KR101540534B1 - 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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    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment

Abstract

본 발명은, 산화막을 형성할 때의 기판 표면에서의 하지막의 산화를 억제한다. 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법은, 처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 기판 상에 수원자층의 두께의 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 공정; 및 처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 공정과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실 내의 가열된 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 초기층 상에 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 공정을 포함한다.

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 것이다.
예를 들어, MPU(Micro Processing Unit)나 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등의 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판을 수용한 처리실 내에 실리콘 등의 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하여 기판 상에 소정 원소 함유층을 형성하는 공정과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실 내에 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여 소정 원소 함유층을 산화하는 공정을 교대로 소정 횟수 행함으로써, 기판 상에 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 공정이 행해지는 경우가 있다(예를 들어, 특허문헌1, 2 참조).
일본 특허 공개 제2006-190787호 공보 일본 특허 공개 제2010-153776호 공보
그러나, 상술한 산화막을 형성하는 공정을 행하면, 산화막을 형성할 때의 기판 표면에서의 하지막이 산화되어 버리는 경우가 있다. 이것은 소정 원소 함유층을 산화하는 공정에 있어서 처리실 내에서 생성되는 산화종의 산화력이 강하기 때문이다. 이 하지막의 산화는, 하지막이 실리콘 등의 비교적 산화되기 쉬운 물질인 경우에 현저하게 발생하게 된다. 하지막이 산화되어 버리면, 반도체 장치의 품질을 저하시켜, 수율을 악화시켜 버리는 경우가 있다.
본 발명은, 산화막을 형성할 때의 기판 표면에서의 하지막의 산화를 억제하는 것이 가능한 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공한다.
본 발명의 일 형태에 따르면,
처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 기판 상에 수원자층의 두께의 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 공정과,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 포함하는 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 초기층 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 공정
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면,
기판을 수용하는 처리실과,
상기 처리실 내의 기판을 가열하는 히터와,
상기 처리실로 가스를 공급하는 가스 공급계와,
상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와,
상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 가스 공급계로부터 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 기판 상에 수원자층의 두께의 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 처리; 및 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 가스 공급계로부터 상기 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 처리와, 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 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 초기층 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 처리를 행하도록, 상기 가스 공급계, 상기 히터 및 상기 압력 조정부를 제어하도록 구성되는 제어부
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면,
처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 기판 상에 수원자층의 두께의 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 수순과,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 수순과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 가열된 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하는 수순을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 초기층 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 수순
을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 따르면, 산화막을 형성할 때의 기판 표면에서의 하지막의 산화를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 그 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에서의 처리 플로우를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에서의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에서의 처리 플로우를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에서의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에서의 처리 플로우를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에서의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 제4 실시 형태에서의 처리 플로우를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에서의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 제4 실시 형태에서의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이며, 도 11의 초기층 형성 공정을 1사이클 행한 경우의 도면.
도 13은 본 발명의 제5 실시 형태에서의 처리 플로우를 도시하는 도면.
도 14는 본 발명의 제5 실시 형태에서의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1은 본 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 종단면도로 나타내고 있다. 도 2는 본 실시 형태에서 적절하게 사용되는 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 나타내고 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 활성화시키는 활성화 기구로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는 히터(207)와 동심원 형상으로 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단부가 폐색되고 하단부가 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 하방에는 반응관(203)과 동심원 형상으로, 매니폴드(인렛 플랜지)(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스 등의 금속으로 이루어지고, 상단부 및 하단부가 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부는 반응관(203)의 하단부에 계합(係合)하고, 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 통중공부에는 처리실(201)이 형성되어 있다. 처리실(201)은 기판으로서의 웨이퍼(200)를, 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향으로 다단으로 정렬한 상태에서 수용 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 제1 가스 도입부로서의 제1 노즐(233a)과, 제2 가스 도입부로서의 제2 노즐(233b)이 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있다. 제1 노즐(233a)에는, 제1 가스 공급관(232a), 제5 가스 공급관(232h) 및 제6 가스 공급관(232i)이 접속되어 있다. 또한, 제2 노즐(233b)에는, 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c) 및 제4 가스 공급관(232g)이 접속되어 있다. 이와 같이, 반응관(203)에는 2개의 노즐(233a, 233b)과, 6개의 가스 공급관(232a, 232b, 232c, 232g, 232h, 232i)이 설치되어 있고, 처리실(201) 내로 복수 종류, 여기에서는 6종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
제1 가스 공급관(232a)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC, 241a) 및 개폐 밸브인 밸브(243a)가 설치되어 있다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에는 제1 불활성 가스 공급관(232d)이 접속되어 있다. 이 제1 불활성 가스 공급관(232d)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241d) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치되어 있다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 선단부에는, 상술한 제1 노즐(233a)이 접속되어 있다. 제1 노즐(233a)은 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제1 노즐(233a)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방인, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 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 일단부측으로부터 타단부측을 향해서 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 있으며, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(248a)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지며, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다.
주로, 제1 가스 공급관(232a), 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a)에 의해 제1 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제1 노즐(233a)을 제1 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 된다. 또한, 주로 제1 불활성 가스 공급관(232d), 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d)에 의해, 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제1 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제2 가스 공급관(232b)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC, 241b) 및 개폐 밸브인 밸브(243b)가 설치되어 있다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에는 제2 불활성 가스 공급관(232e)이 접속되어 있다. 이 제2 불활성 가스 공급관(232e)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241e) 및 개폐 밸브인 밸브(243e)가 설치되어 있다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 선단부에는 상술한 제2 노즐(233b)이 접속되어 있다. 제2 노즐(233b)은 가스 분산 공간인 버퍼실(237) 내에 설치되어 있다.
버퍼실(237)은 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 원호 형상의 공간에, 또한 반응관(203) 내벽의 하부로부터 상부에 걸치는 부분에, 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서 설치되어 있다. 즉, 버퍼실(237)은 웨이퍼 배열 영역의 측방인, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 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 있고, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(248c)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지며, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다.
제2 노즐(233b)은 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)이 형성된 단부와 반대측의 단부에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제2 노즐(233b)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방인, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 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 일단부측으로부터 타단부측을 향해서 상승하도록 설치되어 있다. 제2 노즐(233b)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(248b)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(248b)은 버퍼실(237)의 중심을 향하도록 개구되어 있다. 이 가스 공급 구멍(248b)은 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)과 마찬가지로, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 형성되어 있다. 이 복수의 가스 공급 구멍(248b) 각각의 개구 면적은, 버퍼실(237) 내와 처리실(201) 내의 차압이 작은 경우에는 상류측(하부)으로부터 하류측(상부)까지, 각각 동일한 개구 면적으로 동일한 개구 피치로 하면 되지만, 차압이 큰 경우에는 상류측으로부터 하류측을 향해서 각각 개구 면적을 크게 하거나, 개구 피치를 작게 하면 된다.
본 실시 형태에 있어서는, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b) 각각의 개구 면적이나 개구 피치를, 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 상술한 바와 같이 조절함으로써, 우선 가스 공급 구멍(248b) 각각으로부터, 유속의 차는 있지만, 유량이 거의 동일한 양인 가스를 분출시킨다. 그리고 이 가스 공급 구멍(248b) 각각으로부터 분출하는 가스를, 일단 버퍼실(237) 내에 도입하고, 버퍼실(237) 내에서 가스의 유속차의 균일화를 행하는 것으로 하고 있다. 즉, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b) 각각으로부터 버퍼실(237) 내로 분출한 가스는 버퍼실(237) 내에서 각 가스의 입자 속도가 완화된 후, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)으로부터 처리실(201) 내로 분출한다. 이에 의해, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b) 각각으로부터 버퍼실(237) 내로 분출한 가스는, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c) 각각으로부터 처리실(201) 내로 분출할 때에는, 균일한 유량과 유속을 갖는 가스로 된다.
주로, 제2 가스 공급관(232b), 매스 플로우 컨트롤러(241b), 밸브(243b)에 의해 제2 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제2 노즐(233b) 및 버퍼실(237)을 제2 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 된다. 또한, 주로 제2 불활성 가스 공급관(232e), 매스 플로우 컨트롤러(241e), 밸브(243e)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제2 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제3 가스 공급관(232c)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC, 241c) 및 개폐 밸브인 밸브(243c)가 설치되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)보다도 하류측에는 제3 불활성 가스 공급관(232f)이 접속되어 있다. 이 제3 불활성 가스 공급관(232f)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241f) 및 개폐 밸브인 밸브(243f)가 설치되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 선단부는 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에 접속되어 있다.
주로, 제3 가스 공급관(232c), 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c)에 의해 제3 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 제3 가스 공급관(232c)과의 접속부보다도 하류측, 제2 노즐(233b) 및 버퍼실(237)을 제3 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 된다. 또한, 주로 제3 불활성 가스 공급관(232f), 매스 플로우 컨트롤러(241f), 밸브(243f)에 의해 제3 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제3 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제4 가스 공급관(232g)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC, 241g) 및 개폐 밸브인 밸브(243g)가 설치되어 있다. 또한, 제4 가스 공급관(232g)의 밸브(243g)보다도 하류측에는 제4 불활성 가스 공급관(232j)이 접속되어 있다. 이 제4 불활성 가스 공급관(232j)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241j) 및 개폐 밸브인 밸브(243j)가 설치되어 있다. 또한, 제4 가스 공급관(232g)의 선단부는, 제2 가스 공급관(232b)의 제3 가스 공급관(232c)과의 접속부보다도 하류측에 접속되어 있다.
주로, 제4 가스 공급관(232g), 매스 플로우 컨트롤러(241g), 밸브(243g)에 의해 제4 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 제4 가스 공급관(232g)과의 접속부보다도 하류측, 제2 노즐(233b) 및 버퍼실(237)을 제4 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 된다. 또한, 주로 제4 불활성 가스 공급관(232j), 매스 플로우 컨트롤러(241j), 밸브(243j)에 의해 제4 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제4 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제5 가스 공급관(232h)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC, 241h) 및 개폐 밸브인 밸브(243h)가 설치되어 있다. 또한, 제5 가스 공급관(232h)의 밸브(243h)보다도 하류측에는 제5 불활성 가스 공급관(232k)이 접속되어 있다. 이 제5 불활성 가스 공급관(232k)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241k) 및 개폐 밸브인 밸브(243k)가 설치되어 있다. 또한, 제5 가스 공급관(232h)의 선단부는 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에 접속되어 있다.
주로, 제5 가스 공급관(232h), 매스 플로우 컨트롤러(241h), 밸브(243h)에 의해 제5 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 제5 가스 공급관(232h)과의 접속부보다도 하류측, 제1 노즐(233a)을 제5 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 된다. 또한, 주로 제5 불활성 가스 공급관(232k), 매스 플로우 컨트롤러(241k), 밸브(243k)에 의해 제5 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제5 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제6 가스 공급관(232i)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC, 241i) 및 개폐 밸브인 밸브(243i)가 설치되어 있다. 또한, 제6 가스 공급관(232i)의 밸브(243i)보다도 하류측에는 제6 불활성 가스 공급관(232l)이 접속되어 있다. 이 제6 불활성 가스 공급관(232l)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241l) 및 개폐 밸브인 밸브(243l)가 설치되어 있다. 또한, 제6 가스 공급관(232i)의 선단부는 제1 가스 공급관(232a)의 제5 가스 공급관(232h)과의 접속부보다도 하류측에 접속되어 있다.
주로, 제6 가스 공급관(232i), 매스 플로우 컨트롤러(241i), 밸브(243i)에 의해 제6 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 제6 가스 공급관(232i)과의 접속부보다도 하류측, 제1 노즐(233a)을 제6 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 된다. 또한, 주로 제6 불활성 가스 공급관(232l), 매스 플로우 컨트롤러(241l), 밸브(243l)에 의해 제6 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제6 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
이와 같이, 본 실시 형태에서의 가스 공급의 방법은 반응관(203)의 내벽과, 적재된 복수매의 웨이퍼(200)의 단부에 의해 정의되는 원호 형상의 세로로 긴 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 처음으로 반응관(203) 내에 가스를 분출시키고 있으며, 반응관(203) 내에서의 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 있고, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 박막의 막 두께를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 각 웨이퍼(200)의 표면 위를 흐른 가스, 즉 반응 후의 잔류 가스는, 배기구, 즉 후술하는 배기관(231)의 방향을 향해서 흐르지만, 이 잔류 가스의 흐름의 방향은 배기구의 위치에 따라 적절히 특정되며, 수직 방향으로 한정되는 것은 아니다.
제1 가스 공급관(232a)으로부터는, 소정 원소와 할로겐기를 포함하는 원료 가스, 즉 소정 원소로서의 실리콘(Si)과, 할로겐기 즉 클로로기로서의 염소(Cl)를 포함하는 원료 가스(실리콘 및 염소 함유 가스)로서, 클로로실란계 원료 가스로서의, 예를 들어 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭:HCDS) 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a), 제1 노즐(233a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 즉, 제1 가스 공급계는 원료 가스 공급계(클로로실란계 원료 가스 공급계)로서 구성된다. 또한, HCDS와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 사용하는 경우에는, 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여 원료 가스(HCDS 가스)로서 공급하게 된다. 이때 동시에, 제1 불활성 가스 공급관(232d)으로부터, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d)를 통해서 제1 가스 공급관(232a) 내에 공급되도록 해도 된다. 또한, HCDS 가스는 Si 및 클로로기를 포함하는 가스이다.
제2 가스 공급관(232b)으로부터는, 산화 가스(산화성 가스), 즉 산소를 포함하는 가스(산소 함유 가스)로서, 예를 들어 산소(O2) 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241b), 밸브(243b), 제2 가스 공급관(232b), 제2 노즐(233b), 버퍼실(237)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 즉, 제2 가스 공급계는 산화 가스 공급계로서 구성된다. 이때 동시에, 제2 불활성 가스 공급관(232e)으로부터, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241e), 밸브(243e)를 통해서 제2 가스 공급관(232b) 내에 공급되도록 해도 된다.
제3 가스 공급관(232c)으로부터는, 환원 가스(환원성 가스), 즉 수소를 포함하는 가스(수소 함유 가스)로서, 예를 들어 수소(H2) 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c), 제2 가스 공급관(232b), 제2 노즐(233b), 버퍼실(237)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 즉, 제3 가스 공급계는 환원 가스 공급계로서 구성된다. 이때 동시에, 제3 불활성 가스 공급관(232f)으로부터, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241f), 밸브(243f)를 통해서 제3 가스 공급관(232c) 내에 공급되도록 해도 된다.
제4 가스 공급관(232g)으로부터는, 질화 가스, 즉 질소를 포함하는 가스(질소 함유 가스)로서, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241g), 밸브(243g), 제2 가스 공급관(232b), 제2 노즐(233b) 및 버퍼실(237)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 즉, 제4 가스 공급계는 질화 가스 공급계로서 구성된다. 이때 동시에, 제4 불활성 가스 공급관(232j)으로부터, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241j), 밸브(243j)를 통해서 제4 가스 공급관(232g) 내에 공급되도록 해도 된다.
제5 가스 공급관(232h)으로부터는 소정 원소 및 아미노기(아민기)를 포함하는 원료로서, 예를 들어 적어도 실리콘(Si)과 아미노기를 포함하는 원료 가스인 아미노실란계 원료 가스로서, 예를 들어 모노 아미노실란(SiH3R) 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241h), 밸브(243h), 제1 가스 공급관(232a), 제1 노즐(233a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 즉, 제5 가스 공급계는 아미노실란계 원료 가스 공급계로서 구성된다. 또한, SiH3R과 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 사용하는 경우에는, 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여 원료 가스(SiH3R 가스)로서 공급하게 된다. 이때 동시에, 제5 불활성 가스 공급관(232k)으로부터, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241k), 밸브(243k)를 통해서 제5 가스 공급관(232h) 내에 공급되도록 해도 된다.
제6 가스 공급관(232i)으로부터는, 소정 원소를 포함하는 원료로서, 예를 들어 실리콘(Si)을 포함하고, 염소(Cl), 탄소(C), 질소(N), 산소(O)를 포함하지 않는 원료 가스인 실란계 원료 가스, 즉 무기 실란계 원료 가스로서, 예를 들어 모노실란(SiH4) 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241i), 밸브(243i), 제1 가스 공급관(232a), 제1 노즐(233a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 즉, 제6 가스 공급계는 무기 실란계 원료 가스 공급계로서 구성된다. 이때 동시에, 제6 불활성 가스 공급관(232l)으로부터, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241l), 밸브(243l)를 통해서 제6 가스 공급관(232i) 내에 공급되도록 해도 된다.
또한, 클로로실란계 원료 가스, 아미노실란계 원료 가스 및 무기 실란계 원료 가스는, 모두 공통되는 소정 원소(실리콘)를 포함하므로, 소정 원소를 포함하는 원료 가스(소정 원소 함유 가스)로 총칭할 수도 있다. 또한, 클로로실란계 원료 가스는, 할로겐기(클로로기)를 포함하는 소정 원소 함유 가스로 칭할 수도 있고, 아미노실란계 원료 가스는 아미노기를 포함하는 소정 원소 함유 가스로 칭할 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, HCDS 가스와 SiH3R 가스와 SiH4 가스를 동일한 노즐로부터 처리실(201) 내에 공급하도록 하고 있지만, 각각 별도의 노즐로부터 처리실 내에 공급하도록 해도 된다. 단, 복수 종류의 가스로 노즐을 공용으로 하는 편이, 노즐의 개수를 저감시킬 수 있어, 장치 비용을 저감할 수 있고, 유지 보수도 용이해지는 등의 장점이 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, O2 가스와 H2 가스와 NH3 가스를 동일한 노즐로부터 처리실(201) 내(버퍼실(237) 내)에 공급하도록 하고 있지만, 각각을 별도의 노즐로부터 처리실(201) 내에 공급하도록 해도 된다. 단, 복수 종류의 가스로 노즐을 공용으로 하는 편이, 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 가스나 NH3 가스와는 반응하는 것이 생각되므로, HCDS 가스를 공급하는 노즐과, O2 가스나 NH3 가스를 공급하는 노즐은 별개로 하는 편이 좋다.
버퍼실(237) 내에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 가늘고 긴 구조를 갖는 제1 전극인 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 전극인 제2 막대 형상 전극(270)이, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라서 배치되어 있다. 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 각각은, 제2 노즐(233b)과 평행하게 설치되어 있다. 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 각각은, 상부로부터 하부에 걸쳐서 각 전극을 보호하는 보호관인 전극 보호관(275)에 의해 덮임으로써 보호되고 있다. 이 제1 막대 형상 전극(269) 또는 제2 막대 형상 전극(270) 중 어느 한쪽에는 정합기(272)를 통해서 고주파 전원(273)에 접속되고, 다른 쪽에는 기준 전위인 접지에 접속되어 있다. 정합기(272)를 통해서 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 포함시켜서 생각해도 된다. 또한, 플라즈마원은, 후술하는 바와 같이 가스를 플라즈마로 활성화시키는 활성화 기구로서 기능한다.
전극 보호관(275)은 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 각각을 버퍼실(237)의 분위기와 격리한 상태에서 버퍼실(237) 내에 삽입할 수 있는 구조로 되어 있다. 여기서, 전극 보호관(275)의 내부의 산소 농도가 외기(대기)의 산소 농도와 동일한 정도이면, 전극 보호관(275)에 각각 삽입된 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)은 히터(207)에 의한 열에 의해 산화되어 버린다. 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) 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 통해서, 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 포함시켜서 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. 또한, 배기관(231)은 반응관(203)에 설치하는 경우에 한정되지 않고, 제1 노즐(233a)이나 제2 노즐(233b)과 마찬가지로 매니폴드(209)에 설치하도록 해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단부 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)은 매니폴드(209)의 하단부에 수직 방향 하측으로부터 접촉되도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 스테인리스 등의 금속으로 구성되고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단부와 접촉하는 시일 부재로서의 O링(220b)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는 후술하는 기판 보유 지지구로서의 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 예를 들어 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 강하시키는 동안, 매니폴드(209)의 하단부 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 셔터(219s)가 설치되어 있다. 셔터(219s)는 시일 캡(219)과 마찬가지로, 예를 들어 스테인리스 등의 금속으로 구성되고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 셔터(219s)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단부와 접촉하는 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 보유 지지구로서의 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로 이루어지고, 복수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한 서로 중심을 일치시킨 상태에서 정렬시켜서 다단으로 지지하도록 구성되어 있다. 또한, 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열 부재(218)가 설치되어 있고, 히터(207)로부터의 열이 시일 캡(219)측에 전달되기 어렵도록 구성되어 있다. 또한, 단열 부재(218)는 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 복수매의 단열판과, 이들 단열판을 수평 자세로 다단으로 지지하는 단열판 홀더에 의해 구성해도 된다.
반응관(203) 내에는 도 2에 도시한 바와 같이, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는 제1 노즐(233a) 및 제2 노즐(233b)과 마찬가지로, L자형으로 구성되어 있고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치되어 있다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는 CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스(121e)를 통해서, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 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 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 프로그램이라는 말을 사용한 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(워크에리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는 상술한 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h, 241i, 241j, 241k, 241l), 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, 243h, 243i, 243j, 243k, 243l), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 고주파 전원(273), 정합기(272), 셔터 개폐 기구(115s) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. 그리고, CPU(121a)는 판독한 프로세스 레시피의 내용을 따르도록, 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h, 241i, 241j, 241k, 241l)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, 243h, 243i, 243j, 243k, 243l)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 제어하도록 구성되어 있다.
또한, 컨트롤러(121)는 전용 컴퓨터로서 구성되어 있는 경우에 한정되지 않고, 범용 컴퓨터로서 구성되어 있어도 된다. 예를 들어, 상술한 프로그램을 저장한 외부 기억 장치(예를 들어, 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 범용 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 통해서 공급하는 경우로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 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 말을 사용하는 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로, 상술한 기판 처리 장치의 처리로(202)를 사용하여, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 상에 수원자층의 두께의 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성한 후, 상기 초기층 상에 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 방법의 예에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 실시 형태의 성막 시퀀스를, 도 4, 도 5를 사용하여 구체적으로 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에서의 처리 플로우를 도시하는 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
또한, 여기에서는, 성막 시퀀스로서, 원료 가스로서 클로로실란계 원료 가스인 HCDS 가스를, 질소 함유 가스로서 NH3 가스를, 산소 함유 가스로서 O2 가스를, 수소 함유 가스로서 H2 가스를 사용하여, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수용한 처리 용기 내에 HCDS 가스와 NH3 가스를 교대로 소정 횟수(m회) 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 초기층으로서의 실리콘 질화층(SiN층) 또는 실리콘리치 SiN층을 형성하는 공정과, HCDS 가스를 공급하는 공정과, O2 가스와 H2 가스를 공급하는 공정을 교대로 소정 횟수(n회) 행함으로써, SiN층 또는 실리콘리치 SiN층 상에 실리콘 산화막(SiO2막, 이하 SiO막이라고도 함)을 형성하는 공정을 행하는 예에 대하여 설명한다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단부 개구가 개방된다(셔터 오픈). 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내로 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220b)을 통해서 매니폴드(209)의 하단부를 시일한 상태로 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)에서 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한, 진공 펌프(246)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안에는 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)로의 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 또한, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안에는 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 동안에는 계속해서 행해진다.
<초기층(SiN층) 형성 공정>
그 후, 이하의 스텝 S10 내지 S13을 1사이클로 하고 이 사이클을 소정 횟수, 바람직하게는 복수회 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 수원자층의 두께의 초기층으로서의 SiN층 또는 실리콘리치 SiN층을 형성한다.
[스텝 S10]
제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 열어, 제1 가스 공급관(232a)에 HCDS 가스를 흘린다. HCDS 가스는 제1 가스 공급관(232a)으로부터 흘러, 매스 플로우 컨트롤러(241a)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 HCDS 가스는 제1 노즐(233a)의 가스 공급 구멍(248a)으로부터, 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 열어, 제1 불활성 가스 공급관(232d)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. N2 가스는 매스 플로우 컨트롤러(241d)에 의해 유량 조정되어, 제1 가스 공급관(232a) 내에 공급된다. 유량 조정된 N2 가스는 제1 가스 공급관(232a) 내에서, 유량 조정된 HCDS 가스와 혼합되어, 제1 노즐(233a)의 가스 공급 구멍(248a)으로부터, 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기되게 된다. 또한, 이때 버퍼실(237), 제2 노즐(233b), 제5 가스 공급관(232h), 제6 가스 공급관(232i) 내로의 HCDS 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243e, 243f, 243j, 243k, 243l)를 열어, 제2 불활성 가스 공급관(232e), 제3 불활성 가스 공급관(232f), 제4 불활성 가스 공급관(232j), 제5 불활성 가스 공급관(232k), 제6 불활성 가스 공급관(232l) 내에 N2 가스를 흘린다. 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제4 가스 공급관(232g) 내에 공급된 N2 가스는 제2 노즐(233b), 버퍼실(237)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 13300㎩, 바람직하게는 10 내지 1330㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241a)에서 제어하는 HCDS 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241d, 241e, 241f, 241j, 241k, 241l)에서 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. HCDS 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 350 내지 800℃, 바람직하게는 450 내지 800℃, 보다 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다.
HCDS 가스의 공급에 의해, 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 상에, 예를 들어 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 실리콘 함유층이 형성된다. 실리콘 함유층은 HCDS 가스의 흡착층이어도 되고, 실리콘층(Si층)이어도 되고, 그 양쪽을 포함하고 있어도 된다. 단, 실리콘 함유층은 실리콘(Si) 및 염소(Cl)를 포함하는 층인 것이 바람직하다.
여기서 실리콘층이란, 실리콘(Si)에 의해 구성되는 연속적인 층 외에, 불연속인 층이나, 이들을 겹쳐서 생긴 실리콘 박막도 포함하는 총칭이다. 또한, Si에 의해 구성되는 연속적인 층을 실리콘 박막이라고 하는 경우도 있다. 또한, 실리콘층을 구성하는 Si는, Cl과의 결합이 완전히 끊어지지 않은 것도 포함한다. 또한, HCDS 가스의 흡착층은, HCDS 가스의 가스 분자의 연속적인 화학 흡착층 외에, 불연속인 화학 흡착층도 포함한다. 즉, HCDS 가스의 흡착층은 HCDS 분자로 구성되는 1분자층 혹은 1분자층 미만의 두께의 화학 흡착층을 포함한다. 또한, HCDS 가스의 흡착층을 구성하는 HCDS(Si2Cl6) 분자는 Si와 Cl의 결합이 일부 끊어진 것(SixCly 분자)도 포함한다. 즉, HCDS 가스의 흡착층은 Si2Cl6 분자 및/또는 SixCly 분자의 연속적인 화학 흡착층이나 불연속인 화학 흡착층을 포함한다.
또한, 1원자층 미만의 두께의 층이란 불연속으로 형성되는 원자층을 의미하며, 1원자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 원자층을 의미한다. 또한, 1분자층 미만의 두께의 층이란 불연속으로 형성되는 분자층을 의미하고, 1분자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 분자층을 의미한다.
HCDS 가스가 자기 분해(열분해)하는 조건 하, 즉 HCDS의 열분해 반응이 발생하는 조건 하에서는 웨이퍼(200) 상에 Si가 퇴적함으로써 실리콘층이 형성된다. HCDS 가스가 자기 분해(열분해)하지 않는 조건 하, 즉 HCDS의 열분해 반응이 발생하지 않는 조건 하에서는 웨이퍼(200) 상에 HCDS 가스가 흡착함으로써 HCDS 가스의 흡착층이 형성된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 HCDS 가스의 흡착층을 형성하는 것 보다도, 웨이퍼(200) 상에 실리콘층을 형성하는 쪽이 성막 레이트를 높게 할 수 있어, 바람직하다.
또한, 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 상에 형성되는 실리콘 함유층의 두께가 수원자층을 초과하면, 후술하는 스텝 S12에서의 질화(개질)의 작용이 실리콘 함유층의 전체에 미치지 못하게 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 S12에서의 질화 반응(개질 반응)의 작용을 상대적으로 높일 수 있어, 스텝 S12의 질화 반응에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 스텝 S10의 실리콘 함유층 형성에 필요로 하는 시간을 단축할 수도 있다. 결과로서, 1사이클당 처리 시간을 단축할 수 있어, 전체적인 처리 시간을 단축하는 것도 가능해진다. 즉 성막 레이트를 높게 하는 것도 가능해진다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1원자층 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능해진다.
클로로실란계 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.
[스텝 S11]
웨이퍼(200) 상에 실리콘 함유층이 형성된 후, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 닫아, HCDS 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 상태로 해서, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한, 이때 밸브(243d, 243e, 243f, 243j, 243k, 243l)는 개방한 상태로 해서, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
또한, 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 S12에서 악영향이 발생하지 않는다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어 처리 용기(처리실(201))의 용적과 동일한 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 S12에서 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 가능해진다.
이때의 히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도가, HCDS 가스의 공급 시와 마찬가지로, 예를 들어 350 내지 800℃, 바람직하게는 450 내지 800℃, 보다 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다. 각 불활성 가스 공급계로부터 공급하는 퍼지 가스로서의 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
[스텝 S12]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제4 가스 공급관(232g)의 밸브(243g)를 열어, 제2 가스 공급관(232b)에 NH3 가스를 흘린다. NH3 가스는 제4 가스 공급관(232g)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(241g)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 NH3 가스는 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터 가열된 감압 상태의 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이때, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 고주파 전력이 인가되어, 버퍼실(237) 내에 공급된 NH3 가스는 플라즈마로 활성화된다.
즉, 버퍼실(237) 내에 공급되어 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 통해서 고주파 전력을 인가함으로써, 버퍼실(237) 내에 공급된 NH3 가스는 플라즈마 여기되어, 활성종(여기종)으로서 가스 공급 구멍(248c)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대해서 플라즈마 여기된 NH3 가스가 공급되게 된다(NH3 가스 공급).
또한, 이때 제4 불활성 가스 공급관(232j)의 밸브(243j)를 열어, 제4 불활성 가스 공급관(232j)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. N2 가스는 매스 플로우 컨트롤러(241j)에 의해 유량 조정되어, 제2 가스 공급관(232b) 내에 공급된다. 유량 조정된 N2 가스는 제2 가스 공급관(232b) 내에서, 유량 조정된 NH3 가스와 혼합되어, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터 가열된 감압 상태의 버퍼실(237) 내에 공급되고, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)으로부터 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기되게 된다. 또한, 이때 제1 노즐(233a), 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c) 내로의 NH3 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243d, 243e, 243f, 243k, 243l)를 열어, 제1 불활성 가스 공급관(232d), 제2 불활성 가스 공급관(232e), 제3 불활성 가스 공급관(232f), 제5 불활성 가스 공급관(232k), 제6 불활성 가스 공급관(232l) 내에 N2 가스를 흘린다. 제1 가스 공급관(232a), 제5 가스 공급관(232h), 제6 가스 공급관(232i) 내에 공급된 N2 가스는, 제1 노즐(233a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
NH3 가스를 플라즈마 여기함으로써 활성종으로서 흘릴 때에는, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 1000㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241g)에서 제어하는 NH3 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241d, 241e, 241f, 241j, 241k, 241l)에서 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. NH3 가스를 플라즈마 여기함으로써 얻어진 활성종에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초간의 범위 내의 시간으로 한다. 히터(207)의 온도는, 스루풋을 고려하면, 실리콘 함유층이 질화되는 온도이며, 스텝 S10의 HCDS 가스의 공급 시와 동일한 온도대로 되도록, 즉 스텝 S10과 스텝 S12에서 처리실(201) 내의 온도를 동일한 온도대로 유지하도록 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 스텝 S10과 스텝 S12에서 웨이퍼(200)의 온도, 즉 처리실(201) 내의 온도가 350 내지 800℃, 바람직하게는 450 내지 800℃, 보다 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 일정한 온도로 되도록, 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 바람직하다. 나아가서는, 스텝 S10 내지 스텝 S13(후술)에 걸쳐서 처리실(201)의 온도를 동일한 온도대로 유지하도록, 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 보다 바람직하다. 고주파 전원(273)으로부터 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 인가하는 고주파 전력은, 예를 들어 10 내지 1000W의 범위 내의 전력으로 되도록 설정한다. 이때, NH3 가스를 열여기, 즉 열로 활성화시켜서 공급할 수도 있다. 그러나, 감압 분위기 하에서 NH3 가스를 열적으로 활성화시켜서 흘리는 경우에 충분한 질화력을 얻기 위해서는, 처리실(201) 내의 압력을 비교적 높은 압력대, 예를 들어 500 내지 3000㎩의 범위 내의 압력으로 하고, 또한 웨이퍼(200)의 온도를 600℃ 이상으로 할 필요가 있다. 이에 반해, NH3 가스를 플라즈마 여기하여 흘리는 경우에는, 처리실(201) 내의 온도를, 예를 들어 350℃ 이상으로 하면, 충분한 질화력을 얻을 수 있다. 또한, NH3 가스를 플라즈마 여기하여 흘리는 경우에는, 처리실(201) 내의 온도를 상온으로 해도 충분한 질화력을 얻을 수 있다. 단, 처리실(201) 내의 온도를 200℃ 미만으로 하면 처리실(201) 내나 웨이퍼(200) 등에 염화 암모늄(NH4Cl) 등의 반응 부생성물이 부착된다. 따라서, 처리실(201) 내의 온도는 200℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 본 실시 형태에서는 350℃ 이상으로 하고 있다.
상술한 조건에서 NH3 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써, 플라즈마 여기 됨으로써 활성종으로 된 NH3 가스는, 스텝 S10에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 실리콘 함유층 중 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해, 실리콘 함유층에 대하여 질화 처리가 행해지고, 이 질화 처리에 의해, 실리콘 함유층은 실리콘 질화층(Si3N4층, 이하, 간단히 SiN층이라고도 함)으로 변화시킬 수 있다(개질된다).
또한, 이때 실리콘 함유층의 질화 반응을 포화시키지 않도록 함으로써, 즉 실리콘 함유층의 질화 반응을 불포화로 함으로써, 실리콘 함유층을 실리콘리치 SiN층으로 개질하는 것이 가능해진다. 실리콘 함유층의 질화 반응을 불포화로 하기 위해서는, 예를 들어 NH3 가스를 플라즈마가 아닌 열로 활성화시켜서 공급하는 등으로 해서 질화력을 저하시키도록 하면 된다. 또한, 실리콘리치 SiN층이란, 화학양론조성의 SiN층에 대하여, 실리콘의 비율이 과잉인 SiN층을 말한다.
질소 함유 가스로서는 NH3 가스 외에, 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스나 아민계의 가스 등을 사용해도 된다. 불활성 가스로서는 N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
[스텝 S13]
실리콘 함유층을 SiN층 또는 실리콘리치 SiN층으로 개질한 후, 제4 가스 공급관(232g)의 밸브(243g)를 닫아, NH3 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 상태로 해서, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 잔류한 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한, 밸브(243d, 243e, 243f, 243j, 243k, 243l)는 개방한 상태로 해서, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 SiN층 또는 실리콘리치 SiN층 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 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 S10 또는 스텝 S20에서 악영향이 발생하지 않는다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일한 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 S10 또는 스텝 S20에서 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 가능해진다.
이때의 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가 NH3 가스의 공급 시와 마찬가지로 350 내지 800℃, 바람직하게는 450 내지 800℃, 보다 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 일정한 온도로 되도록 설정한다. 각 불활성 가스 공급계로부터 공급하는 퍼지 가스로서의 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는 N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
상술한 스텝 S10 내지 S13을 1사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수(m회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 수원자층의 두께, 바람직하게는 2원자층 이상 6원자층 이하의 두께의 SiN층 또는 실리콘리치 SiN층을 형성할 수 있다.
<SiO막 형성 공정>
그 후, 이하의 스텝 S20 내지 S23을 1사이클로 하고 이 사이클을 소정 횟수, 바람직하게는 복수회 행함으로써, 상술한 스텝 S10 내지 S13에 의해 형성된 초기층으로서의 SiN층 또는 실리콘리치 SiN층 상에 소정 막 두께의 SiO막을 형성한다.
[스텝 S20]
스텝 S20에서는, 스텝 S10과 마찬가지인 수순에 의해 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급한다(HCDS 가스 공급).
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 13300㎩, 바람직하게는 10 내지 1330㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241a)에서 제어하는 HCDS 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241d, 241e, 241f, 241j, 241k, 241l)에서 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. HCDS 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 350 내지 800℃, 바람직하게는 450 내지 800℃, 보다 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 350℃ 미만으로 되면 웨이퍼(200) 상에서 HCDS가 분해, 흡착하기 어려워져, 실용적인 성막 속도가 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 350℃ 이상으로 함으로써 이를 해소하는 것이 가능해지며, 충분한 성막 속도를 얻을 수 있게 된다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도를 450℃ 이상으로 함으로써 후술하는 스텝 S22에서의 산화력 향상의 효과가 현저해진다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도를 550℃ 이상으로 함으로써 HCDS의 분해를 충분히 행하는 것이 가능해진다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 750℃, 특히 800℃를 초과하면 CVD 반응이 강해짐으로써(기상 반응이 지배적이 됨으로써), 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워져, 그 제어가 곤란해져 버리는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 800℃ 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 악화를 억제할 수 있어, 그 제어가 가능해진다. 특히 웨이퍼(200)의 온도를 750℃ 이하로 함으로써, 막 두께 균일성을 확보하기 쉬워져, 그 제어가 용이해진다. 따라서, 웨이퍼(200)의 온도는 350 내지 800℃로 하는 것이 바람직하고, 450 내지 800℃로 하는 것이 보다 바람직하고, 550 내지 750℃로 하는 것이 보다 바람직하다.
이 HCDS 가스의 공급에 의해, 초기층(SiN막 또는 실리콘리치 SiN층) 상에, 예를 들어 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 실리콘 함유층이 형성된다. 또한, 스텝 S20에서 초기층 상에 형성되는 실리콘 함유층은, 스텝 S10에서 웨이퍼(200) 상에 형성되는 실리콘 함유층과 마찬가지의 층으로 된다. 또한, 초기층 상에 형성되는 실리콘 함유층의 두께가 수원자층을 초과하면, 후술하는 스텝 S22에서의 산화(개질)의 작용이 실리콘 함유층의 전체에 미치지 못하게 된다. 또한, 초기층 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 S22에서의 산화 반응(개질 반응)의 작용을 상대적으로 높일 수 있고, 스텝 S22의 산화 반응에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 스텝 S20의 실리콘 함유층 형성에 필요로 하는 시간을 단축할 수도 있다. 결과로서, 1사이클당 처리 시간을 단축할 수 있고, 전체적인 처리 시간을 단축하는 것도 가능해진다. 즉, 성막 레이트를 높게 하는 것도 가능해진다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1원자층 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능해진다.
[스텝 S21]
초기층 상에 실리콘 함유층이 형성된 후, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 닫아, HCDS 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 상태로 해서, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한, 이때 밸브(243d, 243e, 243f, 243j, 243k, 243l)는 개방한 상태로 해서, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
또한, 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 S22에서 악영향이 발생하지 않는다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어 처리 용기(처리실(201))의 용적과 동일한 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 S22에서 악영향이 발생기지 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 가능해진다.
이때의 히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도가, HCDS 가스의 공급 시와 마찬가지로, 예를 들어 350 내지 800℃, 바람직하게는 450 내지 800℃, 보다 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다. 각 불활성 가스 공급계로부터 공급하는 퍼지 가스로서의 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는 N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
[스텝 S22]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 열어, 제2 가스 공급관(232b)에 O2 가스를 흘린다. O2 가스는 제2 가스 공급관(232b)으로부터 흘러, 매스 플로우 컨트롤러(241b)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 O2 가스는 제2 가스 공급관(232b)을 경유하여, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터 가열된 감압 상태의 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이때 동시에, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 열어, 제3 가스 공급관(232c)에 H2 가스를 흘린다. H2 가스는 제3 가스 공급관(232c)으로부터 흘러, 매스 플로우 컨트롤러(241c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 H2 가스는 제2 가스 공급관(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)으로부터는, 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 열어, 제2 불활성 가스 공급관(232e)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. N2 가스는 매스 플로우 컨트롤러(241e)에 의해 유량 조정되어, 제2 가스 공급관(232b) 내에 공급된다. 또한, 제3 불활성 가스 공급관(232f)의 밸브(243f)를 열어, 제3 불활성 가스 공급관(232f)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. N2 가스는 매스 플로우 컨트롤러(241f)에 의해 유량 조정되어, 제3 가스 공급관(232c) 내에 공급된다. 이 경우, 제2 노즐(233b)로부터는, O2 가스와 H2 가스와 N2 가스의 혼합 가스가 공급되게 된다. 또한, 불활성 가스로서는 N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다. 또한, 이때 제1 노즐(233a), 제4 가스 공급관(232g) 내로의 O2 가스와 H2 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243d, 243j, 243k, 243l)를 열어, 제1 불활성 가스 공급관(232d), 제4 불활성 가스 공급관(232j), 제5 불활성 가스 공급관(232k), 제6 불활성 가스 공급관(232l) 내에 N2 가스를 흘린다. 제1 가스 공급관(232a), 제5 가스 공급관(232h), 제6 가스 공급관(232i) 내에 공급된 N2 가스는, 제1 노즐(233a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을 대기압 미만, 예를 들어 1 내지 1000㎩의 범위 내의 압력으로 유지한다. 매스 플로우 컨트롤러(241b)에서 제어하는 O2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1000 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241c)에서 제어하는 H2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1000 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241d, 241e, 241f, 241j, 241k, 241l)에서 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. O2 가스 및 H2 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초의 범위 내의 시간으로 한다. 히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도가, 스텝 S20의 HCDS 가스의 공급 시와 동일한 온도대이며, 후술하는 산화력 향상의 효과가 현저해지는 온도대, 즉 예를 들어 450 내지 800℃, 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다. 또한, 이 범위 내의 온도이면 감압 분위기 하에서의 O2 가스로의 H2 가스 첨가에 의한 산화력 향상의 효과가 현저해지는 것을 확인했다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 지나치게 낮으면 산화력 향상 효과를 얻을 수 없는 것도 확인했다. 스루풋을 고려하면, 이와 같이, 스텝 S20 내지 S22에서 처리실(201) 내의 온도를 동일한 온도대로 유지하도록 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 바람직하다. 나아가서는, 스텝 S20 내지 스텝 S23(후술)에 걸쳐서 처리실(201) 내의 온도를 동일한 온도대로 유지하도록 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 스텝 S20 내지 스텝 S23(후술)에 걸쳐서 처리실(201) 내의 온도가, 예를 들어 450 내지 800℃, 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 일정한 온도로 되도록 히터(207)의 온도를 설정한다.
상술한 조건에서 O2 가스 및 H2 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써, O2 가스 및 H2 가스는 가열된 감압 분위기 하에서 논플라즈마로 열적으로 활성화되어 반응하고, 그에 의해 원자 형상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종이 생성된다. 그리고, 주로 이 산화종에 의해, 스텝 S20에서 초기층 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, C은 막 중에서 제거되어, N2, H2, Cl2, HCl, CO2 등으로서 배출된다. 또한, N, H, Cl, C와의 결합이 끊어짐으로써 남은 Si의 결합손은, 산화종에 포함되는 O와 이어져서 Si-O 결합이 형성된다. 이와 같이 하여, 실리콘 함유층은, 염소(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)을 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 효과를 얻을 수 있다.
또한, 스텝 S22에서는 O2 가스와 H2 가스 중 적어도 어느 한쪽 또는 양쪽을 플라즈마로 활성화시켜서 흘릴 수도 있다. O2 가스 및/또는 H2 가스를 플라즈마로 활성화시켜서 흘림으로써, 보다 에너지가 높은 활성종을 포함하는 산화종을 생성할 수 있고, 이 산화종에 의해 산화 처리를 행함으로써, 디바이스 특성이 향상하는 등의 효과도 생각된다. 예를 들어, O2 가스와 H2 가스의 양쪽을 플라즈마로 활성화시키는 경우, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 통해서 고주파 전력을 인가함으로써, 버퍼실(237) 내에 공급된 O2 가스와 H2 가스의 혼합 가스는 플라즈마로 활성화되어(플라즈마 여기되어), 활성종을 포함하는 가스, 즉 O2*(산소의 활성종)나 H2*(수소의 활성종)를 포함하는 가스(산화종)로서 가스 공급 구멍(248c)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 고주파 전원(273)으로부터 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 인가하는 고주파 전력은, 예를 들어 50 내지 1000W의 범위 내의 전력으로 되도록 설정한다. 그 외의 처리 조건은 상술한 처리 조건과 마찬가지로 한다. 또한, 상술한 온도대에서는, O2 가스와 H2 가스는 열로 활성화되어 충분히 반응하고, 충분한 양의 원자 형상 산소(O) 등의 수분(H2O) 비함유의 산화종이 생성된다. 따라서, O2 가스와 H2 가스를 논플라즈마로 열적으로 활성화시켜도 충분한 산화력을 얻을 수 있다. 또한, O2 가스와 H2 가스는 열로 활성화시켜서 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 산소(O2) 가스 외에, 오존(O3) 가스 등을 사용해도 된다. 또한, 상술한 온도대에 있어서, 일산화질소(NO) 가스나 아산화질소(N2O) 가스로의 수소 함유 가스 첨가 효과를 시도해 본 바, NO 가스 단독 공급이나 N2O 가스 단독 공급에 비해 산화력 향상의 효과를 얻을 수 없는 것을 확인했다. 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 수소(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 중으로의 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.
[스텝 S23]
상술한 스텝 S20에서 형성된 실리콘 함유층을 SiO층으로 변화시킨 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 닫아, O2 가스의 공급을 정지한다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 닫아, H2 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 상태로 해서, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 잔류한 O2 가스나 H2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한, 밸브(243d, 243e, 243f, 243j, 243k, 243l)는 개방한 상태로 해서, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 SiO층 형성에 기여한 후의 O2 가스나 H2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 더욱 높일 수 있다.
또한, 이때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행해지는 스텝 S20에서 악영향이 발생하지 않는다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일한 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 S20에서 악영향이 발생기지 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 가능해진다.
이때의 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, O2 가스 및 H2 가스의 공급 시와 마찬가지로, 예를 들어 450 내지 800℃, 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다. 각 불활성 가스 공급계로부터 공급하는 퍼지 가스로서의 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는 N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
상술한 스텝 S20 내지 S23을 1사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수, 바람직하게는 복수회(n회) 행함으로써, 초기층(SiN층 또는 실리콘리치 SiN층) 상에 소정 막 두께의 실리콘 산화막(SiO막)을 형성할 수 있다. 또한, 초기층으로서의 SiN층은 SiO막 형성 시의 산화에 의해 SiO막 또는 SiON막으로 개질된다. 또한, 초기층으로서의 SiN층을 두껍게 형성해 두고, SiN층의 일부가 SiN층인 채로 남도록 해도 된다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
초기층(SiN층 또는 실리콘리치 SiN층) 상에 소정 막 두께의 SiO막이 성막되면, 밸브(243d, 243e, 243f, 243j, 243k, 243l)를 열어, 제1 불활성 가스 공급관(232d), 제2 불활성 가스 공급관(232e), 제3 불활성 가스 공급관(232f), 제4 불활성 가스 공급관(232j), 제5 불활성 가스 공급관(232k), 제6 불활성 가스 공급관(232l) 각각으로부터 불활성 가스로서의 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되고, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 처리실(201) 내로부터 제거된다(퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되어, 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 매니폴드(209)의 하단부가 개구됨과 함께, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 보유 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단부로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 보트 언로드 후에는 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단부 개구가 O링(220c)을 통해서 셔터(219s)에 의해 시일된다(셔터 클로즈). 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 발휘한다.
웨이퍼 상에 수원자층의 두께의 초기층을 형성하고, 이 초기층 상에 산화막을 형성함으로써, 산화막을 형성할 때의 기판 표면에서의 하지막의 산화를 억제하는 것이 가능해진다.
웨이퍼 상에 수원자층의 두께의 초기층, 즉 2원자층 이상 6원자층 이하의 두께의 초기층을 형성하는 효과로서 다음의 경우를 들 수 있다.
초기층의 두께가 1원자층 이하인 경우, 초기층에 의해, 실리콘 산화막(SiO막) 형성 시에서의 하지막의 산화를 억제하는 효과를 충분히 얻을 수 없게 된다. 즉, 초기층에서의 산화 방지층(산화 블록층)으로서의 기능을 충분히 얻을 수 없게 된다. 초기층의 두께를 2원자층 이상으로 함으로써 초기층을 산화 방지층으로서 충분히 기능시키는 것이 가능해진다.
또한, 초기층의 두께가 6 원자층을 초과하면, 초기층이 그 위에 형성되는 SiO막의 특성에 영향을 미치는 경우가 있다. 즉, SiO막의 특성이 초기층의 특성에 끌려가는 경우가 있다. 예를 들어, SiN의 유전율은 SiO의 유전율보다도 높고, 초기층으로서 6 원자층을 초과하는 두께의 SiN층을 형성하면, SiO막/SiN층 전체에서의 유전율이 상승하게 되어, 원하는 유전율이 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 또한, 예를 들어 SiN의 막 스트레스는 SiO의 막 스트레스와는 상이하므로, 초기층으로서 6 원자층을 초과하는 두께의 SiN층을 형성하면, SiN층의 막 스트레스가 SiO막의 막 스트레스에 영향을 미치는 경우가 있다. 즉, 초기층의 두께를 6 원자층 이하로 함으로써, 초기층에 기인하는 SiO막의 특성에 대한 영향을 매우 적게 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, SiO막 형성 시에 초기층을 모두 SiO로 변화시키는 것도 가능하지만, 6 원자층을 초과하는 두께의 초기층을 형성하면, 초기층을 모두 SiO로 변화시키는 것이 곤란해진다. 초기층의 두께를 6 원자층 이하로 함으로써, 초기층을 모두 SiO로 변화시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 초기층의 두께를 6 원자층 이하로 함으로써, SiO막 형성 시에 초기층을 모두 SiO로 변화시키거나, SiO막 형성 시에 초기층을 SiON으로 변화시키거나, SiO막 형성 시에 초기층의 일부를 SiO로 변화시키고, 초기층(예를 들어 SiN층)의 일부를 SiO로 변화시키지 않고 남기는 제어가 용이하게 된다. 즉, 초기층의 두께를 6 원자층 이하로 함으로써, 초기층을 원하는 상태로 제어(튜닝)하는 것이 용이하게 되고, 그 초기층의 상태의 제어에 여유를 갖게 하는 것이 가능하게 된다.
이러한 점에서, 초기층의 두께는 2 원자층 이상 6 원자층 이하, 즉 수원자층으로 하는 것이 바람직하다고 말할 수 있다.
또한, 초기층의 1 원자층은 1 내지 1.5Å(0.1 내지 0.15㎚) 정도이므로, 2 원자층은 2 내지 3Å(0.2 내지 0.3㎚) 정도이고, 6 원자층은 6 내지 9Å(0.6 내지 0.9㎚) 정도로 된다. 즉, 2 원자층 이상 6 원자층 이하(수원자층)의 두께는, 2 내지 9Å(0.2 내지 0.9㎚) 정도로 된다. 즉, 초기층의 두께는 2Å(0.2㎚) 이상 9Å(0.9㎚) 이하로 하는 것이 바람직하다고 할 수도 있다.
또한, 초기층으로 실리콘 리치 SiN층을 형성하는 효과로서 다음의 경우를 들 수 있다.
SiN의 화학양론조성은 Si/N=3/4이고, 실리콘 리치 SiN의 조성은 Si/N>3/4로 나타낼 수 있다.
즉, 실리콘 리치 SiN층은 SiN층 중의 실리콘의 비율이 화학양론조성의 SiN층 중의 실리콘의 비율보다도 많으므로(과잉하므로), 초기층으로 실리콘 리치 SiN층을 형성하는 경우, 초기층에 의해 산소를 흡수하는 것이 용이하게 된다. 화학양론조성의 SiN층은 주로 산화 블록층으로서 기능하는 것에 반해, 실리콘 리치 SiN층은 산화 블록층으로서 기능할 뿐만 아니라, 산소 흡수층으로서도 기능하게 된다. 그 후의 공정에서 디바이스의 내부를 확산한 산소를 흡수하는 것도 가능하게 된다. 또한, 실리콘 리치 SiN층은 화학양론조성의 SiN층과는 막 스트레스나 배리어성이 상이하므로, 초기층을 모두 산화시키지 않고 적어도 그 일부를 남길 경우의 선택지를 확장하는 것도 가능하게 된다.
(4) 본 발명의 다른 실시 형태
도 4, 도 5에 도시한 상술한 시퀀스에서는, HCDS 가스와 NH3 가스를 교대로 소정 횟수(m회) 공급함으로써, 웨이퍼 상에 초기층으로서 SiN층 또는 실리콘 리치 SiN층을 형성하고, 그 위에 SiO막을 형성하는 예에 대해서 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 후술하는 바와 같이 초기층으로서, 소정 원소를 포함하는 층, 예를 들어 실리콘 함유층이며, 실리콘으로 구성된 층(Si층), 실리콘 산질화층(SiON층) 등을 형성하도록 해도 된다.
(제2 실시 형태)
제2 실시 형태에서는 클로로실란계 원료 가스로서의 HCDS 가스와 아미노실란계 원료 가스로서의 모노아미노실란 가스(SiH3R 가스)를 교대로 소정 횟수 공급함으로써, 웨이퍼 상에 초기층으로서의 실리콘층(Si층)을 형성하고, 그 위에 실리콘 산화막을 성막한다. 이하, 주로, 제1 실시 형태와 상이한 점에 대해서, 도 6, 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6은 제2 실시 형태에서의 처리 플로우를 도시하는 도면이다. 도 7은 제2 실시 형태에 따른 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다. 또한, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정도, 도 1 및 도 2의 기판 처리 장치의 처리로(202)를 사용해서 실시된다. 또한, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
웨이퍼 차지, 보트 로드, 압력 조정 및 온도 조정의 각 공정은, 상술한 실시 형태의 각 공정과 마찬가지의 수순으로 행한다.
다음으로, HCDS 가스와 SiH3R 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써 웨이퍼(200) 상에 초기층으로서의 Si층을 형성하는 Si층 형성 공정을 행한다. Si층 형성 공정에서는 다음 4개의 스텝(스텝 S30 내지 스텝 S33)을 순차 실행한다.
<초기층(Si층) 형성 공정>
[스텝 S30]
스텝 S30에서는 도 4, 도 5에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 S10과 마찬가지의 수순에 의해 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급한다(HCDS 가스 공급).
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 13300㎩, 바람직하게는 20 내지 1330㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241a)에서 제어하는 HCDS 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241d, 241e, 241f, 241j, 241k, 241l)에서 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. HCDS 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다.
이때, 웨이퍼(200)의 온도가 250℃ 미만이면, 웨이퍼(200) 상에 HCDS가 화학 흡착하기 어려워져, 실용적인 성막 속도를 얻을 수 없게 되는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 250℃ 이상으로 함으로써, 이것을 해소하는 것이 가능하게 된다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도를 300℃ 이상, 나아가서는 350℃ 이상으로 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 HCDS를 보다 충분히 흡착시키는 것이 가능하게 되어, 보다 충분한 성막 속도가 얻어지게 된다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 750℃, 특히 800℃를 초과하면 CVD 반응이 강해짐으로써(기상 반응이 지배적이 됨으로써), 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워져, 그 제어가 곤란해져 버리는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 800℃ 이하, 특히 750℃ 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 악화를 억제할 수 있고, 그 제어가 가능하게 된다. 특히 웨이퍼(200)의 온도를 650℃ 이하, 나아가서는 600℃ 이하로 함으로써, 표면 반응이 지배적이 되고, 막 두께 균일성을 확보하기 쉬워져, 그 제어가 용이하게 된다. 이와 같이, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 250 내지 800℃, 바람직하게는 300 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350 내지 600℃의 범위 내의 온도이면, 스텝 S30에서의 처리(후술하는 제1 층의 형성)를 진행시키는 것이 가능하게 된다.
단, 상세 사항에 대해서는 후술하지만, 웨이퍼(200)의 온도가 300℃ 미만이면 후술하는 스텝 S32에서의 개질 반응(제1 층의 개질 반응)이 진행되기 어려워진다. 웨이퍼(200)의 온도를 300℃ 이상으로 함으로써 스텝 S32에서의 개질 반응을 진행시키기 쉽게 할 수 있다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도를 350℃ 이상으로 함으로써 스텝 S32에서의 개질 반응이 보다 활발해진다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 450℃를 초과하면, 스텝 S32에서의 개질 반응을 적정하게 진행시키는 것이 어려워진다. 즉, 스텝 S32에서의 처리를 효율적이면서, 또한 적정하게 진행시키기 위해서는, 웨이퍼(200)의 온도를, 예를 들어 300 내지 450℃, 바람직하게는 350 내지 450℃의 범위 내의 온도로 할 필요가 있다.
이와 같이, 스텝 S30과 후술하는 스텝 S32에서는 적합한 온도 조건이 상이하고, 스텝 S30을 진행시키기에 적합한 온도 범위 중에, 스텝 S32를 진행시키기에 적합한 온도 범위가 포함되는 형태로 된다. 여기서, 스텝 S30, S32를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행하는 실리콘층 형성 공정의 스루풋을 향상시키기 위해서는, 스텝 S30 내지 S33에서 웨이퍼(200)의 온도를 동일한 온도 조건으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 스텝 S30에서의 웨이퍼(200)의 온도 조건을, 스텝 S32에서의 웨이퍼(200)의 온도 조건과 동일하게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 스텝 S30에서는 웨이퍼(200)의 온도를, 예를 들어 300 내지 450℃, 바람직하게는 350 내지 450℃의 범위 내의 온도로 하는 것이 좋다. 이 온도대이면, 스텝 S30에서의 처리(제1 층의 형성)와, 스텝 S32에서의 개질 처리(제1 층의 개질)를 각각 효율적이면서, 또한 적정하게 진행시키는 것이 가능하게 된다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 상에 제1 층으로서, 예를 들어 1 원자층 미만으로부터 수원자층 정도의 두께의 염소(Cl)를 포함하는 실리콘 함유층이 형성된다.
[스텝 S31]
Cl을 포함하는 실리콘 함유층이 형성된 후, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 닫아, HCDS 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 상태로 해서, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제1 층 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한, 이때, 밸브(243d, 243e, 243f, 243j, 243k, 243l)는 개방한 상태로 해서, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제1 층 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. 이때, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 되는 것은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
[스텝 S32]
처리실 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제5 가스 공급관(232h)의 밸브(243h)를 열어, 제5 가스 공급관(232h) 내에 SiH3R 가스를 흘린다. 제5 가스 공급관(232h) 내에 흐른 SiH3R 가스는 매스 플로우 컨트롤러(241h)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 SiH3R 가스는 제1 노즐(233a)의 가스 공급 구멍(248a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 SiH3R 가스가 공급되게 된다. 이때 동시에 밸브(243k)를 열어, 제5 불활성 가스 공급관(232k) 내에 불활성 가스로서의 N2 가스를 흘린다. 제5 불활성 가스 공급관(232k) 내를 흐른 N2 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241k)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는 SiH3R 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한, 이때, 제2 노즐(233b), 버퍼실(237), 제1 가스 공급관(232a), 제6 가스 공급관(232i) 내로의 SiH3R 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243d, 243e, 243f, 243j, 243l)를 열어, 제1 불활성 가스 공급관(232d), 제2 불활성 가스 공급관(232e), 제3 불활성 가스 공급관(232f), 제4 불활성 가스 공급관(232j), 제6 불활성 가스 공급관(232l) 내에 N2 가스를 흘린다. 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제4 가스 공급관(232g) 내에 공급된 N2 가스는 제2 노즐(233b), 버퍼실(237)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다(SiH3R 가스 공급).
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 13300㎩, 바람직하게는 20 내지 1330㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241b)에서 제어하는 SiH3R 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241d, 241e, 241f, 241j, 241k, 241l)에서 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. SiH3R 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다.
이때의 히터(207)의 온도는 스텝 S30과 마찬가지로, 웨이퍼(200)의 온도가 예를 들어 300 내지 450℃, 바람직하게는 350 내지 450℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다.
웨이퍼(200)의 온도가 300℃ 미만이면, 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 SiH3R 가스가 자기 분해(열분해)하기 어려워져, SiH3R 가스에서의 실리콘으로부터 아미노기를 포함하는 리간드(R)가 분리되기 어려워진다. 즉, 스텝 S30에서 형성된 제1 층(Cl을 포함하는 실리콘 함유층)과 반응하는 리간드(R)의 수가 부족해지기 쉬워진다. 그 결과, 제1 층으로부터의 Cl의 탈리 반응이 발생하기 어려워진다.
웨이퍼(200)의 온도를 300℃ 이상으로 함으로써, 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 SiH3R 가스가 열분해되기 쉬워지고, SiH3R 가스에서의 실리콘으로부터 아미노기를 포함하는 리간드(R)가 분리되기 쉬워진다. 그리고, 분리된 리간드(R)가 제1 층에서의 할로겐기(Cl)와 반응함으로써, 제1 층으로부터의 Cl의 탈리 반응이 발생하기 쉬워진다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도를 350℃ 이상으로 함으로써, 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 SiH3R 가스의 열분해가 보다 활발해지고, SiH3R 가스에서의 실리콘으로부터 분리하는 리간드(R)의 수가 증가하기 쉬워진다. 제1 층에서의 Cl과 반응하는 리간드(R)의 수가 증가함으로써, 제1 층으로부터의 Cl의 탈리 반응이 보다 활발해진다.
또한, SiH3R 가스에서의 실리콘으로부터 분리된 아미노기를 포함하는 리간드(R)가, 제1 층(Cl이 탈리된 실리콘 함유층)에서의 실리콘, 즉, 제1 층으로부터 Cl이 탈리됨으로써 미결합손(댕글링 본드)을 갖게 된 실리콘(쌍을 이루지 않은 실리콘), 혹은 미결합손을 갖고 있었던 실리콘(쌍을 이루지 않은 실리콘)과 결합하기 위해서는 450℃를 초과하는 열 에너지가 필요하게 된다. 따라서, 웨이퍼(200)의 온도를 450℃ 이하로 함으로써, SiH3R 가스에서의 실리콘으로부터 분리된 아미노기를 포함하는 리간드(R)가, 제1 층(Cl이 탈리된 실리콘 함유층)에서의 쌍을 이루지 않은 실리콘, 혹은 쌍을 이루고 있지 않았던 실리콘과 결합하는 것을 저해할 수 있다. 즉, 웨이퍼(200)의 온도를 450℃ 이하로 함으로써, 아미노기를 포함하는 리간드(R)가 제1 층(Cl이 탈리된 실리콘 함유층) 중에 도입되는 것을 저해할 수 있다. 그 결과, 개질 후의 제1 층, 즉, 후술하는 제2 층에서의 탄소(C)나 질소(N) 등의 불순물 함유량을 매우 적게 할 수 있다.
또한, 웨이퍼(200)의 온도를 이 온도대(300 내지 450℃의 온도대)로 함으로써, SiH3R 가스에서의 리간드(R)가 분리된 실리콘, 즉, SiH3R 가스에 포함되어 있었던 미결합손(댕글링 본드)을 갖게 된 실리콘(쌍을 이루지 않은 실리콘)이, 제1 층(Cl이 탈리된 실리콘 함유층)에서의 쌍을 이루지 않은 실리콘, 혹은 쌍을 이루고 있지 않았던 실리콘과 결합하여, Si-Si 결합을 형성할 수 있다.
또한, 웨이퍼(200)의 온도가 450℃를 초과하면, SiH3R 가스에서의 실리콘으로부터 분리된 아미노기를 포함하는 리간드(R)가 제1 층(Cl이 탈리된 실리콘 함유층)에서의 쌍을 이루지 않은 실리콘, 혹은 쌍을 이루고 있지 않았던 실리콘과 결합하기 쉬워진다. 즉, 아미노기를 포함하는 리간드(R)가 제1 층(Cl이 탈리된 실리콘 함유층) 중에 도입되기 쉬워진다. 그리고, 개질 후의 제1 층, 즉, 후술하는 제2 층에서의 탄소(C)나 질소(N) 등의 불순물 함유량이 증가하기 쉬워진다.
따라서, 웨이퍼(200)의 온도는, 예를 들어 300 내지 450℃, 바람직하게는 350 내지 450℃의 범위 내의 온도로 하는 것이 좋다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 SiH3R 가스를 공급함으로써, 스텝 S30에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 층(Cl을 포함하는 실리콘 함유층)과 SiH3R 가스가 반응한다. 즉, 상술한 온도로 가열한 웨이퍼(200)에 대하여 SiH3R 가스를 공급함으로써, SiH3R 가스에서의 실리콘으로부터 아미노기를 포함하는 리간드(R)가 분리되고, 분리된 리간드(R)가, 제1 층에서의 Cl과 반응해서 제1 층으로부터 Cl을 탈리한다. 또한, 웨이퍼(200)를 상술한 온도로 가열함으로써 SiH3R 가스에서의 실리콘으로부터 분리된 아미노기를 포함하는 리간드(R)가, 제1 층(Cl이 탈리된 실리콘 함유층)에서의 쌍을 이루지 않은 실리콘, 혹은 쌍을 이루고 있지 않았던 실리콘과 결합하는 것이 저해되며, 또한 SiH3R 가스에서의 리간드(R)가 분리되어 쌍을 이루지 않은 실리콘이, 제1 층(Cl이 탈리된 실리콘 함유층)에서의 쌍을 이루지 않은 실리콘, 혹은 쌍을 이루고 있지 않았던 실리콘과 결합하여, Si-Si 결합을 형성한다. 이에 의해, 스텝 S30에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 층(Cl을 포함하는 실리콘 함유층)은, 실리콘을 포함하고, 염소(Cl)나 탄소(C)나 질소(N) 등의 불순물의 함유량이 매우 적은 제2 층으로 변화한다(개질된다). 또한, 제2 층은 1 원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 층이며, 염소(Cl)나 탄소(C)나 질소(N) 등의 불순물의 함유량이 매우 적은 실리콘으로 구성되는 실리콘층(Si층)으로 된다. 이 Si층의 결정 구조는 아몰퍼스 상태(비정질)로 되고, 이 Si층을 아몰퍼스 실리콘층(a-Si층)이라고 부를 수도 있다.
또한, 제2 층으로서의 Si층을 형성할 때, 개질 전의 제1 층 중에 포함되어 있었던 Cl과, SiH3R 가스에 포함되어 있었던 아미노기를 포함하는 리간드(R)는 SiH3R 가스에 의한 제1 층의 개질 반응의 과정에서 그 대부분이 반응하고, 예를 들어 아미노 염 등의 가스 상태의 반응 생성물을 구성하여, 배기관(231)을 통해서 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이에 의해, 개질 후의 제1 층, 즉, 제2 층 중에 포함되는 Cl, C, N 등의 불순물의 양을 저감시킬 수 있게 된다. 또한, 아미노실란계 원료 가스로서 SiH3R 가스를 사용한 경우에는, 그 조성식 중에(1 분자 중에) 포함되는 아미노기가 적은 점에서, 즉, 그 조성 중에 포함되는 C나 N의 양이 적은 점에서, 개질 후의 제1 층, 즉, 제2 층 중에 포함되는 C나 N 등의 불순물의 양을 저감시키기 쉬워지고, 특히 N의 양을 대폭 저감시킬 수 있게 된다.
[스텝 S33]
Si층이 형성된 후, 제4 가스 공급관(232g)의 밸브(243g)를 닫아, SiH3R 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 상태로 해서, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제2 층 형성에 기여한 후의 SiH3R 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한, 이때, 밸브(243d, 243e, 243f, 243j, 243k, 243l)는 개방한 상태로 해서, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제2 층 형성에 기여한 후의 SiH3R 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. 이때, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 되는 것은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
아미노실란계 원료로서는 모노아미노실란(SiH3R) 외에, 디아미노실란(SiH2RR'), 트리아미노실란(SiHRR'R''), 테트라아미노실란(SiRR'R''R''') 등의 유기 원료를 사용해도 된다. 여기서, R, R', R'', R''' 각각은 리간드(배위자)를 나타내고 있고, 여기에서는 1개의 질소 원자(N)에, 1개 이상의 탄소 원자(C)를 포함하는 탄화수소기가 1개 또는 2개 배위한 아미노기(NH2로 나타내지는 아미노기의 H의 한쪽 또는 양쪽을 1개 이상의 탄소 원자(C)를 포함하는 탄화수소기로 치환한 것)를 나타내고 있다. 아미노기의 일부를 구성하는 탄화수소기가 1개의 N에 2개 배위하고 있는 경우에는, 그 2개가 동일한 탄화수소기이어도 되고, 상이한 탄화수소기이어도 된다. 또한, 탄화수소기는 이중 결합이나 삼중 결합 등의 불포화 결합을 포함하고 있어도 된다. 또한, R, R', R'', R''' 각각의 아미노기는, 동일한 아미노기이어도 되고, 다른 아미노기이어도 된다. 또한, 아미노기는 환상 구조를 가져도 된다. 예를 들어, SiH3R로서는 (에틸메틸아미노)실란(SiH3[N(CH3)(C2H5)]), (디메틸아미노)실란(SiH3[N(CH3)2]), (디에틸피페리디노)실란(SiH3[NC5H8(C2H5)2]) 등을 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어 SiH2RR'로서는 비스(디에틸아미노)실란(SiH2[N(C2H5)2]2, 약칭: BDEAS), 비스(터셔리부틸아미노)실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS), 비스(디에틸피페리디노)실란(SiH2[NC5H8(C2H5)2]2, 약칭: BDEPS) 등을 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어 SiHRR'R''로서는 트리스(디에틸아미노)실란(SiH[N(C2H5)2]3, 약칭: 3DEAS), 트리스(디메틸아미노)실란(SiH[N(CH3)2]3, 약칭: 3DMAS) 등을 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어 SiRR'R''R'''로서는 테트라키스(디에틸아미노)실란(Si[N(C2H5)2]4, 약칭: 4DEAS), 테트라키스(디메틸아미노)실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭: 4DMAS) 등을 사용할 수 있다.
또한, 아미노실란계 원료로서는, 그 조성식 중에서의 아미노기를 포함하는 리간드의 수가 2 이하이며, 또한 클로로실란계 원료의 조성식 중에서의 할로겐기를 포함하는 리간드의 수 이하인 유기 원료를 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 클로로실란계 원료로서, 그 조성식 중에서의 할로겐기를 포함하는 리간드(Cl)의 수가 2 이상인 HCDS(Si2Cl6), STC(SiCl4), TCS(SiHCl3), DCS(SiH2Cl2)를 사용하는 경우에는, 아미노실란계 원료로서, 그 조성식 중에서의 아미노기를 포함하는 리간드(R)의 수가 1인 모노아미노실란(SiH3R) 외에, 그 조성식 중에서의 아미노기를 포함하는 리간드(R)의 수가 2인 디아미노 실란(SiH2RR')을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 클로로실란계 원료로서, 그 조성식 중에서의 할로겐기를 포함하는 리간드(Cl)의 수가 1인 MCS(SiH3Cl)를 사용하는 경우에는, 아미노실란계 원료로서, 그 조성식 중에서의 아미노기를 포함하는 리간드(R)의 수가 1인 모노아미노실란(SiH3R)을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 아미노실란계 원료의 조성식 중에서의 아미노기를 포함하는 리간드(R)의 수는, 클로로실란계 원료의 조성식 중에서의 할로겐기를 포함하는 리간드(Cl)의 수보다도 적은 것이 바람직하다. 따라서, 클로로실란계 원료로서, 그 조성식 중에서의 할로겐기를 포함하는 리간드(Cl)의 수가 2인 DCS를 사용하는 경우에는, 아미노실란계 원료로서, 그 조성식 중에서의 아미노기를 포함하는 리간드(R)의 수가 2인 디아미노 실란을 사용하는 것보다도, 그 조성식 중에서의 아미노기를 포함하는 리간드(R)의 수가 1인 모노아미노실란을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 아미노실란계 원료의 조성식 중에서의 아미노기를 포함하는 리간드(R)의 수는 1인 것이 보다 바람직하다. 따라서, 아미노실란계 원료로서는 디아미노 실란을 사용하는 것보다도, 모노아미노실란을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 아미노실란계 원료의 조성식 중에서의 아미노기를 포함하는 리간드(R)의 수가, 클로로실란계 원료의 조성식 중에서의 할로겐기를 포함하는 리간드(Cl)의 수보다도 적어지도록 하기 위해서, 클로로실란계 원료로서, 그 조성식 중에서의 할로겐기를 포함하는 리간드(Cl)의 수가 2 이상인 HCDS, STC, TCS, DCS를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
이와 같이 함으로써, 스텝 S32에서 제1 층(Cl을 포함하는 실리콘 함유층)에 대하여 공급되는 SiH3R 가스에 포함되어 있는 아미노기를 포함하는 리간드(R)에 비해, 개질 전의 제1 층(Cl을 포함하는 실리콘 함유층) 중에 포함되어 있는 Cl이 많이 존재하게 된다. 이 경우, SiH3R 가스에 포함되어 있었던 아미노기를 포함하는 리간드(R)는 제1 층의 개질 반응의 과정에서, 개질 전의 제1 층 중에 포함되어 있는 Cl, 즉, 아미노기를 포함하는 리간드(R)보다도 많이 존재하는 Cl과 그 대부분이 반응하고, 예를 들어 아미노 염 등의 가스 상태의 반응 생성물을 구성하여, 배기관(231)을 통해서 처리실(201) 내로부터 배출되게 된다. 즉, SiH3R 가스에 포함되어 있었던 아미노기를 포함하는 리간드(R)는 개질 후의 제1 층, 즉, 제2 층 중에 도입되지 않고, 그 대부분이 처리실(201) 내로부터 배출되어, 소실하게 된다. 그 결과, 개질 후의 제1 층, 즉 제2 층을 C, N의 불순물의 양이 더욱 적은 실리콘층으로 변화시킬(개질할) 수 있게 된다.
불활성 가스로서는 N2 가스 외에 Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
(소정 횟수 실시)
상술한 스텝 S30 내지 S33을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수(m회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 수원자층의 두께, 바람직하게는 2 원자층 이상 6 원자층 이하의 두께의 염소(Cl)나 탄소(C)나 질소(N) 등의 불순물의 함유량이 매우 적은 실리콘으로 구성되는 초기층(실리콘층(Si층))을 형성할 수 있다. 이 Si층의 결정 구조는 아몰퍼스 상태(비정질)로 되고, 이 Si층을 아몰퍼스 실리콘층(a-Si층)이라고 부를 수도 있다. 또한, 이 사이클을 소정 횟수 반복함으로써, 웨이퍼 면 내 두께 균일성이 높은 수원자층의 Si층을 제어성 높게 형성하는 것이 가능하게 된다.
<SiO막 형성 공정>
그 후, 제1 실시 형태에서의 SiO막 형성 공정과 마찬가지의 수순으로, SiO막을 형성한다. 즉, 도 4, 도 5에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 S20 내지 S23과 마찬가지의 스텝 S20 내지 S23을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수, 바람직하게는 복수회(n회) 행함으로써, 초기층(Si층) 상에 소정 막 두께의 SiO막을 형성할 수 있다. 또한, 초기층으로서의 Si층은 SiO막 형성 시의 산화에 의해 SiO막으로 개질된다.
그 후, 퍼지, 대기압 복귀, 보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지의 각 공정을, 상술한 제1 실시 형태의 각 공정과 마찬가지의 수순으로 행한다.
(제3 실시 형태)
제3 실시 형태에서는, 클로로실란계 원료 가스로서의 HCDS 가스와 아미노실란계 원료 가스로서의 SiH3R 가스와 질화 가스로서의 NH3 가스를 교대로 소정 횟수 공급함으로써, 웨이퍼 상에 초기층으로서의 실리콘 질화층(SiN층) 또는 실리콘 리치 SiN층을 형성하고, 그 위에 실리콘 산화막을 성막한다. 이하, 주로, 제1 실시 형태와 상이한 점에 대해서, 도 8, 도 9를 참조하여 설명한다. 도 8은 제3 실시 형태에서의 처리 플로우를 도시하는 도면이다. 도 9는 제3 실시 형태에 따른 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다. 또한, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정도, 도 1 및 도 2의 기판 처리 장치의 처리로(202)를 사용해서 실시된다. 또한, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
웨이퍼 차지, 보트 로드, 압력 조정 및 온도 조정의 각 공정은, 상술한 실시 형태의 각 공정과 마찬가지의 수순으로 행한다.
다음으로, HCDS 가스와 SiH3R 가스와 NH3 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써 웨이퍼(200) 상에 초기층으로서의 SiN층을 형성하는 SiN층 형성 공정을 행한다. SiN층 형성 공정에서는 다음 6개의 스텝(스텝 S40 내지 스텝 S45)을 순차 실행한다.
<초기층(SiN층) 형성 공정>
[스텝 S40 내지 S43]
도 6, 도 7에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 S30 내지 S33과 마찬가지로 HCDS 가스 공급(S40), 잔류 가스 제거(S41), SiH3R 가스 공급(S42), 잔류 가스 제거(S43)의 각 공정을 행한다.
[스텝 S44 내지 S45]
도 4, 도 5에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 S12 내지 S13과 마찬가지로, NH3 가스 공급(스텝 S44), 잔류 가스 제거(스텝 S45)의 각 공정을 행한다.
상술한 스텝 S40 내지 S45를 1 사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수(m회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 수원자층의 두께, 바람직하게는 2 원자층 이상 6 원자층 이하의 두께의 초기층(SiN층 또는 실리콘 리치 SiN층)을 형성할 수 있다.
<SiO막 형성 공정>
그 후, 도 4, 도 5에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 S20 내지 S23과 마찬가지의 스텝 S20 내지 S23을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수, 바람직하게는 복수회(n회) 행함으로써, 초기층(SiN층 또는 실리콘 리치 SiN층) 상에 소정 막 두께의 SiO막을 형성할 수 있다. 또한, 초기층으로서의 SiN층은 SiO막 형성 시의 산화에 의해 SiO막 또는 SiON막으로 개질된다.
그 후, 퍼지, 대기압 복귀, 보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지의 각 공정을 상술한 제1 실시 형태의 각 공정과 마찬가지의 수순으로 행한다.
(제4 실시 형태)
제4 실시 형태에서는 무기 실란계 원료 가스로서의 모노실란 가스(SiH4 가스)를 사용해서 초기층으로서의 Si층을 형성하고, 그 위에 실리콘 산화막을 성막한다. 이하, 주로, 제1 실시 형태와 상이한 점에 대해서, 도 10, 도 11을 참조하여 설명한다. 도 10은 제4 실시 형태에서의 처리 플로우를 도시하는 도면이다. 도 11은 제4 실시 형태에 따른 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다. 또한, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정도, 도 1 및 도 2의 기판 처리 장치의 처리로(202)를 사용해서 실시된다. 또한, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
웨이퍼 차지, 보트 로드, 압력 조정 및 온도 조정의 각 공정은, 상술한 실시 형태의 각 공정과 마찬가지의 수순으로 행한다.
다음으로, SiH4 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써 웨이퍼(200) 상에 초기층으로서의 Si층을 형성하는 Si층 형성 공정을 행한다. Si층 형성 공정에서는 다음 2개의 스텝(스텝 S50, S51)을 순차 실행한다.
<초기층(Si층) 형성 공정>
[스텝 S50]
제6 가스 공급관(232i)의 밸브(243i)를 열어, 제6 가스 공급관(232i)에 SiH4 가스를 흘린다. SiH4 가스는 제6 가스 공급관(232i)으로부터 흐르고, 매스 플로우 컨트롤러(241i)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 SiH4 가스는, 제1 노즐(233a)의 가스 공급 구멍(248a)으로부터, 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다(SiH4 가스 공급).
이때, 제6 불활성 가스 공급관(232l)의 밸브(243l)를 열어, 제6 불활성 가스 공급관(232l)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. N2 가스는 매스 플로우 컨트롤러(241l)에 의해 유량 조정되어, 제6 가스 공급관(232i) 내에 공급된다. 유량 조정된 N2 가스는 제6 가스 공급관(232i) 내에서 유량 조정된 SiH4 가스와 혼합되어, 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), 제2 노즐(233b), 제1 가스 공급관(232a), 제5 가스 공급관(232h) 내로의 SiH4 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243d, 243e, 243f, 243j, 243k)를 열어, 제1 불활성 가스 공급관(232d), 제2 불활성 가스 공급관(232e), 제3 불활성 가스 공급관(232f), 제4 불활성 가스 공급관(232j), 제5 불활성 가스 공급관(232k)내에 N2 가스를 흘린다. 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제4 가스 공급관(232g) 내에 공급된 N2 가스는, 제2 노즐(233b), 버퍼실(237)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 10 내지 1000㎩, 바람직하게는 30 내지 300㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241i)에서 제어하는 SiH4 가스의 공급 유량은, 예를 들어 20 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241d, 241e, 241f, 241j, 241k, 241l)에서 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. SiH4 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 1800초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때 히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 450 내지 800℃, 바람직하게는 500 내지 600℃, 보다 바람직하게는 500 내지 550℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다. 이와 같이, 처리 조건을 설정함으로써, 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 상에 실리콘층(Si층)으로서 CVD-Si층이 형성된다.
[스텝 S51]
웨이퍼(200) 상에 Si층이 형성된 후, 제6 가스 공급관(232i)의 밸브(243i)를 닫아, SiH4 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 상태로 해서, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 Si층 형성에 기여한 후의 SiH4 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한, 이때, 밸브(243d, 243e, 243f, 243j, 243k, 243l)는 개방한 상태로 해서, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응, 혹은 Si층 형성에 기여한 후의 SiH4 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. 이때, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 되는 것은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
이때의 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가 SiH4 가스의 공급시와 동일하게, 예를 들어 450 내지 800℃, 바람직하게는 500 내지 600℃, 보다 바람직하게는 500 내지 550℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다. 각 불활성 가스 공급계로부터 공급하는 퍼지 가스로서의 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는 N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
상술한 스텝 S50 내지 S51을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수(m회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 수원자층의 두께, 바람직하게는 2 원자층 이상 6 원자층 이하의 두께의 초기층(실리콘층(Si층))을 형성할 수 있다. 도 12에는 SiH4 가스를 연속 공급하고, 그 후 퍼지(잔류 가스 제거)를 행하는 예, 즉, m=1로 하여, 스텝 S50 및 S51의 사이클을 1회 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 수원자층의 두께의 초기층으로서의 Si층을 형성하는 경우의 가스 공급의 타이밍이 도시되어 있다. 본 실시 형태에서는 SiH4 가스의 공급에 의해 CVD-Si층이 형성된다. 즉, SiH4 가스의 공급에 의해 SiH4가 열분해되어 웨이퍼(200) 표면의 하지막 상에 Si가 퇴적하게 된다. 이 Si층의 결정 구조는 아몰퍼스 상태(비정질) 또는 폴리 상태(다결정)로 되고, 이 Si층을 아몰퍼스 실리콘층(a-Si층) 또는, 폴리실리콘층(Poly-Si층)이라고 부를 수도 있다.
<SiO막 형성 공정>
그 후, 도 4, 도 5에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 S20 내지 S23과 마찬가지의 스텝 S20 내지 S23을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수, 바람직하게는 복수회(n회) 행함으로써, 초기층(Si층) 상에 소정 막 두께의 SiO막을 형성할 수 있다. 또한, 초기층으로서의 Si층은 SiO막 형성 시의 산화에 의해 SiO막으로 개질된다.
그 후, 퍼지, 대기압 복귀, 보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지의 각 공정을, 상술한 제1 실시 형태의 각 공정과 마찬가지의 수순으로 행한다.
(제5 실시 형태)
제5 실시 형태에서는, 클로로실란계 원료 가스로서의 HCDS 가스와 질화 가스로서의 NH3 가스와 산화 가스로서의 O2 가스를 교대로 소정 횟수 공급함으로써, 웨이퍼 상에 초기층으로서의 실리콘 산질화층(SiON층)을 형성하고, 그 위에 실리콘 산화막을 성막한다. 이하, 주로, 제1 실시 형태와 상이한 점에 대해서, 도 13, 도 14를 참조하여 설명한다. 도 13은 제5 실시 형태에서의 처리 플로우를 도시하는 도면이다. 도 14는 제5 실시 형태에 따른 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다. 또한, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정도, 도 1 및 도 2의 기판 처리 장치의 처리로(202)를 사용해서 실시된다. 또한, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
웨이퍼 차지, 보트 로드, 압력 조정 및 온도 조정의 각 공정은, 상술한 실시 형태의 각 공정과 마찬가지의 수순으로 행한다.
다음으로, HCDS 가스와 NH3 가스와 O2를 처리실(201) 내에 공급함으로써 웨이퍼(200) 상에 초기층으로서의 SiON층을 형성하는 SiON층 형성 공정을 행한다. SiON층 형성 공정에서는 다음 6개의 스텝(스텝 S60 내지 스텝 S65)을 순차 실행한다.
<초기층(SiON층) 형성 공정>
[스텝 S60 내지 S63]
도 4, 도 5에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 S10 내지 S13과 마찬가지로 HCDS 가스 공급(S60), 잔류 가스 제거(S61), NH3 가스 공급(S62), 잔류 가스 제거(S63)의 각 공정을 행한다.
[스텝 S64]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 열어, 제2 가스 공급관(232b)에 O2 가스를 흘린다. O2 가스는 제2 가스 공급관(232b)으로부터 흘러, 매스 플로우 컨트롤러(241b)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 O2 가스는 제2 가스 공급관(232b)을 경유하여, 제2 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터 가열된 감압 상태의 버퍼실(237) 내에 공급된다. 버퍼실(237) 내에 공급된 O2 가스는 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)으로부터, 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다(O2 가스 공급).
이때, 제2 불활성 가스 공급관(232e)의 밸브(243e)를 열어, 제2 불활성 가스 공급관(232e)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. N2 가스는 매스 플로우 컨트롤러(241e)에 의해 유량 조정되어, 제2 가스 공급관(232b)내에 공급된다. 또한, 불활성 가스로서는 N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다. 또한, 이때, 제1 노즐(233a), 제3 가스 공급관(232c), 제4 가스 공급관(232g) 내로의 O2 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243d, 243f, 243j, 243k, 243l)를 열어, 제1 불활성 가스 공급관(232d), 제3 불활성 가스 공급관(232f), 제4 불활성 가스 공급관(232j), 제5 불활성 가스 공급관(232k), 제6 불활성 가스 공급관(232l) 내에 N2 가스를 흘린다. 제1 가스 공급관(232a), 제5 가스 공급관(232h), 제6 가스 공급관(232i) 내에 공급된 N2 가스는 제1 노즐(233a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 대기압 미만, 예를 들어 10 내지 5000㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241b)에서 제어하는 O2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1000 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241d, 241e, 241f, 241j, 241k, 241l)에서 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 이때, 처리실(201) 내에서의 O2 가스의 분압은 0.6 내지 4600㎩의 범위 내의 압력으로 한다. O2 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 O2 가스의 공급 시간은, 예를 들어 1 내지 120초의 범위 내의 시간으로 한다. 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가 스텝 S60의 HCDS 가스의 공급시와 마찬가지의 온도대, 즉, 350 내지 800℃, 바람직하게는 450 내지 800℃, 보다 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도로 되도록 설정한다. 또한, 이 범위 내의 온도이면 감압 분위기 하에서의 O2 가스에 의한 산화의 효과, 즉 실리콘 질화층의 산화 반응이 얻어지는 것을 확인하였다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 너무 낮으면 산화의 효과를 얻지 못한 것도 확인하였다. 상술한 바와 같이, 스루풋을 고려하면, 스텝 S60 내지 스텝 S64에 걸쳐서 처리실(201) 내의 온도를 동일한 온도대, 즉 350 내지 800℃, 바람직하게는 450 내지 800℃, 보다 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 일정한 온도로 유지하도록 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 바람직하다.
상술한 조건에서 O2 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써, O2 가스는 가열된 감압 분위기 하에서 논플라즈마로 열적으로 활성화된다. 이때, 처리실(201) 내에는 HCDS 가스도 NH3 가스도 흐리고 있지 않으므로, O2 가스는 기상 반응을 일으키는 일이 없다. 열적으로 활성화된 O2 가스는 스텝 S64에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 SiN층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해, SiN층에 대하여 산화 처리가 행해지고, 이 산화 처리에 의해, SiN층은 실리콘 산질화층(이하, 간단히 SiON층이라고도 함)으로 변화한다(개질된다).
[스텝 S65]
상술한 스텝 S64에서 형성된 SiN층을 SiON층으로 변화시킨 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 닫아, O2 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)은 개방한 상태로 해서, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 잔류한 O2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한, 밸브(243d, 243e, 243f, 243j, 243k, 243l)는 개방한 상태로 해서, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 SiON층 형성에 기여한 후의 O2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 더욱 높일 수 있다. 이때, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 되는 것은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
상술한 스텝 S60 내지 S65를 1 사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수(m회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 수원자층의 두께, 바람직하게는 2 원자층 이상 6 원자층 이하의 두께의 초기층(실리콘 산질화층(SiON층))을 형성할 수 있다.
<SiO막 형성 공정>
그 후, 도 4, 도 5에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 S20 내지 S23과 마찬가지의 스텝 S20 내지 S23을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수, 바람직하게는 복수회(n회) 행함으로써, 초기층(SiON층) 상에 소정 막 두께의 SiO막을 형성할 수 있다.
그 후, 퍼지, 대기압 복귀, 보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지의 각 공정을, 상술한 제1 실시 형태의 각 공정과 마찬가지의 수순으로 행한다.
(본 발명의 또 다른 실시 형태)
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 플라즈마원이나 버퍼실(237)을 갖는 기판 처리 장치를 사용하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 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 들어, 상술한 실시 형태에서는, 실리콘 함유층을 형성할 때, 원료 가스로서, 클로로실란계 원료 가스를 사용하는 예에 대해서 설명했지만, 클로로실란계 원료 가스 대신에 클로로실란계 원료 가스 이외의 할로겐계의 리간드를 갖는 실란계 원료 가스를 사용해도 된다. 예를 들어, 클로로실란계 원료 가스 대신에 플루오로 실란계 원료 가스를 사용해도 된다. 여기서, 플루오로 실란계 원료 가스란, 할로겐기로서의 플루오로기를 갖는 실란계 원료 가스이고, 적어도 실리콘(Si) 원소 및 불소(F) 원소를 포함하는 원료 가스이다. 플루오로 실란계 원료 가스로서는, 예를 들어 테트라플루오로 실란, 즉 실리콘테트라플루오라이드(SiF4) 가스나 헥사플루오로디실란(Si2F6) 가스 등의 불화 규소 가스를 사용할 수 있다. 이 경우, 실리콘 함유층을 형성할 때에, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 플루오로 실란계 원료 가스를 공급하게 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 실리콘 산화막 형성 공정에서의 스텝 S22에 있어서, 가열된 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실(201) 내에 O2 가스와 H2 가스를 공급하고, 실리콘 함유층을 실리콘 산화층으로 변화시키는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 즉, 실리콘 산화막 형성 공정에서의 스텝 S22에 있어서, H2 가스를 공급하지 않고, O2 가스나 O3 가스나 H2O 가스 등의 산소 함유 가스를 단독으로 공급하도록 해도 된다. 또한, 이들의 산소 함유 가스를 플라즈마로 활성화해서 공급하도록 해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 처리실(201) 내에 HCDS 가스와, O2 가스 및 H2 가스를 교대로 공급하고, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 산화막을 형성하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 즉, 처리실(201) 내에 HCDS 가스와, O2 가스나 O3 가스나 H2O 가스 등의 산소 함유 가스를 동시에 공급하고, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 산화막을 형성하도록 해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 박막으로서, 반도체 원소인 실리콘을 포함하는 실리콘계 박막을 형성하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 경우에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은 박막으로서, 예를 들어 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 들어, Ti를 포함하는 금속계 박막으로서 티타늄 산화막(TiO막)을 형성하는 경우에는, 원료 가스로서, 티타늄 테트라클로라이드(TiCl4) 등의 Ti 및 클로로기를 포함하는 가스나, 티타늄 테트라플루오라이드(TiF4) 등의 Ti 및 플루오로기를 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 산소 함유 가스, 수소 함유 가스, 질소 함유 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예를 들어, Zr을 포함하는 금속계 박막으로서 지르코늄 산화막(ZrO막)을 형성하는 경우에는, 원료 가스로서, 지르코늄 테트라클로라이드(ZrCl4) 등의 Zr 및 클로로기를 포함하는 가스나, 지르코늄 테트라플루오라이드(ZrF4) 등의 Zr 및 플루오로기를 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 산소 함유 가스, 수소 함유 가스, 질소 함유 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예를 들어, Hf를 포함하는 금속계 박막으로서 하프늄 산화막(HfO막)을 형성하는 경우에는, 원료 가스로서, 하프늄 테트라클로라이드(HfCl4) 등의 Hf 및 클로로기를 포함하는 가스나, 하프늄 테트라플루오라이드(HfF4) 등의 Hf 및 플루오로기를 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 산소 함유 가스, 수소 함유 가스, 질소 함유 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예를 들어, Ta를 포함하는 금속계 박막으로서 탄탈륨 산화막(TaO막)을 형성하는 경우에는, 원료 가스로서, 탄탈 펜타클로라이드(TaCl5) 등의 Ta 및 클로로기를 포함하는 가스나, 탄탈 펜타플루오라이드(TaF5) 등의 Ta 및 플루오로기를 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 산소 함유 가스, 수소 함유 가스, 질소 함유 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예를 들어, Al을 포함하는 금속계 박막으로서 알루미늄 산화막(AlO막)을 형성하는 경우에는, 원료 가스로서, 알루미늄 트리클로라이드(AlCl3) 등의 Al 및 클로로기를 포함하는 가스나, 알루미늄 트리플루오라이드(AlF3) 등의 Al 및 플루오로기를 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 산소 함유 가스, 수소 함유 가스, 질소 함유 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예를 들어, Mo를 포함하는 금속계 박막으로서 몰리브덴 산화막(MoO막)을 형성하는 경우에는, 원료 가스로서, 몰리브덴 펜타클로라이드(MoCl5) 등의 Mo 및 클로로기를 포함하는 가스나, 몰리브덴 펜타플루오라이드(MoF5) 등의 Mo 및 플루오로기를 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 산소 함유 가스, 수소 함유 가스, 질소 함유 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 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, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식의 기판 처리 장치를 사용해서 박막을 성막하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식 기판 처리 장치를 사용해서 박막을 성막하는 경우에도, 적절하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 핫 월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 박막을 성막하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 콜드 월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 박막을 성막하는 경우에도, 적절하게 적용할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시 형태나 각 변형예나 각 응용예 등은, 적절히 조합해서 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은, 예를 들어 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피를 변경함으로써도 실현할 수 있다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우에는, 본 발명에 따른 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 당해 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 통해서 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.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 형태를 부기한다.
(부기 1)
본 발명의 일 형태에 의하면,
처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 기판 상에 수원자층의 두께의 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 공정과,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 포함하는 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 초기층 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 2)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 초기층은 소정 원소로 구성된 층, 질화층 및 산질화층 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
(부기 3)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 초기층은 상기 소정 원소의 비율이 화학양론조성을 갖는 질화층 내의 상기 소정 원소의 비율에 대하여 과잉인 질화층(상기 소정 원소가 리치한 질화층)을 포함한다.
(부기 4)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 초기층을 형성하는 공정에서는,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 초기층으로서 질화층을 형성한다.
(부기 5)
부기 4의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 질화 가스를 공급하는 공정에서 발생하는 질화 반응을 불포화로 함으로써, 상기 초기층으로서, 상기 소정 원소의 비율이 화학양론조성을 갖는 질화층 내의 상기 소정 원소의 비율에 대하여 과잉인 질화층(상기 소정 원소가 리치한 질화층)을 형성한다.
(부기 6)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 초기층을 형성하는 공정에서는
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 할로겐기를 포함하는 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 아미노기를 포함하는 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 초기층으로서 질화층을 형성한다.
(부기 7)
부기 6의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 질화 가스를 공급하는 공정에서 발생하는 질화 반응을 불포화로 함으로써, 상기 초기층으로서, 상기 소정 원소의 비율이 화학양론조성을 갖는 질화층 내의 상기 소정 원소의 비율에 대하여 과잉인 질화층(상기 소정 원소가 리치한 질화층)을 형성한다.
(부기 8)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 초기층을 형성하는 공정에서는,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 할로겐기를 포함하는 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 아미노기를 포함하는 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 초기층으로서 소정 원소로 구성된 층을 형성한다.
(부기 9)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 초기층을 형성하는 공정에서는,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정과,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 초기층으로서 산질화층을 형성한다.
(부기 10)
부기 1 내지 5 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 소정 원소 함유 가스와 상기 소정 원소를 포함하는 상기 원료 가스는 동일한 물질로 구성된다.
(부기 11)
부기 6 내지 9 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 할로겐기를 포함하는 상기 소정 원소 함유 가스와 상기 소정 원소를 포함하는 상기 원료 가스는 동일한 물질로 구성된다.
(부기 12)
부기 1 내지 11 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 초기층의 두께는, 2 원자층 이상 6 원자층 이하이다.
(부기 13)
부기 4 내지 9 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 초기층을 형성하는 공정에서는, 상기 각 공정을 교대로 행하는 사이클을 소정 횟수 반복한다.
(부기 14)
부기 1 내지 13 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는
상기 산화막을 형성하는 공정에서는 상기 각 공정을 교대로 행하는 사이클을 소정 횟수 반복한다.
(부기 15)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 기판 상에 수원자층의 두께의 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 공정과,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 포함하는 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 초기층 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 공정을 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기 16)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실과,
상기 처리실 내의 기판을 가열하는 히터와,
상기 처리실에 가스를 공급하는 가스 공급계와,
상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와,
상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 가스 공급계로부터 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 기판 상에 수원자층의 두께의 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 처리; 및 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 가스 공급계로부터 상기 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 처리와, 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 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 초기층 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 처리를 행하도록, 상기 가스 공급계, 상기 히터 및 상기 압력 조정부를 제어하도록 구성되는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 17)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 기판 상에 수원자층의 두께의 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 수순과,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 수순과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 가열된 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하는 수순을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 초기층 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 제공된다.
(부기 18)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 기판 상에 수원자층의 두께의 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 수순과,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 수순과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 가열된 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하는 수순을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 초기층 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
121: 컨트롤러(제어부)
200: 웨이퍼(기판)
201: 처리실
202: 처리로
203: 반응관
207: 히터
231: 배기관
232a: 제1 가스 공급관
232b: 제2 가스 공급관
232c: 제3 가스 공급관
232g: 제4 가스 공급관
232h: 제5 가스 공급관
232i: 제6 가스 공급관
232d: 제1 불활성 가스 공급관
232e: 제2 불활성 가스 공급관
232f: 제3 불활성 가스 공급관
232j: 제4 불활성 가스 공급관
232k: 제5 불활성 가스 공급관
232l: 제6 불활성 가스 공급관
241a 내지 241l: 매스 플로우 컨트롤러
244: APC 밸브(압력 조정부)

Claims (16)

  1. 처리실 내의 기판에 대하여 반도체 원소 또는 금속 원소를 포함하는 소정 원소를 함유하는 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 기판 상에 수원자층의 두께의 상기 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 포함하는 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 1회 이상 행함으로써, 상기 초기층 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 공정
    을 포함하고,
    상기 소정 원소 함유 가스와 상기 소정 원소를 포함하는 상기 원료 가스는, 동일한 물질로 구성되는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초기층은 상기 소정 원소로 구성된 층, 질화층 및 산질화층 중 적어도 어느 하나를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 처리실 내의 기판에 대하여 반도체 원소 또는 금속 원소를 포함하는 소정 원소를 함유하는 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 기판 상에 수원자층의 두께의 상기 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 포함하는 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 1회 이상 행함으로써, 상기 초기층 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 공정
    을 포함하고,
    상기 초기층은 상기 소정 원소의 비율이 화학양론조성을 갖는 질화층 내의 상기 소정 원소의 비율에 대하여 과잉인 질화층을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 처리실 내의 기판에 대하여 반도체 원소 또는 금속 원소를 포함하는 소정 원소를 함유하는 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 기판 상에 수원자층의 두께의 상기 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 포함하는 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 1회 이상 행함으로써, 상기 초기층 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 공정
    을 포함하고,
    상기 초기층을 형성하는 공정에서는,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정
    을 포함하는 사이클을 1회 이상 행함으로써, 상기 초기층으로서 질화층을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 질화 가스를 공급하는 공정에서 발생하는 질화 반응을 불포화로 함으로써, 상기 초기층으로서, 상기 소정 원소의 비율이 화학양론조성을 갖는 질화층 내의 상기 소정 원소의 비율에 대하여 과잉인 질화층을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 처리실 내의 기판에 대하여 반도체 원소 또는 금속 원소를 포함하는 소정 원소를 함유하는 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 기판 상에 수원자층의 두께의 상기 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 포함하는 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 1회 이상 행함으로써, 상기 초기층 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 공정
    을 포함하고,
    상기 초기층을 형성하는 공정에서는,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 할로겐기를 포함하는 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 아미노기를 포함하는 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정
    을 포함하는 사이클을 1회 이상 행함으로써, 상기 초기층으로서 질화층을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 질화 가스를 공급하는 공정에서 발생하는 질화 반응을 불포화로 함으로써, 상기 초기층으로서, 상기 소정 원소의 비율이 화학양론조성을 갖는 질화층 내의 상기 소정 원소의 비율에 대하여 과잉인 질화층을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 처리실 내의 기판에 대하여 반도체 원소 또는 금속 원소를 포함하는 소정 원소를 함유하는 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 기판 상에 수원자층의 두께의 상기 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 포함하는 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 1회 이상 행함으로써, 상기 초기층 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 공정
    을 포함하고,
    상기 초기층을 형성하는 공정에서는,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 할로겐기를 포함하는 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 아미노기를 포함하는 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정
    을 포함하는 사이클을 1회 이상 행함으로써, 상기 초기층으로서 상기 소정 원소로 구성된 층을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 처리실 내의 기판에 대하여 반도체 원소 또는 금속 원소를 포함하는 소정 원소를 함유하는 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 기판 상에 수원자층의 두께의 상기 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 포함하는 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 1회 이상 행함으로써, 상기 초기층 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 공정
    을 포함하고,
    상기 초기층을 형성하는 공정에서는,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 공정
    을 포함하는 사이클을 1회 이상 행함으로써, 상기 초기층으로서 산질화층을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 제6항에 있어서, 상기 할로겐기를 포함하는 상기 소정 원소 함유 가스와 상기 소정 원소를 포함하는 상기 원료 가스는, 동일한 물질로 구성되는, 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 초기층의 두께는 2 원자층 이상 6 원자층 이하인, 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제4항에 있어서, 상기 초기층을 형성하는 공정에서는, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 질화 가스를 공급하는 공정을 교대로 행하는 사이클을 1회 이상 반복하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 산화막을 형성하는 공정에서는, 상기 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 행하는 사이클을 1회 이상 반복하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 처리실 내의 기판을 가열하는 히터와,
    상기 처리실에 가스를 공급하는 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 가스 공급계로부터 반도체 원소 또는 금속 원소를 포함하는 소정 원소를 함유하는 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 기판 상에 수원자층의 두께의 상기 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 처리; 및 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 가스 공급계로부터 상기 소정 원소 함유 가스와 동일한 물질로 구성되고 상기 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 처리와, 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 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 1회 이상 행함으로써, 상기 초기층 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 처리를 행하게 하도록, 상기 가스 공급계, 상기 히터 및 상기 압력 조정부를 제어하도록 구성되는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  16. 처리실 내의 기판에 대하여 반도체 원소 또는 금속 원소를 포함하는 소정 원소를 함유하는 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 기판 상에 수원자층의 두께의 상기 소정 원소를 포함하는 초기층을 형성하는 수순과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소 함유 가스와 동일한 물질로 구성되고 상기 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 수순과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 가열된 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하는 수순을 포함하는 사이클을 1회 이상 행함으로써, 상기 초기층 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산화막을 형성하는 수순
    을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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