KR102320362B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 - Google Patents

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

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Abstract

애스펙트비가 높은 심구에 대해서도 심구의 상부부터 하부에서 특성이 균일한 막을 형성 가능한 기술을 제공한다.
적어도 상부와 하부로 구성되는 심구를 포함하는 기판을 처리실 내에 구비된 기판 지지부로 지지하고, 상기 처리실에 처리 가스를 공급하여 상기 심구의 내측 표면에 층을 형성하고, 상기 처리실에 구성되는 처리 공간의 압력을 상기 심구의 내측 공간보다 낮은 압력으로 하여 상기 층을 형성했을 때 상기 내측 공간에 생성된 부생성물을 배출하는 기술을 제공한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND NON-TRANSITORY COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM}
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
최근 반도체 장치에 형성되는 패턴은 미세화의 경향에 있다. 예컨대 특허문헌 1에서는 기판에 형성된 심구(深溝)의 표면에 박막을 형성한다.
1. 일본 특개 2017-69407
반도체 장치의 미세화에 따라 심구의 애스펙트비가 높아지는 경향이 있다. 심구의 표면에는 박막이 형성된다. 그러한 심구에 대해서는 홈[溝]의 상부부터 하부까지 막의 특성을 균일하게 하는 것이 요구되고 있다. 막의 특성이란 예컨대 저항값이나 막 밀도 등이다.
본 기술은 애스펙트비가 높은 심구에 대해서도 심구의 상부부터 하부에서 특성이 균일한 막을 형성 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
적어도 상부와 하부로 구성되는 심구를 포함하는 기판을 처리실 내에 구비된 기판 지지부에서 지지하고, 상기 처리실에 처리 가스를 공급하여 상기 심구의 내측 표면에 층을 형성하고, 상기 처리실에 구성되는 처리 공간의 압력을 상기 심구의 내측 공간보다 낮은 압력으로 하여 상기 층을 형성했을 때 상기 내측 공간에 생성된 부생성물을 배출하는 기술을 제공한다.
애스펙트비가 높은 심구에 대해서도 심구의 상부부터 하부에서 특성이 균일한 막을 형성할 수 있다.
도 1은 기판 처리 장치를 설명하는 설명도.
도 2는 기판 처리 장치의 컨트롤러를 설명하는 설명도.
도 3a 및 3b는 기판의 처리 상태를 설명하는 설명도.
도 4a 및 4b는 기판의 처리 상태를 설명하는 설명도.
도 5는 기판의 처리 상태를 설명하는 설명도.
도 6은 기판의 처리 상태를 설명하는 설명도.
도 7은 기판의 처리 상태를 설명하는 설명도.
도 8은 기판의 처리 상태를 설명하는 설명도.
도 9는 기판의 처리 상태를 설명하는 설명도.
도 10은 반도체 장치의 제조 플로우를 설명하는 설명도.
도 11은 제조 플로우와 가스 유량, 처리 공간의 압력의 관계를 설명하는 설명도.
도 12는 반도체 장치의 제조 플로우를 설명하는 설명도.
도 13은 제조 플로우와 가스 유량, 처리 공간의 압력의 관계를 설명하는 설명도.
도 1을 이용하여 심구에 박막을 형성하는 기판 처리 장치(200)의 일례에 대해서 설명한다.
(챔버)
여기서는 챔버를 설명한다. 기판 처리 장치(200)는 챔버(202)를 포함한다. 챔버(202)는 예컨대 횡단면(橫斷面)이 원형이며 편평한 밀폐 용기로서 구성된다. 또한 챔버(202)는 예컨대 알루미늄(Al)이나 스텐레스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성된다. 챔버(202) 내에는 기판으로서의 실리콘 기판 등의 기판(100)을 처리하는 처리 공간(205)과, 기판(100)을 처리 공간(205)에 반송할 때 기판(100)이 통과하는 반송 공간(206)이 형성된다. 챔버(202)는 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b)로 구성된다. 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b) 사이에는 칸막이 판(208)이 설치된다.
하부 용기(202b)의 측면에는 게이트 밸브(149)에 인접한 기판 반입출구(148)가 설치되고, 기판(100)은 기판 반입출구(148)를 개재하여 미도시의 진공 반송실 사이를 이동한다. 하부 용기(202b)의 저부(底部)에는 리프트 핀(207)이 복수 설치된다. 또한 하부 용기(202b)는 접지(接地)된다.
처리 공간(205)을 구성하는 처리실은 예컨대 후술하는 기판 재치대(212)와 샤워 헤드(230)로 구성된다. 처리 공간(205) 내에는 기판(100)을 지지하는 기판 지지부(210)가 설치된다. 기판 지지부(210)는 기판(100)을 재치하는 기판 재치면(211)과, 기판 재치면(211)을 표면에 가지는 기판 재치대(212), 기판 재치대(212)에 내포된 가열원으로서의 히터(213)를 주로 포함한다. 기판 재치대(212)에는 리프트 핀(207)이 관통하는 관통공(214)이 리프트 핀(207)과 대응하는 위치에 각각 설치된다. 히터(213)에는 히터(213)의 온도를 제어하는 온도 제어부(220)가 접속된다.
기판 재치대(212)는 샤프트(217)에 의해 지지된다. 샤프트(217)의 지지부는 챔버(202)의 저벽(底壁)에 설치된 구멍(215)을 관통하고, 또한 지지판(216)을 개재하여 챔버(202)의 외부에서 승강 기구(218)에 접속된다. 승강 기구(218)를 작동시켜서 샤프트(217) 및 기판 재치대(212)를 승강시키는 것에 의해 기판 재치면(211) 상에 재치되는 기판(100)을 승강시키는 것이 가능하도록 이루어진다. 또한 샤프트(217) 하단부의 주위는 벨로즈(219)에 의해 피복된다. 챔버(202) 내는 기밀하게 보지(保持)된다.
기판 재치대(212)는 기판(100) 반송 시에는 기판 재치면(211)이 기판 반입출구(148)에 대향하는 위치까지 하강하고, 기판(100) 처리 시에는 도 1에서 도시되는 바와 같이 기판(100)이 처리 공간(205) 내의 처리 위치가 될 때까지 상승한다.
구체적으로는 기판 재치대(212)를 기판 반송 위치까지 하강시켰을 때는 리프트 핀(207)의 상단부가 기판 재치면(211)의 상면으로부터 돌출하여 리프트 핀(207)이 기판(100)을 하방(下方)으로부터 지지하도록 이루어진다. 또한 기판 재치대(212)를 기판 처리 위치까지 상승시켰을 때는 리프트 핀(207)은 기판 재치면(211)의 상면으로부터 매몰하여 기판 재치면(211)이 기판(100)을 하방으로부터 지지하도록 이루어진다.
처리 공간(205)의 상부(상류측)에는 샤워 헤드(230)가 설치된다. 샤워 헤드(230)는 덮개(231)를 포함한다. 덮개(231)는 플랜지(232)를 포함하고, 플랜지(232)는 상부 용기(202a) 상에 지지된다. 또한 덮개(231)는 위치 결정부(233)를 포함한다. 위치 결정부(233)가 상부 용기(202a)에 감합(勘合)되는 것에 의해 덮개(231)가 고정된다.
샤워 헤드(230)는 버퍼 공간(234)을 포함한다. 버퍼 공간(234)은 덮개(231)와 위치 결정부(233)로 구성되는 공간을 말한다. 버퍼 공간(234)과 처리 공간(205)은 연통된다. 버퍼 공간(234)에 공급된 가스는 버퍼 공간 내(234)에서 확산하여 처리 공간(205)에 균일하게 공급된다. 여기서는 버퍼 공간(234)과 처리 공간(205)을 다른 구성으로서 설명했지만 이에 한정되지 않고, 버퍼 공간(234)을 처리 공간(205)에 포함시켜도 좋다.
처리 공간(205)은 주로 상부 용기(202a), 기판 처리 포지션에서의 기판 재치대(212)의 상부 구조로 구성된다. 처리 공간(205)을 구성하는 구조를 처리실이라고 부른다. 또한 처리실은 처리 공간(205)을 구성하는 구조라면 좋고, 상기 구조에 한정되지 않는다는 것은 말할 필요도 없다.
반송 공간(206)은 주로 하부 용기(202b), 기판 처리 포지션에서의 기판 재치대(212)의 하부 구조로 구성된다. 반송 공간(206)을 구성하는 구조를 반송실이라고 부른다. 반송실은 처리실의 하방에 배치된다. 또한 반송실은 반송 공간(206)을 구성하는 구조라면 좋고, 상기 구조에 한정되지 않는다는 것은 말할 필요도 없다.
(가스 공급부)
계속해서 가스 공급부를 설명한다. 가스 공급부는 처리 가스를 공급하는 구성이다. 공통 가스 공급관(242)에는 제1 가스 공급관(243a), 제2 가스 공급관(244a), 제3 가스 공급관(245a)이 접속된다.
제1 가스 공급관(243a)을 포함하는 제1 가스 공급부(243)로부터는 처리 가스로서 제1 처리 가스가 주로 공급되고, 제2 가스 공급관(244a)을 포함하는 제2 가스 공급부(244)로부터는 처리 가스로서 제2 처리 가스가 주로 공급된다. 제3 가스 공급관(245a)을 포함하는 제3 가스 공급부(245)로부터는 불활성 가스가 공급된다.
(제1 가스 공급부)
제1 가스 공급관(243a)에는 상류 방향부터 순서대로 제1 가스 공급원(243b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(243c) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치된다.
제1 가스 공급관(243a)으로부터 제1 원소를 함유하는 가스(이하, 「제1 처리 가스」)가 매스 플로우 컨트롤러(243c), 밸브(243d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230)에 공급된다.
제1 처리 가스는 원료 가스, 즉 처리 가스 중 하나다. 여기서 제1 원소는 예컨대 실리콘(Si)이다. 즉 제1 처리 가스는 예컨대 실리콘 함유 가스다. 구체적으로는 실리콘 함유 가스로서 디클로로실란(SiH2Cl2. DCS라고도 부른다.) 가스가 이용된다.
제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d)보다 하류측에는 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 하류단이 접속된다. 제1 불활성 가스 공급관(246a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(246b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(246c) 및 개폐 밸브인 밸브(246d)가 설치된다.
여기서 불활성 가스는 예컨대 질소(N2) 가스다. 원료 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용하는 것이다.
주로 제1 가스 공급관(243a), 매스 플로우 컨트롤러(243c), 밸브(243d)에 의해 제1 가스 공급부(243)(실리콘 함유 가스 공급부라고도 부른다.)가 구성된다.
또한 주로 제1 불활성 가스 공급관(246a), 매스 플로우 컨트롤러(246c) 및 밸브(246d)에 의해 제1 불활성 가스 공급부가 구성된다. 또한 불활성 가스 공급원(246b), 제1 가스 공급관(243a)을 제1 불활성 가스 공급부에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 제1 가스 공급원(243b), 제1 불활성 가스 공급부를 제1 가스 공급부(243)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
(제2 가스 공급부)
제2 가스 공급관(244a)의 상류에는 상류 방향부터 순서대로 반응 가스 공급원(244b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(244c) 및 개폐 밸브인 밸브(244d)가 설치된다. 반응 가스를 플라즈마 상태로 하는 경우에는 밸브(244d)의 하류에 리모트 플라즈마 유닛(RPU)(244e)을 설치한다.
그리고 제2 가스 공급관(244a)으로부터는 반응 가스가 MFC(244c), 밸브(244d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 반응 가스를 플라즈마 상태로 하는 경우에는 RPU(244e)에 의해 플라즈마 상태가 되고 기판(100) 상에 조사(照射)된다.
반응 가스는 처리 가스 중 하나이며, 예컨대 산소 가스다. 산소 가스로서는 예컨대 산소(O2) 가스가 이용된다.
주로 제2 가스 공급관(244a), MFC(244c), 밸브(244d)에 의해 반응 가스 공급부(244)가 구성된다. 또한 반응 가스 공급부(244)는 반응 가스 공급원(244b), RPU(244e), 후술하는 제2 불활성 가스 공급부를 포함시켜서 생각해도 좋다.
제2 가스 공급관(244a)의 밸브(244d)보다 하류측에는 제2 불활성 가스 공급관(247a)의 하류단이 접속된다. 제2 불활성 가스 공급관(247a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(247b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(247c) 및 개폐 밸브인 밸브(247d)가 설치된다. 그리고 제2 불활성 가스 공급관(247a)으로부터는 불활성 가스가 MFC(247c), 밸브(247d), 제2 가스 공급관(244a), RPU(244e)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
불활성 가스는 반응 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용하는 것이다. 구체적으로는 예컨대 질소(N2) 가스를 이용할 수 있다.
주로 제2 불활성 가스 공급관(247a), MFC(247c) 및 밸브(247d)에 의해 2불활성 가스 공급부가 구성된다. 또한 제2 불활성 가스 공급부는 불활성 가스 공급원(247b), 제2 가스 공급관(243a), RPU(244e)을 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 제2 불활성 가스 공급부는 제2 가스 공급부(244)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
(제3 가스 공급부)
제3 가스 공급관(245a)에는 상류 방향부터 순서대로 제3 가스 공급원(245b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(245c) 및 개폐 밸브인 밸브(245d)가 설치된다.
제3 가스 공급관(245a)으로부터 퍼지 가스로서의 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230)에 공급된다. 불활성 가스는 예컨대 질소(N2) 가스다.
주로 제3 가스 공급관(245a), 매스 플로우 컨트롤러(245c), 밸브(245d)에 의해 제3 가스 공급부(245)가 구성된다.
불활성 가스 공급원(245b)으로부터 공급되는 불활성 가스는 기판 처리 공정에서는 챔버(202)나 샤워 헤드(230) 내에 잔류하는 가스를 퍼지하는 퍼지 가스로서 작용한다.
주로 제1 가스 공급부(243), 제2 가스 공급부(244), 제3 가스 공급부(245)를 총칭하여 가스 공급부라고 부른다. 또한 가스 공급부란 처리 가스를 처리 공간에 공급하는 구성이라면 좋고, 프로세스에 따라 제1 가스 공급부(243), 제2 가스 공급부(244), 제3 가스 공급부(245) 중 어느 하나, 또는 그것들의 일부의 조합을 나타낸다.
(배기부)
챔버(202)의 분위기를 배기하는 배기부는 처리 공간(205)의 분위기를 배기하는 배기부(261)로 주로 구성된다.
배기부(261)는 처리실에 접속되는 배기관(제1 배기관)(261a)을 포함한다. 배기관(261a)은 처리 공간(205)에 연통되도록 설치된다. 배기관(261a)에는 처리 공간(205) 내를 소정의 압력으로 제어하는 압력 제어기인 APC(Auto Pressure Controller)(261c), 처리 공간(205)의 압력을 계측하는 압력 검출부(261d)가 설치된다. APC(261c)은 개도(開度) 조정 가능한 밸브체(미도시)를 포함하고, 후술하는 컨트롤러(280)로부터의 지시에 따라 배기관(261a)의 컨덕턴스를 조정한다. 또한 배기관(261a)에서 APC(261c)의 상류측에는 밸브(261b)가 설치된다. 배기관(261a)과 밸브(261b), APC(261c), 압력 검출부(261d)를 총칭하여 배기부(261)라고 부른다.
배기관(261a)의 하류측에는 DP(Dry Pump. 드라이 펌프)(278)가 설치된다. DP(278)는 배기관(261a)을 개재하여 처리 공간(205)의 분위기를 배기한다.
(컨트롤러)
기판 처리 장치(200)는 기판 처리 장치(200)의 각(各) 부(部)의 동작을 제어하는 컨트롤러(280)를 포함한다. 컨트롤러(280)는 도 2에 도시하는 바와 같이 연산부(CPU)(280a), 일시 기억부(280b), 기억부(280c), 송수신부(280d)를 적어도 포함한다. 컨트롤러(280)는 송수신부(280d)를 개재하여 기판 처리 장치(200)의 각 구성에 접속되고, 상위 컨트롤러나 사용자의 지시에 따라 기억부(280c)로부터 프로그램이나 레시피를 호출하고 그 내용에 따라서 각 구성의 동작을 제어한다. 또한 컨트롤러(280)는 전용의 컴퓨터로서 구성해도 좋고, 범용의 컴퓨터로서 구성해도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치(282)[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리(USB Flash Drive)나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]를 준비하고, 외부 기억 장치(282)를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것에 의해 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(280)를 구성할 수 있다. 또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치(282)를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용해도 좋고, 상위 장치(270)로부터 송수신부(283)를 개재하여 정보를 수신하고, 외부 기억 장치(282)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 키보드나 터치패널 등의 입출력 장치(281)를 이용하여 컨트롤러(280)에 지시를 해도 좋다.
또한 기억부(280c)나 외부 기억 장치(282)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억부(280c) 단체(單體)만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(282) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다.
(반도체 장치의 설명)
계속해서 처리 대상의 반도체 장치의 일례를 도 3a로부터 도 7을 이용하여 설명한다. 처리 대상의 반도체 장치는 적층 타입의 메모리다. 도 4a 및 도 4b는 도 3a에 도시된된 홀(106)에 전하 트랩 막 등을 충전시킨 상태의 도면이다. 도 5는 충전 절연막(110) 등을 충전시킨 상태의 도면이다. 도 6은 희생막(104)을 제거한 상태이며, 공극(111)이 형성된 상태의 도면이다. 도 7은 공극(11)에 금속막(112)을 충전시킨 도면이다.
우선 도 3a 및 도 3b를 이용하여 본 기술로 처리하는 기판에 대해서 설명한다. 도 3a는 기판(100)에 형성된 막의 측단면도이며, 도 3b는 상방(上方)에서 본 도면이다. 또한 도 3b의 α-α'선에서의 측단면도가 도 3a에 상당한다.
기판(100)에는 공통 소스 라인(CSL, Common Source Line)(101)이 형성된다. 또한 기판(100) 상에는 절연막(102)이 형성된다. 절연막(102) 상에는 희생막(104)이 형성된다. 도 3a에 도시되는 바와 같이 절연막(102)과 희생막(104)은 교호(交互)적으로 적층된다. 구체적으로는 절연막(102-1) 상에는 희생막(104-1), 절연막(102-2), 희생막(104-2), …, 절연막(102-8), 희생막(104-8)이 형성된다. 희생막(104-8) 상에는 절연막(105)을 형성한다. 또한 여기서는 절연막(102), 희생막(104)을 8층 형성하는 예를 설명했지만 이에 한정되지 않고, 보다 다층으로 해도 좋다.
절연막(102), 희생막(104)으로 구성되는 적층막 및 절연막(105)에는 심구로서의 홀(106)이 형성된다. 홀(106)은 저부에서 공통 소스 라인(101)이 노출되도록 구성된다. 홀(106)은 도 3b에 도시되는 바와 같이 기판(100)의 면 방향에 다수 설치된다. 홀(106)의 내벽에는 보호막(107)이 형성된다.
계속해서 도 4a 및 도 4b를 이용하여 홀(106)에 보호막(107), 적층막(108)을 형성한 상태를 설명한다. 도 4a는 기판(100)의 상태를 설명하는 도면이며, 도 4b는 도 4a에서의 적층막(108)을 일부 확대한 도면이다.
홀(106) 내에는 외주측부터 순서대로 보호막(107), 게이트 전극간 절연막-전하 트랩 막-터널 절연막의 적층막(108)이 형성된다. 각 막은 통 형상으로 구성된다.
예컨대 보호막(107)은 실리콘산화막이나 메탈산화막으로 구성된다. 개질 희생막(104)을 제거할 때 적층막(108)이 손상되는 것을 피하기 위해, 홀(106)의 내벽 표면에 보호막(107)을 설치하여 보호한다.
적층막(108)은 게이트 전극간 절연막(SiO2막)(108a), 전하 트랩 막(실리콘질화막 SiN)(108b), 터널 절연막(SiO2막)(108c)로 구성된다. 게이트 전극간 절연막(108a)은 보호막(107)과 전하 트랩 막(108b) 사이에 배치된다. 터널 절연막(108c)은 전하 트랩 막(108b)과 채널 폴리실리콘 막(109) 사이에 배치된다. 게이트 전극간 절연막(108a)은 후술하는 교호 공급법에 의해 형성된다.
계속해서 도 5를 이용하여 홀(106)에 채널 폴리실리콘 막(109), 충전 절연막(110)이 형성된 상태를 설명한다. 적층막(108)의 표면에는 채널 폴리실리콘 막(109), 충전 절연막(110)이 형성된다. 채널 폴리실리콘 막(109)은 통 형상으로 구성된다. 이와 같이 하여 홀(106) 내를 충전한다.
홀(106)에 충전 후 에칭 처리에 의해 희생막(104)을 제거한다.
도 6은 에칭 처리에 의해 희생막(104)을 제거한 상태의 도면이다. 희생막(104)이 형성된 장소에는 심구로서의 공극(111)이 형성된다. 공극(111)은 절연막(102)과 교호적으로 배치된다.
도 7은 공극(111)에 금속막(112)이 매립된 상태다. 금속막(112)은 절연막(102)과 교호적으로 적층된다.
도 4a, 도 8, 도 9를 이용하여 심구에 형성되는 막의 특성을 균일하게 하는 목적에 대해서 설명한다. 도 4a의 부호(108d)는 적층막(108)의 상부를 나타내고, 부호(108e)는 적층막(108)의 하부를 나타낸다. 상부(108d)는 홀(106)의 상방에 형성된 부분이며, 하부(108e)는 홀(106)의 저부분에 형성된 부분이다.
도 8은 전극간 절연막(108a)을 예로 한 설명도다. 도 8에서는 전극간 절연막(108a)에는 저밀도부(113)와 고밀도부(114)가 존재한다. 저밀도부(113)는 막 조성 밀도가 낮은 부분이다. 저밀도부(113)는 핀홀이라고도 불린다. 고밀도부(114)는 원하는 막 조성 밀도를 총족시킨 부분이다. 그리고 저밀도부(113)의 막 조성 밀도는 고밀도부(114)의 막 밀도보다 낮게 이루어진다.
전술한 바와 같이 전극간 절연막(108a)은 전하 트랩 막(108b)에 인접한다. 즉 도 5에서는 전극간 절연막(108a)은 XY 평면에 인접하도록 배치된다. 전극간 절연막(108a)은 소정의 막 조성 밀도가 있는 것에 의해 전하 트랩 막(108b)으로부터의 리크 전류를 억제하지만, 막 조성 밀도가 낮은 경우에는 리크 전류가 발생한다. 즉 고밀도부(114)에서는 리크 전류가 발생하지 않지만, 저밀도부(113)에서는 리크 전류가 발생할 우려가 있다.
또한 전극간 절연막(108a)을 대신하여, 회로 등에 이용하는 금속막인 경우에 대해서 설명한다. 금속막의 경우, 예컨대 XY 평면에 인접하도록 절연막이 형성된다. 따라서 금속막 중에 흐르는 전하는 X축 방향에 흐른다. 고밀도부(114)와 저밀도부(113)에서는 저항값이 다르기 때문에 전하가 흐르는 양이 다르거나, 혹은 전하의 흐름이 흐트러질 우려가 있다.
이처럼 막 조성 밀도의 편차가 있으면 반도체 장치의 특성이 저하될 우려가 있다.
계속해서 도 9를 이용하여 심구에서 막 특성에 편차가 발생하는 이유에 대해서 설명한다. 심구에 대하여 후술하는 도 10에 도시된 교호 공급법으로 막을 형성하는 경우, 심구 중의 공간[도 9에서는 홀(106)]에 부생성물이 발생한다. 여기서 말하는 부생성물이란 예컨대 하지의 막에 결합하지 못했던 가스의 잉여 성분이나, 혹은 가스가 반응했을 때 발생한 막 성분과 다른 성분이다.
교호 공급법에서는 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서 제1 처리 가스가 잉여가 되어 부생성물이 발생한다. 제2 처리 가스 공급 공정(S206)에서는 하지막 상에 형성된 제1 처리 가스의 전구체와 제2 처리 가스가 반응할 때 발생한다.
여기서 부생성물이 있는 상태에서 처리 가스를 흘린 경우에 형성되는 막에 대해서 생각한다. 부생성물이 존재하는 영역에서는 하지막과 처리 가스 사이에 부생성물이 존재한다. 그렇기 때문에 처리 가스가 하지막에 부착되지 않는 경우나, 부생성물을 포함하는 막이 형성되는 경우가 생각된다. 따라서 부생성물이 있는 상태에서 처리 가스를 흘려도 조성 밀도가 낮은 막이 형성된다.
부생성물을 심구로부터 제거하기 위해서 제1 처리 가스 공급 공정(S202) 후에 제1 퍼지 공정(S204)을 수행하거나, 혹은 제2 처리 가스 공급 공정(S206) 후에 제2 퍼지 공정(S208)을 수행한다. 종래의 퍼지 공정에서는 처리실에 불활성 가스를 공급한다. 이 퍼지 공정은 생산성의 관점에서 단시간에 수행되는 것이 바람직하다.
하지만 발명자에 의한 예의 연구 결과, 종래의 퍼지 공정은 심구의 상부에서 발생한 부생성물을 제거 가능하지만, 하부에서 발생한 부생성물을 제거하는 것이 곤란하다는 것을 발견했다. 예컨대 도 9에서는 홀 상부(106a)의 부생성물(115a)은 제거 가능하지만, 홀 하부(106b)의 부생성물(115b)은 제거가 곤란하다. 따라서 홀 상부(106a)와 홀 하부(106b)에서는 부생성물(115a, 115b)의 밀도가 달라진다. 그 결과, 홀 상부(106a)와 홀 하부(106b) 사이, 예컨대 게이트 전극간 절연막(108a)과 게이트 전극간 절연막(108b) 사이에서 막 밀도가 달라지고, 그 후의 막 형성에서 불량이 발생할 가능성이 있다. 불량이란 예컨대 리크 전류나 막 밀도의 편차의 발생에 의한 신뢰성의 저하가 염려된다.
심구의 하부에서 생성된 부생성물의 제거가 곤란한 이유로서 다음과 같은 이유가 생각된다.
첫 번째 이유는 종래의 퍼지 공정에서의 퍼지 가스가 심구의 하부에 전달되지 않는 것이다. 전술한 바와 같이 퍼지 공정에서는 불활성 가스가 처리실에 공급된다. 그 때 퍼지 가스의 성분이 심구 상부에 침입해 그것이 심구 상부에 체류한 부생성물을 압출(押出)한다. 도 9에서는 부생성물(115a)이 퍼지 가스에 의해 압출된다. 그런데 퍼지 공정을 단시간에 수행하는 경우, 심구 하부에는 퍼지 가스가 전달되기 어렵다. 심구 하부에 퍼지 가스를 전달하기 위해서는 퍼지 가스의 유량을 현저하게 증가하거나 많은 시간을 들일 필요가 있다. 하지만 생산성의 관점에서 퍼지 공정에서 퍼지 가스의 유량을 현저하게 증가하거나, 많은 시간을 들이는 것은 바람직하지 않다.
두 번째 이유는 심구 상부의 부생성물이 하부 부생성물의 이동을 방해하는 것이다. 퍼지 공정에서는 전술한 바와 같이 불활성 가스가 심구에 공급되지만, 그 때 기판(100)의 표면에도 불활성 가스가 공급된다. 따라서 가스의 흐름이 있는 기판 표면의 압력은 심구 내의 압력보다 낮아진다. 심구로부터 기판 표면에 가스를 흘릴 수 있으므로 심구 상부에 존재하는 부생성물은 그 흐름을 타서 심구로부터 배출된다. 그런데 심구의 하부에서는 도 9의 화살표(116)와 같이 심구 하부의 부생성물(115b)이 이동하려고 해도 상부의 부생성물(115a)이 이동을 방해하기 때문에 하부에서 부생성물이 잔류하게 된다.
이와 같이 심구 하부에서 생성된 부생성물은 제거되기 어려운 상황에 있다. 그렇기 때문에 심구에 형성되는 막 성분은 상부와 하부에서 불균일해진다.
그래서 본 실시 형태에서는 단시간의 퍼지 공정에서도 심구 하부의 부생성물을 제거하도록 제어한다. 이하, 구체예를 설명한다.
(기판 처리 공정)
도 10, 도 11을 이용하여 기판 처리 장치(200)를 이용한 기판 처리 공정에 대해서 설명한다. 도 10은 처리 플로우를 설명하는 도면이며, 도 11은 각 플로우와 가스 유량, 압력과의 관계를 도시한 도면이다.
본 기판 처리 공정을 수행하는 것에 의해 예컨대 심구로서의 홀(106)이나 공극(111)에 형성되는 박막의 막 성분이 균일해지도록 한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(200)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에서는 도 3과 같은 보호막(107)이 형성된 기판을 처리실에 반입하여 처리를 하고, 게이트 전극간 절연막(108a)을 형성하는 공정을 예로 하여 설명한다.
(기판 반입·재치 공정)
기판 반입·재치 공정을 설명한다. 도 10에서는 본 공정의 설명을 생략한다. 기판 처리 장치(200)에서는 기판 재치대(212)를 기판(100)의 반송 위치(반송 포지션)까지 하강시키는 것에 의해 기판 재치대(212)의 관통공(214)에 리프트 핀(207)을 관통시킨다. 그 결과, 리프트 핀(207)이 기판 재치대(212) 표면보다 소정의 높이만큼만 돌출한 상태가 된다.
계속해서 게이트 밸브(149)를 열어서 반송 공간(206)을 진공 반송실(미도시)과 연통시킨다. 그리고 이 진공 반송실로부터 기판 이재기(미도시)를 이용하여 기판(100)을 반송 공간(206)에 반입하고, 리프트 핀(207) 상에 기판(100)을 이재한다. 이에 의해 기판(100)은 기판 재치대(212)의 표면으로부터 돌출한 리프트 핀(207) 상에 수평 자세로 지지된다. 이때의 기판(100)은 도 3과 같이 홀(106)에 보호막(107)이 형성된 상태다.
챔버(202) 내에 기판(100)을 반입하면, 기판 이재기를 챔버(202) 외로 퇴피시키고, 게이트 밸브(149)를 닫아서 챔버(202) 내를 밀폐한다. 그 후 기판 재치대(212)를 상승시키는 것에 의해 기판 재치면(211) 상에 기판(100)을 재치시키고, 또한 기판 재치대(212)를 상승시키는 것에 의해 전술한 처리 공간(205) 내의 처리 위치(기판 처리 포지션)까지 기판(100)을 상승시킨다.
기판(100)이 반송 공간(206)에 반입된 후, 처리 공간(205) 내의 처리 위치까지 상승하면, 밸브(261b)를 열고 처리 공간(205)과 APC(261c) 사이를 연통시킨다. APC(261c)은 배기관(261a)의 컨덕턴스를 조정하는 것에 의해 처리 공간(205)을 소정의 압력(예컨대 10-5Pa 내지 10-1Pa의 고진공)으로 유지한다.
기판(100)을 기판 재치대(212) 상에 재치할 때는 기판 재치대(212)의 내부에 매립된 히터(213)에 전력을 공급하여 기판(100)의 표면이 소정의 온도가 되도록 제어된다. 기판(100)의 온도는 예컨대 실온 이상 800℃ 이하이며, 바람직하게는 실온 이상이며 500℃ 이하다. 이때 히터(213)의 온도는 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 컨트롤러(280)가 제어값을 추출하고, 온도 제어부(220)에 의해 히터(213)에의 통전 상태를 제어하는 것에 의해 조정된다.
계속해서 심구에 박막을 형성하는 구체적인 방법을 설명한다. 여기서는 예컨대 실리콘산화막으로 구성되는 게이트 전극간 절연막(108a)을 형성하는 예에 대해서 도 10, 도 11을 이용하여 설명한다. 도 10은 기판(100)의 처리 플로우를 도시하고, 도 11은 처리 플로우의 각 공정과, 처리 공간(205)에 공급되는 가스의 유량, 처리 공간(205)의 압력을 도시한다.
도 11에서는 위부터 제1 처리 가스, 제1 불활성 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스, 제2 처리 가스, 제2 불활성 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스, 제3 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스, 각각의 공정에서의 가스의 총공급량을 도시한다. 각각의 세로축은 유량을 도시한다. 또한 그 아래에는 처리 공간(205)의 압력을 도시한다.
기판(100)을 기판 처리 온도로 승온한 후, 기판(100)을 소정 온도로 유지하면서 가열 처리를 수반하는 이하의 기판 처리를 수행한다. 즉 공통 가스 공급관(242), 샤워 헤드(230)를 개재하여 처리 가스를 챔버(202) 내에 배치되는 기판(100)의 표면(처리면)을 향하여 공급하고, 기판(100)을 처리한다.
이하, 제1 처리 가스로서 DCS 가스를 이용하고, 제2 처리 가스로서 산소(O2) 가스를 이용하여 심구에 실리콘산화막을 형성하는 예에 대해서 설명한다. 여기서는 다른 처리 가스를 교호적으로 공급하는 교호 공급 처리를 수행한다.
[제1 처리 가스 공급 공정(S202)]
제1 처리 가스 공급 공정(S202)을 설명한다. 기판(100)을 가열하여 원하는 온도에 달하면 밸브(243d)를 여는 것과 함께, DCS 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 매스 플로우 컨트롤러(243c)를 조정한다. 또한 DCS 가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 이상 800sccm 이하다.
제1 불활성 가스 공급부로부터는 N2 가스를 공급한다. 제1 불활성 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스는 DCS 가스의 캐리어 가스로서 이용된다. 이때 제2 불활성 가스 공급부로부터 불활성 가스를 공급해도 좋다. 제2 불활성 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스는 가스 공급관(244a)에 DCS 가스가 침입되는 것을 방지하는 가스 커튼으로서의 역할을 한다.
이때의 가스 유량은 도 11에 도시되는 바와 같이 제1 불활성 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스의 유량을 1(임의 단위)로 한 경우에 DCS 가스는 4, 제2 불활성 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스를 1로 한다. 따라서 총 유량은 6이 된다.
버퍼 공간(234)을 개재하여 처리 공간(205)에 공급된 DCS 가스는 열에 의해 실리콘 성분 등으로 분해되어 기판(100) 상에 공급된다. 공급된 실리콘 성분이 심구의 표면에 접촉하는 것에 의해 표면에 「제1 원소 함유층」으로서의 실리콘 함유층이 형성된다. 실리콘 함유층은 형성하는 박막의 전구체에 상당한다. 또한 심구의 내측 공간에 부생성물로서 잉여 성분이 생성된다.
여기서는 압력 검출부(261d)가 처리 공간(205)의 압력을 검출하고, 그것들의 검출 데이터를 컨트롤러(280)가 수신한다. 컨트롤러(280)는 매스 플로우 컨트롤러(243c), 매스 플로우 컨트롤러(246c), 매스 플로우 컨트롤러(247c), APC(261c)을 제어하고, 처리 공간(205) 내의 압력이 소정의 범위 내가 되도록 제어한다.
이때 처리 공간(205), 반송 공간(206)의 각각의 압력을 예컨대 50Pa 내지 300Pa 중 소정의 값이 되도록 제어한다. 예컨대 250Pa로 한다.
이러한 고압으로 처리하는 것에 의해 DCS 가스가 심구의 저부까지 도달 가능해진다. 따라서 분해된 상태에서 심구의 저부에 실리콘 성분을 도달시킬 수 있고, 그 결과 보호막(107)의 표면에 실리콘 함유층을 형성할 수 있다.
소정 시간 경과 후, 밸브(243d)를 닫고 DCS 가스의 공급을 정지한다.
[제1 퍼지 공정(S204)]
제1 퍼지 공정(S204)을 설명한다. 밸브(245d)를 열고 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스를 공급하여 샤워 헤드(230) 및 처리 공간(205) 및 심구 중에 존재하는 부생성물의 퍼지를 수행한다. 그것과 병행하여 제1 불활성 가스 공급관(246a), 제2 불활성 가스 공급관(247a)으로부터 불활성 가스를 공급한다.
이때의 가스 유량은 도 11에 도시되는 바와 같이 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서의 제1 불활성 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스의 유량을 1(임의 단위)로 한 경우에 제2 불활성 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스를 1로 하고, 제3 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스를 2로 한다. 따라서 총 유량은 4가 된다.
여기서는 제1 처리 가스 공급 공정(S202)과 마찬가지로 압력 검출부(261d)가 검출한 검출 데이터를 바탕으로, 컨트롤러(280)는 매스 플로우 컨트롤러(245c), 매스 플로우 컨트롤러(246c), 매스 플로우 컨트롤러(247c), APC(261c)을 제어하여 처리 공간(205)의 압력을 소정의 압력으로 한다.
이때 직전의 성막 공정인 제1 처리 가스 공급 공정(S202)보다 적은 총 유량으로 하는 것과 함께 처리 공간(205)의 압력을 제1 처리 가스 공급 공정(S202)보다 낮은 압력으로 한다. 이렇게 하는 것에 의해 처리 공간(205)의 압력, 즉 기판(100) 표면의 압력을 심구의 하부보다 낮은 압력으로 할 수 있다. 다음으로 이러한 압력으로 하는 이유를 설명한다.
전술한 바와 같이 제1 가스 공급 공정(S202)에서는 심구의 내측 공간의 상부, 하부 각각에 부생성물이 생성되고, 종래의 퍼지 공정에서는 상부에 존재하는 부생성물이 하부에 존재하는 부생성물의 이동을 방해한다. 그렇기 때문에 하부에 부생성물이 잔류한다.
이것에 대하여 본 기술에서는 처리 공간(205)의 압력을 심구의 내측 공간보다 낮게 한다. 이와 같이 하는 것에 의해 처리 공간(205)과 심구의 내측 공간에서 압력 차이가 발생하기 때문에 심구로부터 처리 공간(205)으로의 가스의 흐름이 형성된다. 이 가스의 흐름에 의해 심구 상부에 존재하는 부생성물이 처리 공간(205) 내에 배출된다.
심구 상부의 부생성물이 적어지기 때문에 하부의 부생성물의 이동을 저해하는 것이 적어지고, 하부의 부생성물의 배출을 용이하게 한다.
이와 같이 하여 심구를 포함하는 기판을 처리하는 경우에도 심구에 잔류하는 부생성물을 배출할 수 있다. 따라서 심구 중에 균일한 조성의 층을 형성할 수 있다.
[제2 처리 가스 공급 공정(S206)]
제2 처리 가스 공급 공정(S206)을 설명한다. 밸브(245d)를 닫고 제1 퍼지 공정(S204)을 종료하면, 밸브(244d)를 열고 샤워 헤드(230)를 개재하여 처리 공간(205) 내에 산소 가스의 공급을 시작한다.
제1 불활성 가스 공급부로부터는 N2 가스를 공급한다. 제1 불활성 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스는 산소 가스가 가스 공급관(243a)에 침입되는 것을 방지하는 가스 커튼으로서의 역할을 한다. 제2 불활성 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스는 산소 가스의 캐리어 가스, 또는 희석 가스로서 이용된다.
이때의 가스 유량은 도 11에 도시되는 바와 같이 제1 불활성 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스의 유량을 1(임의 단위)로 한 경우에 제2 처리 가스인 산소 가스는 4, 제2 불활성 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스를 1로 한다. 따라서 총 유량은 6이 된다.
여기서는 압력 검출부(261d)가 처리 공간(205)의 압력을 검출하고, 그것들의 검출 데이터를 컨트롤러(280)가 수신한다. 컨트롤러(280)는 매스 플로우 컨트롤러(244c), 매스 플로우 컨트롤러(246c), 매스 플로우 컨트롤러(247c), APC(261c)을 제어하여 처리 공간(205) 내의 압력이 소정의 범위 내가 되도록 제어한다.
이때 산소 가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 이상 6,000sccm 이하다.
산소 가스는 리모트 플라즈마 유닛(244e)으로 플라즈마 상태가 된다. 플라즈마 상태의 산소 가스는 샤워 헤드(230)를 개재하여 기판(100) 상에 공급된다. 심구에 이미 형성된 실리콘 함유층이 산소 가스에 의해 개질되는 것에 의해 실리콘 원소 및 산소 원소를 함유하는 층으로 구성되는 박막이 형성된다.
소정의 시간이 경과한 후, 밸브(244d)를 닫고 산소 가스의 공급을 정지한다.
제2 처리 가스 공급 공정(S206)에서도 전술한 공정(S202)과 마찬가지로 밸브(261b)가 열림이 되고, APC(261c)에 의해 처리 공간(205)의 압력이 소정의 압력이 되도록 제어된다.
[제2 퍼지 공정(S208)]
제2 퍼지 공정(S208)을 설명한다. 제1 퍼지 공정(S204)과 마찬가지로 제3 가스 공급관(245a)으로부터 N2 가스를 공급하여 샤워 헤드(230) 및 처리 공간(205)의 퍼지를 수행한다.
이때의 가스 유량은 도 11에 도시되는 바와 같이 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서의 제1 불활성 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스의 유량을 1(임의 단위)로 한 경우에 제2 불활성 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스를 1로 하고, 제3 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스를 2로 한다. 따라서 총 유량은 4가 된다.
이때 직전의 성막 공정인 제2 처리 가스 공급 공정(S206)보다 적은 총 유량으로 하는 것과 함께, 처리 공간(205)의 압력을 제2 처리 가스 공급 공정(S206)보다 낮은 압력으로 한다. 따라서 제1 퍼지 공정(S204)과 마찬가지로 심구 상부 및 하부에 존재하는 부생성물을 배출할 수 있다. 따라서 심구의 표면에 균일한 조성의 층을 형성할 수 있다.
여기서는 압력 검출부(261d)가 검출한 검출 데이터를 바탕으로, 컨트롤러(280)는 매스 플로우 컨트롤러(245c), 매스 플로우 컨트롤러(246c), 매스 플로우 컨트롤러(247c), APC(261c)을 제어하여 처리 공간(205)의 압력을 소정의 압력으로 한다.
[판정(S210)]
판정(S210)을 설명한다. 컨트롤러(280)는 상기 1사이클을 소정 횟수(n cycle) 실시했는지의 여부를 판정한다.
소정 횟수 실시하지 않았을 때(S210에서 No인 경우), 제1 처리 가스 공급 공정(S202), 퍼지 공정(S204), 제2 처리 가스 공급 공정(S206), 퍼지 공정(S208) 사이클을 반복한다. 소정 횟수 실시했을 때(S210에서 Yes인 경우), 도 10에 도시하는 처리를 종료한다.
제1 퍼지 공정(S204), 제2 퍼지 공정(S208)에서 심구 하부의 부생성물을 배출하므로 균일한 조성의 층이 연속된 막을 형성할 수 있다. 즉 균일한 조성의 막을 형성할 수 있다.
(기판 반출 공정)
기판 반출 공정에서는 기판 재치대(212)를 하강시켜 기판 재치대(212)의 표면으로부터 돌출시킨 리프트 핀(207) 상에 기판(100)을 지지시킨다. 이에 의해 기판(100)은 처리 위치부터 반송 위치가 된다. 그 후 게이트 밸브(149)를 열고 암(미도시)을 이용하여 기판(100)을 챔버(202) 외로 반출한다.
이상 설명한 기술에 의해 애스펙트비가 높은 심구에 대해서도 심구의 내측 공간 저부에 부생성물을 잔류시키지 않고 심구의 표면에 균일한 조성의 막을 형성할 수 있다.
또한 전술한 실시 형태에서는 제1 처리 가스로서 실리콘 함유 가스를 이용하고 제2 처리 가스로서 산소 가스를 이용하여 심구에 실리콘산화막을 형성하는 경우에 대해서 설명했지만 이에 한정되지 않는다. 제1 처리 가스로서는 분해 용이한 성질을 가지고 있으면 좋고, 예컨대 HCD(Si2Cl6)이나 TDMAS{SiH[N(CH3)2]3}이어도 좋다. 또한 제2 처리 가스로서는 O2 가스에 한정되지 않고, 오존이나 HO 등이어도 좋다. 또한 제2 원소는 산소에 한정되지 않고, 질소이어도 좋다. 특히 오존의 경우, 그 단체로 높은 에너지를 가지기 때문에 플라즈마 상태로 하지 않아도 좋다. 그렇기 때문에 플라즈마가 실활될 정도로 고압으로 하는 경우에는 오존을 이용해도 좋다.
또한 불활성 가스로서 N2 가스를 예로 설명했지만, 처리 가스와 반응하지 않는 가스라면 그것에 한정되지 않는다. 예컨대 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 이용할 수 있다.
또한 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서는 제1 처리 가스의 유량과 제1 불활성 가스 공급부와 제2 불활성 가스 공급부로부터 각각 공급되는 불활성 가스의 유량을 합쳐서 총 유량으로서 표현했지만, 그것에 한정되지 않는다. 예컨대 총유량은 제1 처리 가스를 포함시킨 유량일 수 있다.
또한 제2 처리 가스 공급 공정(S206)에서는 제2 처리 가스의 유량과 제1 불활성 가스 공급부와 제2 불활성 가스 공급부로부터 각각 공급되는 불활성 가스의 유량을 합쳐서 총 유량으로서 표현했지만, 그것에 한정되지 않는다. 예컨대 총유량은 제2 처리 가스의 유량을 포함하면 좋다.
제1 퍼지 공정(S204), 제2 퍼지 공정(S208)에서는 제1 불활성 가스 공급부와 제2 불활성 가스와 제3 가스 공급부 각각으로부터 공급되는 불활성 가스의 유량을 합쳐서 총 유량으로서 표현했지만, 그것에 한정되지 않는다. 예컨대 총유량은 제1 불활성 가스 공급부 및 제2 불활성 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스의 유량을 포함하면 좋다.
(제2 실시 형태)
계속해서 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 제2 실시 형태에서는 퍼지 공정의 동작이 다르다. 다른 구성은 제1실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 이하에 본 실시 형태의 퍼지 공정의 상세를 설명한다. 또한 본 실시 형태에서의 퍼지 공정은 제1 실시 형태에서의 제1 퍼지 공정(S204), 제2 퍼지 공정(S208)에 상당하는 구성이다.
본 실시 형태에서의 퍼지 공정을 도 12, 도 13을 이용하여 설명한다. 본 실시 형태의 퍼지 공정은 복수 단계로 수행된다. 구체적으로는 제1 서브 퍼지 공정(S302)과 제2 서브 퍼지 공정(S304)이 수행된다. 다음으로 구체적인 동작에 대해서 설명한다.
[제1 서브 퍼지 공정(S302)]
제1 서브 퍼지 공정(S302)을 설명한다. 종래 마찬가지로 처리 공간(205)에 불활성 가스를 공급한다. 여기서는 제1 불활성 가스 공급부, 제2 불활성 가스 공급부, 제3 가스 공급부로부터 불활성 가스를 공급하여 처리 공간(205)을 고압 상태로 한다.
고압 상태로 하는 것에 의해 많은 불활성 가스가 심구 상부에 공급된다. 불활성 가스가 심구 상부에 체류한 부생성물에 물리적으로 어택하고, 부생성물을 심구 외로 토출한다.
여기서는 예컨대 제1 처리 가스 공급 공정(S202)보다 높은 압력으로 한다.
보다 바람직하게는 기판에 대량의 불활성 가스를 공급하는 것과 함께 처리 공간(205)의 분위기를 배기하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 심구 외로 토출된 부생성물을 기판 상에 체류시키는 일이 없다. 따라서 다른 심구에 다시 부생성물이 유입되지 않는다.
[제2 서브 퍼지 공정(S304)]
계속해서 제2 서브 퍼지 공정(S304)을 설명한다. 제2 서브 퍼지 공정(S304)에서도 처리 공간(205)에 불활성 가스를 공급한다. 여기서는 제3 가스 공급부로부터는 불활성 가스의 공급을 정지하고, 제1 불활성 가스 공급부, 제2 불활성 가스 공급부로부터 불활성 가스를 공급한다. 제3 가스 공급부에서 불활성 가스의 공급을 정지할 때는 밸브(245d)를 닫힘으로 한다.
제1 불활성 가스 공급부, 제2 불활성 가스 공급부로부터 공급되는 불활성 가스의 공급량을 유지하고, 제3 가스 공급부로부터의 공급을 정지하므로, 처리 공간(205)의 압력은 제1 서브 퍼지 공정(S302)보다 낮아진다.
따라서 제1 실시 형태와 마찬가지로 처리 공간(205)의 압력은 심구 하부의 압력보다 낮아져, 그 결과 심구 하부로부터 처리 공간(205)에 걸쳐서 가스 흐름이 형성된다. 본 실시 형태에서는 제1 서브 퍼지 공정(S302)에서 심구 상부의 부생성물을 제거하므로, 심구 하부에 체류한 부생성물의 이동을 저해하지 않는다. 따라서 제1 실시 형태에 비해 보다 확실하게 심구 하부에 존재하는 부생성물을 제거할 수 있다.
여기서 본 공정에서 제3 가스 공급부(245)로부터의 불활성 가스 공급을 정지하는 이유를 설명한다. 제3 가스 공급부(245)에서는 가스의 공급량을 MFC(245c), 밸브(245d)를 이용하여 제어한다.
불활성 가스의 유량을 줄이는 방법으로서 MFC(245c)을 제어하는 것을 생각해볼 수 있다. 그런데 불활성 가스의 공급을 정지하는 정도의 양까지 조정 가능한 고성능 MFC는 고액이며, 또한 가령 실장할 수 있었다고 해도 압력을 조정하기까지 시간이 걸린다.
또한 제3 가스 공급부로부터 불활성 가스를 공급하면서 APC(261c)을 제어하여 처리 공간(205)의 압력을 조정하고 저압으로 하는 것이 생각되지만, 이것도 압력의 조정에 시간이 걸린다. 이상과 같은 방법으로는 생산성이 저하된다.
이것에 대하여 본 실시 형태와 같이 밸브(245d)를 닫는 경우, 단시간에 처리 공간(205)으로의 불활성 가스의 공급량을 적게 할 수 있다. 따라서 생산성을 높일 수 있다.
또한 본 공정에서는 적어도 처리 공간(205)의 압력을 제1 퍼지 공정(S302)보다 낮게 할 수 있으면 좋고, 제1 불활성 가스 공급부, 제2 불활성 가스 공급부로부터의 불활성 가스 공급을 정지해도 좋다.
전술한 실시 형태에서는 기판 상에 주 원소로서 Si를 포함하는 막을 형성하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 즉 본 발명은 Si 외에 게르마늄(Ge), 보론(B) 등의 반금속 원소를 주 원소로서 포함하는 막을 기판 상에 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다. 또한 본 발명은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y), 란탄(La), 스트론튬(Sr), 알루미늄(Al) 등의 금속 원소를 주 원소로서 포함하는 막을 기판 상에 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
100: 기판 102: 절연막
103: 희생막 106: 홀
115: 부생성물 200: 기판 처리 장치
205: 처리 공간 243: 제1 가스 공급부
244: 제2 가스 공급부 245: 제3 가스 공급부
261: 배기부

Claims (22)

  1. 적어도 상부와 하부로 구성되는 심구(深溝)를 포함하는 기판을 처리실 내에 구비된 기판 지지부에서 지지하는 기판 재치 공정;
    상기 처리실에 처리 가스를 공급하여 상기 심구의 내측 표면에 층을 형성하는 처리 가스 공급 공정; 및
    상기 처리실에 연통되고, 밸브가 설치된 적어도 2개의 불활성 가스 공급관 중, 각각의 밸브를 열림으로 하여 상기 처리실에 불활성 가스를 공급하는 제1 서브 퍼지 공정과, 상기 제1 서브 퍼지 공정 후, 일방(一方)의 상기 불활성 가스 공급관에 설치된 밸브를 열림으로 하고 타방(他方)의 불활성 가스 공급관에 설치된 밸브를 닫힘으로 하여 상기 제1 서브 퍼지 공정의 압력보다 낮은 압력으로 하도록 상기 처리실에 불활성 가스를 공급하는 제2 서브 퍼지 공정을 수행하여, 상기 처리 가스 공급 공정에 의해서 상기 내측 공간에 생성된 부생성물을 배출하는 퍼지 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 퍼지 공정에서는 불활성 가스를 공급하면서 상기 처리실로부터 분위기를 배기하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급 공정에서의 상기 불활성 가스의 공급량은 상기 퍼지 공정에서의 상기 불활성 가스의 공급량보다 적은 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 서브 퍼지 공정에서는 상기 처리실에 상기 불활성 가스를 공급하는 것과 함께 상기 처리실로부터 분위기를 배기하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1 서브 퍼지 공정에서는 상기 처리실에 상기 불활성 가스를 공급하는 것과 함께 상기 처리실로부터 분위기를 배기하는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급 공정에서의 불활성 가스의 공급량은 상기 퍼지 공정에서의 불활성 가스의 공급량보다 적은 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,,
    상기 제1 서브 퍼지 공정에서는 상기 처리실에 불활성 가스를 공급하는 것과 함께 상기 처리실로부터 분위기를 배기하는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 서브 퍼지 공정에서는 상기 처리실에 불활성 가스를 공급하는 것과 함께 상기 처리실로부터 분위기를 배기하는 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 처리실 내에 구비되고, 적어도 상부와 하부로 구성되는 심구를 포함하는 기판을 재치하는 기판 지지부;
    상기 처리실에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부;
    상기 처리실로부터 분위기를 배기하는 배기부;
    상기 처리실에 연통되고, 밸브가 설치된 적어도 2개의 불활성 가스 공급관; 및
    상기 처리실에 처리 가스를 공급하여 상기 심구의 내측 표면에 층을 형성하는 처리와, 각각의 상기 밸브를 열림으로 하여 상기 처리실에 불활성 가스를 공급하는 처리와, 그 후 일방의 상기 밸브를 열림으로 하고 타방의 상기 밸브를 닫힘으로 하여 상기 처리의 압력보다 낮은 압력으로 하도록 상기 처리실에 불활성 가스를 공급하는 처리를 수행하여, 상기 층을 형성하는 처리에 의해서 상기 내측 공간에 생성된 부생성물을 배출하도록 제어 가능한 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  22. 적어도 상부와 하부로 구성되는 심구를 포함하는 기판을 처리실 내에 구비된 기판 지지부에 재치하는 단계;
    상기 처리실에 처리 가스를 공급하여 상기 심구의 내측 표면에 층을 형성하는 단계; 및
    상기 처리실에 연통되고, 밸브가 설치된 적어도 2개의 불활성 가스 공급관 중 각각의 밸브를 열림으로 하여 상기 처리실에 불활성 가스를 공급하는 제1 단계와, 그 후 일방의 상기 불활성 가스 공급관에 설치된 밸브를 열림으로 하고 타방의 불활성 가스 공급관에 설치된 밸브를 닫힘으로 하여 상기 제1 단계의 압력보다 낮은 압력으로 하도록 상기 처리실에 불활성 가스를 공급하는 제2 단계를 수행하고, 상기 층을 형성하는 단계에 의해서 상기 내측 공간에 생성된 부생성물을 배출하는 단계
    를 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램을 격납하는 기록 매체.
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