KR102582496B1 - 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

기판 상에 막을 선택적으로 형성할 수 있는 기술을 제공한다. 제1 표면과, 상기 제1 표면과는 다른 제2 표면을 갖는 기판에 대하여 무기 배위자를 포함하는 개질 가스를 공급하여, 상기 제1 표면을 개질하는 공정과, 상기 기판에 대하여, 퇴적 가스를 공급하여, 상기 제2 표면에 막을 선택 성장시키는 공정을 갖는다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
대규모 집적 회로(Large Scale Integrated Circuit: 이하 LSI)의 미세화에 수반하여, 패터닝 기술의 미세화도 진행되고 있다. 패터닝 기술로서, 예를 들어 하드마스크 등이 사용되는데, 패터닝 기술의 미세화에 의해, 레지스트를 노광해서 에칭 영역과 비에칭 영역을 구분하는 방법을 적용하기 어려워진다. 이 때문에, 실리콘(Si) 웨이퍼 등의 기판 상에, 실리콘(Si), 실리콘게르마늄(SiGe) 등의 에피택셜 막을, 선택적으로 성장시켜서 형성하는 것이 행하여지고 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 특허문헌 2 참조).
일본 특허 공개 제2003-100746호 공보 일본 특허 공개 제2015-122481호 공보
본 발명은 기판 상에 막을 선택적으로 형성할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의하면,
제1 표면과, 상기 제1 표면과는 다른 제2 표면을 갖는 기판에 대하여, 무기 배위자를 포함하는 개질 가스를 공급하여, 상기 제1 표면을 개질하는 공정과,
상기 기판에 대하여, 퇴적 가스를 공급하여, 상기 제2 표면에 막을 선택 성장시키는 공정
을 갖는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 기판 상에 막을 선택적으로 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)를 설명하기 위한 상면 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)의 처리로(202a)의 구성을 설명하기 위한 종단면도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 처리로(202a)의 상면 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)의 처리로(202b)의 구성을 설명하기 위한 종단면도이다.
도 5는 도 4에 도시하는 처리로(202b)의 상면 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(10)의 제어부의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7의 (A)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이며, (B)는 (A)의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 8의 (A)는 WF6 가스에 의한 폭로 전의 SiO2층, SiN층이 형성된 웨이퍼 표면의 모습을 도시하는 모델도이며, (B)는 웨이퍼 표면을 WF6 가스에 의해 폭로한 직후의 상태를 도시하는 모델도이며, (C)는 WF6 가스에 의한 폭로 후의 웨이퍼 표면의 모습을 도시하는 모델도이다.
도 9의 (A)는 TiCl4 가스가 공급된 직후의 웨이퍼 표면의 상태를 도시하는 모델도이며, (B)는 TiCl4 가스에 의한 폭로 후의 웨이퍼 표면의 상태를 도시하는 모델도이며, (C)는 NH3 가스가 공급된 직후의 웨이퍼 표면의 상태를 도시하는 모델도이다.
도 10의 (A)는 NH3 가스에 의한 폭로 후의 웨이퍼 표면의 상태를 도시하는 모델도이며, (B)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 행한 후의 웨이퍼 표면을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(300)의 처리로(302)를 설명하기 위한 종단면도이다.
도 12는 도 11에 도시하는 처리로(302)의 상면 단면도이다.
도 13의 (A)는 SiN층 상에 형성되는 TiN막의 성막 사이클수와 막 두께의 관계를 도시하는 도면이며, (B)는 SiO2층 상에 형성되는 TiN막의 성막 사이클수와 막 두께의 관계를 도시하는 도면이다.
도 14는 TSiN의 WF6 가스 공급의 펄스수에 대한 의존성을 도시하고 있다.
도 15의 (A)는 SiO2층 상에 형성되는 TiN막의 WF6 가스의 공급 방법과 성막 사이클수와 막 두께의 관계를 도시하는 도면이며, (B)는 SiO2층, ZrO층, HfO층 상에 각각 형성되는 TiN막의 성막 사이클수와 막 두께의 관계를 도시하는 도면이다.
도 16의 (A)는 개질 처리를 행하지 않고 성막 처리를 행한 경우에 SiN층 상과 SiO2층 상에 각각 선택 성장되는 SiN막의 막 두께를 도시하는 도면이며, (B)는 개질 처리 후에 성막 처리를 행한 경우에 SiN층 상과 SiO2층 상에 각각 선택 성장되는 SiN막의 막 두께를 도시하는 도면이며, (C)는 개질 처리와 성막 처리를 교대로 2회 행한 경우에 SiN층 상과 SiO2층 상에 각각 선택 성장되는 SiN막의 막 두께를 도시하는 도면이다.
이어서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 설명한다.
이하에, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1은 반도체 디바이스의 제조 방법을 실시하기 위한 기판 처리 장치(이하 단순히, 기판 처리 장치(10)라고 함)의 상면 단면도이다. 본 실시 형태에 따른 클러스터형 기판 처리 장치(10)의 반송 장치는, 진공측과 대기측으로 나뉘어져 있다. 또한, 기판 처리 장치(10)에서는, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 반송하는 캐리어로서, FOUP(Front Opening Unified Pod: 이하, 포드라고 함)(100)가 사용되고 있다.
(진공측의 구성)
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 기판 처리 장치(10)는, 진공 상태 등의 대기압 미만의 압력(부압)에 견딜 수 있는 제1 반송실(103)을 구비하고 있다. 제1 반송실(103)의 하우징(101)은, 평면으로 보아 예를 들어 오각형이며, 상하 양단이 폐색된 상자 형상으로 형성되어 있다.
제1 반송실(103) 내에는, 웨이퍼(200)를 이동 탑재하는 제1 기판 이동 탑재기(112)가 마련되어 있다.
하우징(101)의 5장의 측벽 중 전방측에 위치하는 측벽에는, 예비실(로드 로크실)(122, 123)이 각각 게이트 밸브(126, 127)를 통해서 연결되어 있다. 예비실(122, 123)은, 웨이퍼(200)를 반입하는 기능과 웨이퍼(200)를 반출하는 기능을 병용 가능하게 구성되고, 각각 부압에 견딜 수 있는 구조로 구성되어 있다.
제1 반송실(103)의 하우징(101)의 5장의 측벽 중 후방측(배면측)에 위치하는 4장의 측벽에는, 기판을 수용하고, 수용된 기판에 원하는 처리를 행하는 제1 프로세스 유닛으로서의 처리로(202a)와, 제2 프로세스 유닛으로서의 처리로(202b), 제3 프로세스 유닛으로서의 처리로(202c), 제4 프로세스 유닛으로서의 처리로(202d)가 게이트 밸브(70a, 70b, 70c, 70d)를 통해서 각각 인접해서 연결되어 있다.
(대기측의 구성)
예비실(122, 123)의 전방측에는, 대기압 하의 상태에서 웨이퍼(200)를 반송할 수 있는 제2 반송실(104)이 게이트 밸브(128, 129)를 통해서 연결되어 있다. 제2 반송실(104)에는, 웨이퍼(200)를 이동 탑재하는 제2 기판 이동 탑재기(124)가 마련되어 있다.
제2 반송실(104)의 좌측에는 노치 맞춤 장치(106)가 마련되어 있다. 또한, 노치 맞춤 장치(106)는, 기준면 맞춤 장치이어도 된다. 또한, 제2 반송실(104)의 상부에는 클린 에어를 공급하는 클린 유닛이 마련되어 있다.
제2 반송실(104)의 하우징(125)의 전방측에는, 웨이퍼(200)를 제2 반송실(104)에 대하여 반입 반출하기 위한 기판 반입 반출구(134)와, 포드 오프너(108)가 마련되어 있다. 기판 반입 반출구(134)를 사이에 두고 포드 오프너(108)와 반대측, 즉 하우징(125)의 외측에는, 로드 포트(IO 스테이지)(105)가 마련되어 있다. 포드 오프너(108)는, 포드(100)의 캡(100a)을 개폐함과 함께 기판 반입 반출구(134)를 폐색 가능한 클로저를 구비하고 있다. 로드 포트(105)에 적재된 포드(100)의 캡(100a)을 개폐함으로써, 포드(100)에 대한 웨이퍼(200)의 출납을 가능하게 한다. 또한, 포드(100)는, 도시하지 않은 공정내 반송 장치(OHT 등)에 의해, 로드 포트(105)에 대하여 공급 및 배출되도록 되어 있다.
(처리로(202a)의 구성)
도 2는 기판 처리 장치(10)가 구비하는 제1 프로세스 유닛으로서의 처리로(202a)의 종단면도이며, 도 3은 처리로(202a)의 상면 단면도이다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 프로세스 유닛으로서의 처리로(202a)에서 개질 처리를 행한 후에, 제2 프로세스 유닛으로서의 처리로(202b)에서 성막 처리를 행하는 예에 대해서 설명하는데, 제3 프로세스 유닛으로서의 처리로(202c), 제4 프로세스 유닛으로서의 처리로(202d)에서, 마찬가지의 기판 처리를 행할 수 있다.
처리로(202a)는, 가열 수단(가열 기구, 가열계)으로서의 히터(207)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 동심원상으로 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 동심원상으로, 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 제1 처리실로서의 처리실(201a)이 형성되어 있다.
처리실(201a)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 연직 방향으로 다단으로 배열한 상태에서 수용 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201a) 내에는, 노즐(410)이 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(410)에는, 가스 공급관(310)이 접속되어 있다. 단, 본 실시 형태의 처리로(202a)는, 상술한 형태에 한정되지 않는다.
가스 공급관(310)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(312)가 마련되어 있다. 또한, 가스 공급관(310)에는, 개폐 밸브인 밸브(314)가 마련되어 있다. 가스 공급관(310)의 밸브(314)의 하류측에는, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(510)이 접속되어 있다. 가스 공급관(510)에는, 상류측부터 순서대로 MFC(512) 및 밸브(514)가 마련되어 있다.
가스 공급관(310)의 선단부에는 노즐(410)이 연결 접속되어 있다. 노즐(410)은, L자형의 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(410)의 수직부는, 이너 튜브(204)의 직경 방향 외향으로 돌출되고 또한 연직 방향으로 연장되도록 형성되어 있는 채널 형상(홈 형상)의 예비실(205a)의 내부에 마련되어 있고, 예비실(205a) 내에서 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 상방(웨이퍼(200)의 배열 방향 상방)을 향해서 마련되어 있다.
노즐(410)은, 처리실(201a)의 하부 영역부터 처리실(201a)의 상부 영역까지 연장되도록 마련되어 있고, 웨이퍼(200)와 대향하는 위치에 복수의 가스 공급 구멍(410a)이 마련되어 있다. 이에 의해, 노즐(410)의 가스 공급 구멍(410a)으로부터 웨이퍼(200)에 처리 가스를 공급한다. 이 가스 공급 구멍(410a)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)은, 상술한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부를 향해서 개구 면적을 서서히 크게 해도 된다. 이에 의해, 가스 공급 구멍(410a)으로부터 공급되는 가스의 유량을 보다 균일화하는 것이 가능하게 된다.
노즐(410)의 가스 공급 구멍(410a)은, 후술하는 보트(217)의 하부부터 상부까지의 높이의 위치에 복수 마련되어 있다. 그 때문에, 노즐(410)의 가스 공급 구멍(410a)으로부터 처리실(201a) 내에 공급된 처리 가스는, 보트(217)의 하부부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200)의 전역에 공급된다. 노즐(410)은, 처리실(201a)의 하부 영역부터 상부 영역까지 연장되도록 마련되어 있으면 되지만, 보트(217)의 천장 부근까지 연장되도록 마련되어 있는 것이 바람직하다.
가스 공급관(310)으로부터는, 처리 가스로서, 무기 배위자를 포함하는 개질 가스가, MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)을 통해서 처리실(201a) 내에 공급된다. 개질 가스로서는, 예를 들어 제1 할로겐화물이며, 전기적으로 음성인 배위자를 갖는 불소(F) 함유 가스 등이 사용되고, 그 일례로서 육불화텅스텐(WF6)을 사용할 수 있다.
가스 공급관(510)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(512), 밸브(514), 노즐(410)을 통해서 처리실(201a) 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), MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)에 의해 제1 가스 공급계로서의 개질 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410)만을 개질 가스 공급계라고 생각해도 된다. 개질 가스 공급계는, 처리 가스 공급계라고 칭해도 되고, 단순히 가스 공급계라고 칭해도 된다. 가스 공급관(310)으로부터 개질 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(310), MFC(312), 밸브(314)에 의해 개질 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410)을 개질 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 또한, 주로, 가스 공급관(510), MFC(512), 밸브(514)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다.
본 실시 형태에서의 가스 공급의 방법은, 이너 튜브(204)의 내벽과, 복수매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원환상의 세로로 긴 공간 내의 예비실(205a) 내에 배치한 노즐(410)을 경유해서 가스를 반송하고 있다. 그리고, 노즐(410)의 웨이퍼와 대향하는 위치에 마련된 복수의 가스 공급 구멍(410a)으로부터 이너 튜브(204) 내에 가스를 분출시키고 있다. 보다 상세하게는, 노즐(410)의 가스 공급 구멍(410a)에 의해, 웨이퍼(200)의 표면과 평행 방향을 향해서 개질 가스 등을 분출시키고 있다.
배기 구멍(배기구)(204a)은, 이너 튜브(204)의 측벽이며 노즐(410)에 대향한 위치에 형성된 관통 구멍이며, 예를 들어 연직 방향으로 가늘고 길게 개설된 슬릿 형상의 관통 구멍이다. 노즐(410)의 가스 공급 구멍(410a)으로부터 처리실(201a) 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(202a) 밖으로 배출된다.
배기 구멍(204a)은, 복수의 웨이퍼(200)와 대향하는 위치에 마련되어 있고, 가스 공급 구멍(410a)으로부터 처리실(201a) 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(201a) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 마련되어 있다. 배기관(231)에는, 상류측부터 순서대로 처리실(201a) 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(201a) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201a) 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 맞닿아지도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 SUS 등의 금속으로 이루어지고, 원반상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220b)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)에서의 처리실(201a)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(201a) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 보트(217) 및 보트(217)에 수용된 웨이퍼(200)를 처리실(201a) 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 통상의 부재로서 구성된 단열 통을 마련해도 된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 이너 튜브(204) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전량을 조정함으로써, 처리실(201a) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는, 노즐(410)과 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있어, 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 마련되어 있다.
(처리로(202b)의 구성)
도 4는 기판 처리 장치(10)가 구비하는 제2 프로세스 유닛으로서의 처리로(202b)의 종단면도이며, 도 5는 처리로(202b)의 상면 단면도이다.
본 실시 형태에서의 처리로(202b)는, 상술한 처리로(202a)와 처리실(201a) 내의 구성이 다르다. 처리로(202b)에 있어서, 상술한 처리로(202a)와 다른 부분만 이하에 설명하고, 동일한 부분은 설명을 생략한다. 처리로(202b)는, 제2 처리실로서의 처리실(201b)를 구비하고 있다.
처리실(201b) 내에는, 노즐(420, 430)이 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(420, 430)에는, 가스 공급관(320, 330)이 각각 접속되어 있다. 단, 본 실시 형태의 처리로(202b)는 상술한 형태에 한정되지 않는다.
가스 공급관(320, 330)에는 상류측부터 순서대로 MFC(322, 332)가 각각 마련되어 있다. 또한, 가스 공급관(320, 330)에는, 밸브(324, 334)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(320, 330)의 밸브(324, 334)의 하류측에는, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(520, 530)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(520, 530)에는, 상류측부터 순서대로 MFC(522, 532) 및 밸브(524, 534)가 각각 마련되어 있다.
가스 공급관(320, 330)의 선단부에는 노즐(420, 430)이 각각 연결 접속되어 있다. 노즐(420, 430)은, L자형의 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(420, 430)의 수직부는, 이너 튜브(204)의 직경 방향 외향으로 돌출되고 또한 연직 방향으로 연장되도록 형성되어 있는 채널 형상(홈 형상)의 예비실(205b)의 내부에 마련되어 있고, 예비실(205b) 내에서 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 상방(웨이퍼(200)의 배열 방향 상방)을 향해서 마련되어 있다.
노즐(420, 430)은, 처리실(201b)의 하부 영역부터 처리실(201b)의 상부 영역까지 연장되도록 마련되어 있고, 웨이퍼(200)와 대향하는 위치에 각각 복수의 가스 공급 구멍(420a, 430a)이 마련되어 있다.
노즐(420, 430)의 가스 공급 구멍(420a, 430a)은, 후술하는 보트(217)의 하부부터 상부까지의 높이의 위치에 복수 마련되어 있다. 그 때문에, 노즐(420, 430)의 가스 공급 구멍(420a, 430a)으로부터 처리실(201b) 내에 공급된 처리 가스는, 보트(217)의 하부부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200)의 전역에 공급된다.
가스 공급관(320)으로부터는, 처리 가스로서, 퇴적 가스로서의 원료 가스가, MFC(322), 밸브(324), 노즐(420)을 통해서 처리실(201b) 내에 공급된다. 원료 가스로서는, 예를 들어 제2 할로겐화물이며, 전기적으로 음성인 배위자를 갖는 염소(Cl)를 포함하는 Cl 함유 가스 등이 사용되고, 그 일례로서 사염화티타늄(TiCl4) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(330)으로부터는, 처리 가스로서, 퇴적 가스로서의 원료 가스와 반응하는 반응 가스가, MFC(332), 밸브(334), 노즐(430)을 통해서 처리실(201b) 내에 공급된다. 반응 가스로서는, 예를 들어 질소(N)를 포함하는 N 함유 가스가 사용되고, 그 일례로서 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(520, 530)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(522, 532), 밸브(524, 534), 노즐(420, 430)을 통해서 처리실(201b) 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(320, 330), MFC(322, 332), 밸브(324, 334), 노즐(420, 430)에 의해 제2 가스 공급계로서의 퇴적 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(420, 430)만을 퇴적 가스 공급계라고 생각해도 된다. 퇴적 가스 공급계는, 처리 가스 공급계나 단순히 가스 공급계라고 칭해도 된다. 가스 공급관(320)으로부터 원료 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(320), MFC(322), 밸브(324)에 의해 원료 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(420)을 원료 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(520, 530), MFC(522, 532), 밸브(524, 534)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다.
(제어부의 구성)
도 6에 도시하는 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(120)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, 단순히 프로그램이라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우에는, 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 처리로(202a, 202b)가 각각 구비하는 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), 게이트 밸브(70a 내지 70d), 제1 기판 이동 탑재기(112) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(120)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)(130)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(130)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 단순히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(130) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 컴퓨터에의 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(130)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용해서 행해도 된다.
(2) 기판 처리 공정
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 제1 표면으로서의 실리콘 산화(SiO2)층과, 제1 표면과는 다른 제2 표면으로서의 실리콘 질화(SiN)층을 갖는 웨이퍼(200) 상의 SiN층 상에, 질화티타늄(TiN)막을 형성하는 공정의 일례에 대해서, 도 7의 (A)를 사용해서 설명한다. 본 공정에서는, 처리로(202a)에서 웨이퍼(200) 상의 SiO2층의 표면을 개질하는 처리를 행한 후에, 처리로(202b)에서 웨이퍼(200) 상의 SiN층 상에 TiN막을 선택 성장시키는 처리를 실행한다. 또한, 도 7의 (A)에서는, 처리로(202a)로부터 처리로(202b)에의 반출 반입 동작이 생략되어 있다. 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,
제1 표면으로서의 SiO2층과, 제2 표면으로서의 SiN층을 갖는 웨이퍼(200)에 대하여, 무기 배위자를 포함하는 개질 가스로서의 육불화텅스텐(WF6) 가스를 공급하여, SiO2층의 표면을 개질하는 공정과,
웨이퍼(200)에 대하여, 퇴적 가스로서, 원료 가스로서의 TiCl4 가스와, 반응 가스로서의 NH3 가스를 공급하여, SiN층의 표면 상에 TiN막을 선택 성장시키는 공정을 갖는다.
또한, 웨이퍼(200) 표면 상의 SiO2층의 표면을 개질하는 공정은, 복수회 실행하도록 해도 된다. 또한, 이 웨이퍼(200) 표면 상의 SiO2층의 표면을 개질하는 공정을 표면 개질 처리 혹은 단순히 개질 처리라고 칭한다. 그리고, 웨이퍼(200) 표면 상의 SiN층의 표면 상에 TiN막을 선택 성장시키는 공정을 성막 처리라고 칭한다.
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우에는, 「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 경우에는, 「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.
A. 개질 처리(개질 처리 공정)
우선, 제1 프로세스 유닛으로서의 처리로(202a) 내에, SiO2층과 SiN층을 표면에 갖는 웨이퍼(200)를 반입하여, 개질 처리를 실행하고, 이들 웨이퍼(200) 상의 SiO2층의 표면에 F 종단을 생성한다.
(웨이퍼 반입)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201a) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은, O링(220)을 개재해서 아우터 튜브(203)의 하단 개구를 폐색한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201a) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201a) 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 동안에는 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201a) 내가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201a) 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(201a) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안에는 계속해서 행하여진다.
A-1: [개질 가스 공급 공정]
(WF6 가스 공급)
밸브(314)를 개방하여, 가스 공급관(310) 내에 개질 가스인 WF6 가스를 흘린다. WF6 가스는, MFC(312)에 의해 유량 조정되어, 노즐(410)의 가스 공급 구멍(410a)으로부터 처리실(201a) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 WF6 가스가 공급된다. 이것과 병행해서 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, WF6 가스와 함께 처리실(201a) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여, 처리실(201a) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 1000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(312)로 제어하는 WF6 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(512)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. WF6 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은, 예를 들어 1 내지 3600초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 30 내지 300℃이며, 바람직하게는 30 내지 250℃, 보다 바람직하게는 50 내지 200℃의 온도가 되도록 설정한다. 또한, 예를 들어 30 내지 300℃는, 30℃ 이상 300℃ 이하를 의미한다. 이하, 다른 수치 범위에 대해서도 마찬가지이다. 웨이퍼(200)의 온도를 30℃보다 높게 하면 SiO2층과 WF6 가스에 포함되는 불소 성분(F)의 반응이 일어나서 SiO2층 상에 할로겐 종단이 생성되지만, 30℃보다 낮게 하면, WF6 가스가 웨이퍼(200) 표면 상의 SiO2층과 반응하지 않아, SiO2층 상에 할로겐 종단이 생성되지 않는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 300℃보다 높게 하면, WF6 가스가 현저하게 분해되어버리는 경우가 있다.
이때 처리실(201a) 내에 흘리고 있는 가스는 WF6 가스와 N2 가스이다. WF6 가스의 공급에 의해, 웨이퍼(200) 표면의 결합이 절단되고 WF6 가스에 포함되는 F를 결합시켜서 웨이퍼(200) 표면 상의 SiO2층 상에 할로겐 종단이 생성된다. 이때, 웨이퍼(200) 표면 상의 SiN층 상에는 할로겐 종단이 생성되지 않는다.
그리고, WF6 가스의 공급을 개시하고 나서 소정 시간 경과 후에, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫아, WF6 가스의 공급을 정지한다.
A-2: [퍼지 공정]
(잔류 가스 제거)
이어서, WF6 가스의 공급이 정지되면, 처리실(201a) 내의 가스를 배기하는 퍼지 처리가 행하여진다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 채로 두어, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201a) 내를 진공 배기하여, 처리실(201a) 내에 잔류하는 미반응의 WF6 가스 혹은 SiO2층 표면을 할로겐 종단한 후의 WF4 가스를 처리실(201a) 내로부터 배제한다. 이때 밸브(514)는 개방한 채로 두어, N2 가스의 처리실(201a) 내에의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하여, 처리실(201a) 내에 잔류하는 미반응의 WF6 가스 혹은 WF4 가스를 처리실(201a) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
이러한 SiO2층 상에는 할로겐 종단이 생성되고, SiN층 상에는 할로겐 종단이 생성되지 않는 모습을 도 8의 (A) 내지 도 8의 (C)에 도시하였다. 도 8의 (A)는 WF6 가스에 의한 폭로 전의 SiO2층과 SiN층이 형성된 웨이퍼(200) 표면의 모습을 도시하는 모델도이며, 도 8의 (B)는 웨이퍼(200) 표면을 WF6 가스에 의해 폭로한 직후의 상태를 도시하는 모델도이며, 도 8의 (C)는 WF6 가스에 의한 폭로 후의 웨이퍼(200) 표면의 모습을 도시하는 모델도이다.
도 8의 (C)를 참조하면, WF6 가스에 의한 폭로 후의 웨이퍼(200) 표면에서는, 웨이퍼(200) 상의 SiO2층 표면이 불소 성분에 의해 종단(할로겐 종단)되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 웨이퍼(200) 상의 SiN층 표면에는 불소 성분에 의해 종단(할로겐 종단)되어 있지 않은 것을 알 수 있다. 즉, WF6 가스를 폭로하면, WF6의 F 분자가 빠져나가 SiO2층에 흡착되어, SiO2층이 F 코팅되어서 발수 효과를 초래하고 있다.
(소정 횟수 실시)
상기한 개질 가스 공급 공정 및 퍼지 공정을 순서대로 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수(n회)) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 SiO2층 표면은 할로겐 종단된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성된 SiN층 표면은 할로겐 종단되지 않는다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
가스 공급관(510)으로부터 N2 가스를 처리실(201a) 내에 공급하여, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하여, 이에 의해 처리실(201a) 내가 불활성 가스로 퍼지되어, 처리실(201a) 내에 잔류하는 가스나 부생성물이 처리실(201a) 내로부터 제거된다(애프터 퍼지). 그 후, 처리실(201a) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201a) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(웨이퍼 반출)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 아우터 튜브(203)의 하단이 개구된다. 그리고, 개질 처리가 끝난 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 아우터 튜브(203)의 하단으로부터 아우터 튜브(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 그 후, 개질 처리가 끝난 웨이퍼(200)는, 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
B. 성막 처리(선택 성장 공정)
이어서, 제2 프로세스 유닛으로서의 처리로(202b) 내에, 처리로(202a) 내에서 개질 처리 완료된 웨이퍼(200)가 반입된다. 그리고, 처리실(201b) 내가 원하는 압력, 원하는 온도 분포로 압력 조정 및 온도 조정이 이루어지고, 성막 처리가 실행된다. 또한, 본 처리는, 상술한 처리로(202a)에서의 처리와 가스 공급 공정만 다르다. 따라서, 상술한 처리로(202a)에서의 처리와 다른 부분만 이하에 설명하고, 동일한 부분은 설명을 생략한다.
B-1: [제1 공정]
(TiCl4 가스 공급)
밸브(324)를 개방하여, 가스 공급관(320) 내에 원료 가스인 TiCl4 가스를 흘린다. TiCl4 가스는, MFC(322)에 의해 유량 조정되어, 노즐(420)의 가스 공급 구멍(420a)으로부터 처리실(201b) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 TiCl4 가스가 공급된다. 이것과 병행해서 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, TiCl4 가스와 함께 처리실(201b) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 노즐(430) 내에의 TiCl4 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(201b) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여, 처리실(201b) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 1000Pa의 범위 내의 압력, 예를 들어 100Pa로 한다. MFC(322)로 제어하는 TiCl4 가스의 공급 유량은, 예를 들어 0.1 내지 2slm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(522, 532)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 1 내지 10slm의 범위 내의 유량으로 한다. TiCl4 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은, 예를 들어 0.1 내지 200초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 100 내지 600℃의 범위 내의 온도이며, 바람직하게는 200 내지 500℃, 보다 바람직하게는 200 내지 400℃가 되는 온도로 설정한다.
이때 처리실(201b) 내에 흘리고 있는 가스는, TiCl4 가스와 N2 가스이다. TiCl4 가스는, 상술한 개질 처리 공정에서 표면을 할로겐 종단한 SiO2층 상에는 흡착되지 않고, SiN층 상에 흡착된다. 이것은, TiCl4 가스에 포함되는 할로겐(Cl)과, SiO2층 상의 할로겐(F)이, 각각 전기적으로 음성의 배위자이기 때문에 반발 인자가 되어, 흡착되기 어려운 상태로 되어 있기 때문이다. 즉, SiO2층 상에서는 인큐베이션 타임이 길어져, SiO2층 이외의 표면에 TiN막을 선택 성장시키는 것이 가능하게 된다. 여기서, 인큐베이션 타임이란, 웨이퍼 표면 상에 막이 성장하기 시작할 때까지의 시간이다.
여기서, 박막을, 특정 웨이퍼 표면에 대하여 선택적으로 성막하는 경우, 성막하고 싶지 않은 웨이퍼 표면에 대하여 원료 가스가 흡착되어, 의도하지 않은 성막이 생기는 경우가 있다. 이것이 선택성의 깨짐이다. 이 선택성의 깨짐은, 웨이퍼에 대한 원료 가스 분자의 흡착 확률이 높은 경우에 생기기 쉽다. 즉, 성막하고 싶지 않은 웨이퍼에 대한 원료 가스 분자의 흡착 확률을 낮추는 것이, 선택성의 향상에 직결된다.
웨이퍼 표면의 원료 가스의 흡착은, 원료 분자와 웨이퍼 표면의 전기적 상호 작용에 의해, 원료 가스가 임의의 시간, 웨이퍼 표면에 머무름으로써 초래된다. 즉, 흡착 확률은, 원료 가스 또는 그 분해물의 웨이퍼에 대한 폭로 밀도와, 웨이퍼 자체가 갖는 전기 화학적인 인자 양쪽에 의존한다. 여기서, 웨이퍼 자체가 갖는 전기 화학적인 인자란, 예를 들어 원자 레벨의 표면 결함이나, 분극이나 전계 등에 의한 대전을 가리키는 경우가 많다. 즉, 웨이퍼 표면 상의 전기 화학적인 인자와, 원료 가스가 서로 끌어 당기기 쉬운 관계라면, 흡착이 일어나기 쉽다고 할 수 있다.
종래의 반도체의 성막 프로세스에서는, 원료 가스측에서는, 원료 가스의 압력을 낮추거나, 가스 유속을 높이는 등에 의해, 웨이퍼의 흡착하기 쉬운 장소에의 체재를 최대한 억제하는 방법에 의해, 선택적인 성막 프로세스를 실현해 왔다. 그러나, 반도체 디바이스의 표면적이, 미세화나 삼차원화의 진화에 의해 증가함에 수반하여, 원료 가스의 웨이퍼에 대한 폭로량을 증가시키는 방향으로 기술 진화를 이루어 왔다. 근년은, 가스를 교대적으로 공급하는 방법에 의해, 미세하고, 표면적이 많은 패턴에 대해서도, 높은 단차 피복성을 얻는 방법이 주류로 되어 있다. 즉, 원료 가스측에서의 대책에 의해, 선택적으로 성막하는 목적을 달성하기 어려운 상황에 있다.
또한, 반도체 디바이스에서는, Si나 SiO2막, SiN막, 금속막 등의 다양한 박막이 사용되고 있으며, 특히 가장 광범위하게 사용되는 재료의 하나인 SiO막에서의 선택 성장성의 제어는, 디바이스 가공의 마진이나 자유도를 높이는 것에의 기여가 크다.
즉, 웨이퍼(200) 상의 SiO2층 표면을 개질하는 개질 가스로서, 산화막에 대하여 견고한 흡착성을 갖는 분자를 포함하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 웨이퍼(200) 상의 SiO2층 표면을 개질하는 개질 가스로서, 산화막에 대하여 저온에서 폭로했다고 해도 산화막을 에칭하지 않는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
B-2: [제2 공정]
(잔류 가스 제거)
Ti 함유층을 형성한 후, 밸브(324)를 닫아, TiCl4 가스의 공급을 정지한다.
그리고, 처리실(201b) 내에 잔류하는 미반응 또는 Ti 함유층의 형성에 기여한 후의 TiCl4 가스나 반응 부생성물을 처리실(201b) 내로부터 배제한다.
B-3: [제3 공정]
(NH3 가스 공급)
처리실(201b) 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(201b) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스가 공급된다. 이것과 병행해서 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(201b) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 노즐(420) 내에의 NH3 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(524)를 개방하여, 가스 공급관(520) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(320), 노즐(420)을 통해서 처리실(201b) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여, 처리실(201b) 내의 압력을, 예를 들어 100 내지 2000Pa의 범위 내의 압력, 예를 들어 800Pa로 한다. MFC(332)로 제어하는 NH3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 0.5 내지 5slm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(522, 532)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 1 내지 10slm의 범위 내의 유량으로 한다. NH3 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은, 예를 들어 1 내지 300초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때의 히터(207)의 온도는, TiCl4 가스 공급 스텝과 마찬가지의 온도로 설정한다.
이때 처리실(201b) 내에 흘리고 있는 가스는, NH3 가스와 N2 가스만이다. NH3 가스는, 상술한 제1 공정에서 웨이퍼(200)의 SiN층 상에 형성된 Ti 함유층의 적어도 일부와 치환 반응한다. 치환 반응 시에는, Ti 함유층에 포함되는 Ti와 NH3 가스에 포함되는 N이 결합하여, 웨이퍼(200) 상의 SiN층 상에 Ti와 N을 포함하는 TiN막이 형성된다. 즉, 웨이퍼(200) 상의 SiO2층 상에는 TiN막이 형성되지 않는다.
B-4: [제4 공정]
(잔류 가스 제거)
TiN막을 형성한 후, 밸브(334)를 닫아, NH3 가스의 공급을 정지한다.
그리고, 상술한 제1 공정과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201b) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiN막의 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201b) 내로부터 배제한다.
이러한 SiO2층 상에는 할로겐 종단이 형성되고, SiN층 상에는 할로겐 종단이 형성되지 않고 TiN막이 형성되는 모습을, 도 9의 (A) 내지 도 9의 (C) 및 도 10의 (A)에 도시하였다. 도 9의 (A)는 TiCl4 가스가 공급된 직후의 웨이퍼 표면의 상태를 도시하는 모델도이며, 도 9의 (B)는 TiCl4 가스에 의한 폭로 후의 웨이퍼 표면의 상태를 도시하는 모델도이며, 도 9의 (C)는 NH3 가스가 공급된 직후의 웨이퍼 표면의 상태를 도시하는 모델도이다. 도 10의 (A)는 NH3 가스에 의한 폭로 후의 웨이퍼 표면의 상태를 도시하는 모델도이다.
도 10의 (A)를 참조하면, 웨이퍼(200) 표면에서는, 웨이퍼(200) 상의 SiO2층 표면이 불소 성분에 의해 종단(할로겐 종단)되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 웨이퍼(200) 상의 SiN층 표면에는 Ti와 N을 포함하는 TiN막이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, SiO2층 표면은, 할로겐 종단되어 TiN막이 형성되어 있지 않은 것을 알 수 있다.
(소정 횟수 실시)
그리고, 원료 가스로서의 TiCl4 가스와 반응 가스로서의 NH3 가스를 서로 혼합되지 않도록 교대로 공급하여, 상기한 제1 공정 내지 제4 공정을 순서대로 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수(n회)) 행함으로써, 도 10의 (B)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(200)의 SiN층 상에, 소정의 두께(예를 들어 5 내지 10nm)의 TiN막을 형성한다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 개질 처리에서는, 개질 가스 공급 공정(WF6 가스 공급)과 퍼지 공정(잔류 가스 제거)을 교대로 복수회 행하는 펄스 공급을 행하는 구성에 대해서 설명했지만, 도 7의 (B)에 도시되어 있는 바와 같이, 처리로(201a) 내에서 개질 가스 공급 공정(WF6 가스 공급)과 퍼지 공정(잔류 가스 제거)을 순서대로 1회씩 연속해서 행한 후에, 처리로(201b) 내에서 상술한 성막 처리를 실행하도록 해도 된다. 또한, 도 7의 (B)에서도, 처리로(202a)로부터 처리로(202b)에의 반출 반입 동작이 생략되어 있다.
또한, 상술에서는 선택 성장에 사용하는 원료 가스로서 TiCl4 가스와 NH3 가스를 사용하여, 상술한 성막 온도대에서 TiN막을 선택 성장시키는 예에 대해서 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 선택 성장에 사용하는 원료 가스로서의 사염화규소(SiCl4)와 NH3 가스를 사용하여, 400 내지 800℃의 범위 내이며, 예를 들어 500 내지 600℃ 정도의 고온의 성막 온도에서 SiN막을 선택 성장시켜도 된다.
성막 온도에는, 형성하는 막종이나 사용하는 가스종, 요구하는 막질 등에 따라 최적의 프로세스 윈도우가 존재한다. 예를 들어, 사용하는 가스의 반응 온도가 500℃ 이상인 경우, 성막 온도가 500℃ 이상이라면 양호한 막질을 갖는 막이 얻어진다. 그러나, 500℃ 미만이면, 사용하는 가스의 반응이 일어나지 않아, 조악한 막질을 갖는 막이 되어버리거나, 애당초 막을 형성할 수 없거나 하는 경우가 있다. 또한, 성막 온도가 너무 높아서 원료 가스의 자기 분해 온도보다 현저하게 높아져버리면, 성막 속도가 너무 빨라져서 선택성이 깨져버리거나, 막 두께의 제어가 곤란해질 가능성이 있다. 예를 들어, 성막 온도를 800℃ 이상 등으로 하면, 선택성이 깨지거나 막 두께를 제어할 수 없게 되는 경우가 있으므로, 800℃ 미만 등, 원료 가스의 자기 분해 온도보다 낮은 온도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 웨이퍼(200) 상의 SiO2층 표면을 개질하는 개질 가스로서, 유기물과 무기물을 생각할 수 있는데, 유기물에 의한 표면 개질은 내열성이 낮아, 성막 온도가 500℃ 이상으로 되면 손상되어, Si와의 흡착도 떨어져버린다. 즉, 500℃ 이상의 고온 성막을 행하는 경우에는, 선택성이 깨져버린다. 한편, 무기물에 의한 표면 개질은 내열성이 높아, 성막 온도가 500℃ 이상으로 되어도 Si와의 흡착이 떨어지지 않는다. 예를 들어, 불소(F)는 강력한 패시베이션제이며, 견고한 흡착력을 갖는다.
따라서, 웨이퍼(200) 상의 SiO2층 표면을 개질하는 개질 가스로서, 무기 배위자를 포함하는 무기계 재료이며, 예를 들어 불소(F), 염소(Cl), 요오드(I), 브롬(Br) 등을 포함하는 할로겐화물을 사용함으로써, 500℃ 이상의 고온 성막을 행하는 막이어도, 개질 가스를 사용해서 선택 성장을 행하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 고온 성막을 행하는 경우에는, 개질 처리를 250℃ 이하의 저온에서 행하고, 선택 성장인 성막 처리를 500℃ 이상의 고온에서 행할 수 있다. 또한, 할로겐화물 중, 특히 결합 에너지가 높은 것이 바람직하다. 또한, F 함유 가스는, 할로겐화물 중에서도 가장 결합 에너지가 높아, 강한 흡착력을 갖는다.
그리고, 선택 성장에 사용하는 원료 가스로서, 전기적으로 음성의 분자를 갖는 원료 가스를 사용한다. 이에 의해, 웨이퍼(200) 상의 SiO2층 표면을 개질하는 개질 가스가, 전기적으로 음성인 할로겐화물이기 때문에, 서로 반발해서 결합하기 어려워진다. 또한, 원료 가스로서, 금속 원소, 실리콘 원소 등의 원료 분자를 1개만 포함하는 것이 바람직하다. 원료 분자를 2개 이상 포함하는 경우에, 예를 들어 Si가 2개 포함될 때는, Si-Si 결합이 끊어지고, Si와 F가 결합해버려, 선택성이 깨질 가능성이 있기 때문이다.
(3) 본 발명의 일 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에서는, 우선 할로겐화물을 포함하는 WF6 가스에 의해 SiO2층 표면을 할로겐 종단하고, 그 후에 할로겐화물을 포함하는 TiCl4 가스에 의해 SiO2층 이외의 SiN층 표면에 TiN막을 형성하고 있다. 그 이유는, WF6 가스를 폭로하면, F 분자가 산화막에 흡착되어, 산화막의 표면이 F 분자로 코팅된다. 이 F 분자는 견고한 흡착력을 가져, 성막 온도가 500℃ 이상의 고온이어도, 떨어지지 않는다. 또한, TiCl4 가스에 포함되는 할로겐(Cl)과, SiO2층 상의 할로겐(F)은, 각각 전기적으로 음성의 배위자이기 때문에 반발 인자로 되어, 표면을 할로겐 종단한 SiO2층 표면 상에는 흡착되지 않는다. 그 때문에, 500℃ 이상의 고온 성막을 행하는 경우에도, 산화막 상의 F 코팅이 떨어지지 않아, SiO2층 표면 이외의 표면에 선택 성장할 수 있다.
또한, 발명자들의 정밀 조사에 의하면, SiN막, Si막, 금속막, 금속 산화막에 대해서는, 상술한 개질 가스에 의한 인큐베이션 타임의 연장이, SiO2막에 비해서 짧은 것이 확인되었다. 이 인큐베이션 타임의 차를 이용하면, SiO2막 상에 대하여 성막하기 어렵고, 그 밖의 막 상에서는 선택적으로 형성되도록 막을 형성하는 것이 가능하게 된다.
즉, 본 실시 형태에 따르면, 기판 상에 막을 선택적으로 형성할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
(4) 다른 실시 형태
상술한 실시 형태에서는, 개질 처리를 행하는 처리실(201a)과, 성막 처리를 행하는 처리실(201b)을 구비한 클러스터형 기판 처리 장치(10)를 사용하여, 개질 처리와 성막 처리를 별도의 처리실에서 행하는 구성에 대해서 설명했지만, 도 11 및 도 12에 도시하고 있는 바와 같이, 1개의 처리실(301) 내에 개질 가스 공급계와 퇴적 가스 공급계를 구비한 기판 처리 장치(300)를 사용하여, 개질 처리 및 성막 처리를 동일 처리실(201) 내에서 행하는 구성에서도 마찬가지로 적용 가능하다. 즉, 인시투로 기판 처리를 행하는 구성에서도 마찬가지로 적용 가능하다. 이 경우, 개질 처리와 성막 처리를 연속해서 행할 수 있다. 즉, 개질 처리 후에 처리실 밖으로 웨이퍼(200)를 반출하지 않고, 계속해서 성막 처리를 행할 수 있다. 따라서, 상술한 실시 형태와 비교하여, 보다 SiO2층의 표면에 생성된 F 종단을 유지한 채 성막 처리를 행하는 것이 가능하게 된다.
구체적인 기판 처리 공정으로서는, 개질 처리로서, 웨이퍼 반입, 압력 조정 및 온도 조정을 행하여, 개질 가스 공급 공정과 퍼지 공정을 소정 횟수 실시한 후, 애프터 퍼지를 행하고, 그 후 연속해서, 성막 처리로서, 압력 조정 및 온도 조정을 행하여, 제1 내지 4의 공정을 소정 횟수 실시한 후, 애프터 퍼지 및 대기압 복귀를 행하고, 웨이퍼 반출을 행한다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 개질 처리와 성막 처리를 1회씩 행하는 경우에 대해서 설명했지만, 개질 처리와 성막 처리를 교대로 복수회 반복해서 행해도 된다. 이 경우, 기판 처리 공정(반도체 장치의 제조 공정)은,
제1 표면(예를 들어 SiO2층)과, 제2 표면(예를 들어 SiN층)을 갖는 웨이퍼(200)에 대하여, 무기 배위자를 포함하는 개질 가스(예를 들어 WF6 가스)를 공급하여, 제1 표면을 개질하는 공정과,
웨이퍼(200)에 대하여 퇴적 가스로서, 원료 가스(예를 들어 TiCl4 가스)와, 반응 가스(예를 들어 NH3 가스)를 공급하여, 제2 표면 상에 막(예를 들어 TiN막)을 선택 성장시키는 공정
을 교대로 소정 횟수 실시하는 공정을 갖는다.
개질 처리와 성막 처리를 교대로 복수회 반복해서 행하는 경우, 성막 처리 중에 제1 표면 상에 생성된 F 종단이 조금씩 떨어져서 제1 표면 상에 막이 형성되어 선택성이 깨져버렸다고 해도, 형성된 막을, 개질 처리에서 개질 가스로 에칭해서 제거하여, 떨어져버린 F 종단을 보수하는 것이 가능하게 된다. 즉, 2회째의 개질 처리는 에칭 처리로서의 작용도 갖는다. 떨어져버린 F 종단을 보수하고 나서 성막 처리를 행함으로써, 선택성을 개선시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 개질 가스로서, 육불화텅스텐(WF6) 가스를 사용하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 경우에 한정되는 것은 아니다. 개질 가스로서, 삼불화염소(ClF3) 가스, 삼불화질소(NF3) 가스, 불화수소(HF) 가스, 불소(F2) 가스 등의 다른 가스를 사용하는 경우에도 마찬가지로 본 발명을 적용 가능하다. 또한, 금속 오염을 염려하는 경우에는, 금속 원소 비함유의 가스의 사용이 바람직하다.
마찬가지로, 상기 실시 형태에서는, 선택 성장에 사용하는 원료 가스로서, TiCl4 가스를 사용하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 경우에 한정되는 것은 아니다. 원료 가스로서, 할로겐을 포함하는 사염화규소(SiCl4), 사염화알루미늄(AlCl4), 사염화지르코늄(ZrCl4), 사염화하프늄(HfCl4), 오염화탄탈(TaCl5), 오염화텅스텐(WCl5), 오염화몰리브덴(MoCl5), 육염화텅스텐(WCl6) 가스 등의 다른 가스를 사용하는 경우에도 마찬가지로 본 발명을 적용 가능하다.
마찬가지로, 상기 실시 형태에서는, 선택 성장에 사용하는 반응 가스로서, NH3 가스를 사용하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 경우에 한정되는 것은 아니다. 반응 가스로서, 원료 가스와 반응하는 히드라진(N2H4), 물(H2O), 산소(O2), 수소(H2)와 산소(O2)의 혼합 가스 등의 다른 가스를 사용하는 경우에도 마찬가지로 본 발명을 적용 가능하다.
또한, 개질 가스로서 ClF3 가스를 사용하는 경우에는, 선택 성장에 사용하는 원료 가스로서의 사염화규소(SiCl4)와 NH3 가스를 사용하여, 550℃ 정도의 고온에서 SiN막을 선택 성장시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 선택 성장에 사용하는 원료 가스로서의 사염화규소(SiCl4)와 H2O 가스와 피리딘 등의 촉매를 사용하여, 40 내지 90℃ 정도의 극저온에서 SiO2막을 선택 성장시키는 것이 가능하게 된다.
이상, 본 발명의 다양한 전형적인 실시 형태를 설명해 왔지만, 본 발명은 그러한 실시 형태에 한정되지 않고, 적절히 조합해서 사용할 수도 있다.
(5) 실시예
(실시예 1)
이어서, 상기에서 설명한 기판 처리 장치(10)를 사용하고, 상기에서 설명한 기판 처리 공정을 사용하여, 개질 가스로서 WF6 가스를 폭로해서 SiN층 상에 질화티타늄(TiN)막을 형성한 경우와, WF6 가스를 폭로하지 않고 SiN층 상에 TiN막을 형성한 경우에, 생성되는 TiN막의 막 두께에 어떤 차가 있는지에 대해서 도 13의 (A)에 기초하여 설명한다.
WF6을 폭로한 경우와, WF6을 폭로하지 않는 경우에는, 하지막인 SiN층 표면은, 도 13의 (A)에 도시한 바와 같이, 형성되는 막 두께에 거의 차가 없고, 처리 사이클수에 따라서 TiN막의 막 두께가 두꺼워지는 것이 확인되었다. 즉, SiN층 표면은, WF6의 폭로 유무에 구애되지 않고 TiN막이 형성되는 것이 확인되었다. 이것은, 도 8의 (C)에 도시되어 있는 바와 같이, SiN층 표면이 할로겐 종단되어 있지 않기 때문이라고 생각된다.
이어서, 상기에서 설명한 기판 처리 장치(10)를 사용하여, 상기에서 설명한 기판 처리 공정에서 WF6 가스를 폭로해서 SiO2층 상에 TiN막을 형성한 경우와, WF6 가스를 폭로하지 않고 SiO2층 상에 TiN막을 형성한 경우에, 생성되는 TiN막의 막 두께에 어떤 차가 있는지에 대해서 도 13의 (B)에 기초하여 설명한다.
SiO2층 상에 WF6을 폭로한 경우에는, 하지막인 SiO2층 표면은, 상술한 기판 처리 공정을 256사이클 이상 반복하지 않으면, TiN막이 형성되지 않는 것이 확인되었다. 한편, SiO2층 상에 WF6 가스를 폭로하지 않는 경우에는, 하지막인 SiO2층 표면은, 상술한 기판 처리 공정을 16사이클 이상 반복하면, TiN막이 형성되는 것이 확인되었다. 즉, SiO2층 상에 WF6 가스를 폭로함으로써, 인큐베이션 타임이 길어지는 것이 확인되었다.
(실시예 2)
이어서, SiO2층에 대하여 SiN층 상에 우선적으로 TiN막을 형성할 수 있는 막 두께(TSiN)를 이하의 식으로 정의한다.
TSiN=SiN층 상의 성막 레이트
×(SiO2층 상의 인큐베이션 타임-SiN층 상의 인큐베이션 타임) … 식 (1)
상술한 도 13의 (A)의 WF6 폭로 있음의 경우를 예로 들면, SiN층 상의 TiN막의 성막 레이트는 0.26nm/cycle, SiN층 상의 인큐베이션 타임은 33사이클, SiO2층 상의 인큐베이션 타임은 256사이클이므로, 상기 식 (1)에 의해 TSiN=5.8nm로 산출된다. 즉, SiO2층 상에 TiN막을 형성하지 않고 SiN층 상에 선택적으로 5.8nm의 TiN막을 형성할 수 있게 된다. 도 14는, TSiN의 WF6 가스 공급의 펄스수에 대한 의존성을 도시하고 있다.
도 14에 도시되어 있는 바와 같이, WF6 가스의 펄스 공급을 60회 정도 반복하면 TSiN은 포화 경향을 나타내는 것을 알 수 있다.
(실시예 3)
이어서, 상기에서 설명한 기판 처리 장치(10)를 사용하여, 상기에서 설명한 기판 처리 공정에서 (a) WF6 가스를 폭로하지 않고 SiO2층 상에 TiN막을 형성한 경우와, (b) WF6 가스를 펄스 공급해서 SiO2층 상에 TiN막을 형성한 경우와, (c) WF6 가스를 연속 공급해서 SiO2층 상에 TiN막을 형성한 경우에, 형성되는 TiN막의 막 두께에 어떤 차가 있는지에 대해서 도 15의 (A)에 기초하여 설명한다. (b)의 펄스 공급에서는, WF6 가스의 펄스 공급을 60사이클(WF6 가스의 총 폭로 시간은 10분)로 하고, (c)의 연속 공급에서는, WF6 가스의 폭로 시간을 10분으로 하여, (b)와 (c)의 총 폭로 시간을 동일하게 하였다.
(a)의 WF6 가스를 폭로하지 않는 경우에는, 인큐베이션 타임이 16사이클, (b)의 펄스 공급의 경우에는, 인큐베이션 타임이 256사이클, (c)의 연속 공급의 경우에는, 인큐베이션 타임이 168사이클이며, (a)의 WF6 가스를 폭로 없음에 비하면, (b), (c)의 WF6 가스를 폭로한 경우쪽이 인큐베이션 타임이 길어지는 것으로 확인되었다. 나아가, WF6 가스의 총 폭로량이 동일하여도, (c)의 WF6 가스를 연속 공급하는 것에 비하여, (b)의 WF6 가스를 펄스 공급하는 쪽이 인큐베이션 타임이 길어지는 것으로 확인되었다. 이것은, WF6 가스를 펄스 공급해서 WF6 가스 폭로의 사이에 퍼지 공정을 끼움으로써, WF6 가스와 SiO2층 표면의 반응 부생성물이 SiO2층 표면으로부터 제거되기 때문에 표면의 개질이 진행되어, 동일한 폭로량이어도 인큐베이션 타임이 길어진 것으로 생각된다.
(실시예 4)
이어서, 상기에서 설명한 기판 처리 장치(10)를 사용하여, 상기에서 설명한 기판 처리 공정에서, SiO2층 상, 산화지르코늄(ZrO)층 상, 산화하프늄(HfO)층 상에 WF6 가스를 펄스 공급(60사이클)한 후에 TiN막을 형성하여, 형성되는 TiN막의 막 두께에 어느 정도 차가 있는지에 대해서 도 15의 (B)에 기초하여 설명한다.
도 15의 (B)에 도시되어 있는 바와 같이, WF6 가스를 폭로해도 SiO2층 상에 형성되는 TiN막의 인큐베이션 타임보다도 ZrO층 상, HfO층 상에 형성되는 TiN막의 인큐베이션 타임이 짧은 것이 확인되었다. 즉, ZrO층 상, HfO층 상의 인큐베이션 타임은, SiO2층 상의 인큐베이션 타임보다도 짧아, SiO2층 상에 비해 ZrO층 상, HfO층 상에서 우선적으로 TiN막을 형성할 수 있는 것이 확인되었다.
(실시예 5)
이어서, 상기에서 설명한 기판 처리 장치(10)를 사용하여, 상기에서 설명한 기판 처리 공정에서, 개질 가스로서 ClF3 가스를 사용해서 250℃에서 개질 처리를 행하고, SiN층과 SiO2층이 표면에 형성된 웨이퍼의 SiN층 상에 500℃에서 SiN막을 선택 성장시키는 성막 처리를 행한 경우의 선택성에 대한 개질 처리의 효과를 도 16의 (A) 내지 도 16의 (C)에 기초하여 설명한다. 도 16의 (A)는 비교예로서, 개질 처리를 행하지 않고 성막 처리를 행한 경우에 SiN층 상과 SiO2층 상에 각각 선택 성장되는 SiN막의 막 두께를 도시하는 도면이며, 성막 처리를 150사이클 행한 경우와, 300사이클 행한 경우를 플롯하고 있다. 도 16의 (B)는 개질 처리 후에 성막 처리를 행한 경우에 SiN층 상과 SiO2층 상에 각각 선택 성장되는 SiN막의 막 두께를 도시하는 도면이며, 성막 처리를 200사이클, 300사이클, 400사이클 행한 경우를 플롯하고 있다. 도 16의 (C)는 개질 처리와 성막 처리를 교대로 2회 행한 경우에 SiN층 상과 SiO2층 상에 각각 선택 성장되는 SiN막의 막 두께를 도시하는 도면이며, 각 성막 처리를 200사이클씩(총 400사이클) 행한 경우를 플롯하고 있다.
도 16의 (A)에 도시되어 있는 바와 같이, 개질 처리를 행하지 않고 성막 처리를 행한 경우에는, SiN층과 SiO2층에서 형성되는 SiN막의 막 두께에 차가 없어 선택성은 거의 생기지 않은 것이 확인되었다. 또한, 도 16의 (B) 및 도 16의 (C)에 도시되어 있는 바와 같이, 성막 처리 전에 개질 처리를 행함으로써, SiN층과 SiO2층 상에서 선택성이 생기고, 개질 처리와 성막 처리를 교대로 복수회 반복함으로써, 보다 현저하게 선택성이 생기는 것이 확인되었다.
10, 300: 기판 처리 장치
121: 컨트롤러
200: 웨이퍼(기판)
201a, 201b, 301: 처리실

Claims (20)

  1. 제1 표면과, 상기 제1 표면과는 다른 제2 표면을 갖는 기판에 대하여, 불소를 함유하는 분자로 구성되는 개질 가스를 공급하여, 상기 제1 표면을 개질하는 공정과,
    상기 기판에 대하여, 퇴적 가스를 공급하여, 상기 제2 표면에 막을 형성하는 공정
    을 포함하는 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 표면에 막을 형성하는 공정은 상기 제2 표면에 막을 선택적으로 형성하는, 기판 처리 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 퇴적 가스는, 원료 가스와, 상기 원료 가스와는 다른 반응 가스를 포함하고,
    상기 제2 표면에 막을 형성하는 공정에서는, 상기 원료 가스와 상기 반응 가스를 서로 혼합되지 않도록 교대로 공급하는, 기판 처리 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 퇴적 가스는, 원료 가스와, 상기 원료 가스와는 다른 반응 가스를 포함하고,
    상기 제2 표면에 막을 형성하는 공정에서는, 상기 원료 가스와 상기 반응 가스를 서로 혼합되지 않도록 교대로 공급하는, 기판 처리 방법.
  6. 삭제
  7. 제4항에 있어서, 상기 원료 가스는 할로겐화물인, 기판 처리 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 원료 가스는 할로겐화물인, 기판 처리 방법.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서, 상기 할로겐화물은 염소 함유 가스인, 기판 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 퇴적 가스는, 원료 가스와, 상기 원료 가스와는 다른 반응 가스를 포함하고,
    상기 개질 가스 및 상기 원료 가스는, 각각 전기적으로 음성인 배위자를 갖는, 기판 처리 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제2 표면에 막을 형성하는 공정은, 상기 기판을 500℃ 이상에서 가열하면서 행하는, 기판 처리 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 표면을 개질하는 공정은, 상기 기판을 300℃ 이하에서 가열하면서 행하는, 기판 처리 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제1 표면을 개질하는 공정은, 상기 기판을 300℃ 이하에서 가열하면서 행하는, 기판 처리 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 표면은 실리콘 산화층인, 기판 처리 방법.
  16. 기판을 수용하는 제1 처리실과,
    상기 제1 처리실에, 불소를 함유하는 분자로 구성되는 개질 가스를 공급하는 제1 가스 공급계와,
    기판을 수용하는 제2 처리실과,
    상기 제2 처리실에, 퇴적 가스를 공급하는 제2 가스 공급계와,
    기판을 상기 제1 처리실 및 상기 제2 처리실에 반출입시키는 반송계와,
    제1 표면과, 상기 제1 표면과는 다른 제2 표면을 갖는 기판을, 상기 제1 처리실에 반입하는 처리와, 상기 제1 처리실에 상기 개질 가스를 공급해서 상기 제1 표면을 개질하는 처리와, 상기 기판을 상기 제1 처리실로부터 반출하는 처리와, 상기 기판을 상기 제2 처리실에 반입하는 처리와, 상기 제2 처리실에 상기 퇴적 가스를 공급해서 상기 제2 표면에 막을 형성하는 처리와, 상기 제2 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 처리를 행하도록, 상기 제1 가스 공급계, 상기 제2 가스 공급계 및 상기 반송계를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  17. 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 처리실에, 불소를 함유하는 분자로 구성되는 개질 가스를 공급하는 제1 가스 공급계와,
    상기 처리실에, 퇴적 가스를 공급하는 제2 가스 공급계와,
    제1 표면과, 상기 제1 표면과는 다른 제2 표면을 갖는 기판에 상기 개질 가스를 공급해서 상기 제1 표면을 개질하는 처리와, 상기 처리실에 상기 퇴적 가스를 공급해서 상기 제2 표면에 막을 형성하는 처리를 행하도록, 상기 제1 가스 공급계, 상기 제2 가스 공급계를 제어 가능하게 구성되는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  18. 기판 처리 장치의 제1 처리실에, 제1 표면과, 상기 제1 표면과는 다른 제2 표면을 갖는 기판을 반입하는 수순과,
    제1 표면과, 상기 제1 표면과는 다른 제2 표면을 갖는 기판에 대하여, 불소를 함유하는 분자로 구성되는 개질 가스를 공급하여 상기 제1 표면을 개질하는 수순과,
    상기 제1 처리실로부터, 상기 기판을 반출하는 수순과,
    상기 기판 처리 장치의 제2 처리실에, 상기 기판을 반입하는 수순과,
    상기 기판에 대하여, 퇴적 가스를 공급하여, 상기 제2 표면에 막을 형성시키는 수순
    을 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
  19. 제1 표면과, 상기 제1 표면과는 다른 제2 표면을 갖는 기판에 대하여, 불소를 함유하는 분자로 구성되는 개질 가스를 공급하여, 상기 제1 표면을 개질하는 수순과,
    상기 기판에 대하여, 퇴적 가스를 공급하여, 상기 제2 표면에 막을 형성시키는 수순
    을 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  20. 제1 표면과, 상기 제1 표면과는 다른 제2 표면을 갖는 기판에 대하여, 불소를 함유하는 분자로 구성되는 개질 가스를 공급하여, 상기 제1 표면을 개질하는 공정과,
    상기 기판에 대하여, 퇴적 가스를 공급하여, 상기 제2 표면에 막을 형성하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
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