KR101704863B1 - 성막 방법 - Google Patents

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Abstract

성막 장치를 사용하여, 상기 복수의 기판 상에, 제1 원소 및 제2 원소를 포함하는 도프 산화막을 성막하는 성막 방법이며,
상기 제1 가스 공급부로부터 상기 제1 원소를 포함하는 제1 반응 가스를 공급하고, 상기 제2 가스 공급부로부터 산화 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소를 포함하는 산화막을 성막하는 성막 공정과,
상기 제1 가스 공급부 또는 상기 제2 가스 공급부 중 한쪽으로부터 상기 제2 원소를 포함하는 제2 반응 가스를 공급하고, 상기 제1 가스 공급부 또는 상기 제2 가스 공급부 중 다른 쪽으로부터 불활성 가스를 공급하여, 상기 산화막 상에 상기 제2 원소를 도프하는 도프 공정을 포함한다.

Description

성막 방법{METHOD FOR DEPOSITING A FILM}
본원은, 2012년 12월 21일에 출원된 일본 특허 출원 제2012-279922호를 우선권 주장의 기초 출원으로 하고 있고, 여기서 이것에 기초하는 우선권을 주장하는 동시에, 그 전체 내용을 참조에 의해 삽입한다.
본 발명은 성막 방법에 관한 것으로, 특히, 산화막에 소정의 원소를 도프하는 성막 방법에 관한 것이다.
반도체 집적 회로(IC, Integrated Circuit)의 제조 프로세스에는, 반도체 웨이퍼 상에 박막을 성막하는 공정이 있다. 이 공정에 대해서는, IC의 가일층의 미세화의 관점에서, 웨이퍼 면내에 있어서의 균일성의 향상이 요구되고 있다. 이러한 요망에 따르는 성막 방법으로서, 원자층 성막(ALD, Atomic Layer Deposition)법 또는 분자층 성막(MLD, Molecular Layer Deposition)법이라 불리는 성막 방법이 기대되고 있다. ALD법에서는, 서로 반응하는 2종류의 반응 가스 중 한쪽의 반응 가스(반응 가스 A)를 웨이퍼 표면에 흡착시키고, 흡착된 반응 가스 A를 다른 쪽의 반응 가스(반응 가스 B)로 반응시키는 사이클을 반복함으로써, 반응 생성물에 의한 박막이 웨이퍼 표면에 성막된다. ALD법은, 웨이퍼 표면에의 반응 가스의 흡착을 이용하므로, 막 두께 균일성 및 막 두께 제어성이 우수하다고 하는 이점을 갖고 있다.
ALD법을 실시하는 성막 장치로서, 일본 특허 제4661990호에 기재된, 이른바 회전 테이블식 성막 장치가 있다. 이 성막 장치는, 진공 용기 내에 회전 가능하게 배치되고, 복수의 웨이퍼가 적재되는 회전 테이블과, 회전 테이블의 상방에 구획되는 반응 가스 A의 공급 영역과 반응 가스 B의 공급 영역을 분리하는 분리 영역과, 반응 가스 A 및 반응 가스 B의 공급 영역에 대응하여 설치되는 배기구와, 이들 배기구에 접속되는 배기 장치를 갖고 있다. 이러한 성막 장치에 있어서는, 회전 테이블이 회전함으로써, 반응 가스 A의 공급 영역, 분리 영역, 반응 가스 B의 공급 영역 및 분리 영역을 웨이퍼가 통과하게 된다. 이에 의해, 반응 가스 A의 공급 영역에 있어서 웨이퍼 표면에 반응 가스 A가 흡착되고, 반응 가스 B의 공급 영역에서 반응 가스 A와 반응 가스 B가 웨이퍼 표면에서 반응한다. 이로 인해, 성막 중에는 반응 가스 A 및 반응 가스 B를 전환할 필요는 없고, 계속해서 공급할 수 있다. 따라서, 배기/퍼지 공정이 불필요해져, 성막 시간을 단축할 수 있다고 하는 이점이 있다.
상기 회전 테이블식 성막 장치를 사용하여 소정의 원소를 포함하는 산화막을 성막하는 경우, 반응 가스 A를 상술한 소정의 원소를 포함하는 반응 가스(예를 들어, 실리콘을 포함하는 실리콘계 가스 등)로 하고, 반응 가스 B를 오존 등의 산화 가스로 하면, 소정의 원소를 포함하는 산화막을 성막할 수 있다. 이 경우, 소정의 원소를 포함하는 가스(반응 가스 A)가 우선 웨이퍼의 표면에 흡착되고, 그 상태에서 산화 가스(반응 가스 B)가 공급되고, 웨이퍼의 표면 상에서 반응 가스 A와 반응 가스 B가 반응하여, 소정의 원소를 포함하는 산화막의 분자층이 형성된다. 이와 같이, 소정의 원소를 포함하는 반응 가스가 우선 웨이퍼의 표면 상에 흡착되고, 이어서 웨이퍼 표면 상에서 산화 가스와 반응함으로써, 소정의 원소를 포함하는 산화막이 웨이퍼의 표면 상에 성막된다.
이러한 성막 방법에 따르면, 서로 다른 종류의 원소를 포함하는 산화막을 적층하여 성막하고 라미네이트 구조로 하는 경우에는, 각 산화막에 대해, 상술한 성막 프로세스를 반복하면 성막이 가능해진다. 예를 들어, 이러한 성막 프로세스에 의해, ZrAlO, HfAlO, HfSiO와 같은 라미네이트 구조를 갖는 산화막의 성막도 가능해져, High-k막 등에의 응용도 기대되고 있다.
그런데, 최근, 게이트 산화막 등에 사용되는 High-k막의 성막에 있어서, 2개의 금속 원소를 포함하는 복합 산화막에, 질소를 더 도프한 막이 요구되고 있고, 예를 들어 HfSiON, HfAlON 등의 성막 방법의 확립이 요구되고 있다.
상술한 바와 같이, 회전 테이블식 성막 장치에 있어서는, 성막 시간을 단축할 수 있다고 하는 이점이 있고, 이러한 회전 테이블식 성막 장치를 사용하여, 복합 산화막에 질소를 도프한 HfSiON, HfAlON 등의 효율적이고 고품질의 성막을 행하는 프로세스의 개발이 기대되고 있다. 또한, 이러한, 산화막에 질소를 도프한 성막은, 다양한 적용 범위가 있고, 단일막에 질소를 도프하는 경우나, 단일막에 질소 이외의 원소, 예를 들어 실리콘 등을 도프하는 성막이 요구되는 경우도 있다.
따라서, 본 발명의 실시예는, 신규이며 또한 유용한 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 성막 방법은, 챔버 내에 회전 가능하게 수용되고, 복수의 기판을 상면에 적재 가능한 적재부를 갖는 회전 테이블과,
상기 회전 테이블의 상기 상면의 상방에 있어서 구획되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면을 향해 가스를 공급하는 제1 가스 공급부를 갖는 제1 처리 영역과,
상기 회전 테이블의 주위 방향을 따라 상기 제1 처리 영역으로부터 이격되어 배치되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대해 가스를 공급하는 제2 가스 공급부를 갖는 제2 처리 영역과,
상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역 사이에 설치되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대해 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급부와, 상기 분리 가스 공급부로부터의 상기 분리 가스를 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역으로 유도하는 좁은 공간을 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대해 형성하는 천장면을 갖는 분리 영역을 구비하는 성막 장치를 사용하여, 상기 복수의 기판 상에, 소정의 제1 원소를 포함하는 산화막에 제2 원소를 도프한 도프 산화막을 성막하는 성막 방법이며,
상기 제1 가스 공급부로부터 상기 제1 원소를 포함하는 제1 반응 가스를 공급하고, 상기 제2 가스 공급부로부터 산화 가스를 공급하고, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급한 상태에서 상기 회전 테이블을 소정 횟수 회전시켜, 상기 기판 상에 상기 제1 원소를 포함하는 산화막을 성막하는 성막 공정과,
상기 제1 가스 공급부 또는 상기 제2 가스 공급부 중 한쪽으로부터 상기 제2 원소를 포함하는 제2 반응 가스를 공급하고, 상기 제1 가스 공급부 또는 상기 제2 가스 공급부 중 다른 쪽으로부터 불활성 가스를 공급하고, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급한 상태에서 상기 회전 테이블을 소정 횟수 회전시켜, 상기 산화막 상에 상기 제2 원소를 도프하는 도프 공정을 포함한다.
또한 본 발명의 목적과 이점은, 일부는 명세서에 기재되고, 일부는 명세서로부터 자명하다. 본 발명의 목적과 이점은 첨부한 클레임에서 특히 지적되는 요소와 그 조합에 의해 실현되어 달성된다. 상기한 일반적인 기재와 하기하는 상세한 설명은 예시로서 설명하는 것이며, 클레임된 본 발명을 한정적으로 하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구조를 도시하는 사시도.
도 3은 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구조를 도시하는 개략 상면도.
도 4는 반응 가스 노즐 및 분리 가스 노즐을 포함하는 도 1의 성막 장치의 일부 단면도.
도 5는 천장면을 포함하는 도 1의 성막 장치의 다른 일부 단면도.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법에 의해 성막된 HfON막의 일례를 도시한 도면.
도 7은 HfON막의 베이스로 되는 HfO막의 단일막의 일례를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 일례를 도시한 시퀀스도.
도 9는 본 발명의 실시 형태 2에 관한 성막 방법의 일례를 도시한 시퀀스도.
도 10은 본 발명의 실시 형태 3에 관한 성막 방법에 의해 성막된 HfON막의 일례를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 실시 형태 3에 관한 성막 방법의 일례를 도시한 시퀀스도.
도 12는 본 발명의 실시 형태 4에 관한 성막 방법에 의해 질소를 도프하는 대상으로 되는 HfSiO막의 일례를 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 실시 형태 4에 관한 성막 방법에 의해 성막된 HfSiON막의 일례를 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 실시 형태 4에 관한 성막 방법의 일례를 도시한 시퀀스도.
도 15는 본 발명의 실시 형태 5에 관한 성막 방법에 의해 성막된 HfSiON막의 일례를 도시한 도면.
도 16은 본 발명의 실시 형태 5에 관한 성막 방법의 일례를 도시한 시퀀스도.
도 17은 본 발명의 실시 형태 6에 관한 성막 방법의 일례를 도시한 시퀀스도.
도 18은 본 발명의 실시 형태 7에 관한 성막 방법의 일례를 도시한 시퀀스도.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용의 설명을 행한다.
또한, 이하의 실시예 중, 하기의 부호는 전형적으로는 하기의 요소를 나타낸다.
1 : 챔버
2 : 회전 테이블
4 : 볼록 형상부
11 : 천장판
12 : 용기 본체
15 : 반송구
24 : 오목부(웨이퍼 적재부)
31, 32 : 반응 가스 노즐
41, 42 : 분리 가스 노즐
D : 분리 영역
P1 : 제1 처리 영역
P2 : 제2 처리 영역
H : 분리 공간
W : 웨이퍼
또한, 첨부되는 모든 도면 중, 동일 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일 또는 대응하는 참조 부호를 부여하여 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도면은, 부재 혹은 부품간의 상대비를 나타내는 것을 목적으로 하지 않으며, 따라서, 구체적인 치수는 이하의 한정적이지 않은 실시 형태에 비추어, 당업자에 의해 결정되어야 하는 것이다.
〔실시 형태 1〕
(성막 장치)
우선, 도 1 내지 도 3을 사용하여, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치를 도시하는 단면도이다. 도 2는 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구조를 도시하는 사시도이다. 또한, 도 3은 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구조를 도시하는 개략 상면도이다.
도 1로부터 도 3까지를 참조하면, 실시 형태 1에 관한 성막 장치는, 대략 원형의 평면 형상을 갖는 편평한 챔버(1)와, 이 챔버(1) 내에 설치되고, 챔버(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 챔버(1)는 바닥이 있는 원통 형상을 갖는 용기 본체(12)와, 용기 본체(12)의 상면에 대해, 예를 들어 O링 등의 시일 부재(13)(도 1)를 통해 기밀하게 착탈 가능하게 배치되는 천장판(11)을 갖고 있다.
회전 테이블(2)은 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정되고, 이 코어부(21)는 연직 방향으로 신장되는 회전축(22)의 상단부에 고정되어 있다. 회전축(22)은 챔버(1)의 저부(14)를 관통하고, 그 하단부가 회전축(22)(도 1)을 연직축 주위로 회전시키는 구동부(23)에 장착되어 있다. 회전축(22) 및 구동부(23)는 상면이 개구된 통 형상의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다. 이 케이스체(20)는 그 상면에 설치된 플랜지 부분이 챔버(1)의 저부(14)의 하면에 기밀하게 장착되어 있고, 케이스체(20)의 내부 분위기가 외부 분위기로부터 격리된다.
또한, 챔버(1) 내의 외연부에는, 배기구(610)가 설치되고, 배기 포트(630)에 연통되어 있다. 배기 포트(630)는 압력 조정기(650)를 통해 진공 펌프(640)에 접속되고, 챔버(1) 내가, 배기구(610)로부터 배기 가능하게 구성되어 있다.
회전 테이블(2)의 표면에는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이 회전 방향(주위 방향)을 따라 복수(도시한 예에서는, 5매) 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라 함)(W)를 적재하기 위한 원 형상의 오목부(24)가 형성되어 있다. 또한, 도 3에는 편의상 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼(W)를 나타낸다. 이 오목부(24)는 웨이퍼(W)의 직경(예를 들어, 300㎜)보다도 약간(예를 들어, 2㎜) 큰 내경과, 웨이퍼(W)의 두께와 대략 동등한 깊이를 갖고 있다. 따라서, 웨이퍼(W)를 오목부(24)에 적재하면, 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면[웨이퍼(W)가 적재되지 않는 영역]이 동일한 높이로 된다.
도 2 및 도 3은 챔버(1) 내의 구조를 설명하는 도면으로, 설명의 편의상, 천장판(11)의 도시를 생략하고 있다. 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)의 상방에는, 각각 예를 들어 석영으로 이루어지는 반응 가스 노즐(31), 반응 가스 노즐(32) 및 분리 가스 노즐(41, 42)이 배치되어 있다. 도시한 예에서는, 챔버(1)의 주위 방향으로 간격을 두고, 반송구(15)(후술)로부터 시계 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로 분리 가스 노즐(41), 반응 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42) 및 반응 가스 노즐(32)의 순으로 배열되어 있다. 이들 노즐(31, 32, 41 및 42)은 각각의 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 41a 및 42a)(도 3)를 용기 본체(12)의 외주벽에 고정함으로써, 챔버(1)의 외주벽으로부터 챔버(1) 내로 도입되고, 용기 본체(12)의 반경 방향을 따라 회전 테이블(2)에 대해 평행하게 신장되도록 장착되어 있다.
반응 가스 노즐(31)에는, 제1 반응 가스가 저류되는 제1 반응 가스 공급원이 개폐 밸브나 유량 조정기(모두 도시하지 않음)를 통해 접속되고, 반응 가스 노즐(32)에는, 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스가 저류되는 제2 반응 가스 공급원이 개폐 밸브나 유량 조정기(모두 도시하지 않음)를 통해 접속되어 있다.
여기서, 제1 반응 가스는, 금속 원소 또는 반도체 원소를 포함하는 가스인 것이 바람직하고, 산화물 또는 질화물로 되었을 때에, 산화막 또는 질화막으로서 사용될 수 있는 것이 선택된다. 제2 반응 가스는, 금속 원소 또는 반도체 원소와 반응하여, 금속 산화물 또는 금속 질화물, 혹은 반도체 산화물 또는 반도체 질화물을 생성할 수 있는 산화 가스 또는 질화 가스가 선택된다. 구체적으로는, 제1 반응 가스는, 금속 원소(또는 반도체 원소)를 포함하는 유기 금속(또는 반도체) 가스인 것이 바람직하다. 또한, 제1 반응 가스로서는, 웨이퍼(W)의 표면에 대해 흡착성을 갖는 가스인 것이 바람직하다. 제2 반응 가스로서는, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착되는 제1 반응 가스와 산화 반응 또는 질화 반응이 가능하고, 반응 화합물을 웨이퍼(W)의 표면에 퇴적시킬 수 있는 산화 가스 또는 질화 가스인 것이 바람직하다.
구체적으로는, 예를 들어 제1 반응 가스로서는, 하프늄 원소를 포함하는 반응 가스이며, 산화막으로서 산화하프늄으로 HFO2를 포함할 수 있는 HfO를 형성하는 테트라키스에틸메틸아미노하프늄(이하, 「TDMAH」라 칭함)이나, 티탄 원소를 포함하는 반응 가스이며, 질화막으로서 TiN을 형성하는 TiCl4 등이어도 된다. 제2 반응 가스로서는, 산화 가스로서 예를 들어 오존 가스(O3)가 사용되어도 되고, 질화 가스로서 예를 들어 암모니아 가스(NH3)가 사용되어도 된다.
또한, 분리 가스 노즐(41, 42)에는, Ar이나 He 등의 희가스나 질소(N2) 가스 등의 불활성 가스의 공급원이 개폐 밸브나 유량 조정기(모두 도시하지 않음)를 통해 접속되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 불활성 가스로서 N2 가스가 사용된다.
도 4는 반응 노즐(31, 32) 및 분리 가스를 포함하는 도 1의 성막 장치의 일부 단면도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 반응 가스 노즐(31, 32)에는, 회전 테이블(2)을 향해 하방으로 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(33)이 반응 가스 노즐(31, 32)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 반응 가스 노즐(31)의 하방 영역은, 제1 반응 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1)으로 된다. 반응 가스 노즐(32)의 하방 영역은, 제1 처리 영역(P1)에 있어서 웨이퍼(W)에 흡착된 제1 반응 가스를 산화 또는 질화시키는 제2 처리 영역(P2)으로 된다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)의 하방 영역은, 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)을 분리하여, 제1 반응 가스와 제2 반응 가스의 혼합을 방지하는 분리 영역(D)으로 된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 챔버(1) 내에는 2개의 볼록 형상부(4)가 설치되어 있다. 볼록 형상부(4)는 정상부가 원호 형상으로 절단된 대략 부채형의 평면 형상을 갖고, 본 실시 형태에 있어서는, 내원호가 돌출부(5)(후술)에 연결되고, 외원호가 챔버(1)의 용기 본체(12)의 내주면을 따르도록 배치되어 있다.
도 4는 반응 가스 노즐(31)로부터 반응 가스 노즐(32)까지 회전 테이블(2)의 동심원을 따른 챔버(1)의 단면을 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 볼록 형상부(4)는 천장판(11)의 이면에 장착되어 있다. 이로 인해, 챔버(1) 내에는, 볼록 형상부(4)의 하면인 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)과, 이 천장면(44)의 주위 방향 양측에 위치하는, 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 존재하고 있다.
또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 볼록 형상부(4)에는 주위 방향 중앙에 있어서 홈부(43)가 형성되어 있고, 홈부(43)는 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 연장되어 있다. 홈부(43)에는, 분리 가스 노즐(42)이 수용되어 있다. 다른 하나의 볼록 형상부(4)에도 마찬가지로 홈부(43)가 형성되고, 여기에 분리 가스 노즐(41)이 수용되어 있다. 또한, 도 4에 있어서, 분리 가스 노즐(42)에 형성되는 가스 토출 구멍(42h)이 나타내어져 있다. 가스 토출 구멍(42h)은 분리 가스 노즐(42)의 길이 방향을 따라 소정의 간격(예를 들어, 10㎜)을 두고 복수개 형성되어 있다. 또한, 가스 토출 구멍의 개구 직경은 예를 들어 0.3 내지 1.0㎜이다. 도시를 생략하지만, 분리 가스 노즐(41)에도 마찬가지로 가스 토출 구멍이 형성되어 있다.
높은 천장면(45)의 하방의 공간에는, 반응 가스 노즐(31, 32)이 각각 설치되어 있다. 이들 반응 가스 노즐(31, 32)은, 천장면(45)으로부터 이격되어 웨이퍼(W)의 근방에 설치되어 있다. 또한, 설명의 편의상, 도 4에 있어서, 반응 가스 노즐(31)이 설치되는, 높은 천장면(45)의 하방을 공간(481)으로 나타내고, 반응 가스 노즐(32)이 설치되는, 높은 천장면(45)의 하방을 공간(482)으로 나타낸다.
낮은 천장면(44)은 협애한 공간인 분리 공간(H)을 회전 테이블(2)에 대해 형성하고 있다. 분리 가스 노즐(42)로부터 N2 가스가 공급되면, 이 N2 가스는, 분리 공간(H)을 통해 공간(481) 및 공간(482)을 향해 흐른다. 이때, 분리 공간(H)의 용적은 공간(481 및 482)의 용적보다도 작으므로, N2 가스에 의해 분리 공간(H)의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 할 수 있다. 즉, 공간(481 및 482) 사이에 있어서, 분리 공간(H)은 압력 장벽을 제공한다. 또한, 분리 공간(H)으로부터 공간 481 및 482로 흘러나오는 N2 가스는, 제1 영역(P1)으로부터의 제1 반응 가스와, 제2 영역(P2)으로부터의 제2 반응 가스(산화 가스 또는 질화 가스)에 대한 카운터 플로우로서 작용한다. 따라서, 제1 영역(P1)으로부터의 제1 반응 가스와, 제2 영역(P2)으로부터의 제2 반응 가스가, 분리 공간(H)에 의해 분리된다. 따라서, 챔버(1) 내에 있어서 제1 반응 가스와 산화 가스 또는 질화 가스가 혼합되어 반응하는 것이 억제된다.
또한, 회전 테이블(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이 h1은, 성막시의 챔버(1) 내의 압력, 회전 테이블(2)의 회전 속도, 공급하는 분리 가스(N2 가스)의 공급량 등을 고려하여, 분리 공간(H)의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 하는 데 적합한 높이로 설정하는 것이 바람직하다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 천장판(11)의 하면에는, 회전 테이블(2)을 고정하는 코어부(21)의 외주를 둘러싸도록 돌출부(5)가 설치되어 있다. 이 돌출부(5)는 본 실시 형태에 있어서는, 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 중심측의 부위와 연속되어 있고, 그 하면이 천장면(44)과 동일한 높이로 형성되어 있다.
앞서 참조한 도 1은 도 3의 I-I'선을 따른 단면도로, 천장면(45)이 설치되어 있는 영역을 나타내고 있다.
도 5는 천장면(44)이 설치되어 있는 영역을 도시하는 일부 단면도이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 대략 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부[챔버(1)의 외연측의 부위]에는, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡되는 굴곡부(46)가 형성되어 있다. 이 굴곡부(46)는 회전 테이블(2)과 용기 본체(12)의 내주면 사이의 공간을 통해, 공간(481) 및 공간(482) 사이에서 가스가 유통하는 것을 억제한다. 부채형의 볼록 형상부(4)는 천장판(11)에 설치되고, 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 제거할 수 있도록 되어 있으므로, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12) 사이에는 약간의 간극이 있다. 굴곡부(46)의 내주면과 회전 테이블(2)의 외측 단부면의 간극 및 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)의 간극은, 예를 들어 회전 테이블(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이와 마찬가지의 치수로 설정되어 있다.
다시 도 3을 참조하면, 회전 테이블(2)과 용기 본체의 내주면 사이에 있어서, 공간(481)과 연통되는 제1 배기구(610)와, 공간(482)과 연통되는 제2 배기구(620)가 형성되어 있다. 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 각각 배기관(630)을 통해 진공 배기 수단인, 예를 들어 진공 펌프(640)에 접속되어 있다.
회전 테이블(2)과 챔버(1)의 저부(14) 사이의 공간에는, 도 1 및 도 5에 도시하는 바와 같이 가열 수단인 히터 유닛(7)이 설치되고, 회전 테이블(2)을 개재하여 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)가, 프로세스 레시피에 의해 정해진 온도(예를 들어, 450℃)로 가열된다. 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방측에는, 회전 테이블(2)의 하방의 공간으로 가스가 침입하는 것을 억제하기 위해, 링 형상의 커버 부재(71)가 설치되어 있다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 이 커버 부재(71)는 회전 테이블(2)의 외연부 및 외연부보다도 외주측을 하방측으로부터 면하도록 설치된 내측 부재(71a)와, 이 내측 부재(71a)와 챔버(1)의 내벽면 사이에 설치된 외측 부재(71b)를 구비하고 있다. 외측 부재(71b)는, 볼록 형상부(4)의 외연부에 형성된 굴곡부(46)의 하방에서, 굴곡부(46)와 근접하여 설치되고, 내측 부재(71a)는 회전 테이블(2)의 외연부 하방(및 외연부보다도 약간 외측의 부분의 하방)에 있어서, 히터 유닛(7)을 전체 주위에 걸쳐 둘러싸고 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 중심 부근의 부위에 있어서의 저부(14)는 회전 테이블(2)의 하면의 중심부 부근에 있어서의 코어부(21)에 접근하도록 상방측으로 돌출되어 돌출부(12a)를 이루고 있다. 이 돌출부(12a)와 코어부(21) 사이는 좁은 공간으로 되어 있다. 또한, 저부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁게 되어 있고, 이들 좁은 공간은 케이스체(20)에 연통되어 있다. 그리고 케이스체(20)에는 퍼지 가스인 N2 가스를 좁은 공간 내에 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 설치되어 있다. 또한, 챔버(1)의 저부(14)에는, 히터 유닛(7)의 하방에 있어서 주위 방향으로 소정의 각도 간격으로, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 복수의 퍼지 가스 공급관(73)이 설치되어 있다[도 5에는 하나의 퍼지 가스 공급관(73)을 나타냄]. 또한, 히터 유닛(7)과 회전 테이블(2) 사이에는, 히터 유닛(7)이 설치된 영역에의 가스의 침입을 억제하기 위해, 외측 부재(71b)의 내주벽[내측 부재(71a)의 상면]으로부터 돌출부(12a)의 상단부 사이를 주위 방향에 걸쳐 덮는 덮개 부재(7a)가 설치되어 있다. 덮개 부재(7a)는, 예를 들어 석영으로 제작할 수 있다.
퍼지 가스 공급관(72)으로부터 N2 가스를 공급하면, 이 N2 가스는, 회전축(22)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극과, 돌출부(12a)와 코어부(21) 사이의 간극을 통해, 회전 테이블(2)과 덮개 부재(7a) 사이의 공간을 흘러, 제1 배기구(610) 또는 제2 배기구(620)(도 3)로부터 배기된다. 또한, 회전 퍼지 가스 공급관(73)으로부터 N2 가스를 공급하면, 이 N2 가스는, 히터 유닛(7)이 수용되는 공간으로부터, 덮개 부재(7a)와 내측 부재(71a) 사이의 간극(도시하지 않음)을 통해 유출되어, 제1 배기구(610) 또는 제2 배기구(620)(도 3)로부터 배기된다. 이들 N2 가스의 흐름에 의해, 챔버(1)의 중앙 하방의 공간과, 회전 테이블(2)의 하방의 공간을 통해, 공간(481) 및 공간(482) 내의 가스가 혼합되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 챔버(1)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있어, 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)에 분리 가스인 N2 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 이 공간(52)에 공급된 분리 가스는, 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(50)을 통해 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역측의 표면을 따라 주연을 향해 토출된다. 공간(50)은 분리 가스에 의해 공간(481) 및 공간(482)보다도 높은 압력으로 유지될 수 있다. 따라서, 공간(50)에 의해, 제1 처리 영역(P1)에 공급되는 제1 반응 가스와, 제2 처리 영역(P2)에 공급되는 제2 반응 가스가, 중심 영역(C)을 통해 혼합하는 것이 억제된다. 즉, 공간(50)[또는 중심 영역(C)]은 분리 공간(H)[또는 분리 영역(D)]과 마찬가지로 기능할 수 있다.
또한, 챔버(1)의 측벽에는, 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 외부의 반송 아암(10)과 회전 테이블(2) 사이에서 기판인 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 이 반송구(15)는 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐된다. 또한 회전 테이블(2)에 있어서의 웨이퍼 적재 영역인 오목부(24)는, 이 반송구(15)에 면하는 위치에서 반송 아암(10)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해지므로, 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서 전달 위치에 대응하는 부위에, 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어올리기 위한 전달용 승강 핀 및 그 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다.
또한, 본 실시 형태에 의한 성막 장치에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 설치되어 있고, 이 제어부(100)의 메모리 내에는, 제어부(100)의 제어하에, 후술하는 성막 방법을 성막 장치에 실시하게 하는 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은 후술하는 성막 방법을 실행하도록 스텝군이 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 매체(102)에 기억되어 있고, 소정의 판독 장치에 의해 기억부(101)에 판독되어, 제어부(100) 내에 인스톨된다.
(성막 방법)
다음에, 도 1 내지 도 5에 있어서 설명한 성막 장치를 사용한 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법에 의해 성막된 HfON막의 일례를 도시한 도면이다. 도 6에 도시되는 바와 같이, HfO막과 HfON막이 교대로 형성된 상태로 되어 있지만, 이것은, HfO층을 베이스로 하여, HfO층의 상층에 질소 원소(N)가 도프된 HfON층이 다층으로 형성된 상태를 의미하고 있다.
도 7은 HfON막의 베이스로 되는 HfO막의 단일막의 일례를 도시한 도면이다. 도 7에 도시하는 바와 같이, HfO막은 단일막이므로, HfO만으로 구성된다.
한편, 도 6으로 되돌아가면, 베이스로 되는 HfO막의 소정 간격마다, HfON막이 형성된 상태가 나타내어져 있다. 실제의 성막 프로세스에서는, 소정의 막 두께로 HfO막을 성막하고, 성막한 최상층에 N을 도프하여 HfON층을 형성하고, 이어서 다음 층의 HfO층을 형성하고, 최상층에 N을 도프하여 HfON층을 형성한다고 하고 하는 사이클을 반복함으로써, 도 6에 도시하는 HfON막이 성막된다. 실시 형태 1에 있어서는, 도 6에 도시한 바와 같은, HfO막에 N을 도프하여 다층의 HfON막을 성막하는 프로세스에 대해 설명한다.
또한, 도 6에 있어서는, 도시의 관계상, HfO층과 HfON층의 경계가 명확하게 되어 있지만, 실제의 막에서는, HfON층의 N의 농도는 하방으로 감에 따라 서서히 저하되어, HfO막과 HfON막의 경계는 더욱 애매한 것으로 된다. 또한, HfON막은, 높은 유전율을 갖는, 이른바 High-k막으로서 사용되고 있는 막이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 일례를 나타낸 시퀀스도이다. 도 8에 있어서, 회전 테이블(2)과, 제1 처리 영역(P1) 및 반응 가스 노즐(31)과, 제2 처리 영역(P2) 및 반응 가스 노즐(32)과, 분리 영역(D) 및 분리 노즐(41, 42)이 간략적으로 나타내어져 있다.
도 8에 나타내어진 성막 프로세스를 실시하기 전에, 웨이퍼(W)가 챔버(1) 내에 반입되어, 회전 테이블(2) 상에 적재될 필요가 있다. 그러기 위해서는, 우선, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하여, 반송 아암(10)에 의해 반송구(15)(도 3)를 통해 웨이퍼(W)를 회전 테이블(2)의 오목부(24) 내에 전달한다. 이 전달은, 오목부(24)가 반송구(15)에 대향하는 위치에 정지하였을 때에, 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통해 챔버(1)의 저부측으로부터 도시하지 않은 승강 핀이 승강함으로써 행해진다. 이러한 웨이퍼(W)의 전달을, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜 행하여, 회전 테이블(2)의 5개의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼(W)를 적재한다.
계속해서 게이트 밸브를 폐쇄하고, 진공 펌프(640)에 의해 챔버(1)를 최저 도달 진공도까지 배기한다. 이 상태로부터, 이하와 같이 도 8에 나타내는 성막 프로세스를 실시한다.
도 8의 Step 1에 있어서, 대기 공정이 행해진다. 대기 공정에 있어서는, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스인 N2 가스를 소정의 유량으로 토출하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 72)(도 1 참조)으로부터도 N2 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 또한, 반응 노즐(31)로부터는 N2 가스, 반응 노즐(32)로부터는 Ar 가스를 소정의 유량으로 토출한다. Ar 가스는 희가스로, 불활성 가스의 1종이다. 또한, N2 가스는 희가스는 아니지만, 불활성 가스의 1종이다. 즉, 모든 노즐(31, 32, 41, 42)로부터 불활성 가스를 토출한다. 이에 의해, 챔버(1) 내의 분위기는, 불활성 가스 분위기로 된다. 이에 의해, 압력 조정기(650)에 의해 챔버(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 조정한다. 이어서, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 소정의 회전 속도로 회전시키면서, 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 예를 들어 50℃로부터 650℃까지의 범위의 온도로 가열한다. 이에 의해, 성막 프로세스 개시의 준비가 갖추어진 대기 상태로 된다. 또한, 회전 테이블(2)의 회전 속도는, 용도에 따라서, 예를 들어 1rpm∼240rpm의 범위에서 가변으로 할 수 있지만, 본 실시 형태에 관한 성막 방법에서는, 6rpm의 회전 속도로 회전 테이블(2)을 회전시키는 예를 들어 설명한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 분리 노즐(41, 42) 및 반응 가스 노즐(31)로부터는 N2 가스를 퍼지하고, 반응 가스 노즐(32)로부터는 Ar 가스를 토출하고 있지만, 이들 불활성 가스의 종류의 조합은, 용도에 따라서 적절히 변경해도 된다. 예를 들어, 반응 가스 노즐(31, 32)의 양쪽으로부터, Ar 가스나 He 가스 등의 희가스를 공급하도록 해도 되고, 반대로, 반응 가스 노즐(32)로부터도 N2 가스를 공급해도 된다. 이 점은, 분리 노즐(41, 42)에 대해서도 마찬가지이며, 용도에 따라서 원하는 불활성 가스를 선택할 수 있다.
Step 2에서는, 제1 산화 가스·플로우 공정이 행해진다. 제1 산화 가스·플로우 공정에 있어서는, 제1 처리 영역(P1)의 반응 가스 노즐(31) 및 분리 가스 노즐(41, 42)로부터는 계속적으로 N2 가스가 공급되지만, 제2 처리 영역(P2)의 반응 가스 노즐(32)로부터는, 산화 가스로서 O3 가스가 공급된다. 그리고, 적어도 1회 회전 테이블(2)이 회전하는 동안에는, 이 상태를 계속한다. 또한, 웨이퍼(W)는, Step 1로부터 연속적으로 소정의 회전 속도로 회전하고 있고, 본 실시 형태에 있어서는 6rpm으로 회전하고 있다. 산화 가스·프리 플로우 공정은, 웨이퍼(W)의 표면의 전체를 산화 가스에 노출시키는 프로세스로, 하지(下地) 준비로서, 웨이퍼(W)의 최표면을 산화하는 처리를 행한다. 이에 의해, 회전 테이블(2)의 주위 방향을 따라 배치된 복수의 웨이퍼(W)의 각각에 O3 가스를 공급하여 산화 처리하여, 복수의 웨이퍼(W)를 거의 동일한 상태로 할 수 있다. 또한, 회전 테이블(2)을 적어도 1회 회전시키는 것은, O3 가스는 반응 가스 노즐(32)로부터만 공급되고 있어, 공급 개시시의 위치에 관계없이 복수매의 모든 웨이퍼(W)의 표면에 O3 가스를 공급하기 위해서는, 회전 테이블(2)을 최저 1회전시켜, 모든 웨이퍼(W)에 반드시 반응 가스 노즐(32)의 하방을 통과시킬 필요가 있기 때문이다.
또한, O3 가스의 공급은, 산화를 최저한으로 하는 것과 같은 제약이 있는 프로세스가 아니면, 웨이퍼(W)를 복수회 회전시켜 행해도 전혀 문제는 없으므로, O3 가스를 공급한 상태에서 웨이퍼(W)를 1회전보다 많이 회전시켜도 된다. 예를 들어, 제1 산화 가스·플로우 공정에 있어서, 웨이퍼(W)를 2∼3회 회전시켜도 되고, 1.5회전 등, 끝수가 나오는 것과 같은 회전수여도 된다.
또한, 제1 산화 가스·플로우 공정은, HfO 성막 공정 전에 행해지는 산화 공정이므로, 프리 산화 공정이라 칭해도 된다.
Step 3에서는, HfO 성막 공정이 행해진다. HfO 성막 공정에 있어서는, 웨이퍼(W)에 대해 반응 가스 노즐(31)로부터 Hf 함유 유기 금속 가스의 1종인 테트라키스디메틸아미노하프늄(TDMAH) 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 O3 가스를 공급한다. 즉, HfO 성막 공정에 있어서는 TDMAH 가스와 O3 가스가 동시에 공급된다. 단, 이들 가스는 분리 영역(D)에 의해 분리되어, 챔버(1) 내에서 서로 혼합되는 일은 거의 없다.
TDMAH 가스와 O3 가스가 동시에 공급될 때에, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1)을 통과하면, Step 2의 제1 산화 가스·플로우 공정에 있어서 산화 처리된 웨이퍼(W)의 표면에 TDMAH 가스가 흡착된다. 이때, Step 2의 제1 산화 가스·플로우 공정에 있어서, 모든 웨이퍼(W)의 표면이 산화 처리되어 있으므로, TDMAH 가스는, 모든 웨이퍼(W)의 표면 상에 문제 없이 흡착될 수 있다. 이어서, 제2 처리 영역(P2)을 통과하면, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착된 TDMAH 가스가 O3 가스에 의해 산화되어, 웨이퍼(W)의 표면에 HfO막(주로 HfO2의 분자층)이 성막된다. 이하, 원하는 막 두께를 갖는 HfO막이 성막될 때까지, 소정의 횟수만큼 회전 테이블(2)을 회전시킨다. 즉, Step 3의 HfO 성막 공정에서는, HfO막이 원하는 막 두께로 될 때까지 회전 테이블(2)의 회전이 반복되어도 된다. 회전 테이블(2)의 1회전에 의해, 1층분의 HfO막이 형성되므로, 회전수의 조절에 의해 HfO막의 막 두께를 제어할 수 있다.
그리고, TDMAH 가스와 O3 가스의 공급을 정지함으로써, Step 3의 HfO 성막 공정이 종료된다. TDMAH 가스와 O3 가스의 공급 정지는, 거의 동시에 행해지므로, Step 3의 HfO 성막 공정의 종료 단계에서는, 표면에 TDMAH 가스가 흡착된 상태의 웨이퍼(W)와, TDMAH 가스 흡착 후에 O3 가스가 공급되어 HfO막이 형성된 상태의 웨이퍼(W)가 혼재하고 있다.
Step 4에서는, 제2 산화 가스·플로우 공정이 행해진다. 제2 산화 가스·플로우 공정에서는, 제1 처리 영역(P1)에 설치된 반응 가스 노즐(31) 및 분리 영역(D)에 설치된 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 N2 가스가 공급되고, 제2 처리 영역(P2)에 설치된 반응 가스 노즐(32)로부터는 O3 가스가 공급된다. 이 상태에서 적어도 1회 회전 테이블(2)이 회전하여, 회전 테이블(2)의 상면에 적재된 복수의 웨이퍼(W) 전부가 O3 가스에 노출된다. 이에 의해, 제2 처리 영역(P2)을 통과한 지점에서 Step 3의 HfO 성막 공정이 종료된 웨이퍼(W)라도, 제2 산화 가스·플로우 공정에 있어서 반드시 제2 처리 영역(P2)을 통과하여, 산화 처리가 행해져 HfO막이 형성된 상태에서 HfO 성막 프로세스를 종료할 수 있다.
또한, 제2 산화 가스·플로우 공정은, HfO 성막 공정 직후에 행해지는 성막 공정이므로, 포스트 산화 공정이라 칭해도 된다.
또한, Step 2의 제1 산화 가스·플로우 공정과, Step 4의 제2 산화 가스·플로우 공정은, 동일한 회전수로 행해져도 되고, 다른 회전수로 행해져도 된다. 스루풋을 높이는 관점에서, 예를 들어 양 공정 모두 1회전만 회전 테이블(2)을 회전시키는 처리 내용으로 해도 된다. 제1 산화 가스·플로우 공정과 제2 산화 가스·플로우 공정은 서로 독립되어 있으므로, 양 공정 모두, 용도에 따라서 자유롭게 회전수를 설정할 수 있다.
Step 5에서는, 제1 퍼지 공정이 행해진다. 제1 퍼지 공정에서는, O3 가스를 배기하는 동시에, 반응 가스 노즐(31)로부터는 N2 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터는 Ar 가스를 공급하고, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터는, 분리 가스로서 N2 가스를 계속 공급한 상태에서 회전 테이블(2)을 소정 횟수 회전시켜, 챔버(1) 내를 불활성 가스 분위기로 한다. 이에 의해, O3 가스는 챔버(1) 내로부터 제거되고, HfO막의 산화가 일단 정지된다. 또한, 도 8에 있어서는, 반응 가스 노즐(31)로부터 N2 가스가 공급되고, 반응 가스 노즐(32)로부터 Ar 가스가 공급되어 있지만, 이들은 N2 가스 및 희가스를 포함하는 불활성 가스이면, 다양한 것을 선택할 수 있고, 조합도 임의의 조합으로 할 수 있다. 또한, 회전 테이블(2)의 회전수는, 챔버(1) 내를 불활성 가스 분위기로 할 수 있으면, 몇 회전이어도 된다.
Step 6에서는, 질소 도프 공정이 행해진다. 질소 도프 공정에 있어서는, 반응 가스 노즐(31)로부터는 N2 가스가 공급되고, 반응 가스 노즐(32)로부터는 NH3 가스가 공급되고, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터는 N2 가스가 공급된 상태에서 회전 테이블(2)을 소정 횟수 회전시켜, HfO막의 표면에 질소를 도프한다. 또한, NH3은 질화 가스로서 공급되지만, 그때, 필요에 따라서 플라즈마 처리를 행하도록 해도 된다. 챔버(1) 내는, 300℃ 정도의 비교적 낮은 온도에서 프로세스가 실행되고 있지만, 300℃ 정도의 온도이면, 질소의 활성화가 충분하지 않은 경우가 많으므로, 질소를 라디칼화하기 위해, 반응 가스 노즐(32)로부터 공급된 NH3 가스에 플라즈마 처리를 행하여, 라디칼화된 NH4 +이온을 HfO막의 표면에 공급하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 질소의 반응을 촉진시켜, 질소 도프를 적절하게 행할 수 있다.
플라즈마 처리는, 다양한 방식에 의해 행해도 되지만, 예를 들어 유도 결합 플라즈마(ICP, Inductively Coupled Plasma) 방식을 사용하여, RF(고주파, Radio Frequency) 코일에 의한 유도 자계에 의해 플라즈마를 발생시킴으로써 행해도 된다.
회전 테이블(2)의 회전수는, 필요한 N 도프를 행하는 데 필요한 소정 횟수로 설정되어도 된다. 질소의 라디칼은, 비교적 단수명으로, 질화를 행하는 것은 용이하지 않은 경우가 많다. 따라서, 질소 도프 공정에 있어서는, 질화 반응이 비교적 곤란한 점을 고려하여, 소정량의 N 도프를 행하는 데 필요한 만큼, 질소 도프 공정을 행하도록 해도 된다.
또한, 도프라 함은, 미량의 불순물을 첨가하는 것을 의미하고, 본 실시 형태에 있어서는, HfO막에 미량의 N을 첨가하는 것을 의미한다.
Step 7에서는, 제2 퍼지 공정이 행해진다. 제2 퍼지 공정에서는, 제1 퍼지 공정과 마찬가지로, 반응 가스 노즐(31)로부터 Ar 가스가 공급되고, 반응 가스 노즐(32)로부터 N2 가스가 공급되고, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 N2 가스가 공급된 상태에서, 소정 횟수 회전 테이블(2)을 회전시킨다. 제2 퍼지 공정에 의해, 질소 도프 공정에서 도프된 질소를 HfO막 상에 정착시킨다. 또한, 제2 퍼지 공정에 있어서도, 불활성 가스이면, 반응 가스 노즐(31, 32)로부터 공급하는 가스는, 다양한 것으로 할 수 있다.
Step 7의 제2 퍼지 공정 후에는 Step 2의 제1 산화 가스·플로우 공정으로 되돌아간다. 제1 산화 가스·플로우 공정에서는, 상술한 바와 같이, 반응 가스 노즐(31)로부터 N2 가스가 공급되고, 반응 가스 노즐(32)로부터 O3 가스가 공급되고, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 N2 가스가 공급된 상태에서 회전 테이블(2)이 적어도 1회전한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면을 산화시키고, 산화시킨 상태에서 다시 HfO 성막 공정을 실시한다.
Step 2∼Step 7의 공정을 1사이클로 하고, 당해 사이클을 필요한 횟수 반복하여 도 6에 나타낸 HfON층이 다층으로 형성된 구성의 성막을 행한다. 이에 의해, HfO층의 표면에 N이 도프된 HfON층을 다층에 걸쳐 형성하여, 다층 구조의 HfON막을 성막할 수 있다.
Step 2∼Step 7의 사이클을 소정 횟수 반복한 후에는, Step 2의 제1 산화 가스·플로우 공정과 Step 3의 HfO 성막 공정을 1회씩 행하고, Step 8의 제3 산화 가스·플로우 공정으로 이행한다.
Step 8의 제3 산화 가스·플로우 공정은, 제2 산화 가스·플로우 공정과 마찬가지의 공정으로, 마지막 HfO 성막 공정에서 웨이퍼(W)의 표면 상에 흡착된 상태의 TDMAH 가스를 전부 산화시키는 공정이다. 따라서, 반응 가스 노즐(32)로부터 O3 가스가 공급되는 동시에, 반응 가스 노즐(31) 및 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 N2 가스가 공급되어, 웨이퍼(W)의 표면의 산화가 행해진다.
또한, 제3 산화 가스·플로우 공정은, HfO막의 막질 개선을 위해, 제1 및 제2 산화 가스·플로우 공정보다도 장시간 행하도록 해도 된다. 이에 의해, 형성된 HfO막에 충분히 산소를 공급할 수 있어, HfO막의 막질을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 내지 제3 산화 가스·플로우 공정 및 HfO 성막 공정에서 사용하는 산화 가스에 대해서는, 도 8에 있어서는, O3 가스를 사용한 예를 들어 설명하였지만, 다양한 산화 가스를 사용할 수 있고, 예를 들어 물(H2O), 산소, 라디칼 산소 등의 가스를 사용하도록 해도 된다.
Step 9의 대기 공정에서는, 반응 가스 노즐(31)로부터는 N2 가스, 반응 가스 노즐(32)로부터는 Ar 가스, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터는 N2 가스로, 모든 노즐(31, 32, 41, 42)로부터 불활성 가스가 공급된 상태에서, 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 이것으로 최종적인 산화 가스·플로우 공정도 종료하고, 다시 대기 상태로 된다. 이에 의해, HfON 성막 프로세스를 종료한다.
또한, Step 5에서 설명한 제1 퍼지 공정 및 Step 7에서 설명한 제2 퍼지 공정은 반드시 필수는 아니며, 필요에 따라서 설치하도록 해도 된다. 단, Step 6의 질소 도프 공정을 적절하게 행하기 위해서는, 질소 도프 공정 전후에 제1 및 제2 퍼지 공정을 마련하는 것이 바람직하다.
마찬가지로, Step 2의 제1 산화 가스·플로우 공정, Step 4의 제2 산화 가스·플로우 공정 및 Step 8의 제3 산화 가스·플로우 공정에 대해서도, 적절한 HfO 성막 공정을 행하는 관점에서 설치하는 것이 바람직하지만, 다른 조건 등의 고안에 의해, HfO 성막 공정에 있어서 적절하게 HfO 성막을 행하는 것이 가능한 경우에는 생략하는 것도 가능하다.
이와 같이, 실시 형태 1에 관한 성막 방법에 따르면, HfO막의 산화막층을 형성한 후에 N을 도프하는 공정을 마련함으로써, N 도프를 막 내에 분포시키면서 확실하게 행할 수 있어, 회전 테이블식에 의한 높은 생산성을 유지하면서 HfON막을 성막할 수 있다.
〔실시 형태 2〕
도 9는 본 발명의 실시 형태 2에 관한 성막 방법의 일례를 나타낸 시퀀스도이다. 실시 형태 2에 있어서는, 도 6에 나타낸 HfON막을, 실시 형태 1과는 다른 성막 프로세스에서 형성하는 성막 방법에 대해 설명한다. 또한, 실시 형태 2에 있어서도, 성막 장치는 실시 형태 1에 있어서 설명한 성막 장치를 사용하므로, 그 설명은 생략한다. 또한, 실시 형태 1과 마찬가지의 성막 장치를 사용하는 점은, 이후의 실시 형태에 있어서도 마찬가지로 한다.
도 9에 있어서, Step 1에서는, 대기 공정이 행해진다. 대기 공정은, 실시 형태 1의 Step 1에 있어서의 대기 공정과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다. 또한, 대기 공정으로 들어가기 전의 웨이퍼(W)의 반입 순서에 대해서도, 실시 형태 1의 설명과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
Step 2의 제1 산화 가스·플로우 공정(프리 산화 공정), Step 3의 HfO 성막 공정, Step 4의 제2 산화 가스·플로우 공정(포스트 산화 공정), Step 5의 제1 퍼지 공정, Step 6의 질소 도프 공정 및 Step 7의 제2 퍼지 공정은, 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 Step 2∼Step 7과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
Step 8에서는, Hf 원료 가스 공급 공정이 행해진다. Hf 원료 가스 공급 공정에 있어서는, 반응 가스 노즐(31)로부터 Hf의 원료 가스인 TDMAH 가스가 공급되고, 반응 가스 노즐(32)로부터 Ar 가스가 공급되고, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 N2 가스가 공급된 상태에서, 회전 테이블(2)을 소정 횟수 회전시킨다.
실시 형태 1에 있어서 설명한 바와 같이, Step 6의 질소 도프 공정에 있어서는, 300℃ 정도의 저온 프로세스이므로, 질소가 활성화되기 어려운 경향에 있다. 한편, O3 가스의 쪽은, 300℃ 정도에서 충분히 활성화되어, 용이하게 반응하는 상태에 있다. 이러한 상태에서, Step 7의 제2 퍼지 공정으로부터 Step 3의 HfO 성막 공정으로 직접 이행하여, O3 가스가 연속적으로 공급되면, O3 가스의 반응의 쪽이 격렬하므로, N이 웨이퍼(W)의 표면에 남김 없이 소멸되어 버려, N 도프가 적절하게 행해지지 않을 우려가 있다.
따라서, 그러한 상태를 회피하기 위해, Hf 원료 가스 공급 공정을 마련하여, O3 가스에 의한 반응을 완화시키고 있다. TDMAH 가스를 먼저 공급하여 웨이퍼(W)의 표면에 흡착시킴으로써, Step 3의 HfO 성막 공정으로 들어갔을 때에, 산화시켜야 할 TDMAH 가스가 많이 존재하므로, 표면에 첨가한 질소를 소산(消散)시켜 버리는 현상을 방지할 수 있다.
이러한 목적에서 Hf 원료 가스 공급 공정을 마련하고 있으므로, Hf 원료 가스 공급 공정에 있어서는, Step 3의 HfO 성막 공정에서, 도프한 질소가 적절하게 잔류하도록, 회전 테이블(2)은 필요한 소정 횟수 회전시키도록 한다.
이와 같이, 질소 도프 공정 후에 Hf 원료 가스 공급 공정을 마련함으로써, 질소의 도프를 보다 확실한 것으로 할 수 있다.
실시 형태 2에 관한 성막 방법에 있어서는, Step 3의 HfO 성막 공정으로부터 Step 8의 Hf 원료 가스 공급 공정까지를 1사이클로 하고, 당해 사이클을, 도 6에 도시한 다층 구조의 HfON막을 성막하는 데 필요한 소정 횟수만큼 반복한다. 이에 의해, 실시 형태 1에 관한 성막 방법과 마찬가지로, 다층 구조의 HfON막을 성막할 수 있다.
Step 3∼Step 8의 사이클을 소정 횟수 반복한 후에는 Step 3의 HfO 성막 공정을 1회 실시한 후, Step 9의 제3 산화 가스·플로우 공정으로 이행한다.
Step 9의 제3 산화 가스·플로우 공정은, 실시 형태 1의 Step 8에서 설명한 제3 산화 가스·플로우 공정과 마찬가지의 공정이므로, 그 설명을 생략한다.
Step 10에서는, 대기 공정이 행해지지만, 대기 공정도, 실시 형태 1의 Step 9에서 설명한 대기 공정과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
또한, 상술한 각 공정에 있어서, 제1 및 제2 퍼지 공정과, 제1 내지 제3 산화 가스·플로우 공정은, 용도, 조건 등에 따라서 적절하게 생략이 가능한 점도, 실시 형태 1에 관한 성막 방법과 마찬가지이다.
실시 형태 2에 관한 성막 방법에 따르면, 질소 도프 공정 후의 N의 소산을 방지하여, 확실하게 다층 구조의 HfON막을 성막할 수 있다.
〔실시 형태 3〕
도 10은 본 발명의 실시 형태 3에 관한 성막 방법에 의해 성막된 HfON막의 일례를 도시한 도면이다. 실시 형태 3에 관한 성막 방법에 있어서는, 실시 형태 1, 2에서 나타낸 다층 구조의 HfON막이 아니라, 도 7에 나타낸 단일막인 HfO막의 상면에 N을 도프(첨가)한 구조의 HfON막을 성막하는 성막 방법에 대해 설명한다.
또한, 실시 형태 3에 관한 성막 방법에 있어서도, 사용하는 성막 장치는 실시 형태 1에 있어서 설명한 성막 장치와 마찬가지의 성막 장치이므로, 그 설명을 생략한다.
도 11은 본 발명의 실시 형태 3에 관한 성막 방법의 일례를 나타낸 시퀀스도이다. 도 11에 있어서, Step 1의 대기 공정, Step 2의 제1 산화 가스·플로우 공정(프리 산화 공정), Step 3의 HfO 성막 공정, Step 4의 제2 산화 가스·플로우 공정(포스트 산화 공정), Step 5의 제1 퍼지 공정, Step 6의 질소 도프 공정 및 Step 7의 퍼지 공정이 나타내어져 있다. 이 중, Step 1∼Step 6까지는, 도 8에 나타낸 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 시퀀스도의, Step 1∼Step 6과 마찬가지의 공정이다.
또한, 도 11에 있어서의 Step 7의 대기 공정은, 명칭은 다르지만, 도 8에 있어서의 Step 7의 제2 퍼지 공정과 마찬가지이다. 따라서, 실시 형태 3에 관한 성막 방법은, 시퀀스적으로는, 도 8에 나타낸 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 Step 1∼Step 7을 1회만 실시한 프로세스라고 생각해도 된다. 따라서, 각 공정의 구체적인 처리 내용에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
그러나, 실시 형태 3에 관한 성막 방법에서는, HfO막의 단일막을 두껍게 형성하므로, Step 3의 HfO 성막 공정의 시간은, 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 Step 3의 HfO 성막 공정 1회의 시간보다도 상당히 길어진다. 실시 형태 3에 관한 성막 방법에서는, Step 3의 HfO 성막 공정에 있어서, 도 7에 도시한 바와 같은 두꺼운 HfO막의 단일막을 성막하기 위해 필요한 소정 횟수만큼, 회전 테이블(2)을 회전시켜 HfO막의 성막을 반복한다. 이 점에서, 실시 형태 3에 관한 성막 방법은, 실시 형태 1에 있어서 설명한 성막 방법의 공정과 다르다.
또한, 도 6과 도 10을 비교하면 알 수 있는 바와 같이, HfON층의 막 두께도, 실시 형태 3에 관한 성막 방법에 의해 성막된 HfON막의 쪽이 두껍다. 따라서, Step 6의 질소 도프 공정에 대해서도, 실시 형태 3에 관한 성막 방법의 쪽이, 실시 형태 1에 관한 성막 방법보다도 장시간 실시하도록 한다. 이에 의해, HfO막의 단일막의 상면에 질소가 도프(첨가)되어, HfON층이 형성된 구조의 HfON막을 성막할 수 있다.
그 밖의 공정에 대해서는, 공정 실시 시간도 포함하여, 실시 형태 1에 관한 성막 방법과 마찬가지라고 생각해도 되므로, 그 설명을 생략한다.
또한, 마지막 Step 7의 대기 공정에 대해서는, 도 8의 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 시퀀스에 있어서, Step 1∼Step 6을 실행한 후, Step 9의 대기 공정으로 건너뛰어, Step 9의 대기 공정을 본 실시 형태에 관한 성막 방법의 대기 공정에 대응시켜도 된다. 양쪽 모두 퍼지 공정이며, 반응 가스 노즐(32)로부터 Ar 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(31) 및 분리 가스 노즐(41, 42)로부터는 N2 가스를 공급하면서 회전 테이블(2)을 회전시키고 있는 점에 있어서 전혀 차이는 없으므로, 어느 공정을 최종 공정으로서 대응시켜도 된다.
또한, 상술한 각 공정에 있어서, 제1 퍼지 공정 및 종료시의 대기 공정과, 제1 및 제2 산화 가스·플로우 공정은, 용도, 조건 등에 따라서 적절하게 생략이 가능한 점도, 실시 형태 1에 관한 성막 방법과 마찬가지이다.
실시 형태 3에 관한 성막 방법에 따르면, 간소한 시퀀스에 의해, 간소한 구조의 HfON막을 성막할 수 있다.
〔실시 형태 4〕
도 12는 본 발명의 실시 형태 4에 관한 성막 방법에 의해 질소를 도프할 대상으로 되는 HfSiO막의 일례를 도시한 도면이다. HfSiO막은, 산소 이외에 Hf와 Si라 하는 2종류의 원소를 포함하는 복합 산화막으로, 도 12에 도시하는 바와 같이, 복수의 HfO층과 SiO층이 교대로 적층된 라미네이트 구조를 갖는다. 또한, HfO층과 SiO층의 라미네이트 구조의 경우, HfO층의 쪽이 주체로 되고, SiO층은 HfO층보다도 얇은 막 두께로 성막되는 경우가 많으므로, 도 12에 있어서도, HfO층의 쪽이 SiO층보다도 두꺼운 막 두께를 갖는 구조를 나타내고 있다. 실시 형태 4에 관한 성막 방법에 있어서는, 이러한 복수 종류의 원소의 산화막이 적층된 라미네이트 구조를 갖는 다원소 산화막에 질소를 도프하는 성막 방법에 대해 설명한다.
도 13은 본 발명의 실시 형태 4에 관한 성막 방법에 의해 성막된 HfSiON막의 일례를 도시한 도면이다. 실시 형태 4에 관한 성막 방법에 있어서는, 각 SiO층의 상면에, 질소를 도프함으로써 HfSiON막을 성막한다. 즉, 실시 형태 2에 관한 성막 방법에 있어서는, HfSiON층을 복수 적층함으로써, 전체적으로 1개의 HfSiON막을 구성하는 성막 방법에 대해 설명한다.
도 14는 본 발명의 실시 형태 4에 관한 성막 방법의 일례를 나타낸 시퀀스도이다. 도 14에 있어서, Step 1의 대기 공정, Step 2의 제1 산화 가스·플로우 공정, Step 3의 HfO 성막 공정, Step 4의 제2 산화 가스·플로우 공정은, 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 도 8의 Step 1∼Step 4와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
Step 5에서는, SiO 성막 공정이 행해진다. SiO 성막 공정에서는, 제1 처리 영역(P1)의 반응 가스 노즐(31)로부터 트리스디메틸아미노실란(3DMAS) 가스를 공급하고, 제2 처리 영역(P2)의 반응 가스 노즐(32)로부터는 O3 가스를 공급한다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터는, N2 가스를 공급한다. 그리고, 그 상태에서 회전 테이블(2)을 소정 횟수 회전시켜, HfO층 상에 소정의 막 두께의 SiO층을 성막한다.
SiO 성막 공정에서는, 제1 처리 영역(P1)에 있어서, 반응 가스 노즐(31)로부터, Si를 함유하는 원료 가스인 3DMAS가 공급되고, HfO층 상에 3DMAS 가스가 흡착된다. 그리고, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 분리 영역(D)에서 분리 가스 노즐(42)로부터 N2 가스가 공급되어 퍼지된 후, 제2 처리 영역(P2)에 있어서 반응 가스 노즐(32)로부터 O3 가스가 공급된다. 제2 처리 영역(P2) 내에서, HfO층 상에 흡착된 3DMAS 가스가 산화되어, SiO층(주로 SiO2층)이 성막된다. 그리고, SiO 성막 후에는 분리 영역(D)에서 분리 가스 노즐(41)로부터 N2 가스가 퍼지되고, 또한 제1 처리 영역(P1)에서 3DMAS 가스가 공급된다고 하는 사이클을 반복한다. SiO의 분자층이 1회전에 1층씩 형성되어 가, 소정의 막 두께의 SiO층을 얻을 때까지, 상술한 사이클을 반복한다. 이와 같이 하여, SiO 성막 공정에 있어서는, 원하는 막 두께의 SiO막을 얻는다.
Step 6에서는, 제3 산화 가스·플로우 공정이 행해진다. 제3 산화 가스·플로우 공정은, 회전 테이블(2) 상에 적재된 복수매의 웨이퍼(W) 중, 마지막으로 3DMAS 가스가 흡착된 상태의 웨이퍼(W)도 산화 가스에 노출시켜, 모든 3DMAS 가스를 산화시켜 SiO층을 산화시키기 위해 행하는 공정으로, Step 4의 제2 산화 가스·플로우 공정과 마찬가지의 공정이다. SiO 성막 공정에 대응하는 포스트 산화 공정이다. 따라서, 처리 내용 자체는, 실시 형태 1에 있어서의 도 8의 Step 4의 제2 산화 가스·플로우 공정과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
Step 7의 제1 퍼지 공정, Step 8의 질소 도프 공정, Step 9의 제2 퍼지 공정 및 Step 10의 Hf 원료 가스 공급 공정은, 도 9에 나타낸 실시 형태 2에 관한 성막 방법의 Step 5∼Step 8과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다. 또한, 보다 상세하게는, Step 7의 제1 퍼지 공정, Step 8의 질소 도프 공정 및 Step 9의 제2 퍼지 공정은, 도 8에 나타낸 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 Step 5∼Step 7과 마찬가지이다.
Step 3의 HfO 성막 공정으로부터, Step 10의 Hf 원료 가스 공급 공정을 1사이클로 하고, 당해 사이클을 반복함으로써, 도 13에 도시한 다층의 HfSiON막이 성막되어 간다. 즉, 1사이클에서 HfSiON층이 1층 형성되고, 원하는 수의 HfSiON층을 형성함으로써, 다층의 HfSiON막을 성막한다.
사이클 내에 있어서, Step 10의 Hf 원료 가스 공급 공정으로부터 Step 6의 제2 산화 가스·플로우 공정이, 도 12에 나타낸 HfSiO막을 성막하는 프로세스이고, Step 7의 제1 퍼지 공정으로부터 Step 9의 제2 퍼지 공정이, 질소를 SiO층 상에 도프하기 위한 공정이다. 성막 공정에 대해서는, 보다 상세하게는, Step 10의 Hf 원료 가스 공급 공정으로부터 Step 4의 제2 산화 가스·플로우 공정이 HfO층을 성막하는 공정이고, Step 4의 제2 산화 가스·플로우로부터 Step 6의 제3 산화 가스·플로우 공정까지가 SiO층을 성막하는 공정이고, Step 4의 제2 산화 가스·플로우 공정은, Step 3의 HfO 성막 공정의 포스트 산화 공정으로서 기능하는 동시에, Step 5의 SiO 성막 공정의 프리 산화 공정으로서 기능하고 있다.
이와 같이, 2종류의 서로 다른 원소의 산화층을 적층하는 경우에는, 최초의 산화막의 성막 공정 후의 포스트 산화 공정과, 2번째의 산화막의 성막 공정의 프리 산화 공정을 겸용할 수 있어, 전체적으로 산화 공정을 줄일 수 있다. 또한, 2번째의 산화막의 성막 후에 질소 도프 공정을 마련하고, 이것을 하나의 사이클로 함으로써, 회전 테이블(2)의 회전에 수반하여, N 도프된 복합 산화막인 HfSiON층을 다층에 걸쳐 형성하고, 다층 구조의 HfSiON막을 형성할 수 있다. 또한, 질소 도프 후에 Hf 원료 가스 공급 공정을 마련함으로써, 질소 도프의 확실성을 높일 수 있다.
이와 같이, 회전 테이블(2)을 연속적으로 회전시켜, 공급 가스를 순차 전환하여 HfSiON층을 형성하는 사이클을 확립함으로써, 원하는 막 두께의 HfSiON막을 높은 생산 효율로 성막할 수 있다.
Step 3의 HfO 성막 공정으로부터 Step 10의 Hf 원료 가스 공급 공정을 소정 횟수 반복하여, 원하는 층수의 HfSiON막을 성막한 후에는 Step 3의 HfO 성막 공정을 1회 행한 후, Step 11의 제4 산화 가스·플로우 공정으로 이행한다.
Step 11의 제4 산화 가스·플로우 공정은, 도 9에 도시한 실시 형태 2에 관한 성막 방법의 Step 9의 제3 산화 가스·플로우 공정, 또는 도 8에 도시한 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 Step 8의 제3 산화 가스·플로우 공정과 마찬가지의 공정이므로, 그 설명을 생략한다.
또한, Step 12의 대기 공정도, 도 9에 도시한 실시 형태 2에 관한 성막 방법의 Step 10의 대기 공정, 또는 도 8에 도시한 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 Step 9의 대기 공정과 마찬가지의 공정이므로, 그 설명을 생략한다.
또한, 제1 및 제2 퍼지 공정, 제1 내지 제4 산화 가스·플로우 공정이, 용도나 조건에 따라 생략 가능한 점은, 실시 형태 1 내지 3과 마찬가지이다.
실시 형태 4에 관한 성막 방법에 따르면, 라미네이트 구조의 산화막에 질소를 도프한 산화막을, 높은 생산성으로 확실하게 성막할 수 있다.
〔실시 형태 5〕
도 15는 본 발명의 실시 형태 5에 관한 성막 방법에 의해 성막된 HfSiON막의 일례를 도시한 도면이다. 도 15에 도시하는 바와 같이, 실시 형태 5에 관한 성막 방법에 의해 성막된 HfSiON막은, HfO층과 SiO층의 라미네이트 구조를 갖는 점에서는, 실시 형태 4에 관한 성막 방법에 의해 성막된 도 13에 도시한 HfSiON막과 마찬가지이지만, 도프된 질소가 HfSiON막의 상면 부근뿐이며, HfSiON막의 상면 부근에 HfON층과 SiON층이 형성되어 있는 점에서, 도 13에 도시한 HfSiON막과 다르다. 이와 같이, 질소의 도프를, 막 전체의 상면 부근에서만 행하도록 성막을 행해도 된다.
도 16은 본 발명의 실시 형태 5에 관한 성막 방법의 일례를 나타낸 시퀀스도이다. 도 16에 있어서, Step 1의 대기 공정, Step 2의 제1 산화 가스·플로우 공정, Step 3의 HfO 성막 공정, Step 4의 제2 산화 가스·플로우 공정 및 Step 5의 SiO 성막 공정은, 도 14에 도시한 실시 형태 4에 관한 성막 방법의 Step 1∼Step 5와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
실시 형태 5에 관한 성막 방법에 있어서는, Step 2의 제1 산화 가스·플로우 공정, Step 3의 HfO 성막 공정, Step 4의 제2 산화 가스·플로우 공정 및 Step 5의 SiO 성막 공정을 하나의 사이클로 하고, HfO막과 SiO막의 적층 구조의 1층분을 성막한다. 그리고, 원하는 두께의 HfO층과 SiO층으로 이루어지는 라미네이트 구조의 HfSiO막을 성막할 때까지의 소정 횟수, 상술한 사이클을 반복한다. 이에 의해, 도 12에서 도시한 베이스로 되는 다층 구조의 HfSiO막이 성막된다.
또한, 상술한 사이클 중, Step 2의 제1 산화 가스·플로우 공정은, Step 5의 SiO 성막 공정 후이고, 또한 Step 3의 HfO 성막 공정 전에 삽입되어 있으므로, SiO 성막 공정의 포스트 산화 공정으로서 기능하는 동시에, HfO 성막 공정의 프리 산화 공정으로서 기능한다. 즉, 본 실시 형태에 관한 성막 방법에 있어서는, 제1 산화 가스·플로우 공정이, 반복 사이클 중에 포함되어 있어, 제2 산화 가스·플로우 공정과 마찬가지의 역할을 하고 있다. 2종류의 서로 다른 원소의 산화층의 라미네이트 구조를 형성하는 경우에는, 이러한 프로세스를 채용하여, 산화 공정을 생략하면서도, 성막 공정 전후에서 확실하게 산화 공정을 행하는 사이클을 짜도 된다. 이에 의해, 효율적으로 2종류의 산화막의 라미네이트 구조를 성막할 수 있다.
상술한 HfSiO막의 성막 사이클을 소정 횟수 반복하면, Step 2의 제1 산화 가스·플로우 공정 및 Step 3의 HfO 성막 공정을 1회씩 실시하고, 그 후, Step 6의 제3 산화 가스·플로우 공정으로 이행한다.
Step 6의 제3 산화 가스·플로우 공정은, 도 14에 도시한 실시 형태 4에 관한 성막 방법의 Step 11의 제4 산화 가스·플로우 공정, 도 8에 도시한 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 Step 8의 제3 산화 가스·플로우 공정과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
또한, Step 7의 퍼지 공정, Step 8의 질소 도프 공정 및 Step 9의 대기 공정은, 도 11에 도시한 Step 5∼Step 7과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
실시 형태 5에 관한 성막 방법에 있어서는, 우선, HfO층과 SiO층의 라미네이트 구조체를 성막하고, 마지막 단계에서, Step 7∼Step 9에 도시하는 바와 같이, 질소 도프를 행한다. 이 경우, Step 8의 질소 도프 공정에서는, 전체의 HfSiON막의 N을 1회의 공정에서 첨가하므로, 반복 사이클 중에 포함된 질소 도프 공정보다도, 장시간에 걸쳐 공정을 계속한다. 따라서, 실시 형태 1, 2, 4에 관한 성막 방법에 있어서의 질소 도프 공정보다는 회전 테이블(2)의 회전수는 많지 않은, 실시 형태 3에 관한 성막 방법의 질소 도프 공정과 유사한 공정으로 된다.
실시 형태 5에 관한 성막 방법에 따르면, HfSiO막을 처음에 성막하고, 마지막에 N 도프를 행하므로, 비교적 간소한 시퀀스를 사용하여, HfSiON막을 성막할 수 있다.
〔실시 형태 6〕
도 17은 본 발명의 실시 형태 6에 관한 성막 방법의 일례를 나타낸 시퀀스도이다. 실시 형태 6에 관한 성막 방법에 있어서는, HfO막에 Si를 도프하여 HfSiO막을 성막하는 성막 방법에 대해 설명한다.
실시 형태 6에 관한 성막 방법에 의해 성막된 HfSiO막은, 도 6에 도시한 HfON막에 있어서, N의 부분을 Si로 치환한 것이라고 생각하면 된다. 이와 같이, 첨가하는 원소는, 질소에 한정되지 않고, 실리콘 등도 가능하므로, 실시 형태 6에 관한 성막 방법에서는, 그러한 예에 대해 설명한다.
도 17에 있어서, Step 1의 대기 공정, Step 2의 제1 산화 가스·플로우 공정, Step 3의 HfO 성막 공정, Step 4의 제2 산화 가스·플로우 공정, Step 5의 제1 퍼지 공정, Step 6의 실리콘 도프 공정, Step 7의 제2 퍼지 공정, Step 8의 제3 산화 가스·플로우 공정 및 Step 9의 대기 공정이 나타내어져 있지만, 이들 공정은, Step 6의 실리콘 도프 공정 이외에는, 도 8의 실시 형태 1에 관한 성막 방법과 마찬가지의 공정이다.
실시 형태 6에 관한 성막 방법에 있어서는, 도프하는 원소가 질소로부터 실리콘으로 변경된 점만이, 실시 형태 1에 관한 성막 방법과 다르다. 따라서, 그 밖의 공정에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
Step 6의 실리콘 도프 공정에서는, 반응 가스 노즐(31)로부터 Si를 포함하는 원료 가스인 3DMAS 가스가 공급되고, 반응 가스 노즐(32)로부터 Ar가 공급되고, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 N2 가스가 공급된 상태에서, 회전 테이블(2)이 소정 횟수 회전한다. 질소의 도프시에는, 필요에 따라서 플라즈마 처리 등을 행하는 것이 일반적이었지만, Si의 도프시에는, 기본적으로 플라즈마 처리는 불필요하고, 반응 가스 노즐(31)로부터 원료 가스인 3DMAS 가스를 공급하면 된다.
실리콘 도프 공정에 있어서는, SiO 성막 공정과 달리, 반응 가스 노즐(32)로부터는 O3 가스는 공급되지 않고, 대신에 불활성 가스인 Ar 가스가 공급된다. 이에 의해, HfO층의 상면에 Si가 도프된 상태의 HfSiO층이 형성된다. 그리고, Step 2의 제1 산화 가스·플로우 공정으로부터 Step 7의 제2 퍼지 공정을 1사이클로 하고, 당해 사이클을 반복함으로써, 복수층에 걸쳐 HfSiO층을 형성하여, 원하는 두께의 HfSiO막을 성막할 수 있다.
또한, Step 6의 실리콘 도프 공정에 있어서, 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 Step 6의 질소 도프 공정과 달리, 제2 처리 영역(P2)의 반응 가스 노즐(32)로부터가 아니라, 제1 처리 영역(P1)의 반응 가스 노즐(31)로부터 3DMAS 가스가 공급되어 있다. 이것은, 산소계 가스, 질소계 가스는 반응 가스 노즐(32)로부터 공급하고, 그 밖의 성막 등의 원료로 되는 원료 가스는 반응 가스 노즐(31)로부터 공급한다고 하는, 성막 장치의 일반적인 반응 가스의 공급 방법에 따랐기 때문이다. 따라서, 공급하는 반응 가스 노즐(31, 32)은, 공급하는 가스의 성질에 따라서 적절한 반응 가스 노즐(31, 32)을 선택하면 되고, 또한 어느 반응 가스 노즐(31, 32)로부터 도프할 원소를 포함하는 가스를 공급할지는, 용도, 조건에 따라서 적절히 변경 가능하다.
이와 같이, 실시 형태 6에 관한 성막 방법에 따르면, HfO막에 Si를 도프하여 HfSiO막을 성막할 수 있다.
〔실시 형태 7〕
도 18은 본 발명의 실시 형태 7에 관한 성막 방법의 일례를 나타낸 시퀀스도이다. 실시 형태 7에 관한 성막 방법에 있어서는, 실시 형태 6에 관한 성막 방법과 마찬가지로, HfO막에 Si를 도프하여 HfSiO막을 성막하는 성막 방법에 대해 설명한다. 실시 형태 7에 관한 성막 방법의 시퀀스는, 도 9에 나타낸 실시 형태 2에 관한 성막 방법에 있어서의 시퀀스와 유사한 것이며, 도프하는 원소를 질소로부터 실리콘으로 치환한 것이다.
구체적으로는, 실시 형태 7에 관한 성막 방법에 있어서, Step 1의 대기 공정, Step 2의 제1 산화 가스·플로우 공정, Step 3의 HfO 성막 공정, Step 4의 제2 산화 가스·플로우 공정, Step 5의 제1 퍼지 공정, Step 6의 실리콘 도프 공정, Step 7의 제2 퍼지 공정, Step 8의 Hf 원료 가스 공급 공정, Step 9의 제3 산화 가스·플로우 공정 및 Step 10의 대기 공정이 나타내어져 있지만, 이러한 공정 중, Step 6의 실리콘 도프 공정 이외에는, 도 9의 실시 형태 2에 관한 성막 방법의 각 공정과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
Step 6의 실리콘 도프 공정은, 이 공정의 내용 자체는, 도 17에서 설명한 실시 형태 6에 관한 성막 방법의 Step 6과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
실시 형태 7에 관한 성막 방법에 따르면, 도프하는 원소를 실리콘으로 한 경우라도, 실리콘 도프 후에 Step 8의 Hf 원료 가스 공급 공정을 마련함으로써, 도프한 실리콘이 빠져 소산되어 버리는 것을 방지하여, 확실하게 실리콘을 도프할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태 1 내지 7에 있어서는, HfO막을 성막하는 예에 대해 설명하였지만, 그 밖에, 용도에 따라서 다양한 금속 원소 또는 반도체 원소로부터 선택할 수 있고, 예를 들어 Zr, Hf, Al, Ti, Sr, Si 등의 산화막을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 산화막에 소정의 원소를 높은 생산성으로 도프할 수 있다.
이상, 성막 방법의 설명을 행해 온 것은, 설명을 충실하게 하여 실시예의 이해를 촉진하고, 기술을 더욱 진전시키는 데 도움이 되도록 기재한 것이다. 따라서, 실시 형태에 나타낸 요건에 성막 방법이 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시 형태에서의 예시는 그 장점 단점을 의미하는 것은 아니다. 성막 방법을 기재하였지만, 발명의 취지로부터 벗어나지 않는 범위에서 다종 다양한 변경, 치환, 개변이 가능하다.

Claims (20)

  1. 챔버 내에 회전 가능하게 수용되고, 복수의 기판을 상면에 적재 가능한 적재부를 갖는 회전 테이블과,
    상기 회전 테이블의 상기 상면의 상방에 있어서 구획되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면을 향해 가스를 공급하는 제1 반응 가스 공급부를 갖는 제1 처리 영역과,
    상기 회전 테이블의 주위 방향을 따라 상기 제1 처리 영역으로부터 이격되어 배치되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대해 가스를 공급하는 제2 반응 가스 공급부를 갖는 제2 처리 영역과,
    상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역 사이에 설치되고, 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대해 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급부와, 상기 분리 가스 공급부로부터의 상기 분리 가스를 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역으로 유도하는 좁은 공간을 상기 회전 테이블의 상기 상면에 대해 형성하는 천장면을 갖는 분리 영역을 구비하는 성막 장치를 사용하여, 상기 복수의 기판 상에, 금속 원소 또는 반도체 원소인 제1 원소를 포함하는 제1 산화막에, N 또는 Si인 제2 원소를 도프한 도프 산화막을 성막하는 성막 방법이며,
    상기 제1 반응 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급하고, 상기 제2 반응 가스 공급부로부터 산화 가스를 공급하고, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급한 상태에서 상기 회전 테이블을 적어도 1회 회전시키는 프리 산화 공정과,
    상기 프리 산화 공정 후에, 상기 제1 반응 가스 공급부로부터 상기 제1 원소를 포함하는 제1 반응 가스를 공급하고, 상기 제2 반응 가스 공급부로부터 상기 산화 가스를 공급하고, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급한 상태에서 상기 회전 테이블을 미리 결정된 횟수 회전시켜, 상기 기판 상에 상기 제1 원소를 포함하는 제1 산화막을 성막하는 제1 성막 공정과,
    상기 제1 반응 가스 공급부 또는 상기 제2 반응 가스 공급부 중 한쪽으로부터 상기 제2 원소를 포함하는 제2 반응 가스를 공급하고, 상기 제1 반응 가스 공급부 또는 상기 제2 반응 가스 공급부 중 다른 쪽으로부터 불활성 가스를 공급하고, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급한 상태에서 상기 회전 테이블을 미리 결정된 횟수 회전시켜, 상기 제1 산화막 상에 상기 제2 원소를 도프하는 도프 공정을 포함하는, 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도프 공정 전후에, 상기 제1 반응 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급하고, 상기 제2 반응 가스 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급한 상태에서 상기 회전 테이블을 회전시키는 제1 및 제2 퍼지 공정을 갖는, 성막 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 성막 공정과 상기 제1 퍼지 공정 사이에, 상기 제1 반응 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급하고, 상기 제2 반응 가스 공급부로부터 상기 산화 가스를 공급하고, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급한 상태에서 상기 회전 테이블을 적어도 1회 회전시키는 제1 포스트 산화 공정을 갖는, 성막 방법.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서, 상기 프리 산화 공정, 상기 제1 성막 공정, 상기 제1 포스트 산화 공정, 상기 제1 퍼지 공정, 상기 도프 공정 및 상기 제2 퍼지 공정을 1사이클로 하고, 상기 1사이클을 미리 결정된 횟수 반복하여 상기 제1 원소를 포함하는 제1 산화막 상에 상기 제2 원소가 도프된 층의 적층막을 상기 도프 산화막으로서 성막하는, 성막 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 1사이클을 상기 미리 결정된 횟수 반복한 후, 상기 프리 산화 공정, 상기 제1 성막 공정 및 상기 제1 포스트 산화 공정을 1회씩 행하고 나서 상기 도프 산화막의 성막을 종료하는, 성막 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 제2 퍼지 공정 후에, 상기 제1 반응 가스 공급부로부터 상기 제1 반응 가스를 공급하고, 상기 제2 반응 가스 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급한 상태에서 상기 회전 테이블을 미리 결정된 횟수 회전시키는 제1 반응 가스 공급 공정을 더 갖고,
    상기 제1 반응 가스 공급 공정 후, 상기 제1 성막 공정으로 복귀하는 사이클을 포함하는, 성막 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 성막 공정, 상기 제1 포스트 산화 공정, 상기 제1 퍼지 공정, 상기 도프 공정, 상기 제2 퍼지 공정 및 상기 제1 반응 가스 공급 공정을 1사이클로 하고, 상기 1사이클을 미리 결정된 횟수 반복하여 상기 제1 원소를 포함하는 산화막 상에 상기 제2 원소가 도프된 층의 적층막을 상기 도프 산화막으로서 성막하는, 성막 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 포스트 산화 공정과 상기 제1 퍼지 공정 사이에,
    금속 원소 또는 Si인 제3 원소를 포함하는 제3 반응 가스를 상기 제1 반응 가스 공급부로부터 공급하고, 상기 제2 반응 가스 공급부로부터 상기 산화 가스를 공급하고, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급한 상태에서 상기 회전 테이블을 미리 결정된 횟수 회전시켜, 상기 제1 산화막 상에 상기 제3 원소를 포함하는 제2 산화막을 성막하는 제2 성막 공정과,
    상기 제1 반응 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급하고, 상기 제2 반응 가스 공급부로부터 상기 산화 가스를 공급하고, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급한 상태에서 상기 회전 테이블을 적어도 1회 회전시키는 제2 포스트 산화 공정을 더 갖는, 성막 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 성막 공정, 상기 제1 포스트 산화 공정, 상기 제2 성막 공정, 상기 제2 포스트 산화 공정, 상기 제1 퍼지 공정, 상기 도프 공정, 상기 제2 퍼지 공정 및 상기 제1 반응 가스 공급 공정을 1사이클로 하고, 상기 1사이클을 미리 결정된 횟수 반복하여 상기 제1 원소를 포함하는 상기 제1 산화막 상에 상기 제3 원소를 포함하는 상기 제2 산화막이 적층된 산화막에 상기 제2 원소가 도프된 층을 적층하여 상기 도프 산화막으로서 성막하는, 성막 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 1사이클을 상기 미리 결정된 횟수 반복한 후, 상기 제1 성막 공정 및 상기 제1 포스트 산화 공정을 1회씩 행하고 나서 상기 도프 산화막의 성막을 종료하는, 성막 방법.
  12. 제3항에 있어서, 상기 제1 포스트 산화 공정 후, 금속 원소 또는 Si인 제3 원소를 포함하는 제3 반응 가스를 상기 제1 반응 가스 공급부로부터 공급하고, 상기 제2 반응 가스 공급부로부터 상기 산화 가스를 공급하고, 상기 분리 가스 공급부로부터 상기 분리 가스를 공급한 상태에서 상기 회전 테이블을 미리 결정된 횟수 회전시켜, 상기 제1 산화막 상에 상기 제3 원소를 포함하는 제2 산화막을 성막하는 제2 성막 공정을 더 갖고,
    상기 제2 성막 공정 후, 상기 프리 산화 공정으로 복귀하는 사이클을 포함하는, 성막 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 사이클을 미리 결정된 횟수 반복한 후, 상기 프리 산화 공정과, 상기 제1 성막 공정과, 상기 제1 포스트 산화 공정을 1회씩 행하고 나서 상기 도프 산화막의 성막을 종료하는, 성막 방법.
  14. 제6항에 있어서, 상기 1사이클의 종료 후의 상기 제1 포스트 산화 공정은, 상기 1사이클 중의 상기 제1 포스트 산화 공정보다도 장시간 행하는, 성막 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제12항에 있어서, 상기 제3 원소는, Hf, Zr, Al인, 성막 방법.
  18. 삭제
  19. 제1항에 있어서, 상기 제2 반응 가스는 NH3이고, 플라즈마 처리되어 상기 제1 산화막 상에 공급되는, 성막 방법.
  20. 삭제
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