KR102376835B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 - Google Patents

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Abstract

금속막의 성막 저해 요인을 저감할 수 있다. 기판에 대하여, 금속 함유 가스와, 실리콘 및 수소를 포함하고, 할로겐을 포함하지 않는 환원 가스를 동시에 공급하는 타이밍을 갖고, 적어도 상기 환원 가스를 공급하는 동안의 상기 처리실 내의 압력을 130Pa 이상 3990Pa 미만의 범위 내의 값으로 하는 제1 공정과, 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 금속 함유 가스 및 상기 환원 가스를 제거하는 제2 공정과, 상기 기판에 대하여, 질소 함유 가스를 공급하는 제3 공정과, 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 질소 함유 가스를 제거하는 제4 공정을 순차 반복하여, 상기 기판 상에, 실리콘 원자를 실질적으로 포함하지 않는 금속 질화막을 형성한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
본 발명은, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
3차원 구조를 갖는 NAND형 플래시 메모리의 컨트롤 게이트에는 예를 들어 텅스텐(W)막이 사용되고 있으며, 이 W막의 성막에는 W를 포함하는 육불화텅스텐(WF6) 가스가 사용되고 있다. 또한, 이 W막과 절연막의 사이에 배리어막으로서 질화티타늄(TiN)막을 마련하는 경우가 있다. 이 TiN막은, W막과 절연막의 밀착성을 높이는 역할을 함과 함께, W막 중에 포함되는 불소(F)가 절연막으로 확산하는 것을 방지하는 역할을 담당하고, 성막은 사염화티타늄(TiCl4) 가스와 암모니아(NH3) 가스를 사용해서 행하여지는 것이 일반적이다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2011-6783호 공보
상술한 바와 같이, 배리어막으로서 사용되고 있는 TiN막은, TiCl4 가스와 NH3 가스를 사용해서 성막되는데, 성막 과정에서 발생하는 부생성물로서 염산(HCl)이 있다. 이 HCl은, TiN막의 표면에 흡착하여, 성막 속도의 저하 등으로 이어진다.
본 발명은, 성막 과정에서 발생하는 부생성물과 반응하는 환원 가스를 처리실 내에 공급해서 처리실 밖으로 배출함으로써, 금속막의 성막 저해 요인을 저감하는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
처리실 내의 기판에 대하여, 금속 함유 가스와, 실리콘 및 수소를 포함하고, 할로겐을 포함하지 않는 환원 가스를 동시에 공급하는 타이밍을 갖고, 적어도 상기 환원 가스를 공급하는 동안의 상기 처리실 내의 압력을 130Pa 이상 3990Pa 미만의 범위 내의 값으로 하는 제1 공정과,
상기 처리실 내에 잔류하는 상기 금속 함유 가스 및 상기 환원 가스를 제거하는 제2 공정과,
상기 기판에 대하여, 질소 함유 가스를 공급하는 제3 공정과,
상기 처리실 내에 잔류하는 상기 질소 함유 가스를 제거하는 제4 공정
을 순차 반복하여, 상기 기판 상에, 실리콘 원자를 실질적으로 포함하지 않는 금속 질화막을 형성하는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 성막 과정에서 발생하는 부생성물과 반응하는 환원 가스를 처리실 내에 공급해서 처리실 밖으로 배출함으로써, 금속막의 성막 저해 요인을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 2는 도 1에서의 A-A선 개략 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에서의 가스 공급의 타이밍의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에서의 가스 공급의 타이밍의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에서의 가스 공급의 타이밍의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시 형태에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에서의 가스 공급의 타이밍의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 비교예에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 13의 (A)는, 본 실시예에 의한 성막 속도와 비교예에 의한 성막 속도를 도시하는 도면이며, (B)는, 본 실시예에 의해 형성된 TiN막의 막 조성과 비교예에 의해 형성된 TiN막의 막 조성을 도시하는 도면이다.
도 14는 본 실시예에 의해 형성된 TiN막과 비교예에 의해 형성된 TiN막의 XPS 스펙트럼을 도시하는 도면이다. (A)는 티타늄(Ti2p)의 XPS 스펙트럼을 나타내고, (B)는 질소(N1s)의 XPS 스펙트럼을 나타내고, (C)는 염소(Cl2p)의 XPS 스펙트럼을 나타낸다.
도 15는 SiH4 가스 공급 시의 처리실 내의 압력과 굴절률과 막 두께의 관계를 도시하는 도면이다.
도 16은 SiH4 가스의 공급 시간의 임계값을 도시하는 도면이다.
<본 발명의 제1 실시 형태>
이하, 도 1 내지 4를 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
기판 처리 장치(10)는, 가열 수단(가열 기구, 가열계)으로서의 히터(207)가 마련된 처리로(202)를 구비한다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판으로서의 히터 베이스(도시하지 않음)에 지지됨으로써 수직으로 거치되어 있다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원형으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 아우터 튜브(203)가 배치되어 있다. 아우터 튜브(203)는, 예를 들어 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 아우터 튜브(203)의 하방에는, 아우터 튜브(203)와 동심원형으로, 매니폴드(인렛 플랜지)(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스(SUS) 등의 금속으로 이루어지고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부와, 아우터 튜브(203)의 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 마련되어 있다. 매니폴드(209)가 히터 베이스에 지지됨으로써, 아우터 튜브(203)는 수직으로 거치된 상태가 된다.
아우터 튜브(203)의 내측에는, 반응 용기를 구성하는 이너 튜브(204)가 배치되어 있다. 이너 튜브(204)는, 예를 들어 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 주로, 아우터 튜브(203)와, 이너 튜브(204)와, 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성되어 있다. 처리 용기의 통 중공부(이너 튜브(204)의 내측)에는 처리실(201)이 형성되어 있다.
처리실(201)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 연직 방향으로 다단으로 배열한 상태에서 수용 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 노즐(410, 420, 430)이 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(410, 420, 430)에는, 가스 공급관(310, 320, 330)이 각각 접속되어 있다. 단, 본 실시 형태의 처리로(202)는 상술한 형태에 한정되지 않는다.
가스 공급관(310, 320, 330)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(312, 322, 332)가 각각 마련되어 있다. 또한, 가스 공급관(310, 320, 330)에는, 개폐 밸브인 밸브(314, 324, 334)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(310, 320, 330)의 밸브(314, 324, 334)의 하류측에는, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(510, 520, 530)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(510, 520, 530)에는, 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(512, 522, 532) 및 개폐 밸브인 밸브(514, 524, 534)가 각각 마련되어 있다.
가스 공급관(310, 320, 330)의 선단부에는 노즐(410, 420, 430)이 각각 연결 접속되어 있다. 노즐(410, 420, 430)은, L자형의 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(410, 420, 430)의 수직부는, 이너 튜브(204)의 직경 방향 바깥 방향으로 돌출되고, 또한 연직 방향으로 연장되도록 형성되어 있는 채널 형상(홈 형상)의 예비실(201a)의 내부에 마련되어 있고, 예비실(201a) 내에서 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 상방(웨이퍼(200)의 배열 방향 상방)을 향해서 마련되어 있다.
노즐(410, 420, 430)은, 처리실(201)의 하부 영역으로부터 처리실(201)의 상부 영역까지 연장되도록 마련되어 있고, 웨이퍼(200)와 대향하는 위치에 각각 복수의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)이 마련되어 있다. 이에 의해, 노즐(410, 420, 430)의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)으로부터 각각 웨이퍼(200)에 처리 가스를 공급한다. 이 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)은, 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되고, 각각 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 마련되어 있다. 단, 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)은 상술한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부를 향해서 개구 면적을 점차 크게 해도 된다. 이에 의해, 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)으로부터 공급되는 가스의 유량을 보다 균일화하는 것이 가능하게 된다.
노즐(410, 420, 430)의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)은, 후술하는 보트(217)의 하부에서부터 상부까지의 높이의 위치에 복수 마련되어 있다. 그 때문에, 노즐(410, 420, 430)의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된 처리 가스는, 보트(217)의 하부에서부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200)의 전역에 공급된다. 노즐(410, 420, 430)은, 처리실(201)의 하부 영역에서부터 상부 영역까지 연장되도록 마련되어 있으면 되지만, 보트(217)의 천장 부근까지 연장되도록 마련되어 있는 것이 바람직하다.
가스 공급관(310)으로부터는, 처리 가스로서, 금속 원소를 포함하는 원료 가스(금속 함유 가스)가, MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 원료로서는, 예를 들어 금속 원소로서의 티타늄(Ti)을 포함하고, 할로겐계 원료(할로겐화물, 할로겐계 티타늄 원료)로서의 사염화티타늄(TiCl4)이 사용된다.
가스 공급관(320)으로부터는, 처리 가스로서, 환원 가스가, MFC(322), 밸브(324), 노즐(420)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 환원 가스로서는, 예를 들어 실리콘(Si) 및 수소(H)를 포함하고, 할로겐을 포함하지 않는 환원 가스로서의 예를 들어 실란(SiH4) 가스를 사용할 수 있다. SiH4는 환원제로서 작용한다.
가스 공급관(330)으로부터는, 처리 가스로서, 반응 가스가, MFC(332), 밸브(334), 노즐(430)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 반응 가스로서는, 예를 들어 질소(N)를 포함하는 N 함유 가스로서의 예를 들어 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(510, 520, 530)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(512, 522, 532), 밸브(514, 524, 534), 노즐(410, 420, 430)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 이하, 불활성 가스로서 N2 가스를 사용하는 예에 대해서 설명하지만, 불활성 가스로서는, N2 가스 이외에, 예를 들어 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 크세논(Xe) 가스 등의 희가스를 사용해도 된다.
주로, 가스 공급관(310, 320, 330), MFC(312, 322, 332), 밸브(314, 324, 334), 노즐(410, 420, 430)에 의해 처리 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410, 420, 430)만을 처리 가스 공급계라고 생각해도 된다. 처리 가스 공급계는 간단히 가스 공급계라고 칭해도 된다. 가스 공급관(310)으로부터 원료 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(310), MFC(312), 밸브(314)에 의해 원료 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410)을 원료 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 또한, 가스 공급관(320)으로부터 환원 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(320), MFC(322), 밸브(324)에 의해 환원 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(420)을 환원 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 또한, 가스 공급관(330)으로부터 반응 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(330), MFC(332), 밸브(334)에 의해 반응 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(430)을 반응 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 가스 공급관(330)으로부터 반응 가스로서 질소 함유 가스를 공급하는 경우, 반응 가스 공급계를 질소 함유 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. 또한, 주로, 가스 공급관(510, 520, 530), MFC(512, 522, 532), 밸브(514, 524, 534)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다.
본 실시 형태에서의 가스 공급의 방법은, 이너 튜브(204)의 내벽과, 복수매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원환 형상의 세로로 긴 공간 내의 예비실(201a) 내에 배치한 노즐(410, 420, 430)을 경유해서 가스를 반송하고 있다. 그리고, 노즐(410, 420, 430)의 웨이퍼와 대향하는 위치에 마련된 복수의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)으로부터 이너 튜브(204) 내에 가스를 분출시키고 있다. 보다 상세하게는, 노즐(410)의 가스 공급 구멍(410a), 노즐(420)의 가스 공급 구멍(420a) 및 노즐(430)의 가스 공급 구멍(430a)에 의해, 웨이퍼(200)의 표면과 평행 방향을 향해서 원료 가스 등을 분출시키고 있다.
배기 구멍(배기구)(204a)은, 이너 튜브(204)의 측벽이며 노즐(410, 420, 430)에 대향한 위치에 형성된 관통 구멍이며, 예를 들어 연직 방향으로 가늘고 길게 개방 형성된 슬릿 형상의 관통 구멍이다. 노즐(410, 420, 430)의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 웨이퍼(200)의 표면 상을 흐른 가스는, 배기 구멍(204a)을 통해서 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(203)의 사이에 형성된 간극으로 이루어지는 배기로(206) 내에 흐른다. 그리고, 배기로(206) 내에 흐른 가스는, 배기관(231) 내에 흘러, 처리로(202) 밖으로 배출된다.
배기 구멍(204a)은, 복수의 웨이퍼(200)와 대향하는 위치에 마련되어 있고, 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 근방에 공급된 가스는, 수평 방향을 향해서 흐른 후, 배기 구멍(204a)을 통해서 배기로(206) 내에 흐른다. 배기 구멍(204a)은 슬릿 형상의 관통 구멍으로서 구성되는 경우에 한하지 않고, 복수개의 구멍에 의해 구성되어 있어도 된다.
매니폴드(209)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 마련되어 있다. 배기관(231)에는, 상류측부터 순서대로 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245), APC(Auto Pressure Controller) 밸브(243), 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. APC 밸브(243)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 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있다. 주로, 배기 구멍(204a), 배기로(206), 배기관(231), APC 밸브(243) 및 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함해서 생각해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)은, 매니폴드(209)의 하단에 연직 방향 하측으로부터 맞닿도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 SUS 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220b)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)에서의 처리실(201)의 반대측에는, 웨이퍼(200)를 수용하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 시일 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 아우터 튜브(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 연직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 보트(217) 및 보트(217)에 수용된 웨이퍼(200)를, 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를, 수평 자세이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 연직 방향으로 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어진다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열판(218)이 수평 자세로 다단(도시하지 않음)으로 지지되어 있다. 이 구성에 의해, 히터(207)로부터의 열이 시일 캡(219)측에 전해지기 어렵게 되어 있다. 단, 본 실시 형태는 상술한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 보트(217)의 하부에 단열판(218)을 마련하지 않고, 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 통형의 부재로서 구성된 단열 통을 마련해도 된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 이너 튜브(204) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있어, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전량을 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는, 노즐(410, 420 및 430)과 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있고, 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 마련되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는, CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스를 통해서, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하게 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법에서의 각 공정(각 스텝)을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피, 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우는, 프로세스 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 프로세스 레시피 및 제어 프로그램의 조합을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보유되는 메모리 영역(워크 에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(312, 322, 332, 512, 522, 532), 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534), 압력 센서(245), APC 밸브(243), 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 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 레시피 등을 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, MFC(312, 322, 332, 512, 522, 532)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534)의 개폐 동작, APC 밸브(243)의 개폐 동작 및 APC 밸브(243)에 의한 압력 센서(245)에 기초하는 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 보트(217)에의 웨이퍼(200)의 수용 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는, 외부 기억 장치(예를 들어, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(123)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 컴퓨터에의 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용해서 행해도 된다.
(2) 기판 처리 공정(성막 공정)
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 웨이퍼(200) 상에 예를 들어 게이트 전극을 구성하는 금속막을 형성하는 공정의 일례에 대해서, 도 4를 사용해서 설명한다. 금속막을 형성하는 공정은, 상술한 기판 처리 장치(10)의 처리로(202)를 사용해서 실행된다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에 의한 기판 처리 공정(반도체 장치의 제조 공정)에서는,
처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 금속 함유 가스인 TiCl4 가스와, Si 및 H를 포함하고, 할로겐을 포함하지 않는 환원 가스인 SiH4 가스를 동시에 공급하는 타이밍을 갖고, 적어도 SiH4 가스를 공급하는 동안의 처리실(201) 내의 압력을 130Pa 이상 3990Pa 미만의 범위 내의 값으로 하는 제1 공정과,
처리실(201) 내에 잔류하는 TiCl4 가스 및 SiH4 가스를 제거하는 제2 공정과,
웨이퍼(200)에 대하여, 질소 함유 가스인 NH3 가스를 공급하는 제3 공정과,
처리실(201) 내에 잔류하는 NH3 가스를 제거하는 제4 공정
을 순차 반복하여, 웨이퍼(200) 상에 Si 원자를 실질적으로 포함하지 않는 TiN막을 형성한다.
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우는, 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등의 적층체」를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우는, 「웨이퍼 그 자체의 표면」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면」을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 동의이다.
또한, 본 명세서에서 「Si 원자를 포함하지 않는 TiN막」이란, TiN막 중에 Si 원자를 전혀 포함하지 않은 경우 이외에, Si 원자를 거의 포함하지 않은 경우나, Si 원자를 실질적으로 포함하지 않은 경우 등, TiN막 중의 Si 함유량이 매우 낮은 경우도 포함되며, 예를 들어 TiN막 중의 Si 함유량이 4％ 정도이며, 바람직하게는 4％ 이하인 경우도 포함된다.
(웨이퍼 반입)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220)을 통하여 반응관(203)의 하단 개구를 폐색한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은, 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여, APC 밸브(243)가 피드백 제어된다(압력 조정). 진공 펌프(246)는, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내가 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)에의 통전량이 피드백 제어된다(온도 조정). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행하여진다.
[제1 공정]
(TiCl4 가스 공급)
밸브(314)를 개방하여, 가스 공급관(310) 내에 원료 가스인 TiCl4 가스를 흘린다. TiCl4 가스는, MFC(312)에 의해 유량 조정되어, 노즐(410)의 가스 공급 구멍(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 TiCl4 가스가 공급된다. 이때 동시에 밸브(514)를 개방하여, 가스 공급관(510) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(510) 내를 흐른 N2 가스는, MFC(512)에 의해 유량 조정되어, TiCl4 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 노즐(420, 430) 내의 TiCl4 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(524, 534)를 개방하여, 가스 공급관(520, 530) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(320, 330), 노즐(420, 430)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 3990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(312)로 제어하는 TiCl4 가스의 공급 유량은, 예를 들어 0.1 내지 2.0slm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 0.1 내지 20slm의 범위 내의 유량으로 한다. 이때 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 300 내지 600℃의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다.
이때 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는 TiCl4 가스와 N2 가스만이다. TiCl4 가스의 공급에 의해, 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 상에 Ti 함유층이 형성된다. Ti 함유층은, Cl을 포함하는 Ti층이어도 되고, TiCl4의 흡착층이어도 되고, 그들 양쪽을 포함하고 있어도 된다.
(SiH4 가스 공급)
TiCl4 가스의 공급 개시부터 소정 시간 경과 후이며 예를 들어 0.01 내지 5초 후에, 밸브(324)를 개방하여, 가스 공급관(320) 내에 환원 가스인 SiH4 가스를 흘린다. SiH4 가스는, MFC(322)에 의해 유량 조정되어, 노즐(420)의 가스 공급 구멍(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 동시에 밸브(524)를 개방하여, 가스 공급관(520) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(520) 내를 흐른 N2 가스는, MFC(522)에 의해 유량 조정되어, SiH4 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 노즐(430) 내의 TiCl4 가스와 SiH4 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(534)를 개방하여, 가스 공급관(530) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(330), 노즐(430)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 TiCl4 가스와 SiH4 가스와 N2 가스가 동시에 공급되게 된다. 즉, 적어도 TiCl4 가스와 SiH4 가스는 동시에 공급되는 타이밍을 갖는다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 130 내지 3990Pa, 바람직하게는 500 내지 2660Pa, 보다 바람직하게는 900 내지 1500Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력이 130Pa보다 낮으면, SiH4 가스에 포함되는 Si가 Ti 함유층에 진입하여, 성막되는 TiN막에 포함되는 막 중의 Si 함유율이 높아져서 TiSiN막으로 되어버릴 가능성이 있다. 처리실(201) 내의 압력이 3990Pa보다 높은 경우도 마찬가지로, SiH4 가스에 포함되는 Si가 Ti 함유층에 진입하여, 성막되는 TiN막에 포함되는 막 중의 Si 함유율이 높아져서 TiSiN막으로 되어버릴 가능성이 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내의 압력은 너무 낮아도 너무 높아도, 성막되는 막의 원소 조성이 변화해버린다. MFC(322)로 제어하는 SiH4 가스의 공급 유량은, 예를 들어 0.1 내지 5slm, 바람직하게는 0.5 내지 3slm, 보다 바람직하게는 1 내지 2slm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 0.01 내지 20slm, 바람직하게는 0.1 내지 10slm, 보다 바람직하게는 0.1 내지 1slm의 범위 내의 유량으로 한다. 이때 히터(207)의 온도는, TiCl4 가스 공급 스텝과 마찬가지의 온도로 설정한다.
TiCl4 가스의 공급을 개시하고 나서 소정 시간 경과 후이며 예를 들어 0.01 내지 10초 후에, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 폐쇄하여, TiCl4 가스의 공급을 정지한다. 즉, TiCl4 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은, 예를 들어 0.01 내지 10초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때, 노즐(410, 430) 내의 SiH4 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(514, 534)를 개방하여, 가스 공급관(510, 530) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(310, 330), 노즐(410, 430)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 SiH4 가스와 N2 가스가 공급되게 된다.
[제2 공정]
(잔류 가스 제거)
SiH4 가스의 공급을 개시하고 나서 소정 시간 경과 후이며 예를 들어 0.01 내지 60초 후, 바람직하게는 0.1 내지 30초 후, 보다 바람직하게는 1 내지 20초 후에 밸브(324)를 폐쇄하여, SiH4 가스의 공급을 정지한다. 즉, SiH4 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은, 예를 들어 0.01 내지 60초, 바람직하게는 0.1 내지 30초, 보다 바람직하게는 1 내지 20초의 범위 내의 시간으로 한다. SiH4 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간을 0.01초보다 짧게 하면, 성장 저해 요인인 HCl이 충분히 SiH4 가스에 의해 환원되지 않고 Ti 함유층에 잔류해버릴 가능성이 있다. SiH4 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간을 60초보다 길게 하면, SiH4 가스에 포함되는 Si가 Ti 함유층에 진입하여, 성막되는 TiN막에 포함되는 막 중의 Si 함유율이 높아져서 TiSiN막으로 되어버릴 가능성이 있다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 채로 두고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 Ti 함유층 형성에 기여한 후의 TiCl4 가스와 SiH4 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때 밸브(514, 524, 534)는 개방한 채로 두어, N2 가스의 처리실(201) 내의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 Ti 함유층 형성에 기여한 후의 TiCl4 가스와 SiH4 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. 여기서, 성장 저해 요인인 HCl이 SiH4와 반응하여, 사염화규소(SiCl4)와 H2로서 처리실(201) 내로부터 배출된다.
[제3 공정]
(NH3 가스 공급)
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(334)를 개방하여, 가스 공급관(330) 내에, 반응 가스로서 NH3 가스를 흘린다. NH3 가스는, MFC(332)에 의해 유량 조정되어, 노즐(430)의 가스 공급 구멍(430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여, NH3 가스가 공급된다. 이때 동시에 밸브(534)를 개방하여, 가스 공급관(530) 내에 N2 가스를 흘린다. 가스 공급관(530) 내를 흐른 N2 가스는, MFC(532)에 의해 유량 조정된다. N2 가스는 NH3 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 노즐(410, 420) 내의 NH3 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(514, 524)를 개방하여, 가스 공급관(510, 520) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(310, 320), 노즐(410, 420)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 3990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(332)로 제어하는 NH3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 0.1 내지 30slm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 0.1 내지 30slm의 범위 내의 유량으로 한다. NH3 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은, 예를 들어 0.01 내지 30초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때의 히터(207)의 온도는, TiCl4 가스 공급 스텝과 마찬가지의 온도로 설정한다.
이때 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는, NH3 가스와 N2 가스만이다. NH3 가스는, 제1 공정에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti 함유층의 적어도 일부와 치환 반응한다. 치환 반응 시에는, Ti 함유층에 포함되는 Ti와 NH3 가스에 포함되는 N이 결합하여, 웨이퍼(200) 상에 Ti와 N을 포함하고 Si를 실질적으로 포함하지 않는 TiN층이 형성된다.
[제4 공정]
(잔류 가스 제거)
TiN층을 형성한 후, 밸브(334)를 폐쇄하여, NH3 가스의 공급을 정지한다.
그리고, 상술한 제2 공정과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 TiN층의 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
(소정 횟수 실시)
상기한 제1 공정 내지 제4 공정을 순서대로 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수(n회)) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께(예를 들어 0.5 내지 5.0nm)의 TiN막을 형성한다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
가스 공급관(510, 520, 530) 각각으로부터 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하여, 이에 의해 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(애프터 퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(웨이퍼 반출)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 반응관(203)의 하단이 개구된다. 그리고, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 그 후, 처리가 끝난 웨이퍼(200)는, 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 제1 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) 성막 중에 발생하여, 성막 속도를 저하시키는 HCl을 효율적으로 배출할 수 있어, 성막 속도를 올릴 수 있다.
(b) 저항률을 내릴 수 있다.
(c) 내산화성을 향상시킨다.
(4) 변형예
상술한 제1 실시 형태의 변형예에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 상술한 제1 공정에서, TiCl4 가스 공급과 동시에 SiH4 가스 공급을 개시하고, TiCl4 가스 공급을 정지하고 나서 SiH4 가스 공급을 정지하는 점만 상이하고, 제2 공정 내지 제4 공정은 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지이며, 본 변형예에서도, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 상술한 제1 실시 형태 및 변형예에서는, TiCl4 가스 공급과 SiH4 가스 공급을 동시에 행한 후에, TiCl4 가스 공급을 정지하고 나서 SiH4 가스를 연속 공급한 후에 정지하는 구성에 대해서 설명했지만, 이에 한하지 않고, TiCl4 가스 공급과 SiH4 가스 공급을 동시에 행한 후에, 동시에 가스 공급을 정지해서 잔류 가스를 제거하도록 해도 된다. 단, 상술한 제1 실시 형태 및 변형예의 TiCl4 가스 공급을 정지하고 나서 SiH4 가스를 연속 공급한 후에 정지하는 구성이 Si 농도가 더 저하된다. 이것은, 반응 부생성물인 HCl이 웨이퍼 표면에 흡착하는 시간을 부여하지 않고, SiH4와 반응해서 SiCl4라는 형태로 배출되기 때문이다.
<제2 실시 형태>
도 6은, 본 실시 형태에 적용되는 제2 실시 형태에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다. 이하의 실시 형태에서는, 가스 공급의 타이밍에 대해서만 상세하게 설명한다.
[제1 공정]
(TiCl4 가스 공급)
제1 실시 형태의 제1 공정에서의 TiCl4 가스 공급 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 의해, TiCl4 가스를 처리실(201) 내에 공급한다. 이때 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는 TiCl4 가스와 N2 가스만이며, TiCl4 가스의 공급에 의해, 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 상에 Ti 함유층이 형성된다.
[제2 공정]
(잔류 가스 제거)
Ti 함유층을 형성한 후, 제1 실시 형태에서의 제2 공정과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 Ti 함유층 형성에 기여한 후의 TiCl4 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다.
[제3 공정]
(NH3 가스 공급)
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제1 실시 형태에서의 NH3 가스 공급 스텝과 마찬가지의 처리 수순으로 NH3 가스를 처리실(201) 내에 공급한다.
(SiH4 가스 공급)
이때, 동시에 밸브(324)를 개방하여, 제1 실시 형태에서의 SiH4 가스 공급 스텝과 마찬가지의 처리 수순으로 SiH4 가스를 처리실(201) 내에 공급한다. 또한, 이때, 노즐(410) 내의 NH3 가스와 SiH4 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(514)를 개방하여, 가스 공급관(510) 내에 N2 가스를 흘리는 점이 제1 실시 형태에서의 SiH4 가스 공급 스텝과는 상이하다. N2 가스는, 가스 공급관(310), 노즐(410)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 SiH4 가스와 NH3 가스와 N2 가스가 공급되게 된다. 이때 NH3 가스는, 제1 공정에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti 함유층의 적어도 일부와 치환 반응한다. 치환 반응 시에는, Ti 함유층에 포함되는 Ti와 NH3 가스에 포함되는 N이 결합하여, 웨이퍼(200) 상에 Ti와 N을 포함하는 TiN층이 형성된다.
NH3 가스의 공급을 개시하고 나서 소정 시간 경과 후에, 가스 공급관(330)의 밸브(334)을 폐쇄하여, NH3 가스의 공급을 정지한다. 이때, 노즐(410, 430) 내의 SiH4 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(514, 534)를 개방하여, 가스 공급관(510, 530) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(310, 330), 노즐(410, 430)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 SiH4 가스와 N2 가스가 공급되게 된다.
[제4 공정]
(잔류 가스 제거)
TiN층을 형성하고, SiH4 가스의 공급을 개시하고 나서 소정 시간 경과 후에 밸브(324)를 폐쇄하여, SiH4 가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 채로 두고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 상술한 제2 공정과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 TiN층의 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 여기서, 성장 저해 요인인 HCl이 SiH4와 반응하여, SiCl4와 H2로서 처리실(201) 내로부터 배출된다.
(소정 횟수 실시)
상기한 제1 공정 내지 제4 공정을 순서대로 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수(n회)) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께의 TiN층을 형성한다.
(2) 제2 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) HCl과 NH3의 반응에 의한 NH4Cl의 형성을 억제할 수 있다.
(3) 변형예
상술한 제2 실시 형태의 변형예에서는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 상술한 제3 공정에서, NH3 가스의 공급 개시부터 소정 시간 경과 후에 환원 가스인 SiH4 가스의 공급을 개시하고, NH3 가스의 공급을 정지하고 나서 SiH4 가스의 공급을 정지하는 점만 상이하고, 제1 공정, 제2 공정 및 제4 공정은 상술한 제2 실시 형태와 마찬가지이며, 본 변형예에서도, 도 6에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
<제3 실시 형태>
도 8은, 본 발명의 제3 실시 형태에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
[제1 공정]
(TiCl4 가스 공급)
제1 실시 형태의 제1 공정에서의 TiCl4 가스 공급 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 의해, TiCl4 가스를 처리실(201) 내에 공급한다. 이때 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는 TiCl4 가스와 N2 가스만이며, TiCl4 가스의 공급에 의해, 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 상에 Ti 함유층이 형성된다.
[제2 공정]
(SiH4 가스 공급)
가스 공급관(310)의 밸브(314)를 폐쇄하여, TiCl4 가스의 공급을 정지한다. 이때, 동시에 밸브(324)를 개방하여, 제1 실시 형태의 제1 공정에서의 SiH4 가스 공급 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 가스 공급관(320) 내에 환원 가스인 SiH4 가스를 흘린다. 즉, TiCl4 가스 공급과 SiH4 가스 공급을 연속해서 행한다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 SiH4 가스와 N2 가스가 공급되게 된다.
[제3 공정]
(잔류 가스 제거)
밸브(324)를 폐쇄하여, SiH4 가스의 공급을 정지한다. 즉, 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 채로 두고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 Ti 함유층 형성에 기여한 후의 TiCl4 가스와 SiH4 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때 밸브(514, 524, 534)는 개방한 채로 두어, N2 가스의 처리실(201) 내의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 Ti 함유층 형성에 기여한 후의 TiCl4 가스와 SiH4 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. 여기서, 성장 저해 요인인 HCl이 SiH4와 반응하여, SiCl4와 H2로서 처리실(201) 내로부터 배출된다.
[제4 공정]
(NH3 가스 공급)
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제1 실시 형태의 제3 공정에서의 NH3 가스 공급 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 가스 공급관(330) 내에, 반응 가스로서 N 함유 가스인 NH3 가스를 흘린다. 이때 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는, NH3 가스와 N2 가스만이다. NH3 가스는, 제1 공정에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti 함유층의 적어도 일부와 치환 반응한다. 치환 반응 시에는, Ti 함유층에 포함되는 Ti와 NH3 가스에 포함되는 N이 결합하여, 웨이퍼(200) 상에 Ti와 N을 포함하는 TiN층이 형성된다.
[제5 공정]
(잔류 가스 제거)
TiN층을 형성한 후, 밸브(334)를 폐쇄하여, NH3 가스의 공급을 정지한다.
그리고, 상술한 제3 공정과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 TiN층의 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
(소정 횟수 실시)
상기한 제1 공정 내지 제5 공정을 순서대로 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수(n회)) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께의 TiN층을 형성한다.
(2) 제3 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) TiCl4 가스 공급 후에 발생한 HCl이 SiH4와 반응하여, 반응관 밖으로 배출된다.
(3) 변형예
상술한 제3 실시 형태의 변형예에서는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 상술한 제3 실시 형태의 TiCl4 가스를 공급하는 제1 공정과, SiH4 가스를 공급하는 제2 공정의 사이에 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거하는 공정을 갖는 점만 상이하다. 본 변형예에서도, 도 8에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
<제4 실시 형태>
도 10은, 본 발명의 제4 실시 형태에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
[제1 공정]
(TiCl4 가스 공급)
밸브(314)를 개방하여, 제1 실시 형태의 제1 공정에서의 TiCl4 가스 공급 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 의해, TiCl4 가스를 처리실(201) 내에 공급한다. 이때 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는 TiCl4 가스와 N2 가스만이며, TiCl4 가스의 공급에 의해, 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 상에 Ti 함유층이 형성된다.
[제2 공정]
(잔류 가스 제거)
제1 실시 형태의 제2 공정에서의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지의 처리 수순으로, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 Ti 함유층 형성에 기여한 후의 TiCl4 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다.
[제3 공정]
(NH3 가스 공급)
제1 실시 형태의 제1 공정에서의 NH3 가스 공급 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 반응 가스로서 N 함유 가스인 NH3 가스를 처리실(201) 내에 흘린다. 이때 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는, NH3 가스와 N2 가스만이다. NH3 가스는, 제1 공정에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti 함유층의 적어도 일부와 치환 반응한다. 치환 반응 시에는, Ti 함유층에 포함되는 Ti와 NH3 가스에 포함되는 N이 결합하여, 웨이퍼(200) 상에 Ti와 N을 포함하는 TiN층이 형성된다.
[제4 공정]
(SiH4 가스 공급)
가스 공급관(330)의 밸브(334)를 폐쇄하여, NH3 가스의 공급을 정지한다. 이때, 동시에 밸브(324)를 개방하여, 제1 실시 형태의 제1 공정에서의 SiH4 가스 공급 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 환원 가스인 SiH4 가스를 흘린다. 즉, NH3 가스 공급과 SiH4 가스 공급을 연속해서 행한다.
[제5 공정]
(잔류 가스 제거)
밸브(324)를 폐쇄하여, SiH4 가스의 공급을 정지한다. 즉, 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 채로 두고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 TiN층의 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 여기서, 성장 저해 요인인 HCl이 SiH4와 반응하여, SiCl4와 H2로서 처리실(201) 내로부터 배출된다.
(소정 횟수 실시)
상기한 제1 공정 내지 제5 공정을 순서대로 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수(n회)) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께의 TiN층을 형성한다.
(2) 제4 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) NH3 가스 공급 후에 잔류하는 HCl을 SiH4와 반응시켜, 반응관 밖으로 배출시킬 수 있다.
(3) 변형예
상술한 제4 실시 형태의 변형예에서는, 도 11에 도시한 바와 같이, 상술한 제4 실시 형태의 NH3 가스를 공급하는 제3 공정과, SiH4 가스를 공급하는 제4 공정의 사이에 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거하는 공정을 갖는 점만 상이하다. 본 변형예에서도, 도 10에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
이하에 실험예를 설명하지만, 본 발명은 이들 실험예에 의해 한정되는 것이 아니다.
<실험예>
본 실시예에서는, 상술한 실시 형태에서의 도 4에 도시하는 가스 공급의 타이밍을 사용해서 TiN막을 형성했다. 비교예에서는, 도 12에 도시하는 가스 공급의 타이밍을 사용해서 TiN막을 형성했다. 구체적으로는, 비교예에서는, TiCl4 가스 공급, 잔류 가스 제거, NH3 가스 공급, 잔류 가스 제거를 반복해서 행하여 TiN막을 형성했다.
도 13의 (A)에 도시하는 바와 같이, 비교예에 의해 형성된 TiN막의 성막 속도는 0.029nm/cycle, 저항률은 225uΩcm였던 것에 반해, 본 실시예에 의해 형성된 TiN막의 성막 속도는 0.127nm/cycle, 저항률은 178uΩcm였다. 즉, 본 실시예에 의해 형성된 TiN막이 비교예에 의해 형성된 TiN막보다도 성막 속도가 더 빠르고, 저항률이 더 낮은 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 13의 (B)에 도시하는 바와 같이, 비교예에 의해 형성된 TiN막의 막 조성은, Ti 49.2％, N 49.8％, Cl 1.0％였던 것에 반해, 본 실시예에 의해 형성된 TiN막의 막 조성은, Ti 40.7％, N 59.2％, Cl 0.08％였다. 즉, 본 실시예에 의해 형성된 TiN막이 비교예에 의해 형성된 TiN막보다도 막 중의 Cl 농도를 더 저감할 수 있음을 확인할 수 있었다.
도 14는, 본 실시예에 의해 형성된 TiN막과 비교예에 의해 형성된 TiN막의 X선 광전자 분광(XPS: X-ray Photoelectron Spectroscopy) 스펙트럼을 도시하는 도면이다. 도 14의 (A), 도 14의 (B)에 도시하는 바와 같이, 비교예에 의해 형성된 TiN막에서는, Ti-O 결합을 나타내는 458 내지 459eV 부근에 피크가 크게 생겨, 대기 중의 산소(O)와 반응한 것을 확인할 수 있었다. 한편, 본 실시예에 의해 형성된 TiN막에서는, Ti-N 결합을 나타내는 455eV 부근에 피크가 크게 생겨, 대기 중의 산소에 의한 Ti-O 결합이 적어진 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 14의 (C)에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 의해 형성된 TiN막에서는, 비교예에 의해 형성된 TiN막과 비교해서 막 중의 Cl 잔류 농도가 낮아진 것을 확인할 수 있었다.
즉, 본 실시예를 사용함으로써, 저항률 및 막 중의 Cl 잔류 농도를 낮게 할 수 있는 것 외에, 대기에 의한 TiN막의 산화도 방지할 수 있음을 확인할 수 있었다. 이것은, 본 실시예에 의해 형성된 TiN막은, 화학량론 조성의 Ti:N=1:1보다, N 리치로 되어 있어, 산화하기 어려운 막으로 되어 있다고 생각된다. 또한, 본 실시예에 의해 형성된 TiN막은, Cl 농도가 1％ 이하로 되어 있다. 이것은, NH3 가스 공급 시에 HCl이 존재하지 않기 때문에, NH3가 보다 흡착하기 쉽게 되어 있다고 생각된다. HCl이 존재하는 경우에도 NH3는 부생성물로서 염화암모늄(NH4Cl)을 형성할 때 소비된다. 즉, 성장 저해 요인인 HCl을 환원함으로써, 비교예에서 성막된 TiN막보다도 빠른 성막 속도를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 실시 형태에 의해 형성되는 TiN막 중의 Si 함유량(Si 농도)은 4％ 정도로 되어 있다. 여기서, 본 실시 형태에 의해 형성되는 TiN막 중의 Si 함유량이 현저하게 낮아지는 메커니즘에 대해서 설명한다.
도 15는, 상술한 실시 형태의 환원 가스인 SiH4 가스 공급 시에 있어서, 처리실(201) 내의 압력을 1Pa 내지 300Pa 정도의 저압으로 공급한 경우(도 15에서 ■), 500Pa 내지 2660Pa 정도의 고압으로 공급한 경우(도 15에서 ▲), 저압에서 고압으로 변화시켜 공급한 경우(도 15에서 ●)에 형성되는 TiN막의 막 두께와 굴절률의 관계를 도시하는 도면이다. 또한, 도 15에서 「+」는, TiN막에서의 굴절률의 막 두께 의존성을 나타내고 있다. 횡축은 막 두께, 종축은 굴절률을 나타내고, 종축의 굴절률이 높을수록 막 중의 Si 함유량이 높은 것을 의미하고 있다.
도 15에 의하면, SiH4 가스 공급 시의 처리실(201) 내의 압력을 500Pa 내지 2660Pa 정도의 고압으로 함으로써, 막 중의 Si 함유량(굴절률)을 낮게 할 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 1Pa 내지 300Pa 정도의 저압의 경우도 500Pa 내지 2660Pa 정도의 고압의 경우도, TiCl4 가스 공급 정지 후의 SiH4 가스 공급 시간이나 공급 유량을 소정값보다도 증가시키면, 막 중에 Si가 진입하여, 막 중의 Si 함유율이 높아져서 TiN층에서 TiSiN층으로 변화해버리는 것을 확인할 수 있다. 즉, SiH4 가스 공급 시의 처리실(201) 내의 압력을 APC 밸브(243)를 조정하고, 예를 들어 130 내지 3990Pa, 바람직하게는 500 내지 2660Pa, 보다 바람직하게는 900 내지 1500Pa의 범위 내의 고압으로 하고, SiH4 가스의 공급 시간을 예를 들어 0.1 내지 60초, 바람직하게는 0.5 내지 30초, 보다 바람직하게는 1 내지 20초의 범위 내로 조정하여, SiH4 가스의 공급 유량을 예를 들어 0.1 내지 5slm, 바람직하게는 0.5 내지 3slm, 보다 바람직하게는 1 내지 2slm의 범위 내로 조정함으로써, Si 함유율(굴절률)은 낮아져, Si 원자를 포함하지 않는 TiN층을 형성할 수 있다.
즉, SiH4 가스 공급 시의 처리실(201) 내의 압력이 소정 범위 내의 고압일 경우에도 SiH4 가스의 공급 시간이 길거나, 공급량이 많은 경우에는, 굴절률이 처리실(201) 내의 압력이 저압일 경우와 동등 이상으로 되어버리므로, 압력의 범위의 특정에 더하여 공급 시간, 공급량도 특정하면 된다.
도 16은, 상술한 실시 형태의 환원 가스인 SiH4 가스 공급 시간의 임계값을 도시하는 도면이다. 횡축은 막 두께, 종축은 굴절률을 나타내고 있다. 도 16에서 ■은, TiN막의 굴절률의 막 두께 의존성을 나타내고, ▲은, TiN막의 굴절률의 SiH4 가스 조사 시간 의존성을 나타내고 있다. 이때 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 475℃로 되는 온도로 설정했다. 도 16에 도시하는 TiN막의 굴절률의 막 두께 의존성의 플롯(■)보다도 위에 있는 플롯이, Si를 포함하고 있는 것을 의미한다. 또한, 도 16에 도시하는 TiN막의 굴절률의 SiH4 가스 조사 시간 의존성의 플롯(▲)에 있어서, 막 두께 38Å 부근에서 화살표 방향으로, 5초, 10초, 20초, …, 90초까지 공급 시간을 연장시켜 실험을 행했다. 이에 의해, SiH4 가스 공급 시간의 상한값은 20초 정도인 것을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 실시 형태 및 실시예에서는, 원료 가스로서 TiCl4를 사용해서 설명했지만, 이에 한하지 않고, 육불화텅스텐(WF6), 사염화탄탈(TaCl4), 육염화텅스텐(WCl6), 오염화텅스텐(WCl5), 사염화몰리브덴(MoCl4), 사염화규소(SiCl4), 육염화이규소(Si2Cl6, 헥사클로로디실란(HCDS)) 등의 할로겐 함유 가스이며, 바람직하게는 Cl 함유 가스 및 그것들을 사용해서 형성되는 막종에 적용할 수 있다. 또한, 탄탈륨(Ta)계 외에, 트리클로로디실란(TCS) 등의 Si계 가스 및 그것들을 사용해서 형성되는 막종에도 적용할 수 있다.
상기 실시 형태 및 실시예에서는, HCl을 환원하는 환원 가스로서 SiH4를 사용해서 설명했지만, 이에 한하지 않고, H를 포함하는 예를 들어, 디실란(Si2H6), 트리스디메틸아미노실란(SiH[N(CH3)2]3), 디보란(B2H6), 포스핀(PH3) 등의 가스를 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태 및 실시예에서는, 1종의 환원 가스를 사용해서 설명했지만, 이에 한하지 않고, 2종 이상의 환원 가스를 사용해도 된다.
또한, 상기 실시 형태 및 실시예에서는, 환원 가스를 사용해서 환원하는 부생성물을 HCl을 사용해서 설명했지만, 이에 한하지 않고, 불화수소(HF), 요오드화수소(HI), 브롬화수소(HBr) 등의 가스에 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태 및 실시예에서는, 원료 가스인 TiCl4 가스와 환원 가스인 SiH4 가스를 각각 노즐(410, 420)로부터 처리실(201) 내에 공급하는 구성에 대해서 설명했지만, 이에 한하지 않고, 1개의 노즐로부터 프리믹스해서 공급하도록 해도 된다.
또한, 상기 실시 형태 및 실시예에서는, TiCl4 가스와 동시 혹은 공급 후, NH3 가스와 동시 혹은 공급 후의 어느 때에 환원 가스를 공급하는 구성에 대해서 설명했지만, 이에 한하지 않고, TiCl4 가스 및 NH3 가스 각각의 공급 시 혹은 TiCl4 가스 및 NH3 가스 각각의 공급 후에 환원 가스를 공급하는 구성에 대해서도 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태 및 실시예에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식 기판 처리 장치를 사용해서 성막을 행하는 구성에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식 기판 처리 장치를 사용해서 성막을 행하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다.
이상, 본 발명의 다양한 전형적인 실시 형태 및 실시예를 설명했지만, 본 발명은 그것들의 실시 형태 및 실시예에 한정되지 않고, 적절히 조합해서 사용할 수도 있다.
10: 기판 처리 장치
121: 컨트롤러
200: 웨이퍼(기판)
201: 처리실

Claims (15)

  1. 처리실 내의 기판에 대하여, 금속과 할로겐을 포함하는 제1 가스를 공급하고, 상기 제1 가스의 공급 개시시 혹은 개시 후에, 실리콘 및 수소를 포함하고, 할로겐을 포함하지 않는 제1 환원 가스의 공급을 개시하고, 상기 제1 가스와 상기 제1 환원 가스를 동시에 공급하는 타이밍과, 상기 제1 가스의 공급 정지 후에 상기 제1 환원 가스의 공급을 계속하는 타이밍을 갖고, 적어도 상기 제1 환원 가스를 공급하는 동안의 상기 처리실 내의 압력을 소정의 압력 범위 내의 값으로 하는 제1 공정과,
    상기 처리실 내에 잔류하는 상기 제1 가스 및 상기 제1 환원 가스를 제거하는 제2 공정과,
    상기 기판에 대하여, 질소와 수소를 포함하는 제2 환원 가스를 공급하는 제3 공정과,
    상기 처리실 내에 잔류하는 상기 제2 환원 가스를 제거하는 제4 공정
    을 순차 반복하여, 상기 기판 상에, 실리콘 원자를 실질적으로 포함하지 않는 금속 질화막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1, 2, 3, 4의 공정을 순서대로 복수회 반복하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 공정에서는, 상기 기판에 대하여 상기 제1 환원 가스를 공급하고 있는 상태에서 상기 제1 가스의 공급을 멈추는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 공정에서는, 상기 기판에 대하여 상기 제1 환원 가스를 공급하지 않고 있는 상태에서 상기 제1 가스를 공급하기 시작하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 공정에서는, 상기 기판에 대하여 상기 제1 환원 가스를 공급하지 않고 있는 상태에서 상기 제1 가스를 공급하기 시작하고, 상기 기판에 대하여 상기 제1 환원 가스를 공급하고 있는 상태에서 상기 제1 가스를 멈추는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1의 공정에서는, 적어도 상기 제1 환원 가스를 공급하는 동안의 상기 처리실 내의 압력을 130Pa 이상 3990Pa 미만의 범위 내의 값으로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 공정에서는, 적어도 상기 제1 환원 가스를 공급하는 동안의 상기 처리실 내의 압력을 500Pa 이상 2660Pa 미만의 범위 내의 값으로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 환원 가스는, 모노실란, 디실란, 트리스디메틸아미노실란의 어느 것인, 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 가스는, 티타늄 원소를 포함하고, 상기 금속 질화막은 티타늄 질화막인, 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 공정에서는, 상기 제1 가스의 공급 개시 후, 0.01 이상 5초 이하 경과 후에 상기 제1 환원 가스를 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 공정에서는, 상기 제1 환원 가스를 공급하고 있는 동안의 상기 처리실 내의 압력을 상기 제1 가스만을 공급하고 있는 동안보다도 높게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 공정은, 상기 제1 환원 가스의 공급 시간을 0.01초 이상 60초 이하로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 처리실 내에, 금속과 할로겐을 포함하는 제1 가스, 실리콘 및 수소를 포함하고, 할로겐을 포함하지 않는 제1 환원 가스, 질소와 수소를 포함하는 제2 환원 가스를 공급하는 가스 공급계와,
    상기 처리실 내를 배기하는 배기계와,
    상기 가스 공급계, 상기 배기계를 제어하여, 상기 처리실 내에 수용된 기판에 대하여, 상기 제1 가스를 공급하고, 상기 제1 가스의 공급 개시시 혹은 개시 후에, 상기 제1 환원 가스의 공급을 개시하고, 상기 제1 가스와 상기 제1 환원 가스를 동시에 공급하는 타이밍과, 상기 제1 가스의 공급 정지 후에 상기 제1 환원 가스의 공급을 계속하는 타이밍을 갖고, 적어도 상기 제1 환원 가스를 공급하는 동안의 상기 처리실 내의 압력을 소정의 압력 범위 내의 값으로 하는 제1 처리와, 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 제1 가스 및 상기 제1 환원 가스를 제거하는 제2 처리와, 상기 기판에 대하여, 상기 제2 환원 가스를 공급하는 제3 처리와, 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 제2 환원 가스를 제거하는 제4 처리를 순차 반복하여, 상기 기판 상에, 실리콘 원자를 실질적으로 포함하지 않는 금속 질화막을 형성하게 제어하도록 구성되는 제어부
    를 갖는 기판 처리 장치.
  14. 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여, 금속과 할로겐을 포함하는 제1 가스를 공급하고, 상기 제1 가스의 공급 개시시 혹은 개시 후에, 실리콘 및 수소를 포함하고, 할로겐을 포함하지 않는 제1 환원 가스의 공급을 개시하고, 상기 제1 가스와 상기 제1 환원 가스를 동시에 공급하는 타이밍과, 상기 제1 가스의 공급 정지 후에 상기 제1 환원 가스의 공급을 계속하는 타이밍을 갖고, 적어도 상기 제1 환원 가스를 공급하는 동안의 상기 처리실 내의 압력을 소정의 압력 범위 내의 값으로 하는 제1 수순과,
    상기 처리실 내에 잔류하는 상기 제1 가스 및 상기 제1 환원 가스를 제거하는 제2 수순과,
    상기 기판에 대하여, 질소와 수소를 포함하는 제2 환원 가스를 공급하는 제3 수순과,
    상기 처리실 내에 잔류하는 상기 제2 환원 가스를 제거하는 제4 수순
    을 순차 반복하여, 상기 기판 상에, 실리콘 원자를 실질적으로 포함하지 않는 금속 질화막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  15. 처리실 내의 기판에 대하여, 금속과 할로겐을 포함하는 제1 가스를 공급하고, 상기 제1 가스의 공급 개시시 혹은 개시 후에, 실리콘 및 수소를 포함하고, 할로겐을 포함하지 않는 제1 환원 가스의 공급을 개시하고, 상기 제1 가스와 상기 제1 환원 가스를 동시에 공급하는 타이밍과, 상기 제1 가스의 공급 정지 후에 상기 제1 환원 가스의 공급을 계속하는 타이밍을 갖고, 적어도 상기 제1 환원 가스를 공급하는 동안의 상기 처리실 내의 압력을 소정의 압력 범위 내의 값으로 하는 제1 공정과,
    상기 처리실 내에 잔류하는 상기 제1 가스 및 상기 제1 환원 가스를 제거하는 제2 공정과,
    상기 기판에 대하여, 질소와 수소를 포함하는 제2 환원 가스를 공급하는 제3 공정과,
    상기 처리실 내에 잔류하는 상기 제2 환원 가스를 제거하는 제4 공정
    을 순차 반복하여, 상기 기판 상에, 실리콘 원자를 실질적으로 포함하지 않는 금속 질화막을 형성하는 기판 처리 방법.
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