KR101983437B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 - Google Patents

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요시로 히로세
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Abstract

기판 상에 형성되는 산소 함유막의 표면의 평활성을 향상시킨다. 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 제1 산소 함유 가스를 공급하는 공정을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 기판 상에 막을 형성하는 공정을 갖고, 원료 가스를 공급하는 공정은, 기판에 대하여 원료 가스와 제2 산소 함유 가스를 동시에 공급하는 기간을 포함한다.

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 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 산소(O) 함유 가스를 공급하는 공정을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 기판 상에, O 함유막을 형성하는 성막 처리가 행하여지는 경우가 있다(예를 들어 특허문헌 1, 2 참조).
일본 특허 공개 제2006-190787호 공보 일본 특허 공개 제2010-153776호 공보
본 발명은 기판 상에 형성되는 O 함유막의 표면의 평활성을 높이는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과,
상기 기판에 대하여 제1 산소 함유 가스를 공급하는 공정,
을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 갖고, 상기 원료 가스를 공급하는 공정은, 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스와 제2 산소 함유 가스를 동시에 공급하는 기간을 포함하는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 기판 상에 형성되는 O 함유막의 표면의 평활성을 높이는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리 로의 개략 구성도이며, 처리 로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리 로의 개략 구성도이며, 처리 로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 처리에서의 가스 공급의 타이밍 및 그 변형예를 도시하는 도면이다.
도 5의 (a)는 비교적 저온에서 성막 처리를 행할 때에 있어서의 원료 가스 공급 시의 웨이퍼 표면의 모습을 도시하는 도면이며, (b)는 비교적 고온에서 성막 처리를 행할 때의 원료 가스 공급 시에, 웨이퍼 표면에 흡착된 Si가 이동(마이그레이션)하는 모습을 도시하는 도면이며, (c)는 비교적 고온에서 성막 처리를 행할 때의 원료 가스 공급 시에, 원료 가스와 함께 산소 가스를 공급함으로써 웨이퍼 표면에 흡착된 Si의 마이그레이션이 억제되는 모습을 도시하는 도면이다.
도 6의 (a)는 실시예 및 비교예에서의 SiO막의 표면 조도의 평가 결과를 도시하는 도면이며, (b)는 실시예에서의 SiO막의 표면의 AFM 화상을 도시하는 도면이며, (c)는 비교예에서의 SiO막의 표면 AFM 화상을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 처리 로의 개략 구성도이며, 처리 로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 처리 로의 개략 구성도이며, 처리 로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 9의 (a)는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 SiO막을 게이트 절연막으로서 포함하는 트랜지스터의 부분 확대도이며, (b)는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 SiO막을 게이트 절연막으로서 포함하는 트랜지스터의 단면 확대도이다.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서, 도 1 내지 도 3을 사용해서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시한 바와 같이, 처리 로(202)는, 가열 기구(온도 조정부)로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판으로서의 히터 베이스(도시하지 않음)에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 히터(207)는, 후술하는 바와 같이 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(인렛 플랜지)(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)과의 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 설치되어 있다. 매니폴드(209)가 히터 베이스에 지지됨으로써, 반응관(203)은 수직으로 설치된 상태가 된다. 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 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향으로 다단으로 배열한 상태로 수용 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 노즐(249a, 249b)이 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있다. 노즐(249a, 249b)에는, 가스 공급관(232a, 232b)이 각각 접속되어 있다. 이와 같이, 처리 용기(매니폴드(209))에는 2개의 노즐(249a, 249b)과, 2개의 가스 공급관(232a, 232b)이 설치되어 있어, 처리실(201) 내에 복수 종류의 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다.
가스 공급관(232a, 232b)에는, 상류측에서부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a, 241b) 및 개폐 밸브인 밸브(243a, 243b)가 각각 설치되어 있다. 가스 공급관(232a, 232b)의 밸브(243a, 243b)보다도 하류측에는, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(232c, 232d)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232c, 232d)에는, 상류측에서부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(241c, 241d) 및 개폐 밸브인 밸브(243c, 243d)가 각각 설치되어 있다.
가스 공급관(232a, 232b)의 선단부에는, 노즐(249a, 249b)이 각각 접속되어 있다. 노즐(249a, 249b)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이에서의 평면에서 보아 원환 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 상승되도록 각각 설치되어 있다. 즉, 노즐(249a, 249b)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 각각 설치되어 있다. 즉, 노즐(249a, 249b)은, 처리실(201) 내에 반입된 각 웨이퍼(200)의 단부(주연부)의 측방에 웨이퍼(200)의 표면(평탄면)과 수직으로 각각 설치되어 있다. 노즐(249a, 249b)은, L자형의 롱 노즐로서 각각 구성되어 있고, 그러한 각 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그러한 각 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향해서 상승되도록 설치되어 있다. 노즐(249a, 249b)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250a, 250b)이 각각 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250a, 250b)은, 반응관(203)의 중심을 향하도록 각각 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급 구멍(250a, 250b)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 반응관(203)의 측벽의 내벽과, 반응관(203) 내에 배열된 복수매의 웨이퍼(200)의 단부(주연부)로 정의되는 평면에서 보아 원환 형상의 세로로 긴 공간 내, 즉, 원통 형상의 공간 내에 배치한 노즐(249a, 249b)을 경유해서 가스를 반송하고 있다. 그리고, 노즐(249a, 249b)에 각각 개구된 가스 공급 구멍(250a, 250b)으로부터, 웨이퍼(200)의 근방에서 처음으로 반응관(203) 내에 가스를 분출시키고 있다. 그리고, 반응관(203) 내에서의 가스의 주된 흐름을, 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉, 수평 방향으로 하고 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급할 수 있어, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 막의 막 두께의 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 웨이퍼(200)의 표면 상을 흐른 가스, 즉, 반응 후의 잔류 가스는, 배기구, 즉, 후술하는 배기관(231)의 방향을 향해서 흐른다. 단, 이 잔류 가스의 흐름의 방향은, 배기구의 위치에 따라 적절히 특정되며, 수직 방향에 한한 것이 아니다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 소정 원소(주 원소)를 포함하는 원료 가스로서, 예를 들어 소정 원소로서의 Si 및 할로겐 원소를 포함하는 할로실란 원료 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. 할로실란 원료란, 할로겐기를 갖는 실란 원료를 말한다. 할로겐기에는, 클로로기, 플루오로기, 브로모기, 요오드기 등이 포함된다. 즉, 할로겐기에는, 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I) 등의 할로겐 원소가 포함된다. 할로실란 원료는, 할로겐화물의 일종이라고도 할 수 있다. 본 명세서에서 「원료」라는 말을 사용한 경우에는, 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는 그들의 양쪽을 의미하는 경우가 있다.
할로실란 원료 가스로서는, 예를 들어 Si 및 Cl을 포함하는 원료 가스, 즉, 클로로실란 원료 가스를 사용할 수 있다. 클로로실란 원료 가스로서는, 예를 들어 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스를 사용할 수 있다. HCDS와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 사용하는 경우에는, 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, 원료 가스(HCDS 가스)로서 공급하게 된다.
가스 공급관(232b)으로부터는, 반응 가스(반응체)로서, 예를 들어 산소(O) 함유 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 본 명세서에서는, 후술하는 성막 처리의 스텝 2에서 공급하는 O 함유 가스를 제1 O 함유 가스라고도 칭하고, 또한 성막 처리의 스텝 1에서 공급하는 O 함유 가스를 제2 O 함유 가스라고도 칭하기로 한다. 제1 O 함유 가스는, 성막 처리의 스텝 2에서, 산화 가스, 즉, O 소스로서 작용한다. 제2 O 함유 가스는, 성막 처리의 스텝 1에서, 웨이퍼(200) 상에 흡착된 Si의 마이그레이션을 억제하는 마이그레이션 억제 가스로서 작용한다. 제1, 제2 O 함유 가스로서는, 예를 들어 산소(O2) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 반응 가스(반응체)로서, 예를 들어 수소(H) 함유 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. H 함유 가스는, 그 단체로는 산화 작용은 얻을 수 없지만, 후술하는 성막 처리에 있어서, 특정한 조건 하에서 O 함유 가스와 반응함으로써 원자 형상 산소(atomic oxygen, O) 등의 산화종을 생성하여, 산화 처리의 효율을 향상시키도록 작용한다. 그 때문에, H 함유 가스는, O 함유 가스와 마찬가지로 산화 가스에 포함해서 생각할 수 있다. H 함유 가스로서는, 예를 들어 수소(H2) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232c, 232d)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(241c, 241d), 밸브(243c, 243d), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(232a)으로부터 원료 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해 원료 가스 공급계가 구성된다. 노즐(249a)을 원료 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 원료 가스 공급계를 원료 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(232a)으로부터 할로실란 원료 가스를 흘리는 경우, 원료 가스 공급계를, 할로실란 원료 가스 공급계, 또는, 할로실란 원료 공급계라고 칭할 수도 있다.
가스 공급관(232b)으로부터 O 함유 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해 O 함유 가스 공급계가 구성된다. 노즐(249b)을 O 함유 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 성막 처리의 스텝 2에서는, O 함유 가스 공급계는, 산화 가스 공급계, 또는, 산화제 공급계로서 기능한다. 또한, 성막 처리의 스텝 1에서는, O 함유 가스 공급계는, 마이그레이션 억제 가스 공급계로서 기능한다.
가스 공급관(232a)으로부터 H 함유 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해, H 함유 가스 공급계가 구성된다. 노즐(249a)을 H 함유 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. H 함유 가스 공급계를, 상술한 산화 가스 공급계(산화제 공급계)에 포함해서 생각할 수도 있다.
상술한 원료 가스 공급계, O 함유 가스 공급계, H 함유 가스 공급계 중 어느 하나, 또는, 모든 가스 공급계를, 성막 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. 또한, O 함유 가스 공급계, H 함유 가스 공급계 중 어느 하나, 또는, 양쪽의 가스 공급계를, 반응 가스(반응체) 공급계라고 칭할 수도 있다.
또한, 주로, 가스 공급관(232c, 232d), MFC(241c, 241d), 밸브(243c, 243d)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다. 불활성 가스 공급계를, 퍼지 가스 공급계, 또는, 캐리어 가스 공급계라고 칭할 수도 있다.
상술한 각종 가스 공급계 중 어느 하나, 또는, 모든 가스 공급계는, 밸브(243a 내지 243d)나 MFC(241a 내지 241d) 등이 집적되어 이루어지는 집적형 가스 공급 시스템(248)으로서 구성되어 있어도 된다. 집적형 가스 공급 시스템(248)은, 가스 공급관(232a 내지 232d) 각각에 대하여 접속되고, 가스 공급관(232a 내지 232d) 내에의 각종 가스의 공급 동작, 즉, 밸브(243a 내지 243d)의 개폐 동작이나 MFC(241a 내지 241d)에 의한 유량 조정 동작 등이, 후술하는 컨트롤러(121)에 의해 제어되도록 구성되어 있다. 집적형 가스 공급 시스템(248)은, 일체형, 또는, 분할형의 집적 유닛으로서 구성되어 있고, 가스 공급관(232a 내지 232d) 등에 대하여 집적 유닛 단위로 착탈을 행할 수 있어, 가스 공급 시스템의 메인터넌스, 교환, 증설 등을, 집적 유닛 단위로 행하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
반응관(203)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치되어 있다. 배기관(231)에는, 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 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 있는 밸브이다. 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, 매니폴드(209)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 맞닿아지도록 구성되어 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 처리실(201)과 반대측에는, 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 시일 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다. 또한, 매니폴드(209)의 하방에는, 시일 캡(219)을 강하시켜 보트(217)를 처리실(201)의 외부로 취출한 상태에서, 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 자세이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉, 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어진다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열판(218)이 다단으로 지지되어 있다. 이 구성에 의해, 히터(207)로부터의 열이 시일 캡(219)측에 전해지기 어렵게 되어 있다. 단, 본 실시 형태는 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 보트(217)의 하부에 단열판(218)을 설치하지 않고, 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 통 형상의 부재로서 구성된 단열 통을 설치해도 된다.
반응관(203) 내에는, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 된다. 온도 센서(263)는, 노즐(249a, 249b)과 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는, CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 통해서 CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 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)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(241a 내지 241d), 밸브(243a 내지 243d), 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 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, MFC(241a 내지 241d)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243d)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, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(123)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히, 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체라는 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 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 상에 막을 형성하는 시퀀스 예에 대해 도 4를 사용해서 설명한다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
도 4에 도시하는 기본 시퀀스에서는, 기판으로서의 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스로서 HCDS 가스를 공급하는 스텝 1과, 웨이퍼(200)에 대하여 제1 O 함유 가스로서 O2 가스를 공급하는 스텝 2을 비동시로, 즉, 동기시키지 않고 행하는 사이클을 소정 횟수(n회 이상) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 Si 및 O를 포함하는 막으로서 실리콘 산화막(SiO2막, 이하, 간단히 SiO막이라고도 함)을 형성한다.
또한, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스의 스텝 1은, 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스와, 제2 O 함유 가스로서의 O2 가스를 동시에 공급하는 기간을 포함하고 있다. 또한, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스의 스텝 2는, 웨이퍼(200)에 대하여 제1 O 함유 가스로서의 O2 가스와, H 함유 가스로서의 H2 가스를 동시에 공급하는 기간을 포함하고 있다.
본 명세서에서는, 상술한 성막 처리를, 편의상, 이하와 같이 나타내는 경우도 있다. 또한, 이하의 변형예나 다른 실시 형태의 설명에서도 마찬가지의 표기를 사용하기로 한다.
(HCDS+O2→O2+H2)×n ⇒ SiO
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등과의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우, 즉, 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함해서 웨이퍼라 칭하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최표면」을 의미하는 경우가 있다.
따라서, 본 명세서에서 「웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되어 있는 층이나 막 등에 대하여, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」는 것을 의미하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라고 기재한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면) 상에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되어 있는 층이나 막 등의 위, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최표면 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」는 것을 의미하는 경우가 있다.
또한, 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 이동되어, 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 상태가 된다.
(압력·온도 조정 스텝)
처리실(201) 내, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)으로 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다. 진공 펌프(246)는, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 항상 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 성막 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태가 피드백 제어된다. 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행하여진다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행하여진다.
(성막 스텝)
그 후, 이하의 스텝 1, 2를 순차 실행한다.
[스텝 1]
이 스텝에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스와 O2 가스를 동시에 공급한다. 즉, 스텝 1이 HCDS 가스와 O2 가스를 동시에 공급하는 기간을 포함하도록 하고 있다.
밸브(243a, 243b)를 개방하고, 가스 공급관(232a, 232b) 내에 HCDS 가스, O2 가스를 각각 흘린다. HCDS 가스, O2 가스는, 각각, MFC(241a, 241b)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스와 O2 가스가 동시에 공급되게 된다. 이때 동시에 밸브(243c, 243d)를 개방하고, 가스 공급관(232c, 232d) 내에 N2 가스를 각각 흘린다. 가스 공급관(232c, 232d)을 통과하는 N2 가스는, MFC(241c, 241d)에 의해 유량 조정되어, HCDS 가스, O2 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 0.1 내지 20Torr(13.3 내지 2666Pa), 바람직하게는 1 내지 10Torr(133 내지 1333Pa)의 범위 내의 압력으로 한다.
처리실(201) 내의 압력이 0.1Torr 미만이 되면, 웨이퍼(200) 상에 SiO막이 형성되기 어려워져, 실용적인 성막 속도가 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 처리실(201) 내의 압력을 0.1Torr 이상으로 함으로써 SiO막의 성막 속도를 실용적인 레벨로까지 높이는 것이 가능하게 된다. 처리실(201) 내의 압력을 1Torr 이상으로 함으로써 SiO막의 성막 속도를 더욱 높일 수 있다.
처리실(201) 내의 압력이 20Torr를 초과하면, 과잉의 기상 반응이 발생함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막의 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워지는 경우가 있다. 또한, 처리실(201) 내에 파티클이 대량으로 발생하여, 성막 처리의 품질을 저하시켜버리는 경우도 있다. 또한, SiO막의 표면 평탄성, 즉, 표면 조도가 악화되는 경우도 있다. 여기서 「표면 조도」란, 웨이퍼면 내에서의 막의 고저차를 의미하고 있으며, 표면 거칠기와 동의이다. 표면 조도가 향상된다는 것은, 이 고저차가 작아져, 표면이 평활해지는 것을 의미하고 있다. 표면 조도가 악화된다는 것은, 이 고저차가 커져서, 표면이 거칠어지는 것을 의미하고 있다. 처리실(201) 내의 압력을 20Torr 이하로 함으로써, 적정한 기상 반응을 발생시킬 수 있음으로써, SiO막의 막 두께 균일성이나 표면 조도를 향상시키고, 또한 파티클의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다. 처리실(201) 내의 압력을 10Torr 이하로 함으로써, SiO막의 막 두께 균일성이나 표면 조도를 확실하게 향상시키고, 또한 처리실(201) 내에서의 파티클의 발생을 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다.
따라서, 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 0.1 내지 20Torr, 바람직하게는 1 내지 10Torr의 범위 내의 압력으로 하는 것이 좋다.
MFC(241a)로 제어하는 HCDS 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 2000sccm, 바람직하게는 10 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다.
MFC(241b)로 제어하는 O2 가스의 공급 유량(F1)은, 1 사이클당 스텝 1의 O2 가스(제2 O 함유 가스)의 공급량(Q1)이, 1 사이클당 후술하는 스텝 2의 O2 가스(제1 O 함유 가스)의 공급량(Q2)보다도 작아지는(Q1<Q2) 유량으로 설정한다. 스텝 1에서의 O2 가스의 공급 시간과, 후술하는 스텝 2에서의 O2 가스의 공급 시간을 동일하게 하는 경우, F1을, 후술하는 스텝 2에서 MFC(241b)로 제어하는 O2 가스의 공급 유량(F2)보다도 작게 함으로써, Q1<Q2로 하는 것이 가능하게 된다. 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막의 막 두께 면내 균일성 등의 점에서, F1은, F2보다도 작게 하는(F1<F2) 것이 바람직하고, 예를 들어 F2의 1/20 이상 1/2 이하, 바람직하게는 1/10 이상 1/5 이하의 범위 내의 유량으로 할 수 있다. 또한, F2는, 후술하는 스텝 2에서, 스텝 1에서 형성된 제1층을 충분히 산화시키는 것이 가능한 유량이다.
F1이 F2의 1/20 미만이 되면, O2 가스에 의한 후술하는 Si의 마이그레이션 억제 효과를 얻을 수 없게 되는 경우가 있어, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막의 표면 조도가 악화되기 쉬워진다. F1을 F2의 1/20 이상으로 함으로써 마이그레이션 억제 효과를 얻을 수 있게 되어, SiO막의 표면 조도를 향상시키는 것이 가능하게 된다. F1을 F2의 1/10 이상으로 함으로써 마이그레이션 억제 효과를 확실하게 얻을 수 있게 되어, SiO막의 표면 조도를 확실하게 향상시키는 것이 가능하게 된다.
F1이 F2의 1/2을 초과하면, 과잉의 기상 반응이 발생함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막의 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워지는 경우가 있다. F1을 F2의 1/2 이하로 함으로써, 적정한 기상 반응을 발생시킬 수 있음으로써, SiO막의 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. F1을 F2의 1/5 이하로 함으로써, 기상 반응을 적정하게 억제할 수 있어, SiO막의 막 두께 균일성을 확실하게 향상시키는 것이 가능하게 된다.
따라서, F1은, 예를 들어 F2의 1/20 이상 1/2 이하, 바람직하게는 1/10 이상 1/5 이하의 범위 내의 유량으로 하는 것이 좋다. F1은, 예를 들어 1 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 할 수 있다.
MFC(241c, 241d)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다.
히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 450 내지 1000℃, 바람직하게는 600 내지 1000℃, 보다 바람직하게는 700 내지 900℃의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다.
웨이퍼(200)의 온도가 450℃ 미만이 되면, 웨이퍼(200) 상에 SiO막이 형성되기 어려워져, 실용적인 성막 속도가 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 450℃ 이상으로 함으로써 이것을 해소하는 것이 가능하게 된다. 웨이퍼(200)의 온도를 600℃ 이상으로 함으로써 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막의 불화수소(HF) 등에 대한 에칭 내성 등을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 웨이퍼(200)의 온도를 700℃ 이상으로 함으로써 SiO막의 에칭 내성 등을 더욱 향상시키는 것이 가능하게 된다.
웨이퍼(200)의 온도가 1000℃를 초과하면, 과잉의 기상 반응이 발생함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막의 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워지는 경우가 있다. 또한, 처리실(201) 내에 파티클이 대량으로 발생하여, 성막 처리의 품질을 저하시켜버리는 경우가 있다. 또한, SiO막의 표면 조도가 악화되는 경우도 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 1000℃ 이하로 함으로써, 적정한 기상 반응을 발생시킬 수 있고, SiO막의 막 두께 균일성이나 표면 조도 등을 향상시키고, 또한 처리실(201) 내에서의 파티클의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다. 웨이퍼(200)의 온도를 900℃ 이하로 함으로써, SiO막의 막 두께 균일성이나 표면 조도를 확실하게 향상시키고, 또한 처리실(201) 내에서의 파티클의 발생을 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다.
따라서, 웨이퍼(200)의 온도는 450 내지 1000℃, 바람직하게는 600 내지 1000℃, 보다 바람직하게는 700 내지 900℃의 범위 내의 온도로 하는 것이 좋다. 이 온도대는, 처리실(201) 내에 HCDS 가스가 단독으로 존재한 경우에, HCDS가 열분해(자기분해)되는 온도대를 포함하고 있다. 또한, 이 온도대는, 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 단독으로 공급한 경우에, HCDS 가스에 포함되는 Si의 마이그레이션이 웨이퍼(200)의 표면 상에서 현저하게 발생하는 온도대를 포함하고 있다.
HCDS 가스 및 O2 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은, 예를 들어 1 내지 100초, 바람직하게는 1 내지 50초의 범위 내의 시간으로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스 및 O2 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)의 최표면 상에, 제1층으로서, 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. HCDS의 흡착층은, HCDS의 물리 흡착층이어도 되고, HCDS의 화학 흡착층이어도 되고, 그것들의 양쪽을 포함하고 있어도 된다.
여기서, 1 원자층 미만의 두께의 층이란 불연속으로 형성되는 원자층을 의미하고 있고, 1 원자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 원자층을 의미하고 있다. 1 분자층 미만의 두께의 층이란 불연속으로 형성되는 분자층을 의미하고 있고, 1 분자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 분자층을 의미하고 있다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, Cl을 포함하는 Si층과 HCDS의 흡착층의 양쪽을 포함할 수 있다. 단, 편의상, Cl을 포함하는 Si 함유층에 대해서는 「1 원자층」, 「수 원자층」 등의 표현을 사용해서 나타내기로 하고, 「원자층」을 「분자층」과 동의로 사용하는 경우도 있다.
HCDS 가스가 자기분해되는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 상에 Si가 퇴적됨으로써 Cl을 포함하는 Si층이 형성된다. HCDS 가스가 자기분해되지 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 칭하기로 한다.
제1층의 두께가 수 원자층을 초과하면, 후술하는 스텝 2에서의 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 2에서의 개질 반응의 작용을 상대적으로 높일 수 있고, 스텝 2에서의 개질 반응에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 스텝 1에서의 제1층의 형성에 필요로 하는 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, 제1층을 형성하는 과정에서, 웨이퍼(200) 상에 흡착된 주 원소, 즉, 제1층에 포함되는 Si가 웨이퍼(200)의 표면 상에서 이동(마이그레이션)하는 경우가 있다. 특히, 성막 온도를 높게 설정할수록, Si의 마이그레이션은 활발해지는 경향이 있고, 이에 의해, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막의 표면 조도는 악화되기 쉬워진다. 도 5의 (a)는, 예를 들어 700℃ 미만의 비교적 저온의 조건 하에서 성막 처리를 행했을 때에 있어서의 HCDS 가스 공급 시의 웨이퍼(200) 표면의 모습을 도시하는 도면이다. 이러한 온도대에서는, 웨이퍼(200) 표면에 흡착된 Si의 마이그레이션은 비교적 온화해서, SiO막의 표면 조도 등에 큰 영향을 주지 않는다. 이에 반해, 도 5의 (b)는, 예를 들어 700℃ 이상의 비교적 고온의 조건 하에서 성막 처리를 행했을 때에 있어서의 HCDS 가스 공급 시의 웨이퍼(200) 표면의 모습을 도시하는 도면이다. 이러한 온도대에서는, 웨이퍼(200) 표면에 흡착된 Si의 마이그레이션이 현저해져서, 스텝 2가 개시되기 전에 Si가 응집되거나 함으로써, 제1층의 표면에 요철 구조가 형성되어버리는 경우가 있다. 결과로서, 하지와 SiO막과의 사이의 계면 조도나 SiO막의 표면 조도를 악화시켜버리는 경우가 있다.
이 과제를 해결하기 위해서, 본 실시 형태에서는, 스텝 1에서 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스와 O2 가스를 동시에 공급하도록 하고 있다. HCDS 가스와 함께 O2 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에의 Si의 흡착과 동시 또는 그 전후에 이 Si의 적어도 일부를 산화시켜서 산화물(SiOx)로 변화시키는 것이 가능하게 된다. 웨이퍼(200) 상에 흡착된 Si는, 산화함으로써 마이그레이션하기 어려워진다. 즉, 웨이퍼(200) 상에 흡착된 Si 원자는, Si 원자와 결합한 O 원자에 의해 마이그레이션이 방해받게 된다. 이에 의해, 웨이퍼(200)의 온도를 상술한 온도대로 한 경우에도, 하지와 SiO막과의 사이의 계면 조도나 SiO막의 표면 조도의 악화를 회피하는 것이 가능하게 되는 것이다. 도 5의 (c)는, HCDS 가스와 함께 O2 가스를 공급함으로써, Si의 마이그레이션이 억제되는 모습을 도시하는 도면이다. 도 5의 (c)는, 웨이퍼(200) 상에 Si 원자가 흡착될 때 Si 원자가 산화되어, O 원자와 결합하는 모습과, 웨이퍼(200) 상에 흡착된 Si 원자에 인접하는 O 원자에 의해 Si 원자의 마이그레이션이 블럭되어, Si의 응집이 방해되는 모습을, 원자 레벨로 나타내고 있다. HCDS 가스와 함께 공급하는 O2 가스를, 그 작용으로부터 마이그레이션 억제 가스라고 칭할 수도 있다. 발명자들은, 웨이퍼(200)의 온도를 예를 들어 700 내지 1000℃의 범위 내의 온도로 한 경우에도, 스텝 1에서 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스와 O2 가스를 동시에 공급함으로써, SiO막의 표면 조도 등의 악화를 피할 수 있음을 확인하였다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 제1층은, Cl뿐만 아니라, O를 더 포함하는 Si 함유층이 된다. 단, 본 명세서에서는, 이 Cl 및 O를 포함하는 Si 함유층에 대해서도, 편의상, Cl을 포함하는 Si 함유층이라고 칭하기로 하고 있다.
제1층이 형성된 후, 밸브(243a, 243b)를 폐쇄하고, HCDS 가스, O2 가스의 공급을 각각 정지한다. 이때, APC 밸브(244)는 개방한 상태 그대로 두고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1층 형성에 기여한 후의 HCDS 가스나 O2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때, 밸브(243c, 243d)는 개방한 상태 그대로 두어, N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행하여지는 스텝 2에서 악영향이 발생하지 않는다. 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없으며, 예를 들어 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 2에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하고, 스루풋을 향상시킬 수 있다. N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
원료 가스로서는, HCDS 가스 외에, 모노클로로실란(SiH3Cl) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3) 가스, 테트라클로로실란(SiCl4) 가스 등의 클로로실란 원료 가스를 사용할 수 있다.
또한, 원료 가스로서는, 클로로실란 원료 가스 외에, 테트라플루오로실란(SiF4) 가스, 테트라브로모실란(SiBr4) 가스, 테트라요오도실란(SiI4) 가스 등을 사용할 수 있다. 즉, 원료 가스로서는, 클로로실란 원료 가스(클로로실란 화합물), 플루오로실란 원료 가스(플루오로실란 화합물), 브로모실란 원료 가스(브로모실란 화합물), 요오도실란 원료 가스(요오도실란 화합물) 등의 할로실란 원료 가스(할로실란 화합물)를 사용할 수 있다.
또한, 원료 가스로서는, 테트라키스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭: 4DMAS) 가스, 트리스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS) 가스, 비스디에틸아미노실란(Si[N(C2H5)2]2H2, 약칭 BDEAS) 가스, 비스터셔리부틸아미노실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS) 가스, 디이소프로필아미노실란(SiH3N[CH(CH3)2]2, 약칭: DIPAS) 가스 등의 아미노실란 원료 가스(아미노실란 화합물)를 사용할 수도 있다. 아미노실란 원료 가스는, Si 소스로서 뿐만 아니라, N 및 C 소스로서도 작용하는 가스이다.
또한, 원료 가스로서는, 모노실란(SiH4) 가스, 디실란(Si2H6) 가스, 트리실란(Si3H8) 가스 등의 수소화규소 가스(수소화규소 화합물)를 사용할 수도 있다.
또한, 원료 가스로서는, 헥사메틸디실록산([(CH3)3Si]2O) 가스, 테트라메틸디실록산([H(CH3)2Si]2O) 가스, 헥사클로로디실록산([Cl3Si]2O) 가스, 테트라클로로디실록산(HCl2Si)2O) 가스 등의 실록산계 원료 가스(실록산 화합물)를 사용할 수 있다. 여기서, 실록산 화합물이란, Si와 O를 골격으로 하는 화합물이며, Si-O-Si 결합(실록산 결합)을 갖는 것의 총칭이다. 실록산 원료 가스는, Si 소스로서 뿐만 아니라, O 소스, 또는, O 및 C 소스로서도 작용한다.
또한, 원료 가스로서는, 예를 들어 헥사메틸디실라잔([(CH3)3Si]2NH) 가스, 테트라메틸디실라잔([H(CH3)2Si]2NH) 가스, 헥사클로로디실라잔([Cl3Si]2NH) 가스, 테트라클로로디실라잔(HCl2Si)2NH) 가스 등의 실라잔계 원료 가스(실라잔 화합물)를 사용할 수 있다. 여기서, 실라잔 화합물이란, Si와 N을 골격으로 하는 화합물이며, Si-N-Si 결합이나 Si-N 결합 등의 실라잔 결합을 갖는 것의 총칭이다. 실라잔 원료 가스는, Si 소스로서 뿐만 아니라, N 소스, 또는, N 및 C 소스로서도 작용하는 가스이다.
이와 같이, 원료 가스로서는, 실란 화합물(할로실란 화합물, 아미노실란 화합물, 수소화규소 화합물), 실록산 화합물 및 실라잔 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1개를 사용할 수 있다. 또한, 실록산 화합물이나 실라잔 화합물은, 실란 화합물에 비해 열분해 온도가 높은(자기분해되기 어려운) 경향이 있다. 성막 온도를 고온측으로 하는 경우에는, 원료 가스로서 실록산 화합물이나 실라잔 화합물을 사용함으로써, 과잉 열분해를 억제하고, 성막 처리의 제어성을 높이는 것이 가능하게 된다.
제2 O 함유 가스로서는, O2 가스 외에, 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스 및 오존(O3) 가스 등을 사용할 수 있다.
불활성 가스로서는, N2 가스 외에, 예를 들어 Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
[스텝 2]
스텝 1이 종료된 후, 처리실(201) 내에 O2 가스와 H2 가스를 각각 별도로 공급하고, 이 가스를 처리실(201) 내에서 혼합시켜서 반응시킨다. 즉, 스텝 2가 O2 가스와 H2 가스를 동시에 공급하는 기간을 포함하도록 하고 있다.
이 스텝에서는, 밸브(243b, 243a)의 개폐 제어를, 스텝 1에서의 밸브(243b, 243a)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. 가스 공급관(232b, 232a) 내를 흐른 O2 가스, H2 가스는, 각각, MFC(241b, 241a)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249b, 249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. O2 가스와 H2 가스는, 처리실(201) 내에서 처음으로 혼합되어 반응하고, 그 후, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 0.1 내지 10Torr(13.3 내지 1333Pa), 바람직하게는 0.1 내지 3Torr(13.3 내지 399Pa)의 범위 내의 압력으로 한다.
MFC(241b)로 제어하는 O2 가스의 공급 유량은, 스텝 1에서 공급하는 O2 가스의 공급 유량보다도 큰 유량이며, 스텝 1에서 형성된 제1층을 충분히 산화시키는 것이 가능한 유량으로 한다. MFC(241b)로 제어하는 O2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241a)로 제어하는 H2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다.
O2 가스 및 H2 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은, 예를 들어 1 내지 100초, 바람직하게는 1 내지 50초의 범위 내의 시간으로 한다.
기타 처리 조건은, 스텝 1에서의 처리 조건과 마찬가지의 조건으로 한다.
상술한 조건 하에서 O2 가스 및 H2 가스를 처리실(201) 내에 공급함으로써, O2 가스 및 H2 가스는, 가열된 감압 분위기 하에서 논플라즈마로 열적으로 활성화(여기)되어 반응하고, 그에 의해, 원자 형상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종이 생성된다. 그리고, 주로 이 산화종에 의해, 스텝 1에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1층에 대하여 산화 처리가 행하여진다. 이 산화종이 갖는 에너지는, Si 함유층 중에 포함되는 Si-Cl, Si-H 등의 결합 에너지보다도 높기 때문에, 이 산화종의 에너지를 제1층에 부여함으로써, 제1층 중에 포함되는 Si-Cl, Si-H 결합 등은 분리된다. Si와의 결합이 분리된 H, Cl 등은 막 중으로부터 제거되어, Cl2, HCl 등으로서 배출된다. 또한, H, Cl 등과의 결합이 끊어짐으로써 남은 Si의 결합손은, 산화종에 포함되는 O와 연결되어, Si-O 결합이 형성된다. 이와 같이 하여, 제1층은, 제2층, 즉, Cl 등의 불순물의 함유량이 적은 SiO층으로 변화시킬 수 있다(개질된다). 이 산화 처리에 의하면, O2 가스를 단독으로 공급하는 경우나 수증기(H2O 가스)를 공급하는 경우에 비해, 산화력을 대폭 향상시킬 수 있다. 즉, 감압 분위기 하에서 O2 가스에 H2 가스를 첨가함으로써, O2 가스 단독 공급의 경우나 H2O 가스를 공급하는 경우에 비해 대폭적인 산화력 향상 효과가 얻어지게 된다.
제1층을 제2층으로 변화시킨 후, 밸브(243b, 243a)를 폐쇄하고, O2 가스 및 H2 가스의 공급을 각각 정지한다. 그리고, 스텝 1과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 산화 처리에 기여한 후의 O2 가스나 H2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 완전히 배출하지 않아도 되는 점은, 스텝 1과 마찬가지이다.
제1 O 함유 가스로서는, O2 가스 외에, N2O 가스, NO 가스, NO2 가스, O3 가스, 원자 형상 산소(O), 산소 라디칼(O*), 및 수산기 라디칼(OH*) 등을 사용할 수 있다. 즉, 제1 O 함유 가스와 제2 O 함유 가스는, 동일한 분자 구조(화학 구조)를 갖는 가스이어도 되고, 또한 상이한 분자 구조를 갖는 가스이어도 된다. 바꿔 말하면, 제1 O 함유 가스와 제2 O 함유 가스는, 머터리얼이 동일해도 되고, 또한 상이해도 된다. 제1 O 함유 가스와 제2 O 함유 가스를 동일한 머터리얼로 하는 경우, 가스 공급계의 구조를 간소화시킬 수 있고, 기판 처리 장치의 제조 비용이나 메인터넌스 비용을 저감시키는 것이 가능하게 되는 점에서 바람직하다. 제1 O 함유 가스와 제2 O 함유 가스를 상이한 머터리얼로 하는 경우, 예를 들어 제2 O 함유 가스로서 제1 O 함유 가스보다도 산화력이 약한 물질을 사용함으로써, 스텝 1에서의 과잉 기상 반응을 억제할 수 있고, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것이 가능하게 되는 점에서 바람직하다. 예를 들어, 제1 O 함유 가스로서 O3 가스나 O2 가스를 사용한 경우, 제2 O 함유 가스로서 N2O 가스나 NO 가스나 NO2 가스 등을 사용하는 것이 좋다.
H 함유 가스로서는, H2 가스 외에, 중수소(D2) 가스 등을 사용할 수 있다. 또한, 원료 가스로서 아미노실란 원료 가스를 사용하는 경우, 제1 O 함유 가스로서 O3 가스를 사용하도록 하면, H 함유 가스를 사용하지 않고 충분한(마찬가지의) 성막 레이트로 성막 처리를 진행시킬 수도 있다.
불활성 가스로서는, N2 가스 외에, 예를 들어 스텝 1에서 예시한 각종 희가스를 사용할 수 있다.
(소정 횟수 실시)
상술한 스텝 1, 2를 비동시로, 즉, 동기시키지 않고 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 SiO막을 형성할 수 있다. 상술한 사이클은 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 상술한 사이클을 1회 행할 때 형성되는 제2층의 두께를 원하는 막 두께보다도 작게 하고, 제2층을 적층함으로써 형성되는 SiO막의 막 두께가 원하는 막 두께로 될 때까지, 상술한 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
SiO막의 형성이 완료된 후, 가스 공급관(232c, 232d) 각각으로부터 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(애프터 퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되어(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되고, 매니폴드(209)의 하단이 개구된다. 그리고, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가, 보트(217)에 지지된 상태에서, 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출된다(보트 언로드). 처리가 끝난 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 본 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(a) 웨이퍼(200)의 표면을 산화시키는 것이 아니라, 웨이퍼(200) 상에 SiO막을 형성함(퇴적시킴)으로써, 성막 처리의 하지, 즉, 웨이퍼(200)의 표면에의 O의 확산을 억제하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 반도체 디바이스를 제작할 때의 요구 사양을 충족시키면서, 원하는 절연 특성을 갖는 SiO막을 형성하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 3D 구조의 메모리 장치를 제작할 때, 하지에의 O의 확산 깊이를 허용 범위 내로 수용하면서, 원하는 절연 성능을 갖는 SiO막을 형성할 것이 필요해진다. 본 실시 형태의 성막 방법에 의하면, 웨이퍼(200) 상에 SiO막을 퇴적시키므로, 상술한 요구를 밸런스 좋게 양립시키는 것이 가능하게 된다. 이에 반해, 웨이퍼(200)의 표면을 산화시켜서 SiO층으로 변화시키는 방법(열산화법)으로는, 이들 요구를 양립시키는 것이 곤란해지는 경우가 있다.
(b) 스텝 1, 2를 비동시로 행하는 교대 공급법에 의해 SiO막을 형성함으로써, 스텝 1, 2를 동시에 행하는 동시 공급법에 의해 SiO막을 형성하는 경우에 비해, SiO막의 단차 피복성, 막 두께 제어성, 면내 막 두께 균일성 등을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 이러한 성막 방법은, 성막 처리의 하지면이, 라인 앤 스페이스 형상, 홀 형상, 핀 형상 등의 3D 구조를 갖는 경우에 특히 유효하다.
(c) 성막 처리를 행할 때, 웨이퍼(200)의 온도를 상술한 온도대로 설정함으로써, 고품질의 막 특성을 갖는 SiO막을 형성하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 성막 온도를 450 내지 1000℃의 범위 내의 온도로 함으로써, 성막 온도를 450℃ 미만의 온도, 예를 들어 250 내지 400℃의 범위 내의 온도로 하는 경우보다도, SiO막의 에칭 내성이나 절연 성능을 향상시키거나, 내용 연수를 늘리거나, 트랜지스터의 응답 속도에 영향을 미치는 계면 전자 트랩 밀도를 저감시키는 것도 가능하게 된다. 특히, 성막 온도를 700 내지 1000℃의 범위 내의 온도로 함으로써, 상술한 SiO막의 막 특성을 더욱 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(d) 스텝 1에서, 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스와 O2 가스를 동시에 공급함으로써, 제1층에 포함되는 Si의 마이그레이션을 억제하고, 하지와 SiO막과의 사이의 계면 조도나 SiO막의 표면 조도를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 이에 반해, 스텝 1에서 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 단독으로 공급하는 통상의 교대 공급법에서는, Si의 마이그레이션이 활발해져, 웨이퍼(200)의 표면 조도 등이 악화되는 경우가 있는 것을, 발명자들은 확인하였다.
또한, 스텝 1에서 HCDS 가스와 O2 가스를 동시에 공급함으로 인한 표면 조도의 향상 효과는, 성막 온도를 450 내지 1000℃의 범위 내의 온도로 하는 경우에 한하지 않고, 보다 저온의 온도로 하는 경우라도 마찬가지로 얻어진다. 예를 들어, 성막 온도를 450℃ 미만의 온도, 예를 들어 250 내지 400℃의 범위 내의 온도로 한 경우에도, 스텝 1에서 HCDS 가스와 O2 가스를 동시에 공급함으로써, 종래의 교대 공급법을 사용하는 경우에 비해, SiO막의 표면 조도 등을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 단, 상술한 바와 같이, Si의 마이그레이션은, 성막 온도가 높아질수록 활발해지는 경향이 있어, 예를 들어 성막 온도가 700 내지 1000℃의 범위 내의 온도가 되면 현저해진다. 따라서, 스텝 1에서 HCDS 가스와 O2 가스를 동시에 공급하는 기술적 의의는, 성막 온도를, 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 단독으로 공급한 경우에 HCDS 가스에 포함되는 Si의 마이그레이션이 현저하게 발생하는 온도, 예를 들어 700 내지 1000℃의 범위 내의 온도로 하는 경우에, 특히 커진다고 할 수 있다.
(e) 이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 열산화법, 동시 공급법, 통상의 교대 공급법에서는 실현하는 것이 곤란한 우수한 특성을 갖는 SiO막을 형성하는 것이 가능하게 된다. 이러한 특성을 갖는 SiO막은, 예를 들어 트랜지스터의 게이트 절연막 등의 용도에 적합하게 사용하는 것이 가능하다. 본 실시 형태에서의 SiO막은, 단차 피복성 등을 향상시키기 위해서는 동시 공급법이 아니라 교대 공급법을 사용하는 것이 유효하다는 기술 혁신의 배경이 있음에도 불구하고, 스텝 1에서, HCDS 가스와 O2 가스를 굳이 동시에 공급한다는 새로운 기술 사상을 도입함으로써, 비로소 형성 가능하게 된 획기적인 막이라고 할 수 있다.
(f) 상술한 효과는, HCDS 가스 이외의 원료 가스를 사용하는 경우나, O2 가스 이외의 제1 O 함유 가스를 사용하는 경우나, H2 가스 이외의 H 함유 가스를 사용하는 경우나, O2 가스 이외의 제2 O 함유 가스를 사용하는 경우에도, 마찬가지로 얻을 수 있다.
(4) 변형예
본 실시 형태에서의 성막 처리의 시퀀스는, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스의 형태에 한정되지 않고, 도 4에 도시하는 이하의 변형예와 같이 변경할 수 있다. 또한, 도 4의 각종 변형예는, 편의상, 제2 O 함유 가스의 공급 타이밍에 있어서의 제2 사이클의 스텝 2 전후의 부분만을 발췌하여 도시하는 도면이다.
(변형예 1 내지 5)
도 4에 도시하는 기본 시퀀스에서는, 1 사이클당 제2 O 함유 가스의 공급 시간(스텝 1에서의 O2 가스의 공급 시간(T1))을 1 사이클당 제1 O 함유 가스의 공급 시간(스텝 2에서의 O2 가스의 공급 시간(T2))과 동일하게 함(T1=T2)과 함께, 1 사이클당 HCDS 가스의 공급 시간과 동일하게 하는 예에 대해서 설명하였다. 그러나, 본 실시 형태는 이러한 형태에 한정되지 않는다.
예를 들어, 도 4의 변형예 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 제2 O 함유 가스의 공급을, 스텝 1의 실시 기간 중 초기, 중기, 후기 중 어느 하나에서만 행하도록 하고, 이에 의해, 1 사이클당 제2 O 함유 가스 공급 시간(T1)을, 1 사이클당 제1 O 함유 가스의 공급 시간(T2) 미만으로 해도 된다(T1<T2). 또한, 도 4의 변형예 4에 나타낸 바와 같이, 제2 O 함유 가스의 공급을, 스텝 1의 실시 기간 중 초기 및 후기에서만 간헐적으로 행하도록 하고, 이에 의해, 1 사이클당 제2 O 함유 가스 공급 시간(T1)(합계 시간)을 1 사이클당 제1 O 함유 가스의 공급 시간(T2) 미만으로 해도 된다(T1<T2). 또한, 도 4의 변형예 5에 나타낸 바와 같이, 제2 O 함유 가스의 공급을, 스텝 1의 실시 기간 중 초기, 중기, 후기 각각에서 간헐적으로 행하도록 하고, 이에 의해, 1 사이클당 제2 O 함유 가스 공급 시간(T1)(합계 시간)을 1 사이클당 제1 O 함유 가스의 공급 시간(T2) 미만으로 해도 된다(T1<T2). 이들 변형예는, 1 사이클당 제2 O 함유 가스의 공급 시간을, 1 사이클당 HCDS 가스의 공급 시간보다도 짧게 하는 예이기도 하다.
이들 변형예에 의해서도, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 즉, T1, T2를 상술한 바와 같이 설정한 경우, 스텝 1에서의 O2 가스의 공급 유량(F1)을 스텝 2에서의 O2 가스의 공급 유량(F2)과 동등 이상(F1≥F2)으로 한 경우에도, 1 사이클당 스텝 1의 O2 가스의 공급량(Q1)을, 1 사이클당 스텝 2의 O2 가스의 공급량(Q2)보다도 작게 하는(Q1<Q2) 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 스텝 1에서의 과잉 기상 반응을 억제하면서, Si의 마이그레이션을 억제할 수 있고, 결과적으로, 표면 조도가 양호한 SiO막을 형성하는 것이 가능하게 된다.
또한, 스텝 1의 초기에 O2 가스를 공급하는 변형예 1, 4, 5는, 스텝 1의 초기에 O2 가스를 비공급으로 하는 변형예 2, 3에 비해, Si의 마이그레이션을, HCDS 가스의 공급 개시 직후부터 억제할 수 있게 된다. 이 때문에, Si의 마이그레이션이 발생하기 쉬운 처리 조건 하(예를 들어, 비교적 고온의 처리 조건 하)에서 성막 처리를 실시하는 경우에는 변형예 1, 4, 5를 선택하는 것이 바람직하다. 또한, Si의 마이그레이션이 발생하기 어려운 처리 조건 하(예를 들어, 비교적 저온의 처리 조건 하)에서 성막 처리를 실시하는 경우에는, 변형예 1, 4, 5 외에, 변형예 2, 3을 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 스텝 1의 실시 기간 중에 O2 가스의 공급을 간헐적으로 복수회 행하는 변형예 4, 5는, 변형예 1 내지 3에 비해, Si의 마이그레이션을 보다 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 스텝 1의 실시 기간 중에 O2 가스의 공급을 연속적으로 행하는 도 4에 도시하는 기본 시퀀스가, 이들 실시예보다도, Si의 마이그레이션을 더욱 확실하게 억제할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
(변형예 6 내지 9)
도 4에 도시하는 기본 시퀀스에서는, 스텝 1에서, HCDS 가스의 공급과 O2 가스의 공급을 동시에 행하는 예에 대해서 설명하였다. 그러나, 본 실시 형태는 이러한 형태에 한정되지 않고, 이들 공급을 비동시로 행하도록 해도 된다.
예를 들어 도 4의 변형예 6에 나타낸 바와 같이, 스텝 1에서, O2 가스의 공급을 HCDS 가스의 공급 개시보다도 선행해서 개시하고, O2 가스의 공급 정지 후, 처리실(201) 내를 퍼지하는 스텝을 실시하지 않고 HCDS 가스의 공급을 개시하도록 해도 된다. 또한, 이 경우, 도 4의 변형예 7에 나타낸 바와 같이, HCDS 가스의 공급 정지 후, 처리실(201) 내를 퍼지하는 스텝을 실시하지 않고 O2 가스의 공급을 재개하도록 해도 된다. 또한, 이러한 경우, 도 4의 변형예 8, 9에 나타낸 바와 같이, 스텝 1에서의 O2 가스의 공급과 HCDS 가스의 공급을 동시에 행하는 기간을 더 마련해도 된다. 이들 변형예는, 1 사이클당 제2 O 함유 가스의 공급 시간(T1)을, 1 사이클당 제1 O 함유 가스의 공급 시간(T2) 미만으로 하는 예이다. 또한, 이들 변형예는, 1 사이클당 제2 O 함유 가스의 공급 시간을, 1 사이클당 HCDS 가스의 공급 시간보다도 짧게 하는 예이기도 하다.
이러한 변형예에 의해서도, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 이들 변형예에 의하면, HCDS 가스의 공급을, 처리실(201) 내를 미리 O2 가스 분위기로 한 상태에서 개시하므로, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스에 비해, Si의 마이그레이션을 HCDS 가스의 공급 개시 직후부터 보다 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, HCDS 가스의 공급 정지 후에 O2 가스의 공급을 재개하는 변형예 7, 8에 의하면, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스에 비해, HCDS 가스 공급 정지 후의 Si의 마이그레이션을 보다 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다.
(변형예 10 내지 12)
도 4의 변형예 10에 나타낸 바와 같이, 스텝 1에서, HCDS 가스의 공급과 O2 가스의 공급을 동시에 행할 때, O2 가스의 공급을 HCDS 가스의 공급보다도 선행해서 개시하도록 해도 된다. 또한, 도 4의 변형예 11에 나타낸 바와 같이, 스텝 1에서, HCDS 가스의 공급과 O2 가스의 공급을 동시에 행할 때, O2 가스의 공급을 HCDS 가스의 공급 정지 후에도 계속해서 행하도록 해도 된다. 또한, 도 4의 변형예 12에 나타낸 바와 같이, 스텝 1에서, HCDS 가스의 공급과 O2 가스의 공급을 동시에 행할 때, O2 가스의 공급을 HCDS 가스의 공급보다도 선행해서 개시하고, 또한 O2 가스의 공급을 HCDS 가스의 공급 정지 후에도 계속해서 행하도록 해도 된다.
이러한 변형예에 의해서도, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, O2 가스의 공급을 HCDS 가스의 공급보다도 선행해서 개시하는 변형예 10, 12에 의하면, 웨이퍼(200)에 대한 HCDS 가스의 공급을, 처리실(201) 내를 O2 가스 분위기로 한 상태에서 개시하므로, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스에 비해, Si의 마이그레이션을 HCDS 가스의 공급 개시 직후부터 보다 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, O2 가스의 공급을 HCDS 가스의 공급 정지 후에도 계속해서 행하는 변형예 11, 12에 의하면, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스에 비해, HCDS 가스 공급 정지 후의 Si의 마이그레이션을 보다 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다. 이러한 변형예는, 1 사이클당 제2 O 함유 가스 공급 시간을, 1 사이클당 HCDS 가스의 공급 시간보다도 길게 하는 예이기도 하다.
(변형예 13)
도 4의 변형예 13에 도시한 바와 같이, 앞의 사이클의 스텝 2에서 제1 O 함유 가스의 공급을 정지한 후, 다음 사이클의 스텝 2에서 제1 O 함유 가스의 공급을 개시할 때까지의 동안에, 제2 O 함유 가스의 공급을 계속해서 행하도록 해도 된다. 즉, 스텝 1, 2를 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행할 때, 제2 O 함유 가스의 공급을 계속해서 행하도록 해도 된다. 또한, 본 변형예에서의 제1 사이클에서는, 제2 O 함유 가스의 공급이, HCDS 가스의 공급보다도 선행해서 개시되게 된다.
본 변형예에 의해서도, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스에 비해, Si의 마이그레이션을 HCDS 가스의 공급 개시 직후부터 보다 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스에 비해, HCDS 가스 공급 정지 후의 Si의 마이그레이션을 보다 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다. 본 변형예는, 1 사이클당 제2 O 함유 가스 공급 시간을, 1 사이클당 HCDS 가스의 공급 시간보다도 길게 하는 예이기도 하다.
(변형예 14, 15)
도 4의 변형예 14에 나타낸 바와 같이, 스텝 1에서, O2 가스의 공급을 HCDS 가스의 공급 개시보다도 선행해서 개시하고, O2 가스의 공급을 HCDS 가스의 공급 정지보다도 선행해서 정지하도록 해도 된다. 또한, 도 4의 변형예 15에 나타낸 바와 같이, 스텝 1에서, O2 가스의 공급을 HCDS 가스의 공급 개시 후이며 HCDS 가스의 공급 정지 전에 개시하고, O2 가스의 공급을 HCDS 가스의 공급 정지 후에도 계속해서 행하도록 해도 된다. 이러한 변형예는, 1 사이클당 제2 O 함유 가스의 공급 시간을, 1 사이클당 HCDS 가스의 공급 시간보다도 짧게 하는 예이기도 하다.
본 변형예에 의해서도, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 변형예 14에 의하면, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스에 비해, Si의 마이그레이션을 HCDS 가스의 공급 개시 직후부터 보다 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 변형예 15에 의하면, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스에 비해, HCDS 가스 공급 정지 후의 Si의 마이그레이션을 보다 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다.
(변형예 16, 17)
도 4의 변형예 16에 나타낸 바와 같이, 스텝 1에서, HCDS 가스의 공급과 O2 가스의 공급을 동시에 개시하고, HCDS 가스의 공급을 정지한 후, O2 가스의 공급을 스텝 2의 개시까지 계속하도록 해도 된다. 또한, 도 4의 변형예 17에 나타낸 바와 같이, 스텝 1에서, O2 가스의 공급을, 앞의 사이클 스텝 2에서의 제1 O 함유 가스 공급 정지와 동시에 개시하고, 그 후, HCDS 가스의 공급 정지와 동시에 정지하도록 해도 된다. 또한, 변형예 17에서의 제1 사이클에서는, 제2 O 함유 가스의 공급이, HCDS 가스의 공급보다도 선행해서 개시되게 된다.
이러한 변형예에 의해서도, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 변형예 16에 의하면, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스에 비해, HCDS 가스 공급 정지 후의 Si의 마이그레이션을 보다 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 변형예 17에 의하면, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스에 비해, Si의 마이그레이션을 HCDS 가스의 공급 개시 직후부터 보다 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다.
(변형예 18 내지 21)
도 4의 변형예 18에 나타낸 바와 같이, 스텝 1에서, HCDS 가스의 공급과 O2 가스의 공급을 동시에 행하고, 또한 O2 가스의 공급 유량을 서서히 저감시키도록 해도 된다. 또한, 도 4의 변형예 19에 나타낸 바와 같이, 스텝 1에서, HCDS 가스의 공급과 O2 가스의 공급을 동시에 행하고, 또한 O2 가스의 공급 유량을 서서히 증가시키도록 해도 된다. 또한, 도 4의 변형예 20에 나타낸 바와 같이, 스텝 1에서, HCDS 가스의 공급과 O2 가스의 공급을 동시에 개시하고, HCDS 가스의 공급을 정지한 후, 스텝 2의 개시까지 O2 가스의 공급을 계속함과 함께, O2 가스의 공급 유량을, 스텝 2에서의 O2 가스의 공급 유량과 동일 정도가 될 때까지 서서히 증가시키도록 해도 된다. 또한, 도 4의 변형예 21에 나타낸 바와 같이, 스텝 1에서, O2 가스의 공급을 HCDS 가스의 공급 개시보다도 선행해서, 예를 들어 앞의 사이클의 스텝 2에서의 제1 O 함유 가스 공급 정지와 동시에 개시한 후, O2 가스의 공급 유량을 서서히 줄이고, 그 후, O2 가스의 공급을 HCDS 가스의 공급 정지와 동시에 정지하도록 해도 된다. 또한, 변형예 21에서의 제1 사이클에서는, 제2 O 함유 가스의 공급이, HCDS 가스의 공급보다도 선행해서 개시되게 된다.
이러한 변형예에 의해서도, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스나 다른 변형예와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 이러한 변형예에 의하면, 사이클 내에서 제2 O 함유 가스의 공급 유량을 적정하게 제어할 수 있고, 이에 의해, 성막 처리의 품질을 향상시키거나, 가스 비용을 저감시키거나 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 변형예 19, 20에 의하면, 변형예 18, 21에 비해, HCDS 가스 공급 정지 후의 Si의 마이그레이션을 보다 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 변형예 18, 21에 의하면, 변형예 19, 20에 비해, Si의 마이그레이션을 HCDS 가스의 공급 개시 직후부터 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
상술한 실시 형태에서는, 제1 O 함유 가스와 제2 O 함유 가스를 동일한 가스 공급계로부터 공급하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 O 함유 가스와 제2 O 함유 가스를 다른 가스 공급계로부터 각각 별도로 공급하도록 해도 된다. 이 경우, 제1 O 함유 가스와 제2 O 함유 가스를 동일 노즐로부터 공급하도록 해도 되고, 상이한 노즐로부터 각각 별도로 공급하도록 해도 된다. 가스 공급계를 이렇게 구성함으로써, 비교적 대유량으로 공급하는 제1 O 함유 가스나 비교적 소유량으로 공급하는 제2 O 함유 가스를 공급할 때, 각각의 공급 유량의 제어성을 높이는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 제1 O 함유 가스의 유량 제어에는 대유량용 MFC를 사용하고, 제2 O 함유 가스의 유량 제어에는 소유량용 MFC를 사용하는 것으로 하면, 각각의 가스의 유량 제어성을 높이는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 원료 가스와 함께 제2 O 함유 가스를 공급함으로써 얻어지는 마이그레이션 억제 효과의 제어성을 높일 수 있고, SiO막의 표면 조도를 더욱 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 원료 가스와 함께 제2 O 함유 가스를 공급할 때에 있어서의 기상 반응 억제 효과의 제어성을 높일 수도 있고, SiO막의 면내 막 두께 균일성을 더욱 향상시키는 것도 가능하게 된다.
상술한 실시 형태에서는, HCDS 가스, O2 가스, H2 가스를 사용해서 고온 조건 하에서 웨이퍼(200) 상에 SiO막을 형성하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이하에 나타내는 성막 시퀀스와 같이, 상술한 아미노실란 원료 가스와 O3 가스를 사용하여, 중온 조건 하에서 SiO막을 형성하는 경우에도, 본 발명은 적합하게 적용 가능하다. 또한, 아미노실란 원료 가스와 플라즈마 여기시킨 O2 가스(이하, O2 * 가스라고도 함)를 사용하여, 저온 조건 하에서 SiO막을 형성하는 경우에도, 본 발명은 적합하게 적용 가능하다. 또한, 아미노실란 원료 가스 대신에 상술한 수소화규소 가스를 사용해도 된다.
(3DMAS+O2→O3)×n ⇒ SiO
(BDEAS+O2→O2 *)×n ⇒ SiO
(SiH4+O2→O3)×n ⇒ SiO
(Si2H6+O2→O2 *)×n ⇒ SiO
또한, 이하에 나타내는 성막 시퀀스와 같이, 반응 가스로서, 암모니아(NH3) 가스 등의 N 함유 가스나, 트리에틸아민((C2H5)3N) 가스 등의 N 및 C 함유 가스나, 프로필렌(C3H6) 가스 등의 C 함유 가스나, 트리클로로보란(BCl3) 가스 등의 B 함유 가스를 또한 사용하여, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 산질화막(SiON막), 실리콘 산탄화 막(SiOC막), 실리콘 산탄질화막(SiOCN막), 실리콘 붕산탄질화막(SiBOCN막), 실리콘 붕산질화막(SiBON막)을 형성하는 경우에도, 본 발명은 적합하게 적용 가능하다.
(HCDS+O2→NH3→O2)×n ⇒ SiON
(HCDS+O2→(C2H5)3N→O2)×n ⇒ SiOC
(HCDS+O2→C3H6→NH3)×n ⇒ SiOCN
(HCDS+O2→C3H6→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
(HCDS+O2→C3H6→O2→NH3)×n ⇒ SiOCN
(HCDS+O2→BCl3→C3H6→NH3)×n ⇒ SiBOCN
(HCDS+O2→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBON
또한, 본 발명은, 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y), 스트론튬(Sr), 란탄(La), 루테늄(Ru), 알루미늄(Al) 등의 금속 원소를 주 원소로서 포함하는 산화막(금속 산화막)을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용 가능하다. 즉, 본 발명은, 웨이퍼(200) 상에 TiO막, TiON막, TiOC막, TiOCN막, TiBOCN막, TiBON막, ZrO막, ZrON막, ZrOC막, ZrOCN막, ZrBOCN막, ZrBON막, HfO막, HfON막, HfOC막, HfOCN막, HfBOCN막, HfBON막, TaO막, TaON막, TaOC막, TaOCN막, TaBOCN막, TaBON막, NbO막, NbON막, NbOC막, NbOCN막, NbBOCN막, NbBON막, MoO막, MoON막, MoOC막, MoOCN막, MoBOCN막, MoBON막, WO막, WON막, WOC막, WOCN막, WBOCN막, WBON막, YO막, YON막, YOC막, YOCN막, YBOCN막, YBON막, SrO막, SrON막, SrOC막, SrOCN막, SrBOCN막, SrBON막, LaO막, LaON막, LaOC막, LaOCN막, LaBOCN막, LaBON막, RuO막, RuON막, RuOC막, RuOCN막, RuBOCN막, RuBON막, AlO막, AlON막, AlOC막, AlOCN막, AlBOCN막, AlBON막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용하는 것이 가능하게 된다.
예를 들어, 원료로서, 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 가스, 하프늄테트라클로라이드(HfCl4) 가스, 탄탈륨펜타클로라이드(TaCl5) 가스, 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3) 가스 등을, 제1 O 함유 가스로서 H2O 가스를 사용하여, 이하에 나타내는 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼(200) 상에 TiO막, HfO막, TaO막, AlO막 등의 금속 산화막을 형성하는 경우에도, 본 발명은 적합하게 적용 가능하다.
(TiCl4+O2→H2O)×n ⇒ TiO
(HfCl4+O2→H2O)×n ⇒ HfO
(TaCl5+O2→H2O)×n ⇒ TaO
(Al(CH3)3+O2→H2O)×n ⇒ AlO
이때의 성막 처리의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 실시 형태나 변형예의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다. 이러한 경우에도, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 즉, 본 발명은 Si, 게르마늄(Ge), B 등의 반금속 원소를 주 원소로서 포함하는 반금속 산화막을 형성하는 경우나, 상술한 각종 금속 원소를 주 원소로서 포함하는 금속 산화막을 형성하는 경우에, 적합하게 적용할 수 있다.
상술한 실시 형태나 변형예의 방법은, 예를 들어 FinFET가 구비하는 게이트 절연막을 형성할 때, 적합하게 적용하는 것이 가능하다. 이하, FinFET의 구조에 대해서, 도 9의 (a), 도 9의 (b)를 참조하면서 설명한다.
도 9의 (a), 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, FinFET는, Si 웨이퍼 등으로서 구성된 기판과, Si 등에 의해 기판 상에 형성된 채널층과, 질화티타늄(TiN) 등에 의해 채널층 상에 형성된 게이트 전극을 구비하고 있다. 채널층은, 트랜지스터 소자에 있어서의 소스측 전극과 드레인측 전극을 접속하는 것이다. 채널층과 게이트 전극과의 사이에는, 이들을 전기적으로 절연하는 SiO로 이루어지는 게이트 절연막이 설치되어 있다. 인접하는 채널층의 사이는, SiO 등으로 이루어지는 소자 분리층에 의해 분리되어 있다. 또한, 도 9의 (b)에서는, 게이트 전극의 도시를 생략하고 있다.
FinFET의 게이트 절연막을 형성할 때, 상술한 실시 형태나 변형예의 방법을 적용함으로써, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 효과가 얻어지게 된다. 즉, 기판에 대하여 HCDS 가스를 공급하는 스텝에서, 기판에 대하여 HCDS 가스와 함께 O2 가스를 공급함으로써, 웨이퍼 상에 형성되는 층에 포함되는 Si의 마이그레이션을 억제할 수 있고, 하지와 게이트 절연막과의 사이의 계면 조도나 게이트 절연막의 표면 조도를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 결과로서, 게이트 절연막의 전기 특성을 향상시켜, 트랜지스터의 성능을 높이는 것이 가능하게 된다.
기판 처리에 사용되는 레시피(처리 수순이나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)는, 처리 내용(형성하는 막의 막종, 조성비, 막질, 막 두께, 처리 수순, 처리 조건 등)에 따라서 개별로 준비하여, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 통해서 기억 장치(121c) 내에 저장해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 기판 처리를 개시할 때, CPU(121a)가, 기억 장치(121c) 내에 저장된 복수의 레시피 중에서, 처리 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 부담(처리 수순이나 처리 조건 등의 입력 부담 등)을 저감할 수 있어, 조작 미스를 회피하면서, 기판 처리를 신속히 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 대해서 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 예를 들어 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 낱장식의 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 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 콜드월형의 처리 로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다. 이러한 경우에도, 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시하는 처리 로(302)를 구비한 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 본 발명은 적합하게 적용할 수 있다. 처리 로(302)는, 처리실(301)을 형성하는 처리 용기(303)와, 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 가스 공급부로서의 샤워 헤드(303s)와, 1매 또는 수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 지지하는 지지대(317)와, 지지대(317)를 하방으로부터 지지하는 회전축(355)과, 지지대(317)에 설치된 히터(307)를 구비하고 있다. 샤워 헤드(303s)의 인렛(가스 도입구)에는, 가스 공급 포트(332a, 332b)가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332a)에는, 상술한 실시 형태의 원료 가스 공급계, H 함유 가스 공급계와 마찬가지의 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332b)에는, 상술한 실시 형태의 O 함유 가스 공급계와 마찬가지의 가스 공급계가 접속되어 있다. 샤워 헤드(303s)의 아울렛(가스 배출구)에는, 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 가스 분산판이 설치되어 있다. 샤워 헤드(303s)는, 처리실(301) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 표면과 대향(대면)하는 위치에 설치되어 있다. 처리 용기(303)에는, 처리실(301) 내를 배기하는 배기 포트(331)가 설치되어 있다. 배기 포트(331)에는, 상술한 실시 형태의 배기계와 마찬가지의 배기계가 접속되어 있다.
또한 예를 들어, 도 8에 도시하는 처리 로(402)를 구비한 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 본 발명은 적합하게 적용할 수 있다. 처리 로(402)는, 처리실(401)을 형성하는 처리 용기(403)와, 1매 또는 수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 지지하는 지지대(417)와, 지지대(417)를 하방으로부터 지지하는 회전축(455)과, 처리 용기(403) 내의 웨이퍼(200)를 향해서 광조사를 행하는 램프 히터(407)와, 램프 히터(407)의 광을 투과시키는 석영창(403w)을 구비하고 있다. 처리 용기(403)에는, 가스 공급 포트(432a, 432b)가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432a)에는, 상술한 실시 형태의 원료 가스 공급계, H 함유 가스 공급계와 마찬가지의 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432b)에는, 상술한 실시 형태의 O 함유 가스 공급계와 마찬가지의 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432a, 432b)는, 처리실(401) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부의 측방, 즉, 처리실(401) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 표면과 대향하지 않는 위치에 각각 설치되어 있다. 처리 용기(403)에는, 처리실(401) 내를 배기하는 배기 포트(431)가 설치되어 있다. 배기 포트(431)에는, 상술한 실시 형태의 배기계와 마찬가지의 배기계가 접속되어 있다.
이러한 기판 처리 장치를 사용하는 경우에도, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 시퀀스, 처리 조건에서 성막을 행할 수 있고, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 상술한 실시 형태나 변형예 등은, 적절히 조합해서 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
[실시예]
이하, 상술한 실시 형태나 변형예에서 얻어지는 효과를 뒷받침하는 실험 결과에 대해서 설명한다.
실시예로서, 상술한 실시 형태에서의 기판 처리 장치를 사용하여, 도 4에 도시하는 기본 시퀀스에 의해, 웨이퍼 상에 SiO막을 형성하였다. 원료 가스로서는 HCDS 가스를, 제1 및 제2 O 함유 가스로서는 각각 O2 가스를, H 함유 가스로서는 H2 가스를 사용하였다. 웨이퍼의 온도는, 700 내지 900℃의 범위 내의 온도로 하였다. 제2 O 함유 가스의 공급 유량은, 제1 O 함유 가스의 공급 유량의 1/10 이상 1/5 이하로 하였다. 다른 처리 조건은, 상술한 실시 형태에 기재된 처리 조건 범위 내의 조건으로 하였다.
비교예로서, 상술한 실시 형태에서의 기판 처리 장치를 사용하여, 웨이퍼에 대하여 HCDS 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼에 대하여 O2 가스 및 H2 가스를 공급하는 스텝을 교대로 행하는 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼 상에 SiO막을 형성하였다. HCDS 가스를 공급하는 스텝에서는, O2 가스의 공급을 불실시로 하였다. 다른 처리 조건은, 실시예에서의 처리 조건과 마찬가지로 하였다.
그리고, 실시예 및 비교예의 SiO막의 표면 조도(RMS)를, 원자간력 현미경을 사용해서 각각 측정하였다. 여기서 RMS란 제곱 평균 조도를 말하며, 그 값이 작을수록 SiO막의 표면 조도가 양호한 것, 즉, SiO막의 표면이 평활한 것을 의미하고 있다. 도 6의 (a)는 SiO막의 RMS의 측정 결과를 나타내는 그래프이며, 종축은 RMS[nm]를, 횡축은 실시예와 비교예를 순서대로 나타내고 있다. 도 6의 (b)는 실시예의 SiO막의 표면의 AFM 화상을, 도 6의 (c)는 비교예의 SiO막의 표면의 AFM 화상을 각각 나타내고 있다.
이러한 도면에 의하면, HCDS 가스의 공급 시에 O2 가스의 공급을 실시한 실시예가, HCDS 가스의 공급 시에 O2 가스의 공급을 불실시로 한 비교예보다도, RMS가 더 작은(표면이 평활한) 것을 알 수 있다. 이것은, HCDS 가스와 동시에 O2 가스를 공급함으로써, Si의 마이그레이션을 억제할 수 있었기 때문이라고 생각된다.
200 : 웨이퍼(기판) 201 : 처리실
203 : 반응관 206 : 히터
209 : 매니폴드 232a 내지 232d : 가스 공급관
249a, 249b : 노즐 121 : 컨트롤러

Claims (17)

  1. 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과,
    상기 기판에 대하여 제1 산소 함유 가스를 공급하는 공정
    을 비동시로 행하는 사이클을 복수회 행함으로써 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 원료 가스를 공급하는 공정은, 상기 기판에 대하여, 수소 함유 가스를 공급하지 않고, 상기 원료 가스와 제2 산소 함유 가스를 동시에 공급하는 기간을 포함하고,
    1 사이클당 상기 제2 산소 함유 가스의 공급량을, 1 사이클당 상기 제1 산소 함유 가스의 공급량보다도 작게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    1 사이클당 상기 제2 산소 함유 가스의 공급 유량을, 1 사이클당 상기 제1 산소 함유 가스의 공급 유량보다도 작게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    1 사이클당 상기 제2 산소 함유 가스의 공급 유량을, 1 사이클당 상기 제1 산소 함유 가스의 공급 유량의 1/20 이상 1/2 이하로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    1 사이클당 상기 제2 산소 함유 가스의 공급 유량을, 1 사이클당 상기 제1 산소 함유 가스의 공급 유량의 1/10 이상 1/5 이하로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    1 사이클당 상기 제2 산소 함유 가스의 공급 시간을, 1 사이클당 상기 제1 산소 함유 가스의 공급 시간 이하로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 산소 함유 가스를 공급하는 공정은, 상기 기판에 대하여 상기 제1 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 동시에 공급하는 기간을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 산소 함유 가스와 상기 제2 산소 함유 가스는 동일한 분자 구조를 갖는, 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 산소 함유 가스와 상기 제2 산소 함유 가스는 서로 다른 분자 구조를 갖는, 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 막을 형성하는 공정에서는, 상기 기판의 온도를 상기 원료 가스가 열분해하는 온도로 설정하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 온도를 700℃ 이상 1000℃ 이하의 온도로 설정하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스는, 실란 화합물, 실록산 화합물 및 실라잔 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1개를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    제1 산소 함유 가스는, 산소 가스, 아산화질소 가스, 일산화질소 가스, 이산화질소 가스, 오존 가스, 원자 형상 산소(atomic oxygen), 산소 라디칼 및 수산기 라디칼로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1개를 포함하고,
    제2 산소 함유 가스는, 산소 가스, 아산화질소 가스, 일산화질소 가스, 이산화질소 가스 및 오존 가스로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1개를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 제1 산소 함유 가스 및 제2 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급계와,
    상기 처리실 내에서, 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 기판에 대하여 상기 제1 산소 함유 가스를 공급하는 처리를 비동시로 행하는 사이클을 복수회 행함으로써 상기 기판 상에 막을 형성하는 처리를 행하게 하고, 상기 원료 가스를 공급하는 처리가, 상기 기판에 대하여, 수소 함유 가스를 공급하지 않고, 상기 원료 가스와 상기 제2 산소 함유 가스를 동시에 공급하는 기간을 포함하고, 1 사이클당 상기 제2 산소 함유 가스의 공급량을, 1 사이클당 상기 제1 산소 함유 가스의 공급량보다도 작게 하도록, 상기 원료 가스 공급계 및 상기 산소 함유 가스 공급계를 제어하도록 구성되는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  16. 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 단계와,
    상기 기판에 대하여 제1 산소 함유 가스를 공급하는 단계
    를 비동시로 행하는 사이클을 복수회 행함으로써 상기 기판 상에 막을 형성하는 단계를 컴퓨터에 실행시키고,
    상기 원료 가스를 공급하는 단계가, 상기 기판에 대하여, 수소 함유 가스를 공급하지 않고, 상기 원료 가스와 제2 산소 함유 가스를 동시에 공급하는 기간을 포함하고, 1 사이클당 상기 제2 산소 함유 가스의 공급량을, 1 사이클당 상기 제1 산소 함유 가스의 공급량보다도 작게 하도록 하는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 제1 산소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 기판의 온도를 동등한 온도로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
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