)에는, 본 발명 방식의 경우는, 종래 방식에 비해 막 두께의 면내 균일성이 현저하게 향상되어 있는 것을 알 수 있다. 100Å를 초과하는 막 두께의 산화막을 형성하는 경우(후막 조건)에도, 본 발명 방식의 경우는, 종래 방식에 비해 막 두께의 면내 균일성이 향상되어 있는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명 방식 및 종래 방식에 의해 베어 웨이퍼상에 형성한 SiO막과 기초 Si의 계면에 있어서의 Cl 농도 등을 도시하는 도면으로, SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry) 분석에 의한 측정 결과를 도시하고 있다. 도 8의 횡축은, SiO막의 표면으로부터의 깊이(㎚)를 나타내고 있고, 좌측의 종축은 H, C, N, Cl의 농도(atoms/㎤)를 나타내고 있고, 우측의 종축은 O, Si의 2차 이온 강도(counts/sec)를 나타내고 있다.
도 8에 의하면, 종래 방식에 의해 형성한 SiO막과 기초 Si의 계면에 있어서의 Cl 농도는, 1020atoms/㎤ 오더이고, 본 발명 방식에 의해 형성한 SiO막과 기초 Si의 계면에 있어서의 Cl 농도는, 1019atoms/㎤ 오더이고, 본 발명 방식에 의하면, 종래 방식에 비해, 계면 Cl 농도를 1자릿수 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 전처리를 행한 본 발명 방식쪽이, 전처리를 행하지 않은 종래 방식에 비해, 잔류 Cl 농도를 대폭 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 9는 본 발명 방식 및 종래 방식에 의해 Poly-Si막상에 SiO막을 형성하였을 때의 기초 Si의 산화량의 측정 결과를 도시하고 있다. 또한, 기초 Si의 산화량은, 면내 막 두께(T1)를 각 측정 포인트에서 측정한 Poly-Si막상에 SiO막을 형성하고, DHF(희불산)에 의해 SiO막을 제거한 후에 남은 Poly-Si막의 면내 막 두께(T2)를 각 측정 포인트에서 측정하고, T1과 T2의 차분, 즉, T1-T2에 의해 구하였다. 도면 중의 수치는, 각 측정 포인트에 있어서의 그 차분의 평균값을 나타내고 있으며, 면내 분포도는 그 차분의 분포를 나타내고 있다.
도 9에 의하면, 종래 방식에 의해 SiO막을 형성하였을 때의 기초 Si의 산화량은, 평균 11.4Å이고, 본 발명 방식에 의해 SiO막을 형성하였을 때의 기초 Si의 산화량은, 평균 8.9Å이고, 전처리를 행한 본 발명 방식쪽이, 전처리를 행하지 않은 종래 방식에 비해, 기초 Si의 산화량이 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
도 10은 표면이 플랫한(표면에 요철이 없는) 웨이퍼(이하, 솔리드 웨이퍼라고도 함) 및 표면에 요철이 있는 웨이퍼(이하, 패턴 웨이퍼라고도 함)를 사용하여, 본 발명 방식 및 종래 방식에 의해, SiO막을 형성하였을 때의 보트의 웨이퍼 탑재 위치(보트 슬롯)와, SiO막의 막 두께의 관계를 도시하는 도면이다. 도면 중, 「전처리 없음」이란, 종래 방식에 의해 성막한 경우를 나타내고 있고, 「전처리 있음」이란, 본 발명 방식에 의해 성막한 경우를 나타내고 있다.
도 10에 의하면, 솔리드 웨이퍼를 사용한 경우에는 로딩 효과가 거의 보이지 않지만, 패턴 웨이퍼를 사용한 경우에는 전체적인 막 두께가 저하되고, 특히, CNT 부근에서는 막 두께의 저하가 현저해져, 웨이퍼간 균일성(WTW)이 악화되는 것을 알 수 있다. 이에 대하여 패턴 웨이퍼를 사용한 경우에도, 전처리를 행함으로써, 이 경향을 완화하는 것이 가능해지는 것을 알 수 있다. 여기서, 로딩 효과란, 막 두께나 막 두께 균일성 등이 성막의 기초 등(표면적 등)에 의존하여 변화하는 현상을 말한다.
도 11은 본 발명 방식 및 종래 방식에 의해 베어 웨이퍼상에 SiO막을 형성하였을 때의 전처리 시간과 SiO막의 막 두께의 웨이퍼 면내 분포, 평균 막 두께 및 막 두께의 웨이퍼 면내 균일성의 관계를 도시하는 도면이다. 도면 중의 수치는, SiO막의 평균 막 두께/막 두께의 웨이퍼 면내 균일성을 나타내고 있다. 「전처리 없음」이란 종래 방식에 의해 성막한 경우, 즉, 전처리 시간을 0sec로 한 경우를 나타내고 있고, 「전처리」란, 본 발명 방식에 의해 성막한 경우를 나타내고 있다. 「TOP」, 「CNT」, 「BTM」이란, 상술과 마찬가지이며, SiO막의 막 두께의 측정 방법이나 막 두께 면내 균일성의 산출 방법 등도 상술과 마찬가지이다.
도 11에 의하면, 전처리를 실시함으로써, SiO막의 막 두께의 면내 분포가 이상적인 동심원 경향으로 되어 가는 것을 알 수 있다. 또한, 전처리 시간을 길게 할수록 SiO막의 막 두께 면내 균일성은 양호해지고, 전처리 시간이 일정한 시간, 예를 들면 1분(60초)을 경과하면 막 두께 면내 균일성 향상의 효과는 포화되는 것을 알 수 있다.
도 12는 본 발명 방식에 의해 표면에 Poly-Si막이 형성된 웨이퍼상에 SiO막을 형성하였을 때의 전처리 시간과 기초 Si(Poly-Si막)의 산화량의 상관을 나타낸 그래프이다. 도 12의 횡축은 전처리 시간(sec)을 나타내고 있고, 종축은, Poly Depletion, 즉, 기초 Si(Poly-Si막)의 산화량을 나타내고 있다. 또한, 기초 Si의 산화량은, 상술과 마찬가지로 하여 구하였다. 도 12에는, 전처리 시의 수소 농도(H2/(O2+H2))와 산화막 형성 시의 수소 농도를 모두 18％로 한 경우(18％ 전처리+18％ 산화막)와, 전처리 시의 수소 농도를 3％로 하고, 산화막 형성 시의 수소 농도를 18％로 한 경우(3％ 전처리+18％ 산화막)를 나타내고 있다.
도 12에 의하면, 어느 경우에 있어서도, 기초 Si의 산화를 억제할 수 있는 것을 알 수 있다(도 9 참조). 또한, 전처리 시의 수소 농도를 산화막 형성 시의 수소 농도와 동등하게 하는 것보다도 전처리 시의 수소 농도를 산화막 형성 시의 수소 농도보다도 작게 한 쪽이 기초 Si의 산화를 보다 한층 더 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.
(본 발명의 바람직한 형태)
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기한다.
(부기 1)
본 발명의 일 양태에 의하면, 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실 내의 가열된 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 기판의 표면을 전처리하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 전처리가 행해진 상기 기판상에 박막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 2)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 반응 가스를 공급하는 공정에서는, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 가열된 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스로서 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하고, 상기 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 전처리가 행해진 상기 기판상에 상기 박막으로서 산화막을 형성한다.
(부기 3)
부기 2의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 전처리하는 공정에서 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 상기 박막을 형성하는 공정에서 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급할 때의 처리 조건과 상이하게 한다.
(부기 4)
부기 2 또는 3의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 전처리하는 공정에서 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하는 시간을, 상기 박막을 형성하는 공정에서 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하는 시간과 상이하게 한다.
(부기 5)
부기 2 또는 3의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 전처리하는 공정에서 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하는 시간을, 상기 박막을 형성하는 공정에서 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하는 시간보다도 길게 한다.
(부기 6)
부기 2 내지 5 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 전처리하는 공정에서 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급할 때의 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스에 대한 수소 함유 가스의 농도를, 상기 박막을 형성하는 공정에서 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급할 때의 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스에 대한 수소 함유 가스의 농도와 상이하게 한다.
(부기 7)
부기 2 내지 5 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 전처리하는 공정에서 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급할 때의 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스에 대한 수소 함유 가스의 농도를, 상기 박막을 형성하는 공정에서 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급할 때의 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스에 대한 수소 함유 가스의 농도 이하로 한다.
(부기 8)
부기 1 내지 7 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 전처리하는 공정에서는, 상기 기판의 표면을 산화함으로써, 상기 기판의 표면에 산화층을 형성한다.
(부기 9)
부기 8의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 산화층의 두께를 0.1∼10Å(0.01∼1㎚)로 한다.
(부기 10)
부기 1 내지 9 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 전처리를 행하기 전의 상기 기판의 표면에는 실리콘이 노출되어 있다.
(부기 11)
본 발명의 다른 양태에 의하면, 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실 내의 가열된 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 기판의 표면을 전처리하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 가열된 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 전처리가 행해진 상기 기판상에 산화막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 12)
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실 내의 가열된 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 기판의 표면을 전처리하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하여 층을 형성하는 공정과 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 가열된 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 층을 산화하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 전처리가 행해진 상기 기판상에 산화막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 13)
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실 내의 가열된 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 기판의 표면을 전처리하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 전처리가 행해진 상기 기판상에 박막을 형성하는 공정을 갖는 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기 14)
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실 내의 기판을 가열하는 히터와, 상기 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와, 상기 압력 조정부에 의한 제어에 의해 대기압 미만의 압력으로 설정된 상기 처리실 내의 상기 히터에 의해 가열된 기판에 대하여 상기 가스 공급계로부터 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 기판의 표면을 전처리하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 가스 공급계로부터 원료 가스를 공급하는 처리와 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 가스 공급계로부터 반응 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 전처리가 행해진 상기 기판상에 박막을 형성하는 처리를 행하도록, 상기 히터, 상기 가스 공급계 및 상기 압력 조정부를 제어하는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 15)
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실 내의 가열된 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 기판의 표면을 전처리하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 수순과 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 수순을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 전처리가 행해진 상기 기판상에 박막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 제공된다.
(부기 16)
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실 내의 가열된 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 상기 기판의 표면을 전처리하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 수순과 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 수순을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 전처리가 행해진 상기 기판상에 박막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
이상, 본 발명의 다양한 전형적인 실시 형태를 설명하였지만, 본 발명은 그들 실시 형태에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위는, 다음의 특허 청구의 범위에 의해서만 한정되는 것이다.
121 : 컨트롤러(제어부)
200 : 웨이퍼(기판)
201 : 처리실
207 : 히터
231 : 배기관
232a : 제1 가스 공급관
232b : 제2 가스 공급관
232c : 제3 가스 공급관
241a : 매스 플로우 컨트롤러
241b : 매스 플로우 컨트롤러
241c : 매스 플로우 컨트롤러
244 : APC 밸브(압력 조정부)

Claims (20)

  1. 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실 내의 가열된 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 동시에 공급하여 상기 기판의 표면을 전처리하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 전처리가 행해진 상기 기판상에 박막을 형성하는 공정
    을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응 가스를 공급하는 공정에서는, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 가열된 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스로서 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하고,
    상기 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 전처리가 행해진 상기 기판상에 상기 박막으로서 산화막을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전처리하는 공정에서 상기 기판에 대하여 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 상기 박막을 형성하는 공정에서 상기 기판에 대하여 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 공급할 때의 처리 조건과 상이하게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전처리하는 공정에서 상기 기판에 대하여 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 공급하는 시간을, 상기 박막을 형성하는 공정에서 상기 기판에 대하여 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 공급하는 시간과 상이하게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전처리하는 공정에서 상기 기판에 대하여 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 공급하는 시간을, 상기 박막을 형성하는 공정에서 상기 기판에 대하여 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 공급하는 시간보다도 길게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전처리하는 공정에서 상기 기판에 대하여 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 공급할 때의 상기 산소 함유 가스 및 상기 수소 함유 가스에 대한 상기 수소 함유 가스의 농도를, 상기 박막을 형성하는 공정에서 상기 기판에 대하여 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 공급할 때의 상기 산소 함유 가스 및 상기 수소 함유 가스에 대한 상기 수소 함유 가스의 농도와 상이하게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 전처리하는 공정에서 상기 기판에 대하여 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 공급할 때의 상기 산소 함유 가스 및 상기 수소 함유 가스에 대한 상기 수소 함유 가스의 농도를, 상기 박막을 형성하는 공정에서 상기 기판에 대하여 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 공급할 때의 상기 산소 함유 가스 및 상기 수소 함유 가스에 대한 상기 수소 함유 가스의 농도 이하로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 산화막의 두께가 10㎚ 이하인, 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 전처리하는 공정에서는 상기 기판의 표면을 산화함으로써 상기 기판의 표면에 산화층을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 산화층의 두께를 0.01∼1㎚로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전처리하는 공정에서는 상기 기판의 표면을 산화함으로써 상기 기판의 표면에 산화층을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전처리를 행하기 전의 상기 기판의 표면에는 실리콘이 노출되어 있는, 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 박막은 반도체 원소 및 금속 원소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 박막은 SiO막, SiN막, SiON막, SiCN막, SiOCN막, SiOC막, SiBCN막 및SiBN막으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 반응 가스는 산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 탄소 함유 가스 및 붕소 함유 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 처리실 내의 상기 기판을 가열하는 히터와,
    상기 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와,
    상기 압력 조정부에 의한 제어에 의해 대기압 미만의 압력으로 설정된 상기 처리실 내의 상기 히터에 의해 가열된 상기 기판에 대하여 상기 가스 공급계로부터 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 동시에 공급하여 상기 기판의 표면을 전처리하는 처리와,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 가스 공급계로부터 원료 가스를 공급하는 처리와 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 가스 공급계로부터 반응 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 전처리가 행해진 상기 기판상에 박막을 형성하는 처리를 행하도록, 상기 히터, 상기 가스 공급계 및 상기 압력 조정부를 제어하는 제어부
    를 갖는 기판 처리 장치.
  17. 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실 내의 가열된 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 동시에 공급하여 상기 기판의 표면을 전처리하는 수순과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 수순과 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 수순을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 전처리가 행해진 상기 기판상에 박막을 형성하는 수순
    을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 전처리하는 공정에서는, 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 논플라즈마로 열적으로 활성화시켜서 상기 기판에 대하여 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 전처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내에서, 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 논플라즈마로 열적으로 활성화시켜서 반응시켜, 그에 의해 원자 형상 산소를 생성하여, 이 원자 형상 산소를 포함하는 산화종을 상기 기판에 대하여 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 전처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내에서, 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 논플라즈마로 열적으로 활성화시켜서 반응시켜, 그에 의해 원자 형상 산소를 생성하여, 이 원자 형상 산소를 포함하는 수분 비함유의 산화종을 상기 기판에 대하여 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
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