KR101997959B1 - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체 - Google Patents

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체 Download PDF

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Abstract

형성되는 막의 막질을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공한다.
기판을 처리하는 처리실과, 처리실 내에 설치되고, 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 처리실 내에 설치되고, 처리 가스를 활성화시키는 플라즈마 발생부와, 플라즈마 발생부의 적어도 일부를 수용하는 버퍼실을 형성하고, 기판에 대하여 활성화된 처리 가스를 공급하는 가스 공급 구멍을 갖는 버퍼부를 구비하고, 버퍼부는, 가스 공급 구멍의 일부를 절결한 홈부를 갖는 기술을 제공한다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 처리 장치의 처리실 내에 기판을 반입하고, 처리실 내에 원료 가스와 반응 가스를 공급하여 기판 상에 절연막이나 반도체막, 도체막 등의 각종 막을 형성하거나, 각종 막을 제거하거나 하는 기판 처리가 행하여지는 경우가 있다.
일본 특허 제4526540호 공보
상술한 바와 같이 기판 처리를 필요로 할 뿐만 아니라, 형성되는 패턴이 미세하게 되는 최근의 양산 디바이스에 있어서는, 불순물의 확산을 억제하거나, 유기 재료 등 내열성이 낮은 재료를 사용할 수 있도록 하거나 하기 위하여 저온에서 기판 처리를 행함으로써, 형성되는 막의 막질을 향상시킬 것이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 형성되는 막의 막질을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 기판을 처리하는 처리실과,
상기 처리실 내에 설치되고, 상기 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
상기 처리실 내에 설치되고, 상기 처리 가스를 활성화시키는 플라즈마 발생부와,
상기 플라즈마 발생부의 적어도 일부를 수용하는 버퍼실을 형성하고, 상기 기판에 대하여 활성화된 상기 처리 가스를 공급하는 가스 공급 구멍을 갖는 버퍼부를 구비하고,
상기 버퍼부는, 상기 가스 공급 구멍의 일부를 절결한 홈부를 갖는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 형성되는 막의 막질을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 있어서의 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 있어서의 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면에서 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 있어서의 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 버퍼 구조의 개략 구성도이다.
도 4의 (a)는 본 발명에 있어서의 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 버퍼 구조를 도 3의 B-B선 단면에서 도시하는 도면이다. (b)는 본 발명에 있어서의 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 버퍼 구조를 도 3의 C-C선 단면에서 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 있어서의 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 버퍼 구조를 도 3의 영역 D에서 확대한 개략도이다.
도 6은 본 발명에 있어서의 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 있어서의 기판 처리 프로세스의 플로우를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 있어서의 제1 실시 형태의 변형예를 도시하는 도면이다.
<본 발명의 제1 실시 형태>
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 도 1부터 도 6을 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성(가열 장치)
도 1에 도시한 바와 같이, 처리로(202)는 가열 장치(가열 기구)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.
(처리실)
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)이나 질화 실리콘(SiN) 등의 내열성 재료를 포함하고, 상단부가 폐색되고 하단부가 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 금속을 포함하고, 상단부 및 하단부가 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부는, 반응관(203)의 하단부에 걸림 결합하고 있고, 반응관(203)을 지지하도록 구성되어 있다. 매니폴드(209)와 반응관(203) 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 설치되어 있다. 매니폴드(209)가 히터 베이스에 지지됨으로써, 반응관(203)은 수직으로 설치된 상태로 된다. 주로, 반응관(203)과 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성되어 있다. 처리 용기의 통중공부에는 처리실(201)이 형성되어 있다. 처리실(201)은 복수매의 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수용 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 처리 용기는 상기 구성에 한하지 않고, 반응관(203)만을 처리 용기라고 칭하는 경우도 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, 반응관(203)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, 상류 방향으로부터 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, 상류 방향으로부터 순서대로, MFC(241c, 241d) 및 밸브(243c, 243d)가 각각 설치되어 있다.
노즐(249a)은 도 2에 도시한 바와 같이, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 있어서의 평면에서 보아 원환 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방으로 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 노즐(249a)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 즉, 노즐(249a)은 처리실(201) 내에 반입된 각 웨이퍼(200)의 단부(주연부)의 측방에 웨이퍼(200)의 표면(평탄면)과 수직으로 설치되어 있다. 노즐(249a)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250a)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250a)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)로 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급 구멍(250a)은 반응관(203)의 하부부터 상부에 걸쳐 복수 형성되어 있다.
가스 공급관(232b)의 선단부에는 노즐(249b)이 접속되어 있다. 노즐(249b)은 가스 분산 공간인 버퍼실(237) 내에 설치되어 있다. 버퍼실(237)은 도 2에 도시한 바와 같이, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 있어서의 평면에서 보아 원환 형상의 공간에, 또한, 반응관(203)의 내벽의 하부부터 상부에 걸치는 부분에, 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서 설치되어 있다. 즉, 버퍼실(237)은 웨이퍼 배열 영역의 측방의 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 버퍼 구조(버퍼부)(300)에 의해 형성되어 있다. 버퍼 구조(300)는 석영 등의 절연물을 포함하고 있고, 버퍼 구조(300)의 원호 형상으로 형성된 벽면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250c)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250c)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)로 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급 구멍(250c)은 반응관(203)의 하부부터 상부에 걸쳐 복수 형성되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 버퍼 구조(300)는 최상위의 가스 공급 구멍(250c)부터 최하위의 가스 공급 구멍(250c)까지의 사이를 연결하도록 형성된 트렌치 구조(홈부)(301)가 형성되어 있다. 트렌치 구조(301)는 버퍼 구조(300)의 벽면의 일부, 즉, 가스 공급 구멍(250c)의 일부를 수직 방향으로 절결하여 형성되어 있다. 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 트렌치 구조(301)는 가스 공급 구멍(250c)과 같이 버퍼실(237)까지 관통하도록 형성되어 있지 않다. 즉, 트렌치 구조(301)는 버퍼 구조의 벽면을 관통하지 않는다. 가령, 트렌치 구조를 버퍼실(237)까지 관통하도록 형성한 경우, 즉, 버퍼 구조의 가스 공급 구멍을 슬릿 형상으로 한 경우, 수직 방향에 있어서 버퍼실(237) 내에서 생성된 플라즈마에 의한 활성종이 웨이퍼(200)에 균일하게 공급되는 것이 곤란해지게 되어, 웨이퍼(200)의 면간 균일성이 저하되어버리게 된다.
이렇게 구성함으로써, 가스 공급 구멍(250c)의 표면이 플라즈마에 의해 대전(차지 업)되는 양을 완화하여, 가스 공급 구멍(250c)에 있어서 이상 방전이 발생하는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
가스 공급 구멍(250c)에 있어서 이상 방전이 발생하는 원인은, 도 5에 도시한 바와 같이, 후술하는 플라즈마 발생부에 의해 버퍼실 내에서 생성된 플라즈마가, 웨이퍼(200)측으로 누설됨으로써, 가스 공급 구멍(250c)의 웨이퍼(200)측의 표면에 전자(501)가 대전하는 데에 있다. 특히, 가스 공급 구멍(250c)의 내벽에 일정량의 전자(501)가 대전되면, 가스 공급 구멍(250c)의 중앙에서 집중되는 전기장의 작용에 의해 하전 입자가 가속되어서, 가스 공급 구멍(250c) 내측의 압력에 따라서 이상 방전(할로우 방전)이 발생하게 된다. 이러한 이상 방전을 억제하기 위해서는, 가스 공급 구멍(250c)의 내벽에 대전되는 대전량을 감소시킬 필요가 있다. 트렌치 구조(301)는 가스 공급 구멍(250c)의 내벽에서 대전 가능한 표면적을 감소시키는 것을 가능하게 하고 있다. 여기서, 트렌치 구조(301)는 트렌치 구조의 폭(짧은 쪽 방향)이 가스 공급 구멍(250c)의 직경 미만으로 되도록 절결을 형성할 필요가 있다. 바람직하게는, 트렌치 구조(301)의 가스 공급 구멍(250c)의 내벽을 절결하는 폭은, 가스 공급 구멍(250c)의 반경 이상, 직경 미만으로 되도록 형성하면 된다. 가령 트렌치 구조(301)의 폭이 가스 공급 구멍(250c)의 직경 이상이 되도록 형성한 경우, 가스 공급 구멍(250c)의 내벽에 절결을 형성하지 않은 경우와 동일한 구조로 되어버려, 가스 공급 구멍(250c)의 표면에 차지 업되는 양을 저감할 수 없어, 이상 방전을 억제할 수 없게 되어버린다. 또한, 트렌치 구조(301)의 가스 공급 구멍(250c)의 내벽을 절결하는 깊이는, 가스 공급 구멍(250c)의 반경의 1/2 이상이 되도록 구성하는 것이 바람직하다. 가령 트렌치 구조(301)가 절결되는 깊이가, 가스 공급 구멍(250c)의 반경의 1/2보다도 얕을 경우, 대전량의 저감 효과가 너무 작게 되어, 이상 방전을 억제할 수 없게 되어버린다.
노즐(249b)은 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(250c)이 형성된 단부와 반대측의 단부에, 반응관(203)의 내벽의 하부부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방으로 향하여 상승되도록 설치되어 있다. 즉, 노즐(249b)은 버퍼 구조(300)의 내측이며, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 즉, 노즐(249b)은 처리실(201) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부 측방에 웨이퍼(200)의 표면과 수직으로 설치되어 있다. 노즐(249b)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250b)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250b)은 버퍼실(237)의 중심을 향하도록 개구되어 있다. 가스 공급 구멍(250b)은 가스 공급 구멍(250c)과 마찬가지로, 반응관(203)의 하부부터 상부에 걸쳐 복수 형성되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 반응관(203)의 측벽 내벽과, 반응관(203) 내에 배열된 복수매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 평면에서 보아 원환 형상의 세로로 긴 공간 내, 즉, 원통 형상의 공간 내에 배치한 노즐(249a, 249b) 및 버퍼실(237)을 경유하여 가스를 반송하고 있다. 그리고, 노즐(249a, 249b) 및 버퍼실(237)에 각각 개구된 가스 공급 구멍(250a 내지 250c)으로부터, 웨이퍼(200)의 근방에서 비로서 반응관(203) 내에 가스를 분출시키고 있다. 그리고, 반응관(203) 내에 있어서의 가스의 주된 흐름을, 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉, 수평 방향으로 하고 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급할 수 있어, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 막의 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다. 웨이퍼(200)의 표면 상에 흘렀던 가스, 즉, 반응 후의 잔류 가스는, 배기구, 즉, 후술하는 배기관(231)의 방향을 향하여 흐른다. 단, 이 잔류 가스의 흐름 방향은 배기구의 위치에 따라 적절히 특정되고, 수직 방향으로 한정한 것은 아니다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 소정 원소를 포함하는 원료로서, 예를 들어, 소정 원소로서의 실리콘(Si)을 포함하는 실란 원료 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다.
실란 원료 가스란, 기체 상태의 실란 원료, 예를 들어, 상온 상압 하에서 액체 상태인 실란 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 실란 원료 등이다. 본 명세서에 있어서 「원료」라고 하는 단어를 사용한 경우에는, 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는, 그들 양쪽을 의미하는 경우가 있다.
실란 원료 가스로서는, 예를 들어, 비스tert-부틸아미노실란(SiH2 [NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS) 가스를 사용할 수 있다. BTBAS 가스는, Si 소스로서 작용한다.
BTBAS와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 사용하는 경우에는, 액체 상태의 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하고, 실란 원료 가스(BTBAS 가스 등)로서 공급하게 된다.
가스 공급관(232b)으로부터는, 원료와는 화학 구조가 다른 반응체(리액턴트)로서, 예를 들어, 산소(O) 함유 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다.
O 함유 가스는, 산화제(산화 가스), 즉, O 소스로서 작용한다. O 함유 가스로서는, 예를 들어, 산소(O2) 가스나 수증기(H2O 가스) 등을 사용할 수 있다. 산화제로서 O2 가스를 사용하는 경우에는, 예를 들어, 후술하는 플라즈마원을 사용해서이 가스를 플라즈마 여기하여, 플라즈마 여기 가스(O2* 가스)로서 공급하게 된다.
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 통하여 처리실(201) 내에 공급된다.
주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해, 제1 가스 공급계로서의 원료 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해, 제2 가스 공급계로서의 반응체 공급계(리액턴트 공급계)가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232c, 232d), MFC(241c, 241d), 밸브(243c, 243d)에 의해, 불활성 가스 공급계가 구성된다. 원료 공급계, 반응체 공급계 및 불활성 가스 공급계를 간단히 가스 공급계(가스 공급부)라고도 칭한다.
(플라즈마 발생부)
버퍼실(237) 내에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 도전체를 포함하고, 가늘고 긴 구조를 갖는 2개의 막대 형상 전극(269, 270)이, 반응관(203)의 하부부터 상부에 걸쳐 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라서 배치되어 있다. 막대 형상 전극(269, 270) 각각은, 노즐(249b)과 평행하게 설치되어 있다. 막대 형상 전극(269, 270) 각각은, 상부부터 하부에 걸쳐 전극 보호관(275)에 의해 덮임으로써 보호되어 있다. 막대 형상 전극(269, 270) 중 어느 한쪽은, 정합기(272)를 통하여 고주파 전원(273)에 접속되고, 다른쪽(타면)은 기준 전위인 접지에 접속되어 있다. 고주파 전원(273)으로부터 막대 형상 전극(269, 270) 사이에 고주파(RF) 전력을 인가함으로써, 막대 형상 전극(269, 270) 사이의 플라즈마 생성 영역(224)에 플라즈마가 생성된다. 주로, 막대 형상 전극(269, 270), 전극 보호관(275)에 의해 플라즈마 발생기(플라즈마 발생부)로서의 플라즈마원이 구성된다. 정합기(272), 고주파 전원(273)을 플라즈마원에 포함시켜서 생각해도 된다. 플라즈마원은, 후술하는 바와 같이, 가스를 플라즈마 여기, 즉, 플라즈마 상태로 여기(활성화)시키는 플라즈마 여기부(활성화 기구)로서 기능한다.
전극 보호관(275)은 막대 형상 전극(269, 270) 각각을 버퍼실(237) 내의 분위기와 격리한 상태에서 버퍼실(237) 내에 삽입할 수 있는 구조로 되어 있다. 전극 보호관(275)의 내부의 O 농도가 외기(대기)의 O 농도와 동일 정도이면, 전극 보호관(275) 내에 각각 삽입된 막대 형상 전극(269, 270)은, 히터(207)에 의한 열로 산화되어버린다. 전극 보호관(275)의 내부에 N2 가스 등의 불활성 가스를 충전해 두거나, 불활성 가스 퍼지 기구를 사용하여 전극 보호관(275)의 내부를 N2 가스 등의 불활성 가스로 퍼지함으로써 전극 보호관(275)의 내부의 O 농도를 저감시켜, 막대 형상 전극(269, 270)의 산화를 방지할 수 있다.
(배기부)
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 배기 밸브(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 통하여, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. APC 밸브(244)는 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있는 밸브이다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함하여 생각해도 된다. 배기관(231)은 반응관(203)에 설치하는 경우에 한하지 않고, 노즐(249a, 249b)과 마찬가지로 매니폴드(209)에 설치해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단부 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)은 매니폴드(209)의 하단부에 수직 방향 하측으로부터 맞닿아지도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은 예를 들어 SUS 등의 금속을 포함하고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단부와 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 관통하여 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은 반응관(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 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, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)을 강하시키고 있는 동안, 매니폴드(209)의 하단부 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 셔터(219s)가 설치되어 있다. 셔터(219s)는 예를 들어 SUS 등의 금속을 포함하고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 셔터(219s)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단부와 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 지지구)
도 1에 도시한 바와 같이 기판 지지구로서의 보트(217)는 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한, 서로 중심을 정렬시킨 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉, 소정의 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료를 포함한다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료를 포함하는 단열판(218)이 다단으로 지지되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이 반응관(203)의 내부에는, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에 대한 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 된다. 온도 센서(263)는 노즐(249a, 249b)과 마찬가지로 반응관(203)의 내벽을 따라서 설치되어 있다.
(제어 장치)
다음으로 제어 장치에 대하여 도 6을 사용하여 설명한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 제어부(제어 장치)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 통하여, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등을 포함하고 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 각종 처리(성막 처리)에 있어서의 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 명세서에 있어서 프로그램이라고 하는 단어를 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), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, 회전 기구(267)의 제어, 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 정역 회전, 회전 각도 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는 외부 기억 장치(예를 들어, 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD 등의 광 디스크, 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 명세서에 있어서 기록 매체라고 하는 단어를 사용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터에 대한 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여 행해도 된다.
(2) 기판 처리 공정
이어서, 기판 처리 장치(100)를 사용하여, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 공정에 대해서, 도 7을 참조하면서 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
여기에서는, 원료 가스로서 BTBAS 가스를 공급하는 스텝과, 반응 가스로서 플라즈마 여기시킨 O2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에, 즉 동기시키지 않고 소정 횟수(1회 이상) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 Si 및 O를 포함하는 막으로서, 실리콘 산화막(SiO막)을 형성하는 예에 대하여 설명한다. 또한, 예를 들어, 웨이퍼(200) 상에는, 미리 소정의 막이 형성되어 있어도 된다. 또한, 웨이퍼(200) 또는 소정의 막에는 미리 소정의 패턴이 형성되어 있어도 된다.
본 명세서에서는, 도 7에 도시하는 성막 처리의 프로세스 플로우를, 편의상, 이하와 같이 나타내는 경우도 있다. 이하의 변형예나 다른 실시 형태의 설명에 있어서도, 동일한 표기를 사용하는 것으로 한다.
(BTBAS→O2 *)×n ⇒ SiO
본 명세서에 있어서 「웨이퍼」라고 하는 단어를 사용한 경우에는, 「웨이퍼 바로 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 포함하여 웨이퍼라고 칭하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼의 표면」이라고 하는 단어를 사용한 경우에는, 「웨이퍼 바로 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 명세서에 있어서 「웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 경우에는, 「웨이퍼 바로 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급하는」 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되어 있는 층이나 막 등에 대하여, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최표면에 대하여 소정의 가스를 공급하는」 것을 의미하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라고 기재한 경우에는, 「웨이퍼 바로 그 자체의 표면(노출면) 상에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성하는」 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되어 있는 층이나 막 등의 상, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최표면 상에 소정의 층(또는 막)을 형성하는」 것을 의미하는 경우가 있다.
또한, 본 명세서에 있어서 「기판」이라고 하는 단어를 사용한 경우도, 「웨이퍼」라고 하는 단어를 사용한 경우와 동의이다.
(반입 스텝: S1)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단부 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 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220b)을 개재하여 매니폴드(209)의 하단부를 시일한 상태로 된다.
(압력·온도 조정 스텝: S2)
처리실(201)의 내부, 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 기초하여APC 밸브(244)가 피드백 제어된다. 진공 펌프(246)는 적어도 후술하는 성막 스텝이 종료될 때까지의 동안에는 항상 작동되는 상태를 유지한다.
또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에 대한 통전 상태가 피드백 제어된다. 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 후술하는 성막 스텝이 종료될 때까지의 동안에는 계속하여 행하여진다. 단, 성막 스텝을 실온 이하의 온도 조건 하에서 행하는 경우에는, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 행하지 않아도 된다. 또한, 이러한 온도 하에서의 처리만을 행하는 경우에는, 히터(207)는 불필요하게 되고, 히터(207)를 기판 처리 장치에 설치하지 않아도 된다. 이 경우, 기판 처리 장치의 구성을 간소화할 수 있다.
계속해서, 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 성막 스텝이 종료될 때까지의 동안에는 계속하여 행하여진다.
(성막 스텝: S3, S4, S5, S6)
그 후, 스텝 S3, S4, S5, S6을 순차 실행함으로써 성막 스텝을 행한다.
(원료 가스 공급 스텝: S3, S4)
스텝 S3에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 BTBAS 가스를 공급한다.
밸브(243a)를 개방하여, 가스 공급관(232a) 내에 BTBAS 가스를 흘린다. BTBAS 가스는, MFC(241a)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249a)을 통하여 가스 공급 구멍(250a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(243c)를 개방하여, 가스 공급관(232c) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, MFC(241c)에 의해 유량 조정되어, BTBAS 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
또한, 노즐(249b) 내로의 BTBAS 가스의 침입을 억제하기 위해서, 밸브(243d)를 개방하여, 가스 공급관(232d) 내로 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(232b), 노즐(249b)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
MFC(241a)로 제어하는 BTBAS 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1sccm 이상, 2000sccm 이하, 바람직하게는 10sccm 이상, 1000sccm 이하의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241c, 241d)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100sccm 이상, 10000sccm 이하의 범위 내의 유량으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1Pa 이상, 2666Pa 이하, 바람직하게는 67Pa 이상, 1333Pa의 범위 내의 압력으로 한다. BTBAS 가스에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은, 예를 들어 1초 이상, 100초 이하, 바람직하게는 1초 이상, 50초 이하의 범위 내의 시간으로 한다.
히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 0℃ 이상 150℃ 이하, 바람직하게는 실온(25℃) 이상 100℃ 이하, 보다 바람직하게는 40℃ 이상 90℃ 이하의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다. BTBAS 가스는, 웨이퍼(200) 등에 흡착하기 쉽고 반응성이 높은 가스이다. 이 때문에, 예를 들어 실온 정도의 저온 하여도, 웨이퍼(200) 상에 BTBAS 가스를 화학 흡착시킬 수 있어, 실용적인 성막 레이트를 얻을 수 있다. 본 실시 형태와 같이, 웨이퍼(200)의 온도를 150℃ 이하, 나아가 100℃ 이하, 나아가 90℃ 이하로 함으로써, 웨이퍼(200)에 가해지는 열량을 저감시킬 수 있어, 웨이퍼(200)가 받는 열 이력의 제어를 양호하게 행할 수 있다. 또한, 0℃ 이상의 온도라면, 웨이퍼(200) 상에 BTBAS를 충분히 흡착시킬 수 있어, 충분한 성막 레이트가 얻어지게 된다. 따라서, 웨이퍼(200)의 온도는 0℃ 이상 150℃ 이하, 바람직하게는 실온 이상 100℃ 이하, 보다 바람직하게는 40℃ 이상 90℃ 이하의 범위 내의 온도로 하는 것이 좋다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 BTBAS 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 상에 예를 들어 1원자층(1분자층) 미만부터 수원자층(수분자층) 정도의 두께의 Si 함유층이 형성된다. Si 함유층은 Si층이어도 되고, BTBAS의 흡착층이어도 되고, 그들의 양쪽을 포함하고 있어도 된다.
Si층이란, Si를 포함하는 연속적인 층 외에, 불연속인 층이나, 이들이 겹쳐서 생긴 Si 박막도 포함하는 총칭이다. Si층을 구성하는 Si는, 아미노기와의 결합이 완전히 끊어져 있지 않은 것이나, H와의 결합이 완전히 끊어져 있지 않은 것도 포함한다.
BTBAS의 흡착층은, BTBAS 분자를 포함하는 연속적인 흡착층 외에, 불연속인 흡착층도 포함한다. BTBAS의 흡착층을 구성하는 BTBAS 분자는, Si와 아미노기의 결합이 일부 끊어진 것이나, Si와 H의 결합이 일부 끊어진 것이나, N과 C의 결합이 일부 끊어진 것 등도 포함한다. 즉, BTBAS의 흡착층은, BTBAS의 물리 흡착층이어도 되고, BTBAS의 화학 흡착층이어도 되고, 그들 양쪽을 포함하고 있어도 된다.
여기서, 1원자층(1분자층) 미만의 두께의 층이란 불연속으로 형성되는 원자층(분자층)을 의미하고 있고, 1원자층(1분자층)의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 원자층(분자층)을 의미하고 있다. Si 함유층은, Si층과 BTBAS의 흡착층의 양쪽을 포함할 수 있다. 단, 상술한 바와 같이, Si 함유층에 대해서는 「1원자층」, 「수원자층」 등의 표현을 사용하는 것으로 하고, 「원자층」을 「분자층」과 동의(同義)로 사용한다.
BTBAS가 자기 분해(열분해)하는 조건 하에서, 즉, BTBAS의 열분해 반응이 발생하는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 상에 Si가 퇴적됨으로써 Si층이 형성된다. BTBAS가 자기 분해(열분해)되지 않는 조건 하에서, 즉, BTBAS의 열분해 반응이 발생하지 않는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 상에 BTBAS가 흡착됨으로써 BTBAS의 흡착층이 형성된다. 단, 본 실시 형태에서는, 웨이퍼(200)의 온도를 예를 들어 150℃ 이하의 저온으로 하고 있으므로, BTBAS의 열분해는 발생되기 어렵다. 결과적으로, 웨이퍼(200) 상에는, Si층이 아니라, BTBAS의 흡착층쪽이 형성되기 쉬워진다.
웨이퍼(200) 상에 형성되는 Si 함유층의 두께가 수원자층을 초과하면, 후술하는 개질 처리에서의 개질의 작용이 Si 함유층의 전체에 미치지 않게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성 가능한 Si 함유층의 두께의 최솟값은 1원자층 미만이다. 따라서, Si 함유층의 두께는 1원자층 미만으로부터 수원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. Si 함유층의 두께를 1원자층 이하, 즉, 1원자층 또는 1원자층 미만으로 함으로써, 후술하는 개질 처리에서의 개질의 작용을 상대적으로 높일 수 있어, 개질 처리의 개질 반응에 요하는 시간을 단축할 수 있다. 개질 처리의 Si 함유층의 형성에 요하는 시간을 단축할 수도 있다. 그 결과, 1사이클당의 처리 시간을 단축할 수 있어, 토탈의 처리 시간을 단축하는 것도 가능해진다. 즉, 성막 레이트를 높게 하는 것도 가능해진다. 또한, Si 함유층의 두께를 1원자층 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능해진다.
Si 함유층이 형성된 후, 밸브(243a)를 폐쇄하고, 처리실(201) 내로의 BTBAS 가스의 공급을 정지한다. 이때, APC 밸브(244)를 개방한 채로 하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Si 함유층의 형성에 기여한 후의 BTBAS 가스나 반응 부생성물 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(S4). 또한, 밸브(243c, 243d)는 개방한 채로 하여, 처리실(201) 내로의 N2 가스의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 또한, 이 스텝 S4를 생략해도 된다.
원료 가스로서는, BTBAS 가스 이외에, 테트라키스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭: 4DMAS) 가스, 트리스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS) 가스, 비스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]2H2, 약칭: BDMAS) 가스, 비스디에틸아미노실란(Si[N(C2H5)2]2H2, 약칭: BDEAS) 가스 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 이 외에, 원료 가스로서는, 디메틸아미노실란(DMAS) 가스, 디에틸아미노실란(DEAS) 가스, 디프로필아미노실란(DPAS) 가스, 디이소프로필아미노실란(DIPAS) 가스, 부틸아미노실란(BAS) 가스, 헥사메틸디실라잔(HMDS) 가스 등의 각종 아미노실란 원료 가스나, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 테트라클로로실란 즉 실리콘테트라클로라이드(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스, 옥타클로로트리실란(Si3Cl8, 약칭: OCTS) 가스 등의 무기계 할로실란 원료 가스나, 모노실란(SiH4, 약칭: MS) 가스, 디실란(Si2H6, 약칭: DS) 가스, 트리실란(Si3H8, 약칭: TS) 가스 등의 할로겐기 비함유의 무기계 실란 원료 가스를 바람직하게 사용할 수 있다.
불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
(반응 가스 공급 스텝: S5, S6)
성막 처리가 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 반응 가스로서의 플라즈마 여기시킨 O2 가스를 공급한다(S5).
이 스텝에서는, 밸브(243b 내지 243d)의 개폐 제어를, 스텝 S3에 있어서의 밸브(243a, 243c, 243d)의 개폐 제어와 동일한 수순으로 행한다. O2 가스는, MFC(241b)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249b)을 통하여 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이때, 막대 형상 전극(269, 270) 간에 고주파 전력을 공급한다. 버퍼실(237) 내에 공급된 O2 가스는 플라즈마 상태로 여기되어, 활성종(O*)으로서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한, 플라즈마 상태로 여기된 O2 가스를, 산소 플라즈마라고도 칭한다.
MFC(241b)로 제어하는 O2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100sccm 이상, 10000sccm 이하의 범위 내의 유량으로 한다. 막대 형상 전극(269, 270)에 인가하는 고주파 전력은, 예를 들어 50W 이상, 1000W 이하의 범위 내의 전력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1Pa 이상, 100Pa 이하의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내에 있어서의 O2 가스의 분압은, 예를 들어 0.01Pa 이상, 100Pa 이하의 범위 내의 압력으로 한다. 플라즈마를 사용함으로써 처리실(201) 내의 압력을 이러한 비교적 낮은 압력대로 해도, O2 가스를 활성화시키는 것이 가능해진다. O2 가스를 플라즈마 여기함으로써 얻어진 활성종을 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은 예를 들어 1초 이상, 120초 이하, 바람직하게는 1초 이상, 60초 이하의 범위 내의 시간으로 한다. 기타의 처리 조건은, 상술한 S3와 동일한 처리 조건으로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si 함유층이 플라즈마 산화된다. 이때, 플라즈마 여기된 O2 가스의 에너지에 의해, Si 함유층이 갖는 Si-N 결합, Si-H 결합이 절단된다. Si와의 결합이 분리된 N, H, 및 N에 결합하는 C는, Si 함유층으로부터 탈리되게 된다. 그리고, N 등이 탈리됨으로써 미결합손(댕글링 본드)을 갖게 된 Si 함유층 중의 Si가, O2 가스에 포함되는 O와 결합하여, Si-O 결합이 형성되게 된다. 이 반응이 진행됨으로써, Si 함유층은, Si 및 O를 포함하는 층, 즉, 실리콘 산화층(SiO층)으로 변화된다(개질된다).
또한, Si 함유층을 SiO층으로 개질시키기 위해서는, O2 가스를 플라즈마 여기시켜서 공급할 필요가 있다. O2 가스를 논플라즈마의 분위기 하에서 공급해도, 상술한 온도대에서는, Si 함유층을 산화시키는데 필요한 에너지가 부족하여, Si 함유층으로부터 N이나 C를 충분히 탈리시키거나, Si 함유층을 충분히 산화시켜서 Si-O 결합을 증가시키거나 하는 것은 곤란하기 때문이다.
Si 함유층을 SiO층으로 변화시킨 후, 밸브(243b)를 폐쇄하여, O2 가스의 공급을 정지한다. 또한, 막대 형상 전극(269, 270) 간에의 고주파 전력의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 S4와 동일한 처리 수순, 처리 조건에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 O2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다(S6). 또한, 이 스텝 S6을 생략해도 된다.
산화제, 즉, 플라즈마 여기시키는 O 함유 가스로서는, O2 가스 외에, 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO） 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 오존(O3) 가스, 과산화수소(H2O2) 가스, 수증기(H2O 가스), 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스 등을 사용해도 된다.
불활성 가스로서는, N2 가스 외에, 예를 들어, 스텝 S4에서 예시한 각종 희가스를 사용할 수 있다.
(소정 횟수 실시: S7)
상술한 S3, S4, S5, S6을 이 순서를 따라서 비동시에, 즉, 동기시키지 않고 행하는 것을 1사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수(n회), 즉, 1회 이상 행함(S7)으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiO막을 형성할 수 있다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1사이클당 형성되는 SiO층의 두께를 원하는 막 두께보다도 작게 하고, SiO층을 적층함으로써 형성되는 SiO막의 막 두께가 원하는 막 두께가 될 때까지, 상술한 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
(대기압 복귀 스텝: S8)
상술한 성막 처리가 완료되면, 가스 공급관(232c, 232d) 각각으로부터 불활성 가스로서의 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 O2 가스 등이 처리실(201) 내로부터 제거된다(불활성 가스 퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되어(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(S8).
(반출 스텝: S9)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어서, 매니폴드(209)의 하단부가 개구됨과 함께, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단부로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다(S9). 보트 언로드 후에는 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단부 개구가 O링(220c)을 개재하여 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). 또한, 웨이퍼 디스차지 후에는 처리실(201) 내에 빈 보트(217)를 반입하게 해도 된다.
(3) 본 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 1가지 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(a) 버퍼 구조(300)의 가스 공급 구멍(250c)에 트렌치 구조(301)를 형성함으로써, 가스 공급 구멍(250c)의 표면에 전자가 대전되는 것을 억제할 수 있어, 가스 공급 구멍(250c)으로부터 이상 방전이 발생하는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
(b) 트렌치 구조(301)를 버퍼실(237)까지 관통시키지 않는 것에 의해, 버퍼 구조(300)의 강도를 유지하는 것이 가능하게 되어, 수직 방향 다단으로 보유 지지된 복수의 웨이퍼(200) 상에 활성종을 균일하게 공급하는 것이 가능해진다.
(c) 트렌치 구조를 형성함으로써, 간이한 구조로 이상 방전을 억제하는 것이 가능하게 되어, 비용이 증가하는 것을 억제 가능해진다.
(변형예 1)
다음으로 도 8을 사용하여 본 발명의 변형예를 설명한다. 제1 실시 형태에 있어서의 트렌치 구조가 최상위의 가스 공급 구멍(250c)의 상방, 및 최하위의 가스 공급 구멍(250c)의 하방에는 형성되어 있지 않은 것에 비해, 본 변형예에서는, 최상위의 가스 공급 구멍(250c)의 상방에 트렌치 구조(801a)를 형성하고, 최하위의 가스 공급 구멍(250c)의 하방에 트렌치 구조(801b)를 형성하고 있다. 이렇게 구성함으로써, 최상위 및 최하위의 가스 공급 구멍(250c)에 있어서도 다른 위치에 형성되어 있는 가스 공급 구멍(250c)과 마찬가지로 절결되어 있기 때문에, 가스 공급 구멍(250c)의 표면에 있어서의 대전을 억제하는 것이 가능하게 되어, 웨이퍼(200)의 면 간에 있어서의 균일성을 보다 향상시키는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경 가능하다.
예를 들어, 상술한 실시 형태 및 변형예에서는, 버퍼 구조(300)에 형성되는 트렌치 형상은 수직 방향으로 가스 공급 구멍(250c)을 연결하도록 형성되어 있었다. 그러나, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않고, 가스 공급 구멍(250c)끼리를 연결하지 않고, 가스 공급 구멍(250c)의 각각에 트렌치 구조를 형성해도 되고, 수직 방향이 아니고, 수평 방향이나 경사 방향으로 트렌치 구조를 형성해도 된다. 트렌치 구조를 가스 공급 구멍(250c)의 각각에 형성하는 경우, 트렌치 구조의 길이 방향은, 가스 공급 구멍의 반경에 대하여 2의 평방근의 2배 이상으로 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 원료를 공급한 후에 반응체를 공급하는 예에 대하여 설명하였다. 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않고, 원료, 반응체의 공급 순서는 역이어도 된다. 즉, 반응체를 공급한 후에 원료를 공급하도록 해도 된다. 공급 순서를 바꿈으로써, 형성되는 막의 막질이나 조성비를 변화시키는 것이 가능해진다.
상술한 실시 형태 등에서는, 웨이퍼(200) 상에 SiO막을 형성하는 예에 대하여 설명하였다. 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않고, 웨이퍼(200) 상에 실리콘산탄화막(SiOC막), 실리콘산탄질화막(SiOCN막), 실리콘산질화막(SiON막) 등의 Si계 산화막을 형성하는 경우나, 웨이퍼(200) 상에 실리콘질화막(SiN막), 실리콘탄질화막(SiCN막), 실리콘붕질화막(SiBN막), 실리콘붕탄질화막(SiBCN막), 붕탄질화막(BCN막) 등의 Si계 질화막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용 가능하다. 이들의 경우, 반응 가스로서는, O 함유 가스 외에, C3H6 등의 C 함유 가스나, NH3 등의 N 함유 가스나, BCl3 등의 B 함유 가스를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 웨이퍼(200) 상에 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등의 금속 원소를 포함하는 산화막이나 질화막, 즉, 금속계 산화막이나 금속계 질화막을 형성하는 경우에 있어서도 바람직하게 적용 가능하다. 즉, 본 발명은 웨이퍼(200) 상에 TiO막, TiN막, TiOC막, TiOCN막, TiON막, TiBN막, TiBCN막, ZrO막, ZrN막, ZrOC막, ZrOCN막, ZrON막, ZrBN막, ZrBCN막, HfO막, HfN막, HfOC막, HfOCN막, HfON막, HfBN막, HfBCN막, TaO막, TaOC막, TaOCN막, TaON막, TaBN막, TaBCN막, NbO막, NbN막, NbOC막, NbOCN막, NbON막, NbBN막, NbBCN막, AlO막, AlN막, AlOC막, AlOCN막, AlON막, AlBN막, AlBCN막, MoO막, MoN막, MoOC막, MoOCN막, MoON막, MoBN막, MoBCN막, WO막, WN막, WOC막, WOCN막, WON막, MWBN막, WBCN막 등을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용하는 것이 가능해진다.
이들의 경우, 예를 들어, 원료 가스로서, 테트라키스(디메틸아미노)티타늄(Ti[N(CH3)2]4, 약칭: TDMAT) 가스, 테트라키스(에틸메틸아미노)하프늄(Hf [N(C2H5)(CH3)]4, 약칭: TEMAH) 가스, 테트라키스(에틸메틸아미노)지르코늄(Zr [N(C2H5)(CH3)]4, 약칭: TEMAZ) 가스, 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3, 약칭: TMA) 가스, 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 가스, 하프늄테트라클로라이드(HfCl4) 가스 등을 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 상술한 반응 가스를 사용할 수 있다.
즉, 본 발명은 반금속 원소를 포함하는 반금속계막이나 금속 원소를 포함하는 금속계막을 형성하는 경우에 바람직하게 적용할 수 있다. 이들의 성막 처리의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 실시 형태나 변형예에 나타내는 성막 처리와 동일한 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 이들 경우에 있어서도, 상술한 실시 형태나 변형예와 동일한 효과가 얻어진다.
성막 처리에 사용되는 레시피는, 처리 내용에 따라 개별로 준비하고, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 통하여 기억 장치(121c) 내에 저장해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 각종 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 장치로 여러가지 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적으로, 또한, 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한, 오퍼레이터의 부담을 저감할 수 있고, 조작 미스를 회피하면서, 각종 처리를 신속히 개시할 수 있게 된다.
상술한 레시피는, 새롭게 작성하는 경우에 한하지 않고, 예를 들어, 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있었던 기존의 레시피를 변경함으로써 준비해도 된다. 레시피를 변경하는 경우에는, 변경 후의 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 레시피를 기록한 기록 매체를 통하여, 기판 처리 장치에 인스톨해도 된다. 또한, 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여, 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있었던 기존의 레시피를 직접 변경하도록 해도 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 형성되는 막의 막질을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공할 수 있다.
200: 웨이퍼
201: 처리실
207: 히터(가열 장치)
217: 보트(기판 보유 지지구)
232a, 232b, 232c, 232d: 가스 공급관
237: 버퍼실
249a, 249b: 노즐
250a, 250b, 250c: 가스 공급 구멍
300: 버퍼 구조(버퍼부)
301, 801: 트렌치 구조(홈부)

Claims (10)

  1. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 처리실 내에 설치되고, 상기 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 처리실 내에 설치되고, 상기 처리 가스를 활성화시키는 플라즈마 발생부와,
    상기 플라즈마 발생부의 적어도 일부를 수용하는 버퍼실을 형성하고, 상기 버퍼실의 벽면의 하부로부터 상부에 걸쳐서 상기 기판에 대하여 활성화된 상기 처리 가스를 공급하는 복수의 가스 공급 구멍을 갖는 버퍼부를 구비하고,
    상기 버퍼부는, 상기 복수의 가스 공급 구멍 사이를 수직 방향으로 상기 버퍼실의 벽면을 관통하지 않도록 절결한 홈부를 가지며, 상기 홈부의 폭은 상기 가스 공급 구멍의 직경보다 작은 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 홈부는, 상기 복수의 가스 공급 구멍을 연결하도록 형성되는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 홈부는, 상기 홈부의 짧은 쪽 방향이 상기 가스 공급 구멍의 반경 이상, 직경 미만으로 되도록 형성되는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 홈부는, 상기 버퍼부의 벽 두께보다도 얕게 형성되는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 홈부의 깊이는, 상기 가스 공급 구멍의 반경의 1/2 이상이 되도록 형성되는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 홈부는, 최상위에 위치하는 상기 가스 공급 구멍보다도 상방에 설치되는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 홈부는, 최하위에 위치하는 상기 가스 공급 구멍보다도 하방에 설치되는 기판 처리 장치.
  8. 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 설치되고, 상기 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 처리실 내에 설치되고, 상기 처리 가스를 활성화시키는 플라즈마 발생부와, 상기 플라즈마 발생부의 적어도 일부를 수용하는 버퍼실을 형성하고, 상기 버퍼실의 벽면의 하부로부터 상부에 걸쳐서 상기 기판에 대하여 활성화된 상기 처리 가스를 공급하는 복수의 가스 공급 구멍을 갖는 버퍼부를 구비하고,
    상기 버퍼부는, 상기 복수의 가스 공급 구멍 사이를 수직 방향으로 상기 버퍼실의 벽면을 관통하지 않도록 절결한 홈부를 가지며, 상기 홈부의 폭은 상기 가스 공급 구멍의 직경보다 작은 기판 처리 장치의 상기 처리실 내에 상기 기판을 반입하는 공정과,
    상기 기판을 상기 처리실 내에서 처리하는 공정과,
    상기 기판을 상기 처리실로부터 반출하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 설치되고, 상기 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 처리실 내에 설치되고, 상기 처리 가스를 활성화시키는 플라즈마 발생부와, 상기 플라즈마 발생부의 적어도 일부를 수용하는 버퍼실을 형성하고, 상기 버퍼실의 벽면의 하부로부터 상부에 걸쳐서 상기 기판에 대하여 활성화된 상기 처리 가스를 공급하는 복수의 가스 공급 구멍을 갖는 버퍼부를 구비하고,
    상기 버퍼부는, 상기 복수의 가스 공급 구멍 사이를 수직 방향으로 상기 버퍼실의 벽면을 관통하지 않도록 절결한 홈부를 가지며, 상기 홈부의 폭은 상기 가스 공급 구멍의 직경보다 작은 기판 처리 장치의 상기 처리실 내에 상기 기판을 반입하는 수순과,
    상기 기판을 상기 처리실 내에서 처리하는 수순과,
    상기 기판을 상기 처리실로부터 반출하는 수순
    을 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  10. 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 설치되고, 상기 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 처리실 내에 설치되고, 상기 처리 가스를 활성화시키는 플라즈마 발생부와, 상기 플라즈마 발생부의 적어도 일부를 수용하는 버퍼실을 형성하고, 상기 버퍼실의 벽면의 하부로부터 상부에 걸쳐서 상기 기판에 대하여 활성화된 상기 처리 가스를 공급하는 복수의 가스 공급 구멍을 갖는 버퍼부를 구비하고,
    상기 버퍼부는, 상기 복수의 가스 공급 구멍 사이를 수직 방향으로 상기 버퍼실의 벽면을 관통하지 않도록 절결한 홈부를 가지며, 상기 홈부의 폭은 상기 가스 공급 구멍의 직경보다 작은 기판 처리 장치의 상기 처리실 내에 상기 기판을 반입하는 수순과,
    상기 기판을 상기 처리실 내에서 처리하는 수순과,
    상기 기판을 상기 처리실로부터 반출하는 수순
    을 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 기록 매체에 기록된 프로그램.
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