KR101611679B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 - Google Patents

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

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Abstract

본 발명은 저온 영역에 있어서, HF에 대한 내성이 높고, 유전율이 낮은 박막을 높은 생산성으로 형성하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법은, 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 공정과, 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급함으로써, 제1층을 개질하여, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 공정을 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 기판 상에 형성하는 공정을 포함한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
트랜지스터의 미세화와 함께, 게이트 전극의 사이드 월 스페이서(SWS) 등을 구성하는 절연막 등의 박막에는, 성막 온도의 저온화, 불화수소(HF)에 대한 내성의 향상, 유전율의 저하가 요구된다. 그로 인해, 절연막으로서 실리콘 질화막(SiN막)에 붕소(B)를 첨가한 실리콘 붕질화막(SiBN막)이나, 탄소(C)를 더 첨가한 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막)의 채용이 검토되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 2 참조).
일본 특허 공개 제2010-153795호 공보 일본 특허 공개 제2011-249480호 공보
상술한 절연막은 높은 스텝 커버리지 특성이 요구되기 때문에, 복수 종류의 처리 가스를 교대로 공급하는 교대 공급법에 의해 형성되는 경우가 많다. 예를 들어, 규소원(실리콘 소스)으로서 실리콘 함유 가스인 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스 등을, 붕소원(붕소 소스)으로서 3염화 붕소(BCl3) 가스나 디보란(B2H6) 가스 등을, 질소원(질소 소스)으로서 암모니아(NH3) 가스 등을, 탄소원(카본 소스)으로서 에틸렌(C2H4) 가스나 프로필렌(C3H6) 가스 등을 사용하고, 이들 처리 가스를 기판에 대하여 순서대로 공급하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 기판 상에 SiBN막이나 SiBCN막을 형성할 수 있다. 그러나, 실리콘 소스, 붕소 소스, 질소 소스, 카본 소스를 따로따로 공급하는 상술한 방법에서는, 1 사이클당 소요 시간이 길어져 버려 성막 처리의 생산성이 저하되어 버리는 경우가 있었다.
따라서, 본 발명은 저온 영역에 있어서 HF에 대한 내성이 높고, 유전율이 낮은 박막을 높은 생산성으로 형성하는 것이 가능한 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공한다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 공정과, 상기 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 공정을 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 상기 기판 상에 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 기판에 대한 처리가 행해지는 처리실과, 상기 처리실 내에 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급하는 제1 원료 가스 공급계와, 상기 처리실 내에 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급하는 제2 원료 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 제2 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 처리를 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 상기 기판 상에 형성하는 처리를 행하도록, 상기 제1 원료 가스 공급계 및 상기 제2 원료 가스 공급계를 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 수순을 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 상기 기판 상에 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 따르면, 저온 영역에 있어서, HF에 대한 내성이 높고, 유전율이 낮은 박막을 높은 생산성으로 형성하는 것이 가능한 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선에 따른 단면도로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 4는 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 성막 플로우를 나타내는 도면이다.
도 5의 (a)는 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 나타내는 도면이고, 도 5의 (b) 및 (c)는 그 변형예를 나타내는 도면이다.
도 6은 제2 실시 형태의 제1 성막 시퀀스에서의 성막 플로우를 나타내는 도면이다.
도 7은 제2 실시 형태의 제1 성막 시퀀스에서의 가스 공급 및 RF 전력 공급의 타이밍을 나타내는 도면으로서, (a)는 비플라즈마로 성막을 행하는 시퀀스 예를 나타내고, (b)는 플라즈마를 사용하여 성막을 행하는 시퀀스 예를 나타내고 있다.
도 8은 제2 실시 형태의 제2 성막 시퀀스에서의 성막 플로우를 나타내는 도면이다.
도 9는 제2 실시 형태의 제2 성막 시퀀스에서의 가스 공급 및 RF 전력 공급의 타이밍을 나타내는 도면으로서, (a)는 비플라즈마로 성막을 행하는 시퀀스 예를 나타내고, (b)는 플라즈마를 사용하여 성막을 행하는 시퀀스 예를 나타내고 있다.
도 10은 제3 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 성막 플로우를 나타내는 도면이다.
도 11의 (a)는 제3 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 나타내는 도면이고, 도 11의 (b) 및 (c)는 그 변형예를 나타내는 도면이다.
도 12는 제4 실시 형태의 제1 성막 시퀀스에서의 성막 플로우를 나타내는 도면이다.
도 13의 (a)는 제4 실시 형태의 제1 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 나타내는 도면이고, 도 13의 (b)는 그 변형예를 나타내는 도면이다.
도 14는 제4 실시 형태의 제2 성막 시퀀스에서의 성막 플로우를 나타내는 도면이다.
도 15의 (a)는 제4 실시 형태의 제2 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 나타내는 도면이고, 도 15의 (b)는 그 변형예를 나타내는 도면이다.
<본 발명의 제1 실시 형태>
이하에, 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1은 본 실시 형태에서 적절하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 종단면도로 도시하고 있다. 도 2는 본 실시 형태에서 적절하게 사용되는 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 도 1의 A-A선에 따른 단면도로 도시하고 있다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 처리로(202)는 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판으로서의 히터 베이스(도시하지 않음)에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 또한, 히터(207)는, 후술하는 바와 같이 가스를 열에 의해 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 이루어지며, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 통 중공부에는, 처리실(201)이 형성되어 있으며, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세에서 수직 방향으로 다단으로 정렬한 상태로 수용 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d)이 반응관(203)의 하부를 관통하도록 설치되어 있다. 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d)에는, 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제4 가스 공급관(232d)이 각각 접속되어 있다. 제4 가스 공급관(232d)에는 제5 가스 공급관(232e)이 접속되어 있다. 이와 같이, 반응관(203)에는 4개의 노즐(249a, 249b, 249c, 249d)과, 5개의 가스 공급관(232a, 232b, 232c, 232d, 232e)이 설치되어 있으며, 처리실(201) 내에 복수 종류, 여기에서는 5종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 반응관(203)의 하방에 반응관(203)을 지지하는 금속제 매니폴드를 설치하고, 각 노즐을 이 금속제 매니폴드의 측벽을 관통하도록 설치하여도 된다. 이 경우, 이 금속제 매니폴드에 후술하는 배기관(231)을 더 설치하도록 하여도 된다. 또한, 이 경우라도 배기관(231)을 금속제 매니폴드가 아니라 반응관(203)의 하부에 설치하도록 하여도 된다. 이와 같이, 처리로(202)의 노 입구부를 금속제로 하고, 이 금속제 노 입구부에 노즐 등을 설치하도록 하여도 된다.
제1 가스 공급관(232a)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a) 및 개폐 밸브인 밸브(243a)가 설치되어 있다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다 하류측에는, 제1 불활성 가스 공급관(232f)이 접속되어 있다. 이 제1 불활성 가스 공급관(232f)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241f) 및 개폐 밸브인 밸브(243f)가 설치되어 있다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 선단부에는, 상술한 제1 노즐(249a)이 접속되어 있다. 제1 노즐(249a)은 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제1 노즐(249a)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제1 노즐(249a)은 L자형 롱 노즐로서 구성되어 있으며, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제1 노즐(249a)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250a)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250a)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250a)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되며, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다. 주로 제1 가스 공급관(232a), 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a)에 의해 제1 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제1 노즐(249a)을 제1 가스 공급계에 포함시켜 생각하여도 된다. 또한, 주로 제1 불활성 가스 공급관(232f), 매스 플로우 컨트롤러(241f), 밸브(243f)에 의해 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제1 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제2 가스 공급관(232b)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241b) 및 개폐 밸브인 밸브(243b)가 설치되어 있다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다 하류측에는, 제2 불활성 가스 공급관(232g)이 접속되어 있다. 이 제2 불활성 가스 공급관(232g)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241g) 및 개폐 밸브인 밸브(243g)가 설치되어 있다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 선단부에는, 상술한 제2 노즐(249b)이 접속되어 있다. 제2 노즐(249b)은 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제2 노즐(249b)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제2 노즐(249b)은 L자형 롱 노즐로서 구성되어 있으며, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제2 노즐(249b)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250b)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250b)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250b)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되며, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다. 주로 제2 가스 공급관(232b), 매스 플로우 컨트롤러(241b), 밸브(243b)에 의해 제2 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제2 노즐(249b)을 제2 가스 공급계에 포함시켜 생각하여도 된다. 또한, 주로 제2 불활성 가스 공급관(232g), 매스 플로우 컨트롤러(241g), 밸브(243g)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제2 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제3 가스 공급관(232c)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241c) 및 개폐 밸브인 밸브(243c)가 설치되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)보다 하류측에는, 제3 불활성 가스 공급관(232h)이 접속되어 있다. 이 제3 불활성 가스 공급관(232h)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241h) 및 개폐 밸브인 밸브(243h)가 설치되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 선단부에는, 상술한 제3 노즐(249c)이 접속되어 있다. 제3 노즐(249c)은 가스 분산 공간인 버퍼실(237) 내에 설치되어 있다.
버퍼실(237)은 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에서의 원호 형상의 공간에, 또한 반응관(203) 내벽의 하부로부터 상부에 걸치는 부분에, 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라 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(250e)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250e)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250e)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되며, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다.
제3 노즐(249c)은 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(250e)이 형성된 단부와 반대측의 단부에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제3 노즐(249c)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제3 노즐(249c)은 L자형 롱 노즐로서 구성되어 있으며, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제3 노즐(249c)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250c)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250c)은 버퍼실(237)의 중심을 향하도록 개구되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250c)은 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(250e)과 마찬가지로, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되어 있다. 이 복수의 가스 공급 구멍(250c) 각각의 개구 면적은, 버퍼실(237) 내와 처리실(201) 내의 차압이 작은 경우에는, 상류측(하부)부터 하류측(상부)까지 각각 동일한 개구 면적과 동일한 개구 피치로 하면 되지만, 차압이 큰 경우에는, 상류측으로부터 하류측을 향하여 각각 개구 면적을 크게 하거나 개구 피치를 작게 하면 된다.
본 실시 형태에 있어서는, 제3 노즐(249c)의 가스 공급 구멍(250c) 각각의 개구 면적이나 개구 피치를, 상류측으로부터 하류측에 걸쳐 상술한 바와 같이 조절함으로써, 우선, 가스 공급 구멍(250c) 각각으로부터 유속의 차는 있지만, 유량이 거의 동일량인 가스를 분출시킨다. 그리고, 이 가스 공급 구멍(250c) 각각으로부터 분출되는 가스를 일단 버퍼실(237) 내에 도입하고, 버퍼실(237) 내에 있어서 가스의 유속차의 균일화를 행하는 것으로 하고 있다. 즉, 제3 노즐(249c)의 가스 공급 구멍(250c) 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출된 가스는 버퍼실(237) 내에서 각 가스의 입자 속도가 완화된 후, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(250e)으로부터 처리실(201) 내에 분출된다. 이에 의해, 제3 노즐(249c)의 가스 공급 구멍(250c) 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출된 가스는, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(250e) 각각으로부터 처리실(201) 내에 분출될 때에는, 균일한 유량과 유속을 갖는 가스가 된다.
주로 제3 가스 공급관(232c), 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c)에 의해 제3 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제3 노즐(249c) 및 버퍼실(237)을 제3 가스 공급계에 포함시켜 생각하여도 된다. 또한, 주로 제3 불활성 가스 공급관(232h), 매스 플로우 컨트롤러(241h), 밸브(243h)에 의해 제3 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제3 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제4 가스 공급관(232d)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241d) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치되어 있다. 또한, 제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)보다 하류측에는, 제5 가스 공급관(232e)이 접속되어 있다. 이 제5 가스 공급관(232e)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241e) 및 개폐 밸브인 밸브(243e)가 설치되어 있다. 또한, 제4 가스 공급관(232d)에서의 제5 가스 공급관(232e)과의 접속 개소보다 하류측에는, 제4 불활성 가스 공급관(232i)이 접속되어 있다. 이 제4 불활성 가스 공급관(232i)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241i) 및 개폐 밸브인 밸브(243i)가 설치되어 있다. 또한, 제4 가스 공급관(232d)의 선단부에는, 상술한 제4 노즐(249d)이 접속되어 있다. 제4 노즐(249d)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제4 노즐(249d)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제4 노즐(249d)은 L자형 롱 노즐로서 구성되어 있으며, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제4 노즐(249d)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250d)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250d)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250d)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다. 주로 제4 가스 공급관(232d), 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d)에 의해 제4 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제4 노즐(249d)을 제4 가스 공급계에 포함시켜 생각하여도 된다. 또한, 주로 제5 가스 공급관(232e), 매스 플로우 컨트롤러(241e), 밸브(243e)에 의해 제5 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제4 가스 공급관(232d)에서의 제5 가스 공급관(232e)과의 접속부보다 하류측, 제4 노즐(249d)을 제5 가스 공급계에 포함시켜 생각하여도 된다. 또한, 주로 제4 불활성 가스 공급관(232i), 매스 플로우 컨트롤러(241i), 밸브(243i)에 의해 제4 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제4 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
이와 같이, 본 실시 형태에서의 가스 공급 방법은, 반응관(203)의 내벽과, 적재된 복수매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원호 형상의 세로로 긴 공간 내에 배치한 노즐(249a, 249b, 249c, 249d) 및 버퍼실(237)을 경유하여 가스를 반송하고, 노즐(249a, 249b, 249c, 249d) 및 버퍼실(237)에 각각 개구된 가스 공급 구멍(250a, 250b, 250c, 250d, 250e)으로부터 웨이퍼(200)의 근방에서 비로소 반응관(203) 내에 가스를 분출시키고 있으며, 반응관(203) 내에서의 가스의 주된 흐름을 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉 수평 방향으로 하고 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급할 수 있고, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 박막의 막 두께를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 웨이퍼(200)의 표면 상을 흐른 가스, 즉 반응 후의 잔여 가스는 배기구, 즉 후술하는 배기관(231)의 방향을 향하여 흐르는데, 이 잔여 가스의 흐름 방향은 배기구의 위치에 따라 적절하게 특정되며, 수직 방향에 한정되는 것은 아니다.
제1 가스 공급관(232a)으로부터는 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스로서, 예를 들어 적어도 붕소(B)와 클로로기 등의 할로겐기를 포함하는 원료 가스인 할로겐화 붕소계 원료 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a), 제1 노즐(249a)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 여기서, 할로겐화 붕소계 원료 가스는 기체 상태의 할로겐화 붕소계 원료, 예를 들어 상온 상압하에서 액체 상태인 할로겐화 붕소계 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압하에서 기체 상태인 할로겐화 붕소계 원료 등을 말한다. 또한, 할로겐화 붕소계 원료는 클로로 리간드(Cl) 등의 할로겐 리간드를 갖는 할로겐화물 중 1종이며, 적어도 붕소(B) 및 염소(Cl) 등의 할로겐 원소를 포함하는 원료를 말한다. 할로겐화 붕소계 원료는 붕소 소스로서 기능한다. 또한, 본 명세서에 있어서 "원료"라는 용어를 사용한 경우에는, "액체 상태인 액체 원료"를 의미하는 경우, "기체 상태인 원료 가스"를 의미하는 경우, 또는 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다. 따라서, 본 명세서에 있어서 "할로겐화 붕소계 원료"라는 용어를 사용한 경우에는, "액체 상태인 할로겐화 붕소계 원료"를 의미하는 경우, "기체 상태인 할로겐화 붕소계 원료 가스"를 의미하는 경우, 또는 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다. 할로겐화 붕소계 원료 가스로서는, 예를 들어 3염화 붕소(BCl3) 가스를 사용할 수 있다. BCl3과 같이 상온 상압하에서 액체 상태인 액체 원료를 사용하는 경우에는, 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여 원료 가스(BCl3 가스)로서 공급하게 된다.
제2 가스 공급관(232b)으로부터는, 소정 원소 및 아미노기(아민기)를 포함하는 제2 원료 가스로서, 예를 들어 적어도 실리콘(Si)과 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스인 아미노실란계 원료 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241b), 밸브(243b), 제2 노즐(249b)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 여기서, 아미노실란계 원료는 아미노기를 갖는 실란계 원료(메틸기나 에틸기나 부틸기 등의 알킬기도 함유하는 실란계 원료이기도 함)를 말하며, 적어도 실리콘(Si), 탄소(C) 및 질소(N)를 포함하는 원료를 말한다. 즉, 여기에서 말하는 아미노실란계 원료는 유기계 원료라고도 할 수 있고, 유기 아미노실란계 원료라고도 할 수 있다. 아미노실란계 원료는 실리콘 소스, 카본 소스 및 질소 소스로서 기능한다. 또한, 본 명세서에 있어서 "아미노실란계 원료"라는 용어를 사용한 경우에는, "액체 상태인 아미노실란계 원료"를 의미하는 경우, "기체 상태인 아미노실란계 원료 가스"를 의미하는 경우, 또는 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다. 아미노실란계 원료 가스로서는, 예를 들어 트리스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS) 가스를 사용할 수 있다. 3DMAS와 같이 상온 상압하에서 액체 상태인 액체 원료를 사용하는 경우에는, 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여 원료 가스(3DMAS 가스)로서 공급하게 된다.
제3 가스 공급관(232c)으로부터는, 질화 가스(질소 함유 가스)가 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c), 제3 노즐(249c), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 질화 가스로서는, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다. 질화 가스는 질소 소스로서 기능한다.
제4 가스 공급관(232d)으로부터는, 탄소(C)를 포함하는 가스(탄소 함유 가스)로서, 예를 들어 탄화수소계 가스가 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d), 제4 노즐(249d)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 탄소 함유 가스로서는, 예를 들어 프로필렌(C3H6) 가스를 사용할 수 있다. 탄소 함유 가스는 카본 소스로서 기능한다.
제5 가스 공급관(232e)으로부터는, 질소(N) 및 탄소(C)를 포함하는 가스로서, 예를 들어 아민계 가스가 매스 플로우 컨트롤러(241e), 밸브(243e), 제4 가스 공급관(232d), 제4 노즐(249d)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 여기서, 아민계 가스는 아민을 기화한 가스 등의 아민기를 포함하는 가스를 말하며, 탄소(C), 질소(N) 및 수소(H)를 포함하는 가스이다. 아민계 가스는 에틸아민, 메틸아민, 프로필아민, 이소프로필아민, 부틸아민, 이소부틸아민 등의 아민을 포함한다. 여기서, 아민은 암모니아(NH3)의 수소 원자를 알킬기 등의 탄화수소기로 치환한 형태의 화합물의 총칭이다. 즉, 아민은 알킬기 등의 탄화수소기를 포함한다. 아민계 가스는 실리콘(Si)을 포함하지 않기 때문에 실리콘 비함유의 가스라고도 할 수 있으며, 나아가 실리콘 및 금속을 포함하지 않기 때문에 실리콘 및 금속 비함유의 가스라고도 할 수 있다. 아민계 가스로서는, 예를 들어 트리에틸아민((C2H5)3N, 약칭: TEA) 가스를 사용할 수 있다. 아민계 가스는 카본 소스 및 질소 소스로서 기능한다. 또한, TEA와 같이 상온 상압하에서 액체 상태인 아민을 사용하는 경우에는, 액체 상태인 아민을 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여 아민계 가스, 즉 탄소 및 질소를 포함하는 가스(TEA 가스)로서 공급하게 된다.
불활성 가스 공급관(232f, 232g, 232h, 232i)으로부터는, 예를 들어 질소(N2) 가스가 각각 매스 플로우 컨트롤러(241f, 241g, 241h, 241i), 밸브(243f, 243g, 243h, 243i), 가스 공급관(232a, 232b, 232c, 232d), 노즐(249a, 249b, 249c, 249d), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다.
각 가스 공급관으로부터 상술한 바와 같은 가스를 각각 흘리는 경우, 제1 가스 공급계에 의해 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료를 공급하는 제1 원료 가스 공급계, 즉 제1 원료 가스 공급계로서의 할로겐화 붕소계 원료 가스 공급계가 구성된다. 또한, 할로겐화 붕소계 원료 가스 공급계를, 간단히 할로겐화 붕소계 원료 공급계라고도 칭한다. 또한, 제2 가스 공급계에 의해, 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료를 공급하는 제2 원료 가스 공급계, 즉 제2 원료 가스 공급계로서의 아미노실란계 원료 가스 공급계가 구성된다. 또한, 아미노실란계 원료 가스 공급계를, 간단히 아미노실란계 원료 공급계라고 칭할 수도 있다. 또한, 제3 가스 공급계에 의해, 질화 가스(질소 함유 가스) 공급계가 구성된다. 또한, 제4 가스 공급계에 의해, 탄소 함유 가스 공급계로서의 탄화수소계 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제5 가스 공급계에 의해, 질소 및 탄소 함유 가스 공급계로서의 아민계 가스 공급계가 구성된다.
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) 각각은, 제3 노즐(249c)과 평행하게 설치되어 있다. 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 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, 다른쪽은 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 생각하여도 된다. 또한, 플라즈마원은 후술하는 바와 같이 가스를 플라즈마로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서 기능한다.
전극 보호관(275)은 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 각각을 버퍼실(237) 내의 분위기와 격리된 상태로 버퍼실(237) 내에 삽입할 수 있는 구조로 되어 있다. 여기서, 전극 보호관(275) 내부의 산소 농도가 외기(대기)의 산소 농도와 동일 정도이면, 전극 보호관(275) 내에 각각 삽입된 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)은, 히터(207)에 의한 열에 의해 산화되어 버린다. 따라서, 전극 보호관(275)의 내부에 질소 가스 등의 불활성 가스를 충전해 두거나, 전극 보호관(275)의 내부를 불활성 가스 퍼지 기구를 사용하여 질소 가스 등의 불활성 가스로 퍼지함으로써, 전극 보호관(275) 내부의 산소 농도를 저감시켜, 제1 막대 형상 전극(269) 또는 제2 막대 형상 전극(270)의 산화를 방지할 수 있도록 구성되어 있다.
반응관(203)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치되어 있다. 배기관(231)에는, 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 통하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. 또한, APC 밸브(244)는 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태로 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태로 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 생각하여도 된다. 배기계는 진공 펌프(246)를 작동시키면서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)의 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)으로 되도록 진공 배기할 수 있도록 구성되어 있다.
반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)은 반응관(203)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 접촉되도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 스테인리스 등의 금속으로 이루어지며, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는 반응관(203)의 하단과 접촉하는 시일 부재로서의 O링(220)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는, 후술하는 기판 보유 지지구로서의 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) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 보트 엘리베이터(115)는 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로 이루어지며, 복수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 그리고 서로 중심을 맞춘 상태로 정렬시켜 다단으로 지지하도록 구성되어 있다. 또한, 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열 부재(218)가 설치되어 있어, 히터(207)로부터의 열이 시일 캡(219)측에 전달되기 어려워지도록 구성되어 있다. 또한, 단열 부재(218)는 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 복수매의 단열판과, 이들 단열판을 수평 자세로 다단으로 지지하는 단열판 홀더에 의해 구성하여도 된다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있으며, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는 노즐(249a, 249b, 249c, 249d)과 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있으며, 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 통하여 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 레시피 등이 판독 가능하게 저장되어 있다. 또한, 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 프로그램이라는 용어를 사용한 경우에는, 프로세스 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, RAM(121b)은 CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크 에리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는 상술한 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h, 241i), 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, 243h, 243i), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 고주파 전원(273), 정합기(272), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행함과 더불어, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. 그리고, CPU(121a)는, 판독한 프로세스 레시피의 내용을 따르도록, 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h, 241i)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, 243h, 243i)의 개폐 동작, APC 밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 고주파 전원(273)의 전력 공급, 정합기(272)에 의한 임피던스 조정 동작, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
또한, 컨트롤러(121)는 전용 컴퓨터로서 구성되어 있는 경우에 한정되지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어도 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 광 자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(123)를 준비하고, 이러한 외부 기억 장치(123)를 사용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해, 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(121)를 구성할 수 있다. 또한, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 외부 기억 장치(123)를 통하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들어, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여, 외부 기억 장치(123)를 통하지 않고 프로그램을 공급하도록 하여도 된다. 또한, 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 간단히 기록 매체라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 기록 매체라는 용어를 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 처리로를 사용하여, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 상에 박막을 성막하는 시퀀스 예에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
또한, 본 실시 형태에서는 형성하는 박막의 조성비가 화학양론 조성, 또는 화학양론 조성과는 상이한 소정의 조성비가 되도록 하는 것을 목적으로 하여, 형성하는 박막을 구성하는 복수의 원소를 포함하는 복수 종류의 가스의 공급 조건을 제어한다. 예를 들어, 형성하는 박막을 구성하는 복수의 원소 중 적어도 하나의 원소가 다른 원소보다 화학양론 조성에 대하여 과잉이 되도록 하는 것을 목적으로 하여 공급 조건을 제어한다. 이하, 형성하는 박막을 구성하는 복수의 원소의 비율, 즉 박막의 조성비를 제어하면서 성막을 행하는 시퀀스 예에 대하여 설명한다.
본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는, 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 공정과, 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급함으로써, 제1층을 개질하여, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 기판 상에 형성한다.
제2층을 형성하는 공정에서는, 제1층과 제2 원료 가스를 반응시켜, 제1층에 포함되는 할로겐기를 구성하는 원자 중 적어도 일부를 제1층으로부터 뽑아냄과 더불어, 제2 원료 가스에 포함되는 아미노기를 포함하는 리간드 중 적어도 일부를 제2 원료 가스로부터 분리시킨다.
구체적으로는, 제2층을 형성하는 공정에서는, 제1층에 포함되는 할로겐기를 구성하는 원자 중 적어도 일부와, 제2 원료 가스에 포함되는 아미노기를 포함하는 리간드 중 적어도 일부를 반응시킨다. 즉, 제2층을 형성하는 공정은, 제1층에 포함되는 할로겐기를 구성하는 원자와, 제2 원료 가스에 포함되는 아미노기를 포함하는 리간드를 반응시키는 조건하에서 행한다. 그에 의해, 제2 원료 가스에 포함되는 아미노기를 포함하는 리간드와 반응시킨 할로겐기를 구성하는 원자를 제1층으로부터 분리시킴(뽑아냄)과 더불어, 할로겐기를 구성하는 원자와 반응시킨 아미노기를 포함하는 리간드를 제2 원료 가스로부터 분리시킨다. 그리고, 아미노기를 포함하는 리간드 중 적어도 일부가 분리된 제2 원료 가스에 포함되는 소정 원소와 제1층에 포함되는 붕소를 결합시킨다.
또한, "제1층을 형성하는 공정과, 제2층을 형성하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하는" 것은, 제1층을 형성하는 공정과, 제2층을 형성하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 1 사이클로 한 경우, 이 사이클을 1회 혹은 복수회 행하는 것을 의미한다. 즉, 이 순서대로 행하는 사이클을 1회 이상 행하는 것을 의미한다. 환언하면, 제1층을 형성하는 공정과, 제2층을 형성하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 1회 행하는 것, 혹은 복수회 반복하는 것을 의미한다고도 할 수 있다. 단, 이 순서대로 행하는 사이클은 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 기판으로서 반도체 기판인 실리콘 웨이퍼 등의 웨이퍼를 사용한다. 또한, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스로서, 붕소 및 클로로기를 포함하는 할로겐화 붕소계 원료 가스를 사용한다. 또한, 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스로서, 실리콘 및 아미노기를 포함하는 아미노실란계 원료 가스를 사용한다. 또한, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층으로서, 붕소 및 클로로기(염소)를 포함하는 층(염소를 포함하는 붕소 함유층)을 형성한다. 또한, 제1층을 개질하여, 제2층으로서 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 층(실리콘 붕탄질화층)을 형성한다. 또한, 박막으로서 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막(실리콘 붕탄질화막)을 형성한다.
이하에, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 4는 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 성막 플로우를 나타내는 도면이다. 도 5의 (a)는 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급 타이밍을 나타내는 도면이다.
본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 붕소 및 클로로기를 포함하는 할로겐화 붕소계 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 클로로기(염소)를 포함하는 제1층으로서 염소를 포함하는 붕소 함유층(이하, Cl을 포함하는 붕소 함유층이라고도 함)을 형성하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 실리콘 및 아미노기를 포함하는 아미노실란계 원료 가스를 공급함으로써, 제1층을 개질하여, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층으로서 실리콘 붕탄질화층(이하, SiBCN층)을 형성하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막으로서 실리콘 붕탄질화막(이하, SiBCN막이라고도 함)을 웨이퍼(200) 상에 형성한다.
또한, 도 4, 도 5의 (a)는 할로겐화 붕소계 원료 가스를 공급하는 공정과, 아미노실란계 원료 가스를 공급하는 공정을 교대로 소정 횟수 행하는 예를 나타내고 있다.
또한, 본 명세서에 있어서 "웨이퍼"라는 용어를 사용한 경우에는, "웨이퍼 그 자체"를 의미하는 경우나, "웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등의 적층체(집합체)"를 의미하는 경우(즉, 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함시켜 웨이퍼라고 칭하는 경우)가 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 "웨이퍼의 표면"이라는 용어를 사용한 경우에는, "웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)"을 의미하는 경우나, "웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최외측 표면"을 의미하는 경우가 있다.
따라서, 본 명세서에 있어서 "웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다"라고 기재한 경우에는, "웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급하는" 것을 의미하는 경우나, "웨이퍼 상에 형성되어 있는 층이나 막 등에 대하여, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최외측 표면에 대하여 소정의 가스를 공급하는" 것을 의미하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 "웨이퍼 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다"라고 기재한 경우에는, "웨이퍼 그 자체의 표면(노출면) 상에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성하는" 것을 의미하는 경우나, "웨이퍼 상에 형성되어 있는 층이나 막 등의 위, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최외측 표면 상에 소정의 층(또는 막)을 형성하는" 것을 의미하는 경우가 있다.
또한, 본 명세서에 있어서 "기판"이라는 용어를 사용한 경우에도, "웨이퍼"라는 용어를 사용한 경우와 마찬가지이며, 그 경우, 상기 설명에 있어서 "웨이퍼"를 "기판"으로 치환하여 생각하면 된다.
이하, 본 실시 형태의 성막 시퀀스를 보다 구체적으로 설명한다. 여기에서는, 할로겐화 붕소계 원료 가스로서 클로로기(클로로 리간드)를 1개 이상, 구체적으로는 3개 갖는 붕소 화합물인 BCl3 가스를, 아미노실란계 원료 가스로서 아미노기(아미노 리간드)를 1개 이상, 구체적으로는 3개 갖는 아미노실란인 3DMAS 가스를 사용하여, 도 4의 성막 플로우 및 도 5의 (a)의 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼(200) 상에 SiBCN막을 형성하는 예에 대하여 설명한다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220)을 통하여 반응관(203)의 하단을 시일한 상태로 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)에 의해 측정되며, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한, 진공 펌프(246)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안, 항상 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 또한, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안, 계속해서 행해진다. 계속해서, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안, 계속해서 행해진다.
(실리콘 붕탄질화막 형성 공정)
그 후, 다음 2가지 스텝, 즉 스텝 1a, 2a를 순차적으로 실행한다.
[스텝 1a]
(BCl3 가스 공급)
제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 개방하여, 제1 가스 공급관(232a) 내에 BCl3 가스를 흘린다. 제1 가스 공급관(232a) 내를 흐른 BCl3 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241a)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 BCl3 가스는 제1 노즐(249a)의 가스 공급 구멍(250a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 BCl3 가스가 공급되게 된다(BCl3 가스 공급). 이때, 동시에 밸브(243f)를 개방하여, 제1 불활성 가스 공급관(232f) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 제1 불활성 가스 공급관(232f) 내를 흐른 N2 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241f)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는 BCl3 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 이때, 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d), 버퍼실(237) 내에의 BCl3 가스의 침입을 방지하기 위하여, 밸브(243g, 243h, 243i)를 개방하여 제2 불활성 가스 공급관(232g), 제3 불활성 가스 공급관(232h), 제4 불활성 가스 공급관(232i) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제4 가스 공급관(232d), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 13300Pa, 바람직하게는 20 내지 1330Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241a)에 의해 제어되는 BCl3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241f, 241g, 241h, 241i)에 의해 제어되는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. BCl3 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때, 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가 예를 들어 250 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350 내지 600℃의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 250℃ 미만이 되면, 웨이퍼(200) 상에 BCl3이 화학 흡착하기 어려워져, 실용적인 성막 속도가 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 250℃ 이상으로 함으로써, 이를 해소하는 것이 가능하게 된다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도를 300℃ 이상, 나아가 350℃ 이상으로 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 BCl3을 보다 충분히 흡착시키는 것이 가능하게 되어, 보다 충분한 성막 속도가 얻어지게 된다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 700℃를 초과하면, CVD 반응이 강해짐(기상 반응이 지배적이 됨)으로써, 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워져 그 제어가 곤란해져 버린다. 웨이퍼(200)의 온도를 700℃ 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 악화를 억제할 수 있고, 그 제어가 가능하게 된다. 특히, 웨이퍼(200)의 온도를 650℃ 이하, 나아가 600℃ 이하로 함으로써, 표면 반응이 지배적이 되고, 막 두께 균일성을 확보하기 쉬워져 그 제어가 용이하게 된다. 따라서, 웨이퍼(200)의 온도는 250 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350 내지 600℃의 범위 내의 온도로 하는 것이 좋다.
상술한 조건하에서 웨이퍼(200)에 대하여 BCl3 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 상에 제1층으로서, 예를 들어 1 원자층 미만으로부터 수 원자층 정도의 두께의 염소(Cl)를 포함하는 붕소 함유층이 형성된다. Cl을 포함하는 붕소 함유층은 BCl3 가스의 흡착층이어도 되고, Cl을 포함하는 붕소층(B층)이어도 되며, 그 양쪽을 포함하여도 된다.
여기서, Cl을 포함하는 붕소층은, 붕소(B)에 의해 구성되고 Cl을 포함하는 연속적인 층 외에, 불연속의 층이나, 이들이 겹쳐 생기는 Cl을 포함하는 붕소 박막도 포함하는 총칭이다. 또한, B에 의해 구성되고 Cl을 포함하는 연속적인 층을 Cl을 포함하는 붕소 박막이라고 하는 경우도 있다. 또한, Cl을 포함하는 붕소층을 구성하는 B는, Cl과의 결합이 완전히 끊어져 있지 않은 것 외에, Cl과의 결합이 완전히 끊어져 있는 것도 포함한다.
또한, BCl3 가스의 흡착층은 BCl3 가스의 가스 분자의 연속적인 화학 흡착층 외에, 불연속의 화학 흡착층도 포함한다. 즉, BCl3 가스의 흡착층은 BCl3 분자로 구성되는 1 분자층 혹은 1 분자층 미만의 두께의 화학 흡착층을 포함한다. 또한, BCl3 가스의 흡착층을 구성하는 BCl3 분자는, B와 Cl의 결합이 일부 끊어진 것(BxCly 분자)도 포함한다. 즉, BCl3의 흡착층은 BCl3 분자 및 BxCly 분자 중 적어도 하나의 연속적인 화학 흡착층이나 불연속의 화학 흡착층을 포함한다.
또한, 1 원자층 미만의 두께의 층은 불연속으로 형성되는 원자층을 의미하며, 1 원자층의 두께의 층은 연속적으로 형성되는 원자층을 의미한다. 또한, 1 분자층 미만의 두께의 층은 불연속으로 형성되는 분자층을 의미하며, 1 분자층의 두께의 층은 연속적으로 형성되는 분자층을 의미한다.
BCl3 가스가 자기 분해(열 분해)하는 조건하, 즉 BCl3의 열 분해 반응이 발생하는 조건하에서는, 웨이퍼(200) 상에 B가 퇴적됨으로써 Cl을 포함하는 붕소층이 형성된다. BCl3 가스가 자기 분해(열 분해)하지 않는 조건하, 즉 BCl3의 열 분해 반응이 발생하지 않는 조건하에서는, 웨이퍼(200) 상에 BCl3 가스가 흡착함으로써 BCl3 가스의 흡착층이 형성된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 BCl3 가스의 흡착층을 형성하는 것보다, 웨이퍼(200) 상에 Cl을 포함하는 붕소층을 형성하는 쪽이 성막 레이트를 높게 할 수 있어 바람직하다.
웨이퍼(200) 상에 형성되는 Cl을 포함하는 붕소 함유층의 두께가 수 원자층을 초과하면, 후술하는 스텝 2a에서의 개질의 작용이 Cl을 포함하는 붕소 함유층의 전체에 도달하지 않게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성 가능한 Cl을 포함하는 붕소 함유층의 두께의 최소값은 1 원자층 미만이다. 따라서, Cl을 포함하는 붕소 함유층의 두께는 1 원자층 미만으로부터 수 원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, Cl을 포함하는 붕소 함유층의 두께를 1 원자층 이하, 즉 1 원자층 또는 1 원자층 미만으로 함으로써, 후술하는 스텝 2a에서의 개질 반응의 작용을 상대적으로 높일 수 있고, 스텝 2a에서의 개질 반응에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 스텝 1a에서의 Cl을 포함하는 붕소 함유층 형성에 필요로 하는 시간을 단축할 수도 있다. 결과로서, 1 사이클당 처리 시간을 단축할 수 있어, 전체 처리 시간을 단축하는 것도 가능하게 된다. 즉, 성막 레이트를 높게 하는 것도 가능하게 된다. 또한, Cl을 포함하는 붕소 함유층의 두께를 1 원자층 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능하게 된다.
(잔류 가스 제거)
제1층으로서의 Cl을 포함하는 붕소 함유층이 형성된 후, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 폐쇄하여 BCl3 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 Cl을 포함하는 붕소 함유층 형성에 기여한 후의 BCl3 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한 이때, 밸브(243f, 243g, 243h, 243i)는 개방한 채로 하여, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하며, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 Cl을 포함하는 붕소 함유층 형성에 기여한 후의 BCl3 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
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 행해지는 스텝 2a에 있어서 악영향이 발생하는 일은 없다. 이때, 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없으며, 예를 들어 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 2a에 있어서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
할로겐화 붕소계 원료 가스로서는, 3염화 붕소(BCl3) 가스 외에 3불화 붕소(BF3) 가스, 3브롬화 붕소(BBr3) 가스 등을 사용하여도 된다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에 Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용하여도 된다.
[스텝 2a]
(3DMAS 가스 공급)
스텝 1a가 종료되어 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 개방하여 제2 가스 공급관(232b) 내에 3DMAS 가스를 흘린다. 제2 가스 공급관(232b) 내를 흐른 3DMAS 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241b)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 3DMAS 가스는 제2 노즐(249b)의 가스 공급 구멍(250b)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 3DMAS 가스가 공급되게 된다(3DMAS 가스 공급). 이때, 동시에 밸브(243g)를 개방하여, 제2 불활성 가스 공급관(232g) 내에 불활성 가스로서의 N2 가스를 흘린다. 제2 불활성 가스 공급관(232g) 내를 흐른 N2 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241g)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는 3DMAS 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 이때, 제1 노즐(249a), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d), 버퍼실(237) 내에의 3DMAS 가스의 침입을 방지하기 위하여, 밸브(243f, 243h, 243i)를 개방하여 제1 불활성 가스 공급관(232f), 제3 불활성 가스 공급관(232h), 제4 불활성 가스 공급관(232i) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 제1 가스 공급관(232a), 제3 가스 공급관(232c), 제4 가스 공급관(232d), 제1 노즐(249a), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 13300Pa, 바람직하게는 20 내지 1330Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241b)에 의해 제어되는 3DMAS 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241f, 241g, 241h, 241i)에 의해 제어되는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 3DMAS 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때의 히터(207)의 온도는, 스텝 1a와 마찬가지로, 웨이퍼(200)의 온도가 예를 들어 250 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350 내지 600℃의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다.
상술한 조건하에서 웨이퍼(200)에 대하여 3DMAS 가스를 공급함으로써, 스텝 1a에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Cl을 포함하는 붕소 함유층과 3DMAS 가스가 반응한다. 구체적으로는, Cl을 포함하는 붕소 함유층에 포함되는 할로겐기(클로로기)를 구성하는 Cl 원자 중 적어도 일부와, 3DMAS 가스에 포함되는 아미노기를 포함하는 리간드 중 적어도 일부를 반응시킨다. 이에 의해, 3DMAS 가스에 포함되는 아미노기를 포함하는 리간드와 반응시킨 할로겐기(클로로기)를 구성하는 Cl 원자를, Cl을 포함하는 붕소 함유층으로부터 분리시킴(뽑아냄)과 더불어, 할로겐기(클로로기)를 구성하는 Cl 원자와 반응시킨 아미노기를 포함하는 리간드를 3DMAS 가스로부터 분리시킨다. 그리고, 아미노기를 포함하는 리간드가 분리된 3DMAS 가스에 포함되는 실리콘과 Cl을 포함하는 붕소 함유층에 포함되는 붕소를 결합시킨다. 이에 의해, Cl을 포함하는 붕소 함유층은, 실리콘(Si), 붕소(B), 탄소(C) 및 질소(N)를 포함하는 제2층으로서의 실리콘 붕탄질화층(SiBCN층)으로 변화된다(개질된다). 제2층은, 예를 들어 1 원자층 미만으로부터 수 원자층 정도의 두께의 Si, B, C 및 N을 포함하는 층이 된다.
(잔류 가스 제거)
그 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 폐쇄하여 3DMAS 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 채로 하여, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 반응에 기여한 후의 3DMAS 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한 이때, 밸브(243f, 243g, 243h, 243i)는 개방한 채로 하여, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하며, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제2층 형성에 기여한 후의 3DMAS 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
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 행해지는 스텝 1a에 있어서 악영향이 발생하는 일은 없다. 이때, 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없으며, 예를 들어 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 1a에 있어서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
아미노실란계 원료 가스로서는, 3DMAS 가스 외에 테트라키스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭: 4DMAS) 가스, 비스디에틸아미노실란(Si[N(C2H5)2]2H2, 약칭: 2DEAS) 가스, 비스(터셔리부틸아미노)실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS) 가스 등의 유기 원료를 사용하여도 된다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에 Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용하여도 된다.
(소정 횟수 실시)
상술한 스텝 1a, 2a를 이 순서대로 행하는 사이클을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 즉 스텝 1a, 2a를 교대로 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막), 즉 실리콘(Si), 붕소(B), 탄소(C) 및 질소(N)를 포함하는 박막을 웨이퍼(200) 상에 성막할 수 있다. 또한, 상술한 사이클은 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1 사이클당 형성하는 SiBCN층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
이때, 각 스텝에서의 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어함으로써, SiBCN층에서의 각 원소 성분, 즉 실리콘 성분, 붕소 성분, 탄소 성분, 질소 성분의 비율, 즉 실리콘 농도, 붕소 농도, 탄소 농도, 질소 농도를 조정할 수 있어, SiBCN막의 조성비를 제어할 수 있다.
또한, "이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하는" 것은, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 최초에 BCl3 가스를 공급하고, 그 후에 3DMAS 가스를 공급하는 것을 나타내고 있는데, 이 순서대로 행하는 장점으로서, SiBCN막을 형성할 때의 인큐베이션 타임을 단축할 수 있는 것을 들 수 있다. 즉, BCl3 가스의 Cl의 작용에 의해 SiBCN막의 성막 초기, 즉 SiBCN층의 형성 초기의 핵 형성이 촉진되어 SiBCN층이 형성될 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 즉, SiBCN막의 성막 레이트를 높일 수 있어, 성막 처리의 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 최초에 3DMAS 가스를 공급하고, 그 후에 BCl3 가스를 공급하도록 한 경우에서는, 최초에 BCl3 가스를 공급하고, 그 후에 3DMAS 가스를 공급하도록 한 경우보다 인큐베이션 타임이 길어져, 전체 성막 레이트, 즉 생산성이 저하되는 것을 확인하였다.
또한, 사이클을 복수회 행하는 경우, 적어도 2 사이클째 이후의 각 스텝에 있어서, "웨이퍼(200)에 대하여 소정의 가스를 공급한다"라고 기재한 부분은, "웨이퍼(200) 상에 형성되어 있는 층에 대하여, 즉 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최외측 표면에 대하여 소정의 가스를 공급하는" 것을 의미하고, "웨이퍼(200) 상에 소정의 층을 형성한다"라고 기재한 부분은, "웨이퍼(200) 상에 형성되어 있는 층의 위, 즉 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최외측 표면 상에 소정의 층을 형성하는" 것을 의미한다. 이 점은 상술한 바와 같다. 또한, 이 점은 후술하는 각 변형예, 다른 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
소정 조성 및 소정 막 두께의 SiBCN막을 형성하는 성막 처리가 이루어지면, 밸브(243f, 243g, 243h, 243i)를 개방하여, 제1 불활성 가스 공급관(232f), 제2 불활성 가스 공급관(232g), 제3 불활성 가스 공급관(232h), 제4 불활성 가스 공급관(232i) 각각으로부터 불활성 가스로서의 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하여 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하며, 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 치환되고(불활성 가스 치환), 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 반응관(203)의 하단이 개구됨과 더불어, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태로 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 발휘한다.
본 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, 스텝 1a, 2a를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 종래의 SiCN막이나 SiOCN막 등에 비하여, 저온 영역에 있어서 불화수소(HF)에 대한 내성이 높고, 유전율이 낮은 SiBCN막을 높은 생산성으로 성막할 수 있게 된다. 즉, 상반된 관계에 있는 HF에 대한 내성의 향상과 유전율의 저하를 양립시키는 것이 가능한 박막을 저온 영역에서 높은 생산성으로 성막할 수 있게 된다.
또한, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, 스텝 2a에서, Cl 등의 클로로기와의 반응성이 높은 아미노실란계 원료 가스(3DMAS 가스)를 사용하고 있다. 그로 인해, 스텝 2a에 있어서, 클로로기(Cl)를 포함하는 제1층과 제2 원료 가스를 효율적으로 반응시킬 수 있어, Si, B, C 및 N을 포함하는 제2층(SiBCN층)을 효율적으로 형성할 수 있다. 이에 의해, SiBCN막의 성막 처리의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 아미노실란계 가스와 3염화 붕소 등의 붕소계 할로겐화물을 반응시키는 것이나, 어느 조건하에 있어서, 아미노실란계 가스와 3염화 붕소 등의 붕소계 할로겐화물과의 반응성이 높아지는 것이나, 이 반응에 의해 효율적으로 적정한 특성을 갖는 SiBCN막을 형성할 수 있는 것 등은, 발명자들의 예의 연구에 의해 비로소 명확하게 된 사항이다.
또한, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, 붕소 소스로서 기능하는 붕소 및 Cl을 포함하는 원료 가스(BCl3 가스)와 실리콘 소스, 질소 소스 및 카본 소스로서 기능하는 아미노실란계 원료 가스(3DMAS 가스)의 2종류의 가스를 사용함으로써, 실리콘, 붕소, 질소, 탄소를 포함하는 SiBCN막을 성막하는 것이 가능하게 된다. 즉, 성막시에 실리콘 소스, 붕소 소스, 질소 소스, 카본 소스를 따로따로 공급할 필요가 없다. 그로 인해, 1 사이클당 소요 시간을 단축시킬 수 있어, 성막 처리의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, 스텝 2a에서, Cl을 포함하는 제1층과 3DMAS 가스를 반응시킴으로써 제1층 내로부터 Cl 등의 불순물의 적어도 일부를 뽑아내거나 탈리시킬 수 있음과 더불어, 3DMAS 가스에 포함되는 아미노기를 포함하는 리간드 중 적어도 일부를 3DMAS 가스로부터 분리시킬 수 있고, 아미노기를 포함하는 리간드 중 적어도 일부가 분리된 3DMAS 가스에 포함되는 실리콘과 제1층에 포함되는 붕소를 결합시켜 제2층을 형성하므로, 제2층을 불순물이 적은 층으로 할 수 있다. 이에 의해, 스텝 1a, 2a를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 형성되는 SiBCN막 중의 불순물 농도를 저감시킬 수 있어, SiBCN막의 HF에 대한 내성을 한층 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, 스텝 1a에서 할로겐화 붕소계 원료를 공급하여, 웨이퍼(200) 상에 Cl을 포함하는 제1층(Cl을 포함하는 붕소 함유층)을 형성한 후, 또한 스텝 2a에서 아미노실란계 원료 가스를 공급하여 Cl을 포함하는 제1층을 개질하여 제2층(SiBCN층)을 형성하도록 하였으므로, 제2층 중의 붕소 농도, 질소 농도, 탄소 농도를 원하는 값으로 조정할 수 있게 된다. 이에 의해, 스텝 1a, 2a를 포함하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써 형성되는 SiBCN막의 조성을 용이하게 제어할 수 있어, 원하는 특성을 갖는 SiBCN막을 형성할 수 있게 된다.
또한, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, 스텝 1a, 2a를 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하도록 하였으므로, SiBCN막을 형성할 때의 인큐베이션 타임을 단축할 수 있게 된다. 즉, BCl3 가스의 Cl의 작용에 의해 SiBCN막의 성막 초기, 즉 SiBCN층의 형성 초기의 핵 형성이 촉진되어 SiBCN층이 형성될 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 즉, SiBCN막의 성막 레이트를 높일 수 있어, 성막 처리의 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 최초에 3DMAS 가스를 공급하고, 그 후에 BCl3 가스를 공급하도록 한 경우에서는, 최초에 BCl3 가스를 공급하고, 그 후에 3DMAS 가스를 공급하도록 한 경우보다 인큐베이션 타임이 길어져 토탈 성막 레이트, 즉 생산성이 저하된다.
또한, SiBCN막 중의 붕소 농도나 탄소 농도를 조정함으로써, HF나 핫 인산에 대한 SiBCN막의 내성을 제어하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, SiBCN막 중의 붕소 농도 및 탄소 농도를 증가시킴으로써, HF에 대한 습식 에칭 레이트(WER)를 SiN막보다 낮게 하는(HF에 대한 내성을 SiN막보다 높게 하는) 것이 가능하고, 막 중의 붕소 농도 및 탄소 농도를 저하시킴으로써, HF에 대한 WER을 SiN막보다 높게 하는(HF에 대한 내성을 SiN막보다 저하시키는) 것이 가능하다. 또한, 막 중의 붕소 농도를 증감시킨 경우, 핫 인산에 대한 내성의 변화는, HF에 대한 내성의 변화와 상이한 거동을 나타내는 경향이 있으며, 막 중의 탄소 농도를 증감시킨 경우, 핫 인산에 대한 내성의 변화는, HF에 대한 내성의 변화와 마찬가지의 거동을 나타내는 경향이 있다. 이로 인해, SiBCN막 중의 붕소 농도를 증가시킴으로써, 핫 인산에 대한 WER을 SiN막보다 높게 하는(핫 인산에 대한 내성을 SiN막보다 저하시키는) 것이 가능하고, 막 중의 붕소 농도를 저하시킴으로써, 핫 인산에 대한 WER을 SiN막보다 낮게 하는(핫 인산에 대한 내성을 SiN막보다 높게 하는) 것이 가능하다. 또한, SiBCN막 중의 탄소 농도를 증가시킴으로써, 핫 인산에 대한 WER을 SiN막보다 낮게 하는(핫 인산에 대한 내성을 SiN막보다 높게 하는) 것이 가능하고, 막 중의 탄소 농도를 저하시킴으로써, 핫 인산에 대한 WER을 SiN막과 비교하여 높게 하는(핫 인산에 대한 내성을 SiN막보다 저하시키는) 것이 가능하다.
(변형예)
도 4, 도 5의 (a)에 나타낸 상술한 성막 시퀀스에서는, 스텝 1a, 2a를 교대로 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 즉 제1 원료 가스와 제2 원료 가스를 교대로 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 SiBCN막을 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 실시 형태는 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 스텝 1a, 2a를 동시에 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 즉 제1 원료 가스와 제2 원료 가스를 동시에 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 SiBCN막을 형성하도록 하여도 된다. 도 5의 (b)는 스텝 1a, 2a를 동시에 행하는 사이클을 복수회(n회) 행하는 예를, 도 5의 (c)는 스텝 1a, 2a를 동시에 행하는 사이클을 1회 행하는 예를 각각 나타내고 있다. 도 5의 (b)에 나타내는 성막 시퀀스에서는, 주로 사이클의 실시 횟수를 조정함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성하는 SiBCN막의 막 두께를 제어할 수 있다. 또한, 도 5의 (c)에 나타내는 성막 시퀀스에서는, 주로 사이클의 실시 시간(가스 공급 시간)을 조정함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성하는 SiBCN막의 막 두께를 제어할 수 있다. 이들 경우에서의 처리 조건도, 도 4, 도 5의 (a)에 나타낸 상술한 성막 시퀀스에서의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 하면 된다.
이와 같이, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 제1 원료 가스와 제2 원료 가스를 순차적으로 공급하는 것이 아니라, 동시에 공급하도록 하여도 상술한 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다. 단, 상술한 실시 형태와 같이, 제1 원료 가스와 제2 원료 가스를 순차적으로 공급하는 쪽이, 즉 제1 원료 가스와 제2 원료 가스를 그들 사이에 처리실(201) 내의 퍼지를 끼워 교대로 공급하는 쪽이, 제1 원료 가스와 제2 원료 가스를 표면 반응이 지배적인 조건하에서 적정하게 반응시킬 수 있고, 막 두께 제어의 제어성을 높일 수 있어 바람직하다.
<본 발명의 제2 실시 형태>
이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.
상술한 제1 실시 형태에서는, 스텝 1a, 2a를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막(SiBCN막)을 기판 상에 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 실시 형태에서는, 상술한 스텝 1a, 2a와 마찬가지로 행하는 스텝 1b, 2b 외에, 기판에 대하여 반응 가스로서의 질화 가스(NH3 가스)를 공급하는 스텝 3b를 더 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 실리콘, 붕소 및 질소를 포함하는 박막(SiBN막), 또는 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막(SiBCN막)을 기판 상에 형성하는 예에 대하여 설명한다.
본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는, 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스와는 상이한 반응 가스를 공급하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 원소, 붕소 및 질소를 포함하는 박막, 또는 탄소 농도가 낮은 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 기판 상에 형성한다.
즉, 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 공정과, 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급함으로써, 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 공정과, 기판에 대하여 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스와는 상이한 반응 가스를 공급함으로써, 제2층을 개질하여, 소정 원소, 붕소 및 질소를 포함하는 제3층, 또는 제2층보다 탄소 농도가 낮은, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제3층을 형성하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 원소, 붕소 및 질소를 포함하는 박막, 또는 제2층보다 탄소 농도가 낮은 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 기판 상에 형성한다.
또한, 제1 원료 가스를 공급하는 공정과 제2 원료 가스를 공급하는 공정은, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지로 행한다. 즉, 제1층을 형성하는 공정과 제2층을 형성하는 공정은, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지로 행한다.
제3층을 형성하는 공정에서는, 반응 가스로서의 질화 가스에 의해, 제2층을 질화시킴으로써 제2층을 개질한다. 즉, 제2층의 질화에 의해, 제2층에 질소를 더 제공한다. 또한, 제2층의 질화에 의해, 제2층에 포함되는 탄소의 적어도 일부를 제2층으로부터 분리시킨다(뽑아낸다).
또한, 본 실시 형태에서는, 제3층을 형성하는 공정에 있어서, 소정 원소, 붕소 및 질소를 포함하는 제3층으로서, 실리콘, 붕소 및 질소를 포함하는 층(실리콘 붕질화층)을 형성하거나, 혹은 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제3층으로서, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 층(실리콘 붕탄질화층)을 형성한다. 또한, 상술한 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 원소, 붕소 및 질소를 포함하는 박막으로서, 실리콘, 붕소 및 질소를 포함하는 박막(실리콘 붕질화막)을 형성하거나, 혹은 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막으로서, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막(실리콘 붕탄질화막)을 형성한다.
(제1 성막 시퀀스)
우선, 본 실시 형태의 제1 성막 시퀀스(이하, 간단히 제1 시퀀스라고도 함)에 대하여 설명한다. 도 6은 본 실시 형태의 제1 시퀀스에서의 성막 플로우를 나타내는 도면이다. 도 7은 본 실시 형태의 제1 시퀀스에서의 가스 공급 및 고주파 전력(RF(Radio Frequency) 전력) 공급의 타이밍을 나타내는 도면으로서, (a)는 비플라즈마로 성막을 행하는 시퀀스 예를 나타내고, (b)는 플라즈마를 사용하여 성막을 행하는 시퀀스 예를 나타내고 있다.
본 실시 형태의 제1 시퀀스에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 붕소 및 클로로기를 포함하는 할로겐화 붕소계 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 클로로기(염소)를 포함하는 제1층으로서 염소를 포함하는 붕소 함유층(Cl을 포함하는 붕소 함유층)을 형성하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 실리콘 및 아미노기를 포함하는 아미노실란계 원료 가스를 공급함으로써, 제1층을 개질하여, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층으로서 실리콘 붕탄질화층(SiBCN층)을 형성하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 반응 가스로서의 질화 가스를 공급함으로써, 제2층을 개질하여, 실리콘, 붕소 및 질소를 포함하는 제3층으로서 실리콘 붕질화층(SiBN층), 또는 제2층보다 탄소 농도가 낮은 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제3층으로서 제2층보다 탄소 농도가 낮은 실리콘 붕탄질화층(SiBCN층)을 형성하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 실리콘, 붕소 및 질소를 포함하는 박막으로서 실리콘 붕질화막(SiBN막), 또는 제2층보다 탄소 농도가 낮은, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막으로서 제2층보다 탄소 농도가 낮은 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막)을 웨이퍼(200) 상에 형성한다.
본 실시 형태의 제1 시퀀스가 제1 실시 형태의 성막 시퀀스와 상이한 것은, 스텝 1a, 2a와 마찬가지로 행하는 스텝 1b, 2b 외에 스텝 3b를 더 포함하는 점뿐이며, 그 밖에는 제1 실시 형태의 성막 시퀀스와 마찬가지이다. 이하, 본 실시 형태의 스텝 3b에 대하여 설명한다. 또한, 여기에서는, 스텝 3b에 있어서, 질화 가스로서 NH3 가스를 사용하는 예에 대하여 설명한다.
[스텝 3b]
(NH3 가스 공급)
스텝 2b가 종료되어 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 개방하여 제3 가스 공급관(232c) 내에 NH3 가스를 흘린다. 제3 가스 공급관(232c) 내를 흐른 NH3 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 NH3 가스는 제3 노즐(249c)의 가스 공급 구멍(250c)으로부터 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이때, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 고주파 전력(RF 전력)을 인가하지 않음으로써, 버퍼실(237) 내에 공급된 NH3 가스는 열에 의해 활성화되고, 가스 공급 구멍(250e)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다(도 7의 (a) 참조). 또한 이때, 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 NH3 가스는 플라즈마 여기되고, 활성종으로서 가스 공급 구멍(250e)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다(도 7의 (b) 참조). 이때, 웨이퍼(200)에 대하여, 열 또는 플라즈마로 활성화된 NH3 가스가 공급되게 된다. 이때, 동시에 밸브(243h)를 개방하여, 제3 불활성 가스 공급관(232h) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 NH3 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 이때, 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제4 노즐(249d) 내에의 NH3 가스의 침입을 방지하기 위하여, 밸브(243f, 243g, 243i)를 개방하여 제1 불활성 가스 공급관(232f), 제2 불활성 가스 공급관(232g), 제4 불활성 가스 공급관(232i) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제4 가스 공급관(232d), 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제4 노즐(249d)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
NH3 가스를 플라즈마 여기하지 않고 열로 활성화시켜 흘릴 때에는, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 3000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력을 이러한 비교적 높은 압력대로 함으로써, NH3 가스를 비플라즈마로 열적으로 활성화시키는 것이 가능하게 된다. 또한, NH3 가스는 열로 활성화시켜 공급하는 쪽이 비교적 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, 후술하는 질화를 비교적 소프트하게 행할 수 있다. 처리실(201) 내에서의 NH3 가스의 분압은, 예를 들어 0.01 내지 2970Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241c)에 의해 제어되는 NH3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241h, 241f, 241g, 241i)에 의해 제어되는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 열로 활성화시킨 NH3 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때의 히터(207)의 온도는 스텝 1b, 2b와 마찬가지로, 웨이퍼(200)의 온도가 예를 들어 250 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350 내지 600℃의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다.
NH3 가스를 플라즈마 여기함으로써 활성종으로서 흘릴 때에는, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 100Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 플라즈마를 사용함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 이러한 비교적 낮은 압력대로 하여도 NH3 가스를 활성화시키는 것이 가능하게 된다. 처리실(201) 내에서의 NH3 가스의 분압은, 예를 들어 0.01 내지 100Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241c)에 의해 제어되는 NH3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241h, 241f, 241g, 241i)에 의해 제어되는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. NH3 가스를 플라즈마 여기함으로써 얻어진 활성종을 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때의 히터(207)의 온도는 스텝 1b, 2b와 마찬가지로, 웨이퍼(200)의 온도가 예를 들어 250 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350 내지 600℃의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다. 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.
이때, 처리실(201) 내에 흘리는 가스는, 처리실(201) 내의 압력을 높게 함으로써 열적으로 활성화된 NH3 가스, 혹은 NH3 가스를 플라즈마 여기함으로써 얻어진 활성종이며, 처리실(201) 내에는 BCl3 가스도 3DMAS 가스도 흘리지 않는다. 따라서, NH3 가스는 기상 반응을 일으키지 않으며, 활성화되거나 혹은 활성종이 된 NH3 가스는, 스텝 2b에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si, B, C 및 N을 포함하는 제2층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해 제2층은 질화되어, 제2층보다 탄소 농도가 낮은 Si, B, C 및 N을 포함하는 제3층(SiBCN층), 또는 Si, B 및 N을 포함하는 제3층(SiBN층)으로 개질된다. 제3층은, 예를 들어 1 원자층 미만으로부터 수 원자층 정도의 두께의 SiBCN층 또는 SiBN층이 된다.
제3층을 형성하는 공정에서는, 질화 가스에 의해 제2층을 질화시킴으로써 제2층을 개질하게 된다. 즉, 제2층의 질화에 의해, 제2층에 질소를 더 제공하게 된다. 또한, 제2층의 질화에 의해, 제2층에 포함되는 탄소의 적어도 일부를 제2층으로부터 분리시키게(뽑아내게) 된다.
또한, 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, NH3 가스를 열로 활성화시켜 처리실(201) 내에 흘림으로써, 제2층을 열 질화하여 SiBCN층 또는 SiBN층으로 개질(변화)시킬 수 있다. 이때, 제2층에서의 N 성분의 비율을 증가시키면서, 활성화된 NH3 가스의 에너지에 의해, 제2층에서의 C 성분의 적어도 일부를 탈리(뽑아냄)시킴으로써, 제2층을 SiBCN층 또는 SiBN층으로 개질시키게 된다. 또한 이때, NH3 가스에 의한 열 질화의 작용에 의해, 제2층에서의 Si-N 결합이 증가하는 한편, Si-C 결합 및 Si-Si 결합은 감소하고, 제2층에서의 C 성분의 비율 및 Si 성분의 비율은 감소하게 된다. 특히, C 성분에 대해서는, 그 대부분을 탈리시킴으로써 불순물 레벨로까지 감소시킬 수도 있다. 즉, 질소 농도를 증가시키는 방향으로, 또한 탄소 농도 및 실리콘 농도를 감소시키는 방향으로 조성비를 변화시키면서 제2층을 제2층보다 탄소 농도가 낮은 SiBCN층 또는 SiBN층으로 개질시킬 수 있다. 또한 이때, 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어함으로써, SiBCN층 또는 SiBN층에서의 N 성분의 비율, 즉 질소 농도를 미세 조정할 수 있어, SiBCN층 또는 SiBN층의 조성비를 보다 치밀하게 제어할 수 있다.
또한, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, NH3 가스를 플라즈마 여기함으로써 얻어진 활성종을 처리실(201) 내에 흘림으로써, 제2층을 플라즈마 질화하여 SiBCN층 또는 SiBN층으로 개질(변화)시킬 수 있다. 이때, 제2층에서의 N 성분의 비율을 증가시키면서, 활성종의 에너지에 의해, 제2층에서의 C 성분의 적어도 일부를 탈리(뽑아냄)시킴으로써, 제2층을 SiBCN층 또는 SiBN층으로 개질시킬 수 있다. 또한 이때, NH3 가스에 의한 플라즈마 질화의 작용에 의해, 제2층에서의 Si-N 결합이 증가하는 한편, Si-C 결합 및 Si-Si 결합은 감소하여, 제2층에서의 C 성분의 비율 및 Si 성분의 비율은 감소하게 된다. 특히, C 성분에 대해서는, 그 대부분을 탈리시킴으로써 불순물 레벨로까지 감소시키거나, 실질적으로 소멸시킬 수도 있다. 즉, 질소 농도를 증가시키는 방향으로, 또한 탄소 농도 및 실리콘 농도를 감소시키는 방향으로, 조성비를 변화시키면서 제2층을 제2층보다 탄소 농도가 낮은 SiBCN층 또는 SiBN층으로 개질시킬 수 있다. 또한 이때, 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어함으로써, SiBCN층 또는 SiBN층에서의 N 성분의 비율, 즉 질소 농도를 미세 조정할 수 있어, SiBCN층 또는 SiBN층의 조성비를 보다 치밀하게 제어할 수 있다.
또한 이때, 제2층의 질화 반응은 포화시키지 않도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 스텝 1b, 2b에서 1 원자층 미만으로부터 수 원자층의 두께의 제2층을 형성한 경우에는, 그 제2층의 일부를 질화시키도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 1 원자층 미만으로부터 수 원자층의 두께의 제2층의 전체를 질화시키지 않도록, 제2층의 질화 반응이 불포화가 되는 조건하에서 질화를 행한다.
또한, 제2층의 질화 반응을 불포화로 하기 위해서는, 스텝 3b에서의 처리 조건을 상술한 처리 조건으로 하면 되지만, 또한 스텝 3b에서의 처리 조건을 다음의 처리 조건으로 함으로써, 제2층의 질화 반응을 불포화로 하는 것이 용이하게 된다.
[NH3 가스를 열로 활성화시켜 흘릴 때]
웨이퍼 온도: 500 내지 650℃
처리실 내 압력: 133 내지 2666Pa
NH3 가스 분압: 33 내지 2515Pa
NH3 가스 공급 유량: 1000 내지 5000sccm
N2 가스 공급 유량: 300 내지 3000sccm
NH3 가스 공급 시간: 6 내지 60초
[NH3 가스를 플라즈마로 활성화시켜 흘릴 때]
웨이퍼 온도: 500 내지 650℃
처리실 내 압력: 33 내지 80Pa
NH3 가스 분압: 17 내지 75Pa
NH3 가스 공급 유량: 1000 내지 5000sccm
N2 가스 공급 유량: 300 내지 1000sccm
NH3 가스 공급 시간: 6 내지 60초
(잔류 가스 제거)
그 후, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 폐쇄하여 NH3 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 채로 하여, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제3층 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한 이때, 밸브(243h, 243f, 243g, 243i)는 개방한 채로 하여, N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하며, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제3층 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
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 행해지는 스텝 1b에 있어서 악영향이 발생하는 일은 없다. 이때, 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없으며, 예를 들어 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 1b에 있어서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
질소 함유 가스로서는, NH3 가스 외에 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스, 이들 화합물을 포함하는 가스 등을 사용하여도 된다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에 Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용하여도 된다.
(소정 횟수 실시)
상술한 스텝 1b 내지 3b를 1 사이클로 하여, 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘 붕질화막(SiBN막), 또는 제2층보다 탄소 농도가 낮은 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막), 즉 Si, B 및 N을 포함하는 박막, 또는 제2층보다 탄소 농도가 낮은 Si, B, C 및 N을 포함하는 박막을 웨이퍼(200) 상에 성막할 수 있다. 또한, 상술한 사이클은 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1 사이클당 형성하는 SiBN층 또는 SiBCN층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
(제2 성막 시퀀스)
이어서, 본 실시 형태의 제2 성막 시퀀스(이하, 간단히 제2 시퀀스라고도 함)에 대하여 설명한다. 도 8은 본 실시 형태의 제2 시퀀스에서의 성막 플로우를 나타내는 도면이다. 도 9는 본 실시 형태의 제2 시퀀스에서의 가스 공급 및 RF 전력 공급의 타이밍을 나타내는 도면으로서, (a)는 비플라즈마로 성막을 행하는 시퀀스 예를 나타내고, (b)는 플라즈마를 사용하여 성막을 행하는 시퀀스 예를 나타내고 있다.
본 실시 형태의 제2 시퀀스에서는, 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급하는 공정을 교대로 소정 횟수 행하는 공정과, 기판에 대하여 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스와는 상이한 반응 가스를 공급하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 원소, 붕소 및 질소를 포함하는 박막, 또는 탄소 농도가 낮은 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 기판 상에 형성한다.
구체적으로는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 붕소 및 클로로기를 포함하는 할로겐화 붕소계 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 클로로기(염소)를 포함하는 제1층으로서 염소를 포함하는 붕소 함유층(Cl을 포함하는 붕소 함유층)을 형성하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 실리콘 및 아미노기를 포함하는 아미노실란계 원료 가스를 공급함으로써, 제1층을 개질하여, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층으로서 실리콘 붕탄질화층(SiBCN층)을 형성하는 공정을 교대로 소정 횟수(복수회) 행하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 반응 가스로서의 질화 가스를 공급하여, 제2층을 질화시킴으로써 제2층을 개질하여, 실리콘, 붕소 및 질소를 포함하는 제3층으로서 실리콘 붕질화층(SiBN층), 또는 제2층보다 탄소 농도가 낮은 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제3층으로서 제2층보다 탄소 농도가 낮은 실리콘 붕탄질화층(SiBCN층)을 형성하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 실리콘, 붕소 및 질소를 포함하는 박막으로서 실리콘 붕질화막(SiBN막), 또는 제2층보다 탄소 농도가 낮은 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막으로서 제2층보다 탄소 농도가 낮은 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막)을 웨이퍼(200) 상에 형성한다.
즉, 본 시퀀스에서는, 상술한 제1 시퀀스에서의 스텝 1b, 2b를 1 세트로 하여 이 세트를 복수회 반복한 후, 스텝 3b를 행하고, 이것을 이 순서대로 행하는 사이클을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiBN막 또는 제2층보다 탄소 농도가 낮은 SiBCN막을 웨이퍼(200) 상에 형성하도록 하고 있다. 도 9는 상술한 스텝 1b, 2b를 1 세트로 하여 이 세트를 2회 행한 후, 스텝 3b를 행하고, 이것을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 n회 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiBN막 또는 제2층보다 탄소 농도가 낮은 SiBCN막을 성막하는 예를 나타내고 있다. 또한, 본 시퀀스가 제1 시퀀스와 상이한 것은, 상술한 스텝 1b, 2b를 1 세트로 하여 이 세트를 복수회 반복한 후, 스텝 3b를 행하는 점뿐이며, 그 밖에는 제1 시퀀스와 마찬가지로 행할 수 있다. 또한, 본 시퀀스에서의 처리 조건도, 상술한 제1 시퀀스와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
(본 실시 형태에 관한 효과)
본 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 즉, 종래의 SiCN막이나 SiOCN막 등에 비하여 불화수소(HF)에 대한 내성이 높고, 유전율이 낮은 SiBN막 또는 SiBCN막을 저온 영역에서 생산성 높게 성막할 수 있게 된다. 즉, 상반된 관계에 있는 HF에 대한 내성의 향상과 유전율의 저하를 양립시키는 것이 가능한 박막을 저온 영역에서 생산성 높게 성막할 수 있게 된다.
또한, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, 스텝 1b, 2b를 행하여 웨이퍼(200) 상에 제2층을 형성한 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급하는 스텝 3b를 행함으로써, SiBN층 또는 SiBCN층의 조성비를 보다 치밀하게 제어할 수 있게 되며, 이에 의해 SiBN막 또는 SiBCN막의 조성비를 보다 치밀하게 제어할 수 있게 된다.
또한, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, 스텝 3b에서, 제2층과, 열적으로 활성화된 NH3 가스, 혹은 NH3 가스를 플라즈마 여기함으로써 얻어진 활성종을 반응시킴으로써, 불순물 농도가 낮은 제2층 중에서 Cl 등의 불순물을 더 탈리(뽑아냄)시킬 수 있어, 제3층을 불순물의 함유량이 한층 적은 층으로 할 수 있다. 이에 의해, 스텝 1b 내지 3b를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 형성되는 SiBN막 또는 SiBCN막 중의 불순물 농도를 한층 저감시킬 수 있어, SiBN막 또는 SiBCN막의 HF에 대한 내성을 한층 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, 스텝 1b, 2b를 1 세트로 하여 이 세트를 소정회 행한 후, 스텝 3b를 행하고, 이것을 이 순서대로 행하는 사이클을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수 행하도록 하였으므로, SiBCN막을 형성할 때의 인큐베이션 타임을 단축할 수 있게 된다. 즉, BCl3 가스의 Cl의 작용에 의해 SiBCN막의 성막 초기, 즉 SiBCN층의 형성 초기의 핵 형성이 촉진되어 SiBCN층이 형성될 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 즉, SiBCN막의 성막 레이트를 높일 수 있어, 성막 처리의 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
<본 발명의 제3 실시 형태>
이어서, 본 발명의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다.
상술한 제1 실시 형태에서는, 스텝 1a, 2a를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막(SiBCN막)을 기판 상에 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 실시 형태에서는, 상술한 스텝 1a, 2a와 마찬가지로 스텝 1c, 2c를 행하며, 그 때, 스텝 2c에 있어서, 아미노실란계 원료 가스(3DMAS 가스)의 공급과 동시에 탄소 함유 가스(예를 들어 C3H6 가스)를 공급한다. 즉, 스텝 2c에 있어서, 아미노실란계 원료 가스와 함께 탄소 함유 가스를 공급한다. 이하, 스텝 1c 및 스텝 2c를 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막(SiBCN막)을 기판 상에 형성하는 예에 대하여 설명한다.
본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는, 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스와 탄소 함유 가스를 동시에 공급하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 기판 상에 형성한다.
즉, 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 공정과, 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스와 탄소 함유 가스를 동시에 공급함으로써, 제1층을 개질하여, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 기판 상에 형성한다.
또한, 제1 원료 가스를 공급하는 공정과 제2 원료 가스를 공급하는 공정은, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지로 행한다. 즉, 제1층을 형성하는 공정과 제2층을 형성하는 공정은, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지로 행한다. 또한, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정은, 제2 원료 가스를 공급하는 공정과 동시에 행한다.
이하, 본 실시 형태의 성막 시퀀스를 구체적으로 설명한다. 도 10은 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 성막 플로우를 나타내는 도면이다. 도 11의 (a)는 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 나타내는 도면이다.
본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 붕소 및 클로로기를 포함하는 할로겐화 붕소계 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 클로로기(염소)를 포함하는 제1층으로서 염소를 포함하는 붕소 함유층(Cl을 포함하는 붕소 함유층)을 형성하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 실리콘 및 아미노기를 포함하는 아미노실란계 원료 가스와 탄소 함유 가스를 동시에 공급함으로써, 제1층을 개질하여, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층으로서 실리콘 붕탄질화층(SiBCN층)을 형성하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막으로서 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막)을 웨이퍼(200) 상에 형성한다.
또한, 본 실시 형태의 성막 시퀀스가 제1 실시 형태의 성막 시퀀스와 상이한 것은, 스텝 2c에 있어서, 제2 원료 가스를 공급하는 공정과 동시에 탄소 함유 가스를 공급하는 공정을 행하는 점뿐이며, 그 밖에는 제1 실시 형태의 성막 시퀀스와 마찬가지이다. 이하, 본 실시 형태의 스텝 2c에 대하여 설명한다. 또한, 여기에서는, 스텝 2c에 있어서, 탄소 함유 가스로서 C3H6 가스를 사용하는 예에 대하여 설명한다.
[스텝 2c]
(3DMAS 가스 공급 + C3H6 가스 공급)
스텝 1c가 종료되어 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 개방하여, 제2 가스 공급관(232b) 내에 3DMAS 가스를 흘린다. 3DMAS 가스 공급에 대해서는 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 이때, 동시에 제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)를 개방하여, 제4 가스 공급관(232d) 내에 C3H6 가스를 흘린다. 제4 가스 공급관(232d) 내를 흐른 C3H6 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241d)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 C3H6 가스는 제4 노즐(249d)의 가스 공급 구멍(250d)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 처리실(201) 내에 공급된 C3H6 가스는 열에 의해 활성화되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여, 열에 의해 활성화된 C3H6 가스가 공급되게 된다.
이때, 동시에 밸브(243i)를 개방하여, 제4 불활성 가스 공급관(232i) 내에 N2 가스를 흘린다. 제4 불활성 가스 공급관(232i) 내를 흐른 N2 가스는, C3H6 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 이때, 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 버퍼실(237) 내에의 C3H6 가스의 침입을 방지하기 위하여, 밸브(243f, 243g, 243h)를 개방하여 제1 불활성 가스 공급관(232f), 제2 불활성 가스 공급관(232g), 제3 불활성 가스 공급관(232h) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 13300Pa, 바람직하게는 1 내지 6000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241d)에 의해 제어되는 C3H6 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241i, 241f, 241g, 241h)에 의해 제어되는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 이때, 처리실(201) 내에서의 C3H6 가스의 분압은, 예를 들어 0.01 내지 5941Pa의 범위 내의 압력으로 한다. C3H6 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때의 히터(207)의 온도는 스텝 1c와 마찬가지로, 웨이퍼(200)의 온도가 예를 들어 250 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350 내지 600℃의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다. 또한, C3H6 가스는 열로 활성화시켜 공급하는 쪽이 소프트한 반응을 발생시킬 수 있다.
즉, C3H6 가스와 3DMAS 가스를 동시에 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1층으로서의 Cl을 포함하는 붕소 함유층을 개질하여, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층으로서 실리콘 붕탄질화층(SiBCN층)을 형성한다.
(잔류 가스 제거)
그 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b), 제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)를 폐쇄하여, 3DMAS 가스 및 C3H6 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 채로 하여, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제2층 형성에 기여한 후의 3DMAS 가스나 C3H6 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한 이때, 밸브(243i, 243f, 243g, 243h)는 개방한 채로 하여, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하며, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제2층 형성에 기여한 후의 3DMAS 가스나 C3H6 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
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 행해지는 스텝 1c에 있어서 악영향이 발생하는 일은 없다. 이때, 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없으며, 예를 들어 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 1c에 있어서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
탄소 함유 가스로서는, 프로필렌(C3H6) 가스 외에 아세틸렌(C2H2) 가스나 에틸렌(C2H4) 가스 등의 탄화수소계 가스를 사용하여도 된다. 탄소 함유 가스는, 아미노실란계 원료 가스(3DMAS 가스)와 함께 탄소원(카본 소스)으로서 작용한다. 아미노실란계 원료 가스 외에, 카본 소스로서 탄화수소계 가스 등의 탄소 함유 가스를 사용함으로써, SiBCN막의 탄소 성분의 비율을, 카본 소스로서 아미노실란계 원료 가스를 단독으로 사용하는 경우보다 증가시키는 방향으로 제어하는 것이 용이하게 된다.
(소정 횟수 실시)
상술한 스텝 1c, 2c를 이 순서대로 행하는 사이클을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막), 즉 Si, B, C 및 N을 포함하는 박막을 웨이퍼(200) 상에 성막할 수 있다. 또한, 상술한 사이클은 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1 사이클당 형성하는 SiBCN층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
(본 실시 형태에 관한 효과)
본 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 즉, 종래의 SiCN막이나 SiOCN막 등에 비하여 불화수소(HF)에 대한 내성이 높고, 유전율이 낮은 SiBCN막을 저온 영역에서 생산성 높게 성막할 수 있게 된다. 즉, 상반된 관계에 있는 HF에 대한 내성의 향상과 유전율의 저하를 양립시키는 것이 가능한 박막을 저온 영역에서 생산성 높게 성막할 수 있게 된다.
또한, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, 웨이퍼(200) 상에 Cl을 포함하는 제1층을 형성한 후, 스텝 2c에 있어서, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 3DMAS 가스와 C3H6 가스를 동시에 공급함으로써, 제2층의 탄소 성분의 비율, 즉 SiBCN층의 탄소 성분의 비율을 증가시킬 수 있다. 즉, 제2층은 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에서 형성되는 제2층(SiBCN층)의 탄소 농도의 비율보다 탄소 성분이 증가된(조정된) SiBCN층이 되고, 웨이퍼(200) 상에는, 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에서 형성되는 SiBCN막의 탄소 농도의 비율보다 탄소 성분이 증가된(조정된) SiBCN막이 형성되게 된다. 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, SiBCN막의 탄소 성분의 비율을, 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에서 형성되는 SiBCN막의 탄소 농도의 비율보다 증가시키는 방향으로 제어하는 것이 용이하게 된다.
또한, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, 스텝 1c, 2c를 이 순서대로 행하는 사이클을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수 행하도록 하였으므로, SiBCN막을 형성할 때의 인큐베이션 타임을 단축할 수 있게 된다. 즉, BCl3 가스의 Cl의 작용에 의해 SiBCN막의 성막 초기, 즉 SiBCN층의 형성 초기의 핵 형성이 촉진되어 SiBCN층이 형성될 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 즉, SiBCN막의 성막 레이트를 높일 수 있어, 성막 처리의 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(변형예 1)
도 10, 도 11의 (a)에 나타낸 상술한 성막 시퀀스에서는, 스텝 2c에 있어서, 제2 원료 가스로서의 아미노실란계 원료 가스(3DMAS 가스)의 공급과 동시에 탄소 함유 가스(C3H6 가스)를 공급하고, 스텝 1c와 스텝 2c를 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 SiBCN막을 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 실시 형태는 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 스텝 1c에 있어서, 할로겐화 붕소계 원료 가스(BCl3 가스)의 공급과 동시에 탄소 함유 가스(C3H6 가스)를 공급하고, 스텝 2c에 있어서, 3DMAS 가스를 단독으로 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 SiBCN막을 형성하도록 하여도 된다. 도 11의 (b)는, 스텝 1c에 있어서, 할로겐화 붕소계 원료 가스(BCl3 가스)의 공급과 동시에 탄소 함유 가스(C3H6 가스)를 공급하고, 스텝 2c에 있어서, 3DMAS 가스를 단독으로 공급하고, 스텝 1c, 2c를 이 순서대로 행하는 사이클을 복수회(n회) 행하는 예를 나타내고 있다.
(변형예 2)
또한, 스텝 1c에 있어서, 할로겐화 붕소계 원료 가스(BCl3 가스)의 공급과 동시에 탄소 함유 가스(C3H6 가스)를 공급하고, 스텝 2c에 있어서도 아미노실란계 원료 가스(3DMAS 가스)의 공급과 동시에 탄소 함유 가스(C3H6 가스)를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 SiBCN막을 형성하도록 하여도 된다. 도 11의 (c)는, 스텝 1c에 있어서, 할로겐화 붕소계 원료 가스(BCl3 가스)의 공급과 동시에 탄소 함유 가스(C3H6 가스)를 공급하고, 스텝 2c에 있어서도 아미노실란계 원료 가스(3DMAS 가스)의 공급과 동시에 탄소 함유 가스(C3H6 가스)를 공급하고, 스텝 1c, 2c를 이 순서대로 행하는 사이클을 복수회(n회) 행하는 예를 나타내고 있다.
이와 같이, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 제2 원료 가스와 탄소 함유 가스를 동시에 공급할 뿐만 아니라, 제1 원료 가스와 탄소 함유 가스를 동시에 공급하거나, 제1 원료 가스와 탄소 함유 가스를 동시에 공급함과 더불어 제2 원료 가스와 탄소 함유 가스를 동시에 공급하여도 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 즉, 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스 중 적어도 어느 하나의 원료 가스의 공급과 동시에 탄소 함유 가스를 공급하면 된다.
<본 발명의 제4 실시 형태>
이어서, 본 발명의 제4 실시 형태에 대하여 설명한다.
상술한 제1 실시 형태에서는, 스텝 1a, 2a를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막(SiBCN막)을 기판 상에 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 실시 형태에서는, 상술한 스텝 1a, 2a와 마찬가지로 행하는 스텝 1d, 2d 외에, 기판에 대하여, 반응 가스로서의 질소 및 탄소를 포함하는 가스(TEA 가스)를 공급하는 스텝 3d를 더 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막(SiBCN막)을 기판 상에 형성하는 예에 대하여 설명한다.
본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는, 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스와는 상이한 반응 가스를 공급하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 기판 상에 형성한다.
즉, 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 공정과, 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급함으로써, 제1층을 개질하여, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 공정과, 기판에 대하여 질소 및 탄소를 포함하는 가스를 공급하여, 제2층과 질소 및 탄소를 포함하는 가스를 반응시킴으로써 제2층을 개질하여, 제2층의 질소 성분 및 탄소 성분을 조정하고, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제3층을 형성하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 기판 상에 형성한다.
(제1 성막 시퀀스)
우선, 본 실시 형태의 제1 성막 시퀀스(이하, 간단히 제1 시퀀스라고도 함)에 대하여 설명한다. 도 12는 본 실시 형태의 제1 시퀀스에서의 성막 플로우를 나타내는 도면이다. 도 13의 (a)는 본 실시 형태의 제1 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 나타내는 도면이다.
본 실시 형태의 제1 시퀀스에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 붕소 및 클로로기를 포함하는 할로겐화 붕소계 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 클로로기(염소)를 포함하는 제1층으로서 염소를 포함하는 붕소 함유층(Cl을 포함하는 붕소 함유층)을 형성하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 실리콘 및 아미노기를 포함하는 아미노실란계 원료 가스를 공급함으로써, 제1층을 개질하여, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층으로서 실리콘 붕탄질화층(SiBCN층)을 형성하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 질소 및 탄소를 포함하는 가스를 공급하여, 제2층과 질소 및 탄소를 포함하는 가스를 반응시킴으로써 제2층을 개질하여, 제2층의 질소 성분 및 탄소 성분을 조정하고, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제3층으로서 실리콘 붕탄질화층(SiBCN층)을 형성하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막으로서 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막)을 웨이퍼(200) 상에 형성한다.
본 실시 형태의 제1 시퀀스가 제1 실시 형태의 성막 시퀀스와 상이한 것은, 스텝 1a, 2a와 마찬가지로 행하는 스텝 1d, 2d 외에 스텝 3d를 더 포함하는 점뿐이며, 그 밖에는 제1 실시 형태의 성막 시퀀스와 마찬가지이다. 이하, 본 실시 형태의 스텝 3d에 대하여 설명한다. 또한, 여기에서는, 스텝 3d에 있어서, 질소 및 탄소를 포함하는 가스로서 아민계 가스인 TEA 가스를 사용하는 예에 대하여 설명한다.
[스텝 3d]
(TEA 가스 공급)
스텝 2d가 종료되어 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제5 가스 공급관(232e)의 밸브(243e)를 개방하여 제5 가스 공급관(232e) 내에 TEA 가스를 흘린다. 제5 가스 공급관(232e) 내를 흐른 TEA 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241e)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 TEA 가스는 제4 가스 공급관(232d)을 흘러, 제4 노즐(249d)의 가스 공급 구멍(250d)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 처리실(201) 내에 공급된 TEA 가스는 열에 의해 활성화되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여, 열에 의해 활성화된 TEA 가스가 공급되게 된다.
이때, 동시에 밸브(243i)를 개방하여, 제4 불활성 가스 공급관(232i) 내에 N2 가스를 흘린다. 제4 불활성 가스 공급관(232i) 내를 흐른 N2 가스는, TEA 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 이때, 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 버퍼실(237) 내에의 TEA 가스의 침입을 방지하기 위하여, 밸브(243f, 243g, 243h)를 개방하여 제1 불활성 가스 공급관(232f), 제2 불활성 가스 공급관(232g), 제3 불활성 가스 공급관(232h) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 6000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241e)에 의해 제어되는 TEA 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241i, 241f, 241g, 241h)에 의해 제어되는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 이때, 처리실(201) 내에서의 TEA 가스의 분압은, 예를 들어 0.01 내지 5941Pa의 범위 내의 압력으로 한다. TEA 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 200초, 바람직하게는 1 내지 120초, 보다 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때의 히터(207)의 온도는 스텝 1d와 마찬가지로, 웨이퍼(200)의 온도가 예를 들어 250 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350 내지 600℃의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다.
이때, 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는 열적으로 활성화된 TEA 가스이며, 처리실(201) 내에는 BCl3 가스도 3DMAS 가스도 흘리지 않는다. 따라서, TEA 가스는 기상 반응을 일으키지 않고, 활성화된 TEA 가스는 스텝 2d에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si, B, C 및 N을 포함하는 제2층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해, 제2층은 개질되어, Si, B, C 및 N을 포함하는 제3층(SiBCN층)으로 개질된다. 제3층은, 예를 들어 1 원자층 미만으로부터 수 원자층 정도의 두께의 SiBCN층이 된다.
제3층을 형성하는 공정에서는, 제2층과 TEA 가스를 반응시켜 제2층을 개질하게 된다. 즉, TEA 가스에 포함되어 있던 질소 및 탄소를 제2층에 부가함으로써, 개질 후의 제2층, 즉 제3층의 질소 성분 및 탄소 성분은 각각 증가하게 된다. 또한, TEA 가스를 열로 활성화시켜 처리실(201) 내에 흘림으로써, 제2층으로부터의 탄소 성분의 탈리(뽑아냄) 작용을 완화시킬 수 있어, 제3층의 탄소 성분의 비율을 증가시키는 방향으로 제어하는 것이 용이하게 된다.
(잔류 가스 제거)
그 후, 제5 가스 공급관(232e)의 밸브(243e)를 폐쇄하여 TEA 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방한 채로 하여, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제3층 형성에 기여한 후의 TEA 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한 이때, 밸브(243i, 243f, 243g, 243h)는 개방한 채로 하여, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하며, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제3층 형성에 기여한 후의 TEA 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
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 행해지는 스텝 1d에 있어서 악영향이 발생하는 일은 없다. 이때, 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없으며, 예를 들어 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 1d에 있어서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
아민계 가스로서는, 예를 들어 트리에틸아민((C2H5)3N, 약칭: TEA), 디에틸아민((C2H5)2NH, 약칭: DEA), 모노에틸아민(C2H5NH2, 약칭: MEA) 등을 기화한 에틸아민계 가스, 트리메틸아민((CH3)3N, 약칭: TMA), 디메틸아민((CH3)2NH, 약칭: DMA), 모노메틸아민(CH3NH2, 약칭: MMA) 등을 기화한 메틸아민계 가스, 트리프로필아민((C3H7)3N, 약칭: TPA), 디프로필아민((C3H7)2NH, 약칭: DPA), 모노프로필아민(C3H7NH2, 약칭: MPA) 등을 기화한 프로필아민계 가스, 트리이소프로필아민([(CH3)2CH]3N, 약칭: TIPA), 디이소프로필아민([(CH3)2CH]2NH, 약칭: DIPA), 모노이소프로필아민((CH3)2CHNH2, 약칭: MIPA) 등을 기화한 이소프로필아민계 가스, 트리부틸아민((C4H9)3N, 약칭: TBA), 디부틸아민((C4H9)2NH, 약칭: DBA), 모노부틸아민(C4H9NH2, 약칭: MBA) 등을 기화한 부틸아민계 가스, 또는 트리이소부틸아민([(CH3)2CHCH2]3N, 약칭: TIBA), 디이소부틸아민([(CH3)2CHCH2]2NH, 약칭: DIBA), 모노이소부틸아민((CH3)2CHCH2NH2, 약칭: MIBA) 등을 기화한 이소부틸아민계 가스를 바람직하게 사용할 수 있다. 즉, 아민계 가스로서는, 예를 들어 (C2H5)xNH3 -x, (CH3)xNH3 -x, (C3H7)xNH3 -x, [(CH3)2CH]xNH3 -x, (C4H9)xNH3 -x, [(CH3)2CHCH2]xNH3-x(식 중, x는 1 내지 3의 정수) 중 적어도 1종류의 가스를 바람직하게 사용할 수 있다.
아민계 가스는 질소원(질소 소스)으로서 작용함과 더불어 탄소원(카본 소스)으로서도 작용한다. 탄소 및 질소를 포함하는 가스로서 아민계 가스를 사용함으로써, SiBCN막의 탄소 성분 및 질소 성분의 비율을 증가시키는 방향으로 제어하는 것이 용이하게 된다.
또한, 아민계 가스 대신에 탄소 및 질소를 포함하는 가스로서, 유기 히드라진 화합물을 포함하는 가스, 즉 유기 히드라진계 가스를 사용하여도 된다. 또한, 유기 히드라진계 가스는 유기 히드라진을 기화한 가스 등의 히드라진기를 갖는 가스를 말하며, 탄소(C), 질소(N) 및 수소(H)를 포함하는 가스이다. 즉, 유기 히드라진계 가스는 실리콘 비함유의 가스이며, 나아가 실리콘 및 금속 비함유의 가스이다. 유기 히드라진계 가스로서는, 예를 들어 모노메틸히드라진((CH3)HN2H2, 약칭: MMH), 디메틸히드라진((CH3)2N2H2, 약칭: DMH), 트리메틸히드라진((CH3)2N2(CH3)H, 약칭: TMH) 등을 기화한 메틸히드라진계 가스나, 에틸히드라진((C2H5)HN2H2, 약칭: EH) 등을 기화한 에틸히드라진계 가스를 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어 MMH와 같이 상온 상압하에서 액체 상태인 유기 히드라진을 사용하는 경우에는, 액체 상태인 유기 히드라진을 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여 유기 히드라진계 가스, 즉 탄소 및 질소를 포함하는 가스(MMH 가스)로서 공급하게 된다. 또한, 유기 히드라진 화합물을 포함하는 가스를, 간단히 유기 히드라진 화합물 가스, 또는 유기 히드라진 가스라고 칭할 수도 있다.
(소정 횟수 실시)
상술한 스텝 1d 내지 3d를 1 사이클로 하여, 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막), 즉 Si, B, C 및 N을 포함하는 박막을 웨이퍼(200) 상에 성막할 수 있다. 또한, 상술한 사이클은 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1 사이클당 형성하는 SiBCN층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
(제2 성막 시퀀스)
이어서, 본 실시 형태의 제2 성막 시퀀스(이하, 간단히 제2 시퀀스라고도 함)에 대하여 설명한다. 도 14는 본 실시 형태의 제2 시퀀스에서의 성막 플로우를 나타내는 도면이다. 도 15의 (a)는 본 실시 형태의 제2 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 나타내는 도면이다.
본 실시 형태의 제2 시퀀스에서는, 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급하는 공정을 교대로 소정 횟수 행하는 공정과, 기판에 대하여 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스와는 상이한 반응 가스를 공급하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 기판 상에 형성한다.
구체적으로는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 붕소 및 클로로기를 포함하는 할로겐화 붕소계 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 클로로기(염소)를 포함하는 제1층으로서 염소를 포함하는 붕소 함유층(Cl을 포함하는 붕소 함유층)을 형성하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 실리콘 및 아미노기를 포함하는 아미노실란계 원료 가스를 공급함으로써, 제1층을 개질하여, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층으로서 실리콘 붕탄질화층(SiBCN층)을 형성하는 공정을 교대로 소정 횟수(복수회) 행하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 질소 및 탄소를 포함하는 가스를 공급하여, 제2층과 질소 및 탄소를 포함하는 가스를 반응시킴으로써 제2층을 개질하여, 제2층의 질소 성분 및 탄소 성분을 조정하고, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제3층으로서 실리콘 붕탄질화층(SiBCN층)을 형성하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 실리콘, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막으로서 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막)을 웨이퍼(200) 상에 형성한다.
즉, 본 시퀀스에서는, 상술한 제1 시퀀스에서의 스텝 1d, 2d를 1 세트로 하여 이 세트를 복수회 반복한 후, 스텝 3d를 행하고, 이것을 이 순서대로 행하는 사이클을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiBCN막을 웨이퍼(200) 상에 형성하도록 하고 있다. 도 15의 (a)는 상술한 스텝 1d, 2d를 1 세트로 하여 이 세트를 2회 행한 후, 스텝 3d를 행하고, 이것을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 n회 행함으로써, 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiBCN막을 웨이퍼(200) 상에 성막하는 예를 나타내고 있다. 또한, 본 시퀀스가 제1 시퀀스와 상이한 것은, 상술한 스텝 1d, 2d를 1 세트로 하여 이 세트를 복수회 반복한 후, 스텝 3d를 행하는 점뿐이며, 그 밖에는 제1 시퀀스와 마찬가지로 행할 수 있다. 또한, 본 시퀀스에서의 처리 조건도, 상술한 제1 시퀀스와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
(본 실시 형태에 관한 효과)
본 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 즉, 종래의 SiCN막이나 SiOCN막 등에 비하여 불화수소(HF)에 대한 내성이 높고, 유전율이 낮은 SiBCN막을 저온 영역에서 생산성 높게 성막할 수 있게 된다. 즉, 상반된 관계에 있는 HF에 대한 내성의 향상과 유전율의 저하를 양립시키는 것이 가능한 박막을 저온 영역에서 생산성 높게 성막할 수 있게 된다.
또한, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, 스텝 3d를 행하여 TEA 가스에 포함되어 있던 질소 및 탄소를 제2층에 부가함으로써, 개질 후의 제2층, 즉 제3층의 질소 성분 및 탄소 성분을 제2층의 질소 성분 및 탄소 성분보다 각각 증가시킬 수 있다. 즉, 제3층을 제2층의 질소 성분 및 탄소 성분보다 질소 성분 및 탄소 성분이 증가된(조정된) SiBCN층으로 할 수 있고, 웨이퍼(200) 상에는, 제2층의 질소 성분 및 탄소 성분보다 질소 성분 및 탄소 성분이 증가된(조정된) SiBCN막을 형성할 수 있다. 또한, TEA 가스를 플라즈마 여기하지 않고 열로 활성화시켜 공급함으로써, 제2층으로부터의 탄소 성분의 탈리(뽑아냄) 작용을 비교적 완화시킬 수 있어, 제3층의 탄소 성분의 비율, 즉 SiBCN막의 탄소 성분의 비율을 증가시키는 방향으로 제어하는 것이 용이하게 된다.
(변형예)
상술한 제1, 제2 시퀀스에서는, 제2 원료 가스(3DMAS 가스)를 공급하는 스텝 2d를 행한 후에, 탄소 및 질소를 포함하는 가스(TEA 가스)를 공급하는 스텝 3d를 행하도록 하였지만, 본 발명은 이러한 실시 형태에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은 스텝 2d를 스텝 3d보다 먼저 행하는 경우에 한정되지 않고, 스텝 3d를 스텝 2d보다 먼저 행하도록 하여도 된다. 예를 들어, 도 13의 (b)에 나타낸 바와 같이, 스텝 1d, 3d, 2d를 이 순서대로 행하는 사이클을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막)을 웨이퍼(200) 상에 성막하도록 하여도 된다. 또한, 예를 들어 도 15의 (b)에 나타낸 바와 같이, 스텝 1d, 3d를 1 세트로 하여 이 세트를 복수회 반복한 후, 스텝 2d를 행하고, 이것을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiBCN막을 웨이퍼(200) 상에 형성하도록 하여도 된다.
또한, 스텝 1d 후에 스텝 3d를 행함으로써, 스텝 1d에서 형성된 제1층(Cl을 포함하는 붕소 함유층)과 TEA 가스가 반응한다. 이에 의해, 제1층(Cl을 포함하는 붕소 함유층)은 B, Cl, C 및 N을 포함하는 (Cl을 포함하는 BCN층)으로 변화된다(개질된다). 또한, Cl을 포함하는 BCN층은, 예를 들어 1 원자층 미만으로부터 수 원자층 정도의 두께의 B, Cl, C 및 N을 포함하는 층이 된다. 또한, Cl을 포함하는 BCN층은, B 성분의 비율과 C 성분의 비율이 비교적 많은 층, 즉 B 리치이며 C 리치인 층이 된다.
또한, 스텝 3d 후에 스텝 2d를 행함으로써, 스텝 3d에서 형성된 Cl을 포함하는 BCN층과 3DMAS 가스가 반응한다. 이에 의해, Cl을 포함하는 BCN층은 Si, B, C 및 N을 포함하는 제2층, 즉 실리콘 붕탄질화층(SiBCN층)으로 변화된다(개질된다).
따라서, 스텝 1d, 3d, 2d를 이 순서대로 행하는 사이클을 1 사이클로 하여 이 사이클을 소정 횟수 행하거나, 혹은 스텝 1d, 3d를 1 세트로 하여 이 세트를 복수회 반복한 후, 스텝 2d를 행하고, 이것을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiBCN막을 웨이퍼(200) 상에 형성할 수 있다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 각 시퀀스에 있어서, 처리실 내에서 웨이퍼 상에 한번에 1종류의 박막(단막)을 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 상술한 각 시퀀스를 적절하게 조합함으로써, 처리실 내에서 웨이퍼 상에 한번에 2종류 이상의 박막의 적층막을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 처리실 내에서, 제1, 제3 또는 제4 실시 형태의 성막 시퀀스와, 제2 실시 형태의 성막 시퀀스를, 인시츄(in-situ) 방식으로 교대로 행함으로써, SiBCN막과 SiBN막이 교대로 적층된 적층막을 형성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 단막뿐만 아니라, 적층막을 형성하는 경우에도 적절하게 적용할 수 있으며, 이 경우에도 상술한 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다.
또한, 상술한 실시 형태의 방법에 의해 형성한 SiBCN막 또는 SiBN막을 사이드 월 스페이서로서 사용함으로써, 누설 전류가 적고, 가공성이 우수한 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상술한 실시 형태의 방법에 의해 형성한 SiBCN막 또는 SiBN막을 에치 스토퍼층으로서 사용함으로써, 가공성이 우수한 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상술한 실시 형태에 따르면, 저온 영역에 있어서도 플라즈마를 사용하지 않고 이상적 양론비의 SiBCN막 또는 SiBN막을 형성할 수 있다. 또한, 플라즈마를 사용하지 않고 SiBCN막 또는 SiBN막을 형성할 수 있기 때문에, 예를 들어 DPT의 SADP막 등 플라즈마 손상을 우려하는 공정에의 적응도 가능하게 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 붕탄질화막, 붕질화막으로서, 반도체 원소인 실리콘을 포함하는 실리콘계 절연막(SiBCN막, SiBN막)을 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등의 금속 원소를 포함하는 금속계 박막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
예를 들어, 본 발명은 티타늄 붕탄질화막(TiBCN막), 티타늄 붕질화막(TiBN막)이나, 이들을 조합하거나 혼합시킨 Ti계 박막이나, 이들의 적층막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
또한, 예를 들어, 본 발명은 지르코늄 붕탄질화막(ZrBCN막), 지르코늄 붕질화막(ZrBN막)이나, 이들을 조합하거나 혼합시킨 Zr계 박막이나, 이들의 적층막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
또한, 예를 들어, 본 발명은 하프늄 붕탄질화막(HfBCN막), 하프늄 붕질화막(HfBN막)이나, 이들을 조합하거나 혼합시킨 Hf계 박막이나, 이들의 적층막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
또한, 예를 들어, 본 발명은 탄탈륨 붕탄질화막(TaBCN막), 탄탈륨 붕질화막(TaBN막)이나, 이들을 조합하거나 혼합시킨 Ta계 박막이나, 이들의 적층막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
또한, 예를 들어, 본 발명은 알루미늄 붕탄질화막(AlBCN막), 알루미늄 붕질화막(AlBN막)이나, 이들을 조합하거나 혼합시킨 Al계 박막이나, 이들의 적층막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
또한, 예를 들어, 본 발명은 몰리브덴 붕탄질화막(MoBCN막), 몰리브덴 붕질화막(MoBN막)이나, 이들을 조합하거나 혼합시킨 Mo계 박막이나, 이들의 적층막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 실리콘계 박막뿐만 아니라, 금속계 박막의 성막에도 적용할 수 있으며, 이 경우에도 상술한 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다.
즉, 본 발명은 반도체 원소나 금속 원소 등의 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 경우에 적용할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 한번에 복수매의 기판을 처리하는 배치식 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 성막하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 성막하는 경우에도 적절하게 적용할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 핫 월형 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 성막하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 콜드 월형 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 성막하는 경우에도 적절하게 적용할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시 형태나 각 변형예나 각 응용예 등은 적절하게 조합하여 이용할 수 있다.
예를 들어, 제3 실시 형태에 있어서, BCl3 가스나 3DMAS 가스의 공급과 동시에 탄소 함유 가스(C3H6 가스)를 공급하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 제2 실시 형태에서의 질화 가스(NH3 가스)의 공급과 동시에 탄소 함유 가스(C3H6 가스)를 공급하여도 되고, 제4 실시 형태에서의 질소 및 탄소를 포함하는 아민계 가스(TEA 가스)의 공급과 동시에 탄소 함유 가스(C3H6 가스)를 공급하여도 된다.
또한, 본 발명은, 예를 들어 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피를 변경함으로써도 실현할 수 있다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우에는, 본 발명에 따른 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 당해 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 통하여 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 부기한다.
(부기 1)
본 발명의 일 형태에 따르면, 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 공정과, 상기 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 공정을 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 상기 기판 상에 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 2)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 제2층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1층과 상기 제2 원료 가스를 반응시켜, 상기 제1층에 포함되는 상기 할로겐기를 구성하는 원자 중 적어도 일부를 상기 제1층으로부터 뽑아냄과 더불어, 상기 제2 원료 가스에 포함되는 상기 아미노기를 포함하는 리간드 중 적어도 일부를 상기 제2 원료 가스로부터 분리시킨다.
(부기 3)
부기 1 또는 2의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 제2층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1층과 상기 제2 원료 가스를 반응시켜, 상기 제1층에 포함되는 상기 할로겐기를 구성하는 원자 중 적어도 일부를 상기 제1층으로부터 뽑아냄과 더불어, 상기 제2 원료 가스에 포함되는 상기 아미노기를 포함하는 리간드 중 적어도 일부를 상기 제2 원료 가스로부터 분리시키고, 상기 리간드 중 적어도 일부가 분리된 상기 제2 원료 가스에 포함되는 상기 소정 원소와 상기 제1층에 포함되는 붕소를 결합시킨다.
(부기 4)
부기 1 내지 3 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 사이클은, 상기 기판에 대하여 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스와는 상이한 반응 가스를 공급하는 공정을 더 포함한다.
(부기 5)
부기 1 내지 4 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 사이클은, 상기 기판에 대하여 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스와는 상이한 반응 가스를 공급함으로써, 상기 제2층을 개질하는 공정을 더 포함한다.
(부기 6)
본 발명의 다른 형태에 따르면, 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 공정과, 상기 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 공정과, 상기 기판에 대하여 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스와는 상이한 반응 가스를 공급함으로써, 상기 제2층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소 및 질소를 포함하는 제3층, 또는 상기 제2층보다 탄소 농도가 낮은 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제3층을 형성하는 공정을 행하는 사이클을 제1 소정 횟수 행함으로써, 상기 소정 원소, 붕소 및 질소를 포함하는 박막, 또는 상기 제2층보다 탄소 농도가 낮은 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 상기 기판 상에 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 7)
부기 4 내지 6 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 반응 가스는 질화 가스를 포함한다.
(부기 8)
부기 4 내지 6 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 반응 가스는 열에 의해 활성화된 질화 가스를 포함한다.
(부기 9)
부기 4 내지 6 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 반응 가스는 플라즈마로 활성화된 질화 가스를 포함한다.
(부기 10)
부기 4 내지 6 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 반응 가스는 질소 및 탄소를 포함하는 가스를 포함한다.
(부기 11)
부기 4 내지 10 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 제1층을 형성하는 공정과 제2층을 형성하는 공정을 교대로 제2 소정 횟수 행하는 공정과, 상기 제3층을 형성하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 상기 제1 소정 횟수 행한다.
(부기 12)
부기 1 내지 11 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 제1층을 형성하는 공정에서는, 상기 기판에 대하여 상기 제1 원료 가스와 함께 탄소 함유 가스를 공급한다.
(부기 13)
부기 1 내지 12 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 제2층을 형성하는 공정에서는, 상기 기판에 대하여 상기 제2 원료 가스와 함께 탄소 함유 가스를 공급한다.
(부기 14)
부기 4 내지 13 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 제3층을 형성하는 공정에서는, 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스와 함께 탄소 함유 가스를 공급한다.
(부기 15)
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 공정과, 상기 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 공정을 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 상기 기판 상에 형성하는 공정을 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기 16)
본 발명의 다른 형태에 따르면, 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 공정과, 상기 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 공정과, 상기 기판에 대하여 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스와는 상이한 반응 가스를 공급함으로써, 상기 제2층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소 및 질소를 포함하는 제3층, 또는 상기 제2층보다 탄소 농도가 낮은 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제3층을 형성하는 공정을 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 소정 원소, 붕소 및 질소를 포함하는 박막, 또는 상기 제2층보다 탄소 농도가 낮은 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 상기 기판 상에 형성하는 공정을 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기 17)
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판에 대한 처리가 행해지는 처리실과, 상기 처리실 내에 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급하는 제1 원료 가스 공급계와, 상기 처리실 내에 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급하는 제2 원료 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 제2 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 처리를 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 상기 기판 상에 형성하는 처리를 행하도록, 상기 제1 원료 가스 공급계 및 상기 제2 원료 가스 공급계를 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 18)
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판에 대한 처리가 행해지는 처리실과, 상기 처리실 내에 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급하는 제1 원료 가스 공급계와, 상기 처리실 내에 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급하는 제2 원료 가스 공급계와, 상기 처리실 내에 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스와는 상이한 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 제2 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급함으로써, 상기 제2층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소 및 질소를 포함하는 제3층, 또는 상기 제2층보다 탄소 농도가 낮은 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제3층을 형성하는 처리를 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 소정 원소, 붕소 및 질소를 포함하는 박막, 또는 상기 제2층보다 탄소 농도가 낮은 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 상기 기판 상에 형성하는 처리를 행하도록, 상기 제1 원료 가스 공급계, 상기 제2 원료 가스 공급계 및 상기 반응 가스 공급계를 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 19)
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 수순을 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 상기 기판 상에 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 제공된다.
(부기 20)
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스와는 상이한 반응 가스를 공급함으로써, 상기 제2층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소 및 질소를 포함하는 제3층, 또는 상기 제2층보다 탄소 농도가 낮은 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제3층을 형성하는 수순을 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 소정 원소, 붕소 및 질소를 포함하는 박막, 또는 상기 제2층보다 탄소 농도가 낮은 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 상기 기판 상에 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 제공된다.
(부기 21)
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 수순을 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 상기 기판 상에 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
(부기 22)
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스와는 상이한 반응 가스를 공급함으로써, 상기 제2층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소 및 질소를 포함하는 제3층, 또는 상기 제2층보다 탄소 농도가 낮은 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제3층을 형성하는 수순을 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 소정 원소, 붕소 및 질소를 포함하는 박막, 또는 상기 제2층보다 탄소 농도가 낮은 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 상기 기판 상에 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
121: 컨트롤러
200: 웨이퍼
201: 처리실
202: 처리로
203: 반응관
207: 히터
231: 배기관
232a: 제1 가스 공급관
232b: 제2 가스 공급관
232c: 제3 가스 공급관
232d: 제4 가스 공급관

Claims (16)

  1. 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 공정과,
    상기 기판에 대하여 반도체 원소 또는 금속 원소를 포함하는 소정 원소와, 탄소 및 질소를 포함하는 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 공정
    을 행하는 사이클을 1회 이상의 제1 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1층과 상기 제2 원료 가스를 반응시켜, 상기 제1층에 포함되는 상기 할로겐기를 구성하는 원자 중 적어도 일부를 상기 제1층으로부터 뽑아냄과 더불어, 상기 제2 원료 가스에 포함되는 상기 아미노기를 포함하는 리간드 중 적어도 일부를 상기 제2 원료 가스로부터 분리시키는, 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1층과 상기 제2 원료 가스를 반응시켜, 상기 제1층에 포함되는 상기 할로겐기를 구성하는 원자 중 적어도 일부를 상기 제1층으로부터 뽑아냄과 더불어, 상기 제2 원료 가스에 포함되는 상기 아미노기를 포함하는 리간드 중 적어도 일부를 상기 제2 원료 가스로부터 분리시키고, 상기 리간드 중 적어도 일부가 분리된 상기 제2 원료 가스에 포함되는 상기 소정 원소와 상기 제1층에 포함되는 붕소를 결합시키는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 사이클은, 상기 제2층을 형성하는 공정 후에, 상기 기판에 대하여 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스와는 상이한 질소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 공정을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 사이클은, 상기 기판에 대하여 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스와는 상이한 질소를 포함하는 반응 가스를 공급함으로써, 상기 제2층을 개질하는 공정을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 사이클은, 상기 기판에 대하여 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스와는 상이한 질소를 포함하는 반응 가스를 공급함으로써, 상기 제2층을 개질하여, 상기 제2층보다 탄소 농도가 낮은 제3층을 형성하는 공정을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 반응 가스는, 질화 가스를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 반응 가스는, 열에 의해 활성화된 질화 가스를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 반응 가스는, 플라즈마로 활성화된 질화 가스를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제4항에 있어서, 상기 반응 가스는, 질소 및 탄소를 포함하는 가스를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 박막을 형성하는 공정에서는,
    (1) 상기 제1층을 형성하는 공정과, 제2층을 형성하는 공정을 교대로 1회 이상의 제2 횟수 행하는 공정과,
    (2) 상기 제3층을 형성하는 공정
    을 (1)-(2)의 순서로 행하는 사이클을 상기 제1 횟수 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1층을 형성하는 공정에서는, 상기 기판에 대하여 상기 제1 원료 가스와 함께 탄소 함유 가스를 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제2층을 형성하는 공정에서는, 상기 기판에 대하여 상기 제2 원료 가스와 함께 탄소 함유 가스를 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제4항에 있어서, 상기 반응 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스와 함께 탄소 함유 가스를 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 기판에 대한 처리가 행해지는 처리실과,
    상기 처리실 내에 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급하는 제1 원료 가스 공급계와,
    상기 처리실 내에 반도체 원소 또는 금속 원소를 포함하는 소정 원소와, 탄소 및 질소를 포함하는 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급하는 제2 원료 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 제2 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 처리를 행하는 사이클을 1회 이상 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성하는 처리를 행하도록, 상기 제1 원료 가스 공급계 및 상기 제2 원료 가스 공급계를 제어하는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  16. 처리실 내의 기판에 대하여 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1 원료 가스를 공급함으로써, 붕소 및 할로겐기를 포함하는 제1층을 형성하는 수순과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반도체 원소 또는 금속 원소를 포함하는 소정 원소와, 탄소 및 질소를 포함하는 아미노기를 포함하는 제2 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 수순
    을 행하는 사이클을 1회 이상 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 소정 원소, 붕소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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