KR101799190B1 - 반도체 디바이스의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 - Google Patents

반도체 디바이스의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 Download PDF

Info

Publication number
KR101799190B1
KR101799190B1 KR1020160034244A KR20160034244A KR101799190B1 KR 101799190 B1 KR101799190 B1 KR 101799190B1 KR 1020160034244 A KR1020160034244 A KR 1020160034244A KR 20160034244 A KR20160034244 A KR 20160034244A KR 101799190 B1 KR101799190 B1 KR 101799190B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
film
source gas
supplying
halogen
Prior art date
Application number
KR1020160034244A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160117209A (ko
Inventor
가즈히로 하라다
아리토 오가와
모토무 데가이
마사히토 기타무라
히로시 아시하라
Original Assignee
가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 filed Critical 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
Publication of KR20160117209A publication Critical patent/KR20160117209A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101799190B1 publication Critical patent/KR101799190B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/033—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers
    • H01L21/0334—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane
    • H01L21/0338—Process specially adapted to improve the resolution of the mask
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/033—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers
    • H01L21/0332—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their composition, e.g. multilayer masks, materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28026—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
    • H01L21/28035—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities
    • H01L21/28044—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities the conductor comprising at least another non-silicon conductive layer
    • H01L21/28061—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities the conductor comprising at least another non-silicon conductive layer the conductor comprising a metal or metal silicide formed by deposition, e.g. sputter deposition, i.e. without a silicidation reaction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28026—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
    • H01L21/28088—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being a composite, e.g. TiN
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158—Making the insulator
    • H01L21/28167—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
    • H01L21/28194—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation by deposition, e.g. evaporation, ALD, CVD, sputtering, laser deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158—Making the insulator
    • H01L21/28229—Making the insulator by deposition of a layer, e.g. metal, metal compound or poysilicon, followed by transformation thereof into an insulating layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
    • H01L21/28562—Selective deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/011—Groups of the periodic table
    • H01L2924/01111—Halogens

Abstract

유기계 원료 가스 및 할로겐계 원료 가스를 사용하여 박막을 형성함으로써, 박막의 막 스트레스를 저감시켜, 배리어성을 높일 수 있는 기술을 제공한다. 기판에 대하여 금속 원소인 제1 원소를 포함하는 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 상기 제1 원소를 포함하는 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 제2 원소를 포함하고, 제1 원소와 반응하는 반응 가스를 공급하는 공정을 시분할하여 소정 횟수 행함으로써, 제1 원소 및 제2 원소를 포함하는 금속 함유막을 형성하고, 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정에서의 유기계 금속 원료 가스의 공급 유량 및 공급 시간 중 적어도 어느 하나의 값을 제어함으로써, 금속 함유막의 막 스트레스의 값을 제어한다.

Description

반도체 디바이스의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND PROGRAM}
본 발명은 반도체 디바이스의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
최근에는, MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) 등의 반도체 장치의 고집적화 및 고성능화에 수반하여, 디바이스 형상의 미세화나 복잡화가 진행되어, 보다 미세한 가공 기술이 요구되고 있다. 미세 가공에서 사용되는 에칭법의 하나인 건식 에칭법에서는 마스크라고 불리는 막을 사용하여, 에칭하지 않는 막을 마스크로 덮고, 마스크로 덮이지 않은 막을 깎는다. 마스크로서는 하드 마스크로서 도전성의 박막이 사용되는 경우가 있다. 도전성의 박막으로서는 금속막(메탈 게이트 전극)으로서, 예를 들어 금속 질화막(예를 들어 질화티타늄 막(TiN막))이 채용된다(특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2011-6783호 공보
도전성의 박막이 하드 마스크로서 사용될 때, 박막의 막 스트레스에 의해 패턴이 구부러져 버리는 경우가 있어, 막 스트레스의 저감이 요구되고 있다. 도전성의 박막은 배리어막(배리어 메탈)으로서 사용되는 경우도 있지만, 고집적화 및 고성능화에 수반하는 박막화에 의해, 배리어성을 높이는 것이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 도전성의 박막이 갖는 막 스트레스를 저감시켜, 배리어성을 높일 수 있는 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 기판에 대하여 금속 원소인 제1 원소를 포함하는 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 상기 제1 원소를 포함하는 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 제2 원소를 포함하고, 상기 제1 원소와 반응하는 반응 가스를 공급하는 공정을 시분할하여 소정 횟수 행함으로써, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소를 포함하는 금속 함유막을 형성하고, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 유량 및 공급 시간 중 적어도 어느 하나의 값을 제어함으로써, 상기 금속 함유막의 막 스트레스의 값을 제어하는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 도전성의 박막이 갖는 막 스트레스를 저감시켜, 배리어성을 높일 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 처리 로의 개략 구성도로서, 처리 로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시하는 기판 처리 장치가 갖는 컨트롤러의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 5는 더블 패터닝법에 의해 기판 위에 패턴을 형성하는 기술을 설명하는 도면으로서, (a)는 하드 마스크 위에 제1 레지스트 용제를 도포한 상태를 나타내고, (b)는 제1 레지스트 패턴을 형성한 상태를 나타내고, (c)는 배리어막을 형성한 상태를 나타내고, (d)는 제2 레지스트 용액을 도포한 상태를 나타내고, (e)는 제2 레지스트 패턴(603b)을 형성한 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 11은 실험예 1, 실험예 2 및 비교예에 있어서의 성막 레이트를 도시하는 도면이다.
도 12는 TDEAT의 공급 시간과 Ti 강도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 13의 (a)는 실험예 1에서 형성된 TiN막의 조성비를 나타내고, (b)는 실험예 2에서 형성된 TiN막의 조성비를 도시하는 도면이다.
도 14는 실험예 1 및 실험예 2에서 형성된 TiN막의 결정성을 도시하는 도면이다.
도 15는 일함수 산출용으로 사용한 캐패시터의 제작 방법의 설명도로서, (a)는 흐름도이며, (b)는 캐패시터의 개략도이다.
도 16은 실험예 1 및 실험예 2에서 형성된 TiN막의 등가 막 두께 EOT와 실효 일함수의 관계를 도시하는 도면이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 처리 로의 개략 구성도로서며, 처리 로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 처리 로의 개략 구성도이며, 처리 로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
하드 마스크로서 사용되는 도전성의 박막으로서, 기판 위에 예를 들어 금속 질화막인 TiN막을 형성하는 경우, Ti 함유 가스로서의 할로겐계 Ti 함유 가스와 질소(N) 함유 가스를 사용하여 TiN막을 형성하는 방법이 있다. 발명자들은 예의 연구를 행하여, Ti 함유 가스로서 할로겐계 Ti 함유 가스 외에 유기계 Ti 함유 가스를 사용함으로써, 막 스트레스를 저하시키는 것이 가능해지는 것을 발견하였다. 후술하는 바와 같이, Ti 함유 가스로서 할로겐계 Ti 함유 가스만을 사용한 경우와 비교하여, Ti 함유 가스로서 유기계 Ti 함유 가스를 가함으로써, 성막 레이트가 빨라져, 막 밀도가 낮아지는 것을 알 수 있다. 그 요인으로서는, 후술하는 바와 같이, 유기계 Ti 함유 가스는 아미노 리간드에 포함되는 C, N 등을 포함한 상태에서 기판 위에 흡착되기 때문에, 막의 밀도가 낮아지기 때문이라고 생각된다. 또한, 유기계 Ti 함유 가스는 아미노 리간드에 포함되는 C, N 등을 포함한 상태에서 기판 위에 흡착되기 때문에, 흡착된 층의 두께가 두꺼워지기 때문이라고 생각된다. 막 밀도가 낮아지면 막 스트레스는 낮아진다. 따라서, 할로겐계 Ti 함유 가스 외에 유기계 Ti 함유 가스를 사용하여 TiN막을 형성함으로써 막 스트레스를 저하시키는 것이 가능해진다.
또한, 발명자들은, 후술하는 바와 같이, 유기계 Ti 함유 가스는, 그 공급 시간을 길게 했다고 해도 포화 흡착되지 않고, 공급 시간이 길어지면 질수록 흡착되는 막 두께는 두꺼워지는 것을 발견하였다. 따라서, TiN막을 형성할 때는 유기계 Ti 함유 가스에서 유래되는 Ti 함유층의 두께와 할로겐계 Ti 함유 가스에서 유래되는 Ti 함유층의 두께의 비(밸런스)를 조정함으로써, TiN막의 막 스트레스를 제어하는 것이 가능해진다. 예를 들어, TiN막을 형성할 때는, 유기계 Ti 함유 가스에서 유래되는 Ti 함유층을 할로겐계 Ti 함유 가스에서 유래되는 Ti 함유층보다도 두껍게 함으로써, TiN막의 막 스트레스를 저하시키는 것이 가능해진다. 즉, TiN막을 형성할 때에, 유기계 Ti 함유 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간과, 할로겐계 Ti 함유 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간의 비(밸런스)를 조정함으로써, TiN막의 막 스트레스를 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 유기계 Ti 함유 가스에서 유래되는 Ti 함유층의 두께를 두껍게 하기 위해서는, TiN막을 형성할 때에, 유기계 Ti 함유 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간과, N 함유 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간의 비(밸런스)를 조정하는 것도 유효하다. 예를 들어, 유기계 Ti 함유 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 증가시킴으로써, 유기계 Ti 함유 가스에서 유래되는 Ti 함유층의 두께를 두껍게 할 수 있고, TiN막의 밀도를 낮추어, 막 스트레스를 저하시키는 것이 가능해진다. 반대로, N 함유 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 증가시킴으로써, TiN막의 밀도를 높이어, 막 스트레스를 높이는 것이 가능해진다.
또한, TiN막은 배리어막으로서 사용되는 경우도 있지만, 반도체 장치의 고집적화 및 고성능화에 수반하여, 박막화가 요구되고 있다. 한편, 박막화에 의해 배리어성은 저하된다. 따라서, 박막화되었다고 해도 높은 배리어성을 갖는 막이 요구되고 있다. 발명자들은, 후술하는 바와 같이, 기판 위에 예를 들어 금속 질화막인 TiN막을 형성할 때, Ti 함유 가스로서의 할로겐계 Ti 함유 가스와 질소(N) 함유 가스를 사용하여 TiN막을 형성한 경우에는 그 결정성은 기둥 형상 구조로 되는 경우가 많은 것을 발견하였다. TiN막을 배리어막으로서 사용한 경우, 기둥 형상 구조의 막에서는 상부층으로부터의 확산 배리어성이 부족해져(약해져) 버리는 경우가 있다. 발명자들은 예의 연구를 행하여, Ti 함유 가스로서 할로겐계 Ti 함유 가스 외에 유기계 Ti 함유 가스를 사용함으로써, 얻어지는 TiN막의 결정성을 보다 아몰퍼스에 가까워지도록 변화시킬 수 있어, TiN막의 배리어성을 향상시키는 것이 가능해지는 것을 발견하였다. 유기계 Ti 함유 가스에서 유래되는 Ti 함유층의 두께가 두꺼워질수록 얻어지는 TiN막의 결정성은 아몰퍼스에 가까워진다. 따라서, 유기계 Ti 함유 가스에서 유래되는 Ti 함유층의 두께와 할로겐계 Ti 함유 가스에서 유래되는 Ti 함유층의 두께의 비(밸런스)를 조정함으로써, TiN막의 배리어성을 제어하는 것이 가능해진다. 즉, TiN막을 형성할 때에 유기계 Ti 함유 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간과, 할로겐계 Ti 함유 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간의 비(밸런스)를 조정함으로써, TiN막의 배리어성을 제어하는 것이 가능해진다. 이하에, 상세를 설명한다.
<본 발명의 제1 실시 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 제1 실시 형태에 대해서 도 1 내지 도 3을 사용하여 설명한다. 기판 처리 장치(10)는 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정인 기판 처리 공정에 있어서 사용되는 장치의 일례로서 구성되어 있다.
(1) 처리 로의 구성
도 1에 도시한 바와 같이, 처리 로(202)는 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판으로서의 히터 베이스(도시하지 않음)에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원 형상으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은 내열성 재료(예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등)로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 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 노즐(410, 420, 430)이 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있다. 노즐(410, 420, 430)에는 가스 공급 라인으로서의 가스 공급관(310, 320, 330)이 각각 접속되어 있다. 이와 같이, 반응관(203)에는 3개의 노즐(410, 420, 430)과, 3개의 가스 공급관(310, 320, 330)이 설치되어 있고, 처리실(201) 내에 복수 종류, 여기에서는 3종류의 가스(처리 가스, 원료)를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
단, 본 실시 형태의 처리 로(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 아니고, 반응관(203)의 하부에 설치해도 된다. 이와 같이, 처리 로(202)의 노구부를 금속제로 하고 이 금속제의 노구부에 노즐 등을 설치해도 된다.
가스 공급관(310, 320, 330)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(312, 322, 332) 및 개폐 밸브인 밸브(314, 324, 334)가 설치되어 있다. 가스 공급관(310, 320, 330)의 밸브(314, 324, 334)보다 하류측에는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(510, 520, 530)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(510, 520, 530)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(512, 522, 523) 및 개폐 밸브인 밸브(514, 524, 534)가 설치되어 있다.
가스 공급관(310, 320, 330)의 선단부에는 노즐(410, 420, 430)이 연결 접속되어 있다. 노즐(410, 420, 430)은, L자형의 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있다. 노즐(410, 420, 430)의 수직부는, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 형성되는 원환상의 공간에, 반응관(203)의 내벽을 따라 상방(웨이퍼(200)의 적재 방향 상방)을 향하여 상승되도록(즉 웨이퍼 배열 영역의 일단측부터 타단측을 향하여 상승되도록) 설치되어 있다. 즉, 노즐(410, 420, 430)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다.
노즐(410, 420, 430)의 측면에는 가스를 공급하는(분출시키는) 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있다. 이 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)은 반응관(203)의 하부부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다. 단, 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)은 상술한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 반응관(203)의 하부로부터 상부를 향하여 개구 면적을 서서히 크게 해도 된다. 이에 의해, 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)으로부터 공급되는 가스의 유량을 균일화하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 가스 공급의 방법은, 반응관(203)의 내벽과 복수매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원환상의 세로로 긴 공간 내, 즉 원통 형상의 공간 내에 배치한 노즐(410, 420, 430)을 경유하여 가스를 반송하고 있다. 그리고, 노즐(410, 420, 430)에 각각 개구된 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)으로부터 웨이퍼(200)의 근방에서 비로소 반응관(203) 내로 가스를 분출시키고 있으며, 반응관(203) 내에 있어서의 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 두께를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 각 웨이퍼(200)의 표면 위를 흐른 가스, 즉 반응 후에 잔류하는 가스(잔류 가스)는 배기구, 즉 후술하는 배기관(231)의 방향을 향하여 흐르는데, 이 잔류 가스의 흐름 방향은, 배기구의 위치에 따라 적절히 특정되며, 수직 방향에 한정되는 것이 아니다.
가스 공급관(310)으로부터는, 처리 가스로서, 제1 원소를 포함하는 제1 원료 가스(제1 금속 함유 가스, 제1 원료)로서의 유기계 원료 가스가, MFC(322), 밸브(324), 노즐(420)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 유기계 원료 가스로서는, 예를 들어 제1 원소로서 금속 원소인 Ti를 포함하면서, 또한 C를 포함하는(C 함유) 금속 원료 가스, 즉 유기계 금속 함유 가스인 유기계 금속 원료 가스(유기 금속 화합물, 유기계 티타늄 함유 가스, 유기계 티타늄 원료 가스)로서의 테트라키스디에틸아미노티타늄(Ti[(C2H5)2N]4, 약칭: TDEAT)이 사용된다. 여기서, 유기계 금속 원료로서의 유기계 가스는, 아민계 가스보다도 광의이며, 아민계 가스는 유기계 가스에 포함된다. 예를 들어, 시클로펜탄(C5H10)은 유기계이지만 아민계가 아니다. 또한, Ti는 전이 금속 원소로 분류된다. 본 명세서에서 「원료」라고 하는 용어를 사용한 경우에는, 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 원료 가스」를 의미하는 경우 또는 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다.
가스 공급관(320)으로부터는, 처리 가스로서, 제2 원소를 포함하는 제2 원료 가스(제2 원료)로서의 무기계 원료 가스가, MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 무기계 원료 가스로서는, 예를 들어 제1 원소로서 금속 원소인 티타늄(Ti)을 포함하면서, 또한 탄소(C) 비함유의 금속 원료 가스, 즉 무기계 금속 함유 가스인 무기계 금속 원료 가스(무기계 금속 화합물, 무기계 티타늄 함유 가스, 무기계 티타늄 원료 가스)이며, 할로겐계 금속 함유 가스(금속 할로겐화물, 할로겐계 금속 원료, 할로겐계 티타늄 함유 가스, 할로겐계 티타늄 원료 가스, 할로겐계 티타늄 원료라고도 칭함)로서의 사염화티타늄(TiCl4)이 사용된다. Ti는 전이 금속 원소로 분류된다. 할로겐계 원료란 할로겐기를 포함하는 원료이다. 할로겐기에는, 클로로기, 플루오로기, 브로모기, 요오드기 등이 포함된다. 즉, 할로겐기에는, 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I) 등의 할로겐 원소가 포함된다.
가스 공급관(330)으로부터는, 처리 가스로서, 질소(N)를 포함하고, Ti와 반응하는 반응 가스(리액턴트)로서의 N 함유 가스가, MFC(332), 밸브(334), 노즐(430)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. N 함유 가스로서는, 금속 원소 비함유의 N 함유 가스, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(510, 520, 530)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(512, 522, 532), 밸브(514, 524, 534), 노즐(410, 420, 430)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 가스 공급관(510, 520, 530)으로부터 공급하는 불활성 가스는, 후술하는 기판 처리 공정에 있어서, 퍼지 가스, 희석 가스, 또는 캐리어 가스로서 작용한다.
처리 가스로서 TiCl4나 TDEAT와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 화합물을 사용하는 경우에는 액체 상태의 TiCl4나 TDEAT를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화되어, TiCl4 가스나 TDEAT 가스로서 처리실(201) 내에 공급하게 된다.
주로, 가스 공급관(310, 320, 330), MFC(312, 322, 332), 밸브(314, 324, 334)에 의해 처리 가스 공급계가 구성된다. 노즐(410, 420, 430)을 처리 가스 공급계에 포함하여 생각해도 된다. 처리 가스 공급계를, 간단히 가스 공급계라고 칭할 수도 있다.
가스 공급관(310, 320)으로부터 상술한 바와 같은 원료 가스로서의 금속 함유 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(310, 320), MFC(312, 322), 밸브(314, 324)에 의해 원료 가스 공급계로서의 금속 함유 가스 공급계가 구성된다. 노즐(410, 420)을 원료 가스 공급계에 포함하여 생각해도 된다. 원료 가스 공급계를 원료 공급계라고 칭할 수도 있다.
가스 공급관(310)으로부터 원료 가스로서 유기계 원료 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(310), MFC(312), 밸브(314)에 의해 유기계 원료 가스 공급계가 구성된다. 노즐(410)을 유기계 원료 가스 공급계에 포함하여 생각해도 된다. 유기계 원료 가스 공급계를 유기계 원료 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(310)으로부터 유기계 금속 함유 가스로서의 유기계 금속 원료 가스를 흘리는 경우, 유기계 원료 가스 공급계를 유기계 금속 함유 가스 공급계로서의 유기계 금속 원료 가스 공급계(유기계 금속 원료 공급계)라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(310)으로부터 TDEAT 가스를 흘리는 경우, 유기계 금속 원료 가스 공급계를 TDEAT 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. TDEAT 가스 공급계를 TDEAT 공급계라고 칭할 수도 있다.
가스 공급관(320)으로부터 원료 가스로서 무기계 원료 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(320), MFC(322), 밸브(324)에 의해 무기계 원료 가스 공급계가 구성된다. 노즐(420)을 무기계 원료 가스 공급계에 포함하여 생각해도 된다. 무기계 원료 가스 공급계를 무기계 원료 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(320)으로부터 무기계 금속 함유 가스인 무기계 금속 원료 가스를 흘리는 경우, 무기계 원료 가스 공급계를 무기계 금속 함유 가스 공급계로서의 무기계 금속 원료 가스 공급계(무기계 금속 원료 공급계)라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(320)으로부터 할로겐계 원료 가스를 흘리는 경우, 무기계 원료 가스 공급계를 할로겐계 원료 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. 할로겐계 원료 가스 공급계를 할로겐계 원료 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(320)으로부터 TiCl4 가스를 흘리는 경우, 할로겐계 원료 가스 공급계를 TiCl4 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. TiCl4 가스 공급계를 TiCl4 공급계라고 칭할 수도 있다.
가스 공급관(330)으로부터 반응 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(330), MFC(332), 밸브(334)에 의해 반응 가스 공급계가 구성된다. 노즐(430)을 반응 가스 공급계에 포함하여 생각해도 된다. 가스 공급관(330)으로부터 N 함유 가스를 흘리는 경우, 반응 가스 공급계를 N 함유 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(330)으로부터 NH3 가스를 흘리는 경우, N 함유 가스 공급계를 NH3 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. NH3 가스 공급계를 NH3 공급계라고 칭할 수도 있다.
또한, 주로, 가스 공급관(510, 520, 530), MFC(512, 522, 532), 밸브(514, 524, 534)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다. 불활성 가스로서 캐리어 가스를 흘리는 경우, 불활성 가스 공급계를 캐리어 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. 이 불활성 가스는, 퍼지 가스로서도 작용하는 점에서 불활성 가스 공급계를 퍼지 가스 공급계라고 칭할 수도 있다.
반응관(203)에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치되어 있다. 배기관(231)에는 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 개재하여, 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 포함하여 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 하측부터 맞닿도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 SUS 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는 반응관(203)의 하단와 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 관통하여 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 보트 엘리베이터(115)는 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를, 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를, 수평 자세이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜 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 있고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전량을 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는, 노즐(410, 420 및 430)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 버스를 통하여, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것으로, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 용어를 사용한 경우에는 프로세스 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, RAM(121b)은 CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크에리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(312, 322, 332, 512, 522, 532), 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534), APC 밸브(243), 압력 센서(245), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는 판독한 프로세스 레시피에 따라, MFC(312, 322, 332, 512, 522, 532)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534)의 개폐 동작, APC 밸브(243)의 개폐 동작 및 APC 밸브(243)에 의한 압력 센서(245)에 기초하는 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는, 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)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체라는 용어를 사용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터에의 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여 행해도 된다.
(2) 기판 처리 공정(성막 공정)
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 위에, 예를 들어 메탈 하드마스크를 구성하는 금속막을 형성하는 공정의 일례에 대해 도 4, 도 5를 사용하여 설명한다. 금속막을 형성하는 공정은, 상술한 기판 처리 장치(10)의 처리 로(202)를 사용하여 실행된다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
(본 발명의 제1 실시 형태)
본 실시 형태의 바람직한 성막 시퀀스(간단히 시퀀스라고도 칭함)는, 웨이퍼(200)에 대하여 금속 원소인 제1 원소(예를 들어 티타늄(Ti))를 포함하는 유기계 금속 원료 가스(예를 들어 TDEAT 가스)를 공급하는 공정과, 상기 웨이퍼(200)에 대하여 상기 제1 원소를 포함하는 할로겐계 금속 원료 가스(예를 들어 TiCl4 가스)를 공급하는 공정과, 상기 웨이퍼(200)에 대하여 제2 원소(예를 들어 질소(N))를 포함하고, 상기 제1 원소와 반응하는 반응 가스(예를 들어 NH3 가스)를 공급하는 공정을 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스식으로) 소정 횟수 행함으로써, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 포함하는 금속 함유막을 형성하고, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 유량 및 공급 시간 중 적어도 어느 하나의 값을 제어함으로써, 상기 금속 함유막의 막 스트레스의 값을 제어하는 공정을 갖는다.
본 명세서에서, 「처리(또는 공정, 사이클, 스텝 등이라고 칭함)를 소정 횟수 행하는」이란, 이 처리 등을 1회 또는 복수회 행하는 것을 의미한다. 즉, 처리를 1회 이상 행하는 것을 의미한다. 도 4는 각 처리(사이클)를 n사이클씩 반복하는 예를 나타내고 있다. n의 값은, 최종적으로 형성되는 TiN막에 있어서 필요로 되는 막 두께에 따라 적절히 선택된다. 즉, 상술한 각 처리를 행하는 횟수는, 목표로 하는 막 두께에 따라 결정된다.
또한, 본 명세서에서 「웨이퍼」라는 용어를 사용한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우(즉, 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함하여 웨이퍼라고 칭하는 경우)가 있다. 또한, 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 용어를 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 용어를 사용한 경우도, 「웨이퍼」라고 하는 용어를 사용한 경우와 마찬가지이며, 그 경우, 상기 설명에 있어서, 「웨이퍼」를 「기판」으로 바꾸어서 생각하면 된다.
또한, 본 명세서에서 금속막이라는 용어는, 금속 원자를 포함하는 도전성의 물질로 구성되는 막을 의미하고, 이것에는 도전성의 금속 질화막(메탈 나이트라이드막), 도전성의 금속 산화막(메탈 옥시드막), 도전성의 금속 산질화막(메탈 옥시나이트라이드막), 도전성의 금속 복합막, 도전성의 금속 합금막, 도전성의 금속 실리사이드막(메탈 실리사이드막), 도전성의 금속 탄화막(메탈 카바이드막), 도전성의 금속 탄질화막(메탈 카르보나이트라이드막) 등이 포함된다. 또한, TiN막은 도전성의 금속 질화막이며, TiC막은 도전성의 금속 탄화막이며, TiCN막은 도전성의 금속 탄질화막이다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시된 바와 같이 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220)을 개재해서 매니폴드(209)의 하단 개구를 폐색한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내, 즉 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은, 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여, APC 밸브(243)가 피드백 제어된다(압력 조정). 진공 펌프(246)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 항상 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전량이 피드백 제어된다(온도 조정). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행하여진다. 계속해서, 회전 기구(267)에 의해 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행하여진다.
(TiN막 형성 스텝)
계속해서, TiN막을 형성하는 스텝을 실행한다. TiN막 형성 스텝은, 이하에 설명하는 유기계 원료 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, 할로겐계 원료 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, N 함유 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝을 포함한다.
(유기계 원료 가스 공급 스텝)
밸브(314)를 개방하여, 가스 공급관(310) 내에 유기계 원료 가스인 TDEAT 가스를 흘린다. 가스 공급관(310) 내를 흐른 TDEAT 가스는, MFC(312)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 TDEAT 가스는, 노즐(410)의 가스 공급 구멍(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 TDEAT 가스가 공급되게 된다. 즉 웨이퍼(200)의 표면은 TDEAT 가스에 폭로되게 된다. 이때 동시에 밸브(514)를 개방하여, 가스 공급관(510) 내에 N2 가스를 흘린다. 가스 공급관(510) 내를 흐른 N2 가스는 MFC(512)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는 TDEAT 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한, 이때, 노즐(420, 430) 내에의 TDEAT 가스의 침입을 방지하기 위하여, 밸브(524, 534)를 개방하여, 가스 공급관(520, 530) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 가스 공급관(320, 330), 노즐(420, 430)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 10000Pa의 범위 내의 (소정의) 압력, 바람직하게는 1 내지 500Pa의 범위 내의 (소정의) 압력, 보다 바람직하게는 40 내지 60Pa의 범위 내의 (소정의) 압력으로 한다. 압력이 10000Pa보다 높으면 후술하는 잔류 가스 제거를 충분히 행하지 못하는 경우가 있고, 압력이 1Pa보다 낮으면, TDEAT 가스의 반응 속도를 충분히 얻지 못할 가능성이 있다. 또한, 본 명세서에서는, 수치의 범위로서, 예를 들어 1 내지 10000Pa로 기재한 경우에는 1Pa 이상 10000Pa 이하를 의미한다. 즉, 수치의 범위 내에는 1Pa 및 10000Pa가 포함된다. 압력뿐만 아니라, 유량, 시간, 온도 등, 본 명세서에 기재되는 모든 수치에 대해서 마찬가지이다.
MFC(312)로 제어하는 TDEAT 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 10000sccm의 범위 내의 (소정의) 유량, 바람직하게는 1 내지 1000sccm의 범위 내의 (소정의) 유량, 보다 바람직하게는 1 내지 200sccm의 범위 내의 (소정의) 유량으로 한다. 상술한 처리실(201) 내의 압력 및 후술하는 히터(207)의 온도에서는, TDEAT 가스는 웨이퍼(200) 위에 포화 흡착되지 않는 경우가 많기 때문에, TDEAT 가스의 공급 유량을 많게 하면 할수록, TDEAT 가스의 공급 시간을 동일하게 한 경우와 비교하여, 후술하는 웨이퍼(200) 위에 퇴적하는 제1 Ti 함유층의 두께를 두껍게 할 수 있다. 즉, TDEAT 가스의 반응 속도(성막 레이트)를 높이는 것이 가능해진다. 단, 유량이 10000sccm보다 많으면 후술하는 잔류 가스 제거를 충분히 행하지 못하는 경우가 있다. 또한, 유량이 1sccm보다 적으면 TDEAT 가스의 반응 속도를 충분히 얻지 못할 가능성이 있다.
MFC(512, 522, 532)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 10 내지 20000sccm의 범위 내의 (소정의) 유량, 바람직하게는 400 내지 15000sccm의 범위 내의 (소정의) 유량, 보다 바람직하게는 300 내지 600sccm의 범위 내의 (소정의) 유량으로 한다. 유량이 20000sccm보다 많으면 TDEAT 가스의 반응 속도를 충분히 얻지 못할 가능성이 있고, 유량이 10sccm보다 적으면 후술하는 잔류 가스 제거를 충분히 행하지 못하는 경우가 있다.
TDEAT 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예를 들어 0.1 내지 120초의 범위 내의 (소정의) 시간, 바람직하게는 0.5 내지 30초의 범위 내의 (소정의) 시간, 보다 바람직하게는 8 내지 12초의 범위 내의 (소정의) 시간으로 한다. 상술한 처리실(201) 내의 압력 및 후술하는 히터(207)의 온도에서는, TDEAT 가스는 웨이퍼(200) 위에 포화 흡착되지 않는 경우가 많기 때문에, TDEAT 가스의 공급 시간을 길게 하면 할수록, TDEAT 가스의 공급 유량을 동일하게 한 경우와 비교하여, 후술하는 웨이퍼(200) 위에 퇴적하는 제1 Ti 함유층의 두께를 두껍게 할 수 있다. 즉, TDEAT 가스의 반응 속도(성막 레이트)를 높이는 것이 가능해진다. 단, 공급 시간이 60초보다 길어지면, C, N 등이 허용량 이상으로 많이 도입되어 버릴 가능성이 있다. 또한, 공급 시간이 0.1초보다 짧아지면 성막 레이트가 낮아질 가능성이 있다.
히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 200 내지 600℃의 범위 내의 (소정의) 온도, 바람직하게는 200 내지 550℃의 범위 내의 (소정의) 온도, 보다 바람직하게는 200 내지 400℃의 범위 내의 (소정의) 온도로 되도록 설정한다. 600℃ 이상에서는 TDEAT 가스의 열분해가 촉진되어 버림으로써, 성막 레이트가 너무 높아져 막 두께의 제어성이 악화되어 균일성이 악화되거나, 불순물이 다량으로 도입되어 저항률이 높아져 버리는 경우가 있다. 한편, 200℃ 미만에서는 반응성이 낮아져 막 형성이 곤란해질 가능성이 있다. 처리실(201) 내에 흐르고 있는 가스는, TDEAT 가스와 N2 가스뿐이며, TDEAT 가스의 공급에 의해, 웨이퍼(200)(표면의 바탕막) 위에 제1 Ti 함유층이 형성된다.
제1 Ti 함유층은, Ti 단일 원자만을 포함하는 Ti층이 되는 경우도 있지만, 각 원료 유래의 그 밖의 원자를 포함하는 경우도 있고, TDEAT 가스를 사용하는 유기계 원료 가스 공급 스텝에서는, C, N, H가 포함되는 경우가 있다. 따라서, 제1 Ti 함유층은 TDEAT의 퇴적층인 TDEAT층을 포함한다. TDEAT층은, TDEAT 분자로 구성되는 퇴적층을 포함한다. TDEAT층을 구성하는 TDEAT 분자는, Ti와 C, N, H의 결합이 일부 끊어진 것도 포함한다.
상술한 처리실(201) 내의 압력 및 히터(207)의 온도에서는, TDEAT 분자는 웨이퍼(200) 위에 포화 흡착되지 않는 경우가 많기 때문에, TDEAT 가스 공급 시의 처리실 내의 압력 및 히터의 온도를 동일하게 한 경우에도, TDEAT 가스의 공급 유량 및 공급 시간을 바꿈으로써(조정, 제어, 컨트롤), 웨이퍼(200) 위에 퇴적하는 제1 Ti 함유층의 막 두께를 제어(조정, 변조, 튜닝, 컨트롤)하는 것이 가능해진다. 즉, TDEAT 가스의 공급 유량 및 공급 시간을 바꿈으로써(조정, 제어, 컨트롤), 웨이퍼(200) 위에 퇴적하는 제1 Ti 함유층의 성막 레이트를 제어(조정, 변조, 튜닝, 컨트롤)하는 것이 가능해진다.
TDEAT 가스의 공급 유량을 적게 한 경우 또는 TDEAT 가스의 공급 시간을 짧게 한 경우에는, 웨이퍼(200) 위에 1분자층 미만의 두께의 제1 Ti 함유층이 형성된다. 제1 Ti 함유층을 구성하는 주된 구성 요소가 Ti단일 원자뿐인 경우에는, 제1 Ti 함유층은(1) 원자층 미만의 두께를 갖는다고 할 수 있다. TDEAT 가스의 공급 유량을 많게 함에 따라, 또는 TDEAT 가스의 공급 시간을 길게 함에 따라, 웨이퍼(200) 위에 형성되는 제1 Ti 함유층의 두께는, 1분자층으로부터 수 분자층의 두께로 된다. 제1 Ti 함유층을 구성하는 주된 구성 요소가 Ti단일 원자뿐인 경우에는, 제1 Ti 함유층은(1) 원자층으로부터 수 원자층의 두께로 된다고 할 수 있다. 여기서, 1분자층 미만의 두께의 층이란 불연속으로 형성되는 분자층을 의미하고, 1분자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 분자층을 의미하고 있다. 1원자층 미만의 두께의 층이란 불연속으로 형성되는 원자층을 의미하고 있으며, 1원자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 원자층을 의미하고 있다. 이 점은 후술하는 예에 대해서도 마찬가지이다.
(잔류 가스 제거 스텝)
그 후, 밸브(314)를 폐쇄하여 TDEAT 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방된 상태로 하여, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 상기한 제1 Ti 함유층의 형성에 기여한 후의 TDEAT 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 이때 밸브(514, 524, 534)는 개방된 상태로 하여, N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 상기한 제1 Ti 함유층의 형성에 기여한 후의 TDEAT 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 스텝에 있어서 악영향이 발생할 일은 없다. 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 그 후의 스텝에 있어서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
(할로겐계 원료 가스 공급 스텝)
이어서, 밸브(324)를 개방하여, 가스 공급관(320) 내에 할로겐계 원료인 TiCl4 가스를 흘린다. 가스 공급관(320) 내를 흐른 TiCl4 가스는 MFC(322)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 TiCl4 가스는 노즐(420)의 가스 공급 구멍(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 TiCl4 가스가 공급되는 것으로 된다. 즉 웨이퍼(200)의 표면은 TiCl4 가스에 폭로되는 것으로 된다. 이때 동시에 밸브(524)를 개방하여, 가스 공급관(520) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(520) 내를 흐른 N2 가스는, MFC(522)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는 TiCl4 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한, 이때, 노즐(410), 노즐(430) 내에의 TiCl4 가스의 침입을 방지하기 위하여, 밸브(514, 534)를 개방하여, 가스 공급관(510), 가스 공급관(530) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(310), 가스 공급관(330), 노즐(410), 노즐(430)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 70000Pa의 범위 내의 (소정의) 압력, 바람직하게는 1 내지 1333Pa의 범위 내의 (소정의) 압력, 보다 바람직하게는 20 내지 50Pa의 범위 내의 (소정의) 압력으로 한다. 압력이 70000Pa보다 높으면 후술하는 잔류 가스 제거를 충분히 행하지 못하는 경우가 있고, 압력이 0.01Pa보다 낮으면, TiCl4 가스의 반응 속도를 충분히 얻지 못할 가능성이 있다.
MFC(322)로 제어하는 TiCl4 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 10000sccm의 범위 내의 (소정의) 유량, 바람직하게는 10 내지 2000sccm의 범위 내의 (소정의) 유량, 보다 바람직하게는 10 내지 600sccm의 범위 내의 (소정의) 유량으로 한다. 유량이 10000sccm보다 많으면 후술하는 잔류 가스 제거를 충분히 행하지 못하는 경우가 있고, 유량이 1sccm보다 적으면 TiCl4 가스의 반응 속도를 충분히 얻지 못할 가능성이 있다.
MFC(512, 522, 532)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 1 내지 20000sccm의 범위 내의 (소정의) 유량, 바람직하게는 500 내지 15000sccm의 범위 내의 (소정의) 유량, 보다 바람직하게는 600 내지 800sccm의 범위 내의 (소정의) 유량으로 한다. 유량이 20000sccm보다 많으면 TiCl4 가스의 반응 속도를 충분히 얻지 못할 가능성이 있고, 유량이 1sccm보다 적으면 후술하는 잔류 가스 제거를 충분히 행하지 못하는 경우가 있다.
TiCl4 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예를 들어 0.1 내지 120초의 범위 내의 (소정의), 바람직하게는 1 내지 30초의 범위 내의 (소정의), 보다 바람직하게는 2 내지 6초의 범위 내의 (소정의) 시간으로 한다. 공급 시간이 120초보다 길어지면, Cl 등이 많이 도입되어 버릴 가능성이 있고, 공급 시간이 0.1초보다 적어지면 성막 레이트가 낮아질 가능성이 있다.
히터(207)의 온도는, 유기계 원료 가스 공급 스텝과 마찬가지의 온도로 설정한다. 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는 TiCl4 가스와 N2 가스뿐이며, TiCl4 가스의 공급에 의해, 웨이퍼(200) 위에 형성된 제1 Ti 함유층의 적어도 일부와 TiCl4 가스가 반응하여 웨이퍼(200)(제1 Ti 함유층) 위에 제2 Ti 함유층이 형성된다.
유기계 원료 가스 공급 스텝에서 형성된 제1 Ti 함유층과 마찬가지로, 할로겐계 원료 가스 공급 스텝에서 형성된 제2 Ti 함유층도 Ti 단일 원자만을 포함하는 Ti층으로 되는 경우도 있지만, 각 원료 유래의 그 밖의 원자를 포함하는 경우도 있고, 할로겐계 원료 가스 공급 스텝에서는 할로겐계 원소인 Cl을 포함하는 경우가 많다. 즉, 제2 Ti 함유층은 TiCl4의 흡착층인 TiCl4층을 포함한다. TiCl4층은, TiCl4 분자의 연속적인 흡착층 외에, 불연속인 흡착층도 포함한다. 즉, TiCl4층은, TiCl4 분자로 구성되는 1분자층 또는 1분자층 미만의 두께의 흡착층을 포함한다. TiCl4층을 구성하는 TiCl4 분자는, Ti와 Cl의 결합이 일부 끊어진 것도 포함한다. 상술한 처리실(201) 내의 압력 및 히터(207)의 온도에서는, TiCl4 가스는 웨이퍼(200) 위에 포화 흡착되는 경우가 많다.
(잔류 가스 제거 스텝)
제2 Ti 함유막이 형성된 후, 밸브(324)를 폐쇄하여, TiCl4 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 유기계 원료 가스 공급 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내, 제2 Ti 함유층이 형성된 웨이퍼(200)가 존재하는 공간에 잔류하는 미반응 또는 제2 Ti 함유층의 형성에 기여한 후의 TiCl4 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 되는 점은, 유기계 원료 가스 공급 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지이다.
(N 함유 가스 공급 스텝)
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(334)를 개방하여, 가스 공급관(330) 내에 N 함유 가스인 NH3 가스를 흘린다. 가스 공급관(330) 내를 흐른 NH3 가스는 MFC(332)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 NH3 가스는, 노즐(430)의 가스 공급 구멍(430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 처리실(201) 내에 공급된 NH3 가스는 열로 활성화된 후, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 열로 활성화된 NH3 가스가 공급되게 된다. 즉 웨이퍼(200)의 표면은 열로 활성화된 NH3 가스에 폭로되게 된다. 이때 동시에 밸브(534)를 개방하여, 가스 공급관(530) 내에 N2 가스를 흘린다. 가스 공급관(530) 내를 흐른 N2 가스는 MFC(532)에 의해 유량 조정된다. N2 가스는 NH3 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 노즐(410, 420) 내로의 NH3 가스의 침입을 방지하기 위하여, 밸브(514, 524)를 개방하여, 가스 공급관(510, 520) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(310, 320), 노즐(410), 노즐(420)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
NH3 가스를 흘릴 때는 APC 밸브(243)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 0.01 내지 70000Pa의 범위 내의 (소정의) 압력, 바람직하게는 1 내지 1330Pa의 범위 내의 (소정의) 압력, 보다 바람직하게는 50 내지 100Pa의 범위 내의 (소정의) 압력으로 한다. 압력 70000Pa보다 높으면 후술하는 잔류 가스 제거를 충분히 행하지 못하는 경우가 있고, 압력이 0.01Pa보다 낮으면, 충분한 성막 레이트를 얻지 못할 가능성이 있다.
MFC(332)로 제어하는 NH3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 10 내지 50000sccm의 범위 내의 (소정의) 유량, 바람직하게는 300 내지 10000sccm의 범위 내의 (소정의) 유량, 보다 바람직하게는 1000 내지 8000sccm의 범위 내의 (소정의) 유량으로 한다. 유량은, 많을수록 원료 가스에서 유래되는 불순물의 TiN막 중에의 도입을 저감시킬 수 있기 때문에 바람직하지만, 50000sccm보다 많으면 후술하는 잔류 가스 제거 스텝에서 충분히 잔류 가스를 제거하지 못할 가능성이 있다. 유량이 0.1slm보다 적으면 충분히 반응을 하지 못할 가능성이 있다.
MFC(512, 522, 532)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 10 내지 20000sccm의 범위 내의 (소정의) 유량, 바람직하게는 400 내지 15000sccm의 범위 내의 (소정의) 유량, 보다 바람직하게는 400 내지 7500sccm의 범위 내의 (소정의) 유량으로 한다. 유량이 20000sccm보다 많으면 성막 레이트가 너무 낮아질 가능성이 있고, 유량이 10sccm보다 적으면 NH3 가스를 충분히 웨이퍼(200)에 공급하지 못할 가능성이 있다.
NH3 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 0.001 내지 300초의 범위 내의 (소정의) 시간, 바람직하게는 0.1 내지 60초의 범위 내의 (소정의) 시간, 보다 바람직하게는 10 내지 25초의 범위 내의 (소정의) 시간으로 한다. 공급 시간은 길수록 원료 가스에서 유래되는 불순물의 TiN막 중에의 도입을 저감시킬 수 있기 때문에 바람직하지만, 300초보다 길면 스루풋이 악화될 가능성이 있다. 공급 시간이 0.001초보다 짧으면, TiCl4 가스와 충분히 반응하지 못할 가능성이 있다.
히터(207)의 온도는, 유기계 원료 가스 공급 스텝, 할로겐계 원료 가스 공급 스텝과 마찬가지의 온도로 설정한다.
이때 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는, NH3 가스와 N2 가스뿐이다. NH3 가스는, 할로겐계 원료 가스 공급 스텝에서 웨이퍼(200) 위에 형성된 제1 Ti 함유층 및 제2 Ti 함유층의 적어도 일부와 치환 반응한다. 치환 반응에 의해, 웨이퍼(200) 위에 Ti와 N을 포함하는 TiN층이 형성된다. TiN층에는, 치환 반응하지 않은 제2 Ti 함유층, 제1 Ti 함유층에 포함되는 각 원료 유래의 그 밖의 원소인 C, N, H, Cl이 포함되는 경우가 있다. 따라서, TiN층은 주된 구성 원소가 Ti, N이지만, 각 원료 유래의 그 밖의 원자를 포함하는 경우가 있기 때문에, TiN층, TiC층, TiCN층 등이라고도 칭할 수 있다.
(잔류 가스 제거 스텝)
TiN층을 형성한 후, 밸브(334)를 폐쇄하여, NH3 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 유기계 원료 가스 공급 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내, 즉 TiN층이 형성된 웨이퍼(200)가 존재하는 공간에 잔류하는 미반응된 NH3 가스, 반응 부생성물, TiN층의 형성에 기여한 후의 NH3 가스 등을 처리실(201)로부터 배제한다. 이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 되는 점은, 유기계 원료 가스 공급 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지이다.
(소정 횟수 실시)
상기한 유기계 원료 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, 할로겐계 원료 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, N 함유 가스 공급 스텝, 잔류 가스 공급 스텝을 순서대로 시분할하여 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 즉 유기계 원료 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, 할로겐계 원료 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, N 함유 가스 공급 스텝, 잔류 가스 공급 스텝의 처리를 1사이클로 하고, 이 처리를 n사이클(n은 1 이상의 정수)만 실행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 소정의 두께(예를 들어 0.1 내지 10nm)의 금속 복합막으로서의 TiN막을 형성한다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
사이클을 복수회 행하는 경우, 적어도 2사이클째 이후의 각 스텝에 있어서, 「웨이퍼(200)에 대하여 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 층 위, 즉 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최표면 위에 소정의 층을 형성한다」는 것을 의미하고 있다. 이 점은, 후술하는 예에 있어서도 마찬가지이다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
밸브(514, 524, 534)를 개방하여, 가스 공급관(510, 520, 530)의 각각으로부터 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되고, 반응관(203)의 하단이 개구된다. 그리고, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
도 5는 더블 패터닝법에 의해 기판 위에 패턴을 형성하는 기술을 설명하는 도면이다. 처음에, 웨이퍼(200) 위에 하드 마스크(601)를 형성하고, 하드 마스크(601) 위에 제1 레지스트 용제(602a)를 도포하고(도 5의 (a)), 선택적 노광 또는 현상 등에 의해 제1 레지스트 패턴(603a)을 형성한다(도 5의 (b)). 반사 방지막(Bottom Anti-Reflective Coating:BARC)(605a)이 선택적 노광 또는 현상 등을 위해 형성되어도 된다. 이어서, 제1 레지스트 패턴(603a) 위 및 제1 레지스트 패턴이 형성되어 있지 않은 하드 마스크(601) 위에 배리어막(보호막)(604)을 형성한다(도 5의 (c)). 또한, 배리어막(604) 위에 제2 레지스트 용액(602b)을 도포하고(도 5의 (d)), 선택적 노광 또는 현상 등에 의해, 제1 레지스트 패턴(603a)이 형성되어 있는 위치와는 상이한 위치에 제2 레지스트 패턴(603b)을 형성한다(도 5의 (e)). 마지막으로, 습식 에칭법 또는 건식 에칭법에 의해 배리어막(604)을 제거한다. 이들 일련의 처리를 행함으로써, 리소그래피의 한계 해상도를 초과한 패턴을 웨이퍼(200) 위에 형성하는 것이 가능해진다. 본 실시 형태에 있어서 형성된 TiN막은 하드 마스크(601)로서 사용하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 형성된 TiN막은 배리어막(604)으로서 사용하는 것도 가능하다.
(3) 본 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 기재하는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(A) Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 TiN막을 형성함으로써, 유기계 원료 가스에서 유래되는 구성 요소인 C, N, H가 TiN막에 도입되기 때문에, 막 밀도를 낮출 수 있어, 성막 레이트를 빠르게 할 수 있다. 막 밀도가 낮아지면 막 스트레스는 저하된다. 따라서, Ti 함유 가스로서 할로겐계 Ti 함유 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 TiN막을 형성할 때, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, 최종적으로 얻어지는 TiN막의 막 스트레스를 저하시키는 것이 가능해진다.
(B) 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 공급 시간을 조정하여, 최종적으로 얻어지는 TiN막에 포함되는 각 원소(Ti, N, C, H, Cl 등)의 원자 농도의 제어성을 높임으로써, TiN막의 막 스트레스의 제어성을 높일 수 있다. 예를 들어, Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 TiN막을 형성할 때, 유기계 Ti 함유 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(C, H, N)의 원자 농도가 할로겐계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(Cl)의 원자 농도보다 높아지도록, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, TiN막의 막 밀도가 낮아지고, 성막 레이트가 빨라져, 막 스트레스를 저하시키는 것이 가능해진다.
(C) Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용함으로써, TiN막의 결정성을 제어하는 것이 가능해진다. 유기계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(C, H, N)의 원자 농도가 할로겐계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(Cl)의 원자 농도보다 높아지도록, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, TiN막의 결정성을 아몰퍼스에 가까워지도록 변화시킬 수 있어, 배리어성을 높이는 것이 가능해진다.
(D) 먼저 유기계 원료 가스를 사용하여 제1 Ti 함유층을 형성한 후, 할로겐계 원료 가스를 사용하여 제2 Ti 함유층을 형성함으로써, 기판의 습윤성이 향상되고 또는 결정핵의 표면 에너지가 낮아져, 막의 표면 조도가 개선된다는 효과를 얻을 수 있다.
(E) 막을 형성할 때, 형성되는 막의 주된 조성을 구성하는 원소 중 금속 원소를 포함하는 층을 기판 위에 형성할 때, 사용하는 금속 함유 원료 가스로서, 예를 들어 유기계 원료 가스 및 할로겐계 원료 가스와 같이 상이한 분자 구조(화학 구조)를 갖는 것을 선택함으로써, 기판 위에 형성하는 막에 포함되는 각 원료 가스에서 유래되는 각 원소의 조성비를 조정(제어, 변조, 튜닝)할 수 있어, 역치 전압이 조정 가능해져, 일함수를 제어(조정, 변조, 튜닝)할 수 있다.
(F) 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 공급 시간을 조정하여, 최종적으로 얻어지는 TiN막에 포함되는 각 원소(Ti, N, C, H, Cl 등)의 원자 농도의 제어성을 높임으로써, TiN막의 일함수의 제어성을 높이는 것이 가능해진다.
상술한 효과는, 원료 가스로서 TDEAT 가스 이외의 유기계 원료 가스를 사용하는 경우나, TiCl4 가스 이외의 할로겐계 원료 가스를 사용하는 경우, 반응 가스로서 NH3 가스 이외의 N 함유 가스를 사용하는 경우에도, 마찬가지로 얻어진다.
이하, 다른 실시 형태에 대하여, 제1 실시 형태와 마찬가지의 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략하고, 제1 실시 형태와 상이한 부분에 대해서 이하에 설명한다.
<본 발명의 제2 실시 형태>
본 실시 형태에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 할로겐계 원료(TiCl4) 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, 유기계 원료(TDEAT) 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, N 함유(NH3) 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝의 사이클을 1사이클로 하고 순서대로 시분할하여 n사이클(n은 1 이상의 정수) 반복함으로써, 웨이퍼(200) 위에 TiN막을 형성한다.
본 실시 형태에 따르면, 이하에 기재하는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(A) Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 TiN막을 형성함으로써, 유기계 원료 가스에서 유래되는 구성 요소인 C, N, H가 TiN막에 도입되기 때문에, 막 밀도를 낮출 수 있어, 성막 레이트를 빠르게 할 수 있다. 막 밀도가 낮아지면 막 스트레스는 저하된다. 따라서, Ti 함유 가스로서 할로겐계 Ti 함유 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 TiN막을 형성할 때 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, 최종적으로 얻어지는 TiN막의 막 스트레스를 저하시키는 것이 가능해진다.
(B) 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정하여, 최종적으로 얻어지는 TiN막에 포함되는 각 원소(Ti, N, C, H, Cl 등)의 원자 농도의 제어성을 높임으로써, TiN막의 막 스트레스의 제어성을 높일 수 있다. 예를 들어, Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 TiN막을 형성할 때, 유기계 Ti 함유 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(C, H, N)의 원자 농도가 할로겐계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(Cl)의 원자 농도보다 높아지도록, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, TiN막의 막 밀도가 낮아지고, 성막 레이트가 빨라져, 막 스트레스를 저하시키는 것이 가능해진다.
(C) Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용함으로써, TiN막의 결정성을 제어하는 것이 가능해진다. 유기계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(C, H, N)의 원자 농도가 할로겐계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(Cl)의 원자 농도보다 높아지도록, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, TiN막의 결정성을 아몰퍼스에 가까워지도록 변화시킬 수 있어, 배리어성을 높이는 것이 가능해진다.
(D) 막을 형성할 때, 형성되는 막의 주된 조성을 구성하는 원소 중 금속 원소를 포함하는 층을 기판 위에 형성할 때, 사용하는 금속 함유 원료 가스로서, 예를 들어 유기계 원료 가스 및 할로겐계 원료 가스와 같이 상이한 분자 구조(화학 구조)를 갖는 것을 선택함으로써, 기판 위에 형성하는 막에 포함되는 각 원료 가스에서 유래되는 각 원소의 조성비를 조정(제어, 변조, 튜닝)할 수 있고, 역치 전압이 조정 가능해져, 일함수를 제어(조정, 변조, 튜닝)할 수 있다.
(E) 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정하여, 최종적으로 얻어지는 TiN막에 포함되는 각 원소(Ti, N, C, H, Cl 등)의 원자 농도의 제어성을 높임으로써, TiN막의 일함수의 제어성을 높이는 것이 가능해진다.
<본 발명의 제3 실시 형태>
본 실시 형태에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 유기계 원료(TDEAT) 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, 할로겐계 원료(TiCl4) 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝의 사이클을 1사이클로 하고 순서대로 시분할하여 n1사이클(n1은 1 이상의 정수) 행한 후, N 함유(NH3) 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝을 1사이클로 하여 n2 사이클(n2는 1 이상의 정수) 행하고, 이들을 n3회(n3은 1 이상의 정수) 반복함으로써, 웨이퍼(200) 위에 TiN막을 형성한다.
본 실시 형태에 따르면, 이하에 기재하는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(A) Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 TiN막을 형성함으로써, 유기계 원료 가스에서 유래되는 구성 요소인 C, N, H가 TiN막에 도입되기 때문에, 막 밀도를 낮출 수 있어, 성막 레이트를 빠르게 할 수 있다. 막 밀도가 낮아지면 막 스트레스는 저하된다. 따라서, Ti 함유 가스로서 할로겐계 Ti 함유 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 TiN막을 형성할 때, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, 최종적으로 얻어지는 TiN막의 막 스트레스를 저하시키는 것이 가능해진다.
(B) 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정하여, 최종적으로 얻어지는 TiN막에 포함되는 각 원소(Ti, N, C, H, Cl 등)의 원자 농도의 제어성을 높임으로써, TiN막의 막 스트레스의 제어성을 높일 수 있다. 예를 들어, Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 TiN막을 형성할 때, 유기계 Ti 함유 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(C, H, N)의 원자 농도가 할로겐계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(Cl)의 원자 농도보다 높아지도록, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, TiN막의 막 밀도가 낮아지고, 성막 레이트가 빨라져, 막 스트레스를 저하시키는 것이 가능해진다.
(C) Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용함으로써, TiN막의 결정성을 제어하는 것이 가능해진다. 유기계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(C, H, N)의 원자 농도가 할로겐계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(Cl)의 원자 농도보다 높아지도록, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, TiN막의 결정성을 아몰퍼스에 가까워지도록 변화시킬 수 있어, 배리어성을 높이는 것이 가능해진다.
(D) 먼저 유기계 원료 가스를 사용하여 제1 Ti 함유층을 형성한 후, 할로겐계 원료 가스를 사용하여 제2 Ti 함유층을 형성함으로써, 기판의 습윤성이 향상되거나 또는 결정핵의 표면 에너지가 낮아져, 막의 표면 조도가 개선된다는 효과를 얻을 수 있다.
(E) 막을 형성할 때, 형성되는 막의 주된 조성을 구성하는 원소 중 금속 원소를 포함하는 층을 기판 위에 형성할 때, 사용하는 금속 함유 원료 가스로서, 예를 들어 유기계 원료 가스 및 할로겐계 원료 가스와 같이 상이한 분자 구조(화학 구조)를 갖는 것을 선택함으로써, 기판 위에 형성하는 막에 포함되는 각 원료 가스에서 유래되는 각 원소의 조성비를 조정(제어, 변조, 튜닝)할 수 있고, 역치 전압이 조정 가능해져, 일함수를 제어(조정, 변조, 튜닝)할 수 있다.
(F) 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정하여, 최종적으로 얻어지는 TiN막에 포함되는 각 원소(Ti, N, C, H, Cl 등)의 원자 농도의 제어성을 높임으로써, TiN막의 일함수의 제어성을 높이는 것이 가능해진다.
(G) N 함유 가스 공급 스텝을 포함하는 사이클을, 유기 원료 가스 공급 스텝을 포함하는 사이클과는 상이한 사이클로 행함으로써, C와 N의 농도비를 각각 독립적으로 제어할 수 있기 때문에, 보다 제어성을 높일 수 있다.
<본 발명의 제4 실시 형태>
본 실시 형태에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 할로겐계 원료(TiCl4) 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, 유기계 원료(TDEAT) 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝의 사이클을 1사이클로 하고 순서대로 시분할하여 n1사이클(n1은 1 이상의 정수) 행한 후, N 함유(NH3) 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝을 1사이클로 하여 n2사이클(n2는 1 이상의 정수) 행하고, 이들을 n3회(n3은 1 이상의 정수) 반복함으로써, 웨이퍼(200) 위에 TiN막을 형성한다.
본 실시 형태에 따르면, 이하에 기재하는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(A) Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 TiN막을 형성함으로써, 유기계 원료 가스에서 유래되는 구성 요소인 C, N, H가 TiN막에 도입되기 때문에, 막 밀도를 낮출 수 있어, 성막 레이트를 빠르게 할 수 있다. 막 밀도가 낮아지면 막 스트레스는 저하된다. 따라서, Ti 함유 가스로서 할로겐계 Ti 함유 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 TiN막을 형성할 때, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, 최종적으로 얻어지는 TiN막의 막 스트레스를 저하시키는 것이 가능해진다.
(B) 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정하여, 최종적으로 얻어지는 TiN막에 포함되는 각 원소(Ti, N, C, H, Cl 등)의 원자 농도의 제어성을 높임으로써, TiN막의 막 스트레스의 제어성을 높일 수 있다. 예를 들어, Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 TiN막을 형성할 때, 유기계 Ti 함유 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(C, H, N)의 원자 농도가 할로겐계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(Cl)의 원자 농도보다 높아지도록, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, TiN막의 막 밀도가 낮아지고, 성막 레이트가 빨라져, 막 스트레스를 저하시키는 것이 가능해진다.
(C) Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용함으로써, TiN막의 결정성을 제어하는 것이 가능해진다. 유기계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(C, H, N)의 원자 농도가 할로겐계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(Cl)의 원자 농도보다 높아지도록, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, TiN막의 결정성을 아몰퍼스에 가까워지도록 변화시킬 수 있어, 배리어성을 높이는 것이 가능해진다.
(D) 막을 형성할 때, 형성되는 막의 주된 조성을 구성하는 원소 중 금속 원소를 포함하는 층을 기판 위에 형성할 때, 사용하는 금속 함유 원료 가스로서, 예를 들어 유기계 원료 가스 및 할로겐계 원료 가스와 같이 상이한 분자 구조(화학 구조)를 갖는 것을 선택함으로써, 기판 위에 형성하는 막에 포함되는 각 원료 가스에서 유래되는 각 원소의 조성비를 조정(제어, 변조, 튜닝)할 수 있고, 역치 전압이 조정 가능해져, 일함수를 제어(조정, 변조, 튜닝)할 수 있다.
(E) 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정하여, 최종적으로 얻어지는 TiN막에 포함되는 각 원소(Ti, N, C, H, Cl 등)의 원자 농도의 제어성을 높임으로써, TiN막의 일함수의 제어성을 높이는 것이 가능해진다.
(F) N 함유 가스 공급 스텝을 포함하는 사이클을, 유기 원료 가스 공급 스텝을 포함하는 사이클과는 상이한 사이클로 행함으로써, C와 N의 농도비를 각각 독립적으로 제어할 수 있기 때문에, 보다 제어성을 높일 수 있다.
<본 발명의 제5 실시 형태>
본 실시 형태에서는, 도 9에 도시한 바와 같이, 할로겐계 원료(TiCl4) 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, 유기계 원료(TDEAT) 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝의 사이클을 1사이클로 하고 순서대로 시분할하여 n사이클(n은 1 이상의 정수) 반복함으로써, 웨이퍼(200) 위에 TiC막(티타늄탄화막)을 형성한다. 또한, 본 시퀀스에서는, TDEAT 가스 중에 포함되는 N이 막 중에 남은 경우가 있어, 실질적으로 TiCN막(티타늄탄질화막)으로 된다고도 할 수 있다. TiC(N)막, Ti(C)N막이라고도 칭한다.
본 실시 형태에 따르면, 이하에 기재하는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(A) Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 Ti(C)N막을 형성함으로써, 유기계 원료 가스에서 유래되는 구성 요소인 C, N, H가 Ti(C)N막에 도입되기 때문에, 막 밀도를 낮출 수 있어, 성막 레이트를 빠르게 할 수 있다. 막 밀도가 낮아지면 막 스트레스는 저하된다. 따라서, Ti 함유 가스로서 할로겐계 Ti 함유 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 Ti(C)N막을 형성할 때, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, 최종적으로 얻어지는 Ti(C)N막의 막 스트레스를 저하시키는 것이 가능해진다.
(B) 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정하여, 최종적으로 얻어지는 Ti(C)N막에 포함되는 각 원소(Ti, N, C, H, Cl 등)의 원자 농도의 제어성을 높임으로써, TiC의 막 스트레스의 제어성을 높일 수 있다. 예를 들어, Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 Ti(C)N막을 형성할 때, 유기계 Ti 함유 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(C, H, N)의 원자 농도가 할로겐계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(Cl)의 원자 농도보다 높아지도록, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, Ti(C)N막의 막 밀도가 낮아지고, 성막 레이트가 빨라져, 막 스트레스를 저하시키는 것이 가능해진다.
(C) Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용함으로써, Ti(C)N막의 결정성을 제어하는 것이 가능해진다. 유기계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(C, H, N)의 원자 농도가 할로겐계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(Cl)의 원자 농도보다 높아지도록, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, Ti(C)N막의 결정성을 아몰퍼스에 가까워지도록 변화시킬 수 있어, 배리어성을 높이는 것이 가능해진다.
(D) 막을 형성할 때, 형성되는 막의 주된 조성을 구성하는 원소 중 금속 원소를 포함하는 층을 기판 위에 형성할 때, 사용하는 금속 함유 원료 가스로서, 예를 들어 유기계 원료 가스 및 할로겐계 원료 가스와 같이 상이한 분자 구조(화학 구조)를 갖는 것을 선택함으로써, 기판 위에 형성하는 막에 포함되는 각 원료 가스에서 유래되는 각 원소의 조성비를 조정(제어, 변조, 튜닝)할 수 있어, 역치 전압이 조정 가능해져, 일함수를 제어(조정, 변조, 튜닝)할 수 있다.
(E) 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정하여, 최종적으로 얻어지는 Ti(C)N막에 포함되는 각 원소(Ti, N, C, H, Cl 등)의 원자 농도의 제어성을 높임으로써, TiC막의 일함수의 제어성을 높이는 것이 가능해진다.
(F) NH3 가스 등의 N 함유 가스를 사용하여 TiN막을 형성한 경우에는 결정화가 진행되기 때문에, N 함유 가스를 사용하지 않고 Ti(C)N막을 형성함으로써, Ti(C)N막의 결정성을 아몰퍼스에 가까워지도록 할 수 있어, 배리어성을 높일 수 있다.
<본 발명의 제6 실시 형태>
본 실시 형태에서는, 도 10에 도시한 바와 같이, 유기계 원료(TDEAT) 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, 할로겐계 원료(TiCl4) 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝의 사이클을 1사이클로 하고 순서대로 시분할하여 n사이클(n은 1 이상의 정수) 반복함으로써, 웨이퍼(200) 위에 TiC막(티타늄탄화막)을 형성한다. 또한, 본 시퀀스에서는, TDEAT 가스 중에 포함되는 N이 막 중에 남은 경우가 있어, 실질적으로 TiCN막(티타늄탄질화막)으로 된다고도 할 수 있다. TiC(N)막, Ti(C)N막이라고도 칭한다.
본 실시 형태에 따르면, 이하에 기재하는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(A) Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 Ti(C)N막을 형성함으로써, 유기계 원료 가스에서 유래되는 구성 요소인 C, N, H가 Ti(C)N막에 도입되기 때문에, 막 밀도를 낮출 수 있어, 성막 레이트를 빠르게 할 수 있다. 막 밀도가 낮아지면 막 스트레스는 저하된다. 따라서, Ti 함유 가스로서 할로겐계 Ti 함유 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 Ti(C)N막을 형성할 때, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, 최종적으로 얻어지는 Ti(C)N막의 막 스트레스를 저하시키는 것이 가능해진다.
(B) 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정하여, 최종적으로 얻어지는 Ti(C)N막에 포함되는 각 원소(Ti, N, C, H, Cl 등)의 원자 농도의 제어성을 높임으로써, TiC의 막 스트레스의 제어성을 높일 수 있다. 예를 들어, Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용하여 Ti(C)N막을 형성할 때, 유기계 Ti 함유 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(C, H, N)의 원자 농도가 할로겐계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(Cl)의 원자 농도보다 높아지도록, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, Ti(C)N막의 막 밀도가 낮아지고, 성막 레이트가 빨라져, 막 스트레스를 저하시키는 것이 가능해진다.
(C) Ti 함유 가스로서 할로겐계 원료 가스와 유기계 원료 가스를 사용함으로써, Ti(C)N막의 결정성을 제어하는 것이 가능해진다. 유기계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(C, H, N)의 원자 농도가 할로겐계 원료 가스에서 유래되는 Ti 이외의 원소(Cl)의 원자 농도보다 높아지도록, 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정함으로써, Ti(C)N막의 결정성을 아몰퍼스에 가까워지도록 변화시킬 수 있어, 배리어성을 높이는 것이 가능해진다.
(D) 먼저 유기계 원료 가스를 사용하여 제1 Ti 함유층을 형성한 후, 할로겐계 원료 가스를 사용하여 제2 Ti 함유층을 형성함으로써, 기판의 습윤성이 향상되거나 또는 결정핵의 표면 에너지가 낮아져, 막의 표면 조도가 개선된다는 효과를 얻을 수 있다.
(E) 막을 형성할 때, 형성되는 막의 주된 조성을 구성하는 원소 중 금속 원소를 포함하는 층을 기판 위에 형성할 때, 사용하는 금속 함유 원료 가스로서, 예를 들어 유기계 원료 가스 및 할로겐계 원료 가스와 같이 상이한 분자 구조(화학 구조)를 갖는 것을 선택함으로써, 기판 위에 형성하는 막에 포함되는 각 원료 가스에서 유래되는 각 원소의 조성비를 조정(제어, 변조, 튜닝)할 수 있어, 역치 전압이 조정 가능해져, 일함수를 제어(조정, 변조, 튜닝)할 수 있다.
(F) 유기계 원료 가스의 공급 유량 및 / 또는 공급 시간을 조정하여, 최종적으로 얻어지는 Ti(C)N막에 포함되는 각 원소(Ti, N, C, H, Cl 등)의 원자 농도의 제어성을 높임으로써, Ti(C)N막의 일함수의 제어성을 높이는 것이 가능해진다.
(G) NH3 가스 등의 N 함유 가스를 사용하여 TiN막을 형성한 경우에는 결정화가 진행되기 때문에, N 함유 가스를 사용하지 않고 Ti(C)N막을 형성함으로써, Ti(C)N막의 결정성을 아몰퍼스에 가까워지도록 할 수 있어, 배리어성을 높일 수 있다.
이하에 실험예를 설명하겠지만, 본 발명은 이들 실험예에 의해 하등 한정되는 것은 아니다.
(실험예 1)
본 실험예에서는, 할로겐계 원료 가스인 TiCl4 가스와, 유기계 원료 가스인 TDEAT 가스를 사용하여 상술한 제5 실시 형태의 도 9의 시퀀스를 사용하여 웨이퍼(200) 위에 Ti(C)N막을 형성하였다.
(실험예 2)
본 실험예에서는, 실험예 1에 N 함유 가스인 NH3 가스를 공급하는 공정을 추가하였다. 구체적으로는, 할로겐계 원료 가스인 TiCl4 가스와, 유기계 원료 가스인 TDEAT 가스와, 반응 가스로서 N 함유 가스인 NH3 가스를 사용하여 상술한 제2 실시 형태의 도 6 시퀀스를 사용하여 웨이퍼(200) 위에 TiN막을 형성하였다.
(비교예)
비교예에서는, 할로겐계 원료 가스인 TiCl4 가스와, 반응 가스로서 N 함유 가스인 NH3 가스를 교대로 공급하여 웨이퍼(200) 위에 TiN막을 형성하였다.
상기 실험예 1 및 2에 있어서의 처리 조건은 다음과 같이 설정하였다.
처리실 내 온도: 200℃ 내지 400℃
처리실 내 압력: 20Pa 내지 1330Pa
TiCl4 가스 공급 유량: 10sccm 내지 200sccm
TDEAT 가스 공급 유량: 10sccm 내지 200sccm
N2 가스 공급 유량: 1sccm 내지 2000sccm
NH3 가스 공급 유량: 300sccm 내지 10000sccm
TiCl4 가스 조사 시간: 5초
TDEAT 가스 조사 시간: 10초
NH3 가스 조사 시간: 20초
도 11은 실험예 1, 실험예 2 및 비교예에 있어서의 성막 레이트를 도시하는 도면이다. 동그라미 표시(○)는 실험예 1에 있어서 처리실 내의 온도를 280℃, 300℃, 330℃로 설정한 경우의 결과를 나타내고, 삼각 표시(▲)는 실험예 2에 있어서 처리실 내의 온도를 330℃로 설정한 경우의 결과를 나타낸다. 점선은 비교예를 나타낸다. 비교예에 있어서의 TiN막의 성막 레이트는 약 0.3A/사이클이며, 비교예와 비교하여, 실험예 1 및 실험예 2에 있어서의 TiN막은 어느 온도의 경우든 높은 성막 레이트인 것을 알 수 있다. 또한, 실험예 1에서는 온도가 높아짐에 따라 서서히 성막 레이트가 높아지고 있는 것을 알 수 있다.
도 12는 TDEAT 가스의 공급 시간과 Ti 강도의 관계를 도시하는 도면이다. 처리실 내의 온도를 각각 동그라미 표시(○)가 280℃, 삼각 표시(△)가 300℃, 사각 표시(□)가 330℃로 설정한 경우의 결과이다. 어느 온도에서든 TDEAT 가스의 공급 시간을 길게 하면 할수록 Ti 강도의 값이 높아지고 있다. 즉, TDEAT 가스의 공급 시간을 길게 했다고 해도 TDEAT 가스가 포화되어 있지 않음을 알 수 있다.
도 13의 (a)는 실험예 1에서 형성된 TiN막의 조성비를 나타내고, (b)는 실험예 2에서 형성된 TiN막의 조성비를 도시하는 도면이다.
도 13에 도시되어 있는 바와 같이, 실험예 2에서 형성된 TiN막은 NH3 가스를 공급함으로써, 실험예 1에서 형성된 TiN막과 비교하여, 막 중의 C와 Cl의 비율이 감소되고, N이 증가되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, NH3 가스의 공급의 유무로 막 중의 C의 농도나 N의 농도를 컨트롤할 수 있어, Ti의 함유량도 비교적 많은 것을 알 수 있다.
도 14는 실험예 1 및 실험예 2에서 형성된 TiN막의 결정성을 도시하는 도면이다.
실험예 1에서 형성된 TiN막은, TiC의 결정 피크를 갖고 있지만, 결정 피크는 약하여, 비교적 아몰퍼스(비정질)의 막인 것을 확인할 수 있다. 그것에 반하여 실험예 2에서 형성된 TiN막은, 비교적 강한 결정 피크를 나타내고, 그 결정 피크는 TiN측으로 시프트하고 있다. 즉, NH3 가스의 공급의 유무로 결정성을 변화시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
비교예와 같이 할로겐계 원료 가스와 N 함유 가스를 사용하여 TiN막을 형성한 경우, 기둥 형상 구조의 결정으로 되는 경우가 많지만, TiN막을 배리어 메탈로서 사용한 경우, 기둥 형상 구조의 막에서는 상부층으로부터의 확산 배리어성이 약하다. 한편, 실험예 1이나 실험예 2와 같이, 유기계 원료 가스(바람직하게는 아민계 원료 가스)를 사용함으로써, 결정성을 아몰퍼스에 가까워지도록 변화시킬 수 있어, 배리어성을 높이는 것이 가능해진다고 생각된다.
도 15는 일함수 산출용으로 사용한 캐패시터의 제작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 15에 도시한 바와 같이, 상술한 실시 형태에 있어서의 성막 시퀀스를 사용하여 MOS 캐패시터를 제작하였다. 먼저, 반도체 실리콘 기판으로서의 웨이퍼(200)에 대하여 HF 트리트먼트를 행한 후, 실리콘 산화막(SiO2막)을 형성하고, 또한 게이트 절연막으로서 고유전율(High-k)막을 형성하고, 또한 그 위에 기판 처리 장치(10)의 처리 로(202)를 사용하여 TiN막을 형성하였다. 또한, 그 위에 cap-TiN막을 형성하고, PVD(Phisical Vapor Deposion)법에 의해 막을 형성하고, 게이트 패터닝, 게이트 에칭, 레지스트 제거, 열처리를 거쳐, 백사이드 알루미늄(Al)을 형성하였다.
도 16에 실험예 1 및 실험예 2에 의해 얻어진 캐패시터의 EOT(등가 산화막 두께, Equivalent Oxide Thickness)마다의 eWF(실효 일함수, Effective Work Function)를 그래프 위에 플롯하여 일함수를 산출한 것을 나타낸다.
도 16으로부터 산출한 TiN막의 실효 일함수는, 비교예의 TiN막의 실효 일함수가 4.8eV 정도인 것에 반하여, 실험예 1에 의해 제작된 TiN막이 4.38eV, 실험예 2에 의해 제작된 TiN막이 4.48eV이었다. 즉, NH3 가스를 공급함으로써, TiN막의 실효 일함수를 0.1eV 정도 올릴 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 실험예 1이나 실험예 2의 처리에 의해 TiN막의 일함수나 결정성을 제어할 수 있다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
상술한 각 실시 형태는, 적절히 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경 가능하다.
상술한 실시 형태에서는, 금속 원소로서 Ti를 사용하는 예에 대해서 설명하였다. 본 발명은 상술한 형태에 한정되지 않고, Ti 이외의 원소로서, 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 코발트(Co), 이트륨(Y), 루테늄(Ru), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 등의 원소를 포함하는 질화막, 산화막, 탄화막, 붕화막의 어느 한쪽의 막 또는 이들의 복합막을 형성하는 경우에도 적절하게 적용 가능하다.
상술한 원소를 포함하는 막을 형성하는 경우, 원료 가스로서 티타늄(Ti) 함유 가스 이외에도, 탄탈륨(Ta) 함유 가스, 텅스텐(W) 함유 가스, 코발트(Co) 함유 가스, 이트륨(Y) 함유 가스, 루테늄(Ru) 함유 가스, 알루미늄(Al) 함유 가스, 하프늄(Hf) 함유 가스, 지르코늄(Zr) 함유 가스, 몰리브덴(Mo) 함유 가스, 실리콘(Si) 함유 가스 등을 사용하는 것이 가능하다.
상술한 원소를 포함하는 막을 형성하는 경우, 무기계 원료 가스로서의 할로겐계 원료 가스로서는, 예를 들어 TiCl4 이외에, 사불화티타늄(TiF4), 오염화탄탈(TaCl5), 오불화탄탈륨(TaF5), 육염화텅스텐(WCl6), 육불화텅스텐(WF6), 이염화코발트(CoCl2), 이염화코발트(CoF2), 삼염화이트륨(YCl3), 삼불화이트륨(YF3), 삼염화루테늄(RuCl3), 삼불화루테늄(RuF3), 삼염화알루미늄(AlCl3), 삼불화알루미늄(AlF3), 사염화하프늄(HfCl4), 사불화하프늄(HfF4), 사염화지르코늄(ZrCl4), 사불화지르코늄(ZrF4), 테트라클로로실란 즉 실리콘테트라클로라이드 또는 사염화규소(SiCl4, 약칭: STC), 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS), 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS), 헥사클로로디실란 즉 육염화이규소(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 등을 사용하는 것도 가능하다.
상술한 원소를 포함하는 막을 형성하는 경우, 유기계 원료 가스로서는, 예를 들어 TDEAT 이외에, 예를 들어 테트라키스디메틸아미노티타늄(Ti[N(CH3)2]4, 약칭: TDMAT), 펜타에톡시탄탈륨(Ta(OC2H5)5, 약칭: PET), 트리메틸알루미늄((CH3)3Al, 약칭: TMA), 테트라키스에틸메틸아미노하프늄(Hf[N(CH3)CH2CH3]4, 약칭: TEMAH), 테트라키스디메틸아미노하프늄(Hf[N(CH3)2]4, TDMAH), 테트라키스지에틸아미노하프늄(Hf[N(C2H5)2]4, 약칭: TDEAH), 테트라키스에틸메틸아미노지르코늄(Zr[N(CH3)CH2CH3]4, 약칭: TEMAZ), 테트라키스디메틸아미노지르코늄(Zr[N(CH3)2]4, TDMAZ), 테트라키스지에틸아미노지르코늄(Zr[N(C2H5)2]4, 약칭: TDEAZ), 트리스디메틸아미노시클로펜타디에닐지르코늄((C5H5)Zr[N(CH3)2]3), 테트라키스(디메틸아미노)실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭: 4DMAS), 트리스(디메틸아미노)실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS), 비스(디에틸아미노)실란(Si[N(C2H5)2]2H2, 약칭: BDEAS), 비스(터셔리부틸아미노)실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS), 비스(터셔리부틸이미노)비스(터셔리부틸아미노)텅스텐((C4H9NH)2W(C4H9N)2,), 텅스텐헥사카르보닐(W(CO)6), 비스(에틸시클로펜타디에닐)코발트(C14H18Co), 코발트헥사카르보닐(CoCO)6), 트리스(부틸시클로펜타디에닐)이트륨(Y(C5H4CH2(CH2)2CH3)3), 비스(에틸시클로펜타디에닐)루테늄(C14H18Ru) 등을 사용하는 것이 가능하다.
상술한 원소를 포함하는 막을 형성하는 경우, 반응 가스로서는, 예를 들어 NH3 이외에, 질소(N2), 아산화질소(N2O)나, 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등의 N-H 결합을 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 또한, N-H 결합을 포함하는 가스로서는, 상술한 가스 이외에도, 유기 히드라진계 가스, 예를 들어 모노메틸히드라진((CH3)HN2H2, 약칭: MMH) 가스, 디메틸히드라진((CH3)2N2H2, 약칭: DMH) 가스, 트리메틸히드라진((CH3)2N2(CH3)H, 약칭: TMH) 가스 등의 메틸히드라진계 가스나, 에틸히드라진((C2H5)HN2H2, 약칭: EH) 가스 등의 에틸히드라진계 가스를 사용할 수 있다. 또한, 트리에틸아민((C2H5)3N, 약칭: TEA) 가스, 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, 모노 프로필아민(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 사용하는 것이 가능하다. 유기 히드라진계 가스나 아민계 가스를 사용하면, 반응성을 높일 수 있음과 함께, C를 막 중에 도입할 수 있기 때문에 C 농도의 제어에 의해 막의 일함수를 조정할 수 있다.
상술한 원소를 포함하는 막으로서는, TiN막, TiC막, TiCN막 이외에도, 예를 들어 탄탈륨질화막(TaN막), 탄탈륨탄화막(TaC막), 탄탈륨탄질화막(TaCN막), 텅스텐 질화막(WN막), 텅스텐탄화막(WC막), 텅스텐탄질화막(WCN막), 코발트질화막(CoN막), 코발트탄화막(CoC막), 코발트탄질화막(CoCN막), 이트륨질화막(YN막), 이트륨탄화막(YC막), 이트륨탄질화막(YCN막), 루테늄질화막(RuN막), 루테늄탄화막(RuC막), 루테늄탄질화막(RuCN막), 알루미늄질화막(AlN막), 알루미늄탄화막(AlC막), 알루미늄탄질화막(AlCN막), 하프늄질화막(HfN막), 하프늄탄화막(HfC막), 하프늄탄질화막(HfCN막), 지르코늄질화막(ZrN막), 지르코늄탄화막(ZrC막), 지르코늄탄질화막(ZrCN막), 몰리브덴질화막(MoN막), 몰리브덴탄화막(MoC막), 몰리브덴탄질화막(MoCN막), 실리콘질화막(SiN막), 실리콘탄화막(SiC막), 실리콘탄질화막(SiCN막) 등의 막을 들 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 불활성 가스로서, N2 가스를 사용하는 예에 대해서 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식의 종형 장치인 기판 처리 장치로서, 1개의 반응관 내에 처리 가스를 공급하는 노즐이 세워 설치되고, 반응관의 하부에 배기구가 형성된 구조를 갖는 처리 로를 사용하여 성막하는 예에 대해서 설명했지만, 다른 구조를 갖는 처리 로를 사용하여 성막하는 경우에도 본 발명을 적용 가능하다. 예를 들어, 동심원 형상의 단면을 갖는 2개의 반응관(외측의 반응관을 아우터 튜브, 내측의 반응관을 이너 튜브라고 함)을 갖고, 이너 튜브 내에 세워 설치된 노즐로부터, 아우터 튜브의 측벽이며 기판을 사이에 두고 노즐과 대향하는 위치(선 대칭의 위치)에 개구되는 배기구에 처리 가스가 흐르는 구조를 갖는 처리 로를 사용하여 성막하는 경우에도 본 발명을 적용 가능하다. 또한, 처리 가스는 이너 튜브 내에 세워 설치된 노즐로부터 공급되는 것이 아니라, 이너 튜브의 측벽에 개구되는 가스 공급구로부터 공급되도록 해도 된다. 이때, 아우터 튜브에 개구되는 배기구는, 처리실 내에 적층해서 수용된 복수매의 기판이 존재하는 높이에 따라 개구되어 있어도 된다. 또한, 배기구의 형상은 구멍 형상이어도 되고, 슬릿 형상이어도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식의 종형 장치인 기판 처리 장치를 사용하여 성막하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 낱장식의 기판 처리 장치를 사용하여 성막하는 경우에도, 적절하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 핫월형의 처리 로를 갖는 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 성막하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 콜드월형의 처리 로를 갖는 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 성막하는 경우에도 적절하게 적용할 수 있다. 이들 경우에 있어서도, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
예를 들어, 도 17에 도시한 처리 로(302)를 구비한 기판 처리 장치를 사용하여 막을 형성하는 경우에도, 본 발명은 적절하게 적용할 수 있다. 처리 로(302)는, 처리실(301)을 형성하는 처리 용기(303)와, 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 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 원료 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332a)와, 상술한 반응 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332b)가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332a)에는, 상술한 실시 형태의 원료 가스 공급계와 마찬가지의 원료 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332b)에는, 상술한 실시 형태의 반응 가스 공급계와 마찬가지의 반응 가스 공급계가 접속되어 있다. 샤워 헤드(303s)의 아울렛(가스 배출구)에는, 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 가스 분산판이 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 18에 도시한 처리 로(402)를 구비한 기판 처리 장치를 사용하여 막을 형성하는 경우에도, 본 발명은 적절하게 적용할 수 있다. 처리 로(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)의 웨이퍼(200)를 향하여 광조사를 행하는 램프 히터(407)와, 램프 히터(407)의 광을 투과시키는 석영창(403w)을 구비하고 있다. 처리 용기(403)에는, 상술한 원료 가스를 공급하는 가스 공급 포트(432a)와, 상술한 반응 가스를 공급하는 가스 공급 포트(432b)가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432a)에는, 상술한 실시 형태의 원료 가스 공급계와 마찬가지의 원료 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432b)에는, 상술한 실시 형태의 반응 가스 공급계와 마찬가지의 반응 가스 공급계가 접속되어 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.
이들의 각종 박막의 형성에 사용되는 프로세스 레시피(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 프로세스 레시피 중에서 적정한 프로세스 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 기판 처리의 내용에 따라 개별로 준비된 복수의 프로세스 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체(외부 기억 장치(123))를 통하여, 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 프로세스 레시피 중에서 기판 처리의 내용에 따라, 적정한 프로세스 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이렇게 구성함으로써, 1대의 기판 처리 장치로 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 저감시킬 수 있어, 조작 미스를 피하면서, 기판 처리를 신속히 개시할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은, 예를 들어 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피를 변경함으로써도 실현할 수 있다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우에는, 본 발명에 따른 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 당해 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 통해서 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나 또한 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하여, 그 프로세스 레시피 자체를 본 발명에 따른 프로세스 레시피로 변경하거나 하는 것도 가능하다.
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대해서 부기한다.
〔부기 1〕
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판에 대하여 금속 원소인 제1 원소를 포함하는 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정과,
상기 기판에 대하여 상기 제1 원소를 포함하는 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 공정과,
상기 기판에 대하여 제2 원소를 포함하고, 상기 제1 원소와 반응하는 반응 가스를 공급하는 공정
을 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스식으로) 소정 횟수 행함으로써, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소를 포함하는 금속 함유막을 형성하고, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 유량 및 공급 시간 중 적어도 어느 하나의 값을 제어(조정, 튜닝)함으로써, 상기 금속 함유막의 막 스트레스의 값을 제어(조정, 변조, 튜닝)하는 반도체 디바이스의 제조 방법 또는 기판 처리 방법이 제공된다.
〔부기 2〕
부기 1에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정, 상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 공정, 상기 반응 가스를 공급하는 공정을 순서대로 시분할하여 소정 횟수 행한다.
〔부기 3〕
부기 1에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 공정, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정, 상기 반응 가스를 공급하는 공정을 순서대로 시분할하여 소정 횟수 행한다.
〔부기 4〕
부기 1 내지 3에 기재된 방법 중 어느 하나로서, 바람직하게는
상기 금속 함유막은 상기 기판에 형성된 에칭 대상막을 에칭하기 위한 하드 마스크로서 형성되는 박막이다.
〔부기 5〕
부기 1 내지 4에 기재된 방법 중 어느 하나로서, 바람직하게는
상기 제1 원소는 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 코발트(Co), 이트륨(Y), 루테늄(Ru), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나이며, 상기 제2 원소는 질소이다.
〔부기 6〕
부기 1 내지 5에 기재된 방법 중 어느 하나로서, 바람직하게는
상기 금속 함유막에 포함되는 제2 원소 및 탄소의 농도비를 제어함으로써, 상기 금속 함유막의 막 스트레스를 제어한다.
〔부기 7〕
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판에 대하여 금속 원소인 제1 원소를 포함하는 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정과,
상기 기판에 대하여 상기 제1 원소를 포함하는 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 공정
을 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스식으로) 행함으로써, 상기 제1 원소를 포함하는 금속 함유층을 형성하는 공정과,
상기 기판에 대하여 제2 원소를 포함하고, 상기 제1 원소와 반응하는 반응 가스를 공급하는 공정
을 각각 소정 횟수씩 행함으로써, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소를 포함하는 금속 함유막을 형성하고, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 유량 및 공급 시간 중 적어도 어느 하나의 값을 제어(조정, 튜닝)함으로써, 상기 금속 함유막의 막 스트레스의 값을 제어(조정, 변조, 튜닝)하는 반도체 디바이스의 제조 방법 또는 기판 처리 방법이 제공된다.
〔부기 8〕
부기 7에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정, 상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 공정을, 순서대로 시분할하여 소정 횟수 행한다.
〔부기 9〕
부기 7에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 공정, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정을, 순서대로 시분할하여 소정 횟수 행한다.
〔부기 10〕
부기 7 내지 9에 기재된 방법 중 어느 하나로서, 바람직하게는
상기 금속 함유막은 상기 기판에 형성된 에칭 대상막을 에칭하기 위한 하드 마스크로서 형성되는 박막이다.
〔부기 11〕
부기 7 내지 10에 기재된 방법 중 어느 하나로서, 바람직하게는
상기 제1 원소는 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 코발트(Co), 이트륨(Y), 루테늄(Ru), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나이며, 상기 제2 원소는 질소이다.
〔부기 12〕
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판에 대하여 금속 원소 및 탄소를 포함하는 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정과,
상기 기판에 대하여 상기 금속 원소를 포함하는 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 공정
을 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스식으로) 소정 횟수 행함으로써, 상기 금속 원소 및 탄소를 포함하는 금속 함유 탄화막을 형성하고, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 유량 및 공급 시간 중 적어도 어느 하나의 값을 제어(조정, 튜닝)함으로써, 상기 금속 함유 탄화막의 막 스트레스의 값을 제어(조정, 변조, 튜닝)하는 반도체 디바이스의 제조 방법 또는 기판 처리 방법이 제공된다.
〔부기 13〕
부기 12에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 유기계 금속 원료 가스는 질소를 더 포함하고, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 공정을 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스식으로) 소정 횟수 행함으로써, 상기 금속 원소, 탄소 및 질소를 포함하는 금속 함유 탄질화막을 형성하고, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 유량 및 공급 시간 중 적어도 어느 하나의 값을 제어(조정, 튜닝)함으로써, 상기 금속 함유 탄질화막의 막 스트레스의 값을 제어(조정, 변조, 튜닝)한다.
〔부기 14〕
부기 13에 기재된 방법으로서, 바람직하게는
상기 금속 원소, 탄소 및 질소의 농도비를 제어함으로써, 상기 금속 함유 탄질화막의 막 스트레스를 제어한다.
〔부기 15〕
부기 12 내지 14에 기재된 방법 중 어느 하나로서, 바람직하게는
상기 금속 원소는 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 코발트(Co), 이트륨(Y), 루테늄(Ru), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나이다.
〔부기 16〕
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실과,
상기 기판에 대하여 금속 원소인 제1 원소를 포함하는 유기계 금속 원료 가스, 상기 제1 원소를 포함하는 할로겐계 금속 원료 가스 및 제2 원소를 포함하고 상기 제1 원소와 반응하는 반응 가스를 공급하는 가스 공급계와,
상기 가스계를 제어하여, 상기 처리실에 수용된 기판에 대하여 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 기판에 대하여 상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하는 처리를 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스식으로) 소정 횟수 행함으로써, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소를 포함하는 금속 함유막을 형성하고, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 처리에 있어서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 유량 및 공급 시간 중 적어도 어느 하나의 값을 제어(조정, 튜닝)함으로써, 상기 금속 함유막의 막 스트레스의 막을 제어(조정, 변조, 튜닝)하도록 구성되는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
〔부기 17〕
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실과,
상기 기판에 대하여 금속 원소인 제1 원소를 포함하는 유기계 금속 원료 가스, 상기 제1 원소를 포함하는 할로겐계 금속 원료 가스 및 제2 원소를 포함하고 상기 제1 원소와 반응하는 반응 가스를 공급하는 가스 공급계와,
상기 가스계를 제어하여, 상기 처리실에 수용된 기판에 대하여 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 기판에 대하여 상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 처리를 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스식으로) 행함으로써, 상기 제1 원소를 포함하는 금속층을 형성하는 처리와, 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하는 처리를 각각 소정 횟수씩 행함으로써, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소를 포함하는 금속 함유막을 형성하고, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 처리에 있어서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 유량 및 공급 시간 중 적어도 어느 하나의 값을 제어(조정, 튜닝)함으로써, 상기 금속 함유막의 막 스트레스의 값을 제어(조정, 변조, 튜닝)하도록 구성되는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
〔부기 18〕
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실과,
상기 기판에 대하여 금속 원소를 포함하는 유기계 금속 원료 가스 및 상기 금속 원소를 포함하는 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 가스 공급계와,
상기 가스계를 제어하여, 상기 처리실에 수용된 기판에 대하여 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 기판에 대하여 상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 처리를 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스식으로) 소정 횟수 행함으로써, 상기 금속 원소 및 탄소를 포함하는 금속 함유 탄화막을 형성하고, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 처리에 있어서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 유량 및 공급 시간 중 적어도 어느 하나의 값을 제어(조정, 튜닝)함으로써, 상기 금속 함유 탄화막의 막 스트레스의 값을 제어(조정, 변조, 튜닝)하도록 구성되는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
〔부기 19〕
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판에 대하여 금속 원소인 제1 원소를 포함하는 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 수순과,
상기 기판에 대하여 상기 제1 원소를 포함하는 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 수순과,
상기 기판에 대하여 제2 원소를 포함하고, 상기 제1 원소와 반응하는 반응 가스를 공급하는 수순
을 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스식으로) 소정 횟수 행함으로써, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소를 포함하는 금속 함유막을 형성하고, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 수순에 있어서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 유량 및 공급 시간 중 적어도 어느 하나의 값을 제어(조정, 튜닝)함으로써, 상기 금속 함유막의 막 스트레스의 값을 제어(조정, 변조, 튜닝)하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램 및 해당 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
〔부기 20〕
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판에 대하여 금속 원소인 제1 원소를 포함하는 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 수순과,
상기 기판에 대하여 상기 제1 원소를 포함하는 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 수순을 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스식으로) 행함으로써, 상기 제1 원소를 포함하는 금속층을 형성하는 수순과,
상기 기판에 대하여 제2 원소를 포함하고, 상기 제1 원소와 반응하는 반응 가스를 공급하는 수순
을 각각 소정 횟수씩 행함으로써, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소를 포함하는 금속 함유막을 형성하고, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 수순에 있어서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 유량 및 공급 시간 중 적어도 어느 하나의 값을 제어(조정, 튜닝)함으로써, 상기 금속 함유막의 막 스트레스의 값을 제어(조정, 변조, 튜닝)하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램 및 해당 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
〔부기 21〕
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판에 대하여 금속 원소 및 탄소를 포함하는 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 수순과,
상기 기판에 대하여 상기 금속 원소를 포함하는 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 수순
을 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스식으로) 소정 횟수 행함으로써, 상기 금속 원소 및 탄소를 포함하는 금속 함유 탄화막을 형성하고, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 유량 및 공급 시간 중 적어도 어느 하나의 값을 제어(조정, 튜닝)함으로써, 상기 금속 함유 탄화막의 막 스트레스의 값을 제어(조정, 변조, 튜닝)하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램 및 해당 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
<산업상 이용 가능성>
이상과 같이, 본 발명은, 예를 들어 반도체 디바이스의 제조 방법, 반도체 웨이퍼나 글라스 기판 등의 기판을 처리하는 기판 처리 장치 등에 이용할 수 있다.
10…기판 처리 장치
200…웨이퍼
201…처리실
202…처리 로

Claims (16)

  1. 기판에 대하여 금속 원소인 제1 원소를 포함하는 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정과,
    상기 기판에 대하여 상기 제1 원소를 포함하는 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 공정
    을 시분할하여 제1 횟수 행하는 제1 사이클과,
    상기 제1 사이클 후, 상기 기판에 대하여 제2 원소를 포함하고, 상기 제1 원소와 반응하는 반응 가스를 공급하는 공정을 시분할하여 제1 횟수와는 다르며 또한 복수회인 제2 횟수 행하는 제2 사이클
    을 실행함으로써, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소를 포함하는 금속 함유막을 형성하고,
    상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 할로겐계 금속 원료 가스의 공급 유량에 대한, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 유량 비율, 또는
    상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 할로겐계 금속 원료 가스의 공급 시간에 대한, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 시간의 비율, 중 적어도 한쪽을 증대시킴으로써, 상기 금속 함유막의 막 스트레스의 값을 저하시키도록 제어하는, 반도체 디바이스의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 함유막은 상기 기판에 형성된 에칭 대상막을 에칭하기 위한 하드 마스크로서 형성되는 박막인, 반도체 디바이스의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 원소는 티타늄, 탄탈륨, 텅스텐, 코발트, 이트륨, 루테늄, 알루미늄, 하프늄, 지르코늄, 몰리브덴 중 어느 하나이며, 상기 제2 원소는 질소인, 반도체 디바이스의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속 함유막에 포함되는 제2 원소 및 탄소의 농도비를 제어함으로써, 상기 금속 함유막의 막 스트레스를 제어하는, 반도체 디바이스의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정에 있어서 형성되는 상기 제1 원소를 함유하는 층의 두께와, 상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 공정에 있어서 형성되는 상기 제1 원소를 함유하는 층의 두께의 비율을 조정함으로써, 상기 금속 함유막의 막 스트레스의 값을 제어하는, 반도체 디바이스의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 공정에 있어서 형성되는 상기 제1 원소를 함유하는 층의 두께는, 상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 공정에 있어서 형성되는 상기 제1 원소를 함유하는 층의 두께보다도 큰, 반도체 디바이스의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반응 가스를 공급하는 공정에 있어서 상기 반응 가스의 공급 유량 및 공급 시간 중 적어도 어느 하나의 값을 더 제어함으로써, 상기 금속 함유막의 막 스트레스의 값을 제어하는, 반도체 디바이스의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 기판에 대하여 금속 원소인 제1 원소를 포함하는 유기계 금속 원료 가스, 상기 제1 원소를 포함하는 할로겐계 금속 원료 가스 및 제2 원소를 포함하고 상기 제1 원소와 반응하는 반응 가스를 공급하는 가스 공급계와,
    상기 가스 공급계를 제어하여, 상기 처리실에 수용된 기판에 대하여 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 기판에 대하여 상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 처리를 시분할하여 제1 횟수 행하는 제1 사이클과, 상기 제1 사이클 후, 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하는 처리를 시분할하여, 제1 횟수와는 다르며 또한 복수회인 제2 횟수 행하는 제2 사이클을 실행함으로써, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소를 포함하는 금속 함유막을 형성하고,
    상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 처리에 있어서의 상기 할로겐계 금속 원료 가스의 공급 유량에 대한, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 처리에 있어서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 유량 비율, 또는
    상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 처리에 있어서의 상기 할로겐계 금속 원료 가스의 공급 시간에 대한, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 처리에 있어서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 시간의 비율, 중 적어도 한쪽을 증대시킴으로써, 상기 금속 함유막의 막 스트레스를 저하시키도록 구성되어 있는 제어부를 포함하는, 기판 처리 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 기판에 대하여 금속 원소인 제1 원소를 포함하는 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 단계와,
    상기 기판에 대하여 상기 제1 원소를 포함하는 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 단계
    를 시분할하여 제1 횟수 행하는 제1 사이클과,
    상기 제1 사이클 후, 상기 기판에 대하여 제2 원소를 포함하고, 상기 제1 원소와 반응하는 반응 가스를 공급하는 단계를 시분할하여 제1 횟수와는 다르며 또한 복수회인 제2 횟수 행하는 제2 사이클
    을 실행함으로써, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소를 포함하는 금속 함유막을 형성하고,
    상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 단계에 있어서의 상기 할로겐계 금속 원료 가스의 공급 유량에 대한, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 단계에 있어서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 유량 비율, 또는
    상기 할로겐계 금속 원료 가스를 공급하는 단계에 있어서의 상기 할로겐계 금속 원료 가스의 공급 시간에 대한, 상기 유기계 금속 원료 가스를 공급하는 단계에 있어서의 상기 유기계 금속 원료 가스의 공급 시간의 비율, 중 적어도 한쪽을 증대시킴으로써, 상기 금속 함유막의 막 스트레스의 값을 저하시키도록 제어하는 단계를 컴퓨터에 실행시키는, 상기 컴퓨터가 구비하는 기억 장치에 기록된 컴퓨터 프로그램.
KR1020160034244A 2015-03-30 2016-03-22 반도체 디바이스의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 KR101799190B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015069600A JP6416031B2 (ja) 2015-03-30 2015-03-30 半導体デバイスの製造方法、基板処理装置およびプログラム
JPJP-P-2015-069600 2015-03-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160117209A KR20160117209A (ko) 2016-10-10
KR101799190B1 true KR101799190B1 (ko) 2017-12-12

Family

ID=57017731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160034244A KR101799190B1 (ko) 2015-03-30 2016-03-22 반도체 디바이스의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20160293421A1 (ko)
JP (1) JP6416031B2 (ko)
KR (1) KR101799190B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11241682B2 (en) 2019-02-28 2022-02-08 Hyundai Motor Company Method for preparing supported metal catalyst and supported metal catalyst prepared therefrom

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6222880B2 (ja) * 2014-09-24 2017-11-01 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置、半導体装置およびプログラム
JP6851173B2 (ja) * 2016-10-21 2021-03-31 東京エレクトロン株式会社 成膜装置および成膜方法
JP7018729B2 (ja) * 2017-09-19 2022-02-14 東京エレクトロン株式会社 成膜方法
US11018009B2 (en) * 2018-04-19 2021-05-25 Applied Materials, Inc. Tuning work function of p-metal work function films through vapor deposition
JP7159254B2 (ja) * 2020-09-18 2022-10-24 株式会社Kokusai Electric 基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2765884B2 (ja) * 1988-11-15 1998-06-18 株式会社日立製作所 半導体装置
JPH08321499A (ja) * 1995-03-20 1996-12-03 Fujitsu Ltd 硅素化合物膜およびその形成方法
US6548402B2 (en) * 1999-06-11 2003-04-15 Applied Materials, Inc. Method of depositing a thick titanium nitride film
WO2006009881A2 (en) * 2004-06-18 2006-01-26 Innovalight, Inc. Process and apparatus for forming nanoparticles using radiofrequency plasmas
JP5774822B2 (ja) 2009-05-25 2015-09-09 株式会社日立国際電気 半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置
JP5797790B2 (ja) * 2009-09-30 2015-10-21 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置
JP5722450B2 (ja) * 2011-08-25 2015-05-20 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置および記録媒体
JP5872904B2 (ja) * 2012-01-05 2016-03-01 東京エレクトロン株式会社 ＴｉＮ膜の成膜方法および記憶媒体
US9556516B2 (en) * 2013-10-09 2017-01-31 ASM IP Holding B.V Method for forming Ti-containing film by PEALD using TDMAT or TDEAT

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11241682B2 (en) 2019-02-28 2022-02-08 Hyundai Motor Company Method for preparing supported metal catalyst and supported metal catalyst prepared therefrom

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160117209A (ko) 2016-10-10
JP6416031B2 (ja) 2018-10-31
US20160293421A1 (en) 2016-10-06
JP2016189432A (ja) 2016-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11798999B2 (en) Methods for forming a metal silicate film on a substrate in a reaction chamber and related semiconductor device structures
US9708708B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device
KR101799190B1 (ko) 반도체 디바이스의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
US9728400B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium
US9281181B2 (en) Film forming method and recording medium for performing the method
US10388530B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus
US11004676B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device, non-transitory computer-readable recording medium, and substrate processing apparatus
KR101398334B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체
KR101737215B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
US9816181B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium
US10622213B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device
US9666439B2 (en) Method of manufacturing a semiconductor device and recording medium
US9368358B2 (en) Method of manufacturing a semiconductor device
JP2019026939A (ja) 半導体装置の製造方法、記録媒体および基板処理装置
WO2017056242A1 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置および記録媒体

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant