KR101726946B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 - Google Patents

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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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    • H01L21/3145—Inorganic layers composed of alternated layers or of mixtures of nitrides and oxides or of oxinitrides, e.g. formation of oxinitride by oxidation of nitride layers formed by deposition from a gas or vapour

Abstract

본 발명에 따르면 기판에 대하여, 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료가 열분해함과 함께, 원료에 포함되는 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서 원료를 공급함으로써, 1 원자층을 초과하고 수 원자층 이하의 두께를 갖고 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 포함하는 제1 고체층을 형성하는 공정과, 기판에 대하여, 플라즈마 여기시킨 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급하거나, 또는, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스 및 플라즈마 여기시키지 않은 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급함으로써, 제1 고체층을 개질하여, 제2 고체층을 형성하는 공정을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 기판 위에, 제1 원소, 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램{MANUFACTURING METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND PROGRAM}
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판에 대해, 예를 들어 실리콘을 포함하는 원료나, 질화 가스나 산화 가스 등의 리액턴트를 공급하여, 기판 위에 질화막이나 산화막 등의 막을 형성하는 공정이 행하여지는 경우가 있다.
기판 위에 형성하는 상술한 막 중에 탄소(C) 등을 함유시킴으로써, 예를 들어 불화수소(HF)에 대한 내성 등을 향상시킬 수 있다. 이 경우에, 막 중의 탄소 농도를 고정밀도로 제어하여, 막 중에 고농도로 탄소를 함유시킬 수 있으면, 막의 HF 내성 등을 한층 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 목적은, 탄소 농도가 높은 막을 형성하는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판에 대하여 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료가 열분해함과 함께, 상기 원료에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서 상기 원료를 공급함으로써, 1 원자층을 초과하고 수 원자층 이하의 두께를 갖고 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 포함하는 제1 고체층을 형성하는 공정과,
상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급하거나, 또는, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스 및 플라즈마 여기시키지 않은 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급함으로써, 상기 제1 고체층을 개질하여, 제2 고체층을 형성하는 공정,
을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실과,
상기 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료를 공급하는 원료 공급계와,
상기 처리실 내의 기판에 대하여 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급하는 리액턴트 공급계와,
상기 처리실 내의 기판에 대하여 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급계와,
상기 처리실 내의 기판을 가열하는 히터와,
가스를 플라즈마 여기시키는 여기부와,
상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 원료가 열분해함과 함께, 상기 원료에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서 상기 원료를 공급함으로써, 1 원자층을 초과하고 수 원자층 이하의 두께를 갖고 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 포함하는 제1 고체층을 형성하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 상기 리액턴트를 공급하거나, 또는, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스 및 플라즈마 여기시키지 않은 상기 리액턴트를 공급함으로써, 상기 제1 고체층을 개질하여, 제2 고체층을 형성하는 처리를 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 처리를 행하게 하도록, 상기 원료 공급계, 상기 리액턴트 공급계, 상기 불활성 가스 공급계 및 상기 히터를 제어하도록 구성되는 제어부,
를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
처리실내의 기판에 대하여, 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료가 열분해함과 함께, 상기 원료에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서 상기 원료를 공급함으로써, 1 원자층을 초과하고 수 원자층 이하의 두께를 갖고 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 포함하는 제1 고체층을 형성하는 수순과,
상기 처리실내의 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급하거나, 또는, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스 및 플라즈마 여기시키지 않은 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급함으로써, 상기 제1 고체층을 개질하여, 제2 고체층을 형성하는 수순,
을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는, 기록 매체에 기록된 프로그램이 제공된다.
본 발명에 따르면, 탄소 농도가 높은 막을 형성하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 1에서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 2에서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 3에서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 12에서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 18에서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 21에서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 11의 (a)는 BTCSM의 화학 구조식을, (b)는 BTCSE의 화학 구조식을, (c)는 TCDMDS의 화학 구조식을, (d)는 DCTMDS의 화학 구조식을, (e)는 MCPMDS의 화학 구조식을 도시하는 도면이다.
도 12의 (a)는 보라진의 화학 구조식을, (b)는 보라진 화합물의 화학 구조식을, (c)는 n,n',n"-트리메틸보라진의 화학 구조식을, (d)는 n,n',n"-트리-n-프로필보라진의 화학 구조식을 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 도 1 내지 도 3을 사용해서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시한 바와 같이, 처리로(202)는, 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 유지판으로서의 히터 베이스(도시하지 않음)에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 히터(207)는, 후술하는 바와 같이 가스를 열로 여기(활성화)시키는 여기부(활성화 기구)로서도 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 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 통 중공부에는, 처리실(201)이 형성되어 있다. 처리실(201)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향으로 다단으로 정렬한 상태에서 수용 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 가스 공급부로서의 노즐(249a 내지 249c)이, 반응관(203)의 하부를 관통하도록 설치되어 있다. 노즐(249a 내지 249c)은, 예를 들어 석영 또는 SiC 등의 내열성 재료로 이루어진다. 노즐(249a 내지 249c)에는, 가스 공급관(232a 내지 232c)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232c)에는 가스 공급관(232d)이 접속되어 있다. 이와 같이, 반응관(203)에는, 3개의 노즐(249a 내지 249c)과, 4개의 가스 공급관(232a 내지 232d)이 설치되어 있고, 처리실(201) 내에 복수 종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
단, 본 실시 형태의 처리로(202)는 상술한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 반응관(203)의 하방에, 반응관(203)을 지지하는 금속제의 매니폴드를 설치하고, 각 노즐을, 매니폴드의 측벽을 관통하도록 설치해도 된다. 이 경우, 매니폴드에, 후술하는 배기관(231)을 더 설치해도 된다. 이 경우에도, 배기관(231)을, 매니폴드가 아니라, 반응관(203)의 하부에 설치해도 된다. 이와 같이, 처리로(202)의 노구부를 금속제로 하고, 이 금속제의 노구부에 노즐 등을 설치해도 된다.
가스 공급관(232a 내지 232d)에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a 내지 241d) 및 개폐 밸브인 밸브(243a 내지 243d)가 각각 설치되어 있다. 가스 공급관(232a 내지 232c)의 밸브(243a 내지 243c)보다도 하류측에는, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(232e 내지 232g)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232e 내지 232g)에는, 상류 방향에서부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(241e 내지 241g) 및 개폐 밸브인 밸브(243e 내지 243g)가 각각 설치되어 있다.
가스 공급관(232a, 232c)의 선단부에는, 노즐(249a, 249c)이 각각 접속되어 있다. 노즐(249a, 249c)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에서의 원 환상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 상승되도록 각각 설치되어 있다. 즉, 노즐(249a, 249c)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 각각 설치되어 있다. 즉, 노즐(249a, 249c)은, 처리실(201) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부(주연부)의 측방에 웨이퍼(200)의 표면(평탄면)과 수직으로 설치되어 있다. 노즐(249a, 249c)은, L자형의 롱 노즐로서 각각 구성되어 있고, 그러한 각 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그러한 각 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향해서 상승되도록 설치되어 있다. 노즐(249a, 249c)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250a, 250c)이 각각 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250a, 250c)은, 반응관(203)의 중심을 향하도록 각각 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급 구멍(250a, 250c)은, 반응관(203)의 하부에서부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다.
가스 공급관(232b)의 선단부에는, 노즐(249b)이 접속되어 있다. 노즐(249b)은, 가스 공급부로서의 버퍼실(237) 내에 설치되어 있다. 버퍼실(237)은, 가스 분산 공간으로서도 기능한다. 버퍼실(237)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에서의 원 환상의 공간에, 또한 반응관(203) 내벽의 하부에서부터 상부에 걸친 부분에, 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서 설치되어 있다. 즉, 버퍼실(237)은, 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 즉, 버퍼실(237)은, 처리실(201) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부의 측방에 설치되어 있다. 버퍼실(237)의 웨이퍼(200)와 인접하는 벽의 단부에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250d)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250d)은, 반응관(203)의 중심을 향해 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급 구멍(250d)은, 반응관(203)의 하부에서부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다.
노즐(249b)은, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(250d)이 형성된 단부와 반대측의 단부에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해 상승되도록 설치되어 있다. 즉, 노즐(249b)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 즉, 노즐(249b)은, 처리실(201) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부의 측방에 웨이퍼(200)의 표면과 수직으로 설치되어 있다. 노즐(249b)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향해서 상승되도록 설치되어 있다. 노즐(249b)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250b)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250b)은, 버퍼실(237)의 중심을 향해 개구되어 있다. 가스 공급 구멍(250b)은, 가스 공급 구멍(250d)과 마찬가지로, 반응관(203)의 하부에서부터 상부에 걸쳐 복수 형성되어 있다. 버퍼실(237) 내와 처리실(201) 내의 차압이 작은 경우, 복수의 가스 공급 구멍(250b)의 개구 면적 및 개구 피치를, 상류측(하부)에서부터 하류측(상부)에 걸쳐 각각 동일하게 하면 된다. 또한, 버퍼실(237) 내와 처리실(201) 내의 차압이 큰 경우, 가스 공급 구멍(250b)의 개구 면적을 상류측으로부터 하류측을 향해 서서히 크게 하거나, 가스 공급 구멍(250b)의 개구 피치를 상류측으로부터 하류측을 향해 서서히 작게 하거나 하면 된다.
가스 공급 구멍(250b)의 각각의 개구 면적이나 개구 피치를, 상류측에서부터 하류측에 걸쳐서 상술한 바와 같이 조절함으로써, 가스 공급 구멍(250b)의 각각으로부터, 유속의 차는 있지만, 유량이 거의 동량인 가스를 분출시키는 것이 가능하게 된다. 그리고, 이들 복수의 가스 공급 구멍(250b)의 각각으로부터 분출되는 가스를, 일단 버퍼실(237) 내에 도입함으로써, 버퍼실(237) 내에서 가스의 유속 차의 균일화를 행하는 것이 가능하게 된다. 복수의 가스 공급 구멍(250b)의 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출된 가스는, 버퍼실(237) 내에서 각 가스의 입자 속도가 완화된 후, 복수의 가스 공급 구멍(250d)으로부터 처리실(201) 내에 분출된다. 복수의 가스 공급 구멍(250b)의 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출된 가스는, 가스 공급 구멍(250d)의 각각으로부터 처리실(201) 내에 분출될 때는, 균일한 유량과 유속을 갖는 가스가 된다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 반응관(203)의 내벽과, 적재된 복수의 웨이퍼(200)의 단부에 의해 정의되는 원 환상의 세로로 긴 공간 내, 즉, 원통 형상의 공간 내에 배치한 노즐(249a 내지 249c) 및 버퍼실(237)을 경유해서 가스를 반송하고 있다. 그리고, 노즐(249a 내지 249c) 및 버퍼실(237)에 각각 개구된 가스 공급 구멍(250a 내지 250d)으로부터, 웨이퍼(200)의 근방에서 비로소 반응관(203) 내에 가스를 분출시키고 있다. 그리고, 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 있어, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 박막의 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 웨이퍼(200)의 표면 위를 흐른 가스, 즉, 반응 후의 잔류 가스는, 배기구, 즉, 후술하는 배기관(231)의 방향을 향해서 흐른다. 단, 이 잔류 가스의 흐름의 방향은, 배기구의 위치에 따라 적절히 특정되며, 수직 방향에 한정되는 것은 아니다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 소정 원소와 탄소(C)의 화학 결합을 갖는 원료로서, 예를 들어 소정 원소로서의 Si, 알킬렌기 및 할로겐기를 포함하고, Si와 C의 화학 결합(Si-C 결합)을 갖는 알킬렌할로실란 원료 가스, 또는 Si, 알킬기 및 할로겐기를 포함하고, Si-C 결합을 갖는 알킬할로실란 원료 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다.
여기서, 알킬렌기란, 화학식 CnH2n +2로 표현되는 쇄상 포화 탄화수소(알칸)에서 수소(H)를 2개 제거한 관능기이며, 화학식 CnH2n으로 표현되는 원자의 집합체이다. 알킬렌기에는, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 부틸렌기 등이 포함된다. 또한, 알킬기란, 화학식 CnH2n +2로 표현되는 쇄상 포화 탄화수소에서 H를 1개 제거한 관능기이며, 화학식 CnH2n +1로 표현되는 원자의 집합체이다. 알킬기에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등이 포함된다. 또한, 할로겐기에는, 클로로기, 플루오로기, 브로모기, 요오드기 등이 포함된다. 즉, 할로겐기에는, 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I) 등의 할로겐 원소가 포함된다.
알킬렌할로실란 원료 가스로서는, 예를 들어 Si, 알킬렌기로서의 메틸렌기(-CH2-) 및 할로겐기로서의 클로로기(Cl)를 포함하는 원료 가스, 즉, 메틸렌기를 포함하는 클로로실란 원료 가스나, Si, 알킬렌기로서의 에틸렌기(-C2H4-) 및 할로겐기로서의 클로로기(Cl)를 포함하는 원료 가스, 즉, 에틸렌기를 포함하는 클로로실란 원료 가스를 사용할 수 있다. 메틸렌기를 포함하는 클로로실란 원료 가스로서는, 예를 들어, 메틸렌비스(트리클로로실란) 가스, 즉, 비스(트리클로로실릴)메탄((SiCl3)2CH2, 약칭: BTCSM) 가스 등을 사용할 수 있다. 에틸렌기를 포함하는 클로로실란 원료 가스로서는, 예를 들어 에틸렌비스(트리클로로실란) 가스, 즉, 1,2-비스(트리클로로실릴)에탄((SiCl3)2C2H4, 약칭: BTCSE) 가스 등을 사용할 수 있다.
도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, BTCSM은, 그 화학 구조식 중(1 분자 중)에 알킬렌기로서의 메틸렌기를 1개 포함하고 있다. 메틸렌기가 갖는 2개의 결합손은, 각각 Si와 결합하고 있어, Si-C-Si 결합을 구성하고 있다.
도 11의 (b)에 도시한 바와 같이, BTCSE는, 1 분자 중에 알킬렌기로서의 에틸렌기를 1개 포함하고 있다. 에틸렌기가 갖는 2개의 결합손은, 각각 Si와 결합하고 있어, Si-C-C-Si 결합을 구성하고 있다.
알킬할로실란 원료 가스로서는, 예를 들어 Si, 알킬기로서의 메틸기(-CH3) 및 할로겐기로서의 클로로기(Cl)를 포함하는 원료 가스, 즉, 메틸기를 포함하는 클로로실란 원료 가스를 사용할 수 있다. 메틸기를 포함하는 클로로실란 원료 가스로서는, 예를 들어 1,1,2,2-테트라클로로-1,2-디메틸디실란((CH3)2Si2Cl4, 약칭: TCDMDS) 가스, 1,2-디클로로-1,1,2,2-테트라메틸디실란((CH3)4Si2Cl2, 약칭: DCTMDS) 가스, 1-모노클로로-1,1,2,2,2-펜타메틸디실란((CH3)5Si2Cl, 약칭: MCPMDS) 가스 등을 사용할 수 있다. TCDMDS 가스, DCTMDS 가스, MCPMDS 가스 등의 알킬할로실란 원료 가스는, BTCSE 가스, BTCSM 가스 등의 알킬렌할로실란 원료 가스와는 달리, Si-Si 결합을 갖는 가스, 즉, 소정 원소 및 할로겐 원소를 포함하고, 소정 원소끼리의 화학 결합을 갖는 원료 가스이기도 하다.
도 11의 (c)에 도시한 바와 같이, TCDMDS는, 1 분자 중에 알킬기로서의 메틸기를 2개 포함하고 있다. 2개의 메틸기가 갖는 각 결합손은, 각각 Si와 결합하고 있어, Si-C 결합을 구성하고 있다. TCDMDS는 디실란의 유도체이며, Si-Si 결합을 갖고 있다. 즉, TCDMDS는, Si끼리 결합하고, 또한 Si와 C가 결합한 Si-Si-C 결합을 갖고 있다.
도 11의 (d)에 도시한 바와 같이, DCTMDS는, 1 분자 중에 알킬기로서의 메틸기를 4개 포함하고 있다. 4개의 메틸기가 갖는 각 결합손은, 각각 Si와 결합하고 있어, Si-C 결합을 구성하고 있다. DCTMDS는 디실란의 유도체이며, Si-Si 결합을 갖고 있다. 즉, DCTMDS는, Si끼리 결합하고, 또한 Si와 C가 결합한 Si-Si-C 결합을 갖고 있다.
도 11의 (e)에 도시한 바와 같이, MCPMDS는, 1 분자 중에 알킬기로서의 메틸기를 5개 포함하고 있다. 5개의 메틸기가 갖는 각 결합손은, 각각 Si와 결합하고 있어, Si-C 결합을 구성하고 있다. MCPMDS는 디실란의 유도체이며, Si-Si 결합을 갖고 있다. 즉, MCPMDS는, Si끼리 결합하고, 또한 Si와 C가 결합한 Si-Si-C 결합을 갖고 있다. MCPMDS는, BTCSM, BTCSE, TCDMDS, DCTMDS 등과는 달리, 1분자 중(화학 구조식 중)의 메틸기 및 클로로기의 Si를 둘러싸는 배치가, 비대칭이 된 애시메트리(asymmetry)의 구조를 갖고 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 도 11의 (a) 내지 (d)와 같은 시메트리(symmetry)의 화학 구조식을 갖는 원료뿐만 아니라, 애시메트리의 화학 구조식을 갖는 원료도 사용할 수 있다.
BTCSM 가스나 BTCSE 가스 등의 알킬렌할로실란 원료 가스나, TCDMDS 가스, DCTMDS 가스, MCPMDS 가스 등의 알킬할로실란 원료 가스는, 1 분자 중에 적어도 2개의 Si를 포함하고, 또한 C 및 Cl을 포함하고, Si-C 결합을 갖는 원료 가스라고도 할 수 있다. 이들 가스는, 후술하는 기판 처리 공정에서, Si 소스로서도 작용하고, C 소스로서도 작용한다. BTCSM 가스나 BTCSE 가스 등을, 알킬렌클로로실란 원료 가스라고 칭할 수도 있다. TCDMDS 가스나 DCTMDS 가스나 MCPMDS 가스 등을, 알킬클로로실란 원료 가스라고 칭할 수도 있다.
본 명세서에서, 원료 가스란, 기체 상태의 원료, 예를 들어 상온 상압 하에서 액체 상태인 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 원료 등이다. 본 명세서에서 「원료」라는 말을 사용한 경우에는, 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는, 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다. BTCSM 등과 같이, 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 사용하는 경우에는, 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, 원료 가스(BTCSM 가스 등)로서 공급하게 된다.
가스 공급관(232b, 232c)으로부터는, 원료와는 화학 구조(분자 구조)가 상이한 리액턴트로서, 예를 들어 반응 가스인 질소(N) 함유 가스가, MFC(241b, 241c), 밸브(243b, 243c), 노즐(249b, 249c), 버퍼실(237)을 각각 통해서 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 질소 함유 가스로서는, 예를 들어 질화수소계 가스를 사용할 수 있다. 질화수소계 가스는, N 및 H의 2 원소만으로 구성되는 물질이라고도 할 수 있으며, 후술하는 기판 처리 공정에서, 질화 가스, 즉, N 소스로서 작용한다. 질화수소계 가스로서는, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다.
또한, 가스 공급관(232b, 232c)으로부터는, 원료와는 화학 구조가 상이한 리액턴트로서, 예를 들어 반응 가스인 산소(O) 함유 가스가, MFC(241b, 241c), 밸브(243b, 243c), 노즐(249b, 249c), 버퍼실(237)을 각각 통해서 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 산소 함유 가스는, 후술하는 기판 처리 공정에서, 산화 가스, 즉, O 소스로서 작용한다. 산소 함유 가스로서는, 예를 들어 산소(O2) 가스를 사용할 수 있다.
또한, 가스 공급관(232b, 232c)으로부터는, 원료와는 화학 구조가 상이한 리액턴트로서, 예를 들어 반응 가스인 N 및 C를 포함하는 가스가, MFC(241b, 241c), 밸브(243b, 243c), 노즐(249b, 249c), 버퍼실(237)을 각각 통해서 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. N 및 C를 포함하는 가스로서는, 예를 들어 아민계 가스를 사용할 수 있다.
아민계 가스란, 기체 상태의 아민, 예를 들어 상온 상압 하에서 액체 상태인 아민을 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 아민 등의 아민기를 포함하는 가스이다. 아민계 가스는, 에틸아민, 메틸아민, 프로필아민, 이소프로필아민, 부틸아민, 이소부틸아민 등의 아민을 포함한다. 아민이란, 암모니아(NH3)의 H를 알킬기 등의 탄화수소기로 치환한 형태의 화합물의 총칭이다. 아민은, C를 포함하는 리간드, 즉, 유기 리간드로서, 알킬기 등의 탄화수소기를 포함한다. 아민계 가스는, C, N 및 H의 3 원소를 포함하고 있고, Si를 포함하고 있지 않으므로 Si 비함유의 가스라고도 할 수 있으며, Si 및 금속을 포함하고 있지 않으므로 Si 및 금속 비함유의 가스라고도 할 수 있다. 아민계 가스는, C, N 및 H의 3 원소만으로 구성되는 물질이라고도 할 수 있다. 아민계 가스는, 후술하는 기판 처리 공정에서, N 소스로서도 작용하고, C 소스로서도 작용한다. 본 명세서에서 「아민」이라는 말을 사용한 경우에는, 「액체 상태인 아민」을 의미하는 경우, 「기체 상태인 아민계 가스」를 의미하는 경우, 또는, 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다.
아민계 가스로서는, 예를 들어 그 화학 구조식 중(1 분자 중)에서의 C를 포함하는 리간드(에틸기)의 수가 복수이며, 1 분자 중에서 N의 수보다도 C의 수가 더 많은 트리에틸아민((C2H5)3N, 약칭: TEA) 가스를 사용할 수 있다. TEA와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 아민을 사용하는 경우에는, 액체 상태의 아민을 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, N 및 C를 포함하는 가스(TEA 가스)로서 공급하게 된다.
또한, 가스 공급관(232b, 232c)으로부터는, 원료와는 화학 구조가 상이한 리액턴트로서, 예를 들어 반응 가스인 보라진환 골격 비함유의 붕소 함유 가스가, MFC(241b, 241c), 밸브(243b, 243c), 노즐(249b, 249c), 버퍼실(237)을 각각 통해서 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 보라진환 골격 비함유의 붕소 함유 가스로서는, 예를 들어 보란계 가스를 사용할 수 있다.
보란계 가스란, 기체 상태의 보란 화합물, 예를 들어 상온 상압 하에서 액체 상태인 보란 화합물을 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 보란 화합물 등이다. 보란 화합물에는, B와 할로겐 원소를 포함하는 할로보란 화합물, 예를 들어 B 및 Cl을 포함하는 클로로보란 화합물이 포함된다. 또한, 보란 화합물에는, 모노보란(BH3)이나 디보란(B2H6)과 같은 보란(붕화 수소)이나, 보란의 H를 다른 원소 등으로 치환한 형태의 보란 화합물(보란 유도체)이 포함된다. 보란계 가스는, 후술하는 기판 처리 공정에서 B 소스로서 작용한다. 보란계 가스로서는, 예를 들어 트리클로로보란(BCl3) 가스를 사용할 수 있다. BCl3 가스는, 후술하는 보라진 화합물을 포함하지 않는 붕소 함유 가스, 즉, 비보라진계의 붕소 함유 가스이다.
또한, 가스 공급관(232b, 232c)으로부터는, 원료와는 화학 구조가 상이한 리액턴트로서, 예를 들어 반응 가스인 보라진환 골격을 포함하는 가스가, MFC(241b, 241c), 밸브(243b, 243c), 노즐(249b, 249c), 버퍼실(237)을 각각 통해서 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 보라진환 골격을 포함하는 가스로서는, 예를 들어 보라진환 골격 및 유기 리간드를 포함하는 가스, 즉, 유기 보라진계 가스를 사용할 수 있다.
유기 보라진계 가스로서는, 예를 들어 유기 보라진 화합물인 알킬보라진 화합물을 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 유기 보라진계 가스를, 보라진 화합물 가스, 또는, 보라진계 가스라고 칭할 수도 있다.
여기서, 보라진이란, B, N 및 H의 3 원소로 구성되는 복소환식 화합물이며, 조성식은 B3H6N3으로 표현할 수 있고, 도 12의 (a)에 나타내는 화학 구조식으로 표현할 수 있다. 보라진 화합물은, 3개의 B와 3개의 N으로 구성되는 보라진환을 구성하는 보라진환 골격(보라진 골격이라고도 함)을 포함하는 화합물이다. 유기 보라진 화합물은, C를 포함하는 보라진 화합물이며, C를 포함하는 리간드, 즉, 유기 리간드를 포함하는 보라진 화합물이라고도 할 수 있다. 알킬보라진 화합물은, 알킬기를 포함하는 보라진 화합물이며, 알킬기를 유기 리간드로서 포함하는 보라진 화합물이라고도 할 수 있다. 알킬보라진 화합물은, 보라진에 포함되는 6개의 H 중 적어도 어느 하나를, 1개 이상의 C를 포함하는 탄화수소로 치환한 것이며, 도 12의 (b)에 나타내는 화학 구조식으로 표현할 수 있다. 여기서, 도 12의 (b)에 나타내는 화학 구조식 중의 R1 내지 R6은, H이거나, 또는 1 내지 4개의 C를 포함하는 알킬기이다. R1 내지 R6은 동일한 종류의 알킬기이어도 되고, 상이한 종류의 알킬기이어도 된다. 단, R1 내지 R6은, 그 모두가 H인 경우를 제외한다. 알킬보라진 화합물은, 보라진환을 구성하는 보라진환 골격을 갖고, B, N, H 및 C를 포함하는 물질이라고도 할 수 있다. 또한, 알킬보라진 화합물은, 보라진환 골격을 갖고 알킬리간드를 포함하는 물질이라고도 할 수 있다. 또한, R1 내지 R6은, H이거나, 또는 1 내지 4개의 C를 포함하는 알케닐기, 알키닐기이어도 된다. R1 내지 R6은 동일한 종류의 알케닐기, 알키닐기이어도 되고, 상이한 종류의 알케닐기, 알키닐기이어도 된다. 단, R1 내지 R6은, 그 모두가 H인 경우를 제외한다.
보라진계 가스는, 후술하는 기판 처리 공정에서, B 소스로서도 작용하고, N 소스로서도 작용하고, C 소스로서도 작용한다.
보라진계 가스로서는, 예를 들어 n,n',n"-트리메틸보라진(약칭: TMB) 가스, n,n',n"-트리에틸보라진(약칭: TEB) 가스, n,n',n"-트리-n-프로필보라진(약칭: TPB) 가스, n,n',n"-트리이소프로필보라진(약칭: TIPB) 가스, n,n',n"-트리-n-부틸보라진(약칭: TBB) 가스, n,n',n"-트리이소부틸보라진(약칭: TIBB) 가스 등을 사용할 수 있다. TMB는, 도 12의 (b)에 나타내는 화학 구조식 중의 R1, R3, R5가 H이며, R2, R4, R6이 메틸기이며, 도 12의 (c)에 나타내는 화학 구조식으로 표현할 수 있는 보라진 화합물이다. TEB는, 도 12의 (b)에 나타내는 화학 구조식 중의 R1, R3, R5가 H이며, R2, R4, R6이 에틸기인 보라진 화합물이다. TPB는, 도 12의 (b)에 나타내는 화학 구조식 중의 R1, R3, R5가 H이며, R2, R4, R6이 프로필기이며, 도 12의 (d)에 나타내는 화학 구조식으로 나타낼 수 있는 보라진 화합물이다. TIPB는, 도 12의 (b)에 나타내는 화학 구조식 중의 R1, R3, R5가 H이며, R2, R4, R6이 이소프로필기인 보라진 화합물이다. TIBB는, 도 1의 (b)에 나타내는 화학 구조식 중의 R1, R3, R5가 H이며, R2, R4, R6이 이소부틸기인 보라진 화합물이다.
TMB 등과 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 보라진 화합물을 사용하는 경우에는, 액체 상태의 보라진 화합물을 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, 보라진계 가스(TMB 가스 등)으로서 공급하게 된다.
가스 공급관(232d)으로부터는, 원료와는 화학 구조가 상이한 리액턴트로서, 예를 들어 반응 가스인 탄소 함유 가스가, MFC(241d), 밸브(243d), 가스 공급관(232c), 노즐(249c)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 탄소 함유 가스로서는, 예를 들어 탄화수소계 가스를 사용할 수 있다. 탄화수소계 가스는, C 및 H의 2 원소만으로 구성되는 물질이라고도 할 수 있으며, 후술하는 기판 처리 공정에서 C 소스로서 작용한다. 탄화수소계 가스로서는, 예를 들어 프로필렌(C3H6) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232e 내지 232g)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(241e 내지 241g), 밸브(243e 내지 243g), 가스 공급관(232a 내지 232c), 노즐(249a 내지 249c), 버퍼실(237)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 가스 공급관(232e 내지 232g)으로부터 공급하는 불활성 가스는, 퍼지 가스, 또는, 캐리어 가스로서 작용한다. 또한, 가스 공급관(232b)으로부터 공급하는 불활성 가스는, 버퍼실(237) 내에서 플라즈마 여기시킨 후, 처리실(201) 내에 공급되어, 동일하게 노즐(249c)로부터 처리실(201) 내에 공급된 리액턴트와 혼합시킴으로써 리액턴트를 간접적으로 여기(활성화)시키거나, 웨이퍼(200)의 최표면을 활성화시키거나 하는 여기(활성화)용 가스, 즉, 반응 촉진용 가스로서도 작용한다.
가스 공급관(232a)로부터 상술한 바와 같은 원료를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해 원료 공급계가 구성된다. 노즐(249a)을 원료 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 원료 공급계를 원료 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(232a)으로부터 알킬할로실란 원료 가스를 흘리는 경우, 원료 공급계를, 알킬할로실란 원료 공급계, 또는, 알킬할로실란 원료 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(232a)으로부터 알킬렌할로실란 원료 가스를 흘리는 경우, 원료 공급계를, 알킬렌할로실란 원료 공급계, 또는, 알킬렌할로실란 원료 가스 공급계라고 칭할 수도 있다.
가스 공급관(232b)으로부터 질소 함유 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해 질소 함유 가스 공급계가 구성된다. 또한, 가스 공급관(232c)으로부터 질소 함유 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232c), MFC(241c), 밸브(243c)에 의해 질소 함유 가스 공급계가 구성된다. 노즐(249b, 249c), 버퍼실(237)을 질소 함유 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 질소 함유 가스 공급계를, 질화 가스 공급계, 또는, 질화제 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(232b, 232c)으로부터 질화수소계 가스를 흘리는 경우, 질소 함유 가스 공급계를, 질화수소계 가스 공급계, 또는, 질화수소 공급계라고 칭할 수도 있다.
가스 공급관(232b)으로부터 산소 함유 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해 산소 함유 가스 공급계가 구성된다. 또한, 가스 공급관(232c)으로부터 산소 함유 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232c), MFC(241c), 밸브(243c)에 의해 산소 함유 가스 공급계가 구성된다. 노즐(249b, 249c), 버퍼실(237)을 산소 함유 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 산소 함유 가스 공급계를, 산화 가스 공급계, 또는, 산화제 공급계라고 칭할 수도 있다.
가스 공급관(232b)으로부터 N 및 C를 포함하는 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해, 질소 및 탄소를 포함하는 가스 공급계가 구성된다. 또한, 가스 공급관(232c)으로부터 N 및 C를 포함하는 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232c), MFC(241c), 밸브(243c)에 의해, 질소 및 탄소를 포함하는 가스 공급계가 구성된다. 노즐(249b, 249c), 버퍼실(237)을 질소 및 탄소를 포함하는 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 가스 공급관(232b, 232c)으로부터 아민계 가스를 공급하는 경우, 질소 및 탄소를 포함하는 가스 공급계를, 아민계 가스 공급계, 또는, 아민 공급계라고 칭할 수도 있다. N 및 C를 포함하는 가스는, 질소 함유 가스이며, 탄소 함유 가스이기도 하므로, 질소 및 탄소를 포함하는 가스 공급계를, 질소 함유 가스 공급계, 후술하는 탄소 함유 가스 공급계에 포함해서 생각할 수도 있다.
가스 공급관(232b)으로부터 붕소 함유 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해 붕소 함유 가스 공급계가 구성된다. 또한, 가스 공급관(232c)으로부터 붕소 함유 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232c), MFC(241c), 밸브(243c)에 의해 붕소 함유 가스 공급계가 구성된다. 노즐(249b, 249c), 버퍼실(237)을 붕소 함유 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 가스 공급관(232b, 232c)으로부터 보란계 가스를 흘리는 경우, 붕소 함유 가스 공급계를, 보란계 가스 공급계, 또는, 보란 화합물 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(232b, 232c)으로부터 보라진계 가스를 흘리는 경우, 붕소 함유 가스 공급계를, 보라진계 가스 공급계, 유기 보라진계 가스 공급계, 또는, 보라진 화합물 공급계라고 칭할 수도 있다. 보라진계 가스는, N 및 C를 포함하는 가스이며, 질소 함유 가스이며, 탄소 함유 가스이기도 하므로, 보라진계 가스 공급계를, 질소 및 탄소를 포함하는 가스 공급계, 질소 함유 가스 공급계, 탄소 함유 가스 공급계에 포함해서 생각할 수도 있다.
가스 공급관(232d)으로부터 탄소 함유 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232d), MFC(241d), 밸브(243d)에 의해 탄소 함유 가스 공급계가 구성된다. 가스 공급관(232c)의 가스 공급관(232d)과의 접속부보다도 하류측, 노즐(249c)을 탄소 함유 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 가스 공급관(232d)으로부터 탄화수소계 가스를 공급하는 경우, 탄소 함유 가스 공급계를, 탄화수소계 가스 공급계, 또는, 탄화수소 공급계라고 칭할 수도 있다.
상술한 질소 함유 가스 공급계, 산소 함유 가스 공급계, 질소 및 탄소를 포함하는 가스 공급계, 붕소 함유 가스 공급계, 탄소 함유 가스 공급계 중 어느 하나, 또는, 모든 가스 공급계를, 리액턴트 공급계, 또는, 반응 가스 공급계라고 칭할 수도 있다.
또한, 주로, 가스 공급관(232e 내지 232g), MFC(241e 내지 241g), 밸브(243e 내지 243g)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다. 가스 공급관(232a)의 가스 공급관(232e)과의 접속부보다도 하류측, 가스 공급관(232b)의 가스 공급관(232f)과의 접속부보다도 하류측, 가스 공급관(232c)의 가스 공급관(232g)과의 접속부보다 하류측, 노즐(249a 내지 249c), 버퍼실(237)을 불활성 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 불활성 가스 공급계를, 퍼지 가스 공급계, 또는, 캐리어 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. 또한, 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232f), MFC(241f), 밸브(243f)에 의해 구성되는 불활성 가스 공급계를, 여기(활성화)용 가스 공급계, 또는, 반응 촉진용 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. 이 경우, 노즐(249b), 가스 공급관(232b)의 가스 공급관(232f)과의 접속부보다도 하류측, 버퍼실(237)을 여기용 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다.
버퍼실(237) 내에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 도전체로 이루어지고, 가늘고 긴 구조를 갖는 2개의 막대 형상 전극(269, 270)이, 반응관(203)의 하부에서부터 상부에 걸쳐 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라서 배치되어 있다. 막대 형상 전극(269, 270)의 각각은, 노즐(249b)과 평행하게 설치되어 있다. 막대 형상 전극(269, 270)의 각각은, 상부에서부터 하부에 걸쳐 전극 보호관(275)에 의해 덮임으로써 보호되어 있다. 막대 형상 전극(269, 270) 중 어느 한쪽은, 정합기(272)를 통해서 고주파 전원(273)에 접속되고, 다른 쪽은, 기준 전위인 접지에 접속되어 있다. 정합기(272)를 통해서 고주파 전원(273)으로부터 막대 형상 전극(269, 270) 사이에 고주파(RF) 전력을 인가함으로써, 막대 형상 전극(269, 270) 사이의 플라즈마 생성 영역(224)에 플라즈마가 생성된다. 주로, 막대 형상 전극(269, 270), 전극 보호관(275)에 의해 플라즈마 발생기(플라즈마 발생부)로서의 플라즈마원이 구성된다. 정합기(272), 고주파 전원(273)을 플라즈마원에 포함해서 생각해도 된다. 플라즈마원은, 후술하는 바와 같이, 가스를 플라즈마 여기, 즉, 플라즈마 상태로 여기(활성화)시키는 여기부(활성화 기구)로서 기능한다.
전극 보호관(275)은, 막대 형상 전극(269, 270)의 각각을 버퍼실(237) 내의 분위기와 격리한 상태에서 버퍼실(237) 내에 삽입할 수 있는 구조로 되어 있다. 전극 보호관(275)의 내부의 산소 농도가 외기(대기)의 산소 농도와 동일 정도이면, 전극 보호관(275) 내에 각각 삽입된 막대 형상 전극(269, 270)은, 히터(207)에 의한 열로 산화되어버린다. 전극 보호관(275)의 내부에 N2 가스 등의 불활성 가스를 충전해 두거나, 불활성 가스 퍼지 기구를 사용해서 전극 보호관(275)의 내부를 N2 가스 등의 불활성 가스로 퍼지함으로써, 전극 보호관(275)의 내부의 산소 농도를 저감시켜, 막대 형상 전극(269, 270)의 산화를 방지할 수 있다.
반응관(203)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 접속되어 있다. 반응관(203)에서의 배기관(231)과의 접속부는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기구로서 구성되어 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 통해, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. APC 밸브(244)는, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 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. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함해서 생각해도 된다.
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 맞닿게 되도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 SUS 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는 반응관(203)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는, 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 시일 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 보트 엘리베이터(115)는, 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를, 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를, 수평 자세이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉, 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어진다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열판(218)이 수평 자세로 다단으로 지지되어 있다. 이 구성에 의해, 히터(207)로부터의 열이 시일 캡(219)측에 전해지기 어렵게 되어 있다. 단, 본 실시 형태는 상술한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 보트(217)의 하부에 단열판(218)을 설치하지 않고, 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 통 형상의 부재로서 구성된 단열 통을 설치해도 된다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는, 노즐(249a 내지 249c)과 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는, CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 통해, CPU(121a)와 데이터 교환가능하도록 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. 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우에는, 프로세스 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크에리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(241a 내지 241g), 밸브(243a 내지 243g), 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 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 프로세스 레시피의 내용을 따르도록, MFC(241a 내지 241g)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243g)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.
컨트롤러(121)는, 전용의 컴퓨터로서 구성되어 있는 경우에 한하지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어 있어도 된다. 예를 들어, 상술한 프로그램을 저장한 외부 기억 장치(예를 들어, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(123)를 준비하여, 이 외부 기억 장치(123)를 사용해서 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하거나 함으로써, 본 실시 형태의 컨트롤러(121)를 구성할 수 있다. 단, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 외부 기억 장치(123)를 통해서 공급하는 경우에 제한하지 않는다. 예를 들어, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여, 외부 기억 장치(123)를 통하지 않고 프로그램을 공급하도록 해도 된다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체라는 말을 사용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
상술한 기판 처리 장치를 사용하여, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 위에 막을 형성하는 시퀀스 예에 대해서, 도 4를 사용해서 설명한다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
도 4에 도시하는 성막 시퀀스에서는,
기판으로서의 웨이퍼(200)에 대하여 Si-C 결합을 갖는 BTCSM 가스가 열분해함과 함께, BTCSM 가스에 포함되는 Si-C 결합의 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서, 원료로서 BTCSM 가스를 공급함으로써, (1) 원자층을 초과하고 수 원자층 이하의 두께를 갖고 Si-C 결합을 포함하는 제1 고체층을 형성하는 공정과,
웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 N을 포함하는 리액턴트로서 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급함으로써, 제1 고체층을 개질하여, 제2 고체층을 형성하는 공정,
을 비동시로, 즉, 동기시키지 않고 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 Si, C 및 N을 포함하는 막으로서, 실리콘 탄질화막(SiCN막)을 형성한다.
또한, 본 명세서에서, 상술한 사이클을 소정 횟수 행한다는 것은, 이 사이클을 1회 또는 복수 회 행하는 것을 의미한다. 즉, 사이클을 1회 이상 행하는 것을 의미한다. 도 4는, 상술한 사이클을 n회 반복하는 예를 나타내고 있다.
또한, 본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등과의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우, 즉, 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함해서 웨이퍼라 칭하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 위에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최표면」을 의미하는 경우가 있다.
따라서, 본 명세서에서 「웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 위에 형성되어 있는 층이나 막 등에 대하여, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」는 것을 의미하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에서 「웨이퍼 위에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라고 기재한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면) 위에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 위에 형성되어 있는 층이나 막 등의 위, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최표면 위에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」는 것을 의미하는 경우가 있다.
또한, 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 마찬가지이며, 그 경우, 상기 설명에서, 「웨이퍼」를 「기판」으로 치환해서 생각하면 된다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)된다. 그 후, 도 1에 도시한 바와 같이, 복수의 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 개재해서 반응관(203)의 하단을 시일한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)으로 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)에서 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다. 진공 펌프(246)는, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태가 피드백 제어된다. 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행하여진다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은, 적어도, 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행하여진다.
(SiCN막 형성 공정)
그 후, 다음 2개의 스텝, 즉, 스텝 1, 2를 순차적으로 실행한다.
[스텝 1]
(BTCSM 가스 공급)
APC 밸브(244)를 소정의 개방도로 개방한 상태에서, 밸브(243a)를 개방하고, 가스 공급관(232a) 내에 BTCSM 가스를 흘린다. BTCSM 가스는, MFC(241a)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급 구멍(250a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스가 공급되게 된다. 이때 동시에 밸브(243e)를 개방하고, 가스 공급관(232e) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, MFC(241e)에 의해 유량 조정되어, BTCSM 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
또한, 노즐(249b, 249c), 버퍼실(237) 내에의 BTCSM 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243f, 243g)를 개방하고, 가스 공급관(232f, 232g) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(232b, 232c), 노즐(249b, 249c), 버퍼실(237)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 4000Pa, 바람직하게는 67 내지 2666Pa, 보다 바람직하게는 133 내지 1333Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(241a)로 제어하는 BTCSM 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 2000sccm, 바람직하게는 10 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241e 내지 241g)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. BTCSM 가스를 처리실(201) 내에 공급하는 시간, 즉, 웨이퍼(200)에 대한 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 400℃ 이상 800℃ 이하, 보다 바람직하게는 500℃ 이상 700℃ 이하, 더욱 바람직하게는 600℃ 이상 700℃ 이하의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다.
웨이퍼(200)의 온도가 400℃ 미만이 되면, 웨이퍼(200) 위에 BTCSM이 화학 흡착되기 어려워져, 실용적인 성막 레이트를 얻을 수 없게 되는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 400℃ 이상으로 함으로써 웨이퍼(200) 위에 BTCSM을 화학 흡착시키는 것이 가능하게 되고, 성막 레이트를 높이는 것이 가능하게 된다. 웨이퍼(200)의 온도를 500℃ 이상으로 함으로써, 웨이퍼(200) 위에 BTCSM을 충분히 흡착시키는 것이 가능하게 되어, 충분한 성막 레이트가 얻어지게 된다. 웨이퍼(200)의 온도를 600℃ 이상, 나아가 650℃ 이상으로 함으로써 웨이퍼(200) 위에 BTCSM을 보다 충분히 흡착시키는 것이 가능하게 되어, 보다 충분한 성막 레이트가 얻어지게 된다.
웨이퍼(200)의 온도가 800℃를 초과하면, CVD 반응이 너무 강해짐으로써(과잉 기상 반응이 발생함으로써), 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워져, 그 제어가 곤란해져버린다. 웨이퍼(200)의 온도를 800℃ 이하로 함으로써, 적정한 기상 반응을 발생시킬 수 있음으로써, 막 두께 균일성의 악화를 억제할 수 있어, 그 제어가 가능하게 된다. 특히, 웨이퍼(200)의 온도를 700℃ 이하로 함으로써, 기상 반응보다도 표면 반응이 우세해져, 막 두께 균일성을 확보하기 쉬워져, 그 제어가 용이하게 된다.
따라서, 웨이퍼(200)의 온도는 400℃ 이상 800℃ 이하, 보다 바람직하게는 500℃ 이상 700℃ 이하, 더욱 바람직하게는 600℃ 이상 700℃ 이하의 범위 내의 온도로 하는 것이 좋다. BTCSM 가스는 분해성이 낮고(반응성이 낮고), 열분해 온도가 높으므로, 예를 들어 650 내지 800℃와 같은 비교적 높은 온도대에서 성막하는 경우에도, 적정한 기상 반응을 발생시켜서, 과잉의 기상 반응이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 그에 의한 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급함으로써, 처리실(201) 내에 공급된 BTCSM 가스의 적어도 일부가 열분해(자기분해)되어, 처리실(201) 내에서, BTCSM 가스의 기상 반응, 즉, CVD(Chemical Vapor Deposition) 반응이 적정하게 발생하게 된다. 그 결과, 웨이퍼(200)(표면의 바탕막) 위에 제1 고체층으로서, 예를 들어 1 원자층을 초과하고 수 원자층 정도 이하의 두께의 C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층이 형성된다(퇴적된다).
이때, 반응 효율을 높이기 위해서, BTCSM 가스를 처리실(201) 내에 공급하면서 처리실(201) 내로부터 배기할 때, BTCSM 가스의 처리실(201) 내로부터의 배기 레이트를 BTCSM 가스의 처리실(201) 내에의 공급 레이트보다도 작게 한 상태를 유지하도록 해도 된다. 나아가, APC 밸브(244)를 완전 폐쇄(풀 클로즈)하여 배기계를 폐색하고, BTCSM 가스를 처리실(201) 내에 봉입되도록 해도 된다. 이와 같이, BTCSM 가스의 처리실(201) 내로부터의 배기 레이트를 BTCSM 가스의 처리실(201) 내에의 공급 레이트보다도 작게 한 상태를 유지하거나, BTCSM 가스를 처리실(201) 내에 봉입함으로써, 처리실(201) 내에서의 BTCSM 가스의 체류 시간, 즉, BTCSM 가스의 열분해에 필요한 가열 시간이 충분히 확보된다. 또한, BTCSM 가스의 처리실(201) 내로부터의 배기 레이트를 BTCSM 가스의 처리실(201) 내에의 공급 레이트 이상으로 한 상태를 유지하는 경우보다도, 처리실(201) 내의 압력을 높은 상태에 빠르게 도달시켜 유지할 수 있어, 반응 효율을 높이고, BTCSM 가스의 열분해를 적정하게 촉진시킬 수 있게 된다. BTCSM 가스는 분해성이 낮고(반응성이 낮고), 열분해 온도가 높지만, 이와 같이, BTCSM 가스의 처리실(201) 내로부터의 배기 레이트를 BTCSM 가스의 처리실(201) 내에의 공급 레이트보다도 작게 한 상태를 유지하거나, BTCSM 가스를 처리실(201) 내에 봉입함으로써, BTCSM 가스의 열분해를 적정하게 촉진시킬 수 있게 된다.
제1 고체층은, BTCSM 가스의 흡착층 등의 비고체층이 아니라, BTCSM 가스가 열분해함으로써 BTCSM 가스에 포함되어 있던 Si, C 및 Cl이 퇴적되어 이루어지는 퇴적층, 즉, 고체의 층이 된다. 제1 고체층을, C 및 Cl을 포함하는 Si층, 또는, Cl을 포함하는 SiC층이라고 칭할 수도 있다. 제1 고체층은, BTCSM의 화학 흡착층을 포함하고 있어도 되지만, BTCSM 가스의 물리 흡착층을 포함하지 않는 층, 또는, 거의 포함하지 않는 층으로 된다. 제1 고체층은, 예를 들어 웨이퍼(200) 위에 BTCSM 가스가 물리 흡착되는 조건 하에서 형성되는 BTCSM 가스의 물리 흡착층, 즉, 비고체의 층에 비해, 층을 구성하는 원자간의 결합이 견고해서 안정된 층이 된다. 또한, 제1 고체층은, BTCSM의 화학 흡착층만으로 구성되는 층에 비해, 층을 구성하는 원자간의 결합이 견고해서 안정된 층이 된다. 웨이퍼(200) 위에 비고체층인 BTCSM 가스의 흡착층을 형성하는 것보다도, 웨이퍼(200) 위에 고체층인 Si, C 및 Cl이 퇴적되어 이루어지는 퇴적층을 형성하는 것이, 스텝 1에서 형성하는 층의 두께, 즉, 1 사이클당 형성하는 층의 두께를 두껍게 할 수 있어, 사이클 레이트, 즉, 성막 레이트를 높게 할 수 있는 점에서 바람직하다.
제1 고체층을 구성하는 Si는, C나 Cl과의 결합이 완전히 끊어져 있지 않은 것 외에, C나 Cl과의 결합이 완전히 끊어져 있는 것도 포함한다.
단, 상술한 조건 하에서는, 제1 고체층이 형성되는 과정에서, BTCSM 가스에 포함되는 Si-C 결합의 적어도 일부는, 절단되지 않고 유지된 채, 제1 고체층 중에 그대로 도입된다. 이 때문에, 제1 고체층은, 예를 들어 플라즈마를 사용하는 등의 BTCSM 가스에 포함되는 Si-C 결합이 절단되기 쉬워지는 조건 하에서 형성되는 층에 비해, 층 중에 포함되는 Si-C 결합의 비율이 큰(많은) 층이 된다. 이에 의해, 제1 고체층은, 견고한 Si-C 결합을 많이 포함하는 안정한 층이 된다. 또한, 층 중에 포함되는 Si-C 결합의 비율이 큰 점에서, 제1 고체층은, 층 중으로부터 C가 탈리되기 어려운 층, 즉, C의 탈리 확률이 작은(적은) 층이 된다.
또한, BTCSM 가스는 1 분자 중(그 화학 구조식 중)에 Si-C 결합을 복수(2개) 가지므로, 제1 고체층 중에 Si-C 결합이 더 도입되기 쉬워진다. 예를 들어, BTCSM 가스의 열분해 반응이 발생하는 상술한 바와 같은 조건 하에서는, BTCSM 가스에서의 Si-C-Si 결합의 한쪽의 Si-C 결합이 절단되었다고 해도, 다른 쪽의 Si-C 결합은 절단되지 않고 유지되어, 제1 고체층 중에 그대로 도입되게 된다. 이 때문에, 제1 고체층은, Si-C 결합을 1개밖에 갖지 않는 원료 가스를 사용해서 형성되는 층에 비해, 층 중에 포함되는 Si-C 결합의 비율이 크고, 견고한 Si-C 결합을 많이 포함해서 안정된 층, 즉, C의 탈리 확률이 작은 층이 된다.
또한, 제1 고체층의 형성을, BTCSM 가스의 기상 반응, 즉, CVD 반응이 발생하는 조건 하에서 행함으로써, 제1 고체층의 두께를, 웨이퍼(200) 위에의 BTCSM의 화학 흡착이 포화하는 조건 하에서 형성되는 BTCSM의 화학 흡착층(포화 흡착층)의 두께보다도 두껍게 할 수 있다. 즉, 제1 고체층의 두께를, 웨이퍼(200) 위로의 BTCSM의 화학 흡착에 셀프 리미트가 걸림으로써 형성되는 BTCSM의 화학 흡착층의 두께보다도 두껍게 할 수 있다. 웨이퍼(200) 위에 형성되는 제1 고체층의 두께는, 예를 들어 1 원자층을 초과하는 두께로 하는 것이 바람직하다. 제1 고체층의 두께를 1 원자층을 초과하는 두께로 함으로써, BTCSM의 포화 흡착층보다도, 층 중에 포함되는 Si-C 결합의 절대량을 증가시킬 수 있다. 이에 의해, 제1 고체층을, 견고한 Si-C 결합을 보다 많이 포함하고, 층을 구성하는 원자간의 결합이 보다 견고해서, 보다 안정된 층으로 할 수 있다. 층 중으로부터의 C의 탈리 확률도 보다 작게 할 수 있다.
또한, 웨이퍼(200) 위에 형성되는 제1 고체층의 두께가 수 원자층을 초과하면, 후술하는 스텝 2에서의 개질의 작용이 제1 고체층의 전체에 도달하지 않게 된다.
따라서, 제1 고체층의 두께는 1 원자층을 초과하고 수 원자층 정도 이하로 하는 것이 바람직하다. 제1 고체층의 두께를 예를 들어 2 내지 3 원자층 이하, 바람직하게는 2 원자층 이하로 함으로써, 후술하는 스텝 2에서의 개질 반응의 작용을 상대적으로 높일 수 있어, 스텝 2에서의 개질 반응에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 스텝 1에서의 제1 고체층의 형성에 필요로 하는 시간을 단축할 수도 있다. 결과적으로, 1 사이클당 처리 시간을 단축할 수 있어, 총 처리 시간을 단축하는 것도 가능하게 된다. 즉, 성막 레이트를 높게 하는 것도 가능하게 된다. 또한, 제1 고체층의 두께를 예를 들어 2 내지 3 원자층 이하, 바람직하게는 2 원자층 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능하게 된다.
(잔류 가스 제거)
제1 고체층이 형성된 후, 밸브(243a)를 폐쇄하고, BTCSM 가스의 공급을 정지한다. 이때, APC 밸브(244)는 개방한 상태에서, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1 고체층의 형성에 기여한 후의 BTCSM 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때, 밸브(243e 내지 243g)는 개방한 상태 그대로 두어, 처리실(201) 내에의 N2 가스의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1 고체층의 형성에 기여한 후의 BTCSM 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행하여지는 스텝 2에서 악영향이 발생하지 않는다. 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없으며, 예를 들어 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양의 N2 가스를 공급함으로써, 스텝 2에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하고, 스루풋을 향상시킬 수 있다. N2 가스의 소비를 필요 최소한으로 억제하는 것도 가능하게 된다.
원료 가스로서는, BTCSM 가스 외에, 예를 들어 BTCSE 가스, TCDMDS 가스, DCTMDS 가스, MCPMDS 가스 등을 사용할 수 있다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, 예를 들어 Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
[스텝 2]
(NH3 가스 공급)
스텝 1이 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급한다.
이 스텝에서는, 가스 공급관(232b)으로부터 NH3 가스를 흘리게 한다. 즉, APC 밸브(244)를 소정의 개방도로 개방한 상태에서, 밸브(243b)를 개방하고, 가스 공급관(232b) 내에 NH3 가스를 흘린다. 또한, 밸브(243e 내지 243g)의 개폐 제어를, 스텝 1에서의 밸브(243e 내지 243g)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다.
이때, MFC(241b)로 제어하는 NH3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 막대 형상 전극(269, 270) 사이에 인가하는 고주파 전력(RF 전력)은, 예를 들어 50 내지 1000W의 범위 내의 전력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1 내지 500Pa, 바람직하게는 1 내지 100Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내에서의 NH3 가스의 분압은, 예를 들어 0.01 내지 495Pa, 바람직하게는 0.01 내지 99Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 플라즈마를 사용함으로써 처리실(201) 내의 압력을 이러한 비교적 낮은 압력대로 해도, NH3 가스를 활성화시키는 것이 가능하게 된다. NH3 가스를 플라즈마 여기시킴으로써 얻어지는 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. 그 밖의 처리 조건은, 예를 들어 스텝 1과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급함으로써, 제1 고체층의 적어도 일부가 질화(개질)된다. 제1 고체층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 위에 제2 고체층으로서, Si, C 및 N을 포함하는 층, 즉, SiCN층이 형성되게 된다.
제2 고체층을 형성할 때, 제1 고체층 중에 포함되는 Si-C 결합의 적어도 일부는, 절단되지 않고 유지되어, 제2 고체층 중에 그대로 도입되게(잔존하게) 된다. 제1 고체층은, 견고한 Si-C 결합을 많이 포함하고, 층을 구성하는 원자간의 결합이 견고해서 안정된 층, 즉, C의 탈리 확률이 작은 층이므로, 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 사용하는 경우에도, 층 중으로부터의 C의 탈리를 억제할 수 있다. 이 때문에, 제2 고체층은, 예를 들어 BTCSM의 물리 흡착층이나 포화 흡착층을 플라즈마 여기시킨 NH3 가스로 개질함으로써 얻어진 층에 비해, 층 중에 포함되는 Si-C 결합의 비율이 큰 층이 된다. 이에 의해, 제2 고체층은, 견고한 Si-C 결합을 많이 포함하고, 층을 구성하는 원자간의 결합이 견고한, 안정된 층이 된다. 또한, 층 중에 포함되는 견고한 Si-C 결합의 비율이 크고, 층 중에서의 원자간의 결합이 견고하므로, 제2 고체층은, C의 탈리 확률이 작은 층이 된다.
또한, 제2 고체층을 형성할 때, 제1 고체층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, 플라즈마 여기시킨 NH3 가스에 의한 개질 반응의 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하여, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉, 제1 고체층 중의 Cl 등의 불순물은, 제1 고체층 내로부터 뽑히거나, 탈리되거나 함으로써, 제1 고체층으로부터 분리된다. 이에 의해, 제2 고체층은, 제1 고체층에 비해 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
(잔류 가스 제거)
제2 고체층이 형성된 후, 밸브(243b)를 폐쇄하고, NH3 가스의 공급을 정지한다. 또한, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에의 고주파 전력의 인가를 정지한다. 그리고, 스텝 1과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2 고체층의 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 완전히 배제하지 않아도 되는 점은, 스텝 1과 마찬가지이다.
리액턴트로서 사용하는 질소 함유 가스(질화 가스)로서는, NH3 가스 외에, 예를 들어 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등의 질화수소계 가스나, 이들 화합물을 포함하는 가스 등을 사용할 수 있다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, 예를 들어 Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
(소정 횟수 실시)
상술한 스텝 1, 2를 비동시로 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 즉, 스텝 1, 2를 교대로 1회 이상 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiCN막을 형성할 수 있다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1 사이클당 형성되는 SiCN층의 두께를 원하는 막 두께보다도 작게 하고, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
사이클을 복수 회 행하는 경우, 적어도 2 사이클째 이후의 각 스텝에서, 「웨이퍼(200)에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 부분은, 「웨이퍼(200) 위에 형성되어 있는 층에 대하여, 즉, 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」는 것을 의미하고, 「웨이퍼(200) 위에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 부분은, 「웨이퍼(200) 위에 형성되어 있는 층의 위, 즉, 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최표면 위에 소정의 층을 형성한다」는 것을 의미하고 있다. 이 점은, 상술한 바와 같다. 이 점은, 후술하는 각 변형예, 다른 실시 형태에서도 마찬가지이다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
밸브(243e 내지 243g)를 개방하고, 가스 공급관(232e 내지 232g)의 각각으로부터 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 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)
보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 반응관(203)의 하단이 개구된다. 그리고, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가, 보트(217)에 지지된 상태에서, 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출된다(보트 언로드). 처리가 끝난 웨이퍼(200)는, 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 본 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) 제1 고체층의 형성을, BTCSM 가스가 열분해하는 조건 하에서 행함으로써, 제1 고체층을, BTCSM 가스의 흡착층 등의 비고체층이 아니라, Si, C 및 Cl이 퇴적되어 이루어지는 퇴적층, 즉, 고체의 층으로 하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 제1 고체층은, 층을 구성하는 원자간의 결합이 견고해서 안정된 층이 된다.
또한, 제1 고체층의 형성을, BTCSM 가스에 포함되는 Si-C 결합의 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서 행함으로써, 제1 고체층을, 층 중에 포함되는 Si-C 결합의 비율이 큰 층으로 하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 제1 고체층을, 견고한 Si-C 결합을 많이 포함하는 안정된 층으로 할 수 있고, 또한 C의 탈리 확률이 작은 층으로 하는 것이 가능하게 된다.
또한, BTCSM 가스와 같은, 1 분자 중에 Si-C 결합을 복수 갖는 원료 가스를 사용함으로써, 제1 고체층을, 층 중에 포함되는 Si-C 결합의 비율이 더 큰 층으로 하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 제1 고체층을, 견고한 Si-C 결합을 보다 많이 포함하는 것보다 안정된 층으로 할 수 있고, 또한 C의 탈리 확률이 더 작은 층으로 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 제1 고체층의 두께를 1 원자층을 초과하는 두께로 함으로써, BTCSM의 포화 흡착층보다도, 층 중에 포함되는 Si-C 결합의 절대량을 증가시킬 수 있다. 이에 의해, 제1 고체층을, 견고한 Si-C 결합을 더 많이 포함하여, 층을 구성하는 원자간의 결합이 더 견고하고, 또한 안정된 층으로 할 수 있고, 또한 C의 탈리 확률이 보다 한층 작은 층으로 하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이, 제1 고체층은, 견고한 Si-C 결합을 많이 포함하고, 층을 구성하는 원자간의 결합이 견고해서 안정된 층, 즉, C의 탈리 확률이 작은 층이다. 이로부터, 제2 고체층을 형성할 때 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 리액턴트로서 사용하는 경우에도, 제1 고체층 중으로부터의 C의 탈리를 억제할 수 있다. 그 결과, 최종적으로 형성되는 SiCN막을, 견고한 Si-C 결합을 많이 포함하여, 막을 구성하는 원자간의 결합이 견고한, 안정된 막으로 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 최종적으로 형성되는 SiCN막을, C의 탈리 확률이 작고, C 농도가 높은 막으로 하는 것이 가능하게 된다. 또한 그 결과, SiCN막을, HF 내성이 높은 막으로 하는 것이 가능하게 된다.
또한, BTCSM 가스가 열분해하지 않는 저온의 조건 하에서 형성되는 BTCSM의 층(물리 흡착층 등)은 비고체의 층이며, 층을 구성하는 원자간의 결합이 비교적 약한 불안정한 층, 즉, C의 탈리 확률이 비교적 큰 층이 된다. 또한, 저온의 조건 하에서 형성되는 BTCSM의 층은, BTCSM 가스가 열분해하는 고온의 조건 하에서 형성되는 고체의 층에 비해, 층의 두께가 박층, 즉, 층 중에 포함되는 Si-C 결합의 절대량이 적은 층이 된다. 그로 인해, 저온의 조건 하에서 형성되는 BTCSM의 층과 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 반응시킨 경우, 층 중으로부터의 C의 탈리가 발생하기 쉬워지고, 또한 반응 후에 층 중에 잔류하는 C의 양이 감소하기 쉬워진다. 즉, 성막 온도를 BTCSM 가스가 열분해하지 않는 저온의 조건 하로 하는 경우, 최종적으로 형성되는 막을 C 농도가 높은 막으로 하는 것은 곤란해진다.
(b) 제1 고체층을 형성할 때, BTCSM 가스의 처리실(201) 내로부터의 배기 레이트를 BTCSM 가스의 처리실(201) 내에의 공급 레이트보다도 작게 한 상태를 유지하도록 하거나, BTCSM 가스를 처리실(201) 내에 봉입하도록 함으로써, BTCSM 가스의 열분해에 필요한 가열 시간을 충분히 확보할 수 있게 된다. 또한, 처리실(201) 내의 압력을, 비교적 높은 상태에 빠르게 도달시켜 유지할 수 있어, 반응 효율을 높일 수 있게 된다. 이에 의해, 처리실(201) 내에 공급한 BTCSM 가스의 열분해를 적정하게 촉진시킬 수 있어, 제1 고체층의 형성을 촉진시키는 것이 가능하게 된다. 결과적으로, 제1 고체층의 형성 레이트, 즉, 최종적으로 형성되는 SiCN막의 성막 레이트를 높이는 것이 가능하게 된다. 본 실시 형태에 따르면, 예를 들어 400 내지 500℃와 같은 비교적 낮은 온도대에서 SiCN막을 형성하는 경우에도, BTCSM 가스의 열분해를 발생시키기 쉬워져, SiCN막의 형성을 실용적인 성막 레이트로 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 제1 고체층의 형성에 기여하지 않은 채 처리실(201) 내로부터 배출되어버리는 BTCSM 가스의 양을 삭감할 수 있어, BTCSM 가스의 이용 효율을 높이어, 성막 비용을 저감시키는 것도 가능하게 된다.
또한, 제1 고체층을 형성할 때, BTCSM 가스의 처리실(201) 내에의 봉입을 행하지 않도록 했을 경우, 즉, APC 밸브(244)를 완전 폐쇄로 하지 않고 개방한 상태로 하여, 처리실(201) 내의 배기를 계속하도록 했을 경우, 처리실(201) 내에서 반응 부생성물이 발생한 경우에도, 이 반응 부생성물을, 처리실(201) 내로부터 빠르게 배출하는 것이 가능하게 된다. 즉, 처리실(201) 내를 청정한 상태로 유지한 상태에서 제1 고체층을 형성하는 것이 가능하게 된다. 결과적으로, 최종적으로 형성되는 막의 막질을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 제1 고체층을 형성할 때, BTCSM 가스의 처리실(201) 내에의 봉입을 행하도록 했을 경우, 즉, APC 밸브(244)를 완전 폐쇄로 해서 배기계를 폐색하도록 했을 경우, BTCSM 가스의 열분해를 더욱 촉진시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 제1 고체층의 형성을 더욱 효과적으로 행하는 것이 가능하게 되고, 최종적으로 형성되는 막의 성막 레이트를 높이는 것이 가능하게 된다. 또한, BTCSM 가스의 이용 효율을 더 높이어, 성막 비용을 더 저감시키는 것이 가능하게 된다.
(c) 제1 고체층의 형성을, CVD 반응이 발생하는 조건 하에서, 즉, BTCSM 가스의 기상 반응이 발생하는 조건 하에서 행함으로써, 제1 고체층의 두께를, BTCSM의 포화 흡착층의 두께보다도 두껍게 하는 것이 가능하게 된다. 결과적으로, 제1 고체층의 형성 레이트, 즉, 최종적으로 형성되는 SiCN막의 성막 레이트를 향상시켜, 성막 처리의 생산성을 높이는 것이 가능하게 된다.
(d) 스텝 2에서, 플라즈마 여기시킨 NH3 가스와 같은 리액턴트를 공급함으로써, 제1 고체층 중으로부터, Cl 등의 불순물을 효율적으로 뽑아내거나 탈리시키거나 할 수 있어, 제2 고체층을, 제1 고체층보다도 불순물이 적은 층으로 할 수 있다. 결과적으로, 예를 들어 400 내지 500℃와 같은 비교적 낮은 온도대에서 성막하는 경우에도, SiCN막 내의 불순물 농도를 저감시키는 것이 가능하게 된다. 또한 그 결과, SiCN막을, 보다 HF 내성이 높은 막으로 하는 것이 가능하게 된다.
(e) BTCSM 가스와 같은 Si 소스, C 소스로서 작용하는 원료와, NH3 가스와 같은 N 소스로서 작용하는 리액턴트를 사용함으로써, 즉, 2종류의 가스를 사용함으로써 Si, C 및 N의 3 원소를 포함하는 막을 형성하는 것이 가능하게 된다. 즉, 성막 시에, 3종류의 가스, 즉, Si 소스, C 소스, N 소스를 따로따로 공급할 필요가 없다. 그 때문에, 3종류의 가스를 사용하는 경우에 비해, 가스 공급 공정을 1공정 적게 할 수 있고, 1 사이클당 소요 시간을 단축시킬 수 있어, 성막 처리의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 3종류의 가스를 사용하는 경우에 비해, 가스 공급 라인을 1 라인 적게 할 수 있어, 기판 처리 장치의 구조를 간소화할 수 있어, 그 제조 코스트나 메인터넌스 코스트를 저감시키는 것도 가능하게 된다.
(f) 각종 가스의 공급을 비동시, 즉, 교대로 행함으로써, 이들 가스를, 기상 반응이나 표면 반응이 적정하게 발생하는 조건 하에서, 적정하게 반응에 기여시킬 수 있다. 결과적으로, SiCN막의 단차 피복성, 막 두께 제어성을 각각 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 처리실(201) 내에서의 과잉의 기상 반응을 피할 수 있어, 파티클의 발생을 억제하는 것도 가능하게 된다.
(g) 상술한 효과는, 원료로서 BTCSM 가스 이외의 Si-C 결합을 갖는 가스를 사용하는 경우나, 리액턴트로서 NH3 가스 이외의 질소 함유 가스를 사용하는 경우나, 리액턴트로서 질소 함유 가스 이외의 가스, 예를 들어 N 및 C를 포함하는 가스, 산소 함유 가스, 붕소 함유 가스, 탄소 함유 가스 등을 사용하는 경우에도, 마찬가지로 얻을 수 있다.
(4) 변형예
본 실시 형태에서의 성막 시퀀스는, 도 4에 도시하는 형태에 한정되지 않고, 이하에 나타내는 변형예와 같이 변경할 수 있다.
(변형예 1)
도 5에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 O2 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하도록 해도 된다. O2 가스는, 가스 공급관(232b)으로부터 공급할 수 있다. O2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 할 수 있다. 그 밖의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 도 4를 사용해서 설명한 상술한 성막 시퀀스와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 Si, O, C 및 N을 포함하는 막으로서, 실리콘 산탄질화막(SiOCN막)을 형성할 수 있다. 본 변형예에서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
리액턴트로서 사용하는 산소 함유 가스(산화 가스)로서는, O2 가스 외에, 예를 들어 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 오존(O3) 가스, 수소(H2) 가스+O2 가스, H2 가스+O3 가스, 수증기(H2O), 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스 등을 사용할 수 있다.
(변형예 2)
도 6에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 열 여기시킨 O2 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하도록 해도 된다. O2 가스는, 가스 공급관(232c)으로부터 공급할 수 있다. 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 도 4를 사용해서 설명한 상술한 성막 시퀀스나 변형예 1과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 SiOCN막을 형성할 수 있다. 본 변형예에서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, O2 가스를 열 여기시켜서 공급함으로써, 제2 고체층으로부터의 C의 탈리를 억제할 수 있어, O2 가스를 플라즈마 여기시켜서 공급하는 변형예 1보다도, 최종적으로 형성되는 SiOCN막을 C 농도가 높은 막으로 할 수 있다.
(변형예 3)
도 7에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 열 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 O2 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하도록 해도 된다. NH3 가스는, 가스 공급관(232c)으로부터 공급할 수 있다. 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 도 4를 사용해서 설명한 상술한 성막 시퀀스나 변형예 1과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 SiOCN막을 형성할 수 있다. 본 변형예에서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, NH3 가스를 열 여기시켜서 공급함으로써, 제1 고체층으로부터의 C의 탈리를 억제할 수 있어, NH3 가스를 플라즈마 여기시켜서 공급하는 변형예 1보다도, 최종적으로 형성되는 SiOCN막을 C 농도가 높은 막으로 할 수 있다.
(변형예 4)
웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 O2 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하도록 해도 된다. 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 도 4를 사용해서 설명한 상술한 성막 시퀀스나 변형예 1과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 Si, O 및 C를 포함하는 막으로서 실리콘 산탄화막(SiOC막)을 형성할 수 있다. 본 변형예에서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(변형예 5)
웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 BCl3 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하도록 해도 된다. BCl3 가스는, 가스 공급관(232b)으로부터 공급할 수 있다. BCl3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 할 수 있다. 그 밖의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 도 4를 사용해서 설명한 상술한 성막 시퀀스와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 Si, B, C 및 N을 포함하는 막으로서, 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막)을 형성할 수 있다. 본 변형예에서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 최종적으로 형성하는 막 중에 B를 함유시킴으로써, 이 막을, HF 내성이 높은 막으로 할 수 있다.
리액턴트로서 사용하는 붕소 함유 가스로서는, BCl3 가스 외에, 모노클로로보란(BClH2) 가스, 디클로로보란(BCl2H) 가스, 트리플루오로보란(BF3) 가스, 트리브로모보란(BBr3) 가스, 디보란(B2H6) 가스 등을 사용해도 된다.
(변형예 6)
웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 열 여기시킨 BCl3 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하도록 해도 된다. BCl3 가스는, 가스 공급관(232c)으로부터 공급할 수 있다. 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 도 4를 사용해서 설명한 상술한 성막 시퀀스나 변형예 5와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 SiBCN막을 형성할 수 있다. 본 변형예에서도, 상술한 실시 형태나 변형예 5와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, BCl3 가스를 열 여기시켜서 공급함으로써, 제1 고체층으로부터의 C의 탈리를 억제할 수 있어, BCl3 가스를 플라즈마 여기시켜서 공급하는 변형예 5보다도, 최종적으로 형성되는 SiBCN막을 C 농도가 높은 막으로 할 수 있다.
(변형예 7)
웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 BCl3 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 열 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하도록 해도 된다. NH3 가스는, 가스 공급관(232c)으로부터 공급할 수 있다. 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 도 4를 사용해서 설명한 상술한 성막 시퀀스나 변형예 5와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 SiBCN막을 형성할 수 있다. 본 변형예에서도, 상술한 실시 형태나 변형예 5, 6과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, NH3 가스를 열 여기시켜서 공급함으로써, BCl3 가스가 공급됨으로써 개질된 제1 고체층, 즉, Si, B 및 C를 포함하는 고체의 층으로부터의 C의 탈리를 억제할 수 있어, NH3 가스를 플라즈마 여기시켜서 공급하는 변형예 5보다도, 최종적으로 형성되는 SiBCN막을 C 농도가 높은 막으로 할 수 있다.
(변형예 8)
웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 TMB 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하도록 해도 된다. TMB 가스는, 가스 공급관(232b)으로부터 공급할 수 있다. TMB 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 할 수 있다. 그 밖의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 도 4를 사용해서 설명한 상술한 성막 시퀀스와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 보라진환 골격을 포함하는 SiBCN막을 형성할 수 있다. 본 변형예에서도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, SiBCN막 중에 보라진환 골격을 함유시킴으로써, 이 막을, 유전율이 낮고, HF 내성이 높은 막으로 할 수 있다.
(변형예 9)
웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 TMB 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하도록 해도 된다. 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 도 4를 사용해서 설명한 상술한 성막 시퀀스나 변형예 8과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 보라진환 골격을 포함하는 SiBCN막을 형성할 수 있다. 본 변형예에서도, 상술한 실시 형태나 변형예 8과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 변형예 8보다도, 최종적으로 형성되는 SiBCN막을 N 농도가 높은 막으로 할 수 있다.
(변형예 10)
웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 열 여기시킨 TMB 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하도록 해도 된다. TMB 가스는, 가스 공급관(232c)으로부터 공급할 수 있다. 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 도 4를 사용해서 설명한 상술한 성막 시퀀스나 변형예 8과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 보라진환 골격을 포함하는 SiBCN막을 형성할 수 있다. 본 변형예에서도, 상술한 실시 형태나 변형예 8, 9와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, TMB 가스를 열 여기시켜서 공급함으로써, 제1 고체층으로부터의 C의 탈리를 억제할 수 있어, TMB 가스를 플라즈마 여기시켜서 공급하는 변형예 9보다도, 최종적으로 형성되는 SiBCN막을 C 농도가 높은 막으로 할 수 있다.
(변형예 11)
웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 TMB 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 열 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하도록 해도 된다. NH3 가스는, 가스 공급관(232c)으로부터 공급할 수 있다. 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 도 4를 사용해서 설명한 상술한 성막 시퀀스나 변형예 8과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 보라진환 골격을 포함하는 SiBCN막을 형성할 수 있다. 본 변형예에서도, 상술한 실시 형태나 변형예 8 내지 10과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, NH3 가스를 열 여기시켜서 공급함으로써, TMB 가스가 공급됨으로써 개질된 제1 고체층, 즉, 보라진환 골격을 갖고 Si, B, C 및 N을 포함하는 고체의 층으로부터의 C의 탈리를 억제할 수 있어, NH3 가스를 플라즈마 여기시켜서 공급하는 변형예 9보다도, 최종적으로 형성되는 SiBCN막을 C 농도가 높은 막으로 할 수 있다.
(변형예 12 내지 16)
상술한 실시 형태나 변형예에 의한 성막 처리를 교대로 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 복수 종의 막이 교대로 적층되어 이루어지는 적층막을 형성하도록 해도 된다.
예를 들어, 도 8에 도시한 바와 같이,
웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 세트를 소정 횟수(m1회) 행함으로써, 제1 막으로서 SiCN막을 형성하는 스텝과,
웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 O2 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 세트를 소정 횟수(m2) 행함으로써, 제2 막으로서 SiOCN막을 형성하는 스텝,
을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 제1 막과 제2 막이 나노 레벨로 교대로 적층되어 이루어지는 적층막(SiOCN막)을 형성하도록 해도 된다(변형예 12). 또한, 도 8은, 각 세트의 실시 횟수(m1회, m2회)를 각각 2회로 하는 예를 나타내고 있다.
또한, 웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 O2 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 세트를 소정 횟수(m1회) 행함으로써, 제1 막으로서 SiOCN막을 형성하는 스텝과,
웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 O2 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 세트를 소정 회 몇(m2) 행함으로써, 제2 막으로서 SiOC막을 형성하는 스텝,
을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 제1 막과 제2 막이 나노 레벨로 교대로 적층되어 이루어지는 적층막(SiOCN막)을 형성하도록 해도 된다(변형예 13).
또한, 웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 세트를 소정 횟수(m1회) 행함으로써, 제1 막으로서 SiCN막을 형성하는 스텝과,
웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 O2 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 세트를 소정 횟수(m2) 행함으로써, 제2 막으로서 SiOC막을 형성하는 스텝,
을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 제1 막과 제2 막이 나노 레벨로 교대로 적층되어 이루어지는 적층막(SiOCN막)을 형성하도록 해도 된다(변형예 14).
또한, 웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 세트를 소정 횟수(m1회) 행함으로써, 제1 막으로서 SiCN막을 형성하는 스텝과,
웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 BCl3 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 세트를 소정 횟수(m2) 행함으로써, 제2 막으로서 SiBCN막을 형성하는 스텝,
을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 제1 막과 제2 막이 나노 레벨로 교대로 적층되어 이루어지는 적층막(SiBCN막)을 형성하도록 해도 된다(변형예 15).
또한, 웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 BCl3 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 세트를 소정 횟수(m1회) 행함으로써, 제1 막으로서 SiBCN막을 형성하는 스텝과,
웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 TMB 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 세트를 소정 횟수(m2) 행함으로써, 제2 막으로서 보라진환 골격을 포함하는 SiBCN막을 형성하는 스텝,
을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 제1 막과 제2 막이 나노 레벨로 교대로 적층되어 이루어지는 적층막(보라진환 골격을 포함하는 SiBCN막)을 형성하도록 해도 된다(변형예 16).
변형예 12 내지 16의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 1 내지 11과 마찬가지로 할 수 있다. 또한, 제1 막 및 제2 막의 막 두께를 각각 0.1nm 미만의 막 두께로 하는 것은 곤란하다. 또한, 제1 막 및 제2 막 중 어느 하나의 막의 막 두께가 5nm를 초과하는 막 두께가 되면, 최종적으로 형성되는 적층막이, 적층 방향으로 비통일된 특성을 갖는 막으로 되는 경우가 있다. 따라서, 변형예 12 내지 16에서는, 제1 막 및 제2 막의 막 두께가, 각각 예를 들어 0.1nm 이상 5nm 이하, 바람직하게는 0.1nm 이상 1nm 이하의 막 두께가 되도록, 각 세트의 실시 횟수(m1회, m2회)를 제어하는 것이 바람직하다. 제1 막 및 제2 막의 막 두께를 상술한 범위 내의 막 두께로 함으로써, 최종적으로 형성하는 적층막을, 막 전체적으로 일체 불가분의 특성을 갖는 나노 라미네이트 막으로 하는 것이 가능하게 된다.
변형예 12 내지 16에서도, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 1 내지 11과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제1 막과 제2 막을 교대로 적층함으로써, 최종적으로 형성하는 적층막의 조성비의 제어성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 최종적으로 형성하는 적층막을, 제1 막 및 제2 막 중 어느 하나 또는 양쪽의 특성을 겸비하는 막으로 하거나, 제1 막과 제2 막의 중간적인 특성을 갖는 막으로 하거나, 제1 막과도 제2 막과도 상이한 특성을 갖는 막으로 하거나 하는 것이 가능하게 된다.
(변형예 17)
상술한 실시 형태나 각 변형예에서는, NH3 가스 대신에 TEA 가스와 같은 N 및 C를 포함하는 가스를 사용하도록 해도 된다. TEA 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 할 수 있다. 그 밖의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 도 4를 사용해서 설명한 상술한 성막 시퀀스나 각 변형예와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 본 변형예에서도, 상술한 실시 형태나 각 변형예와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 1 사이클 중에 2종류의 C 소스(더블 카본 소스)를 사용해서 성막을 행함으로써, 최종적으로 형성하는 막을, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 각 변형예에서 형성되는 막보다도, C 농도가 더욱 높은 막으로 하는 것이 가능하게 된다. 즉, 조성비 제어의 윈도우를 확장하는 것이 가능하게 된다.
리액턴트로서 사용하는 N 및 C를 포함하는 가스로서는, TEA 가스 외에, 예를 들어 디에틸아민((C2H5)2NH, 약칭: DEA) 가스, 모노에틸아민(C2H5NH2, 약칭: MEA) 가스 등의 에틸아민계 가스, 트리메틸아민((CH3)3N, 약칭: TMA) 가스, 디메틸아민((CH3)2NH, 약칭: DMA) 가스, 모노메틸아민(CH3NH2, 약칭: MMA) 가스 등의 메틸아민계 가스, 트리프로필아민((C3H7)3N, 약칭: TPA) 가스, 디프로필아민((C3H7)2NH, 약칭: DPA) 가스, 모노프로필아민(C3H7NH2, 약칭: MPA) 가스 등의 프로필아민계 가스, 트리이소프로필아민([(CH3)2CH]3N, 약칭: TIPA) 가스, 디이소프로필아민([(CH3)2CH]2NH, 약칭: DIPA) 가스, 모노이소프로필아민((CH3)2CHNH2, 약칭: MIPA) 가스 등의 이소프로필아민계 가스, 트리부틸아민((C4H9)3N, 약칭: TBA) 가스, 디부틸아민((C4H9)2NH, 약칭: DBA) 가스, 모노부틸아민(C4H9NH2, 약칭: MBA) 가스 등의 부틸아민계 가스 또는, 트리이소부틸아민([(CH3)2CHCH2]3N, 약칭: TIBA) 가스, 디이소부틸아민([(CH3)2CHCH2]2NH, 약칭: DIBA) 가스, 모노이소부틸아민((CH3)2CHCH2NH2, 약칭: MIBA) 가스 등의 이소부틸아민계 가스를 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(화학식 중 x는 1 내지 3의 정수)의 조성식으로 표현되는 가스 중 적어도 1종의 가스를 사용할 수 있다. 최종적으로 형성되는 막 내의 N 농도의 증가를 억제하면서, 그 C 농도를 높게 하기 위해서는, 아민계 가스로서, 1 분자 중에서 N의 수보다도 C의 수가 더 많은 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 아민계 가스로서는, TEA, DEA, MEA, TMA, DMA, TPA, DPA, MPA, TIPA, DIPA, MIPA, TBA, DBA, MBA, TIBA, DIBA 및 MIBA로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1개의 아민을 포함하는 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
(변형예 18)
리액턴트를 공급할 때는, 플라즈마 여기시킨 리액턴트를 공급하는 대신에, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스 및 플라즈마 여기시키지 않은 리액턴트를 공급하도록 해도 된다.
예를 들어, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2에서, 가스 공급관(232c)으로부터 NH3 가스를 공급하고, 이때, 가스 공급관(232f)으로부터 N2 가스를 공급함과 함께, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에 고주파 전력을 공급(인가)함으로써, N2 가스를 플라즈마 여기시키도록 해도 된다. 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지로 할 수 있다. 가스 공급관(232c)으로부터 처리실(201) 내에 공급된 NH3 가스는, 버퍼실(237)로부터 처리실(201) 내에 공급된 플라즈마 여기된 N2 가스와 처리실(201) 내에서 혼합(Post-Mix)됨으로써, 간접적으로 여기되게 된다. 이 간접적으로 여기된 NH3 가스가 웨이퍼(200)에 대하여 공급됨으로써, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지로, 제1 고체층의 개질 반응, 즉, 제2 고체층의 형성 처리가 진행되게 된다. 그리고, 스텝 1, 2를 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 SiCN막이 형성되게 된다.
본 변형예에서도, 도 4에 도시하는 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, NH3 가스를, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의해 간접적으로 여기시켜서 공급함으로써, NH3 가스에 의한 제1 고체층의 개질 반응을 비교적 소프트하게 행하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 제1 고체층 중에 포함되는 Si-C 결합의 절단을 억제할 수 있어, 제1 고체층으로부터의 C의 탈리를 억제하는 것이 가능하게 된다. 결과적으로, 최종적으로 형성하는 SiCN막을, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스에서 형성하는 SiCN막보다도, C 농도가 높은 막으로 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상술한 효과는, 간접적으로 여기시키는 리액턴트로서 NH3 가스를 사용하는 경우에 한하지 않고, NH3 가스 이외의 각종 가스(예를 들어 O2 가스, BCl3 가스, TEA 가스, TMB 가스, C3H6 가스 등)를 사용하는 경우에도, 마찬가지로 얻을 수 있다. 또한, 이들 경우에 있어서도, 상술한 각 변형예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(변형예 19)
도 9에 도시한 바와 같이, 플라즈마 여기시킨 리액턴트를 공급할 때 리액턴트를 간헐적으로 플라즈마 여기시키도록 해도 된다. 예를 들어, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2에서, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에의 고주파 전력의 공급을 연속적으로 행하는 것이 아니라, 간헐적으로 소정 횟수 행함으로써, NH3 가스를 플라즈마 여기시키도록 해도 된다. 또한, 도 9는, NH3을 공급하는 스텝 2에서, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에의 고주파 전력의 공급을 간헐적으로 3회 행하는 예를 나타내고 있다.
본 변형예에서도, 도 4에 도시하는 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, NH3 가스를 간헐적으로 플라즈마 여기시켜서 공급함으로써, NH3 가스에 의한 제1 고체층의 개질 반응을 비교적 소프트하게 행하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 제1 고체층 중에 포함되는 Si-C 결합의 절단을 억제할 수 있어, 제1 고체층으로부터의 C의 탈리를 억제하는 것이 가능하게 된다. 결과적으로, 최종적으로 형성하는 SiCN막을, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스에서 형성하는 SiCN막보다도, C 농도가 높은 막으로 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상술한 효과는, 플라즈마 여기시키는 리액턴트로서 NH3 가스를 사용하는 경우에 한하지 않고, NH3 가스 이외의 각종 가스(예를 들어 O2 가스, BCl3 가스, TEA 가스, TMB 가스, C3H6 가스 등)를 사용하는 경우에도, 마찬가지로 얻을 수 있다. 또한, 이들 경우에 있어서도, 상술한 각 변형예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(변형예 20)
변형예 18, 19를 조합해도 된다. 즉, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스 및 플라즈마 여기시키지 않은 리액턴트를 공급할 때 불활성 가스를 간헐적으로 플라즈마 여기시키도록 해도 된다. 예를 들어, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2에서, 가스 공급관(232c)으로부터 NH3 가스를 공급하고, 이때, 가스 공급관(232f)으로부터 N2 가스를 공급함과 함께, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에의 고주파 전력의 공급을 간헐적으로 소정 횟수 행함으로써, NH3 가스를 간접적이면서 또한 간헐적으로 여기시키도록 해도 된다.
본 변형예에서도, 도 4에 도시하는 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, NH3 가스를 간접적이면서 또한 간헐적으로 여기시켜서 공급함으로써, NH3 가스에 의한 제1 고체층의 개질 반응을 변형예 18, 19보다도 더 소프트하게 행하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 제1 고체층 중에 포함되는 Si-C 결합의 절단을 더 억제할 수 있어, 제1 고체층으로부터의 C의 탈리를 더 억제하는 것이 가능하게 된다. 결과적으로, 최종적으로 형성하는 SiCN막을, 변형예 18, 19에서 형성하는 SiCN막보다도, C 농도가 더욱 높은 막으로 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상술한 효과는, 간접적이면서 또한 간헐적으로 여기시키는 리액턴트로서 NH3 가스를 사용하는 경우에 한하지 않고, NH3 가스 이외의 각종 가스(예를 들어 O2 가스, BCl3 가스, TEA 가스, TMB 가스, C3H6 가스 등)를 사용하는 경우에도, 마찬가지로 얻을 수 있다. 또한, 이들 경우에 있어서도, 상술한 각 변형예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(변형예 21)
도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 상술한 각 변형예에서는, 리액턴트로서의 C3H6 가스를, BTCSM 가스 등의 원료나, NH3 가스, O2 가스, TEA 가스, BCl3 가스, TMB 가스 등의 리액턴트와 동시에 공급하도록 해도 된다. 즉, C3H6 가스를 공급하는 스텝을, 원료를 공급하는 스텝, 및, C3H6 가스 이외의 리액턴트를 공급하는 스텝 중 적어도 어느 하나의 스텝과 동시에 행하도록 해도 된다.
도 10은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스에 있어서, C3H6 가스를 공급하는 스텝을, NH3 가스를 공급하는 스텝 2와 동시에 행하는 예를 나타내고 있다. C3H6 가스는, 가스 공급관(232d)으로부터 공급할 수 있다. C3H6 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 할 수 있다. 그 밖의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 도 4를 사용해서 설명한 상술한 성막 시퀀스와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다.
본 변형예에 의해서도, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 상술한 각 변형예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 변형예에 의하면, 최종적으로 형성되는 막 중에, C3H6 가스에 포함되어 있던 C 성분을 첨가하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 최종적으로 형성되는 막 내의 C 농도를 더 높이는 것이 가능하게 된다. 단, C3H6 가스를, BTCSM 가스와 동시에 공급하는 것이 아니라, NH3 가스나 O2 가스나 TEA 가스나 BCl3 가스나 TMB 가스와 동시에 공급하는 것이, 처리실(201) 내에서의 과잉의 기상 반응을 피할 수 있어, 처리실(201) 내에서의 파티클의 발생을 억제하는 것이 가능하게 되는 점에서 바람직하다. 또한, C3H6 가스를, NH3 가스나 O2 가스나 BCl3 가스 등과 동시에 공급하는 것이 아니라, TMB 가스나 TEA 가스 등과 동시에 공급하는 것이, 형성되는 막의 조성비의 제어성을 높일 수 있는 점에서 바람직하다. 또한, C3H6 가스를 TMB 가스나 TEA 가스와 동시에 공급하는 경우에는, 1 사이클 중에 3종류의 C 소스(트리플 카본 소스)를 사용해서 성막을 행하게 되어, 최종적으로 형성하는 막을, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 각 변형예에서 형성되는 막보다도, C 농도가 높은 막으로 하는 것이 가능하게 된다.
리액턴트로서 사용하는 탄소 함유 가스로서는, C3H6 가스 외에, 예를 들어 아세틸렌(C2H2) 가스, 에틸렌(C2H4) 가스 등의 탄화수소계 가스를 사용할 수 있다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 원료를 공급한 후, 리액턴트를 공급하는 예에 대해서 설명하였다. 본 발명은 이와 같은 형태에 한정되지 않고, 공급 순서는 반대이어도 된다. 즉, 리액턴트를 공급한 후, 원료를 공급하도록 해도 된다. 원료와 리액턴트의 공급 순서를 바꿈으로써, 형성되는 박막의 막질이나 조성비를 변화시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 복수 종의 리액턴트를 사용하는 경우, 그 공급 순서는 임의로 변경하는 것이 가능하다. 리액턴트의 공급 순서를 바꿈으로써, 형성되는 박막의 막질이나 조성비를 변화시키는 것이 가능하게 된다.
상술한 실시 형태나 각 변형예의 방법에 의해 형성한 실리콘계 절연막을, 사이드 월 스페이서로서 사용함으로써, 누설 전류가 적고, 가공성이 우수한 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상술한 실리콘계 절연막을, 에치 스토퍼로서 사용함으로써, 가공성이 우수한 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상술한 변형예 18 내지 20에 의하면, 비교적 소프트한 플라즈마를 사용하면서, 이상적 양론비의 실리콘계 절연막을 형성할 수 있다. 또한, 비교적 소프트한 플라즈마를 사용해서 실리콘계 절연막을 형성할 수 있으므로, 예를 들어 DPT의 SADP막 등, 플라즈마 대미지를 염려하는 공정에의 적응도 가능하게 된다.
상술한 실시 형태에서는, 소정 원소를 포함하는 막으로서, 반도체 원소인 Si를 포함하는 실리콘계 박막(SiCN막, SiOCN막, SiOC막, SiBCN막)을 형성하는 예에 대해서 설명하였다. 본 발명은 상술한 형태에 한정되지 않고, 예를 들어 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등의 금속 원소를 포함하는 금속계 박막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
즉, 본 발명은, 예를 들어 TiCN막, TiOCN막, TiOC막, TiBCN막, ZrCN막, ZrOCN막, ZrOC막, ZrBCN막, HfCN막, HfOCN막, HfOC막, HfBCN막, TaCN막, TaOCN막, TaOC막, TaBCN막, NbCN막, NbOCN막, NbOC막, NbBCN막, AlCN막, AlOCN막, AlOC막, AlBCN막, MoCN막, MoOCN막, MoOC막, MoBCN막, WCN막, WOCN막, WOC막, WBCN막 등의 금속계 박막, 즉, 메탈 카바이드계 박막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다. 이 경우, 원료 가스로서, 상술한 실시 형태에서의 Si를 포함하는 원료 가스 대신에 금속 원소를 포함하는 원료 가스를 사용하여, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 시퀀스에 의해 성막을 행할 수 있다.
Ti계 박막을 형성하는 경우에는, Ti를 포함하는 원료로서, Ti, C 및 할로겐 원소를 포함하고 Ti-C 결합을 갖는 원료 가스를 사용할 수 있다. 리액턴트로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 반응 가스를 사용할 수 있다. 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
Zr계 박막을 형성하는 경우에는, Zr을 포함하는 원료로서, Zr, C 및 할로겐 원소를 포함하고 Zr-C 결합을 갖는 원료 가스를 사용할 수 있다. 리액턴트로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 반응 가스를 사용할 수 있다. 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
Hf계 박막을 형성하는 경우에는, Hf를 포함하는 원료로서, Hf, C 및 할로겐 원소를 포함하고 Hf-C 결합을 갖는 원료 가스를 사용할 수 있다. 리액턴트로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 반응 가스를 사용할 수 있다. 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
Ta계 박막을 형성하는 경우에는, Ta를 포함하는 원료로서, Ta, C 및 할로겐 원소를 포함하고 Ta-C 결합을 갖는 원료 가스를 사용할 수 있다. 리액턴트로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 반응 가스를 사용할 수 있다. 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
Nb계 박막을 형성하는 경우에는, Nb를 포함하는 원료로서, Nb, C 및 할로겐 원소를 포함하고 Nb-C 결합을 갖는 원료 가스를 사용할 수 있다. 리액턴트로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 반응 가스를 사용할 수 있다. 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
Al계 박막을 형성하는 경우에는, Al을 포함하는 원료로서, Al, C 및 할로겐 원소를 포함하고 Al-C 결합을 갖는 원료 가스를 사용할 수 있다. 리액턴트로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 반응 가스를 사용할 수 있다. 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
Mo계 박막을 형성하는 경우에는, Mo를 포함하는 원료로서, Mo, C 및 할로겐 원소를 포함하고 Mo-C 결합을 갖는 원료 가스를 사용할 수 있다. 리액턴트로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 반응 가스를 사용할 수 있다. 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
W계 박막을 형성하는 경우에는, W를 포함하는 원료로서, W, C 및 할로겐 원소를 포함하고 W-C 결합을 갖는 원료 가스를 사용할 수 있다. 리액턴트로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 반응 가스를 사용할 수 있다. 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
즉, 본 발명은 제1 원소로서 반도체 원소나 금속 원소 등의 소정 원소를 포함하고, 제2 원소(제3 원소)로서 N, O, B 등의 비금속 원소를 포함하고, 또한 C를 포함하는 박막을 형성하는 경우에 바람직하게 적용할 수 있다.
이들 각종 박막의 형성에 사용되는 프로세스 레시피(기판 처리의 처리 수순이나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)는, 기판 처리의 내용(형성하는 박막의 막종, 조성비, 막질, 막 두께, 처리 수순, 처리 조건 등)에 따라, 각각 개별로 준비하는(복수 준비하는) 것이 바람직하다. 그리고, 기판 처리를 개시할 때, 기판 처리의 내용에 따라, 복수의 레시피 중에서 적정한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 기판 처리의 내용에 따라 개별로 준비된 복수의 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 레시피를 기록한 기록 매체(외부 기억 장치(123))를 통해서, 기판 처리 장치가 구비하는 기억 장치(121c) 내에 미리 저장(인스톨)해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 기판 처리를 개시할 때, 기판 처리 장치가 구비하는 CPU(121a)가, 기억 장치(121c) 내에 저장된 복수의 레시피 중에서 기판 처리의 내용에 따라, 적정한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이렇게 구성함으로써, 1대의 기판 처리 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적이면서 또한 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한, 오퍼레이터의 조작 부담(처리 수순이나 처리 조건 등의 입력 부담 등)을 저감할 수 있어, 조작 미스를 피하면서, 기판 처리를 신속하게 개시할 수 있게 된다.
상술한 프로세스 레시피는, 새롭게 작성하는 경우에 한하지 않고, 예를 들어 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 변경함으로써 준비해도 된다. 레시피를 변경하는 경우에는, 변경 후의 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 레시피를 기록한 기록 매체를 통해서, 기판 처리 장치에 인스톨해도 된다. 또한, 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여, 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 직접 변경하도록 해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치식의 기판 처리 장치를 사용해서 박막을 형성하는 예에 대해서 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 예를 들어 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 낱장식의 기판 처리 장치를 사용해서 박막을 형성하는 경우에도, 바람직하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 핫월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 박막을 형성하는 예에 대해서 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 콜드월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 박막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다. 이들 경우에 있어서도, 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다.
예를 들어, 도 13에 나타내는 처리로(302a)를 구비한 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 본 발명은 바람직하게 적용할 수 있다. 처리 로(302a)는, 처리실(301)을 형성하는 처리 용기(303)와, 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 가스 공급부로서의 샤워 헤드(303s)와, 1매 또는 수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 지지하는 지지대(317)와, 지지대(317)를 하방으로부터 지지하는 회전축(355)과, 지지대(317)에 설치된 히터(307)를 구비하고 있다. 샤워 헤드(303s)의 인렛(가스 도입구)에는, 상술한 원료를 공급하는 가스 공급 포트(332a)와, 상술한 리액턴트를 공급하는 가스 공급 포트(332b)가 접속되어 있다. 처리 용기(303)의 측벽, 즉, 처리실(301) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부의 측방에는, 상술한 플라즈마 여기시킨 리액턴트, 또는, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급하는 가스 공급부로서의 가스 공급 포트(332c)가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332a)에는, 상술한 실시 형태의 원료 공급계와 마찬가지의 원료 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332b)에는, 상술한 실시 형태의 리액턴트 공급계와 마찬가지의 리액턴트 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332c)에는, 상술한 리액턴트나 불활성 가스를 플라즈마 여기시켜서 공급하는 여기부로서의 리모트 플라즈마 유닛(플라즈마 생성 장치)(339c)과, 상술한 실시 형태의 리액턴트 공급계와 마찬가지의 리액턴트 공급계, 또는, 상술한 실시 형태의 불활성 가스 공급계와 마찬가지의 불활성 가스 공급계가 접속되어 있다. 샤워 헤드(303s)의 아울렛(가스 배출구)에는, 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 가스 분산판이 설치되어 있다. 샤워 헤드(303s)는, 처리실(301) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 표면과 대향(대면)하는 위치에 설치되고, 가스 공급 포트(332c)는, 처리실(301) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 표면과 대향하지 않는 위치에 설치되어 있다. 처리 용기(303)에는, 처리실(301) 내를 배기하는 배기 포트(331)가 형성되어 있다. 배기 포트(331)에는, 상술한 실시 형태의 배기계와 마찬가지의 배기계가 접속되어 있다.
또한 예를 들어, 도 14에 도시하는 처리로(302b)를 구비한 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 본 발명은 바람직하게 적용할 수 있다. 가스 공급부로서의 샤워 헤드(303s)의 인렛에는, 상술한 원료를 공급하는 가스 공급 포트(332a)와, 상술한 플라즈마 여기시킨 리액턴트, 또는, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332c)가 접속되어 있다. 처리 용기(303)의 측벽, 즉, 처리실(301) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부의 측방에는, 상술한 리액턴트를 공급하는 가스 공급부로서의 가스 공급 포트(332b)가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332a)에는, 상술한 실시 형태의 원료 공급계와 마찬가지의 원료 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332b)에는, 상술한 실시 형태의 리액턴트 공급계와 마찬가지의 리액턴트 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332c)에는, 상술한 리모트 플라즈마 유닛(339c)과, 상술한 실시 형태의 리액턴트 공급계와 마찬가지의 리액턴트 공급계, 또는, 상술한 실시 형태의 불활성 가스 공급계와 마찬가지의 불활성 가스 공급계가 접속되어 있다. 샤워 헤드(303s)는, 처리실(301) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 표면과 대향(대면)하는 위치에 설치되고, 가스 공급 포트(332b)는, 처리실(301) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 표면과 대향하지 않는 위치에 형성되어 있다. 그 밖에, 도 13에 나타내는 처리로(302a)와 마찬가지로 구성된 부품에 대해서는, 동일한 부호를 부여해서 설명을 생략한다.
또한 예를 들어, 도 15에 도시하는 처리로(402)를 구비한 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 본 발명은 바람직하게 적용할 수 있다. 처리로(402)는, 처리실(401)을 형성하는 처리 용기(403)와, 1매 또는 수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 지지하는 지지대(417)와, 지지대(417)를 하방으로부터 지지하는 회전축(455)과, 처리 용기(403) 내의 웨이퍼(200)를 향해서 광 조사를 행하는 램프 히터(407)와, 램프 히터(407)의 광을 투과시키는 석영창(403w)을 구비하고 있다. 처리 용기(403)에는, 상술한 원료를 공급하는 가스 공급부로서의 가스 공급 포트(432a)와, 상술한 리액턴트를 공급하는 가스 공급부로서의 가스 공급 포트(432b)와, 상술한 플라즈마 여기시킨 리액턴트, 또는, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급하는 가스 공급부로서의 가스 공급 포트(432c)가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432a)에는, 상술한 실시 형태의 원료 공급계와 마찬가지의 원료 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432b)에는, 상술한 실시 형태의 리액턴트 공급계와 마찬가지의 리액턴트 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432c)에는, 상술한 리모트 플라즈마 유닛(339c)과, 상술한 실시 형태의 리액턴트 공급계와 마찬가지의 리액턴트 공급계, 또는, 상술한 실시 형태의 불활성 가스 공급계와 마찬가지의 불활성 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432a 내지 432c)는, 처리실(401) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부의 측방, 즉, 처리실(401) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 표면과 대향하지 않는 위치에 각각 형성되어 있다. 처리 용기(403)에는, 처리실(401) 내를 배기하는 배기 포트(431)가 형성되어 있다. 배기 포트(431)에는, 상술한 실시 형태의 배기계와 마찬가지의 배기계가 접속되어 있다.
이들 기판 처리 장치를 사용하는 경우에 있어서도, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 시퀀스, 처리 조건에서 성막을 행할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태나 변형예 등은, 적절히 조합해서 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대해서 부기한다.
(부기 1)
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판에 대하여 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료가 열분해함과 함께, 상기 원료에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서 상기 원료를 공급함으로써, 1 원자층을 초과하고 수 원자층 이하의 두께를 갖고 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 포함하는 제1 고체층을 형성하는 공정과,
상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급하거나, 또는, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스 및 플라즈마 여기시키지 않은 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급함으로써, 상기 제1 고체층을 개질하여, 제2 고체층을 형성하는 공정,
을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법, 및 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기 2)
부기 1에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 제1 고체층을 형성하는 공정에서는, 상기 원료에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부를 절단하지 않고 유지한 채 상기 제1 고체층 내에 도입시킨다.
(부기 3)
부기 1 또는 2에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 제1 고체층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 고체층 중에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 수가, 상기 원료의 화학 흡착을 발생시켰을 경우에 형성되는 상기 원료의 화학 흡착층에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 수보다도 많아지도록, 상기 제1 고체층을 형성한다.
(부기 4)
부기 1 내지 3중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 제1 고체층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 고체층 중에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 수가, 상기 원료의 화학 흡착을 발생시켰을 경우에 상기 원료의 화학 흡착이 포화됨(상기 원료의 화학 흡착에 셀프 리미트가 걸림)으로써 형성되는 상기 원료의 화학 흡착층에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 수보다도 많아지도록, 상기 제1 고체층을 형성한다.
(부기 5)
부기 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 제1 고체층을 형성하는 공정에서는, 상기 원료의 화학 흡착을 발생시켰을 경우에 상기 원료의 화학 흡착이 포화됨으로써 형성되는 상기 원료의 화학 흡착층보다도 두꺼워지도록, 상기 제1 고체층을 형성한다.
(부기 6)
부기 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 제1 고체층은, 수 원자층의 두께를 갖는다.
(부기 7)
부기 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 제1 고체층은, 상기 제1 원소 및 탄소가 퇴적되어 이루어지는 퇴적층이다.
(부기 8)
부기 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 제1 고체층을 형성하는 공정은, 기상 반응(CVD 반응)이 발생하는 조건 하에서 행하여진다.
(부기 9)
부기 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 제1 고체층을 형성하는 공정에서는, 상기 원료를 상기 기판이 존재하는 공간(처리실) 내에 공급하면서 상기 공간 내로부터 배기하고, 그때, 상기 원료의 상기 공간 내로부터의 배기 레이트를 상기 원료의 상기 공간 내에의 공급 레이트보다도 작게 한 상태를 유지한다.
(부기 10)
부기 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 제2 고체층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 고체층 중에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서, 상기 기판에 대하여 상기 리액턴트를 공급한다.
(부기 11)
부기 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 제2 고체층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 고체층 중에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부를 절단하지 않고 유지한 채 상기 개질을 행한다.
(부기 12)
부기 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 제2 고체층을 형성하는 공정에서는, 플라즈마 여기시킨 상기 리액턴트를 공급할 때 상기 리액턴트를 간헐적으로 플라즈마 여기시킨다.
(부기 13)
부기 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 제2 고체층을 형성하는 공정에서는, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스 및 플라즈마 여기시키지 않은 상기 리액턴트를 공급할 때 불활성 가스를 간헐적으로 플라즈마 여기시킨다.
(부기 14)
부기 1 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 사이클은 상기 기판에 대하여 제3 원소를 포함하는 리액턴트를 공급하는 공정을 더 포함하고,
상기 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소, 상기 제3 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성한다.
(부기 15)
부기 1 내지 14 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 사이클은 또한 상기 기판에 대하여 제3 원소를 포함하는 리액턴트를 공급하고, 상기 제2 고체층을 개질하여, 제3 고체층을 형성하는 공정을, 상기 각 공정과 비동시로 행하는 것을 더 포함하고,
상기 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소, 상기 제3 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성한다.
(부기 16)
부기 1 내지 15 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 원료는, 상기 제1 원소, 탄소 및 할로겐 원소를 포함한다.
(부기 17)
부기 1 내지 16 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 원료는, 1 분자 중(그 화학 구조식 중)에 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 적어도 2개 갖는다.
(부기 18)
부기 1 내지 17 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 리액턴트는, 질소 함유 가스(질화 가스, 질화수소계 가스), 탄소 함유 가스(탄화수소계 가스), 질소 및 탄소를 포함하는 가스(아민계 가스, 유기 히드라진계 가스), 산소 함유 가스(산화 가스), 붕소 함유 가스(보란계 가스), 및 붕소, 질소 및 탄소를 포함하는 가스(보라진계 가스)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함한다.
(부기 19)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실과,
상기 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료를 공급하는 원료 공급계와,
상기 처리실 내의 기판에 대하여 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급하는 리액턴트 공급계와,
상기 처리실 내의 기판에 대하여 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급계와,
상기 처리실 내의 기판을 가열하는 히터와,
가스를 플라즈마 여기시키는 여기부와,
상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 원료가 열분해함과 함께, 상기 원료에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서 상기 원료를 공급함으로써, 1 원자층을 초과하고 수 원자층 이하의 두께를 갖고 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 포함하는 제1 고체층을 형성하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 상기 리액턴트를 공급하거나, 또는, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스 및 플라즈마 여기시키지 않은 상기 리액턴트를 공급함으로써, 상기 제1 고체층을 개질하여, 제2 고체층을 형성하는 처리를 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 처리를 행하게 하도록, 상기 원료 공급계, 상기 리액턴트 공급계, 상기 불활성 가스 공급계 및 상기 히터를 제어하도록 구성되는 제어부,
를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 20)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
처리실 내의 기판에 대하여, 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료가 열분해함과 함께, 상기 원료에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서 상기 원료를 공급함으로써, 1 원자층을 초과하고 수 원자층 이하의 두께를 갖고 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 포함하는 제1 고체층을 형성하는 수순과,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급하거나, 또는, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스 및 플라즈마 여기시키지 않은 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급함으로써, 상기 제1 고체층을 개질하여, 제2 고체층을 형성하는 수순,
을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램, 및, 해당 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 의하면, 탄소 농도의 높은 막을 형성하는 것이 가능해진다
121 : 컨트롤러 200 : 웨이퍼
201 : 처리실 202 : 처리로
203 : 반응관 207 : 히터
231 : 배기관 232a 내지 232f : 가스 공급관

Claims (20)

  1. 기판에 대하여, 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 가지고 할로겐 원소를 포함하는 원료가 열분해함과 함께, 상기 원료에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건하에서 상기 원료를 공급함으로써, 1 원자층을 초과하고 3 원자층 이하의 두께를 갖고 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 포함하는 제1 고체층을 형성하는 공정,
    상기 기판이 존재하는 공간에 잔류하는 상기 원료를 포함하는 잔류 가스를 제거하는 공정,
    상기 기판에 대하여, 플라즈마 여기시킨 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급하거나, 또는, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스 및 플라즈마 여기시키지 않은 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급함으로써, 상기 제1 고체층을 개질하여, 제2 고체층을 형성하는 공정, 및
    상기 기판이 존재하는 공간에 잔류하는 상기 리액턴트를 포함하는 잔류 가스를 제거하는 공정
    을 비동시로 행하는 사이클을 미리 정해진 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고체층을 형성하는 공정에서는, 상기 원료에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부를 절단하지 않고 유지한 채 상기 제1 고체층 내에 도입시키는, 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고체층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 고체층 중에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 수가, 상기 원료의 화학 흡착을 발생시켰을 경우에 형성되는 상기 원료의 화학 흡착층에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 수보다도 많아지도록, 상기 제1 고체층을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고체층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 고체층 중에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 수가, 상기 원료의 화학 흡착을 발생시켰을 경우에 상기 원료의 화학 흡착이 포화됨으로써 형성되는 상기 원료의 화학 흡착층에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 수보다도 많아지도록, 상기 제1 고체층을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고체층을 형성하는 공정에서는, 상기 원료의 화학 흡착을 발생시켰을 경우에 상기 원료의 화학 흡착이 포화됨으로써 형성되는 상기 원료의 화학 흡착층보다도 두꺼워지도록, 상기 제1 고체층을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고체층은, 1 원자층 초과 2 원자층 이하의 두께를 갖는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고체층은, 상기 제1 원소 및 탄소가 퇴적되어 이루어지는 퇴적층인, 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고체층을 형성하는 공정에서는, 상기 원료를 상기 기판이 존재하는 공간 내에 공급하면서 상기 공간 내로부터 배기하고, 그때, 상기 원료의 상기 공간 내로부터의 배기 레이트를 상기 원료의 상기 공간 내로의 공급 레이트보다도 작게 한 상태를 유지하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 고체층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 고체층 중에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서, 상기 기판에 대하여 상기 리액턴트를 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 고체층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 고체층 중에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부를 절단하지 않고 유지한 채 상기 개질을 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 고체층을 형성하는 공정에서는, 플라즈마 여기시킨 상기 리액턴트를 공급할 때 상기 리액턴트를 간헐적으로 플라즈마 여기시키는, 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 기판에 대하여, 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료가 열분해함과 함께, 상기 원료에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건하에서 상기 원료를 공급함으로써, 1 원자층을 초과하고 3 원자층 이하의 두께를 갖고 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 포함하는 제1 고체층을 형성하는 공정, 및
    상기 기판에 대하여, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스 및 플라즈마 여기시키지 않은 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급함으로써, 상기 제1 고체층을 개질하여, 제2 고체층을 형성하는 공정
    을 비동시로 행하는 사이클을 미리 정해진 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 제2 고체층을 형성하는 공정에서는, 불활성 가스를 간헐적으로 플라즈마 여기시키는, 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 사이클은 상기 기판에 대하여 제3 원소를 포함하는 리액턴트를 공급하는 공정을 더 포함하고,
    상기 사이클을 미리 정해진 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소, 상기 제3 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 사이클은 상기 기판에 대하여 제3 원소를 포함하는 리액턴트를 공급하여, 상기 제2 고체층을 개질함으로써, 제3 고체층을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 제3 고체층을 형성하는 공정을, 상기 제1 고체층을 형성하는 공정, 상기 원료를 포함하는 잔류 가스를 제거하는 공정, 상기 제2 고체층을 형성하는 공정, 및 상기 리액턴트를 포함하는 잔류 가스를 제거하는 공정의 각 공정과 비동시로 행하고,
    상기 사이클을 미리 정해진 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소, 상기 제3 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 삭제
  17. 제1항에 있어서,
    상기 원료는, 1 분자 중에 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 적어도 2개 갖는, 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 리액턴트는, 질소 함유 가스, 탄소 함유 가스, 질소 및 탄소를 포함하는 가스, 산소 함유 가스, 붕소 함유 가스 및, 붕소, 질소 및 탄소를 포함하는 가스로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 기판을 수용하는 처리실,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 가지고 할로겐 원소를 포함하는 원료를 공급하는 원료 공급계,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급하는 리액턴트 공급계,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급계,
    상기 처리실 내의 기판을 가열하는 히터,
    가스를 플라즈마 여기시키는 여기부,
    상기 처리실 내를 배기하는 배기계, 및
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 원료가 열분해함과 함께, 상기 원료에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서 상기 원료를 공급함으로써, 1 원자층을 초과하고 3 원자층 이하의 두께를 갖고 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 포함하는 제1 고체층을 형성하는 처리, 상기 기판이 존재하는 공간에 잔류하는 상기 원료를 포함하는 잔류 가스를 제거하는 처리, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 상기 리액턴트를 공급하거나, 또는, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스 및 플라즈마 여기시키지 않은 상기 리액턴트를 공급함으로써, 상기 제1 고체층을 개질하여, 제2 고체층을 형성하는 처리, 및 상기 기판이 존재하는 공간에 잔류하는 상기 리액턴트를 포함하는 잔류 가스를 제거하는 처리를 비동시로 행하는 사이클을 미리 정해진 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 처리를 행하게 하도록, 상기 원료 공급계, 상기 리액턴트 공급계, 상기 불활성 가스 공급계, 상기 히터, 및 상기 배기계를 제어하도록 구성되는 제어부,
    를 갖는 기판 처리 장치.
  20. 기판에 대하여, 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 가지고 할로겐 원소를 포함하는 원료가 열분해함과 함께, 상기 원료에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합의 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서 상기 원료를 공급함으로써, 1 원자층을 초과하고 3 원자층 이하의 두께를 갖고 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 포함하는 제1 고체층을 형성하는 수순,
    상기 기판이 존재하는 공간에 잔류하는 상기 원료를 포함하는 잔류 가스를 제거하는 수순,
    상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급하거나, 또는, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스 및 플라즈마 여기시키지 않은 제2 원소를 포함하는 리액턴트를 공급함으로써, 상기 제1 고체층을 개질하여, 제2 고체층을 형성하는 수순, 및
    상기 기판이 존재하는 공간에 잔류하는 상기 리액턴트를 포함하는 잔류 가스를 제거하는 수순
    을 비동시로 행하는 사이클을 미리 정해진 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는, 기록 매체에 기록된 프로그램.
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