KR102391103B1 - 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

할로겐계의 원료의 흡착성을 향상시켜서 저온에서 고품질의 막을 형성한다.
(a) 기판을 처리실에 반입하는 공정; (b) 상기 기판에 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스를 공급하는 공정; (c) 상기 기판에 실리콘 원소와 할로겐 원소를 포함하는 가스를 공급하는 공정; (d) 상기 (c) 공정 후에 상기 기판에 산소 원소와 질소 원소 중 어느 하나 또는 양방(兩方)을 포함하는 가스를 공급하는 공정; 및 (e) 상기 (c) 공정과 상기 (d) 공정을 반복하는 공정을 포함한다.

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 개시(開示)는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판에 대하여 산소(O2) 가스와 수소(H2) 가스를 공급해서 기판의 표면을 사전 처리한 후에, 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 기판 상에 실리콘산화막(SiO막) 등의 막을 형성하는 처리가 수행된다(예컨대 특허문헌 1 참조).
1. 일본 특개 2014-216342호 공보
아미노 리간드를 포함하는 처리 가스는, 내열 온도가 낮고 고온에서는 분해되어 버린다. 그렇기 때문에 아미노 리간드를 포함하는 처리 가스를 이용하여 고(高)애스펙트비의 기판 상에 단차(段差) 피복성 좋게 막을 형성하기 위해서는 처리 온도를 낮게 할 필요가 있다. 또한 저온에서 고품질의 막을 형성하기 위해서는 산화종은 고에너지이어야 한다. 하지만 산소 플라즈마를 이용한 경우에는 고애스펙트비의 저부(底部)까지 도달하지 못하고, 오존(O3)을 이용한 경우에는 O3이 벽과의 충돌에 의해 활성이 아니게 되기 때문에 저온에서 고품질의 막을 형성하는 것이 곤란했다.
본 개시의 목적은 할로겐계의 원료의 흡착성을 향상시켜서 저온에서 고품질의 막을 형성하는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 개시의 일 형태에 따르면, (a) 기판을 처리실에 반입하는 공정; (b) 상기 기판에 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스를 공급하는 공정; (c) 상기 기판에 실리콘 원소와 할로겐 원소를 포함하는 가스를 공급하는 공정; (d) 상기 (c) 공정 후에 상기 기판에 산소 원소와 질소 원소 중 어느 하나 또는 양방(兩方)을 포함하는 가스를 공급하는 공정; 및 (e) 상기 (c) 공정과 상기 (d) 공정을 반복하는 공정을 포함하는 기술이 제공된다.
본 개시에 따르면, 할로겐계의 원료의 흡착성을 향상시켜서 저온에서 고품질의 막을 형성하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도(縱斷面圖)로 도시하는 도면.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 3은 본 개시의 일 실시 형태의 기판 처리 공정을 도시하는 흐름도.
도 4는 본 개시의 일 실시 형태의 친수화(親水化) 처리를 도시하는 흐름도.
도 5의 (A)는 친수화 처리 후의 웨이퍼 표면의 상태를 설명하기 위한 도면, 도 5의 (B)는 SiCl4 가스 공급에 의한 폭로 전의 웨이퍼 표면의 상태를 설명하기 위한 도면, 도 5의 (C)는 SiCl4 가스 공급에 의한 폭로 후의 웨이퍼 표면의 상태를 설명하기 위한 도면.
도 6의 (A)는 O3 가스 공급에 의한 폭로 전의 웨이퍼 표면의 상태를 설명하기 위한 도면, 도 6의 (B)는 O3 가스 공급에 의한 폭로 후의 웨이퍼 표면의 상태를 설명하기 위한 도면, 도 6의 (C)는 본 기판 처리 공정에 의해 웨이퍼 상에 SiO막이 형성된 상태를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 개시의 일 실시 형태의 친수화 처리의 변형예를 도시하는 흐름도.
도 8은 친수화 처리로서 이용하는 가스의 평가 결과를 비교해서 도시하는 도면.
<본 개시의 일 실시 형태>
이하, 본 개시의 일 실시 형태에 대해서 도 1 내지 도 6을 이용하여 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시되는 바와 같이 기판 처리 장치(100)는 처리 용기(202)를 구비한다. 처리 용기(202)는 예컨대 횡단면(橫斷面)이 원형이며 편평한 밀폐 용기로서 구성된다. 또한 처리 용기(202)는 예컨대 알루미늄(Al)이나 스텐레스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성된다. 처리실인 처리 용기(202) 내에는, 웨이퍼(W)를 처리하는 처리 공간(205)과, 웨이퍼(W)를 처리 공간(205)에 반송할 때 웨이퍼(W)가 통과하는 반송 공간(206)이 형성된다. 처리 용기(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(204)가 설치되고, 웨이퍼(W)는 기판 반입출구(204)를 개재하여 미도시의 반송실 사이를 이동한다. 하부 용기(202b)의 저부에는 리프트 핀(207)이 복수 설치된다.
처리 공간(205)에는 웨이퍼(W)를 지지하는 기판 지지부(210)가 배치된다. 기판 지지부(210)는, 웨이퍼(W)를 재치하는 기판 재치면(211)과, 기판 재치면(211)을 표면에 가지는 기판 재치대(212), 기판 재치대(212) 내에 설치된 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 제어부(220)가 접속되고, 컨트롤러(280)의 지시에 따라 원하는 온도로 가열된다.
기판 재치대(212)는 샤프트(217)에 의해 지지된다. 샤프트(217)는 처리 용기(202)의 저부를 관통하고, 또한 처리 용기(202)의 외부에서 승강부(218)에 접속된다.
승강부(218)는, 샤프트(217)를 지지하는 지지축과, 지지축을 승강시키거나 회전시키는 작동부를 주로 포함한다. 작동부는 예컨대 승강을 실현하기 위한 모터를 포함하는 승강 기구와, 지지축을 회전시키기 위한 톱니바퀴 등의 회전 기구를 포함한다.
승강부(218)를 작동시켜서 샤프트(217) 및 기판 재치대(212)를 승강시키는 것에 의해 기판 재치대(212)는 기판 재치면(211) 상에 재치되는 웨이퍼(W)를 승강시키는 것이 가능해진다. 또한 샤프트(217) 하단부의 주위는 벨로즈(219)에 의해 피복되고, 이에 의해 처리 공간(205) 내는 기밀하게 보지(保持)된다.
기판 재치대(212)는, 웨이퍼(W) 반송 시에는 기판 재치면(211)이 기판 반입출구(204)에 대향하는 위치까지 하강하고, 웨이퍼(W) 처리 시에는 도 1에서 도시되는 바와 같이 웨이퍼(W)가 처리 공간(205) 내의 처리 위치가 될 때까지 상승한다.
처리 공간(205)의 상부(상류측)에는 가스 분산 기구로서의 샤워 헤드(230)가 설치된다. 샤워 헤드(230)의 덮개(231)에는 가스 도입공(231a)이 설치된다. 가스 도입공(231a)은 후술하는 가스 공급관(242)과 연통된다.
샤워 헤드(230)는 가스를 분산시키기 위한 분산 기구로서의 분산판(234)을 구비한다. 이 분산판(234)의 상류측이 버퍼 공간(232)이며, 하류측이 처리 공간(205)이다. 분산판(234)에는 복수의 관통공(234a)이 설치된다. 분산판(234)은 기판 재치면(211)과 대향하도록 배치된다. 분산판(234)은 예컨대 원반 형상으로 구성된다. 관통공(234a)은 분산판(234)의 전면에 걸쳐 설치된다.
상부 용기(202a)는 플랜지를 포함하고, 플랜지 상에 지지 블록(233)이 재치되고 고정된다. 지지 블록(233)은 플랜지(233a)를 포함하고, 플랜지(233a) 상에는 분산판(234)이 재치되고 고정된다. 또한 덮개(231)는 지지 블록(233)의 상면에 고정된다.
(처리 가스 공급부)
샤워 헤드(230)의 덮개(231)에 설치된 가스 도입공(231a)과 연통하도록 덮개(231)에는 가스 공급관(242)이 접속된다. 가스 공급관(242)에는 제1 가스 공급관(243a), 제2 가스 공급관(244a), 제3 가스 공급관(245a) 및 제4 가스 공급관(254)이 접속된다.
(제1 가스 공급계)
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)으로부터는 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스, 즉 소정 원소로서의 실리콘(Si)과 할로겐 원소로서의 염소(Cl)를 포함하는 원료 가스로서 예컨대 테트라클로로실란(SiCl4) 가스가 MFC(243c), 밸브(243d), 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205)에 공급된다.
주로 제1 가스 공급관(243a), MFC(243c), 밸브(243d)에 의해 제1 가스 공급계(원료 가스 공급계라고도 부른다)가 구성된다. 또한 제1 가스 공급원(243b)을 제1 가스 공급계에 포함시켜도 좋다.
(제2 가스 공급계)
제2 가스 공급관(244a)에는 상류 방향부터 순서대로 제2 가스 공급원(244b), MFC(244c) 및 밸브(244d)가 설치된다.
제2 가스 공급관(244a)으로부터는 산소 원소를 포함하는 가스(산소 함유 가스)로서 예컨대 오존(O3) 가스가 MFC(244c), 밸브(244d), 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205)에 공급된다.
주로 제2 가스 공급관(244a), MFC(244c), 밸브(244d)에 의해 제2 가스 공급계(산화 가스 공급계 또는 반응 가스 공급계라고도 부른다)가 구성된다. 또한 제2 가스 공급원(244b)을 제2 가스 공급계에 포함시켜도 좋다.
(제3 가스 공급계)
제3 가스 공급관(245a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(245b), MFC(245c), 밸브(245d) 및 가스 가열 장치(253)가 설치된다. 또한 가스 가열 장치(253)는 필수 구성은 아니고, 처리의 내용에 따라 설치된다.
가스 가열 장치(253)는 제3 가스 공급관(245a)을 흐르는 불활성 가스를 가열한다. 또한 가스 가열 장치(253)의 하류측의 가스 공급관에 배관 가열부를 설치해도 좋다. 배관 가열부로서 예컨대 배관을 권회(卷回)하는 테이프 히터나 자켓 히터를 이용해도 좋다. 가스 가열 장치(253)가 포함하는 열원으로서는 배관 가열부보다 가열 효율이 높은 히터라면 좋고, 예컨대 램프 히터를 이용해도 좋다.
제3 가스 공급관(245a)으로부터는 불활성 가스로서 예컨대 N2 가스가 MFC(245c), 밸브(245d), 가스 가열 장치(253), 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205)에 공급된다.
주로 제3 가스 공급관(245a), MFC(245c), 밸브(245d), 가열 장치(253)에 의해 제3 가스 공급계(불활성 가스 공급계라고도 부른다)가 구성된다. 또한 불활성 가스 공급원(245b)을 제3 가스 공급계에 포함시켜도 좋다.
불활성 가스 공급원(245b)으로부터 공급되는 N2 가스는 기판 처리 공정에서는 처리 용기(202)나 샤워 헤드(230) 내에 정체된 가스를 퍼지하는 퍼지 가스로서도 작용한다.
(제4 가스 공급계)
제4 가스 공급관(254)에는 적어도 가스 공급관(248a)이 접속되고, 그 하류측에 상류 방향부터 순서대로 기화기(249)와, 플라즈마 생성부인 플라즈마 발생기(250)가 설치된다. 또한 제4 가스 공급관(254)에 가스 공급관(247a)을 접속해도 좋다.
가스 공급관(247a)에는 상류 방향부터 순서대로 가스 공급원(247b), MFC(247c) 및 밸브(247d)가 설치된다.
가스 공급관(248a)에는 상류 방향부터 순서대로 가스 공급원(248b), MFC(248c) 및 밸브(248d)가 설치된다.
기화기(249)는 액체 원료를 버블링하는 버블러로 구성되고, 액체 원료를 기화시켜서 처리 가스를 생성한다. 구체적으로는 버블러 내에 저류된 액체 원료로서 예컨대 물(H2O)을 제4 가스 공급관(254)으로부터 공급되는 산소 원소를 포함하는 가스(산소 함유 가스)로서 예컨대 산소(O2) 가스로 버블링하는 것에 의해 H2O를 포함하는 가스(H2O 함유 가스)가 생성된다.
가스 공급관(248a)으로부터는 O2 가스가 MFC(248c), 밸브(248d)를 개재하여 제4 가스 공급관(254)에 공급된다.
또한 기화기(249)를 버블러가 아닌 연소부로 구성하는 경우에는 기화기(249)에 수소 원소를 넣는 가스(수소 함유 가스)로서 예컨대 수소(H2) 가스와 O2 가스를 공급하도록 구성한다. 연소부에서는 H2 가스와 O2 가스를 가열(고온환경 하에서 반응)하는 것에 의해 H2O 함유 가스가 생성된다.
이 경우, 기화기(249)에 접속된 제4 가스 공급관(254)에 H2 가스를 공급하는 가스 공급관(247a)과 O2 가스를 공급하는 가스 공급관(248a)을 접속한다.
가스 공급관(247a)으로부터는 H2 가스가 MFC(247c), 밸브(247d)를 개재하여 제4 가스 공급관(254)에 공급된다.
플라즈마 발생기(250)에는 플라즈마 발생기(250)에 전력을 공급하는 플라즈마 제어부(251)가 접속된다. 플라즈마 발생기(250)와 플라즈마 제어부(251) 사이에는 플라즈마 모니터부(252)가 접속된다. 플라즈마 모니터부(252)는 플라즈마 발생기(250)에 전력을 공급했을 때의 반사파 등을 검출하여 플라즈마 발생기(250)의 상태를 감시한다. 플라즈마 발생기(250)는 기화기(249)에 의해 생성된 H2O 함유 가스에 대하여 플라즈마 여기(勵起)하고, 플라즈마 상태의 H2O 함유 가스인 H2O를 포함하는 래디컬(H2O 함유 래디컬)을 생성한다.
즉 제4 가스 공급관(254)으로부터는 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스가 공급된다. 또한 OH기(基)를 포함하는 가스이며, H2 가스와 O2 가스를 고온 환경 하에서 반응시켜서 생성된 가스가 공급되어도 좋다.
그리고 제4 가스 공급관(254)으로부터는 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스가 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205)에 공급된다.
주로 제4 가스 공급관(254), 가스 공급관(248a), MFC(248c), 밸브(248d), 기화기(249), 플라즈마 발생기(250)에 의해 제4 가스 공급계(친수화 가스 공급계라고도 부른다)가 구성된다. 또한 가스 공급관(247a), MFC(247c), 밸브(247d),를 제4 가스 공급계에 포함시켜도 좋다. 또한 가스 공급원(247b, 248b)을 제4 가스 공급계에 포함시켜도 좋다.
(배기부)
처리 용기(202)의 분위기를 배기하는 배기부를 설명한다. 처리 용기(202)에는 처리 공간(205)에 연통하도록 배기관(262)이 접속된다. 배기관(262)은 처리 공간(205)의 측방(側方)에 설치된다. 배기관(262)에는 처리 공간(205) 내를 소정의 압력으로 제어하는 압력 제어기인 APC(Auto Pressure Controller)(266)가 설치된다. APC(266)는 개도(開度) 조정 가능한 밸브체(미도시)를 포함하고, 컨트롤러(280)로부터의 지시에 따라 배기관(262)의 컨덕턴스를 조정한다. 배기관(262)에서 APC(266)의 상류측에는 밸브(267)가 설치된다. 밸브(267)의 하류에는 배기관(262)의 압력을 계측하는 압력 모니터부(268)가 설치된다.
압력 모니터부(268)는 배기관(262)의 압력을 감시하는 것이다. 배기관(262)과 처리 공간(205)이 연통되기 때문에 간접적으로 처리 공간(205)의 압력을 감시한다. 압력 모니터부(268)는 컨트롤러(280)와 전기적으로 접속되고, 검출한 압력 데이터를 컨트롤러(280)에 송신한다.
배기관(262), 압력 모니터부(268), 밸브(267), APC(266)를 총칭하여 배기부라고 부른다. 또한 진공 펌프(269)가 설치된다. 도시와 같이 진공 펌프(269)는 배기관(262)을 개재하여 처리 공간(205)의 분위기를 배기한다.
(컨트롤러)
기판 처리 장치(100)는 기판 처리 장치(100)의 각(各) 부(部)의 동작을 제어하는 컨트롤러(280)를 포함한다.
컨트롤러(280)의 개략을 도 2에 도시한다. 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(280)는 CPU(Central Processing Unit)(280a), RAM(Random Access Memory)(280b), 기억부로서의 기억 장치(280c), I/O 포트(280d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(280b), 기억 장치(280c), I/O 포트(280d)는 내부 버스(280f)를 개재하여 CPU(280a)과 데이터 교환 가능하도록 구성된다.
컨트롤러(280)에는 예컨대 키보드 등으로서 구성된 입력 장치(281)나, 외부 기억 장치(282)가 접속 가능하도록 구성된다. 또한 상위 장치(270)에 네트워크를 개재하여 접속되는 수신부(283)가 설치된다.
표시 장치(284)에는 각 모니터부에서 검출된 데이터 등이 표시된다. 또한 본 실시 형태에서는 입력 장치(281)와 다른 부품으로서 설명했지만 이에 한정되지 않는다. 예컨대 입력 장치가 터치패널 등 표시 화면을 겸하는 것이라면 입력 장치(281)와 표시 장치(284)를 하나의 부품으로 해도 좋다.
기억 장치(280c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(280c) 내에는 후술하는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피나 그것을 실현하기 위해서 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램으로서의 레시피 프로그램, 후술하는 테이블 등이 판독 가능하도록 격납된다. 또한 레시피 프로그램은 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(280)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 레시피 프로그램이나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한 RAM(280b)은 CPU(280a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(280d)는 게이트 밸브(149), 승강 기구(218), 진공 펌프(269), MFC(243c, 244c, 245c, 247c, 248c), 밸브(243d, 244d, 245d, 247d, 248d, 267), 히터 제어부(220), 기화기(249), 플라즈마 제어부(251), 가스 가열 장치(253) 등 기판 처리 장치(100)의 각 구성에 접속된다.
CPU(280a)은 기억 장치(280c)로부터의 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입력 장치(281)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(280c)로부터 레시피 프로그램을 판독하도록 구성된다. 그리고 CPU(280a)은 판독된 레시피 프로그램의 내용을 따르도록 게이트 밸브(149)의 개폐 동작, 승강 기구(218)의 승강 동작, 진공 펌프(269)의 ON/OFF 제어, MFC(243c, 244c, 245c, 247c, 248c)의 유량 조정 동작, 밸브(243d, 244d, 245d, 247d, 248d, 267)의 개폐 동작, 히터 제어부(220)에 의한 히터(213)의 온도 제어, 기화기(249)의 동작, 플라즈마 제어부(251)에 의한 플라즈마 발생기(250)의 동작, 가스 가열 장치(253)의 온도 제어 등을 제어 가능하도록 구성된다.
또한 컨트롤러(280)는 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치[예컨대 하드 디스크 등의 자기(磁氣) 디스크, DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리 등의 반도체 메모리](282)를 이용하여 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 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 이용하여 외부 기억 장치(282)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 기억 장치(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 기억 장치(280c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(282) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로 기판 처리 장치(100)를 사용하여 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 실시하는 방법의 예에 대해서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
이하, 본 실시 형태의 기판 처리 공정을 도 3 내지 도 6을 이용하여 구체적으로 설명한다.
또한 여기서는 기판 처리 공정으로서 (a) 웨이퍼(W)를 처리 용기(202) 내에 반입하는 공정; (b) 웨이퍼(W)에 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스를 공급하는 공정; (c) (b) 공정 후에 할로겐 원소를 포함하는 가스로서 SiCl4 가스를 공급하는 공정; (d) (c) 공정 후에 산소 원소와 질소 원소 중 어느 하나 또는 양방을 포함하는 가스로서 O3 가스를 공급하는 공정; 및 (e) (c) 공정과 (d) 공정을 반복하는 공정을 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 실리콘산화막(SiO2막, 이하 SiO막이라고도 부른다)을 형성하는 예에 대해서 설명한다.
상기 (b) 공정에서는, 웨이퍼(W)에 대하여 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스를 공급하는 공정과 불활성 가스로서 N2 가스를 공급하는 공정을 반복 수행하여 웨이퍼(W) 표면의 실리콘층[하지(下地) Si]의 표면을 OH 종단(終端)으로 한다. 이에 의해 다음 (c) 공정에서의 SiCl4 가스 중의 Si 원료가 웨이퍼(W)의 표면에 흡착되기 쉬워지고, 고애스펙트비의 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 균일하게 처리 가스를 흡착시켜서 균일하게 SiO막을 형성하는 것이 가능해진다.
또한 본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우는 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등과의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우(즉 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함시켜서 웨이퍼라고 부르는 경우)가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 단어를 사용한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면(最表面)」을 의미하는 경우가 있다.
따라서 본 명세서에서 「웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급한다」라는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되는 층이나 막 등에 대하여, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라는 것을 의미하는 경우가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라고 기재한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면) 상에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성한다」라는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되는 층이나 막 등의 상, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라는 것을 의미하는 경우가 있다.
또한 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 사용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우와 마찬가지이며 그 경우, 상기 설명에서 「웨이퍼」를 「기판」으로 치환해서 생각하면 된다.
[기판 반입·재치 공정: 스텝(S10)]
기판 처리 장치(100)에서는 기판 재치대(212)를 웨이퍼(W)의 반송 위치까지 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 열고 미도시의 웨이퍼 이재기를 이용하여 처리실 내에 웨이퍼(W)(처리 기판)를 반입하고, 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(W)를 이재한다. 이에 의해 웨이퍼(W)는 기판 재치대(212)의 표면으로부터 돌출한 리프트 핀(207) 상에 수평 자세로 지지된다.
처리 용기(202) 내에 웨이퍼(W)를 반입하면 웨이퍼 이재기를 처리 용기(202)의 외에 퇴피시키고, 게이트 밸브(149)를 닫고 처리 용기(202) 내를 밀폐한다. 그 후 기판 재치대(212)를 상승시키는 것에 의해 기판 재치대(212)에 설치된 기판 재치면(211) 상에 웨이퍼(W)를 재치한다.
또한 웨이퍼(W)를 처리하는 처리실인 처리 용기(202) 내에 반입할 때에는 배기계에 의해 처리 용기(202) 내를 배기하면서 불활성 가스 공급계로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스로서의 N2 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 즉 진공 펌프(269)를 작동시켜 밸브(267), APC(266)을 여는 것에 의해 처리 용기(202) 내를 배기한 상태에서 적어도 불활성 가스 공급계의 밸브(245d)를 열어 처리 용기(202) 내에 N2 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 이에 의해 처리 용기(202) 내로의 파티클의 침입이나 웨이퍼(W) 상으로의 파티클의 부착을 억제하는 것이 가능해진다. 또한 진공 펌프(269)는 적어도 기판 반입·재치 공정(S10) 내지 후술하는 기판 반출 공정(S17)이 종료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태로 한다.
웨이퍼(W)를 기판 재치대(212) 상에 재치할 때에는 기판 재치대(212)의 내부에 매립된 히터(213)에 전력을 공급하고, 웨이퍼(W)의 표면이 소정의 온도가 되도록 제어된다. 이때 히터(213)의 온도는 미도시의 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(213)에의 통전 상태를 제어하는 것에 의해 조정된다.
[친수화 처리: 스텝(S11)]
다음으로 친수화 처리(S11)를 수행한다. 웨이퍼(W)에 대하여 친수화 처리를 수행하는 것에 의해 도 5의 (A)에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)의 표면상에 OH기가 부착되고, 웨이퍼(W)의 표면에 OH 종단이 형성된다. 이 친수화 처리를 셀프 리미팅에 반응이 포화되고, OH기가 흡착될 때까지 수행한다. 이에 의해 다음 SiCl4 가스 공급(S12)에서 Si 원료가 웨이퍼(W) 표면에 흡착되기 쉬워진다. 친수화 처리 공정(S11)에 대해서는 상세를 후술한다.
[SiO막 형성 공정]
[SiCl4 가스 공급: 스텝(S12)]
다음으로 제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d)를 열고 제1 가스 공급관(243a) 내에 SiCl4 가스를 흘린다. SiCl4 가스는 제1 가스 공급관(243a)으로부터 흘러 MFC(243c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 SiCl4 가스는 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205) 내에 공급되고, 배기관(262)으로부터 배기된다.
이때 제3 가스 공급관(245a)의 밸브(245d)를 열고 제3 가스 공급관(245a)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급한다. N2 가스는 MFC(245c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205) 내에 공급되고, 배기관(262)으로부터 배기된다.
구체적으로는 도 5의 (A)에 도시하는 바와 같은 OH 종단이 형성된 웨이퍼(W)의 표면상에 도 5의 (B)에 도시하는 바와 같이 SiCl4 가스가 공급되면, 웨이퍼(W)의 표면의 O-H 결합이 분리된다. 그러면 도 5의 (C)에 도시하는 바와 같이 O와의 결합이 분리된 H는 Cl과 결부되고, 염화수소(HCl), Cl2 등의 반응 부생성물이 생성된다. 그리고 H와의 결합이 분리되는 것에 의해 남은 O에 Si가 결합하고, Si-O 결합이 형성된다. 즉 Si, O, Cl을 포함하는 Si 함유층이 형성된다.
즉 웨이퍼(W)에 대하여 SiCl4 가스를 공급하는 것에 의해 친수화 처리 후의 웨이퍼(W) 상에 예컨대 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 Si, O 및 Cl을 포함하는 Si 함유층이 형성된다. Si 함유층은 SiCl4 가스의 흡착층이어도 좋고, Si층이어도 좋고, 그 양방을 포함해도 좋다.
여기서 Si층이란 Si에 의해 구성되는 연속적인 층 외에 불연속적인 층이나, 이들이 중첩되어 이루어지는 Si 박막도 포함하는 총칭이다. 또한 Si에 의해 구성되는 연속적인 층을 Si 박막이라고 부르는 경우도 있다. 또한 Si층을 구성하는 Si는 Cl과의 결합이 완전히 분리되지 않은 것도 포함한다.
[잔류 가스 제거: 스텝(S13)]
웨이퍼(W) 상에 Si, O, Cl을 포함하는 Si 함유층이 형성된 후, 제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d)를 닫고 SiCl4 가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(262)의 밸브(267), APC(266)은 연 상태로 하여 진공 펌프(269)에 의해 처리 공간(205) 내를 진공 배기하고, 처리 공간(205) 내에 잔류하는 미반응 또는 Si 함유층 형성에 기여한 후의 SiCl4 가스, Cl2이나 HCl 등의 반응 부생성물을 처리 공간(205) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한 이때 밸브(245d)는 연 상태로 하여 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리 공간(205) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리 공간(205) 내에 잔류하는 미반응 또는 Si 함유층 형성에 기여한 후의 SiCl4 가스, Cl2이나 HCl 등의 반응 부생성물을 처리 공간(205) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
[O3 가스 공급: 스텝(S14)]
처리 공간(205) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제2 가스 공급관(244a)의 밸브(244d)를 열고 제2 가스 공급관(244a) 내에 O3 가스를 흘린다. O3 가스는 제2 가스 공급관(244a)으로부터 흐르고, MFC(244c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 O3 가스는 제2 가스 공급관(244a)을 경유하여 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205) 내에 공급되고, 배기관(262)으로부터 배기된다.
이때 제3 가스 공급관(245a)의 밸브(245d)는 연 상태로 하여 제3 가스 공급관(245a)으로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급한다. N2 가스는 MFC(245c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼 공간(232), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205) 내에 공급되고, 배기관(262)으로부터 배기된다.
Si, O, Cl을 포함하는 Si 함유층이 형성된 웨이퍼(W)에 대하여 O3 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(W) 상에 형성된 Si 함유층에 대하여 산화 처리가 수행된다. 구체적으로는 도 6의 (A)에 도시하는 바와 같이 Si, O, Cl을 포함하는 Si 함유층이 형성된 웨이퍼(W)에 대하여 O3 가스가 공급되는 것에 의해 도 6의 (B)에 도시하는 바와 같이 Si 함유층 중에 포함되는 Si-Cl 결합은 분리된다. Si와의 결합이 분리된 Cl은 막 중으로부터 제거되고, Cl2 등으로서 배출된다. 또한 Cl과의 결합이 분리되는 것에 의해 남은 Si의 결합수는 산화종에 포함되는 O와 결부되어 Si-O 결합이 형성된다. 이와 같이 하여 Si 함유층은 Cl 등의 불순물의 함유량이 적은 SiO층으로 변화된다(개질된다).
[잔류 가스 제거: 스텝(S15)]
웨이퍼(W)의 표면상의 Si 함유층의 표면을 산화시켜서 SiO층을 형성한 후, 제2 가스 공급관(244a)의 밸브(244d)를 닫고 O3 가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(262)의 밸브(267), APC(266)은 연 상태로 하여 진공 펌프(269)에 의해 처리 공간(205) 내를 진공 배기하고, 처리 공간(205) 내에 잔류하는 미반응 또는 SiO층 형성에 기여한 후의 O3 가스나 Cl2 등의 반응 부생성물을 처리 공간(205) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거).
[소정 횟수 실시: 스텝(S16)]
전술한 스텝(S12 내지 S15)을 1사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수(n회), 바람직하게는 복수 회 반복하는 것에 의해 웨이퍼(W) 상에 소정 막 두께의 HCl, Cl 등의 불순물의 함유량이 적은 SiO층이 형성된다.
[소정 횟수 실시: 스텝(S17)]
그리고 전술한 친수화 처리(S11)와, 전술한 SiO막 형성 공정(S12 내지 S15)을 순서대로 수행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 수행한 후, 이 친수화 처리와 SiO막 형성 공정을 소정 횟수(m회) 수행하는 것에 의해 도 6의 (C)에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 SiO층 상에 소정 막 두께의 SiO막을 형성할 수 있다. 또한 본 스텝과 같이, SiO막 형성 공정을 소정 횟수(n회) 수행할 때마다 친수화 처리(S11)를 수행하는 것에 의해 스루풋을 향상시킬 수 있다.
또한 본 스텝과 같이 친수화 처리와 SiO막 형성 공정을 소정 횟수(m회) 수행한 후(m회 이상 수행한 후)에 전술한 SiO막 형성 공정(S12 내지 S15)을 반복 수행하는 것에 의해 소정 막 두께의 SiO막을 형성할 수 있다. 즉 최초의 m사이클의 웨이퍼(W) 표면에 존재하는 Si 흡착 사이트가 채워질 때까지 친수화 처리를 수행한다. 이에 의해 할로겐계의 원료의 흡착성을 향상시켜서 저온에서 고품질의 막을 형성하는 것이 가능해진다.
[기판 반출 공정: 스텝(S18)]
다음으로 기판 재치대(212)를 하강시켜 기판 재치대(212)의 표면으로부터 돌출시킨 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(W)를 지지시킨다. 그 후 게이트 밸브(149)를 열고 웨이퍼 이재기를 이용하여 웨이퍼(W)를 처리 용기(202) 외로 반출한다. 그 후 기판 처리 공정을 종료하는 경우에는 불활성 가스 공급계로부터 처리 용기(202) 내에 불활성 가스를 공급하는 것을 정지한다.
다음으로 친수화 처리(S11)에 대해서 도 4를 이용하여 구체적으로 설명한다.
[H2O 함유 래디컬 공급: 스텝(S20)]
가스 공급관(248a)의 밸브(248d)를 열고 제4 가스 공급관(254)을 개재하여 버블러로서의 기화기(249) 내에 O2 가스를 공급한다. O2 가스는 가스 공급관(248a)으로부터 흘러 MFC(248c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 O2 가스는 제4 가스 공급관(254)을 경유하여 기화기(249) 내에 공급된다.
그리고 버블러로서의 기화기(249)에 공급된 O2 가스는 기화기(249) 내에 저류된 액체 원료로서의 H2O를 버블링하여 H2O 함유 가스가 생성된다.
또한 기화기(249)를 연소부로 구성하는 경우에는 다음처럼 수행한다.
구체적으로는 가스 공급관(247a, 248a)의 밸브(247d, 248d)를 열고 제4 가스 공급관(254)을 개재하여 기화기(249) 내에 H2 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 공급한다. H2 가스는 가스 공급관(247a)으로부터 흘러 MFC(247c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 H2 가스는 제4 가스 공급관(254)을 경유하여서 기화기(249) 내에 공급된다. 또한 O2 가스는 가스 공급관(248a)으로부터 흘러 MFC(248c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 O2 가스는 제4 가스 공급관(254)을 경유해서 기화기(249) 내에 공급된다. 즉 H2 가스와 O2 가스의 혼합 가스가 기화기(249)에 공급된다.
그리고 기화기(249) 내에 공급된 H2 가스와 O2 가스와의 혼합 가스는 기화기(249) 내에서 반응하여 H2O 함유 가스가 생성된다.
그리고 기화기(249)에 의해 생성된 H2O 함유 가스가 플라즈마 발생기(250)에 공급된다. 플라즈마 발생기(250)에 공급된 H2O 함유 가스는 플라즈마 발생기(250)에 의해 플라즈마 여기되어 플라즈마로 활성화되고, 보다 에너지가 높은 활성종인 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스가 생성된다.
그리고 플라즈마 발생기(250)에 의해 생성된 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스는 가스 공급관(242), 가스 도입공(231a), 버퍼실(237), 관통공(234a)을 개재하여 처리 공간(205) 내에 공급되고, 배기관(262)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(W)에 대하여 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스가 공급된다.
[불활성 가스 공급: 스텝(S21)]
웨이퍼(W) 상에 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스가 공급된 후, 가스 공급관(248a)(247a)의 밸브(248d)(247d)를 닫고 O2 가스(또는 H2 가스 및 O2 가스)의 공급을 정지한다. 이때 배기관(262)의 밸브(267), APC(266)은 연 상태로 하여 진공 펌프(269)에 의해 처리 공간(205) 내를 진공 배기하고, 처리 공간(205) 내에 잔류하는 미반응 또는 OH기 형성에 기여한 후의 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스를 처리 공간(205) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 또한 이때 밸브(245d)는 연 상태로 하여 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리 공간(205) 내로의 공급을 유지한다.
[소정 횟수 실시: 스텝(S22)]
전술한 스텝(S20 내지 S21)을 1사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수, 바람직하게는 복수 회 반복하는 것에 의해 다음 SiO막 형성 공정의 SiCl4 가스 공급에서의 SiCl4 가스에 포함되는 Si 원료가 웨이퍼(W)의 표면에 흡착되기 쉬워지고, 고애스펙트비의 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 균일하게 처리 가스를 흡착시켜서 균일하게 SiO막을 형성하는 것이 가능해진다.
(3) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스를 공급해서 친수화 처리(S11)를 수행하는 것에 의해 할로겐계의 원료의 흡착성을 향상시켜서 저온에서 고품질의 막을 형성하는 것이 가능해진다.
(b) 고애스펙트비의 웨이퍼 표면에 대하여 균일하게 처리 가스를 흡착시켜 균일하게 막을 형성하는 것이 가능해진다. 즉 고애스펙트비의 저부부터 상부까지 균일하게 처리 가스를 흡착시키는 것이 가능해진다.
(c) SiO막 형성 공정을 소정 횟수 수행할 때마다 친수화 처리(S11)를 수행하는 것에 의해 스루풋을 향상시킬 수 있다.
(d) 전술한 효과는 SiCl4 가스이외의 원료 가스를 이용하는 경우나, O3 가스 이외의 반응 가스를 이용하는 경우나, N2 가스 이외의 불활성 가스를 이용하는 경우에도 마찬가지로 얻을 수 있다.
<변형예>
다음으로 본 실시 형태에서의 친수화 처리(S11)의 변형예에 대해서 도 7을 이용하여 설명한다.
[H2O 함유 래디컬 공급: 스텝(S30)]
본 스텝은 전술한 도 4에서 구체적으로 설명한 친수화 처리(S11)에서의 H2O 함유 래디컬 공급(S20)과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
[웨이퍼 가열: 스텝(S31)]
본 스텝에서는 전술한 도 4에서 구체적으로 설명한 친수화 처리(S11)에서의 불활성 가스 공급(S21)에서 제3 가스 공급관(245a)으로부터 공급되는 불활성 가스인 N2 가스를 가스 가열 장치(253)나 배관 가열부에 의해 가열하여 처리 공간(205) 내에 공급한다. 즉 가스 가열 장치(253)를 제어하는 것에 의해 웨이퍼(W)에 핫 가스를 공급한다. 핫 가스의 분자를 불활성 가스인 N2 가스에 부딪쳐서 공급하는 것에 의해 웨이퍼(W) 상에 흡착된 H2O 분자나 H2O 래디컬에 에너지를 줄 수 있고, 웨이퍼(W) 상에 흡착된 H2O 분자나 H2O 래디컬의 반응을 촉진시킬 수 있다. 또한 핫 가스를 공급하는 대신에 웨이퍼(W)에 적외선 등의 전자파를 조사(照射)해도 좋다.
[소정 횟수 실시: 스텝(S32)]
전술한 스텝(S30 내지 S31)을 1사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수, 바람직하게는 복수 회 반복하는[교호(交互)적으로 수행하는] 것에 의해 웨이퍼(W) 상, 즉 웨이퍼(W)의 표면에 OH 종단을 균일하게 형성할 수 있다. 그리고 다음 SiO막 형성 공정의 SiCl4 가스 공급에서의 SiCl4 가스에 포함되는 Si 원료가 웨이퍼(W)의 표면에 흡착되기 쉬워져 고애스펙트비의 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 균일하게 처리 가스를 흡착시켜서 균일하게 SiO막을 형성하는 것이 가능해진다.
<다른 실시 형태>
이상, 본 개시의 실시 형태를 구체적으로 설명했다. 단, 본 개시는 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
상기 실시 형태에서는 H2 가스와 O2 가스를 이용하여 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스를 생성하여 친수화 처리를 수행하는 예를 이용하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, H2 가스와 O2 가스를 이용하는 대신에 예컨대 수증기(H2O), 과산화수소(H2O2), H2O 래디컬 등을 이용하여 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스를 생성해도 좋다.
또한 상기 실시 형태에서는 원료 가스인 할로겐 원소를 포함하는 가스로서 SiCl4 가스를 이용하는 경우를 이용하여 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 헥사클로로실란(Si2Cl6), 옥타클로로트리실란(Si3Cl8), 모노클로로실란(SiH3Cl), 디클로로실란(SiH2Cl2), 트리클로로실란(SiHCl3), 펜타클로로디실란(Si2HCl5) 가스 등을 이용해도 좋다.
또한 Si계 이외의 할로겐 원소를 포함하는 가스를 이용해도 좋고, 예컨대 티타늄(Ti)계의 테트라클로로티타늄(TiCl4), 테트라브롬화티타늄(TiBr4), 테트라요오드화티타늄(TiI4) 가스나, 탄탈(Ta)계의 펜타클로로탄탈(TaCl5) 가스, 몰리브덴(Mo)계의 펜타클로로몰리브덴(MoCl5), 알루미늄(Al)계의 트리메틸알루미늄(AlCl3), 텅스텐(W)계의 펜타클로로텅스텐(WCl5)이나 헥사클로로텅스텐(WCl6), 하프늄(Hf)계의 테트라클로로하프늄(HfCl4), 지르코늄(Zr)계의 테트라클로로 지르코늄(ZrCl4) 가스 등을 이용해도 좋다.
또한 상기 실시 형태에서는 반응 가스인 산소 원소를 포함하는 가스로서 O3 가스를 이용하는 경우를 이용하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, O2 가스, H2O, H2O2 등을 이용해도 좋다.
또한 상기 실시 형태에서는 반응 가스인 산소 원소를 포함하는 가스를 이용하는 경우를 이용하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 예컨대 암모니아(NH3) 등의 질소 원소를 포함하는 가스를 이용해도 좋다. 또한 산소 원소와 질소 원소의 양방을 포함하는 가스를 이용해도 좋다.
즉 SiO막에 한정되지 않고, 웨이퍼(W) 상에 실리콘질화막(SiN막)이나 실리콘산질화막(SiON막) 등을 형성하는 경우에도 마찬가지로 본 개시를 적용할 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서는 제1 가스 공급계 내지 제4 가스 공급계를 1개의 가스 공급관(242)에 접속하고, 가스 공급관(242)에 의해 각각의 처리 가스를 처리 공간(205) 내에 공급하는 경우를 이용하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 제1 가스 공급계 내지 제4 가스 공급계를 각각 덮개(231)에 접속하여 각각의 가스 공급관으로 각각의 처리 가스를 처리 공간(205) 내에 공급해도 좋다.
기판 처리에 이용되는 레시피는 처리 내용에 따라서 개별로 준비하고, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(282)를 개재하여 기억 장치(280c) 내에 격납해두는 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때, CPU(280a)는 기억 장치(280c) 내에 격납된 복수의 레시피 중으로부터 기판 처리의 내용에 따라 적절한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의해 1대의 기판 처리 장치로 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 막을 재현성 좋게 형성할 수 있다. 또한 오퍼레이터의 부담을 저감할 수 있고, 조작 미스를 회피하면서 처리를 신속히 시작할 수 있다.
전술한 레시피는 새로 작성하는 경우에 한정되지 않고, 예컨대 기판 처리 장치에 이미 인스톨된 기존의 레시피를 변경하는 것에 의해 준비해도 좋다. 레시피를 변경하는 경우에는 변경 후의 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 레시피를 기록한 기록 매체를 개재하여 기판 처리 장치에 인스톨해도 좋다. 또한 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입력 장치(281)를 조작하여 기판 처리 장치에 이미 인스톨된 기존의 레시피를 직접 변경해도 좋다.
전술한 실시 형태에서는 한 번에 1장 또는 여러 매의 기판을 처리하는 매엽식(枚葉式)의 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 예에 대해서 설명했다. 본 개시는 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 예컨대 한 번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치(batch)식의 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
이 기판 처리 장치를 이용하는 경우에도 전술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 처리 순서, 처리 조건으로 기판 처리를 수행할 수 있고, 이것들과 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한 전술한 실시 형태나 변형예는 적절히 조합해서 이용할 수 있다. 이때의 처리 순서, 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태의 처리 순서 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
이하, 실시예에 대해서 설명한다.
<실시예>
도 8은 친수화 처리로서 이용하는 가스의 평가 결과를 비교해서 도시하는 도면이다. 구체적으로는 전술한 기판 처리 공정에서의 친수화 처리에서의 처리 가스로서 H2O 가스, H2O 래디컬 가스, H2O2 가스를 이용한 경우의 각각의 활성종의 라이프타임, 저온에서의 산화력, 커버리지(단차피복성), 산화력의 강약의 제어성 및 가스의 발생 방법을 비교했다.
활성종의 라이프타임은 H2O 가스를 이용한 경우와, H2O 래디컬 가스를 이용한 경우와, H2O2 가스를 이용한 경우에서 차이는 없다. 저온에서의 산화력은 H2O 래디컬 가스를 이용한 경우가 가장 강하고, 다음으로 H2O2 가스를 이용한 경우가 강했다. H2O 가스를 이용한 경우는 H2O 래디컬 가스나 H2O2 가스와 비교해서 산화력은 약하다. 커버리지는 H2O 가스가 가장 양호하며, H2O 래디컬 가스와 H2O2 가스에서는 차이는 없었다. 산화력의 강약의 제어성은 H2O 래디컬 가스가 유량으로 제어 가능하며 가장 제어성이 좋다. H2O 가스와 H2O2 가스는 농도가 결정되어 있기 때문에 제어성이 좋다고는 할 수 없다. 가스의 발생 방법은 H2O2는 통상 H2O2가 액체 상태이며, H2O와 H2O2의 비점이 다르기 때문에 가스의 발생은 용이하다고는 할 수 없지만, H2O 가스는 H2O 래디컬 가스에 비하면 용이하다. 즉 도 8에 도시하는 평가 결과와 같이 고애스펙트비의 웨이퍼 상에 저온에서 고품질의 막을 형성하기 위해서는 다른 처리 가스와 비교하면, 친수화 처리로서 이용하는 처리 가스로서 H2O 래디컬 가스를 이용하는 것이 바람직하다는 것이 확인되었다.
100: 기판 처리 장치 202: 처리 용기
249: 기화기 250: 플라즈마 발생기
253: 가스 가열 장치

Claims (23)

  1. (a) 기판을 처리실에 반입하는 공정;
    (b) 상기 기판에 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스를 공급하는 공정;
    (c) 상기 기판에 실리콘 원소와 할로겐 원소를 포함하는 가스를 공급하는 공정;
    (d) 상기 (c) 공정 후에 상기 기판에 산소 원소와 질소 원소 중 어느 하나 또는 양방(兩方)을 포함하는 가스를 공급하는 공정; 및
    (e) 상기 (c) 공정과 상기 (d) 공정을 반복하는 공정
    을 포함하고,
    상기 (b) 공정에서는 상기 처리 가스의 공급과 불활성 가스의 공급을 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 공정은,
    기화기를 이용하여 H2O 함유 가스를 생성하는 공정; 및
    생성된 H2O 함유 가스를 플라즈마 생성부에 공급하여 H2O 함유 래디컬을 생성하는 공정
    을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. (a) 기판을 처리실에 반입하는 공정;
    (b) 상기 기판에 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스를 공급하는 공정;
    (c) 상기 기판에 실리콘 원소와 할로겐 원소를 포함하는 가스를 공급하는 공정;
    (d) 상기 (c) 공정 후에 상기 기판에 산소 원소와 질소 원소 중 어느 하나 또는 양방을 포함하는 가스를 공급하는 공정; 및
    (e) 상기 (c) 공정과 상기 (d) 공정을 반복하는 공정
    을 포함하고,
    상기 (b) 공정에서는, 상기 처리 가스의 공급과 상기 기판의 가열을 교호(交互)적으로 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 기화기는 H2O를 포함하는 액체를 버블링하는 버블러로 구성되고,
    상기 H2O 함유 가스는 버블링에 의해 생성되는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 기화기는 수소 함유 가스와 산소 함유 가스를 고온 환경 하에서 반응시키는 것에 의해 상기 H2O 함유 가스를 생성하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 기판의 가열은 상기 기판에 적외선을 조사하는 것에 의해 수행되는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 기판의 가열은 가열한 불활성 가스를 공급하는 것에 의해 수행되는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 공정에서는 상기 처리 가스를 셀프 리미팅에 흡착시키는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 공정에서는 상기 (c) 공정 전에 상기 (b) 공정을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    (f) 상기 (b) 공정과 상기 (e) 공정을 반복하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. (a) 기판을 처리실에 반입하는 공정;
    (b) 상기 기판에 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스를 공급하는 공정;
    (c) 상기 기판에 실리콘 원소와 할로겐 원소를 포함하는 가스를 공급하는 공정;
    (d) 상기 (c) 공정 후에 상기 기판에 산소 원소와 질소 원소 중 어느 하나 또는 양방을 포함하는 가스를 공급하는 공정; 및
    (e) 상기 (c) 공정과 상기 (d) 공정을 반복하는 공정
    을 포함하고,
    상기 (e) 공정을 n회 수행할 때까지 상기 (b) 공정과 상기 (e) 공정을 반복 수행하고,
    상기 n회 후는 상기 (e) 공정을 소정 횟수 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 기판을 처리하는 처리실;
    액체 원료를 기화하여 실리콘 원소와 할로겐 원소를 포함하는 가스를 생성하는 기화기;
    상기 기화기에 의해 기화된 H2O 함유 가스를 플라즈마 여기하여 H2O 함유 래디컬을 생성하는 플라즈마 생성부;
    상기 플라즈마 생성부에 의해 생성된 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스와 산소 원소와 질소 원소 중 어느 하나 또는 양방을 포함하는 가스와, 불활성 가스 중 적어도 1개 이상을 상기 기판에 공급하는 처리 가스 공급부;
    상기 처리실을 배기하는 배기부; 및
    (a) 기판을 처리실에 반입하는 처리와, (b) 상기 기판에 상기 처리 가스의 공급과 상기 불활성 가스의 공급을 반복하는 처리와, (c) 상기 기판에 상기 실리콘 원소와 할로겐 원소를 포함하는 가스를 공급하는 처리와, (d) 상기 (c) 처리 후에 상기 기판에 상기 산소 원소와 질소 원소 중 어느 하나 또는 양방을 포함하는 가스를 공급하는 처리와, (e) 상기 (c) 처리와 상기 (d) 처리를 반복하는 처리를 수행하도록 상기 기화기와 상기 플라즈마 생성부와 상기 처리 가스 공급부를 제어 가능하도록 구성된 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기화기는 H2O를 포함하는 액체를 버블링하는 버블러로 구성되는 기판 처리 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 기화기는 수소 함유 가스와 산소 함유 가스를 고온 환경 하에서 반응시키는 것에 의해 상기 H2O 함유 가스를 생성하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 처리실 내에 상기 기판에 적외선을 조사하는 가열부가 설치되는 기판 처리 장치.
  17. (a) 기판을 처리실에 반입시키는 단계;
    (b) 상기 기판에 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스의 공급과 불활성 가스의 공급을 반복하는 단계;
    (c) 상기 기판에 실리콘 원소와 할로겐 원소를 포함하는 가스를 공급시키는 단계;
    (d) 상기 (c) 단계 후에 상기 기판에 산소 원소와 질소 원소 중 어느 하나 또는 양방을 포함하는 가스를 공급시키는 단계; 및
    (e) 상기 (c) 단계와 상기 (d) 단계를 반복시키는 단계
    를 컴퓨터가 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    기화기를 이용하여 H2O 함유 가스를 생성하는 단계; 및
    생성된 H2O 함유 가스를 플라즈마 생성부에 공급하여 H2O 함유 래디컬을 생성하는 단계
    를 더 포함하는 기록 매체.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 표면에 실리콘 함유막을 포함하고,
    (b)에서는 상기 기판의 표면을 OH종단(終端)하고,
    (c)에서는 상기 기판의 표면에 실리콘과 산소와 염소 중 적어도 1개 이상을 포함하는 실리콘 함유층이 형성되고,
    (d)에서는 상기 기판의 표면에 SiO층과 SiN층 중 어느 하나 또는 양방을 포함하는 층이 형성되는 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 기판을 처리하는 처리실;
    액체 원료를 기화하여 실리콘 원소와 할로겐 원소를 포함하는 가스를 생성하는 기화기;
    상기 기화기에 의해 기화된 H2O 함유 가스를 플라즈마 여기하여 H2O 함유 래디컬을 생성하는 플라즈마 생성부;
    상기 플라즈마 생성부에 의해 생성된 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스와, 산소 원소와 질소 원소 중 어느 하나 또는 양방을 포함하는 가스 중 적어도 1개 이상을 상기 기판에 공급하는 처리 가스 공급부;
    상기 처리실을 배기하는 배기부; 및
    (a) 기판을 처리실에 반입하는 처리와, (b) 상기 기판에 상기 처리 가스의 공급과 상기 기판의 가열을 교호적으로 수행하는 처리와, (c) 상기 기판에 상기 실리콘 원소와 할로겐 원소를 포함하는 가스를 공급하는 처리와, (d) 상기 (c) 처리 후에 상기 기판에 상기 산소 원소와 질소 원소 중 어느 하나 또는 양방을 포함하는 가스를 공급하는 처리와, (e) 상기 (c) 처리와 상기 (d) 처리를 반복하는 처리를 수행하도록 상기 기화기와 상기 플라즈마 생성부와 상기 처리 가스 공급부를 제어 가능하도록 구성된 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  21. 기판을 처리하는 처리실;
    액체 원료를 기화하여 실리콘 원소와 할로겐 원소를 포함하는 가스를 생성하는 기화기;
    상기 기화기에 의해 기화된 H2O 함유 가스를 플라즈마 여기하여 H2O 함유 래디컬을 생성하는 플라즈마 생성부;
    상기 플라즈마 생성부에 의해 생성된 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스와, 산소 원소와 질소 원소 중 어느 하나 또는 양방을 포함하는 가스 중 적어도 1개 이상을 상기 기판에 공급하는 처리 가스 공급부;
    상기 처리실을 배기하는 배기부; 및
    (a) 기판을 처리실에 반입하는 처리와, (b) 상기 기판에 상기 처리 가스를 공급하는 처리와, (c) 상기 기판에 상기 실리콘 원소와 할로겐 원소를 포함하는 가스를 공급하는 처리와, (d) 상기 (c) 처리 후에 상기 기판에 상기 산소 원소와 질소 원소 중 어느 하나 또는 양방을 포함하는 가스를 공급하는 처리와, (e) 상기 (c) 처리와 상기 (d) 처리를 반복하는 처리와, 상기 (e) 처리를 n회 수행할 때까지 상기 (b) 처리와 상기 (e) 처리를 반복 수행하고, 상기 n회 후는 상기 (e) 처리를 소정 횟수 수행하는 처리를 수행하도록 상기 기화기와 상기 플라즈마 생성부와 상기 처리 가스 공급부를 제어 가능하도록 구성된 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  22. (a) 기판을 처리실에 반입시키는 단계;
    (b) 상기 기판에 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스의 공급과 상기 기판의 가열을 교호적으로 수행하는 단계;
    (c) 상기 기판에 실리콘 원소와 할로겐 원소를 포함하는 가스를 공급시키는 단계;
    (d) 상기 (c) 단계 후에 상기 기판에 산소 원소와 질소 원소 중 어느 하나 또는 양방을 포함하는 가스를 공급시키는 단계; 및
    (e) 상기 (c) 단계와 상기 (d) 단계를 반복시키는 단계
    를 컴퓨터가 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  23. (a) 기판을 처리실에 반입시키는 단계;
    (b) 상기 기판에 H2O 함유 래디컬을 포함하는 처리 가스를 공급시키는 단계;
    (c) 상기 기판에 실리콘 원소와 할로겐 원소를 포함하는 가스를 공급시키는 단계;
    (d) 상기 (c) 단계 후에 상기 기판에 산소 원소와 질소 원소 중 어느 하나 또는 양방을 포함하는 가스를 공급시키는 단계;
    (e) 상기 (c) 단계와 상기 (d) 단계를 반복시키는 단계; 및
    상기 (e) 단계를 n회 수행할 때까지 상기 (b) 단계와 상기 (e) 단계를 반복 수행하고, 상기 n회 후는 상기 (e) 단계를 소정 횟수 수행하는 단계
    를 컴퓨터가 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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