KR102064640B1 - 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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Abstract

기판의 표면에 형성되어 있는 오목 패턴에 저면측으로부터 막을 매립하는 성막 방법이며,
상기 기판의 표면 및 상기 오목 패턴의 상부에 할로겐 함유 가스를 공급하여 흡착시켜, 흡착 저해기를 형성하는 할로겐 함유 가스 공급 공정과,
상기 오목 패턴을 포함하는 상기 기판의 표면에 제1 반응 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면의 상기 흡착 저해기에 흡착을 저해되지 않는 영역에 상기 제1 반응 가스를 흡착시키는 제1 반응 가스 공급 공정과,
상기 오목 패턴을 포함하는 상기 기판의 표면에 상기 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면에 흡착된 상기 제1 반응 가스와 상기 제2 반응 가스의 반응 생성물을 생성함으로써, 해당 반응 생성물의 분자층을 퇴적시키는 제2 반응 가스 공급 공정을 갖는다.

Description

성막 방법 및 성막 장치{FILM DEPOSITION METHOD AND FILM DEPOSITION APPARATUS}
<관련 출원의 참조>
본 출원은 2015년 12월 17일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2015-246161호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 일본 특허 출원 제2015-246161호의 전체 내용을 여기에 원용한다.
본 발명은 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
일본 특허 공개 제2013-135154호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 종래부터, 기판에 형성된 오목부의 내면에 원하는 분포로 수산기를 흡착시키고, 계속하여 유기 아미노실란 가스를 수산기가 흡착된 기판에 공급하여 흡착시키고, 계속하여 산화 가스를 유기 아미노실란 가스가 흡착된 기판에 공급하여, 실리콘 산화막을 오목부 내에 성막하는 성막 방법이 알려져 있다.
이러한 성막 방법에 의하면, 수산기의 흡착 분포를 제어함으로써, 원하는 막 두께 분포로 성막을 행하는 것이 가능해져, 보텀 업성이 높은 성막이나, 오목부의 형상으로 컨포멀한 성막 등을 용도에 따라 실시할 수 있다.
그런데, 상술한 바와 같이 보텀 업성이 높은 성막은, 반도체 집적 회로의 고밀도화 및 다양화에 따라 실리콘 산화막 이외의 성막에서도 요구되어 왔다.
따라서, 본 발명은 실리콘 산화막 이외의 성막에 있어서도 적용할 수 있으면서, 또한 간소한 프로세스 및 장치에 의해 실현 가능한 보텀 업성이 높은 성막을 행할 수 있는 성막 방법 및 성막 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 관한 성막 방법은, 기판의 표면에 형성되어 있는 오목 패턴에 저면측으로부터 막을 매립하는 성막 방법이며,
상기 기판의 표면 및 상기 오목 패턴의 상부에 할로겐 함유 가스를 공급하여 흡착시켜, 흡착 저해기를 형성하는 할로겐 함유 가스 공급 공정과,
상기 오목 패턴을 포함하는 상기 기판의 표면에 제1 반응 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면의 상기 흡착 저해기에 흡착을 저해되지 않는 영역에 상기 제1 반응 가스를 흡착시키는 제1 반응 가스 공급 공정과,
상기 오목 패턴을 포함하는 상기 기판의 표면에 상기 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면에 흡착된 상기 제1 반응 가스와 상기 제2 반응 가스의 반응 생성물을 생성함으로써, 해당 반응 생성물의 분자층을 퇴적시키는 제2 반응 가스 공급 공정을 갖는다.
본 발명의 다른 형태에 관한 성막 장치는, 처리실과,
해당 처리실 내에 설치되고, 표면 상에 기판을 적재 가능한 기판 적재 영역을 갖는 회전 테이블과,
해당 회전 테이블 상에 회전 방향을 따라 소정 영역에 형성되고, 상기 회전 테이블 상에 제1 반응 가스를 공급 가능한 제1 반응 가스 공급 영역과,
상기 회전 테이블 상이며, 해당 제1 반응 가스 공급 영역의 상기 회전 방향 하류측에 형성되고, 상기 회전 테이블 상에 상기 제1 반응 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성 가능한 제2 반응 가스를 공급 가능한 제2 반응 가스 공급 영역과,
상기 회전 테이블 상이며, 해당 제2 반응 가스 공급 영역의 상기 회전 방향 하류측에 형성되고, 상기 회전 테이블 상에 할로겐 함유 가스를 공급 가능한 할로겐 함유 가스 공급 영역과,
상기 회전 테이블보다 하방에 설치되고, 상기 할로겐 함유 가스에 에칭 작용을 발생시키지 않는 소정의 온도로 상기 회전 테이블을 가열하는 히터를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시하는 개략 단면도.
도 2는 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 개략 사시도.
도 3은 도 1의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 개략 평면도.
도 4는 도 1의 성막 장치의 회전 테이블의 동심원을 따른 진공 용기의 개략 단면도.
도 5는 도 1의 성막 장치의 다른 개략 단면도.
도 6은 도 1의 성막 장치에 설치되는 플라즈마 발생원을 도시하는 개략 단면도.
도 7은 도 1의 성막 장치에 설치되는 플라즈마 발생원을 도시하는 다른 개략 단면도.
도 8은 도 1의 성막 장치에 설치되는 플라즈마 발생원을 도시하는 개략 상면도.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법의 일례의 일련의 공정을 도시한 도면.
도 10은 Ti-F기의 표면 잔류성을 나타내기 위한 실험 결과.
도 11은 흡착 저해기인 H기를 웨이퍼의 표면 상에 형성하고, 성막을 행한 경우의 성막 개시 시간을 조사한 실험 결과.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태 설명을 행한다.
[성막 장치]
처음에, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치에 대하여 설명한다. 도 1부터 도 3까지 참조하면, 성막 장치는, 거의 원형의 평면 형상을 갖는 편평한 진공 용기(1)와, 진공 용기(1) 내에 설치되고, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 진공 용기(1)는 내부에 수용한 웨이퍼의 표면 상에 성막 처리를 행하기 위한 처리실이다. 진공 용기(1)는 바닥이 있는 원통 형상을 갖는 용기 본체(12)와, 용기 본체(12)의 상면에 대하여, 예를 들어 O링 등의 시일 부재(13)(도 1)를 개재하여 기밀하게 착탈 가능하게 배치되는 천장판(11)을 갖고 있다.
회전 테이블(2)은, 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정되고, 이 코어부(21)는 연직 방향으로 신장되는 회전축(22)의 상단부에 고정되어 있다. 회전축(22)은 진공 용기(1)의 저부(14)를 관통하여, 하단부가 회전축(22)(도 1)을 연직축 주위로 회전시키는 구동부(23)에 설치되어 있다. 회전축(22) 및 구동부(23)는, 상면이 개구된 통 형상의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다. 케이스체(20)는 그 상면에 형성된 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있고, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀 상태가 유지되고 있다.
회전 테이블(2)의 표면부에는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 회전 방향(주위 방향)을 따라 복수(도시한 예에서는 5매)의 기판인 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼」라고 함) W를 적재하기 위한 원 형상의 오목부(24)가 형성되어 있다. 또한, 도 3에는 편의상 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼 W를 도시한다. 이 오목부(24)는, 웨이퍼 W의 직경보다도 약간 예를 들어 4㎜ 큰 내경과, 웨이퍼 W의 두께와 거의 동등한 깊이를 갖고 있다. 따라서, 웨이퍼 W가 오목부(24)에 수용되면, 웨이퍼 W의 표면과 회전 테이블(2)의 표면(웨이퍼 W가 적재되지 않는 영역)이 동일한 높이가 된다. 오목부(24)의 저면에는, 웨이퍼 W의 이면을 지지하여 웨이퍼 W를 승강시키기 위한 예를 들어 3개의 승강 핀이 관통하는 관통 구멍(모두 도시하지 않음)이 형성되어 있다.
도 2 및 도 3은 진공 용기(1) 내의 구조를 설명하기 위한 도면이며, 설명의 편의상, 천장판(11)의 도시를 생략하고 있다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 회전 테이블(2)의 상방에는, 각각 예를 들어 석영으로 이루어지는 반응 가스 노즐(31), 반응 가스 노즐(32), 반응 가스 노즐(33) 및 분리 가스 노즐(41, 42)이 진공 용기(1)의 주위 방향(회전 테이블(2)의 회전 방향(도 3의 화살표 A))으로 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 도시한 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 시계 방향(회전 테이블(2)의 회전 방향)으로, 분리 가스 노즐(41), 반응 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42), 반응 가스 노즐(32) 및 반응 가스 노즐(33)이 이 순서로 배열되어 있다. 이들 노즐(31, 32, 33, 41, 42)은, 각 노즐(31, 32, 33, 41, 42)의 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 33a, 41a, 42a)(도 3)를 용기 본체(12)의 외주벽에 고정함으로써, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 진공 용기(1) 내에 도입되고, 용기 본체(12)의 반경 방향을 따라 회전 테이블(2)에 대하여 수평하게 신장되도록 설치되어 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 도 3에 도시된 바와 같이 반응 가스 노즐(31)은, 배관(110) 및 유량 제어기(120) 등을 개재하여, 제1 반응 가스의 공급원(130)에 접속되어 있다. 반응 가스 노즐(32)은, 배관(111) 및 유량 제어기(121) 등을 개재하여 제2 반응 가스의 공급원(131)에 접속되어 있다. 또한, 반응 가스 노즐(33)은 배관(112) 및 유량 제어기(122) 등을 개재하여, 할로겐 함유 가스(ClF3, F2, NF3, CF4, BCl3, HCl 등)의 공급원(132)에 접속되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 모두 도시하지 않은 배관 및 유량 제어 밸브 등을 개재하여, 분리 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 분리 가스로서는, 헬륨(He)이나 아르곤(Ar) 등의 희가스나 질소(N2) 가스 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, N2 가스를 사용하는 예를 들어 설명한다.
반응 가스 노즐(31, 32, 33)에는 회전 테이블(2)을 향하여 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(35)이, 반응 가스 노즐(31, 32, 33)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다. 반응 가스 노즐(31)의 하방 영역은, 제1 반응 가스를 웨이퍼 W에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역 P1이 된다. 반응 가스 노즐(32)의 하방 영역은, 제1 처리 영역 P1에 있어서 웨이퍼 W에 흡착된 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스를 공급하여, 반응 생성물의 분자층을 생성하는 제2 처리 영역 P2가 된다. 또한, 반응 생성물의 분자층이 성막되는 막을 구성한다. 반응 가스 노즐(33)의 하방 영역은, 제2 처리 영역 P2에 있어서 생성된 반응 생성물(막)에 할로겐 함유 가스를 공급하여, 흡착 저해기를 형성하는 제3 처리 영역 P3이 된다. 여기서, 제1 처리 영역 P1은, 제1 반응 가스, 즉 원료 가스를 공급하는 영역이므로, 제1 반응 가스 공급 영역 P1 또는 원료 가스 공급 영역 P1이라고 칭해도 되는 것으로 한다. 마찬가지로, 제2 처리 영역 P2는 제2 반응 가스, 즉 원료 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성 가능한 반응 가스를 공급하는 영역이므로, 제2 반응 가스 공급 영역 P2 또는 반응 가스 공급 영역 P2라고 칭해도 되는 것으로 한다. 또한, 제3 처리 영역 P3은, 제3 반응 가스, 즉 할로겐 함유 가스를 공급하는 영역이므로, 제3 반응 가스 공급 영역 P3 또는 할로겐 함유 가스 공급 영역 P3이라고 칭해도 되는 것으로 한다.
또한, 제3 처리 영역 P3의 상방에는, 필요에 따라 플라즈마 발생기(80)가 설치되어도 된다. 도 3에 있어서, 플라즈마 발생기(80)는 파선으로 간략화하여 도시되어 있다. 플라즈마 발생기(80)의 상세에 대해서는 후술한다.
또한, 제1 반응 가스는, 여러 가스이어도 되지만, 일반적으로는 성막되는 막의 원료가 되는 원료 가스가 선택된다. 예를 들어, 금속 산화막을 성막하는 경우에는 금속 산화막의 금속 원소를 포함하는 반응 가스가 선택된다. 예를 들어, 금속 산화막의 1종인 TiO2막을 성막하는 경우에는 Ti를 포함하는 TiCl4 가스 등이 선택된다.
또한, 제2 반응 가스에는 제1 반응 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성할 수 있는 반응 가스이면, 다양한 반응 가스를 사용할 수 있지만, 예를 들어 금속 산화막을 성막하는 경우에는 산화 가스, 금속 질화막을 성막하는 경우에는 질화 가스가 선택된다. 예를 들어, TiO2막을 성막하는 경우에는 H2O, H2O2 등이 선택되고, TiN막을 성막하는 경우에는 NH3 등이 선택된다.
할로겐 함유 가스에는 할로겐 원소를 함유하는 다양한 반응 가스를 사용할 수 있지만, 예를 들어 불소를 함유하는 불소 함유 가스, 염소를 함유하는 염소 함유 가스 등을 사용할 수 있다. 할로겐 함유 가스는, 제1 반응 가스, 즉 원료 가스가 웨이퍼에 흡착되는 것을 저해하는 흡착 저해기를 웨이퍼의 표면 상에 형성하는 역할을 갖는다. 예를 들어, 웨이퍼의 표면에 비아, 트렌치 등의 오목 패턴이 형성되어 있는 경우에는 웨이퍼의 표면 및 오목 패턴의 상부에 흡착 저해기를 형성함으로써, 오목 패턴의 상부에서는 막 두께가 두꺼워지지 않고, 저면측의 막 두께가 두꺼워져, 보텀 업성이 높은 성막이 가능해진다. 흡착 저해기는, 제1 반응 가스(원료 가스)와 반응하지 않는 원소를 포함하는 가스일 필요가 있고, 금속 산화막 또는 금속 질화막을 성막하는 경우에는 할로겐 함유 가스를 적합하게 사용할 수 있다.
불소 함유 가스로서는, 예를 들어 ClF3, F2, NF3, CF4 등을 사용할 수 있다. 또한 염소 함유 가스로서는, 예를 들어 BCl3, HCl 등을 사용할 수 있다. 또한, 그 밖의 할로겐 함유 가스도 용도에 따라 적절히 사용할 수 있다.
또한, 웨이퍼 W의 표면에 비아, 트렌치 등의 오목 패턴이 형성되어 있고, 할로겐 함유 가스를 흡착 저해기 형성을 위하여 공급할 때, 할로겐 함유 가스가 오목 패턴의 저면에까지 도달하지 않도록, 유량을 소정 유량 이하로 조정하여 공급한다. 즉, 할로겐 함유 가스가 오목 패턴의 저부에까지 도달하여 버리면, 오목 패턴의 전체 표면에 대하여 원료 가스의 흡착이 저해되어 버려, 보텀 업성이 높은 성막이라는 목적은 달성되지 않고, 단순히 스루풋을 저하시키기 위한 공급이 되어 버리기 때문이다. 따라서, 유량 제어기(92)를 사용하여, 반응 가스 노즐(33)로부터의 할로겐 함유 가스의 공급이 소정 유량 이하 또는 소정 유량 미만이 되도록 유량 제어를 행한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 진공 용기(1) 내에는 2개의 볼록 형상부(4)가 형성되어 있다. 볼록 형상부(4)는, 분리 가스 노즐(41, 42)과 함께 분리 영역 D를 구성하기 위하여, 후술한 바와 같이 회전 테이블(2)을 향하여 돌출되도록 천장판(11)의 이면에 설치되어 있다. 또한, 볼록 형상부(4)는 정상부가 원호 형상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고, 본 실시 형태에 있어서는, 내원호가 돌출부(5)(후술)에 연결되고, 외원호가 진공 용기(1)의 용기 본체(12)의 내주면을 따르도록 배치되어 있다.
도 4는 반응 가스 노즐(31)부터 반응 가스 노즐(32)까지 회전 테이블(2)의 동심원을 따른 진공 용기(1)의 단면을 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 천장판(11)의 이면에 볼록 형상부(4)가 형성되어 있기 때문에, 진공 용기(1) 내에는 볼록 형상부(4)의 하면인 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)과, 이 천장면(44)의 주위 방향 양측에 위치하는, 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 존재한다. 천장면(44)은 정상부가 원호 형상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고 있다. 또한, 도시한 바와 같이 볼록 형상부(4)에는 주위 방향 중앙에 있어서, 반경 방향으로 신장되도록 형성된 홈부(43)가 형성되고, 분리 가스 노즐(42)이 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 또 하나의 볼록 형상부(4)에도 마찬가지로 홈부(43)가 형성되고, 여기에 분리 가스 노즐(41)이 수용되어 있다. 또한, 높은 천장면(45)의 하방 공간에 반응 가스 노즐(31, 32)이 각각 설치되어 있다. 이들 반응 가스 노즐(31, 32)은, 천장면(45)으로부터 이격하여 웨이퍼 W의 근방에 설치되어 있다. 또한, 도 4에 도시한 바와 같이 높은 천장면(45)의 하방의 우측 공간(481)에 반응 가스 노즐(31)이 설치되고, 높은 천장면(45)의 하방의 좌측 공간(482)에 반응 가스 노즐(32)이 설치된다.
또한, 볼록 형상부(4)의 홈부(43)에 수용되는 분리 가스 노즐(41, 42)에는 회전 테이블(2)을 향하여 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(42h)(도 4 참조)이, 분리 가스 노즐(41, 42)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다.
천장면(44)은 협애한 공간인 분리 공간 H를 회전 테이블(2)에 대하여 형성하고 있다. 분리 가스 노즐(42)의 토출 구멍(42h)으로부터 N2 가스가 공급되면, 이 N2 가스는 분리 공간 H를 통하여 공간(481) 및 공간(482)을 향하여 흐른다. 이때, 분리 공간 H의 용적은 공간(481 및 482)의 용적보다도 작기 때문에, N2 가스에 의해 분리 공간 H의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비하여 높게 할 수 있다. 즉, 공간(481 및 482) 사이에 압력이 높은 분리 공간 H가 형성된다. 또한, 분리 공간 H로부터 공간(481 및 482)으로 흘러 나오는 N2 가스가, 제1 영역 P1로부터의 제1 반응 가스와, 제2 영역 P2로부터의 제2 반응 가스에 대한 카운터 플로우로서 작용한다. 따라서, 제1 영역 P1로부터의 제1 반응 가스와, 제2 영역 P2로부터의 제2 반응 가스가 분리 공간 H에 의해 분리된다. 따라서, 진공 용기(1) 내에서 제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 혼합하여, 반응하는 것이 억제된다.
또한, 회전 테이블(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이 h1은, 성막 시의 진공 용기(1) 내의 압력, 회전 테이블(2)의 회전 속도, 공급하는 분리 가스(N2 가스)의 공급량 등을 고려하여, 분리 공간 H의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비하여 높게 하는데 적합한 높이로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 천장판(11)의 하면에는 회전 테이블(2)을 고정하는 코어부(21)의 외주를 둘러싸는 돌출부(5)(도 2 및 도 3)가 형성되어 있다. 이 돌출부(5)는, 본 실시 형태에 있어서는, 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 중심측의 부위와 연속되어 있으며, 그 하면이 천장면(44)과 동일한 높이로 형성되어 있다.
앞서 참조한 도 1은, 도 3의 I-I' 선을 따른 단면도이며, 천장면(45)이 형성되어 있는 영역을 도시하고 있다. 한편, 도 5는 천장면(44)이 형성되어 있는 영역을 도시하는 단면도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부(진공 용기(1)의 외측 에지측의 부위)에는, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡되는 굴곡부(46)가 형성되어 있다. 이 굴곡부(46)는, 볼록 형상부(4)와 마찬가지로, 분리 영역 D의 양측으로부터 반응 가스가 침입하는 것을 억제하여, 양쪽 반응 가스의 혼합을 억제한다. 부채형의 볼록 형상부(4)는 천장판(11)에 형성되고, 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 분리할 수 있게 되어 있는 점에서, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12) 사이에는 약간 간극이 있다. 굴곡부(46)의 내주면과 회전 테이블(2)의 외측 단부면의 간극 및 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)의 간극은, 예를 들어 회전 테이블(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이와 마찬가지의 치수로 설정되어 있다.
용기 본체(12)의 내주벽은, 분리 영역 D에 있어서는 도 5에 도시한 바와 같이 굴곡부(46)의 외주면과 접근하여 수직면으로 형성되어 있으나, 분리 영역 D 이외의 부위에 있어서는, 도 1에 도시한 바와 같이 예를 들어 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 저부(14)에 걸쳐 외측으로 오목하게 되어 있다. 이하, 설명의 편의상, 대략 직사각형의 단면 형상을 갖는 오목해진 부분을 배기 영역이라고 기재한다. 구체적으로는, 제1 처리 영역 P1에 연통되는 배기 영역을 제1 배기 영역 E1이라고 기재하고, 제2 및 제3 처리 영역 P2, P3에 연통되는 영역을 제2 배기 영역 E2라고 기재한다. 이들 제1 배기 영역 E1 및 제2 배기 영역 E2의 저부에는, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 각각 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)가 형성되어 있다. 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)는, 도 1에 도시한 바와 같이 각각 배기관(630)을 개재하여 진공 배기 수단인, 예를 들어 진공 펌프(640)에 접속되어 있다. 또한, 진공 펌프(640)와 배기관(630) 사이에 압력 제어기(650)가 설치된다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제2 처리 영역 P2와 제3 처리 영역 P3 사이에 분리 영역 H는 형성되어 있지 않지만, 도 3에 있어서는 플라즈마 발생기(80)로서 도시한 영역에, 회전 테이블(2) 상의 공간을 구획하는 하우징이 설치된다. 이러한 하우징은, 플라즈마 발생기(80)의 탑재 영역으로도 되지만, 플라즈마 발생기(80)가 탑재되지 않는 경우에도 제2 처리 영역 P2와 제3 처리 영역 P3을 구획하는 하우징은 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 이 점의 상세에 대해서는 후술한다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저부(14) 사이의 공간에는, 도 1 및 도 5에 도시한 바와 같이 가열 수단인 히터 유닛(7)이 설치되고, 회전 테이블(2)을 개재하여 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼 W가, 프로세스 레시피로 결정된 온도(예를 들어 200℃)로 가열된다. 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방측에는 회전 테이블(2)의 상방 공간부터 배기 영역 E1, E2에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(7)이 놓여 있는 분위기를 구획하여 회전 테이블(2)의 하방 영역에 대한 가스의 침입을 억제하기 위하여, 링 형상의 커버 부재(71)가 설치되어 있다(도 5). 이 커버 부재(71)는, 회전 테이블(2)의 외측 에지부 및 외측 에지부보다도 외주측을 하방측으로부터 면하도록 설치된 내측 부재(71a)와, 이 내측 부재(71a)와 진공 용기(1)의 내벽면 사이에 설치된 외측 부재(71b)를 구비하고 있다. 외측 부재(71b)는 분리 영역 D에 있어서 볼록 형상부(4)의 외측 에지부에 형성된 굴곡부(46)의 하방에서, 굴곡부(46)와 근접하여 설치되고, 내측 부재(71a)는 회전 테이블(2)의 외측 에지부 하방(및 외측 에지부보다도 약간 외측 부분의 하방)에 있어서, 히터 유닛(7)을 전체 주위에 걸쳐 둘러싸고 있다.
히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 중심 근방의 부위에 있어서의 저부(14)는, 회전 테이블(2)의 하면의 중심부 부근에 있어서의 코어부(21)에 접근하도록 상방측으로 돌출되어 돌출부(12a)를 이루고 있다. 이 돌출부(12a)와 코어부(21) 사이는 좁은 공간으로 되어 있으며, 또한 저부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁게 되어 있어, 이들 좁은 공간은 케이스체(20)에 연통되어 있다. 그리고 케이스체(20)에는 퍼지 가스인 N2 가스를 좁은 공간 내에 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 설치되어 있다. 또한 진공 용기(1)의 저부(14)에는 히터 유닛(7)의 하방에 있어서 주위 방향으로 소정의 각도 간격으로, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 복수의 퍼지 가스 공급관(73)이 설치되어 있다(도 5에는 1개의 퍼지 가스 공급관(73)을 나타냄). 또한, 히터 유닛(7)과 회전 테이블(2) 사이에는 히터 유닛(7)이 설치된 영역에 대한 가스의 침입을 억제하기 위하여, 외측 부재(71b)의 내주벽(내측 부재(71a)의 상면)으로부터 돌출부(12a)의 상단부와의 사이를 주위 방향에 걸쳐 덮는 덮개 부재(7a)가 설치되어 있다. 덮개 부재(7a)는 예를 들어 석영으로 제작할 수 있다.
또한, 히터 유닛(7)은, 웨이퍼 W의 표면에 공급된 할로겐 함유 가스가 에칭 작용을 발생하지 않는 소정의 온도 이하로 웨이퍼 W를 가열한다. 즉, 웨이퍼 W를 고온으로 가열하면, 할로겐 함유 가스가 에칭 작용을 발현하여, 박막 상에 흡착되지 않고 박막을 에칭하여 버려, 성막을 방해하여 버리므로, 그러한 에칭 작용을 발생시키지 않는 소정의 온도로 설정된 후, 웨이퍼 W를 가열한다.
또한, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있어, 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)에 분리 가스인 N2 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 이 공간(52)에 공급된 분리 가스는 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 간극(50)을 통하여 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역측의 표면을 따라 주연을 향하여 토출된다. 공간(50)은 분리 가스에 의해 공간(481) 및 공간(482)보다도 높은 압력으로 유지될 수 있다. 따라서, 공간(50)에 의해 제1 처리 영역 P1에 공급되는 제1 반응 가스, 예를 들어 TiCl4 가스와 제2 처리 영역 P2에 공급되는 제2 반응 가스, 예를 들어 H2O 가스가, 중심 영역 C를 통하여 혼합되는 것이 억제된다. 즉, 공간(50)(또는 중심 영역 C)은 분리 공간 H(또는 분리 영역 D)와 마찬가지로 기능할 수 있다.
또한, 진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2, 도 3에 도시한 바와 같이 외부의 반송 아암(10)과 회전 테이블(2) 사이에서 기판인 웨이퍼 W의 수수를 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 이 반송구(15)는 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐된다. 또한 회전 테이블(2)에 있어서의 웨이퍼 적재 영역인 오목부(24)는 이 반송구(15)에 면하는 위치에서 반송 아암(10)과의 사이에서 웨이퍼 W의 수수가 행해지는 점에서, 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서 수수 위치에 대응하는 부위에, 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼 W를 이면으로부터 들어 올리기 위한 수수용 승강 핀 및 그의 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다.
이어서, 도 6부터 도 8까지를 참조하면서, 필요에 따라 설치되는 플라즈마 발생기(80)에 대하여 설명한다. 도 6은 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따른 플라즈마 발생기(80)의 개략 단면도이며, 도 7은 회전 테이블(2)의 반경 방향과 직교하는 방향을 따른 플라즈마 발생기(80)의 개략 단면도이며, 도 8은 플라즈마 발생기(80)의 개략을 도시하는 상면도이다. 도시의 편의상, 이들 도면에 있어서 일부의 부재를 간략화하고 있다.
도 6을 참조하면, 플라즈마 발생기(80)는, 고주파 투과성의 재료로 제작되고, 상면으로부터 오목해진 오목부를 갖고, 천장판(11)에 형성된 개구부(11a)에 감입되는 프레임 부재(81)와, 프레임 부재(81)의 오목부 내에 수용되고, 상부가 개구된 대략 상자 모양의 형상을 갖는 패러데이 차폐판(82)과, 패러데이 차폐판(82)의 저면 상에 배치되는 절연판(83)과, 절연판(83)의 상방에 지지되고, 대략 팔각형의 상면 형상을 갖는 코일 형상의 안테나(85)를 구비한다.
천장판(11)의 개구부(11a)는 복수의 단차부를 갖고 있으며, 그 중 하나의 단차부에는 전체 주위에 걸쳐 홈부가 형성되고, 이 홈부에 예를 들어 O-링 등의 시일 부재(81a)가 감입되어 있다. 한편, 프레임 부재(81)는 개구부(11a)의 단차부에 대응하는 복수의 단차부를 갖고 있으며, 프레임 부재(81)를 개구부(11a)에 감입하면, 복수의 단차부 중 하나의 단차부의 이면이, 개구부(11a)의 홈부에 감입된 시일 부재(81a)와 접하고, 이에 의해 천장판(11)과 프레임 부재(81) 사이의 기밀성이 유지된다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이 천장판(11)의 개구부(11a)에 감입되는 프레임 부재(81)의 외주를 따른 가압 부재(81c)가 설치되고, 이에 의해 프레임 부재(81)가 천장판(11)에 대하여 하방으로 압박된다. 이로 인해, 천장판(11)과 프레임 부재(81) 사이의 기밀성이 보다 확실하게 유지된다.
프레임 부재(81)의 하면은, 진공 용기(1) 내의 회전 테이블(2)에 대향하고 있으며, 그 하면의 외주에는 전체 주위에 걸쳐 하방으로(회전 테이블(2)을 향하여) 돌기되는 돌기부(81b)가 형성되어 있다. 돌기부(81b)의 하면은 회전 테이블(2)의 표면에 근접하고 있으며, 돌기부(81b)와, 회전 테이블(2)의 표면과, 프레임 부재(81)의 하면에 의해 회전 테이블(2)의 상방에 공간(이하, 제3 처리 영역 P3)이 구획 형성되어 있다. 또한, 돌기부(81b)의 하면과 회전 테이블(2)의 표면의 간격은, 분리 공간 H(도 4)에 있어서의 천장면(11)의 회전 테이블(2)의 상면에 대한 높이 h1과 거의 동일해도 된다.
또한, 이 제3 처리 영역 P3에는 돌기부(81b)를 관통한 반응 가스 노즐(33)이 연장되어 있다. 반응 가스 노즐(33)에는, 본 실시 형태에 있어서는, 도 6에 도시한 바와 같이 ClF3 등의 할로겐 함유 가스가 충전되는 할로겐 함유 가스 공급원(132)이, 유량 제어기(122)를 개재하여 배관(112)에 의해 접속되어 있다. 유량 제어기(122)에 의해 유량 제어된 할로겐 함유 가스가, 소정의 유량으로 제3 처리 영역 P3에 공급된다. 또한, 플라즈마 발생기(80)를 사용하여, 할로겐 함유 가스를 플라즈마화하여 공급하는 경우에는, 할로겐 함유 가스는 웨이퍼 W의 오목 패턴의 저부까지는 도달하기 어려우므로, 통상의 유량으로 공급할 수 있다.
또한, 반응 가스 노즐(33)에는, 그 길이 방향을 따라 소정의 간격(예를 들어 10㎜)으로 복수의 토출 구멍(35)이 형성되어 있고, 토출 구멍(35)으로부터 상술한 할로겐 함유 가스 등이 토출된다. 토출 구멍(35)은, 도 7에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)에 대하여 수직인 방향으로부터 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측을 향하여 기울어 있다. 이로 인해, 반응 가스 노즐(33)로부터 공급되는 가스는, 회전 테이블(2)의 회전 방향과 반대 방향으로, 구체적으로는 돌기부(81b)의 하면과 회전 테이블(2)의 표면 사이의 간극을 향하여 토출된다. 이에 의해, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라 플라즈마 발생기(80)보다도 상류측에 위치하는 천장면(45)의 하방의 공간으로부터 반응 가스나 분리 가스가 제3 처리 영역 P3 내로 유입되는 것이 억제된다. 또한, 상술한 바와 같이 프레임 부재(81)의 하면의 외주를 따라 형성되는 돌기부(81b)가 회전 테이블(2)의 표면에 근접하고 있기 때문에, 반응 가스 노즐(33)로부터의 가스에 의해 제3 처리 영역 P3 내의 압력을 용이하게 높게 유지할 수 있다. 이것에 의해서도, 반응 가스나 분리 가스가 제3 처리 영역 P3 내로 유입되는 것이 억제된다.
이와 같이, 프레임 부재(81)는, 제3 처리 영역 P3을 제2 처리 영역 P2로부터 분리하기 위한 역할을 하고 있다. 따라서, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치는, 플라즈마 발생기(80)의 전체를 반드시 구비하고 있지 않아도 되지만, 제3 처리 영역 P3을 제2 처리 영역 P2로부터 구획하여, 제2 반응 가스의 혼입을 방지하기 위하여, 프레임 부재(81)를 구비하고 있는 것으로 한다.
패러데이 차폐판(82)은, 금속 등의 도전성 재료로 제작되고, 도시는 생략하였지만 접지되어 있다. 도 8에 명확하게 도시한 바와 같이, 패러데이 차폐판(82)의 저부에는 복수의 슬릿(82s)이 형성되어 있다. 각 슬릿(82s)은 대략 팔각형의 평면 형상을 갖는 안테나(85)의 대응하는 변과 거의 직교하도록 연장되어 있다.
또한, 패러데이 차폐판(82)은, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 상단부의 2개소에 있어서 외측으로 절곡되는 지지부(82a)를 갖고 있다. 지지부(82a)가 프레임 부재(81)의 상면에 지지됨으로써, 프레임 부재(81) 내의 소정의 위치에 패러데이 차폐판(82)이 지지된다.
절연판(83)은, 예를 들어 석영 유리에 의해 제작되고, 패러데이 차폐판(82)의 저면보다도 약간 작은 크기를 갖고, 패러데이 차폐판(82)의 저면에 적재된다. 절연판(83)은 패러데이 차폐판(82)과 안테나(85)를 절연하는 한편, 안테나(85)로부터 방사되는 고주파를 하방으로 투과시킨다.
안테나(85)는 평면 형상이 대략 팔각형이 되도록 구리제의 중공관(파이프)을 예를 들어 3중으로 권회함으로써 형성된다. 파이프 내에 냉각수를 순환시킬 수 있고, 이에 의해 안테나(85)로 공급되는 고주파에 의해 안테나(85)가 고온으로 가열되는 것이 방지된다. 또한, 안테나(85)에는 입설부(85a)가 설치되어 있고, 입설부(85a)에 지지부(85b)가 설치되어 있다. 지지부(85b)에 의해 안테나(85)가 패러데이 차폐판(82) 내의 소정의 위치에 유지된다. 또한, 지지부(85b)에는 매칭 박스(86)를 개재하여 고주파 전원(87)이 접속되어 있다. 고주파 전원(87)은, 예를 들어 13.56㎒의 주파수를 갖는 고주파를 발생할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 플라즈마 발생기(80)에 의하면, 매칭 박스(86)를 통하여 고주파 전원(87)으로부터 안테나(85)에 고주파 전력을 공급하면, 안테나(85)에 의해 전자계가 발생한다. 이 전자계 중 전계 성분은 패러데이 차폐판(82)에 의해 차폐되기 때문에, 하방으로 전파할 수는 없다. 한편, 자계 성분은 패러데이 차폐판(82)의 복수의 슬릿(82s)을 통하여 제3 처리 영역 P3 내로 전파한다. 이 자계 성분에 의해, 반응 가스 노즐(33)로부터 소정의 유량비로 제3 처리 영역 P3에 공급되는 할로겐 함유 가스가 활성화된다. 단, 할로겐 함유 가스의 공급은, 할로겐 함유 가스를 웨이퍼 W의 오목 패턴의 상부에 흡착시켜, 오목 패턴의 상부에 흡착 저해기를 발생시키는 것을 의도하고 있으며, 막의 에칭을 의도하고 있지 않다. 따라서, 할로겐 함유 가스의 플라즈마화는 F 함유 가스 등에 에칭 작용을 발생시키지 않는 범위에서 행한다. 이와 같이 하여 발생하는 플라즈마에 의하면, 웨이퍼 W의 표면에 형성된 비아, 트렌치 등의 오목 패턴의 상부에 흡착되어 원료 가스에 대한 흡착 저해기를 형성하고, 흡착 저해기에 의해 원료 가스의 흡착이 방해되지 않는 저부측으로부터의 성막을 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 의한 성막 장치에는, 도 1에 도시한 바와 같이 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터를 포함하는 제어부(100)가 설치되어 있고, 이 제어부(100)의 메모리 내에는 제어부(100)의 제어 하에, 후술하는 성막 방법을 성막 장치에 실시시키는 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은 후술하는 성막 방법을 실행하도록 스텝군이 조합되어 있으며, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 매체(102)에 기억되어 있으며, 소정의 판독 장치에 의해 기억부(101)에 판독되어, 제어부(100) 내에 인스톨된다.
또한, 제어부(100)는 히터 유닛(7)의 설정 온도, 반응 가스 노즐(33)에 공급하는 할로겐 함유 가스의 유량을 조정하는 유량 제어기(122)도 제어해도 된다. 이에 의해, 히터 유닛(7)의 온도를, 할로겐 함유 가스에 에칭 작용을 발생시키지 않는 소정 온도로 설정할 수 있음과 함께, 할로겐 함유 가스가 웨이퍼 W의 오목 패턴의 저면까지 도달하지 않고, 오목 패턴의 상부에 머물러 흡착되는 유량으로 할로겐 함유 가스를 공급할 수 있다.
[성막 방법]
이어서, 도 9a 내지 도 9e를 사용하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법에 대하여 상술한 성막 장치를 사용하여 행하는 경우를 예로 들어 설명한다. 도 9a 내지 도 9e는, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법의 일례의 일련의 공정을 도시한 도면이다. 도 9a는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법의 성막 개시 시의 웨이퍼 W의 상태를 도시한 도면이다.
본 실시 형태에서는, 웨이퍼 W로서 실리콘 웨이퍼를 사용하기로 하고, 그 실리콘 웨이퍼에는, 도 9a에 도시한 바와 같이 트렌치 T가 형성되어 있다. 트렌치 T 내 및 웨이퍼 W의 표면 U에는 TiO2의 박막이 미량 형성되어 있다. 또한, 반응 가스 노즐(31)로부터 TiCl4가 공급되고, 반응 가스 노즐(32)로부터 산화 가스로서 H2O가 공급되고, 반응 가스 노즐(33)로부터 ClF3이 공급되는 예를 들어 설명한다. 또한, 플라즈마 발생기(80)는 탑재하지 않거나, 탑재하고 있어도 사용하지 않는 경우를 예로 들어 설명한다.
우선, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하여, 외부로부터 반송 아암(10)(도 3)에 의해 반송구(15)(도 2 및 도 3)를 통하여 웨이퍼 W를 회전 테이블(2)의 오목부(24) 내에 수수한다. 이 수수는, 오목부(24)가 반송구(15)에 면하는 위치에 정지했을 때에 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통하여 진공 용기(1)의 저부측으로부터 도시하지 않은 승강 핀이 승강함으로써 행하여진다. 이러한 웨이퍼 W의 수수를, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜 행하여, 회전 테이블(2)의 5개의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼 W를 적재한다.
계속하여 게이트 밸브를 폐쇄하고, 진공 펌프(640)에 의해 도달 가능 진공도까지 진공 용기(1) 내를 배기한 후, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스인 N2 가스를 소정의 유량으로 토출하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 73)으로부터도 N2 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 이에 수반하여, 압력 제어 수단(650)(도 1)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 제어한다. 계속해서, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 예를 들어 30rpm의 회전 속도로 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼 W를 예를 들어 120℃로 가열한다. 회전 테이블(2)의 회전 속도는, 용도에 따라 다양한 회전 속도로 설정할 수 있다. 상술한 바와 같이, 웨이퍼 W의 온도는 ClF3이 에칭 작용을 발생하지 않는 소정 온도 이하로 할 필요가 있어, 바람직하게는 250℃ 이하로 설정한다. 웨이퍼 W의 온도는, 더욱 바람직하게는 150℃ 이하로 설정된다. 본 실시 형태에서는, 웨이퍼 W의 온도를 120℃로 설정하고 있다.
이 후, 반응 가스 노즐(31)(도 2 및 도 3)로부터 TiCl4 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 H2O의 가스를 공급한다. 또한, 반응 가스 노즐(33)로부터 ClF3 가스를 공급한다.
회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼 W는 제3 처리 영역 P3, 분리 영역 D, 제1 처리 영역 P1, 분리 영역 D, 제2 처리 영역 P2를 이 순서대로 반복하여 통과한다(도 3 참조). 또한, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 각 영역 P1 내지 P3, D로부터 처리가 개시되는 웨이퍼 W가 각각 존재하지만, 설명의 편의상, 제3 처리 영역 P3으로부터 웨이퍼 W가 통과했다고 생각하고 설명한다.
도 9b는 할로겐 함유 가스 공급 공정의 일례를 나타낸 도면이다. 도 9b에 도시된 바와 같이 제3 처리 영역 P3을 웨이퍼 W가 통과함으로써, 트렌치 T 내의 박막층 L 상에 ClF3이 공급되어, 박막층 L 상에 흡착된다. 이때, ClF3의 유량은, 웨이퍼 W의 표면 U 및 트렌치 T 내의 상부에는 ClF3이 도달하여 흡착되지만, 트렌치 T의 저면까지는 흡착되지 않을 정도의 소정 유량 이하로 설정된다. 이에 의해, 트렌치 T의 상부(개구부측) 및 웨이퍼 W의 표면에는 흡착 저해기 Ti-F가 형성되지만, 트렌치 T 내의 저면 부근에는 흡착 저해기 Ti-F는 형성되지 않는다.
도 9c는 제1 반응 가스 공급 공정의 일례를 나타낸 도면이다. 도 9c에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 W가 분리 영역 D를 통과하여 퍼지 가스가 공급되어 퍼지된 후, 제1 처리 영역 P1을 통과함으로써, TiCl4 가스가 공급된다. TiCl4 가스는 흡착 저해기 Ti-F가 존재하는 영역에는 그다지 흡착되지 않고, 흡착 저해기 Ti-F의 존재하지 않은 영역에 많이 흡착된다. 따라서, 트렌치 T 내의 저면 부근에 TiCl4가 많이 흡착된다.
도 9d는 제2 반응 가스 공급 공정의 일례를 나타낸 도면이다. 도 9d에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 W가 분리 영역 D를 통과하여 퍼지 가스가 공급되어 퍼지된 후, 제2 처리 영역 P2를 통과함으로써, TiCl4와 반응하여 반응 생성물 TiO2를 생성하는 H2O 가스가 공급된다. H2O 가스의 공급에 의해 트렌치 T 내에 흡착된 TiCl4와 공급된 H2O가 반응하여, TiO2막의 분자층이 반응 생성물로서 형성된다. 여기서, TiCl4는 트렌치 T의 저부 부근에 많이 흡착되어 있으므로, 트렌치 T 내의 저부 부근에 TiO2막이 많이 형성된다. 따라서, 도 9d에 도시한 바와 같은 보텀 업성이 높은 매립 성막이 가능해진다.
계속해서, 웨이퍼 W가 제3 처리 영역 P3을 통과하면, 다시 도 9b에 도시한 상태로 되어, 흡착 저해기 Ti-F가 트렌치 T 내의 상부 및 웨이퍼 W의 표면에 흡착된다.
이하, 각 반응 가스를 공급하면서 회전 테이블(2)을 반복하여 회전시킴으로써, 도 9b 내지 도 9d에 도시한 사이클이 반복되어, 트렌치 T의 개구부가 막히지 않은 상태에서, 저면측으로부터 TiO2막이 퇴적된다.
도 9e는, 도 9d보다도 성막이 더 진행된 상태를 도시한 도면이다. 도 9e에 도시된 바와 같이, TiO2막에 V자의 단면을 형성하면서, 개구부를 막지 않는 보텀 업성이 높은 성막을 행할 수 있다. 그리고, 최종적으로는 심리스한 막으로 트렌치 T를 매립할 수 있어, 보이드 등을 발생시키지 않고 고품질의 매립 성막을 행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법에 의하면, 할로겐 함유 가스를 트렌치 T의 상부에 공급하여 흡착 저해기를 형성하면서 ALD(Atomic Layer Deposition)법에 의한 성막을 행함으로써, 보텀 업성이 높은 선택적인 성막을 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 할로겐 함유 가스에 ClF3을 사용한 예를 들어 설명했지만, 이미 설명한 바와 같이 F2, NF3, CF4, BCl3, HCl 등을 사용해도 되는 것은 물론이다. 또한, 제2 반응 가스도 H2O 외에 H2O2 등을 사용해도 되고, 다른 산화 가스를 사용해도 된다. 또한, 질화막을 성막하는 경우에는 NH3 등의 질화 가스를 사용해도 된다. 또한, 제1 반응 가스도 TiCl4 외에, 용도에 따라 다양한 원료 가스를 사용할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 플라즈마 발생기(80)를 사용하지 않는 예를 들어 설명했지만, 할로겐 함유 가스가 에칭 작용을 발현하지 않는 범위에서, 플라즈마를 사용하는 것도 당연히 가능하다. 이 경우에는 웨이퍼 W의 온도를 약간 높게 한 프로세스에도 적용 가능하다.
[변형예]
지금까지, 흡착 저해기를 생성하기 위하여, 할로겐 함유 가스를 웨이퍼 W에 공급한 실시 형태에 대하여 설명했지만, Ar/H2의 혼합 가스를 플라즈마화하여 공급해도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, H기가 흡착 저해기로서 기능하여, TiCl4 등의 원료 가스의 흡착을 저해할 수 있어, 보텀 업 성막을 행하는 것이 가능하다. 이러한 성막 방법을 실시하기 위해서는, 플라즈마 발생기(80)를 탑재, 기동함과 함께, 반응 가스 노즐(33)로부터 Ar/H2의 혼합 가스를 플라즈마화하여 공급하여, 트렌치 T 내의 상부에 H기를 흡착 저해기로서 흡착시켜, ALD법에 의한 성막을 행하면 된다.
[실험 결과]
이어서, 본 발명의 실효성을 나타내는 실험 결과에 대하여 설명한다.
도 10은 Ti-F기의 표면 잔류성을 나타내기 위한 실험 결과이다. 본 실험에서는, 흡착 저해기인 Ti-F기를 웨이퍼 W의 트렌치 T 내에 생성했을 때에, TiF4가 증발되어 흡착 저해기로서의 역할을 달성할 수 있는지의 여부를 확인했다.
도 10에 도시된 바와 같이 TiF4의 증기압은 TiCl4보다도 낮고, 성막 압력 및 그의 1/10, 1/100의 압력에 있어서도 증발 온도는 높다. 따라서, 불소 함유 가스를 웨이퍼 W에 공급한 경우, 흡착 저해기 Ti-F는 증발되지 않고 웨이퍼 W의 표면에 잔류되어, 흡착 저해기로서의 역할을 적절하게 행할 수 있다.
도 11은 흡착 저해기인 H기를 웨이퍼 W의 표면 상에 형성하고, 성막을 행한 경우의 성막 개시 시간을 조사한 실험 결과이다. 도 11에 도시된 바와 같이 H기가 형성된 특성선 B는 원점 부근(사이클 0 부근)에 있어서, 표면에 OH기(흡착기)가 흡착된 특성선 A보다도 성막 개시 시간이 지연되어 있으며, 성막의 개시가 저해되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 흡착 저해기를 웨이퍼 W의 표면에 형성함으로써 성막을 저해할 수 있다. 이 성질을 이용하여, 본 발명의 실시 형태에 기재한 바와 같이, 트렌치 T의 상부에 흡착 저해기를 형성하면, 상부에 있어서의 성막을 저해하여, 보텀 업성이 높은 성막을 행할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 보텀 업성이 높은 매립 성막을 행할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태 및 실시예에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태 및 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고, 상술한 실시 형태 및 실시예에 다양한 변형 및 치환을 추가할 수 있다.

Claims (17)

  1. 기판의 표면에 형성되어 있는 오목 패턴에 저면측으로부터 막을 매립하는 성막 방법이며,
    상기 기판의 표면 및 상기 오목 패턴의 상부에 플라즈마에 의해 활성화한 할로겐 함유 가스를 공급하여 흡착시켜, 흡착 저해기를 형성하는 할로겐 함유 가스 공급 공정과,
    상기 오목 패턴을 포함하는 상기 기판의 표면에 제1 반응 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면의 상기 흡착 저해기에 흡착을 저해되지 않는 영역, 즉 상기 기판의 표면 및 상기 오목 패턴의 상부를 제외한 상기 오목 패턴의 저부를 포함하는 영역에 상기 제1 반응 가스를 흡착시키는 제1 반응 가스 공급 공정과,
    상기 오목 패턴을 포함하는 상기 기판의 표면에 상기 제1 반응 가스와 반응하는 제2 반응 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면에 흡착된 상기 제1 반응 가스와 상기 제2 반응 가스의 반응 생성물을 생성함으로써, 상기 오목 패턴의 상기 저부에 해당 반응 생성물의 분자층을 퇴적시키는 제2 반응 가스 공급 공정을 갖는 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판의 온도는, 상기 할로겐 함유 가스가 에칭 작용을 발생하지 않는 소정의 온도 이하로 설정되어 있는 성막 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 소정의 온도는 250℃인 성막 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 소정의 온도는 150℃인 성막 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 할로겐 함유 가스는, 상기 오목 패턴의 저면에 도달하지 않는 소정의 유량으로 공급되는 성막 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 할로겐 함유 가스는 불소를 포함하는 가스인 성막 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 흡착 저해기는 불소기가 형성되는 성막 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 반응 가스는 티타늄 함유 가스인 성막 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 티타늄 함유 가스는 TiCl4이며,
    상기 막은 TiO2인 성막 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 기판은, 회전 테이블 상에 주위 방향을 따라 배치되고,
    해당 회전 테이블 상에 상기 주위 방향을 따라 할로겐 함유 가스 공급 영역과, 제1 반응 가스 공급 영역과, 제2 반응 가스 공급 영역이 회전 방향을 따라 서로 이격하여 배치되고,
    상기 회전 테이블이 상기 회전 방향으로 회전함으로써, 상기 할로겐 함유 가스 공급 공정과, 상기 제1 반응 가스 공급 공정과, 상기 제2 반응 가스 공급 공정을, 순차 반복하여 상기 분자층을 퇴적시키는 성막 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 할로겐 함유 가스 공급 영역과 상기 제1 반응 가스 공급 영역 사이 및 상기 제1 반응 가스 공급 영역과 상기 제2 반응 가스 공급 영역 사이에는 퍼지 가스를 상기 기판의 표면에 공급하는 퍼지 가스 공급 영역이 형성되고,
    상기 할로겐 함유 가스 공급 공정과 상기 제1 반응 가스 공급 공정 사이 및 상기 제1 반응 가스 공급 공정과 상기 제2 반응 가스 공급 공정 사이에는 퍼지 가스 공급 공정이 마련된 성막 방법.
  12. 처리실과,
    해당 처리실 내에 설치되고, 표면 상에 기판을 적재 가능한 기판 적재 영역을 갖는 회전 테이블과,
    해당 회전 테이블 상에 회전 방향을 따라 소정 영역에 형성되고, 상기 회전 테이블 상에 제1 반응 가스를 공급 가능한 제1 반응 가스 공급 영역과,
    상기 회전 테이블 상이며, 해당 제1 반응 가스 공급 영역의 상기 회전 방향에 있어서의 하류측에 형성되고, 상기 회전 테이블 상에 상기 제1 반응 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성 가능한 제2 반응 가스를 공급 가능한 제2 반응 가스 공급 영역과,
    상기 회전 테이블 상이며, 해당 제2 반응 가스 공급 영역의 상기 회전 방향에 있어서의 하류측에 형성되고, 상기 회전 테이블 상에 할로겐 함유 가스를 공급 가능한 할로겐 함유 가스 공급 영역과,
    상기 할로겐 함유 가스 공급 영역에 설치된 상기 할로겐 함유 가스를 플라즈마화하는 플라즈마 발생 수단과,
    상기 회전 테이블보다 하방에 설치되고, 상기 할로겐 함유 가스에 에칭 작용을 발생시키지 않는 소정의 온도로 상기 회전 테이블을 가열하는 히터를 갖는 성막 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 할로겐 함유 가스 공급 영역과 상기 제1 반응 가스 공급 영역 사이 및 상기 제1 반응 가스 공급 영역과 상기 제2 반응 가스 공급 영역 사이에 설치되고, 상기 회전 테이블 상에 퍼지 가스를 공급 가능한 퍼지 가스 공급 영역을 갖는 성막 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 기판의 표면에 오목 패턴이 형성되어 있을 때,
    상기 할로겐 함유 가스 공급 영역에 있어서, 상기 할로겐 함유 가스가 상기 오목 패턴의 저면까지 도달하지 않는 유량으로 조절하여 상기 할로겐 함유 가스를 공급 가능한 유량 조정 수단을 더 갖는 성막 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 할로겐 함유 가스 공급 영역을 상기 제2 반응 가스 공급 영역으로부터 구획하는 측벽을 갖는 프레임 부재를 구비한 성막 장치.
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