KR102117740B1 - 실리콘 질화막의 성막 방법 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 V자의 개구 단면 형상을 형성하면서, 매립 특성이 양호한 매립 성막을 행하는 것이 가능한 실리콘 질화막의 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
표면에 오목부가 형성된 기판에 암모니아 함유 가스를 공급하고, 상기 오목부의 표면을 질화하여 상기 오목부 내에 흡착 사이트를 형성하는 공정과,
상기 기판에 염소 함유 가스를 공급하고, 해당 염소 함유 가스를 상기 오목부의 최상부로부터 소정 깊이까지의 소정 영역에 물리 흡착시키고, 해당 소정 영역에 비흡착 사이트를 형성하는 공정과,
상기 기판에 실리콘 함유 가스를 공급하고, 상기 오목부 내의 상기 소정 영역 이외에 잔존한 저부를 포함하는 상기 흡착 사이트에 상기 실리콘 함유 가스를 흡착시키고, 상기 암모니아 함유 가스와 상기 실리콘 함유 가스의 반응에 의해 실리콘 질화막을 성막하는 공정을 갖는다.

Description

실리콘 질화막의 성막 방법 {METHOD FOR FORMING A SILICON NITRIDE FILM}
본 발명은 실리콘 질화막의 성막 방법에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 기판 상에 형성된 트렌치 내부에 산화 장벽막을 형성하는 공정과, 산화 장벽막 상에 팽창 가능한 막을 형성하는 공정과, 소성함으로써 수축하는 매립재를 사용하여, 트렌치를 매립하는 공정을 포함하고, 산화 장벽막을 형성하는 공정이, 트렌치 내부에 제1 시드층을 형성하는 공정과, 제1 시드층 상에 질화 실리콘막을 형성하는 공정을 포함하고, 산화 장벽막 상에 팽창 가능한 막을 형성하는 공정이, 질화 실리콘막 상에 제2 시드층을 형성하는 공정과, 제2 시드층 상에 실리콘막을 형성하는 공정을 포함하는 트렌치의 매립 방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
이러한 특허문헌 1에 기재된 트렌치의 매립 방법에 의하면, 트렌치의 미세화가 더욱 진전되어도, 트렌치의 내부에, 팽창 가능한 막 및 산화 장벽이 되는 막을 형성하는 것이 가능해진다.
일본 특허 공개 제2012-138501호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 팽창 가능한 막이 아니라, 배선용의 미세한 트렌치 등의 오목부에 실리콘 질화막을, 보이드를 발생시키지 않고, 양호한 매립 특성으로 매립하고 싶은 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 오목부의 형상을 따른 컨포멀한 매립 성막을 행하는 것만으로는 불충분하고, 개구를 막지 않도록 V자의 단면 형상을 유지하면서 오목부 내에 실리콘 질화막을 충전하지 않으면, 양호한 매립 성막을 행할 수 없는 경우가 있다. 즉, 오목부가 미세하기 때문에, 컨포멀하게 매립 성막을 실시할 예정이라도, 오목부의 중단에 보이드가 존재하는 상태에서 개구를 막아 버리는 경우가 있다. 이와 같은 성막에서는, 상술한 바와 같이 V자의 개구 단면 형상을 유지하면서 천천히 매립 성막을 행하지 않으면, 보이드의 발생을 방지할 수 없다.
그래서, 본 발명은 보이드의 발생을 억제하고, 매립 특성이 양호한 매립 성막을 행하는 것이 가능한 실리콘 질화막의 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태에 관한 성막 방법은 표면에 오목부가 형성된 기판에 암모니아 함유 가스를 공급하고, 상기 오목부의 표면을 질화하여 상기 오목부 내에 흡착 사이트를 형성하는 공정과,
상기 기판에 염소 함유 가스를 공급하고, 해당 염소 함유 가스를 상기 오목부의 최상부로부터 소정 깊이까지의 소정 영역에 물리 흡착시키고, 해당 소정 영역에 비흡착 사이트를 형성하는 공정과,
상기 기판에 실리콘 함유 가스를 공급하고, 상기 오목부 내의 상기 소정 영역 이외에 잔존한 저부를 포함하는 상기 흡착 사이트에 상기 실리콘 함유 가스를 흡착시키고, 상기 암모니아 함유 가스와 상기 실리콘 함유 가스의 반응에 의해 실리콘 질화막을 성막하는 공정을 갖는다.
본 발명에 따르면, 보이드를 억제하면서 양호한 매립 특성으로 오목부 내에 실리콘 질화막을 매립할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 SiN막의 성막 방법에 적용 가능한 성막 장치의 일례의 개략 종단면도.
도 2는 성막 장치의 일례의 개략 평면도.
도 3은 성막 장치의 회전 테이블의 동심원을 따른 단면도.
도 4는 성막 장치의 플라즈마 발생부의 일례의 종단면도.
도 5는 성막 장치의 플라즈마 발생부의 일례의 분해 사시도.
도 6은 성막 장치의 플라즈마 발생부에 설치되는 하우징의 일례의 사시도.
도 7은 성막 장치의 플라즈마 발생부의 일례의 평면도.
도 8은 성막 장치의 플라즈마 발생부에 설치되는 패러데이 실드의 일부를 도시하는 사시도.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 관한 실리콘 질화막의 성막 방법의 일례를 도시한 도면. 도 9의 (a)는 질화 공정의 일례를 도시한 도면. 도 9의 (b)는 비흡착 사이트 형성 공정의 일례를 도시한 도면.
도 10은 염소와 수소의 전기 음성도의 차를 설명하기 위한 도면. 도 10의 (a)는 대표적인 원소의 전기 음성도를 도시한 도면. 도 10의 (b)는 염소 및 수소의 전기 음성도를 포함하는 소정의 원소의 전기 음성도를 나타낸 일람표. 도 10의 (c)는 소정의 원자간의 결합 에너지와 전기 음성도의 차를 나타낸 일람표.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 관한 SiN막의 성막 방법의 일례를 도시한 도면. 도 11의 (a)는 웨이퍼(W)에 형성된 오목부(130)의 일례를 도시한 도면. 도 11의 (b)는 질화 공정의 일례를 도시한 도면. 도 11의 (c)는 비흡착 사이트 형성 공정의 일례를 도시한 도면. 도 11의 (d)는 성막 공정의 일례를 도시한 도면.
도 12는 염소의 흡착 저해 효과를 확인하기 위해 행한 실험 결과를 도시한 도면.
도 13은 염소의 유량과, 실리콘 함유 가스의 흡착 저해 효과의 관계를 설명하기 위한 도면. 도 13의 (a)는 염소의 유량과 SiN막의 막 두께의 관계를 도시한 도면. 도 13의 (b)는 염소의 유량과 SiN막의 Y축 상의 막 두께를 도시한 도면.
도 14는 도 13과 동일한 염소의 유량을 변화시키는 실험을, 표면에 트렌치상의 오목부(130)가 형성된 웨이퍼(W)에 대하여 행한 결과를 도시한 도면. 도 14의 (a)는 실험 결과의 SEM 화상을 도시한 도면. 도 14의 (b)는 도 14의 (a)의 결과를 그래프로 도시한 도면.
도 15는 염소의 흡착이 물리 흡착인 것을 확인하기 위해 행한 실험의 결과를 도시한 도면.
도 16은 본 발명의 실시 형태에 관한 SiN막의 성막 방법을, 회전 테이블(2)의 회전 속도를 변화시켜 실시한 결과를 도시한 도면.
도 17은 도 16에서 설명한 실시 결과의 오목부의 매립 특성을 도시한 도면. 도 17의 (a)는 회전 테이블(2)의 회전 속도를 변화시켜 웨이퍼(W)에 형성된 트렌치로의 매립 성막을 실시한 결과의 SEM 화상을 도시한 도면. 도 17의 (b)는 도 17의 (a)의 결과를 그래프화하여 도시한 도면.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태의 설명을 행한다.
<성막 장치의 구성>
도 1에 본 발명의 실시 형태에 관한 실리콘 질화막의 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치의 일례의 개략 종단면도를 도시한다. 또한, 도 2에 본 발명의 실시 형태에 관한 실리콘 질화막의 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치의 일례의 개략 평면도를 도시한다. 또한, 도 2에서는 설명의 편의상, 천장판(11)의 묘화를 생략하고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치는 평면 형상이 대략 원형인 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 설치되고, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 가짐과 함께 웨이퍼(W)를 회전시키기 위한 회전 테이블(2)을 구비하고 있다.
진공 용기(1)는 회전 테이블(2)의 후술하는 오목부(24)에 대향하는 위치에 설치된 천장판(천장부)(11)과, 용기 본체(12)를 구비하고 있다. 또한, 용기 본체(12)의 상면의 주연부에는 링상으로 설치된 시일 부재(13)가 설치되어 있다. 그리고, 천장판(11)은 용기 본체(12)로부터 착탈 가능하게 구성되어 있다. 평면에서 보면 진공 용기(1)의 직경 치수(내경 치수)는 한정되지 않지만, 예를 들어 1100㎜ 정도로 할 수 있다.
진공 용기(1) 내의 상면측에 있어서의 중앙부에는 진공 용기(1) 내의 중심부 영역 C에 있어서 서로 다른 처리 가스끼리가 혼합되는 것을 억제하기 위해 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있다.
회전 테이블(2)은 중심부에서 대략 원통 형상의 코어부(21)에 고정되어 있고, 이 코어부(21)의 하면에 접속됨과 함께 연직 방향으로 신장하는 회전축(22)에 대하여, 연직축 주위, 도 2에 도시하는 예에서는 시계 방향으로, 구동부(23)에 의해 회전 가능하게 구성되어 있다. 회전 테이블(2)의 직경 치수는 한정되지 않지만, 예를 들어 1000㎜ 정도로 할 수 있다.
회전축(22) 및 구동부(23)는 케이스체(20)에 수납되어 있고, 이 케이스체(20)는 상면측의 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저면부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있다. 또한, 이 케이스체(20)에는 회전 테이블(2)의 하방 영역에 Ar 가스 등을 퍼지 가스(분리 가스)로서 공급하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 접속되어 있다.
진공 용기(1)의 저면부(14)에 있어서의 코어부(21)의 외주측은 회전 테이블(2)에 하방측으로부터 근접하도록 링상으로 형성되어 돌출부(12a)를 이루고 있다.
회전 테이블(2)의 표면부에는 직경 치수가, 예를 들어 300㎜인 웨이퍼(W)를 적재하기 위한 원 형상의 오목부(24)가 기판 적재 영역으로서 형성되어 있다. 이 오목부(24)는 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라, 복수 개소, 예를 들어 5개소에 설치되어 있다. 오목부(24)는 웨이퍼(W)의 직경보다도 약간, 구체적으로는 1㎜ 내지 4㎜ 정도 큰 내경을 갖는다. 또한, 오목부(24)의 깊이는 웨이퍼(W)의 두께에 거의 동등하거나, 또는 웨이퍼(W)의 두께보다도 크게 구성된다. 따라서, 웨이퍼(W)가 오목부(24)에 수용되면, 웨이퍼(W)의 표면과, 회전 테이블(2)의 웨이퍼(W)가 적재되지 않은 영역의 표면이 동일한 높이가 되거나, 웨이퍼(W)의 표면이 회전 테이블(2)의 표면보다도 낮아진다. 또한, 오목부(24)의 깊이는 웨이퍼(W)의 두께보다도 깊은 경우라도, 너무 깊게 하면 성막에 영향을 미치는 경우가 있으므로, 웨이퍼(W)의 두께의 3배 정도의 깊이까지로 하는 것이 바람직하다.
오목부(24)의 저면에는 웨이퍼(W)를 하방측으로부터 밀어올려 승강시키기 위한, 예를 들어 후술하는 3개의 승강 핀이 관통하는, 도시하지 않은 관통 구멍이 형성되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)에 있어서의 오목부(24)의 통과 영역과 대향하는 위치에는, 예를 들어 석영을 포함하는 복수개, 예를 들어 5개의 노즐(31, 32, 33, 41, 42)이 진공 용기(1)의 주위 방향으로 서로 간격을 두고 방사상으로 배치되어 있다. 이들 각각의 노즐(31, 32, 33, 41, 42)은 회전 테이블(2)과 천장판(11) 사이에 배치된다. 또한, 이들 각각의 노즐(31, 32, 33, 41, 42)은, 예를 들어 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 중심부 영역 C를 향해 웨이퍼(W)에 대향하여 수평으로 신장되도록 설치되어 있다.
도 2에 도시하는 예에서는, 제1 처리 가스 노즐(31)로부터 시계 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로, 분리 가스 노즐(42), 제2 처리 가스 노즐(32), 제3 처리 가스 노즐(33), 분리 가스 노즐(41)이 이 순서로 배열되어 있다. 그러나, 본 실시 형태에 관한 기판 처리 장치는 이 형태로 한정되지 않고, 회전 테이블(2)의 회전 방향은 반시계 방향이어도 되고, 이 경우, 제1 처리 가스 노즐(31)로부터 반시계 방향으로, 분리 가스 노즐(42), 제2 처리 가스 노즐(32), 제3 처리 가스 노즐(33), 분리 가스 노즐(41)이 이 순서로 배열되게 된다.
제2 처리 가스 노즐(32)의 상방측에는, 도 2에 도시한 바와 같이 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(32)로부터 토출되는 질화 가스를 플라즈마화하기 위해, 플라즈마 발생부(80)가 각각 설치되어 있다. 플라즈마 발생부(80)에 대해서는, 후술한다. 질화 가스에는, 예를 들어 암모니아(NH3) 함유 가스가 사용된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 각각의 처리 영역에 하나의 노즐을 배치하는 예를 나타냈지만, 각각의 처리 영역에 복수의 노즐을 배치하는 구성이어도 된다. 예를 들어, 제2 처리 가스 노즐(32)은 복수의 플라즈마 처리용 가스 노즐로 구성되고, 암모니아(NH3) 가스 외에, 아르곤(Ar) 가스, 수소(H2) 가스 등을 각각 공급하는 구성이어도 되고, 하나의 플라즈마 처리용 가스 노즐만을 배치하고, 암모니아 가스, 아르곤 가스 및 수소 가스의 혼합 가스를 공급하는 구성이어도 된다.
제1 처리 가스 노즐(31)은 실리콘 함유 가스 공급부를 이루고 있다. 또한, 제2 처리 가스 노즐(32)은 질화 가스 공급부를 이루고 있고, 제3 처리 가스 노즐(33)은 염소 함유 가스 공급부를 이루고 있다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)은 각각 분리 가스 공급부를 이루고 있다.
각 노즐(31, 32, 33, 41, 42)은 유량 조정 밸브를 통해, 도시하지 않은 각각의 가스 공급원에 접속되어 있다.
제1 처리 가스 노즐(31)은 실리콘 질화막의 원료 가스가 되는 실리콘 함유 가스를 공급한다. 용도에 따라 다양한 실리콘 함유 가스를 공급해도 되지만, 예를 들어 DCS(SiH2Cl2, 디클로로실란) 가스 등의 실란계 가스를 사용할 수 있다.
제1 처리 가스 노즐(31)로부터 공급되는 실리콘 함유 가스의 예로서는, DCS[디클로로실란], HCD[헥사클로로디실란], DIPAS[디이소프로필아미노실란], 3DMAS[트리스디메틸아미노실란] 가스, BTBAS[비스터셔리부틸아미노실란] 등을 들 수 있다.
제2 처리 가스 노즐(32)로부터 공급되는 질화 가스로서는, 암모니아 함유 가스를 들 수 있고, 암모니아 외에, 아르곤, 수소 등을 포함해도 된다. 질화 가스는 충분한 질화력을 얻기 위해, 플라즈마에 의해 활성화하여 공급하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 처리 가스 노즐(32)의 상방에는 플라즈마 발생부(80)가 설치되어 있다. 이로 인해, 암모니아 함유 가스는, 예를 들어 플라즈마화하여 공급하는 데 적합한 아르곤, 수소 등과 함께 공급되는 것이 바람직하다.
제3 처리 가스 노즐(33)로부터는 염소 함유 가스가 공급된다. 염소 함유 가스는 질화된 웨이퍼(W) 또는 실리콘 질화막의 표면에, 비흡착 사이트를 형성하기 위해 공급된다. 구체적으로는, 염소 함유 가스는 웨이퍼(W)의 표면에 트렌치, 비아 홀 등의 오목부가 형성되어 있는 경우에, 오목부의 상부에 비흡착 사이트를 형성하고, 오목부의 저면측으로부터 매립 성막이 진행되는 것을 촉진하는 역할을 완수한다. 이와 같은 역할을 완수하기 위해, 제3 처리 가스 노즐(33)로부터 염소 함유 가스가 공급되지만, 공급되는 가스는 염소 가스 단독이어도 되고, 다른 종류의 가스와 함께 공급되어도 된다. 따라서, 제3 처리 가스 노즐(33)로부터 공급되는 염소 함유 가스는 단독의 염소 가스와, 염소 가스와 다른 종류의 가스의 혼합 가스의 양쪽을 포함한다.
또한, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 공급되는 분리 가스로서는, 예를 들어 질소(N2) 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 들 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 2에 도시하는 예에서는, 제1 처리 가스 노즐(31)로부터 시계 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로, 분리 가스 노즐(42), 제2 처리 가스 노즐(32), 제3 처리 가스 노즐(33), 분리 가스 노즐(41)이 이 순서로 배열되어 있다. 즉, 웨이퍼(W)의 실제의 처리에 있어서는, 제1 처리 가스 노즐(31)로부터 공급된 실리콘 함유 가스가 공급된 웨이퍼(W)는 분리 가스 노즐(42)로부터의 분리 가스, 제2 처리 가스 노즐(32)로부터의 질화 가스, 제3 처리 가스 노즐(33)로부터의 염소 함유 가스, 분리 가스 노즐(41)로부터의 분리 가스의 순서로, 가스에 노출된다.
이들 노즐(31, 32, 33, 41, 42)의 하면측[회전 테이블(2)에 대향하는 측]에는 상술한 각 가스를 토출하기 위한 가스 토출 구멍(34)이 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 복수 개소에, 예를 들어 등간격으로 형성되어 있다. 각 노즐(31, 32, 33, 41, 42)의 각각의 하단 에지와 회전 테이블(2)의 상면의 이격 거리가, 예를 들어 1 내지 5㎜ 정도가 되도록 배치되어 있다.
제1 처리 가스 노즐(31)의 하방 영역은 실리콘 함유 가스를 웨이퍼(W)에 공급하고, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 오목부 내 전체에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역 P1이다. 또한, 제2 처리 가스 노즐(32)의 하방 영역은 웨이퍼(W)의 표면 상에 흡착한 실리콘 함유 가스와 반응하여 반응 생성물인 SiN막을 생성 가능한 질화 가스를 플라즈마화하여 웨이퍼(W)의 표면 상에 공급하고, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 오목부 내의 표면 전체에 SiN막을 퇴적시키기(매립하기) 위한 제2 처리 영역 P2이다. 제3 처리 가스 노즐(33)의 하방 영역은 오목부 내 상부의 SiN막 상에 비흡착 사이트를 형성하기 위해 염소 함유 가스를 웨이퍼(W)의 표면에 공급하기 위한 제3 처리 영역 P3이 된다.
도 3에 본 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 회전 테이블의 동심원을 따른 단면도를 도시한다. 또한, 도 3은 보다 상세하게는 분리 영역 D로부터 제1 처리 영역 P1을 거친 분리 영역 D까지의 단면도이다.
분리 영역 D에 있어서의 진공 용기(1)의 천장판(11)에는 대략 부채형의 볼록 형상부(4)가 설치되어 있다. 볼록 형상부(4)는 천장판(11)의 이면에 설치되어 있고, 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 형성된다.
천장면(44)을 형성하는 볼록 형상부(4)는, 도 2에 도시한 바와 같이 정상부가 원호상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고 있다. 또한, 볼록 형상부(4)에는 주위 방향 중앙에 있어서, 반경 방향으로 신장하도록 형성된 홈부(43)가 형성되고, 분리 가스 노즐(41, 42)이 이 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 또한, 볼록 형상부(4)의 주연부[진공 용기(1)의 외연측의 부위]는 각 처리 가스끼리의 혼합을 저지하기 위해, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향함과 함께 용기 본체(12)에 대하여 약간 이격하도록, L자형으로 굴곡되어 있다.
제1 처리 가스 노즐(31)의 상방측에는 실리콘 함유 가스를 웨이퍼(W)를 따라 통류시키기 위해, 또한 분리 가스가 웨이퍼(W)의 근방을 피해 진공 용기(1)의 천장판(11)측을 통류하도록, 노즐 커버(230)가 설치되어 있다. 노즐 커버(230)는, 도 3에 도시한 바와 같이 제1 처리 가스 노즐(31)을 수납하기 위해 하면측이 개방된 대략 상자형의 커버체(231)와, 이 커버체(231)의 하면측 개구단에 있어서의 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측 및 하류측에 각각 접속된 판상체인 정류판(232)을 구비하고 있다. 또한, 회전 테이블(2)의 회전 중심측에 있어서의 커버체(231)의 측벽면은 제1 처리 가스 노즐(31)의 선단부에 대향하도록 회전 테이블(2)을 향해 신장되어 있다. 또한, 회전 테이블(2)의 외연측에 있어서의 커버체(231)의 측벽면은 제1 처리 가스 노즐(31)에 간섭하지 않도록 잘라 내어져 있다.
이어서, 제2 처리 가스 노즐(32)의 상방측에 배치되는 플라즈마 발생부(80)에 대하여, 상세하게 설명한다.
도 4에 본 발명의 실시 형태에 관한 실리콘 질화막의 성막 방법에 사용되는 성막 장치의 플라즈마 발생부의 일례의 종단면도를 도시한다. 또한, 도 5에 플라즈마 발생부의 일례의 분해 사시도를 도시한다. 또한, 도 6에, 플라즈마 발생부에 설치되는 하우징의 일례의 사시도를 도시한다.
플라즈마 발생부(80)는 금속선 등으로 형성되는 안테나(83)를 코일상으로, 예를 들어 연직축 주위에 3중으로 권회하여 구성되어 있다. 또한, 플라즈마 발생부(80)는 평면에서 볼 때 회전 테이블(2)의 직경 방향으로 신장하는 띠상체 영역을 둘러싸도록, 또한 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)의 직경 부분에 걸쳐 있도록 배치되어 있다.
안테나(83)는 정합기(84)를 통해 주파수가, 예를 들어 13.56㎒ 및 출력 전력이, 예를 들어 5000W의 고주파 전원(85)에 접속되어 있다. 그리고, 이 안테나(83)는 진공 용기(1)의 내부 영역으로부터 기밀하게 구획되도록 설치되어 있다. 또한, 안테나(83)와 정합기(84) 및 고주파 전원(85)을 전기적으로 접속하기 위한 접속 전극(86)이 설치된다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 처리 가스 노즐(32)의 상방측에 있어서의 천장판(11)에는 평면에서 볼 때 대략 부채형으로 개방된 개구부(11a)가 형성되어 있다.
개구부(11a)에는, 도 4에 도시한 바와 같이 개구부(11a)의 개구 에지부를 따르고, 이 개구부(11a)에 기밀하게 설치되는 환상 부재(82)를 갖는다. 후술하는 하우징(90)은 이 환상 부재(82)의 내주면측에 기밀하게 설치된다. 즉, 환상 부재(82)는 외주측이 천장판(11)의 개구부(11a)에 면하는 내주면(11b)에 대향함과 함께, 내주측이 후술하는 하우징(90)의 플랜지부(90a)에 대향하는 위치에, 기밀하게 설치된다. 그리고, 이 환상 부재(82)를 통해, 개구부(11a)에는 안테나(83)를 천장판(11)보다도 하방측에 위치시키기 위해, 예를 들어 석영 등의 유도체에 의해 구성된 하우징(90)이 설치된다.
도 6은 플라즈마 발생부(80)의 하우징의 일례를 도시한 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 하우징(90)은 상방측의 주연부가 주위 방향에 걸쳐서 플랜지상으로 수평하게 신장하여 플랜지부(90a)를 이룸과 함께, 평면에서 볼 때, 중앙부가 하방측의 진공 용기(1)의 내부 영역을 향해 오목해지도록 형성되어 있다.
하우징(90)은 이 하우징(90)의 하방에 웨이퍼(W)가 위치한 경우에, 회전 테이블(2)의 직경 방향에 있어서의 웨이퍼(W)의 직경 부분을 걸치도록 배치되어 있다. 또한, 환상 부재(82)와 천장판(11) 사이에는 O-링 등의 시일 부재(11c)가 설치된다.
진공 용기(1)의 내부 분위기는 환상 부재(82) 및 하우징(90)을 통해 기밀하게 설정되어 있다. 구체적으로는, 하우징(90)을 개구부(11a) 내에 감입하고, 계속해서 하우징(90)의 상면이며, 하우징(90)의 접촉부를 따르도록 프레임상으로 형성된 가압 부재(91)에 의해 하우징(90)을 하방측을 향해 주위 방향에 걸쳐서 가압한다. 또한, 이 가압 부재(91)를 도시하지 않은 볼트 등에 의해 천장판(11)에 고정한다. 이에 의해, 진공 용기(1)의 내부 분위기는 기밀하게 설정된다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(90)은 제3 처리 영역 P3, 즉 제3 처리 가스 노즐(33)의 상방에도 설치된다. 제3 처리 영역 P3에서는, 플라즈마 발생부(80)는 설치되지 않지만, 제2 처리 영역 P2에서 질화 가스가 공급되고 있고, 제3 처리 영역 P3에서 염소 함유 가스를 공급하기 때문에, 다른 2종류의 가스의 혼합을 방지하기 위해, 구획판을 설치하는 의미로 하우징(90)만 설치한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 하우징(90)의 하면에는 당해 하우징(90)의 하방측의 처리 영역 P2, P3의 각각을 주위 방향을 따라 둘러싸도록, 회전 테이블(2)을 향해 수직으로 신장하는 돌기부(92)가 형성되어 있다. 그리고, 이 돌기부(92)의 내주면, 하우징(90)의 하면 및 회전 테이블(2)의 상면에 의해 둘러싸인 영역에는 전술한 제2 처리 가스 노즐(32) 및 제3 처리용 가스 노즐(33)이 수납되어 있다. 또한, 제2 처리 가스 노즐(32) 및 제3 처리 가스 노즐(33)의 기단부[진공 용기(1)의 내벽측]에 있어서의 돌기부(92)는 제2 처리 가스 노즐(32) 및 제3 처리 가스 노즐(33)의 외형을 따르도록 대략 원호상으로 잘라 내어져 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 하우징(90)의 하방측에는 돌기부(92)가 주위 방향에 걸쳐서 형성되어 있다. 시일 부재(11c)는 이 돌기부(92)에 의해, 플라즈마에 직접 노출되지 않고, 즉 플라즈마 생성 영역으로부터 격리되어 있다. 그로 인해, 플라즈마 생성 영역으로부터 플라즈마가, 예를 들어 시일 부재(11c)측으로 확산되려고 해도, 돌기부(92)의 하방을 경유하여 가게 되므로, 시일 부재(11c)에 도달하기 전에 플라즈마가 실활하게 된다.
하우징(90)의 상방측에는 당해 하우징(90)의 내부 형상을 대략 따르도록 형성된 도전성의 판상체인 금속판, 예를 들어 구리 등을 포함하는, 접지된 패러데이 실드(95)가 수납되어 있다. 이 패러데이 실드(95)는 하우징(90)의 저면을 따르도록 수평하게 형성된 수평면(95a)과, 이 수평면(95a)의 외종단으로부터 주위 방향에 걸쳐서 상방측으로 신장되는 수직면(95b)을 구비하고 있고, 평면에서 볼 때, 예를 들어 대략 육각형이 되도록 구성되어 있어도 된다.
도 7에 본 실시 형태에 관한 플라즈마 발생부의 일례의 평면도를 도시하고, 도 8에 본 실시 형태에 관한 플라즈마 발생부에 설치되는 패러데이 실드의 일부를 도시하는 사시도를 도시한다.
회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 패러데이 실드(95)를 본 경우의 우측 및 좌측에 있어서의 패러데이 실드(95)의 상단 에지는 각각, 우측 및 좌측으로 수평으로 신장하여 지지부(96)를 이루고 있다. 그리고, 패러데이 실드(95)와 하우징(90) 사이에는 지지부(96)를 하방측으로부터 지지함과 함께 하우징(90)의 중심부 영역 C측 및 회전 테이블(2)의 외연부측의 플랜지부(90a)에 각각 지지되는 프레임형체(99)가 설치되어 있다.
안테나(83)에 의해 생성한 전계가 웨이퍼(W)에 도달하는 경우, 웨이퍼(W)의 내부에 형성되어 있는 패턴(전기 배선 등)이 전기적으로 대미지를 받아 버리는 경우가 있다. 그로 인해, 도 8에 도시한 바와 같이, 수평면(95a)에는 안테나(83)에 있어서 발생하는 전계 및 자계(전자계) 중 전계 성분이 하방의 웨이퍼(W)를 향하는 것을 저지함과 함께, 자계를 웨이퍼(W)에 도달시키기 위해, 다수의 슬릿(97)이 형성되어 있다.
슬릿(97)은, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 안테나(83)의 권회 방향에 대하여 직교하는 방향으로 신장하도록, 주위 방향에 걸쳐서 안테나(83)의 하방 위치에 형성되어 있다. 여기서, 슬릿(97)은 안테나(83)에 공급되는 고주파에 대응하는 파장의 1/10000 이하 정도의 폭 치수가 되도록 형성되어 있다. 또한, 각각의 슬릿(97)의 길이 방향에 있어서의 일단측 및 타단측에는 이들 슬릿(97)의 개구단을 막도록, 접지된 도전체 등으로 형성되는 도전로(97a)가 주위 방향에 걸쳐서 배치되어 있다. 패러데이 실드(95)에 있어서 이들 슬릿(97)의 형성 영역으로부터 벗어난 영역, 즉 안테나(83)가 권회된 영역의 중앙측에는 당해 영역을 통해 플라즈마의 발광 상태를 확인하기 위한 개구부(98)가 형성되어 있다. 또한, 전술한 도 2에 있어서는, 간단화를 위해, 슬릿(97)을 생략하고 있고, 슬릿(97)의 형성 영역예를, 일점 쇄선으로 나타내고 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 패러데이 실드(95)의 수평면(95a) 상에는 패러데이 실드(95)의 상방에 적재되는 플라즈마 발생부(81a, 81b)와의 사이의 절연성을 확보하기 위해, 두께 치수가, 예를 들어 2㎜ 정도인 석영 등으로 형성되는 절연판(94)이 적층되어 있다. 즉, 플라즈마 발생부(81a, 81b)는 각각, 하우징(90), 패러데이 실드(95) 및 절연판(94)을 통해 진공 용기(1)의 내부[회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)]를 면하도록 배치되어 있다.
또한, 제3 처리 영역 P3에 있어서는, 도 5에 도시하는 하우징(90)만이 설치되고, 플라즈마 발생부(80)를 포함한 하우징(90)보다 상방의 부품은 설치하지 않아도 된다.
다시, 본 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 다른 구성 요소에 대하여, 설명한다.
회전 테이블(2)의 외주측에 있어서, 회전 테이블(2)보다도 약간 하방 위치에는, 도 2에 도시한 바와 같이 커버체인 사이드 링(100)이 배치되어 있다. 사이드 링(100)의 상면에는 서로 주위 방향으로 이격하도록, 예를 들어 2개소에 배기구(61, 62)가 형성되어 있다. 다른 표현으로 하면, 진공 용기(1)의 저면에는 2개의 배기구가 형성되고, 이들 배기구에 대응하는 위치에 있어서의 사이드 링(100)에는 배기구(61, 62)가 형성되어 있다.
본 명세서에 있어서는, 배기구(61, 62) 중 한쪽 및 다른 쪽을 각각, 제1 배기구(61), 제2 배기구(62)라고 칭한다. 여기서는, 제1 배기구(61)는 분리 가스 노즐(42)과, 이 분리 가스 노즐(42)에 대하여, 회전 테이블의 회전 방향 하류측에 위치하는 제1 플라즈마 발생부(81a) 사이에 형성되어 있다. 또한, 제2 배기구(62)는 제2 플라즈마 발생부(81b)와, 이 플라즈마 발생부(81b)보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측의 분리 영역 D 사이에 형성되어 있다.
제1 배기구(61)는 제1 처리 가스나 분리 가스를 배기하기 위한 것이고, 제2 배기구(62)는 플라즈마 처리용 가스나 분리 가스를 배기하기 위한 것이다. 이들 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)는 각각, 나비 밸브 등의 압력 조정부(65)가 개재 설치된 배기관(63)에 의해, 진공 배기 기구인, 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다.
전술한 바와 같이, 중심부 영역 C측으로부터 외연측에 걸쳐서 하우징(90)을 배치하고 있기 때문에, 플라즈마 처리 영역 P2, P3에 대하여 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 통류해 오는 가스는 이 하우징(90)에 의해 배기구(62)를 향하려고 하는 가스류가 규제되어 버리는 경우가 있다. 그로 인해, 하우징(90)보다도 외주측에 있어서의 사이드 링(100)의 상면에는 가스가 흐르기 위한 홈형의 가스 유로(101)(도 1 및 도 2 참조)가 형성되어 있다.
천장판(11)의 하면에 있어서의 중앙부에는, 도 1에 도시한 바와 같이 볼록 형상부(4)에 있어서의 중심부 영역 C측의 부위와 연속하여 주위 방향에 걸쳐서 대략 링상으로 형성됨과 함께, 그 하면이 볼록 형상부(4)의 하면[천장면(44)]과 동일한 높이로 형성된 돌출부(5)가 설치되어 있다. 이 돌출부(5)보다도 회전 테이블(2)의 회전 중심측에 있어서의 코어부(21)의 상방측에는 중심부 영역 C에 있어서 각종 가스가 서로 혼합되는 것을 억제하기 위한 래비린스 구조부(110)가 배치되어 있다.
전술한 바와 같이 하우징(90)은 중심부 영역 C측으로 치우친 위치까지 형성되어 있으므로, 회전 테이블(2)의 중앙부를 지지하는 코어부(21)는 회전 테이블(2)의 상방측의 부위가 하우징(90)을 피하도록 회전 중심측에 형성되어 있다. 그로 인해, 중심부 영역 C측에서는 외연부측보다도, 각종 가스끼리가 혼합되기 쉬운 상태가 되어 있다. 그로 인해, 코어부(21)의 상방측에 래비린스 구조를 형성함으로써, 가스의 유로를 갖추어, 가스끼리가 혼합되는 것을 방지할 수 있다.
보다 구체적으로는, 래비린스 구조부(110)는 회전 테이블(2)측으로부터 천장판(11)측을 향해 수직으로 신장하는 벽부와, 천장판(11)측으로부터 회전 테이블(2)을 향해 수직으로 신장하는 벽부가, 각각 주위 방향에 걸쳐서 형성됨과 함께, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 교대로 배치된 구조를 갖는다. 래비린스 구조부(110)에서는, 예를 들어 제1 처리 가스 노즐(31)로부터 토출되어 중심부 영역 C를 향하려고 하는 제1 처리 가스는 래비린스 구조부(110)를 타고 넘어 갈 필요가 있다. 그로 인해, 중심부 영역 C를 향함에 따라 유속이 느려지고, 확산되기 어려워진다. 결과적으로, 처리 가스가 중심부 영역 C에 도달하기 전에, 중심부 영역 C에 공급되는 분리 가스에 의해, 처리 영역 P1측으로 되밀려지게 된다. 또한, 중심부 영역 C를 향하려고 하는 다른 가스에 대해서도, 마찬가지로 래비린스 구조부(110)에 의해 중심부 영역 C에 도달하기 어려워진다. 그로 인해, 처리 가스끼리가 중심부 영역 C에 있어서 서로 혼합되는 것이 방지된다.
한편, 분리 가스 공급관(51)으로부터 이 중심부 영역 C에 공급된 분리 가스는 주위 방향으로 급격하게 확산하려고 하지만, 래비린스 구조부(110)를 설치하고 있기 때문에, 래비린스 구조부(110)를 타고 넘는 동안에 유속이 억제되어 간다. 이 경우, 질소 가스는, 예를 들어 회전 테이블(2)과 돌기부(92) 사이의 매우 좁은 영역으로도 침입하려고 하지만, 래비린스 구조부(110)에 의해 유속이 억제되어 있으므로, 예를 들어 반송 아암(10)의 진퇴 영역 등의 비교적 넓은 영역으로 흘러간다. 그로 인해, 하우징(90)의 하방측으로의 질소 가스의 유입이 억제된다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저면부(14) 사이의 공간에는, 도 1에 도시한 바와 같이 가열 기구인 히터 유닛(7)이 설치되어 있다. 히터 유닛(7)은 회전 테이블(2)을 통해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를, 예를 들어 실온 내지 760℃ 정도로 가열할 수 있는 구성으로 되어 있다. 또한, 도 1에 있어서, 히터 유닛(7)의 측방측에 커버 부재(71a)가 설치되어 있고, 히터 유닛(7)의 상방에는 히터 유닛(7)의 상방측을 덮는 덮개 부재(7a)가 설치되어 있다. 또한, 진공 용기(1)의 저면부(14)에는 히터 유닛(7)의 하방측에 있어서, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(73)이, 주위 방향에 걸쳐서 복수 개소에 설치되어 있다.
진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2에 도시한 바와 같이 반송 아암(10)과 회전 테이블(2) 사이에 있어서 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 이 반송구(15)는 게이트 밸브 G보다 기밀하게 개폐 가능하게 구성되어 있다.
회전 테이블(2)의 오목부(24)는 이 반송구(15)에 면하는 위치에서 반송 아암(10)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해진다. 그로 인해, 회전 테이블(2)의 하방측의 전달 위치에 대응하는 개소에는 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어올리기 위한 도시하지 않은 승강 핀 및 승강 기구가 설치되어 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에는 장치 전체의 동작을 제어하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(120)가 설치되어 있다. 이 제어부(120)의 메모리 내에는 후술하는 기판 처리를 행하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은 장치의 각종 동작을 실행하도록 스텝군이 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체인 기억부(121)로부터 제어부(120) 내에 인스톨된다.
<실리콘 질화막의 성막 방법>
이어서, 본 발명의 실시 형태에 관한 실리콘 질화막의 성막 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 상술한 성막 장치를 사용하지 않는 프로세스에도 적용 가능한, 본 실시 형태에 관한 실리콘 질화막의 성막 방법 원리에 대하여 설명한다. 단, 설명은 상술한 성막 장치와의 관계를 설명하면서 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 관한 실리콘 질화막의 성막 방법의 일례를 도시한 도면이다. 도 9의 (a)는 질화 공정의 일례를 도시한 도면이다. 질화 공정에서는 웨이퍼(W)에 질화 가스가 공급되고, 기판 표면, 또는 기판 표면에 이미 SiN막이 성막되어 있는 경우에는 SiN막 표면의 질화가 행해진다. 질화 가스는 도 9의 (a)에 있어서는, NH3와 Ar의 혼합 가스, 즉 암모니아 함유 가스가 사용되어 있다. 또한, 질화 공정은 성막 대상의 표면을 질화하고, NH2기를 표면에 형성할 수 있으면, 질화 방법은 상관없지만, 플라즈마에 의해 질화 가스를 활성화하여 공급해도 된다. 상술한 성막 장치에서는 제2 처리 영역 P2에서, 제2 처리 가스 노즐(32)로부터 NH3/Ar이 공급되고, 플라즈마 발생부(80)에 의해 활성화되어 웨이퍼(W)의 표면에 공급된다. 이러한 질화 공정에 의해, 표면에 실리콘 함유 가스의 흡착 사이트가 형성된다.
도 9의 (b)는 비흡착 사이트 형성 공정의 일례를 도시한 도면이다. 비흡착 사이트 형성 공정에서는 웨이퍼(W)의 표면에 염소 함유 가스를 공급하고, 염소 가스의 NH2기로의 물리 흡착에 의해, 부분적으로 실리콘 함유 가스의 비흡착 사이트를 형성한다. 여기서, 염소 가스의 NH2기로의 물리 흡착은 NH2기의 선단에 있는 수소 H와 염소 Cl의 전기 음성도의 차에 의한 이온적인 흡착이다.
도 10은 염소와 수소의 전기 음성도의 차를 설명하기 위한 도면이다. 도 10의 (a)는 대표적인 원소의 전기 음성도를 도시한 도면이다. 도 10의 (a)에 있어서, 횡축은 족, 종축은 주기, 연직축은 전기 음성도의 크기를 나타내고 있다. 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 각 원소는 다양한 전기 음성도를 갖는다.
도 10의 (b)는 염소 및 수소의 전기 음성도를 포함하는 소정의 원소의 전기 음성도를 도시한 일람표이다. 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 염소의 전기 음성도는 3.0이고, 수소의 전기 음성도는 2.1이므로, 양자의 전기 음성도의 차는 0.9이다.
도 10의 (c)는 소정의 원자간의 결합 에너지와 전기 음성도의 차를 나타낸 일람표이다. 도 10의 (b)에서 설명한 바와 같이, H-Cl간의 전기 음성도의 차는 0.9이고, Si-F간의 2.2, Si-O간의 1.7보다는 작지만, Si-H간의 0.3보다는 큰 값이다. 따라서, 그다지 강하지는 없지만, 어느 정도의 흡인력으로 흡착하고 있다는 레벨에 있다고 생각된다.
도 9의 (b)로 돌아간다. 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 비흡착 사이트 형성 공정에서는 수소에 염소가 물리 흡착하는 상태가 된다. 또한, 염소의 흡착은 모든 NH2기에 행하는 것은 아니고, 소정의 영역에만 선택적으로 행해진다. NH2기가 평탄면 상에 형성되어 있으면, 그와 같은 선택적인 비흡착 사이트의 형성은 곤란하지만, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 트렌트, 비아 홀 등의 오목부에 매립 성막을 행하는 경우에는, 염소는 반드시 오목부의 안측까지 도달하지는 않고, 오목부의 상부에만 비흡착 사이트를 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 이 점의 상세에 대해서는 후술한다.
또한, 비흡착 사이드 형성 공정은, 상술한 성막 장치를 사용하는 경우에는, 제3 처리 영역 P3에 있어서, 제3 처리 가스 노즐(33)로부터 염소 함유 가스가 공급됨으로써 행해진다. 도 9의 (b)에 있어서는, Cl2/Ar의 혼합 가스가 공급된 예가 도시되어 있다. 또한, 비흡착 사이트 형성 공정에서는 물리 흡착에 의해 염소 가스를 NH2기에 흡착시키기 위해, 플라즈마는 사용하지 않는 것이 일반적이다. 상술한 성막 장치에 있어서도, 제3 처리 영역 P3에서는 플라즈마 발생부(80)를 설치하고 있지 않다.
도 9의 (c)는 성막 공정의 일례를 도시한 도면이다. 성막 공정에서는 웨이퍼(W)에 실리콘 함유 가스가 공급된다. 실리콘 함유 가스는 흡착 사이트인 NH2기에 흡착하고, 비흡착 사이트인 Cl2가 흡착한 영역에는 흡착하지 않는다. 따라서, 선택적으로 실리콘 함유 가스의 흡착이 행해진다. 흡착한 실리콘 함유 가스는 HCl가 빠지고, 화학 반응에 의해 표면 상에 퇴적하여, SiN막이 성막된다. 또한, 실리콘 함유 가스는, 도 9의 (c)에 있어서는, DCS가 사용된 예가 예시되어 있다.
성막 공정은, 상술한 성막 장치에서는 제1 처리 영역 P1에서 제1 처리 가스 노즐(31)로부터 실리콘 함유 가스가 공급됨으로써 행해진다. 또한, NH2기에 물리 흡착한 염소는 그다지 강한 흡착이 아니므로, 천천히 흡착이 풀려 감소해 가고, 소멸해 버린다. 예를 들어, 상술한 성막 장치에서는 웨이퍼(W)가 분리 영역 D를 통과하고, 분리 가스가 공급되어 퍼지된 단계에서 불어 날려져 소멸하는 경우가 많다.
도 9의 (a) 내지 (c)에 도시한 질화 공정, 비흡착 사이드 형성 공정, 성막 공정을 순차 반복함으로써, 천천히 SiN막이 퇴적하여, 성막이 진행되게 된다.
이와 같은 웨이퍼(W)로의 가스의 공급이 가능하면, 처리실 내에, 시간의 경과와 함께 전환하여 공급함으로써, 본 실시 형태에 관한 성막 방법을 실시할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 성막 방법은 상술한 성막 장치로 한정되지 않고, 다양한 성막 장치에서 실시 가능하다.
도 11은 도 9 및 도 10에서 설명한 성막 방법의 원리를 사용하여, 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 오목부에 매립을 행하는 성막 방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 11의 (a)는 웨이퍼(W)에 형성된 오목부(130)의 일례를 도시한 도면이다. 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 표면에는 트렌치, 비아 홀 등의 오목부(130)가 형성되어 있다. 오목부(130)는, 일반적으로는, 어떤 패턴을 형성하도록 구성되어 있다. 웨이퍼(W)의 오목부(130) 내도 포함한 표면에는, 예를 들어 OH기가 형성되어 있다.
도 11의 (b)는 질화 공정의 일례를 도시한 도면이다. 질화 공정에 있어서는, 웨이퍼(W)의 표면에 질화 가스가 공급되고, 오목부(130) 내 전체를 포함하는 웨이퍼(W)의 표면이 질화된다. 질화 공정에 의해, 웨이퍼(W)의 오목부(130) 내를 포함하는 표면 전체에 NH2기가 형성된다.
도 11의 (c)는 비흡착 사이트 형성 공정의 일례를 도시한 도면이다. 비흡착 사이트 형성 공정에서는 웨이퍼(W)의 표면에 염소 함유 가스가 공급되고, 염소 가스가 오목부(130)의 표면으로부터 소정 깊이의 상부의 범위에 흡착한다. 상술한 바와 같이, NH2기의 H에 Cl가 물리 흡착하여, 일시적으로 비흡착 사이트가 형성된다. 또한, 염소의 깊이 방향의 흡착은 상술한 성막 장치라면, 회전 테이블(2)의 회전 속도, 염소 함유 가스의 유량 등에 의해 조정 가능하다. 즉, 장시간에 걸쳐 염소 함유 가스가 공급되면, 염소 가스는 오목부(130)의 저면까지 흡착해 버려, 오목부(130)의 상부에만 비흡착 사이트를 형성할 수 없게 되지만, 염소 함유 가스가 공급되어 있는 시간을 적절하게 짧게 함으로써, 오목부(130)의 상부에만 염소 가스가 물리 흡착하는 상태를 만들어 낼 수 있다. 또한, 이것은 가스의 전환에 의해 본 실시 형태에 관한 성막 방법을 행하는 경우도 마찬가지이고, 가스의 전환 시간을 조정함으로써, 오목부(130)의 상부에만 염소가 물리 흡착하는 상태를 만들어 낼 수 있다.
비흡착 사이트 형성 공정에 의해, 오목부(130)의 상단으로부터 소정 깊이까지의 범위의 상단부에만 비흡착 사이트를 형성하고, 그것보다도 하방에는 NH2기의 흡착 사이트를 남길 수 있다.
도 11의 (d)는 성막 공정의 일례를 도시한 도면이다. 성막 공정에 있어서는, 웨이퍼(W)의 표면에 실리콘 함유 가스가 공급되고, 흡착 사이트에 실리콘 함유 가스가 흡착하고, 화학 반응에 의해 실리콘 질화막이 생성되어, 퇴적한다. 상술한 바와 같이, 오목부(130) 내의 상부의 소정 영역에는 비흡착 사이트가 형성되어 있지만, 그 이외의 영역은 흡착 사이트인 NH2기가 형성되어 있으므로, 실리콘 질화막은 오목부(130) 내의 상부에는 성막되지 않고, 저면을 포함하는 하부에만 성막된다. 따라서, 도 11의 (d)의 하단에 도시한 바와 같이, 오목부(130) 내의 저면부를 포함하는 하부가 두껍고, 상부가 얇은 보텀 업 성막을 행할 수 있다.
또한, 도 11의 (d)에 있어서는, 실리콘 함유 가스로서, DCS를 사용한 예를 나타내고 있다.
도 11의 (b) 내지 (d)에 나타낸 질화 공정, 비흡착 사이트 형성 공정 및 성막 공정을 반복함으로써, 도 11의 (d)의 하단에 도시한 바와 같이, V자의 단면 형상을 갖는 개구 형상을 유지하면서, 매립 특성이 양호한 성막을 행할 수 있다. 이에 의해, 보이드나 심의 발생을 억제하면서 오목부(130)를 매립할 수 있고, 스텝 커버리지(단차 피복성, 매립 특성)의 양호한 매립 성막을 행할 수 있다.
이어서, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법을 창작할 때까지 행한 실험 및 실시예에 대하여 설명한다.
도 12는 염소의 흡착 저해 효과를 확인하기 위해 행한 실험 결과를 도시한 도면이다. 염소의 흡착 저해 효과를 확인하기 위해, 염소를 공급하지 않는 SiN 성막 프로세스와, 염소를 공급하는 SiN 성막 프로세스를 실시하여, 양자를 비교했다. 또한, 염소를 공급하지 않는 SiN 성막 프로세스는 비흡착 사이트 형성 공정을 설치하지 않은 성막 프로세스를 의미하고, 염소를 공급하는 SiN 성막 프로세스란, 도 9 내지 도 11에서 설명한 본 발명의 실시 형태에 관한 SiN 성막 프로세스이다.
또한, 실험은 상술한 회전 테이블식의 ALD 성막 장치를 사용하여, 500℃의 웨이퍼 온도, 0.75Torr의 압력, 회전 테이블(2)의 회전 속도 5rpm의 조건 하에서 행하였다. 또한, 실리콘 함유 가스로서는, DCS1000sccm과 캐리어 가스의 N2 가스 500sccm을 공급했다. 질화 가스는 Ar/NH3의 혼합 가스를 각각 2000/300sccm으로 공급하고, 플라즈마 발생부(80)의 출력은 5㎾로 했다. 또한, 염소 함유 가스는 Ar/Cl2의 혼합 가스를 각각 2000/300sccm의 유량으로 공급했다. 상술한 바와 같이, 염소 함유 가스의 공급에서는, 플라즈마는 사용하지 않았다. 또한, 성막 시간은 4200초이다.
도 12에 있어서, 횡축은 성막 시간(초), 종축은 SiN막의 두께(㎚)를 나타내고, 특성 A가 염소 공급 없음, 특성 B가 염소 공급 있음의 조건이다. 또한, 웨이퍼(W)의 표면에 오목부(130)는 형성되어 있지 않고, 평탄면 상으로의 성막을 행하였다. 도 12에 도시된 바와 같이, 염소를 공급하지 않은 특성 A보다도, 염소를 공급한 특성 B의 막 두께가 대폭으로 작게 되어 있고, 염소에 DCS의 흡착을 저해하는 효과가 있는 것이 나타났다.
도 13은 염소의 유량과, 실리콘 함유 가스의 흡착 저해 효과의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 공급하는 염소의 유량을 변화시키고, 성막되는 SiN막의 막 두께 및 면내 균일성이 어떤 영향을 받는지에 대하여 실험을 행하였다. 또한, 실험 조건은 염소 가스 이외의 조건은 도 12에서 설명한 조건과 마찬가지이다. 또한, 염소 가스는, 모두 공급되는 Ar은 2000sccm으로 일정하게 하고, 0, 6, 10, 50, 300sccm으로 변화시켜 실험을 행하였다.
도 13의 (a)는 염소의 유량과 SiN막의 막 두께의 관계를 도시한 도면이다. 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이 염소의 유량을 증가시킴에 따라 SiN막의 막 두께가 작게 되어 있고, 염소의 유량이 많을수록, 데포지션 레이트는 저하되는 것이 나타났다.
도 13의 (b)는 염소의 유량과 SiN막의 Y축 상[회전 테이블의 반경 방향으로 평행하고, 웨이퍼(W)의 중심을 지나는 축]의 막 두께를 도시한 도면이다. 또한, 염소의 유량이 0, 6, 10, 50, 300sccm인 경우를, 특성 A, B, C, D, E로 각각 나타내고 있다. 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)의 외주측에서는 염소를 공급한 B 내지 E에서는 전부 DCS의 흡착을 저해하는 효과가 보이지만, 그것은 막 두께 3㎜ 정도까지이고, 그것보다 두꺼운 막 두께에서는 효과가 발휘되지 않고, 회전 테이블(2)의 중심측의 위치에서는 염소의 유량이 적어짐에 따라 막 두께가 크게 되어 있다. 그러나, 염소의 유량이 300sccm인 경우에는, Y축 상의 전부에 있어서 3㎜ 전후의 막 두께가 유지되어 있고, 충분한 흡착 저해 효과와 면내 균일성이 얻어지고 있다.
이와 같이, 도 13의 실험 결과에 의하면, 공급하는 염소의 유량이 클수록, 데포지션 레이트는 저하되는 것이 나타났다.
도 14는 도 13과 동일한 염소의 유량을 변화시키는 실험을, 표면에 트렌치상의 오목부(130)가 형성된 웨이퍼(W)에 대하여 행한 결과를 도시한 도면이다. 또한, 형성된 트렌치는 개구 폭이 250㎚, 깊이가 2100㎚이고, 애스펙트비가 8.4였다. 또한, 염소의 유량이 50sccm인 경우에 대해서는, 실험을 행하지 않고, 염소의 유량이 0, 6, 10, 300sccm인 경우의 결과에 대하여 나타나 있다.
도 14의 (a)는 실험 결과의 SEM 화상을 나타내고 있다. 도 14의 (a)에 있어서, 트렌치의 단면을 깊이 방향을 따라 상단으로부터 TOP/T-Side, CTR-T, CTR-B, BTM의 4개의 영역으로 구분하여 도시하고 있다. 또한, CTR-T는 깊이 0.6㎛의 위치, CTR-B는 깊이 1.2㎛의 위치, BTM은 깊이 2.0㎛의 위치를 나타내고 있다.
염소 유량이 0, 6, 10, 300sccm인 각 예에 있어서, 오목부(130)의 상단 부근의 웨이퍼(W)의 평탄면의 표면(TOP)의 막 두께를 100％로 하고, 이에 비해, T-Side, CTR-T, CTR-B, BTM이 몇％의 막 두께를 갖는지를 나타내고 있다.
도 14의 (a)에 있어서, 염소를 공급하지 않는 경우에는, 트렌치 내의 막 두께는 모두 100％ 미만이고, 또한 트렌치의 저면에 접근할수록 막 두께는 작게 되어 있다. 따라서, 상단의 개구부를 막기 쉬운 성막 결과가 되어 있다.
한편, 염소를 6sccm의 유량으로 공급한 경우는, BTM은 99％이고 100％보다 약간 얇게 되어 있지만, CTR-B에서 103％로 상단 부근 표면보다도 두껍게 성막되고, CTR-T, T-Side에서는 96％, 97％로 이것보다도 얇게 성막되어 있다. 따라서, V자 단면 형상의 개구를 갖는 매립 특성이 양호한 성막 상태로 되어 있다.
마찬가지로, 염소를 10sccm의 유량으로 공급한 경우는, BTM은 99％이고 100％보다 약간 얇게 되어 있지만, CTR-B에서 108％, CTR-T에서 109％로 상단 부근 표면보다도 상당히 두껍게 성막되고, T-Side에서는 100％와 이것보다도 얇게 성막되어 있다. 따라서, 6sccm의 실시예 정도는 아니지만, V자 단면 형상의 개구를 갖는 매립 특성이 양호한 성막 상태로 되어 있다고 할 수 있다.
염소를 300sccm의 유량으로 공급한 경우에는, BTM이 88％, CTR-B 및 CTR-T가 90％, T-Side가 78％로, 전체적으로 막 두께가 얇지만, BTM, CTR-B 및 CTR-T보다도 T-Side가 얇게 성막되고, V자 단면 형상에 가까운 상태로 되어 있다고 할 수 있다.
도 14의 (b)는 도 14의 (a)의 결과를 그래프로 도시한 도면이다. 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 염소의 유량이 6sccm, 10sccm인 경우에는, TOP, T-Side보다도 CTR-B의 막 두께가 커지고, 매립 특성이 양호한 성막이 이루어져 있다. 한편, 염소를 공급하지 않는 경우에는, 저면으로부터 상단을 향해 막 두께가 조금씩 두껍게 되어 있고, 컨포멀이지만, 매립 특성은 그다지 양호하지 않고, V자 단면 형상은 형성되어 있지 않다.
염소의 유량이 300sccm인 경우에는, T-Side보다도 CTR-T, CTR-B, BTM의 막 두께가 크고, 약간 V자 단면 형상으로 되어 있지만, 저면측의 막 두께가 저하되고, 매립 특성이 양호하지 않은 상태이다.
이와 같이, 도 14의 실시예에 의하면, 성막 중에 염소를 공급하고, 또한 염소의 유량을 조정함으로써, 성막 시의 V자 단면 형상 및 매립 특성을 적절하게 향상시킬 수 있는 것이 나타났다.
도 15는 염소의 흡착이 물리 흡착인 것을 확인하기 위해 행한 실험의 결과를 도시한 도면이다. 도 15에 관한 실험에서는 본 실시 형태에 관한 1사이클 중에서 염소를 공급하는 공정을 갖는 프로세스와, SiN막을 먼저 성막해 버리고, 그 후에 염소를 공급하고, 그리고 또한 SiN막을 성막하고, 그 후에 염소를 공급한다는, SiN 성막과 염소 공급을 2스텝으로 행하는 2스텝 프로세스를 행하였다.
도 15에 있어서, 좌측의 Normal이 본 실시 형태에 관한 성막 방법, 우측의 2Step이 2스텝의 성막 방법의 실시 결과이다. 또한, 성막 조건은 웨이퍼 온도가 500℃, 처리실 내의 압력이 0.75Torr, 회전 속도는 5rpm이다. 본 실시 형태에 관한 성막 방법에서는 지금까지의 성막 조건과 마찬가지이지만, 2스텝의 성막 방법에서는, 성막 스텝에서는 실리콘 함유 가스로서, DCS/N2(캐리어 가스)를 각각 1000/500sccm으로 공급하고, 질화 가스로서 Ar/NH3를 2000/300sccm으로 공급하고, 1사이클 120초를 35사이클 반복했다. 또한, 플라즈마의 출력은 5㎾였다.
또한, 염소 공급 스텝은 Ar/Cl2의 혼합 가스를 2000/6sccm, 플라즈마를 발생시키지 않고 공급했다. 2초의 사이클과, 4초의 사이클의 2패턴을, 각각 35사이클 반복했다. 120초 성막, 2초 염소 공급을 1사이클로 하고, 35사이클 반복하는 2스텝 프로세스와, 120초 성막, 4초 염소 공급을 1사이클로 하고, 35사이클 반복하는 2스텝 프로세스의 양쪽을 실시했다.
도 15에 도시된 바와 같이, 실시 형태의 염소를 6sccm 공급하는 성막 방법만 막 두께가 저하되어 있지만, 본 실시예로부터 염소 공급 스텝(비흡착 사이트 형성 공정)을 없앤 프로세스와, 2스텝의 프로세스는 거의 동일한 막 두께가 되었다. 이것은, 2스텝 프로세스를 실시해도, 염소를 공급하지 않은 프로세스와 동일한 효과밖에 없던 것을 의미한다. 즉, 2스텝 프로세스에서 염소를 웨이퍼(W)에 공급해도, 실리콘 함유 가스의 흡착 저해 효과는 얻을 수 없는 경우를 의미한다. 이것은, 염소를 공급해도, 염소 공급 스텝과 성막 스텝 사이의 퍼지 가스(분리 가스)의 공급에서 염소가 불어 날려져 있는 것을 의미한다. 즉, 염소의 흡착은 화학 반응에 의한 흡착이 아니라, 일시적으로 흡착하고 있는 것에 지나지 않는 물리적 흡착인 것을 의미한다. 따라서, 염소의 공급에 의해, 성막은 일시 저해되지만, 어디까지나 일시적인 저해이고, 다음에 실리콘 함유 가스가 공급될 때에 실리콘 함유 가스를 저해하는 기능밖에 갖지 않는다. 따라서, 비흡착 사이트의 형성 영역[오목부(130) 내의 깊이]을 제어함으로써, 전체의 성막은 저해하지 않고, 일시적인 저해에 의해, V자 단면 형상을 형성하면서 매립 성막을 행하는 것이 가능해진다.
본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법은 이와 같은 염소 가스의 물리적 흡착을 교묘하게 이용하여 개구를 막지 않는 매립 특성이 양호한 성막을 실현하고 있다고 할 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시 형태에 관한 SiN막의 성막 방법을, 회전 테이블(2)의 회전 속도를 변화시켜 실시한 결과를 도시한 도면이다. 성막 조건은 지금까지와 마찬가지이고, 웨이퍼 온도 500℃, 진공 용기(1) 내의 압력이 0.75Torr이다. 또한, 실리콘 함유 가스는 DCS/N2(캐리어 가스)를 1000/500sccm으로 공급하고, 질화 가스 Ar/NH3를 2000/6sccm으로 공급했다. 플라즈마 발생부(80)의 출력은 5㎾였다. 또한, 염소 함유 가스는 Ar/Cl2를 2000/6sccm의 유량으로 공급했다. 회전 테이블(2)의 회전 속도를 5, 15, 30, 60rpm으로 변화시키고, 4200초간 성막을 행하였다.
도 16에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)의 회전 속도가 높을수록, 데포지션 레이트는 증가하는 것을 알 수 있다.
도 17은 도 16에서 설명한 실시 결과의 오목부의 매립 특성을 도시한 도면이다. 도 17의 (a)는 도 16에서 설명한 조건에서, 회전 테이블(2)의 회전 속도를 변화시켜 웨이퍼(W)에 형성된 트렌치로의 매립 성막을 실시한 결과의 SEM 화상을 도시한 도면이다. 또한, 각 실시예에 있어서, TOP의 막 두께를 100％로 하고, 그것을 기준으로 하여 T-Side, CRT-T, CRT-B, BTM의 막 두께를 나타내고 있는 점은, 도 14의 (a)에 있어서의 설명과 마찬가지이다.
도 17의 (a)에 있어서, 회전 속도가 5rpm인 경우, BTM이 99％로 TOP와 거의 동일한 막 두께가 되고, CTR-B가 103％로 TOP보다도 두꺼운 막 두께로 되어 있다. 또한, CTR-T, T-Side는 각각 96％, 97％이고, 하부보다도 얇은 막 두께로 되어 있다. 따라서, 회전 속도가 5rpm인 실시예에서는, V자 단면 형상을 갖는 매립 특성이 양호한 성막을 행할 수 있었다.
한편, 회전 테이블(2)의 회전 속도가 15, 30, 60rpm인 실시예에서는, BTM, CTR-B, CTR-T의 막 두께가, 모두 T-Side의 막 두께보다도 얇고, V자 형상 단면을 형성하면서 매립 성막을 행할 수는 없었다.
도 17의 (b)는 도 17의 (a)의 결과를 그래프화하여 도시한 도면이다. 도 17의 (b)에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)의 회전 속도가 5rpm인 실시예에서는, 막 두께가 두껍고, 또한 저부측의 쪽이 상부측보다도 막 두께가 두껍고, 양호한 매립 특성이 얻어지고 있다. 한편, 회전 테이블(2)의 회전 속도가 15, 30, 60rpm인 경우에는, 저면측의 매립 특성이 반드시 양호하지는 않고, 5rpm의 결과와 비교하여, 반드시 양호한 매립 특성이 얻어지지는 않았다.
이와 같이, 양호한 매립 특성을 실현하기 위해서는, 회전 테이블(2)의 회전 속도를 적절하게 조정하는 쪽이 바람직하고, 회전 속도는 15rpm보다도 낮은 값이 바람직하고, 예를 들어 5rpm, 6rpm 등의 회전 속도가 적절한 것이 나타났다.
이어서, 도 9 및 도 11을 주로 사용하여, 상술한 회전 테이블식의 성막 장치를 사용한 본 발명의 실시 형태에 관한 SiN막의 성막 방법에 대하여, 웨이퍼(W)의 반송 등의 동작도 포함하여 설명한다.
우선, 상술한 기판 처리 장치로의 웨이퍼(W)의 반입 시에는, 우선, 게이트 밸브 G를 개방한다. 그리고, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시키면서, 도시하지 않은 반송 아암에 의해 반송구(15)를 통해 회전 테이블(2) 상에 적재한다(도 2 참조). 또한, 웨이퍼(W)의 표면에는 트렌치, 비아 홀 등의 오목부(130)가 형성되어 있다.
계속해서, 게이트 밸브 G를 폐쇄하고, 히터 유닛(7)에 의해, 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다. 계속해서, 제1 처리 가스 노즐(31)로부터 실리콘 함유 가스를 소정의 유량으로 토출함과 함께, 제2 처리 가스 노즐(32)로부터는 질화 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 또한, 제3 처리 가스 노즐(33)로부터는, 소정의 유량으로 염소 함유 가스를 공급한다.
그리고, 압력 조정부(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 소정의 압력으로 조정한다. 또한, 플라즈마 발생부(80)에서는 안테나(83)에 대하여, 소정의 출력의 고주파 전력을 인가한다.
웨이퍼(W)의 표면에서는 회전 테이블(2)의 회전에 의해 제2 처리 영역 P2에 있어서, 플라즈마 발생부(80)에 의해 활성화된 질화 가스가 제2 처리 가스 노즐(32)로부터 웨이퍼(W)의 표면에 공급되고, 오목부(130)도 포함하여 웨이퍼(W)의 표면 전체가 질화된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 NH2기의 흡착 사이트가 형성된다.
웨이퍼(W)는 이어서, 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 제3 처리 영역 P3을 통과한다. 제3 처리 영역 P3에서는 제3 처리 가스 노즐(33)로부터 공급된 염소 함유 가스가 웨이퍼(W)의 표면에 공급되고, 오목부(130)의 상부의 소정 영역에 염소가 물리 흡착하고, 비흡착 사이트가 오목부(130)의 상부의 소정 영역에 형성된다. 또한, 상부의 소정 영역은 웨이퍼(W)의 평탄면으로부터 소정 깊이를 갖는 오목부(130) 내의 상부 영역이다. 상부의 소정 영역의 소정 깊이는 염소의 공급 유량 및 회전 테이블(2)의 회전 속도에 의해 조정된다. 또한, 염소의 유량은, 예를 들어 0sccm보다 크고 10sccm 이하의 범위가 바람직하고, 0sccm보다 크고 6sccm 이하의 범위와, 5sccm 이상 10sccm 이하의 범위가 보다 바람직하다. 또한, 염소의 유량은 5sccm 이상 6sccm 이하의 범위에 있는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 회전 테이블(2)의 회전 속도는 0rpm보다 높고 15rpm 미만인 것이 바람직하고, 0rpm보다 높고 6rpm 이하의 범위 또는 5rpm 이상 15rpm 미만의 범위인 것이 보다 바람직하다. 또한, 회전 테이블(2)의 회전 속도는 5rpm 이상 6rpm인 것이 더욱 바람직하다.
웨이퍼(W)는 이어서, 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 분리 영역 D를 통과한다. 분리 영역 D에서는 분리 가스 노즐(41)로부터 공급된 분리 가스에 의해, 웨이퍼(W)의 표면이 퍼지되고, 청정화된다. 또한, 분리 가스는, 예를 들어 질소 가스 또는 아르곤 가스여도 된다.
웨이퍼(W)는 이어서, 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 제1 처리 영역 P1을 통과한다. 제1 처리 영역 P1에서는 제1 처리 가스 노즐(31)로부터 공급된 실리콘 함유 가스가 웨이퍼(W)의 표면에 공급되고, 오목부(130) 내의 저면 부근을 포함하는 흡착 사이트(NH2기)에 흡착하고, 화학 반응에 의해 반응 생성물인 SiN의 분자층이 오목부(130)의 하부에 퇴적한다.
이어서 웨이퍼(W)는 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 분리 영역 D를 통과한다. 분리 영역 D에서는 웨이퍼(W)의 표면에 분리 가스가 공급되고, 웨이퍼(W)의 표면이 청정화된다.
회전 테이블(2)의 회전을 계속함으로써, 웨이퍼(W) 표면의 질화에 의한 흡착 사이트의 형성(질화 공정), 오목부(130) 내의 상부의 소정 영역에서의 비흡착 사이트의 형성(비흡착 사이트 형성 공정), 웨이퍼(W)의 표면의 퍼지(퍼지 공정), 실리콘 함유 가스의 흡착 사이트로의 흡착 및 반응 생성물의 생성(성막 공정), 웨이퍼(W)의 표면의 퍼지(퍼지 공정)가 주기적으로 복수회 행해진다. 그리고, 오목부(130) 내에 V자 단면 형상을 형성하면서 매립 성막이 행해지고, SiN막이 오목부(130) 내에 매립되어 간다. 오목부(130)의 상단의 개구를 막지 않고, V자 형상을 유지하면서 매립 성막이 행해지므로, 보이드나 심의 발생을 억제하면서 오목부(130)를 SiN막으로 매립할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 형태에 관한 SiN막의 성막 방법에 의하면, 양호한 패턴 상의 매립 특성을 달성하면서 매립 성막을 행할 수 있고, 고품질의 성막을 행할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태 및 실시예에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태 및 실시예로 제한되지 않고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고, 상술한 실시 형태 및 실시예에 다양한 변형 및 치환을 더할 수 있다.
1 : 진공 용기
2 : 회전 테이블
11 : 천장판
12 : 용기 본체
31, 32, 33 : 처리 가스 노즐
34 : 가스 토출 구멍
41, 42 : 분리 가스 노즐
80 : 플라즈마 발생부
83 : 안테나
84 : 정합기
85 : 고주파 전원
90 : 하우징
95 : 패러데이 실드
97 : 슬릿
98 : 개구부
120 : 제어부
121 : 기억부
130 : 오목부

Claims (10)

  1. 표면에 오목부가 형성된 기판에 암모니아 함유 가스를 공급하고, 상기 오목부의 표면을 질화하여 상기 오목부 내에 흡착 사이트를 형성하는 공정과,
    상기 기판에 염소 함유 가스를 공급하고, 해당 염소 함유 가스를 상기 오목부의 최상부로부터 소정 깊이까지의 소정 영역에 물리 흡착시키고, 해당 소정 영역에 비흡착 사이트를 형성하는 공정과,
    상기 기판에 실리콘 함유 가스를 공급하고, 상기 오목부 내의 상기 소정 영역 이외에 잔존한 저부를 포함하는 상기 흡착 사이트에 상기 실리콘 함유 가스를 흡착시키고, 상기 암모니아 함유 가스와 상기 실리콘 함유 가스의 반응에 의해 실리콘 질화막을 성막하는 공정을 갖는, 실리콘 질화막의 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 물리 흡착은 염소 이온의 수소 원자에 대한 전기 음성도의 높이를 이용한 흡착인, 실리콘 질화막의 성막 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 오목부 내에 흡착 사이트를 형성하는 공정은 플라즈마를 사용하여 행해지는, 실리콘 질화막의 성막 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 소정 영역에 비흡착 사이트를 형성하는 공정은 플라즈마를 사용하지 않고 행해지는, 실리콘 질화막의 성막 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 오목부 내에 흡착 사이트를 형성하는 공정과, 상기 소정 영역에 비흡착 사이트를 형성하는 공정과, 상기 실리콘 질화막을 성막하는 공정은 순차 반복되는, 실리콘 질화막의 성막 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 오목부 내에 흡착 사이트를 형성하는 공정과, 상기 소정 영역에 비흡착 사이트를 형성하는 공정과, 상기 실리콘 질화막을 성막하는 공정은 상기 오목부를 상기 실리콘 질화막으로 충전할 때까지 순차 반복되는, 실리콘 질화막의 성막 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 소정 영역에 비흡착 사이트를 형성하는 공정과 상기 실리콘 질화막을 성막하는 공정 사이 및 상기 실리콘 질화막을 성막하는 공정과 상기 오목부 내에 흡착 사이트를 형성하는 공정 사이에는 상기 기판에 퍼지 가스를 공급하는 제1 및 제2 퍼지 공정을 각각 더 갖는, 실리콘 질화막의 성막 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 오목부 내에 흡착 사이트를 형성하는 공정과, 상기 소정 영역에 비흡착 사이트를 형성하는 공정과, 상기 실리콘 질화막을 성막하는 공정은 처리실 내에 설치된 회전 테이블 상에 상기 기판을 주위 방향을 따라 적재하고, 해당 회전 테이블의 회전 방향을 따라 이격하여 배치되고, 상기 오목부 내에 흡착 사이트를 형성하는 공정을 실시 가능한 질화 영역, 상기 소정 영역에 비흡착 사이트를 형성하는 공정을 실시 가능한 비흡착 사이트 형성 영역 및 상기 실리콘 질화막을 성막하는 공정을 실시 가능한 흡착 반응 영역을, 상기 기판이 상기 회전 테이블의 회전에 의해 순차 통과함으로써 행해지는, 실리콘 질화막의 성막 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 비흡착 사이트 형성 영역과 상기 흡착 반응 영역 사이 및 상기 흡착 반응 영역과 상기 질화 영역 사이에는 상기 제1 및 제2 퍼지 공정을 실시 가능한 제1 및 제2 퍼지 영역이 각각 설치되고, 상기 기판이 상기 회전 테이블의 회전에 의해 상기 질화 영역, 상기 비흡착 사이트 형성 영역, 상기 제1 퍼지 영역, 상기 흡착 반응 영역, 상기 제2 퍼지 영역을 순차 통과함으로써, 상기 오목부 내에 흡착 사이트를 형성하는 공정, 상기 소정 영역에 비흡착 사이트를 형성하는 공정, 상기 제1 퍼지 공정, 상기 실리콘 질화막을 성막하는 공정, 상기 제2 퍼지 공정이 순차 행해지는, 실리콘 질화막의 성막 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 비흡착 사이트가 형성되는 상기 소정 영역의 상기 소정 깊이는 상기 염소 함유 가스의 유량 및 상기 회전 테이블의 회전 속도 조정에 의해 조정되는, 실리콘 질화막의 성막 방법.
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