KR102630574B1 - 기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 - Google Patents

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

Info

Publication number
KR102630574B1
KR102630574B1 KR1020217007707A KR20217007707A KR102630574B1 KR 102630574 B1 KR102630574 B1 KR 102630574B1 KR 1020217007707 A KR1020217007707 A KR 1020217007707A KR 20217007707 A KR20217007707 A KR 20217007707A KR 102630574 B1 KR102630574 B1 KR 102630574B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
exhaust port
supply
supply unit
gas
Prior art date
Application number
KR1020217007707A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210042980A (ko
Inventor
히데키 호리타
하오지에 강
마사나오 오사나이
Original Assignee
가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭 filed Critical 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
Publication of KR20210042980A publication Critical patent/KR20210042980A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102630574B1 publication Critical patent/KR102630574B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C23C16/45548—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02126—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC
    • H01L21/0214—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC the material being a silicon oxynitride, e.g. SiON or SiON:H
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/308—Oxynitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4408—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber by purging residual gases from the reaction chamber or gas lines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4412—Details relating to the exhausts, e.g. pumps, filters, scrubbers, particle traps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45502—Flow conditions in reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C23C16/45546—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus specially adapted for a substrate stack in the ALD reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45578—Elongated nozzles, tubes with holes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02126—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67023—Apparatus for fluid treatment for general liquid treatment, e.g. etching followed by cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68764—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a movable susceptor, stage or support, others than those only rotating on their own vertical axis, e.g. susceptors on a rotating caroussel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

(a) 처리실 내의 기판에 대하여 제1 공급부로부터 원료를 공급하여, 기판을 사이에 두고 제1 공급부와 대향하는 위치에 마련된 배기구로부터 배기하는 공정과, (b) 처리실 내의 기판에 대하여 제2 공급부로부터 반응체를 공급하여, 배기구로부터 배기하는 공정을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 기판 상에 막을 형성하는 공정을 갖고, (a)에서는, 처리실 내의 영역 중, 평면으로 보아 제1 공급부와 배기구를 연결하는 직선의 수직 이등분선으로 칸막이되는 배기구측의 영역에 마련된 제3 공급부로부터 처리실 내에 불활성 가스를 공급한다.

Description

기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
본 개시는, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판에 대하여 원료 및 반응체를 공급하여, 기판 상에 막을 형성하는 처리가 행하여지는 경우가 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2018-046129호 공보
본 개시의 목적은, 기판 상에 형성되는 막의 기판 면내 막 두께 균일성을 제어하는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 개시의 일 양태에 의하면,
(a) 처리실 내의 기판에 대하여 제1 공급부로부터 원료를 공급하고, 상기 기판을 사이에 두고 상기 제1 공급부와 대향하는 위치에 마련된 배기구로부터 배기하는 공정과,
(b) 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 제2 공급부로부터 반응체를 공급하고, 상기 배기구로부터 배기하는 공정
을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 갖고,
(a)에서는, 상기 처리실 내의 영역 중, 평면으로 보아 상기 제1 공급부와 상기 배기구를 연결하는 직선의 수직 이등분선으로 칸막이되는 상기 배기구측의 영역에 마련된 제3 공급부로부터 상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 기술이 제공된다.
본 개시에 의하면, 기판 상에 형성되는 막의 기판 면내 막 두께 균일성을 제어하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 개시의 일 양태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 양태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 양태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 양태에서의 성막 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 양태에서 적합하게 사용되는 노즐의 개략 구성도이다.
도 6은 본 개시의 일 양태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 변형예의 개략 구성도이다.
도 7은 본 개시의 일 양태에서의 성막 시퀀스의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 8의 (a)는 기판 배열 영역의 상부에 배치된 기판 상에 형성된 막의 기판 면내 평균 막 두께 및 기판 면내 막 두께 균일성을 각각 도시하는 도면이며, (b)는 기판 배열 영역의 중앙부에 배치된 기판 상에 형성된 막의 기판 면내 평균 막 두께 및 기판 면내 막 두께 균일성을 각각 도시하는 도면이며, (c)는 기판 배열 영역의 하부에 배치된 기판 상에 형성된 막의 기판 면내 평균 막 두께 및 기판 면내 막 두께 균일성을 각각 도시하는 도면이다.
<본 개시의 일 양태>
이하, 본 개시의 일 양태에 대해서, 도 1 내지 도 5를 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 동심원형으로 반응관(210)이 배치되어 있다. 반응관(210)은, 내부 반응관으로서의 이너 튜브(204)와, 이너 튜브(204)를 동심원형으로 둘러싸는 외부 반응관으로서의 아우터 튜브(203)를 구비한 2중관 구성을 갖고 있다. 이너 튜브(204) 및 아우터 튜브(203)는 각각, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다.
이너 튜브(204)의 통 중공부에는, 기판으로서의 웨이퍼(200)에 대한 처리가 행하여지는 처리실(201)이 형성된다. 처리실(201)은, 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내의 일단측(하방측)으로부터 타단측(상방측)을 향해서 배열시킨 상태에서 수용 가능하게 구성되어 있다. 처리실(201) 내에서 복수매의 웨이퍼(200)가 배열되는 영역을, 기판 배열 영역(웨이퍼 배열 영역)이라고도 칭한다. 또한, 처리실(201) 내에서 웨이퍼(200)가 배열되는 방향을, 기판 배열 방향(웨이퍼 배열 방향)이라고도 칭한다.
이너 튜브(204) 및 아우터 튜브(203)는 각각, 매니폴드(209)에 의해 하방으로부터 지지되어 있다. 매니폴드(209)는, 스테인리스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209) 내벽의 상단부에는, SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 매니폴드(209)의 직경 방향 내측을 향해서 연장 돌출된 환형의 플랜지부(209a)가 마련되어 있다. 이너 튜브(204)의 하단은, 플랜지부(209a)의 상면에 맞닿아 있다. 아우터 튜브(203)의 하단은, 매니폴드(209)의 상단에 맞닿아 있다. 아우터 튜브(203)와 매니폴드(209)의 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 마련되어 있다. 매니폴드(209)의 하단 개구는, 처리로(202)의 노구로서 구성되어 있고, 후술하는 보트 엘리베이터(115)에 의해 보트(217)가 상승했을 때, 덮개로서의 원반형의 시일 캡(219)에 의해 기밀하게 밀봉된다. 매니폴드(209)와 시일 캡(219)의 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220b)이 마련되어 있다.
이너 튜브(204)의 천장부는 플랫 형상으로 형성되어 있고, 아우터 튜브(203)의 천장부는 돔 형상으로 형성되어 있다. 이너 튜브(204)의 천장부를 돔 형상으로 하면, 처리실(201) 내에 공급한 가스가, 복수매의 웨이퍼(200) 사이로 흐르지 않고, 이너 튜브(204)의 천장부에서의 돔 부분의 내부 공간에 유입되기 쉬워진다. 이너 튜브(204)의 천장부를 플랫 형상으로 함으로써, 처리실(201) 내에 공급한 가스를, 복수매의 웨이퍼(200) 사이로 효율적으로 흘리는 것이 가능하게 된다. 이너 튜브(204)의 천장부와 후술하는 보트(217)의 천장판의 클리어런스(공간)를 작게 함으로써, 예를 들어 웨이퍼(200)의 배열 간격(피치)과 동일 정도의 크기로 함으로써, 웨이퍼(200) 사이로 효율적으로 가스를 흘리는 것이 가능하게 된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 이너 튜브(204)의 측벽에는, 노즐 수용실(204a, 204b)이 각각 형성되어 있다. 노즐 수용실(204a, 204b)은 각각, 이너 튜브(204)의 측벽으로부터 이너 튜브(204)의 직경 방향 외향으로 돌출되어, 수직 방향을 따라 연장되는 채널 형상으로 형성되어 있다. 노즐 수용실(204a, 204b)의 내벽은 각각, 처리실(201)의 내벽의 일부를 구성하고 있다. 노즐 수용실(204a)과 노즐 수용실(204b)은, 이너 튜브(204)의 내벽을 따라, 즉, 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)의 외주를 따라, 서로 소정 거리 이격된 위치에 각각 배치되어 있다.
노즐 수용실(204a) 내에는, 제1 공급부로서의 노즐(249a), 및 제2 공급부로서의 노즐(249b)이 각각 수용되어 있다. 노즐 수용실(204b) 내에는, 제3 공급부로서의 노즐(249c), 및 노즐(249d, 249e)이 각각 수용되어 있다. 노즐(249a 내지 249e)은, 노즐 수용실(204a, 204b)의 하부로부터 상부를 따라, 즉, 웨이퍼 배열 방향을 따라 직립되도록 각각 마련되어 있다. 즉, 노즐(249a 내지 249e)은, 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 각각 마련되어 있다. 노즐(249d, 249e)을 제3 공급부에 포함해서 생각해도 된다. 본 명세서에서는, 노즐(249a, 249b, 249c, 249d, 249e)을 각각, R1, R2, R3, Rt, Rb라고도 칭한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 노즐(249a 내지 249e)의 측면에는, 가스 분출구(가스 공급구)(250a 내지 250e)가 각각 마련되어 있다. 노즐(249a 내지 249e)은, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되어 있다.
상술한 웨이퍼 배열 영역은, 복수의 존으로 나누어서 생각할 수 있다. 본 양태에서는, 웨이퍼 배열 영역의 웨이퍼 배열 방향에서의 일단부측(여기서는 상부측)의 존을 제1 존(Top존)이라고도 칭한다. 또한, 웨이퍼 배열 영역의 웨이퍼 배열 방향에서의 중앙부측의 존을 제2 존(Center존)이라고도 칭한다. 또한, 웨이퍼 배열 영역의 웨이퍼 배열 방향에서의 타단부측(여기서는 하부측)의 존을 제3 존(Bottom존)이라고도 칭한다.
노즐(249a 내지 249c)에서의 가스 분출구(250a 내지 250c)는 각각, 웨이퍼 배열 영역의 웨이퍼 배열 방향에서의 전역에 대응하도록, 노즐(249a 내지 249c)의 상부로부터 하부에 걸쳐 복수 마련되어 있다. 노즐(249a 내지 249c), 즉, R1 내지 R3은 각각, 제1 내지 제3 존 모두를 향해서 가스를 공급하도록 구성되어 있다.
노즐(249d)에서의 가스 분출구(250d)는, 웨이퍼 배열 영역 중 웨이퍼 배열 방향에서의 상부측의 영역, 즉, 제1 존에 대응하도록, 노즐(249d)의 상부측에만 복수 마련되어 있다. 노즐(249d), 즉, Rt는, 제1 존을 향해서 가스를 공급하도록 구성되어 있고, 또한 그 이외의 존, 즉, 제2, 제3 존을 향한 가스의 공급을 불실시로 하도록 구성되어 있다.
노즐(249e)에서의 가스 분출구(250e)는, 웨이퍼 배열 영역 중 웨이퍼 배열 방향에서의 하부측의 영역, 즉, 제3 존에 대응하도록, 노즐(249e)의 하부측에만 복수 마련되어 있다. 노즐(249e), 즉, Rb는, 제3 존을 향해서 가스를 공급하도록 구성되어 있고, 또한 그 이외의 존, 즉, 제1, 제2 존을 향한 가스의 공급을 불실시로 하도록 구성되어 있다.
가스 분출구(250a 내지 250e)는, 각각이 처리실(201)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)의 중심을 향해서 가스를 분출하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 가스 분출구(250a 내지 250e)는, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 마련되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 노즐(249a 내지 249e)에는, 가스 공급관(232a 내지 232e)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232a 내지 232e)에는, 가스류의 상류측으로부터 차례로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a 내지 241e) 및 개폐 밸브인 밸브(243a 내지 243e)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232g)이 접속되어 있다. 가스 공급관(232g)에는, 가스류의 상류측으로부터 차례로 MFC(241g) 및 밸브(243g)가 마련되어 있다. 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232f, 232h)이 접속되어 있다. 가스 공급관(232f, 232h)에는, 가스류의 상류측으로부터 차례로 MFC(241f, 241h) 및 밸브(243f, 243h)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(232a 내지 232h)은, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성된다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 원료(원료 가스)로서, 형성하고자 하는 막을 구성하는 주 원소로서의 실리콘(Si) 및 할로겐 원소를 포함하는 할로실란계 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)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. 할로실란계 가스란, 할로겐기를 갖는 실란계 가스이다. 할로겐기에는, 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I) 등의 할로겐 원소가 포함된다. 할로실란계 가스로서는, 예를 들어 Si 및 Cl을 포함하는 원료 가스, 즉, 클로로실란계 가스를 사용할 수 있다. 클로로실란계 가스는, Si 소스로서 작용한다. 클로로실란계 가스로서는, 예를 들어 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232b)으로부터는, 원료와는 화학 구조(분자 구조)가 다른 반응체(반응 가스)로서, 산화제(산화 가스)로서 작용하는 산소(O) 함유 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. O 함유 가스는, O 소스로서 작용한다. O 함유 가스로서는, 예를 들어 산소(O2) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232f)으로부터는, 원료 및 O 함유 가스와는 화학 구조(분자 구조)가 다른 반응체(반응 가스)로서, 질화제(질화 가스)로서 작용하는 질소(N) 함유 가스가, MFC(241f), 밸브(243f), 가스 공급관(232b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. N 함유 가스는, N 소스로서 작용한다. N 함유 가스로서는, 예를 들어 질화수소계 가스인 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232c 내지 232e)으로부터는, 불활성 가스가, 각각 MFC(241c 내지 241e), 밸브(243c 내지 243e), 노즐(249c 내지 249e)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 또한, 가스 공급관(232g, 232h)으로부터는, 불활성 가스가, 각각 MFC(241g, 241h), 밸브(243g, 243h), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 노즐(249c 내지 249e)로부터 처리실(201) 내에 공급되는 N2 가스는, 주로, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 웨이퍼 면내 막 두께 분포(이하, 단순히 면내 막 두께 분포라고도 칭함)를 조정하는 제어 가스로서 작용한다. 또한, 노즐(249a, 249b)로부터 처리실(201) 내에 공급되는 N2 가스는, 주로, 퍼지 가스, 캐리어 가스, 희석 가스로서 작용한다. 불활성 가스로서는, 예를 들어 질소(N2) 가스를 사용할 수 있다.
주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해, 원료 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해, 반응체 공급계로서의 산화제 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232f), MFC(241f), 밸브(243f)에 의해, 반응체 공급계로서의 질화제 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232c 내지 232e, 232g, 232h), MFC(241c 내지 241e, 241g, 241h), 밸브(243c 내지 243e, 243g, 243h)에 의해, 불활성 가스 공급계가 구성된다.
원료를 공급하는 노즐(249a)을 원료 공급부라고도 칭한다. 노즐(249b)로부터 산화제를 공급할 때, 노즐(249b)을 산화제 공급부라고도 칭한다. 노즐(249b)로부터 질화제를 공급할 때, 노즐(249b)을 질화제 공급부라고도 칭한다. 노즐(249b)을 반응체 공급부라고도 칭한다. 불활성 가스를 공급하는 노즐(249c 내지 249e)을 총칭해서 불활성 가스 공급부라고도 칭한다. 불활성 가스 공급부는, 원료 공급부나 산화제 공급부나 질화제 공급부와는 다른 공급부이다. 노즐(249a, 249b)로부터 불활성 가스를 공급할 때, 노즐(249a, 249b)을 불활성 가스 공급부에 포함해서 생각해도 된다.
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.
이너 튜브(204)의 측면에는, 예를 들어 슬릿 형상의 관통구로서 구성된 배기구(배기 슬릿)(204c)가 수직 방향으로 가늘고 길게 개설되어 있다. 배기구(204c)는, 정면으로 보아 예를 들어 직사각형이며, 이너 튜브(204)의 측벽의 하부로부터 상부에 걸쳐서, 웨이퍼 배열 영역의 웨이퍼 배열 방향에서의 전역에 대응하도록 마련되어 있다. 처리실(201) 내와, 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(203)의 사이의 원환형의 공간인 배기 공간(205)은, 배기구(204c)를 통해서 연통하고 있다.
평면으로 보아, 노즐 수용실(204a)과 배기구(204c)는, 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)의 중심을 사이에 두고 대향하고 있다. 또한, 노즐(249a)의 가스 분출구(250a)와 배기구(204c)는, 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)의 중심을 사이에 두고 대향하고 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 명세서에서는, 노즐 수용실(204a) 내에 수용된 노즐(249a)의 가스 분출구(250a)와, 배기구(204c)를 연결하는 선분을, 직선 L1이라고 칭한다. 직선 L1은, 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)의 중심의 위치에서 이등분된다. 직선 L1, 및 직선 L1의 수직 이등분선인 직선 D는, 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)의 중심의 위치에서 서로 직교하는 관계가 된다.
노즐 수용실(204b)은, 처리실(201) 내의 영역 중, 평면으로 보아 상술한 직선 D로 칸막이되는 배기구(204c)측의 영역에 마련되어 있다. 즉, 노즐(249c 내지 249e)은 모두, 처리실(201) 내의 영역 중, 평면으로 보아 상술한 직선 D로 칸막이되는 배기구(204c)측의 영역에 마련되어 있다. 노즐(249c 내지 249e)은 모두, 노즐(249a)보다도 배기구(204c)에 가까운 위치에 배치되어 있다. 노즐(249c 내지 249e)과 배기구(204c) 사이의 각각의 거리는, 모두, 노즐(249a)과 배기구(204c) 사이의 거리보다도 짧게 되어 있다.
또한, 본 양태에 있어서 노즐(249b)은, 노즐(249a)에 인접하고, 즉, 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)를 사이에 두고 배기구(204c)와 실질적으로 대향하는 위치에 마련되어 있다. 그 때문에, 노즐(249c 내지 249e)은 모두, 노즐(249b)보다도 배기구(204c)에 가까운 위치에 배치되어 있다. 노즐(249c 내지 249e)과 배기구(204c) 사이의 각각의 거리는, 모두, 노즐(249b)과 배기구(204c) 사이의 거리보다도 짧게 되어 있다. 또한, 노즐(249c 내지 249e)은 모두, 노즐(249b)보다도 노즐(249a)로부터 먼 위치에 마련되어 있다. 노즐(249c 내지 249e)과 노즐(249a) 사이의 각각의 거리는, 모두, 노즐(249b)과 노즐(249a) 사이의 거리보다도 길게 되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 명세서에서는, 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)의 중심과, 노즐 수용실(204b) 내에 수용된 노즐(249c)의 중심을 통과하는 직선을, 직선 L2라고 칭한다. 상술한 직선 L1과 직선 L2가 만드는 중심각(θ)(노즐(249a, 249c)의 각 중심을 양단으로 하는 호에 대한 중심각)은, 예를 들어 100 내지 170°의 범위 내의 각도로 되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 아우터 튜브(203)의 하부에는, 배기 공간(205)을 통해서 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 접속되어 있다. 배기관(231)에는, 배기 공간(205) 내, 즉, 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 통해서, 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. 배기구(204c), 배기 공간(205), 진공 펌프(246)를 배기계에 포함해서 생각해도 된다.
매니폴드(209)의 하단 개구는, O링(220b)을 개재해서 시일 캡(219)에 의해 기밀하게 밀봉된다. 시일 캡(219)은 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 원반형으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 하방에는, 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(210)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)에 의해 지지된 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출(반송)하는 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 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.
아우터 튜브(203)와 이너 튜브(204)의 사이에는, 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, 아우터 튜브(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 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 단순히 프로그램이라고도 한다. 또한, 프로세스 레시피를, 단순히 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), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 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 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, 단순히 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,
처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제1 공급부로서의 노즐(249a)로부터 원료로서 HCDS 가스를 공급하고, 웨이퍼(200)를 사이에 두고 노즐(249a)과 대향하는 위치에 마련된 배기구(204c)로부터 배기하는 스텝 A와,
처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제2 공급부로서의 노즐(249b)로부터 반응체로서 산화제인 O2 가스를 공급하고, 배기구(204c)로부터 배기하는 스텝 B와,
처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제2 공급부로서의 노즐(249b)로부터 반응체로서 질화제인 NH3 가스를 공급하고, 배기구(204c)로부터 배기하는 스텝 C
를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회, n은 1 이상의 정수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 막으로서, Si, O 및 N을 포함하는 막, 즉, 실리콘 산질화막(SiON막)을 형성한다.
또한, 상술한 스텝 A에서는,
처리실(201) 내의 영역 중, 평면으로 보아 노즐(249a)과 배기구(204c)를 연결하는 직선(선분) L1의 수직 이등분선 D로 칸막이되는 배기구(204c)측의 영역에 마련된 제3 공급부로서의 노즐(249c)로부터 처리실(201) 내에 불활성 가스로서 N2 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포를 조정한다.
본 명세서에서는, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스를, 편의상, 이하와 같이 나타내는 경우도 있다. 도 4에서는, 스텝 A 내지 C의 실시 기간을, 편의상, 각각 A 내지 C로 나타내고 있다. 이러한 점은, 후술하는 변형예나 다른 양태에서도 마찬가지이다.
(R1: HCDS+R3: N2→R2: O2→R2: NH3)×n ⇒ SiON
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, 처리실(201) 내에서 복수매의 웨이퍼(200)가 배열된 상태로 되고, 또한 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(진공도)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 온도로 되도록, 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 정도가 피드백 제어된다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 웨이퍼(200)의 회전 방향은, 도 2에 도시한 바와 같이, 평면으로 보아 좌회전의 방향, 즉, 웨이퍼(200)의 회전 방향을 기준으로 해서 보았을 때 노즐(249c)의 위치가 배기구(204c)의 위치보다도 웨이퍼(200)의 회전 방향의 상류측에 배치되는 방향으로 한다. 처리실(201) 내의 배기, 웨이퍼(200)의 가열 및 회전은, 모두 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행하여진다.
(성막 스텝)
그 후, 다음의 스텝 A 내지 C를 순차 실행한다.
[스텝 A]
이 스텝에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급한다(HCDS 가스 공급 스텝).
구체적으로는, 밸브(243a)를 개방하여, 가스 공급관(232a) 내에 HCDS 가스를 흘린다. HCDS 가스는, MFC(241a)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249a)의 측면에 마련된 복수의 가스 분출구(250a) 각각으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기구(204c), 배기 공간(205)을 통해서 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 웨이퍼(200)의 측방으로부터 HCDS 가스가 공급된다.
이때, 밸브(243c)를 개방하여, 노즐(249c)로부터 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. N2 가스는, MFC(241c)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249c)의 측면에 마련된 복수의 가스 분출구(250c) 각각으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기구(204c), 배기 공간(205)을 통해서 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 웨이퍼(200)의 측방으로부터 N2 가스가 공급된다. 이렇게 함으로써, 추가로 이때의 N2 가스의 유량을 조정함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포를 조정하는 것이 가능하게 된다. 이러한 제어의 구체적 내용, 및 그 작용 효과에 대해서는 후술한다.
이때, 밸브(243g, 243h, 243d, 243e)를 개방하여, 노즐(249a, 249b, 249d, 249e)로부터 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하도록 해도 된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
HCDS 가스 공급 유량: 0.01 내지 2slm, 바람직하게는 0.1 내지 1slm
N2 가스 공급 유량(R3): 0.1 내지 20slm
N2 가스 공급 유량(R1, R2, Rt, Rb마다): 0 내지 10slm
각 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
처리 온도: 250 내지 800℃, 바람직하게는 400 내지 700℃
처리 압력: 1 내지 2666Pa, 바람직하게는 67 내지 1333Pa
이 예시된다.
본 명세서에서의 「250 내지 800℃」와 같은 수치 범위의 표기는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 예를 들어 「250 내지 800℃」란 「250℃ 이상 800℃ 이하」를 의미한다. 다른 수치 범위에 대해서도 마찬가지이다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)의 최표면 상에 제1 층으로서, Cl을 포함하는 Si 함유층이 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, 웨이퍼(200)의 최표면에, HCDS가 물리 흡착되거나, HCDS의 일부가 분해한 물질(이하, SixCly)이 화학 흡착되거나, HCDS가 열분해함으로써 Si가 퇴적되거나 하는 것 등에 의해 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, HCDS나 SixCly의 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)이어도 되고, Cl을 포함하는 Si층(Si의 퇴적층)이어도 된다. 본 명세서에서는, Cl을 포함하는 Si 함유층을, 단순히 Si 함유층이라고도 칭한다.
제1층이 형성된 후, 밸브(243a)를 닫아, 처리실(201) 내에의 HCDS 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지 스텝). 이때, 밸브(243c 내지 243e, 243g, 243h)를 개방하여, 노즐(249a 내지 249e)로부터 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. 도 4에서는, 노즐(249a, 249b)로부터 N2 가스를 공급하는 예를 도시하고 있다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용한다.
원료(원료 가스)로서는, 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 클로로실란계 가스를 사용할 수 있다.
불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다. 이 점은, 후술하는 각 스텝에서도 마찬가지이다.
[스텝 B]
스텝 A가 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 층에 대하여 O2 가스를 공급한다(O2 가스 공급 스텝).
구체적으로는, 밸브(243b)를 개방하여, 가스 공급관(232b) 내에 O2 가스를 흘린다. O2 가스는, MFC(241b)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249b)의 측면에 마련된 복수의 가스 분출구(250b) 각각으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기구(204c), 배기 공간(205)을 통해서 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 웨이퍼(200)의 측방으로부터 O2 가스가 공급된다. 이때, 노즐(249a 내지 249e)로부터 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하도록 해도 된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
O2 가스 공급 유량: 0.1 내지 10slm
N2 가스 공급 유량(R1, R2, R3, Rt, Rb마다): 0 내지 10slm
각 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
처리 압력: 1 내지 4000Pa, 바람직하게는 1 내지 3000Pa
이 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 A에서의 처리 조건과 마찬가지로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 층의 적어도 일부가 산화(개질)된다. 제1 층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 상에 제2 층으로서, Si 및 O를 포함하는 층, 즉, SiO층이 형성된다. 제2 층을 형성할 때, 제1 층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, O2 가스에 의한 제1 층의 개질 반응의 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하여, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이에 의해, 제2 층은, 제1 층에 비하여 Cl 등의 불순물이 적은 층으로 된다.
제2 층이 형성된 후, 밸브(243b)를 닫아, 처리실(201) 내에의 O2 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 A의 퍼지 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지 스텝).
산화제(산화 가스)로서는, O2 가스 외에, 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 오존(O3) 가스, 수증기(H2O 가스), 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스 등의 O 함유 가스를 사용할 수 있다.
[스텝 C]
스텝 B가 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제2 층에 대하여 NH3 가스를 공급한다(NH3 가스 공급 스텝).
구체적으로는, 밸브(243f)를 개방하여, 가스 공급관(232f) 내에 NH3 가스를 흘린다. NH3 가스는, MFC(241f)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232b)을 통해서 노즐(249b) 내에 흘러, 노즐(249b)의 측면에 마련된 복수의 가스 분출구(250b) 각각으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기구(204c), 배기 공간(205)을 통해서 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 웨이퍼(200)의 측방으로부터 NH3 가스가 공급된다. 이때, 노즐(249a 내지 249e)로부터 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하도록 해도 된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
NH3 가스 공급 유량: 0.1 내지 10slm
N2 가스 공급 유량(R1, R2, R3, Rt, Rb마다): 0 내지 10slm
각 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
처리 압력: 1 내지 4000Pa, 바람직하게는 1 내지 3000Pa
이 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 A에서의 처리 조건과 마찬가지로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제2 층의 적어도 일부가 질화(개질)된다. 제2 층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 상에 제3 층으로서, Si, O 및 N을 포함하는 층, 즉, SiON층이 형성된다. 제3 층을 형성할 때, 제2 층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, NH3 가스에 의한 제2 층의 개질 반응의 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하여, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이에 의해, 제3 층은, 제2 층에 비하여 Cl 등의 불순물이 적은 층으로 된다.
제3 층이 형성된 후, 밸브(243f)를 닫아, 처리실(201) 내에의 NH3 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 A의 퍼지 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지 스텝).
질화제(질화 가스)로서는, NH3 가스 외에, 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등의 N 함유 가스를 사용할 수 있다.
[소정 횟수 실시]
스텝 A 내지 C를 비동시에, 즉, 동기시키지 않고 행하는 사이클을 1회 이상(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 원하는 막 두께, 원하는 조성의 SiON막을 형성할 수 있다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1사이클당 형성되는 제3 층의 두께를 원하는 막 두께보다도 작게 하여, 제3 층을 적층함으로써 형성되는 SiON막의 막 두께가 원하는 막 두께로 될 때까지, 상술한 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
(애프터 퍼지 내지 대기압 복귀)
성막 스텝이 종료된 후, 노즐(249a 내지 249e)로부터 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하여, 배기구(204c), 배기 공간(205)을 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(210)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 처리가 끝난 웨이퍼(200)는 반응관(210)의 외부로 반출된 후, 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) N2 가스의 공급 제어와 작용 효과
이하, 스텝 A에서 행하는 N2 가스의 공급 제어의 구체적 내용, 및 그 작용 효과에 대해서 설명한다.
(a) 본 양태와 같이 웨이퍼(200)에 대한 HCDS 가스의 공급을 웨이퍼(200)의 측방으로부터 행하는 경우, 웨이퍼(200) 상에서의 제1 층의 형성은, 웨이퍼(200)의 외주부에서 선행해서 개시되고, 웨이퍼(200)의 중앙부에서는 개시가 지연되는 경향이 있다. 그 결과, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포는, 웨이퍼(200)의 표면의 중앙부에서 가장 얇고, 외주부에 가까워짐에 따라서 점점 두꺼워지는 분포(중앙 오목 분포)로 되는 경향이 있다.
이러한 경향에 대하여, 본 양태에서는, HCDS 가스 공급 스텝에서, 노즐(249c)로부터 N2 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포를 광범위하게 조정하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포를, 중앙 오목 분포로부터, 웨이퍼(200)의 표면의 중앙부와 외주부에서 두께가 동등하게 되는 분포(플랫 분포)에 가까워지거나, 웨이퍼(200)의 표면의 중앙부에서 가장 두껍고, 외주부에 가까워짐에 따라서 점점 얇아지는 분포(중앙 볼록 분포)에 가까워지거나 하는 것이 가능하게 된다.
이것은, HCDS 가스 공급 스텝에서 웨이퍼(200)에 대하여 N2 가스를 공급하는 노즐(249c)을, 처리실(201) 내의 영역 중, 평면으로 보아 노즐(249a)과 배기구(204c)를 연결하는 직선 L1의 수직 이등분선 D로 칸막이되는 배기구(204c)측의 영역에 배치하고 있기 때문이다. 즉, HCDS 가스 공급 스텝에서, 웨이퍼(200)에 대한 N2 가스의 공급을, 배기구(204c)에 가까운 위치에 배치된 노즐(249c)을 사용해서 행하고 있기 때문이다. 본 양태에 의하면, 가스 분출구(250c)로부터 분출되는 N2 가스의 웨이퍼(200)의 중앙부에의 도달을 적정하게 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 가스 분출구(250c)로부터 분출되는 N2 가스를, 웨이퍼(200)의 외주부에 효율적으로 공급하는 것이 가능하게 된다. 이러한 결과, 웨이퍼(200)의 중앙부에서의 HCDS 가스의 분압(농도)의 저하를 억제하면서, 웨이퍼(200)의 외주부에서의 HCDS 가스의 분압(농도)을 국소적(선택적)으로 저하시키는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 웨이퍼(200)의 중앙부에서의 제1 층의 형성을 방해하지 않고, 웨이퍼(200)의 외주부에서의 제1 층의 형성을 적정하게 억제시키는 것이 가능하게 된다. 결과적으로, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포를, 상술한 바와 같이 광범위하게 조정하는 것이 가능하게 된다.
(b) 노즐(249c)을 노즐(249a)보다도 배기구(204c)에 가까운 위치에 배치함으로써, 즉, 노즐(249c)과 배기구(204c) 사이의 거리를, 노즐(249a)과 배기구(204c) 사이의 거리보다도 짧게 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포에 관한 상술한 조정을, 보다 확실하게 행하는 것이 가능하게 된다.
(c) 노즐(249c)을 노즐(249b)보다도 배기구(204c)에 가까운 위치에 배치함으로써, 즉, 노즐(249c)과 배기구(204c) 사이의 거리를, 노즐(249b)과 배기구(204c) 사이의 거리보다도 짧게 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포에 관한 상술한 조정을, 보다 확실하게 행하는 것이 가능하게 된다.
(d) 노즐(249c)을 노즐(249b)보다도 노즐(249a)로부터 먼 위치에 마련함으로써, 즉, 노즐(249c)과 노즐(249a) 사이의 거리를, 노즐(249b)과 노즐(249a) 사이의 거리보다도 길게 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포에 관한 상술한 조정을, 보다 확실하게 행하는 것이 가능하게 된다.
(e) HCDS 가스 공급 스텝에서, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 제어함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포에 관한 상술한 조정을, 보다 확실하게 행하는 것이 가능하게 된다.
예를 들어, HCDS 가스 공급 스텝에서, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 크게 한다. 이렇게 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포에 관한 상술한 효과를, 강화하는 방향으로 제어하는 것이 가능하게 된다.
또한 예를 들어, HCDS 가스 공급 스텝에서, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량과 동등 이하의 유량으로 한다. 이렇게 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포에 관한 상술한 효과를, 약화시키는 방향으로 제어하는 것이 가능하게 된다.
또한 예를 들어, O2 가스 공급 스텝이나 NH3 가스 공급 스텝에서 노즐(249c)로부터 N2 가스를 공급하는 경우, HCDS 가스 공급 스텝에서 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, O2 가스 공급 스텝이나 NH3 가스 공급 스텝에서 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 한다. 이렇게 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포에 관한 상술한 효과를, 강화하는 방향으로 제어하는 것이 가능하게 된다.
또한 예를 들어, O2 가스 공급 스텝이나 NH3 가스 공급 스텝에서 노즐(249c)로부터 N2 가스를 공급하는 경우, HCDS 가스 공급 스텝에서 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, O2 가스 공급 스텝이나 NH3 가스 공급 스텝에서 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과 동등 이하의 유량으로 한다. 이렇게 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포에 관한 상술한 효과를, 약화시키는 방향으로 제어하는 것이 가능하게 된다.
또한 예를 들어, HCDS 가스 공급 스텝에서 노즐(249a)로부터 N2 가스를 공급하는 경우, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 한다. 이렇게 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포에 관한 상술한 효과를, 강화하는 방향으로 제어하는 것이 가능하게 된다.
또한 예를 들어, HCDS 가스 공급 스텝에서 노즐(249a)로부터 N2 가스를 공급하는 경우, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 HCDS 가스 및 N2 가스의 합계 유량보다도 크게 한다. 이렇게 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포에 관한 상술한 효과를, 강화하는 방향으로 제어하는 것이 가능하게 된다.
또한 예를 들어, HCDS 가스 공급 스텝에서 노즐(249b)로부터 N2 가스를 공급하는 경우, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249b)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 한다. 이렇게 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포에 관한 상술한 효과를, 강화하는 방향으로 제어하는 것이 가능하게 된다.
(f) 상술한 바와 같이, 웨이퍼(200)에 대한 HCDS 가스의 공급을 웨이퍼(200)의 측방으로부터 행하는 경우, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포는 중앙 오목 분포로 되는 경향이 있다. 이 현상은, 웨이퍼(200)의 표면에 트렌치나 홀 등의 오목부를 포함하는 패턴이 형성되어 있는 경우에 특히 현저해진다. 그 때문에, 상술한 효과를 생기게 하는 본 양태는, 표면에 오목부를 포함하는 패턴이 형성되어 있는 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 경우에 특히 유효하다.
(g) 웨이퍼(200)의 회전 방향을 기준으로 해서 보았을 때, 도 2에 도시한 바와 같이, 노즐(249c)을 배기구(204c)의 위치보다도 웨이퍼(200)의 회전 방향의 상류측에 배치함으로써, 웨이퍼(200)의 중앙부에서의 HCDS 가스의 분압(농도)의 저하를 억제하면서, 웨이퍼(200)의 외주부에서의 HCDS 가스의 분압(농도)을 국소적(선택적)으로 저하시키는 것을, 제어성 좋게 행할 수 있게 된다. 결과적으로, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포를, 상술한 바와 같이 광범위하게 조정하는 것이 용이하게 된다.
(h) 상술한 효과는, HCDS 가스 이외의 상술한 원료를 사용하는 경우나, O2 가스 이외의 상술한 산화제를 사용하는 경우나, NH3 가스 이외의 상술한 질화제를 사용하는 경우나, N2 가스 이외의 상술한 불활성 가스를 사용하는 경우에도, 마찬가지로 얻을 수 있다.
(4) 변형예
본 개시에서의 성막 스텝은, 상술한 양태에 한정되지 않고, 이하에 나타내는 변형예와 같이 변경할 수 있다. 이들 변형예는 임의로 조합할 수 있다. 특별히 설명이 없는 한, 각 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 기판 처리 시퀀스의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
(변형예 1)
HCDS 가스 공급 스텝에서는, 밸브(243c)에 더하여 밸브(243d, 243e) 중 적어도 어느 것의 밸브를 개방하여, 노즐(249c)에 더하여 노즐(249d, 249e) 중 적어도 어느 것의 노즐로부터 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. 노즐(249d, 249e)로부터 분출된 N2 가스는, 웨이퍼(200)에 대하여 웨이퍼(200)의 측방으로부터 공급된다. 노즐(249d, 249e)로부터 공급하는 N2 가스의 유량은, 예를 들어 0.1 내지 20slm의 범위 내의 유량으로 할 수 있다.
본 변형예에서도, 도 4에 도시하는 상술한 기판 처리 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포를, 웨이퍼간에서 미세 조정하는 것이 가능하게 된다.
예를 들어, 도 7이나 이하에 나타내는 성막 시퀀스과 같이, HCDS 가스 공급 스텝에서, 노즐(249c)에 더하여 노즐(249d)로부터도 N2 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포에 관한 상술한 효과(면내 막 두께 분포를 중앙 오목 분포에서 플랫 분포로 가까워지거나, 중앙 볼록 분포에 가까워지거나 하는 효과)를, 제1 존(웨이퍼 배열 영역 중 웨이퍼 배열 방향에서의 상부측의 영역)에서 선택적으로 강화하는 것이 가능하게 된다.
(R1: HCDS+R3, Rt: N2→R2: O2→R2: NH3)×n ⇒ SiON
또한 예를 들어, 이하에 나타내는 성막 시퀀스와 같이, HCDS 가스 공급 스텝에서, 노즐(249c)에 더하여 노즐(249e)로부터도 N2 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포에 관한 상술한 효과를, 제3 존(웨이퍼 배열 영역 중 웨이퍼 배열 방향에서의 하부측의 영역)에서 선택적으로 강화하는 것이 가능하게 된다.
(R1: HCDS+R3, Rb: N2→R2: O2→R2: NH3)×n ⇒ SiON
(변형예 2)
성막 스텝을, 상술한 바와 같이 웨이퍼(200)를 회전시킨 상태에서 행하고, HCDS 가스 공급 스텝에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 노즐(249c)로부터 N2 가스를 웨이퍼(200)의 회전 방향을 따라 웨이퍼(200)의 배기구(204c) 부근의 에지측을 향해서 분출시키도록 해도 된다. 즉, 노즐(249c)의 가스 분출구(250c)를, 웨이퍼(200)의 회전 방향을 따라 웨이퍼(200)의 배기구(204c) 부근의 에지측을 향해서 외향으로 개구시켜도 된다. 이 경우, 도 6에 도시하는 바와 같이, 평면으로 보아, 노즐(249c)의 가스 분출구(250c)의 개구 방향(가스 분출 방향)과, 웨이퍼(200)의 에지가 이루는 각도는 예각이 된다.
본 변형예에서도, 도 4에 도시하는 상술한 기판 처리 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한 본 변형예에 의하면, 가스 분출구(250c)로부터 분출되는 N2 가스의 웨이퍼(200)의 중앙부에의 도달을 보다 적정하게 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 가스 분출구(250c)로부터 분출되는 N2 가스를, 웨이퍼(200)의 외주부에 보다 효율적으로 공급하는 것도 가능하게 된다. 이러한 결과, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포에 관한 상술한 조정을, 보다 확실하게 행하는 것이 가능하게 된다.
<본 개시의 다른 양태>
이상, 본 개시의 양태를 구체적으로 설명하였다. 단, 본 개시는 상술한 양태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들어, 반응체로서, NH3 가스 등의 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 산화막(SiO막), 실리콘 질화막(SiN막), 실리콘 탄질화막(SiCN막), SiON막, 실리콘 산탄화막(SiOC막), 실리콘 산탄질화막(SiOCN막), 실리콘 붕질화막(SiBN막), 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막) 등을 형성하도록 해도 된다. 이들 경우에도, 상술한 양태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 이들 반응체를 공급할 때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 양태에서 반응체를 공급할 때의 그것들과 마찬가지로 할 수 있다. 이들 경우에도, 상술한 양태에서의 효과와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(R1: HCDS+R3: N2→R2: O2+H2)×n ⇒ SiO
(R1: HCDS+R3: N2→R2: NH3)×n ⇒ SiN
(R1: HCDS+R3: N2→R2: TEA)×n ⇒ SiCN
(R1: HCDS+R3: N2→R2: NH3→R2: O2)×n ⇒ SiON
(R1: HCDS+R3: N2→R2: TEA→R2: O2)×n ⇒ SiOC(N)
(R1: HCDS+R3: N2→R2: C3H6→R2: NH3→R2: O2)×n ⇒ SiOCN
(R1: HCDS+R3: N2→R2: C3H6→R2: O2→R2: NH3)×n ⇒ SiOCN
(R1: HCDS+R3: N2→R2: BCl3→R2: NH3)×n ⇒ SiBN
(R1: HCDS+R3: N2→R2: C3H6→R2: BCl3→R2: NH3)×n ⇒ SiBCN
또한 예를 들어, 기판에 대하여 원료와 반응체를 동시에 공급하여, 기판 상에, 상술한 각종 막을 형성하도록 해도 된다. 또한 예를 들어, 기판에 대하여 원료를 단체로 공급하여, 기판 상에, 실리콘막(Si막)을 형성하도록 해도 된다. 이들 경우에도, 상술한 양태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 이들 원료나 반응체를 공급할 때의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 양태에서 원료나 반응체를 공급할 때의 그것들과 마찬가지로 할 수 있다. 이들 경우에도, 상술한 양태에서의 효과와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한 예를 들어, 원료로서, 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 가스나 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3, 약칭: TMA) 가스 등을 사용하여, 이하에 나타내는 성막 시퀀스에 의해, 기판 상에, 티타늄 산화막(TiO막), 티타늄 질화막(TiN막), 티타늄산 질화막(TiON막), 알루미늄 산화막(AlO막), 알루미늄 질화막(AlN막), 알루미늄 산질화막(AlON막) 등을 형성하도록 해도 된다. 이들 경우에도, 상술한 양태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 이들 원료나 반응체를 공급할 때의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 양태에서 원료나 반응체를 공급할 때의 그것들과 마찬가지로 할 수 있다. 이들 경우에도, 상술한 양태에서의 효과와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(R1: TiCl4+R3: N2→R2: H2O)×n ⇒ TiO
(R1: TiCl4+R3: N2→R2: NH3)×n ⇒ TiN
(R1: TiCl4+R3: N2→R2: O2→R2: NH3)×n ⇒ TiON
(R1: TiCl4+R3: N2→R2: NH3→R2: O2)×n ⇒ TiON
(R1: TMA+R3: N2→R2: H2O)×n ⇒ AlO
(R1: TMA+R3: N2→R2: NH3)×n ⇒ AlN
(R1: TMA+R3: N2→R2: H2O→R2: NH3)×n ⇒ AlON
(R1: TMA+R3: N2→R2: NH3→R2: H2O)×n ⇒ AlON
기판 처리에 사용되는 레시피는, 처리 내용에 따라 개별로 준비하여, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 통해서 기억 장치(121c) 내에 저장해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 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 장치로 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 막을, 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한, 오퍼레이터의 부담을 저감할 수 있어, 조작 미스를 회피하면서, 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 양태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 예에 대해서 설명하였다. 본 개시는 상술한 양태에 한정되지 않고, 예를 들어 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 양태에서는, 핫월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 예에 대해서 설명하였다. 본 개시는 상술한 양태에 한정되지 않고, 콜드월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다. 이들 기판 처리 장치를 사용하는 경우에도, 상술한 양태나 변형예와 마찬가지의 시퀀스, 처리 조건에서 성막을 행할 수 있고, 상술한 양태나 변형예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 이들 각종 양태는, 적절히 조합해서 사용할 수 있다. 이때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 양태의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
[실시예]
도 1, 도 2, 도 5에 도시하는 기판 처리 장치를 사용하여, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스과 같이, 웨이퍼에 대하여 HCDS 가스, O2 가스, NH3 가스를 이 순서대로 비동시에 공급하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 웨이퍼 상에 SiON막을 형성하였다. 그때, SiON막의 형성을, 처리 조건을 바꾸어서 복수회 행함으로써, 3개의 SiON막의 샘플(샘플 1 내지 3)을 제작하였다. 각 샘플의 제작 시의 HCDS 가스 공급 스텝에서의 R2, R3으로부터의 N2 가스의 공급 유량은, 각각 이하와 같이 하였다. 각 샘플 제작 시의 다른 처리 조건은, 도 4를 사용해서 설명한 상술한 양태에 기재된 처리 조건 범위 내의 소정의 조건이며, 샘플 1 내지 3에서 공통의 조건으로 하였다. 즉, 샘플 3이 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에 의해 형성한 SiON막이 된다.
(샘플 1) R2: 0slm, R3: 0slm
(샘플 2) R2: 5slm, R3: 0slm
(샘플 3) R2: 0slm, R3: 5slm
그리고, 샘플 1 내지 3의 웨이퍼 면내 평균 막 두께(THK) 및 웨이퍼 면내 막 두께 균일성(WiW)을 각각 측정하였다. 도 8의 (a) 내지 도 8의 (c)는 차례로, 웨이퍼 배열 영역에서의 상부측(Top), 중앙부(Cen), 하부측(Btm)에서의 측정 결과를 각각 도시하는 도면이다. 도 8의 (a) 내지 도 8의 (c)의 횡축은, 차례로 샘플 1 내지 3을 나타내고 있다. 도 8의 (a) 내지 도 8의 (c)의 좌측 종축은 THK[Å]를, 우측 종축은 WiW[±％]를 나타내고 있다. 어느 도면에서든, 기둥형 그래프가 THK를, ■ 표시가 WiW를 나타내고 있다. WiW는, 절댓값이 클수록 웨이퍼 면 내에서의 막 두께의 변동이 큰 것을 의미한다.
도 8의 (a) 내지 도 8의 (c)에 도시하는 바와 같이, THK는 대략 샘플 1 내지 3의 순으로 작게 되어 있었다(Btm을 제외하고 샘플 3의 THK가 가장 작게 되어 있음). 단, 샘플 1의 THK와 샘플 3의 THK를 비교한 경우, 그 차는 1할 정도인 것을 알았 내었다. 즉, 샘플 3의 제작 방법, 즉, 도 4를 사용해서 설명한 상술한 양태에서도, 실용적인 성막 레이트를 얻을 수 있음을 확인하였다.
샘플 1 내지 3의 면내 막 두께 분포를 각각 확인한 결과, 샘플 1에서는, Top, Cen에서 중앙 오목 분포로 되어 있고, Btm에서 중앙 볼록 분포로 되어 있으며, 샘플 2에서는, Top에서 중앙 오목 분포로 되어 있고, Cen, Btm에서 중앙 볼록 분포로 되어 있으며, 샘플 3에서는, Top, Cen, Btm의 어느 위치에서든, 중앙 볼록 분포로 되어 있었다. 또한, 도 8의 (a) 내지 도 8의 (c)에 도시하는 바와 같이, 샘플 1 내지 3의 순으로 WiW가 커서, 중앙 볼록 분포의 정도가 강해져 있었다(샘플 3의 중앙 볼록 분포의 정도가 가장 강하게 되어 있음). 즉, 샘플 3의 제작 방법, 즉, 도 4를 사용해서 설명한 상술한 양태를 사용함으로써, 웨이퍼 상에 형성되는 SiON막의 면내 막 두께 분포를 조정할 수 있는 것, 구체적으로는, 이 면내 막 두께 분포를 중앙 오목 분포에서 플랫 분포에 가까워지거나, 중앙 볼록 분포에 가까워지거나 하는 것이 가능하게 되는 것을 알았다.
200: 웨이퍼(기판)
201: 처리실
204c: 배기구
249a: 노즐(제1 공급부)
249b: 노즐(제2 공급부)
249c: 노즐(제3 공급부)

Claims (21)

  1. (a) 처리실 내의 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 기판에 대하여 제1 공급부로부터 원료를 공급하고, 상기 기판을 사이에 두고 상기 제1 공급부와 대향하는 위치에 마련된 배기구로부터 배기하는 공정과,
    (b) 상기 처리실 내의 상기 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 기판에 대하여 제2 공급부로부터 반응체를 공급하고, 상기 배기구로부터 배기하는 공정
    을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 갖고,
    (a)에서는, 상기 처리실 내의 영역 중, 평면으로 보아 상기 제1 공급부와 상기 배기구를 연결하는 직선의 수직 이등분선으로 칸막이되는 상기 배기구측의 영역에 마련된 제3 공급부로부터 상기 처리실 내에 불활성 가스를 상기 기판의 회전 방향을 따라 상기 기판의 상기 배기구 부근의 에지측을 향해서 분출시켜 공급하는 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, (a)에서는, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을 제어함으로써, 상기 기판 상에 형성되는 상기 막의 면내 막 두께 분포를 조정하는, 기판 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제3 공급부는, 상기 제1 공급부보다도 상기 배기구에 가까운 위치에 배치되는, 기판 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제3 공급부와 상기 배기구 사이의 거리는, 상기 제1 공급부와 상기 배기구 사이의 거리보다도 짧은, 기판 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제3 공급부는, 상기 제2 공급부보다도 상기 배기구에 가까운 위치에 배치되는, 기판 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제3 공급부와 상기 배기구 사이의 거리는, 상기 제2 공급부와 상기 배기구 사이의 거리보다도 짧은, 기판 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제3 공급부는, 상기 제2 공급부보다도 상기 제1 공급부로부터 먼 위치에 마련되는, 기판 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제3 공급부와 상기 제1 공급부 사이의 거리는, 상기 제2 공급부와 상기 제1 공급부 사이의 거리보다도 긴, 기판 처리 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 공급부는, 상기 기판을 사이에 두고 상기 배기구와 대향하는 위치에 마련되는, 기판 처리 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 공급부는, 상기 제1 공급부에 인접해서 마련되는, 기판 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서, (a)에서는, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, 상기 제1 공급부로부터 공급하는 원료의 유량보다도 크게 하는, 기판 처리 방법.
  12. 제1항에 있어서, (a)에서는, 상기 제1 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, 상기 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량보다도 크게 하는, 기판 처리 방법.
  13. 제1항에 있어서, (a)에서는, 상기 제1 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, 상기 제1 공급부로부터 공급하는 원료 및 불활성 가스의 합계 유량보다도 크게 하는, 기판 처리 방법.
  14. 제1항에 있어서, (a)에서는, 상기 제2 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, 상기 제2 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량보다도 크게 하는, 기판 처리 방법.
  15. 제1항에 있어서, (b)에서는, 상기 제3 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, (a)에서 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을, (b)에서 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량보다도 크게 하는, 기판 처리 방법.
  16. 제1항에 있어서, (a)에서는 상기 원료를 상기 제1 공급부로부터 상기 기판의 측방으로부터 상기 기판에 대하여 공급함과 함께, 불활성 가스를 상기 제3 공급부로부터 상기 기판의 측방으로부터 상기 기판에 대하여 공급하는, 기판 처리 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 기판의 표면에는 오목부를 포함하는 패턴이 형성되어 있는, 기판 처리 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 반응체는 제1 반응체를 포함하고,
    상기 사이클은, (c) 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 제2 공급부로부터 상기 제1 반응체와는 분자 구조가 다른 제2 반응체를 공급하고, 상기 배기구로부터 배기하는 공정을, 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  19. (a) 처리실 내의 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 기판에 대하여 제1 공급부로부터 원료를 공급하고, 상기 기판을 사이에 두고 상기 제1 공급부와 대향하는 위치에 마련된 배기구로부터 배기하는 공정과,
    (b) 상기 처리실 내의 상기 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 기판에 대하여 제2 공급부로부터 반응체를 공급하고, 상기 배기구로부터 배기하는 공정
    을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 갖고,
    (a)에서는, 상기 처리실 내의 영역 중, 평면으로 보아 상기 제1 공급부와 상기 배기구를 연결하는 직선의 수직 이등분선으로 칸막이되는 상기 배기구측의 영역에 마련된 제3 공급부로부터 상기 처리실 내에 불활성 가스를 상기 기판의 회전 방향을 따라 상기 기판의 상기 배기구 부근의 에지측을 향해서 분출시켜 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 기판에 대한 처리가 행하여지는 처리실과,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 제1 공급부로부터 원료를 공급하는 원료 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 제2 공급부로부터 반응체를 공급하는 반응체 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판을 사이에 두고 상기 제1 공급부와 대향하는 위치에 마련된 배기구로부터 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와,
    상기 처리실 내의 영역 중, 평면으로 보아 상기 제1 공급부와 상기 배기구를 연결하는 직선의 수직 이등분선으로 칸막이되는 상기 배기구측의 영역에 마련된 제3 공급부로부터 상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판을 회전시키는 회전 기구와,
    (a) 상기 처리실 내의 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 기판에 대하여 상기 제1 공급부로부터 상기 원료를 공급하고, 상기 배기구로부터 배기하는 처리와, (b) 상기 처리실 내의 상기 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 기판에 대하여 상기 제2 공급부로부터 상기 반응체를 공급하고, 상기 배기구로부터 배기하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 막을 형성하는 처리를 행하게 하고, (a)에서는, 상기 제3 공급부로부터 상기 처리실 내에 불활성 가스를 상기 기판의 회전 방향을 따라 상기 기판의 상기 배기구 부근의 에지측을 향해서 분출시켜 공급하도록, 상기 원료 공급계, 상기 반응체 공급계, 상기 불활성 가스 공급계, 상기 배기계, 및 상기 회전 기구를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부
    를 갖는 기판 처리 장치.
  21. (a) 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 기판에 대하여 제1 공급부로부터 원료를 공급하고, 상기 기판을 사이에 두고 상기 제1 공급부와 대향하는 위치에 마련된 배기구로부터 배기하는 수순과,
    (b) 상기 처리실 내의 상기 기판을 회전시킨 상태에서, 상기 기판에 대하여 제2 공급부로부터 반응체를 공급하고, 상기 배기구로부터 배기하는 수순
    을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 막을 형성하는 수순과,
    (a)에서, 상기 처리실 내의 영역 중, 평면으로 보아 상기 제1 공급부와 상기 배기구를 연결하는 직선의 수직 이등분선으로 칸막이되는 상기 배기구측의 영역에 마련된 제3 공급부로부터 상기 처리실 내에 불활성 가스를 상기 기판의 회전 방향을 따라 상기 기판의 상기 배기구 부근의 에지측을 향해서 분출시켜 공급하는 수순
    을 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는, 컴퓨터 판독가능 기록매체에 기록된 프로그램.
KR1020217007707A 2018-10-31 2019-07-17 기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 KR102630574B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018205658 2018-10-31
JPJP-P-2018-205658 2018-10-31
PCT/JP2019/028018 WO2020090161A1 (ja) 2018-10-31 2019-07-17 半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210042980A KR20210042980A (ko) 2021-04-20
KR102630574B1 true KR102630574B1 (ko) 2024-01-30

Family

ID=70464390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217007707A KR102630574B1 (ko) 2018-10-31 2019-07-17 기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210202242A1 (ko)
JP (1) JP7055219B2 (ko)
KR (1) KR102630574B1 (ko)
CN (1) CN112655078B (ko)
SG (1) SG11202102590YA (ko)
WO (1) WO2020090161A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7236922B2 (ja) * 2019-04-26 2023-03-10 東京エレクトロン株式会社 熱処理装置、熱処理方法及び成膜方法
JP7446189B2 (ja) 2020-09-17 2024-03-08 東京エレクトロン株式会社 処理装置及び処理方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014082457A (ja) 2012-09-26 2014-05-08 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
WO2015045137A1 (ja) 2013-09-30 2015-04-02 株式会社日立国際電気 基板処理装置、基板処理方法および半導体装置の製造方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0969509A (ja) * 1995-09-01 1997-03-11 Matsushita Electron Corp 半導体ウェーハの洗浄・エッチング・乾燥装置及びその使用方法
US7515264B2 (en) * 1999-06-15 2009-04-07 Tokyo Electron Limited Particle-measuring system and particle-measuring method
JP2003077839A (ja) * 2001-08-30 2003-03-14 Toshiba Corp 半導体製造装置のパージ方法及び半導体装置の製造方法
JP4364670B2 (ja) 2004-02-24 2009-11-18 株式会社日立国際電気 Ａｌｄ装置
US7666773B2 (en) * 2005-03-15 2010-02-23 Asm International N.V. Selective deposition of noble metal thin films
JP2006303414A (ja) * 2005-03-23 2006-11-02 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理システム
JP4522329B2 (ja) * 2005-06-24 2010-08-11 株式会社Ｓｏｋｕｄｏ 基板処理装置
JP5658463B2 (ja) * 2009-02-27 2015-01-28 株式会社日立国際電気 基板処理装置及び半導体装置の製造方法
JP6128969B2 (ja) 2013-06-03 2017-05-17 株式会社日立国際電気 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
JP6568508B2 (ja) 2016-09-14 2019-08-28 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
KR102453245B1 (ko) * 2017-02-23 2022-10-07 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 컴퓨터 프로그램 및 처리 용기
JP6703496B2 (ja) 2017-03-27 2020-06-03 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014082457A (ja) 2012-09-26 2014-05-08 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
WO2015045137A1 (ja) 2013-09-30 2015-04-02 株式会社日立国際電気 基板処理装置、基板処理方法および半導体装置の製造方法
JP6084298B2 (ja) 2013-09-30 2017-02-22 株式会社日立国際電気 基板処理装置、基板処理方法および半導体装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112655078A (zh) 2021-04-13
SG11202102590YA (en) 2021-04-29
US20210202242A1 (en) 2021-07-01
KR20210042980A (ko) 2021-04-20
CN112655078B (zh) 2024-04-09
JP7055219B2 (ja) 2022-04-15
JPWO2020090161A1 (ja) 2021-09-02
WO2020090161A1 (ja) 2020-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102207020B1 (ko) 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램
KR102540741B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 프로그램 및 기판 처리 장치
KR102276870B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
KR102142813B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치, 및 프로그램
KR102630574B1 (ko) 기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
KR102308807B1 (ko) 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 및 프로그램
KR102643319B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치, 및 프로그램
WO2019207646A1 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
WO2019180805A1 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
JP7271485B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
JP2020077890A (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
JP2019195106A (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant