KR19990088207A - 매엽식씨브이디장치및방법 - Google Patents

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Abstract

매엽식 CVD 장치는, Ba(thd)2및 Sr(thd)2를 혼합한 제 1 처리 가스와, Ti(O-iPr)(thd)2또는 TiO(thd)2를 포함하는 제 2 처리 가스를 공급하면서, 반도체 웨이퍼 W 상에 BST 박막을 형성한다. Ba 및 Sr의 전구체는, Ti의 전구체에 비해서, 활성화 에너지가 낮고, 또한 반응성이 강하다. 제 1 및 제 2 처리 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드(32)는, 제 1 처리 가스를 분출하기 위한 제 1 분사 구멍(102A)의 군과, 제 2 처리 가스를 분출하기 위한 제 2 분사 구멍(102B)의 군을 갖는다. 제 2 분사 구멍(102B)의 군은, 이들 구멍의 직경이 샤워 영역(100) 내에서 중심으로부터 반경 방향 외측을 향하여 감소하도록 설정되고, 따라서 제 2 처리 가스의 분사량은 중심으로부터 반경 방향 외측을 향하여 감소한다.

Description

매엽식 씨브이디 장치 및 방법{SINGLE-SUBSTRATE-PROCESSING CVD APPARATUS AND METHOD}
본 발명은, 매엽식(Single-substrate-processing) CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)로서, 절연막, 고(高)유전체막 혹은 강(强)유전체막을 성장 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스를 제조할 때, 반도체 웨이퍼에 대하여 성막 처리나 패턴 에칭 처리가 반복적으로 실시된다. 성막 처리는 반도체 디바이스가 고밀도화 및 고집적화함에 따라서 그 사양이 해마다 엄격하게 되고 있다. 예를 들어, 캐패시터의 절연막이나 게이트 절연막과 같이 대단히 얇은 절연막 등에 대해서도 박막화, 높은 절연성이 한층 더 요구되고 있다.
이들 절연막으로서, 종래부터 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등이 이용되고 있다. 그러나, 최근, 절연 특성이 보다 양호한 재료로서, 금속 산화막, 예를 들면 산화 탄탈(Ta2O5)막이나, 2종 이상의 금속 원소를 포함하는 고 유전체막 혹은 강 유전체막, 예를 들면 (Ba, Sr)TiO3막, 즉 BST막을 형성하는 것이 제안되고 있다. 이러한 막은, MOCVD에 의해, 즉 유기 금속 화합물을 가스화하여 사용함으로써 성막할 수 있다.
CVD 성막을 실행하는 경우, 막 두께의 면내 균일성을 높이는 것은 양품률 향상 등의 측면에서 대단히 중요하다. 이 때문에, 처리 가스를 공급하는 샤워 헤드의 분사 구멍은 균일하게 분포하도록 배치되어, 웨이퍼 표면에 처리 가스가 균등하게 공급된다. SiO2나 TiN 등으로 대표되는 금속 혹은 반도체 재료를 1개 포함하는 2원소 재료 CVD 프로세스의 경우, 이러한 처리에 의해, 높은 막 두께의 면내 균일성을 확보할 수 있다.
그러나, 본 발명자 등의 실험에 의하면, BST 박막과 같은, 2종 이상의 금속원소를 포함하는 복합 재료의 성막을 실행하는 경우, 종래의 CVD 방법에서는 막 조성의 면내 균일성이 불량하게 되는 경우가 있는 것이 발견되고 있다. 막 두께의 면내 균일성과 마찬가지로, 각 금속 원소의 조성의 면내 균일성도 양품률 향상 및 전기적 특성 유지의 측면에 있어서 중요한 문제이다.
또한, MOCVD로 산화 탄탈막을 형성할 때, 예를 들어 탄탈 알콕시드를 포함하는 원료 가스와 산소 가스가 사용된다. 이 경우, 산화 탄탈막 중에는, 유기물인 CH3CHO 등의 반응 부생성물이 약간 혼입되어, 이에 따라 절연 내압 등의 막 특성이 열화해 버린다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 2종 이상의 금속 원소를 포함하는 복합 재료의 성막을 실행하는 경우, 막 조성의 면내 균일성을 높이는 것이 가능한 매엽식 CVD 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 별도의 목적은, CVD로 형성되는 막 중에 포함되는 반응 부생성물의 양을 감소시키는 것이 가능한 매엽식 CVD 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이들의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 특허 청구의 범위 제 1 항 내지 제 5 항에 기재된 구성을 갖는 매엽식 CVD 장치 및 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 CVD 장치를 나타내는 개략 구성도,
도 2는 도 1에 도시한 CVD 장치의 주요부를 나타내는 구성도,
도 3은 도 2에 도시한 CVD 장치의 샤워 헤드의 샤워 영역을 도시한 도면,
도 4는 도 2에 도시한 CVD 장치의 샤워 헤드로부터 분사된 처리 가스의 흐름과 조성의 변화를 도시한 도면,
도 5는 변경예에 관한 샤워 헤드를 나타내는 개략 단면도,
도 6은 본 발명 및 종래 방법에 의해 형성된 BST 박막에 있어서의 웨이퍼상의 위치와 Ti/(Ba+Sr)과의 관계를 나타내는 그래프,
도 7은 처리실 내의 가스 전체의 흐름을 도시한 도면,
도 8은 종래 방법에 의해 복합 재료 박막을 형성할 때의 처리 가스의 흐름과 조성의 변화를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 실시예 2에 관한 CVD 장치를 나타내는 구성도,
도 10은 도 9 중에 도시한 샤워 헤드의 하면을 나타내는 평면도,
도 11은 산화 탄탈막의 절연 내압의 평가 결과를 나타내는 그래프,
도 12a, 12b는 원료 가스(Ta(OC2H5)5:Pet)의 농도 분포의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면,
도 13a, 13b는 반응 부생성물(CH3CHO)의 농도 분포의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면,
도 14는 원료 가스의 농도 분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프,
도 15는 반응 부생성물의 농도 분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프,
도 16은 산화 탄탈막의 성막률의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.
도면의 부요 부분에 대한 부호의 설명
2 : 처리실 6 : 샤워 헤드
8 : 배기구 22, 44 : 펌프
24, 48 : 기화기 32 : 샤워 헤드
40, 50, 54, 56 : MFC 100 : 샤워 영역
102A : 제 1 분사 구멍 102B : 제 2 분사 구멍
본 발명자 등은, 본 발명의 개발의 과정에 있어서, BST막 등의 복수의 금속 원소를 포함하는 CVD막에 있어서의 막 조성 불균일의 원인에 대하여 조사하였다. 그 결과, 본 발명자 등은, 이하에 서술하는 바와 같은 지견(知見)을 얻었다.
복합 재료 박막을 CVD 프로세스로 형성하는 경우, 여러 종류의 처리 가스를 CVD 처리실 내로 공급하여, 웨이퍼 표면에서 동시에 성막 반응을 일으키게 할 필요가 있다.
그러나, 이들 원료 가스의 반응성이 반드시 동일 정도라고는 할 수 없다. 반응성이 약한 것과 강한 것을 혼합 상태에서 균일한 직경 분포를 갖는 분사 구멍으로부터 분사하여 웨이퍼의 표면에 공급하면, 막 조성의 면내 균일성이 저하한다.
특히, BST 박막을 웨이퍼 상에 형성하는 경우, 막 조성의 면내 균일성은, 성막 온도를 낮게 함과 동시에 불량하게 되어, 웨이퍼의 중심부로부터 에지(edge)를 향하여 Ti 과잉(Ti rich) 상태로 된다. 실제의 프로세스에 있어서는, 양호한 단차 피복성을 얻기 위해서, 성막은 저온 영역에서 실행되는 경향이 있다. 이 때문에, 막 조성의 면내 균일성 저하에 의해, 막 물성(物性)의 면내 균일성도 불량하게 된다.
본 발명자 등에 의한, BST-CVD 성막 메카니즘의 해석에 따르면, 성막 반응에 있어서의 Ti의 전구체(前驅體)의 활성화 에너지가 Ba 및 Sr의 전구체의 활성화 에너지보다 훨씬 높은 것이 판명되어 있다. 이 때문에, Ti의 저온에서의 성장 속도가 지연된다. 한편, (Ba, Sr)TiO3는 BaTiO3과 SrTiO3의 고용체(固溶體)로서, 그 화학량론비는 (Ba+Sr):Ti=1:1로 되지 않으면 안된다. 즉, CVD 프로세스에 의해 형성하는 경우, Ti의 성장 속도를 Ba 및 Sr의 성장 속도보다 높게 하고, Ba 및 Sr의 성장 속도의 합과 동등하게 할 필요가 있다. 이를 위해서는, Ti 원료 가스를 대폭 과잉으로 공급해야 한다.
또한, SiO2나 TiN 등으로 대표되는, 금속 혹은 반도체 재료를 1개 포함하는 2차원 재료 CVD 프로세스의 경우의 샤워 헤드와 웨이퍼 표면 사이에 있어서의, 가스의 흐름 및 농도 분포의 시뮬레이션에 의해, 본 발명자 등은 다음과 같은 현상을 발견하였다. 즉, 도 7에 도시하는 바와 같이 처리 가스를 처리실(2) 내로 도입할 때, 샤워 헤드(6)의 분사 구멍의 직경은 동등하기 때문에, 각 분사 구멍으로부터 나오는 가스의 유량은 동일하다. 샤워 헤드(6)로부터 웨이퍼 표면에 수직하게 향하는 방향으로는, 처리 가스는 흐름과 확산에 의해 웨이퍼 표면으로 보내어지고, 웨이퍼 표면에서 성막 반응을 행한다. 또한, 탑재대의 주위에 있는 배기구(8)로부터 내부 분위기는 배기되고 있기 때문에, 가스의 횡방향으로의 흐름도 있다. 결국, 처리실(2) 내의 가스 전체의 흐름은 도 7에 도시하는 바와 같이 된다. 단, 배기에 의한 횡방향으로의 흐름의 유량은, 샤워 헤드(6)의 에지 근방보다 중앙부로부터 공급된 가스쪽이 작다.
한편, 높은 성막 속도를 얻기 위해서는, 처리실 내에 대량의 원료 가스를 공급하여, 웨이퍼 표면의 가스 농도를 높게 할 필요가 있다. 그 결과, 웨이퍼 표면에 공급된 처리 가스가 모두 소비되는 일 없이, 일부 남겨진 미반응 처리 가스가, 웨이퍼 표면에 평행한 방향으로 웨이퍼의 외주에 흐르면서, 샤워 헤드(6)로부터 흘러내려오는 가스와 합류하여, 다시 성막 반응을 실행한다. 샤워 헤드(6)의 외주 부분의 분사 구멍으로부터 공급된 가스는, 배기에 의한 횡방향으로의 흐름이 크기 때문에, 그 위치에 대응하는 웨이퍼의 외주부 표면에 도달하는 가스량도 작아진다. 본래는, 웨이퍼 외주부의 성장 속도가, 웨이퍼의 중심부보다 지연되게 되지만, 중심부로부터 흘러 온 미반응의 처리 가스와 합류하기 때문에 가스 농도가 보충되어, 성막 속도가 떨어지지 않는다.
SiO2나 TiN 등의 2차원 재료의 경우, 웨이퍼의 표면에 균일한 원료 가스 농도와 균일한 온도를 유지할 수 있으면, 막 두께의 균일성도 얻어진다. 그러나, BST로 대표되는 것과 같은 복합 재료 박막의 경우, 막 두께의 면내 균일성 이외에, 원료 가스 조성의 균일성도 동시에 유지하지 않으면 안된다.
도 8은, Ba, Sr 및 Ti의 원료 가스를 미리 혼합하여, 샤워 헤드(6)의 분사 구멍(28)으로부터 일정한 비율로 처리실 내에 공급한 경우의 가스의 흐름과 조성의 변화를 도시한 도면이다. 도시한 바와 같이, 웨이퍼 W의 중앙부에서의 원료 가스 조성은 공급시와 마찬가지로 유지된다. 그러나, 각 금속의 전구체의 성막 반응 활성화 에너지가 다르기 때문에, 성막 속도 및 반응 전화율이 달라, 남겨진 미반응 가스의 조성이 변해 버린다. 결국, 그들 가스가 웨이퍼의 표면을 따라 에지측으로 흐르는 도중에, 샤워 헤드(6)로부터 흘러내려 오는 가스와 합류하면, 합류 후의 가스 조성도 변해 버린다. 따라서, 웨이퍼 주변부의 막 조성이 웨이퍼 중앙부의 막 조성과 달라지게 된다.
이 점에 대하여, 실제로 수치를 이용하여 설명한다. 도 8 중의 괄호 밖의 수치는 가스의 유량비를 나타내고, 괄호 안의 수치는 금속 원소의 조성비를 나타낸다. Ti의 전구체의 활성화 에너지는, Ba 및 Sr의 전구체의 활성화 에너지보다 훨씬 높아, 반응성이 낮다. 따라서, Ti의 성장 속도를 Ba 및 Sr의 배로 하기 위해서, 공급 가스의 비율에 관해서는 Ti 원료 가스를 과잉으로 공급한다. 또한, 저온으로 될수록, Ti의 성막 반응 속도가 보다 지연되어 Ti의 원료 가스의 과잉량이 커진다.
예를 들어, 처리 가스를 Ba:Sr:Ti=10:10:50(1:1:5)의 양 및 조성의 비로 샤워 헤드(6)로부터 웨이퍼에 공급하는 것으로 가정한다. 이 경우, 횡방향의 물질 이동(흐름과 확산에 의해)을 고려하면, 웨이퍼 중앙부 표면에 도달하는 가스의 양 및 조성의 비는 Ba:Sr:Ti=5:5:25(1:1:5)로 되어, 가스 농도가 떨어지지만 그 조성은 변하지 않는다. 또, 여기서는 웨이퍼 표면 부근 이외에는, 온도가 낮기 때문에, 분해 반응이 일어나고 있는 것으로 생각하기 어려워, 물질 이동을 실행하고 있는 것이 해리 전의 Ba, Sr 및 Ti의 원료 가스인 것으로 가정한다. 또한, Ba, Sr 및 Ti의 원료 가스의 분자량이 대략 동일하고, 분자 구조도 유사하기 때문에, 그들의 확산 계수는 동등한 정도이고, 횡방향으로의 각각의 확산과 흐름 속도도 동일한 것으로 가정한다.
웨이퍼 중앙부에서 생성한 막 조성의 비가 Ba:Sr:Ti=1:1:2로 되기 때문에, 웨이퍼 중앙부에서 일어나는 성막 반응에 소비된 가스량의 비가 가령 2:2:4인 것으로 하면, 남겨진 미반응 가스의 양 및 조성의 비는 Ba:Sr:Ti=3:3:21(1:1:7)로 된다. 이들 미반응 가스가 웨이퍼의 표면에 평행하게 외주부로 흘러 간다.
또한, 샤워 헤드(6)의 중앙부와 주변부 사이에 있는 분사 구멍(28)으로부터 흘러들어 오는 가스는, 횡방향으로의 흐름이 헤드 중앙부보다 강하다. 이 때문에, 웨이퍼 표면에 도달하는 가스는, 조성이 변하지 않지만, 그 양이 적어진다. 웨이퍼에 도달하는 가스의 양 및 조성의 비를 가령 Ba:Sr:Ti=3:3:15(1:1:5)로 하면, 합류한 가스의 양 및 조성의 비가 Ba:Sr:Ti=6:6:36(1:1:6)으로 된다. 이 결과, 웨이퍼 표면의 중앙부로부터 흘러들어 오는 가스의 보충에 의해, 가스의 양은 충분하지만, 그 조성이 변해 버린다. 가스의 조성이 공급되었을 때의 상태보다 Ti 리치 상태로 되어 있기 때문에, 이 부분에 있어서의 막 조성도 Ti의 비율이 증가하게 된다. 이러한 것이 웨이퍼 중앙부로부터 에지를 향하여 반복적으로 발생하기 때문에, 생성한 막의 조성이 웨이퍼의 외주부로 될수록, Ti 조성이 증대되어 버린다. 또한, 저온으로 할수록 Ti 원료 가스의 과잉량을 크게 할 필요가 있는 반면, Ti의 성장 속도가 지연되기 때문에, Ti의 비율 증가가 점점 커진다.
이하에, 이러한 지견에 근거하여 구성된 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조해 설명한다. 또, 이하의 설명에 있어서, 대략 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 부여하고, 중복 설명은 필요한 경우에만 하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 CVD 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 이 CVD 장치는, 예를 들면 알루미늄에 의해 통 형상으로 성형된 처리실(2)을 갖는다. 처리실(2) 내에는, 피(被)처리체로서의 반도체 웨이퍼 W를 탑재하는 탑재대(4)가 배치된다. 처리실(2)의 천정부에는 처리 가스를 내부로 도입하는 샤워 헤드(32)가 배치된다. 처리실(2)의 바닥부에는 사용된 가스를 배기하는 배기구(8)가 배치된다. 배기구(8)에는, 배기 가스로부터 부(副) 생성물을 제거하는 트랩(10) 및 처리실(2) 내 압력을 조정하는 압력 조정 밸브(12)가 배치된 배기 통로(14)가 접속된다. 배기 통로(14)를 거쳐 처리실(2) 내에는 진공 펌프(도시하지 않음)에 의해 진공된다.
실시예 1에 있어서, 복합 재료 박막으로서 (Ba, Sr)TiO3박막, 즉 BST 박막이 형성된다. Ba, Sr 및 Ti의 원료 가스로서, 이하에 예로 드는 물질을 각각 브틸 초산 혹은 THF(tetrahydrofuran) 용액에 녹여 사용한다. 즉, Ba를 위해, Ba(thd)2=bis(tetramethylheptanedionato)barium=Ba(C11H19O2)2를 사용한다. Sr을 위해, Sr(thd)2=bis(tetramethylheptanedionato)strontium=Sr(C11H19O2)2를 사용한다. Ti를 위해, Ti(O-iPr)2(thd)2=bis(isopropoxy)bis(tetramethylheptanedionato)titanium =Ti(C3H7O)2(C11H19O2)2혹은 TiO(thd)2=bis(tetramethylheptanedionato)oxotitanium= TiO(C11H19O2)2를 사용한다. 상기 원료 가스의 분해에 의해 얻어지는 Ba 및 Sr의 전구체의 활성화 에너지는 유사하면서 또한 Ti의 전구체의 활성화 에너지보다 낮고 반응성이 강하다. 따라서, 상기한 원료 중, Ba 및 Sr 원료 가스는 혼합하여 공급되고, Ti 원료 가스는 단독으로 공급된다. 또한, 산화 가스로서 산소(O2) 가스가, 캐리어 가스로서 아르곤(Ar) 가스가 아울러 공급된다.
액상의 Ba(thd)2, Sr(thd)2, 및 Ti(O-ipr)2(thd)2혹은 TiO(thd)2를 각각 저류(貯留)하기 위해서, 탱크(16, 18, 20)가 배치되고, 내부의 액체가 Ar 가스에 의해 압송된다. 또, 여기서는 Ti(O-iPr)2(thd)2가 사용되는 것으로 한다.
Ba 탱크(16) 및 Sr 탱크(18)로부터의 통로(34, 36)는 액체 펌프(22)에 접속된다. 양 탱크(16, 18)로부터의 원료액은 혼합되어, 샤워 헤드(32)에 접속되는 가스 통로(38) 내로 압송된다. 가스 통로(38)의 도중에는, 기화기(24)가 배치되고, 이것에 캐리어 가스로서 매스플로우(massflow) 콘트롤러(40)에 의해 유량 제어된 Ar 가스가 공급된다. 이에 따라 혼합 원료액이 기화되어 제 1 처리 가스가 형성된다. 또한, 가스 통로(38)에는, 기화 원료가 재액화(再液化)하는 것을 방지하기 위해서, 예를 들면 테이프 히터(26)가 권취되어, 통로(38) 내를 지나는 가스가 액화 온도 이상으로 따뜻하게 된다.
Ti 탱크(20)로부터의 통로(42)는 별도의 액체 펌프(44)에 접속된다. Ti 탱크(20)로부터의 원료액은 샤워 헤드(32)에 접속되는 가스 통로(46) 내로 압송된다. 가스 통로(46)의 도중에는 기화기(48)가 배치되고, 이것에 캐리어 가스로서 매스플로우 콘트롤러(50)에 의해 유량 제어된 Ar 가스가 공급된다. 이에 따라, Ti 원료액이 기화되어 제 2 처리 가스가 형성된다. Ti 원료 가스는 후술하는 바와 같이 샤워 헤드(32) 내에서는 다른 처리 가스와 혼합되지 않고, 처리실(2) 내로 분사되었을 때에 다른 처리 가스와 혼합된다(소위 포스트 믹스 공급).
가스 통로(46)에도, 기화 원료의 재액화를 방지하기 위해서 테이프 히터(52)가 권취된다.
또한, 샤워 헤드(32)에는, 별도로, 산화 가스로서 산소 가스를 Ar 가스와 함께 공급하기 위해서 통로(58)가 접속된다. 산소 가스 및 Ar 가스의 유량은 매스플로우 콘트롤러(54, 56)를 거쳐 각각 제어된다.
기화된 원료를 흘려 보내는 각 통로(38, 46)에는, 배기 통로(14)로 연장되는 바이패스 통로(60, 62)가 접속되어, 불필요한 가스가 처리실(2)을 거치는 일 없이 배기할 수 있다. 각 통로(38, 46, 60, 62)에는, 필요에 따라서 통로 내를 개폐하기 위한 개폐 밸브(64)가 배치된다.
원료액을 저류하는 각 원료 탱크(16, 18, 20)에는, 일정압의 아르곤 가스가 공급되어, 각각에 저류되는 액상의 Ba(thd)2, Sr(thd)2및 Ti(O-iPr)2(thd)2가 각각의 통로(34, 36, 42) 내를 압송된다.
Ba 원료액 및 Sr 원료액은, 유량 제어 기구를 겸한 액체 펌프(22)에 의해 혼합되면서 기화기(24)로 공급되어 기화된다. 기화된 Ba 및 Sr 원료 가스는 캐리어 가스로서의 Ar 가스와 혼합되고, 이 혼합 가스가 가스 통로(38)를 거쳐 샤워 헤드(32)로 공급된다.
Ti 원료액은, 통로(42)를 거쳐 유량 제어 기구를 겸한 액체 펌프(44)에 의해 기화기(48)에 공급되어, 기화된다. 기화된 Ti 원료 가스는 캐리어 가스로서의 Ar 가스와 혼합되어, 가스 통로(46)를 거쳐 샤워 헤드(32)에 공급된다.
샤워 헤드(32)에는, 산화 가스로서 산소 가스가 Ar 가스와 함께 필요량만큼 공급된다. 처리실(2) 내의 분위기는, 배기 통로(14)를 거쳐 진공되고, 압력 조정 밸브(12)에 의해 처리실(2) 내부가 소정의 압력으로 유지된다.
다음에, 도 2 및 도 3을 참조하여 CVD 장치의 주요부의 상세에 대하여 설명한다.
상술한 바와 같이 CVD 장치는, 예를 들어 알루미늄에 의해 통 형상으로 성형된 처리실(2)을 갖는다. 처리실(2)의 바닥부(66)에는, 중심에 급전선(給電線) 삽입 구멍(70)이 형성되고, 주변에 배기구(8)가 배치된다. 배기구(8)에는, 진공 펌프(도시하지 않음), 트랩(10) 및 압력 조정 밸브(12)가 배치된 배기 통로(14)가 접속된다.
처리실(2)의 측벽에는, 진공 가능하게 이루어진 로드록실(108)이 게이트 밸브(107)를 거쳐 접속된다. 반도체 웨이퍼 W는 로드록실(108)을 거쳐 처리실(2)에 대하여 반출입된다. 또한, 처리실(2) 및 로드록실(108)에는, 퍼지용 N2가스의 공급 기구(도시하지 않음)가 접속된다.
처리실(2) 내에는, 비도전성 재료, 예를 들면 알루미나(Al2O3)제 혹은 AlN제(製)의 원판 형상의 탑재대(4)가 배치된다. 탑재대(4)의 하면 중앙부에는 아래쪽으로 연장되는 중공 원통형의 레그부(68)가 일체적으로 형성된다. 레그부(68)의 하단은, 바닥부(66)의 급전선 삽입 구멍(70)의 주변부에, O링 등의 밀봉 부재(72)를 거쳐 볼트(74) 등에 의해 기밀하게 장착 고정된다. 따라서, 중공 레그부(68) 내는, 외측으로 개방되고, 처리실(2) 내에 대하여 기밀 상태로 된다.
탑재대(4)의 상부에는 텅스텐 등의 저항 발열체(76)가 매설되고, 탑재된 반도체 웨이퍼 W를 소망하는 온도로 가열할 수 있다. 탑재대(4) 상에는, 동판 등의 전극(78)을 매설한 얇은 세라믹제의 정전 척(80)이 배치된다. 정전 척(80)이 발생하는 쿨롱력에 의해, 이 상면에 웨이퍼 W가 흡착 유지된다.
정전 척(80)의 표면에 He 가스 등의 백사이드 가스(backside gas)를 흘려 보내는 것에 의해, 웨이퍼에의 열 전도성을 향상시키거나, 웨이퍼 이면으로의 성막을 방지할 수 있다. 또, 정전 척(80) 대신에 메카니컬 클램프를 이용하도록 하여도 좋다.
저항 발열체(76)에는, 절연된 급전용 리드선(82)이 접속된다. 리드선(82)은, 처리실(2) 내에 노출되는 일 없이 원통형의 레그부(68) 내 및 급전선 삽입 구멍(70)을 통하여 외부로 인출되어, 개폐 스위치(84)를 거쳐 급전부(85)에 접속된다.
정전 척(80)의 전극(78)에는, 절연된 급전용 리드선(86)이 접속된다. 리드선(86)도 처리실(2)내에 노출되는 일 없이 원통형의 레그부(68) 내 및 급전선 삽입 구멍(70)을 통하여 외부로 인출되어, 개폐 스위치(88)를 거쳐 고압 직류 전원(90)에 접속된다. 또, 웨이퍼를 가열하는 수단으로서 저항 발열체(76) 대신에, 할로겐 램프 등의 가열 램프를 이용하여 가열하도록 하여도 좋다.
탑재대(4) 주변부의 소정 위치에는, 복수의 구멍(92)이 상하 방향으로 관통하도록 형성되고, 구멍(92) 내에 승강 가능하도록 리프터 핀(94)이 배치된다. 웨이퍼 W의 반입 및 반출시에 리프터 핀(94)을 거쳐 승강 기구(도시하지 않음)에 의해 웨이퍼 W가 승강된다. 리프터 핀(94)은, 일반적으로는 웨이퍼 주연부에 대응시켜 3개 배치된다.
또한, 처리실(2)의 천정부에는, 샤워 헤드(32)가 일체적으로 마련된 천정판(96)이 O링 등의 밀봉 부재(98)를 거쳐 기밀하게 장착된다. 샤워 헤드(32)는 탑재대(4) 상면의 대략 전면을 덮도록 대향 배치된다. 샤워 헤드(32)와 탑재대(4) 사이에 처리 공간 PF가 형성된다. 샤워 헤드(32) 하면의 샤워 영역(100)에는, 가스를 분출하기 위한 다수의 분사 구멍(102A, 102B)이 형성된다.
샤워 헤드(32) 내는, Ba 및 Sr용 공간(32A)과 Ti용 공간(32B)의 2개로 분리 구획된다. Ba 및 Sr용 공간(32A)에 연통하는 포트(104)에는, 가스 통로(38)로부터 Ba 및 Sr 원료의 혼합 가스가 도입된다.
Ti용의 공간(32B)에 연통하는 포트(106)에는, 가스 통로(46)로부터 Ti 원료 가스가 도입된다. 산화 가스로서의 산소 가스나 Ar 가스는, 이들 공간(32A, 32B) 중 어느 한쪽, 혹은 쌍방에 도입된다. 분사 구멍(102A, 102B)은, Ba 및 Sr용 공간(32A)에 연통하는 분사 구멍(102A)과, Ti용 공간(32B)에 연통하는 분사 구멍(102B)의 2개의 군으로 이루어진다. 양 분사 구멍(102A, 102B)에서 분출된 양 원료 가스는 처리 공간 PF에서 혼합된다(소위 포스트 믹스 공급).
활성화 에너지가 낮고 반응성이 강한 전구체를 생성하는 처리 가스, 여기서는 Ba 및 Sr용 처리 가스의 분사 구멍(102A)은, 그 직경이 샤워 영역(100)의 대략 전면에 걸쳐 균일한 값, 예를 들면 1∼2㎜ 정도로 설정되고, 또한 균일하게 분산된다. 따라서, Ba 및 Sr용 처리 가스는, 각 분사 구멍(102A)으로부터 대략 균등하게 분사된다.
이에 반하여, 활성화 에너지가 높고 반응성이 약한 전구체를 생성하는 처리 가스, 여기서는 Ti용 처리 가스의 분사 구멍(102B)은, 균일하게 분산되지만, 그 직경이 샤워 영역(100)의 중심으로부터 반경 방향 외측을 향하여, 점차 작아지도록 설정된다. 따라서, Ti용 처리 가스는, 중심에서 다량으로 공급되고, 주변부으로 갈수록 그 공급량(가스 분사량)이 점차 적어지도록 분출된다.
또한, 도 3에 있어서는, Ba 및 Sr용 처리 가스의 분사 구멍(102A)은 사선의 원으로 표시되고, Ti용 처리 가스의 분사 구멍(102B)은 흰색 원으로 표시된다. Ti용 처리 가스의 분사 구멍(102B)의 직경 변화는, 성막시의 가스종(種)이나 프로세스 조건 등에 의존하여, 프로세스시의 웨이퍼 표면상에서의 처리 가스의 각 금속 원소의 조성비가, 높은 면내 균일성을 유지할 수 있도록 설정된다.
예를 들면 웨이퍼 사이즈가 8인치이고 성막 온도가 500℃ 정도일 때에는, Ba 및 Sr용 처리 가스의 분사 구멍(102A)의 직경 L1은 1∼2㎜ 정도로 일정하게 되고, Ti용 처리 가스의 분사 구멍(102B)의 헤드 중심부에서의 직경 L2는 1.5∼3.0㎜ 정도, 헤드 주변부에서의 직경 L3은 1∼2㎜ 정도이고, 반경 방향에 따라 순차적으로 변화해 간다. 또한, 프로세스 조건, 예를 들어 가스 유량, 압력에 따라서 L1, L3은 각각 1∼2㎜의 범위, L2는 1.5∼3.0㎜의 범위에서 변화시킨다. 또한, L2와 L3의 차는 1.0㎜ 이하로 한다. 또, 도시한 예에서는 각 분사 구멍(102A, 102B)이 동심원 형상으로 배열되지만, 이것에 한정되지 않고, 격자 형상 혹은 그 이외의 배열 상태로 배치하여도 좋다.
다음에, 실시예 1에 관한 CVD 장치에 있어서 실행되는 CVD 방법에 대하여 설명한다.
우선, 반도체 웨이퍼 W가, 로드록실(108)로부터 개방된 게이트 밸브(106)를 거쳐 처리실(2) 내로 반입되어 탑재대(4)상에 탑재된다. 웨이퍼 W는, 정전 척(80)으로부터 발생되는 쿨롱력에 의해 탑재대(4) 상에 흡착 고정되고, 또한 저항 발열체(76)에 의해 소정의 프로세스 온도, 예를 들면 400∼600℃로 가열 유지된다. 또한, 처리실(2)은, 진공되어 있는 상태에서, 처리 가스가 공급됨에 따라, 소정의 프로세스 압력, 예를 들면 0.1∼1Torr로 유지된다.
전술한 바와 같이, Ba 및 Sr을 포함하는 처리 가스는 포트(104)로부터 샤워 헤드(32)의 한쪽 공간(32A)으로 도입되어, 이 내부에서 확산된 후, 분사 구멍(102A)으로부터 처리 공간 PF를 향하여 분사된다. 이 때, 산화 가스(산소 가스)나 Ar 가스도 동시에 공간(32A)으로 공급되어 상기 처리 가스와 혼합 상태로 처리 공간 PF에 샤워 형상으로 분사된다. 분사 구멍(102A)은 그 직경이 모두 동일 직경으로 이루어지고, 또한 샤워 영역(100)에 대략 균등하게 배열되기 때문에, 단위 면적당 샤워 영역(100)으로부터는 대략 동일한 가스 분사량으로 Ba 및 Sr의 혼합 처리 가스가 분사된다.
이에 반하여, Ti를 포함하는 처리 가스는 포트(106)로부터 샤워 헤드(32)의 다른쪽 공간(32B) 내로 도입되고, 이 내부에서 확산된 후, 분사 구멍(102B)으로부터 처리 공간 PF를 향하여 분사된다. Ti 함유 처리 가스는 처리 공간 PF에서 Ba 및 Sr 함유 처리 가스와 혼합된다. 분사 구멍(102B)은, 그 직경이, 헤드 중심으로부터 반경 방향 외측을 향하여 점차 작아지기 때문에, 헤드 중심부의 분사 구멍(102B)으로부터의 가스 분사량은, 헤드 주변부의 분사 구멍(102B)의 가스 분사량보다도 많아진다.
이와 같이 반응성이 약한 Ti 함유 처리 가스는, 중심부에서 과잉으로 공급되지만, 반응성이 약하기 때문에, 반응에 의해 그다지 소비되지 않는다. 이 때문에, Ti 함유 처리 가스는 횡방향으로 흘러 웨이퍼 주변부에 서서히 확산에 의해 혹은 흐름에 의해 확산되어 간다. 주변부에서는 Ti 함유 처리 가스의 가스 분사량은 적어져 부족한 듯이 억제되지만, 상술한 바와 같이 중심부로부터 흘러 들어오는 Ti 리치의 처리 가스가 보충된다. 따라서, 웨이퍼 표면상의 분위기 가스 중의 각 금속 원소의 조성은 중심부와 주변부에서 대략 동일하게 된다. 이에 반하여, 웨이퍼 중심부에서의 성막과 웨이퍼 주변부에서의 성막에 포함되는 금속 원소의 조성을 대략 동일하게 할 수 있다. 또, 웨이퍼 표면상의 가스량도 중심부와 주변부에서는 그다지 변하지 않기 때문에, 성막의 막 두께 균일성도 높게 유지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예 1의 방법에 관한 실시예(S1)와 종래 방법에 관한 비교예(S2)와의 막 조성에 대하여 평가한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 6에 있어서 횡축은 웨이퍼상의 위치, 종축은 Ti의 (Ba+Sr)에 대한 비(상대값)를 나타낸다. 여기서, 종래 방법이란, Ba, Sr 및 Ti용 원료 가스를 모두 미리 혼합하여 샤워 헤드로부터 균일하게 공급하는 방법을 의미한다. 그 밖의 성막 조건은, 실시예 S1과 비교예 S2에 있어서 동일하게 하였다. 성막 조건은 다음과 같다.
웨이퍼 사이즈 : 8인치
웨이퍼 온도 : 480℃
성막 압력 : 0.5Torr
Ba(thd)2: 0.15㏖/L, 0.04㎖/min
Sr(thd)2: 0.15㏖/L, 0.04㎖/min
Ti(O-ipr)2(thd)2: 0.25㏖/L, 0.12㎖/min
캐리어 가스 Ar : 200sccm
O2: 3slm
도 6으로부터 명백한 바와 같이, 비교예 S2의 경우, 웨이퍼의 중심부로부터 주변부로 갈수록, 조성의 비율이 점차 높아져 있어, 전체적으로 막 조성의 면내 균일성이 열화되어 있다. 이에 반하여, 실시예 S1의 경우, 웨이퍼의 전면에 있어서 조성의 비율이 대략 일정하게 되어 있어, 막 조성의 면내 균일성이 양호하다.
실시예의 양호한 막 조성의 면내 균일성은, 상대적으로 반응성이 강한 전구체를 생성하는 처리 가스를 웨이퍼 전면에 균일하게 공급하고, 상대적으로 반응성이 약한 전구체를 생성하는 처리 가스를 웨이퍼 중심부에 많고, 웨이퍼 주변부에 적어지도록 공급함으로써 얻어진다. 이 경우, 웨이퍼 주변부에서는 반응성이 약한 처리 가스가 중심부로부터 흘러 나오는 동종의 가스에 의해 보충되게 되어, 복합 재료 박막의 막 두께 및 막 조성의 면내 균일성을 높게 할 수 있다.
도 4는 샤워 헤드로부터 분사된 처리 가스의 흐름과 조성의 변화를 도시한 도면이다. 도 4 중의 괄호 밖의 수치는 가스의 유량비를 나타내고, 괄호 안의 수치는 금속 원소의 조성비를 나타낸다.
샤워 헤드(32)의 중앙부에 있어서, Ba+Sr용 분사 구멍(102A)과 Ti용 분사 구멍(102B)으로부터의 가스의 양 및 조성의 비를 Ba:Sr:Ti=10:10:50(1:1:5)로 가정한다. 횡방향으로의 물질 이동에 의한 가스 유량의 손실을 50%로 하면, 웨이퍼 중앙 표면에 도달하는 가스의 양 및 조성의 비는 Ba:Sr:Ti=5:5:25(1:1:5)로 된다. 그 중, 가스의 양 및 조성의 비로 Ba:Sr:Ti=2:2:4(1:1:2)가 성막에 기여하여 소비되는 것으로 하면, 나머지 미반응 가스의 양 및 조성의 비는 3:3:21(1:1:7)로 된다. 이 미반응 가스는 웨이퍼 표면을 따라 외주부 방향을 향해 흐른다.
한편, 샤워 헤드(32)의 주변부에 있어서, Ti용 분사 구멍(102B)의 개구 면적을, 헤드 중심부에 대하여 2/5로 집중시켜 넣은 것으로 하면, 외주부에 있어서의 Ba+Sr용 분사 구멍(102A)과 Ti용 분사 구멍(102B)으로부터의 가스의 양 및 조성의 비는 Ba:Sr:Ti=10:10:20(1:1:2)로 된다. 외주부에 있어서의 횡방향의 가스 유량 손실은 중앙부보다 크기 때문에, 이 손실을 80%로 하면, 웨이퍼 외주 표면에 도달하는 가스의 양 및 조성의 비는 Ba:Sr:Ti=2:2:4(1:1:2)로 된다.
웨이퍼 외주부에 윗쪽으로부터 흘러들어 오는 가스와 중앙부로부터 흘러들어 오는 가스가 합류하면, 가스의 양 및 조성의 비는 Ba:Sr:Ti=5:5:25(1:1:5)로 되어, 웨이퍼 중앙부 표면의 그것과 같아진다. 다른 성막 조건이 웨이퍼 중앙부와 주변부에서 동일하면, 소비되는 가스의 양 및 조성의 Ba:Sr:Ti=2:2:4(1:1:2)로 실행된다. 즉, 웨이퍼의 중앙부와 주변부에서 동일하게 된다. 이러한 것이, 웨이퍼 중앙부로부터 외주부를 향하여 반복적으로 실행되게 되어, 대면적의 웨이퍼이더라도 막 두께 및 막 조성의 면내 균일성이 높은 성막을 실행하는 것이 가능해진다. 또, 웨이퍼 사이즈는 특별히 한정되는 것이 아니라, 6인치, 8인치, 12인치 사이즈의 어떠한 웨이퍼에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 도면에서는, 분사 구멍(102A, 102B)의 수는, 그다지 많이 기재되어 있지 않지만, 실제로는, 처리하는 웨이퍼의 크기에도 의존하는데, 수 백개 정도 배치된다. 따라서, 분사 구멍(102B)의 직경 변화의 형태는, 헤드 반경 방향을 따라 연속적으로 변화시키는 것이 아니라, 일정한 개수마다의 분사 구멍(102B)의 직경은 동일하게 설정하여, 스텝 형상으로 직경을 서서히 변화시키도록 하여도 좋다.
또한, 실시예 1에 있어서는, 가스 분사량을 변경하기 위하여, 분사 구멍(102B)의 직경을 변경하도록 하였지만, 도 5에 도시하는 바와 같이 분사 구멍(102B)의 밀도를 변경하도록 하여도 좋다. 도 5에 있어서, Ti용 분사 구멍(102B)의 직경은 헤드 전면에 있어서 동일하지만, 분사 구멍(102B)의 배열 밀도는 샤워 영역(100)의 중심으로부터 반경 방향 외측을 향하여, 점차 낮아지도록 설정된다. 이에 따라, Ti용 가스의 분사량을 헤드 중심부로부터 주변부로 감에 따라 점차 감소시킬 수 있다.
또한, 실시예 1에 있어서는, 산소 가스 및 Ar 가스를 Ba+Sr용 가스에만 혼입하였지만, Ti용 가스에만 혼입하여도 좋고, Ba+Sr용 가스 및 Ti용 가스의 쌍방에 혼입하여도 좋다. 또한, 샤워 헤드에 O2+Ar 가스 전용의 공간과 이에 대응하는 분사 구멍을 마련하여, 이들 분사 구멍으로부터 O2+Ar 가스를 처리 공간에 독립적으로 도입하도록 하여도 좋다. 이 경우, 유량 제어를 비교적 용이하게 할 수 있기 때문에, 특히 O2+Ar 가스의 공급량이 미량인 경우에 적합하다.
또한, 실시예 1에 있어서는, Ba 및 Sr의 전구체의 활성화 에너지가 유사하기 때문에, 양 금속 원소를 포함하는 가스를 미리 혼합한 상태로 처리실 사이에 공급하도록 하고 있다. 이에 따라, 액체 펌프나 기화기의 수를 감소할 수 있을 뿐만 아니라, 샤워 헤드의 공간수도 그 만큼 감소하여, 장치를 간략화할 수 있다. 그러나, Ba용 가스와 Sr용 가스를 위해, 별개의 전용 공간과 분사 구멍을 마련하여, 각각을 처리 공간에 독립적으로 도입하도록 하여도 좋다.
또한, 실시예 1에 있어서는, 복합 재료 박막으로서 BST 박막을 예로 들고 있지만, 본 발명은 Pb, Zr, Ti, O를 포함하는 PZT 박막을 형성하는 프로세스에도 적용할 수 있다. PZT는 Pb(납), Zr(지르코늄), Ti(티타늄)의 산화물로서, 페로브스카이트(perovskite) 구조의 결정 구조로 하면 강유전성을 나타낸다. PZT 박막을 본 발명을 적용한 MOCVD법에 의해 성막하는 경우, 예를 들어, 원료로서, Ti(iOPr)4=titanium tetraisopropoxide, Zr(OtBt)4=tetra-t-butyl zirconium, Pb(DPM)2=bis(tetramethylheptanedionato)lead를 사용하고, 산화 가스로서 NO2를 사용한다. 또, 성막 반응에 있어서 이들 원료로부터 얻어지는 Ti 및 Zr의 전구체는 Pb의 전구체에 비해서, 활성화 에너지가 높아 반응성이 약하다.
PZT 박막 중의 원소의 조성비는, Pb/(Ti+Zr)=1, 1<Ti/Zr으로 되도록 조정한다. 이 때, Ti/Zr비에 대해서는, 예를 들면, 1.2의 비를 목표로 하더라도, 웨이퍼 면내에서 일정한 오차내로 억제하는 것은 극히 어렵다. Pb, Zr, Ti용의 원료 가스를 혼합하여 공급하는 종래 방법에서는, 웨이퍼상에 있어서의 가스내의 Ti/Zr비의 면내 균일성을 ±2% 이하로 하는 것은 극히 곤란하다.
이에 반하여, 본 발명의 실시예 1에 있어서는, 샤워 헤드로부터 공급되는 원료를 Pb, Zr+Ti, NO2의 3종류로 나누어 공급한다. 이에 따라, Ti/Zr의 비를 목표값의 ±2% 이내로 공급할 수 있다. 따라서, 대구경의 웨이퍼에도 극히 균일한 조성의 PZT막을 형성하는 것이 가능하다. PZT막의 조성을 균일하게 함으로써, 강유전 특성이 균일하게 되어, 웨이퍼상에 양호한 장치를 작성할 수 있다.
또한, 실시예 1은, 마찬가지로 강유전체로서 주목받는 SBT 박막, 즉 Sr(스트론튬)Bi(비스머스)Ta(탄탈)의 산화물로 이루어지는 박막, 혹은 이것에 Nb(니오브)를 포함하는 박막에 대해서도, 박막 조성비의 면내 균일성을 높이기 위해서 적용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 관한 CVD 장치를 나타내는 구성도, 도 10은 도 9 중에 나타내는 샤워 헤드의 하면을 나타내는 평면도이다. 여기서는, 원료 가스인 탄탈 알콕시드:Ta(OC2H5)5와, 산화 가스인 O2가스를 사용하여, Ta2O5막을 형성하는 경우를 예로 들어 설명한다.
CVD 장치(114)는, 예를 들어 알루미늄에 의해 통 형상으로 성형된 처리실(116)을 갖는다. 처리실(116)의 바닥부(118)에는, 중심에 급전선 삽입 구멍(120)이 형성되고, 주변에 배기구(128)가 배치된다. 배기구(128)에는, 처리실(116)내를 진공 상태로 하기 위해서, 진공 펌프, 예를 들면 터보 분자 펌프(122) 및 드라이 펌프(124)를 갖는 진공 배기계(126)가 접속된다. 배기구(128)는, 바닥부(118)에 복수개, 예를 들면 등간격으로 동일 원주상에 4개 정도 배치된다. 각 배기구(128)는, 공통의 진공 배기계(126)에 접속된다.
처리실(116)의 측벽에는, 진공 가능하도록 이루어진 로드록실(196)이 게이트 밸브(198)를 거쳐 접속된다. 반도체 웨이퍼 W는 로드록실(196)을 거쳐 처리실(116)에 대하여 반출입된다. 또한, 처리실(116) 및 로드록실(196)에는, 퍼지용 N2가스의 공급 기구(도시하지 않음)가 접속된다.
처리실(116)내에는, 비도전성 재료, 예를 들면 알루미나제의 원판 형상의 탑재대(130)가 배치된다. 탑재대(130)의 하면 중앙부에는 아래쪽으로 연장되는 중공 원통형의 레그부(132)가 일체적으로 형성된다. 레그부(132)의 하단은 처리실 바닥부(118)의 급전선 삽입 구멍(120) 주변부에, O링 등의 밀봉 부재(134)를 거쳐 볼트(136) 등에 의해 기밀하게 장착 고정된다. 따라서, 중공 레그부(132) 내는, 외측으로 개방되고, 처리실(116)내에 대하여 기밀 상태로 된다.
탑재대(130)에는, 예를 들어, SiC에 의해 코팅된 카본제의 저항 발열체(138, 140)가 매립된다. 탑재대(130)의 온도는, 저항 발열체(138, 140)에 의해 2개소(2 zone)에서 제어되어, 탑재된 반도체 웨이퍼 W를 소망하는 온도로 가열할 수 있다.
저항 발열체(138, 140)에는, 절연된 급전용 리드선(144, 150)이 접속된다. 리드선(144, 150)은, 처리실(116)내에 노출되는 일 없이 원통형의 레그부(132) 내 및 급전선 삽입 구멍(120)을 통해 외부로 인출되어, 개폐 스위치(146, 152)를 거쳐 급전부(148, 154)에 접속된다. 또, 웨이퍼를 가열하는 수단으로서 저항 발열체(138, 140) 대신에, 할로겐 램프 등의 가열 램프를 이용하여 가열하도록 하여도 좋다.
탑재대(130)의 주변부의 소정 위치에는, 복수의 구멍(156)이 상하 방향으로 관통하도록 형성되고, 구멍(156) 내에 승강 가능하도록 리프터 핀(158)이 배치된다. 웨이퍼 W의 반입 및 반출시에 리프터 핀(158)을 거쳐 승강 기구(도시하지 않음)에 의해 웨이퍼 W가 승강된다. 리프터 핀(158)은 일반적으로는 웨이퍼 주연부에 대응시켜 3개 배치된다.
또한, 처리실(116)의 천정부에는, 샤워 헤드(160)가 일체적으로 마련된 천정판(162)이 O링 등의 밀봉 부재(164)를 거쳐 기밀하게 장착된다.
샤워 헤드(160)는 탑재대(130)의 상면의 대략 전면을, 혹은 이보다 넓게 덮도록 대향 배치된다. 샤워 헤드(160)와 탑재대(130) 사이에 처리 공간 PF가 형성된다. 샤워 헤드(160)의 하면의 샤워 영역(166)에는, 가스를 분출시키기 위한 다수의 분사 구멍(168, 170)이 형성된다.
샤워 헤드(160)내는, 원료 가스용 공간(172)과 산화 가스용 공간(174)의 2개로 분리 구획된다. 원료 가스용 공간(172)에 연통하는 포트(176)에는 버블링 장치(도시하지 않음)로부터 연장되는 원료 통로(178)로부터, 예를 들어 He 가스에 의해 버블링된 기화 상태의 Ta(OC2H5)5가 도입된다. 산화 가스용 공간(174)에 연통하는 산화 포트(179)에는, 가스 통로(180)로부터 O2가스가 도입된다. 분사 구멍(168, 170)은, 원료 가스용 공간(172)에 연통하는 분사 구멍(168)과, 산화 가스용 공간(174)에 연통하는 분사 구멍(170)의 2개의 군으로 이루어진다. 양 분사 구멍(168, 170)으로부터 분출된 원료 가스와 O2가스는 처리 공간 PF에서 혼합된다(소위 포스트 믹스 공급). 원료 통로(178)에는, 원료 가스의 재액화를 방지하기 위한 테이프 히터(182)가 권취되어, 통로(178) 내를 지나는 원료 가스가 액화 온도 이상으로 가열된다.
종래의 장치에 있어서, 원료 가스용 분출 구멍(168)과 산화 가스용 분사 구멍(170)은, 웨이퍼 W와 동일한 면적의 영역내, 혹은 그보다 약간 넓은 면적의 영역내에, 대략 균등하게 분포하도록 배치된다. 이에 반하여, 본 발명의 실시예 2에 관한 장치에 있어서는, 원료 가스용 분사 구멍(168)이 형성되는 영역의 면적이 작아지도록 설정된다. 즉, 도 10에 도시하는 바와 같이 산화 가스용 분사 구멍(170)은 웨이퍼 W와 동일 면적의 원형 영역(184W), 혹은 그보다 약간 넓은 면적의 영역에 대략 균등하게 분포하도록 배치된다. 그러나, 원료 가스용 분사 구멍(168)은 영역(184W)보다도 좁은 원형 영역(186)내에 대략 균일하게 분포하도록 배치된다.
분사 구멍(168)은, 막히는 것을 방지하기 위해, 대강 일정한 큰 직경 d1=0.8∼1.0㎜를 갖는다. 분사 구멍(170)은, 대강 일정한 작은 직경 d2=0.2∼0.3㎜를 갖는다. 각 분사 구멍(168, 170)의 단위 면적당 분포 밀도는, 각각 1개/㎠ 정도 및 1∼3개/㎠ 정도로 설정된다.
또, 원료 가스용 분사 구멍(168)의 형성 영역(186)의 면적은 종래 장치보다도 좁게 설정되지만, 종래 장치의 원료 가스와 동일 공급량으로 공급된다. 즉, 분사 구멍(168)으로부터의 원료 가스의 분사 속도는, 종래 장치보다도 빨라지게 된다.
샤워 헤드(160)의 측벽 내에는 냉각 자켓(190)이 배치되고, 여기에, 예를 들면 60℃ 정도의 온수가 냉매로서 공급된다. 이에 따라, 샤워 헤드(160)의 벽면이, 원료 가스가 액화하지 않고, 또한 열분해하지 않는 온도, 예를 들면 140∼175℃ 정도로 유지된다. 또, 이 샤워 헤드(160)와 탑재대(130) 사이의 거리는 대략 10∼30㎜ 정도로 설정된다.
또한, 처리실(116)의 측벽내에도 냉각 자켓(192)이 배치되고, 여기에, 예를 들어 60℃ 정도의 온수가 냉매로서 공급된다. 이에 따라, 처리실(116)의 측벽면이, 원료 가스가 액화하지 않고, 또한 열분해하지 않는 온도, 예를 들면 140∼170℃ 정도로 유지된다.
다음에, 실시예 2에 관한 CVD 장치에 있어서 실행되는 CVD 방법에 대하여 설명한다.
우선, 반도체 웨이퍼 W가, 로드록실(196)로부터 개방된 게이트 밸브(198)를 거쳐 처리실(116)내로 반입되어 탑재대(130) 상에 탑재된다. 웨이퍼 W는, 탑재대(130) 상에서 저항 발열체(138, 140)에 의해 소정의 프로세스 온도로 가열 유지된다. 또한, 처리실(116)은, 진공되어 있는 상태로, 처리 가스가 공급됨에 따라, 소정의 프로세스 압력으로 유지된다.
원료 가스로서, 액상의 유기 화합물인 Ta(OC2H5)5가 He 가스로 버블링되어, 기화 상태로 공급된다. 그 공급량은, 성막률에도 의존하지만, 예를 들면 수 ㎎/min 정도로 대단히 소량이다. 원료 가스는, 샤워 헤드(160)의 공간(172)으로 일단 흘러 들어온 다음, 샤워 영역(166)에 배치된 직경이 큰 분사 구멍(168)으로부터 처리 공간 PF로 공급된다.
한편, 산화 가스인 O2가스는, 샤워 헤드(160)의 공간(174)으로 일단 흘러 들어온 다음, 샤워 영역(166)에 배치된 직경이 작은 분사 구멍(170)으로부터 처리 공간 PF로 공급된다. 원료 가스 및 O2가스는, 처리 공간 PF에서 혼합되어 반응하여, 웨이퍼 표면 상에 산화 탄탈(Ta2O5)막을 퇴적 형성한다. 이 때, CH3CHO 등의 반응 부(副)생성물이 생성된다.
또, 예를 들어 8인치 사이즈의 웨이퍼 처리의 경우, 성막 프로세스 압력은, 0.2∼0.3Torr 정도, 프로세스 온도는 250∼450℃ 범위내, 예를 들면 40℃로 설정된다. 원료 가스의 공급량은 15㎎/min, He 가스의 공급량은 300sccm, O2가스의 공급량은 1000sccm 정도로 설정된다.
실시예 2에 있어서는, 분사 구멍(168)의 형성 영역(186)의 면적이 좁게 된 분만큼 분사 구멍(168)으로부터의 원료 가스의 분사 속도가 높아진다. 이에 따라, 원료 가스가 도중에 열분해되는 일 없이 웨이퍼면에 도달하여 웨이퍼 W의 표면의 바로 위에 있어서의 원료 가스의 농도를 높일 수 있고, 또한 이 부분에 있어서의 반응 부생성물의 가스 농도를 저하시키는 것이 가능해진다. 이와 같이 웨이퍼면의 바로 위에 있어서의 CH3CHO 등의 반응 부생성물의 농도가 낮아지면, 이것이 성막중에 취입될 확률이 적어져, 이 막의 절연 내압 특성을 향상시킬 수 있다.
분사 구멍(168)의 형성 영역(186)의 직경 D1과 웨이퍼 W와 동일 면적의 영역(184W)의 직경 D2와의 비 D1/D2는 5/8∼7/8의 범위내로 되도록 설정된다. 이 비가 5/8보다도 작으면, 원료 가스 분사 속도가 더욱 상승하여 처리 공간 PF의 중심부에서의 원료 가스 농도가 너무 높아지게 된다. 그 결과, 웨이퍼 중심부에서의 금속 산화막의 막 두께가 너무 두껍게 되어, 웨이퍼의 막 두께의 면내 균일성이 열화한다. 또한 반대로, 상기 비가 7/8보다 커서 종래 장치의 구성에 접근하면, 반응 부생성물의 혼입을 충분히 피할 수 없어, 금속 산화막의 절연 내압 특성이 열화해 버린다.
또, 단순히 원료 가스의 분사 속도를 높이는 것 뿐이라면, 원료 가스의 공급압을 높이는 등의 방법이면 되지만, 이 경우, 원료 가스의 공급량이 대폭 증가하기 때문에, 그것에 부수하여 다른 가스, 예를 들면 버블링용 He 가스나 O2가스의 공급량도 증대하지 않으면 안된다. 특히, 웨이퍼 사이즈가 12인치인 경우, 모든 가스의 증가량이 상당히 많아지기 때문에 현실적이지 않다.
도 11은 본 발명의 방법에 관한 실시예(S11) 및 종래 방법에 관한 비교예(S12)의 산화 탄탈막의 절연 내압에 대하여 평가한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 11에 있어서 횡축은 실효 막 두께 ET, 종축은 절연 내압 BV를 나타낸다. 여기서, 종래 방법이란, 원료 가스 및 산화 가스가, 모두 웨이퍼와 동일한 면적의 영역(도 10의 영역(184W))내에 균등하게 분포하도록 배치된 분사 구멍으로부터 공급되는 방법을 의미한다. 그 밖의 성막 조건은, 실시예 S11과 비교예 S12에서 동일한 것으로 하였다. 성막 조건은 다음과 같다.
웨이퍼 사이즈 : 6인치
웨이퍼 온도 : 450℃
성막 압력 : 0.225Torr
Ta(OC2H5)5: 15㎎/min
캐리어 가스 He : 250sccm
O2: 1000sccm
분사 구멍(168) : D1=4.5in내(실시예), D2=6in내(비교예)
분사 구멍(170) : D2=6in내(실시예, 비교예)
도 11로부터 명백한 바와 같이, 막 두께에 관계없이, 비교예 S12보다도 실시예 S11 쪽이 높은 절연 내압을 나타내어, 특성이 양호하였다. 특히, 실시예 S11의 절연막은 실효 막 두께가 2.3㎚ 정도로 대단히 얇은 경우에도 높은 절연 특성을 나타낸다.
다음에, 본 발명 장치 및 종래 장치의 샤워 헤드 하방의 원료 가스 및 반응 부생성물의 농도 분포를 시뮬레이션에 의해 평가한 결과에 대하여 설명한다. 본 발명 장치에 있어서는, 8인치 웨이퍼에 대하여 분사 구멍(168)이 D1=6in의 영역(186)내, 분사 구멍(170)이 D2=8in의 영역(184W)내에 균등하게 배치되어 있는 것으로 하였다. 종래 장치에 있어서는, 8인치 웨이퍼에 대하여 분사 구멍(168) 및 분사 구멍(170)이 D2=8in인 영역(184W)내에 균등하게 배치되어 있는 것으로 하였다. 도 12a, 12b는 각각 본 발명 장치 및 종래 장치에 있어서의 원료 가스(Ta(OC2H5)5:Pet)의 농도 분포를 나타낸다. 도 13a, 13b는 각각 본 발명 장치 및 종래 장치에 있어서의 반응 부생성물(CH3CHO)의 농도 분포를 나타낸다.
도 12a, 12b로부터 명백한 바와 같이, 원료 가스에 대해서는, 샤워 헤드(160)로부터 웨이퍼 W의 면 위로 향하는 것에 따라서, 농도는 점차 저하한다. 도 12a에 나타내는 본 발명 장치의 경우, 웨이퍼 W의 바로 위에 있어서의 원료 가스의 농도는 1.8∼1.9×10-6㏖/㎥ 정도인 데 반하여, 도 12b에 나타내는 종래 장치의 경우 1.7∼1.8×10-6㏖/㎥ 정도이다. 즉, 본 발명 장치 쪽이, 분사된 원료 가스 중, 보다 많은 원료 가스가 도중에 분해되는 일 없이 웨이퍼면상에 도달하는 것을 알 수 있다.
도 13a, 13b로부터 명백한 바와 같이, 반응 부생성물에 대해서는, 샤워 헤드(160)로부터 웨이퍼 W의 면 위로 향하는 것에 따라서, 농도는 점차 높아지게 된다. 도 13a에 나타내는 본 발명 장치의 경우, 웨이퍼 W의 바로 위에 있어서의 반응 부생성물의 농도는 50∼60×10-6㏖/㎥ 정도인 데 반하여, 도 13b에 나타내는 종래 장치의 경우 75∼85×10-6㏖/㎥ 정도이다. 즉, 본 발명 장치 쪽이, 원료 가스의 분사 속도가 빠르기 때문에, 반응 부생성물의 배제 효율이 높아지는 것을 알 수 있다.
다음에, 원료 가스용 분사 구멍(168)의 형성 영역의 직경 D1(도 10 참조)을 여러가지로 변경하여 시뮬레이션을 실행한 결과에 대하여 도 14 내지 도 16을 참조하여 설명한다. 또, 사용 웨이퍼는 8인치 웨이퍼이고, 산화 가스용 분사 구멍(170)의 형성 영역의 직경 D2는 8인치로 하였다. 도 14 내지 도 16에 있어서, 각 곡선 A∼L에 대응하여 기재된 수치 중, 좌측의 수치는 분사 구멍(168)의 형성 영역 D1의 직경(인치)을 나타내고, 우측의 수치는 웨이퍼, 즉 분사 구멍(170)의 형성 영역 D2의 직경(인치)을 나타낸다. 따라서, 예를 들어 (8-8)의 경우, 종래 장치의 샤워 헤드를 나타내고, (6-8)의 경우에는 본 발명 장치의 전형예를 나타낸다.
도 14는 웨이퍼면상에 있어서의 원료 가스(Ta(OC2H5)5:Pet)의 농도 분포를 나타낸다. 도 14로부터 명백한 바와 같이, 웨이퍼 중심으로부터 80㎜∼100㎜의 범위내에서 급격히 원료 가스의 농도가 저하한다. 또한, 웨이퍼 중심∼80㎜의 사이에서는, 종래 장치를 나타내는 곡선 D(8-8)는 원료 가스의 농도가 낮아 양호하지 않다. 이에 반하여, 곡선 C, B, A의 순으로, 즉 직경 D1이 작아질수록, 웨이퍼면의 바로 위에 있어서의 원료 가스 농도가 높게 되어 양호한 결과를 나타낸다.
도 15는 웨이퍼면상에 있어서의 반응 부생성물(CH3CHO)의 농도 분포를 나타낸다.
종래 장치를 나타내는 곡선 E(8-8)에 있어서는 전체적으로 반응 부생성물의 농도는 70×10-7㏖/㎥ 이상으로 되어 높아, 그다지 양호하지 않다. 이에 반하여, 본 발명에 관한 곡선 F∼H에서는 웨이퍼 주변부에서부터 중심부에 걸쳐 농도는 6.0×10-7㏖/㎥ 이하로 작다. 또한, 곡선 F∼H의 순서로 반응 부생성물의 농도가 점차 작아지고, 웨이퍼 주변부에서 농도가 점차 높아진다. 따라서, 직경 D1(도 10 참조)이 작아질수록, 원료 가스의 분사 속도가 커져, 웨이퍼 중심부 및 주변부에서의 반응 부생성물을 배제하는 효과가 증대되는 것을 알 수 있다.
도 16은 웨이퍼면내의 산화 탄탈막의 성막률을 나타낸다. 이 그래프로부터 명백한 바와 같이, 종래 장치를 나타내는 곡선 L(8-8)의 경우, 성막률은 웨이퍼 중심부에서 1.10㎚/min, 웨이퍼 주변부에서 0.95㎚/min이다.
웨이퍼 중심부와 주변부 사이의 성막률은 작아, 바람직하다. 이에 반하여, 본 발명 장치를 나타내는 곡선 K∼I는, 전술한 바와 같이 원료 가스 농도가 웨이퍼 중심부에서 높아지기 때문에, 곡선 K∼I의 순서로 웨이퍼 중심부에서의 성막률이 높아지게 된다.
가장 성막률이 큰 곡선 I의 경우, 중심부의 성막률이 1.20㎚/min으로 된다.
그러나, 곡선 I의 경우에도, 웨이퍼 주변부의 성막률인 0.95㎚/min과의 차가 0.25㎚/min이다. 이 정도의 차는, 막 두께의 면내 균일성을 그다지 열화시키지 않으며, 허용 범위 이내이다. 단, 더 이상, 웨이퍼 중심부와 주변부의 성막률차가 커지면, 막 두께의 면내 균일성이 열화하여 바람직하지 못하다. 따라서, 이상의 결과로부터 도 10에 있어서의 직경 D1과 D2와의 비 D1/D2는 5/8∼7/8의 범위 내로 설정할 필요가 있으며, 바람직하게는 6/8 정도로 설정하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
또, 상술한 시뮬레이션은 8인치 사이즈의 웨이퍼를 예로 들어 설명하였지만, 이 직경의 비 D1/D2의 적용 범위는 웨이퍼 사이즈에 관계없이, 12인치 사이즈, 6인치 사이즈 혹은 그 이외 사이즈의 웨이퍼를 처리하는 경우에도 적용할 수 있다.
또, 실시예 2에서는, 산화 가스로서 O2를 이용하였지만, 이것에 한정되지 않고, O3, NO2, NO, 기화 상태의 알콜 등을 이용하여도 무방하다. 또한, 실시예 2는, TiN, WN 등의 금속 질화막, 혹은 Pt, Ru, Ir, Ti 등의 금속막을 성막하는 경우에도 적용할 수 있다. 이 경우, 금속 함유 원료 가스로서 착체 화합물(錯體化合物)인 tris(pentanedionato)iridium=(C5H7O2)3Ir, tetrakis(diethylamido)titanium=[(CH3CH2)2N]4Ti, bis(cyclopentadienyl)ruthenium=(C5H5)2Ru, methylcyclopentadienyl(trimethyl)olatinum=(CH3C3H4)(CH3)3Pt 등을 이용하는 것이 가능하다.
또한, 실시예 1에서 설명한 BST막이나 PZT막 등을 실시예 2의 컨셉트(concept)를 이용하여 형성하는 것이 가능하다.
예를 들어, BST막의 경우, 좁은 영역내(186)(도 10 참조)로부터, Ba(thd)2및 Sr(thd)2를 포함하는 제 1 처리 가스와, Ti(O-iPr)(thd)2또는 TiO(thd)2를 포함하는 제 2 처리 가스를 공급하고, 넓은 영역(184W)(도 10 참조)으로부터 산화 가스로서, 예를 들어 NO2를 포함하는 제 3 처리 가스를 공급한다. 여기서, 또한 실시예 1의 컨셉트를 이용하는 것이 가능하며, 제 1 및 제 2 처리 가스를 서로 다른 분출 구멍으로부터 공급하는, 즉 제 1 처리 가스를 가스 분출량이 전체에 걸쳐 균일하게 되도록 분사 구멍(102A)(도 3 참조)으로부터 공급하고, 제 2 처리 가스를 가스 분출량이 반경 방향 외측을 향하여 감소하도록 분사 구멍(102B)(도 3 참조)으로부터 공급할 수 있다.
또한, PZT막의 경우, 좁은 영역내(186)(도 10 참조)로부터, Pb(DPM)2를 포함하는 제 1 처리 가스와, Ti(iOPr)4및 Zr(OtBt)4를 포함하는 제 2 처리 가스를 공급하고, 넓은 영역(184W)(도 10 참조)으로부터는 산화 가스로서, 예를 들어 NO2를 포함하는 제 3 처리 가스를 공급한다. 여기서, 또한 실시예 1의 컨셉트를 이용하는 것이 가능하고, 제 1 및 제 2 처리 가스를 서로 다른 분출 구멍으로부터 공급하는, 즉 제 1 처리 가스를 가스 분출량이 전체에 걸쳐 균일하게 되도록 분사 구멍(102A)(도 3 참조)으로부터 공급하고, 제 2 처리 가스를 가스 분출량이 반경 방향 외측을 향하여 감소하도록 분사 구멍(102B)(도 3 참조)으로부터 공급하는 것이 가능하다.
이상, 본 발명이 바람직한 실시예에 대하여, 첨부 도면을 참조하면서 설명하였지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주에서, 당업자라면, 각종 변경예 및 수정예에 생각이 미칠 수 있는 것으로서, 그들 변경예 및 수정예에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
본 발명에 따르면, 2종 이상의 금속 원소를 포함하는 복합 재료의 성막을 실행하는 경우, 막 조성의 면내 균일성을 높일 수 있는 매엽식 CVD 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, CVD로 형성되는 막 중에 포함되는 반응 부생성물의 양을 감소시킬 수 있는 매엽식 CVD 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims (5)

  1. 제 1 및 제 2 금속 원소를 각각 포함하는 제 1 및 제 2 처리 가스를 공급하면서, 피처리 기판상에 상기 제 1 및 제 2 금속 원소를 포함하는 박막을 형성하기 위한 매엽식 CVD 장치―상기 제 1 처리 가스의 분해에 의해 얻어지는 상기 제 1 금속 원소의 전구체는, 상기 제 2 처리 가스의 분해에 의해 얻어지는 상기 제 2 금속 원소의 전구체에 비해서, 활성화 에너지가 낮고, 또한 반응성이 강함―에 있어서,
    기밀(氣密)한 처리실과,
    상기 처리실 내에 배치된 상기 피처리 기판을 탑재하기 위한 탑재대와,
    상기 처리실 내를 배기하기 위한 배기계와,
    상기 처리실 내에 상기 제 1 및 제 2 처리 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드를 갖는 공급계―상기 샤워 헤드는, 상기 탑재대에 대향하는 샤워 영역상에, 상기 제 1 처리 가스를 분출하기 위한 제 1 분사 구멍의 군과, 상기 제 2 처리 가스를 분출하기 위한 제 2 분사 구멍의 군을 포함하고, 상기 공급계는, 상기 제 1 처리 가스의 분사량이 상기 샤워 영역내에서 실질적으로 균일한 한편, 상기 제 2 처리 가스의 분사량이 상기 샤워 영역내에서 중심으로부터 반경 방향 외측을 향하여 감소하도록 설정됨―
    를 포함하는 매엽식 CVD 장치.
  2. 제 1 및 제 2 금속 원소를 각각 포함하는 제 1 및 제 2 처리 가스를 공급하면서, 피처리 기판상에 상기 제 1 및 제 2 금속 원소를 포함하는 박막을 형성하는 매엽식 CVD 방법―상기 제 1 처리 가스의 분해에 의해 얻어지는 상기 제 1 금속 원소의 전구체는, 상기 제 2 처리 가스의 분해에 의해 얻어지는 상기 제 2 금속 원소의 전구체에 비해서, 활성화 에너지가 낮고, 또한 반응성이 강함―에 있어서,
    기밀한 처리실 내의 탑재대상에 상기 피처리 기판을 탑재하는 공정과,
    상기 처리실 내를 배기하면서, 상기 탑재대에 대향하는 샤워 영역으로부터 상기 처리실내로 상기 제 1 및 제 2 처리 가스를 공급함으로써, 상기 피처리 기판상에 상기 박막을 형성하는 공정―상기 제 1 처리 가스의 분사량은 상기 샤워 영역내에서 실질적으로 균일한 한편, 상기 제 2 처리 가스의 분사량은 상기 샤워 영역내에서 중심으로부터 반경 방향 외측을 향하여 감소하도록 설정됨―
    을 포함하는 매엽식 CVD 방법.
  3. 금속 원소를 포함하는 제 1 처리 가스와 상기 금속 원소와 화합시키기 위한 비(非)금속 원소를 포함하는 제 2 처리 가스를 공급하면서, 피처리 기판상에 상기 금속 원소를 포함하는 박막을 형성하기 위한 매엽식 CVD 장치에 있어서,
    기밀한 처리실과,
    상기 처리실 내에 배치된 상기 피처리 기판을 탑재하기 위한 탑재대와,
    상기 처리실 내를 배기하기 위한 배기계와,
    상기 처리실 내에 상기 제 1 및 제 2 처리 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드를 갖는 공급계―상기 샤워 헤드는, 상기 탑재대에 대향하는 샤워 영역상에, 상기 제 1 처리 가스를 분출하기 위한 제 1 분사 구멍의 군과, 상기 제 2 처리 가스를 분출하기 위한 제 2 분사 구멍의 군을 포함하고, 상기 제 1 분사 구멍의 군은, 상기 샤워 영역에 대향하는 상기 피처리 기판의 면적보다도 실질적으로 작은 면적의 제 1 범위내에 분포하도록 배치되고, 상기 제 2 분사 구멍은 상기 피처리 기판의 면적과 실질적으로 동일 또는 그보다 큰 면적이면서 또한 상기 제 1 범위와 동심(同心) 형상의 제 2 범위내에 분포하도록 배치됨―
    를 포함하는 매엽식 CVD 장치.
  4. 금속 원소를 포함하는 제 1 처리 가스와 상기 금속 원소와 화합시키기 위한 비금속 원소를 포함하는 제 2 처리 가스를 공급하면서, 피처리 기판상에 상기 금속 원소를 포함하는 박막을 형성하기 위한 매엽식 CVD 방법에 있어서,
    기밀한 처리실 내의 탑재대상에 상기 피처리 기판을 탑재하는 공정과,
    상기 처리실 내를 배기하면서, 상기 탑재대에 대향하는 샤워 영역으로부터 상기 처리실 내에 상기 제 1 및 제 2 처리 가스를 공급함으로써, 상기 피처리 기판상에 상기 박막을 형성하는 공정―상기 제 1 처리 가스는, 상기 샤워 영역에 대향하는 상기 피처리 기판의 면적보다도 실질적으로 작은 면적의 제 1 범위로부터 공급되고, 따라서, 상기 제 1 처리 가스는, 소정의 유량을 확보하기 위해서, 상기 피처리 기판의 면적과 동일한 면적의 영역으로부터 공급되는 경우에 설정되는 분출 속도보다도 높은 분출 속도로 공급되며, 상기 제 2 처리 가스는 상기 피처리 기판의 면적과 실질적으로 동일 또는 그보다 큰 면적이면서 또한 상기 제 1 범위와 동심 형상의 제 2 범위로부터 공급됨―
    을 포함하는 매엽식 CVD 방법.
  5. 금속 원소를 포함하는 제 1 및 제 2 처리 가스와 상기 금속 원소와 화합시키기 위한 비금속 원소를 포함하는 제 3 처리 가스를, 미리 혼합하지 않은 상태로 공급하면서, 피처리 기판상에 상기 금속 원소를 포함하는 박막을 형성하기 위한 매엽식 CVD 방법에 있어서,
    기밀한 처리실 내의 탑재대상에 상기 피처리 기판을 탑재하는 공정과,
    상기 처리실내를 배기하면서, 상기 탑재대에 대향하는 샤워 영역으로부터 상기 처리실내에 상기 제 1, 제 2 및 제 3 처리 가스를 공급함으로써, 상기 피처리 기판상에 상기 박막을 형성하는 공정―상기 제 1 및 제 2 처리 가스는, 상기 샤워 영역에 대향하는 상기 피처리 기판의 면적보다도 실질적으로 작은 면적의 제 1 범위로부터 공급되고, 따라서, 상기 제 1 및 제 2 처리 가스는, 소정의 유량을 확보하기 위해서, 상기 피처리 기판의 면적과 동일한 면적의 영역으로부터 공급되는 경우에 설정되는 분출 속도보다도 높은 분출 속도로 공급되며, 상기 제 3 처리 가스는 상기 피처리 기판의 면적과 실질적으로 동일 혹은 그것보다 큰 면적이면서 또한 상기 제 1 범위와 동심 형상의 제 2 범위로부터 공급됨―
    을 포함하는 매엽식 CVD 방법.
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