KR101906862B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 - Google Patents

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Abstract

처리실에 수용된 기판에 충분한 원료 가스를 공급하여 효율적으로 성막하고, 처리실에 수용된 기판에서의 성막 시의 면내 균일성을 향상시킨다.
복수의 기판을 연직 방향으로 적층하여 수용한 처리실의 하부 영역이며 원료 가스가 열분해되지 않는 영역에 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제1 노즐의 선단에 있는 제1 가스 공급공으로부터 처리실의 상부 영역에 원료 가스를 공급하는 제1 공급 공정; 하부 영역에서 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제2 노즐의 하부 영역 및 중앙 영역의 기판과 대향하는 위치에 있는 복수의 제2 가스 공급공으로부터 하부 영역 및 중앙 영역의 기판을 향하여 원료 가스를 공급하는 제2 공급 공정; 및 하부 영역부터 상부 영역까지 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제3 노즐의 하부 영역부터 상부 영역까지의 기판과 대향하는 위치에 있는 복수의 제3 가스 공급공으로부터 반응 가스를 공급하는 제3 공급 공정;을 수행하고 기판 상에 막을 형성한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND PROGRAM}
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
종래 실리콘 웨이퍼 등의 기판에 박막을 형성하여 반도체 장치를 제조하는 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법이 개발되었다.
예컨대 기화 가스 및 기화 가스와 반응하는 반응 가스를 기판을 수용하는 처리실에 순서대로 공급하여 처리실 내에 수용된 기판에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법이 알려져 있다(예컨대 특허문헌 1을 참조).
일본 특개 2014-127702호 공보
특허문헌 1에 도시되는 바와 같이 원료 가스 및 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 처리실 내에 순서대로 공급하여 처리실 내에 수용된 기판에 막을 형성하는 경우에는, 기판 상에 원료 가스를 충분하게 공급하여 효율적으로 성막하는 것 그리고 기판 상에 형성되는 막의 면내 균일성을 높이는 것이 요구된다.
본 발명은 처리실에 수용된 기판에 원료 가스를 충분하게 공급하여 효율적으로 막을 형성하고 또한 처리실에 수용된 기판에 막을 형성하는 경우 면내 균일성을 향상시킬 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 구체적인 수단은 아래와 같다. 본 발명의 일 형태에 의하면, 복수의 기판을 연직 방향으로 적층하여 수용한 처리실의 하부 영역이며 원료 가스가 열분해되지 않는 영역에 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제1 노즐의 선단에 있는 제1 가스 공급공으로부터 상기 처리실의 상부 영역에 원료 가스를 공급하는 제1 공급 공정; 상기 하부 영역 및 상기 처리실의 중앙 영역에 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제2 노즐의 상기 하부 영역 및 상기 중앙 영역의 상기 기판과 대향하는 위치에 있는 복수의 제2 가스 공급공으로부터 상기 하부 영역 및 상기 중앙 영역의 상기 기판을 향하여 상기 원료 가스를 공급하는 제2 공급 공정; 및 상기 하부 영역부터 상기 상부 영역까지 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제3 노즐의 상기 하부 영역부터 상기 상부 영역까지의 상기 기판과 대향하는 위치에 있는 복수의 제3 가스 공급공으로부터 상기 하부 영역부터 상기 상부 영역까지의 상기 기판을 향하여 반응 가스를 공급하는 제3 공급 공정;을 수행하고 상기 기판 상에 막을 형성하는 기술이 제공된다.
본 발명에 의하면, 처리실에 수용된 기판에 원료 가스를 충분하게 공급하여 효율적으로 성막하고 또한 처리실에 수용된 기판에 막을 형성하는 경우 면내 균일성을 향상시킬 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 종형(縱型) 처리로의 개략을 도시하는 종단면(縱斷面)도.
도 2는 도 1에서의 A-A선 개략 횡단면(橫斷面)도.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도에서 도시하는 도면.
도 4는 제3 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략을 도시하는 종단면도.
도 5는 제4 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략을 도시하는 종단면도.
도 6은 도 5에서의 A-A선 개략 횡단면도.
도 7은 제6 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략을 도시하는 종단면도.
도 8은 도 7에서의 A-A선 개략 횡단면도.
도 9는 제1 실시예 및 제2 실시예에서의 성막한 웨이퍼의 면내 막 두께 균일성을 도시하는 도면.
도 10a 내지 도 10i는 본 발명의 실시 형태들에 따른 기판 처리 장치에서 수행되는 반도체 장치의 제조 방법의 예시적인 흐름도.
원료 가스 및 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 처리실 내에 순서대로 공급하여 처리실 내에 수용된 기판에 막을 형성한다. 원료 가스의 분해 온도 이상으로 가열된 처리실 내에 원료 가스가 공급되면, 분해 온도 이상으로 가열된 영역을 통과하는 것에 의해 원료 가스는 분해된다. 따라서 원료 가스가 기판에 도달하기 전에 소비될 수 있다. 예컨대 복수의 기판을 기판 지지 부재에 적층하여 수용하는 종형 장치의 처리실 내에 원료 가스를 공급하는 경우, 복수의 기판의 적층 방향을 따라 처리실의 하부 영역부터 상부 영역까지 연재하는 노즐(롱 노즐)로서 복수의 기판에 원료 가스를 수평으로 분출하도록 복수의 기판의 적층 방향을 따라서 복수의 기판을 향하여 개구된 복수의 가스 공급공을 구비하는 상기 노즐(롱 노즐)로부터 원료 가스를 공급할 수 있다. 그러나 상기 노즐 내의 분해 온도 이상으로 가열된 영역(균열 영역)을 원료 가스가 통과할 때에, 원료 가스는 노즐 내에서 분해되어 부착될 수 있다(즉 원료 가스는 노즐 내에서 소비된다). 원료 가스가 노즐 내에서 소비되면, 원료 가스는 노즐의 선단측(先端側)[처리실 내의 상부(탑) 영역, 기판 지지 부재의 상부(탑) 영역]에 배치되는 기판에는 충분히 공급되지 않는다. 따라서 동일 기판 내의 막 두께 균일성(면내 균일성)이 저하될 수 있다
발명자들은 예의 연구를 수행하여 처리실 내의 상부 영역과 하부 영역인 타겟 영역에 대하여 노즐의 형상 및 프로세스 조건을 각각 최적으로 하는 것에 의해 면내 균일성을 향상시킬 수 있다는 발견했다. 원료 가스가 전술한 롱 노즐 내에서 흐르는 경우 유로가 길고 압력도 높아지는 경향이 있기 때문에, 원료 가스는 용이하게 열분해되는 것으로 생각된다. 이를 개선하기 위해서 예컨대 처리실 내에 쇼트 노즐과 미들 노즐을 설치한다. 쇼트 노즐은 원료 가스를 공급하기 위한 노즐이며 처리실 내의 균열 영역 외에 연재하는 노즐이다. 쇼트 노즐의 가스 공급공은 처리실 내의 균열 영역 외에 있는 노즐의 선단에 개구된다. 미들 노즐은 처리실 내의 균열 영역 내이며 기판의 적층 영역의 중앙 부분(중앙 영역)까지 연재하는 노즐이다. 미들 노즐은 복수의 가스 공급공을 구비한다. 기판 면에 대하여 원료 가스를 수평으로 분출하도록, 복수의 가스 공급공은 기판의 적층 방향을 따라 처리실 내의 하부 영역부터 중앙 부근까지 기판 면을 향하여 개구된다. 예컨대 쇼트 노즐을 통하여 공급되는 원료 가스의 유량[동시에 같은 노즐로부터 불활성 가스를 공급하는 경우에는 원료 가스 및 불활성 가스의 총(합계) 유량. 이하, 단순히 원료 가스의 유량이라고 기재하는 경우가 있다]을 조정하는 것에 의해, 처리실 내의 중앙 부분부터 상부 영역으로 원료 가스가 공급된다[동시에 같은 노즐로부터 불활성 가스를 공급하는 경우는 원료 가스 또는 불활성 가스의 어느 한 쪽만을 조정해도 좋고 양쪽 모두를 조정해도 좋다. 이하 동일]. 한편, 미들 노즐을 통하여 원료 가스를 공급하는 경우에는, 기판 면에 대하여 수평으로 원료 가스가 분출되기 때문에, 복수의 가스 공급공이 개구된 처리실 내의 하부 영역부터 중앙 부분으로 원료 가스가 공급된다. 즉 쇼트 노즐을 통하여 공급되는 원료 가스는 미들 노즐에 개구된 복수의 가스 공급공(또는 미들 노즐의 선단)보다 상부(먼) 영역까지 공급된다. 따라서 원료 가스를 처리실 내의 하부 영역부터 상부 영역까지 균일하게 또한 충분히 공급할 수 있기 때문에, 원료 가스를 기판 지지 부재의 하부 영역부터 상부 영역까지 균일하게 또한 충분히 공급할 수 있다. 따라서 기판 지지 부재에 지지된 각 기판의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한 면내 균일성을 향상시키기 위해서 예컨대 미들 노즐의 가스 공급공은 쇼트 노즐과 마찬가지로 선단에 하나만 설치되도 좋다(즉 기판의 적층 방향을 따른 위치에는 가스 공급공이 설치되지 않는다). 쇼트 노즐에 의해 원료 가스의 유량을 조정하여 처리실 내의 하부 영역부터 중앙 부분으로 원료 가스를 공급하고, 미들 노즐에 의해 원료 가스의 유량을 조정하여 처리실 내의 중앙 부분부터 상부 영역으로 원료 가스를 공급한다. 이때 예컨대 미들 노즐을 통하여 공급되는 원료 가스의 유량은 쇼트 노즐을 통하여 공급되는 원료 가스의 유량보다 많게 하는 것에 의해, 미들 노즐을 통하여 처리실 내의 중앙 부분부터 상부 영역으로 원료 가스를 공급해도 좋다. 또한 미들 노즐이 균열 영역 내에 연재하기 때문에 원료 가스가 열분해될 가능성이 있으므로, 미들 노즐을 통하여 공급되는 원료 가스의 공급 시간은 쇼트 노즐을 통하여 공급되는 원료 가스의 공급 시간보다 짧아도 좋다.
또한 면내 균일성을 향상시키기 위해서 미들 노즐이 설치되지 않고 쇼트 노즐만이 설치되어도 좋다. 처리실 내의 중앙 부분부터 상부 영역으로 원료 가스를 공급하는 경우에는 원료 가스의 유량이 많아지도록 그리고 처리실 내의 하부 영역부터 중앙 부분으로 원료 가스를 공급하는 경우는 원료 가스의 유량이 적어지도록 조정한다. 상세는 이하에 설명한다.
또한 본 명세서에서 「내지」를 이용해서 도시되는 수치 범위는 「내지」의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다. 예컨대 10sccm 내지 500sccm이라는 10sccm 이상 500sccm 이하를 의미한다.
<제1 실시 형태>
이하 본 발명에 따른 제1 실시 형태에 대해서 도 1 내지 3을 참조하여 설명한다. 기판 처리 장치(10)는 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정에서 사용되는 장치의 일 예로서 구성된다.
(처리로)
기판 처리 장치(10)는 가열 수단(가열 기구, 가열계)로서의 히터(207)가 설치된 처리로(202)를 구비한다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보지판(保持板)으로서의 히터 베이스(도시되지 않음)에 지지되는 것에 의해 수직으로 설치된다.
히터(207)의 내측에는 히터(207)와 동심원 형상으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 아우터 튜브(203)가 배설(配設)된다. 아우터 튜브(203)는 예컨대 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색(閉塞)되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 아우터 튜브(203)의 하방(下方)에는 아우터 튜브(203)와 동심원 형상으로 매니폴드(209)(인렛 플랜지)가 배설된다. 매니폴드(209)는 예컨대 스텐레스(SUS) 등의 금속으로 이루어지고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 매니폴드(209)의 상단부와 아우터 튜브(203) 사이에는 씰 부재로서의 O링(220a)이 설치된다. 매니폴드(209)가 히터 베이스에 지지되는 것에 의해 아우터 튜브(203)는 수직으로 설치된 상태가 된다.
아우터 튜브(203)의 내측에는 반응 용기를 구성하는 이너 튜브(204)가 배설된다. 이너 튜브(204)는 예컨대 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 주로 아우터 튜브(203)와 이너 튜브(204)와 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 통중공부(筒中空部)[이너 튜브(204)의 내측]에는 처리실(201)이 형성된다.
처리실(201)은 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 연직 방향으로 다단으로 배열한 상태에서 수용 가능하도록 구성된다.
처리실(201) 내에는 노즐(410, 420, 430)이 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420, 430)에는 가스 공급 라인으로서의 가스 공급관(310, 320, 330)이 각각 접속된다. 이와 같이 기판 처리 장치(10)에는 3개의 노즐(410, 420, 430)과 3개의 가스 공급관(310, 320, 330)이 설치되고, 처리실(201) 내에 복수 종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성된다. 단, 본 실시 형태의 처리로(202)는 전술한 형태에 한정되지 않는다.
가스 공급관(310, 330)에는 상류측에서 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러[MFC(312, 332)]가 각각 설치된다. 또한 MFC(312)의 하류측에서 가스 공급관(310)으로부터 분기된 가스 공급관(320)이 설치되고, 가스 공급관(310, 320)에는 개폐 밸브인 밸브(314, 324)가 각각 설치된다. 또한 가스 공급관(330)에는 개폐 밸브인 밸브(334)가 설치된다.
가스 공급관(310, 320, 330)의 밸브(314, 324, 334)의 하류측에는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(510, 520, 530)이 각각 접속된다. 가스 공급관(510, 520, 530)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(512, 522, 532) 및 개폐 밸브인 밸브(514, 524, 534)가 각각 설치된다.
가스 공급관(310, 320, 330)의 선단부(先端部)에는 노즐(410, 420, 430)이 각각 연결 접속된다. 노즐(410, 420, 430)은 L자형의 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420, 430)의 수직부는 이너 튜브(204)의 지름 방향 외향으로 돌출하고 또한 연직 방향으로 연재하도록 형성되는 채널 형상{홈[溝]형상}의 예비실(201a)의 내부에 설치되고, 예비실(201a) 내에서 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 상방(上方)[웨이퍼(200)의 배열 방향 상방]을 향하여 설치된다.
(제1 노즐)
노즐[제1 노즐(410)]은 처리실(201)의 하부 영역에 설치되고 선단(노즐의 정점)에 가스 공급공(410a)(제1 가스 공급공)이 설치된다. 또한 가스 공급공(410a)은 연직 상향으로 설치된다. 그렇기 때문에 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201)의 상부 영역을 향하여 처리 가스로서의 원료 가스가 분출(공급)된다. 또한 노즐(410)의 측면에는 원료 가스를 분출시키는(공급하는) 가스 공급공이 설치되지 않는다.
노즐(410)은 처리실(201)의 하부 영역(보텀 영역)에 설치되면 좋지만 처리실(201) 내에서 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 원료 가스가 실질적으로 열분해되지 않는 영역(즉 균열 영역 외)에 노즐(410)이 설치되는 것이 바람직하다.
또한 노즐(410)은 후술하는 보트(217)의 하부와 대면하는 위치까지 연재하는 것이 바람직하고, 또한 후술하는 제품 웨이퍼와 더미 웨이퍼의 경계선 부근과 대면하는 위치까지 연재하는 것이 바람직하고, 적어도 제품 웨이퍼와 대면하는 위치보다 아래의 위치(더미 웨이퍼와 대면하는 위치)에 연재하는 것이 바람직하다.
(제2 노즐)
노즐(420)(제2 노즐)은 처리실(201)의 하부 영역부터 처리실(201)에 수용된 복수의 웨이퍼(200)의 중앙 부분까지 연재하도록 설치되고, 복수의 웨이퍼(200)와 대향하는 위치에 복수의 가스 공급공(420a)(제2 가스 공급공)이 설치된다. 즉 가스 공급공(420a)은 이너 튜브(204)의 중심을 향하도록 개구한다. 이에 의해 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 웨이퍼(200)에 처리 가스로서의 원료 가스를 공급한다. 이 가스 공급공(420a)은 복수 설치되고 각각 동일한 개구 면적을 가지고 또한 동일한 개구 피치로 설치된다. 단, 가스 공급공(420a)은 전술한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부를 향하여 개구 면적을 서서히 크게 해도 좋다. 이에 의해 가스 공급공(420a)으로부터 공급되는 가스의 유량을 보다 균일화시키는 것이 가능해진다.
노즐(420)의 가스 공급공(420a)은 후술하는 보트(217)의 하부부터 중앙 부분까지의 높이의 위치에 복수 설치된다(즉 균열 영역 내). 그렇기 때문에 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된 원료 가스는 주로 보트(217)의 하부부터 중앙 부분까지 수용된 웨이퍼(200)에 공급된다.
또한 노즐(420)은 후술하는 보트(217)의 중앙 부분과 대면하는 위치까지 연재하는 것이 바람직하고, 후술하는 제품 웨이퍼가 위치하는 영역의 중앙 부분과 대면하는 위치까지 연재하는 것이 바람직하고, 처리실(201) 내의 중앙 부분의 높이까지 연재하는 것이 바람직하다.
(제3 노즐)
노즐(430)(제3 노즐)은 처리실(201)의 하부 영역부터 처리실(201)의 상부 영역까지 연재하도록 설치되고, 웨이퍼(200)와 대향하는 위치에 복수의 가스 공급공(430a)(제3 가스 공급공)이 설치된다. 즉 가스 공급공(430a)은 이너 튜브(204)의 중심을 향하도록 개구한다. 이에 의해 노즐(430)의 가스 공급공(430a)으로부터 웨이퍼(200)에 반응 가스를 공급한다. 이 가스 공급공(430a)은 이너 튜브(204)의 하부에서 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각 동일한 개구 면적을 가지고 또한 동일한 개구 피치로 설치된다. 단, 가스 공급공(430a)은 전술한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부를 향하여 개구 면적을 서서히 크게 해도 좋다. 이에 의해 가스 공급공(430a)으로부터 공급되는 가스의 유량을 보다 균일화시키는 것이 가능해진다.
노즐(430)의 가스 공급공(430a)은 후술하는 보트(217)의 하부부터 상부까지의 높이의 위치에 복수 설치된다. 그렇기 때문에 노즐(430)의 가스 공급공(430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된 처리 가스로서의 반응 가스는 보트(217)의 하부부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200), 즉 보트(217)에 수용된 웨이퍼(200)의 전역에 공급된다.
노즐(430)은 처리실(201)의 하부 영역부터 처리실(201)의 상부 영역까지 연재하도록 설치되면 좋지만 보트(217)의 천정[天井] 부근까지 연재하도록 설치되는 것이 바람직하다.
가스 공급관(310)으로부터는 처리 가스로서 제1 원소를 포함하는 원료 가스가 밸브(314)를 열고 밸브(324)를 닫는 것에 의해 MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 또한 밸브(324)를 열고 밸브(314)를 닫는 것에 의해 MFC(312), 밸브(324), 노즐(420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 원료 가스로서는 예컨대 제1 원소로서 금속 원소인 알루미늄(Al)을 포함하는 금속 함유 원료 가스(금속 함유 가스)인 알루미늄 함유 원료(Al 함유 원료 가스, Al 함유 가스)로서의 트리메틸알루미늄[Al(CH3)3, 약칭:TMA]이 이용된다. TMA는 유기계 원료이며 알루미늄에 알킬기가 결합한 알킬 알루미늄이다.
가스 공급관(330)으로부터는 처리 가스로서 산소(O)를 포함하고 Al과 반응하는 반응 가스(리액턴트)로서의 산소 함유 가스(산화 가스, 산화제)가 MFC(332), 밸브(334), 노즐(430)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. O함유 가스로서는 예컨대 오존(O3) 가스를 이용할 수 있다.
본 실시 형태에서 금속 함유 가스인 원료 가스가 노즐(410, 420)의 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 산소 함유 가스인 반응 가스가 노즐(430)의 가스 공급공(430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되는 것에 의해 웨이퍼(200)의 표면에 원료 가스(금속 함유 가스) 및 반응 가스(산소 함유 가스)가 공급되어 웨이퍼(200)의 표면 상에 금속 산화막이 형성된다.
가스 공급관(310, 320, 330)에 각각 접속하는 가스 공급관(510, 520, 530)으로부터는 불활성 가스로서 예컨대 질소(N2) 가스가 각각 MFC(512, 522, 532), 밸브(514, 524, 534), 노즐(410, 420, 430)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 가스 공급관(510, 520, 530)으로부터 공급하는 불활성 가스는 후술하는 기판 처리 공정에서 퍼지 가스, 희석 가스(D-N2), 혹은 캐리어 가스로서 작용한다.
처리 가스로서 TMA와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 화합물을 이용하는 경우는 액체 상태의 TMA를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여 TMA 가스로서 처리실(201) 내에 공급하도록 이루어진다.
주로 가스 공급관(310, 320, 330), MFC(312, 332), 밸브(314, 324, 334), 노즐(410, 420, 430)에 의해 처리 가스 공급계가 구성되지만 노즐(410, 420, 430)만을 처리 가스 공급계라고 생각해도 좋다. 처리 가스 공급계를 단순히 가스 공급계라고 부를 수도 있다.
가스 공급관(310, 320)으로부터 원료 가스를 흘릴 경우, 주로 가스 공급관(310, 320), MFC(312), 밸브(314, 324)에 의해 원료 가스 공급계가 구성되지만 노즐(410, 420)을 원료 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 원료 가스 공급계를 원료 공급계라고 부를 수도 있다. 원료 가스로서 금속 함유 원료 가스를 이용하는 경우, 원료 가스 공급계를 금속 함유 원료 가스 공급계라고 부를 수도 있다. 금속 함유 원료 가스로서 알루미늄 함유 원료 가스를 이용하는 경우, 금속 함유 원료 가스 공급계를 알루미늄 함유 원료 가스 공급계라고 부를 수도 있다. 알루미늄 함유 원료 가스로서 TMA를 이용하는 경우, 알루미늄 함유 원료 가스 공급계를 TMA 공급계라고 부를 수도 있다.
가스 공급관(330)으로부터 반응 가스를 흘릴 경우, 주로 가스 공급관(330), MFC(332), 밸브(334)에 의해 반응 가스 공급계가 구성되지만 노즐(430)을 반응 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 가스 공급관(330)으로부터 반응 가스로서 산소 함유 가스를 공급하는 경우, 반응 가스 공급계를 산소 함유 가스 공급계라고 부를 수도 있다. 산소 함유 가스로서 O3를 이용하는 경우, 산소 함유 가스 공급계를 O3 공급계라고 부를 수도 있다.
또한 주로 가스 공급관(510, 520, 530), MFC(512, 522, 532), 밸브(514, 524, 534)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다. 불활성 가스 공급계를 퍼지 가스 공급계, 희석 가스 공급계 또는 캐리어 가스 공급계라고 부를 수도 있다.
본 실시 형태에서의 가스 공급의 방법은 이너 튜브(204)의 내벽과 복수 매의 웨이퍼(200)의 단부(端部)로 정의되는 원환 형상[圓環狀]의 세로로 긴 공간 내, 즉 원통 형상의 공간 내의 예비실(201a) 내에 배치한 노즐(410, 420, 430)을 경유하여 가스를 반송한다. 그리고 노즐(410)의 선단에 설치된 가스 공급공(410a) 및 노즐(420, 430)의 웨이퍼와 대향하는 위치에 설치된 복수의 가스 공급공(420a, 430a)으로부터 이너 튜브(204) 내에 가스를 분출시킨다. 보다 구체적으로는 노즐(410)의 가스 공급공(410a)에 의해 이너 튜브(204)의 상부 방향을 향하여 원료 가스를 분출시키고, 노즐(420)의 가스 공급공(420a) 및 노즐(430)의 가스 공급공(430a)에 의해 웨이퍼(200)의 표면과 평행 방향, 즉 수평 방향을 향하여 원료 가스를 분출시킨다. 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 원료 가스는 웨이퍼(200)의 주연에서 소비되기 쉬우므로 웨이퍼(200)의 중심까지 도달하기 어려운 경우가 있다. 그 경우, 원료 가스의 공급 유량을 많게 하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 중심까지 보다 더 도달하기 쉽게 하는 것이 가능해진다. 또한 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 공급되는 원료 가스 및 노즐(430)의 가스 공급공(430a)으로부터 공급되는 반응 가스는 웨이퍼(200)의 중심을 향한 지향성이 있는 가스가 되어 기판 중심으로 도달하기 쉽게 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에서는 원료 가스를 이너 튜브(204) 내에 공급하는 노즐로서 노즐(410, 420)을 설치하고, 이들 2개의 노즐로부터 원료 가스를 이너 튜브(204) 내에 공급하여 웨이퍼(200) 상에 막을 형성한다. 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급된 원료 가스는 희석 가스(또는 캐리어 가스)로서 가스 공급관(510)으로부터 공급되는 불활성 가스와의 공급 총유량을 제어(조정)하는 것에 의해 보트(217)에 적층하여 수용된 웨이퍼(200)의 임의의 높이에 공급된다. TMA 가스와 불활성 가스의 공급 총유량의 조정에서는 TMA 가스의 공급 유량을 조정하는 것에 의해 공급 총유량을 조정해도 좋고, 불활성 가스의 공급 유량을 조정하는 것에 의해 공급 총유량을 조정해도 좋고, TMA 가스 및 불활성 가스의 양방의 공급 유량을 조정하는 것에 의해 공급 총유량을 조정해도 좋다. 공급 총유량을 많게 하면 할수록 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 TMA 가스를 처리실(201) 내의 보다 상부 영역에 공급할 수 있다. 공급 총유량을 적게 하면 할수록 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 TMA 가스를 처리실(201) 내의 보다 하부 영역에 공급할 수 있다. 여기서는 불활성 가스의 공급 유량을 조정하는 것에 의해 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 TMA 가스를 처리실(201) 내의 상부 영역에 공급한다. 예컨대 불활성 가스의 유량을 적게 하면 할수록 보다 보트(217)의 하방에 수용된 웨이퍼(200)에 원료 가스가 공급되고, 불활성 가스의 유량을 많게 하면 할수록 보다 보트(217)의 상방에 수용된 웨이퍼(200)에 원료 가스가 공급된다. 본 실시 형태에서는 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 원료 가스는 주로 보트(217)의 중앙 부분부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200)에 공급되도록 가스 공급관(510)으로부터 공급되는 불활성 가스의 유량을 제어한다. 또한 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 공급된 원료 가스는 주로 보트(217)의 하부부터 중앙 부분까지 수용된 웨이퍼(200)에 공급된다.
따라서 보트(217)의 하부부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200)에 충분한 양의 원료 가스가 공급되어 효율적으로 성막할 수 있고, 처리실에 수용된 기판에서의 성막 시의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한 보트(217)의 하부에 수용된 웨이퍼(200)에도 충분한 원료 가스의 공급이 수행되기 때문에, 특히 보트(217)의 하부의 웨이퍼(200)에서의 성막 시의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
배기공(204a)(배기구)은 이너 튜브(204)의 측벽이며 노즐(410, 420, 430)에 대향한 위치, 즉 예비실(201a)과는 180도 반대측의 위치에 형성된 관통공이며, 예컨대 연직 방향으로 가늘고 길게 개설된 슬릿(slit) 형상의 관통공이다. 그렇기 때문에 노즐(410, 420, 430)의 가스 공급공(410a, 420a, 430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 웨이퍼(200)의 표면 상을 흐른 가스, 즉 잔류하는 가스(잔류 가스)는 배기공(204a)을 개재하여 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(203) 사이에 형성된 극간(隙間)으로 이루어지는 배기로(206) 내에 흐른다. 그리고 배기로(206) 내에 흐른 가스는 배기관(231) 내에 흐르고 처리로(202) 외에 배출된다.
배기공(204a)은 복수의 웨이퍼(200)와 대향하는 위치[바람직하게는 보트(217)의 상부부터 하부까지와 대향하는 위치]에 설치되고, 가스 공급공(410a, 420a, 430a)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 근방에 공급된 가스는 수평 방향, 즉 웨이퍼(200)의 표면과 평행 방향을 향하여 흐른 후, 배기공(204a)을 개재하여 배기로(206) 내에 흐른다. 즉 처리실(201)에 잔류하는 가스는 배기공(204a)을 개재하여 웨이퍼(200)의 주면에 대하여 평행으로 배기된다. 또한 배기공(204a)은 슬릿 형상의 관통공으로서 구성되는 경우에 한정되지 않고 복수 개의 공에 의해 구성되어도 좋다.
매니폴드(209)에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치된다. 배기관(231)에는 상류측부터 순서대로 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245), APC(Auto Pressure Controller)밸브(243), 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속된다. APC밸브(243)는 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것에 의해 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 수행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있다. 주로 배기공(204a), 배기로(206), 배기관(231), APC밸브(243) 및 압력 센서(245)에 의해 배기계, 즉 배기 라인이 구성된다. 또한 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
매니폴드(209)의 하방에는 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구(爐口) 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)은 매니폴드(209)의 하단에 연직 방향 하측으로부터 당접되도록 구성된다. 씰 캡(219)은 예컨대 SUS 등의 금속으로 이루어지고 원반 형상으로 형성된다. 씰 캡(219)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 당접하는 씰 부재로서의 O링(220b)이 설치된다. 씰 캡(219)에서의 처리실(201)의 반대측에는 웨이퍼(200)를 수용하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치된다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 씰 캡(219)을 관통하여 보트(217)에 접속된다. 회전 기구(267)는 보트(217)를 회전시키는 것에 의해 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성된다. 씰 캡(219)은 아우터 튜브(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 연직 방향으로 승강되도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 씰 캡(219)을 승강시키는 것에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내외에 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 보트(217) 및 보트(217)에 수용된 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외에 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는 복수 매, 예컨대 25 내지 200장의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 연직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록 즉 간격을 두고 배열시키도록 구성된다. 보트(217)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어진다. 보트(217)의 하부에는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열판(218)이 수평 자세에서 다단(도시되지 않음)으로 지지된다. 이 구성에 의해 히터(207)로부터의 열이 씰 캡(219)측에 전달되기 어렵게 이루어진다. 단, 본 실시 형태는 전술한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 보트(217)의 하부에 단열판(218)을 설치하지 않고, 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 통 형상의 부재로서 구성된 단열통을 설치해도 좋다.
본 실시 형태에서 보트(217)에 지지되는 복수 매의 웨이퍼(200)는 각 기능(역할)에 따라 제품 웨이퍼, 더미 웨이퍼로 분류해도 좋다. 제품 웨이퍼는 성막 처리 후부터 제품으로서 출하 대상이 되는 웨이퍼(200)이며, 예컨대 보트(217)의 하부부터 상부까지 수용되는 웨이퍼(200)다.
더미 웨이퍼는 제품 웨이퍼에 대하여 더미가 되는 웨이퍼이며, 제품 웨이퍼가 되는 웨이퍼(200)보다 상부 또는 하부 또는 제품 웨이퍼와 제품 웨이퍼 사이에 배열되는 웨이퍼이며, 보트(217)의 천장 부근 또는 저면 부근에 배열되는 웨이퍼다. 더미 웨이퍼는 제품 웨이퍼 면내의 온도의 불균일성을 저감하거나 성막 처리하는 제품 웨이퍼의 간격을 조정하는(제품 웨이퍼의 피치를 어느 부위에서도 동일로 한다) 목적으로 사용된다.
도 2에 도시하는 바와 같이 이너 튜브(204) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전량을 조정하는 것에 의해 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성된다. 온도 센서(263)는 노즐(410, 420 및 430)과 마찬가지로 L자형으로 구성되고 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 설치된다.
도 3에 도시하는 바와 같이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는 CPU(121a)(Central Processing Unit), RAM(121b)(Random Access Memory), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다.
RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스를 개재하여 CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(121)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속된다.
기억 장치(121c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(121c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 반도체 장치의 제조 방법에서의 각 공정(각 스텝)을 컨트롤러(121)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피, 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 이용한 경우는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우 또는 프로세스 레시피 및 제어 프로그램의 조합을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은 CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(121d)는 전술한 MFC(512, 522, 532, 312, 332), 밸브(514, 524, 534, 314, 324, 334), 압력 센서(245), APC밸브(243), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속된다.
CPU(121a)는 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 응하여 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피 등을 판독하도록 구성된다. 이하, 편의상 이들의 레시피를 총칭하여 단순히 「레시피」라고도 부르는 것으로 한다. CPU(121a)는 판독한 레시피의 내용을 따르도록 MFC(312, 322, 512, 522, 532)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534)의 개폐 동작, APC밸브(243)의 개폐 동작 및 APC밸브(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, 보트(217)에의 웨이퍼(200)의 수용 동작 등을 제어하도록 구성된다.
전술한 바와 같이 CPU(121a)는 MFC(312, 322, 512, 522, 532)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534)의 개폐 동작 등을 제어하도록 구성된다. 그렇기 때문에 원료 가스 공급계 및 반응 가스 공급계를 제어하고, 가스 공급공(410a)으로부터 상향으로 원료 가스를 공급하는 처리, 복수의 가스 공급공(420a)으로부터 웨이퍼(200)에 원료 가스를 공급하는 처리, 복수의 가스 공급공(430a)으로부터 웨이퍼(200)에 반응 가스를 공급하는 처리 등이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)에 의해 수행된다. 또한 배기계를 제어하고 배기공(204a)을 개재하여 처리실(201)에 잔류하는 원료 가스를 웨이퍼(200)의 주면에 대하여 평행으로 배기하는 처리, 배기공(204a)을 개재하여 처리실(201)에 잔류하는 반응 가스를 웨이퍼(200)의 주면에 대하여 평행으로 배기하는 처리 등이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)에 의해 수행된다.
컨트롤러(121)는 외부 기억 장치(123)[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光)디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]에 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체는 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(123)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용해도 좋다.
[기판 처리 공정(성막 공정)]
다음으로 전술한 기판 처리 장치(10)의 처리로(202)를 이용하여 처리실(201) 내의 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하여 반도체 장치(디바이스)를 제조하는 방법의 일 예에 대해서 도 10a를 참조로 설명한다. 도 10a는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 예시적인 흐름도이다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에서는 처리실(201)에 복수의 웨이퍼(200)를 연직 방향으로 적층하여 수용하는 공정; 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 상향으로 원료 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200)에 원료 가스를 공급하는 제1 공급 공정; 노즐(420)의 복수의 가스 공급공(420a)으로부터 웨이퍼(200)에 원료 가스를 공급하는 제2 공급 공정; 및 노즐(430)의 복수의 가스 공급공(430a)으로부터 웨이퍼(200)에 반응 가스를 공급하는 제3 공급 공정;을 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성한다. 여기서 원료 가스가 금속 함유 가스 및 반응 가스가 산소 함유 가스인 경우, 전술의 공정을 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 금속 산화막이 형성된다.
전술의 제1 공급 공정, 제2 공급 공정 및 제3 공급 공정은 순서대로 소정 횟수 수행된다. 여기서 소정 횟수 수행한다라는 것은 1회 이상 수행하는 것을 의미하지만, 본 실시 형태에서는 복수 회(2회 이상) 반복하여 수행하는 것이 바람직하다.
또한 본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어는 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층, 막 등과의 적층체 (집합체)」를 의미하는 경우(즉 표면에 형성된 소정의 층, 막 등을 포함시켜서 웨이퍼라고 부르는 경우)가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 단어는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층, 막 등의 표면, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면(最表面)」을 의미하는 경우가 있다.
따라서 본 명세서에서 「웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급한다」라는 것을 의미하는 경우나 「웨이퍼 상에 형성되는 층이나 막 등에 대하여 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라는 것을 의미하는 경우가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라고 기재한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면) 상에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성한다」라는 것을 의미하는 경우나 「웨이퍼 상에 형성되는 층이나 막 등의 상, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라는 것을 의미하는 경우가 있다.
또한 본 명세서에서 「웨이퍼」는 「기판」의 일 예다. 이하, 본 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대해서 구체적으로 설명한다. [웨이퍼 차지 및 보트 로드(S201)]
우선 복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)된다. 그 후, 도 1에 도시하는 바와 같이 복수 매의 웨이퍼(200)가 수용된 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220b)을 개재하여 매니폴드(209)의 하단 개구를 폐색한 상태가 된다.
[압력 조정 및 온도 조정(S202)]
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 APC밸브(243)가 피드백 제어된다(압력 조정). 진공 펌프(246)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료할 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한 처리실(201) 내가 원하는 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전량이 피드백 제어된다(온도 조정). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료할 때까지의 동안을 계속해서 수행된다. 계속해서 회전 기구(267)에 의해 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 시작한다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료할 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
계속해서 금속 산화막을 형성하는 스텝을 실행한다. 이하, 원료 가스 공급 스텝에서 TMA를 공급하고, 반응 가스 공급 스텝에서 오존 가스를 공급하는 것에 의해 금속 산화막으로서 산화 알루미늄 막(Al2O3막)을 형성하는 스텝에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
〔제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)〕
우선 제1 공급 공정인 제1 원료 가스 공급 스텝(S203), 잔류 가스 제거 스텝(S204), 제2 공급 공정인 제2 원료 가스 공급 스텝(S205), 잔류 가스 제거 스텝(S206), 제3 공급 공정인 반응 가스 공급 스텝(S207) 및 잔류 가스 제거 스텝(S208)을 이 순서대로 소정 횟수 수행하는 제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)에 대해서 설명한다.
[제1 원료 가스 공급 스텝(S203)]
밸브(314)를 여는 것에 의해 가스 공급관(310) 내에 원료 가스인 트리메틸알루미늄(TMA) 가스를 흘린다. 가스 공급관(310) 내를 흐르는 TMA 가스는 MFC(312)에 의해 제1 TMA 가스 공급 유량(제1 원료 가스 유량)이 되도록 유량 조정된다. 가스 공급관(310) 내에 TMA 가스를 흘릴 때, 밸브(514)를 열고 가스 공급관(510) 내에 캐리어 가스로서 N2가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(510) 내를 흐르는 불활성 가스는 MFC(512)에 의해 제1 불활성 가스 공급 유량(제1 불활성 가스 유량)이 되도록 유량 조정된다. 유량 조정된 TMA 가스 및 불활성 가스는 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 TMA 가스 및 불활성 가스가 공급된다. 즉 웨이퍼(200)의 표면은 TMA 가스 및 불활성 가스에 폭로된다.
이때 TMA 가스와 불활성 가스의 공급 총유량을 조정하는 것에 의해 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 TMA 가스를 처리실(201) 내의 상부 영역에 공급한다. TMA 가스와 불활성 가스의 공급 총유량의 조정에서는 TMA 가스의 공급 유량을 조정하는 것에 의해 공급 총유량을 조정해도 좋고, 불활성 가스의 공급 유량을 조정하는 것에 의해 공급 총유량을 조정해도 좋고, TMA 가스와 불활성 가스의 양방의 공급 유량을 조정하는 것에 의해 공급 총유량을 조정해도 좋다. 공급 총유량을 많게 하면 할수록 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 TMA 가스를 처리실(201) 내의 보다 상부 영역에 공급할 수 있다. 공급 총유량을 적게 하면 할수록 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 TMA 가스를 처리실(201) 내의 보다 하부 영역에 공급할 수 있다. 여기서는 불활성 가스의 공급 유량을 조정하는 것에 의해 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 TMA 가스를 처리실(201) 내의 상부 영역에 공급한다. 즉 불활성 가스의 유량을 조정하는 것에 의해, TMA 가스와 불활성 가스의 총 유량을 노즐(410)의 가스 공급공(410a)을 통하여 공급되는 TMA 가스를 처리실(201)의 상부 영역으로 공급할 수 있는 유량으로 조정한다. 또한 이때 노즐(420), 노즐(430) 내로의 TMA 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(524, 534)를 열어 가스 공급관(520), 가스 공급관(530) 내에 불활성 가스를 흘린다. 불활성 가스는 가스 공급관(320), 가스 공급관(330), 노즐(420), 노즐(430)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되어 배기관(231)로부터 배기된다.
이때 APC밸브(243)를 적절히 조정하고 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 1000Pa의 범위 내의 압력으로 해도 좋고, 바람직하게는 1Pa 내지 100Pa의 범위 내의 압력으로 해도 좋고, 보다 바람직하게는 10Pa 내지 40Pa의 범위 내의 압력으로 해도 좋다. 처리실(201) 내의 압력을 1000Pa 이하로 하는 것에 의해 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있고, 처리실(201) 내의 압력을 1Pa 이상으로 하는 것에 의해 웨이퍼(200) 표면에서의 TMA 가스의 반응 속도를 높일 수 있다.
노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되는 TMA 가스의 공급 유량(유량)은 MFC(312)에 의해 제어되고, 예컨대 10sccm 내지 500sccm의 범위 내의 유량인 것이 바람직하고, 50sccm 내지 300sccm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하고, 50sccm 내지 150sccm의 범위 내의 유량인 것이 또한 바람직하다. 유량이 500sccm 이하인 것에 의해 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있고, 유량이 10sccm 이상인 것으로 의해 웨이퍼(200) 표면에서의 TMA 가스의 반응 속도를 향상시킬 수 있다.
노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 TMA 가스가 공급될 때에 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되는 N2가스의 공급 유량(유량)은 MFC(512)로 제어되고, 예컨대 10slm 내지 30slm의 범위 내의 유량인 것이 바람직하고, 10slm 내지 20slm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하고, 15slm 내지 20slm의 범위 내의 유량인 것이 또한 바람직하다. 유량이 30slm 이하인 것으로 의해 TMA 가스의 반응 속도를 향상시킬 수 있고, 유량이 10slm 이상인 것에 의해 TMA 가스를 처리실(201)의 보다 상방에 공급할 수 있는 것과 함께, 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있다.
TMA 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간[가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내의 상부 영역을 향하여 TMA 가스를 공급하는 시간], 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 1초 내지 60초의 범위 내인 것이 바람직하고, 1초 내지 30초의 범위 내인 것이 보다 바람직하고, 3초 내지 5초의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 공급 시간이 60초 이하인 것에 의해 불순물이 막 내에 취입(取入)되어 저항율이 높아지는 것이 억제되고, 공급 시간이 1초 이상인 것으로 의해 성막 레이트를 향상시킬 수 있다.
히터(207)는 처리실(201) 내의 온도[웨이퍼(200)]의 온도)가 예컨대 400℃ 내지 600℃의 범위 내가 되도록 가열하는 것이 바람직하고, 400℃ 내지 550℃의 범위 내가 되도록 가열하는 것이 보다 바람직하고, 450℃ 내지 550℃의 범위 내가 되도록 가열하는 것이 보다 바람직하다. 온도가 600℃ 이하인 것에 의해 TMA 가스의 열분해를 억제하면서 성막 레이트를 적절하게 조정할 수 있고 불순물이 막 내에 취입되어 저항율이 높아지는 것이 억제된다. 또한 TMA 가스의 열분해는 550℃ 정도에서 시작되기 때문에 550℃ 이하의 온도로 가열된 처리실(201) 내에서 본 발명을 이용하며 보다 유효하다. 한편, 온도가 400℃ 이상인 것에 의해 반응성이 높고 효율적인 막 형성이 가능하다. 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 TMA 가스와 불활성 가스(N2가스)만이며, TMA 가스의 공급에 의해 보트(217)의 중앙 부분부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200) 상에 예컨대 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 Al 함유층이 형성된다.
[잔류 가스 제거 스텝(S204)]
보트(217)의 중앙 부분부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200) 상에 Al 함유층이 형성된 후 밸브(314)를 닫고 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터의 TMA 가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(231)의 APC밸브(243)는 연 상태에서 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Al 함유층 형성에 기여한 후의 TMA 가스를 배기공(204a)을 개재하여 웨이퍼(200)의 주면에 대하여 평행으로 배기하여 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한 밸브(514, 524, 534)는 연 상태에서 불활성 가스의 처리실(201) 내에 공급한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Al 함유층 형성으로 기여한 후의 TMA 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 향상시킬 수 있다. 또한 밸브(514, 524, 534)로부터의 불활성 가스는 잔류 가스 제거 스텝의 동안 항상 계속해서 흘려도 좋고, 단속적(펄스적)으로 공급해도 좋다.
이때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 수행되는 스텝에서 악영향은 대부분 발생하지 않는다. 처리실(201) 내에 공급하는 불활성 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 이너 튜브(204)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양을 공급하는 것에 의해 그 후의 스텝에서 악영향이 대부분 발생하지 않는 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 이와 같이 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 불활성 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
[제2 원료 가스 공급 스텝(S205)]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(324)를 여는 것에 의해 가스 공급관(320) 내에 원료 가스인 트리메틸알루미늄(TMA) 가스를 흘린다(제2 공급 공정). 가스 공급관(320) 내를 흐르는 TMA 가스는 MFC(312)에 의해 유량 조정된다. 가스 공급관(320) 내에 TMA 가스를 흘릴 때, 밸브(524)를 열고 가스 공급관(520) 내에 N2가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(520) 내를 흐르는 불활성 가스는 MFC(522)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 TMA 가스 및 불활성 가스는 노즐(420)의 복수의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내의 하부 영역부터 중앙 부분까지 공급되고, 보트(217)의 하부부터 중앙 부분까지 수용된 웨이퍼(200)에 대하여 TMA 가스 및 불활성 가스가 공급되도록 이루어진다. 또한 이때 노즐(410), 노즐(430) 내로의 TMA 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(514, 534)를 열어 가스 공급관(510), 가스 공급관(530) 내에 불활성 가스를 흘린다. 불활성 가스는 가스 공급관(310), 가스 공급관(330), 노즐(410), 노즐(430)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되어 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC밸브(243)를 적절히 조정하고 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 1000Pa의 범위 내의 압력으로 해도 좋고, 바람직하게는 1Pa 내지 100Pa의 범위 내의 압력으로 해도 좋고, 보다 바람직하게는 10Pa 내지 40Pa의 범위 내의 압력으로 해도 좋다. 처리실(201) 내의 압력을 1000Pa 이하로 하는 것에 의해 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있고, 처리실(201) 내의 압력을 1Pa 이상으로 하는 것에 의해 웨이퍼(200) 표면에서의 TMA 가스의 반응 속도를 높일 수 있다.
노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되는 TMA 가스의 공급 유량은 MFC(312)에 의해 제어되고 예컨대 10sccm 내지 500sccm의 범위 내의 유량인 것이 바람직하고, 50sccm 내지 300sccm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하고, 50sccm 내지 150sccm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하다. 유량이 500sccm 이하인 것에 의해 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있고, 유량이 10sccm 이상인 것으로 의해 웨이퍼(200) 표면에서의 TMA 가스의 반응 속도를 향상시킬 수 있다.
노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 TMA 가스가 공급될 때에 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되는 N2가스의 공급 유량(유량)은 MFC(522)로 제어되고 예컨대 1slm 내지 30slm의 범위 내의 유량인 것이 바람직하고, 1slm 내지 20slm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하고, 1slm 내지 10slm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하다. 유량이 30slm 이하인 것으로 의해 TMA 가스의 반응 속도를 향상시킬 수 있고, 유량이 1slm 이상인 것에 의해 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있다.
TMA 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간[가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 TMA 가스를 공급하는 시간], 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 1초 내지 60초의 범위 내인 것이 바람직하고, 1초 내지 30초의 범위 내인 것이 보다 바람직하고, 3초 내지 5초의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 공급 시간이 60초 이하인 것에 의해 TMA 가스의 열분해를 억제하는 것과 함께, 메틸기 등이 막 내에 취입되는 것이 억제되고, 공급 시간이 1초 이상인 것으로 의해 성막 레이트를 향상시킬 수 있다. 또한 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급하는 TMA 가스는 균열 영역 내에 위치하는 노즐(420)을 통과하기 때문에 열분해되어 노즐(420) 내에서 소비되기 쉬우므로 가스 공급 시간은 짧게 하는 것이 바람직하고, 예컨대 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급하는 TMA 가스의 공급 시간보다 짧게 하면 좋다.
이때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 TMA 가스와 불활성 가스(N2가스)만이며, TMA 가스의 공급에 의해 보트(217)의 하부부터 중앙 부분까지 수용된 웨이퍼(200) 상에 예컨대 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 Al 함유층이 또한 형성된다.
[잔류 가스 제거 스텝(S206)]
보트(217)의 하부부터 중앙 부분까지 수용된 웨이퍼(200) 상에 Al 함유층이 형성된 후 밸브(324)를 닫고 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터의 TMA 가스의 공급을 정지한다. 그리고 전술의 잔류 가스 제거 스텝과 같은 처리를 수행하는 것에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Al 함유층 형성에 기여한 후의 TMA 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다.
[반응 가스 공급 스텝(S207)]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후 밸브(334)를 열어 가스 공급관(330) 내에 반응 가스인 O3가스를 흘린다. 가스 공급관(330) 내를 흐르는 O3가스는 MFC(332)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 O3가스는 노즐(430)의 가스 공급공(430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 처리실(201) 내에 공급된 O3가스는 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 O3가스가 공급된다. 즉 웨이퍼(200)의 표면은 O3가스에 폭로되도록 이루어진다. 이때 밸브(534)를 열어 가스 공급관(530) 내에 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(530) 내를 흐르는 불활성 가스는 MFC(532)에 의해 유량 조정된다. 불활성 가스는 O3가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 노즐(410, 420) 내로의 O3가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(514, 524)를 열어 가스 공급관(510, 520) 내에 불활성 가스를 흘린다. 불활성 가스는 가스 공급관(310, 320), 노즐(410, 420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되어 배기관(231)으로부터 배기된다.
O3가스를 흘릴 때는 APC밸브(243)를 적절히 조정하고 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 1000Pa의 범위 내의 압력으로 해도 좋고, 바람직하게는 1Pa 내지 100Pa의 범위 내의 압력으로 해도 좋고, 보다 바람직하게는 10Pa 내지 40Pa의 범위 내의 압력으로 해도 좋다. 처리실(201) 내의 압력을 1000Pa 이하로 하는 것에 의해 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있고, 처리실(201) 내의 압력을 1Pa 이상으로 하는 것에 의해 충분한 성막 레이트를 얻을 수 있다.
노즐(430)의 가스 공급공(430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되는 O3가스의 공급 유량은 MFC(332)에 의해 제어되고 예컨대 5slm 내지 40slm의 범위 내의 유량인 것이 바람직하고, 5slm 내지 30slm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하고, 10slm 내지 20slm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하다. 유량은 많을수록 원료 가스에 유래하는 불순물의 산화 알루미늄 막 중으로의 혼입을 저감할 수 있어 바람직하다. 또한 유량이 40slm 이하인 것에 의해 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있고, 유량이 5slm 이상인 것에 의해 웨이퍼(200) 표면에 충분한 양의 O3가스가 공급된다.
O3가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간[가스 공급공(430a)으로부터 처리실(201) 내에 O3가스를 공급하는 시간], 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 1초 내지 60초의 범위 내인 것이 바람직하고, 1초 내지 30초의 범위 내인 것이 보다 바람직하고, 3초 내지 5초의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 공급 시간은 길수록 원료 가스에 유래하는 불순물의 막 중으로의 혼입을 저감할 수 있어 바람직하다. 또한 공급 시간이 60초 이하인 것에 의해 스루풋을 향상시킬 수 있고, 공급 시간이 1초 이상인 것으로 의해 성막 레이트를 향상시킬 수 있다.
이때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 O3가스와 불활성 가스(N2가스)만이다. O3가스는 원료 가스 공급 스텝에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Al 함유층의 적어도 일부와 치환 반응한다. 치환 반응 시에는 Al 함유층에 포함되는 Al과 O3가스에 포함되는 O가 결합하여 웨이퍼(200) 상에 금속 산화막으로서 Al과 O를 포함하는 산화 알루미늄층이 형성된다.
[잔류 가스 제거 스텝(S208)]
산화 알루미늄층을 형성한 후, 밸브(334)를 닫아 O3가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(231)의 APC밸브(243)는 연 상태로 하고 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 산화 알루미늄층의 형성에 기여한 후의 O3가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한 밸브(514, 524, 534)는 연 상태로 하고 불활성 가스의 처리실(201) 내에 공급한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용하고 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 산화 알루미늄층의 형성으로 기여한 후의 O3가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 향상시킬 수 있다. 또한 밸브(514, 524, 534)로부터의 불활성 가스는 잔류 가스 제거 스텝의 동안 항상 계속해서 흘려도 좋고, 단속적(펄스적)으로 공급해도 좋다.
이때 원료 가스 공급 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지로 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다.
[소정 횟수 실시(S209)]
전술한 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)(제1 공급 공정), 잔류 가스 제거 스텝(S204), 제2 원료 가스 공급 스텝(S205)(제2 공급 공정), 잔류 가스 제거 스텝(S206), 반응 가스 공급 스텝(S207) 및 잔류 가스 공급 스텝(S208)을 순서대로 수행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께의 산화 알루미늄 막을 형성한다. 각 스텝을 순서대로 수행하는 사이클의 횟수는 최종적으로 형성되는 산화 알루미늄 막에서 필요한 막 두께에 응하여 적절히 선택되지만, 이 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 또한 산화 알루미늄 막의 두께는 예컨대 10 내지 150nm인 것이 바람직하고, 40 내지 100nm인 것이 바람직하고, 60 내지 80nm인 것이 보다 바람직하다. 산화 알루미늄 막의 두께(막 두께)가 150nm 이하인 것에 의해 표면 조도(粗度)를 작게 할 수 있고, 10nm 이상인 것에 의해 하지막(下地膜)과의 응력 차이에 기인하는 막 박리(剝離)의 발생을 억제할 수 있다.
[퍼지 및 대기압 복귀(S210)]
밸브(514, 524, 534)를 열고 가스 공급관(510, 520, 530)의 각각으로부터 불활성 가스(N2가스)를 처리실(201) 내에 공급하여 배기관(231)으로부터 배기한다. 불활성 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 가스에 치환되어(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력은 상압으이 된다(대기압 복귀).
[보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지(S211)]
그 후 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되어 매니폴드(209)의 하단이 개구된다. 그리고 처리 완료 웨이퍼(200)(산화 알루미늄층이 형성된 웨이퍼)가 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 아우터 튜브(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)에서 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차지).
또한 가스 공급관(510)에 불활성 가스를 저장하는 탱크(불활성 가스 저장부:도시되지 않음)를 설치하여 불활성 가스를 저장하고, 가스 공급관(310)에 TMA 가스를 흘릴 때, 탱크에 저장한 불활성 가스를 가스 공급관(510)에 흘리는 것에 의해 TMA 가스를 처리실(201)의 상부 영역에 압출(押出)해도 좋다. 도 10i는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)의 구체적인 예를 나타내는 도면이다. 제1 공급 공정인 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)에서는 불활성 가스 저장부에 불활성 가스를 저장하는 공정(S203-1)과 불활성 가스 저장부에 저장한 불활성 가스에 의해 TMA 가스를 처리실(201)의 상부 영역에 압출하는 공정(S203-2)을 포함해도 좋다.
본 실시 형태에서 가스 공급관(310)의 상류부에 TMA 가스를 저장하는 탱크(원료 가스 저장부:도시되지 않음)를 설치하여 TMA 가스를 저장하고, TMA 가스를 처리실(201) 내에 순식간에 공급하도록 해도 좋다. 순식간에 공급하도록 하는 것에 의해 원료 가스를 처리실(201)의 중앙 부분으로부터 상부 영역에 바람직하게 공급할 수 있다. 또한 제1 공급 공정인 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)에서는 원료 가스 저장부에 원료 가스(TMA 가스)를 저장하는 공정을 포함해도 좋다.
제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)에서는 가스 공급관(310, 320)을 개재하여 노즐(410, 420)로부터 TMA 가스(원료 가스)를 별도의 스텝에서 처리실(201) 내에 공급한다. 그렇기 때문에 처리실(201) 내의 원하는 영역에 원료 가스를 공급하도록 제어하는 것이 용이해진다.
제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)에서는 처리실 내 (201)의 중앙 부분으로부터 상부 영역에 먼저 원료 가스를 공급하고, 다음으로 처리실(201)의 하부 영역으로부터 중앙 부분에 원료 가스를 공급하도록 한 것에 의해 상부 영역에 충분히 원료 가스를 공급할 수 있는 것과 함께, 상부 영역에 원료 가스를 공급하였을 때에 확산에 의해 먼저 하부 영역에도 원료 가스가 흐르기 때문에 노즐(420) 내에서의 원료 가스의 열분해에 의한 하부 영역에서의 원료 가스의 공급 부족이 억제되며, 하부 영역에 충분히 원료 가스를 공급할 수 있어 면내 균일성이 향상된다는 효과가 있다.
<제1 변형예>
도 10b는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 제1 변형예의 예시적인 흐름도이다. 제1 변형예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대한 설명에서 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
제1 실시 형태의 제1 변형예로서 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)과 제2 원료 가스 공급 스텝(S205) 사이에 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 TMA 가스와 N2가스의 공급 총유량을 조정하고, 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 TMA 가스를 주로 처리실(201)의 하부 영역부터 중앙 부분까지 공급하도록 조정하는 제1-1 원료 가스 공급 스텝(S212)을 수행하는 예를 들 수 있다. 예컨대 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)에서는 제1 프로세스 조건으로 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 TMA 가스(원료 가스)를 공급하고, 제1-1 원료 가스 공급 스텝(S212)에서는 제1 프로세스 조건과 다른 제2 프로세스 조건으로 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 TMA 가스(원료 가스)를 공급하는 것이 바람직하다. 여기서 제1 프로세스 조건, 제2 프로세스 조건에 관한 것으로서는 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 흘리는 불활성 가스의 공급 유량, 불활성 가스의 공급 시간, TMA 가스의 공급 유량, TMA 가스의 공급 시간 등을 들 수 있다.
또한 제1 프로세스 조건 및 제2 프로세스 조건은 N2가스(불활성 가스)의 공급 유량에 관한 것이며, 또한 제1 프로세스 조건에서의 제1 N2가스 공급 유량(제1 불활성 가스 유량)은 제2 프로세스 조건에서의 제2 N2가스 공급 유량(제2 불활성 가스 유량)보다 많은 것이 바람직하다. 제2 불활성 가스 공급 유량보다 많은 제1 불활성 가스 유량으로 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 불활성 가스를 공급하는 것에 의해 처리실(201) 내의 상부 영역에 TMA 가스를 공급할 수 있다. 예컨대 제1 프로세스 조건에서는 불활성 가스의 유량을 제1 불활성 가스 유량이 되도록 조정하는 것에 의해 TMA 가스의 유량을 제1 TMA 가스 공급 유량으로 하고, 제2 프로세스 조건에서는 불활성 가스의 유량을 제1 불활성 가스 유량보다 적은 제2 불활성 가스 유량이 되도록 조정하는 것에 의해 TMA 가스의 유량을 제1 TMA 가스 공급 유량보다 적은 제2 TMA 가스 공급 유량으로 해도 좋다.
제1 프로세스 조건 및 제2 프로세스 조건은 TMA 가스(원료 가스)의 공급 유량에 관한 것이어도 좋고, 또한 제1 프로세스 조건에서의 제1 TMA 가스 공급 유량(제1 원료 가스 유량)은 제2 프로세스 조건에서의 제2 TMA 가스 공급 유량(제2 원료 가스 유량)보다 많은 것이 바람직하다. 제2 원료 가스 공급 유량보다 많은 제1 원료 가스 유량으로 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 TMA 가스를 공급하는 것에 의해 처리실(201) 내의 상부 영역에 TMA 가스를 공급할 수 있다.
구체적으로는 제1-1 원료 가스 공급 스텝(S212)에서 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 N2가스의 공급 유량은 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)에서의 공급 유량보다 적은 값이며, 예컨대 1slm 내지 30slm의 범위 내의 유량인 것이 바람직하고, 1slm 내지 20slm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하고, 1slm 내지 10slm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하다. 기타의 프로세스 조건은 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)과 마찬가지이다. 또한 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)과 제1-1 원료 가스 공급 스텝(S212) 사이에는 전술한 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)의 후에 수행하는 잔류 가스 제거 스텝(S204)을 수행해도 좋고, 수행하지 않아도 좋다. 이와 같은 제1 변형예에서도 전술한 제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)과 마찬가지로 웨이퍼(200) 상에 산화 알루미늄 막을 형성할 수 있다. 또한 제1 변형예에서의 제1-1 원료 가스 공급 스텝(S212) 이외의 각 스텝들은 전술한 제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)과 공통되기 때문에 그 설명을 생략한다.
<제2 변형예>
제1 실시 형태의 제2 변형예로서 제1 변형예의 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)과 제1-1 원료 가스 공급 스텝(S212)의 순서를 교체한 예를 들 수 있다. 이와 같은 제2 변형예에서도 전술한 제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)과 마찬가지로 웨이퍼(200) 상에 산화 알루미늄 막을 형성할 수 있다. 또한 제2 변형예에서의 각 스텝들은 전술한 제1 변형예과 공통되기 때문에 그 설명을 생략한다.
<제3 변형예>
도 10c는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 제3 변형예의 예시적인 흐름도이다. 제3 변형예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대한 설명에서 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법 및 제1 변형예에 따른 반도체 장치의 제조 방법과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
제1 실시 형태의 제3 변형예로서 제1 원료 가스 공급 스텝(S203), 잔류 가스 제거 스텝(S204), 제1 반응 가스 공급 스텝(S207-1), 잔류 가스 제거 스텝(S208), 제2 원료 가스 공급 스텝(S205), 잔류 가스 제거 스텝(S206), 제2 반응 가스 공급 스텝(S207-2)을 이 순서대로 수행하는 예를 들 수 있다. 제3 변형예에 의해 원료 가스를 공급할 때마다 반응 가스를 공급하기 때문에 원료 가스 공급 스텝들(S203, S205)에 의해 웨이퍼(200) 상 Al 함유층이 형성될 때마다 산화가 수행되고, 보다 고품질의 막을 형성하는 것이 가능해진다. 또한 제3 변형예에서의 각 스텝들은 전술한 제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)과 공통되기 때문에 그 설명을 생략한다.
<제4 변형예>
제1 실시 형태의 제4 변형예로서 제3 변형예에서 제2 원료 가스 공급 스텝(S205)의 후에 수행하는 제2 반응 가스 공급 스텝(S207-2)에서 공급되는 O3가스의 공급 유량을 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)의 후에 수행하는 제1 반응 가스 공급 스텝(S207-1)에서 공급되는 O3가스의 공급 유량보다 많게 하는 예를 들 수 있다. 제4 변형예에 의해 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)에서 처리실(201)의 중앙 부분부터 상부 영역까지 형성된 Al 함유층을 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)의 후에 수행하는 제1 반응 가스 공급 스텝(S207-1)에서 과잉하게 산화하는 것을 억제하고, 보다 균일하게 Al 함유층을 산화하고, 보다 고품질의 막을 형성하는 것이 가능해진다. 또한 제4 변형예에서의 각 스텝들은 전술한 제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)과 공통되기 때문에 그 설명을 생략한다.
<제5 변형예>
제1 실시 형태의 제5 변형예로서 제3 변형예에서 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)에서 공급되는 원료 가스의 공급 유량을 제2 원료 가스 공급 스텝(S205)에서 공급되는 원료 가스의 공급 유량보다 많게 하는 것과 함께, 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)의 후에 수행하는 제1 반응 가스 공급 스텝(S207-1)에서 공급되는 O3가스의 공급 유량을 제2 원료 가스 공급 스텝(S205)의 후에 수행하는 제2 반응 가스 공급 스텝(S207-2)에서 공급되는 O3가스의 공급 유량보다 많게 하는 예를 들 수 있다. 제5 변형예에 의해 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)에서 처리실(201)의 중앙 부분부터 상부 영역까지 위치하는 웨이퍼(200) 상에 Al 함유층이 형성되는 것과 함께, 처리실(201)의 하부 영역부터 중앙 부분까지 위치하는 웨이퍼(200) 상에도 소량의 Al 함유층이 형성되고 그들을 산화한 후, 막 두께가 부족되는 처리실(201)의 하부 영역부터 중앙 부분까지 위치하는 웨이퍼(200) 상에 제2 원료 가스 공급 스텝(S205)에 의해 TMA 가스를 공급하여 산화하고, 면내 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한 제5 변형예에서의 각 스텝은 전술한 제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)과 공통되기 때문에 그 설명을 생략한다.
<제2 실시 형태>
도 10d는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 예시적인 흐름도이다. 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대한 설명에서 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
〔제2 금속 산화막 형성 스텝(S301B)〕
다음으로 제2 공급 공정인 제2 원료 가스 공급 스텝(S205), 잔류 가스 제거 스텝(S206), 제1 공급 공정인 제1 원료 가스 공급 스텝(S203), 잔류 가스 제거 스텝(S204), 제3 공급 공정인 반응 가스 공급 스텝(S207) 및 잔류 가스 제거 스텝(S208)을 이 순서대로 소정 횟수 수행하는 제2 금속 산화막 형성 스텝(S301B)에 대해서 설명한다. 제2 실시 형태에 따른 제2 금속 산화막 형성 스텝(S301B)은 제1 공급 공정인 제1 원료 가스 공급 스텝(S203) 및 제2 공급 공정인 제2 원료 가스 공급 스텝(S205)을 수행하는 순서를 교체한 관점에서 전술한 제1 실시 형태에 따른 제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)과 상위하다. 이와 같은 제2 금속 산화막 형성 스텝(S301B에서도 전술한 제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)과 마찬가지로 웨이퍼(200) 상에 산화 알루미늄 막을 형성할 수 있다. 또한 제2 금속 산화막 형성 스텝(S301B)에서의 각 스텝은 전술한 제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)과 공통되기 때문에 그 설명을 생략한다.
제2 금속 산화막 형성 스텝(S301B에서는 처리실 내 처리실(201)의 하부 영역부터 중앙 부분까지 먼저 원료 가스를 공급하고, 다음으로 처리실(201)의 중앙 부분부터 상부 영역까지 원료 가스를 공급하도록 한 것에 의해 상부 영역에 충분히 원료 가스를 공급할 수 있는 것과 함께, 노즐(420) 내에서의 원료 가스의 열분해에 의한 하부 영역에서의 원료 가스의 공급 부족을 다음으로 공급하는 상부 영역로의 원료 가스의 확산에 의해 보충할 수 있기 때문에 하부 영역에 충분히 원료 가스를 공급할 수 있고, 면내 균일성이 향상된다는 효과가 있다.
<제3 실시 형태>
다음으로 제3 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10) 및 제3 금속 산화막 형성 스텝(S301C)에 대해서 이하에 설명한다. 제3 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)는 도 4에 도시하는 바와 같이 원료 가스 공급계에서 가스 공급관(310)과 가스 공급관(320)이 각각 합류하지 않고 독립적으로 설치되고, 또한 가스 공급관(320)에 MFC(322)가 설치되는 관점에서 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)와 상위하다. 즉 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)에서는 가스 공급관(310, 320)을 개재하여 노즐(410, 420)로부터 원료 가스를 순서대로 처리실(201) 내에 공급하지만, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)에서는 가스 공급관(310, 320)을 개재하여 노즐(410, 420)로부터 원료 가스를 순서대로 처리실(201) 내에 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 가스 공급관(310, 320)을 개재하여 노즐(410, 420)로부터 원료 가스를 함께(동시 병행으로) 처리실(201) 내에 공급할 수 있다. 도 10e는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 예시적인 흐름도이다. 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대한 설명에서 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
〔제3 금속 산화막 형성 스텝(S301C)〕
다음으로 제1 공급 공정 및 제2 공급 공정을 함께(동시에) 수행하는 공정인 제3 원료 가스 공급 스텝(S213), 잔류 가스 제거 스텝(S204), 제3 공급 공정인 반응 가스 공급 스텝(S207) 및 잔류 가스 제거 스텝(S208)을 이 순서대로 소정 횟수 수행하는 제3 금속 산화막 형성 스텝(S301C)에 대해서 설명한다. 이 제3 금속 산화막 형성 스텝(S301C)에서는 제1 실시 형태의 제1 공급 공정인 제1 원료 가스 공급 스텝(S203) 및 제2 공급 공정인 제2 원료 가스 공급 스텝(S205)을 함께(동시에) 수행하여 웨이퍼(200) 상에 금속 산화막을 형성한다. 또한 이때 제1 공급 공정 및 제2 공급 공정을 「함께(동시에) 수행한다」라는 것은 제1 공급 공정 및 제2 공급 공정을 수행하는 타이밍이 중첩되면 좋고, 제1 공급 공정 및 제2 공급 공정의 시작 타이밍 및 제1 공급 공정 및 제2 공급 공정의 종료 타이밍은 같아도 달라도 좋다.
[제3 원료 가스 공급 스텝(S213)]
우선 밸브(314, 324)를 여는 것에 의해 가스 공급관(310, 320) 내에 TMA 가스를 흘린다. 가스 공급관(310, 320) 내를 흐르는 TMA 가스는 MFC(312, 322)에 의해 제3 TMA 가스 공급 유량(제3 원료 가스 유량)이 되도록 유량 조정된다. 유량 조정된 TMA 가스는 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내 및 노즐(420)의 복수의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어 웨이퍼(200)에 대하여 TMA 가스가 공급되도록 이루어진다. 가스 공급관(310, 320) 내에 TMA 가스를 흘릴 때, 밸브(514, 524)를 열어 가스 공급관(510, 520) 내에 N2가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(510, 520) 내를 흐르는 불활성 가스는 MFC(512, 522)에 의해 제3 불활성 가스 공급 유량(제3 불활성 가스 유량)이 되도록 유량 조정된다. 유량 조정된 불활성 가스는 TMA 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 TMA 가스와 불활성 가스와의 공급 총유량을 조정하는 것에 의해 노즐(420)의 복수의 가스 공급공(420a)으로부터 TMA 가스를 처리실(201) 내의 하부 영역부터 중앙 부분까지 공급하는 것과 함께, 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 TMA 가스를 처리실(201) 내의 중앙 부분부터 상부 영역까지 공급한다. TMA 가스와 불활성 가스와의 공급 총유량의 조정에서는 TMA 가스의 공급 유량을 조정하는 것에 의해 공급 총유량을 조정해도 좋고, 불활성 가스의 공급 유량을 조정하는 것에 의해 공급 총유량을 조정해도 좋고, TMA 가스와 불활성 가스의 양방의 공급 유량을 조정하는 것에 의해 공급 총유량을 조정해도 좋다. 또한 이때 노즐(430) 내로의 TMA 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(534)를 열어 가스 공급관(530) 내에 불활성 가스를 흘린다. 불활성 가스는 가스 공급관(330), 노즐(430)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되어 배기관(231)으로부터 배기된다.
제3 금속 산화막 형성 스텝(S301C)에서 제3 원료 가스 공급 스텝(S213)을 수행할 때, 처리실(201) 내의 압력, 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되는 TMA 가스 및 불활성 가스의 공급 유량, 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되는 TMA 가스 및 불활성 가스의 공급 유량, TMA 가스 및 불활성 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간 및 처리실(201) 내의 온도의 바람직한 범위는 전술한 제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)에서의 제1 공급 공정 또는 제2 공급 공정인 원료 가스 공급 스텝들(S203, S205)과 마찬가지이다.
제3 금속 산화막 형성 스텝(S301C)에서는 가스 공급관(310, 320)을 개재하여 노즐(410, 420)로부터 TMA 가스(원료 가스)를 동시 병행으로 처리실(201) 내에 공급하기 때문에 제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)보다 스텝수(數)가 적다. 그렇기 때문에 금속 산화막의 형성에 걸리는 시간을 단축할 수 있어 스루풋을 향상시킬 수 있다.
<제4 실시 형태>
다음으로 제4 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10) 및 제4 금속 산화막 형성 스텝(S301D)에 대해서 이하에 설명한다. 제4 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)는 도 5, 6에 도시하는 바와 같이 노즐(420)의 가스 공급공(420a)이 노즐(410)의 가스 공급공(410a)과 마찬가지로 연직 상향으로 1개 설치되는 관점에서 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)와 다르다.
본 실시 형태에서는 노즐(410)(제1 노즐)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201)의 상부 영역을 향하여 상향으로 공급된 원료 가스는 처리실(201)의 하부 영역부터 중앙 부분까지 주로 공급되기 때문에 보트(217)의 하부부터 중앙 부분까지 수용된 웨이퍼(200)에 주로 공급된다. 예컨대 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 가스의 공급 총유량을 조정하는 것에 의해 원료 가스를 처리실(201)의 하부 영역부터 중앙 부분까지 주로 공급하는 것이 가능하다. 이때 예컨대 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 불활성 가스의 공급 유량을 조정하는 것에 의해 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 가스의 공급 총유량을 조정할 수 있다. 혹은 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 원료 가스의 공급 유량을 조정해도 좋고, 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 불활성 가스와 원료 가스와의 양방을 조정해도 좋다. 이에 의해 보트(217)의 하부에 수용된 웨이퍼(200)에 충분한 원료 가스의 공급이 수행되고, 또한 충분한 양의 원료 가스가 공급되기 때문에 웨이퍼(200)에서의 성막 시의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한 노즐(420)(제2 노즐)의 가스 공급공(420a)으로부터 상향으로 공급된 원료 가스는 처리실(201)의 중앙 부분부터 상부의 영역까지 주로 공급되기 때문에 보트(217)의 중앙 부분부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200)에 주로 공급된다. 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 공급되는 가스의 공급 총유량을 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 가스의 공급 총유량과 마찬가지인 값으로 한다. 처리실(201)의 하부 영역부터 처리실(201)에 수용된 복수의 웨이퍼(200)의 중앙 부분까지 연재하도록 설치된 노즐(420)에 연직 상향으로 가스 공급공(420a)이 설치되기 때문에 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 공급되는 가스의 공급 총유량을 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 가스의 공급 총유량과 동등한 값으로 한 경우이어도 처리실(201)의 중앙 부분부터 상부의 영역까지 주로 공급하는 것이 가능해진다. 또한 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 공급되는 가스의 공급 총유량을 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 가스의 공급 총유량과 마찬가지로 조정해도 좋다. 조정하는 것에 의해 보다 보트(217)의 상부(탑 영역)에 수용된 웨이퍼(200)에 충분한 원료 가스의 공급이 수행되도록 제어하는 것이 가능하며, 충분한 양의 원료 가스가 공급되기 때문에 웨이퍼(200)에서의 성막 시의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 10f는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 예시적인 흐름도이다. 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대한 설명에서 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
〔제4 금속 산화막 형성 스텝(S301D)〕
다음으로 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 상향으로 원료 가스를 공급하는 제4 원료 가스 공급 스텝(S214), 잔류 가스 제거 스텝(S204), 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 상향으로 원료 가스를 공급하는 제5 원료 가스 공급 스텝(S215), 잔류 가스 제거 스텝(S206), 노즐(430)의 복수의 가스 공급공(430a)으로부터 웨이퍼(200)에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 스텝(S207) 및 잔류 가스 제거 스텝(S208)을 이 순서대로 소정 횟수 수행하는 제4 금속 산화막 형성 스텝(S301D)에 대해서 설명한다. 또한 전술한 제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)과 같은 스텝들에 대해서는 그 설명을 생략한다.
[제4 원료 가스 공급 스텝(S214)]
우선 밸브(324)를 여는 것에 의해 가스 공급관(320) 내에 TMA 가스를 흘린다. 가스 공급관(320) 내를 흐르는 TMA 가스는 MFC(312)에 의해 제4 TMA 가스 공급 유량(제4 원료 가스 유량)이 되도록 유량 조정된다. 유량 조정된 TMA 가스는 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내의 상부 영역을 향하여 공급되어 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 TMA 가스가 공급된다. 즉 웨이퍼(200)의 표면은 TMA 가스에 폭로된다. 가스 공급관(320) 내에 TMA 가스를 흘릴 때, 밸브(524)를 열어 가스 공급관(520) 내에 N2가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(520) 내를 흐르는 불활성 가스는 MFC(522)에 의해 제4 불활성 가스 공급 유량(제4 불활성 가스 유량)이 되도록 유량 조정된다. 유량 조정된 불활성 가스는 TMA 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 이때 노즐(410, 430) 내로의 TMA 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(514, 534)를 열어 가스 공급관(510, 530) 내에 불활성 가스를 흘린다. 불활성 가스는 가스 공급관(310, 330), 노즐(410), 노즐(430)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되어 배기관(231)으로부터 배기된다.
제4 금속 산화막 형성 스텝(S301D)에서 제4 원료 가스 공급 스텝(S214)을 수행할 때, 처리실(201) 내의 압력, TMA 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간 및 처리실(201) 내의 온도의 바람직한 범위에 대해서는 전술한 제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)에서의 제1 공급 공정인 제1 원료 가스 공급 스텝(S203)과 마찬가지이다.
노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 상향으로 공급되는 TMA 가스의 공급 유량은 MFC(312)에 의해 제어되고, 예컨대 10sccm 내지 500sccm의 범위 내의 유량인 것이 바람직하고, 50sccm 내지 300sccm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하고, 50sccm 내지 150sccm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하다. 유량이 500sccm 이하인 것에 의해 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있고, 유량이 10sccm 이상인 것으로 의해 웨이퍼(200) 표면에서의 TMA 가스의 반응 속도를 향상시킬 수 있다.
노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 TMA 가스가 공급될 때에 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되는 N2가스의 공급 유량(유량)은 MFC(522)로 제어되고, 예컨대 1slm 내지 30slm의 범위 내의 유량인 것이 바람직하고, 1slm 내지 20slm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하고, 1slm 내지 10slm의 범위 내의 유량인 것이 또한 바람직하다. 유량이 30slm 이하인 것으로 의해 TMA 가스의 반응 속도를 향상시킬 수 있고, 유량이 1slm 이상인 것에 의해 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 공급되는 TMA 가스를 처리실(201) 내의 중앙 부분보다 상방에 공급할 수 있는 것과 함께, 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있다.
[제5 원료 가스 공급 스텝(S215)]
잔류 가스 제거 스텝(S204)에서 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(314)를 여는 것에 의해 가스 공급관(310) 내에 원료 가스인 트리메틸알루미늄(TMA) 가스를 흘린다. 가스 공급관(310) 내를 흐르는 TMA 가스는 MFC(312)에 의해 제5 TMA 가스 공급 유량(제5 원료 가스 유량)이 되도록 유량 조정된다. 유량 조정된 TMA 가스는 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 상향으로 공급되어 웨이퍼(200)에 대하여 TMA 가스가 공급되도록 이루어진다. 가스 공급관(310) 내에 TMA 가스를 흘릴 때, 밸브(514)를 열어 가스 공급관(510) 내에 N2가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(510) 내를 흐르는 불활성 가스는 MFC(512)에 의해 제5 불활성 가스 공급 유량(제5 불활성 가스 유량)이 되도록 유량 조정된다. 유량 조정된 불활성 가스는 TMA 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 이때 노즐(420, 430) 내로의 TMA 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(524, 534)를 열어 가스 공급관(520, 530) 내에 불활성 가스를 흘린다. 불활성 가스는 가스 공급관(320, 330), 노즐(420, 430)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되어 배기관(231)으로부터 배기된다.
제4 금속 산화막 형성 스텝(S301D)에서 제5 원료 가스 공급 스텝(S215)을 수행할 때 처리실(201) 내의 압력, TMA 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간 및 처리실(201) 내의 온도의 바람직한 범위에 대해서는 전술한 제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)에서의 제2 공급 공정인 제2 원료 가스 공급 스텝(S205)과 마찬가지이다. 또한 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 TMA 가스를 공급하는 시간은 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 TMA를 공급하는 시간보다 짧게 해도 좋다. 노즐(410, 420)쪽이 노즐의 길이가 길고 균열 영역 내에 연재하고 있기 때문에 보다 노즐 내에서 TMA 가스가 분해되기 쉬워서 공급 시간을 짧게 하는 것에 의해 분해된 TMA 가스가 처리실(201) 내에 많이 공급되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 상향으로 공급되는 TMA 가스의 공급 유량은 MFC(312)에 의해 제어되고, 예컨대 10sccm 내지 500sccm의 범위 내의 유량인 것이 바람직하고, 50sccm 내지 300sccm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하고, 50sccm 내지 150sccm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하다. 유량이 500sccm 이하인 것에 의해 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있고, 유량이 10sccm 이상인 것으로 의해 웨이퍼(200) 표면에서의 TMA 가스의 반응 속도를 향상시킬 수 있다.
노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 TMA 가스가 공급될 때에 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되는 N2가스의 공급 유량(유량)은 MFC(512)로 제어되고 1slm 내지 30slm의 범위 내의 유량인 것이 바람직하고, 1slm 내지 20slm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하고, 1slm 내지 10slm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하다. 유량이 30slm 이하인 것에 의해 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 TMA 가스를 처리실(201) 내의 보다 하방으로 공급할 수 있는 것과 함께, TMA 가스의 반응 속도를 높일 수 있고, 유량이 1slm 이상인 것에 의해 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있다.
제4 금속 산화막 형성 스텝(S301D)에서는 타겟 영역에 따르는 길이를 가지는 2개의 노즐로부터 각각 상향으로 TMA 가스를 처리실(201) 내에 공급하는 것에 의해 다른 타겟 영역에 개별로 TMA 가스를 충분히 공급할 수 있고, 막 두께의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
<제5 실시 형태>
도 10g는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 예시적인 흐름도이다. 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대한 설명에서 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
제5 실시 형태에서는 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 상향으로 원료 가스를 공급하는 제5 원료 가스 공급 스텝(S215), 잔류 가스 제거 스텝(S204), 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 상향으로 원료 가스를 공급하는 제4 원료 가스 공급 스텝(S214), 잔류 가스 제거 스텝(S206), 노즐(430)의 복수의 가스 공급공(430a)으로부터 웨이퍼(200)에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 스텝(S207) 및 잔류 가스 제거 스텝(S208)을 이 순서대로 소정 횟수 수행하는 제5 금속 산화막 형성 스텝(S301E)을 수행한다. 제5 실시 형태에 따른 제5 금속 산화막 형성 스텝에서는 제4 원료 가스 공급 스텝(S214) 및 제5 원료 가스 공급 스텝(S215)을 수행하는 순서를 교체한 관점에서 전술한 제4 금속 산화막 형성 스텝(S301E)과 상위하다.
<제6 실시 형태>
제6 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10) 및 제6 금속 산화막 형성 스텝(S301F)에 대해서 이하에 설명한다. 제6 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)는 도 7, 8에 도시하는 바와 같이 주로 원료 가스를 흘리는 가스 공급관(320) 및 원료 가스를 처리실(201) 내에 공급하는 노즐(420)이 설치되지 않는 관점에서 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)와 상위하다. 도 10h는 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 예시적인 흐름도이다. 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대한 설명에서 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
제6 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)에서는 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 상향으로 원료 가스를 공급한다. 상향으로 공급된 원료 가스는 가스 공급공(410a)으로부터 공급된 원료 가스의 유량을 조정하는 것에 의해 보트(217)의 하부부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200)에 공급된다.
예컨대 원료 가스와 불활성 가스의 혼합 가스를 가스 공급공(410a)을 통하여 상향으로 공급할 때 원료 가스를 제6 TMA 가스 유량(제6 원료 가스 유량)으로 공급하는 것에 의해 원료 가스를 처리실의 제1 영역에 공급하고, 원료 가스와 불활성 가스의 혼합 가스를 가스 공급공(410a)을 통하여 상향으로 공급할 때 원료 가스를 제6 원료 가스 유량과는 다른 제7 TMA 가스 유량(제7 원료 가스 유량)으로 공급하는 것에 의해서 원료 가스를 처리실의 제2 영역에 공급할 수 있다. 여기서 처리실 내의 제1 영역 및 제2 영역은 처리실 내에서의 보트(217)의 하부부터 상부까지의 임의의 영역(타겟 영역)을 지칭한다. 예컨대 제6 TMA 가스 공급 유량을 원료 가스가 처리실(201)의 하부 영역에 주로 공급되도록 조정하는 경우, 제7 TMA 가스 공급 유량을 제6 TMA 가스 공급 유량 보다 많게 조정하는 것에 의해 원료 가스가 처리실(201)의 중앙 부분 또는 상부의 영역에 주로 공급되도록 하는 것이 가능해진다.
가스 공급공(410a)으로부터 상향으로 공급되는 원료 가스의 유량은 MFC(314)에 의해 제어하는 것에 의해 조정할 수 있고, 또한 가스 공급관(510)으로부터 가스 공급관(310)에 공급되는 N2가스 등의 불활성 가스의 유량을 MFC(512)에 의해 제어하는 것에 의해 조정할 수 있다. 이하에서는 불활성 가스의 유량을 제어하는 것에 의해 원료 가스와 불활성 가스의 혼합 가스의 유량을 바꾸어서 임의의 영역에 원료 가스를 공급하는 경우에 대해서 설명한다. 가스 공급공(410a)으로부터 상향으로 공급되는 불활성 가스의 유량은 2단계 이상의 복수의 단계로 나누어도 좋고, 예컨대 처리실(201) 내의 원료 가스가 공급되는 영역에 따라서 불활성 가스의 유량을 단계적으로 조정해도 좋다. 즉 불활성 가스의 유량을 단계적으로 조정하고, 처리실(201) 내의 원료 가스가 공급되는 영역을 단계적으로 변경시켜도 좋다. 즉 불활성 가스의 유량을 단계적으로 조정하도록 가스 공급관(510)으로부터 가스 공급관(310)에 공급되는 불활성 가스의 유량을 조정하면 좋다. 이에 의해 보트(217)의 원하는 위치(하부 내지 상부)에 수용된 임의의 웨이퍼(200)에 원하는 양의 원료 가스를 공급할 수 있다.
불활성 가스의 유량을 단계적으로 조정하는 경우, 예컨대 제1 유량, 제2 유량, 제3 유량(제1 유량>제2 유량>제3 유량)과 같이 불활성 가스의 유량을 3단계로 조정해도 좋다. 이에 의해 불활성 가스의 유량을 제1 유량으로 하는 것에 의해 처리실(201)의 상부 부근에 원료 가스를 공급하고, 불활성 가스의 유량을 제2 유량으로 하는 것에 의해 처리실(201)의 중앙 부분 부근에 원료 가스를 공급하고, 불활성 가스의 유량을 제3 유량으로 하는 것에 의해 처리실(201)의 하부 부근에 원료 가스를 공급할 수 있다. 따라서 불활성 가스의 유량을 제1 유량, 제2 유량, 제3 유량과 3단계로 조정하는 것에 의해 보트(217)의 하부부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200)에 원료 가스를 공급할 수 있다. 또한 불활성 가스의 유량을 단계적으로 조정하는 경우, 불활성 가스의 유량을 4단계 이상에 조정해도 좋고 예컨대 5단계로 조정해도 좋다.
또한 불활성 가스를 가스 공급관(310)에 공급하는 가스 공급관(불활성 가스 공급관)을 복수 설치해도 좋고, 가스 공급공(410a)으로부터 상향으로 공급되는 불활성 가스의 유량에 따라서 불활성 가스를 가스 공급관(310)에 공급하는 가스 공급관을 절체해도 좋다. 그렇기 때문에 불활성 가스의 유량을 2단계로 조정하고 처리실(201) 내에 원료 가스 및 불활성 가스를 공급하는 경우, 불활성 가스의 유량이 다른 불활성 가스 공급관을 2개 설치해도 좋다. 예컨대 제1 유량, 제2 유량(제1 유량>제2 유량)과 같이 불활성 가스의 유량을 2단계로 조정하는 경우, 불활성 가스의 유량이 보다 많은 불활성 가스 공급관으로부터 불활성 가스를 가스 공급관(310)에 공급하면서 가스 공급공(410a)으로부터 제1 유량의 원료 가스를 상향으로 공급하면 좋고, 불활성 가스의 유량이 보다 적은 불활성 가스 공급관으로부터 불활성 가스를 가스 공급관(310)에 공급하면서 가스 공급공(420a)으로부터 제2 유량의 원료 가스를 상향으로 공급하면 좋다. 이에 의해 제1 유량으로 처리실(201) 내에 공급된 원료 가스는 처리실(201)의 중앙 부분부터 상부 부근까지 공급되고, 제2 유량으로 처리실(201) 내에 공급된 불활성 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되는 원료 가스는 처리실(201)의 하부 영역부터 중앙 부분 부근까지 공급된다. 또한 불활성 가스의 유량을 3단계로 조정하고 처리실(201) 내에 원료 가스 및 불활성 가스를 공급하는 경우, 불활성 가스의 유량이 다른 불활성 가스 공급관을 3개 설치해도 좋다.
또한 가스 공급관(510)에 불활성 가스를 저장하는 탱크(불활성 가스 저장부:도시되지 않음)를 설치하여 불활성 가스를 저장하고 가스 공급관(310)에 TMA 가스를 흘릴 때, 탱크에 저장한 불활성 가스를 가스 공급관(510)에 흘리는 것에 의해 TMA 가스를 처리실(201)의 상부 영역에 압출해도 좋다.
〔제6 금속 산화막 형성 스텝(S301F)〕
다음으로 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 상향으로 원료 가스와 함께 제1 유량으로 불활성 가스를 공급하는 제6 원료 가스 공급 스텝(S216), 잔류 가스 제거 스텝(S204), 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 상향으로 원료 가스와 함께 제1 유량과는 다른 제2 유량으로 불활성 가스를 공급하는 제7 원료 가스 공급 스텝(S217), 잔류 가스 제거 스텝(S206), 노즐(430)의 복수의 가스 공급공(430a)으로부터 웨이퍼(200)에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 스텝(S207) 및 잔류 가스 제거 스텝(S208)을 이 순서대로 소정 횟수 수행하는 제6 금속 산화막 형성 스텝(S301F)에 대해서 설명한다. 또한 전술한 제1 금속 산화막 형성 스텝(S301A)과 같은 스텝에 대해서는 그 설명을 생략한다.
예컨대 제6 원료 가스 공급 스텝(S216)에서는 제3 프로세스 조건으로 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 TMA 가스(원료 가스)를 공급하고, 제7 원료 가스 공급 스텝(S217)에서는 제1 프로세스 조건과 다른 제4 프로세스 조건으로 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 TMA 가스(원료 가스)를 공급하는 것이 바람직하다. 여기서 제3 프로세스 조건, 제4 프로세스 조건에 관한 것으로서는 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 흘리는 불활성 가스의 공급 유량, 불활성 가스의 공급 시간, TMA 가스의 공급 유량, TMA 가스의 공급 시간 등을 들 수 있다.
또한 제3 프로세스 조건 및 제4 프로세스 조건은 N2가스(불활성 가스)의 공급 유량에 관한 것이며, 또한 제3 프로세스 조건에서의 제6 불활성 가스 공급 유량(제6 불활성 가스 유량)은 제4 프로세스 조건에서의 제7 불활성 가스 공급 유량(제7 불활성 가스 유량)보다 많은 것이 바람직하다. 제7 불활성 가스 공급 유량보다 많은 제6 불활성 가스 유량으로 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 불활성 가스를 공급하는 것에 의해 처리실(201) 내의 상부 영역에 TMA 가스를 공급할 수 있다. 예컨대 제3 프로세스 조건의 불활성 가스의 유량을 제6 불활성 가스 유량으로 조정하는 것에 의해 TMA 가스와 불활성 가스의 혼합 가스의 유량을 조정하고, 제4 프로세스 조건의 불활성 가스의 유량을 제6 불활성 가스 유량보다 작은 제7 불활성 가스 유량으로 조정하는 것에 의해 TMA 가스와 불활성 가스의 혼합 가스의 유량을 불활성 가스의 유량이 제6 불활성 가스 유량일 때보다 작게 할 수 있다.
제3 프로세스 조건 및 제4 프로세스 조건은 TMA 가스(원료 가스)의 공급 유량에 관한 것이어도 좋고, 또한 제3 프로세스 조건에서의 제6 TMA 가스 공급 유량(제6 원료 가스 유량)은 제4 프로세스 조건에서의 제7 TMA 가스 공급 유량(제7 원료 가스 유량)보다 많은 것이 바람직하다. 제7 원료 가스 공급 유량보다 많은 제6 원료 가스 유량으로 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 TMA 가스를 공급하는 것에 의해 처리실(201) 내의 상부 영역에 TMA 가스를 공급할 수 있다.
제6 및 제7 원료 가스 공급 스텝에서, 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되는 TMA 가스의 공급 유량(유량)은 MFC(312)에 의해 제어되고, 예컨대 10sccm 내지 500sccm의 범위 내의 유량인 것이 바람직하고, 50sccm 내지 300sccm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하고, 50sccm 내지 150sccm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하다. 유량이 500sccm 이하인 것에 의해 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있고, 유량이 10sccm 이상인 것으로 의해 웨이퍼(200) 표면에서의 TMA 가스의 반응 속도를 향상시킬 수 있다.
노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 TMA 가스가 공급될 때에 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되는 N2가스의 공급 유량(유량)은 MFC(512)로 제어된다. 제6 원료 가스 공급 스텝(S216)에서는 제1 유량은 예컨대 10slm 내지 30slm의 범위 내의 유량인 것이 바람직하고, 10slm 내지 20slm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하고, 15slm 내지 20slm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하다. 유량이 30slm 이하인 것으로 의해 TMA 가스의 반응 속도를 향상시킬 수 있고, 유량이 10slm 이상인 것에 의해 TMA 가스를 처리실(201)의 보다 상방에 공급할 수 있는 것과 함께, 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있다.
제7 원료 가스 공급 스텝(S217)에서는 제1 유량과 다른 제2 유량은 MFC(512)에 의해 제어되고, 예컨대 1slm 내지 30slm의 범위 내의 유량인 것이 바람직하고, 1slm 내지 20slm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하고, 1slm 내지 10slm의 범위 내의 유량인 것이 보다 바람직하다. 유량이 30slm 이하인 것으로 의해 TMA 가스의 반응 속도를 향상시킬 수 있고, 유량이 1slm 이상인 것에 의해 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있다.
제6 금속 산화막 형성 스텝(S301F)에서는 프로세스 조건의 하나인 불활성 가스의 공급 유량을 조정하는 것에 의해 1개의 노즐로부터 복수의 임의의 영역에 균등하고 충분히 원료 가스를 공급하는 것이 가능해져 막 두께의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다.
이하에 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 제한되는 것이 아니다.
원료 가스를 2개의 공급 노즐로부터 공급하여 형성되는 산화 알루미늄(Al2O3)막의 막 두께·균일성에 대한 효과를 확인하기 위해서 원료 가스를 2개의 공급 노즐로부터 웨이퍼에 공급하여 성막한 경우(제1 실시예, 제1 실시 형태의 제2 변형예에 상당하는 시퀀스)와 원료 가스를 1개의 공급 노즐로부터 웨이퍼에 공급하여 성막한 경우(제2 실시예)를 도시한다. 제1 실시예에서는 도 4에 도시하는 기판 처리 장치(10)를 이용하고, 제2 실시예에서는 도 7에 도시하는 기판 처리 장치(10)를 이용했다. 또한 제2 실시예에서는 처리실 내에 공급하는 불활성 가스의 양을 2단계로 조정했다.
〔실험 조건〕제1 실시예, 제2 실시예의 기판 처리 장치에서 TMA(트리메틸알루미늄)과 O3(오존)을 반응시켜 막 두께 측정용의 Si기판 300mm 웨이퍼에 성막 처리를 수행하고 산화 알루미늄 막을 생성했다.
제1 실시예에서는 이하의 조건으로 TMA 가스 및 O3가스를 처리실 내에 공급하고 300mm 웨이퍼에 산화 알루미늄 막을 성막했다.
제1 노즐의 TMA 가스 유량(1회째):50 내지 60sccm(N2가스 유량:2 내지 4slm)
제1 노즐의 TMA 가스 유량(2회째):50 내지 60sccm(N2가스 유량:15 내지 20slm)
제2 노즐의 TMA 가스 유량:50 내지 60sccm(N2가스 유량:5 내지 8slm)
처리실 내의 압력:100 내지 200Pa
원료 가스 공급 시간:4 내지 6초(제1 노즐, 1회째), 4 내지 6초(제1 노즐, 2회째), 1 내지 3초(제2 노즐)
처리실 내의 온도:550℃
제3 노즐의 O3가스 유량:10 내지 15slm
O3가스 공급 시간:10 내지 20초
제2 실시예에서는 이하의 조건으로 TMA 가스 및 O3가스를 처리실 내에 공급하고 300mm 웨이퍼에 산화 알루미늄 막을 성막했다.
노즐의 TMA 가스 유량(1회째):50 내지 60sccm(N2가스 유량:2 내지 4slm)
노즐의 TMA 가스 유량(2회째):50 내지 60sccm(N2가스 유량:15 내지 20slm)
처리실 내의 압력:100 내지 200Pa
원료 가스 공급 시간:4 내지 6초(1회째), 4 내지 6초(2회째)
처리실 내의 온도:550℃
노즐의 O3가스 유량:10 내지 15slm
O3가스 공급 시간:10 내지 20초
생성된 산화 알루미늄 막의 막 두께를 측정했다. 또한 산화 알루미늄 막의 막 두께로서는 보트의 하부에 수용된 웨이퍼 상에 성막된 산화 알루미늄 막의 막 두께를 측정했다. 또한 300mm 웨이퍼 전체의 49점을 측정하고 막 두께의 최대값, 최소값으로 막 두께의 균일성을 산출했다. 막 두께 균일성의 산출 방법은 이하의 식을 이용했다.
[식] 막 두께 균일성= [(막 두께 최대값-막 두께 최소값)/2]/막 두께 평균값×100
〔실험 결과〕제1 실시예 및 제2 실시예에서의 성막한 웨이퍼의 면내 균일성의 결과를 도 9에 도시한다. 도 9에 도시하는 바와 같이 2개의 노즐로부터 원료 가스를 공급한 제1 실시예에서는 보트 하부의 웨이퍼에서의 면내 균일성이 1.8(+/-%)이며, 1개의 노즐로부터 원료 가스를 공급한 제2 실시예에서는 보트 하부의 웨이퍼에서의 면내 균일성이 2.4(+/-%)이었다. 제1 실시예와 같이 2개의 노즐로부터 원료 가스를 공급하는 것에 의해 처리실의 하부에 수용된 웨이퍼(보트 하부의 웨이퍼)에서의 성막 시의 면내 균일성이 보다 향상되는 것이 도시되었다. 또한 처리실의 하부에 수용된 웨이퍼는 제1 실시예 및 제2 실시예에서 원료 가스를 동일 시간 공급했지만, 제1 실시예에서는 69.3Å, 제2 실시예에서는 60.5Å이 되고, 제1 실시예는 제2 실시예보다 14.5% 증가했다. 그렇기 때문에 동일한 원료 소비량으로 원하는 개소(보트 하부의 웨이퍼)의 막 두께를 증가시킬 수 있는 것이 도시되었다.
<본 발명의 다른 실시 형태> 전술한 각 실시 형태는 적절히 조합해서 이용할 수 있다. 또한 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 갖가지 변경가능하다.
전술한 실시 형태에서는 본 발명을 금속 원소로서 Al을 이용한 산화막의 형성에 적용하는 예에 대해서 설명했다. 본 발명은 전술한 형태에 한정되지 않고 Al 이외의 원소로서 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 코발트(Co), 이트륨(Y), 루테늄(Ru), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 등의 원소를 포함하는 산화막, 질화막, 탄화막, 붕소화막의 어느 하나의 막 또는 이들의 복합 막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용가능하다.
전술한 원소를 포함하는 막을 형성하는 경우, 원료 가스로서 알루미늄(Al)함유 가스의 이외에도 티타늄(Ti)함유 가스, 탄탈(Ta)함유 가스, 텅스텐(W)함유 가스, 코발트(Co)함유 가스, 이트륨(Y)함유 가스, 루테늄(Ru)함유 가스, 하프늄(Hf)함유 가스, 지르코늄(Zr)함유 가스, 몰리브덴(Mo)함유 가스, 실리콘(Si)함유 가스 등을 이용하는 것이 가능하다.
구체적으로는 TMA의 이외에 3염화 알루미늄(AlCl3), 3불화 알루미늄(AlF3), 4염화 티타늄(TiCl4), 4불화 티타늄(TiF4), 테트라키스디메틸아미노티타늄(Ti[N(CH3)2]4, 약칭:TDMAT), 5염화 탄탈(TaCl5), 5불화 탄탈(TaF5), 펜타에톡시탄탈(Ta(OC2H5)5, 약칭:PET), 6염화 텅스텐(WCl6), 6불화 텅스텐(WF6), 비스(터셔리부틸이미노)비스(터셔리부틸아미노)텅스텐 ((C4H9NH)2W(C4H9N)2), 텅스텐헥사카르보닐(W(CO)6), 2염화 코발트(CoCl2), 2불화 코발트(CoF2), 비스(에틸시클로펜타디엔일)코발트(C14H18Co), 코발트헥사카르보닐(CoCO)6), 3염화 이트륨(YCl3), 3불화 이트륨(YF3), 트리스(부틸시클로펜타디엔일)이트륨(Y(C5H4CH2(CH2)2CH3)3), 3염화 루테늄(RuCl3), 3불화 루테늄(RuF3), 비스(에틸시클로펜타디엔일)루테늄(C14H18Ru), 4염화 하프늄(HfCl4), 4불화 하프늄(HfF4), 테트라키스에틸메틸아미노하프늄(Hf[N (CH3)CH2CH3]4, 약칭:TEMAH), 테트라키스디메틸아미노하프늄(Hf[N (CH3)2]4, TDMAH), 테트라키스디에틸아미노하프늄(Hf[N(C2H5)2]4, 약칭:TDEAH), 4염화 지르코늄(ZrCl4), 4불화 지르코늄(ZrF4), 테트라키스에틸메틸아미노지르코늄(Zr[N(CH3)CH2CH3]4, 약칭:TEMAZ), 테트라키스디메틸아미노지르코늄(Zr[N(CH3)2]4, TDMAZ), 테트라키스디에틸아미노지르코늄(Zr[N(C2H5)2]4, 약칭:TDEAZ), 트리스디메틸아미노시클로펜타디엔일지르코늄((C5H5)Zr[N(CH3)2]3), 테트라클로로실란, 즉 실리콘테트라클로라이드 또는 4염화 규소(SiCl4, 약칭:STC), 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭:DCS), 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭:MCS), 헥사클로로디실란, 즉 6염화 2규소(Si2Cl6, 약칭:HCDS), 테트라키스(디메틸아미노)실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭:4DMAS), 트리스(디메틸아미노)실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭:3DMAS), 비스(터셔리디에틸아미노)실란(Si[N(C2H5)2]2H2, 약칭:BDEAS), 비스(터셔리부틸이미노)실란(SiH2 [NH(C4H9)]2, 약칭:BTBAS) 등을 이용하는 것이 가능하다.
전술한 원소를 포함하는 막을 형성하는 경우, 반응 가스로서는 O3의 이외에 물(H2O), 산소(O2), 과산화수소(H2O2), 아산화질소(N2O), O2+수소(H2)의 혼합 가스 등을 이용하는 것이 가능하다. 또한 H2O를 수증기로서 공급하는 것 외에 H2와 O2를 별도로 공급해도 좋고, H2 및 O2를 플라즈마 여기(勵起)시켜도 좋고, H2 및 O2를 활성화시켜서 수소 래디컬 및 산소 래디컬, 원자상 수소 및 원자상 산소로서 이용해도 좋고, 처리실(201) 내에서 H2O를 발생시켜도 좋다.
또한 반응 가스로서는 산소 함유 가스의 외에 질소(N)함유 가스, 탄소(C)함유 가스 등을 이용해도 좋고, 암모니아(NH3), 질소(N2), 아산화 질소(N2O)나, 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8가스 등의 N-H 결합을 포함하는 가스 등을 이용할 수 있다. 또한 N-H 결합을 포함하는 가스로서는 전술한 가스의 외에도 유기 히드라진계 가스, 예컨대 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 이용할 수 있다. 또한 프로필렌(C3H6) 등을 이용할 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, 모노프로필아민(C3H7NH2, 약칭:MPA) 가스 등의 프로필아민계 가스, 트리이소프로필아민([(CH3)2CH]3N, 약칭:TIPA) 가스, 디이소프로필아민([(CH32CH]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 이용할 수 있다. 즉 아민계 가스로서는 예컨대(C2H5)xNH3-x, (CH3)xNH3-x, (C3H7)xNH3-x, [(CH3)2CH]xNH3-x, (C4H9)xNH3-x, [(CH3)2CHCH2]xNH3-x (식 중, x는 1 내지 3의 정수)의 조성식에서 도시되는 가스 중 적어도 1종류의 가스를 이용하는 것이 가능하다.
전술한 원소를 포함하는 막으로서는 AlO막의 외에 질화알루미늄 막(AlN막), 탄화 알루미늄 막(AlC막), 탄질화알루미늄 막(AlCN막), 산화 티타늄 막(TiO막), 질화 티타늄 막(TiN막), 산질화 티타늄 막(TiON막), 탄화 티타늄 막(TiC막), 탄질화 티타늄 막(TiCN막), 산화 탄탈 막(TaO막), 질화 탄탈 막(TaN막), 산질화 탄탈 막(TaON막), 탄화 탄탈 막(TaC막), 탄질화 탄탈 막(TaCN막), 산화 텅스텐 막(WO막), 질화 텅스텐 막(WN막), 산질화 텅스텐 막(WON막), 탄화 텅스텐 막(WC막), 탄질화 텅스텐 막(WCN막), 산화 코발트 막(CoO막), 질화 코발트 막(CoN막), 산질화 코발트 막(CoON막), 탄화 코발트 막(CoC막), 탄질화 코발트 막(CoCN막), 산화 이트륨 막(YO막), 질화 이트륨 막(YN막), 산질화 이트륨 막(YON막), 탄화 이트륨 막(YC막), 탄질화 이트륨 막(YCN막), 산화 루테늄 막(RuO막), 질화 루테늄 막(RuN막), 산질화 루테늄 막(RuON막), 탄화 루테늄 막(RuC막), 탄질화 루테늄 막(RuCN막), 산화하프늄 막(HfO막), 질화 하프늄 막(HfN막), 산질화 하프늄 막(HfON막), 탄화 하프늄 막(HfC막), 탄질화 하프늄 막(HfCN막), 산화 지르코늄 막(ZrO막), 질화 지르코늄 막(ZrN막), 산질화 지르코늄 막(ZrON막), 탄화 지르코늄 막(ZrC막), 탄질화 지르코늄 막(ZrCN막), 산화 몰리브덴 막(MoO막), 질화 몰리브덴 막(MoN막), 산질화 몰리브덴 막(MoON막), 탄화 몰리브덴 막(MoC막), 탄질화 몰리브덴 막(MoCN막), 산화 실리콘막(SiO막), 질화 실리콘막(SiN막), 산질화 실리콘막(SiON막), 탄화실리콘 막(SiC막), 탄질화 실리콘막(SiCN막)의 어느 하나의 막 또는 이들의 복합 막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 불활성 가스로서 N2가스를 이용하는 예에 대해서 설명하지만, 이에 한정되지 않고 Ar가스, He가스, Ne가스, Xe가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
이와 같이 본 발명은 AlO막 이외의 막을 형성하는 경우이어도 적용 가능하며, 특히 열분해 온도가 낮은 원료 가스를 사용하는 막종에 대하여 유효한 효과를 얻을 수 있다. 또한 기판의 면간 막 두께가 궁(弓)형이 되는 막종에 대하여 유효한 효과를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명이 갖가지의 전형적인 실시 형태 및 실시예를 설명했지만, 본 발명은 그들의 실시 형태 및 실시예에 한정되지 않는다. 전술한 실시 형태나 변형예 등은 적절히 조합해서 이용할 수 있다.
10: 기판 처리 장치 121: 컨트롤러
200: 웨이퍼 201: 처리실
202: 처리로 203: 아우터 튜브
204: 이너 튜브 204a: 배기공
410, 420, 430: 노즐 410a, 420a, 430a: 가스 공급공
310, 320, 330: 가스 공급관 312, 322, 332: MFC
314, 324, 334: 밸브

Claims (17)

  1. 복수의 기판을 연직 방향으로 적층하여 수용한 처리실의 하부 영역이며 원료 가스가 열분해되지 않는 영역에 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제1 노즐의 선단에 있는 제1 가스 공급공으로부터 상기 처리실의 상부 영역에 원료 가스를 공급하는 제1 공급 공정;
    상기 하부 영역 및 상기 처리실의 중앙 영역에 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제2 노즐의 상기 하부 영역 및 상기 중앙 영역의 상기 기판과 대향하는 위치에 있는 복수의 제2 가스 공급공으로부터 상기 하부 영역 및 상기 중앙 영역의 상기 기판을 향하여 상기 원료 가스를 공급하는 제2 공급 공정; 및
    상기 하부 영역부터 상기 상부 영역까지 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제3 노즐의 상기 하부 영역부터 상기 상부 영역까지의 상기 기판과 대향하는 위치에 있는 복수의 제3 가스 공급공으로부터 상기 하부 영역부터 상기 상부 영역까지의 상기 기판을 향하여 반응 가스를 공급하는 제3 공급 공정;
    을 수행하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리실에 잔류하는 가스를 배기하여 상기 처리실을 배기하는 배기 공정을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배기 공정에서는 상기 처리실에 잔류하는 가스를 상기 기판의 주면(主面)에 대하여 평행으로 배기하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 공급 공정, 상기 배기 공정, 상기 제2 공급 공정, 상기 배기 공정, 상기 제3 공급 공정 및 상기 배기 공정을 이 순서대로 상기 원료 가스와 상기 반응 가스가 혼합하지 않도록 복수 회 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 공급 공정, 상기 제2 공급 공정, 상기 배기 공정, 상기 제3 공급 공정 및 상기 배기 공정을 이 순서대로 상기 원료 가스와 상기 반응 가스가 혼합하지 않도록 복수 회 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2 공급 공정, 상기 배기 공정, 상기 제1 공급 공정, 상기 배기 공정, 상기 제3 공급 공정 및 상기 배기 공정을 이 순서대로 상기 원료 가스와 상기 반응 가스가 혼합하지 않도록 복수 회 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제2 공급 공정, 상기 제1 공급 공정, 상기 배기 공정, 상기 제3 공급 공정 및 상기 배기 공정을 이 순서대로 상기 원료 가스와 상기 반응 가스가 혼합하지 않도록 복수 회 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 공급 공정, 상기 배기 공정, 상기 제3 공급 공정, 상기 배기 공정, 상기 제2 공급 공정, 상기 배기 공정, 상기 제3 공급 공정 및 상기 배기 공정을 이 순서대로 상기 원료 가스와 상기 반응 가스가 혼합하지 않도록 복수 회 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제2 공급 공정, 상기 배기 공정, 상기 제3 공급 공정, 상기 배기 공정, 상기 제1 공급 공정, 상기 배기 공정, 상기 제3 공급 공정 및 상기 배기 공정을 이 순서대로 상기 원료 가스와 상기 반응 가스가 혼합하지 않도록 복수 회 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공급 공정에서는 상기 원료 가스와 함께 제1 유량으로 불활성 가스를 공급하고,
    상기 제1 공급 공정과 상기 제2 공급 공정 사이에 수행되며, 상기 제1 노즐에 설치된 제1 가스 공급공으로부터 상기 원료 가스와 함께 상기 제1 유량과 다른 제2 유량으로 불활성 가스를 상기 처리실에 공급하고 상기 처리실의 하부 영역부터 중앙 부분까지 원료 가스를 공급하는 공정을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1 공급 공정 및 상기 제2 공급 공정을 함께 수행하는 공정, 상기 배기 공정, 상기 제3 공급 공정 및 상기 배기 공정을 이 순서대로 상기 원료 가스와 상기 반응 가스가 혼합하지 않도록 복수 회 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공급 공정은
    불활성 가스 저장부에 상기 불활성 가스를 저장하는 공정; 및
    상기 불활성 가스 저장부에 저장한 상기 불활성 가스에 의해 상기 원료 가스를 상기 처리실의 상부에 압출(押出)하는 공정;
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 복수의 기판을 연직 방향으로 적층하여 수용한 처리실의 하부 영역이며 원료 가스가 열분해되지 않는 영역에 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제1 노즐의 선단에 있는 제1 가스 공급공으로부터 상기 처리실의 하부 영역부터 중앙 영역까지 원료 가스를 공급하는 제1 공급 공정;
    상기 하부 영역에서 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제2 노즐의 선단에 있고 상기 제1 가스 공급공보다 상부에 있는 제2 가스 공급공으로부터 상기 중앙 영역부터 상기 처리실의 상부 영역까지 원료 가스를 공급하는 제2 공급 공정; 및
    상기 하부 영역부터 상기 상부 영역까지 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제3 노즐의 상기 하부 영역부터 상기 상부 영역까지의 상기 기판과 대향하는 위치에 있는 복수의 제3 가스 공급공으로부터 상기 처리실에 반응 가스를 공급하는 제3 공급 공정;
    을 수행하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 복수의 기판을 연직 방향으로 적층하여 수용한 처리실의 하부 영역이며 원료 가스가 열분해되지 않는 영역에 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제1 노즐의 선단에 있는 제1 가스 공급공으로부터 상기 원료 가스를 분출하는 것과 함께, 불활성 가스를 제1 유량으로 분출하고, 상기 처리실의 중앙 영역부터 상부 영역까지 상기 원료 가스를 공급하는 제1 공급 공정;
    상기 제1 가스 공급공으로부터 상기 원료 가스를 분출하는 것과 함께 상기 불활성 가스를 상기 제1 유량보다 적은 제2 유량으로 분출하고 상기 하부 영역부터 상기 중앙 영역까지 상기 원료 가스를 공급하는 제2 공급 공정; 및
    상기 하부 영역부터 상기 상부 영역까지 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제3 노즐의 상기 하부 영역부터 상기 상부 영역까지의 상기 기판과 대향하는 위치에 있는 복수의 제2 가스 공급공으로부터 상기 처리실에 반응 가스를 공급하는 제3 공급 공정;
    을 수행하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 복수의 기판을 연직 방향으로 적층하여 수용하는 처리실;
    상기 처리실의 하부 영역이며 원료 가스가 열분해되지 않는 영역에 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하고 선단에 제1 가스 공급공을 포함하는 제1 노즐 및 상기 처리실의 하부 영역에서 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하고 상기 하부 영역 및 처리실의 중앙 영역의 상기 기판과 대향하는 위치에 복수의 제2 가스 공급공을 포함하는 제2 노즐을 포함하고, 상기 제1 가스 공급공 및 상기 복수의 제2 가스 공급공으로부터 상기 처리실에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계;
    상기 처리실의 하부 영역에서 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하고 상기 하부 영역부터 상기 처리실의 상부 영역까지의 상기 기판과 대향하는 위치에 복수의 제3 가스 공급공을 포함하는 제3 노즐을 포함하고, 상기 복수의 제3 가스 공급공으로 상기 처리실에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계; 및
    상기 원료 가스 공급계 및 상기 반응 가스 공급계를 제어하고, 상기 제1 가스 공급공으로부터 복수의 기판을 연직 방향으로 적층하여 수용한 상기 중앙 영역부터 상기 상부 영역까지 상기 원료 가스를 공급하는 제1 공급 처리와, 상기 복수의 제2 가스 공급공으로부터 상기 하부 영역부터 상기 중앙 영역까지 상기 원료 가스를 공급하는 제2 공급 처리와, 상기 복수의 제3 가스 공급공으로부터 상기 처리실에 상기 반응 가스를 공급하는 제3 공급 처리를 수행하는 제어부;
    를 구비하는 기판 처리 장치.
  17. 복수의 기판을 연직 방향으로 적층하여 수용한 처리실의 하부 영역이며 원료 가스가 열분해되지 않는 영역에 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제1 노즐의 선단에 있는 제1 가스 공급공으로부터 상기 처리실의 중앙 부분부터 상부 영역까지 원료 가스를 공급하는 제1 공급 단계;
    상기 하부 영역 및 상기 처리실의 중앙 부분에 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제2 노즐의 상기 하부 영역 및 상기 중앙 부분의 상기 기판과 대향하는 위치에 있는 복수의 제2 가스 공급공으로부터 상기 처리실의 상기 하부 영역부터 상기 중앙 부분까지 상기 원료 가스를 공급하는 제2 공급 단계; 및
    상기 하부 영역부터 상기 처리실의 상부 영역까지 상기 기판의 적층 방향을 따라 연재하는 제3 노즐의 상기 하부 영역부터 상기 상부 영역까지의 상기 기판과 대향하는 위치에 있는 복수의 제3 가스 공급공으로부터 상기 처리실에 반응 가스를 공급하는 제3 공급 단계;
    를 수행하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 순서
    를 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는 기록 매체에 저장된 프로그램.
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