KR101968414B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치, 및 프로그램 - Google Patents

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KR101968414B1
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다츠루 마츠오카
마사야 나가토
료타 호리이케
신타로 고구라
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

기판 상에 형성하는 막의 면내 막 두께 분포를 제어한다. 기판에 대하여 제1 노즐로부터 원료를 공급하고 배기구로부터 배기하는 공정과, 기판에 대하여 제1 노즐보다도 배기구로부터 먼 측에 배치된 제2 노즐로부터 제1 반응체를 공급하고 배기구로부터 배기하는 공정과, 기판에 대하여 제2 노즐보다도 배기구에 가까운 측에 배치된 제3 노즐로부터 제2 반응체를 공급하고 배기구로부터 배기하는 공정을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 기판 상에 막을 형성하는 공정을 갖고, 원료 공급 시에, 제2 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 제3 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 제1 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과의 밸런스를 제어함으로써, 기판 상에 형성하는 막의 기판 면내 막 두께 분포를 제어한다.

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.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 상에 막을 형성하는 처리가 행하여지는 경우가 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2010-118462호 공보
본 발명의 목적은, 기판 상에 형성하는 막의 기판 면내 막 두께 분포를 제어하는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판에 대하여 제1 노즐로부터 원료를 공급하고 배기구로부터 배기하는 공정과,
상기 기판에 대하여 상기 제1 노즐보다도 상기 배기구로부터 먼 측에 배치된 제2 노즐로부터 제1 반응체를 공급하고 상기 배기구로부터 배기하는 공정과,
상기 기판에 대하여 상기 제2 노즐보다도 상기 배기구에 가까운 측에 배치된 제3 노즐로부터 제2 반응체를 공급하고 상기 배기구로부터 배기하는 공정,
을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 갖고, 상기 원료 공급 시에, 상기 제2 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제1 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과의 밸런스를 제어함으로써, 상기 기판 상에 형성하는 상기 막의 기판 면내 막 두께 분포를 제어하는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 기판 상에 형성하는 막의 기판 면내 막 두께 분포를 제어하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리 로의 개략 구성도이며, 처리 로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리 로의 일부 개략 구성도이며, 처리 로의 일부를 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 1을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 2를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 3을 도시하는 도면이다.
도 8은 기판 상에 형성한 막의 기판 면내 막 두께 분포의 평가 결과를 도시하는 도면이다.
도 9의 (a) 내지 (c)는 각각, 기판 상에 형성한 막의 기판 면내 막 두께 분포의 평가 결과를 도시하는 도면이다.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 도 1 내지 도 3을 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시한 바와 같이, 처리 로(202)는 가열 기구(온도 조정부)로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 히터(207)는, 가스를 열로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원 형상으로 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)과 동심원 형상으로, 매니폴드(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스(SUS) 등의 금속으로 이루어지고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부는, 반응관(203)의 하단부에 걸림 결합하고 있어, 반응관(203)을 지지하도록 구성되어 있다. 매니폴드(209)와 반응관(203)와의 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 설치되어 있다. 반응관(203)은, 히터(207)와 마찬가지로 수직으로 설치되어 있다. 주로, 반응관(203)과 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 통 중공부에는 처리실(201)이 형성되어 있다. 처리실(201)은, 복수매의 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수용 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 제1 노즐로서의 노즐(249a), 제2 노즐로서의 노즐(249b), 제3 노즐로서의 노즐(249c)이, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있다. 노즐(249a 내지 249c)에는, 가스 공급관(232a 내지 232c)이, 각각 접속되어 있다.
가스 공급관(232a 내지 232c)에는, 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a 내지 241c) 및 개폐 밸브인 밸브(243a 내지 243c)가 각각 설치되어 있다. 가스 공급관(232a 내지 232c)의 밸브(243a 내지 243c)보다도 하류측에는, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(232d 내지 232f)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232d 내지 232f)에는, 상류측부터 순서대로 MFC(241d 내지 241f) 및 밸브(243d 내지 243f)가 각각 설치되어 있다.
노즐(249a 내지 249c)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이에서의 평면에서 보아 원환 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 상승되도록 각각 설치되어 있다. 즉, 노즐(249a 내지 249c)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 각각 설치되어 있다. 노즐(249b)은, 노즐(249a)보다도, 후술하는 배기구(231a)로부터 먼 측에 배치되어 있고, 노즐(249c)은, 노즐(249b)보다도, 배기구(231a)에 가까운 측에 배치되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 노즐(249a, 249b)이, 처리실(201) 내에 반입되는 웨이퍼(200)의 중심을 사이에 두고 일직선 상에 대향하도록 배치되어 있다. 노즐(249a 내지 249c)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250a 내지 250c)이 각각 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250a 내지 250c)은, 반응관(203)의 중심을 향하도록 각각 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이러한 점에서, 가스 공급 구멍(250a, 250b)은, 상술한 웨이퍼(200)의 중심을 사이에 두고 일직선 상에 대향하게 된다. 가스 공급 구멍(250a 내지 250c)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되어 있다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 원료(원료 가스)로서, 예를 들어 소정 원소(주 원소)로서의 Si 및 할로겐 원소를 포함하는 할로실란계 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 원료 가스란, 기체 상태의 원료, 예를 들어 상온 상압 하에서 액체 상태인 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 원료 등이다. 할로실란이란, 할로겐기를 갖는 실란이다. 할로겐기에는, 클로로기, 플루오로기, 브로모기, 요오드기 등이 포함된다. 즉, 할로겐기에는, 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I) 등의 할로겐 원소가 포함된다. 할로실란계 가스로서는, 예를 들어 Si 및 Cl을 포함하는 원료 가스, 즉, 클로로실란계 가스를 사용할 수 있다. 클로로실란계 가스는, Si 소스로서 작용한다. 클로로실란계 가스로서는, 예를 들어 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232b)으로부터는, 원료와는 화학 구조(분자 구조)가 상이한 제1 반응체(리액턴트)로서, 예를 들어 C 및 N을 포함하는 아민계 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 아민계 가스는, C 소스로서도 작용하고, N 소스로서도 작용한다. 아민계 가스로서는, 예를 들어 트리에틸아민((C2H5)3N, 약칭: TEA) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232c)으로부터는, 원료와는 화학 구조(분자 구조)가 상이한 제2 반응체(리액턴트)로서, 예를 들어 O 함유 가스가, MFC(241c), 밸브(243c), 노즐(249c)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. O 함유 가스는, 산화 가스, 즉, O 소스로서 작용한다. O 함유 가스로서는, 예를 들어 산소(O2) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232d 내지 232f)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(241d 내지 241f), 밸브(243d 내지 243f), 가스 공급관(232a 내지 232c), 노즐(249a 내지 249c)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. N2 가스는, 퍼지 가스, 캐리어 가스로서 작용하고, 또한 웨이퍼(200) 상에 형성하는 막의 면내 막 두께 분포를 제어하는 막 두께 분포 제어 가스로서 작용한다.
주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해, 원료 공급계가 구성된다. 또한, 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해, 제1 반응체 공급계가 구성된다. 또한, 주로, 가스 공급관(232c), MFC(241c), 밸브(243c)에 의해, 제2 반응체 공급계가 구성된다. 또한, 주로, 가스 공급관(232d 내지 232f), MFC(241d 내지 241f), 밸브(243d 내지 243f)에 의해, 불활성 가스 공급계가 구성된다.
상술한 각종 공급계 중, 어느 하나, 또는, 모든 공급계는, 밸브(243a 내지 243f)나 MFC(241a 내지 241f) 등이 집적되어 이루어지는 집적형 공급 시스템(248)으로서 구성되어 있어도 된다. 집적형 공급 시스템(248)은, 가스 공급관(232a 내지 232f) 각각에 대하여 접속되어, 가스 공급관(232a 내지 232f) 내에의 각종 가스의 공급 동작, 즉, 밸브(243a 내지 243f)의 개폐 동작이나 MFC(241a 내지 241f)에 의한 유량 조정 동작 등이, 후술하는 컨트롤러(121)에 의해 제어되도록 구성되어 있다. 집적형 공급 시스템(248)은, 일체형, 또는, 분할형의 집적 유닛으로서 구성되어 있고, 가스 공급관(232a 내지 232f) 등에 대하여 집적 유닛 단위로 착탈을 행할 수 있어, 집적형 공급 시스템(248)의 메인터넌스, 교환, 증설 등을, 집적 유닛 단위로 행하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
반응관(203)의 측벽 하방에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기구(231a)가 설치되어 있다. 배기구(231a)에는 배기관(231)이 접속되어 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 통해서, 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 있다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해, 배기계가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함해서 생각해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 SUS 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220b)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)의 하방에는, 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 시일 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다. 또한, 매니폴드(209)의 하방에는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)을 강하시키고 있는 동안에, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 셔터(219s)가 설치되어 있다. 셔터(219s)는, 예를 들어 SUS 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 셔터(219s)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220c)이 설치되어 있다. 셔터(219s)의 개폐 동작(승강 동작이나 회동 동작 등)은 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 제어된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를, 수평 자세로 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉, 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어진다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열판(218)이 다단으로 지지되어 있다.
반응관(203) 내에는, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 된다. 온도 센서(263)는, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는, CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 통해서, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하게 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 성막 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 성막 처리에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히, 프로그램이라고도 한다. 또한, 프로세스 레시피를, 간단히, 레시피라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우에는, 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크 에리어)로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(241a 내지 241f), 밸브(243a 내지 243f), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 온도 센서(263), 히터(207), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 셔터 개폐 기구(115s) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 레시피를 판독하게 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, MFC(241a 내지 241f)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243f)의 개폐 동작, APC 밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 셔터 개폐 기구(115s)에 의한 셔터(219s)의 개폐 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는, 외부 기억 장치(예를 들어, 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD 등의 광디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리 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 말을 사용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터에의 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용해서 행해도 된다.
(2) 성막 처리
상술한 기판 처리 장치를 사용하여, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판으로서의 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 시퀀스 예에 대해서, 도 4를 사용해서 설명한다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
도 4에 도시하는 성막 시퀀스는, 웨이퍼(200)에 대해서 노즐(249a)로부터 HCDS 가스를 공급하고 배기구(231a)로부터 배기하는 스텝 1과, 웨이퍼(200)에 대하여 노즐(249a)보다도 배기구(231a)로부터 먼 측에 배치된 노즐(249b)로부터 TEA 가스를 공급하고 배기구(231a)로부터 배기하는 스텝 2와, 웨이퍼(200)에 대하여 노즐(249b)보다도 배기구(231a)에 가까운 측에 배치된 노즐(249c)로부터 O2 가스를 공급하고 배기구(231a)로부터 배기하는 스텝 3을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 Si, O, C 및 N을 포함하는 막, 즉, 실리콘 산탄질화막(SiOCN막)을 형성한다.
또한, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스에서는, HCDS 가스 공급 시에, 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과의 밸런스를 제어함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성하는 SiOCN막의 웨이퍼 면내 막 두께 분포(이하, 간단히 면내 막 두께 분포라고도 함)를 제어한다.
여기에서는 일례로서, HCDS 가스 공급 시에, 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 함으로써, SiOCN막의 면내 막 두께 분포를, 도 4의 우측에 도시한 바와 같은, 웨이퍼(200)의 중앙부에서 가장 두껍고, 주연부에 가까워짐에 따라서 서서히 얇아지는 분포(이하, 중앙 볼록 분포라고도 함)로 하는 예에 대해서 설명한다. 또한, 표면에 요철 구조가 형성되어 있지 않은 표면적이 작은 베어 웨이퍼 상에 중앙 볼록 분포의 막을 형성할 수 있으면, 표면에 미세한 요철 구조가 만들어진 표면적이 큰 패턴 웨이퍼 상에, 중앙으로부터 주연에 걸쳐 막 두께 변화가 적은 평탄한 막 두께 분포(이하, 플랫 분포라고도 함)를 갖는 막을 형성하는 것이 가능하게 된다.
본 명세서에서는, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스를, 편의상, 이하와 같이 나타내는 경우도 있다. 이하의 변형예의 설명에서도, 마찬가지의 표기를 사용하는 것으로 한다.
(HCDS→TEA→O2)×n ⇒ SiOCN
또한, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스를 행하는 경우, 처리 조건에 따라서는, 웨이퍼(200) 상에 Si, O 및 C를 포함하는 N 비함유의 막, 즉, 실리콘 산탄화막(SiOC막)을 형성할 수도 있다. 이하에서는, 웨이퍼(200)로서 베어 웨이퍼를 사용하고, 그 위에 SiOCN막을 형성하는 예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이 예시에 한정되는 것이 아니다.
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막과의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성된 소정의 층 등의 표면을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면 상에 소정의 층을 직접 형성하는 것을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성되어 있는 층 등의 위에 소정의 층을 형성하는 것을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 동의이다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되고, 매니폴드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 그 후, 도 1에 도시한 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(220b)을 통해서 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태로 된다.
(압력·온도 조정 스텝)
처리실(201) 내, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)으로 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내가 진공 배기(감압 배기)된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다. 또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 처리 온도로 되도록, 히터(207)에 의해 처리실(201) 내가 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태가 피드백 제어된다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 처리실(201) 내의 배기, 가열, 웨이퍼(200)의 회전은, 모두, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행하여진다.
(성막 스텝)
그 후, 다음 스텝 1 내지 3을 순차 실행한다.
[스텝 1]
이 스텝에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급하고 배기구(231a)로부터 배기한다.
구체적으로는, 밸브(243a)를 개방하고, 가스 공급관(232a) 내에 HCDS 가스를 흘린다. HCDS 가스는, MFC(241a)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스가 공급된다. 이때 동시에 밸브(243d 내지 243f)를 개방하고, 가스 공급관(232d 내지 232f) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, MFC(241d 내지 241f)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249a 내지 249c)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기구(231a)로부터 배기된다.
이때, 노즐(249a)로부터 공급하는 HCDS 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 2000sccm, 바람직하게는 10 내지 1000sccm의 범위 내의 소정의 유량으로 한다. 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 500 내지 2000sccm의 범위 내의 소정의 유량으로 한다. HCDS 가스의 공급 시간은, 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 소정의 시간으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1 내지 2666Pa, 바람직하게는 67 내지 1333Pa의 범위 내의 소정의 압력으로 한다. 웨이퍼(200)의 온도(성막 온도)는, 예를 들어 250 내지 800℃, 바람직하게는 400 내지 750℃, 보다 바람직하게는 550 내지 700℃의 범위 내의 소정의 온도로 한다.
성막 온도가 250℃ 미만이 되면, 웨이퍼(200) 상에 HCDS가 화학 흡착되기 어려워져, 실용적인 성막 속도가 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 성막 온도를 250℃ 이상으로 함으로써 이것을 해소하는 것이 가능하게 된다. 성막 온도를 400℃ 이상, 나아가 550℃ 이상으로 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 HCDS를 보다 충분히 흡착시키는 것이 가능하게 되어, 보다 충분한 성막 속도가 얻어지게 된다.
성막 온도가 800℃를 초과하면, 과잉의 기상 반응이 발생하고, 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워져, 그 제어가 곤란해져버린다. 성막 온도를 800℃ 이하로 함으로써, 적정한 기상 반응을 발생시켜, 막 두께 균일성의 악화를 억제할 수 있고, 그 제어가 가능하게 된다. 특히 성막 온도를 750℃ 이하, 나아가 700℃ 이하로 함으로써, 기상 반응보다도 표면 반응이 우세해져, 막 두께 균일성을 확보하기 쉬워지고, 그 제어가 용이하게 된다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)의 최표면 상에, 제1층(초기층)으로서, 예를 들어 1 원자층 미만 내지 수 원자층(1 분자층 미만 내지 수 분자층) 정도의 두께의 Cl을 포함하는 Si 함유층이 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, Cl을 포함하는 Si층이어도 되고, HCDS의 흡착층이어도 되고, 그것들의 양쪽을 포함하고 있어도 된다.
Cl을 포함하는 Si층이란, Si에 의해 구성되고 Cl을 포함하는 연속적인 층 외에, 불연속인 층이나, 이들이 겹쳐져서 생긴 Cl을 포함하는 Si 박막도 포함하는 총칭이다. Cl을 포함하는 Si층을 구성하는 Si는, Cl과의 결합이 완전히 끊어져 있지 않은 것 외에, Cl과의 결합이 완전히 끊어져 있는 것도 포함한다.
HCDS의 흡착층은, HCDS 분자로 구성되는 연속적인 흡착층 외에, 불연속인 흡착층도 포함한다. HCDS의 흡착층을 구성하는 HCDS 분자는, Si와 Cl과의 결합이 일부 끊어진 것도 포함한다. 즉, HCDS의 흡착층은, HCDS의 물리 흡착층이어도 되고, HCDS의 화학 흡착층이어도 되고, 그것들의 양쪽을 포함하고 있어도 된다.
여기서, 1 원자층(분자층) 미만의 두께의 층이란 불연속으로 형성되는 원자층(분자층)을 의미하고 있고, 1 원자층(분자층)의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 원자층(분자층)을 의미하고 있다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, Cl을 포함하는 Si층과 HCDS의 흡착층과의 양쪽을 포함할 수 있다. 단, 편의상, Cl을 포함하는 Si 함유층에 대해서는 「1 원자층」, 「수 원자층」 등의 표현을 사용해서 나타내는 것으로 하고, 「원자층」을 「분자층」과 동의로 사용하는 경우도 있다.
HCDS 가스가 자기 분해(열분해)하는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 상에 Si가 퇴적됨으로써 Cl을 포함하는 Si층이 형성된다. HCDS 가스가 자기 분해(열분해)하지 않는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 상에 HCDS가 흡착됨으로써 HCDS의 흡착층이 형성된다. 웨이퍼(200) 상에 HCDS의 흡착층을 형성하는 것보다도, 웨이퍼(200) 상에 Cl을 포함하는 Si층을 형성하는 것이, 성막 레이트를 더 높게 할 수 있는 점에서는, 바람직하다. 이하, Cl을 포함하는 Si 함유층을, 편의상, 간단히, Si 함유층이라고도 한다.
제1층의 두께가 수 원자층을 초과하면, 후술하는 스텝 2, 3에서의 개질의 작용이 제1층의 전체에 미치지 않게 된다. 또한, 제1층의 두께의 최솟값은 1 원자층 미만이다. 따라서, 제1층의 두께는 1 원자층 미만 내지 수 원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. 제1층의 두께를 1 원자층 이하, 즉, 1 원자층 또는 1 원자층 미만으로 함으로써, 후술하는 스텝 2, 3에서의 개질의 작용을 상대적으로 높일 수 있고, 스텝 2, 3에서의 개질에 요하는 시간을 단축할 수 있다. 스텝 1에서의 제1층의 형성에 요하는 시간을 단축할 수도 있다. 결과로서, 1 사이클당 처리 시간을 단축할 수 있어, 전체적인 처리 시간을 단축하는 것도 가능하게 된다. 즉, 성막 레이트를 높게 하는 것도 가능하게 된다. 또한, 제1층의 두께를 1 원자층 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능하게 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, HCDS 가스 공급 시에, 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 한다.
노즐(249b, 249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량 밸런스를 이렇게 설정함으로써, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이의 평면에서 보아 원환 형상의 공간(이하, 간단히 「원환 형상의 공간」이라고도 함)의 압력을, 웨이퍼 배열 영역 내의 압력, 즉, 웨이퍼(200)사이의 공간에서의 압력보다도 크게 할 수 있다. 결과로서, 원환 형상의 공간에의 HCDS 가스의 유출을 억제함과 함께, 웨이퍼(200)사이의 공간에의 HCDS 가스의 공급을 촉진시켜, 웨이퍼(200)의 중심부에의 HCDS 가스의 공급량을 증가시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 원환 형상의 공간에서의 HCDS 가스의 분압(농도)을 저하시켜, 웨이퍼(200)의 주연부에의 HCDS 가스의 공급량을 감소시키는 것도 가능하게 된다. 결과로서, 웨이퍼(200)의 면내에서의 제1층의 두께 분포, 나아가서는, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiOCN막의 면내 막 두께 분포를, 상술한 중앙 볼록 분포로 하는 것이 가능하게 된다. 이후, 이러한 막 두께 분포 제어를, 중앙 볼록 분포 제어라고도 한다.
또한, 이 효과는, 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 크게 할수록 강하게 된다. 예를 들어, 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량과 N2 가스의 유량과의 합계 유량보다도 크게 함으로써, 상술한 중앙 볼록 분포를 확실하게 실현하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이 효과는, 노즐(249b)의 위치를 배기구(231a)의 위치로부터 멀리 떨어지게 할수록 강해져, 노즐(249b)과 배기구(231a)가 웨이퍼(200)의 중심을 사이에 두고 일직선 상에 대향하는 경우에 극대가 된다. 또한, 이 효과는, 노즐(249b)의 위치를 노즐(249a)의 위치로부터 멀리 떨어지게 할수록 효과적으로 얻어져, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 노즐(249b)을, 웨이퍼(200)의 중심을 사이에 두고 노즐(249a)과 대향하는 위치에 배치하는 경우에, 더 효과적으로 얻어지게 된다.
도 4에 도시하는 성막 시퀀스에서는, HCDS 가스 공급 시에, 노즐(249b)로부터 뿐만 아니라, 노즐(249c)로부터도, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 큰 유량으로 N2 가스를 공급한다. 이에 의해, 상술한 원환 형상의 공간의 압력을 더욱 높일 수 있다. 또한, 복수개의 노즐을 사용해서 둘레 방향에 있어서 서로 다른 복수 개소로부터 큰 유량으로 N2 가스를 공급함으로써, 상술한 원환 형상의 공간의 압력을, 둘레 방향에 걸쳐 보다 균일하게 상승시키는 것이 가능하게 된다. 이들의 결과, 상술한 중앙 볼록 분포의 실현이 더욱 용이해진다. 도 4는, 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 동등한 것으로 하는 예를 나타내고 있다.
단, 상술한 바와 같이, 노즐(249c)은, 노즐(249b)보다도, 배기구(231a)에 가까운 위치에 배치되어 있다. 노즐(249c)로부터 공급된 N2 가스는, 노즐(249b)로부터 공급되는 N2 가스에 비해 처리실(201) 내에서의 체류 시간이 짧고, 그 대부분이 단시간에 배기구(231a)로부터 배기되어버린다. 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스는, 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스와 비교하여, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 면내 막 두께 분포에 대한 영향력이 약하다고 할 수 있다. 바꿔 말하면, 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량 이상의 유량으로 하는 것이, 이들의 유량의 대소 관계를 역으로 하는 것보다도, 상술한 중앙 볼록 분포 제어를 효율적으로 실현 가능한 것이기도 하다. 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과 동등한 것으로 하거나, 또는 크게 함으로써, 마찬가지의 중앙 볼록 분포 제어를, 적은 N2 가스의 소비량으로, 저비용으로 실현하는 것이 가능하게 되는 것이다. HCDS 가스 공급 시에, 노즐(249b)로부터의 N2 가스의 공급을 불실시로 하고, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 매우 큰 유량으로 함으로써, 상술한 중앙 볼록 분포 제어를 실현하는 것은, 이론적으로는 가능하다고도 생각된다. 그러나, 노즐(249c)로부터 공급된 N2 가스는, 그 대부분이, 상술한 면내 막 두께 분포 제어에 기여할 틈도 없이 배기구(231a)로부터 배기되어버리는 것을 생각하면, 이 대체 방법에서 중앙 볼록 분포의 정도를 크게 하려고 하는 것(중앙부와 주연부에서 막 두께 차를 크게 하려고 하는 것)은, 본 실시 형태의 방법에 비해 매우 고비용이며, 현실성이 부족하다고 할 수 있다.
N2 가스의 유량 밸런스를 본 실시 형태와 같이 설정하는 경우, HCDS 공급 시에 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량은, HCDS 비공급 시에 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 커진다. 예를 들어, HCDS 공급 시에 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량은, 스텝 2에서의 TEA 가스 공급 시에 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 커지고, 또한 스텝 3에서의 O2 가스 공급 시에 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 커진다. 또한, 후술하는 바와 같이, 스텝 1 내지 3 각각에서는, 처리실(201) 내로부터 HCDS 가스, TEA 가스, O2 가스를 배기하고, 처리실(201) 내에 퍼지 가스로서의 N2 가스를 공급하는 퍼지 스텝을 행한다. N2 가스의 유량 밸런스를 상술한 바와 같이 설정하는 경우, HCDS 공급 시에 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량은, 처리실(201) 내의 퍼지 시에 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스, 즉, 퍼지 가스로서의 N2 가스의 유량보다도 커진다.
노즐(249b, 249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량은, 상술한 유량 밸런스를 충족하는 것으로 하고, 각각, 예를 들어 3000 내지 6000sccm의 범위 내의 소정의 유량으로 한다.
제1층이 형성된 후, 밸브(243a)를 폐쇄하고, HCDS 가스의 공급을 정지한다. 이때, APC 밸브(244)는 개방한 채로 두고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1층의 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 이때, 밸브(243d 내지 243f)는 개방한 채로 두고, 처리실(201) 내에 퍼지 가스로서의 N2 가스를 공급한다(퍼지 스텝). 각 가스 공급관으로부터 공급하는 N2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 500 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 한다.
[스텝 2]
스텝 1이 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1층에 대하여 TEA 가스를 공급하고 배기구(231a)로부터 배기한다.
이 스텝에서는, 밸브(243b, 243d 내지 243f)의 개폐 제어를, 스텝 1에서의 밸브(243a, 243d 내지 243f)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. TEA 가스는, MFC(241b)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 TEA 가스가 공급된다.
TEA 가스의 공급 유량은, 예를 들어 200 내지 10000sccm의 범위 내의 소정의 유량으로 한다. TEA 가스의 공급 시간은, 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 소정의 시간으로 한다. 각 가스 공급관으로부터 공급하는 N2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 500 내지 2000sccm의 범위 내의 소정의 유량으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1 내지 5000Pa, 바람직하게는 1 내지 4000Pa의 범위 내의 소정의 압력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력을 이러한 비교적 높은 압력대로 함으로써, TEA 가스를 논 플라스마로 열적으로 활성화시키는 것이 가능하게 된다. TEA 가스는 열로 활성화시켜서 공급하는 것이, 비교적 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, 후술하는 제2층의 형성이 용이하게 된다. 다른 처리 조건은, 스텝 1과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 TEA 가스를 공급함으로써, 스텝 1에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1층과, TEA 가스를 반응시킬 수 있다. 그것에 의해, 제1층에 포함되는 복수의 Cl 중 적어도 일부의 Cl을 제1층으로부터 인발함(분리시킴)과 함께, TEA 가스에 포함되는 복수의 에틸기 중 적어도 일부의 에틸기를 TEA 가스로부터 분리시킬 수 있다. 그리고, 적어도 일부의 에틸기가 분리된 TEA 가스의 N과, 제1층에 포함되는 Si를 결합시켜, Si-N 결합을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, TEA 가스로부터 분리한 에틸기에 포함되는 C와, 제1층에 포함되는 Si를 결합시켜, Si-C 결합을 형성하는 것도 가능하게 된다. 이들의 결과, 제1층 중으로부터 Cl이 탈리됨과 함께, 제1층 중에, C 성분 및 N 성분이 새롭게 도입된다. 이와 같이, 제1층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 상에 제2층으로서, Si, C 및 N을 포함하는 층, 즉, 실리콘 탄질화층(SiCN층)이 형성된다.
제2층을 형성할 때, 제1층에 포함되어 있던 Cl이나, TEA 가스에 포함되어 있던 H는, TEA 가스에 의한 제1층의 개질 반응의 과정에서, Cl 및 H 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스 상태의 물질을 구성하여, 배기관(231)을 통해서 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉, 제1층 중의 Cl 등의 불순물은, 제1층 내로부터 인발되거나, 탈리되거나 함으로써, 제1층으로부터 분리된다. 이에 의해, 제2층은, 제1층에 비하여 Cl 등의 불순물이 적은 층으로 된다.
제2층이 형성된 후, 밸브(243b)를 폐쇄하고, TEA 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 1의 퍼지 스텝과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2층의 형성에 기여한 후의 TEA 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
[스텝 3]
스텝 2가 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제2층에 대하여 O2 가스를 공급하고 배기구(231a)로부터 배기한다.
이 스텝에서는, 밸브(243c, 243d 내지 243f)의 개폐 제어를, 스텝 1에서의 밸브(243a, 243d 내지 243f)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. O2 가스는, MFC(241c)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249c)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스가 공급된다.
O2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 소정의 유량으로 한다. O2 가스의 공급 시간은, 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 소정의 시간으로 한다. 각 가스 공급관으로부터 공급하는 N2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 500 내지 2000sccm의 범위 내의 소정의 유량으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1 내지 4000Pa, 바람직하게는 1 내지 3000Pa의 범위 내의 소정의 압력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력을 이러한 비교적 높은 압력대로 함으로써, O2 가스를 논 플라스마로 열적으로 활성화시키는 것이 가능하게 된다. O2 가스는 열로 활성화시켜서 공급하는 것이, 비교적 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, 후술하는 제3층의 형성이 용이하게 된다. 다른 처리 조건은, 예를 들어 스텝 1과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스를 공급함으로써, 제2층의 적어도 일부를 개질(산화)시킬 수 있다. 즉, O2 가스에 포함되어 있던 O 성분의 적어도 일부를 제2층에 첨가시켜, 제2층 중에 Si-O 결합을 형성할 수 있다. 제2층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 상에 제3층으로서, Si, O, C 및 N을 포함하는 층, 즉, 실리콘 산탄질화층(SiOCN층)이 형성된다. 제3층을 형성할 때, 제2층에 포함되어 있던 C 성분이나 N 성분의 적어도 일부는, 제2층으로부터 탈리되지 않고 제2층 중에 유지된다.
제3층을 형성할 때, 제2층에 포함되어 있던 Cl은, O2 가스에 의한 개질 반응의 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태의 물질을 구성하여, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉, 제2층 중의 Cl 등의 불순물은, 제2층 내로부터 인발되거나, 탈리되거나 함으로써, 제2층으로부터 분리된다. 이에 의해, 제3층은, 제2층에 비하여 Cl 등의 불순물이 적은 층으로 된다.
제3층이 형성된 후, 밸브(243c)를 폐쇄하고, O2 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 1의 퍼지 스텝과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제3층의 형성에 기여한 후의 O2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
[소정 횟수 실시]
스텝 1 내지 3을 비동시에, 즉, 동기시키지 않고 행하는 사이클을 1회 이상(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiOCN막을 형성할 수 있다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1 사이클당 형성되는 제3층의 두께를 원하는 막 두께보다도 얇게 하고, 제3층을 적층함으로써 형성되는 SiOCN막의 막 두께가 원하는 막 두께로 될 때까지, 상술한 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
원료로서는, HCDS 가스 외에, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS), 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 테트라클로로실란(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 옥타클로로트리실란(Si3Cl8, 약칭: OCTS) 가스 등의 클로로실란 원료 가스를 사용할 수 있다.
제1 반응체로서는, TEA 가스 외에, 예를 들어 디에틸아민((C2H5)2NH, 약칭: DEA) 가스, 모노에틸아민(C2H5NH2, 약칭: MEA) 가스 등의 에틸아민계 가스나, 트리메틸아민((CH3)3N, 약칭: TMeA) 가스, 디메틸아민((CH3)2NH, 약칭: DMeA) 가스, 모노메틸아민(CH3NH2, 약칭: MMeA) 가스 등의 메틸아민계 가스 등을 사용할 수 있다. 또한, 제1 반응체로서는, 트리메틸히드라진((CH3)2N2(CH3)H, 약칭: TMH) 가스 등과 같은 유기 히드라진계 가스를 사용할 수도 있다.
제2 반응체로서는, O2 가스 외에, 수증기(H2O 가스), 일산화질소(NO) 가스, 아산화질소(N2O) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스, 오존(O3) 가스, 플라스마 여기시킨 O2(O2 *) 가스, H2 가스+O2 가스, H2 가스+O3 가스 등의 O 함유 가스를 사용할 수 있다.
불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
웨이퍼(200) 상에 원하는 조성, 원하는 막 두께의 막이 형성되면, 밸브(243a 내지 243c)를 폐쇄하고, 처리실(201) 내에의 원료, 반응체의 공급을 각각 정지한다. 또한, 가스 공급관(232d 내지 232f) 각각으로부터 퍼지 가스로서의 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(애프터 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, 매니폴드(209)의 하단이 개구됨과 함께, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가, 보트(217)에 지지된 상태로 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 보트 언로드 후에는 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 개재해서 셔터(219s)에 의해 시일된다(셔터 클로즈). 처리가 끝난 웨이퍼(200)는, 반응관(203)의 외부로 반출된 후, 보트(217)로부터 취출되게 된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 본 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(a) HCDS 가스 공급 시에, 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 함으로써, 베어 웨이퍼로서 구성된 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiOCN막의 면내 막 두께 분포를, 중앙 볼록 분포로 하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 웨이퍼(200)로서 패턴 웨이퍼를 사용하는 경우에, 이 웨이퍼(200) 상에 플랫 분포를 갖는 SiOCN막을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량과 N2 가스의 유량과의 합계 유량보다도 크게 함으로써, 상술한 중앙 볼록 분포를 보다 확실하게 실현할 수 있게 된다.
웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 면내 막 두께 분포가 웨이퍼(200)의 표면적에 의존하는 것은, 소위 로딩 효과에 의한 것이라 생각된다. 성막 대상의 웨이퍼(200)의 표면적이 커질수록, HCDS 가스 등의 원료가 웨이퍼(200)의 주연부에서 다량으로 소비되어, 그 중심부에 미치기 어려워진다. 이 경우, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 막 두께 분포가, 웨이퍼(200)의 주연부가 가장 두껍고, 중심부에 가까워짐에 따라서 서서히 얇아지는 분포(이하, 중앙 오목 분포라고도 함)로 된다.
본 실시 형태에 따르면, 웨이퍼(200)로서 표면적이 큰 패턴 웨이퍼를 사용하는 경우에도, 노즐(249b, 249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량 밸런스를 상술한 바와 같이 설정함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 면내 막 두께 분포를 중앙 오목 분포에서 플랫 분포로 교정하거나, 나아가, 중앙 볼록 분포로 교정하거나 하는 등, 자유롭게 제어하는 것이 가능하게 된다.
(b) HCDS 가스 공급 시에, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 함으로써, 상술한 중앙 볼록 분포를 보다 확실하게 실현할 수 있게 된다.
(c) 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량 이상의 유량으로 함으로써, 상술한 막 두께 분포 제어를, 효율적으로, 즉, 적은 N2 가스의 소비량으로 저비용으로 실현하는 것이 가능하게 된다. 이것은 상술한 바와 같이, 노즐(249b)이, 노즐(249c)보다도, 배기구(231a)로부터 먼 위치에 배치되어 있기 때문이다.
(d) SiOCN막의 면내 막 두께 분포의 제어를 행할 때, 노즐(249a 내지 249c) 이외에 새로운 노즐을 설치할 필요가 없고, TEA 가스의 공급이나 O2 가스의 공급에 사용하는 기존의 노즐(249b, 249c)을 유용할 수 있으므로, 기판 처리 장치의 제조 비용이나 메인터넌스 비용의 증가를 피할 수 있다.
(e) 상술한 효과는, HCDS 가스 이외의 원료 가스를 사용하는 경우나, TEA 가스 이외의 C 및 N을 포함하는 가스를 사용하는 경우나, O2 가스 이외의 산화 가스를 사용하는 경우나, N2 가스 이외의 불활성 가스를 사용하는 경우에도, 마찬가지로 얻을 수 있다.
(4) 변형예
본 실시 형태에서의 성막 스텝은, 이하에 나타내는 변형예와 같이 변경할 수 있다.
(변형예 1)
도 5에 도시한 바와 같이, HCDS 가스 공급 시에, 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 한 상태에서, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량 이하로 해도 된다. 도 5는, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과 동등한 것으로 하는 예를 나타내고 있다. 이 경우, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiOCN막의 중앙 볼록 분포의 정도를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 경우보다도 완만하게 하는 방향으로, 즉, SiOCN막의 면내 막 두께 분포를 중앙 볼록 분포로부터 플랫 분포에 근접시키는 방향으로 제어하는 것이 가능하게 된다. 웨이퍼(200)로서, 비교적 표면적이 작은 패턴 웨이퍼(단, 베어 웨이퍼보다는 표면적이 큼)를 사용하는 경우에는, 본 변형예의 성막 시퀀스를 채용함으로써, 이 웨이퍼(200) 상에 플랫 분포를 갖는 SiOCN막을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, HCDS 가스의 노즐(249c) 내에의 침입을 억제하기 위해서는, HCDS 가스 공급 시에, 노즐(249c)로부터의 N2 가스의 공급을 불실시로 하지 않고, 예를 들어 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과 동등한 유량 조건에서 실시하는 것이 바람직하다.
(변형예 2)
HCDS 가스 공급 시에, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 한 상태에서, 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다 작게 해도 된다. 이 경우, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiOCN막의 중앙 볼록 분포의 정도를, 변형예 1의 경우보다도 완만하게 하는 방향으로, 즉, SiOCN막의 면내 막 두께 분포를 또한 플랫 분포에 근접시키는 방향으로, 제어하는 것이 가능하게 된다.
이 경우, 도 6에 도시한 바와 같이, 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량 이하로 함으로써, SiOCN막의 면내 막 두께 분포를 더욱 플랫 분포에 근접시키는 방향으로 제어하는 것이 가능하게 된다. 웨이퍼(200)로서, 베어 웨이퍼와 동일 정도, 또는, 베어 웨이퍼보다도 약간 큰 표면적을 갖는 패턴 웨이퍼를 사용하는 경우에는, 본 변형예의 성막 시퀀스를 채용함으로써, 이 웨이퍼(200) 상에 플랫 분포를 갖는 SiOCN막을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, HCDS 가스의 노즐(249b) 내에의 침입을 억제하기 위해서는, HCDS 가스 공급 시에, 노즐(249b)로부터의 N2 가스의 공급을 불실시로 하지 않고, 예를 들어 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과 동등한 유량 조건에서 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 본 변형예에서는, HCDS 가스 공급 시에, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량과 N2 가스의 유량과의 합계 유량보다도 크게 함으로써, SiOCN막의 면내 막 두께 분포를, 중앙 오목 분포가 아니라, 플랫 분포로 하는 것을, 보다 확실하게 행할 수 있게 된다.
N2 가스의 유량 밸런스를 본 변형예와 같이 설정하는 경우, HCDS 공급 시에 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량은, HCDS 비공급 시에 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 커진다. 예를 들어, HCDS 공급 시에 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량은, 스텝 2에서의 TEA 가스 공급 시에 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 커지고, 또한 스텝 3에서의 O2 가스 공급 시에 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 커진다. 또한, N2 가스의 유량 밸런스를 상술한 바와 같이 설정하는 경우, HCDS 공급 시에 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량은, 처리실(201) 내의 퍼지 시에 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 커진다.
(변형예 3)
도 7에 도시한 바와 같이, HCDS 가스 공급 시에, 노즐(249b) 및 노즐(249c) 각각으로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과 동등한 것으로 해도 된다. 이 경우, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiOCN막의 막 두께 분포를, 플랫 분포에서 중앙 오목 분포로 근접시키는 것이 가능하게 된다.
(변형예 4)
원료로서, 예를 들어 1,1,2,2-테트라클로로-1,2-디메틸디실란((CH3)2Si2Cl4, 약칭: TCDMDS) 가스와 같은 알킬할로실란 원료 가스나, 트리스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS) 가스나 비스(디에틸아미노)실란(SiH2[N(C2H5)2]2, 약칭: BDEAS) 가스와 같은 아미노실란 원료 가스를 사용해도 된다. 또한, 모노실란(SiH4) 가스, 디실란(Si2H6) 가스와 같은 실란 원료 가스를 사용해도 된다.
또한, 반응체로서, 예를 들어 프로필렌(C3H6) 가스와 같은 C 함유 가스나, 암모니아(NH3) 가스와 같은 N 함유 가스(질화제)를 사용해도 된다. 또한, 산화제로서, O3 가스나 O2 * 가스를 사용해도 된다.
그리고, 예를 들어 이하의 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막, SiOC막, 실리콘 산질화막(SiON막), 실리콘 탄질화막(SiCN막), 실리콘 질화막(SiN막), 실리콘 산화막(SiO막)을 형성하도록 해도 된다.
(HCDS→TEA→O2)×n ⇒ SiOC(N)
(HCDS→C3H6→O2→NH3)×n ⇒ SiOCN
(HCDS→C3H6→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
(C3H6→HCDS→C3H6→O2→NH3)×n ⇒ SiOCN
(C3H6→HCDS→C3H6→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
(TCDMDS→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
(HCDS→NH3→O2)×n ⇒ SiON
(HCDS→C3H6→NH3)×n ⇒ SiCN
(TCDMDS→NH3)×n ⇒ SiCN
(HCDS→TEA)×n ⇒ SiCN
(HCDS→NH3)×n ⇒ SiN
(3DMAS→O3)×n ⇒ SiO
(BDEAS→O2 *)×n ⇒ SiO
이러한 성막 시퀀스에서도, 원료 공급 시에, 노즐(249a 내지 249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량 밸런스의 제어를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 1 내지 3과 마찬가지로 행함으로써, 이것들과 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, C3H6 가스의 공급은, 예를 들어 노즐(249a)로부터 행할 수 있고, NH3 가스의 공급은, 예를 들어 노즐(249b)로부터 행할 수 있다. 원료나 반응체를 공급할 때의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 1 내지 3과 마찬가지로 할 수 있다.
<다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였다. 단, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
상술한 실시 형태에서는, 노즐(249a 내지 249c)로부터 HCDS 가스, TEA 가스, O2 가스를 각각 공급하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 노즐(249a 내지 249c)로부터, HCDS 가스, O2 가스, TEA 가스를 각각 공급해도 되고, TEA 가스, O2 가스, HCDS 가스를 각각 공급해도 되고, O2 가스, TEA 가스, HCDS 가스를 각각 공급해도 된다. 이러한 경우에도, HCDS 가스 공급 시에, 노즐(249a 내지 249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량 밸런스의 제어를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 1 내지 3과 마찬가지로 행함으로써, 이들과 마찬가지의 효과가 얻어진다.
상술한 실시 형태에서는, HCDS 가스 공급 시에, 노즐(249a 내지 249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량 밸런스의 제어를 행하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, HCDS 가스 공급 시가 아니라, TEA 가스 공급 시에, 상술한 N2 가스의 유량 밸런스의 제어를 행하게 해도 된다. 이 경우, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의, 웨이퍼(200) 면내에서의 N 농도의 분포나 C 농도의 분포를 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한 예를 들어, O2 가스 공급 시에, 상술한 N2 가스의 유량 밸런스의 제어를 행하게 해도 된다. 이 경우, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의, 웨이퍼(200) 면내에서의 O 농도의 분포를 제어하는 것이 가능하게 된다. TEA 가스 공급 시나 O2 가스 공급 시에 있어서의 N2 가스의 유량 밸런스의 제어는, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 1 내지 3과 마찬가지의 처리 조건, 처리 수순에 의해 행할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 기판 상에 주 원소로서 Si를 포함하는 막을 형성하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은 Si 외에, 게르마늄(Ge), 붕소(B) 등의 반금속 원소를 주 원소로서 포함하는 막을 기판 상에 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y), 란탄(La), 스트론튬(Sr), 알루미늄(Al) 등의 금속 원소를 주 원소로서 포함하는 막을 기판 상에 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다.
예를 들어, 원료로서, 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 가스나 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3, 약칭: TMA) 가스를 사용하여, 이하에 나타내는 성막 시퀀스에 의해, 기판 상에, 티타늄산 탄질화막(TiOCN막), 티타늄산 탄화막(TiOC막), 티타늄산 질화막(TiON막), 티타늄 알루미늄 탄질화막(TiAlCN막), 티타늄 알루미늄 탄화막(TiAlC막), 티타늄 질화막(TiN막), 티타늄 산화막(TiO막)을 형성하는 경우에도, 본 발명은 적합하게 사용할 수 있다.
(TiCl4→TEA→O2)×n ⇒ TiOC(N)
(TiCl4→NH3→O2)×n ⇒ TiON
(TiCl4→TMA→NH3)×n ⇒ TiAlCN
(TiCl4→TMA)×n ⇒ TiAlC
(TiCl4→TEA)×n ⇒ TiCN
(TiCl4→NH3)×n ⇒ TiN
(TiCl4→H2O)×n ⇒ TiO
기판 처리에 사용되는 레시피는, 처리 내용에 따라 개별로 준비하여, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 통해서 기억 장치(121c) 내에 저장해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 처리를 개시할 때, CPU(121a)가, 기억 장치(121c) 내에 저장된 복수의 레시피 중에서, 기판 처리의 내용에 따라, 적정한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 1대의 기판 처리 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 막을, 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한, 오퍼레이터의 부담을 저감할 수 있어, 조작 미스를 피하면서, 처리를 신속하게 개시할 수 있게 된다.
상술한 레시피는, 새롭게 작성하는 경우에 한하지 않고, 예를 들어 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 변경함으로써 준비해도 된다. 레시피를 변경하는 경우에는, 변경 후의 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 레시피를 기록한 기록 매체를 통해서, 기판 처리 장치에 인스톨해도 된다. 또한, 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여, 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 직접 변경하도록 해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식의 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 예에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 예를 들어 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식의 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 핫월형의 처리 로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 예에 대해서 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 콜드월형의 처리 로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다.
이러한 기판 처리 장치를 사용하는 경우에도, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 시퀀스, 처리 조건에서 성막을 행할 수 있고, 이것들과 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 상술한 실시 형태나 변형예는, 적절히 조합해서 사용할 수 있다. 이때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
상술한 실시 형태나 변형예의 방법에 의해 형성되는 SiOCN막 등은, 저유전율과 고에칭 내성을 겸비하므로, 종래의 SiO막이나 SiN막 대신에, 절연막, 스페이서 막, 마스크막, 전하 축적막, 스트레스 제어막 등으로서 널리 사용하는 것이 가능하다. 최근 들어, 반도체 디바이스의 미세화에 수반하여, 웨이퍼 상에 형성되는 막에 대하여 면내 막 두께 균일성의 요구가 엄격해지고 있다. 고밀도 패턴이 표면에 형성된 패턴 웨이퍼 상에 플랫 분포를 갖는 막을 형성하는 것이 가능한 본 발명은, 이 요구에 부응하는 기술로서 매우 유익하다고 생각된다.
[실시예]
이하, 상술한 실시 형태에서 얻어지는 효과를 뒷받침하는 실험 결과에 대해서 설명한다.
(실시예 1)
도 1에 도시하는 기판 처리 장치를 사용해서, 웨이퍼에 대하여 HCDS 가스, TEA 가스, O2 가스를 이 순서대로 비동시에 공급하는 사이클을 소정 횟수 행하는 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼 상에 SiOCN막이 형성된 샘플 1 내지 3을 제작하였다. 웨이퍼로서는 표면에 요철 구조가 형성되어 있지 않은 베어 웨이퍼를 사용하였다. 샘플 1를 제작할 때, HCDS 가스 공급 시에 있어서의 제2, 제3 노즐로부터의 N2 가스의 공급 유량을, 각각, 2500 내지 3500sccm의 범위 내의 유량으로 하였다. 샘플 2를 제작할 때, HCDS 가스 공급 시에 있어서의 제2, 제3 노즐로부터의 N2 가스의 공급 유량을, 각각, 1000 내지 2000sccm의 범위 내의 유량으로 하였다. 샘플 3을 제작할 때, HCDS 가스 공급 시에 있어서의 제2, 제3 노즐로부터의 N2 가스의 공급 유량을, 각각, 400 내지 600sccm의 범위 내의 유량으로 하였다. 어떤 경우든, HCDS 가스 공급 시에 있어서의 제1 노즐로부터의 N2 가스의 공급 유량을, 400 내지 600sccm의 범위 내의 유량으로 하였다. 다른 처리 조건은, 상술한 실시 형태에서의 처리 조건과 마찬가지로 하였다.
그리고, 샘플 1 내지 3의 SiOCN막의 면내 막 두께 분포를 각각 측정하였다. 도 8에 그 측정 결과를 나타낸다. 도 8의 종축은 막 두께[Å]를, 횡축은 측정 위치의 웨이퍼의 중심으로부터의 거리[mm]를 각각 나타내고 있다. 횡축이 0[mm]란, 웨이퍼의 중심을 의미하고 있다. 도면 중 □, ●, △ 표시는 각각 샘플 1 내지 3의 평가 결과를 나타내고 있다. 도 8에 의하면, HCDS 가스 공급 시에 있어서의 제2, 제3 노즐로부터의 N2 가스의 공급 유량을 크게 할수록, SiOCN막의 면내 막 두께 분포가 플랫 분포에서 중앙 볼록 분포에 가까워지고, 그 정도가 커지는 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
도 1에 도시하는 기판 처리 장치를 사용해서, 웨이퍼에 대하여 HCDS 가스, C3H6 가스, NH3 가스, O2 가스를 이 순서대로 비동시에 공급하는 사이클을 소정 횟수 행하는 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼 상에 SiOCN막이 형성된 샘플 4 내지 6을 제작하였다. 웨이퍼로서는 표면에 요철 구조가 형성되어 있지 않은 베어 웨이퍼를 사용하였다. 샘플 4를 제작할 때, HCDS 가스 공급 시에 있어서의 제2 노즐로부터의 N2 가스의 공급 유량을 5000 내지 7000sccm의 범위 내의 유량으로 하고, 제3 노즐로부터의 N2 가스의 공급 유량을 400 내지 600sccm의 범위 내의 유량으로 하였다. 샘플 5를 제작할 때, HCDS 가스 공급 시에 있어서의 제2 노즐로부터의 N2 가스의 공급 유량을 400 내지 600sccm의 범위 내의 유량으로 하고, 제3 노즐로부터의 N2 가스의 공급 유량을 5000 내지 7000sccm의 범위 내의 유량으로 하였다. 샘플 6을 제작할 때, HCDS 가스 공급 시에 있어서의 제2, 제3 노즐로부터의 N2 가스의 공급 유량을 각각 400 내지 600sccm의 범위 내의 유량으로 하였다. 어떤 경우든, HCDS 가스 공급 시에 있어서의 제1 노즐로부터의 N2 가스의 공급 유량을 400 내지 600sccm의 범위 내의 유량으로 하였다. 다른 처리 조건은, 상술한 실시 형태에서의 처리 조건과 마찬가지로 하였다.
그리고, 샘플 4 내지 6의 SiOCN막의 면내 막 두께 분포를 각각 측정하였다. 도 9의 (a) 내지 도 9의 (c)에 샘플 4 내지 6의 측정 결과를 각각 나타낸다. 이들의 도면의 종축은 막 두께[Å]를, 횡축은 측정 위치의 웨이퍼의 중심으로부터의 거리[mm]를 각각 나타내고 있다.
도 9의 (a)에 의하면, HCDS 가스 공급 시에, 제2 노즐로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 제1 노즐로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 하고, 제3 노즐로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 제1 노즐로부터 공급하는 N2 가스의 유량과 동등하게 함으로써 제작한 샘플 4에서는, SiOCN막의 면내 막 두께 분포가 중앙 볼록 분포로 되어 있는 것을 알 수 있다.
도 9의 (b)에 의하면, HCDS 가스 공급 시에, 제2 노즐로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 제1 노즐로부터 공급하는 N2 가스의 유량과 동등하게 하고, 제3 노즐로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 제1 노즐로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 함으로써 제작한 샘플 5에서는, SiOCN막의 면내 막 두께 분포가 플랫 분포로 되어 있는 것을 알 수 있다.
도 9의 (c)에 의하면, HCDS 가스 공급 시에, 제2 노즐 및 제3 노즐 각각으로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 제1 노즐로부터 공급하는 N2 가스의 유량과 동등하게 함으로써 제작한 샘플 6에서는, SiOCN막의 면내 막 두께 분포가 중앙 오목 분포로 되어 있는 것을 알 수 있다.

Claims (15)

  1. 기판에 대하여 제1 노즐로부터 원료를 공급하고 배기구로부터 배기하는 공정과,
    상기 기판에 대하여 상기 제1 노즐보다도 상기 배기구로부터 먼 측에 배치된 제2 노즐로부터 제1 반응체를 공급하고 상기 배기구로부터 배기하는 공정과,
    상기 기판에 대하여 상기 제2 노즐보다도 상기 배기구에 가까운 측에 배치된 제3 노즐로부터 제2 반응체를 공급하고 상기 배기구로부터 배기하는 공정,
    을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 갖고,
    상기 원료 공급 시에, 상기 제 1 노즐, 상기 제 2 노즐 및 상기 제 3 노즐 각각으로부터 불활성 가스를 공급하고, 상기 제2 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제1 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과의 밸런스를 제어함으로써, 상기 기판 상에 형성하는 상기 막의 기판 면내 막 두께 분포를 제어하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료 공급 시에, 상기 제2 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, 상기 제1 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량보다도 크게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 원료 공급 시에, 상기 제2 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, 상기 제1 노즐로부터 공급하는 원료의 유량과 불활성 가스의 유량과의 합계 유량보다도 크게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 원료 공급 시에, 상기 제3 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, 상기 제1 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량보다도 크게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 원료 공급 시에, 상기 제2 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, 상기 제3 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량 이상으로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 원료 공급 시에, 상기 제2 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, 상기 제3 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량보다도 크게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 원료 공급 시에, 상기 제3 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, 상기 제1 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량 이하로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 원료 공급 시에, 상기 제3 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, 상기 제1 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과 동등한 것으로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 원료 공급 시에, 상기 제2 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, 상기 제3 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량보다 작게 하고,
    상기 제3 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, 상기 제1 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량보다도 크게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 원료 공급 시에, 상기 제3 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, 상기 제1 노즐로부터 공급하는 원료의 유량과 불활성 가스의 유량과의 합계 유량보다도 크게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 원료 공급 시에, 상기 제2 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, 상기 제1 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과 동등한 것으로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 원료 공급 시에, 상기 제2 노즐 및 상기 제3 노즐 각각으로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, 상기 제1 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과 동등한 것으로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 원료는 할로실란을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 기판에 대하여 처리가 행하여지는 처리실과,
    상기 처리실 내를 배기구로부터 배기하는 배기계와,
    상기 처리실 내에 제1 노즐로부터 원료를 공급하는 원료 공급계와,
    상기 처리실 내에 상기 제1 노즐보다도 상기 배기구로부터 먼 측에 배치된 제2 노즐로부터 제1 반응체를 공급하는 제1 반응체 공급계와,
    상기 처리실 내에 상기 제2 노즐보다도 상기 배기구에 가까운 측에 배치된 제3 노즐로부터 제2 반응체를 공급하는 제2 반응체 공급계와,
    상기 처리실 내에 상기 제1 노즐, 상기 제2 노즐 및 상기 제3 노즐로부터 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급계와,
    상기 처리실 내에서, 기판에 대하여 상기 제1 노즐로부터 상기 원료를 공급하고 상기 배기구로부터 배기하는 처리와, 상기 기판에 대하여 상기 제2 노즐로부터 상기 제1 반응체를 공급하고 상기 배기구로부터 배기하는 처리와, 상기 기판에 대하여 상기 제3 노즐로부터 상기 제2 반응체를 공급하고 상기 배기구로부터 배기하는 처리를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 상기 기판 상에 막을 형성하는 처리를 행하게 하고, 상기 원료 공급 시에, 상기 제 1 노즐, 상기 제 2 노즐 및 상기 제 3 노즐 각각으로부터 불활성 가스를 공급하고, 상기 제2 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제1 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과의 밸런스를 제어함으로써, 상기 기판 상에 형성하는 상기 막의 기판 면내 막 두께 분포를 제어하도록, 상기 원료 공급계, 상기 제1 반응체 공급계, 상기 제2 반응체 공급계, 상기 불활성 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하도록 구성되는 제어부,
    를 갖는 기판 처리 장치.
  15. 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 제1 노즐로부터 원료를 공급하고 배기구로부터 배기하는 수순과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 제1 노즐보다도 상기 배기구로부터 먼 측에 배치된 제2 노즐로부터 제1 반응체를 공급하고 상기 배기구로부터 배기하는 수순과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 제2 노즐보다도 상기 배기구에 가까운 측에 배치된 제3 노즐로부터 제2 반응체를 공급하고 상기 배기구로부터 배기하는 수순,
    을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 상기 기판 상에 막을 형성하는 수순과,
    상기 원료 공급 시에, 상기 제 1 노즐, 상기 제 2 노즐 및 상기 제 3 노즐 각각으로부터 불활성 가스를 공급하고, 상기 제2 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제1 노즐로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과의 밸런스를 제어함으로써, 상기 기판 상에 형성하는 상기 막의 기판 면내 막 두께 분포를 제어하는 수순,
    을 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
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