KR20080012379A - 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

성막레이트가 빠르고, 생산성이 높은 반도체 장치의 제조방법 및 기판처리장치를 제공한다. 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과, 처리실 내에 액체원료를 기화한 원료 가스의 기판 상에의 흡착을 돕기 위한 흡착 보조 가스를 공급하여 기판 상에 흡착시키는 공정과, 처리실 내에 원료 가스를 공급하여 기판 상의 흡착 보조 가스와 반응시켜 기판 상에 흡착시키는 공정과, 처리실 내에 반응 가스를 공급하여 기판 상에 흡착한 원료 가스와 반응시키는 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 기판 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하는 공정과, 박막 형성 후의 기판을 처리실 내로부터 반출하는 공정을 갖는다.
흡착보조가스, 원료가스, 반응가스

Description

반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치{Process for Production of Semiconductor Device and Apparatus for Treatment of Substrate}
이 발명은, 기판 상에 박막, 예를 들면 도전성 금속막 등의 박막을 형성하기 위한 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
도전성 금속막 등의 박막을 구비한 반도체 장치로서, 예를 들면 DRAM의 캐패시터(capacitor)가 있다.
DRAM의 캐패시터는, 미세화에 따른 축적 전하 용량을 확보하기 위해, 하부 전극막 또는 상부 전극막의 금속화의 연구가 활발화하고 있다. 예를 들면, 하부 전극막 또는 상부 전극막의 재료로서는, Ru, Pt, Ir의 귀금속 또는 그 산화물이 후보로 되어 있다. 또한, 배리어 메탈(barrier metal)막의 재료로서는, TiN, TaN 등이 사용된다.
또한, 캐패시터의 전극 형상은, 높은 애스팩트비(aspect ratio)의 실린더형이 주류가 되어 있다. 그 때문에, 하부 전극막, 상부 전극막, 배리어 메탈막을 포함한 모든 막이, 단차(段差) 피복성이 뛰어나야 할 필요가 있다.
이와 같은 사정으로부터, 성막의 방법으로서, 종래의 스퍼터링(sputtering)법이 아니라, 단차 피복성이 뛰어난 CVD(chemical vapor deposition)법이 사용되고 있다. 특히, 유기 금속 액체 원료와, 산소 함유 가스, 수소 함유 가스 또는 질소 함유 가스와의 반응이 이용되고 있다.
상술한 CVD법에 있어서 단차 피복성을 향상시키기 위해서는, 저온화는 불가피하다. 그러나, 저온화에 의해 유기 액체 원료 중의 탄소나 산소가 불순물로서 박막 중에 많이 남아 있어, 박막의 전기 특성을 열화 시킨다는 문제가 있었다. 또한, 성막 후의 열처리에 의하여, 불순물이 가스 이탈하여 막이 벗겨지는 문제가 있었다. 아울러, 몇 가지 유기 액체 원료에 있어서는 인큐베이션 타임(incubation time)이 증대하여, 생산성이 떨어진다는 문제가 있었다.
그 때문에, 소위 ALD(Atomic Layer Deposition) 법이 이용되고 있다. ALD법에서는, 유기 액체 원료를 기화한 원료 가스만을 기판에 공급하여 흡착시킨 후, 플라즈마(plasma)에 의해 여기한 수소 또는 암모니아 가스 등의 반응 가스를 기판에 공급하여 박막을 생성하는 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수회 반복함으로써 원하는 두께의 박막을 형성한다. 그러나, ALD법에서는 높은 성막 레이트를 얻기 어렵고, 생산성이 저하하기 쉽다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 성막 레이트가 빠르고, 생산성이 높은 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 한 형태에 따르면, 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과, 상기 처리실 내에 액체 원료를 기화시킨 원료 가스의 상기 기판 상에의 흡착을 돕기 위한 흡착 보조 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상의 흡착 보조 가스와 반응시켜 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키는 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 상기 기판 상에 원하는 막두께(膜厚)의 박막을 형성하는 공정과, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정을 가지는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과, 상기 처리실 내에 액체 원료를 기화한 원료 가스의 배위자(配位子, ligand)를 분해하는 배위자 분해 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상의 상기 배위자 분해 가스와 반응시켜 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키는 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 상기 기판 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하는 공정과, 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과, 상기 처리실 내에 산소 원자를 포함하는 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 액체 원료를 기화한 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상에의 상기 산소 원자를 포함하는 가스와 반응시켜 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 산소 원자를 포함하지 않는 반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키는 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 상기 기판 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하는 공정과 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과, 상기 처리실 내에 액체 원료를 기화한 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키는 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 상기 기판 상에 소정 막두께의 박막을 형성하는 초기 성막 공정과, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스의 상기 기판 상에 흡착을 돕기 위한 흡착 보조 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상에 상기 흡착 보조 가스와 반응시켜 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 상기 반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키는 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 초기 성막 공정에 의해 형성한 상기 소정 막두께의 박막 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하는 본 성막 공정과, 상기 원하는 막두께의 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 액체 원료를 기화한 원료 가스를 공급하기 위한 원료 가스 공급 라인과, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하기 위한 반응 가스 공급 라인과, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스의 상기 기판 상의 흡착을 돕기 위한 흡착 보조 가스를 공급하기 위한 흡착 보조 가스 공급 라인과, 상기 처리실 내에 상기 흡착 보조 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시킨 후, 상기 원료 가스를 상기 처리실 내에 공급하여 상기 기판 상에 상기 흡착 보조 가스와 반응시켜 상기 기판 상에 흡착시키고, 그 후 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키고, 이를 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 상기 기판 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하도록 제어하는 컨트롤러를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
도 1은 실시예 1에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 한 공정으로서의 기판 처리 공정을 나타내는 도면.
도 2는 실시예 2에 따른 반도체 장치의 제조 공정의 한 공정으로서의 기판 처리 공정을 나타내는 도면.
도 3은 실시예 3에 따른 반도체 장치의 제조 공정의 한 공정으로서의 기판 처리 공정을 나타내는 도면.
도 4는 실시예 1부터 3에 있어서 공통으로 사용한 본 발명의 하나의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성예를 나타내는 개략도.
도 5는 본 발명의 하나의 실시 형태를 실시할 때의 성막 메커니즘을 예시하는 도로서, (a)는 원료 가스의 흡착을 보조하는 흡착 보조 가스를 기판 표면에 공급하여 흡착시키는 모양을 나타내고, (b)는 원료 가스를 기판 표면에 공급하여 흡 착 보조 가스와 반응시켜 기판 상에 흡착시키는 모양을 나타내며, (c)는 반응 가스를 기판 표면에 공급하여 원료 가스와 반응시키는 모양을 나타내고, (d)는 1 사이클이 종료한 후의 기판 표면의 모양을 나타내는 도면.
도 6은 종래의 ALD법을 실시할 때의 성막 메커니즘을 예시하는 도로서, (a)는 기판 표면에 원료 가스를 공급하여 흡착시키는 모양을 나타내고, (b)는 기판 표면에 반응 가스를 공급하여 원료 가스와 반응시켜 성막 하는 모양을 나타내며, (c)는 1 사이클로 기판 표면에 생성되는 박막의 모양을 나타내는 도면.
도 7은 종래의 ALD법과 본 발명의 하나의 실시 형태와의 성막 레이트의 차이를 나타내는 도로서, (a)는 종래의 ALD법에 따르는 성막의 모양을 나타내는 도이고, (b)는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 성막의 모양을 나타내는 도.
도 8은 실시예 1부터 3에 있어서 형성한 하부 전극막, 상부 전극막을 구비한 DRAM의 캐패시터 부분의 단면도.
<부호의 설명>
1 : 실리콘 기판 5 : 처리실
15 : 원료 가스 공급 라인 29 : 반응 가스 공급 라인
30 : 흡착 보조 가스 공급 라인 60 : 컨트롤러
Ru : 루테늄 원자 h1 : 배위자
h2 : 배위자
(A) 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 성막 메커니즘
상술한 바와 같이, 종래의 ALD법에서는, 원료 가스를 기판에 공급하여 흡착시킨 후, 반응 가스를 기판에 공급하여 박막을 생성하는 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복함으로써 원하는 두께의 박막을 형성하고 있다. 그러나, 종래의 ALD법에서는, 특히, 반응 가스로서 플라즈마에 의해 여기한 수소 가스나 암모니아 가스를 사용하는 경우, 각 사이클에 있어서 반응 가스가 기판의 표면을 청정화하기 때문에, 이에 의하여 다음 사이클에 있어서 원료 가스의 기판 표면(생성된 박막의 표면)에의 흡착이 일어나기 어려워져, 성막 레이트가 저하한다는 문제가 있다는 것을 발명자가 발견했다. 따라서 발명자는, 이에 관련된 지식을 바탕으로, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
이하, 본 발명의 실시예를 설명하기 전에, 명확하게 하기 위해, 본 발명의 하나의 실시 형태에 있어서 반도체 장치 제조 방법의 하나의 공정으로서의 기판 처리 공정과, 이 성막 메커니즘에 대하여, 도 5를 사용해 설명한다. 참조하는 도면에 있어서, 도 5는, 본 발명의 하나의 실시 형태를 실시할 때의 성막 메커니즘을 예시하는 도로서, (a)는 원료 가스의 흡착을 보조하는 흡착 보조 가스를 기판 표면에 공급하여 흡착시키는 모양을 나타내고, (b)는 원료 가스를 기판 표면에 공급하여 흡착 보조 가스와 반응시켜 기판 상에 흡착시키는 모양을 나타내며, (c)는 반응 가스를 기판 표면에 공급하여 원료 가스와 반응시키는 모양을 나타내고, (d)는 1 사이클이 종료한 후의 기판 표면의 모양을 나타낸다.
(1) 기판을 반입하는 공정
먼저, 처리실에 기판을 반입한다. 여기에서 처리실이란, 그 내부에 기판을 격납하고, 기판을 격납한 상태에서 처리실 내에 후술하는 각종 가스를 충전하거나, 또는 배기할 수 있는 밀폐 용기 등을 말한다. 처리실에 격납되는 기판의 표면은, 예를 들면, 처리실 내부에 설치된 히터 등을 사용하여 소정 온도로 승온(昇溫)할 수 있도록 되어 있다. 한편, 본 발명의 하나의 실시 형태에 있어서는, 처리 대상의 기판으로서, 예를 들면, 표면에 SiO2 막이 형성되어 있는 실리콘 기판(1)을 사용하는 것으로 한다.
(2) 원료 가스의 기판 상의 흡착을 돕기 위한 흡착 보조 가스를 공급하는 공정
뒤이어, 원료 가스의 기판 상의 흡착을 돕기 위한 흡착 보조 가스를, 기판을 격납한 처리실 내에 공급한다. 한편, 흡착 보조 가스의 공급 전에, 처리실 내를 배기하고 처리실 내의 분위기를 질소 가스 등의 불활성 가스로 치환해 둔다. 또한, 처리실 내의 압력을 소정 압력으로 조정하고, 기판의 온도를 소정 온도로 승온해 둔다.
여기에서, 원료 가스란, 액체 원료를 기화시킴으로써 얻어지는 가스를 말한다. 액체 원료는, 용도에 따라 여러 가지 종류로부터 적의 선택할 수 있다. 예를 들면, DRAM의 캐패시터를 제조할 때에는, 하부 전극막 또는 상부 전극막용으로서 Ru, RuO2, Pt, Ir, IrO2 등을 포함하는 액체 원료를 사용할 수 있다. 또한, 배리어 메탈막용으로서는, Ti, N, TaN 등을 포함하는 액체 원료를 사용할 수 있다.
구체적으로는, 하부 전극막 또는 상부 전극막용의 액체 원료로서 Ru(C2H5C5H4)2 (bisethylcyclopentadienyl ruthenium), Ru(C5H5)(C4H9C5H4)(butylruthenoscene), Ru[CH3COCHCO(CH2)3 CH33 tris(2,4-octandionato) ruthenium, Ru(C2H5C5H4)(CH3)C5H5 (2,4-dimethylpentadienyl)(ethylcyclopentadienyl) ruthenium, Ru(C7H8)(C7H11O2) 등의 유기 액체 금속을 사용할 수 있다.
또한, 배리어 메탈막용의 액체 원료로서 Ti[(OCH(CH3)2)4, Ti(OCH2CH3)4, Ti[N(CH3)2]4, Ti[N(CH3CH2)2]4, Ta(C2H5O)5 등의 유기 액체 금속을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 하나의 실시 형태에 있어서는, 원료 가스로서 Ru(C2H5C5H4)(CH3)C5H5를 기화시킨 가스(이하, DER 가스라고 한다)를 사용하는 것으로 한다. DER 가스의 가스 분자는, 루테늄 원자(Ru)와, 루테늄 원자(Ru)에 각각 결합하고 있는 배위자(h1)(C2H5C5H4) 및 배위자(h2)(CH3)C5H5로 구성되어 있다.
한편, 흡착 보조 가스로서는, 원료 가스의 배위자를 분해하는 배위자 분해 가스를 사용할 수 있다. 원료 가스의 배위자를 분해하는 가스로서는, 예를 들면, 산소 가스(O2), 수증기(H2O), 또는 수산기 래디컬(OH*) 등의 산소 원자(O2)를 포함한 가스를 사용할 수 있다. 본 발명의 하나의 실시 형태에 있어서는, 흡착 보조 가스로서, 산소 가스를 사용하는 것으로 한다.
상술한 바와 같이, 처리실 내에 산소 가스를 공급하면, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 산소 원자(O) 또는 산소 분자(O2)가, 실리콘 기판(1) 상의 SiO2막의 댕글링 본드(dangling bond)와 결합하던지, SiO2막 표면에 물리적으로 흡착하고 있는 상태가 된다.
(3) 원료 가스를 공급하는 공정
뒤이어, 처리실 내에, 원료 가스로서의 DER 가스를 공급한다. 한편, DER 가스의 공급 전에는, 처리실 내를 배기하여 잔류 가스를 제거하든지, 처리실 내의 잔류 가스를 질소 가스 등의 불활성 가스에 치환해 둔다.
처리실 내에 DER 가스를 공급하면, DER 가스 분자는, 실리콘 기판(1)의 표면에 형성된 SiO2막이하, 표면에 형성된 막도 포함하여 단지 실리콘 기판(1)이라고도 한다에 흡착하고 있는 산소 원자 또는 산소 분자와 용이하게 반응하여 분해하고, 도 5(b)에 나타내는 상태가 된다.
즉, 실리콘 기판(1)에 흡착하고 있는 산소 원자 또는 산소 분자는, DER 가스 분자의 루테늄 원자(Ru)로부터 배위자(h1) 및 배위자(h2) 중 적어도 어느 한쪽을 뗀다. 따라서, 한쪽의 배위자가 떨어진 DER 가스 분자나 양쪽의 배위자가 떨어지고 남겨진 루테늄 원자(Ru)는 실리콘 기판(1) 상의 SiO2막과 화학 흡착한다.
한편, 루테늄 원자(Ru)로부터 떼어진 배위자(h1) 및 배위자(h2)는, 다시 산소와 반응하여 분해하고, 예를 들면 H2O나 CO2 등의 휘발성 물질을 생성한다. 그리 고, 루테늄 원자(Ru)로부터 떨어진 배위자(h1) 또는 (h2)가 분해할 때에 생성하는 탄소(C)는, 실리콘 기판(1) 상에 부생성물로서 흡착한다.
상술한 액체 원료를 기화한 원료 가스에 있어서, DER 가스는, Ru(C2H5C5H4)2 [bisethylcyclopentadienyl ruthenium가스. 이하 Ru(EtCp)2가스라고 한다]보다 불안정하여 분해하기 쉽다. 즉, 루테늄 원자(Ru)로부터 배위자가 떨어지기 쉽고, 한쪽의 배위자가 떨어진 원료 가스나 루테늄 원자(Ru)가 기판에 흡착하기 쉽다. 바꾸어 말하면, DER 가스는, Ru(EtCp) 가스보다 반응성이 높고, 특히 ALD법에 따르는 성막에 있어서 원료 가스로서 사용했을 경우에 빠른 성막 레이트를 얻기 쉽다.
(4) 반응 가스를 공급하는 공정
뒤이어, 반응 가스를 처리실 내에 공급한다. 반응 가스의 공급 전에, 처리실 내를 배기하여 잔류 가스를 제거하든지, 처리실 내의 잔류 가스를 질소 가스 등의 불활성 가스로 치환해 둔다.
여기에서, 반응 가스란, 실리콘 기판(1) 상에 흡착한 DER 가스와 반응하여 박막을 생성함과 동시에, 실리콘 기판(1) 상의 표면을 청정화하는 가스를 말한다. 청정화란, 실리콘 기판(1)에 흡착한 산소를 제거하든지, 실리콘 기판(1)에 흡착한 산소를 산소 이외의 것과 치환하든지, 실리콘 기판(1)에 흡착한 탄소를 제거하든지, 또는 실리콘 기판(1)에 흡착한 원료 가스 자체를 제거하는 것을 말한다. 여기에서, 실리콘 기판(1)에 흡착한 원료 가스 자체를 제거하는 것이란, 실리콘 기판(1) 상에 분해하지 않고 흡착하고 있는 DER 가스 분자를 실리콘 기판(1) 상으로 부터 제거하는 것을 의미한다.
반응 가스로서는, 산소 원자(O)를 포함하지 않고 수소 원자(H)를 포함하는 가스(이하, 수소 함유 가스라고 한다), 질소 원자(N)를 포함하는 가스(이하, 질소 함유 가스라고 한다)를 플라즈마에 의해 활성화한 가스를 사용할 수 있다. 수소 함유 가스 및 질소 함유 가스의 종류는, 원료 가스의 종류 등에 따라 적절히 선택할 수 있어, 예를 들면, 수소 가스(H2) 또는 암모니아 가스(NH3)를 사용할 수 있다. 특히, 상술한 청정화 작용에는, 수소 래디컬(H*), 수소(H2), 원자상의 수소(H) 등의 수소 함유 물질이 크게 기여하고 있다고 생각된다.
또한, 플라즈마에 의해 활성화한 수소 함유 가스에 아르곤을 첨가함으로써, 수소 래디컬의 라이프 타임(life time)을 연장시키는 것이 유효한 경우가 있다. 또한, 플라즈마 여기만으로서 원료 가스가 분해하는 경우에는, 반응 가스로서 아르곤 가스를 사용할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시 형태에 있어서는, 반응 가스로서 플라즈마 여기된 암모니아 가스와 아르곤의 혼합 가스를 사용하고 있다.
반응 가스를 공급하면, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(1)의 표면은 반응 가스에 의해 청정화된다. 즉, 부생성물로서 실리콘 기판(1)에 흡착하고 있던 탄소(C)는, 반응 가스에 포함된 활성 수소와 반응하여, 예를 들면 메탄(CH4) 등의 휘발성 물질로 변환되어 탈리한다. 또한 실리콘 기판에 흡착하고 있던 한쪽의 배위자가 떨어진 DER 가스 분자 중 일부는, 나머지 배위자가 떨어져, 루테늄 원 자(Ru)가 된다. 그리고, 나머지 배위자가 떨어지지 않은 DER 가스 분자와 루테늄 원자(Ru)만이 실리콘 기판(1) 상의 SiO2막에 흡착하고 있는 상태가 된다. 이 청정화 작용에 의하여, 형성되는 루테늄 박막 중에 불순물이 잔류하는 것을 방지하여, 루테늄 박막의 전기 특성을 향상시키거나 또는 루테늄 박막의 실리콘 기판(1)에의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
반응 가스를 공급한 후에는, 처리실 내를 배기하든지, 처리실 내를 질소 가스 등의 불활성 가스로 치환한다. 상술한 (2)부터 (4)까지의 공정에서 생성된 루테늄 박막의 모양을 도 5(d)에 나타낸다. 한편, 이 상태에서는, 실리콘 기판(1) 상에 루테늄 원자(Ru)만이 아니라, 한쪽의 배위자가 떨어지지 않은 DER 가스 분자도 다소 흡착하고 있으나, 이 떨어지지 않고 남은 배위자는, 다음의 사이클의 (2)의 공정에서 공급되는 산소 가스와 반응함으로써 떨어지게 된다. 이와 같이, 처리실 내에, 산소 가스, DER 가스, 반응 가스를 각각 순차로 공급함으로써, 처리실 내에서의 가스 반응이 억제되어, 실리콘 기판(1) 상에 단차 피복성이 좋게 성막 할 수 있다.
(5) 반복 공정
따라서, 상술한 (2)부터 (4)까지의 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 실리콘 기판(1) 상에 원하는 막두께의 루테늄 박막을 형성한다. 한편, 상기에 있어서는, 1 사이클에 의한 루테늄 박막의 성막 행위를 '생성'이라고 표현하고, 이 사이클을 복수 회 반복함으로써 원하는 막두께의 루테늄 박막의 성막 행위를 '형성'이라고 표현하고 있다.
(6) 기판을 반출하는 공정
원하는 막두께의 루테늄 박막을 형성한 후에, 실리콘 기판(1)을 처리실 내로부터 반출하여, 기판 처리 공정을 완료한다.
(B) 종래의 ALD법에 따르는 성막 메커니즘
뒤이어, 본 발명의 하나의 실시 형태와 비교하기 위해, 종래의 ALD법에 의한 기판 처리 공정과 이 성막 메커니즘에 대하여, 도 6을 사용하여 설명한다.
참조하는 도면에 있어서, 도 6은 종래의 ALD법을 실시할 때의 성막 메커니즘을 예시하는 도이며, (a)는 기판 표면에 원료 가스를 공급하여 흡착시키는 모양을 나타내고, (b)는 기판 표면에 반응 가스를 공급하여 원료 가스와 반응시켜 성막 하는 모양을 나타내며, (c)는 1 사이클로 기판 표면에 생성되는 박막의 모양을 나타낸다.
본 발명의 하나의 실시 형태와 종래의 ALD법은, 처리실 내에 원료 가스의 기판 상에의 흡착을 돕기 위한 가스를 공급하지 않는다는 점이 다르다.
(1) 원료 가스를 공급하는 공정
먼저, 처리실 내에 실리콘 기판(1)을 격납하고, 원료 가스로서의 DER 가스를 공급한다. DER 가스의 공급 전에는, 처리실 내를 배기하든지, 처리실 내의 분위기를 질소 가스 등의 불활성 가스로 치환해 둔다.
처리실 내에 DER 가스를 공급함으로써, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, DER 가스 분자는 분해하지 않고 실리콘 기판(1) 상의 SiO2막에 물리 흡착한다.
(2) 반응 가스를 공급하는 공정
뒤이어, 처리실 내를 배기하여 반응 가스를 공급한다. 반응 가스를 공급하기 전에는, 처리실 내의 잔류 가스를 배기하든지, 처리실 내의 잔류 가스를 질소 가스 등의 불활성 가스로 치환해 둔다.
처리실 내에 반응 가스를 공급하면, 실리콘 기판(1)의 표면은 반응 가스에 의해 청정화 되어 도 6(b)에 나타내는 상태가 된다. 즉, 플라즈마로 여기된 암모니아 가스가 함유하는 활성 수소 또는 질소의 청정화 작용에 의해, SiO2막 상에 물리 흡착하고 있던 DER 가스 분자의 대부분이 제거되어 버린다. 또한, 실리콘 기판(1)에 산소가 흡착하고 있는 경우에는, 그 산소는 제거되든지, 산소 이외의 것과 치환된다. 그리고, 미량의 DER 가스 분자만이 분해되어 극히 적은 루테늄 원자(Ru)가 실리콘 기판(1) 상의 SiO2막과 화학 흡착한다. 이 때, 배위자(h1) 및 배위자(h2)는 수소와 결합하여 휘발성 물질을 생성한다.
뒤이어, 처리실 내를 배기하면, 도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(1)의 표면은 청정화되어 있고, 미량의 루테늄 원자(Ru)만이 실리콘 기판(1)에 화학 흡착하고 있는 상태가 된다.
(3) 반복 공정
그 후에는, 상술한 (1)부터 (3)까지의 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 실리콘 기판(1) 상에 원하는 막두께의 루테늄 박막을 형성한다.
(4) 기판을 반출하는 공정
원하는 막두께의 루테늄 박막을 형성 후에, 실리콘 기판(1)을 처리실 내로부터 반출하고, 기판 처리 공정을 완료한다.
(C) 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 효과
이상에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 하나의 실시 형태에 의하면, 각 사이클에 있어서 DER 가스를 공급하기 전에, 실리콘 기판(1)의 표면에 산소 가스를 미리 흡착시키고 있다. 그 때문에, 실리콘 기판(1)에 DER 가스를 공급하면 DER 가스 분자로부터 배위자(h1) 및 배위자(h2)가 분해하기 쉽고, 한쪽의 배위자가 떨어진 DER 가스 분자나 루테늄 원자(Ru)가 실리콘 기판(1)에 화학 흡착하기 쉽다. 또한, 성막의 초기 단계에 있어서는, 실리콘 기판(1)의 표면에 DER 가스가 흡착한 상태에서 표면 반응이 발생하기 때문에, 인큐베이션 타임의 발생을 억제할 수 있다.
이에 대하여, 종래의 ALD법에 있어서는, DER 가스를 공급할 때, 실리콘 기판(1)의 표면에 산소 가스가 존재하지 않는다. 그 때문에, DER 가스 분자가 분해하기 어렵고, DER 가스 분자나 루테늄 원자(Ru)의 실리콘 기판(1)에의 화학 흡착이 일어나기 어렵다. 또한, 반응 가스를 공급하면, 실리콘 기판(1)에 물리 흡착하고 있던 DER 가스 분자는, 대부분이 제거된다. 또한, 반응 가스에 의한 기판 표면의 청정화 작용에 의하여, 반응 가스 공급 후에 DER 가스를 공급하더라도 DER 가스 분자의 배위자가 떨어지지 않게 되어, DER 가스 분자나 루테늄 원자(Ru)D,; 실리콘 기판(1)에의 화학 흡착이 더욱 일어나기 어려워진다.
도 7은, 종래의 ALD법과 본 발명의 하나의 실시 형태와의 성막레이트의 차이 를, 동일 시간에 형성한 루테늄막의 막두께의 차이로 나타낸 도이다. 도 7에 의하면, (b)에 나타내는 본 발명의 하나의 실시 형태 쪽이, (a)에 나타내는 종래의 ALD법에 비해 성장 레이트가 빠르고, 동일 시간에 실리콘 기판(1) 상에 루테늄(Ru)막을 보다 두껍게 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.
이상에 의하여, 본 발명의 하나의 실시 형태에 따르면, 종래의 ALD법과 비교하여, 성막 레이트를 올려 생산성의 향상을 꾀할 수 있다. 이에 관련한 효과는, 반응 가스가 산소를 포함하지 않고, 기판의 표면의 청정화 작용을 갖는 경우에는, 특히 유효하다.
실시예
이하에, 본 발명의 실시예에 대하여, 도 1부터 도 4 및 도 8을 참조하면서 설명한다. 참조하는 도면에 있어서, 도 1부터 도 3은, 후술하는 실시예 1부터 실시예 3에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 한 공정으로서의 기판 처리 공정을 각각 나타내고 있다. 또한, 도 4는, 실시예 1부터 실시예3에 있어서 공통으로 사용되는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성예를 나타내고 있다. 또한, 도 8은, 실시예 1부터 3에 있어서 형성되는 하부 전극막, 상부 전극막을 구비한 DRAM의 캐패시터 부분의 단면도이다.
<실시예 1>
실시예 1에서는, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 적용하여, DRAM 의 캐패시터의 하부 전극막 및 상부 전극막을 형성하는 방법에 대해 설명한다.
(1) DRAM의 캐패시터의 구조
먼저, DRAM의 캐패시터 구조와 그 제조 방법에 대해, 도 8을 사용해 설명한다.
처음에, 실리콘 기판(1) 상에, SiO2 등의 절연체로 되는 층간 절연막(100)을 형성한다. 그리고 층간 절연막(100)을 관통하도록, 컨택트 홀(contact hole)(107)을 개구한다.
뒤이어, 개구한 컨택트 홀(107)의 내부에, 실리콘 기판(1)과 접속하기 위한 컨택트 플러그(contact plug)(101)를 형성한다. 컨택트 플러그(101)는 폴리 실리콘을 재료로 하여도 되며, 텅스텐을 재료로 하여도 된다.
뒤이어, 컨택트 플러그(101)의 상부 공간을 매립하도록 배리어 메탈막(102)을 형성한다. 배리어 메탈막(102)의 재료로서는, TiN나 TaN가 예시되고 있다. 한편, 배리어 메탈막(102)은, 전극을 구성하는 재료나 산화제가, 컨택트 플러그(101)로 확산하는 것을 방지한다.
뒤이어, 층간 절연막(100) 상과 배리어 메탈막(102) 상의 전체 면에, 층간절연막(103)을 형성한다. 그 후, 층간절연막(103)을 관통하도록 컨택트 홀(108)을 개구한다.
뒤이어, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 적용하여, 컨택트 홀(108) 내부와 층간절연막(103) 상의 모든 면에, 하부 전극막(104)을 형성한다. 하부 전극막(104)의 형성 방법에 대하여는, (3)에서 후술한다.
뒤이어, 컨택트 홀(108) 내의 하부 전극막(104)을 잔류시키면서, 층간절연막(103) 상의 하부 전극막(104)을 제거한다. 그 후, 잔류시킨 컨택트 홀(108) 내의 하부 전극막(104)의 내부를 에칭(etching)하고, 하부 전극막(104)의 형상을 실린더상으로 한다.
뒤이어, 하부 전극막(104) 상과 층간절연막(103) 상의 모든 면에, 소정의 제조 방법으로 용량 절연막(105)을 형성한다.
최후로, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 적용하여, 용량 절연막(105) 상의 모든 면에 상부 전극막(106)을 형성하고, 도 8에 나타내는 캐패시터의 제조를 완료한다. 상부 전극막(106)의 형성 방법에 대하여도 (3)에서 후술한다.
(2) 기판 처리 장치의 구성
뒤이어, 실시예 1에서 사용되는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성에 대하여, 도 4를 사용하여 설명한다. 도 4에 예시하는 기판 처리 장치는, 실시예 1에 도시한 ALD법에 의한 성막 방법의 실시에 국한하지 않고, CVD법에 의한 성막 방법의 실시에도 적용할 수 있다.
기판 처리 장치는, 실리콘 기판(1)을 내부에 반입하여 박막을 형성하기 위해 처리실(5)을 구비하고 있다. 처리실(5)는 처리 용기(5a)의 내부에 형성된다. 처리실(5)의 측면부에는, 기판 반입 반출구(2a)를 개폐하는 게이트변(gate valve)(2)이 설치되어 있다. 그리고, 반송 로봇(도시하지 않음)이, 게이트변(2)을 열어서 개방된 기판 반입 반출구(2a)를 개재하여 처리실(5)의 내외에 실리콘 기판(1)을 반송할 수 있게 되어 있다.
처리실(5)의 내부에는, 실리콘 기판(1)을 하방으로부터 지지하기 위한 서셉터(susceptor)(41)가 설치되어 있다. 그리고, 서셉터(41)는, 히터 유닛(40)에 의해 하방으로부터 지지되고 있다. 히터 유닛(40)은, 실리콘 기판(1)을 가열하기 위한 히터(4)를 내장하고 있다. 그리고, 히터(4)는, 온도 제어 수단(17)에 의하여 제어되고, 서셉터(41) 상의 실리콘 기판(1)을 소정의 온도로 가열할 수 있도록 되어 있다.
히터 유닛(40)은, 승강기구(39)에 의해 처리실(5) 내를 승강 자재하게 설치되고, 필요에 따라 회전 자재하게 설치되어 있다. 히터 유닛(40)은, 실리콘 기판(1)의 반송 시에는 실선으로 나타내는 위치까지 하강하고, 서셉터(41)의 표면보다 돌출한 돌상(突上)핀(3)이, 실리콘 기판(1)을 지지한다. 또한, 실리콘 기판(1) 상에 대한 성막 시에는, 히터 유닛(40)은 점선으로 나타내는 위치까지 상승하고, 돌상 핀(3)이 서셉터(41)의 표면보다 가라앉기 때문에, 서셉터(41)가 실리콘 기판(1)을 지탱한다.
처리실(5)의 저면부에는, 처리실(5)을 배기하기 위한 배기관(9)이 연결되어 있다.
처리실(5)의 상면부에는, 처리실(5)에 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드(shower head)(27)가 설치되어 있다. 샤워 헤드(27)는, 샤워 헤드(27)에 공급되는 가스를 확산시키기 위한 확산판(7)과, 확산판(7)에 의해 확산된 가스를 분산하기 위한 버퍼 공간(28)과, 분산된 가스를 처리실(5) 내에 샤워상으로 분사하기 위 한 샤워판(8)으로 구성되어 있다.
샤워 헤드(27)의 상부에는, 원료 가스를 처리실(5) 내에 공급하기 위한 원료 가스 공급 라인(15)이 접속되어 있다. 또한, 샤워 헤드(27)의 상부에는, 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 처리실(5) 내에 공급하기 위한 반응 가스 공급 라인(29)과, 원료 가스의 실리콘 기판(1) 상에 흡착을 돕는 흡착 보조 가스를 처리실(5) 내에 공급하기 위한 흡착 보조 가스 공급 라인(30)이, 각각 개폐 밸브(14), (13)를 개재하여 접속되어 있다.
상술한 원료 가스 공급 라인(15)은, 원료 가스로서의 DER 가스를 처리실(5) 내에 공급한다.
원료 가스 공급 라인(15)에는, DER 가스를 공급하기 위한 DER 가스관(31)과, 불활성 가스로서의 질소 가스를 공급하기 위한 질소 가스관(32)과, 반응 가스로서의 암모니아 가스를 공급하기 위한 암모니아 가스관(33)이, 각각 개폐 밸브(6), (10), (16)를 개재하여 접속되어 있다.
DER 가스관(31)에는, 액체 원료로서의 루테늄 원자를 포함한 유기 액체 금속 원료인 DER를 기화시켜 DER 가스를 생성시키는 기화기(50)가 접속되어 있다. 또한, 질소 가스관(32)은, 원료 가스의 공급 정지 시에 원료 가스 공급 라인(15) 내에 질소 가스를 공급하고, 원료 가스 공급 라인(15) 내에 반응 가스나 흡착 보조 가스가 역류(침입)하는 것을 방지한다. 또한, 질소 가스관(32)은, 처리실(5) 내에 질소 가스를 공급하고, 처리실(5) 내의 잔류 가스를 질소 가스로 치환한다. 또한, 암모니아 가스관(33)은, 원료 가스 공급 라인(15)을 개재하여, 암모니아 가스를 플라즈마 로 여기하지 않고 처리실(5) 내에 공급할 수 있도록 되어 있다.
상술한 반응 가스 공급 라인(29)은, 플라즈마 여기된 암모니아 가스를 포함한 반응 가스를, 처리실(5) 내에 공급한다.
반응 가스 공급 라인(29)에는, 리모트 플라즈마 여기 수단으로서 플라즈마 발생기(11)가 연결되어 있다. 그리고, 플라즈마 발생기(11)에는, 전술한 암모니아 가스관(33)으로부터 분기한 분기관(34)과, 플라즈마 착화용 가스로서의 아르곤 가스를 공급하기 위한 아르곤 가스관(35)이 접속되어 있다. 플라즈마 발생기(11)는, 아르곤 가스관(35)으로부터 공급되는 아르곤 가스에 의하여 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마가 발생한 플라즈마 발생기(11) 내에 분기관(34)로부터 공급되는 암모니아 가스를 첨가함으로써, 암모니아 가스를 플라즈마 여기하여 반응 가스를 생성한다.
한편, 반응 가스 공급 라인(29)의 개폐 밸브(14)의 상류, 즉 개폐 밸브(14)와 플라즈마 발생기(11)와의 사이에는, 바이패스관(36)이 개폐 밸브(12)를 개재하여 접속되어 있다.
바이패스관(36)은, 개폐 밸브(12)를 열어, 플라즈마 발생기(11)에서 생성되는 반응 가스를, 처리실(5)을 바이패스하여 배기관(9)으로 뺀다.
상술한 흡착 보조 가스 공급 라인(30)은, 원료 가스의 실리콘 기판(1) 상에의 흡착을 돕는 흡착 보조 가스로서의 산소 가스를 처리실(5) 내에 공급한다.
흡착 보조 가스 공급 라인(30)에는, 산소 가스를 공급하기 위한 산소 가스관(37)이, 개폐 밸브(23)를 개재하여 접속되어 있다. 또한, 흡착 보조 가스 공급 라인(30)에는, 질소 가스를 공급하기 위한 질소 가스관(38)이, 개폐 밸브(24)를 개재하여 접속되어 있다.
질소 가스관(38)은 흡착 보조 가스의 공급 정지 시에 질소 가스를 공급하여, 흡착 보조 가스 공급 라인(30) 내에 원료 가스나 반응 가스가 역류(침입)하는 것을 방지한다. 또한, 질소 가스관(38)은, 반응 가스의 공급 정지 시에 흡착 보조 가스 공급 라인(30)을 개재하여 반응 가스 공급 라인(29) 내에 질소 가스를 공급하여, 반응 가스 공급 라인(29) 내에 원료 가스가 침입하는 것을 방지한다. 또한, 질소 가스관(38)은, 처리실(5) 내에 질소 가스를 공급하여 처리실(5) 내를 가스 치환한다.
상술한 개폐 밸브(6), (10), (16), (12), (13), (14), (23) 및 (24)는, 컨트롤러(60)에 의해 각각 개폐 제어된다.
또한, 상술한 배관(32), (33), (35), (37) 및 (38)에는, 가스 유량을 제어하기 위한 유량 제어기(21), (20), (19), (25) 및 (26)가 각각 설치된다. 또한, 상술한 배관(31)에는, DER의 액체 유량을 제어하기 위한 액체 유량 제어기(22)가 설치된다. 각 유량 제어기는, 컨트롤러(60)에 의해 각각 제어된다.
또한, 상술한 배기관(9)에는, 처리실(5)의 내부 압력을 조정하기 위한 배기 배관 컨덕턴스 제어부(18)가 설치된다. 배기 배관 컨덕턴스 제어부(18)는, 컨트롤러(60)에 의해 제어된다. 한편, 컨트롤러(60)는 기타, 기판 처리 장치를 구성하는 각부의 동작을 제어한다.
(3) 루테늄막의 형성 방법
뒤이어, 상술한 기판 처리 장치를 사용한 하부 전극막, 상부 전극막의 형성 방법에 대해, 도 1을 사용하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각부의 동작은 컨트롤러(60)에 의해 제어된다. 실리콘 기판(1)을 처리실(5) 내에 반입하기 전에, 미리 처리실(5) 내에 질소 가스를 충만시켜 처리실(5) 내의 분위기를 질소 등의 불활성 가스로 치환해 둔다.
먼저, 상술한 처리실(5) 내에, 표면에 SiO2막이 형성되어 있는 실리콘 기판(1)을 반입하고 히터 유닛(40)을 상승시킴으로써 서셉터(41) 상에 실리콘 기판(1)을 올려놓고, 실리콘 기판(1)을 성막 위치까지 상승시킨다. 그리고, 개폐 밸브(6), (10), (16), (14), (23)를 닫고, 개폐 밸브(24), (13)를 열어, 처리실(5) 내에 질소 가스를 공급하면서 배기관(9)으로부터 배기함으로써 처리실(5) 내를 질소 가스로 충만시킨다. 그리고, 실리콘 기판(1)을 히터(4)에 의하여 소정 온도까지 가열하고, 처리실(5) 내의 압력을 원하는 값으로 안정시킨다(개시). 구체적으로는, 예를 들면 실리콘 기판(1)의 표면 온도는 200~350, 처리실 내 압력은 0.1~수십 Torr(13.3~수천 Pa)로 한다.
뒤이어, 개폐 밸브(24)를 닫고, 개폐 밸브(23)를 열어, 원료 가스의 실리콘 기판(1) 상에의 흡착을 돕는 가스로서의 산소 가스를 확산판(7), 샤워판(8)을 통해 처리실(5) 내에 공급하면서 배기관(9)으로 배기하여, 실리콘 기판(1) 상에 흡착시킨다(공정 1). 구체적으로는, 예를 들면 산소 가스의 유량은 1~1000sccm으로 하고, 1 사이클 마다 공급 시간은 1~60초로 한다.
뒤이어, 개폐 밸브(23)를 닫고, 개폐 밸브(24)를 열어, 처리실(5) 내에 질소 가스를 공급하면서, 또한 배기관(9)을 사용하여 처리실(5) 내의 잔류 가스를 배기함으로써, 처리실(5) 내를 질소 가스로 치환한다(공정 2).
뒤이어, 개폐 밸브(13)을 닫고, 개폐 밸브(6)를 열어, 확산판(7), 샤워판(8)을 통해 처리실(5) 내에 원료 가스로서의 DER 가스를 공급하면서 배기관(9)으로 배기한다(공정 3). 구체적으로는, 예를 들면 DER의 유량은 0.01~0.2g/분으로 하고, 1 사이클 마다 공급 시간은 1~60초로 한다. 그 결과, DER 가스 분자는 실리콘 기판(1)에 흡착하고 있는 산소 가스와 반응하여 분해하고, 한쪽의 배위자가 붙은 DER 가스 분자나 루테늄 원자(Ru)가 실리콘 기판(1) 상의 SiO2막에 화학 흡착한다.
뒤이어, 개폐 밸브(6)를 닫고, 개폐 밸브(10)를 열어, 처리실(5) 내에 질소 가스를 공급하면서, 또한 배기관(9)을 이용해 처리실(5) 내의 잔류 가스를 배기함으로써, 처리실(5) 내를 질소 가스로 치환한다(공정 4).
또한 그 사이, 아르곤 가스 및 암모니아 가스를 플라즈마 발생기(11)에 공급하여 여기함으로써 반응 가스를 생성시키면서, 개폐 밸브(12)를 열어 처리실(5)를 바이패스하여 배기시킨다. 한편, 그 사이 개폐 밸브(13)를 열어서, 흡착 보조 가스 공급 라인(30)을 거쳐 반응 가스 공급 라인(29) 내에 질소 가스를 공급하여 DER 가스가 플라즈마 발생기(11)에 역류(침입)하는 것을 막는다.
뒤이어, 개폐 밸브(10), (12), (13)를 닫고, 개폐 밸브(14)를 열어, 반응 가스를 처리실(5) 내에 공급하면서 배기관(9)으로 배기한다(공정 5). 구체적으로는, 예를 들면 반응 가스의 유량은 100~2000sccm로 하고, 1 사이클 마다 공급 시간은 1~60초로 한다. 그 결과, 실리콘 기판(1)의 표면은, 반응 가스에 의하여 청정화된다. 또한, 실리콘 기판(1)에 흡착하고 있는 한쪽의 배위자가 떨어진 DER 가스 분자 중 일부는, 남은 배위자가 떨어진다.
뒤이어, 개폐 밸브(14)를 닫고, 개폐 밸브(13)를 열어 처리실(5) 내에 질소 가스를 공급하면서, 배기관(9)을 이용해 처리실(5) 내의 잔류 가스를 배기함으로써, 처리실(5) 내를 질소 가스로 치환한다(공정 6).
그리고, 공정 1부터 공정 6까지를 1 사이클로 하고, 실리콘 기판(1) 상에 원하는 막두께의 루테늄 박막이 형성될 때까지 이 사이클을 복수 회 반복한다. 그 후, 루테늄 박막 형성 후의 실리콘 기판(1)을 처리실(5) 내로부터 반출하여, 기판 처리 공정을 완료한다(종료).
예를 들면, 1 사이클 마다 생성되는 루테늄 막두께는 0.01~0.1nrn가 되고, 사이클 수를 50~1000으로 하면, 총 막두께는 5~15nm가 된다.
<실시예 2>
실시예 2에 있어서도, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 적용하여, DRAM의 캐패시터 하부 전극막 및 상부 전극막을 형성하는 방법에 대해 설명한다.
실시예 2에 있어서는, 성막의 초기 단계에서만 실시예 1과 같은 방법으로 성막 하고, 도중부터 DER 가스와 산소 가스를 동시에 공급하는 열 CVD법을 이용해 성막 하는 점이 실시예 1과 다르다. 기타의 조건은 실시예 1과 실질적으로 동일하다.
(1) DRAM의 캐패시터의 구조 및 기판 처리 장치의 구성
실시예 1와 동일하다.
(2) 루테늄막의 형성 방법
실시예 2에 있어서 하부 전극막, 상부 전극막의 형성 방법에 대하여, 도 2를 사용해 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각부의 동작은 컨트롤러(60)에 의해 제어된다. 실리콘 기판(1)을 처리실(5) 내에 반입하기 전에, 미리 처리실(5) 내를 질소 가스를 충만시켜 처리실(5) 내의 분위기를 질소 등의 불활성 가스로 치환해 둔다.
먼저, 상술한 처리실(5) 내에, 표면에 SiO2막이 형성되어 있는 실리콘 기판(1)을 반입하고, 히터 유닛(40)을 상승시킴으로써 서셉터(41) 상에 실리콘 기판(1)을 올려놓고, 실리콘 기판(1)을 성막 위치까지 상승시킨다. 그리고, 개폐 밸브(6), (10), (16), (14), (23)를 닫고, 개폐 밸브(24), (13)를 열어 처리실(5) 내에 질소 가스를 공급하면서 배기관(9)으로부터 배기함으로써, 처리실(5) 내를 질소 가스로 충만시킨다. 그리고, 실리콘 기판(1)을 히터(4)에 의해 소정 온도까지 가열하고, 처리실(5) 내의 압력을 원하는 값으로 안정시킨다(개시). 구체적으로는, 예를 들면 실리콘 기판(1)의 표면 온도는 200~350, 처리실 내 압력은 0.1~수십 Torr(13.3~수천 Pa)로 한다.
그 후, 실시예 1에 있어서 공정 1부터 공정 6까지를 1 사이클로 하고, 이 사이클을 소정 회 반복하여, 실리콘 기판(1) 상에 원하는 막두께의 루테늄막을 형성한다. 이 때의 사이클 수는 실시예 1의 경우보다 적게, 예를 들면 20~100회로 한 다. 다른 구체적 조건은, 실시예 1과 동일하게 한다. 그 결과, 예를 들면 1 사이클 마다 루테늄막의 막두께는 실시예 1과 마찬가지로 0.01~0.1nm가 되고, 사이클을 소정 회수 반복한 후의 막두께는 1~5nm가 된다.
그 후, 개폐 밸브(24)를 닫고, 개폐 밸브(6), (23)을 열어, DER 가스와 산소 가스를 처리실(5) 내에 동시에 공급하면서 배기관(9)으로 배기한다. 그리고 열 CVD법에 의하여, 전술한 공정으로 성막한 루테늄 박막 상에, 원하는 막두께의 박막을 새로이 형성한다(열 CVD 공정). 한편, 열 CVD 공정은, 상술한 공정과, 동일 반응실 내에서, 동일한 온도에서 실시하는 것이, 생산성이나 코스트의 관점으로 보아 바람직하다. 실시예 2에 있어서도, 상술한 공정과 동일한 처리실(5) 내에서 열 CVD를 시행하는 것으로 하고, 기판 온도나 처리실 내 압력도 동일 조건으로 한다. 또한, 열 CVD 공정에 있어서 DER 유량은 예를 들면 0.01~0.2g/분으로 하고, 산소 가스의 유량은 예를 들면 1~1000sccm으로 한다.
그 후, 개폐 밸브(6), (23)를 닫고, 개폐 밸브(24)를 열어 처리실(5) 내에 질소 가스를 공급하면서, 배기관(9)으로 처리실(5) 내의 잔류 가스를 배기함으로써, 처리실(5) 내를 질소 가스로 치환한다. 그 후, 루테늄 박막 형성 후의 실리콘 기판(1)을 처리실(5) 내로부터 반출하여, 기판 처리 공정을 완료한다(종료).
공정 1부터 공정 6까지의 사이클을 반복하는 공정을 포함하여, 열 CVD 공정을 실시한 후의 루테늄막의 총 막두께는 예를 들면 5~15 nm가 된다.
<실시예 3>
실시예 3에 있어서도, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 적용하여, DRAM의 캐패시터 하부 전극막 및 상부 전극막을 형성하는 방법에 대해 설명한다.
실시예 3에 있어서도, 초기 단계에서는 산소 가스를 사용하지 않고 DER 가스와 반응 가스를 교대로 공급하는 ALD법에 의하여 성막하고, 도중부터 실시예 1과 동일한 방법으로 성막하는 점이 실시예 1과 다르다. 기타 조건은 실시예 1과 실질적으로 동일하다.
(1) DRAM의 캐패시터 구조 및 기판 처리 장치의 구성
실시예 1과 동일하다.
(2) 루테늄막의 형성 방법
실시예 3에 있어서 하부 전극막, 상부 전극막의 형성 방법에 대해, 도 3을 사용해 설명한다. 한편, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각부의 동작은 컨트롤러(60)에 의하여 제어된다. 실리콘 기판(1)을 처리실(5) 내에 반입하기 전에, 미리 처리실(5) 내에 질소 가스를 충만시켜 처리실(5) 내의 분위기를 질소 등 불활성 가스로 치환해 둔다.
먼저, 상술한 처리실(5) 내에, 표면이 SiO2막으로 형성되어 있는 실리콘 기판(1)을 반입하고, 히터 유닛(40)을 상승시킴으로써 서셉터(41) 상에 실리콘 기판(1)을 올려놓고, 실리콘 기판(1)을 성막 위치까지 상승시킨다. 그리고, 개폐 밸브(6), (10), (16), (14), (23)를 닫고, 개폐 밸브(24), (13)를 열어, 처리실(5) 내에 질소 가스를 공급하면서 배기관(9)으로 배기함으로써 처리실(5) 내를 질소 가스로 충만시킨다. 그리고, 실리콘 기판(1)을 히터(4)에 의하여 소정 온도까지 가열 하고, 처리실(5) 내의 압력을 원하는 값으로 안정시킨다(개시). 구체적으로는, 예를 들면 실리콘 기판(1)의 표면온도는 200~350, 처리실 내 압력은 0.1~수십Torr(13.3~수천 Pa)로 한다.
뒤이어, 개폐 밸브(24)를 닫고, 개폐 밸브(6)를 열어, 확산판(7), 샤워판(8)을 통해 처리실(5) 내에 원료 가스로서 DER 가스를 공급하면서 배기관(9)으로부터 배기한다(공정 1). 구체적으로는, 예를 들면 DER의 유량은 0.01~0.2g/분으로 하고, 1 사이클 마다 공급 시간은 1~60초로 한다. 그 결과, DER 가스 분자는 실리콘 기판(1) 상에 물리 흡착한다.
뒤이어, 개폐 밸브(6)를 닫고 개폐 밸브(10)를 열어 처리실(5) 내에 질소 가스를 공급하면서, 또한 배기관(9)을 사용하여 처리실(5) 내의 잔류 가스를 배기함으로써, 처리실(5) 내를 질소 가스로 치환한다(공정 2).
또한, 그 사이, 아르곤 가스 및 암모니아 가스를 플라즈마 발생기(11)에 공급하여 여기시켜 반응 가스를 생성하면서, 개폐 밸브(12)를 열어 처리실(5)를 바이패스하여 배기시킨다. 또한 그 사이, 개폐 밸브(13)를 열어, 흡착 보조 가스 공급 라인(30)을 개재하여 반응 가스 공급 라인(29) 내에 질소 가스를 공급하여 DER 가스가 플라즈마 발생기(11)에 역류(침인)하는 것을 막는다.
뒤이어, 개폐 밸브(10), (12), (13)를 닫고, 개폐 밸브(14)를 열어, 반응 가스를 처리실(5) 내에 공급하면서 배기관(9)으로부터 배기한다(공정 3). 구체적으로는, 예를 들면 반응 가스의 유량은 10~5000sccm로 하고, 1 사이클 마다, 공급 시간은 1~60초로 한다. 그 결과, 실리콘 기판(1) 상에 물리 흡착하고 있던 DER 가스 분 자의 일부가 분해하고, 루테늄 원자(Ru)가 실리콘 기판(1) 상의 SiO2막과 화학 흡착한다.
뒤이어, 개폐 밸브(14)를 닫고, 개폐 밸브(13)를 열어 처리실(5) 내에 질소 가스를 공급하면서, 배기관(9)을 사용하여 처리실(5) 내의 잔류 가스를 배기함으로써, 처리실(5) 내를 질소 가스로 치환한다(공정 4).
그리고, 공정 1부터 공정 4까지를 1 사이클로 하여, 실리콘 기판(1) 상에 원하는 막두께의 루테늄 박막이 형성될 때까지 이 사이클을 복수 회 반복한다. 이에 따른 공정을 초기 성막 공정이라고 부른다. 초기 성막 공정에 있어서 사이클 수는, 루테늄막의 막두께가 예를 들면 1~10nm가 될 때까지 실시한다.
뒤이어, 초기 성막 공정에 의해 형성한 루테늄 박막 상에, 실시예 1과 동일한 방법으로 원하는 두께의 루테늄 박막을 형성한다(공정 5~10). 이에 따른 공정을 본(本)성막 공정이라고 부른다. 본성막 공정에 있어서는, 예를 들면 산소 가스의 유량을 10~5000sccm로 하고, 1 사이클 마다 공급 시간은 1~60초로 한다. 기타의 조건은 초기 성막 조건과 동일하게 한다.
본성막 공정에 있어서 사이클 수는, 예를 들면 본성막 공정에 의한 루테늄막의 막두께가 5~15nm가 되고, 초기 성막 공정과 본성막 공정에 의한 총 막두께가 6~25nm에 이를 때까지 실시한다.
그 후, 개폐 밸브(6), (14), (23)를 닫고, 개폐 밸브(24)를 열어 처리실(5) 내에 질소 가스를 공급하면서, 배기관(9)을 통해 처리실(5) 내의 잔류 가스를 배기 함으로써, 처리실(5) 내를 질소 가스로 치환한다. 그 후, 루테늄 박막 형성 후의 실리콘 기판(1)을 처리실(5) 내로부터 반출하여, 기판 처리 공정을 완료한다(종료).
한편, 하부 전극막(104)의 형성에 있어서는, 상술한 실시예 1부터 3에 나타낸 어떤 방법도 사용할 수 있다. 다만, 실시예 1 및 2에 나타낸 방법을 사용했을 경우에는, 루테늄 박막의 성막 중에 하지(下地)가 되는 배리어 메탈막(102)이 산화하는 것도 생각할 수 있고, 컨택트 저항이 증가하는 것도 생각할 수 있다. 예를 들면, 배리어 메탈막(102)이 TiN막인 경우, 루테늄막의 성막 시에 사용하는 산소에 의하여 TiN막이 산화되어 TiO2 등의 절연막이 형성되고, 컨택트 저항이 높아지는 것도 생각할 수 있다. 이에 대하여, 실시예 3의 방법을 사용하면, 성막 초기 단계에 있어서 산소를 사용하지 않기 때문에 배리어 메탈막(102)과 산소가 반응하는 일은 없어, 배리어 메탈막(102)의 산화를 막을 수 있어, 컨택트 저항의 증가를 방지할 수 있기 때문에, 보다 바람직하다.
<본 발명의 바람직한 형태>
제1 형태는, 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과, 상기 처리실 내에 액체 원료를 기화한 원료 가스의 상기 기판 상에의 흡착을 돕기 위한 흡착 보조 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상의 상기 흡착 보조 가스와 반응시켜 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키는 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 상기 기판 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하는 공정과, 상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정을 가진 반도체 장치의 제조 방법이다.
제1 형태에 따르면, 처리실 내에 원료 가스를 공급하기 전에, 처리실 내에 원료 가스의 기판 상에의 흡착을 돕기 위한 흡착 보조 가스를 공급하여 기판 상에 흡착시킴으로써, 원료 가스의 기판 표면에의 흡착을 촉진할 수 있다. 또한, 성막의 초기 단계에 있어서는, 기판의 표면에 원료 가스가 흡착한 상태에서 표면 반응이 발생하기 때문에, 인큐베이션 타임의 발생을 억제 할 수 있다. 따라서, 성막 레이트를 올려 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 형태에 따르면, 처리실 내에, 흡착 보조 가스, 원료 가스, 반응 가스를 각각 순차로 공급함으로써, 처리실 내에서의 가스의 반응이 억제되고, 기판 상에 단차 피복성이 좋게 성막 할 수 있다.
한편, 제1 형태에 있어서, 반응 가스에 청정화 작용이 있는 경우, 형성하는 박막 중에 불순물이 잔류하는 것을 방지하고, 박막의 전기특성을 향상시키고, 또한 박막의 기판에의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판 표면이 청정화되었을 경우, 원료 가스가 기판 표면에 흡착하기 어려워지나, 원료 가스를 처리실 내에 공급하기 전에 흡착 보조 가스를 공급하여 기판 상에 흡착시킴으로써, 원료 가스 공급 전에, 기판 표면의 상태를 원료 가스가 흡착하기 쉬운 상태로 바꿀 수 있다.
제2 형태는, 제1 형태에 있어서, 상기 흡착 보조 가스는, 상기 원료 가스의 배위자를 분해하는 가스인 반도체 장치의 제조 방법이다.
제2 형태에 따르면, 흡착 보조 가스로서, 원료 가스의 배위자를 분해하는 가스를 사용함으로써, 기판 상에서의 원료 가스의 분해를 촉진하고, 이에 의해 원료 가스의 기판 표면에 흡착을 촉진하여, 성막 레이트를 향상시킬 수 있다.
제3 형태는, 제1 형태에 있어서, 상기 흡착 보조 가스는, 산소 원자를 포함한 가스인 반도체 장치의 제조 방법이다.
제3 형태에 따르면, 흡착 보조 가스로서, 산소 원자를 포함한 가스를 사용함으로써, 기판 상에서의 원료 가스의 분해를 촉진하고, 이에 의해 원료 가스의 기판 표면에 흡착을 촉진하여, 성막 레이트를 향상시킬 수 있다.
제4 형태는, 제1 형태에 있어서, 상기 흡착 보조 가스는, 산소 가스, 수증기, 또는 수산기 래디컬인 반도체 장치의 제조 방법이다.
제4 형태에 따르면, 흡착 보조 가스로서 산소 가스, 수증기, 또는 수산기 래디컬을 사용함으로써, 기판 상에서의 원료 가스의 분해를 촉진하고, 이에 의하여 원료 가스의 기판 표면에 흡착을 촉진하여, 성막 레이트를 향상시킬 수 있다.
제5 형태는, 제1 형태에 있어서, 상기 반응 가스는, 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응하여 박막을 생성함과 동시에, 상기 기판의 표면을 청정화하는 가스인 반도체 장치의 제조 방법이다.
제5 형태에 따르면, 반응 가스로서 기판의 표면을 청정화하는 가스를 사용함으로써, 형성하는 박막 중에 불순물이 잔류하는 것을 방지하고, 박막의 전기적 특성을 향상시키고, 또한 박막의 기판에의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판 표면이 청정화 됨으로써, 원료 가스가 기판 표면에 흡착하기 어려워지나, 원료 가스를 처리실 내에 공급하기 전에 흡착 보조 가스를 공급하여 기판 상에 흡착시킴으로써, 원료 가스 공급 전에, 기판 표면 상태를 원료 가스가 흡착하기 쉬운 상태로 바꿀 수 있다.
제6 형태는, 제1 형태에 있어서, 상기 반응 가스는, 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응하여 박막을 생성함과 동시에, 상기 기판 상에 흡착한 산소를 제거하거나, 상기 기판 상에 흡착한 산소를 산소 이외의 것과 치환하거나, 상기 기판 상에 흡착한 탄소를 제거하거나, 또는 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스 자체를 제거하는 가스인 반도체 장치의 제조 방법이다.
제6 형태에 따르면, 반응 가스로서, 기판 상에 흡착한 산소를 제거하든지, 기판 상에 흡착한 산소를 산소 이외의 것과 치환하든지, 기판 상에 흡착한 탄소를 제거하거나, 또는 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스 자체를 제거하는 가스를 사용함으로써, 형성하는 박막 중에 불순물이 잔류하는 것을 방지하고, 박막의 전기적 특성을 향상시키며, 또한 박막의 기판에의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 반응 가스를 사용함으로써 기판 표면이 청정화되어, 원료 가스가 기판 표면에 흡착하기 어려워지나, 원료 가스를 처리실 내에 공급하기 전에 흡착 보조 가스를 공급하여 기판 상에 흡착시킴으로써, 원료 가스 공급 전에, 기판 표면 상태를 원료 가스가 흡착하기 쉬운 상태로 바꿀 수 있다.
제7 형태는, 제1 형태에 있어서, 상기 반응 가스는, 산소 원자를 포함하지 않는 가스인 반도체장치의 제조 방법이다.
제7 형태에 따르면, 반응 가스로서, 산소 원자를 포함하지 않는 가스를 사용함으로써, 형성하는 박막 중에 불순물이 잔류하는 것을 방지하고, 박막의 전기적 특성을 향상시키며, 또한 박막의 기판에 밀착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 반응 가스로서 산소 원자를 포함하지 않는 가스를 사용함으로써, 원료 가스가 기판 표면에 흡착하기 어려워지나, 원료 가스를 처리실 내에 공급하기 전에 흡착 보조 가스를 공급하여 기판 상에 흡착시킴으로써, 원료 가스 공급 전에, 기판 표면 상태를 원료 가스가 흡착하기 쉬운 상태로 바꿀 수 있다.
제8 형태는, 제1 형태에 있어서, 상기 반응 가스는, 수소 원자를 포함한 가스, 질소 원자를 포함한 가스, 또는 아르곤 가스를 플라즈마에 의해 활성화한 가스인 반도체 장치의 제조 방법이다.
제8 형태에 따르면, 반응 가스로서 수소 원자를 포함한 가스, 질소 원자를 포함한 가스, 또는 아르곤 가스를 플라즈마에 의해 활성화한 가스를 사용함으로써, 형성하는 박막 중에 불순물이 잔류하는 것을 방지하고, 박막의 전기적 특성을 향상시키며, 또한 박막의 기판에 밀착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 반응 가스를 사용함으로써 기판 표면이 청정화되고, 원료 가스가 기판 표면에 흡착하기 어려워지나, 원료 가스를 처리실 내에 공급하기 전에 흡착 보조 가스를 공급하여 기판 상에 흡착시킴으로써, 원료 가스 공급 전에, 기판 표면 상태를 원료 가스가 흡착하기 쉬운 상태로 바꿀 수 있다.
제9 형태는, 제1 형태에 있어서, 상기 반응 가스는, 수소 가스 또는 암모니아 가스를 플라즈마에 의해 활성화한 가스인 반도체 장치의 제조 방법이다.
제9 형태에 따르면, 반응 가스로서 수소 가스 또는 암모니아 가스를 플라즈마에 의해 활성화한 가스를 사용함으로써, 형성하는 박막 중에 불순물이 잔류하는 것을 방지하고, 박막의 전기적 특성을 향상시키며, 또한 박막의 기판에 밀착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 반응 가스를 사용함으로써 기판 표면이 청정화되고, 원료 가스가 기판 표면에 흡착하기 어려워지나, 원료 가스를 처리실 내에 공급하기 전에 흡착 보조 가스를 공급하여 기판 상에 흡착시킴으로써 원료 가스 공급 전에, 기판 표면 상태를 원료 가스가 흡착하기 쉬운 상태로 바꿀 수 있다.
제10 형태는, 제1 형태에 있어서, 상기 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 사이클을 복수 회 반복한 후, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스와 산소 원자를 포함한 가스를 동시에 공급하여, 열 CVD법에 의해 상기 기판 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법이다.
제10 형태에 따르면, 열 CVD법을 사용하여 박막을 형성하기 전에, 제1 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 사용하여 하지막을 형성함으로써, 인큐베이션 타임의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 도중부터 열 CVD법을 사용하여 박막을 형성함으로써, 더욱 성막 레이트를 올려 생산성을 향상시킬 수 있다.
제11 형태는, 제1 형태에 있어서, 상기 액체 원료는 루테늄 원자를 포함한 액체 원료이고, 상기 형성하는 박막은 루테늄 원자를 포함한 막인 반도체 장치의 제조 방법이다.
제11 형태와 같이, 액체 원료를 루테늄 원자를 포함한 액체 원료로 하고, 형성하는 박막을 루테늄 원자를 포함하는 박막으로 하는 경우에, 특히, 원료 가스가 기판 표면에 흡착하기 어려워진다는 문제가 생기지만, 원료 가스를 처리실 내에 공급하기 전에 흡착 보조 가스를 공급하여, 기판 상에 흡착시킴으로써, 원료 가스 공급 전에, 기판 표면의 상태를 원료 가스가 흡착하기 쉬운 상태로 바꿀 수 있다.
제12 형태는, 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과, 상기 처리실 내에 액체 원료를 기화한 원료 가스의 배위자를 분해하는 배위자 분해 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상의 상기 배위자 분해 가스와 반응시켜 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키는 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 상기 기판 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하는 공정과, 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정을 갖는 반도체장치의 제조 방법이다.
제12 형태에 따르면, 원료 가스를 처리실 내에 공급하기 전에, 원료 가스의 배위자를 분해하는 가스를 공급하여 기판 상에 흡착해 두어, 원료 가스 공급 시에 있어서 기판 상에서의 원료 가스의 분해를 촉진하고, 이에 의해 원료 가스의 기판 표면에의 흡착을 촉진하여, 성막 레이트를 올릴 수 있다.
제13 형태는, 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과, 상기 처리실 내에 산소 원자를 포함한 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 액체 원료를 기화한 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상에 상기 산소 원자를 포함한 가스와 반응시켜 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 산소 원자를 포함하지 않는 반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스 와 반응시키는 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 상기 기판 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하는 공정과, 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이다.
제13 형태에 따르면, 원료 가스를 처리실 내에 공급하기 전에, 산소 원자를 포함한 가스를 공급하여 기판 상에 흡착하여 둠으로써, 원료 가스 공급 시에 있어서 기판 상에서의 원료 가스의 분해를 촉진하고, 이에 의하여 원료 가스의 기판 표면에 흡착을 촉진하여, 성막 레이트를 올릴 수 있다.
제14 형태는, 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과, 상기 처리실 내에 액체 원료를 기화한 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키는 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 상기 기판 상에 소정 막두께의 박막을 형성하는 초기 성막 공정과, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스의 상기 기판 상에의 흡착을 돕기 위한 흡착 보조 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상의 상기 흡착 보조 가스와 반응시켜 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 상기 반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키는 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 초기 성막 공정에 의해 형성한 상기 소정 막두께의 박막 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하는 본성막 공정과, 상기 원하는 막두께의 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정을 가진 반도체 장치의 제조 방법이다.
초기 성막 공정에 있어서는, 처리실 내에 원료 가스의 기판 상에의 흡착을 돕기 위한 흡착 보조 가스를 공급하지 않기 때문에, 흡착 보조 가스와, 박막을 형성하는 하지와의 반응을 방지할 수 있다. 또한, 본성막 공정에 있어서는, 처리실 내에 원료 가스를 공급하기 전에, 처리실 내에 흡착 보조 가스를 공급하여 기판 표면에 흡착하도록 해 둠으로써, 원료 가스의 기판 표면에 흡착을 촉진하고, 성막 레이트를 올려, 생산성을 향상시킬 수 있다.
제15 형태는, 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 액체 원료를 기화한 원료 가스를 공급하기 위한 원료 가스 공급 라인과, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하기 위한 반응 가스 공급 라인과, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스의 상기 기판 상에의 흡착을 돕기 위한 흡착 보조 가스를 공급하기 위한 흡착 보조 가스 공급 라인과, 상기 처리실 내에 상기 흡착 보조 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시킨 후, 상기 원료 가스를 상기 처리실 내에 공급하여 상기 기판 상의 상기 흡착 보조 가스와 반응시켜 상기 기판 상에 흡착시키고, 그 후 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키고, 이를 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 상기 기판 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하도록 제어하는 컨트롤러를 가지는 기판 처리 장치이다.
컨트롤러가, 흡착 보조 가스, 원료 가스 및 반응 가스를, 처리실 내에 순차 공급하도록 제어함으로써, 제1 형태의 반도체 장치의 제조 방법을 자동화할 수 있어, 작업은 한층 용이하게 된다.
한편, 컨트롤러가, 흡착 보조 가스, 원료 가스 및 반응 가스를, 처리실 내에 순차로 공급하도록 제어한 후에, 원료 가스와 산소 원자를 포함한 가스를 동시에 공급하도록 하면, 제10 형태의 반도체 장치의 제조 방법을 자동화할 수 있어, 이 경우에 있어서도 작업은 한층 용이하게 된다.
또한, 컨트롤러가, 원료 가스와 반응 가스를 처리실 내에 순차 공급하도록 제어한 후, 흡착 보조 가스, 원료 가스 및 반응 가스를 처리실 내에 순차로 공급하도록 하면, 제14 형태의 반도체 장치의 제조 방법을 자동화할 수 있어, 이 경우에 있어서도 작업은 한층 용이하게 된다.
본 발명에 따르면, 성막 레이트가 빠르고, 생산성이 높은 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과,
    상기 처리실 내에 액체 원료를 기화한 원료 가스의 상기 기판 상에의 흡착을 돕기 위한 흡착 보조 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과,
    상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상에의 상기 흡착 보조 가스와 반응시켜 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키는 공정
    을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 상기 기판 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하는 공정과,
    상기 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 흡착 보조 가스는, 상기 원료 가스의 배위자를 분해하는 가스인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 흡착 보조 가스는, 산소 원자를 포함한 가스인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 흡착 보조 가스는, 산소 가스, 수증기, 또는 수산기 래디컬인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 반응 가스는, 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응하여 박막을 생성함과 동시에, 상기 기판의 표면을 청정화하는 가스인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 반응 가스는, 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응하여 박막을 생성함과 동시에, 상기 기판 상에 흡착한 산소를 제거하거나, 또는 상기 기판 상에 흡착한 산소를 산소 이외의 것으로 치환하거나, 또는 상기 기판 상에 흡착한 탄소를 제거하거나, 또는 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스 자체를 제거하는 가스인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 반응 가스는, 산소 원자를 포함하지 않는 가스인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 반응 가스는, 수소 원자를 포함한 가스, 질소 원자를 포함한 가스, 또는 아르곤 가스를 플라즈마에 의해 활성화한 가스인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 반응 가스는, 수소 가스 또는 암모니아 가스를 플라 즈마에 의해 활성화한 가스인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 사이클을 복수 회 반복한 후, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스와 산소 원자를 포함한 가스를 동시에 공급하고, 열 CVD법에 의해 상기 기판 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 액체 원료는 루테늄 원자를 포함한 액체 원료이고, 상기 형성하는 박막은 루테늄 원자를 포함한 막인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과,
    상기 처리실 내에 액체 원료를 기화한 원료 가스의 배위자를 분해하는 배위자 분해 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과,
    상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상에의 상기 배위자 분해 가스와 반응시켜 기판 상에 흡착시키는 공정과,
    상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키는 공정
    을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 상기 기판 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하는 공정과,
    박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과,
    상기 처리실 내에 산소 원자를 포함한 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과,
    상기 처리실 내에 액체 원료를 기화한 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상의 상기 산소 원자를 포함한 가스와 반응시켜 기판 상에 흡착시키는 공정과,
    상기 처리실 내에 산소 원자를 포함하지 않는 반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키는 공정
    을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 상기 기판 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하는 공정과,
    박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 처리실 내에 기판을 반입하는 공정과,
    상기 처리실 내에 액체 원료를 기화한 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과, 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키는 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 상기 기판 상에 소정 막두께의 박막을 형성하는 초기 성막 공정과,
    상기 처리실 내에 상기 원료 가스의 상기 기판 상에의 흡착을 돕기 위한 흡착 보조 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과,
    상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하여 상기 기판 상의 상기 흡착 보조 가스와 반응시켜 상기 기판 상에 흡착시키는 공정과,
    상기 처리실 내에 상기 반응 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키는 공정
    을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 초기 성막 공정에 의해 형성한 상기 소정 막두께의 박막 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하는 본 성막 공정과,
    상기 원하는 막두께의 박막 형성 후의 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 처리실 내에 액체 원료를 기화한 원료 가스를 공급하기 위한 원료 가스 공급 라인과,
    상기 처리실 내에 상기 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하기 위한 반응 가스 공급 라인과,
    상기 처리실 내에 상기 원료 가스의 상기 기판 상에의 흡착을 돕기 위한 흡착 보조 가스를 공급하기 위한 흡착 보조 가스 공급 라인과,
    상기 처리실 내에 상기 흡착 보조 가스를 공급하여 상기 기판 상에 흡착시킨 후, 상기 원료 가스를 상기 처리실 내에 공급하여 상기 기판 상의 상기 흡착 보조 가스와 반응시켜 상기 기판 상에 흡착시키고, 그 후 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하여 상기 기판 상에 흡착한 상기 원료 가스와 반응시키고, 이를 1 사이클로 하고, 이 사이클을 복수 회 반복하여, 상기 기판 상에 원하는 막두께의 박막을 형성하도록 제어하는 컨트롤러
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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