KR101579504B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 - Google Patents

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

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마사노리 사카이
타카시 요코가와
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명은 기판 상에 형성된 막의 응력을 경감할 수 있다.
기판을 처리실에 반입하는 기판 반입 공정; 기판을 제1 온도로 가열하면서 기판에 처리 가스를 공급하여 기판 상에 막을 형성하는 막 형성 공정; 기판의 온도를 제1 온도보다 낮은 제2 온도까지 변화시키면서, 제1 온도로부터 제2 온도로 기판의 온도를 변화시키기 시작하고 소정 시간이 경과한 후에 기판에 플라즈마 여기(勵起)된 처리 가스를 공급하여 기판 상에 형성된 막의 응력의 값을 변화시키도록 응력을 제어하는 응력 제어 공정; 및 기판을 처리실로부터 반출하는 기판 반출 공정;을 포함한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, METHOD OF PROCESSING SUBSTRATE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND NON-TRANSITORY COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM}
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 가열된 기판 상에 막을 형성하는 공정이 있다.
1. 일본 특개 2011-168881호 공보
기판과 막의 열팽창 계수가 다른 경우에 가열된 기판 상에 막을 형성하고 그 후 실온까지 강온하면, 막에 응력이 발생하는 경우가 있다. 이 막 응력은 막의 박리, 막 크랙이나 기판의 변형 등을 일으키기 때문에 반도체 장치의 전기 특성의 저하, 신뢰성의 악화, 생산 수율의 저하, 스루풋의 저하 등의 원인이 되는 경우가 있다.
본 발명의 주 목적은 막 응력을 경감할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판을 제1 온도로 가열하면서 기판에 처리 가스를 공급하여 기판 상에 막을 형성하는 막 형성 공정; 및
상기 기판의 온도를 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도까지 변화시키면서, 상기 제1 온도로부터 상기 제2 온도로 상기 기판의 온도를 변화시키기 시작하고 소정 시간이 경과한 후에 상기 기판에 플라즈마 여기(勵起)된 처리 가스를 공급하여 상기 기판 상에 형성된 막의 응력의 값을 변화시키도록 응력을 제어하는 응력 제어 공정;
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면,
제1 온도로 기판을 가열한 상태에서, 상기 기판에 제1 처리 가스를 연속적으로 공급하면서 상기 기판에 제2 처리 가스를 단속(斷續)적인 펄스로 공급하여 기판 상에 막을 형성하는 막 형성 공정; 및
상기 기판의 온도를 상기 제1 온도와는 다른 제2 온도까지 변화시키면서, 상기 기판 상에 형성된 상기 막의 응력의 값을 변화시키도록 응력을 제어하는 응력 제어 공정;
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
삭제
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 제1 온도로 가열하면서 기판에 처리 가스를 공급하여 기판 상에 막을 형성하는 막 형성 공정; 및
상기 기판의 온도를 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도까지 변화시키면서, 상기 제1 온도로부터 상기 제2 온도로 상기 기판의 온도를 변화시키기 시작하고 소정 시간이 경과한 후에 상기 기판에 플라즈마 여기(勵起)된 처리 가스를 공급하여 상기 기판 상에 형성된 막의 응력의 값을 변화시키도록 응력을 제어하는 응력 제어 공정;
을 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실;
기판을 가열하는 가열계;
기판에 복수 종의 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계;
복수 종(種)의 처리 가스 중 적어도 1종을 플라즈마 여기하기 위한 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구; 및
상기 기판을 제1 온도로 가열하면서 상기 복수 종의 처리 가스를 상기 처리실에 공급하여 상기 기판 상에 막을 형성한 후, 상기 기판의 온도를 상기 제1 온도로부터 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도까지 변화시키면서, 상기 제1 온도로부터 상기 제2 온도로 상기 기판의 온도를 변화시키기 시작하고 소정 시간이 경과한 후에 상기 기판에 플라즈마 여기된 처리 가스를 공급하여 상기 막의 응력의 값을 변화시키는 것에 의해서 응력을 제어하도록 상기 가열계, 상기 처리 가스 공급계 및 상기 플라즈마 생성 기구를 제어하는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 제1 온도로 가열하면서 기판에 처리 가스를 공급하여 기판 상에 막을 형성하는 순서; 및
기판의 온도를 제1 온도와는 다른 제2 온도까지 변화시키면서 기판에 플라즈마 여기된 처리 가스를 공급하여 기판 상에 형성된 막의 응력의 값을 변화시키도록 응력을 제어하는 순서;
를 컴퓨터에 실행시키는 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 의하면, 막 응력을 경감할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체가 제공된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 형태의 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개략 종단면도(縱斷面圖).
도 2는 도 1의 A-A선 개략 횡단면도(橫斷面圖).
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 형태의 기판 처리 장치의 컨트롤러를 설명하기 위한 개략도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 형태에서의 TiN막(티타늄질화막, 질화티타늄막)의 제조 프로세스를 설명하기 위한 플로우 차트.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 형태에서의 TiN막의 제조 프로세스를 설명하기 위한 타이밍 차트.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 형태에서의 응력 제어 공정의 일 예를 설명하기 위한 타이밍 차트.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 형태에서의 응력 제어 공정의 다른 예를 설명하기 위한 타이밍 차트.
도 8은 응력 제어 공정을 실시한 경우와, 실시하지 않은 경우의 막 응력을 도시하는 도면.
도 9는 TiN막 성막 시의 온도와 저항값의 관계를 도시하는 도면.
다음으로 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다.
우선 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 각 바람직한 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치에 사용되는 처리로(202)에 대하여 설명한다. 이 기판 처리 장치는 반도체 장치의 제조에 사용되는 반도체 제조 장치의 일 예로서 구성된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 처리로(202)에는 웨이퍼(200)를 가열하기 위한 가열 장치(가열 수단)인 히터(207)가 설치된다. 히터(207)는 상방(上方)이 폐색(閉塞)된 원통 형상의 단열 부재와 복수 개의 히터 소선(素線)을 구비하고, 단열 부재에 대하여 히터 소선이 설치된 유닛 구성을 가진다. 히터(207)의 내측에는 웨이퍼(200)를 처리하기 위한 석영제의 반응관(203)이 히터(207)와 동심원 형상으로 설치된다.
반응관(203)의 하방(下方)에는 반응관(203)의 하단 개구(開口)를 기밀하게 폐색 가능한 노구(爐口) 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)은 반응관(203)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 당접(當接)되도록 이루어진다. 씰 캡(219)은 예컨대 스텐레스 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성된다. 반응관(203)의 하부 개구 단부(端部)에 설치된 환 형상[環狀]의 플랜지와 씰 캡(219)의 상면 사이에는 기밀 부재(220)(이하 O링)가 배치되고, 양자 사이는 기밀하게 밀봉된다. 적어도 반응관(203) 및 씰 캡(219)에 의해 처리실(201)이 형성된다.
씰 캡(219) 상에는 보트(217)를 지지하는 보트 지지대(218)가 설치된다. 보트 지지대(218)는 예컨대 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 구성되어 단열부로서 기능하는 것과 함께 보트를 지지하는 지지체로 이루어진다. 보트(217)는 보트 지지대(218) 상에 입설(立設)된다. 보트(217)는 예컨대 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 구성된다. 보트(217)는 보트 지지대(218)에 고정된 저판(底板)과 그 상방에 배치된 천판(天板)을 포함하고, 저판과 천판 사이에 복수 개의 지주(212)가 가설된 구성을 가진다. 보트(217)에는 복수 매의 웨이퍼(200)가 보지(保持)된다. 복수 매의 웨이퍼(200)는 서로 일정한 간격을 두면서 수평 자세를 보지하고 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 반응관(203)의 관 축 방향에 다단으로 적재되고, 보트(217)의 지주(212)에 지지된다.
씰 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는 보트(217)를 회전시키는 보트 회전 기구(267)가 설치된다. 보트 회전 기구(267)의 회전축(265)은 씰 캡을 관통하여 보트 지지대(218)에 접속되고, 회전 기구(267)에 의해 보트 지지대(218)를 개재하여 보트(217)를 회전시키는 것에 의해 웨이퍼(200)를 회전시킨다.
씰 캡(219)은 반응관(203)의 외부에 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되고, 이에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내에 대하여 반입 반출하는 것이 가능하다.
이상의 처리로(202)에서는 뱃치(batch) 처리되는 복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 대하여 다단으로 적층된 상태에서 보트(217)가 보트 지지대(218)로 지지되면서 처리실(201)에 삽입되고, 히터(207)가 처리실(201)에 삽입된 웨이퍼(200)를 소정의 온도로 가열하도록 이루어진다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 처리 가스(원료 가스, 반응 가스)를 공급하기 위한 2개의 가스 공급관(310, 320)이 반응관(203)에 접속된다.
처리실(201) 내에는 노즐(410, 420)이 설치된다. 노즐(410, 420)은 반응관(203)의 하부를 관통하여 설치된다. 노즐(410)에는 가스 공급관(310)이 접속되고, 노즐(420)에는 가스 공급관(320)이 접속된다.
가스 공급관(310)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(312), 기화 유닛(기화 수단)인 기화기(315) 및 개폐 밸브인 밸브(314)가 설치된다.
가스 공급관(310)의 하류측의 단부는 노즐(410)의 단부에 접속된다. 노즐(410)은 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 원호 형상의 공간에서 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승[立上]하도록 설치된다. 즉 노즐(410)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치된다. 노즐(410)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측(一端側)으로부터 타단측(他端側)을 향하여 상승하도록 설치된다. 노즐(410)의 측면에는 처리 가스를 공급하는 다수의 가스 공급공(411)이 설치된다. 가스 공급공(411)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구된다. 가스 공급공(411)은 하부로부터 상부에 걸쳐서 동일하거나 또는 크기에 경사를 둔 개구 면적을 가지고, 같은 피치로 설치된다.
또한 가스 공급관(310)에는 기화기(315)와 밸브(314) 사이에 후술의 배기관(232)에 접속된 벤트 라인(610) 및 밸브(612)가 설치되고, 처리 가스를 처리실(201)에 공급하지 않는 경우에는 밸브(612)를 개재하여 처리 가스를 벤트 라인(610)에 공급한다.
주로 가스 공급관(310), 매스 플로우 컨트롤러(312), 기화기(315), 밸브(314), 노즐(410), 벤트 라인(610), 밸브(612)에 의해 제1 가스 공급계(301)(원료 가스 공급계, 제1 처리 가스 공급계)가 구성된다.
또한 가스 공급관(310)에는 캐리어 가스(불활성 가스)를 공급하기 위한 캐리어 가스 공급관(510)이 밸브(314)의 하류측에서 접속된다. 캐리어 가스 공급관(510)에는 매스 플로우 컨트롤러(512) 및 밸브(513)가 설치된다. 주로 캐리어 가스 공급관(510), 매스 플로우 컨트롤러(512), 밸브(513)에 의해 제1 캐리어 가스 공급계(501)(제1 불활성 가스 공급계)가 구성된다.
가스 공급관(320)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(322) 및 개폐 밸브인 밸브(323)가 설치된다.
가스 공급관(320)의 하류측의 단부는 노즐(420)의 단부에 접속된다. 노즐(420)은 가스 분산 공간(방전실, 방전 공간)인 버퍼실(423) 내에 설치된다. 버퍼실(423) 내에는 또한 전극 보호관(451, 452)이 설치된다. 노즐(420), 전극 보호관(451), 전극 보호관(452)이 버퍼실(423) 내에 이 순서대로 배치된다.
버퍼실(423)은 반응관(203)의 내벽과 버퍼실 벽(424)에 의해 형성된다. 버퍼실 벽(424)은 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 원호 형상의 공간에 반응관(203) 내벽의 하부로부터 상부에 걸치는 부분에 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라 설치된다. 버퍼실 벽(424)의 웨이퍼(200)와 인접하는 벽에는 가스를 공급하는 가스 공급공(425)이 설치된다. 가스 공급공(425)은 전극 보호관(451)과 전극 보호관(452) 사이에 설치된다. 가스 공급공(425)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구된다. 가스 공급공(425)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지고 또한 같은 피치로 설치된다.
노즐(420)은 버퍼실(423)의 일단측에 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치된다. 노즐(420)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치된다. 노즐(420)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(421)이 설치된다. 가스 공급공(421)은 버퍼실(423)의 중심을 향하도록 개구한다. 가스 공급공(421)은 버퍼실(423)의 가스 공급공(425)과 마찬가지로 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치된다. 복수의 가스 공급공(421)의 각각의 개구 면적은 버퍼실(423) 내와 노즐(420) 내의 차압이 작은 경우에는 상류측(하부)으로부터 하류측(상부)까지 동일한 개구 면적으로 동일한 피치로 하면 좋지만, 차압이 큰 경우에는 상류측으로부터 하류측을 향하여 순차 개구 면적을 크게 하거나 피치를 작게 하면 좋다.
본 실시 형태에서는 노즐(420)의 가스 공급공(421)의 각각의 개구 면적이나 개구 피치를 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 전술과 같이 조절하는 것에 의해, 우선 가스 공급공(421)의 각각으로부터 유속의 차이는 있지만, 유량이 거의 같은 양인 가스를 분출시킨다. 그리고 가스 공급공(421)의 각각으로부터 분출하는 가스를 일단 버퍼실(423) 내에 도입하고, 버퍼실(423) 내에서 가스의 유속 차이의 균일화를 수행한다.
즉 노즐(420)의 가스 공급공(421)의 각각으로부터 버퍼실(423) 내에 분출한 가스는 버퍼실(423) 내에서 각 가스의 입자 속도가 완화된 후, 버퍼실(423)의 가스 공급공(425)으로부터 처리실(201) 내에 분출한다. 이에 의해 노즐(420)의 가스 공급공(421)의 각각으로부터 버퍼실(423) 내에 분출한 가스는 버퍼실(423)의 가스 공급공(425)의 각각으로부터 처리실(201) 내에 분출할 때에는 균일한 유량과 유속을 가지는 가스가 된다.
또한 가스 공급관(320)에는 밸브(323) 및 매스 플로우 컨트롤러(322) 사이에 후술의 배기관(232)에 접속된 벤트 라인(620) 및 밸브(622)가 설치된다.
주로 가스 공급관(320), 매스 플로우 컨트롤러(322), 밸브(323), 노즐(420), 버퍼실(423), 벤트 라인(620), 밸브(622)에 의해 제2 가스 공급계(302)(반응 가스 공급계, 개질 가스 공급계, 제2 처리 가스 공급계)가 구성된다.
또한 가스 공급관(320)에는 캐리어 가스(불활성 가스)를 공급하기 위한 캐리어 가스 공급관(520)이 밸브(323)의 하류측에서 접속된다. 캐리어 가스 공급관(520)에는 매스 플로우 컨트롤러(522) 및 밸브(523)가 설치된다. 주로 캐리어 가스 공급관(520), 매스 플로우 컨트롤러(522), 밸브(523)에 의해 제2 캐리어 가스 공급계(502)(제2 불활성 가스 공급계)가 구성된다.
가스 공급관(320)에서는 기체(氣體) 처리 가스가 매스 플로우 컨트롤러(322)로 유량 조정되어서 공급된다.
처리 가스를 처리실(201)에 공급하지 않는 동안에는 밸브(323)를 닫고 밸브(622)를 열고, 밸브(622)를 개재하여 처리 가스를 벤트 라인(620)에 미리 흘린다.
그리고 처리 가스를 처리실(201)에 공급할 때에는 밸브(622)를 닫고 밸브(323)를 열고, 처리 가스를 밸브(323)의 하류의 가스 공급관(320)에 공급한다. 한편, 캐리어 가스가 매스 플로우 컨트롤러(522)로 유량 조정되어 밸브(523)를 개재하여 캐리어 가스 공급관(520)으로부터 공급되고, 처리 가스는 밸브(323)의 하류측에서 이 캐리어 가스와 합류하고, 노즐(420), 버퍼실(423)을 개재하여 처리실(201)에 공급된다.
버퍼실(423) 내에는 가늘고 긴 구조를 가지는 봉 형상 전극(471) 및 봉 형상 전극(472)이 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라 배설(配設)된다. 봉 형상 전극(471) 및 봉 형상 전극(472)은 각각 노즐(420)과 평행으로 설치된다. 봉 형상 전극(471) 및 봉 형상 전극(472)은 각각 상부로부터 하부에 걸쳐 전극을 보호하는 보호관인 전극 보호관(451, 452)에 의해 피복되는 것에 의해 보호된다. 봉 형상 전극(471)은 정합기(271)를 개재하여 고주파(RF: Radio Frequency) 전원(270)에 접속되고, 봉 형상 전극(472)은 기준 전위인 어스(272)에 접속된다. 그 결과, 봉 형상 전극(471) 및 봉 형상 전극(472) 사이의 플라즈마 생성 영역에 플라즈마가 생성된다. 주로 봉 형상 전극(471), 봉 형상 전극(472), 전극 보호관(451), 전극 보호관(452), 버퍼실(423) 및 가스 공급공(425)에 의해 플라즈마 발생 구조(429)가 구성된다. 주로 봉 형상 전극(471), 봉 형상 전극(472), 전극 보호관(451), 전극 보호관(452)에 의해 플라즈마 발생기(플라즈마 발생부)로서의 플라즈마원(源)이 구성된다. 또한 정합기(271), 고주파 전원(270)을 플라즈마원에 포함시켜도 좋다. 플라즈마원은 가스를 플라즈마로 활성화시키는 활성화 기구(플라즈마 생성 기구)로서 기능한다. 버퍼실(423)은 플라즈마 발생실로서 기능한다.
전극 보호관(451), 전극 보호관(452)은 보트 지지대(218)의 하부 부근의 높이의 위치에서 반응관(203)에 설치한 관통공(도시되지 않음)을 각각 개재하여 버퍼실(423) 내에 삽입된다.
전극 보호관(451) 및 전극 보호관(452)은 봉 형상 전극(471) 및 봉 형상 전극(472)을 각각 버퍼실(423)의 분위기와 격리한 상태에서 버퍼실(423) 내에 삽입할 수 있는 구조로 이루어진다. 전극 보호관(451, 452)의 내부가 외기(外氣)[대기(大氣)]와 동일한 분위기이면, 전극 보호관(451, 452)에 각각 삽입된 봉 형상 전극(471, 472)은 히터(207)에 의한 열로 산화된다. 그렇기 때문에 전극 보호관(451, 452)의 내부에는 질소 등의 불활성 가스를 충전하거나 퍼지하고 산소 농도를 충분히 낮게 억제하여 봉 형상 전극(471, 472)의 산화를 방지하기 위한 불활성 가스 퍼지 기구(도시되지 않음)가 설치된다.
또한 본 실시 형태에 의해 발생한 플라즈마를 리모트 플라즈마라고 부른다. 리모트 플라즈마란 전극 사이에서 생성한 플라즈마를 가스의 흐름 등에 의해 피처리물 표면에 수송하여 플라즈마 처리를 수행하는 것을 말한다. 본 실시 형태에서는 버퍼실(423) 내에 2개의 봉 형상 전극(471, 472)이 수용되기 때문에 웨이퍼(200)에 데미지를 주는 이온이 버퍼실(423) 밖의 처리실(201) 내에 누설되기 어려운 구조로 이루어진다. 또한 2개의 봉 형상 전극(471, 472)을 둘러싸듯이[즉, 2개의 봉 형상 전극(471, 472)이 각각 수용되는 전극 보호관(451 및 452)을 둘러싸듯이) 전장(電場)이 발생하고, 플라즈마가 생성된다. 플라즈마에 포함되는 활성종은 버퍼실(423)의 가스 공급공(425)을 개재하여 웨이퍼(200)의 외주로부터 웨이퍼(200)의 중심 방향에 공급된다. 또한 본 실시 형태와 같이 웨이퍼(200)를 복수 매, 주면(主面)을 수평면(水平面)에 평행하게 하여 스택 형상으로 적재하는 종형(縱型)의 뱃치 장치라면, 반응관(203)의 내벽면, 즉 처리해야 하는 웨이퍼(200)에 가까운 위치에 버퍼실(423)이 배치된 결과, 발생한 활성종이 실활(失活)하지 않고 웨이퍼(200)의 표면에 도달하기 쉽다는 효과가 있다.
본 실시 형태에서는 주로 봉 형상 전극(471), 봉 형상 전극(472), 전극 보호관(451), 전극 보호관(452)에 의해 구성되는 플라즈마원을 구비한다. 또한 정합기(271), 고주파 전원(270)을 플라즈마원에 포함시켜도 좋다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 반응관의 하부에 배기구(230)가 설치된다. 배기구(230)는 배기관(231)에 접속된다. 노즐(410)의 가스 공급공(411)과 배기구(230)는 웨이퍼(200)를 개재하여 대향하는 위치(180° 반대측)에 설치된다.
이와 같이 본 실시 형태에서의 가스 공급의 방법은 반응관(203)의 내벽과 적재된 복수 매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원호 형상의 세로로 긴 공간 내에 배치한 노즐(410)과, 버퍼실(423) 내에 배치한 노즐(420)을 경유하여 가스를 반송하고, 노즐(410)에 개구된 가스 공급공(411) 및 버퍼실(423)에 개구된 가스 공급공(425)으로부터 웨이퍼(200)의 근방에서 처음 반응관(203) 내에 가스를 분출시켜서, 반응관(203) 내에서의 가스의 주된 흐름을 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉 수평 방향으로 한다. 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해, 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급할 수 있고, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 박막의 막 두께를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한 반응 후의 잔류 가스는 배기구, 즉 후술하는 배기관(231)의 방향을 향하여 흐르지만, 이 잔류 가스가 흐르는 방향은 배기구의 위치에 의해 적절히 특정되고, 수직 방향으로 한정되지 않는다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 반응관의 하부의 배기구(230)에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 접속된다. 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(243)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되고, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기할 수 있도록 구성된다. 진공 펌프(246)의 하류측의 배기관(232)은 폐가스 처리 장치(도시되지 않음) 등에 접속된다. 또한 APC밸브(243)는 밸브를 개폐하여 처리실(201) 내의 진공 배기·진공 배기 정지를 할 수 있고, 또한 밸브 개도(開度)를 조절하여 컨덕턴스를 조정하여 처리실(201) 내의 압력 조정을 할 수 있도록 이루어진 개폐 밸브다. 주로 배기관(231), APC밸브(243), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 또한 진공 펌프(246), 폐가스 처리 장치를 배기계에 포함시켜도 좋다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 공급 전력을 조정하는 것에 의해, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성된다. 온도 센서(263)는 L자형에 구성되고, 매니폴드(209)를 관통하여 도입되고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치된다. 주로 온도 센서(263), 히터(207)에 의해 가열계가 구성된다.
반응관(203) 내의 중앙부에는 보트(217)가 설치된다. 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 반응관(203)에 대하여 승강(출입)할 수 있도록 이루어진다. 보트(217)가 반응관(203) 내에 도입되면, 반응관(203)의 하단부가 O링(220)을 개재하여 씰 캡(219)으로 기밀하게 밀봉된다. 보트(217)는 보트 지지대(218)에 지지된다. 처리의 균일성을 향상하기 위해서 보트 회전 기구(267)를 구동(驅動)하고, 보트 지지대(218)에 지지된 보트(217)를 회전시킨다.
상기 구성에 따른 일 예로서, 가스 공급관(310)에는 원료 가스(제1 처리 가스)로서 예컨대 티타늄(Ti) 함유 원료[4염화티타늄(TiCl4)] 등이 도입된다. 가스 공급관(320)에는 반응 가스(제2 처리 가스)로서 질소(N) 함유 가스인 예컨대 질화 원료인 암모니아(NH3) 등이 도입된다.
도 3을 참조하면, 컨트롤러(280)는 조작 메뉴 등을 표시하는 디스플레이(288)와, 복수의 키를 포함하여 구성되고 각종의 정보나 조작 지시가 입력되는 조작 입력부(290)를 구비한다. 또한 컨트롤러(280)는 기판 처리 장치(101) 전체의 동작을 담당하는 CPU(281)와, 제어 프로그램을 포함하는 각종 프로그램 등이 미리 기억된 기억 장치로서의 ROM(282)과, 각종 데이터를 일시적으로 기억하는 ROM(283)과, 각종 데이터를 기억하여 저장하는 HDD(284)와, 디스플레이(288)로의 각종 정보의 표시를 제어하는 것과 함께 디스플레이(288)로부터의 조작 정보를 접수하는 디스플레이 드라이버(287)와, 조작 입력부(290)에 대한 조작 상태를 검출하는 조작 입력 검출부(289)와, 후술하는 온도 제어부(291), 후술하는 압력 제어부(294), 진공 펌프(246), 보트 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 매스 플로우 컨트롤러(312, 322, 512, 522), 기화기(315), 후술하는 밸브 제어부(299) 등의 각 부재와 각종 정보의 송수신을 수행하는 통신 인터페이스(I/F)부(285)를 구비한다. 여기서 ROM(282) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 또한 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(280)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 이용한 경우는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다.
CPU(281), ROM(282), ROM(283), HDD(284), 디스플레이 드라이버(287), 조작 입력 검출부(289) 및 통신I/F부(285)는 시스템 버스 BUS(286)를 개재하여 서로 접속된다. 따라서 CPU(281)는 ROM(282), ROM(283), HDD(284)로의 액세스를 수행할 수 있는 것과 함께 디스플레이 드라이버(287)를 개재한 디스플레이(288)로의 각종 정보의 표시의 제어 및 디스플레이(288)로부터의 조작 정보의 파악, 통신I/F부(285)를 개재한 각 부재와의 각종 정보의 송수신의 제어를 수행할 수 있다. 또한 CPU(281)는 조작 입력 검출부(289)를 개재하여 조작 입력부(290)에 대한 사용자의 조작 상태를 파악할 수 있다.
온도 제어부(291)는 히터(207)와, 히터(207)에 전력을 공급하는 가열용 전원(250)과, 온도 센서(263)와, 컨트롤러(280) 사이에서 설정 온도 정보 등의 각종 정보를 송수신하는 통신I/F부(293)와, 수신한 설정 온도 정보와 온도 센서(263)로부터의 온도 정보 등에 기초하여 가열용 전원(250)으로부터 히터(207)로의 공급 전력을 제어하는 히터 제어부(292)를 구비한다. 히터 제어부(292)도 컴퓨터에 의해 실현된다. 온도 제어부(291)의 통신I/F부(293)와 컨트롤러(280)의 통신I/F부(285)는 케이블(751)로 접속된다.
압력 제어부(294)는 APC밸브(243)와, 압력 센서(245)와, 컨트롤러(280) 사이에서 설정 압력 정보, APC밸브(243)의 개폐 정보 등의 각종 정보를 송수신하는 통신I/F부(296)와, 수신한 설정 압력 정보, APC밸브(243)의 개폐 정보 등과 압력 센서(245)로부터의 압력 정보 등에 기초하여 APC밸브(243)의 개폐나 개도를 제어하는 APC밸브 제어부(295)를 구비한다. APC밸브 제어부(295)도 컴퓨터에 의해 실현된다. 압력 제어부(294)의 통신I/F부(296)와 컨트롤러(280)의 통신I/F부(285)는 케이블(752)로 접속된다.
진공 펌프(246), 보트 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 매스 플로우 컨트롤러(312, 322, 512, 522), 기화기(315), 고주파 전원(270)과, 컨트롤러(280)의 통신I/F부(285)는 각각 케이블(753, 754, 755, 756, 757, 758, 759, 760, 762)로 접속된다.
밸브 제어부(299)는 밸브(314, 323, 513, 523, 612, 622)와, 에어 밸브인 밸브(314, 323, 513, 523, 612, 622)로의 에어의 공급을 제어하는 전자(電磁) 밸브 군(群)(298)을 구비한다. 전자 밸브 군(298)은 밸브(314, 323, 513, 523, 612, 622)에 각각 대응하는 전자 밸브(297)를 구비한다. 전자 밸브 군(298)과 컨트롤러(280)의 통신I/F부(285)는 케이블(763)로 접속된다.
이상과 같이 하여 매스 플로우 컨트롤러(312, 322, 512, 522), 밸브(314, 323, 513, 523, 612, 622), APC밸브(243), 기화기(315), 가열용 전원(250), 온도 센서(263), 압력 센서(245), 진공 펌프(246), 보트 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 고주파 전원(270) 등의 각 부재는 컨트롤러(280)에 접속된다. 컨트롤러(280)는 매스 플로우 컨트롤러(312, 322, 512, 522)의 유량 제어, 밸브(314, 323, 513, 523, 612, 622)의 개폐 동작 제어, APC밸브(243)의 개폐 제어 및 압력 센서(245)로부터의 압력 정보에 기초하는 개도조정 동작을 개재한 압력 제어, 기화기(315)의 기화 동작, 온도 센서(263)로부터의 온도 정보에 기초하는 가열용 전원(250)으로부터 히터(207)로의 전력 공급량 조정 동작을 개재한 온도 제어, 고주파 전원(270)으로부터 공급되는 고주파 전력의 제어, 진공 펌프(246)의 기동·정지 제어, 보트 회전 기구(267)에 의한 보트의 회전 속도 조절 제어, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트의 승강 동작 제어 등을 각각 수행하도록 이루어진다.
또한 컨트롤러(280)는 전용의 컴퓨터로서 구성되는 경우에 한정되지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD등의 광(光)디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]를 준비하고, 이와 같은 외부 기억 장치를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(280)를 구성할 수 있다. 또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 외부 기억 장치를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 기억 장치나 외부 기억 장치는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 이용한 경우는 기억 장치 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
다음으로 전술한 기판 처리 장치를 이용하여 대규모 집적 회로(LSI: Large Scale Integration) 등을 제조하는 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 예에 대하여 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다. 여기서는 처리실 내의 온도를 제1 온도로 가열하면서 복수 종의 처리 가스 중 적어도 일종의 처리 가스를 연속적으로 웨이퍼(200)에 공급하면서 연속적으로 공급하는 처리 가스와는 다른 적어도 일종의 처리 가스를 단속적으로 웨이퍼(200)에 공급하여 웨이퍼(200) 상에 박막의 성막을 수행한다. 즉 복수 종의 처리 가스를 모두 동시에 웨이퍼(200)에 공급하는 공정과, 복수 종의 처리 가스 중 적어도 일종을 제외하는 처리 가스를 웨이퍼(200)에 공급하는 공정을 수행하여 웨이퍼(200) 상에 박막의 성막을 수행한다. 바람직하게는 연속적으로 공급하는 처리 가스와는 다른 적어도 일종의 처리 가스의 웨이퍼(200)로의 단속적인 공급은 복수 회 반복하고, 그 반복하는 동안 인터벌의 일부에서는 연속적으로 공급하는 처리 가스의 유량을 변화시킨다. 또한 웨이퍼(200) 상에 성막한 막에 대하여 처리실 내의 온도를 강온하면서 플라즈마 등에 의한 에너지를 주는 것에 의해, 막 구성 원자의 마이그레이션을 일으켜서 응력을 제어하는 응력 제어 공정을 수행하는 것에 의해, 저저항이며 응력 제어된 막을 형성한다. 응력 제어 공정을 종료할 때의 처리실 내의 온도를 제2 온도로 한다.
이하에서는 기판 처리 장치를 사용하여 기판으로서의 웨이퍼(200) 상에 금속막이며 금속질화막으로서의 TiN막(티타늄질화막, 질화티타늄막)을 형성하는 예에 대하여 설명한다. 또한 본 명세서에서 금속막이라는 용어는 금속 원자를 포함하는 도전성의 물질로 구성되는 막을 의미하고, 이에는 금속 단체로 구성되는 도전성의 금속 단체막 외에 도전성의 금속질화막, 도전성의 금속산화막, 도전성의 금속산질화막, 도전성의 금속복합막, 도전성의 금속합금막, 도전성의 금속실리사이드막, 도전성의 금속탄화막(금속 카바이드막), 도전성의 금속탄질화막(금속카보나이트라이드막) 등도 포함된다. 또한 티타늄질화막은 도전성의 금속질화막이며, 티타늄탄질화막은 도전성의 금속탄질화막이며, 티타늄탄화막은 도전성의 금속탄화막이다.
여기서는 제1 원소를 티타늄(Ti), 제2 원소를 질소(N)라고 하고, 제1 원소를 포함하는 원료로서 금속 함유 원료로서의 Ti함유 원료인 TiCl4을, 제2 원소를 포함하는 반응 가스로서 N함유 가스인 NH3을 이용하여, 웨이퍼(200) 상[웨이퍼(200)의 표면, 표면에 형성된 하지막(下地膜) 등의 상]에 TiN막을 형성하는 예에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4는 TiN막의 제조 프로세스를 설명하기 위한 플로우 차트다. 도 5는 TiN막의 제조 프로세스를 설명하기 위한 타이밍 차트다.
(기판 장전 공정S101)
복수 매(100매)의 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전(裝塡)[웨이퍼 차지(charge)]한다.
(기판 반입 공정S102)
계속해서 노구 셔터(도시되지 않음)를 연다. 복수 매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220)을 개재하여 반응관(203)의 하단을 밀봉한 상태가 된다. 그 후, 보트(217)를 보트 구동 기구(267)에 의해 회전시키고, 웨이퍼(200)를 회전시킨다.
(압력 조정 공정S103, 온도 조정 공정S104)
그 후, 진공 펌프(246)를 기동한다. APC밸브(243)를 열어 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 흡입하고, 히터(207)에 전력을 공급하는 가열용 전원(250)을 제어하여 처리실(201) 내를 제1 온도로서 600℃∼650℃의 범위 내의 온도이며 예컨대 600℃가 될 수 있는 온도로 승온하고, 웨이퍼(200)의 온도가 600℃에 달하여 온도 등이 안정되면, 처리실(201) 내의 온도를 600℃로 유지한 상태에서 다음 스텝을 순차 실행한다. 이 때 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력에 기초하여 APC밸브(244)의 개도가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한 처리실(201) 내가 원하는 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이 때 처리실(201) 내가 원하는 온도가 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 가열용 전원(250)으로부터 히터(207)로의 전력 공급 상태가 피드백 제어된다(온도 조정).
또한 공정S110∼공정S130과 병행하여 액체 원료로서의 TiCl4을 기화시킨 TiCl4가스를 미리 생성(예비 기화)한다. 즉 밸브(314)를 닫은 상태에서 밸브(612)를 열어 매스 플로우 컨트롤러(312)에 의해 유량 제어하면서 기화기(315) 내에 TiCl4을 공급하고, TiCl4의 기화 가스를 미리 생성한다. 이 때 진공 펌프(246)를 작동시키면서 밸브(314)를 닫은 상태에서 밸브(612)를 여는 것에 의해, TiCl4가스를 처리실(201) 내에 공급하지 않고, 처리실(201)을 바이패스하여 미리 배기한다. 전술과 같이 TiCl4가스를 미리 생성하는 것에 의해 안정 공급 가능한 상태로 하고, 밸브(314, 612)의 개폐를 절체(切替)하는 것에 의해, TiCl4가스의 유로(流路)를 절체한다. 이에 의해 TiCl4가스의 처리실(201) 내로의 공급 시작·공급 정지를 안정적이고 또한 신속하게 수행할 수 있다.
다음으로 TiCl4가스와 NH3을 처리실(201) 내에 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 TiN막을 성막하는 TiN막 형성 공정을 수행한다. TiN막 형성 공정에서는 다음 4개의 스텝(스텝105∼스텝108)을 순차 실행한다.
(TiN막 형성 공정)(TiCl4/NH3공급 공정S105)
TiCl4/NH3 공급 공정S105에서는 가스 공급계(301)의 가스 공급관(310)으로부터 노즐(410)의 가스 공급공(411)을 개재하여 처리실(201) 내에 Ti함유 가스로서의 TiCl4가스를 공급한다. 구체적으로는 밸브(612)를 닫고 밸브(314, 513)를 여는 것에 의해, 캐리어 가스(N2)와 함께 가스 공급관(310)으로부터 기화기(315) 내에서 기화시킨 TiCl4가스의 처리실(201) 내로의 공급을 시작한다. 캐리어 가스(N2)는 캐리어 가스 공급관(510)으로부터 공급한다. 캐리어 가스(N2)의 유량은 매스 플로우 컨트롤러(512)로 조정한다. TiCl4은 캐리어 가스(N2)와 밸브(314)의 하류측에서 합류하여 혼합되고, 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
또한 NH3을 가스 공급계(302)의 가스 공급관(320)으로부터 노즐(420)의 가스 공급공(421)을 개재하여 버퍼실(423) 내에 공급한다. NH3은 매스 플로우 컨트롤러(322)로 유량 조정되어서 가스 공급관(320)으로부터 버퍼실(423) 내에 공급된다. NH3은 버퍼실(423)에 공급하기 전에는 밸브(323)를 닫고 밸브(622)를 열고, 밸브(622)를 개재하여 벤트 라인(620)에 미리 흘린다. 그리고 NH3을 버퍼실(423)에 공급할 때에는 밸브(622)를 닫고 밸브(323)를 열고, NH3을 밸브(323)의 하류의 가스 공급관(320)에 공급하는 것과 함께, 밸브(523)를 열어 캐리어 가스(N2)를 캐리어 가스 공급관(520)으로부터 공급한다. 캐리어 가스(N2)의 유량은 매스 플로우 컨트롤러(522)로 조정한다. NH3은 캐리어 가스(N2)와 밸브(323)의 하류측에서 합류하여 혼합되고, 노즐(420)을 개재하여 버퍼실(423)에 공급된다.
이 때 APC밸브(243)의 개도를 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 10Pa 이상 30Pa 이하의 범위 내이며, 예컨대 30Pa로 유지한다. TiCl4가스의 공급 유량은 예컨대 1g/min 이상 3g/min 이하의 범위 내의 값이며, 바람직하게는 2g/min으로 하고, NH3가스의 공급 유량은 예컨대 0.5∼1slm의 범위 내의 값이며, 바람직하게는 0.5slm으로 한다(제1 유량). TiCl4가스 및 NH3가스를 동시에 웨이퍼(200)에 공급하는 시간(TiCl4가스와 NH3가스에 동시에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간)은 예컨대 5초 이상 20초 이하의 범위 내이며, 바람직하게는 10초로 한다.
처리실(201) 내에 공급된 TiCl4가스 및 NH3가스는 웨이퍼(200)에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때 TiCl4가스와 NH3가스가 반응하여 웨이퍼(200) 상에 TiN층(티타늄질화층)이 형성된다. 소정 시간이 경과하면, 밸브(314)를 닫고 밸브(612)를 열어 TiCl4가스의 공급을 정지한다.
(NH3공급 공정S106)
밸브(314)를 닫고, 처리실(201) 내로의 TiCl4가스의 공급을 정지한 후에는 소정 시간, 계속해서 TiCl4/NH3공급 공정S105와 같은 유량(제1 유량) 또는 보다 적은 유량으로 NH3가스를 계속해서 흘린다. 처리실(201) 내에 공급된 NH3가스는 웨이퍼(200) 상의 TiN층에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. NH3가스의 공급에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 TiCl4가스나 반응 생성물 등을 배제할 수 있는 것과 함께, 웨이퍼(200) 상의 TiN층과 반응하여 TiN층 내에 잔류하는 Cl성분(염화물)을 제거할 수 있다.
이 때 가스 공급관(310)의 도중에 연결되는 캐리어 가스 공급관(510)으로부터 밸브(513)를 열어 N2(불활성 가스)를 흘리면, TiCl4측의 노즐(410)이나 가스 공급관(310)에 NH3가스가 회입(回入)하는 것을 방지할 수 있다. 또한 NH3가스가 회입하는 것을 방지하기 위한 것이기 때문에 매스 플로우 컨트롤러(512)로 제어하는 N2(불활성 가스)의 유량은 적어도 좋다.
(NH3가스 공급 공정S107)
다음으로 매스 플로우 컨트롤러(322)로 유량 조정하여 NH3가스의 유량을 NH3공급 공정S106보다 많게 한다(제2 유량). 이 때 APC밸브(243)의 개도를 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 70Pa 이상 1, 000Pa 이하의 범위 내의 값이며, 예컨대 70Pa로 유지한다. NH3가스의 공급 유량은 예컨대 5∼10slm의 범위 내의 값이며, 바람직하게는 7.5slm으로 한다. NH3가스를 웨이퍼(200)에 공급하는 시간[NH3가스에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간]은 예컨대 30초 이상 60초 이하의 범위 내의 값이며 바람직하게는 35초로 한다.
처리실(201) 내에 공급된 NH3가스는 웨이퍼(200) 상의 TiN층에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때 처리실(201) 내에 존재하는 가스는 NH3가스 및 N2가스 등의 불활성 가스뿐이며, TiCl4가스 등의 Ti 함유 가스는 존재하지 않는다. 처리실(201) 내에 공급된 NH3가스는 웨이퍼(200) 상에 존재하는 미반응의 Ti함유물과 반응하여 TiN층을 형성하는 것과 함께, TiN층 내에 잔류하는 Cl성분(염화물)과 반응하여 HCl 등으로서 TiN층으로부터 Cl을 제거한다.
동시에 가스 공급관(310)의 도중에 연결되는 캐리어 가스 공급관(510)으로부터 밸브(513)를 열어 N2(불활성 가스)를 흘리면, TiCl4측의 노즐(410)이나 가스 공급관(310)에 NH3이 회입하는 것을 방지할 수 있다. 또한 NH3이 회입하는 것을 방지하기 위한 것이기 때문에 매스 플로우 컨트롤러(512)로 제어하는 N2(불활성 가스)의 유량은 적어도 좋다.
(NH3가스 공급 공정S108)
다음으로 매스 플로우 컨트롤러(322)로 유량 조정하여 NH3가스의 유량을 NH3공급 공정S107보다 적은 유량이며, 바람직하게는 제1 유량과 마찬가지의 유량으로 한다. 이 때 APC밸브(243)의 개도를 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지한다.
상기 S105∼S108을 1사이클로 하여 적어도 1회 이상 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 TiN막을 성막한다.
(퍼지 공정S109)
소정 막 두께의 TiN막을 형성하는 성막 처리가 이루어지면, 밸브(323)를 닫고 밸브(622)를 열어 NH3의 공급을 정지하고, 캐리어 가스 공급관(510) 및 캐리어 가스 공급관(520)으로부터 불활성 가스(N2)를 처리실(201) 내에 공급하면서, 가스 배기관(231)의 APC밸브(243)를 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 배기하는 것에 의해 처리실(201) 내를 불활성 가스(N2)로 퍼지한다. 또한 이 때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 수행되는 응력 제어 공정S110에서 악영향이 발생하지 않는다. 이 때 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양을 공급하는 것에 의해, 응력 제어 공정S110에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 이와 같이 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해, 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 N2가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
(응력 제어 공정S110)
다음으로 웨이퍼(200)의 온도를 낮추면서 상기와 같이 하여 형성한 TiN막에 NH3플라즈마를 조사(照射)하여 TiN막의 응력을 제어한다. 응력 제어 공정S110을 도 6을 참조하여 설명한다.
퍼지 공정S109에 의해 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 웨이퍼(200)의 온도를 제1 온도인 TiN막의 성막 온도(본 실시 형태에서는 예컨대 600℃)로부터 제1 온도와는 다른 제2 온도이며 예컨대 200℃까지 일정한 강온 속도로 내린다. 최종적인 웨이퍼(200)의 온도는 스루풋과의 균형에 의해 적절히 선택한다. 강온 속도는 예컨대 0.5℃/min∼5℃/min의 범위 내의 값이며, 바람직하게는 0.5℃/min으로 한다. 강온 속도가 느리면 토탈의 플라즈마 처리 시간이 길어져 보다 바람직하다. 한편, 강온 속도가 빠르면 스루풋은 좋지만, 플라즈마 처리 시간이 짧아진다.
웨이퍼(200)의 온도의 강온을 시작하고 시간이 조금 경과하면, NH3의 공급을 시작한다. NH3은 가스 공급계(302)의 가스 공급관(320)으로부터 노즐(420)의 가스 공급공(421)을 개재하여 버퍼실(423) 내에 공급된다. NH3은 매스 플로우 컨트롤러(322)로 유량 조정되어서 가스 공급관(320)으로부터 버퍼실(423) 내에 공급된다. NH3의 유량은 예컨대 1slm∼7.5slm의 범위 내의 값이며, 바람직하게는 1slm으로 한다. NH3은 버퍼실(423)에 공급하기 전에는 밸브(323)를 닫고 밸브(622)를 열고, 밸브(622)를 개재하여 벤트 라인(620)에 미리 흘린다. 그리고 NH3을 버퍼실(423)에 공급할 때에는 밸브(622)를 닫고 밸브(323)를 열어 NH3을 밸브(323)의 하류의 가스 공급관(320)에 공급한다.
NH3을 버퍼실(423)에 공급할 때에는 APC밸브(243)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 60∼400Pa의 범위 내의 값이며, 바람직하게는 266Pa로 한다.
이 때 봉 형상 전극(471)과 봉 형상 전극(472) 사이에 고주파 전원(270)으로부터 정합기(272)를 개재하여 고주파 전력을 주기적으로 인가한다. 인가 전력은 예컨대 200∼600W의 범위 내의 값이며, 바람직하게는 300W다. 고주파 전력을 주기적으로 인가하는 것에 의해, 버퍼실(423) 내에 공급된 NH3은 주기적으로 플라즈마 여기된다. 플라즈마 여기된 NH3은 가스 공급공(425)으로부터 처리실(201) 내에 단속적인 펄스로 공급되어 웨이퍼(200) 상의 TiN막에 조사되고, 그 후 가스 배기관(231)으로부터 배기된다. 플라즈마 여기된 NH3의 1사이클의 조사 시간은 예컨대 30초 이상이며, 바람직하게는 30초다. 1사이클의 조사 시간은 되도록 긴 것이 좋지만, 지나치게 길면, 플라즈마 조사에 의해 웨이퍼(200)의 온도가 높아지기 때문에 이 영향을 고려하여 적절히 결정한다. 플라즈마 조사 사이클수는 예컨대 80∼800회의 범위 내의 값이며, 바람직하게는 400회다. 이 횟수는 스루풋과의 균형에 의해 결정된다. 또한 이 횟수는 성막 시의 처리 온도, 최종 기판 온도, 강온 레이트에 의존하여 결정된다. 또한 NH3을 흘리기 시작하고 플라즈마 조사를 수행할 때까지 조금 시간을 둔다. 그 이유는 플라즈마를 안정시켜 발생시키기 위해서다.
소정 횟수의 플라즈마 조사가 종료하고 시간이 조금 경과하면, NH3의 공급을 정지한다. 밸브(323)를 닫고 가스 공급관(320)으로부터 버퍼실(423)을 경유한 처리실(201)로의 NH3의 공급을 정지하고, 밸브(622)를 열어서 밸브(622)를 개재하여 벤트 라인(620)에 NH3을 흘린다.
NH3의 처리실(201)로의 공급을 정지하고 시간이 조금 경과한 후, 웨이퍼(200)의 온도가 200℃가 되면 응력 제어 공정을 종료한다.
(퍼지 공정S111)
소정의 응력 제어 처리가 이루어지면, 캐리어 가스 공급관(510) 및 캐리어 가스 공급관(520)으로부터 불활성 가스(N2)를 처리실(201) 내에 공급하면서 가스 배기관(231)의 APC밸브(243)를 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 배기하는 것에 의해 처리실(201) 내가 불활성 가스(N2)로 퍼지된다.
(대기압 복귀 공정S112)
그 후, 처리실(201) 내가 대기압의 불활성 가스(N2)로 채워지고, 처리실(201) 내의 압력이 대기압에 복귀된다.
(보트 언로드 공정S113)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되어 반응관(203)의 하단이 개구되는 것과 함께, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부에 반출(보트 언로드)된다.
(웨이퍼 디스차지 공정S114)
그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출(取出)된다.
이상과 같이 하여 제조한 TiN막은 600℃ 이상의 온도로 성막하는 것에 의해, TiN막의 결정(結晶) 입경(粒徑)이 증대, Cl 등의 불순물 농도가 저하하기 때문에, 저전기 저항이 된다. 도 9는 TiN막의 성막 온도와 저항률의 관계를 도시하는 도면이다. 600℃ 이상이면 저항률이 100μΩ·cm보다 작아지고, 650℃ 이상이면 거의 일정한 값이 된다.
도 8은 상기한 바와 같이 응력 제어 공정S110을 설치한 경우와, 응력 제어 공정S110을 설치하지 않은 경우에 제조한 TiN막의 인장(引張) 응력의 값을 도시하는 도면이다. 성막 조건은 웨이퍼(200)의 온도는 600℃로 TiN막을 형성하고, 200℃까지 0.5℃/min의 속도로 강온하면서 NH3플라즈마 조사를 30초×400회 실시하였다. 도 8에 의하면, 응력 제어 공정S110을 설치하는 것에 의해, 낮은 인장 응력의 TiN막을 제조할 수 있었다는 것을 알 수 있다. 또한 본 데이터는 TiN 성막 전후의 기판 변형량의 변화로부터의 계산으로 취득한 것이다.
저저항의 막을 얻기 위해서는 고온으로 성막 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 하지만 고온 상태로 보트 언로드를 수행하여 웨이퍼(200)를 취출하면 산화된다. 거기서 웨이퍼(200)를 취출하기 전에 웨이퍼(200)를 강온하는 것이 바람직하다. 성막 중에는 온도가 높아 열팽창한 웨이퍼(200)에 막이 형성되고, 웨이퍼(200)와 막의 열팽창 계수가 다르기 때문에, 강온 중에 막 응력이 발생한다. 응력 제어 공정S110에서는 웨이퍼(200)의 온도를 강온하면서 성막 공정에서 형성한 TiN막에 NH3플라즈마로 에너지를 주는 것에 의해, TiN막을 구성하는 원자의 마이그레이션을 일으켜, 응력 제어되어서 막 응력이 변화한 TiN막을 얻을 수 있다. 즉 응력 제어 공정S110에서는 웨이퍼(200)의 온도를 낮추면서 성막 공정에서 형성한 TiN막에 NH3플라즈마를 조사하기 때문에, 웨이퍼(200)와 TiN막이 열수축해가는 과정에서 열팽창 계수의 차이로 발생하는 격자 변형을 NH3플라즈마 조사에 의해 Ti, N원자를 안정적인 위치로 이동시키는 것에 의해, 격자 변형을 저감하고 결과적으로 막 응력을 변화시킨다고 생각된다.
이와 같이 강온 상태이며 열을 가진 상태에서 플라즈마를 부여하고 있기 때문에, Ti, N원자의 이동이 진행하고 응력을 내리는 효과가 얻을 수 있다고 생각된다. 따라서 강온 레이트를 빨리 하고 급하게 차갑게 하고 저온으로 안정시킨 후에 플라즈마 처리를 수행해도 응력을 내리는 효과는 기대할 수 없다.
응력 제어 공정S110에서는 웨이퍼(200)의 온도를 내리면서 TiN막에 NH3플라즈마를 조사하고 있기 때문에, 어떠한 성막 후의 후처리를 특별히 설치하지 않아도 TiN막의 응력을 저감할 수 있기 때문에, 응력 제어 공정S110을 설치하는 것에 의한 스루풋의 저하를 방지하거나 또는 억제할 수 있다.
저저항의 막을 얻기 위해서는 고온 성막을 수행하는 것이 바람직하다. 따라서 생산성을 고려하면, 응력 제어 공정을 구비하는 성막 방법은 본 실시 형태와 같이, 종형 뱃치 장치로 수행하는 것이 바람직하다.
막 응력이 크면, 막의 박리, 막 크랙이나 웨이퍼의 변형량 증가 등을 일으키고, 반도체 디바이스의 전기 특성, 신뢰성의 악화, 생산 수율의 저하, 스루풋의 저하의 원인이 되지만, 본 실시 형태에서는 응력 제어 공정S110에 의해 막 응력을 저감할 수 있기 때문에, 막의 박리, 막 크랙이나 웨이퍼의 변형량 등을 감소시킬 수 있고, 그 결과, 반도체 디바이스의 전기 특성이나 신뢰성을 향상시켜, 생산 수율이나 스루풋을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 실시 형태에 의하면, 저전기 저항의 TiN막을 응력을 제어한 후에 얻는 것이 가능해진다. 최종적으로 얻어지는 TiN막으로서는 막 두께가 예컨대 5∼30nm이며, 바람직하게는 15nm이다. 30nm까지는 깊이 방향에 플라즈마가 전달될 수 있다. 또한 저항률은 80μΩcm 이하이며, 인장 응력은 1.6GPa 이하다.
본 실시 형태에서는 NH3플라즈마 조사는 도 6에 도시하는 바와 같이 사이클릭 조사로 실시하지만, 반드시 사이클릭인 필요는 없고, 도 7에 도시하는 바와 같이 NH3플라즈마 조사는 연속 조사이어도 좋다. 사이클릭 조사의 경우에는 깊이 방향의 활성화 영역을 제어하는 것이 가능하지만, 단위 시간당의 응력 제어 공정이 짧아져 토탈 시간이 길어진다. 이에 대하여 연속 조사의 경우에는 단위 시간당의 응력 제어 공정을 길게 할 수 있어 스루풋을 향상시킬 수 있다. 하지만 연속해서 플라즈마를 조사하면, 웨이퍼(200)의 온도가 높아져 웨이퍼(200)의 강온을 원하는 속도로 할 수 없어지는 가능성이 있다.
또한 본 실시 형태에서는 강온하면서 NH3플라즈마 조사를 실시하였지만 그 경우에 한정되지 않고, 승온하면서 NH3플라즈마 조사를 실시하는 것으로도 막 응력을 제어할 수 있는 가능성도 충분히 있다고 생각된다.
상기의 실시 형태에서는 응력 제어 공정S110에서 NH3플라즈마를 조사하였지만, NH3, 무거운 희가스(Ne, Ar등), N2의 모든 NH3플라즈마가 적용 가능하여, 특히 NH3이나, Ne, Ar등의 희가스가 바람직하다. NH3을 이용하면, 막 중의 Cl량을 감소시켜서 저저항막을 얻을 수 있다. 한편, 막 중의 원자에 에너지를 주기 위해서는 무거운 희가스(Ne, Ar등)가 더 좋다. 또한 N2도 적용 가능하다.
또한 가스 또는 TiN막 자체를 형성하는 원자의 여기 방법은 플라즈마 방전에 의한 여기 외에 마이크로웨이브 또는 광에 의한 여기이어도 좋다.
또한 Ar, He, Xe등의 불활성 가스에 의해 TiN막을 플라즈마 처리, 마이크로웨이브 처리, 광 처리해도 좋다.
또한 N2, 모노메틸히드라진 등의 질소 원자를 포함하는 가스에 의해 TiN막을 플라즈마 처리, 마이크로웨이브 처리, 광 처리해도 좋다.
또한 NH3 외에 질소 원자를 포함하는 가스로서 N2 등에 의해 TiN막을 플라즈마 처리, 마이크로웨이브 처리, 광 처리해도 좋다.
상기의 실시 형태에서는 TiN막의 응력 제어를 수행하였지만, 금속 함유막(Metal)이라면 적용 가능하다. 순금속이나 금속막 화합물이어도 좋고, 예컨대 W막 등이어도 적용 가능하다.
또한 금속 함유막을 형성할 때에 이용하는 금속 함유 가스로서는 무기 금속 화합물 또는 유기 금속 화합물을 이용하는 것이 가능하다.
또한 성막 시에는 플라즈마를 이용해도 논 플라즈마이어도 본 실시 형태의 응력 제어 공정은 적용 가능하여, 성막 시의 플라즈마의 사용의 유무는 그 후의 응력 제어 공정에 영향을 미치지 않는다.
성막 시에 불활성 가스로서 Ar, He, Xe 등을 사용하여 TiN층을 어닐링 또는 플라즈마 처리, 마이크로웨이브 처리, 광 처리해도 좋다. 또한 성막 시에 질소 원자를 포함하는 가스로서 N2, NH3, 모노메틸히드라진 등으로 TiN층을 어닐링 또는 플라즈마 처리, 마이크로웨이브 처리, 광 처리해도 좋다. 또한 성막 시에 수소 가스 등의 수소 원자를 포함하는 가스에 의해 TiN층을 어닐링 또는 플라즈마 처리, 마이크로웨이브 처리, 광 처리해도 좋다.
또한 금속 함유막은 MOS트랜지스터용 전극 재료로서 이용하는 것이 가능하다. 이 경우, MOS트랜지스터용 전극 재료는 입체 형상의 하지 상에 형성되어도 좋다.
또한 금속 함유막은 커패시터용의 하부 또는 상부 전극 재료로서 이용하는 것이 가능하다.
또한 금속 함유막은 DRAM용의 매립 워드 라인으로서 이용하는 것이 가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 한 번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치식의 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 예에 대하여 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 한 번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식(枚葉式)의 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 전술한 실시 형태의 각 성막 시퀀스나 각 변형예나 각 응용예 등은 적절히 조합하여 이용할 수 있다.
또한 본 발명은 예컨대 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피를 변경하는 것으로도 실현된다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우에는 본 발명에 따른 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 개재하여 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또한 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하여, 그 프로세스 레시피 자체를 본 발명에 따른 프로세스 레시피로 변경하는 것도 가능하다.
(본 발명의 바람직한 형태)
이하에 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기(附記)한다.
(부기1)
본 발명의 바람직한 일 형태에 의하면, 기판을 제1 온도로 가열하면서 기판에 처리 가스를 공급하여 기판 상에 막을 형성하는 막 형성 공정; 및
기판의 온도를 제1 온도와는 다른 제2 온도까지 변화시키면서 기판에 플라즈마 여기된 처리 가스를 공급하여 기판 상에 형성된 막의 응력의 값을 변화시키도록 응력을 제어하는 응력 제어 공정;
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기2)
부기1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 막은 금속 함유막이다.
(부기3)
부기2의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 막은 TiN막이다.
(부기4)
부기1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 제2 온도는 제1 온도보다 낮다.
(부기5)
부기4의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 제1 온도는 600℃ 이상이다.
(부기6)
부기4의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 제2 온도는 200℃ 이상이다.
(부기7)
부기1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 응력 제어 공정에서는 플라즈마 여기된 처리 가스를 단속적인 펄스로 공급한다.
(부기8)
부기1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 응력 제어 공정에서는 플라즈마 여기된 처리 가스를 연속적으로 공급한다.
(부기9)
부기1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 응력 제어 공정에서는 제1 온도부터 온도를 변화시키기 시작하고 소정 시간이 경과한 후에 플라즈마 여기된 처리 가스를 공급하기 시작한다.
(부기10)
부기1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 응력 제어 공정 후의 막은 저항률이 80μΩcm 이하이며, 응력이 1.6GPa 이하다.
(부기11)
부기1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 막 형성 공정에서는 적어도 1종의 처리 가스를 이용하고, 적어도 1종의 처리 가스는 응력 제어 공정에서 이용하는 처리 가스와 같은 처리 가스를 포함한다.
(부기12)
부기11의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 응력 제어 공정에서 이용하는 처리 가스는 NH3이다.
(부기13)
부기1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 응력 제어 공정에서 이용하는 처리 가스는 희가스다.
(부기14)
본 발명의 바람직한 다른 형태에 의하면,
기판에 제1 처리 가스를 연속적으로 공급하면서 기판에 제2 처리 가스를 단속적인 펄스로 공급하여 기판 상에 막을 형성하는 막 형성 공정; 및
기판 상에 형성된 막의 응력의 값을 변화시키도록 응력을 제어하는 응력 제어 공정;
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기15)
부기14의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 막 형성 공정에서는 제1 온도로 기판을 가열하고, 응력 제어 공정에서는 제1 온도로부터 제2 온도까지 기판의 온도를 변화시킨다.
(부기16)
부기15의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 응력 제어 공정에서는 기판에 제3 처리 가스를 플라즈마 여기된 상태에서 공급한다.
(부기17)
부기16의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 제1 처리 가스와 제3 처리 가스는 같다.
(부기18)
부기16의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 막은 TiN막이며, 제1 처리 가스 및 제3 처리 가스는 NH3이다.
(부기19)
부기16의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 제1 처리 가스와 제3 처리 가스는 다르다.
(부기20)
부기19의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 제3 처리 가스는 희가스다.
(부기21)
부기14의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 제1 온도는 600℃ 이상이며, 제2 온도는 200℃ 이상이다.
(부기22)
부기14의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 응력 제어 공정에서는 플라즈마 여기된 처리 가스를 단속적인 펄스로 공급한다.
(부기23)
부기14의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 응력 제어 공정에서는 플라즈마 여기된 처리 가스를 연속적으로 공급한다.
(부기24)
부기14의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 응력 제어 공정에서는 제1 온도로부터 온도를 변화시키기 시작하고 소정 시간이 경과한 후에 플라즈마 여기된 처리 가스를 공급하기 시작한다.
(부기25)
부기14의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는 응력 제어 공정 후의 막은 저항률이 80μΩcm 이하이며, 응력이 1.6GPa 이하다.
(부기26)
본 발명의 바람직한 다른 형태에 의하면, 기판을 제1 온도로 가열하면서 기판에 처리 가스를 공급하여 기판 상에 막을 형성하는 막 형성 공정; 및
기판의 온도를 제1 온도와는 다른 제2 온도까지 변화시키면서 기판에 플라즈마 여기된 처리 가스를 공급하여 기판 상에 형성된 막의 응력의 값을 변화시키도록 응력을 제어하는 응력 제어 공정;
을 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기27)
본 발명의 바람직한 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실;
기판을 가열하는 가열계;
기판에 복수 종의 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계;
복수 종의 처리 가스 중 적어도 1종을 플라즈마 여기하기 위한 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구; 및
기판을 제1 온도로 가열하면서 복수 종의 처리 가스를 처리실에 공급하여 기판 상에 막을 형성한 후, 기판을 제1 온도로부터 제2 온도로 변화시키면서 기판에 플라즈마 여기된 처리 가스를 공급하여 막의 응력의 값을 변화시키도록 응력을 제어하도록 가열계, 처리 가스 공급계 및 플라즈마 생성 기구를 제어하는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기28)
본 발명의 바람직한 다른 형태에 의하면,
무기 금속 화합물 또는 유기 금속 화합물 중 어느 하나와, 금속 화합물에 대하여 반응성을 포함하는 가스를 반응시키는 것에 의해, 도체막, 절연막 또는 절연막에 의해 격리된 도체 패턴이 노출한 피처리 기판 상에 순금속 또는 금속막 화합물을 형성하는 성막 방법으로서,
막 형성 후에 성막 온도와 다른 온도로 피처리 기판 온도를 변화시키는 것에 의해, 피처리 기판을 열수축·열팽창시키면서 형성된 막에 플라즈마 조사, 마이크로웨이브 조사, 광 조사 등의 저항 가열 히터 이외의 방법으로 에너지를 주어 막 구성 원자의 마이그레이션을 일으키는 것에 의해, 피처리 기판 상에 응력 제어된 박막을 형성하는 성막 방법이 제공된다.
(부기29)
부기28의 성막 방법으로서, 바람직하게는 무기 금속 화합물 또는 유기 금속 화합물이 Ti를 성분으로 포함하고, 또한 반응성 가스가 N을 성분으로 포함하는 것에 의해 형성되는 박막이 질화티타늄 함유(TiN함유)막이다.
(부기30)
부기28 또는 부기29의 성막 방법으로서, 바람직하게는 무기 금속 화합물이 4염화티타늄(TiCl4), 반응성 가스가 암모니아(NH3), 형성되는 박막이 질화티타늄(TiN)이다.
(부기31)
부기28∼부기30 중 어느 하나의 성막 방법으로서, 바람직하게는 순금속 또는 금속막 화합물이 MOS트랜지스터용 게이트 전극 재료다.
(부기32)
부기31의 성막 방법으로서, 바람직하게는 MOS트랜지스터용 게이트 전극 재료가 입체 형상의 하지 상에 형성된다.
(부기33)
부기28∼부기30 중 어느 하나의 성막 방법으로서, 바람직하게는 순금속 또는 금속막 화합물이 커패시터용의 하부 또는 상부 전극 재료다.
(부기34)
부기28∼부기30 중 어느 하나의 성막 방법으로서, 바람직하게는 순금속 또는 금속막 화합물이 DRAM용의 매립 워드 라인이다.
(부기35)
부기28∼부기34 중 어느 하나의 성막 방법으로서, 바람직하게는 복수의 피처리 기판을 동시에 처리하는 것이 가능한 뱃치로(爐)를 사용하여 성막을 수행한다.
(부기36)
부기35의 성막 방법으로서, 바람직하게는 뱃치로는 피처리 기판을 종방향으로 복수 매 중첩하여 처리를 수행하는 종형 노체(爐體)이며 또한 그 반응 튜브 내부에 피처리 기판과 대강 같은 직경을 가지는 내부관이 존재하고, 내부관의 내측에 위치하는 피처리 기판 사이에 측방으로부터 가스를 도입하는 형태다.
(부기37)
부기28∼부기36 중 어느 하나의 성막 방법으로서, 바람직하게는 600℃로 성막한 막 두께 15nm의 TiN막이 저항률 80μΩcm 이하의 도전막이고, 또한 그 인장 응력이 1.6GPa 이하다.
(부기38)
본 발명의 바람직한 다른 형태에 의하면, 600℃ 이상의 온도로 성막한 도전막이며, 저항률이 80μΩcm 이하이고, 또한 그 인장 응력이 1.6GPa 이하인 도전막을 포함하는 반도체 장치가 제공된다.
(부기39)
본 발명의 바람직한 다른 형태에 의하면,
기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 제1 온도로 가열하면서 기판에 처리 가스를 공급하여 기판 상에 막을 형성하는 순서; 및
기판의 온도를 제1 온도와는 다른 제2 온도까지 변화시키면서 기판에 플라즈마 여기된 처리 가스를 공급하여 기판 상에 형성된 막의 응력의 값을 변화시키도록 응력을 제어하는 순서;
를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 제공된다.
(부기40)
본 발명의 바람직한 다른 형태에 의하면,
부기39에 기재된 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
(부기41)
본 발명의 바람직한 다른 형태에 의하면,
부기 40에 기재된 기록 매체를 구비하는 기판 처리 장치가 제공된다.
이상, 본 발명의 갖가지 전형적인 실시 형태를 설명하였지만, 본 발명은 그와 같은 실시 형태에 한정되지 않는다. 따라서 본 발명의 범위는 다음 특허청구의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (15)

  1. 기판을 제1 온도로 가열하면서 상기 기판에 처리 가스를 공급하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 막 형성 공정; 및
    상기 기판의 온도를 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도까지 변화시키면서, 상기 제1 온도로부터 상기 제2 온도로 상기 기판의 온도를 변화시키기 시작하고 소정 시간이 경과한 후에 상기 기판에 플라즈마 여기(勵起)된 처리 가스를 공급하여 상기 기판 상에 형성된 막의 응력의 값을 변화시키도록 응력을 제어하는 응력 제어 공정;
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 막은 금속 함유막인 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 막은 TiN막인 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 온도는 600℃ 이상인 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 온도는 200℃ 이상인 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 응력 제어 공정에서는 상기 플라즈마 여기된 처리 가스를 단속(斷續)적인 펄스로 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 응력 제어 공정에서는 상기 플라즈마 여기된 처리 가스를 연속적으로 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 응력 제어 공정 후의 상기 막은 저항률이 80μΩcm 이하이며 응력이 1.6GPa 이하인 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 막 형성 공정에서는 적어도 1종의 처리 가스를 이용하고, 상기 적어도 1종의 처리 가스는 상기 응력 제어 공정에서 이용하는 처리 가스와 동일한 처리 가스를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 응력 제어 공정에서 이용하는 처리 가스는 NH3인 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 응력 제어 공정에서 이용하는 처리 가스는 희가스인 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제1 온도로 기판을 가열한 상태에서, 상기 기판에 제1 처리 가스를 연속적으로 공급하면서 상기 기판에 제2 처리 가스를 단속적인 펄스로 공급하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 막 형성 공정; 및
    상기 기판의 온도를 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도까지 변화시키면서, 상기 제1 온도로부터 상기 제2 온도로 상기 기판의 온도를 변화시키기 시작하고 소정 시간이 경과한 후에 상기 기판 상에 형성된 상기 막의 응력의 값을 변화시키도록 응력을 제어하는 응력 제어 공정;
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 기판을 수용하는 처리실;
    상기 기판을 가열하는 가열계;
    상기 기판에 복수 종의 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계;
    상기 복수 종(種)의 처리 가스 중 적어도 1종을 플라즈마 여기하기 위한 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구; 및
    상기 기판을 제1 온도로 가열하면서 상기 복수 종의 처리 가스를 상기 처리실에 공급하여 상기 기판 상에 막을 형성한 후, 상기 기판의 온도를 상기 제1 온도로부터 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도까지 변화시키면서, 상기 제1 온도로부터 상기 제2 온도로 상기 기판의 온도를 변화시키기 시작하고 소정 시간이 경과한 후에 상기 기판에 플라즈마 여기된 처리 가스를 공급하여 상기 막의 응력의 값을 변화시키는 것에 의해서 응력을 제어하도록 상기 가열계, 상기 처리 가스 공급계 및 상기 플라즈마 생성 기구를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
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