KR102480740B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 - Google Patents

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 Download PDF

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Abstract

(a) 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 기판의 산화량이 커지는 조건 하에서, 기판의 표면을 산화시키는 공정과, (b) 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 상기 기판의 산화량이 작아지는 조건 하에서, 상기 기판의 표면을 산화시키는 공정을 비동시에 행하는 세트를 m회(m은 1 이상의 정수) 행함으로써, 상기 기판의 표면에 초기 산화층을 형성하는 공정과, 기판에 대하여 원료 가스를 공급하여, 초기 산화층 상에 막을 형성하는 공정을 갖는다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
본 발명은, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판의 표면을 산화시킨 후, 이 기판 상에 막을 형성하는 기판 처리 공정이 행하여지는 경우가 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2014-216342호 공보
본 발명의 목적은, 기판 상에 형성되는 막의 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면,
(a) 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 상기 기판의 산화량이 커지는 조건 하에서, 상기 기판의 표면을 산화시키는 공정과,
(b) 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 상기 기판의 산화량이 작아지는 조건 하에서, 상기 기판의 표면을 산화시키는 공정
을 비동시에 행하는 세트를 m회(m은 1 이상의 정수) 행함으로써, 상기 기판의 표면에 초기 산화층을 형성하는 공정과,
(c) 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하여, 상기 초기 산화층 상에 막을 형성하는 공정
을 갖는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 기판 상에 형성되는 막의 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에서의 성막 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 5의 (a) (b)는 각각, 본 발명의 다른 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이다.
도 6의 (a)는 실시예에서의 기판 상에 형성된 막의 기판간 막 두께 균일성의 평가 결과를 도시하는 도면이며, (b) (c)는 각각, 비교예에서의 기판 상에 형성된 막의 기판간 막 두께 균일성의 평가 결과를 도시하는 도면이다.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서, 도 1 내지 도 4 등을 사용해서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시한 바와 같이, 처리로(202)는, 가열 기구(온도 조정부)로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판에 지지됨으로써 수직으로 거치되어 있다. 히터(207)는, 가스를 열로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원상으로 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)과 동심원상으로, 매니폴드(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부는, 반응관(203)의 하단부에 걸림 결합하고 있어, 반응관(203)을 지지하도록 구성되어 있다. 매니폴드(209)와 반응관(203) 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 마련되어 있다. 반응관(203)은, 히터(207)와 마찬가지로 수직으로 거치되어 있다. 주로, 반응관(203)과 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 통 중공부에는 처리실(201)이 형성된다. 처리실(201)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수용 가능하게 구성되어 있다. 이 처리실(201) 내에서 웨이퍼(200)에 대한 처리가 행하여진다.
처리실(201) 내에는, 제1 내지 제3 공급부로서의 노즐(249a 내지 249c)이 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(249a 내지 249c)을 제1 내지 제3 노즐이라고도 칭한다. 노즐(249a 내지 249c)에는, 가스 공급관(232a 내지 232c)이 각각 접속되어 있다. 노즐(249a 내지 249c)은 각각 다른 노즐이며, 노즐(249a, 249b) 각각은, 노즐(249c)에 인접해서 마련되어 있고, 노즐(249c)을 양측으로부터 사이에 두도록 배치되어 있다. 가스 공급관(232a 내지 232c) 각각을, 제1 내지 제3 공급부에 포함해서 생각해도 된다.
가스 공급관(232a 내지 232c)에는, 가스류 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a 내지 241c) 및 개폐 밸브인 밸브(243a 내지 243c)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232d, 232f)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232e, 232g)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232h)이 접속되어 있다. 가스 공급관(232d 내지 232h)에는, 가스류 상류측부터 차례로 MFC(241d 내지 241h) 및 밸브(243d 내지 243h)가 각각 마련되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 노즐(249a 내지 249c)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 평면으로 보아 원환상의 공간에, 반응관(203)의 내벽 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 배열 방향 상방을 향해서 직립되도록 각각 마련되어 있다. 즉, 노즐(249a 내지 249c)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 각각 마련되어 있다. 노즐(249c)은, 평면으로 보아, 처리실(201) 내에 반입되는 웨이퍼(200)의 중심을 사이에 두고, 후술하는 배기구(231a)와 일직선 상에 대향하도록 배치되어 있다. 노즐(249a, 249b)은, 노즐(249c)과 배기구(231a)를 통과하는 직선을 사이에 두도록 노즐(249c)에 인접해서 배치되어 있다. 바꿔 말하면, 노즐(249a, 249b)은, 노즐(249c)을 사이에 두고 그 양측에, 즉, 반응관(203)의 내벽(웨이퍼(200)의 외주부)을 따라 노즐(249c)을 양측 사이에 끼워 넣도록 배치되어 있다. 노즐(249a 내지 249c)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 분출구(250a 내지 250c)가 각각 마련되어 있다. 가스 분출구(250a 내지 250c)는 각각이, 평면으로 보아 배기구(231a)와 대향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 분출구(250a 내지 250c)는, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되어 있다.
가스 공급관(232a, 232b)으로부터는, 산소(O) 함유 가스가, MFC(241a, 241b), 밸브(243a, 243b), 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. O 함유 가스는, 산화원(산화제, 산화 가스), 즉, O 소스로서 작용한다. O 함유 가스로서는, 예를 들어 산소(O2) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232d, 232e)으로부터는, 수소(H) 함유 가스가, MFC(241d, 241e), 밸브(243d, 243e), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. H 함유 가스는, 그 단체로는 산화 작용은 얻어지지 않지만, 후술하는 기판 처리 공정에서, 특정 조건 하에서 O 함유 가스와 반응함으로써 원자상 산소(atomic oxygen, O) 등의 산화종을 생성하여, 산화 처리의 효율을 향상시키도록 작용한다. H 함유 가스로서는, 예를 들어 수소(H2) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232c)으로부터는, 원료 가스로서, 예를 들어 형성하려고 하는 막을 구성하는 주 원소로서의 실리콘(Si) 및 할로겐 원소를 포함하는 할로실란 원료 가스가, MFC(241c), 밸브(243c), 노즐(249c)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 원료 가스란, 기체 상태의 원료, 예를 들어 상온 상압 하에서 액체 상태인 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 원료 등이다. 할로실란 원료란, 할로겐기를 갖는 실란 원료를 말한다. 할로겐기에는, 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I) 등의 할로겐 원소가 포함된다. 할로실란 원료 가스로서는, 예를 들어 Si 및 Cl을 포함하는 원료 가스, 즉, 클로로실란 원료 가스를 사용할 수 있다. 클로로실란 원료 가스는, Si 소스로서 작용한다. 클로로실란 원료 가스로서는, 예를 들어 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232f 내지 232h)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(241f 내지 241h), 밸브(243f 내지 243h), 가스 공급관(232a 내지 232c), 노즐(249a 내지 249c)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. N2 가스는, 퍼지 가스, 캐리어 가스로서 작용한다.
주로, 가스 공급관(232a, 232b), MFC(241a, 241b), 밸브(243a, 243b)에 의해, O 함유 가스 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232d, 232e), MFC(241d, 241e), 밸브(243d, 243e)에 의해, H 함유 가스 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232c), MFC(241c), 밸브(243c)에 의해, 원료 가스 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232f 내지 232h), MFC(241f 내지 241h), 밸브(243f 내지 243h)에 의해, 불활성 가스 공급계가 구성된다.
상술한 각종 공급계 중, 어느 것, 혹은 모든 공급계는, 밸브(243a 내지 243h)나 MFC(241a 내지 241h) 등이 집적되어 이루어지는 집적형 공급 시스템(248)으로서 구성되어 있어도 된다. 집적형 공급 시스템(248)은, 가스 공급관(232a 내지 232h) 각각에 대하여 접속되어, 가스 공급관(232a 내지 232h) 내에의 각종 가스의 공급 동작, 즉, 밸브(243a 내지 243h)의 개폐 동작이나 MFC(241a 내지 241h)에 의한 유량 조정 동작 등이, 후술하는 컨트롤러(121)에 의해 제어되도록 구성되어 있다. 집적형 공급 시스템(248)은, 일체형, 혹은 분할형의 집적 유닛으로서 구성되어 있고, 가스 공급관(232a 내지 232h) 등에 대하여 집적 유닛 단위로 착탈을 행할 수 있어, 집적형 공급 시스템(248)의 메인터넌스, 교환, 증설 등을, 집적 유닛 단위로 행하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
반응관(203)의 측벽 하방에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기구(231a)가 마련되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 배기구(231a)는, 평면으로 보아, 웨이퍼(200)를 사이에 두고 노즐(249a 내지 249c)(가스 분출구(250a 내지 250c))과 대향(대면)하는 위치에 마련되어 있다. 배기구(231a)는, 반응관(203)의 측벽의 하부로부터 상부를 따라, 즉, 웨이퍼 배열 영역을 따라 마련되어 있어도 된다. 배기구(231a)에는 배기관(231)이 접속되어 있다. 배기관(231)에는, 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 개재하여, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. APC 밸브(244)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, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(244), 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, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 원반상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220b)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)의 하방에는, 후술하는 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, 반응관(203)의 외부에 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출(반송)하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다. 매니폴드(209)의 하방에는, 시일 캡(219)을 강하시켜 보트(217)를 처리실(201) 내로부터 반출한 상태에서, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 셔터(219s)가 마련되어 있다. 셔터(219s)는, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 원반상으로 형성되어 있다. 셔터(219s)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220c)이 마련되어 있다. 셔터(219s)의 개폐 동작(승강 동작이나 회동 동작 등)은, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 제어된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜 다단으로 지지하도록, 즉, 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성된다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되는 단열판(218)이 다단으로 지지되어 있다.
반응관(203) 내에는, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 정도를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 된다. 온도 센서(263)는, 반응관(203)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 버스(121e)를 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 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 프로세스 레시피, 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 프로세스 레시피를, 간단히 레시피라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우에는, 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 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(241a 내지 241h), 밸브(243a 내지 243h), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 온도 센서(263), 히터(207), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 셔터 개폐 기구(115s) 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 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, MFC(241a 내지 241h)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243h)의 개폐 동작, APC 밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 셔터 개폐 기구(115s)에 의한 셔터(219s)의 개폐 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는, 외부 기억 장치(123)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 외부 기억 장치(123)는, 예를 들어 HDD 등의 자기 디스크, CD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리 등의 반도체 메모리 등을 포함한다. 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 매체라는 말을 사용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터에의 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용해서 행해도 된다.
(2) 기판 처리 공정
상술한 기판 처리 장치를 사용하여, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판으로서의 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 기판 처리 시퀀스 예, 즉, 성막 시퀀스 예에 대해서, 도 4를 사용해서 설명한다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
도 4에 도시하는 성막 시퀀스에서는,
웨이퍼(200)에 대하여 O 함유 가스로서의 O2 가스와 H 함유 가스로서의 H2 가스를 공급하여, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 웨이퍼(200)의 산화량이 커지는 조건 하에서, 웨이퍼(200)의 표면을 산화시키는 스텝 A와,
웨이퍼(200)에 대하여 O 함유 가스로서의 O2 가스와 H 함유 가스로서의 H2 가스를 공급하여, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 웨이퍼(200)의 산화량이 작아지는 조건 하에서, 웨이퍼(200)의 표면을 산화시키는 스텝 B
를 비동시에 행하는 세트를 m회(m은 1 이상의 정수) 행함으로써, 웨이퍼(200)의 표면에 초기 산화층을 형성하는 스텝(전처리 스텝)과,
웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스로서의 HCDS 가스를 공급하여, 초기 산화층 상에 막을 형성하는 스텝 C(성막 스텝)
를 행한다.
또한, 성막 스텝에서는, 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스로서의 HCDS 가스를 공급하는 스텝 C1과, 웨이퍼(200)에 대하여 O 함유 가스로서의 O2 가스와 H 함유 가스로서의 H2 가스를 공급하는 스텝 C2를 비동시에 행하는 사이클을 n회(n은 1 이상의 정수) 행함으로써, 초기 산화층 상에, 막으로서, Si 및 O를 포함하는 막, 즉, 실리콘 산화막(SiO막)을 형성한다.
본 명세서에서는, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스를, 편의상, 이하와 같이 나타내는 경우도 있다. 후술하는 변형예나 다른 실시 형태에서의 성막 시퀀스에 대해서도 마찬가지의 표기를 사용한다.
O2+H2(A)→O2+H2(B)→(HCDS→O2+H2)×n ⇒ SiO
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성된 소정의 층 등의 표면을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면 상에 소정의 층을 직접 형성하는 것을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성되어 있는 층 등의 위에 소정의 층을 형성하는 것을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 동의이다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)된다. 그 후, 도 1에 도시한 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(220b)을 개재해서 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(처리 압력)으로 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다. 또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 온도(처리 온도)로 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 통전 정도가 피드백 제어된다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 처리실(201) 내의 배기, 웨이퍼(200)의 가열 및 회전은 모두, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행하여진다.
(전처리 스텝)
그 후, 다음의 스텝 A, B를 순차 실행한다.
[스텝 A]
이 스텝에서는, 웨이퍼(200)를 수용한 처리실(201) 내에, O2 가스와 H2 가스를, 각각 별도의 공급부인 노즐(249a, 249b)을 통해서 동시에 공급하여, 이들 가스를 처리실(201) 내에서 혼합시킨다(Post-mix에 의한 O2 가스+H2 가스 공급).
구체적으로는, 밸브(243a, 243e)를 개방하여, 가스 공급관(232a, 232e) 내에 O2 가스, H2 가스를 각각 흘린다. O2 가스, H2 가스는 각각, MFC(241a, 241e)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 각각 별도로 또한 동시에 공급된다. 처리실(201) 내에 공급된 O2 가스 및 H2 가스는, 웨이퍼 배열 영역 내를 확산하여, 그 과정에서 서로 혼합되고, 그 후, 배기구(231a)를 통해서 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스와 H2 가스가 동시이면서 또한 함께 공급된다. 이때 밸브(243h)를 개방하여, 가스 공급관(232h) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, MFC(241h)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232c), 노즐(249c)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기구(231a)를 통해서 배기관(231)으로부터 배기된다. 노즐(249c)로부터의 N2 가스의 공급은 불실시로 해도 된다.
노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어 서로 혼합된 O2 가스 및 H2 가스는, 가열된 감압 분위기 하에서 논 플라스마로 열적으로 활성화(여기)되어 반응하고, 그에 의해, 원자상 산소(O) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종이 생성된다. 그리고, 주로 이 산화종에 의해, 웨이퍼(200)의 표면에 대한 산화 처리가 행하여진다. 이에 의해, 웨이퍼(200)의 표면에, O의 확산층, 즉, 실리콘 산화층(SiO층)이 형성된다. 이 산화 처리에 의하면, O2 가스를 단독으로 공급하는 경우나 H2O 가스(수증기)를 단독으로 공급하는 경우에 비해서, 산화력을 대폭 향상시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 감압 분위기 하에서 O2 가스에 H2 가스를 첨가함으로써, O2 가스 단독 공급의 경우나 H2O 가스 단독 공급의 경우에 비해, 대폭적인 산화력 향상 효과가 얻어지게 된다. 이 점은, 후술하는 스텝 B나, 성막 스텝에서의 스텝 C2에서도 마찬가지이다.
상술한 바와 같이, 본 스텝에서는, 처리실(201) 내에의 O2 가스와 H2 가스의 공급을 Post-mix에 의해 행한다. 이 경우, O2 가스와 H2 가스의 반응에 의한 산화종의 생성은, 이들 가스가 처리실(201) 내에서 혼합되고 나서, 즉, 이들 가스가 처리실(201) 내에 공급된 후, 소정의 시간이 경과하고 나서 개시된다. 스텝 A에서는, 웨이퍼 배열 영역의 상부를 포함하는 가스류 상류측보다도, 웨이퍼 배열 영역의 하부를 포함하는 가스류 하류측쪽이, O2 가스 및 H2 가스의 반응에 의한 산화종의 생성이 활발해지는 경향이 있다. 이에 의해, 스텝 A에서는, 가스류 하류측에서의 산화종의 농도(생성량)가, 가스류 상류측에서의 산화종의 농도(생성량)보다도 높아(많아)진다. 이 때문에, 스텝 A에서는, 웨이퍼(200)의 표면의 산화량이, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서, 즉, 웨이퍼 배열 영역의 상부로부터 하부에 걸쳐서 점차 커진다.
소정의 시간이 경과하면, 밸브(243e)를 닫아, 노즐(249b)을 통한 처리실(201) 내에의 H2 가스의 공급을 정지하고, 후술하는 스텝 B를 개시한다. 이때, 밸브(243a)를 개방한 채로 두어, 노즐(249a)을 통한 처리실(201) 내에의 O2 가스의 공급을 정지하지 않고 계속한다. 즉, 스텝 A와, 후술하는 스텝 B를, 그들 사이에 처리실(201) 내의 퍼지를 행하지 않고, 연속적으로 행한다.
[스텝 B]
이 스텝에서는, 웨이퍼(200)를 수용한 처리실(201) 내에, O2 가스와 H2 가스를, 동일한 공급부인 노즐(249a)을 통해서 동시에, 즉, 동일한 공급부 내에서 미리 혼합시켜서 공급한다(Pre-mix에 의한 O2 가스+H2 가스 공급).
구체적으로는, 밸브(243a)를 개방한 채, 밸브(243d)를 개방하여, 가스 공급관(232a) 내에 O2 가스를 흘린 채의 상태에서, 가스 공급관(232d) 내에 H2 가스를 흘린다. O2 가스, H2 가스는 각각, MFC(241a, 241d)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232a) 내 및 노즐(249a) 내에서 서로 혼합되어, 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 동시에 공급된다. 처리실(201) 내에 공급된 O2 가스 및 H2 가스는, 혼합된 상태에서 웨이퍼 배열 영역을 확산하고, 그 후, 배기구(231a)를 통해서 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스와 H2 가스가 동시이면서 또한 함께 공급된다. 이때 밸브(243g, 243h)를 개방하여, 가스 공급관(232g, 232h) 내에 N2 가스를 각각 흘린다. N2 가스는, MFC(241g, 241h)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232b, 232c), 노즐(249b, 249c)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기구(231a)를 통해서 배기관(231)으로부터 배기된다. 노즐(249b, 249c)로부터의 N2 가스의 공급은 불실시로 해도 된다.
가스 공급관(232a), 노즐(249a) 내에서 미리 혼합된 O2 가스, H2 가스는, 가열된 감압 분위기 하에서 논 플라스마로 열적으로 활성화되어 반응하고, 그에 의해, 원자상 산소 등의 산소를 포함하는 상술한 산화종이 생성된다. 그리고, 주로 이 산화종에 의해, 스텝 A에서 산화된 웨이퍼(200)의 표면에 대하여 산화 처리가 또한 행하여진다. 이에 의해, 웨이퍼(200)의 표면에 형성되어 있던 SiO층이 더 성장한다.
상술한 바와 같이, 본 스텝에서는, 처리실(201) 내에의 O2 가스와 H2 가스의 공급을 Pre-mix에 의해 행한다. 이 경우, O2 가스와 H2 가스의 반응에 의한 산화종의 생성은, 이들 가스가 가스 공급관(232a) 내에서 혼합되고 나서, 즉, 이들 가스가 가스 공급관(232a) 내를 통과한 후, 소정의 시간이 경과하고 나서 개시될 수 있다. 즉, O2 가스 및 H2 가스의 반응에 의한 산화종의 생성은, 이들 가스가 처리실(201) 내에 공급되기 전, 예를 들어 이들 가스가 가열된 노즐(249a) 내를 흐르는 과정에서 개시되는 경우도 있다. 또한, O2 가스 및 H2 가스의 반응에 의한 산화종의 생성은, 이들 가스가 처리실(201) 내에 공급되고 나서 빠르게 개시되는 경우도 있고, 또한 이들 가스가 처리실(201) 내에 공급되고 나서 비교적 단시간 내에 개시되는 경우도 있다. 어떻든간에, 스텝 B에서는, 웨이퍼 배열 영역의 하부를 포함하는 가스류 하류측보다도, 웨이퍼 배열 영역의 상부를 포함하는 가스류 상류측쪽이, O2 가스 및 H2 가스의 반응에 의한 산화종의 생성이 활발해지는 경향이 있다. 이에 의해, 스텝 B에서는, 가스류 상류측에서의 산화종의 농도(생성량)가, 가스류 하류측에서의 산화종의 농도(생성량)보다도 높아(많아)진다. 이 때문에, 스텝 B에서는, 웨이퍼(200)의 표면의 산화량이, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서, 즉, 웨이퍼 배열 영역의 상부로부터 하부에 걸쳐서, 점차 작아진다.
소정의 시간이 경과하면, 밸브(243a, 243d)를 닫아, 노즐(249a)을 통한 처리실(201) 내에의 O2 가스 및 H2 가스의 공급을 각각 정지한다. 또한, 후술하는 세트를 복수회, 즉, 2회 이상 행하는 경우에는, 밸브(243a)를 개방한 채로 두고, 밸브(243d)를 닫아, 노즐(249a)을 통한 처리실(201) 내에의 O2 가스의 공급을 계속한 상태에서 H2 가스의 공급을 정지한다.
[소정 횟수 실시]
스텝 A, B를 비동시에, 즉, 동기시키지 않고 행하는 세트를 1회 이상(m회) 행함으로써, 웨이퍼(200)의 표면에, 초기 산화층으로서, 소정의 두께의 SiO층을 형성하는 것이 가능하게 된다. 도 4는, 상술한 세트를 1회 행하는 경우를 나타내고 있다.
상술한 바와 같이, 스텝 A에서의 웨이퍼(200)의 표면의 산화량은, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 점차 커진다. 가령, 전처리 스텝에서, 스텝 A만을 실시하고, 스텝 B를 불실시로 한 경우, 웨이퍼(200)의 표면에 형성되는 SiO층의 두께(깊이)는, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서, 즉, 웨이퍼 배열 영역의 상부로부터 하부에 걸쳐서, 서서히 두꺼워(깊어)지는 경향이 강해진다.
또한, 상술한 바와 같이, 스텝 B에서의 웨이퍼(200)의 표면의 산화량은, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 점차 작아진다. 가령, 전처리 스텝에서, 스텝 A를 불실시로 하고 스텝 B만을 실시했을 경우, 웨이퍼(200)의 표면에 형성되는 SiO층의 두께(깊이)는, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서, 즉, 웨이퍼 배열 영역의 상부로부터 하부에 걸쳐서, 점차 얇아(얕아)지는 경향이 강해진다.
이에 반해, 본 실시 형태의 전처리 스텝에서는, 스텝 A, B 양쪽을 세트로 행하므로, 스텝 A를 행함으로써 형성되는 SiO층의 웨이퍼간 두께 분포의 경향을, 스텝 B를 행함으로써 형성되는 SiO층의 웨이퍼간 두께 분포의 경향에 의해, 상쇄하는 것이 가능하게 된다. 본 실시 형태에 따르면, 웨이퍼(200)의 표면의 산화량을, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서, 즉, 웨이퍼 배열 영역의 상부로부터 하부에 걸쳐서, 균일화시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 웨이퍼(200)의 표면에 형성되는 초기 산화층의 웨이퍼간 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
웨이퍼(200)의 표면에 원하는 두께의 초기 산화층이 형성된 후, 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때, 밸브(243f 내지 243h)를 개방하여, 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내의 퍼지가 행하여진다(퍼지 스텝).
스텝 A에서의 처리 조건으로서는,
O2 가스 공급 유량: 100 내지 10000sccm
H2 가스 공급 유량: 200 내지 20000sccm
N2 가스 공급 유량(가스 공급관마다): 0 내지 10000sccm
O2 가스 및 H2 가스 공급 시간: 2 내지 240초, 바람직하게는 4 내지 120초
처리 온도: 350 내지 800℃, 바람직하게는 400 내지 700℃
처리 압력: 13.3 내지 1333Pa, 바람직하게는 13.3 내지 399Pa
이 예시된다.
스텝 B에서의 처리 조건으로서는,
O2 가스 및 H2 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 2 내지 60초
가 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 A에서의 처리 조건과 마찬가지로 한다.
또한, 본 명세서에서의 「350 내지 800℃」와 같은 수치 범위의 표기는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 「350 내지 800℃」란 「350℃ 이상 800℃ 이하」를 의미한다. 다른 수치 범위에 대해서도 마찬가지이다.
O 함유 가스로서는, O2 가스 외에, 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 오존(O3) 가스, H2O 가스, 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스 등의 O 함유 가스를 사용할 수 있다. 스텝 A에서 사용하는 O 함유 가스와, 스텝 B에서 사용하는 O 함유 가스는, 동일하게 해도 되고, 다르게 해도 된다.
H 함유 가스로서는, H2 가스 외에, 중수소(D2) 가스 등의 H 함유 가스를 사용할 수 있다. 스텝 A에서 사용하는 H 함유 가스와, 스텝 B에서 사용하는 H 함유 가스는, 동일하게 해도 잘, 다르게 해도 된다.
불활성 가스로서는, N2 가스 외에, 예를 들어 Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다. 이 점은, 후술하는 성막 스텝에서도 마찬가지이다.
(성막 스텝)
처리실(201) 내의 퍼지가 완료된 후, 다음의 스텝 C1, C2를 순차 실행한다.
[스텝 C1]
이 스텝에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 표면에 초기 산화층이 형성된 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급한다.
구체적으로는, 밸브(243c)를 개방하여, 가스 공급관(232c) 내에 HCDS 가스를 흘린다. HCDS 가스는, MFC(241c)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249c)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 웨이퍼 배열 영역 내를 확산하고, 그 후, 배기구(231a)를 통해서 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스가 공급된다. 이때 밸브(243f, 243g)를 개방하여, 가스 공급관(232f, 232g) 내에 N2 가스를 각각 흘린다. N2 가스는, MFC(241f, 241g)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기구(231a)를 통해서 배기관(231)으로부터 배기된다. 노즐(249a, 249b)로부터의 N2 가스의 공급은 불실시로 해도 된다.
웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)의 표면 상, 즉, 초기 산화층 상에, Cl을 포함하는 Si 함유층(제1 층)이 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, 웨이퍼(200)의 표면에, HCDS가 물리 흡착되거나, HCDS의 일부가 분해한 물질이 화학 흡착되거나, HCDS가 열분해해서 Si가 퇴적되거나 하는 것 등에 의해 형성된다. 즉, Cl을 포함하는 Si 함유층은, HCDS나 HCDS의 일부가 분해한 물질의 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)이어도 되고, Cl을 포함하는 Si의 퇴적층(Si층)이어도 된다. 이하, Cl을 포함하는 Si 함유층을, 간단히 Si 함유층이라고도 칭한다.
웨이퍼(200) 상에 Si 함유층을 형성한 후, 밸브(243c)를 닫아, 처리실(201) 내에의 HCDS 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 전처리 스텝의 퍼지 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
[스텝 C2]
스텝 C1이 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si 함유층에 대하여, O2 가스 및 H2 가스를 동시이면서 또한 함께 공급한다. 이때의 처리 수순은, 예를 들어 전처리 스텝의 스텝 A에서의 처리 수순과 마찬가지로 한다. 즉, 이 스텝에서는, 밸브(243a, 243e)를 개방하여, O2 가스 및 H2 가스를 각각, 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 동시에 공급한다.
웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스 및 H2 가스를 동시이면서 또한 함께 공급함으로써, 이들 가스의 반응에 의해 생성된 원자상 산소 등의 산소를 포함하는 상술한 산화종에 의해, 스텝 C1에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si 함유층에 대하여 산화 처리가 행하여진다. 이 산화종이 갖는 에너지는, Si 함유층 중에 포함되는 Si-Cl 결합 등의 결합 에너지보다도 높기 때문에, 이 산화종의 에너지를 Si 함유층에 부여함으로써, Si 함유층 중에 포함되는 Si-Cl 결합 등은 분리된다. Si와의 결합이 분리된 Cl 등은 층 중으로부터 제거되어, Cl2, HCl 등으로서 배출된다. 또한, Cl 등과의 결합이 끊어짐으로써 남은 Si의 결합손은, 산화종에 포함되는 O와 연결되어, Si-O 결합이 형성된다. 이와 같이 하여, Si 함유층은, Si 및 O를 포함하고, Cl 등의 불순물의 함유량이 적은 층, 즉, 고순도의 SiO층(제2 층)으로 변화된다(개질된다).
Si 함유층을 SiO층으로 변화시킨 후, 밸브(243a, 243e)를 닫아, 처리실(201) 내에의 O2 가스 및 H2 가스의 공급을 각각 정지한다. 그리고, 전처리 스텝의 퍼지 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
[소정 횟수 실시]
스텝 C1, C2를 비동시에, 즉, 동기시키지 않고 행하는 사이클을 1회 이상(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 초기 산화층 상에 원하는 막 두께의 SiO막을 형성할(퇴적시킬) 수 있다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1사이클당 형성되는 SiO층의 두께를 원하는 막 두께보다도 작게 하여, SiO층을 적층함으로써 형성되는 SiO막의 막 두께가 원하는 막 두께로 될 때까지, 상술한 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
스텝 C1에서의 처리 조건으로서는,
HCDS 가스 공급 유량: 5 내지 2000sccm, 바람직하게는 50 내지 1000sccm
HCDS 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
N2 가스 공급 유량(가스 공급관마다): 0 내지 10000sccm
처리 온도: 350 내지 800℃, 바람직하게는 400 내지 700℃
처리 압력: 1 내지 2666Pa, 바람직하게는 67 내지 1333Pa
이 예시된다.
스텝 C2에서의 처리 조건으로서는,
O2 가스 공급 유량: 100 내지 10000sccm
H2 가스 공급 유량: 100 내지 10000sccm
O2 가스 및 H2 가스 공급 시간: 1 내지 100초, 바람직하게는 1 내지 50초
처리 온도: 350 내지 800℃, 바람직하게는 400 내지 700℃
처리 압력: 13.3 내지 1333Pa, 바람직하게는 13.3 내지 399Pa
이 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 C1에서의 처리 조건과 마찬가지로 한다.
원료 가스로서는, HCDS 가스 외에, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 테트라클로로실란(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 옥타클로로트리실란(Si3Cl8, 약칭: OCTS) 가스 등의 클로로실란 원료 가스를 사용할 수 있다.
O 함유 가스로서는, O2 가스 외에, 상술한 각종 O 함유 가스를 사용할 수 있다. 스텝 C2에서 사용하는 O 함유 가스와, 상술한 스텝 A, B에서 사용하는 O 함유 가스를, 동일한 가스로 해도 되고, 다른 가스로 해도 된다.
H 함유 가스로서는, H2 가스 외에, D2 가스를 사용할 수 있다. 스텝 C2에서 사용하는 H 함유 가스와, 상술한 스텝 A, B에서 사용하는 H 함유 가스를, 동일한 가스로 해도 되고, 다른 가스로 해도 된다.
(애프터 퍼지 내지 대기압 복귀)
성막 스텝이 종료된 후, 가스 공급관(232f 내지 232h) 각각으로부터 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하여, 배기구(231a)를 통해서 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 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).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 매니폴드(209)의 하단이 개구된다. 그리고, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서, 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 처리가 끝난 웨이퍼(200)는, 반응관(203)의 외부로 반출된 후, 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 본 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(a) 전처리 스텝에서는, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 웨이퍼(200)의 산화량이 커지는 조건 하에서 웨이퍼(200)의 표면을 산화시키는 스텝 A와, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 웨이퍼(200)의 산화량이 작아지는 조건 하에서 웨이퍼(200)의 표면을 산화시키는 스텝 B를 비동시에 행하는 세트를 소정 횟수 행함으로써, 웨이퍼(200)의 표면에 형성되는 초기 산화층의 웨이퍼간 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 전처리 스텝에서 웨이퍼(200)의 표면에 형성하는 초기 산화층의 두께 분포를 웨이퍼간에서 균일하게 할 수 있으면, 그 후, 성막 스텝을 행함으로써 웨이퍼(200) 상, 즉, 초기 산화층 상에 형성되는 SiO막의 막 두께도 웨이퍼(200)간에서 균일하게 하는 것이 가능하게 된다. 즉, 본 실시 형태에 따르면, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막의 웨이퍼간 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(b) 전처리 스텝에서는, 스텝 A, B를 이 순서대로 행하고, 스텝 B에서는, 스텝 A에서 행한 노즐(249a)로부터의 O2 가스의 공급을 정지하지 않고 계속한 상태에서, H2 가스를 공급하는 노즐을, 노즐(249b)에서 노즐(249a)로 전환함으로써, 전처리 스텝의 효율을 높이는 것이 가능하게 된다. 즉, 스텝 A, B를, 그들 사이에 처리실(201) 내의 퍼지를 행하지 않고 연속적으로 행함으로써, 전처리 스텝의 총 소요 시간을 단축시켜, 기판 처리 공정의 총 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(c) 전처리 스텝의 스텝 A, B 중 적어도 어느 것의 스텝에서는, O2 가스의 공급 유량보다도 H2 가스의 공급 유량쪽이 커지는 조건 하에서, 웨이퍼(200)의 표면을 산화시킴으로써, 산화 레이트를 적정하게 억제하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 산화 처리의 제어성을 향상시켜, 웨이퍼(200)의 표면에 형성되는 초기 산화층의 웨이퍼 면내 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 되고, 또한 웨이퍼(200)의 표면의 과잉의 산화를 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 전처리 스텝의 스텝 A, B 양쪽에 있어서, O2 가스의 공급 유량보다도 H2 가스의 공급 유량쪽이 커지는 조건 하에서, 웨이퍼(200)의 표면을 산화시킴으로써, 상술한 효과를 보다 확실하게 얻는 것이 가능하게 된다.
(d) 스텝 A에서의 O2 가스와 H2 가스의 공급 시간(Ta)을, 스텝 B에서의 O2 가스와 H2 가스의 공급 시간(Tb)보다도 길게 함으로써(Ta>Tb), 전처리 스텝에서의 산화 처리의 제어성을 높여, 웨이퍼(200)의 표면에 형성되는 초기 산화층의 웨이퍼간 두께 균일성을 더욱 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 상술한 공급 시간(Tb)을, 스텝 C2에서의 O2 가스와 H2 가스의 공급 계속 시간(Tc) (즉, O2 가스와 H2 가스가 공급되고 있는 동안의 공급 시간) 보다도 길게 함으로써(Ta>Tb>Tc), 전처리 스텝에서의 산화 처리의 제어성을 더욱 높여, 웨이퍼(200)의 표면에 형성되는 초기 산화층의 웨이퍼간 두께 균일성을 더욱 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(e) 본 실시 형태에 따르면, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막의 웨이퍼간 막 두께 균일성을 전처리 스텝에 의해 향상시킬 수 있으므로, SiO막의 웨이퍼간 막 두께 균일성 향상을 위해서, 성막 스텝에서의 처리 수순이나 처리 조건을 변경(미세 조정)할 필요가 없다. 즉, 성막 스텝을 행함으로써 형성되는 SiO막의 전기 특성 등이 양호한 막질을, 처리 조건 등의 변경에 의해 손상시키지 않고 유지하면서, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiO막의 웨이퍼간 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(f) 전처리 스텝에서, 스텝 A, B를 비동시에 행하는 세트를 소정 횟수 행한 후, 퍼지 스텝을 행함으로써, 그 후에 행하는 성막 스텝에서, 처리실(201) 내에서의 불필요한 기상 반응의 발생을 피할 수 있어, 성막 처리의 품질을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(g) 상술한 효과는, O2 가스 이외의 상술한 O 함유 가스를 사용하는 경우나, H2 가스 이외의 상술한 H 함유 가스를 사용하는 경우나, HCDS 가스 이외의 상술한 원료 가스를 사용하는 경우나, N2 가스 이외의 상술한 불활성 가스를 사용하는 경우에도, 마찬가지로 얻을 수 있다.
(4) 변형예
본 실시 형태는, 이하의 변형예와 같이 변경할 수 있다. 이들 변형예는 임의로 조합할 수 있다. 특별히 설명이 없는 한, 각 변형예의 각 스텝에서의 처리 조건, 처리 수순은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
(변형예 1)
전처리 스텝의 각 세트에서는, 스텝 B, A를 이 순서대로 행하고, 스텝 A에서는, 스텝 B에서 행한 노즐(249a)로부터의 O2 가스의 공급을 정지하지 않고 계속한 상태에서, H2 가스를 공급하는 노즐을, 노즐(249a)에서 노즐(249b)로 전환하도록 해도 된다. 즉, 전처리 스텝에서는, 노즐(249a)을 통한 Pre-Mix에 의한 O2 가스+H2 가스의 공급과, 노즐(249a, 249b)을 통한 Post-Mix에 의한 O2 가스+H2 가스의 공급을 이 순으로 비동시에 행하는 세트를 소정 횟수(m회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예에서도, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(변형예 2)
스텝 A에서는 O2 가스를 노즐(249a)로부터 공급하고, H2 가스를 노즐(249b)로부터 공급하고, 스텝 B에서는 O2 가스와 H2 가스를 노즐(249b)로부터 공급하도록 해도 된다. 즉, Pre-Mix에 의한 O2 가스+H2 가스의 공급을, 노즐(249a)이 아니라, 노즐(249b)을 통해서 행하게 해도 된다.
본 변형예의 전처리 스텝의 각 세트에서는, 스텝 A, B를 이 순으로 행하고, 스텝 B에서는, 스텝 A에서 행한 노즐(249b)로부터의 H2 가스의 공급을 정지하지 않고 유지한 상태에서, O2 가스를 공급하는 노즐을, 노즐(249a)에서 노즐(249b)로 전환하도록 해도 된다. 즉, 전처리 스텝에서는, 노즐(249a, 249b)을 통한 Post-Mix에 의한 O2 가스+H2 가스의 공급과, 노즐(249b)을 통한 Pre-Mix에 의한 O2 가스+H2 가스의 공급을, 이 순으로 비동시에 행하는 세트를 소정 횟수(m회) 행하도록 해도 된다.
또한 본 변형예의 전처리 스텝의 각 세트에서는, 스텝 B, A를 이 순으로 행하고, 스텝 A에서는, 스텝 B에서 행한 노즐(249b)로부터의 H2 가스의 공급을 정지하지 않고 유지한 상태에서, O2 가스를 공급하는 노즐을, 노즐(249b)에서 노즐(249a)로 전환하도록 해도 된다. 즉, 전처리 스텝에서는, 노즐(249b)을 통한 Pre-Mix에 의한 O2 가스+H2 가스의 공급과, 노즐(249a, 249b)을 통한 Post-Mix에 의한 O2 가스+H2 가스의 공급을, 이 순으로 비동시에 행하는 세트를 소정 횟수(m회) 행하도록 해도 된다.
본 변형예에서도, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(변형예 3)
스텝 A에서의 처리실(201) 내의 압력(처리 압력), 및 H2 가스의 공급 유량에 대한 O2 가스의 공급 유량의 비(O2/H2 유량비) 중 적어도 어느 것을, 스텝 B에서의 그것 혹은 그것들과 다르게 해도 된다.
왜냐하면, O2 가스와 H2 가스의 반응에 의해 생성되는 산화종의 수명은, 스텝 A, B에서의 처리 압력의 영향을 받는 경향이 있다. 그 때문에, 스텝 A, B에서의 처리 압력을 서로 다르게 함으로써, 스텝 A, B를 행함으로써 웨이퍼(200)의 표면에 형성되는 초기 산화층의 웨이퍼간 두께 분포를, 서로 다르게 하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 스텝 A, B 중 어느 한쪽의 스텝에서는, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 웨이퍼(200)의 산화량이 커지는 조건 하에서 웨이퍼(200)의 표면을 산화시키고, 다른 쪽 스텝에서는, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 웨이퍼(200)의 산화량이 작아지는 조건 하에서 웨이퍼(200)의 표면을 산화시키는 것이 가능하게 된다.
또한, O2 가스와 H2 가스의 반응에 의해 생성되는 산화종의 수명은, O2/H2 유량비의 영향을 받는 경향이 있다. 그 때문에, 스텝 A, B에서의 O2/H2 유량비를 서로 다르게 함으로써, 스텝 A, B를 행함으로써 웨이퍼(200)의 표면에 형성되는 초기 산화층의 웨이퍼간 두께 분포를, 서로 다르게 하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 스텝 A, B 중 어느 한쪽의 스텝에서는, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 웨이퍼(200)의 산화량이 커지는 조건 하에서 웨이퍼(200)의 표면을 산화시키고, 다른 쪽 스텝에서는, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 웨이퍼(200)의 산화량이 작아지는 조건 하에서 웨이퍼(200)의 표면을 산화시키는 것이 가능하게 된다.
본 변형예에서도, 스텝 A, B 양쪽을 세트로 행함으로써, 스텝 A를 행함으로써 형성되는 초기 산화층의 웨이퍼간 두께 분포의 경향을, 스텝 B를 행함으로써 형성되는 초기 산화층의 웨이퍼간 두께 분포의 경향에 의해, 상쇄하는 것이 가능하게 된다. 결과로서, 웨이퍼(200)의 표면에 형성되는 초기 산화층의 웨이퍼간 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 되고, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어지게 된다. 또한, 본 변형예의 경우, 스텝 A, B 양쪽에서 Post-Mix에 의한 O2 가스+H2 가스의 공급을 행하도록 해도 상술한 효과를 얻을 수 있고, 또한 스텝 A, B 양쪽에서 Pre-Mix에 의한 O2 가스+H2 가스의 공급을 행하도록 해도 상술한 효과를 얻을 수 있다.
(변형예 4)
도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 전처리 스텝에서는, 스텝 A, B를 비동시에 행하는 세트를 1회 행함으로써 웨이퍼(200)의 표면에 초기 산화층을 형성하는 경우에 대해서 설명했지만, 이 세트를 복수회 행함으로써 웨이퍼(200)의 표면에 초기 산화층을 형성하도록 해도 된다. 본 변형예에서도, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
<다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였다. 단, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들어, 반응체로서, 암모니아(NH3) 가스 등의 질소(N) 함유 가스, 프로필렌(C3H6) 가스 등의 탄소(C) 함유 가스, 트리에틸아민((C2H5)3N, 약칭: TEA) 가스 등의 N 및 C를 포함하는 가스, 트리클로로보란(BCl3) 가스 등의 붕소(B) 함유 가스 등을 사용하여, 이하에 나타내는 성막 시퀀스에 의해, 기판 상에, 실리콘 산질화막(SiON막), 실리콘 질화막(SiN막), 실리콘 탄질화막(SiCN막), 실리콘 산탄질화막(SiOCN막), 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막), 실리콘 붕질화막(SiBN막) 등의 Si를 포함하는 막을 형성하는 경우에도, 본 발명을 적용할 수 있다. 이들 경우에도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 이들 반응체를 공급할 때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태의 스텝 C2에서의 그것들과 마찬가지로 할 수 있다.
O2+H2(A)→O2+H2(B)→(HCDS→NH3→O2)×n ⇒ SiON
O2+H2(A)→O2+H2(B)→(HCDS→NH3)×n ⇒ SiN
O2+H2(A)→O2+H2(B)→(HCDS→TEA)×n ⇒ SiCN
O2+H2(A)→O2+H2(B)→(HCDS→C3H6→NH3)×n ⇒ SiCN
O2+H2(A)→O2+H2(B)→(HCDS→TEA→O2)×n ⇒ SiOCN
O2+H2(A)→O2+H2(B)→(HCDS→C3H6→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
O2+H2(A)→O2+H2(B)→(HCDS→C3H6→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBCN
O2+H2(A)→O2+H2(B)→(HCDS→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBN
또한 예를 들어, 원료로서, 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 가스나 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3, 약칭: TMA) 가스 등을 사용하여, 기판 상에, 티타늄 질화막(TiN막), 티타늄 산질화막(TiON막), 티타늄알루미늄 탄질화막(TiAlCN막), 티타늄알루미늄 탄화막(TiAlC막), 티타늄 탄질화막(TiCN막), 티타늄 산화막(TiO막) 등의 금속 원소를 포함하는 막을 형성하는 경우에도, 본 발명을 적용할 수 있다. 이들 경우에도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
기판 처리에 사용되는 레시피는, 처리 내용에 따라서 개별로 준비하여, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 통해서 기억 장치(121c) 내에 저장해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 기판 처리를 개시할 때, CPU(121a)가, 기억 장치(121c) 내에 저장된 복수의 레시피 중에서, 기판 처리의 내용에 따라, 적정한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 1대의 기판 처리 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 막을, 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한, 오퍼레이터의 부담을 저감할 수 있어, 조작 미스를 피하면서, 처리를 신속하게 개시할 수 있게 된다.
상술한 레시피는, 새롭게 작성하는 경우에 한하지 않고, 예를 들어 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 변경함으로써 준비해도 된다. 레시피를 변경하는 경우에는, 변경 후의 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 레시피를 기록한 기록 매체를 통해서, 기판 처리 장치에 인스톨해도 된다. 또한, 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여, 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 직접 변경하도록 해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 제1 내지 제3 공급부로서의 제1 내지 제3 노즐(노즐(249a 내지 249c))이 반응관의 내벽을 따르도록 처리실 내에 마련되어 있는 예에 대해서 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 5의 (a)에 종형 처리로의 단면 구조를 도시하는 바와 같이, 반응관의 측벽에 버퍼실을 마련하고, 이 버퍼실 내에, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 구성의 제1 내지 제3 노즐을, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 배치로 마련하도록 해도 된다. 도 5의 (a)에서는, 반응관의 측벽에 공급용 버퍼실과 배기용 버퍼실을 마련하고, 각각을, 웨이퍼를 사이에 두고 대향하는 위치에 배치한 예를 도시하고 있다. 또한, 공급용 버퍼실과 배기용 버퍼실 각각은, 반응관의 측벽 하부로부터 상부를 따라, 즉, 웨이퍼 배열 영역을 따라 마련되어 있다. 또한, 도 5의 (a)에서는, 공급용 버퍼실을 복수(3개)의 공간으로 칸막이하여, 각각의 공간에 각 노즐을 배치한 예를 도시하고 있다. 버퍼실의 3개의 공간의 배치는, 제1 내지 제3 노즐의 배치와 마찬가지가 된다. 제1 내지 제3 노즐이 배치되는 각각의 공간을, 제1 내지 제3 버퍼실이라고 칭할 수도 있다. 제1 노즐 및 제1 버퍼실, 제2 노즐 및 제2 버퍼실, 제3 노즐 및 제3 버퍼실을 각각, 제1 공급부, 제2 공급부, 제3 공급부라고 생각할 수도 있다. 또한 예를 들어, 도 5의 (b)에 종형 처리로의 단면 구조를 도시하는 바와 같이, 도 5의 (a)와 마찬가지의 배치로 버퍼실을 마련하여, 버퍼실 내에 제3 노즐을 마련하고, 이 버퍼실의 처리실과의 연통부를 양측으로부터 사이에 둠과 함께 반응관의 내벽을 따르도록 제1, 제2 노즐을 마련하도록 해도 된다. 제1 노즐, 제2 노즐, 제3 노즐 및 버퍼실을 각각, 제1 공급부, 제2 공급부, 제3 공급부라고 생각할 수도 있다. 도 5의 (a), 도 5의 (b)에서 설명한 버퍼실이나 반응관 이외의 구성은, 도 1에 도시하는 처리로의 각 부의 구성과 마찬가지이다. 이들 처리로를 사용한 경우에도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 기판 처리를 행할 수 있고, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 예에 대해서 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 예를 들어 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다. 한번에 1매의 기판을 처리하는 매엽식 기판 처리 장치를 사용하는 경우에는, 기판의 표면에 형성되는 초기 산화층의 기판 면내 두께 균일성을 향상시킬 수 있고, 결과적으로, 기판 상에 형성되는 막의 기판 면내 막 두께 균일성을 높이는 것이 가능하게 된다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 핫월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 예에 대해서 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 콜드월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다.
이들 기판 처리 장치를 사용하는 경우에도, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 시퀀스, 처리 조건에서 기판 처리를 행할 수 있고, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 상술한 실시 형태나 변형예 등은, 적절히 조합해서 사용할 수 있다. 이때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태에서의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
[실시예]
실시예로서, 도 1에 도시하는 기판 처리 장치를 사용하여, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼 상에 SiO막을 형성하였다. 전처리 스텝, 성막 스텝에서의 처리 조건은, 각각, 상술한 실시 형태의 전처리 스텝, 성막 스텝에서의 처리 조건 범위 내의 소정의 조건으로 하였다.
비교예 1로서, 도 1에 도시하는 기판 처리 장치를 사용하여, 웨이퍼의 표면을 산화시키는 전처리 스텝과, 성막 스텝을, 이 순으로 행함으로써, 웨이퍼 상에 SiO막을 형성하였다. 전처리 스텝에서는, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 A만을 행하고, 스텝 B를 불실시로 하였다. 이 점을 제외하고, 비교예 1의 전처리 스텝, 성막 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은 각각, 실시예의 전처리 스텝, 성막 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 하였다.
비교예 2로서, 도 1에 도시하는 기판 처리 장치를 사용하여, 웨이퍼의 표면을 산화시키는 전처리 스텝과, 성막 스텝을, 이 순으로 행함으로써, 웨이퍼 상에 SiO막을 형성하였다. 전처리 스텝에서는, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 B만을 행하고, 스텝 A를 불실시로 하였다. 이 점을 제외하고, 비교예 2의 전처리 스텝, 성막 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은 각각, 실시예의 전처리 스텝, 성막 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 하였다.
그 후, 실시예 및 비교예 1, 2에서 형성한 SiO막의 웨이퍼간 막 두께 균일성을 각각 평가하였다. 도 6의 (a) 내지 도 6의 (c)에, 실시예, 비교예 1, 2의 평가 결과를 차례로 나타낸다. 도 6의 (a) 내지 도 6의 (c)의 종축은, 전처리 스텝에서 형성된 초기 산화층과, 성막 스텝에서 형성된 SiO막의 합계 막 두께(a.u.)를 나타내고 있다. 도 6의 (a) 내지 도 6의 (c)의 횡축은, 웨이퍼 배열 영역 내에서의 웨이퍼의 위치, 구체적으로는, 상부(Top), 중앙부(Center), 하부(Bottom)를 각각 나타내고 있다.
도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 실시예에서의 SiO막은, Top으로부터 Bottom에 걸쳐서, 즉, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 막 두께가 대략 균등해서, 웨이퍼간 막 두께 균일성이 양호한 것을 알 수 있다.
이에 반해, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 비교예 1에서의 SiO막은, Top으로부터 Bottom에 걸쳐서, 즉, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 막 두께가 두꺼워지고 있어, 실시예에 비하여 웨이퍼간 막 두께 균일성이 낮아지고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 6의 (c)에 도시하는 바와 같이, 비교예 2에서의 SiO막은, Top으로부터 Bottom에 걸쳐서, 즉, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 막 두께가 얇아지고 있어, 실시예에 비하여 웨이퍼간 막 두께 균일성이 낮아지고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 1, 2에서의 SiO막의 웨이퍼간 두께 분포는, 서로 반대의 경향으로 되어 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 전처리 스텝에서 스텝 A, B 양쪽을 세트로 행하는 실시예에서는, 전처리 스텝에서 스텝 A, B 중 어느 한쪽만을 행하는 비교예 1, 2에 비해, 웨이퍼 상에 형성되는 SiO막의 웨이퍼간 막 두께 균일성을 높이는 것이 가능하게 되는 것을 알았다.
200: 웨이퍼(기판)

Claims (19)

  1. (a) 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 상기 기판의 산화량이 커지는 조건 하에서, 상기 기판의 표면을 산화시키는 공정과,
    (b) 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 상기 기판의 산화량이 작아지는 조건 하에서, 상기 기판의 표면을 산화시키는 공정
    을 비동시에 행하는 세트를 m회(m은 1 이상의 정수) 행함으로써, 상기 기판의 표면에 초기 산화층을 형성하는 공정과,
    상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하여, 상기 초기 산화층 상에 막을 형성하는 공정
    을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, (a)를 상기 기판의 표면에 형성되는 제1 초기 산화층의 두께가 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 두꺼워지는 조건 하에서 행하고, (b)를 상기 기판의 표면에 형성되는 제2 초기 산화층의 두께가 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 얇아지는 조건 하에서 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, (a)에서는 상기 기판에 대하여 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 다른 공급부로부터 공급하고, (b)에서는 상기 기판에 대하여 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 동일한 공급부로부터 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, (a)에서는 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 상기 기판이 존재하는 공간에서 혼합시키고, (b)에서는 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 상기 동일한 공급부 내에서 혼합시키는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, (a)에서는 상기 산소 함유 가스를 제1 공급부로부터 공급하고, 상기 수소 함유 가스를 제2 공급부로부터 공급하고, (b)에서는 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 상기 제1 공급부로부터 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 초기 산화층을 형성하는 공정에서는, (a) (b)를 이 순으로 행하고, (b)에서는, (a)에서 행한 상기 제1 공급부로부터의 상기 산소 함유 가스의 공급을 정지하지 않고 계속한 상태에서, 상기 수소 함유 가스의 공급부를, 상기 제2 공급부로부터 상기 제1 공급부로 전환하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 초기 산화층을 형성하는 공정에서는, (b) (a)를 이 순으로 행하고, (a)에서는, (b)에서 행한 상기 제1 공급부로부터의 상기 산소 함유 가스의 공급을 정지하지 않고 계속한 상태에서, 상기 수소 함유 가스의 공급부를, 상기 제1 공급부로부터 상기 제2 공급부로 전환하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, (a)에서는 상기 산소 함유 가스를 제1 공급부로부터 공급하고, 상기 수소 함유 가스를 제2 공급부로부터 공급하고, (b)에서는 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 상기 제2 공급부로부터 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 초기 산화층을 형성하는 공정에서는, (a) (b)를 이 순으로 행하고, (b)에서는, (a)에서 행한 상기 제2 공급부로부터의 상기 수소 함유 가스의 공급을 정지하지 않고 계속한 상태에서, 상기 산소 함유 가스의 공급부를, 상기 제1 공급부로부터 상기 제2 공급부로 전환하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 초기 산화층을 형성하는 공정에서는, (b) (a)를 이 순으로 행하고, (a)에서는, (b)에서 행한 상기 제2 공급부로부터의 상기 수소 함유 가스의 공급을 정지하지 않고 계속한 상태에서, 상기 산소 함유 가스의 공급부를, 상기 제2 공급부로부터 상기 제1 공급부로 전환하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 초기 산화층을 형성하는 공정에서는, (a) (b)를, 그들 사이에 상기 기판이 존재하는 공간의 퍼지를 행하지 않고, 연속적으로 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, (a) 및 (b)에서는, 상기 산소 함유 가스의 공급 유량보다도 상기 수소 함유 가스의 공급 유량쪽이 커지는 조건 하에서, 상기 기판의 표면을 산화시키는, 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, (a)에서의 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스의 공급 시간을, (b)에서의 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스의 공급 시간보다도 길게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 초기 산화층 상에 막을 형성하는 공정은 또한, 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 포함하고,
    (b)에서의 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스의 공급 시간을, 상기 초기 산화층 상에 막을 형성하는 공정에서의 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스의 공급 계속 시간보다도 길게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서, (a)에서의 상기 기판이 존재하는 공간의 압력을 (b)에서의 상기 기판이 존재하는 공간의 압력과 다르게 하거나,
    (a)에서의 상기 수소 함유 가스의 공급 유량에 대한 상기 산소 함유 가스의 공급 유량의 비를 (b)에서의 상기 수소 함유 가스의 공급 유량에 대한 상기 산소 함유 가스의 공급 유량의 비와 다르게 하거나, 또는,
    (a)에서의 상기 기판이 존재하는 공간의 압력, 및 상기 수소 함유 가스의 공급 유량에 대한 상기 산소 함유 가스의 공급 유량의 비를 (b)에서의 상기 기판이 존재하는 공간의 압력, 및 상기 수소 함유 가스의 공급 유량에 대한 상기 산소 함유 가스의 공급 유량의 비와 각각 다르게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 초기 산화층 상에 막을 형성하는 공정에서는, (c-1) 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 공정과, (c-2) 상기 기판에 대하여 상기 산소 함유 가스와 상기 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 비동시에 행하는 사이클을 n회(n은 1 이상의 정수) 행함으로써, 상기 초기 산화층 상에 상기 막으로서 산화막을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  17. (a) 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 상기 기판의 산화량이 커지는 조건 하에서, 상기 기판의 표면을 산화시키는 공정과,
    (b) 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 상기 기판의 산화량이 작아지는 조건 하에서, 상기 기판의 표면을 산화시키는 공정
    을 비동시에 행하는 세트를 m회(m은 1 이상의 정수) 행함으로써, 상기 기판의 표면에 초기 산화층을 형성하는 공정과,
    상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하여, 상기 초기 산화층 상에 막을 형성하는 공정
    을 갖는 기판 처리 방법.
  18. 기판이 처리되는 처리실과,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 수소 함유 가스를 공급하는 수소 함유 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계와,
    상기 처리실 내에서, (a) 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 상기 기판의 산화량이 커지는 조건 하에서, 상기 기판의 표면을 산화시키는 처리와, (b) 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 상기 기판의 산화량이 작아지는 조건 하에서, 상기 기판의 표면을 산화시키는 처리를 비동시에 행하는 세트를 m회(m은 1 이상의 정수) 행함으로써, 상기 기판의 표면에 초기 산화층을 형성하는 처리와, 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하여, 상기 초기 산화층 상에 막을 형성하는 처리를 행하게 하도록, 상기 산소 함유 가스 공급계, 상기 수소 함유 가스 공급계 및 상기 원료 가스 공급계를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부
    를 갖는 기판 처리 장치.
  19. (a) 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 상기 기판의 산화량이 커지는 조건 하에서, 상기 기판의 표면을 산화시키는 수순과,
    (b) 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하여, 가스류 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 상기 기판의 산화량이 작아지는 조건 하에서, 상기 기판의 표면을 산화시키는 수순
    을 비동시에 행하는 세트를 m회(m은 1 이상의 정수) 행함으로써, 상기 기판의 표면에 초기 산화층을 형성하는 수순과,
    상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하여, 상기 초기 산화층 상에 막을 형성하는 수순
    을 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록된 프로그램.
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