KR102582447B1 - 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 막 두께의 면내 균일성을 개선할 수 있는 기술을 제공한다. 본 개시의 일 형태에 의한 성막 방법은, 기판을 수용한 처리 용기 내에 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝과, 상기 처리 용기 내에 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝과, 상기 처리 용기 내의 상기 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝을 이 순으로 연속해서 행하는 사이클을 반복한다.

Description

성막 방법 및 성막 장치{FILM FORMING METHOD AND FILM FORMING APPARATUS}
본 개시는, 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
표면에 미세 오목부가 형성된 기판에, 실란계 가스 및 실리콘계 염소 함유 화합물 가스를 공급해서 실리콘막을 성막하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2017-152426호 공보
본 개시는, 막 두께의 면내 균일성을 개선할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 형태에 의한 성막 방법은, 기판을 수용한 처리 용기 내에 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝과, 상기 처리 용기 내에 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝과, 상기 처리 용기 내의 상기 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝을 이 순으로 연속해서 행하는 사이클을 반복한다.
본 개시에 의하면, 막 두께의 면내 균일성을 개선할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태의 성막 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 일 실시 형태의 성막 방법에서의 가스 공급 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 3은 일 실시 형태의 성막 방법의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종형 열처리 장치의 구성예를 도시하는 종단면도이다.
도 5는 도 4의 종형 열처리 장치의 처리 용기를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 실시예 및 비교예의 가스 공급 시퀀스를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 패턴 웨이퍼 상에 형성한 실리콘막의 막 두께의 면내 균일성을 도시하는 도면이다.
도 8은 패턴 웨이퍼 상에 형성한 실리콘막의 막 두께 분포를 도시하는 도면이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하면서, 본 개시의 한정적이지 않은 예시의 실시 형태에 대해서 설명한다. 첨부의 전체 도면 중, 동일하거나 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일하거나 또는 대응하는 참조 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
〔성막 방법〕
일 실시 형태의 성막 방법에 대해서 설명한다. 도 1은, 일 실시 형태의 성막 방법을 도시하는 흐름도이다. 도 2는, 일 실시 형태의 성막 방법에서의 가스 공급 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 일 실시 형태의 성막 방법은, 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S11, 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S12, 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝 S13을 포함한다. 그리고, 이들 스텝 S11 내지 S13을 이 순으로 연속해서 행하는 사이클을 반복한다(스텝 S14). 이하, 각 스텝에 대해서 설명한다.
맨 먼저, 처리 용기 내에 기판을 수용하고, 처리 용기 내를 감압함과 함께 기판을 가열한 상태에서, 처리 용기 내에 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급한다(스텝 S11). 기판으로서는, 표면이 평활한 기판이어도 되고, 표면에 트렌치, 홀 등의 오목부가 형성되어 있는 기판이어도 된다. 기판은, 예를 들어 실리콘 기판 등의 반도체 기판이면 된다. 또한, 기판의 표면에는, 예를 들어 실리콘 산화막(SiO2막), 실리콘 질화막(SiN막) 등의 절연막이 형성되어 있어도 된다.
할로겐 비함유 실리콘 원료 가스로서는, 예를 들어 아미노실란계 가스, 수소화실리콘 가스를 이용할 수 있다. 아미노실란계 가스로서는, 예를 들어 DIPAS(디이소프로필아미노실란), 3DMAS(트리스디메틸아미노실란), BTBAS(비스터셔리부틸아미노실란)를 들 수 있다. 수소화실리콘 가스로서는, 예를 들어 SiH4(MS), Si2H6(DS), Si3H8, Si4H10을 들 수 있다.
계속해서, 기판을 가열한 상태에서, 처리 용기 내에 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급한다(스텝 S12). 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S12는, 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S11 후, 처리 용기 내의 진공화 및 퍼지(가스 치환)를 행하지 않고 연속해서 행하여진다. 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S12는, 예를 들어 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S11 후, 처리 용기 내의 압력을 대략 일정하게 유지한 상태에서 연속해서 행하여져도 된다. 또한, 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S12는, 예를 들어 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S11 후, 처리 용기 내의 압력 설정을 변경한 뒤에 연속해서 행하여져도 된다. 어떻든, 처리 용기 내에 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스가 잔류하고 있는 상태에서 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급한다.
할로겐 함유 실리콘 원료 가스로서는, 예를 들어 불소 함유 실리콘 가스, 염소 함유 실리콘 가스, 브롬 함유 실리콘 가스를 이용할 수 있다. 불소 함유 실리콘 가스로서는, 예를 들어 SiF4, SiHF3, SiH2F2, SiH3F를 들 수 있다. 염소 함유 실리콘 가스로서는, 예를 들어 SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2(DCS), SiH3Cl, Si2Cl6을 들 수 있다. 브롬 함유 실리콘 가스로서는, 예를 들어 SiBr4, SiHBr3, SiH2Br2, SiH3Br을 들 수 있다.
계속해서, 기판을 가열한 상태에서, 처리 용기 내의 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거한다(스텝 S13). 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝 S13에서는, 예를 들어 처리 용기 내에 처리 가스 및 퍼지 가스를 공급하지 않고, 진공 펌프 등의 배기 장치에 의해 처리 용기 내를 배기한다. 단, 가스 공급부, 보트 회전축 등으로의 역류 방지를 목적으로 처리 용기 내에 미량의 퍼지 가스를 공급해도 된다. 미량의 퍼지 가스란, 예를 들어 스텝 S11 및 스텝 S12에서 각각 처리 용기 내에 공급되는 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스 및 할로겐 함유 실리콘 원료 가스의 유량보다도 적은 유량이다.
또한, 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝 S13에서는, 예를 들어 처리 용기 내에 치환 가스를 공급하면서 진공 펌프 등의 배기 장치에 의해 처리 용기 내를 배기하는 가스 치환을 행해도 된다. 치환 가스로서는, 예를 들어 불활성 가스, H2(수소 가스), D2(중수소 가스)를 이용할 수 있다. 불활성 가스로서는, 예를 들어 N2나 희가스인 He, Ne, Ar을 들 수 있다.
할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝 S13의 목적은, 계속해서 행하여지는 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S11의 개시 시에 처리 용기 내, 엄밀하게 말하면 기판의 표면에 존재하는 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 것이다. 따라서, 기판의 표면에 존재하는 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거할 수 있으면, 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝 S13은 상기 방법에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝 S13은, 처리 용기 내의 진공화와 처리 용기 내에의 치환 가스의 공급의 조합이어도 된다. 또한, 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝 S13에서는, 기판의 표면에 존재하는 할로겐 함유 실리콘 원료 가스가 완전히 제거되어 있는 것이 바람직하지만, 해당 할로겐 함유 실리콘 원료 가스의 대부분이 제거되어 있으면 된다.
계속해서, 스텝 S11 내지 S13이 미리 결정된 횟수 실행되었는지 여부를 판정한다(스텝 S14). 스텝 S11 내지 S13이 미리 결정된 횟수 실행되었다고 판정된 경우, 처리를 종료한다. 한편, 스텝 S11 내지 S13이 미리 결정된 횟수 실행되지 않았다고 판정된 경우, 스텝 S11로 돌아간다. 즉, 스텝 S11 내지 S13을 미리 결정된 횟수에 달할 때까지 반복해서 행한다. 미리 결정된 횟수는, 형성하고자 하는 실리콘막의 설계 막 두께에 따라서 정해진다.
〔효과〕
이어서, 일 실시 형태의 성막 방법에 의해 발휘되는 효과에 대해서, 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스로서 MS 가스를 이용하고, 할로겐 함유 실리콘 원료 가스로서 DCS 가스를 이용하는 경우를 예로 들어 설명한다. 도 3은, 일 실시 형태의 성막 방법의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
예를 들어, MS 가스 및 DCS 가스를 기판의 주위로부터 기판의 주면과 대략 평행하게 공급하는 경우, 기판 중앙부의 막 두께가 기판 주연부의 막 두께보다도 얇아지기 쉽다. MS 가스 및 DCS 가스를 사용하는 경우, 성막에 크게 기여하는 것은 MS 가스이며, DCS 가스는 성막을 억제하는 역할을 하고 있는 것에 기인한다고 생각된다.
그래서, 일 실시 형태의 성막 방법에서는, 기판을 수용한 처리 용기 내에 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S11 후, 처리 용기 내에 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S12를 연속해서 행한다. 바꾸어 말하면, 기판을 수용한 처리 용기 내에 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S11 후, 처리 용기 내의 진공화 및 퍼지를 행하지 않고, 처리 용기 내에 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S12를 행한다. 이에 의해, 도 3에 도시된 바와 같이, 스텝 S11에 의해 처리 용기 내에 공급된 MS 가스가 기판의 표면에 체류하고 있는 상태에서, 스텝 S12에 의해 처리 용기 내에 DCS 가스가 공급된다. 그 때문에, DCS 가스는 기판 중앙부에 체류하는 MS 가스를 둘러싸도록 기판 주연부에 공급되므로, 기판 중앙부에 대한 염소(Cl) 종단이 감소하여, 기판 중앙부의 막 두께가 얇아지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 막 두께의 면내 균일성이 개선된다.
또한, 일 실시 형태의 성막 방법에서는, 처리 용기 내에 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S12 후, 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝 S13을 행한 후, 처리 용기 내에 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S11을 행한다. 이에 의해, 스텝 S12에 의해 처리 용기 내에 공급된 DCS 가스가 기판의 표면으로부터 배출된 상태에서, 스텝 S11에 의해 처리 용기 내에 MS 가스가 공급된다. DCS 가스가 기판 중앙부에 체류하고 있으면, MS 가스에 의한 기판 중앙부에의 성막이 감소해버리는데, 그것을 억제할 수 있다. 그 결과, 막 두께의 면내 균일성이 개선된다.
〔성막 장치〕
상기 성막 방법을 실시할 수 있는 성막 장치에 대해서, 다수매의 기판에 대하여 일괄적으로 열처리를 행하는 뱃치식 종형 열처리 장치를 예로 들어 설명한다. 단, 성막 장치는, 뱃치식 장치에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 기판을 1매씩 처리하는 매엽식 장치여도 된다.
도 4는, 종형 열처리 장치의 구성예를 도시하는 종단면도이다. 도 5는, 도 4의 종형 열처리 장치의 처리 용기를 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 종형 열처리 장치(1)는, 처리 용기(34)와, 덮개(36)와, 웨이퍼 보트(38)와, 가스 공급부(40)와, 배기부(41)와, 가열부(42)를 갖는다.
처리 용기(34)는, 웨이퍼 보트(38)를 수용하는 처리 용기이다. 웨이퍼 보트(38)는, 다수매의 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼(W)」라고 함)를 상하 방향으로 미리 결정된 간격을 갖고 선반 형상으로 보유 지지하는 기판 보유 지지구이다. 처리 용기(34)는, 하단이 개방된 천장이 있는 원통 형상의 내부관(44)과, 하단이 개방되고 내부관(44)의 외측을 덮는 천장이 있는 원통 형상의 외부관(46)을 갖는다. 내부관(44) 및 외부관(46)은, 석영 등의 내열성 재료에 의해 형성되어 있고, 동축형으로 배치되어 이중관 구조로 되어 있다.
내부관(44)의 천장부(44A)는 예를 들어 평탄하게 되어 있다. 내부관(44)의 일측에는, 그 길이 방향(상하 방향)을 따라 가스 공급관을 수용하는 노즐 수용부(48)가 형성되어 있다. 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이, 내부관(44)의 측벽의 일부를 외측을 향해서 돌출시켜 볼록부(50)를 형성하여, 볼록부(50) 내를 노즐 수용부(48)로서 형성하고 있다. 노즐 수용부(48)에 대향하여 내부관(44)의 반대측 측벽에는, 그 길이 방향(상하 방향)을 따라 폭 L1의 직사각 형상의 개구(52)가 형성되어 있다.
개구(52)는, 내부관(44) 내의 가스를 배기할 수 있도록 형성된 가스 배기구이다. 개구(52)의 길이는, 웨이퍼 보트(38)의 길이와 동일하거나, 또는 웨이퍼 보트(38)의 길이보다도 길게 상하 방향으로 각각 연장되도록 해서 형성되어 있다. 즉, 개구(52)의 상단은, 웨이퍼 보트(38)의 상단에 대응하는 위치 이상의 높이로 연장되어 위치되고, 개구(52)의 하단은, 웨이퍼 보트(38)의 하단에 대응하는 위치 이하의 높이로 연장되어 위치되어 있다. 구체적으로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 보트(38)의 상단과 개구(52)의 상단의 사이의 높이 방향의 거리(L2)는 0mm 내지 5mm 정도의 범위 내이다. 또한, 웨이퍼 보트(38)의 하단과 개구(52)의 하단의 사이의 높이 방향의 거리(L3)는 0mm 내지 350mm 정도의 범위 내이다.
처리 용기(34)의 하단은, 예를 들어 스테인리스강에 의해 형성되는 원통 형상의 매니폴드(54)에 의해 지지되어 있다. 매니폴드(54)의 상단에는 플랜지부(56)가 형성되어 있고, 플랜지부(56) 상에 외부관(46)의 하단을 설치해서 지지하도록 되어 있다. 플랜지부(56)와 외부관(46)의 하단의 사이에는 O링 등의 시일 부재(58)를 개재시켜 외부관(46) 내를 기밀 상태로 하고 있다.
매니폴드(54)의 상부의 내벽에는, 원환형의 지지부(60)가 마련되어 있고, 지지부(60) 상에 내부관(44)의 하단을 설치해서 이것을 지지하도록 되어 있다. 매니폴드(54)의 하단의 개구에는, 덮개(36)가 O링 등의 시일 부재(62)를 개재해서 기밀하게 설치되어 있어, 처리 용기(34)의 하단의 개구, 즉, 매니폴드(54)의 개구를 기밀하게 막도록 되어 있다. 덮개(36)는, 예를 들어 스테인리스강에 의해 형성된다.
덮개(36)의 중앙부에는, 자성유체 시일부(64)를 개재해서 회전축(66)이 관통되어 마련되어 있다. 회전축(66)의 하부는, 보트 엘리베이터로 이루어지는 승강부(68)의 암(68A)에 회전 가능하게 지지되어 있다.
회전축(66)의 상단에는 회전 플레이트(70)가 마련되어 있고, 회전 플레이트(70) 상에 석영제의 보온 대(72)를 통해서 웨이퍼(W)를 보유 지지하는 웨이퍼 보트(38)가 적재되도록 되어 있다. 따라서, 승강부(68)를 승강시킴으로써 덮개(36)와 웨이퍼 보트(38)는 일체로서 상하 이동하여, 웨이퍼 보트(38)를 처리 용기(34) 내에 대하여 삽입 분리할 수 있도록 되어 있다.
가스 공급부(40)는, 매니폴드(54)에 마련되어 있고, 내부관(44) 내에 성막 가스, 치환 가스, 퍼지 가스 등의 가스를 도입한다. 가스 공급부(40)는, 복수(예를 들어 3개)의 석영제의 가스 공급관(76, 78, 80)을 갖고 있다. 각 가스 공급관(76, 78, 80)은, 내부관(44) 내에 그 길이 방향을 따라서 마련됨과 함께, 그 기단부가 L자형으로 굴곡되어 매니폴드(54)를 관통하도록 해서 지지되어 있다.
가스 공급관(76, 78, 80)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 내부관(44)의 노즐 수용부(48) 내에 둘레 방향을 따라 일렬이 되도록 설치되어 있다. 각 가스 공급관(76, 78, 80)에는, 그 길이 방향을 따라서 미리 결정된 간격으로 복수의 가스 구멍(76A, 78A, 80A)이 형성되어 있다. 각 가스 구멍(76A, 78A, 80A)은, 수평 방향을 향해서 각 가스를 방출한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 주위로부터 웨이퍼(W)의 주면과 대략 평행하게 각 가스가 공급된다. 미리 결정된 간격은, 예를 들어 웨이퍼 보트(38)에 지지되는 웨이퍼(W)의 간격과 동일해지도록 설정된다. 또한, 높이 방향의 위치는, 각 가스 구멍(76A, 78A, 80A)이 상하 방향으로 인접하는 웨이퍼(W)간의 중간에 위치하도록 설정되어 있어, 각 가스를 웨이퍼(W)간의 공간부에 효율적으로 공급할 수 있도록 되어 있다. 가스의 종류로서는, 성막 가스, 치환 가스 및 퍼지 가스가 사용되고, 각 가스를 유량 제어하면서 필요에 따라 각 가스 공급관(76, 78, 80)을 통해서 공급할 수 있도록 되어 있다. 성막 가스는, 예를 들어 상술한 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스 및 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 포함한다. 치환 가스는, 예를 들어 상술한 불활성 가스, H2, D2를 포함한다.
매니폴드(54)의 상부의 측벽이며, 지지부(60)의 상방에는, 가스 출구(82)가 형성되어 있고, 내부관(44)과 외부관(46)의 사이의 공간부(84)를 통해서 개구(52)로부터 배출되는 내부관(44) 내의 가스를 배기할 수 있도록 되어 있다. 가스 출구(82)에는, 배기부(41)가 마련된다. 배기부(41)는, 가스 출구(82)에 접속된 배기 통로(86)를 갖고 있으며, 배기 통로(86)에는, 압력 조정 밸브(88) 및 진공 펌프(90)가 순차 개재 설치되어, 처리 용기(34) 내를 진공화할 수 있도록 되어 있다.
외부관(46)의 외주측에는, 외부관(46)을 덮도록 원통 형상의 가열부(42)가 마련되어 있다. 가열부(42)는, 처리 용기(34) 내에 수용되는 웨이퍼(W)를 가열한다.
종형 열처리 장치(1)의 전체 동작은, 제어부(95)에 의해 제어된다. 제어부(95)는, 예를 들어 컴퓨터 등이면 된다. 또한, 종형 열처리 장치(1)의 전체 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은, 기억 매체(96)에 기억되어 있다. 기억 매체(96)는, 예를 들어 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 하드 디스크, 플래시 메모리, DVD 등이면 된다.
이러한 종형 열처리 장치(1)에 의해, 웨이퍼(W)에 비정질 실리콘막을 형성하는 성막 방법의 일례를 설명한다. 먼저, 승강부(68)에 의해 다수매의 웨이퍼(W)를 보유 지지한 웨이퍼 보트(38)를 처리 용기(34) 내에 반입하고, 덮개(36)에 의해 처리 용기(34)의 하단의 개구를 기밀하게 막아 밀폐한다. 계속해서, 제어부(95)에 의해, 상술한 성막 방법을 실행하도록, 가스 공급부(40), 배기부(41), 가열부(42) 등의 동작이 제어된다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상에 비정질 실리콘막이 형성된다.
그런데, 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스 및 할로겐 함유 실리콘 원료 가스가 웨이퍼(W)의 주위로부터 웨이퍼(W)의 주면과 대략 평행하게 공급되는 경우, 웨이퍼 중앙부와 웨이퍼 주연부의 사이에서 막 두께 차가 생기기 쉽다. 특히, 다수매의 웨이퍼(W)가 상하 방향으로 미리 결정된 간격을 갖고 선반 형상으로 보유 지지되어 있는 경우, 해당 간격이 좁게 될수록 웨이퍼 중앙부와 웨이퍼 주연부의 사이에 생기는 막 두께 차가 커진다. 그 때문에, 웨이퍼 중앙부와 웨이퍼 주연부의 사이에 생기는 막 두께 차를 작게 하기 위해서, 해당 간격을 넓히는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 해당 간격을 넓히면, 처리 용기 내에 수용 가능한 웨이퍼(W)의 매수가 적어지기 때문에, 생산성이 저하된다.
그래서, 일 실시 형태의 성막 방법에서는, 웨이퍼(W)를 수용한 처리 용기(34) 내에 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S11 후, 처리 용기(34) 내에 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S12를 연속해서 행한다. 바꾸어 말하면, 웨이퍼(W)를 수용한 처리 용기(34) 내에 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S11 후, 처리 용기(34) 내의 진공화 및 퍼지를 행하지 않고, 처리 용기(34) 내에 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S12를 행한다.
또한, 처리 용기(34) 내에 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S12 후, 처리 용기(34) 내의 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝 S13을 행한 후, 처리 용기(34) 내에 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 S11을 행한다. 이에 의해, 스텝 S12에 의해 처리 용기 내에 공급된 할로겐 함유 실리콘 원료 가스가 웨이퍼(W)의 표면으로부터 배출된 상태에서, 스텝 S11에 의해 처리 용기(34) 내에 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스가 공급된다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상에 형성되는 실리콘막의 막 두께의 면내 균일성이 개선되므로, 해당 간격을 넓히지 않고, 실리콘막의 막 두께의 면내 균일성을 개선할 수 있다. 바꾸어 말하면, 생산성을 악화시키지 않고, 실리콘막의 막 두께의 면내 균일성을 개선할 수 있다.
〔실시예〕
이어서, 일 실시 형태의 성막 방법의 효과를 확인하기 위해서 행한 실시예에 대해서 설명한다.
먼저, 표면적비가 50배 또는 30배의 미세한 요철 패턴이 형성된 웨이퍼(이하, 「패턴 웨이퍼」라고도 함)를 준비하였다. 여기서, 표면적비란, 동일한 직경의 웨이퍼에 있어서, 패턴 웨이퍼의 표면적(A1)을, 요철 패턴이 형성되어 있지 않은 웨이퍼(이하, 「블랭킷 웨이퍼」라고도 함)의 표면적(A2)으로 제산한 값(A1/A2)이다.
계속해서, 패턴 웨이퍼를 상술한 종형 열처리 장치(1)의 처리 용기(34) 내에 수용하고, 후술하는 가스 공급 시퀀스에 의해 처리 용기(34) 내에 미리 결정된 가스를 공급하여, 실리콘막을 형성하였다.
도 6은, 실시예 및 비교예의 가스 공급 시퀀스를 설명하기 위한 도면이다. 도 6 중, 「MS」는 처리 용기 내에의 MS 가스의 공급을 나타내고, 「DCS」는 처리 용기 내에의 DCS 가스의 공급을 나타내고, 「VAC」는 처리 용기 내의 진공화를 나타내고, 「N2」는 처리 용기 내에의 N2 가스의 공급을 나타내고, 「H2」는 처리 용기 내에의 H2 가스의 공급을 나타낸다. 또한, 도 6의 (a) 내지 도 6의 (c)는 실시예 1 내지 3의 가스 공급 시퀀스를 나타내고, 도 6의 (d) 내지 도 6의 (h)는 각각 비교예 1 내지 5의 가스 공급 시퀀스를 나타낸다.
실시예 1에서는, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, MS 가스의 공급, DCS 가스의 공급 및 진공화를 이 순으로 반복해서 행함으로써, 표면적비가 50배인 패턴 웨이퍼 상에 실리콘막을 형성하였다. 또한, 실시예 1의 처리 조건은 이하이다.
웨이퍼 온도: 470℃
처리 압력: 3Torr(400Pa)
MS 가스 유량: 1500sccm
DCS 가스 유량: 1000sccm
MS 가스 공급 시간/DCS 가스 공급 시간/ 진공화 시간: 25초/30초/60초
미리 결정된 횟수: 170회
실시예 2에서는, 실시예 1에서의 진공화 대신에 N2 가스에 의한 가스 치환을 행한 점 이외는 실시예 1과 동일 조건에서, 표면적비가 30배인 패턴 웨이퍼 상에 실리콘막을 형성하였다. 즉, 실시예 2에서는, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, MS 가스의 공급, DCS 가스의 공급 및 N2 가스의 공급을 이 순으로 반복해서 행함으로써, 표면적비가 30배인 패턴 웨이퍼 상에 실리콘막을 형성하였다.
실시예 3에서는, 실시예 1에서의 진공화 대신에 H2 가스에 의한 가스 치환을 행한 점 이외는 실시예 1과 동일 조건에서, 표면적비가 30배인 패턴 웨이퍼 상에 실리콘막을 형성하였다. 즉, 실시예 3에서는, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, MS 가스의 공급, DCS 가스의 공급 및 H2 가스의 공급을 이 순으로 반복해서 행함으로써, 표면적비가 30배인 패턴 웨이퍼 상에 실리콘막을 형성하였다.
비교예 1에서는, 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, MS 가스와 DCS 가스를 동시에 공급함으로써, 표면적비가 50배인 패턴 웨이퍼 상에 실리콘막을 형성하였다.
비교예 2에서는, 도 6의 (e)에 도시된 바와 같이, MS 가스의 공급과 DCS 가스의 공급을 교대로 반복해서 행함으로써, 표면적비가 50배인 패턴 웨이퍼 상에 실리콘막을 형성하였다.
비교예 3에서는, 도 6의 (f)에 도시된 바와 같이, MS 가스의 공급, 진공화 및 DCS 가스의 공급을 이 순으로 반복해서 행함으로써, 표면적비가 50배인 패턴 웨이퍼 상에 실리콘막을 형성하였다.
비교예 4에서는, 도 6의 (g)에 도시된 바와 같이, MS 가스의 공급, 진공화, DCS 가스의 공급 및 진공화를 이 순으로 반복해서 행함으로써, 표면적비가 50배인 패턴 웨이퍼 상에 실리콘막을 형성하였다.
비교예 5에서는, 도 6의 (h)에 도시된 바와 같이, MS 가스의 공급, N2 가스의 공급, DCS 가스의 공급 및 진공화를 이 순으로 반복해서 행함으로써, 표면적비가 50배인 패턴 웨이퍼 상에 실리콘막을 형성하였다.
계속해서, 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 5에 의해 형성한 실리콘막 각각에 대해서, 웨이퍼의 면 내에서의 복수 개소의 막 두께를 측정함으로써, 실리콘막의 막 두께의 면내 균일성을 산출하였다.
도 7은, 패턴 웨이퍼 상에 형성한 실리콘막의 막 두께의 면내 균일성을 도시하는 도면이다. 도 7 중, 횡축은 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 5를 나타내고, 종축은 막 두께의 면내 균일성[±％]을 나타낸다.
도 7에 도시된 바와 같이, 실시예 1, 2, 3의 막 두께의 면내 균일성은 ±4.87％, ±4.89％, ±4.37％였다. 한편, 비교예 1 내지 5의 막 두께의 면내 균일성은 각각 ±11.25％, ±15.15％, ±13.63％, ±10.24％, ±14.76％였다. 이들의 결과로부터, 실시예 1 내지 3에 관한 가스 공급 시퀀스에 의하면, 비교예 1 내지 5에 관한 가스 공급 시퀀스와 비교하여, 막 두께의 면내 균일성을 개선할 수 있음을 알 수 있다. 즉, MS 가스의 공급 후 DCS 가스의 공급 전에 진공화 및 가스 치환을 행하지 않고, 또한 DCS 가스의 공급 후 MS 가스의 공급 전에 DCS 가스를 제거함으로써, 패턴 웨이퍼 상에 형성되는 실리콘막의 막 두께의 면내 균일성을 개선할 수 있다고 할 수 있다. 즉, MS 가스의 공급, DCS 가스의 공급 및 DCS 가스의 제거를 이 순으로 반복해서 행함으로써, 패턴 웨이퍼 상에 형성되는 실리콘막의 막 두께의 면내 균일성을 개선할 수 있다고 할 수 있다.
도 8은, 패턴 웨이퍼 상에 형성한 실리콘막의 막 두께 분포를 도시하는 도면이다. 도 8 중, 횡축은 웨이퍼 중심으로부터의 거리[mm]를 나타내고, 종축은 실리콘막의 막 두께[Å]를 나타낸다. 또한, 도 8 중, 원(●) 표시는 실시예 1의 측정 결과를 나타내고, 삼각(▲) 표시는 비교예 1의 측정 결과를 나타낸다.
도 8에 도시된 바와 같이, 실시예 1에서의 웨이퍼 중앙부와 웨이퍼 주연부의 사이의 막 두께 차는, 비교예 1에서의 웨이퍼 중앙부와 웨이퍼 주연부의 사이의 막 두께 차보다도 작은 것을 알 수 있다. 즉, MS 가스의 공급, DCS 가스의 공급 및 진공화를 이 순으로 반복해서 행함으로써, 패턴 웨이퍼 상에 형성되는 실리콘막의 웨이퍼 중앙부와 웨이퍼 주연부의 사이의 막 두께 차를 작게 할 수 있다고 할 수 있다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 기판이 반도체 기판일 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 기판은 플랫 패널 디스플레이(FPD: Flat Panel Display)용 대형 기판, EL 소자 또는 태양 전지용 기판이어도 된다.

Claims (14)

  1. 기판을 수용한 처리 용기 내에 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝과,
    상기 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 후, 상기 처리 용기 내의 진공화 및 가스 치환을 행하지 않고 연속해서 상기 처리 용기 내에 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝과,
    상기 처리 용기 내의 상기 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝
    을 이 순으로 연속해서 행하는 사이클을 반복하고,
    상기 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스 및 상기 할로겐 함유 실리콘 원료 가스는, 상기 기판의 주위로부터 공급되고,
    상기 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝은, 상기 처리 용기 내의 진공화 및 가스 치환의 적어도 어느 것을 행하는 스텝인, 성막 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스 및 상기 할로겐 함유 실리콘 원료 가스는, 상기 기판의 주면과 대략 평행하게 공급되는, 성막 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 후, 상기 처리 용기 내의 압력을 대략 일정하게 유지한 상태에서 상기 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝을 행하는, 성막 방법.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 후, 상기 처리 용기 내의 압력 설정을 변경해서 연속해서 상기 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝을 행하는, 성막 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝은, 상기 처리 용기 내의 진공화를 행하는 스텝인, 성막 방법.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝은, 상기 처리 용기 내의 가스 치환을 행하는 스텝인, 성막 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가스 치환에 사용되는 가스는, 불활성 가스, 수소 가스, 중수소 가스 중 적어도 하나 이상인, 성막 방법.
  11. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 기판의 표면에는, 오목부가 형성되어 있는, 성막 방법.
  12. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스는 SiH4 가스이며, 상기 할로겐 함유 실리콘 원료 가스는 SiH2Cl2 가스인, 성막 방법.
  13. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 처리 용기 내에는, 복수의 기판이 상하 방향으로 미리 결정된 간격을 갖고 선반 형상으로 수용되는, 성막 방법.
  14. 기판을 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    제어부
    를 포함하고,
    상기 가스 공급부는,
    할로겐 비함유 실리콘 원료 가스 및 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 상기 기판의 주위로부터 공급하도록 구성되고,
    상기 제어부는,
    상기 처리 용기 내에 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝과,
    상기 할로겐 비함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝 후, 상기 처리 용기 내의 진공화 및 가스 치환을 행하지 않고 연속해서 상기 처리 용기 내에 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 공급하는 스텝과,
    상기 처리 용기 내의 상기 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝
    을 이 순으로 연속해서 행하는 사이클을 반복하도록 상기 가스 공급부를 제어하고,
    상기 할로겐 함유 실리콘 원료 가스를 제거하는 스텝은, 상기 처리 용기 내의 진공화 및 가스 치환의 적어도 어느 것을 행하는 스텝인, 성막 장치.
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