KR101610784B1 - 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 - Google Patents

클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 Download PDF

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나오노리 아카에
겐지 가메다
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명은 처리 용기 내의 고온이 되기 쉬운 부분의 퇴적물 제거와 저온이 되기 쉬운 부분의 퇴적물 제거를 양립시키는 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 클리닝 방법은 반응관과 반응관을 지지하고 히터보다 하방에 설치된 매니폴드로 구성되는 처리실 내의 기판에 대하여 산화막을 형성하는 공정과, 질화막을 형성하는 공정을 교대로 행함으로써, 기판 위에 산화막과 질화막의 적층막을 형성하는 공정을 행한 후의 처리실 내를 클리닝하는 방법으로서, 매니폴드에 설치되고, 매니폴드로부터 반응관 내까지 상방으로 연장하는 제1 노즐로부터 반응관의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정과, 매니폴드에 설치된 제2 노즐로부터 매니폴드의 내벽에 대하여 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 갖는다.

Description

클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램{CLEANING METHOD, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, AND PROGRAM}
본 발명은 기판 위에 박막을 형성하는 처리를 행한 후의 처리실 내를 클리닝하는 공정을 포함하는 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 산화막과 질화막이 교대로 적층되어 이루어지는 ONO 적층 구조의 절연막을 기판 위에 형성하는 공정이 행하여지는 경우가 있다. 예를 들어, 기판이 수용된 처리실 내에, DCS(디클로로실란, SiH2Cl2) 가스와 이산화질소(NO2) 가스를 공급함으로써 실리콘 산화막(SiO막)을 형성하는 공정과, DCS 가스와 암모니아(NH3) 가스를 공급함으로써 실리콘 질화막(SiN막)을 형성하는 공정을 교대로 행함으로써, 동일한 처리실 내에서 연속적으로 ONO 적층 구조의 절연막을 기판 위에 형성할 수 있다. 특히, 특허문헌 1, 2에 기재되어 있는 방법을 사용함으로써 양질의 ONO 적층 구조의 절연막을 형성하는 것이 가능하게 된다.
박막 형성 공정의 목적은 기판 상에의 박막 형성인데, 실제로는, 기판 이외에, 예를 들어 처리 용기의 내벽 등에도 박막을 포함하는 퇴적물이 부착되게 된다. 이러한 퇴적물은, 박막 형성 공정을 실시할 때마다 누적적으로 부착되어, 일정한 두께 이상에 도달하면 처리 용기의 내벽 등으로부터 박리되어, 처리 용기 내에서의 이물(파티클) 발생 요인으로 된다. 처리 용기 내에서 이물이 발생하여, 그것이 기판 위에 낙하했을 경우, 제품의 수율 저하를 초래하게 된다. 그 때문에, 퇴적물의 두께가 일정한 두께에 도달할 때마다, 퇴적물을 제거함으로써 처리 용기 내를 클리닝할 필요가 있다.
이전에는, 퇴적물을 제거하는 방법으로서, 기판 처리 장치로부터 처리 용기를 구성하는 반응관 등의 부재를 떼어내어, HF 수용액의 세정 조에서 반응관 내벽 등에 부착된 퇴적물을 제거하는 웨트 클리닝법이 주류이었지만, 최근 들어, 반응관 등을 떼어낼 필요가 없는 드라이 클리닝법이 사용되고 있다. 드라이 클리닝법에 의하면, 반응관 등의 해체시의 노동력도 필요하지 않고, 반응관 등을 구성하는 부재의 파손 위험도 없어, 운용 비용 저감으로 이어지며, 또한, 박막 형성 공정 재개까지의 시간 단축도 되어, 장치의 가동률 향상도 기대할 수 있다. 드라이 클리닝법으로서는, 예를 들어, 3불화질소(NF3) 가스나 불소(F2) 가스나 3불화염소(ClF3) 가스 등의 불소 함유 가스를 포함하는 클리닝 가스를 열로 활성화하여 처리 용기 내에 공급하는 방법이 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 3 참조).
일본 특허 공개 제2013-84911호 공보 일본 특허 공개 제2013-77805호 공보 국제 공개 WO2007/116768호 팸플릿
NF3 가스나 F2 가스나 ClF3 가스 등의 불소 함유 가스를 포함하는 클리닝 가스를 열로 활성화하여 처리 용기 내에 공급하는 방법에 있어서, 처리 용기 내를 충분히 가열할 수 있는 경우에는, 퇴적막의 종류(산화막, 질화막)에 관계없이 퇴적막을 제거 가능하다. 그러나, 클리닝 시에 처리 용기 내에 저온이 되기 쉬운 부위가 존재한 경우, 클리닝 가스의 반응성이 저하되기 때문에, 저온부에 퇴적된 막의 제거 속도는 현저하게 저하된다. 특허문헌 1, 2에 기재되어 있는 방법을 사용하여 ONO 적층 구조의 절연막을 형성한 경우, 산화막은 성막 온도의 영향을 받기 어려워, 저온부에도 퇴적되기 쉬운 경향이 있는 것을 본 발명자들은 알아냈다. 그 때문에, 열로 활성화한 클리닝 가스를 사용하는 클리닝의 경우, 특히 저온부에서 산화막의 잔사가 많아지는 문제가 있다. 처리 용기 내에 잔류한 퇴적물은, 막 형성 공정 재개 시에 이물을 발생시키는 요인이 되기 때문에, 저온부에서도 퇴적물의 잔사 없이 클리닝을 행하는 방법을 실현할 필요가 있었다.
따라서 본 발명은, 처리 용기 내의 고온이 되기 쉬운 부분의 퇴적물 제거와 처리 용기 내의 저온이 되기 쉬운 부분의 퇴적물 제거를 양립시키는 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램을 제공한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 히터의 내측에 설치된 반응관과, 해당 반응관을 지지하고 상기 히터보다 하방에 설치된 매니폴드로 구성되는 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원료 가스를 공급하는 공정과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 산화막을 형성하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 제2 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 질화막을 형성하는 공정을 교대로 행함으로써, 상기 처리실 내의 상기 기판 위에 상기 산화막과 상기 질화막의 적층막을 형성하는 공정을 행한 후의 상기 처리실 내를 클리닝하는 방법으로서, 상기 매니폴드에 설치되고, 상기 매니폴드로부터 상기 반응관 내까지 상방으로 연장하는 제1 노즐로부터, 적어도 상기 반응관의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정과, 상기 매니폴드에 설치된 제2 노즐로부터, 적어도 상기 매니폴드의 내벽에 대하여 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 갖는 클리닝 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 히터의 내측에 설치된 반응관과, 해당 반응관을 지지하고 상기 히터보다 하방에 설치된 매니폴드로 구성되는 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원료 가스를 공급하는 공정과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 산화막을 형성하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 제2 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 질화막을 형성하는 공정을 교대로 행함으로써, 상기 처리실 내의 상기 기판 위에 상기 산화막과 상기 질화막의 적층막을 형성하는 공정과, 상기 적층막을 형성하는 공정을 행한 후의 상기 처리실 내를 클리닝하는 공정을 갖고, 상기 처리실 내를 클리닝하는 공정은, 상기 매니폴드에 설치되고, 상기 매니폴드로부터 상기 반응관 내까지 상방으로 연장하는 제1 노즐로부터, 적어도 상기 반응관의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정과, 상기 매니폴드에 설치된 제2 노즐로부터, 적어도 상기 매니폴드의 내벽에 대하여 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 히터의 내측에 설치된 반응관과, 해당 반응관을 지지하고 상기 히터보다 하방에 설치된 매니폴드로 구성되는 처리실과, 상기 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급계와, 상기 매니폴드에 설치되고, 상기 매니폴드로부터 상기 반응관 내까지 상방으로 연장하는 제1 노즐과, 상기 매니폴드에 설치된 제2 노즐과, 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와, 상기 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원료 가스를 공급하는 처리와, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 공급하는 처리를 교대로 1회 이상 행함으로써 산화막을 형성하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 제2 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 처리를 교대로 1회 이상 행함으로써 질화막을 형성하는 처리를 교대로 행함으로써, 상기 처리실 내의 상기 기판 위에 상기 산화막과 상기 질화막의 적층막을 형성하는 처리와, 상기 적층막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내를 클리닝하는 처리를 행하고, 상기 처리실 내를 클리닝하는 처리에서는, 상기 제1 노즐로부터, 적어도 상기 반응관의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 처리와, 상기 제2 노즐로부터, 적어도 상기 매니폴드의 내벽에 대하여 불화 수소 가스를 공급하는 처리를 행하도록, 상기 히터, 상기 가스 공급계 및 상기 압력 조정부를 제어하는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 히터의 내측에 설치된 반응관과, 해당 반응관을 지지하고 상기 히터보다 하방에 설치된 매니폴드로 구성되는 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원료 가스를 공급하는 수순과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 공급하는 수순을 교대로 1회 이상 행함으로써 산화막을 형성하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 제2 원료 가스를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 수순을 교대로 1회 이상 행함으로써 질화막을 형성하는 수순을 교대로 행함으로써, 상기 처리실 내의 상기 기판 위에 상기 산화막과 상기 질화막의 적층막을 형성하는 수순과, 상기 적층막을 형성하는 수순을 행한 후의 상기 처리실 내를 클리닝하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램으로서, 상기 처리실 내를 클리닝하는 수순은, 상기 매니폴드에 설치되고, 상기 매니폴드로부터 상기 반응관 내까지 상방으로 연장하는 제1 노즐로부터, 적어도 상기 반응관의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 수순과, 상기 매니폴드에 설치된 제2 노즐로부터, 적어도 상기 매니폴드의 내벽에 대하여 불화 수소 가스를 공급하는 수순을 실행시키기 위해 매체에 저장된 프로그램이 제공된다.
본 발명에 따르면, 처리 용기 내의 고온이 되기 쉬운 부분의 퇴적물 제거와 처리 용기 내의 저온이 되기 쉬운 부분의 퇴적물 제거를 양립시키는 클리닝을 실현할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도로서, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도로서, 처리로 부분을 도 1의 A-A선에 따른 단면으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러 개략 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 플로우를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 원료 가스 등의 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 클리닝 가스 등의 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 클리닝 가스의 공급 타이밍의 변형예 1을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 클리닝 가스의 공급 타이밍의 변형예 2를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 클리닝 가스의 공급 타이밍의 변형예 3을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 클리닝 가스의 공급 타이밍의 변형예 4를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 클리닝 가스의 공급 타이밍의 변형예 5를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 클리닝 가스의 공급 타이밍의 변형예 6을 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 따른 클리닝 가스의 공급 타이밍의 변형예 7을 도시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태에 따른 클리닝 가스의 공급 타이밍의 변형예 8을 도시하는 도면이다.
도 15의 (a)는 본 발명의 실시 형태에 따른 노즐의 구성을 도시하는 도면이고, (b)는 변형예 9에서의 노즐을 도시하는 도면이고, (c)는 변형예 10에서의 노즐을 도시하는 도면이고, (d)는 변형예 11에서의 노즐을 도시하는 도면이고, (e)는 변형예 12에서의 노즐을 도시하는 도면이고, (f)는 변형예 13에서의 노즐을 도시하는 도면이다.
도 16의 (a)는 산화막 성막 속도와 ClF3 가스에서의 산화막 제거 속도의 반응관내 위치 의존성을 나타내는 그래프이고, (b)는 질화막 성막 속도와 ClF3 가스에서의 질화막 제거 속도의 반응관내 위치 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 17의 (a)는 산화막 제거 속도의 클리닝 가스종 의존성을 나타내는 그래프이고, (b)는 질화막 제거 속도의 클리닝 가스종 의존성을 나타내는 그래프이다.
이하에 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
<본 발명의 실시 형태>
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 처리로(202)는 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 유지판으로서의 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 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203) 및 후술하는 매니폴드(209)의 통 중공부에는 처리실(201)이 형성되어 있고, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향으로 다단으로 정렬한 상태로 수용 가능하게 구성되어 있다.
반응관(203)의 하방에는, 매니폴드(209)가 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 매니폴드(209)는 적어도 그 상단부가 반응관(203)의 하단부 및 히터(207)의 하단부보다 하방에 위치하도록 배치되어 있다. 매니폴드(209)는 예를 들어 금속제이며, 반응관(203)을 지지하고 있다. 매니폴드(209)의 상면에는 반응관(203)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(222)이 설치되어 있다.
처리실(201) 내에는, 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 제1 노즐로서 사용됨과 함께 제1 가스 도입부로서 사용되는 노즐(233a)과, 동일하게 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 제1 노즐로서 사용됨과 함께 제2 가스 도입부로서 사용되는 노즐(233b)과, 제3 가스 도입부로서의 노즐(233c)과, 불화수소(HF) 가스를 공급하는 제2 노즐로서 사용되는 노즐(233d)이 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있다. 노즐(233a)에는, 가스 공급관(232a) 및 가스 공급관(232k)이 접속되어 있다. 또한, 노즐(233b)에는, 가스 공급관(232b) 및 가스 공급관(232k)이 접속되어 있다. 또한, 노즐(233c)에는, 가스 공급관(232c), 가스 공급관(232d) 및 가스 공급관(232e)이 접속되어 있다. 또한, 노즐(233d)에는, 가스 공급관(232l)이 접속되어 있다. 이와 같이, 매니폴드(209)에는 4개의 노즐(233a, 233b, 233c 및 233d)과, 7개의 가스 공급관(232a, 232b, 232c, 232d, 232e, 232k 및 232l)이 설치되어 있어, 처리실(201) 내에 복수 종류, 여기에서는 7종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
가스 공급관(232a 내지 232e)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a 내지 241e) 및 개폐 밸브인 밸브(243a 내지 243e)가 각각 설치되어 있다. 또한, 가스 공급관(232a 내지 232e)의 밸브(243a 내지 243e)보다 하류측에는, 불활성 가스 공급관(232f 내지 232j)이 각각 접속되어 있다. 이 불활성 가스 공급관(232f 내지 232j)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, MFC(241f 내지 241j) 및 개폐 밸브인 밸브(243f 내지 243j)가 각각 설치되어 있다. 또한, 가스 공급관(232a 내지 232c)의 선단부에는, 상술한 노즐(233a 내지 233c)이 각각 접속되어 있다.노즐(233a, 233b)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에서의 원 환상의 공간에, 매니폴드(209)의 내벽 및 반응관(203)의 내벽 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해 연장하도록 각각 설치되어 있다. 즉, 노즐(233a, 233b)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 하여, 매니폴드(209)로부터 반응관(203) 내까지 연장하도록 각각 설치되어 있다. 노즐(233a, 233b)은 L자형의 롱 노즐로서 각각 구성되어 있고, 그들의 각 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그들의 각 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측에서부터 타단측을 향해 상방으로 연장하도록 설치되어 있다. 노즐(233a, 233b)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(248a, 248b)이 각각 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(248a, 248b)은 반응관(203)의 중심을 향해 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(248a, 248b)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다.
노즐(233c)은 가스 분산 공간인 버퍼실(237) 내에 설치되어 있다. 버퍼실(237)은 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에서의 원 환상의 공간에, 반응관(203) 내벽의 하부로부터 상부에 걸치는 부분에, 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서 설치되어 있다. 즉, 버퍼실(237)은 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 버퍼실(237)의 웨이퍼(200)와 인접하는 벽의 단부에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(248d)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(248d)은, 반응관(203)의 중심을 향해 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(248d)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다.
노즐(233c)은, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248d)이 형성된 단부와 반대측의 단부에, 반응관(203)의 내벽 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해 연장하도록 설치되어 있다. 즉, 노즐(233c)은, 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 노즐(233c)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측에서부터 타단측을 향해 상방으로 연장하도록 설치되어 있다. 노즐(233c)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(248c)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(248c)은, 버퍼실(237)의 중심을 향해 개구되어 있다. 이 가스 공급 구멍(248c)은, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248d)과 마찬가지로, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되어 있다. 이 복수의 가스 공급 구멍(248c)의 각각의 개구 면적은, 버퍼실(237) 내와 처리실(201) 내의 차압이 작은 경우에는, 상류측(하부)에서부터 하류측(상부)까지, 각각 동일한 개구 면적으로 동일한 개구 피치로 하면 되지만, 차압이 큰 경우에는 상류측에서부터 하류측을 향해, 각각 개구 면적을 크게 하거나, 개구 피치를 작게 하면 된다.
본 실시 형태에서는, 노즐(233c)의 가스 공급 구멍(248c)의 각각의 개구 면적이나 개구 피치를, 상류측에서부터 하류측에 걸쳐 상술한 바와 같이 조절함으로써, 먼저, 가스 공급 구멍(248c)의 각각으로부터, 유속의 차는 있지만, 유량이 대략 동일량인 가스를 분출시킨다. 그리고 이 가스 공급 구멍(248c)의 각각으로부터 분출되는 가스를, 일단 버퍼실(237) 내에 도입하여, 버퍼실(237) 내에서 가스의 유속 차의 균일화를 행하는 것으로 하고 있다. 즉, 노즐(233c)의 가스 공급 구멍(248c)의 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출된 가스는 버퍼실(237) 내에서 각 가스의 입자 속도가 완화된 후, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248d)으로부터 처리실(201) 내에 분출된다. 이에 의해, 노즐(233c)의 가스 공급 구멍(248c)의 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출된 가스는, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248d)의 각각으로부터 처리실(201) 내에 분출될 때에는, 균일한 유량과 유속을 갖는 가스로 된다.
가스 공급관(232k)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, MFC(241k) 및 밸브(243k)가 설치되어 있다. 또한, 가스 공급관(232k)의 한쪽의 선단부는, 가스 공급관(232a)에 접속되어 있고, 가스 공급관(232a)을 통해 노즐(233a)에 접속되어 있다. 또한, 가스 공급관(232k)의 다른 쪽의 선단부는, 가스 공급관(232b)에 접속되어 있고, 가스 공급관(232b)을 통해 노즐(233b)에 접속되어 있다.
가스 공급관(232l)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, MFC(241l) 및 밸브(243l)가 설치되어 있다. 또한, 가스 공급관(232l)의 밸브(243l)보다 하류측에는, 불활성 가스 공급관(232m)이 접속되어 있다. 이 불활성 가스 공급관(232m)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, MFC(241m) 및 밸브(243m)가 설치되어 있다. 또한, 가스 공급관(232l)의 선단부에는, 상술한 노즐(233d)이 접속되어 있다.
노즐(233d)은 매니폴드(209)의 내벽과 후술하는 단열 부재(218)의 측면과의 사이에서의 원 환상의 공간에, 매니폴드(209)의 내벽을 따라, 단열 부재(218)의 상방을 향해 연장하도록 설치되어 있다. 즉, 노즐(233d)은, 웨이퍼 배열 영역보다 하방의, 단열 부재(218)를 수평하게 둘러싸는 영역에, 단열 부재(218)를 따르도록 설치되어 있다. 노즐(233d)은 L자형의 쇼트 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는, 적어도 단열 부재(218)의 하부로부터 그 상방을 향해 연장하도록 설치되어 있다. 또한, 노즐(233d)의 선단부에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(248e)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(248e)은, 반응관(203)의 상방을 향해 개구되어 있어, 노즐(233a), 노즐(233b)이 가스를 공급하는 위치보다 하방의 위치에서 매니폴드(209) 내벽면측을 향해 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서의 가스 공급의 방법은, 반응관(203)의 내벽과, 적재된 복수 매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원 환상의 세로로 긴 공간 내, 즉, 원통 형상의 공간 내에 배치된 노즐(233a, 233b, 233c) 및 버퍼실(237)을 경유하여 가스를 반송하고, 노즐(233a, 233b, 233c) 및 버퍼실(237)에 각각 개구된 가스 공급 구멍(248a, 248b, 248c, 248d)으로부터 웨이퍼(200)의 근방에서 비로소 반응관(203) 내에 가스를 분출시키고 있고, 반응관(203) 내에서의 가스의 주된 흐름을 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉 수평 방향으로 하고 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 각 웨이퍼(200)에 대하여 균일하게 가스를 공급할 수 있어, 각 웨이퍼(200) 위에 형성되는 박막의 막 두께를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 웨이퍼(200)의 표면 위를 흐른 가스, 즉, 반응 후의 잔류 가스는, 배기구, 즉, 후술하는 배기관(231)의 방향을 향해 흐르지만, 이 잔류 가스의 흐름 방향은, 배기구의 위치에 따라 적절히 특정되며, 수직 방향에 한한 것은 아니다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 소정 원소를 포함하는 제1 원료 가스, 즉, 소정 원소로서의 실리콘(Si)을 포함하는 제1 원료 가스(제1 실리콘 함유 가스)로서, 예를 들어 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(233a)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다. 또한, HCDS와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 사용하는 경우에는, 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, 제1 원료 가스로서 공급하게 된다.
가스 공급관(232b)으로부터는, 소정 원소를 포함하는 제2 원료 가스, 즉, 소정 원소로서의 실리콘(Si)을 포함하는 제2 원료 가스(제2 실리콘 함유 가스)로서, 예를 들어 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(233b)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다. 또한, DCS와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 사용하는 경우에는, 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, 제2 원료 가스로서 공급하게 된다.
가스 공급관(232c)으로부터는, 질소를 포함하는 가스(질소 함유 가스), 즉, 질화 가스로서, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스가, MFC(241c), 밸브(243c), 노즐(233c), 버퍼실(237)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(232d)으로부터는, 산소를 포함하는 가스(산소 함유 가스), 즉, 산화 가스로서, 예를 들어 산소(O2) 가스가, MFC(241d), 밸브(243d), 가스 공급관(232c), 노즐(233c), 버퍼실(237)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(232e)으로부터는, 수소를 포함하는 가스(수소 함유 가스), 즉, 환원 가스로서, 예를 들어 수소(H2) 가스가, MFC(241e), 밸브(243e), 가스 공급관(232c), 노즐(233c), 버퍼실(237)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(232k)으로부터는, 수소 비함유의 불소계 가스로서, 예를 들어 3불화염소(ClF3) 가스가, MFC(241k), 밸브(243k), 가스 공급관(232a), 노즐(233a)을 통해 처리실(201) 내에 공급됨과 함께, MFC(241k), 밸브(243k), 가스 공급관(232b), 노즐(233b)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(232l)으로부터는, 불화수소(HF) 가스가, MFC(241l), 밸브(243l), 노즐(233d)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(232f 내지 232j, 232m)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어, 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(241f 내지 241j, 241m), 밸브(243f 내지 243j, 243m), 가스 공급관(232a 내지 232e, 232l), 노즐(233a 내지 233d), 버퍼실(237)을 통해 처리실(201) 내에 공급된다.
각 가스 공급관으로부터 상술한 바와 같은 가스를 각각 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해, 소정 원소를 포함하는 제1 원료 가스를 공급하는 제1 원료 가스 공급계, 즉, 제1 실리콘 함유 가스 공급계가 구성된다. 노즐(233a)을 제1 원료 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 제1 원료 가스 공급계를 제1 원료 공급계라고 칭할 수도 있다.
또한, 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해, 소정 원소를 포함하는 제2 원료 가스를 공급하는 제2 원료 가스 공급계, 즉, 제2 실리콘 함유 가스 공급계가 구성된다. 노즐(233b)을 제2 원료 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 제2 원료 가스 공급계를 제2 원료 공급계라고 칭할 수도 있다.
또한, 주로, 가스 공급관(232c), MFC(241c), 밸브(243c)에 의해, 질소 함유 가스(질화 가스) 공급계가 구성된다. 노즐(233c) 및 버퍼실(237)을 질소 함유 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다.
또한, 주로, 가스 공급관(232d), MFC(241d), 밸브(243d)에 의해, 산소 함유 가스(산화 가스) 공급계가 구성된다. 노즐(233c) 및 버퍼실(237)을 산소 함유 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다.
또한, 주로, 가스 공급관(232e), MFC(241e), 밸브(243e)에 의해, 수소 함유 가스(환원 가스) 공급계가 구성된다. 노즐(233c) 및 버퍼실(237)을 수소 함유 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다.
또한, 주로, 가스 공급관(232k), MFC(241k), 밸브(243k)에 의해, 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 불소계 가스 공급계가 구성된다. 가스 공급관(232a, 232b)에서의 가스 공급관(232k)과의 접속부보다 하류측, 노즐(233a, 233b)을 불소계 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다.
또한, 주로, 가스 공급관(232l), MFC(241l), 밸브(243l)에 의해, 불화수소 가스를 공급하는 불화수소 가스 공급계가 구성된다. 노즐(233d)을 불화 수소 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다.
또한, 주로, 가스 공급관(232f 내지 232j, 232m), MFC(241f 내지 241j, 241m), 밸브(243f 내지 243j, 243m)에 의해, 불활성 가스 공급계가 구성된다. 가스 공급관(232a 내지 232e, 232l)에서의 가스 공급관(232f 내지 232j, 232m)과의 접속부보다 하류측, 노즐(233a 내지 233d), 버퍼실(237)을 불활성 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
또한, 본 실시 형태에서는, HCDS 가스와 DCS 가스를 각각 별도의 노즐로부터 처리실(201) 내에 공급하도록 하고 있지만, 이들을 동일한 노즐로부터 공급하도록 해도 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, NH3 가스와 O2 가스와 H2 가스를 동일한 노즐로부터 처리실(201) 내(버퍼실(237) 내)에 공급하도록 하고 있지만, 각각을 별도의 노즐로부터 처리실(201) 내에 공급하도록 해도 되고, H2 가스만을 다른 노즐로부터 처리실(201) 내에 공급하도록 해도 된다. 단, 복수 종류의 가스로 노즐을 공용하는 것이, 노즐의 개수를 저감시킬 수 있어, 장치 비용을 저감할 수 있고, 유지 보수도 용이해지는 등의 장점이 있다. 또한, HCDS 가스나 DCS 가스를 공급하는 노즐과, H2 가스를 공급하는 노즐을 공용으로 해도 된다. 즉, HCDS 가스와 H2 가스를 동일한 노즐로부터 공급해도 되고, DCS 가스와 H2 가스를 동일한 노즐로부터 공급해도 되고, HCDS 가스와 DCS 가스와 H2 가스를 동일한 노즐로부터 공급해도 된다. 또한, 후술하는 성막 온도대에서는, HCDS 가스나 DCS 가스는 H2 가스와는 반응하지 않지만, NH3 가스나 O2 가스와는 각각 반응하는 것으로 생각되므로, HCDS 가스나 DCS 가스를 공급하는 노즐과, NH3 가스나 O2 가스를 공급하는 노즐은 별개로 하는 것이 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는, HCDS 가스와 ClF3 가스를 동일한 노즐로부터 처리실(201) 내에 공급하도록 하고 있지만, 이들을 각각 별도의 노즐로부터 공급하도록 해도 된다. 단, HCDS 가스와 ClF3 가스를 동일한 노즐로부터 공급하도록 하는 것이, 노즐의 개수를 저감시킬 수 있어, 장치 비용을 저감할 수 있고, 유지 보수도 용이해지는 등의 장점이 있다. 또한, HCDS 가스와 ClF3 가스를 동일한 노즐로부터 공급하도록 하면, 노즐 내를 ClF3 가스에 의해 클리닝할 수 있어, 노즐 내에 부착되거나 퇴적된 HCDS나 HCDS가 분해한 규소(Si)를 포함하는 물질을 제거할 수 있다. 이 때문에, HCDS 가스를 공급하는 노즐과 ClF3 가스를 공급하는 노즐은 동일한 노즐로 하는 것이 더 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는, DCS 가스와 ClF3 가스를 동일한 노즐로부터 처리실(201) 내에 공급하도록 하고 있지만, 이들을 각각 별도의 노즐로부터 공급하도록 해도 된다. 단, DCS 가스와 ClF3 가스를 동일한 노즐로부터 공급하도록 하는 것이, 노즐의 개수를 저감시킬 수 있어, 장치 비용을 저감할 수 있고, 유지 보수도 용이해지는 등의 장점이 있다. 또한, DCS 가스와 ClF3 가스를 동일한 노즐로부터 공급하도록 하면, 노즐 내를 ClF3 가스에 의해 클리닝할 수 있어, 노즐 내에 부착되거나 퇴적된 DCS나 DCS가 분해한 규소를 포함하는 물질을 제거할 수 있다. 이 때문에, DCS 가스를 공급하는 노즐과 ClF3 가스를 공급하는 노즐은 동일한 노즐로 하는 것이 더 좋다.
버퍼실(237) 내에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 가늘고 긴 구조를 갖는 제1 전극인 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 전극인 제2 막대 형상 전극(270)이, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라 배치되어 있다. 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)의 각각은, 노즐(233c)과 평행하게 설치되어 있다. 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)의 각각은, 상부로부터 하부에 걸쳐 각 전극을 보호하는 보호관인 전극 보호관(275)에 의해 덮여짐으로써 보호되어 있다. 이 제1 막대 형상 전극(269) 또는 제2 막대 형상 전극(270) 중 어느 한쪽은, 정합기(272)를 통하여 고주파 전원(273)에 접속되고, 다른 쪽은 기준 전위인 접지에 접속되어 있다. 정합기(272)를 통하여 고주파 전원(273)으로부터 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 고주파 전력을 인가함으로써, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이의 플라즈마 생성 영역(224)에 플라즈마가 생성된다. 주로, 제1 막대 형상 전극(269), 제2 막대 형상 전극(270), 전극 보호관(275)에 의해 플라즈마 발생기(플라즈마 발생부)로서의 플라즈마원이 구성된다. 또한, 정합기(272), 고주파 전원(273)을 플라즈마원에 포함시켜 생각해도 된다. 또한, 플라즈마원은, 후술하는 바와 같이 가스를 플라즈마로 활성화시키는 활성화 기구로서 기능한다.
전극 보호관(275)은, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)의 각각을 버퍼실(237) 내의 분위기와 격리한 상태에서 버퍼실(237) 내에 삽입할 수 있는 구조로 되어 있다. 여기서, 전극 보호관(275)의 내부의 산소 농도가 외기(대기)의 산소 농도와 동일한 정도이면, 전극 보호관(275) 내에 각각 삽입된 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)은 히터(207)에 의한 열로 산화되게 된다. 따라서, 전극 보호관(275)의 내부를 질소 가스 등의 불활성 가스로 충진해 두거나, 전극 보호관(275)의 내부를 불활성 가스 퍼지 기구를 사용하여 질소 가스 등의 불활성 가스로 퍼지함으로써, 전극 보호관(275)의 내부의 산소 농도를 저감시켜, 제1 막대 형상 전극(269) 또는 제2 막대 형상 전극(270)의 산화를 방지할 수 있도록 구성되어 있다.
반응관(203)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치되어 있다. 배기관(231)에는, 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 통하여, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. 또한, APC 밸브(244)는 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있는 밸브이다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 또한, 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜 생각해도 된다. 배기계는, 진공 펌프(246)를 작동시키면서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)의 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기할 수 있게 구성되어 있다. 또한, 배기관(231)은 반응관(203)에 설치하는 대신에, 매니폴드(209)에 설치해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)은 매니폴드(209)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 맞닿도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은 예를 들어 스테인리스 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는, 후술하는 기판 유지구로서의 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 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) 내외에 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 보트 엘리베이터(115)는, 보트(217) 즉 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외에 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지고, 복수 매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한, 서로 중심을 가지런히 한 상태로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록 구성되어 있다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열 부재(218)가 설치되어 있어, 히터(207)로부터의 열이 시일 캡(219)측에 전해지기 어려워지도록 구성되어 있다. 또한, 단열 부재(218)는, 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 복수 매의 단열판과, 이들 단열판을 수평 자세로 다단으로 지지하는 단열판 홀더에 의해 구성해도 된다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에 대한 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는, 노즐(233a 내지 233c)과 마찬가지로, L자형으로 구성되어 있고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치되어 있다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는, CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스(121e)를 통해, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 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 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피나, 후술하는 클리닝 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 클리닝 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 클리닝 레시피는, 후술하는 클리닝 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 클리닝 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭해서, 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우에는, 프로세스 레시피, 클리닝 레시피, 제어 프로그램 중 어느 한 단체만을 포함하는 경우, 또는, 프로세스 레시피, 클리닝 레시피 및 제어 프로그램 중의 임의의 조합을 포함하는 경우가 있다. 또한, RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크 에리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(241a 내지 241m), 밸브(243a 내지 243m), 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) 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 레시피나 클리닝 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. 그리고, CPU(121a)는, 판독한 프로세스 레시피나 클리닝 레시피의 내용에 따르도록, MFC(241a 내지 241m)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243m)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 등을 제어하도록 구성되어 있다.
또한, 컨트롤러(121)는, 전용의 컴퓨터로서 구성되어 있는 경우에 한하지 않고, 범용의 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 준비하여, 이와 같은 외부 기억 장치(123)를 사용해서 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해, 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(121)를 구성할 수 있다. 또한, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 외부 기억 장치(123)를 통해 공급하는 경우에 제한되지 않는다. 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 명세서에서 기록 매체라는 말을 사용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
이어서, 상술한 기판 처리 장치의 처리로(202)를 사용하여, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 위에 제1 산화막, 질화막, 제2 산화막이 순서대로 적층되어 이루어지는 ONO 적층 구조의 절연막을 형성하는 예에 대해서, 도 4, 도 5를 사용하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에서는, 히터(207)의 내측에 설치된 반응관(203)과, 반응관(203)을 지지하고 히터(207)보다 하방에 설치된 매니폴드(209)로 구성되는 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제1 원료 가스를 공급하는 공정과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 산화막을 형성하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제2 원료 가스를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 질화막을 형성하는 공정을 교대로 행함으로써, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200) 위에 산화막과 질화막의 적층막을 형성하는 공정을 실시한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상술한 공정이 실시된 후에, 처리실(201) 내의 클리닝을 실시한다. 처리실(201) 내의 클리닝의 상세는 후술한다.
여기서, 산화막을 형성하는 공정과 질화막을 형성하는 공정은, 처리실(201) 내에서 인사이투(in-situ)로 연속적으로 행하여진다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제1 원료 가스, 산소 함유 가스, 수소 함유 가스, 제2 원료 가스 및 질소 함유 가스가 열에 의해 또는 플라즈마에 의해 활성화된다.
이하, 본 실시 형태의 성막 시퀀스를 구체적으로 설명한다. 여기에서는, 제1 원료 가스로서 HCDS 가스를, 산소 함유 가스로서 O2 가스를, 수소 함유 가스로서 H2 가스를, 희석 가스나 퍼지 가스로서 N2 가스를 사용하여, 기판으로서의 웨이퍼(200) 위에 산화막으로서 실리콘 산화막(SiO2막, 이하, 제1 실리콘 산화막, 또는 제1 SiO막이라고도 함)을 형성한다. 그 후, 제2 원료 가스로서, DCS 가스를, 질소 함유 가스로서 NH3 가스를, 희석 가스나 퍼지 가스로서 N2 가스를 사용하여, 실리콘 산화막 위에 질화막으로서 실리콘 질화막(Si3N4막, 이하, SiN막이라고도 함)을 형성한다. 그 후, 제1 원료 가스로서 HCDS 가스를, 산소 함유 가스로서 O2 가스를, 수소 함유 가스로서 H2 가스를, 희석 가스나 퍼지 가스로서 N2 가스를 사용하여, 실리콘 질화막 위에 또한 실리콘 산화막(SiO2막, 이하, 제2 실리콘 산화막, 또는 제2 SiO막이라고도 함)을 형성한다. 이에 의해, 웨이퍼(200) 위에 제1 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 제2 실리콘 산화막이 순서대로 적층되어 이루어지는 ONO 적층 구조의 절연막을 형성한다. 또한, 후술하는 바와 같이, 제1 실리콘 산화막 형성 공정, 실리콘 질화막 형성 공정, 제2 실리콘 산화막 형성 공정은, 동일한 처리 용기 내에서 인사이투(in-situ)로 연속적으로 행하여진다.
또한, 본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등과의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우, 즉, 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함하여 웨이퍼라 칭하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 위에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최외측 표면」을 의미하는 경우가 있다.
따라서, 본 명세서에서 「웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 위에 형성되어 있는 층이나 막 등에 대하여, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최외측 표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」는 것을 의미하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에서 「웨이퍼 위에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」고 기재한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면) 위에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 위에 형성되어 있는 층이나 막 등의 위, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최외측 표면 위에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」는 것을 의미하는 경우가 있다.
또한, 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 마찬가지이며, 그 경우, 상기 설명에서, 「웨이퍼」를 「기판」으로 치환하여 생각하면 된다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 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, 시일 캡(219)은 O링(220)을 통해 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한, 진공 펌프(246)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 항상 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에 대한 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 또한, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행하여진다. 계속해서, 회전 기구(267)에 의해 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행하여진다.
(제1 실리콘 산화막 형성 공정)
그 후, 이하의 스텝 1a 내지 4a를 1 사이클로 해서 이 사이클을 1회 이상 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 소정 막 두께의 제1 실리콘 산화막을 성막한다.
[스텝 1a]
밸브(243a)를 개방하여, 가스 공급관(232a)에 HCDS 가스를 흘린다. HCDS 가스는, 가스 공급관(232a)으로부터 흘러, MFC(241a)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 HCDS 가스는, 노즐(233a)의 가스 공급 구멍(248a)으로부터, 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다(HCDS 가스 공급).
이때, 밸브(243f)를 개방하여, 불활성 가스 공급관(232f)으로부터 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. N2 가스는, MFC(241f)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232a) 내에 공급된다. 유량 조정된 N2 가스는, 가스 공급관(232a) 내에서, 유량 조정된 HCDS 가스와 혼합되어, 노즐(233a)의 가스 공급 구멍(248a)으로부터, 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기되게 된다. 또한, 이때, 버퍼실(237) 내나, 노즐(233b 내지 233d)내로의 HCDS 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243g 내지 243j, 243m)를 개방하여, 불활성 가스 공급관(232g 내지 232j, 232m) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(232b 내지 232e, 232l), 노즐(233b 내지 233d), 버퍼실(237)을 통해 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 대기압 미만, 예를 들어 10 내지 1000Pa의 범위 내의 압력으로 유지한다. MFC(241a)로 제어하는 HCDS 가스의 공급 유량은, 예를 들어 10 내지 1000sccm(0.01 내지 1slm)의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241f 내지 241j, 241m)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm(0.1 내지 2slm)의 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. 히터(207)의 온도는, 상술한 압력대에 있어서 처리실(201) 내에서 CVD 반응이 발생하는 온도가 되도록 설정한다. 즉, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 350 내지 800℃, 바람직하게는 450 내지 800℃, 보다 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도가 되도록 히터(207)의 온도를 설정한다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 350℃ 미만이 되면 웨이퍼(200) 위에서 HCDS 가스가 분해, 흡착되기 어려워진다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도를 450℃ 이상으로 함으로써 후술하는 스텝 3a에서의 산화력 향상의 효과가 현저해진다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도를 550℃ 이상으로 함으로써 HCDS 가스의 분해를 충분히 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 750℃, 특히 800℃를 초과하면 CVD 반응이 강해져, 막 두께 균일성의 악화가 현저해진다. 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.
상술한 조건, 즉 CVD 반응이 발생하는 조건 하에서 HCDS 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써, 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 위에 예를 들어 1 원자층 미만 내지 수 원자층 정도의 두께의 실리콘 함유층이 형성된다. 실리콘 함유층은 HCDS 가스의 흡착층이어도 되고, 실리콘층(Si층)이어도 되고, 그 양쪽을 포함하고 있어도 된다. 단, 실리콘 함유층은 Si 및 Cl을 포함하는 층인 것이 바람직하다.
여기서 실리콘층이란, Si에 의해 구성되는 연속적인 층 외에, 불연속인 층이나, 이들이 겹쳐서 생기는 실리콘 박막도 포함하는 총칭이다. 또한, Si에 의해 구성되는 연속적인 층을 실리콘 박막이라고 하는 경우도 있다. 또한, 실리콘층을 구성하는 Si는, Cl과의 결합이 완전히 끊어져 있지 않은 것도 포함한다.
또한, HCDS 가스의 흡착층은, HCDS 가스의 가스 분자의 연속적인 화학 흡착층 외에, 불연속인 화학 흡착층도 포함한다. 즉, HCDS 가스의 흡착층은, HCDS 분자로 구성되는 1 분자층 또는 1 분자층 미만의 두께의 화학 흡착층을 포함한다. 또한, HCDS 가스의 흡착층을 구성하는 HCDS(Si2Cl6) 분자는, Si와 Cl의 결합이 일부 끊어진 것(SixCly 분자)도 포함한다. 즉, HCDS의 흡착층은, Si2Cl6 분자 및/또는 SixCly 분자의 연속적인 화학 흡착층이나 불연속인 화학 흡착층을 포함한다. 또한, 1 원자층 미만의 두께의 층이라는 것은 불연속으로 형성되는 원자층을 의미하고 있고, 1 원자층의 두께의 층이라는 것은 연속적으로 형성되는 원자층을 의미하고 있다. 또한, 1 분자층 미만의 두께의 층이라는 것은 불연속으로 형성되는 분자층을 의미하고 있고, 1 분자층의 두께의 층이라는 것은 연속적으로 형성되는 분자층을 의미하고 있다.
HCDS 가스가 자기 분해(열분해)하는 조건 하, 즉, HCDS의 열분해 반응이 발생하는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 위에 Si가 퇴적됨으로써 실리콘층이 형성된다. HCDS 가스가 자기 분해(열분해)하지 않는 조건 하, 즉, HCDS의 열분해 반응이 발생하지 않는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 위에 HCDS 가스가 흡착됨으로써 HCDS 가스의 흡착층이 형성된다. 웨이퍼(200) 위에 HCDS 가스의 흡착층을 형성하는 것보다 실리콘층을 형성하는 것이, 성막 레이트를 더 높게 할 수 있어 바람직하다. 예를 들어, 웨이퍼(200) 위에 수 원자층의 두께의 실리콘층을 형성하고, 후술하는 스텝 3a에서의 산화력을 높임으로써, 사이클 레이트를 높일 수 있어, 성막 레이트를 높게 하는 것이 가능하게 된다.
웨이퍼(200) 위에 형성되는 실리콘 함유층의 두께가 수 원자층을 초과하면, 후술하는 스텝 3a에서의 산화(개질)의 작용이 실리콘 함유층의 전체에 도달하지 않게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 위에 형성 가능한 실리콘 함유층의 두께의 최소값은 1 원자층 미만이다. 따라서, 실리콘 함유층의 두께는 1 원자층 미만 내지 수 원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1 원자층 이하, 즉, 1 원자층 또는 1 원자층 미만으로 함으로써, 후술하는 스텝 3a에서의 산화 반응(개질 반응)의 작용을 상대적으로 높일 수 있어, 스텝 3a의 산화 반응(개질 반응)에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 스텝 1a의 실리콘 함유층 형성에 필요로 하는 시간을 단축할 수도 있다. 결과적으로, 1 사이클당의 처리 시간을 단축할 수 있어, 총 처리 시간을 단축하는 것도 가능하게 된다. 즉, 성막 레이트를 높게 하는 것도 가능하게 된다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1 원자층 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능하게 된다.
제1 원료 가스(제1 실리콘 함유 가스)로서는, 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스 외에, 테트라클로로실란 즉 실리콘테트라클로라이드(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스, 모노실란(SiH4) 가스 등의 무기 원료뿐만 아니라, 아미노실란계의 테트라키스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭: 4DMAS) 가스, 트리스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS) 가스, 비스디에틸아미노실란(Si[N(C2H5)2]2H2, 약칭: 2DEAS) 가스, 비스터셜부틸아미노실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS) 가스 등의 유기 원료를 사용해도 된다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용해도 된다.
[스텝 2a]
웨이퍼(200) 위에 실리콘 함유층이 형성된 후, 밸브(243a)를 폐쇄하여, HCDS 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 상태로 해서, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 밸브(243f 내지 243j, 243m)는 개방한 상태로 해서, N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 더 높일 수 있다(잔류 가스 제거).
또한, 이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 되며, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행하여지는 스텝 3a에서 악영향이 발생하지는 않는다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어, 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 3a에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
이때의 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가 HCDS 가스의 공급시와 동일하게, 예를 들어 350 내지 800℃, 바람직하게는 450 내지 800℃, 보다 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도가 되도록 설정한다. 각 불활성 가스 공급계로부터 공급하는 퍼지 가스로서의 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm(0.1 내지 2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
[스텝 3a]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(243d)를 개방하여, 가스 공급관(232d)에 O2 가스를 흘린다. O2 가스는 가스 공급관(232d)으로부터 흘러, MFC(241d)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 O2 가스는, 가스 공급관(232c)을 경유하여, 노즐(233c)의 가스 공급 구멍(248c)으로부터 가열된 감압 상태의 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이때 동시에, 밸브(243e)를 개방하여, 가스 공급관(232e)에 H2 가스를 흘린다. H2 가스는 가스 공급관(232e)으로부터 흘러, MFC(241e)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 H2 가스는, 가스 공급관(232c)을 경유하여, 노즐(233c)의 가스 공급 구멍(248c)으로부터 가열된 감압 상태의 버퍼실(237) 내에 공급된다. 또한, H2 가스는, 가스 공급관(232c)을 경유할 때에 가스 공급관(232c) 내에서 O2 가스와 혼합된다. 즉, 노즐(233c)로부터는, O2 가스와 H2 가스의 혼합 가스가 공급되게 된다. 버퍼실(237) 내에 공급된 O2 가스와 H2 가스의 혼합 가스는, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248d)으로부터, 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다(O2 가스+H2 가스 공급).
이때, 밸브(243i)를 개방하여, 불활성 가스 공급관(232i)으로부터 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. N2 가스는 MFC(241i)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232d) 내에 공급된다. 또한, 밸브(243j)를 개방하여, 불활성 가스 공급관(232j)으로부터 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. N2 가스는 MFC(241j)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232e) 내에 공급된다. 이 경우, 노즐(233c)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, 노즐(233a, 233b, 233d)이나, 가스 공급관(232c)의 상류측으로의 O2 가스와 H2 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243f 내지 243h, 243m)를 개방하여, 불활성 가스 공급관(232f 내지 232h, 232m) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(232a, 232b, 232c, 232l), 노즐(233a 내지 233d), 버퍼실(237)을 통해 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 대기압 미만, 예를 들어 1 내지 1000Pa의 범위 내의 압력으로 유지한다. MFC(241d)로 제어하는 O2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1000 내지 10000sccm(1 내지 10slm)의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241e)로 제어하는 H2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1000 내지 10000sccm(1 내지 10slm)의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241f 내지 241j, 241m)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm(0.1 내지 2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 또한, 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 1a의 HCDS 가스의 공급시와 마찬가지의 온도대로서, 후술하는 산화력 향상의 효과가 현저해지는 온도대, 즉, 예를 들어 450 내지 800℃, 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도가 되도록 설정한다. 또한, 이 범위 내의 온도이면 감압 분위기 하에서의 O2 가스에 대한 H2 가스 첨가에 의한 산화력 향상의 효과(후술)가 현저해지는 것을 확인하였다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 너무 낮으면 산화력 향상의 효과를 얻을 수 없는 것도 확인하였다. 스루풋을 고려하면, 이와 같이, 스텝 1a 내지 3a에서 처리실(201) 내의 온도를 마찬가지의 온도대로 유지하도록 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 스텝 1a 내지 스텝 4a(후술)에 걸쳐서 처리실(201) 내의 온도를 마찬가지의 온도대로 유지하도록 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 스텝 1a 내지 스텝 4a(후술)에 걸쳐서 처리실(201) 내의 온도가 예를 들어 450 내지 800℃, 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 일정한 온도가 되도록 히터(207)의 온도를 설정한다.
상술한 조건에서 O2가스 및 H2 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써, O2 가스 및 H2 가스는 가열된 감압 분위기 하에서 논 플라즈마로 열적으로 활성화되어 반응하여, 그것에 의해 원자 형상 산소(atomic oxygen, O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종이 생성된다. 그리고, 주로 이 산화종에 의해, 스텝 1a에서 웨이퍼(200) 위에 형성된 실리콘 함유층에 대해 산화 처리가 행하여진다. 그리고, 이 산화 처리에 의해, 실리콘 함유층은 실리콘 산화층(SiO2층, 이하, 간단히 SiO층이라고도 함)으로 변화된다(개질된다). 이와 같이, 이 산화 처리에 의하면, O2 가스를 단독으로 공급하는 경우에 비해, 산화력을 대폭으로 향상시킬 수 있다. 즉, 감압 분위기 하에서 O2 가스에 H2 가스를 첨가함으로써, O2 가스 단독 공급의 경우에 비해 대폭적인 산화력 향상 효과가 얻어진다.
또한, 이때, O2 가스와 H2 가스 중 적어도 어느 한쪽 또는 양쪽을 플라즈마로 활성화시켜 흘릴 수도 있다. O2 가스 및/또는 H2 가스를 플라즈마로 활성화시켜 흘림으로써, 보다 에너지가 높은 활성종을 포함하는 산화종을 생성할 수 있고, 이 산화종에 의해 산화 처리를 행함으로써, 디바이스 특성이 향상되는 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 통하여 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(248d)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 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 전력이 되도록 설정한다. 기타의 처리 조건은, 상술한 처리 조건과 마찬가지로 한다. 또한, 상술한 온도대에서는, O2 가스와 H2 가스는 열로 활성화되어 충분히 반응하여, 충분한 양의 원자 형상 산소(O) 등의 산화종이 생성된다. 따라서, O2 가스와 H2 가스를 논 플라즈마로 열적으로 활성화시켜도 충분한 산화력이 얻어진다. 또한, O2 가스와 H2 가스는 열로 활성화시켜서 공급하는 것이, 플라즈마 대미지를 주지 않고 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, 상술한 산화 처리를 소프트하게 행할 수 있다.
산소 함유 가스, 즉 산화성 가스로서는, 산소(O2) 가스 외에, 오존(O3) 가스 등을 사용해도 된다. 또한, 상술한 온도대에서, 일산화질소(NO) 가스나 아산화질소(N2O) 가스에의 수소 함유 가스 첨가 효과를 시험해 본 결과, NO 가스 단독 공급이나 N2O 가스 단독 공급에 비해 산화력 향상의 효과가 얻어지지 않는 것을 확인하였다. 즉, 산소 함유 가스로서는 질소 비함유의 산소 함유 가스(질소를 포함하지 않고 산소를 포함하는 가스)를 사용하는 것이 바람직하다. 수소 함유 가스, 즉 환원성 가스로서는, 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 중에의 혼입을 생각할 수 있다. 즉, 수소 함유 가스로서는, 타 원소 비함유의 수소 함유 가스(타 원소를 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 4a]
실리콘 함유층을 실리콘 산화층으로 변화시킨 후, 밸브(243d)를 폐쇄하여, O2 가스의 공급을 정지한다. 또한, 밸브(243e)를 폐쇄하여, H2 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 상태로 해서, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 실리콘 산화층 형성에 기여한 후의 O2 가스나 H2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 밸브(243f 내지 243g, 243m)는 개방한 상태로 해서, N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 실리콘 산화층 형성에 기여한 후의 O2 가스나 H2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 더 높일 수 있다(잔류 가스 제거).
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 행하여지는 스텝 1a에서 악영향이 발생하지는 않는다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어, 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 1a에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
이때의 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, O2 가스 및 H2 가스의 공급시와 동일하게, 예를 들어 450 내지 800℃, 바람직하게는 550 내지 750℃의 범위 내의 온도가 되도록 설정한다. 각 불활성 가스 공급계로부터 공급하는 퍼지 가스로서의 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm(0.1 내지 2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
상술한 스텝 1a 내지 4a를 1 사이클로 하여, 이 사이클을 1회 이상, 예를 들어 복수회 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 소정 막 두께의 제1 실리콘 산화막을 성막할 수 있다. 제1 실리콘 산화막은, 후술하는 공정에서 형성하는 실리콘 질화막의 하지막이 된다.
계속해서, NH3 가스 선행 공급 공정이 행하여지고, NH3 가스 선행 공급 공정에 이어 실리콘 질화막 형성 공정이 행하여진다. NH3 가스 선행 공급 공정에 대해서는 후술한다.
(실리콘 질화막 형성 공정)
실리콘 질화막 형성 공정에서는, 이하의 스텝 1b 내지 4b를 1 사이클로 해서 이 사이클을 1회 이상 행함으로써, 하지막으로서의 제1 실리콘 산화막 위에 소정 막 두께의 실리콘 질화막을 성막한다. 정확하게는, 실리콘 질화막은, NH3 가스 선행 공급 공정에서 그 표면이 실리콘 질화층으로 개질된 제1 실리콘 산화막 위에, 즉, 제1 실리콘 산화막의 최외측 표면에 형성된 실리콘 질화층(이하, 하지층이라고도 함) 위에 형성된다. 단, 이하의 설명에서는, 편의상, 실리콘 질화막 등은 제1 실리콘 산화막 위에 형성된다고 표현하는 경우도 있다. 또한, 여기에서는, 제2 원료 가스로서, 제1 실리콘 산화막의 형성에서 사용한 HCDS 가스가 아니라, HCDS 가스보다 열분해 온도가 높고, 반응성이 낮은 DCS 가스를 사용한다. 또한, 실리콘 질화막의 형성은, 웨이퍼(200)의 온도가, 상술한 제1 실리콘 산화막 형성 공정에서의 웨이퍼(200)의 온도와의 차가 150℃ 이내, 바람직하게는 100℃ 이내가 되도록 유지하여 행한다.
[스텝 1b]
밸브(243b)를 개방하여, 가스 공급관(232b)에 DCS 가스를 흘린다. DCS 가스는, 가스 공급관(232b)으로부터 흘러, MFC(241b)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 DCS 가스는, 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터, 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다(DCS 가스 공급).
이때 밸브(243g)를 개방하여, 불활성 가스 공급관(232g)으로부터 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. N2 가스는, MFC(241g)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232b) 내에 공급된다. 유량 조정된 N2 가스는, 가스 공급관(232b) 내에서, 유량 조정된 DCS 가스와 혼합되어, 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터, 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기되게 된다. 또한, 이때, 버퍼실(237) 내나, 노즐(233a, 233c, 233d) 내로의 DCS 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243f, 243h, 243i, 243j, 243m)를 개방하여, 불활성 가스 공급관(232f, 232h, 232i, 232j, 232m) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(232a, 232c, 232d, 232e, 232l), 노즐(233a, 233c, 233d), 버퍼실(237)을 통해 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 대기압 미만, 예를 들어 10 내지 1000Pa의 범위 내의 압력으로 유지한다. MFC(241b)로 제어하는 DCS 가스의 공급 유량은, 예를 들어 10 내지 1000sccm(0.01 내지 1slm)의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241f 내지 241j, 243m)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm(0.1 내지 2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. DCS 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, 상술한 압력대에서 처리실(201) 내에서 CVD 반응이 발생하는 온도가 되도록 설정한다. 즉, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 550 내지 800℃, 바람직하게는 600 내지 800℃, 보다 바람직하게는 650 내지 750℃의 범위 내의 온도가 되도록 히터(207)의 온도를 설정한다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 550℃ 미만이 되면 웨이퍼(200) 위에서 DCS가 분해, 흡착되기 어려워진다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 600℃ 미만이 되면, DCS의 분해, 흡착이 충분히 행하여지지 않아, 실용적인 성막 레이트를 얻는 것이 어려워지는 경우가 있다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 650℃ 이상이 되면, DCS의 분해, 흡착이 충분히 행하여져, 실용적으로 충분한 성막 레이트가 얻어지게 된다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 750℃, 특히 800℃를 초과하면 CVD 반응이 강해져, 막 두께 균일성의 악화가 현저해진다. 따라서, 웨이퍼(200)의 온도는 550 내지 800℃로 하는 것이 바람직하고, 600 내지 800℃로 하는 것이 보다 바람직하고, 650 내지 750℃로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도는, 제1 실리콘 산화막 형성 공정에서의 웨이퍼(200)의 온도와 마찬가지의 온도로 할 수도 있지만, 상이한 온도로 할 수도 있다. 예를 들어, 본 실시 형태와 같이, 제1 실리콘 산화막 형성 공정에서 HCDS 가스를 사용하고, 실리콘 질화막 형성 공정에서 HCDS 가스보다 반응성이 낮은 가스인 DCS 가스를 사용하는 경우, 실리콘 질화막 형성 공정에서의 웨이퍼(200)의 온도(제2 온도)를 제1 실리콘 산화막 형성 공정에서의 웨이퍼(200)의 온도(제1 온도)보다 높게 하는 것이 바람직한 경우도 있다. 이 경우, 스루풋의 저하를 억제하기 위해서, 제1 온도와 제2 온도의 차가 150℃ 이내, 바람직하게는 100℃ 이내가 되도록 한다. 예를 들어, 제1 온도를 550 내지 600℃로 하고, 제2 온도를 650 내지 700℃로 하는 것도 가능하다.
상술한 조건, 즉 CVD 반응이 발생하는 조건 하에서 DCS 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써, 제1 실리콘 산화막(하지층) 위에 예를 들어 1 원자층 미만 내지 수 원자층 정도의 두께의 실리콘 함유층이 형성된다. 실리콘 함유층은 DCS 가스의 흡착층이어도 되고, 실리콘층(Si층)이어도 되고, 그 양쪽을 포함하고 있어도 된다. 단, 실리콘 함유층은 Si 및 Cl을 포함하는 층인 것이 바람직하다.
여기서 실리콘층이란, Si에 의해 구성되는 연속적인 층 외에, 불연속인 층이나, 이들이 겹쳐서 생기는 실리콘 박막도 포함하는 총칭이다. 또한, Si에 의해 구성되는 연속적인 층을 실리콘 박막이라고 하는 경우도 있다. 또한, 실리콘층을 구성하는 Si는, Cl이나 H와의 결합이 완전히 끊어져 있지 않은 것도 포함한다.
또한, DCS 가스의 흡착층은, DCS 가스의 가스 분자가 연속적인 화학 흡착층 외에, 불연속인 화학 흡착층도 포함한다. 즉, DCS 가스의 흡착층은, DCS 분자로 구성되는 1 분자층 또는 1 분자층 미만의 두께의 흡착층을 포함한다. 또한, DCS 가스의 화학 흡착층을 구성하는 DCS(SiH2Cl2) 분자는, Si와 Cl의 결합이나 Si와 H의 결합이 일부 끊어진 것(SiHxCly 분자)도 포함한다. 즉, DCS의 화학 흡착층은, SiH2Cl2 분자 및/또는 SiHxCly 분자의 연속적인 화학 흡착층이나 불연속인 화학 흡착층을 포함한다.
DCS 가스가 자기 분해(열분해)하는 조건 하, 즉, DCS의 열분해 반응이 발생하는 조건 하에서는, 제1 실리콘 산화막(하지층) 위에 Si가 퇴적됨으로써 실리콘층이 형성된다. DCS 가스가 자기 분해(열분해)하지 않는 조건 하, 즉, DCS의 열분해 반응이 발생하지 않는 조건 하에서는, 제1 실리콘 산화막(하지층) 위에 DCS 가스가 흡착됨으로써 DCS 가스의 흡착층이 형성된다. 또한, 제1 실리콘 산화막(하지층) 위에 DCS 가스의 흡착층을 형성하는 것보다 실리콘층을 형성하는 것이, 성막 레이트를 더 높게 할 수 있어 바람직하다.
제1 실리콘 산화막(하지층) 위에 형성되는 실리콘 함유층의 두께가 수 원자층을 초과하면, 후술하는 스텝 3b에서의 질화(개질)의 작용이 실리콘 함유층의 전체에 도달하지 않게 된다. 또한, 제1 실리콘 산화막(하지층) 위에 형성 가능한 실리콘 함유층의 두께의 최소값은 1 원자층 미만이다. 따라서, 실리콘 함유층의 두께는 1 원자층 미만 내지 수 원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1 원자층 이하, 즉, 1 원자층 또는 1 원자층 미만으로 함으로써, 후술하는 스텝 3b에서의 질화 반응(개질 반응)의 작용을 상대적으로 높일 수 있어, 스텝 3b의 질화 반응(개질 반응)에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 즉, 스텝 3b에서의 실리콘 함유층의 질화를 효율적으로 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 스텝 1a의 실리콘 함유층 형성에 필요로 하는 시간을 단축할 수도 있다. 결과적으로, 1 사이클당의 처리 시간을 단축할 수 있어, 총 처리 시간을 단축하는 것도 가능하게 된다. 즉, 성막 레이트를 높게 하는 것도 가능하게 된다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1 원자층 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능하게 된다.
제2 원료 가스(제2 실리콘 함유 가스)로서는, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스 외에, 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스, 테트라클로로실란 즉 실리콘테트라클로라이드(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스, 모노실란(SiH4) 가스 등의 무기 원료뿐만 아니라, 아미노실란계의 테트라키스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭: 4DMAS) 가스, 트리스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS) 가스, 비스디에틸아미노실란(Si[N(C2H5)2]2H2, 약칭: 2DEAS) 가스, 비스터셜부틸아미노실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS) 가스 등의 유기 원료를 사용해도 된다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용해도 된다.
[스텝 2b]
제1 실리콘 산화막(하지층) 위에 실리콘 함유층이 형성된 후, 밸브(243b)를 폐쇄하여, DCS 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 상태로 해서, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 DCS 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 밸브(243f 내지 243j, 243m)는 개방한 상태로 해서, N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 DCS 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 더 높일 수 있다(잔류 가스 제거).
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 행하여지는 스텝 3b에서 악영향이 발생하지는 않는다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어, 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 3b에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
이때의 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가 DCS 가스의 공급시와 동일하게, 예를 들어 550 내지 800℃, 바람직하게는 600 내지 800℃, 보다 바람직하게는 650 내지 750℃의 범위 내의 온도가 되도록 설정한다. 각 불활성 가스 공급계로부터 공급하는 퍼지 가스로서의 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm(0.1 내지 2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
[스텝 3b]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(243c)를 개방하여, 가스 공급관(232c)에 NH3 가스를 흘린다. NH3 가스는 가스 공급관(232c)으로부터 흘러, MFC(241c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 NH3 가스는, 가스 공급관(232c)을 경유하여, 노즐(233c)의 가스 공급 구멍(248c)으로부터 가열된 감압 상태의 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이때, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 고주파 전력을 인가하면, 버퍼실(237) 내에 공급된 NH3 가스는 플라즈마로 활성화되게 된다. 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 고주파 전력을 인가하지 않으면, 버퍼실(237) 내에 공급된 NH3 가스는 열로 활성화되게 된다. 본 실시 형태에서는, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 고주파 전력을 인가하지 않음으로써, 버퍼실(237) 내에 공급된 NH3 가스를 열로 활성화하도록 하고 있다. 이에 의해, 버퍼실(237) 내에 공급된 NH3 가스는, 열로 활성화되어, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248c)으로부터 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다(NH3 가스 공급). 또한, NH3 가스는 플라즈마로 활성화시켜서 공급할 수도 있지만, 열로 활성화시켜서 공급하는 것이, 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, 후술하는 질화를 소프트하게 행할 수 있다.
이때, 밸브(243h)를 개방하여, 불활성 가스 공급관(232h)으로부터 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. N2 가스는 MFC(241h)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232c) 내에 공급된다. 유량 조정된 N2 가스는, 가스 공급관(232c) 내에서, 유량 조정된 NH3 가스와 혼합되어, 노즐(233c)의 가스 공급 구멍(248c)으로부터 가열된 감압 상태의 버퍼실(237) 내에 공급되고, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(248d)으로부터 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기되게 된다. 또한, 이때, 노즐(233a, 233b, 233d)이나, 가스 공급관(232d, 232e)내로의 NH3 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243f, 243g, 243i, 243j, 243m)를 개방하여, 불활성 가스 공급관(232f, 232g, 232i, 232j, 232m) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(232a, 232b, 232d, 232e, 232l), 노즐(233a 내지 233d), 버퍼실(237)을 통해 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 대기압 미만, 예를 들어 1 내지 3000Pa의 범위 내의 압력으로 유지한다. MFC(241c)로 제어하는 NH3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm(0.1 내지 10slm)의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241f 내지 241j, 243m)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm(0.1 내지 2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. NH3 가스를 웨이퍼(200)에 노출하는 시간은, 예를 들어 1 내지 120초의 범위 내의 시간으로 한다. 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 스텝 1b의 DCS 가스의 공급시와 마찬가지의 온도대, 즉, 예를 들어 550 내지 800℃, 바람직하게는 600 내지 800℃, 보다 바람직하게는 650 내지 750℃의 범위 내의 온도가 되도록 설정한다. 또한, 이 범위 내의 온도라면 감압 분위기 하에서의 NH3 가스에 의한 질화의 효과(후술), 즉, 실리콘 함유층의 질화 반응이 얻어지는 것을 확인하였다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 너무 낮으면 질화의 효과를 얻을 수 없는 것도 확인하였다. 스루풋을 고려하면, 이와 같이, 스텝 1b 내지 3b에서 처리실(201) 내의 온도를 마찬가지의 온도대로 유지하도록 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 스텝 1b 내지 스텝 4b(후술)에 걸쳐서 처리실(201) 내의 온도를 마찬가지의 온도대로 유지하도록 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 보다 바람직한 것은 상술한 바와 같다.
상술한 조건에서 NH3 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써, NH3 가스는 가열된 감압 분위기 하에서 논 플라즈마로 열적으로 활성화되거나, 또는 열분해하여, 질소를 포함하는 질화종이 생성된다. 이때, 처리실(201) 내에는 DCS 가스는 흘리지 않고 있으므로, NH3 가스는 기상 반응을 일으키지 않고, NH3 가스가 열적으로 활성화되거나, 또는 열분해함으로써 얻어진 질화종은, 스텝 1b에서 제1 실리콘 산화막(하지층) 위에 형성된 실리콘 함유층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해, 실리콘 함유층에 대하여 질화 처리가 행하여지고, 이 질화 처리에 의해, 실리콘 함유층은 실리콘 질화층(Si3N4층, 이하, 간단히 SiN층이라고도 함)으로 변화된다(개질된다).
또한, 이때, 상술한 바와 같이 NH3 가스를 플라즈마로 활성화시켜서 흘릴 수도 있다. NH3 가스를 플라즈마로 활성화시켜서 흘림으로써, 보다 에너지가 높은 활성종을 포함하는 질화종을 생성할 수 있고, 이 질화종에 의해 질화 처리를 행함으로써, 디바이스 특성이 향상되는 등의 효과도 생각할 수 있다. NH3 가스를 플라즈마로 활성화시키는 경우, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 통해 고주파 전력을 인가함으로써, 버퍼실(237) 내에 공급된 NH3 가스는 플라즈마로 활성화되어(플라즈마 여기되어), NH3 *(암모니아의 활성종)를 포함하는 가스(질화종)로서 가스 공급 구멍(248d)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어 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 전력이 되도록 설정한다. 기타의 처리 조건은, 상술한 처리 조건과 마찬가지로 한다. 또한, 상술한 온도대에서는, NH3 가스는 열로 충분히 활성화되어, 충분한 양의 질화종이 생성된다. 따라서, NH3 가스를 논 플라즈마로 열적으로 활성화시켜도 충분한 질화력이 얻어진다. 또한, NH3 가스는 열로 활성화시켜서 공급하는 것이, 플라즈마 대미지를 주지 않고 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, 상술한 질화 처리를 소프트하게 행할 수 있다.
질소 함유 가스로서는, NH3 가스 외에, 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스나, 아민계의 가스 등을 사용해도 된다.
[스텝 4b]
실리콘 함유층을 실리콘 질화층으로 변화시킨 후, 밸브(243c)를 폐쇄하여, NH3 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 상태로 해서, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 실리콘 질화층 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 밸브(243f 내지 243j, 243m)는 개방한 상태로 해서, N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 실리콘 질화층 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 더 높일 수 있다(잔류 가스 제거).
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 행하여지는 스텝 1b에서 악영향이 발생하지는 않는다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어, 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 1b에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
이때의 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가 NH3 가스의 공급시와 동일하게 예를 들어 550 내지 800℃, 바람직하게는 600 내지 800℃, 보다 바람직하게는 650 내지 750℃의 범위 내의 온도가 되도록 설정한다. 각 불활성 가스 공급계로부터 공급하는 퍼지 가스로서의 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 2000sccm(0.1 내지 2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
상술한 스텝 1b 내지 4b를 1 사이클로 하고, 이 사이클을 1회 이상, 예를 들어, 복수 회 행함으로써, 하지막으로서의 제1 실리콘 산화막 위에 정확하게는, NH3 가스 선행 공급 공정에서 제1 실리콘 산화막의 최외측 표면에 형성된 실리콘 질화층 위에 소정 막 두께의 실리콘 질화막을 성막할 수 있다. 실리콘 질화막은, 후술하는 공정에서 형성하는 제2 실리콘 산화막의 하지막이 된다.
(제2 실리콘 산화막 형성 공정)
계속해서, 이하의 스텝 1c 내지 4c를 1 사이클로 해서 이 사이클을 1회 이상 행함으로써, 하지막으로서의 실리콘 질화막 위에 소정 막 두께의 제2 실리콘 산화막을 성막한다.
스텝 1c 내지 4c는, 상술한 제1 실리콘 산화막 형성 공정의 스텝 1a 내지 4a와 마찬가지의 수순, 및 마찬가지의 조건에서 행한다. 즉, 제2 실리콘 산화막을 형성할 때에는, 원료 가스로서, 제1 원료 가스, 즉, 제1 실리콘 산화막 형성 공정에서 사용한 HCDS 가스를 사용한다. 또한, 제2 실리콘 산화막의 형성은, 웨이퍼(200)의 온도가, 상술한 제1 실리콘 산화막 형성 공정에서의 웨이퍼(200)의 온도와 마찬가지의 온도대가 되도록 유지하여 행한다.
그리고, 이 스텝 1c 내지 4c를 1 사이클로 하고, 이 사이클을 1회 이상, 예를 들어 복수 회 행함으로써, 실리콘 질화막 위에 소정 막 두께의 제2 실리콘 산화막을 성막할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(200) 위에는, 제1 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 제2 실리콘 산화막이 순서대로 적층되어 이루어지는 ONO 적층 구조의 절연막이 형성되게 된다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
ONO 적층 구조의 절연막이 성막되면, 밸브(243f 내지 243j, 243m)를 개방하여, 불활성 가스 공급관(232f 내지 232j, 232m)의 각각으로부터 불활성 가스로서의 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급해서 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 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 하단이 개구됨과 함께, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 유지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 처리실(201)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(NH3 가스 선행 공급 공정)
상술한 처리에 있어서, 제1 실리콘 산화막 형성 공정을 행한 후에, 실리콘 질화막 형성 공정을 연속해서 행하도록 하면, 실리콘 질화막의 형성 초기에 있어서, 제1 실리콘 산화막 표면에의 제2 원료 가스의 흡착이나 Si의 퇴적에 지연(소위 인큐베이션 타임)이 발생하여, 실리콘 질화막의 형성 개시가 지연되고, ONO 적층 구조의 절연막을 성막할 때의 생산성이 저하되는 경우가 있다. 예를 들어, 실리콘 질화막의 형성에 사용하는 제2 원료 가스로서, HCDS 가스보다 열분해 온도가 높고, 반응성이 낮은 DCS 가스를 사용하는 경우, 실리콘 질화막 형성 공정의 스텝 1b를 개시해도, 즉시 제1 실리콘 산화막 표면에 DCS 가스가 화학 흡착되지 않거나, Si가 퇴적되지 않아, 상술한 인큐베이션 타임이 증대되는 경우가 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 제1 실리콘 산화막 형성 공정을 행한 후, 실리콘 질화막 형성 공정을 행하기 전에 처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대하여 질소 함유 가스로서 NH3 가스를 선행하여 공급하는 공정을 행하도록 하고 있다. 이하, NH3 가스 선행 공급 공정에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 따른 NH3 가스 선행 공급 공정에서는, 후술하는 스텝 1d, 2d를 순서대로 행함으로써, 제1 실리콘 산화막의 표면에 대하여 질화 처리를 행하여, 제1 실리콘 산화막의 표면에 시드층으로서의 Si-N 결합을 갖는 층, 즉 실리콘 질화층을 형성한다.
[스텝 1d]
웨이퍼(200) 위에 제1 실리콘 산화막이 형성된 후, 실리콘 질화막 형성 공정의 스텝 3b와 마찬가지의 수순에 의해, 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 NH3 가스(또는 NH3 가스와 N2 가스의 혼합 가스)를 공급해서 배기한다(NH3 가스 공급). NH3 가스가 열적으로 활성화되거나, 또는 열분해함으로써 얻어진 질화종은, 제1 실리콘 산화막의 표면과 반응한다. 이에 의해, 제1 실리콘 산화막의 표면에 대하여 질화 처리(열 질화 처리)가 행하여지고, 이 질화 처리에 의해, 제1 실리콘 산화막의 표면은, Si-N 결합을 갖는 층, 즉 실리콘 질화층으로 변화된다(개질된다).
[스텝 2d]
제1 실리콘 산화막의 표면을 실리콘 질화층으로 변화시킨 후, 실리콘 질화막 형성 공정의 스텝 4b와 마찬가지의 수순에 의해, NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제함과 함께, 처리실(201) 내를 N2 가스에 의해 퍼지한다(잔류 가스 제거).
상술한 스텝 1d, 2d를 행함으로써, 하지막으로서의 제1 실리콘 산화막 위에 소정 두께의 실리콘 질화층을 형성할 수 있다. 그 후, 상술한 실리콘 질화막 형성 공정, 제2 실리콘 산화막 형성 공정을 순서대로 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 제1 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 제2 실리콘 산화막이 순서대로 적층되어 이루어지는 ONO 적층 구조의 절연막이 형성된다.
또한, NH3 가스 선행 공급 공정의 처리 조건은, 스텝 3b, 4b와 대략 마찬가지이다. 단, 스텝 1d에서의 처리실(201) 내의 압력은, 스텝 3b에서의 처리실(201) 내의 압력보다 높게 설정해도 된다. 예를 들어, 처리실(201) 내의 압력은 100 내지 3000Pa의 범위 내의 압력이 되도록 설정해도 된다. 처리실(201) 내의 압력을 높게 설정할수록, 제1 실리콘 산화막의 표면을 효율적으로 질화시킬 수 있다. 또한, NH3 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예를 들어 60 내지 300초의 범위 내의 시간이 되도록, 스텝 3b에서의 NH3 가스 공급 시간보다 길게 설정해도 된다. 도 5는, NH3 가스 선행 공급 공정에서 NH3 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간을, 스텝 3b에서 NH3 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간보다 길게 하는 모습을 나타내고 있다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도는, 스텝 1a 내지 4a에서의 웨이퍼(200)의 온도(제1 온도) 이상의 온도이며, 스텝 1b 내지 4b에서의 웨이퍼(200)의 온도(제2 온도) 이하의 온도로 해도 된다. 단, 웨이퍼(200)의 온도를, 스텝 1b 내지 4b에서의 웨이퍼(200)의 온도(제2 온도)와 마찬가지의 온도로 함으로써, 제1 실리콘 산화막의 표면을 충분히 개질(질화)시킬 수 있다. 이 경우, 웨이퍼(200)의 온도를 스텝 1d 내지 2d 및 스텝 1b 내지 4b에 걸쳐서 변경하지 않으므로, 그만큼 생산성을 향상시킬 수 있다. 즉, 웨이퍼(200)의 온도는, 제2 온도와 마찬가지의 온도로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, NH3 가스 선행 공급 공정에서 제1 실리콘 산화막의 표면에 형성하는 Si-N 결합을 갖는 층(실리콘 질화층)의 두께는, 예를 들어, 0.1 내지 2nm, 바람직하게는 1 내지 2nm의 범위 내의 두께로 하는 것이 좋다.
본 실시 형태에서는, NH3 가스 선행 공급 공정에서 제1 실리콘 산화막의 표면에 형성한 실리콘 질화층이, 제1 실리콘 산화막 위에 대한 제2 원료 가스의 화학 흡착이나, Si의 퇴적을 촉진시키는 층으로서 작용한다. 즉, 제1 실리콘 산화막의 표면에 형성한 실리콘 질화층이, 실리콘 질화막의 형성 초기에 있어서, 실리콘 질화막의 성장을 촉진시키는 초기층, 즉 시드층으로서 작용한다. 그 결과, 제2 원료 가스로서, HCDS 가스보다 열분해 온도가 높고, 반응성이 낮은 DCS 가스 등을 사용하는 경우에도, 실리콘 질화막의 형성을 신속히 개시시킬 수 있어(인큐베이션 타임을 단축시킬 수 있어), ONO 적층 구조의 절연막을 성막할 때의 생산성을 일층 향상시킬 수 있다.
(3) 클리닝 공정
이어서, 처리실(201) 내를 클리닝하는 클리닝 공정에 대하여 설명한다. 기판에 대하여 ONO 적층 구조의 절연막 성막을 반복하면, 처리실(201) 내, 예를 들어 반응관(203)의 내벽이나 매니폴드(209)의 내벽 등에, 산화막으로서의 SiO막 등과 질화막으로서의 SiN막 등과의 적층막(ONO막 등)을 포함하는 퇴적물이나, SiO를 포함하는 SiN 비함유의 퇴적물이 부착된다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 반응관(203)의 내벽 등에 부착된 퇴적물의 두께가, 퇴적물에 박리·낙하가 발생하기 전의 소정의 두께에 달하기 전에, 처리실(201) 내의 클리닝을 행한다.
본 실시 형태에서는 클리닝 공정으로서, 매니폴드(209)에 설치되고, 매니폴드(209)로부터 반응관(203) 내까지 상방으로 연장된 제1 노즐로서의 노즐(233a, 233b)로부터, 적어도 반응관(203)의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정과, 매니폴드(209)에 설치된 제2 노즐로서의 노즐(233d)로부터, 적어도 매니폴드(209)의 내벽에 대하여 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 실시한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 바람직하게는, 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정에서는, 반응관(203)의 내벽을 포함하는 제1 부분에 부착된 산화막과 질화막의 적층막을 포함하는 퇴적물을 제거하고, 불화 수소 가스를 공급하는 공정에서는, 매니폴드(209)의 내벽을 포함해서 적층막 형성 시에 제1 부분보다 저온이 되는 제2 부분에 부착된 산화막을 포함하는 퇴적물을 제거한다.
여기서, 제1 부분은, 적층막 형성 시에 제2 부분보다 고온이 되는 부분으로서, 반응관(203)의 내벽을 포함하고, 산화막으로서의 SiO막 등과 질화막으로서의 SiN막 등의 적층막(ONO막 등)을 포함하는 퇴적물이 부착되는 부분이다. SiO막 등과 SiN막 등의 적층막(ONO막 등)을 포함하는 퇴적물은, 반응관(203)의 내벽뿐만 아니라, 매니폴드(209)의 내벽에서의 상부에도 부착되는 경우가 있다. 따라서, 반응관(203)의 내벽뿐만 아니라 매니폴드(209)의 내벽에서의 상부도 제1 부분에 포함되는 경우가 있다.
또한, 제2 부분은, 제1 부분보다 저온이 되는 부분으로서, 매니폴드(209)의 내벽을 포함하고, 산화막으로서의 SiO막 등을 포함하는 퇴적물은 부착되지만, 질화막으로서의 SiN막 등은 부착되지 않는 부분이다. 즉, 본 실시 형태에서는, 제2 부분에 부착되는 퇴적물은, SiO를 포함하는 SiN 비함유의 물질이다. 본 실시 형태에서는, SiO를 포함하는 SiN 비함유의 물질은, 매니폴드(209)의 내벽뿐만 아니라, 노즐(233a 내지 233d)의 하부, 버퍼실(237)의 외벽 하부, 시일 캡(219)의 상면, 회전축(255)의 측면, 단열 부재(218)의 측면이나 저면 등에도 부착되는 경우가 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 이들 부분도 제2 부분에 포함되는 경우가 있다.
이하, 도 6을 사용하여 클리닝 공정에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다. 여기에서는, 제1 클리닝 가스로서의 수소 비함유계의 불소계 가스로서 3불화염소 가스(ClF3 가스)를 사용하고, 제2 클리닝 가스로서 불화 수소 가스(HF)를 사용하고, 희석 가스나 퍼지 가스로서 N2 가스를 사용하여, 처리실(201) 내에 부착된 SiO와 SiN의 적층막(ONO막 등)을 포함하는 퇴적물이나, SiO를 포함하는 SiN 비함유의 퇴적물을 논 플라즈마의 분위기 하에서, 서멀 에칭에 의해 제거하는 예에 대하여 설명한다.
(보트 로드)
빈 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를 장전하지 않은 보트(217)가 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220)을 통해 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다. 또한, 진공 펌프(246)는 적어도 클리닝 처리가 완료될 때까지의 동안은 항상 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내가 원하는 온도로 되도록, 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태가 피드백 제어된다. 또한, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 클리닝 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행하여진다. 처리실(201) 내의 압력, 온도가, 각각 소정의 압력, 소정의 온도에 도달하면, 그 압력, 온도가 유지되도록 제어가 행하여진다. 계속해서, 회전 기구(267)에 의해 보트(217)가 회전된다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전은, 적어도, 클리닝 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행하여진다. 또한, 보트(217)는 회전시키지 않아도 된다.
(클리닝 공정)
계속해서, 처리실(201) 내의 온도, 압력이, 각각 소정의 온도, 소정의 압력으로 유지된 상태에서, 밸브(243k)를 개방하여, 가스 공급관(232k) 내에 ClF3 가스를 흘린다. 가스 공급관(232k) 내를 흐르는 ClF3 가스는, MFC(241k)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 ClF3 가스는, 가스 공급관(232a, 232b) 내를 흐른다. 가스 공급관(232a) 내를 흐른 ClF3 가스는, 노즐(233a)의 가스 공급 구멍(248a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어 배기관(231)으로부터 배기된다. 가스 공급관(232b) 내를 흐른 ClF3 가스는, 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어 배기관(231)으로부터 배기된다(ClF3 가스 공급).
밸브(243k)를 개방하기 전에, 밸브(243f, 243g)를 개방하여, 불활성 가스 공급관(232f, 232g)에 불활성 가스로서의 N2 가스를 선행하여 공급하도록 해도 된다. 불활성 가스 공급관(232f) 내를 흐르는 N2 가스는 MFC(241f)에 의해 유량 조정된다. 불활성 가스 공급관(232g)을 흐르는 N2 가스는 MFC(241g)에 의해 유량 조정된다. N2 가스를 공급한 상태에서 밸브(243k)를 개방함으로써, 가스 공급관(232k, 232a, 232b) 내에 ClF3 가스가 흘러, 이에 의해, 불활성 가스 공급관(232f) 내를 흐르는 N2 가스는, 가스 공급관(232a) 내에서 ClF3 가스와 혼합되어, 노즐(233a)의 가스 공급 구멍(248a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기되게 된다. 또한, 불활성 가스 공급관(232g) 내를 흐르는 N2 가스는, 가스 공급관(232b) 내에서 ClF3 가스와 혼합되어, 노즐(233b)의 가스 공급 구멍(248b)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기되게 된다.
밸브(243k)를 개방하기 전에 밸브(243f, 243g)를 개방하여, ClF3 가스를 공급하기에 앞서 불활성 가스로서의 N2 가스를 공급하는 것 대신에, 밸브(243k)를 개방하는 동시에 밸브(243f, 243g)를 개방하여, ClF3 가스를 공급하는 동시에 불활성 가스로서의 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. 또한, 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
또한, 밸브(243k)를 개방하는 동시에 밸브(243l)를 개방하여, 가스 공급관(232l) 내에 HF 가스를 흘린다. 가스 공급관(232l) 내를 흐르는 HF 가스는, MFC(241l)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 HF 가스는, 가스 공급관(232l) 내를 흘러, 노즐(233d)의 가스 공급 구멍(248e)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어 배기관(231)으로부터 배기된다. 이와 같이, 이 실시 형태에서는, 수소 비함유의 불소계 가스로서의 ClF3 가스를 공급하는 공정과, 수소를 포함하는 불소계 가스로서의 HF 가스를 공급하는 공정이 동시에 행하여진다(HF 가스 공급 공정).
밸브(243l)를 개방하기 전에 밸브(243m)를 개방하여, 불활성 가스 공급관(232m)에 불활성 가스로서의 N2 가스를 선행하여 공급하도록 해도 된다. 불활성 가스 공급관(232m) 내를 흐르는 N2 가스는 MFC(241m)에 의해 유량 조정된다. N2 가스를 공급한 상태에서 밸브(243l)를 개방함으로써, 가스 공급관(232l) 내에 HF 가스가 흐르고, 이에 의해, 가스 공급관(232m) 내를 흐르는 N2 가스는, 가스 공급관(232l) 내에서 HF 가스와 혼합되어, 노즐(233d)의 가스 공급 구멍(248e)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기되게 된다. 밸브(243l)를 개방하기 전에 밸브(243m)를 개방하여, HF 가스를 공급하기에 앞서 불활성 가스로서의 N2 가스를 공급하는 것 대신에, 밸브(243l)를 개방하는 동시에 밸브(243m)를 개방하여, HF 가스를 공급하는 동시에 불활성 가스로서의 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. 또한, 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar, He, Ne, Xe 등의 희가스를 사용해도 된다.
이와 같이, 처리실(201) 내에는, 노즐(233a, 233b)로부터 ClF3 가스가 도입됨과 함께, 노즐(233d)로부터 HF 가스가 도입된다. 처리실(201) 내에 도입된 ClF3 가스는, 처리실(201) 내를 통과할 때에 주로, 제1 부분으로서의 반응관(203)의 내벽이나, 매니폴드(209)의 내벽 상부 등에 퇴적된 SiO와 SiN의 적층막(ONO막 등)을 포함하는 퇴적물에 접촉하고, 이때에, 논 플라즈마의 분위기 하에서 열화학 반응에 의해 퇴적물이 제거된다. 즉, ClF3 가스의 열분해 등에 의해 발생하는 활성종 등의 에칭종과 퇴적물의 에칭 반응에 의해 ONO막 등을 포함하는 퇴적물이 제거된다. 또한, 처리실(201) 내에 도입된 HF 가스는, 처리실(201)을 통과할 때에 주로, 제2 부분으로서의 매니폴드(209)의 내벽, 노즐(233a 내지 233d)의 하부, 버퍼실(237)의 외벽 하부, 시일 캡(219)의 상면, 회전축(255)의 측면, 단열 부재(218)의 측면이나 저면 등에 퇴적된 SiO를 포함하는 SiN 비함유의 물질을 포함하는 퇴적물에 접촉하고, 이때에, 논 플라즈마의 분위기 하에서 열화학 반응에 의해 퇴적물이 제거된다. 즉, HF 가스의 열분해 등에 의해 발생하는 활성종 등의 에칭종과 퇴적물의 에칭 반응에 의해 SiO를 포함하는 SiN 비함유의 퇴적물이 제거된다.
또한, HCDS 가스의 도입에 사용되는 가스 공급관(232a)과 노즐(233a)을 사용하여 처리실(201) 내로의 ClF3 가스의 도입이 이루어지기 때문에, 가스 공급관(232a)과 노즐(233a) 내에 부착되거나 퇴적된 HCDS나 HCDS가 분해된 Si를 포함하는 물질이 ClF3 가스에 의해 제거된다. 또한, DCS 가스의 도입에 사용되는 가스 공급관(232b)과 노즐(233b)을 사용하여 처리실(201) 내로의 ClF3 가스의 도입이 이루어지기 때문에, 가스 공급관(232b)과 노즐(233b) 내에 부착되거나 퇴적된 DCS나 DCS가 분해된 Si를 포함하는 물질이 ClF3 가스에 의해 제거된다.
클리닝 공정에서의 조건으로서는,
처리실(201) 내의 온도: 25℃ 내지 700℃, 바람직하게는 50 내지 600℃,
처리실(201) 내의 압력: 133Pa(1Torr) 내지 53200Pa(400Torr),
ClF3 가스 공급 유량: 0.1 내지 5slm,
HF 가스 공급 유량: 0.1 내지 5slm,
N2 가스 공급 유량: 0 내지 20slm
이 예시되고, 각각의 클리닝 조건(에칭 조건)을 각각의 범위 내의 어떤 값으로 일정하게 유지함으로써 에칭, 즉 서멀 에칭에 의한 클리닝이 이루어진다.
미리 설정된 박막의 에칭 시간이 경과하여, 처리실(201) 내의 제1 부분과 제2 부분의 클리닝이 종료하면, 밸브(243k)를 닫음으로써 ClF3 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 정지함과 함께, 밸브(243l)를 닫음으로써, HF 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 정지한다. 이 실시 형태에서는, ClF3 가스의 처리실(201) 내로의 공급의 정지와 HF 가스의 처리실(201) 내로의 공급의 정지는 동시에 이루어진다.
(퍼지)
ClF3 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 정지하고, HF 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 정지한 후에도, 미리 정해진 소정 시간이 경과할 때까지의 동안은, 밸브(243a, 243g, 243m)를 개방한 상태로 함으로써, 각 불활성 가스 공급계로부터 처리실(201) 내로의 N2 가스의 공급을 계속하여, 이 N2 가스를 배기관(231)으로부터 배기함으로써, 처리실(201) 내에 잔류한 ClF3가스나 HF 가스나 반응 부생성물을 제거한다.
또한, 수소 비함유의 불소계 가스로서는, ClF3 가스 이외에, F2 가스, NF3 가스 등을 사용해도 된다.
(4) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 따르면, 처리실(201) 내에서의 고온이 되기 쉬운 부분인 제1 부분에 퇴적되는 SiO와 SiN의 적층막을 포함하는 퇴적물의 제거와, 처리실(201) 내에서의 저온이 되기 쉬운 부분인 제2 부분에 퇴적되는 SiO를 포함하는 SiN 비함유의 물질을 포함하는 퇴적물의 제거를 양립시킬 수 있다. 또한, 이러한 서로 다른 부위(부분)에 퇴적되는 서로 다른 퇴적물의 제거를 효율적으로 행하는 것이 가능하게 된다.
(5) 변형예
본 실시 형태에서의 클리닝 시퀀스는, 예를 들어 이하와 같이 변경시켜도 된다. 이 변형예에서도, 상술한 시퀀스와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 이하에 나타내는 변형예는, 임의로 조합하여 사용할 수 있다.
(변형예 1)
이하, 도 7을 사용하여 변형예 1에 대하여 설명한다. 도 6에 도시하는 클리닝 시퀀스에서는, 수소 비함유의 불소계 가스로서의 ClF3 가스를 공급하는 공정과, HF 가스를 공급하는 공정을 동시에 행하는 예에 대하여 설명하였다. 이에 반해, 이 변형예 1에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, HF 가스를 공급하는 공정을, 수소 비함유의 불소계 가스로서의 ClF3 가스를 공급하는 공정보다 선행하여 개시한다. 또한, 이 변형예 1에서는, 수소 비함유의 불소계 가스로서의 ClF3 가스를 공급하는 공정을, HF 가스를 공급하는 공정보다 선행하여 종료한다. 변형예 1에 의하면, 특히 제2 부분(처리실(201) 내에서 저온이 되기 쉬운 부분)에 퇴적되는 SiO를 포함하는 SiN 비함유의 물질을 포함하는 퇴적물의 제거를 우선적으로 행하는 것이 가능하게 된다.
(변형예 2)
이하, 도 8을 사용하여 변형예 2에 대하여 설명한다. 도 6에 도시하는 클리닝 시퀀스에서는, 수소 비함유의 불소계 가스로서의 ClF3 가스를 공급하는 공정과, HF 가스를 공급하는 공정을 동시에 행하는 예에 대하여 설명하였다. 이에 반해, 이 변형예 2에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 수소 비함유의 불소계 가스로서의 ClF3 가스를 공급하는 공정을, HF 가스를 공급하는 공정보다 선행하여 개시한다. 또한, 이 변형예 2에서는, HF 가스를 공급하는 공정을, ClF3 가스를 공급하는 공정보다 선행하여 종료한다. 변형예 2에 의하면, 특히 제1 부분(처리실(201) 내에서 고온이 되기 쉬운 부분)에 퇴적되는 SiO와 SiN의 적층막을 포함하는 퇴적물의 제거를 우선적으로 행하는 것이 가능하게 된다.
(변형예 3)
이하, 도 9를 사용하여 변형예 3에 대하여 설명한다. 이 변형예 3에서는, 도 9에 도시한 바와 같이, 반응관(203) 내의 온도를 제1 온도(T1)로 설정한 상태에서, 수소 비함유의 불소계 가스로서의 ClF3 가스를 공급하는 공정과 HF 가스를 공급하는 공정을 동시에 행하고, 그 후, 반응관(203) 내의 온도를 제1 온도(T1)보다 낮은 제2 온도(T2)로 설정한 상태에서, HF 가스를 공급하는 공정을 단독으로 행한다. 이와 같이, 퇴적물 제거 후에 반응관(203) 내로의 ClF3 가스의 공급을 정지한 후에도, 반응관(203) 내의 온도를 T1에서 T2로 강온하여, 반응관(203) 내로의 HF 가스의 공급을 계속함으로써, ClF3 가스에 의해 ONO막 등을 포함하는 퇴적물이 제거되어 드러난 반응관(203)의 내벽이나 보트(217)의 표면에 HF 가스가 다층 흡착되어, 이들 부재, 즉, 비금속 부재인 석영 부재의 표면을 원활하게 처치하는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 변형예 3에 의하면, 특히 제2 부분(처리실(201) 내에서 저온이 되기 쉬운 부분)에 퇴적되는 SiO를 포함하는 SiN 비함유의 물질을 포함하는 퇴적물의 제거를 우선적으로 행하는 것도 가능하게 된다.
(변형예 4)
이하, 도 10을 사용하여 변형예 4에 대하여 설명한다. 이 변형예 4에서는, 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 수소 비함유의 불소계 가스로서의 ClF3 가스를 공급하는 공정에서는, ClF3 가스를 간헐적으로 공급하고, HF 가스를 공급하는 공정에서는, HF 가스를 간헐적으로 공급한다. 또한, 이 변형예 4에서는, 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, APC 밸브(244)를 폐쇄한 상태에서 ClF3 가스를 공급하는 공정과 HF 가스를 공급하는 공정을 동시에 행하여, 처리실(201) 내에 ClF3 가스와 HF 가스를 봉입하는 공정과, APC 밸브(244)를 폐쇄한 상태에서 처리실(201) 내에 ClF3 가스와 HF 가스를 봉입한 상태를 유지하는 공정과, APC 밸브(244)를 개방한 상태에서 처리실(201) 내를 배기하는 공정을 포함하는 사이클을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복한다. 그리고, 이 변형예 4에서는, 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 처리실(201) 내에 ClF3 가스와 HF 가스를 봉입하는 공정과, 처리실(201) 내에 ClF3 가스와 HF 가스를 봉입한 상태를 유지하는 공정에서는, APC 밸브(244)가 폐쇄되고, 처리실(201) 내를 배기하는 공정에서는, APC 밸브(244)가 개방된다. 변형예 4에 의하면, 클리닝 가스(ClF3 가스, HF 가스)를 처리실(201) 내에 공급하면서 배기하는 것이 아니라, 처리실(201) 내에 소정 시간 봉입되도록 하므로, 서멀 에칭에 기여하는 클리닝 가스의 양을 증가시킬 수 있어, 클리닝 효율을 높이는 것이 가능하게 된다. 또한, 클리닝 가스의 사용량을 저감하는 것이 가능하게 되어, 가스 비용을 저감하는 것도 가능하게 된다.
(변형예 5)
이하, 도 11을 사용하여 변형예 5에 대하여 설명한다. 이 변형예 5에서는, 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 수소 비함유의 불소계 가스로서의 ClF3 가스를 공급하는 공정에서는, ClF3 가스를 간헐적으로 공급하고, HF 가스를 공급하는 공정에서는, HF 가스를 간헐적으로 공급한다. 또한, 이 변형예 5에서는, 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, ClF3 가스를 공급하는 공정과, HF 가스를 공급하는 공정을 교대로 행한다. 변형예 5에 의하면, ClF3 가스와 HF 가스를 간헐적이면서 또한 교대로 공급하도록 했기 때문에, 클리닝 효율을 높이는 것이 가능하게 된다.
(변형예 6)
이하, 도 12를 사용하여 변형예 6에 대하여 설명한다. 이 변형예 6에서는, 도 12에 도시한 바와 같이, 수소 비함유의 불소계 가스로서의 ClF3 가스를 공급하는 공정에서는, ClF3 가스를 간헐적으로 공급하고, HF 가스를 공급하는 공정에서는, HF를 간헐적으로 공급한다. 또한, 이 변형예 6에서는, 도 12에 도시한 바와 같이, ClF3 가스를 공급하는 공정과, HF 가스를 공급하는 공정을 동시에 행한다. 변형예 6에 의하면, ClF3 가스와 HF 가스를 간헐적으로 공급하도록 했기 때문에, 클리닝 효율을 높이는 것이 가능하게 된다.
(변형예 7)
이하, 도 13을 사용하여 변형예 7에 대하여 설명한다. 이 변형예 7에서는, 도 13에 도시한 바와 같이, 수소 비함유의 불소계 가스로서의 ClF3 가스를 공급하는 공정에서는, ClF3 가스를 연속적으로 공급하고, HF 가스를 공급하는 공정에서는, HF 가스를 간헐적으로 공급한다. 변형예 7에 의하면, HF 가스를 간헐적으로 공급하도록 했기 때문에, 클리닝 효율을 높이는 것이 가능하게 된다.
(변형예 8)
이하, 도 14를 사용하여 변형예 8에 대하여 설명한다. 이 변형예 8에서는, 도 14에 도시되어 있는 바와 같이, 수소 비함유의 불소계 가스로서의 ClF3 가스를 공급하는 공정에서는, ClF3 가스를 간헐적으로 공급하고, HF 가스를 공급하는 공정에서는, HF를 연속적으로 공급한다. 변형예 8에 의하면, ClF3 가스를 간헐적으로 공급하도록 했기 때문에, 클리닝 효율을 높이는 것이 가능하게 된다.
본 실시 형태에서의 노즐(233d)은 이하와 같이 변형시켜도 된다. 또한, 이하에 나타내는 변형예는, 상술한 클리닝 시퀀스의 변형예인 변형예 1 내지 8과 임의로 조합하여 사용할 수 있다.
(변형예 9)
이하, 도 15의 (b)를 사용하여 변형예 9에 대하여 설명한다. 또한, 도 15에서의 각 도면에서는, 노즐(233a 내지 233d) 중 노즐(233a, 233d)만을 도시하고, 노즐(233b, 233c)의 도시를 생략하고 있다. 상술한 실시 형태에서는, 도 15의 (a)에 도시한 바와 같이, 노즐(233d)은 L자형의 형상을 갖고, 상방을 향해 개구된 가스 공급 구멍(248e)을 구비하고 있었다. 이에 반해 이 변형예 9에서는, 도 15의 (b)에 도시한 바와 같이, 노즐(233d)은 I자형(단관형)의 형상을 갖고, 가스 공급 구멍(248e)이 측방(수평 방향)을 향해 개구되어 있다.
또한, 이 변형예 9에서는, 노즐(233d)은 노즐(233a, 233b)(도 1을 참조)이 가스를 공급하는 위치보다 하방에 위치하는 매니폴드(209)측에 있어서 처리실(201)의 내측을 향해 가스를 공급하도록 되어 있다. 또한, 이 변형예 9에서는, 노즐(233d)은 매니폴드(209)의 내측을 향해 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다.
(변형예 10)
이하, 도 15의 (c)를 사용하여 변형예 10에 대하여 설명한다. 도 15의 (c)에 도시한 바와 같이, 이 변형예 10에서는, 노즐(233d)은 L자형의 쇼트 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부가 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되고, 그 수직부가 매니폴드(209)의 내벽을 따라 상방으로 연장하도록 하여 설치되어 있다. 노즐(233d)의 수직부의 매니폴드(209)측의 측벽에는, 예를 들어 복수의 가스 공급 구멍(248e)이 형성되어 있고, 가스 공급 구멍(248e)은 매니폴드(209)의 내벽면을 향해 개구되도록 구성되어 있다. 즉, 이 변형예 10에서는, 가스 공급 구멍(248e)은 매니폴드(209)의 내벽면과 대향(대면)하도록 형성되어 있다. 또한, 노즐(233d)은 노즐(233a, 233b)(도 1을 참조)이 가스를 공급하는 위치보다 하방에 위치하는 매니폴드(209)측에 있어서, 가스를 직접 매니폴드(209)의 내벽측을 향해 공급하도록 되어 있다.
(변형예 11)
이하, 도 15의 (d)를 사용하여 변형예 11에 대해 설명한다. 도 15의 (d)에 도시한 바와 같이, 이 변형예 11에서는, 노즐(233d)은 L자형의 쇼트 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부가 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되고, 그 수직부가 매니폴드(209)의 내벽에 따라 상방으로 연장하도록 하여 설치되어 있다. 노즐(233d)의 선단에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(348e)이 형성되어 있고, 가스 공급 구멍(348e)은 상방을 향해, 즉, 매니폴드(209)측으로부터 반응관(203)측을 향하는 방향으로 개구되어 있다.
또한, 이 변형예 11에서는, 가스 공급 구멍(348e) 외에, 예를 들어 복수의 가스 공급 구멍(348f)이 노즐(233d)의 수직부의 매니폴드(209)측의 측벽에 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(348f)은, 매니폴드(209)의 내벽면을 향해 개구되도록 구성되어 있다. 즉, 가스 공급 구멍(348f)은 매니폴드(209)의 내벽면과 대향(대면)하도록 형성되어 있다. 노즐(233d)은 노즐(233a, 233b)이 가스를 공급하는 위치보다 하방에 위치하는 매니폴드(209)측에 있어서, 처리실(201) 내의 상방 및 매니폴드(209)의 내벽측을 향해 가스를 공급하도록 되어 있다. 또한, 이 변형예 11에서는, 노즐(233d)은 가스를 직접 매니폴드(209)의 내벽면을 향해 공급하는 것이 가능하게 되어 있다.
(변형예 12)
이하, 도 15의 (e)를 사용하여 변형예 12에 대해 설명한다. 도 15의 (e)에 도시한 바와 같이, 이 변형예 12에서는, 노즐(233d)은 L자형의 쇼트 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부가 매니폴드(209)의 측벽을 관통하게 설치되고, 그 수직부가 매니폴드(209)의 내벽을 따라 하향으로 설치되어 있다. 노즐(233d)의 선단에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(248e)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(248e)은 하방을 향해, 즉, 매니폴드(209)측으로부터 시일 캡(219)측을 향하는 방향으로 개구되도록 구성되어 있다. 즉, 가스 공급 구멍(248e)은 시일 캡(219)과 대향(대면)하도록 형성되어 있다. 이 변형예 12에서는, 노즐(233d)은 노즐(233a, 233b)(도 1을 참조)이 가스를 공급하는 위치보다 하방에 위치하는 매니폴드(209)측에 있어서, 처리실(201) 내의 하방을 향해 가스를 공급하도록 되어 있다. 또한, 노즐(233d)은 가스를 직접 시일 캡(219)의 상면을 향하여 공급하는 것이 가능하게 되어 있다.
(변형예 13)
이하, 도 15의 (f)를 사용하여 변형예 13에 대해 설명한다. 도 15의 (f)에 도시한 바와 같이, 이 변형예 13에서는, 노즐(233d)은 L자형의 쇼트 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부가 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되고, 그 수직부가 매니폴드(209)의 내벽을 따라 하향으로 설치되어 있다. 노즐(233d)의 선단에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(448e)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(448e)은 하방을 향해, 즉, 매니폴드(209)측으로부터 시일 캡(219)측을 향하는 방향으로 개구되도록 구성되어 있다. 즉, 가스 공급 구멍(448e)은 시일 캡(219)과 대향(대면)하도록 형성되어 있다.
또한, 이 변형예 13에서는, 가스 공급 구멍(448e) 외에, 예를 들어 복수의 가스 공급 구멍(448f)이 노즐(233d)의 수직부의 매니폴드(209)측의 측벽에 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(448f)은 매니폴드(209)의 내벽면을 향해 개구되도록 구성되어 있다. 즉, 가스 공급 구멍(448f)은 매니폴드(209)의 내벽면과 대향(대면)하도록 형성되어 있다. 노즐(233d)은 노즐(233a, 233b)이 가스를 공급하는 위치보다 하방에 위치하는 매니폴드(209)측에 있어서, 처리실(201) 내의 하방 및 매니폴드(209)의 내벽측을 향해 가스를 공급하도록 되어 있다. 노즐(233d)은 가스를 직접 시일 캡(219)의 상면을 향해서, 또한, 가스를 직접 매니폴드(209)의 내벽면을 향해 공급하는 것이 가능하게 되어 있다.
변형예 9 내지 13에 의하면, 특히 제2 부분(처리실(201) 내에서 저온이 되기 쉬운 부분)에 퇴적되는 SiO를 포함하는 SiN 비함유의 물질을 포함하는 퇴적물의 제거를 효율적으로 행하는 것이 가능하게 된다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 제1 원료 가스의 종류와 제2 원료 가스의 종류가 상이한 예에 대하여 설명했지만, 제1 원료 가스의 종류와 제2 원료 가스의 종류는 동일해도 된다. 예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 제1 원료 가스로서 HCDS 가스를 사용하고, 제2 원료 가스로서 DCS 가스를 사용하는 예에 대하여 설명했지만, 제1 원료 가스로서 DCS 가스를 사용하고 제2 원료 가스로서 DCS 가스를 사용하도록 해도 된다.
또한 예를 들어, 상술한 제1 산화막과 제2 산화막은, 동일한 성막 방법에 의해 형성하는 경우에 한하지 않고, 서로 다른 성막 방법에 의해 형성하도록 해도 된다.
또한 예를 들어, NH3 가스 선행 공급 공정을 생략해도 된다.
또한 예를 들어, 상술한 질화막은, 제2 원료 가스(DCS 가스)를 공급하는 공정과, 질화 가스(NH3 가스)를 공급하는 공정을 교대로 행함으로써 형성하는 경우에 한하지 않고, 제2 원료 가스를 공급하는 공정과, 질화 가스를 공급하는 공정을 동시에 행함으로써 형성해도 된다.
이 경우에도, 제2 원료 가스와 질화 가스를 동시에 공급하기 전에 있어서의 NH3 가스 선행 공급 공정을 생략해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 노즐(233a, 233b)의 양쪽으로부터 ClF3 가스를 공급하는 예에 대하여 설명했지만, 노즐(233a)로부터만 ClF3 가스를 공급하도록 해도 되고, 노즐(233b)로부터만 ClF3 가스를 공급하도록 해도 된다. 즉, 노즐(233a) 및 노즐(233b) 중 적어도 어느 한쪽으로부터 ClF3 가스를 공급하도록 해도 된다.
또한 예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, SiO/SiN/SiO의 적층 구조(ONO 적층 구조)를 갖는 적층막의 형성 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이와 같은 경우에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명은 SiO/SiN/SiO/SiN/SiO의 적층 구조(ONONO 적층 구조)를 갖는 적층막이나, SiN/SiO/SiN의 적층 구조(NON 적층 구조)를 갖는 적층막이나, SiO/SiN의 적층 구조(ON 적층 구조)를 갖는 적층막이나, SiN/SiO의 적층 구조(NO 적층 구조)를 갖는 적층막을 형성하는 경우에도, 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 예를 들어, 상술한 실시 형태의 성막 시퀀스는, 웨이퍼 위에 형성된 다른 막 위에 ONO 적층 구조(또는 ONONO, NON, ON, NO 적층 구조 등)의 절연막을 형성하는 경우(즉, 스택 구조를 형성하는 경우)에 한하지 않고, 웨이퍼 표면에 형성된 트렌치 구조 위에 ONO 적층 구조의 절연막을 형성하는 경우(즉, 트렌치 구조를 형성하는 경우)에도 바람직하게 적용 가능하다.
그런데, ONO, ONONO, NON, ON, NO 적층 구조 등의 적층막을 형성할 때에, 질화막 위에 산화막을 형성하는 경우, 산화막 형성 시의 하지로 되는 질화막은, 적층막을 구성하는데 필요한 질화막의 막 두께보다 두껍게 형성하도록 해도 된다. 즉, 산화막 형성 시의 하지로 되는 질화막을 형성할 때에는, 최종적으로 필요한 막 두께보다 두꺼운 막 두께의 질화막을 형성하도록 해도 된다. 질화막 위에 상술한 실시 형태 및 각 변형예의 성막 시퀀스로 산화막을 형성하는 경우, 산화막을 형성하는 과정에서 하지로 되는 질화막의 표면이 산화(소비)되어, 질화막의 막 두께가, 적층막을 구성함에 있어서 필요한 질화막의 막 두께보다 얇게 되는 경우가 있다. 이러한 경우에, 미리, 질화막 위에 산화막을 형성할 때에 산화(소비)되는 질화막의 막 두께를 측정해 두고, 질화막을 형성할 때에, 그만큼 두껍게 질화막을 형성하도록 함으로써, 적층막에 있어서 필요한 질화막의 막 두께를 확보하는 것이 가능하게 된다.
또한 예를 들어, 상술한 산화막을 형성하는 공정에서는, 또한, 산화막 내에 질소(N)를 첨가하는 공정을 행하도록 해도 된다. 이 경우, 산화막을 형성하는 공정에서, 또한, 처리실 내의 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정을 마련하도록 하면 된다. 이와 같이, 산화막을 형성하는 공정에서, 또한, 산화막 내에 질소를 첨가하는 공정을 설정함으로써, 질소가 첨가된 산화막을 형성하는 것도 가능하게 된다.
또한 예를 들어, 상술한 질화막을 형성하는 공정에서는, 또한, 질화막 내에 산소(O)를 첨가하는 공정을 행하도록 해도 된다. 이 경우, 질화막을 형성하는 공정에서, 또한, 처리실 내의 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 공정을 마련하도록 하면 된다. 이와 같이, 질화막을 형성하는 공정에서, 또한, 질화막 내에 산소를 첨가하는 공정을 설정함으로써, 산소가 첨가된 질화막을 형성하는 것도 가능하게 된다.
또한 예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치식의 기판 처리 장치를 사용하여 적층막을 성막하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 한번에 1매 또는 수 매의 기판을 처리하는 매엽식의 기판 처리 장치를 사용하여 적층막을 성막하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 핫월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용하여 적층막을 성막하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 콜드월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용하여 적층막을 성막하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 예를 들어, 상술한 각 실시 형태나 각 변형예나 각 응용예 등은, 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 예를 들어, 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피나 클리닝 레시피를 변경함으로써도 실현할 수 있다. 프로세스 레시피나 클리닝 레시피를 변경하는 경우에는, 본 발명에 따른 프로세스 레시피나 클리닝 레시피를 전기 통신 회선이나 당해 프로세스 레시피나 클리닝 레시피를 기록한 기록 매체를 통해 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또한, 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하여, 그 프로세스 레시피나 클리닝 레시피 자체를 본 발명에 따른 프로세스 레시피나 클리닝 레시피로 변경하는 것도 가능하다.
[실시예 1]
(실시예)
본 실시예에서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 방법을 사용해서 처리실 내에서 웨이퍼 위에 SiO막을 형성하는 공정과, SiN막을 형성하는 공정을 행하였다. 그 후, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 처리실 내에 ClF3 가스를 공급하는 공정과, 처리실 내에 HF 가스를 공급하는 공정을 행하여 처리실 내를 클리닝하였다.
도 16의 (a)는 실시예 1에서, SiO막이 성막(디포지트)되는 속도(성막 레이트)와 ClF3 가스에 의해 SiO막이 제거(에칭)되는 속도(에칭 레이트)와의 반응관 내에서의 위치 의존성을 나타내는 그래프이다. 도 16의 (a)에서의 횡축은 반응관 내의 위치를 나타내고 있고, 반응관 내의 하부측(Bottom측)을 좌측에 나타내고, 반응관 내의 상부측(Top측)을 우측에 나타내고 있다. 또한, 도 16의 (a)에서의 좌측의 종축은, SiO막의 성막 레이트를 나타내고 있고, 우측의 종축은, SiO막의 에칭 레이트를 나타내고 있다.
도 16의 (a)에 도시한 바와 같이, SiO막의 성막 레이트는, 반응관 내의 위치에 그다지 의존하지 않고, 상하 방향에 있어서 균일하게 반응관 내에 SiO막이 퇴적되는 것을 알 수 있다. 본 실시 형태의 방법으로 웨이퍼 위에 SiO막을 형성한 경우, SiO막은 하부측, 즉 반응관 내에서의 비교적 저온의 부분에도 부착되는 것을 알 수 있다. 한편, ClF3 가스에 의한 SiO막의 에칭 레이트는 반응관 내에서의 위치에 크게 의존하여, 반응관 내의 하부측, 즉 반응관 내에서의 비교적 저온의 부분에서의 SiO막의 에칭 레이트는 0으로, 반응관 내의 하부측에 부착된 SiO막은, ClF3 가스로는 제거 가능하지 않음을 알 수 있다. 이 현상은 반응관 내에서의 하부측의 위치일수록 온도가 낮아지는 것에 기인하여 반응관 내의 하부측의 위치일수록 ClF3 가스의 반응성이 저하되어, 서멀 에칭 반응이 일어나기 어려워지는 것을 원인으로 하고 있다.
도 16의 (b)는 실시예 1에서, SiN막이 성막(디포지트)되는 속도(성막 레이트)와 ClF3 가스에 의해 SiN막이 제거(에칭)되는 속도(에칭 레이트)와의 반응관 내에서의 위치 의존성을 나타내는 그래프이다. 도 16의 (a)와 마찬가지로, 도 16의 (b)에서의 횡축은 반응관 내의 위치를 나타내고 있고, 반응관 내의 하부측(Bottom측)을 좌측에 나타내고, 반응관 내의 상부측(Top측)을 우측에 나타내고 있다. 또한, 도 16의 (b)에서의 좌측의 종축은, SiN막의 성막 레이트를 나타내고 있고, 우측의 종축은, SiN막의 에칭 레이트를 나타내고 있다.
도 16의 (b)에 도시한 바와 같이, SiN막의 성막 레이트는 반응관 내의 위치에 크게 의존하여, 반응관 내의 하부측, 즉 반응관 내의 비교적 저온의 부분에서의 SiN막의 성막 속도는 0으로, 반응관의 저온부에는 SiN막이 부착되지 않음을 알 수 있다.
또한, SiN막의 성막 레이트와 마찬가지로, SiN막의 에칭 레이트도 반응관 내의 위치에 크게 의존하는 것을 알 수 있고, 반응관 내의 하부 근방에서의 SiN막의 에칭 레이트는 0으로, 가령 반응관 내의 하부 근방에 SiN막이 부착되었다고 하면, 이 SiN막은, ClF3 가스로는 제거할 수 없음을 알 수 있다. 또한, 반응관 내의 하부측, 즉 반응관 내의 비교적 저온의 부분에서의 ClF3 가스에 의한 SiN막의 에칭 레이트는, 동일 위치에서의 SiN막의 성막 레이트와 비교하여 약간 작은 것을 알 수 있다. 이 때문에, 반응관 내의 하부측에서는, ClF3 가스에 의한 SiN막의 제거는 가능하지만, SiN막을 충분히 제거 가능하지 않음을 알 수 있다.
도 17의 (a)는 실시예 1에서, SiO막이 제거(에칭)되는 속도(에칭 레이트)의 클리닝 가스종에 대한 의존성을 나타내는 그래프이다. 도 17의 (a)에서의 횡축은 온도를 나타내고, 도 17의 (a)에서의 종축은, SiO막의 에칭 레이트를 나타내고 있다. 도 17의 (a)에 도시한 바와 같이, SiO막의 에칭 레이트의 클리닝 가스(HF 가스, ClF3 가스) 의존성을 보면, ClF3 가스를 사용한 경우에는, 온도가 내려감에 따라서 에칭 레이트가 저하되지만, HF 가스를 사용한 경우에는, 에칭 레이트가 200℃ 근방에서 최고가 되고, 저온의 영역일수록 SiO막의 에칭 레이트가 커지고 있다. 이 때문에, 이 저온에서의 HF 가스의 반응을 사용함으로써 반응관 내에서의 하부측의 SiO막의 제거가 가능하게 된다.
도 17의 (b)는 SiN막이 제거되는 속도(에칭 레이트)의 클리닝 가스종에 대한 의존성을 나타내는 그래프이다. 도 17의 (b)에서의 횡축은 온도를 나타내고, 도 17의 (b)에서의 종축은, SiN막의 에칭 레이트를 나타내고 있다. 도 17의 (b)에 도시한 바와 같이, SiN막의 에칭 레이트의 클리닝 가스(HF 가스, ClF3 가스) 의존성을 보면, ClF3 가스를 사용한 경우에는, 온도가 내려감에 따라서 에칭 레이트가 저하되는 것을 알 수 있다. 또한, HF 가스를 사용한 경우에는, 어느 온도대에서도 SiN막의 제거가 불가능한 것을 알 수 있다.
이상으로부터, 매니폴드로부터 반응관 내까지 상방으로 연장하는 제1 노즐로부터, 적어도 반응관의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스(ClF3)를 공급하고, 제2 노즐로부터, 적어도 매니폴드의 내벽에 대하여 HF 가스를 공급함으로써, 상부측의 부분을 포함하여, 비교적 고온이 되는 부분으로서, 반응관의 내벽을 포함하는 부분에 부착된 SiO막과 SiN막의 적층막(ONO막)을 포함하는 퇴적물을 ClF3 가스에 의해 제거함과 함께, 하부측의 부분을 포함하여, 비교적 저온이 되는 부분으로서, 매니폴드의 내벽 등을 포함하는 부분에 부착된 SiO막을 포함하는 퇴적물을 HF 가스에 의해 제거할 수 있어, 처리실 내의 고온이 되기 쉬운 부분의 퇴적물 제거와 처리실 내의 저온이 되기 쉬운 부분의 퇴적물 제거를 양립시키는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기한다.
(부기 1)
본 발명의 일 형태에 의하면, 히터의 내측에 설치된 반응관과, 해당 반응관을 지지하고 상기 히터보다 하방에 설치된 매니폴드로 구성되는 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원료 가스를 공급하는 공정과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 산화막을 형성하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 제2 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 질화막을 형성하는 공정을 교대로 행함으로써, 상기 처리실 내의 상기 기판 위에 상기 산화막과 상기 질화막의 적층막을 형성하는 공정을 행한 후의 상기 처리실 내를 클리닝하는 방법으로서, 상기 매니폴드에 설치되고, 상기 매니폴드로부터 상기 반응관 내까지 상방으로 연장하는 제1 노즐로부터, 적어도 상기 반응관의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정과, 상기 매니폴드에 설치된 제2 노즐로부터, 적어도 상기 매니폴드의 내벽에 대하여 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 갖는 클리닝 방법이 제공된다.
(부기 2)
부기 (1)에 기재된 클리닝 방법으로서, 바람직하게는, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 반응관의 내벽을 포함하는 제1 부분(적어도 상기 반응관의 내벽)에 부착된 상기 산화막과 상기 질화막의 상기 적층막을 포함하는 퇴적물을 제거하고, 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 매니폴드의 내벽을 포함해서 상기 적층막 형성 시에 상기 제1 부분보다 저온이 되는 제2 부분(적어도 상기 매니폴드의 내벽)에 부착된 상기 산화막을 포함하는 퇴적물을 제거한다.
(부기 3)
부기 1 또는 2에 기재된 클리닝 방법으로서, 바람직하게는, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정과, 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 동시에 행한다.
(부기 4)
부기 3에 기재된 클리닝 방법으로서, 바람직하게는, 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정을, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정보다 선행하여 개시한다.
(부기 5)
부기 3에 기재된 클리닝 방법으로서, 바람직하게는, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정을, 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정보다 선행하여 개시한다.
(부기 6)
부기 3 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 클리닝 방법으로서, 바람직하게는, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정을, 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정보다 선행하여 종료한다.
(부기 7)
부기 3 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 클리닝 방법으로서, 바람직하게는, 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정을, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정보다 선행하여 종료한다.
(부기 8)
부기 3 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 클리닝 방법으로서, 바람직하게는, 상기 처리실 내를 클리닝할 때, 상기 반응관 내의 온도를 제1 온도로 설정한 상태에서, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정과, 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 동시에 행하고, 그 후, 상기 반응관 내의 온도를 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 설정한 상태에서, 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 단독으로 행한다.
(부기 9)
부기 1 또는 2에 기재된 클리닝 방법으로서, 바람직하게는, 상기 처리실 내를 클리닝할 때, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정과, 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 동시에 행하고, 상기 처리실 내에 상기 수소 비함유의 불소계 가스와 상기 불화 수소 가스를 봉입하는 공정과, 상기 처리실 내에 상기 수소 비함유의 불소계 가스와 상기 불화 수소 가스를 봉입한 상태를 유지하는 공정과, 상기 처리실 내를 배기하는 공정을 포함하는 사이클을 복수 회 반복한다.
(부기 10)
부기 1 또는 2에 기재된 클리닝 방법으로서, 바람직하게는, 상기 처리실 내를 클리닝할 때, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정과, 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 교대로 행한다.
(부기 11)
부기 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 클리닝 방법으로서, 바람직하게는, 상기 처리실 내를 클리닝할 때, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 간헐적으로 공급하고, 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 불화 수소 가스를 간헐적으로 공급한다.
(부기 12)
부기 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 클리닝 방법으로서, 바람직하게는, 상기 처리실 내를 클리닝할 때, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 연속적으로 공급하고, 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 불화 수소 가스를 간헐적으로 공급한다.
(부기 13)
부기 1 내지 3 중 어느 하나에 기재 클리닝 방법으로서, 바람직하게는, 상기 처리실 내를 클리닝할 때, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 간헐적으로 공급하고, 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 불화 수소 가스를 연속적으로 공급한다.
(부기 14)
본 발명의 다른 형태에 의하면, 히터의 내측에 설치된 반응관과, 해당 반응관을 지지하고 상기 히터보다 하방에 설치된 매니폴드로 구성되는 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원료 가스를 공급하는 공정과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 산화막을 형성하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 제2 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 질화막을 형성하는 공정을 교대로 행함으로써, 상기 처리실 내의 상기 기판 위에 상기 산화막과 상기 질화막의 적층막을 형성하는 공정과, 상기 적층막을 형성하는 공정을 행한 후의 상기 처리실 내를 클리닝하는 공정을 갖고, 상기 처리실 내를 클리닝하는 공정은, 상기 매니폴드에 설치되고, 상기 매니폴드로부터 상기 반응관 내까지 상방으로 연장하는 제1 노즐로부터, 적어도 상기 반응관의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정과, 상기 매니폴드에 설치된 제2 노즐로부터, 적어도 상기 매니폴드의 내벽에 대하여 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 15)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 히터의 내측에 설치된 반응관과, 해당 반응관을 지지하고 상기 히터보다 하방에 설치된 매니폴드로 구성되는 처리실과, 상기 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급계와, 상기 매니폴드에 설치되고, 상기 매니폴드로부터 상기 반응관 내까지 상방으로 연장하는 제1 노즐과, 상기 매니폴드에 설치된 제2 노즐과, 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와, 상기 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원료 가스를 공급하는 처리와, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 공급하는 처리를 교대로 1회 이상 행함으로써 산화막을 형성하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 제2 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 처리를 교대로 1회 이상 행함으로써 질화막을 형성하는 처리를 교대로 행함으로써, 상기 처리실 내의 상기 기판 위에 상기 산화막과 상기 질화막의 적층막을 형성하는 처리와, 상기 적층막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내를 클리닝하는 처리를 행하고, 상기 처리실 내를 클리닝하는 처리에서는, 상기 제1 노즐로부터, 적어도 상기 반응관의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 처리와, 상기 제2 노즐로부터, 적어도 상기 매니폴드의 내벽에 대하여 불화 수소 가스를 공급하는 처리를 행하도록, 상기 히터, 상기 가스 공급계 및 상기 압력 조정부를 제어하는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 16)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 히터의 내측에 설치된 반응관과, 해당 반응관을 지지하고 상기 히터보다 하방에 설치된 매니폴드로 구성되는 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원료 가스를 공급하는 수순과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 공급하는 수순을 교대로 1회 이상 행함으로써 산화막을 형성하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 제2 원료 가스를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 수순을 교대로 1회 이상 행함으로써 질화막을 형성하는 수순을 교대로 행함으로써, 상기 처리실 내의 상기 기판 위에 상기 산화막과 상기 질화막의 적층막을 형성하는 수순과, 상기 적층막을 형성하는 수순을 행한 후의 상기 처리실 내를 클리닝하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램으로서, 상기 처리실 내를 클리닝하는 수순은, 상기 매니폴드에 설치되고, 상기 매니폴드로부터 상기 반응관 내까지 상방으로 연장하는 제1 노즐로부터, 적어도 상기 반응관의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 수순과, 상기 매니폴드에 설치된 제2 노즐로부터, 적어도 상기 매니폴드의 내벽에 대하여 불화 수소 가스를 공급하는 수순을 갖는 프로그램 및 해당 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
이상과 같이 본 발명은 기판 위에 박막을 형성하는 공정을 포함하는 클리닝 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 적용할 수 있다.
121 : 컨트롤러 200 : 웨이퍼
201 : 처리실 202 : 처리로
203 : 반응관 209 : 매니폴드
232a 내지 232k : 가스 공급관 233a 내지 233d : 노즐

Claims (17)

  1. 히터의 내측에 설치된 반응관과, 상기 반응관을 지지하고 상기 히터보다 하방에 설치된 매니폴드로 구성되는 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원료 가스를 공급하는 공정과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 산화막을 형성하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 제2 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 질화막을 형성하는 공정
    을 교대로 행함으로써, 상기 처리실 내의 상기 기판 위에 상기 산화막과 상기 질화막의 적층막을 형성하는 공정을 행한 후의 상기 처리실을 준비하는 공정과,
    상기 처리실 내를 클리닝하는 공정을 갖고,
    상기 클리닝하는 공정은,
    상기 반응관 내의 온도를 제1 온도로 설정한 상태에서, 상기 매니폴드에 설치되고, 상기 매니폴드로부터 상기 반응관 내까지 상방으로 연장하는 제1 노즐로부터, 적어도 상기 반응관의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정과, 상기 매니폴드에 설치된 제2 노즐로부터, 적어도 상기 매니폴드의 내벽에 대하여 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 동시에 행하는 공정과,
    그 후, 상기 반응관 내의 온도를 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 설정한 상태에서, 단독으로 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 갖는 클리닝 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동시에 행하는 공정에서는,
    상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 반응관의 내벽을 포함하는 제1 부분에 부착된 상기 산화막과 상기 질화막의 상기 적층막을 포함하는 제1 퇴적물을 제거하고,
    상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 매니폴드의 내벽을 포함해서 상기 적층막 형성 시에 상기 제1 부분보다 저온이 되는 제2 부분에 부착된 상기 산화막을 포함하는 제2 퇴적물을 제거하는 클리닝 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 동시에 행하는 공정에서는,
    상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정을, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정보다 선행하여 개시하는 클리닝 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 동시에 행하는 공정에서는,
    상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정을, 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정보다 선행하여 개시하는 클리닝 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 동시에 행하는 공정에서는,
    상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정을, 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정보다 선행하여 종료하는 클리닝 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 동시에 행하는 공정에서는,
    상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정을, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정보다 선행하여 종료하는 클리닝 방법.
  8. 삭제
  9. 히터의 내측에 설치된 반응관과, 상기 반응관을 지지하고 상기 히터보다 하방에 설치된 매니폴드로 구성되는 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원료 가스를 공급하는 공정과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 산화막을 형성하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 제2 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 질화막을 형성하는 공정
    을 교대로 행함으로써, 상기 처리실 내의 상기 기판 위에 상기 산화막과 상기 질화막의 적층막을 형성하는 공정을 행한 후의 상기 처리실을 준비하는 공정과,
    상기 처리실 내를 클리닝하는 공정을 갖고,
    상기 클리닝하는 공정에서는,
    상기 매니폴드에 설치되고, 상기 매니폴드로부터 상기 반응관 내까지 상방으로 연장하는 제1 노즐로부터, 적어도 상기 반응관의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정과, 상기 매니폴드에 설치된 제2 노즐로부터, 적어도 상기 매니폴드의 내벽에 대하여 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 동시에 행하고, 상기 처리실 내에 상기 수소 비함유의 불소계 가스와 상기 불화 수소 가스를 봉입하는 공정과, 상기 처리실 내에 상기 수소 비함유의 불소계 가스와 상기 불화 수소 가스를 봉입한 상태를 유지하는 공정과, 상기 처리실 내를 배기하는 공정을 포함하는 사이클을 복수 회 반복하는 클리닝 방법.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 동시에 행하는 공정에서는,
    상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 간헐적으로 공급하고,
    상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 불화 수소 가스를 간헐적으로 공급하는 클리닝 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 동시에 행하는 공정에서는,
    상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 연속적으로 공급하고,
    상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 불화 수소 가스를 간헐적으로 공급하는 클리닝 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 동시에 행하는 공정에서는,
    상기 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 수소 비함유의 불소계 가스를 간헐적으로 공급하고,
    상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 불화 수소 가스를 연속적으로 공급하는 클리닝 방법.
  14. 히터의 내측에 설치된 반응관과, 상기 반응관을 지지하고 상기 히터보다 하방에 설치된 매니폴드로 구성되는 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원료 가스를 공급하는 공정과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 산화막을 형성하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 제2 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 질화막을 형성하는 공정
    을 교대로 행함으로써, 상기 처리실 내의 상기 기판 위에 상기 산화막과 상기 질화막의 적층막을 형성하는 공정을 행한 후의 상기 처리실 내를 클리닝하는 공정과,
    상기 처리실 내를 클리링하는 공정을 갖고,
    상기 클리닝하는 공정은,
    상기 반응관 내의 온도를 제1 온도로 설정한 상태에서, 상기 매니폴드에 설치되고, 상기 매니폴드로부터 상기 반응관 내까지 상방으로 연장하는 제1 노즐로부터, 적어도 상기 반응관의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정과, 상기 매니폴드에 설치된 제2 노즐로부터, 적어도 상기 매니폴드의 내벽에 대하여 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 동시에 행하는 공정과,
    그 후, 상기 반응관 내의 온도를 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 설정한 상태에서, 단독으로 상기 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 히터의 내측에 설치된 반응관과, 상기 반응관을 지지하고 상기 히터보다 하방에 설치된 매니폴드로 구성되는 처리실과,
    상기 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급계와,
    상기 매니폴드에 설치되고, 상기 매니폴드로부터 상기 반응관 내까지 상방으로 연장하는 제1 노즐과,
    상기 매니폴드에 설치된 제2 노즐과,
    상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원료 가스를 공급하는 처리와, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 공급하는 처리를 교대로 1회 이상 행함으로써 산화막을 형성하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 제2 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 처리를 교대로 1회 이상 행함으로써 질화막을 형성하는 처리를 교대로 행함으로써, 상기 처리실 내의 상기 기판 위에 상기 산화막과 상기 질화막의 적층막을 형성하는 처리와, 상기 적층막을 형성하는 처리를 행한 후의 상기 처리실 내를 클리닝하는 처리를 행하고, 상기 처리실 내를 클리닝하는 처리에서는, 상기 반응관 내의 온도를 제1 온도로 설정한 상태에서, 상기 제1 노즐로부터, 적어도 상기 반응관의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 처리와, 상기 제2 노즐로부터, 적어도 상기 매니폴드의 내벽에 대하여 불화 수소 가스를 공급하는 처리를 동시에 행하고, 그 후, 상기 반응관 내의 온도를 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 설정한 상태에서, 단독으로 상기 불화 수소 가스를 공급하도록, 상기 히터, 상기 가스 공급계 및 상기 압력 조정부를 제어하는 제어부를 갖는 기판 처리 장치.
  16. 히터의 내측에 설치된 반응관과, 상기 반응관을 지지하고 상기 히터보다 하방에 설치된 매니폴드로 구성되는 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원료 가스를 공급하는 수순과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 공급하는 수순을 교대로 1회 이상 행함으로써 산화막을 형성하는 수순과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 제2 원료 가스를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 수순을 교대로 1회 이상 행함으로써 질화막을 형성하는 수순
    을 교대로 행함으로써, 상기 처리실 내의 상기 기판 위에 상기 산화막과 상기 질화막의 적층막을 형성하는 수순과,
    상기 적층막을 형성하는 수순을 행한 후의 상기 처리실 내를 클리닝하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체로서,
    상기 클리닝하는 수순은,
    상기 반응관 내의 온도를 제1 온도로 설정한 상태에서, 상기 매니폴드에 설치되고, 상기 매니폴드로부터 상기 반응관 내까지 상방으로 연장하는 제1 노즐로부터, 적어도 상기 반응관의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 수순과, 상기 매니폴드에 설치된 제2 노즐로부터, 적어도 상기 매니폴드의 내벽에 대하여 불화 수소 가스를 공급하는 수순을 동시에 행하는 수순과,
    그 후, 상기 반응관 내의 온도를 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 설정한 상태에서, 단독으로 상기 불화 수소 가스를 공급하는 수순을 갖는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
  17. 히터의 내측에 설치된 반응관과, 상기 반응관을 지지하고 상기 히터보다 하방에 설치된 매니폴드로 구성되는 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원료 가스를 공급하는 공정과, 대기압 미만의 압력 하에 있는 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스 및 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 산화막을 형성하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 제2 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 교대로 1회 이상 행함으로써 질화막을 형성하는 공정
    을 교대로 행함으로써, 상기 처리실 내의 상기 기판 위에 상기 산화막과 상기 질화막의 적층막을 형성하는 공정을 행한 후의 상기 처리실을 준비하는 공정과,
    상기 처리실 내를 클리닝하는 공정을 갖고,
    상기 클리닝하는 공정에서는,
    상기 매니폴드에 설치되고, 상기 매니폴드로부터 상기 반응관 내까지 상방으로 연장하는 제1 노즐로부터, 적어도 상기 반응관의 내벽에 대하여 수소 비함유의 불소계 가스를 공급하는 공정과, 상기 매니폴드에 설치된 제2 노즐로부터, 적어도 상기 매니폴드의 내벽에 대하여 불화 수소 가스를 공급하는 공정을 동시에 행하고, 상기 처리실 내에 상기 수소 비함유의 불소계 가스와 상기 불화 수소 가스를 봉입하는 공정과, 상기 처리실 내에 상기 수소 비함유의 불소계 가스와 상기 불화 수소 가스를 봉입한 상태를 유지하는 공정과, 상기 처리실 내를 배기하는 공정을 포함하는 사이클을 복수 회 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.
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