KR20100127192A - 반도체 디바이스의 제조 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명은 무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 처리실 내에 재치된 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과, 무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 서로 혼합하도록 동시에 1 회 상기 처리실에 공급하여, 상기 처리실 내에 재치된 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 포함하고, 상기 교호 공급 공정 및 상기 동시 공급 공정 중 적어도 한 쪽 공정 후에, 상기 반응 가스 및 불활성 가스 중 적어도 한 쪽을 이용하여 상기 제1 금속막 및 상기 제2 금속막 중 적어도 한 쪽을 개질하는 개질 공정을 수행하는 반도체 디바이스의 제조 방법이 제공된다. 본 발명에 의하면, 저온에서 막표면이 매끄럽고 치밀한 저항율이 낮은 금속막을, CVD법으로 형성된 질화 티탄막과 비교하여 양질로 하고, ALD법으로 형성된 질화 티탄막과 비교하여 빠른 성막 속도로, 즉 높은 생산성으로 제공된다.

Description

반도체 디바이스의 제조 방법 및 기판 처리 장치{A METHOD OF MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR DEVICE AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 반도체 디바이스의 제조 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 특히, 기판(웨이퍼) 상에 금속막을 형성하는 공정을 구비하는 반도체 디바이스의 제조 방법 및 기판 상에 금속막을 형성하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
기판 상에 소정의 막을 형성하는 방법의 하나로서, CVD(Chemical　Vapor　Deposition)법이 있다. CVD법이란, 기상(氣相)중 혹은 기판 표면에 있어서의 2 종 이상의 원료의 반응을 이용하여, 원료 분자에 포함되는 원소를 구성 요소로 하는 막을 기판 상에 성막하는 방법이다. 또한, CVD법 중의 하나로서, ALD(Atomic　Layer Deposition)법이 있다. ALD법이란, 어떤 성막 조건(온도, 시간 등) 하에서, 성막에 이용하는 2 종 이상의 원료가 되는 원료를 1 종류씩 교호(交互)로 기판 상에 공급하고, 원자층 단위로 흡착시켜, 표면 반응을 이용하여 원자층 레벨에서 제어되는 성막을 수행하는 방법이다. 종래의 CVD법과 비교하여, 보다 낮은 기판 온도(처리 온도)에서 처리가 가능한 점이나, 성막 사이클 회수(回數)에 의해 성막되는 막두께의 제어가 가능하다. 여기서, 원료로서 유기 원료를 이용했을 경우에, 메틸기가 남기 때문에 저항치가 변동해버린다. 또한, 유기 원료로서 TDMAT(테트라키스 디메틸 아미노 티탄, Tetrakis DiMethyl Amino Titan)를 이용했을 경우에, 자기(自己) 분해 온도가 150℃로 낮기 때문에, 종형 장치의 노구부(爐口部) 등 온도가 낮은 부분에서는 자기 분해하여 막이 형성되어버리고, 그 막이 벗겨져 파티클이 되어버린다.
　또한, 기판 상에 형성되는 금속막으로서는, 예를 들면, 하기의 특허 문헌과 같이 질화 티탄막(TiN)을 들 수 있다.
국제 공개 WO2007/020874호 공보
그러나, 질화 티탄막의 연속막은, 일반적으로 기둥 형상 구조를 나타내는데, CVD법으로 질화 티탄막을 성막했을 경우는, ALD법으로 성막했을 경우와 비교하여, 성막 초기부터 말기에 걸쳐 랜덤(random) 성장을 하는 경향이 있고, 결과적으로 결정립(結晶粒)이 크게 되거나, 막표면이 엉성해지는 경우가 있다. 막중의 공극(空隙)이 차지하는 비율이 커짐으로써 막밀도의 저하가 발생되고, 결과적으로 저항율의 상승을 초래해버린다.
특히, 처리 온도를 300℃까지 내렸을 경우에서는, 가시나무 형상으로 성장하고, 표면의 엉성함이나 막밀도가 현저하게 악화되어버린다.
한편, ALD법으로 성막한 질화 티탄막의 연속막은, CVD법으로 성막했을 경우와 비교하여, 매끄러운 표면이 얻어지며, 비교적 저항치가 낮은 질화 티탄막을 얻을 수 있다. 또한, 양호한 스텝 커버리지(coverage)를 얻을 수 있다. 그러나, 반면에, CVD법을 이용했을 경우와 비교하여, 성막 속도가 늦기 때문에 원하는 막두께를 얻기 위해서 시간이 걸리고, 기판의 서멀 버짓(thermal budget)을 현저하게 증가시켜버린다.
따라서, 본 발명의 주된 목적은, 상기 문제를 해결하고, 저온에서 막표면이 매끄러워 치밀한 저항율이 낮은 금속막을, 빠른 성막 속도로 형성하는 반도체 디바이스의 제조 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 한 형태에 의하면, 무기(無機) 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 처리실 내에 재치(載置)된 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과, 무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 서로 혼합하도록 동시에 1 회 상기 처리실에 공급하여, 상기 처리실 내에 재치된 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 포함하고, 상기 교호 공급 공정 및 상기 동시 공급 공정 중 적어도 한 쪽 공정 후에, 상기 반응 가스 및 불활성 가스 중 적어도 한 쪽을 이용하여 상기 제1 금속막 및 상기 제2 금속막 중 적어도 한 쪽을 개질(改質)하는 개질 공정을 수행하는 반도체 디바이스의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 처리실에 재치된 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과, 적어도 1 종의 금속 화합물과 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를, 서로 혼합하도록 동시에 처리실에 공급하는 공정을 포함하고, 상기 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 가지며, 상기 동시 공급 공정에서는, 상기 금속 화합물과 상기 반응 가스를 서로 혼합하도록 동시에 처리실에 공급한 후, 상기 금속 화합물과 상기 반응 가스의 공급을 중지하여 상기 처리실 내의 분위기를 제거하고, 그 후, 상기 반응 가스를 상기 처리실에 공급하며, 그 후, 상기 반응 가스의 공급을 중지하여 상기 처리실 내의 분위기를 제거하는 반도체 디바이스의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 무기 원료인 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 처리실에 재치된 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과, 무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 서로 혼합하도록 동시에 상기 처리실에 공급하여, 상기 처리실에 재치된 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 포함하고, 상기 교호 공급 공정에서는, 제1 금속 화합물과 상기 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 기판에 제3 금속막을 형성하는 공정과, 제1 금속 화합물과는 다른 제2 금속 화합물과 상기 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 기판에 제4 금속막을 형성하는 공정을 소정 회수 수행하고, 상기 제3 금속막과 상기 제4 금속막의 적층막에 의해 상기 제1 금속막이 형성되는 반도체 디바이스의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 처리실 내에 재치된 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과, 무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 서로 혼합하도록 동시에 1 회 상기 처리실에 공급하여, 상기 처리실 내에 재치된 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실에 무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물을 공급하는 금속 화합물 공급계와, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 상기 처리실에 공급하는 반응 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와 상기 금속 화합물 공급계, 상기 반응 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 금속 화합물 공급계, 상기 반응 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하고, 상기 처리실에 상기 금속 화합물과 반응 가스를 교호로 복수 회 공급하여 상기 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과, 상기 처리실에 상기 금속 화합물과, 반응 가스를 서로 혼합하도록 동시에 1 회 공급하여 상기 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 수행하여 상기 기판에 소정의 금속막을 형성하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, CVD법으로 형성된 질화 티탄막과 비교하여 양질(良質)의 질화 티탄막을, ALD법으로 형성된 질화 티탄막과 비교하여 빠른 성막 속도로, 즉 높은 생산성으로 제공하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 개략적인 구성을 나타내는 경사 투시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 바람직하게 이용되는 처리로의 일례와 거기에 부수하는 부재의 개략 구성도이며, 특히 처리로 부분을 종단면에서 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 바람직하게 이용되는 도 2에 나타내는 처리로의 A－A선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 성막 공정에 있어서의 질화 티탄막의 성막 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 성막 공정에 있어서의 질화 티탄막의 성막 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 11은 CVD층 단층으로 성막했을 경우(A)와, ALD층과 CVD층을 연속해서 성막했을 경우(B)의 표면 모폴로지(morphology)의 비교를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에서 바람직하게 이용되는 처리로의 일례와 거기에 부수하는 부재의 개략 구성도이며, 특히 처리로 부분을 종단면에서 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에서 바람직하게 이용되는 도 12에 나타내는 처리로의 A－A선 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 성막 공정에 있어서의 성막 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 제어 플로우를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제2 성막 공정에 있어서의 성막 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 처리로의 횡단면도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
본 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 반도체 장치[IC(Integrated Circuits)]의 제조에 사용되는 반도체 제조 장치의 일례로서 구성되어 있는 것이다. 하기의 설명에서는, 기판 처리 장치의 일례로서, 기판에 대해 성막 처리 등을 수행하는 종형의 장치를 사용했을 경우에 대해 설명한다. 그러나, 본 발명은 종형 장치의 사용을 전제로 한 것이 아닌, 예를 들면, 매엽(枚葉) 장치를 사용해도 좋다.
＜장치 전체 구성＞
도 1에 나타내는 바와 같이, 기판 처리 장치(101)에서는, 기판의 일례가 되는 웨이퍼(200)를 수납한 카세트(110)가 사용되고 있고, 웨이퍼(200)는 실리콘 등의 재료로 구성되어 있다. 기판 처리 장치(101)는 광체(筐體, 111)를 구비하고 있고, 광체(111)의 내부에는 카세트 스테이지(114)가 설치되어 있다. 카세트(110)는 카세트 스테이지(114) 상에 공정 내 반송 장치(도시 생략)에 의해 반입되거나 카세트 스테이지(114) 상으로부터 반출된다.
카세트 스테이지(114)는 공정 내 반송 장치에 의해, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)가 수직 자세를 보지(保持)하고 카세트(110)의 웨이퍼 출입구가 상방향을 향하도록 재치된다. 카세트 스테이지(114)는 카세트(110)를 광체(111)의 후방으로 우회전 종방향 90° 회전하고, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)가 수평 자세로 되어, 카세트(110)의 웨이퍼 출입구가 광체(111)의 후방을 향하도록 동작 가능하게 되도록 구성되어 있다.
광체(111) 내의 전후 방향의 실질적으로 중앙부에는 카세트 선반(105)이 설치되어 있고, 카세트 선반(105)은 복수 단(段) 복수 열(列)로 복수 개의 카세트(110)를 보관하도록 구성되어 있다. 카세트 선반(105)에는 웨이퍼 이재 기구(125)의 반송 대상이 되는 카세트(110)가 수납되는 이재 선반(123)이 설치되어 있다.
카세트 스테이지(114)의 상방에는 예비 카세트 선반(107)이 설치되고, 예비적으로 카세트(110)를 보관하도록 구성되어 있다.
카세트 스테이지(114)와 카세트 선반(105)과의 사이에는, 카세트 반송 장치(118)가 설치되어 있다. 카세트 반송 장치(118)는 카세트(110)를 보지한 상태로 승강 가능한 카세트 엘리베이터(118a)와, 반송 기구로서의 카세트 반송 기구(118b)로 구성되어 있다. 카세트 반송 장치(118)는 카세트 엘리베이터(118a)와 카세트 반송 기구(118b)의 연속 동작에 의해, 카세트 스테이지(114)와 카세트 선반(105)과 예비 카세트 선반(107)과의 사이에서, 카세트(110)를 반송하도록 구성되어 있다.
카세트 선반(105)의 후방에는, 웨이퍼 이재 기구(125)가 설치되어 있다. 웨이퍼 이재 기구(125)는 웨이퍼(200)를 수평 방향으로 회전 내지 직동(直動) 가능한 웨이퍼 이재 장치(125a)와, 웨이퍼 이재 장치(125a)를 승강시키기 위한 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b)로 구성되어 있다. 웨이퍼 이재 장치(125a)에는 웨이퍼(200)를 픽업하기 위한 트위저(125c)가 설치되어 있다. 웨이퍼 이재 장치(125)는 웨이퍼 이재 장치(125a)와 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b)의 연속 동작에 의해, 트위저(125c)를 웨이퍼(200)의 재치부로 하여, 웨이퍼(200)를 보트(217)에 대해서 장전(charging)하거나 보트(217)로부터 탈장(脫裝)(discharging)하도록 구성되어 있다.
광체(111)의 후부 상방에는, 웨이퍼(200)를 열처리하는 처리로(202)가 설치되어 있고, 처리로(202)의 하단부가 노구(爐口) 셔터(147)에 의해 개폐되도록 구성되어 있다.
처리로(202)의 하방에는 처리로(202)에 대해 보트(217)를 승강시키는 보트 엘리베이터(115)가 설치되어 있다. 보트 엘리베이터(115)의 승강대에는 암(128)이 연결되어 있고, 암(128)에는 씰 캡(219)이 수평으로 설치되어 있다. 씰 캡(219)은 보트(217)를 수직으로 지지함과 동시에, 처리로(202)의 하단부를 폐색 가능하도록 구성되어 있다.
보트(217)는 복수의 보지 부재를 구비하고 있고, 복수 매(예를 들면 50~150 매 정도)의 웨이퍼(200)를 그 중심을 맞추어 수직 방향으로 정렬시킨 상태에서, 각각 수평으로 보지하도록 구성되어 있다.
카세트 선반(105)의 상방에는, 청정화된 분위기의 클린 에어를 공급하는 클린 유닛(134a)이 설치되어 있다. 클린 유닛(134a)은 공급 팬 및 방진(防塵) 필터로 구성되어 있고, 클린 에어를 광체(111)의 내부에 유통시키도록 구성되어 있다.
광체(111)의 좌측 단부(端部)에는, 클린 에어를 공급하는 클린 유닛(134b)이 설치되어 있다. 클린 유닛(134b)도 공급 팬 및 방진 필터로 구성되어 있고, 클린 에어를 웨이퍼 이재 장치(125a)나 보트(217) 등의 근방을 유통시키도록 구성되어 있다. 상기 클린 에어는, 웨이퍼 이재 장치(125a)나 보트(217) 등의 근방을 유통한 후에, 광체(111)의 외부에 배기되도록 되어 있다.
＜처리 장치의 동작＞
계속해서, 기판 처리 장치(101)의 주된 동작에 대해 설명한다.
공정 내 반송 장치(도시 생략)에 의해 카세트(110)가 카세트 스테이지(114) 상에 반입되면, 카세트(110)는 웨이퍼(200)가 카세트 스테이지(114) 위에서 수직 자세를 보지하고, 카세트(110)의 웨이퍼 출입구가 상방향을 향하도록 재치된다. 그 후, 카세트(110)는 카세트 스테이지(114)에 의해, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)가 수평 자세로 되고, 카세트(110)의 웨이퍼 출입구가 광체(111)의 후방을 향하도록, 광체(111)의 후방으로 우회전 종방향 90° 회전된다.
그 후, 카세트(110)는 카세트 선반(105) 내지 예비 카세트 선반(107)의 지정된 선반 위치에 카세트 반송 장치(118)에 의해 자동적으로 반송되어 수도(受渡)되고, 일시적으로 보관된 후, 카세트 선반(105) 내지 예비 카세트 선반(107)으로부터 카세트 반송 장치(118)에 의해 이재 선반(123)으로 이재(移載)되거나, 혹은 직접 이재 선반(123)으로 반송된다.
카세트(110)가 이재 선반(123)에 이재되면, 웨이퍼(200)는 카세트(110)로부터 웨이퍼 이재 장치(125a)의 트위저(125c)에 의해 웨이퍼 출입구를 통해서 픽업되고, 보트(217)에 장전(charging)된다. 보트(217)에 웨이퍼(200)를 수도한 웨이퍼 이재 장치(125a)는 카세트(110)로 되돌아오고, 후속의 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전한다.
미리 지정된 매수의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전되면, 처리로(202)의 하단부를 닫고 있던 노구 셔터(147)가 열리고, 처리로(202)의 하단부가 개방된다. 그 후, 웨이퍼(200)군을 보지한 보트(217)가 보트 엘리베이터(115)의 상승 동작에 의해 처리로(202) 내에 반입(loadging)되고, 처리로(202)의 하부가 씰 캡(seal cap, 219)에 의해 폐색된다.
로딩 후에는, 처리로(202)에서 웨이퍼(200)에 대해 임의의 처리가 실시된다. 그 처리 후에는, 상술한 순서와 반대로, 웨이퍼(200) 및 카세트(110)가 광체(111)의 외부로 반출된다.
＜처리로의 구성＞
다음에 도 2 및 도 3을 이용하여 상술한 기판 처리 장치에 적용되는 처리로(202)에 대해 설명한다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 처리로(202)에는 웨이퍼(200)를 가열하기 위한 가열 장치(가열 수단)인 히터(207)가 설치되어 있다. 히터(207)는 상방이 폐색된 원통 형상의 단열 부재와 복수 개의 히터 소선을 구비하고 있고, 단열 부재에 대해 히터 소선이 설치된 유닛 구성을 포함하고 있다. 히터(207)의 내측에는, 웨이퍼(200)를 처리하기 위한 석영제의 반응관(203)이 설치되어 있다.
반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)의 하단 개구를 기밀(氣密)하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 씰 캡(219)이 설치되어 있다. 씰 캡(219)은 반응관(203)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 당접(當接)되도록 되어 있다. 씰 캡(219)은 예를 들면 스테인리스 등의 금속으로 이루어지고, 원반(圓盤) 형상으로 형성되어 있다. 씰 캡(219)의 표면에는 반응관(203)의 하단과 당접하는 씰 부재로서의 O링(220)이 설치되어 있다. 씰 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는 보트를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 씰 캡을 관통하여, 후술하는 보트(217)에 접속되어 있고, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 씰 캡(219)은 반응관(203)의 외부에 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있고, 이에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내에 대해 반입 반출하는 것이 가능하게 되어 있다.
씰 캡(219)에는 보트(217)를 지지하는 보트 지지대(218)가 설치되어 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 보트(217)는 보트 지지대(218)에 고정된 저판(底板, 210)과 그 상방에 배치된 천판(天板, 211)을 포함하고 있고, 저판(210)과 천판(211)과의 사이에 복수 개의 지주(支柱, 212)가 가설(架設)된 구성을 포함하고 있다. 보트(217)에는 복수 매의 웨이퍼(200)가 보지되어 있다. 복수 매의 웨이퍼(200)는 서로 일정한 간격을 두면서 수평 자세를 보지한 상태에서 보트(217)의 지주(212)에 지지되어 있다.
이상의 처리로(202)에서는, 배치(batch)처리 되는 복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 대해 다단으로 적층된 상태에 있어서, 보트(217)가 보트 지지대(218)로 지지되면서 처리실(201)에 삽입되고, 히터(207)가 처리실(201)에 삽입된 웨이퍼(200)를 소정의 온도로 가열하도록 되어 있다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 처리실(201)에는, 원료 가스를 공급하기 위한 2 개의 가스 공급관(310, 320)[제1 가스 공급관(310), 제2 가스 공급관(320)]이 접속되어 있다.
가스 공급관(310)에는 상류측부터 차례로 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(mass flow controller, 312), 기화 유닛(기화 수단)인 기화기(700) 및 개폐밸브인 밸브(314)가 설치되어 있다. 가스 공급관(310)의 선단부에는 노즐(410)[제1 노즐(410)]이 연결되어 있다. 노즐(410)은 처리실(201)을 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에서, 반응관(203)의 내벽을 따른 상하 방향[웨이퍼(200)의 적재 방향]으로 연장되어 있다. 노즐(410)의 측면에는 원료 가스를 공급하는 다수의 가스 공급공(410a)이 설치되어 있다. 가스 공급공(410a)은, 하부에서 상부에 걸쳐서 각각 동일 또는, 크기에 경사를 둔 개구 면적을 갖고, 아울러 동일한 개구 피치(pitch)로 설치되어 있다.
그리고, 가스 공급관(310)에는 기화기(700)와 밸브(314)와의 사이에, 후술하는 배기관(231)에 접속된 벤트라인(610) 및 밸브(614)가 설치되어 있고, 원료 가스를 처리실(201)에 공급하지 않는 경우는, 밸브(614)를 개재하여 원료 가스를 벤트라인(610)에 공급한다. 주로, 가스 공급관(310), 매스 플로우 컨트롤러(312), 기화기(700), 밸브(314), 노즐(410), 벤트라인(610), 밸브(614)에 의해 제1 가스 공급계(제1 가스 공급 수단)가 구성된다.
또한, 가스 공급관(310)에는 캐리어 가스를 공급하기 위한 캐리어 가스 공급관(510)이 접속되어 있다. 캐리어 가스 공급관(510)에는 매스 플로우 컨트롤러(512) 및 밸브(514)가 설치되어 있다. 주로, 캐리어 가스 공급관(510), 매스 플로우 컨트롤러(512), 밸브(514)에 의해 제1 캐리어 가스 공급계(불활성 가스 공급계, 불활성 가스 공급 수단)가 구성된다.
가스 공급관(320)에는 상류측부터 차례로 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(322) 및 밸브(324)가 설치되어 있다. 가스 공급관(320)의 선단부에는 노즐(420)[제2 노즐(420)]이 연결되어 있다. 노즐(420)도, 노즐(410)과 마찬가지로, 처리실(201)을 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에서, 반응관(203)의 내벽을 따라 상하 방향[웨이퍼(200)의 적재 방향]으로 연장되어 있다. 노즐(420)의 측면에는, 원료 가스를 공급하는 다수의 가스 공급공(420a)이 설치되어 있다. 가스 공급공(420a)도, 가스 공급공(410a)과 마찬가지로, 하부에서 상부에 걸쳐서 각각 동일 또는, 크기에 경사를 둔 개구 면적을 갖고, 아울러 동일한 개구 피치로 설치되어 있다. 주로, 가스 공급관(320), 매스 플로우 컨트롤러(322), 밸브(324), 노즐(420)에 의해 제2 가스 공급계(제2 가스 공급 수단)가 구성된다.
그리고 가스 공급관(320)에는 캐리어 가스를 공급하기 위한 캐리어 가스 공급관(520)이 연결되어 있다. 캐리어 가스 공급관(520)에는 매스 플로우 컨트롤러(522) 및 밸브(524)가 설치되어 있다. 주로, 캐리어 가스 공급관(520), 매스 플로우 컨트롤러(522), 밸브(524)에 의해 제2 캐리어 가스 공급계(불활성 가스 공급계, 불활성 가스 공급 수단)가 구성된다.
예를 들면 가스 공급관(310)으로부터 공급되는 원료가 액체인 경우, 가스 공급관(310)으로부터는, 매스 플로우 컨트롤러(312), 기화기(700) 및 밸브(314)를 개재하여, 캐리어 가스 공급관(510)과 합류하고, 더욱이 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 반응 가스가 공급된다. 예를 들면 가스 공급관(310)으로부터 공급되는 원료가 기체인 경우에는, 매스 플로우 컨트롤러(312)를 기체용의 매스 플로우 컨트롤러로 교환하고, 기화기(700)는 불필요하게 된다. 또한, 가스 공급관(320)으로부터는 매스 플로우 컨트롤러(322), 밸브(324)를 개재하여, 캐리어 가스 공급관(520)과 합류하고, 더욱이 노즐(420)을 개재하여 처리실(201)에 반응 가스가 공급된다.
상기 구성에 따른 일례로서, 가스 공급관(310)에는 원료 가스의 일례로서 Ti 원료[사염화티탄(TiCl4)이나 테트라키스 디메틸 아미노 티탄(TDMAT, Ti[N(CH3)2]4), 테트라키스 디에틸 아미노 티탄(TDEAT, Ti[N(CH2CH3)2]4) 등]가 도입된다. 가스 공급관(320)에는, 개질 원료의 일례로서 질화 원료인 암모니아(NH3), 질소(N2), 아산화 질소(N2O), 모노메틸 히드라진(CH6N2) 등이 도입된다.
캐리어 가스 공급관(510 및 520)으로부터는, 예를 들면 질소(N2) 가스가, 각각 매스 플로우 컨트롤러(512 및 522), 밸브(514 및 524), 가스 공급관(510 및 520), 노즐(410, 420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
한편, 예를 들면 각 가스 공급관으로부터 상술한 가스를 각각 흘리는 경우, 제1 가스 공급계에 의해 원료 가스 공급계, 즉 금속 함유 가스(금속 화합물) 공급계가 구성된다. 또한, 제2 가스 공급계에 의해 반응성 가스(개질 가스) 공급계가 구성된다.
반응관(203)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치되어 있다. 배기관(231)에는 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto　Pressure　Controller) 밸브(243)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있고, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기할 수 있도록 구성되어 있다. 한편, APC 밸브(243)는 밸브를 개폐하여 처리실(201) 내의 진공 배기·진공 배기 정지를 할 수 있고, 더욱이 밸브 개도(開度)를 조절하여 압력 조정 가능하도록 되어 있는 개폐 밸브이다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(243), 진공 펌프(246), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 근거하여 히터(207)로의 통전(通電) 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는 노즐(410 및 420)과 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치되어 있다.
반응관(203) 내의 중앙부에는 보트(217)가 설치되어 있다. 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 반응관(203)에 대해 승강(출입)할 수 있도록 되어 있다. 보트(217)를 지지하는 보트 지지대(218)의 하단부에는, 처리의 균일성을 향상하기 위해서 보트(217)를 회전시키는 보트 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 보트 회전 기구(267)를 구동시킴으로써, 보트 지지대(218)에 지지된 보트(217)를 회전시킬 수 있도록 되어 있다.
이상의 매스 플로우 컨트롤러(312, 322, 512, 522), 밸브(314, 324, 514, 524), APC 밸브(243), 히터(207), 온도 센서(263), 압력 센서(245), 진공 펌프(246), 보트 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등의 각 부재는 컨트롤러(280)에 접속되어 있다. 컨트롤러(280)는 기판 처리 장치(101)의 전체의 동작을 제어하는 제어부(제어 수단)의 일례이며, 매스 플로우 컨트롤러(312, 322, 512, 522)의 유량 조정, 밸브(314, 324, 514, 524)의 개폐 동작, APC 밸브(243)의 개폐 및 압력 센서(245)에 근거하는 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 근거하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동(起動)·정지, 보트 회전 기구(267)의 회전 속도 조절, 보트 엘리베이터(115)의 승강 동작 등을 각각 제어하도록 되어 있다.
＜반도체 장치의 제조 방법＞
다음에, 상술한 기판 처리 장치의 처리로(202)를 이용하여, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 대규모 집적회로(Large　Scale　Integration；LSI)를 제조할 때 등에, 기판 상에 절연막을 성막하는 방법의 예에 대해 설명한다. 한편, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
[제1 실시예］
본 실시예에서는, 금속막으로서 질화 티탄막을 기판 상에 형성하는 방법에 대해 설명한다.
질화 티탄막을 기판 상에 각각 다른 성막 방법으로 형성하도록 2 개의 공정으로 나눈다. 우선 제1 성막 공정으로서 ALD법을 이용하여 기판 상에 질화 티탄막을 성막한다. 다음에, 제2 성막 공정으로서 CVD법을 이용하여 기판 상에 질화 티탄막을 성막한다.
본 실시예에서는, 티탄(Ti) 함유 원료로서, TiCl4, 질화 가스로서 NH3를 이용하는 예에 대해 설명한다. 한편, 이 예에서는, 제1 가스 공급계에 의해 티탄 함유 가스 공급계(제1 원소 함유 가스 공급계)가 구성되고, 제2 가스 공급계에 의해 질소 함유 가스 공급계(제2 원소 함유 가스 공급계)가 구성된다.
도 4는 본 실시예에 있어서의 제어 플로우의 일례를 나타낸다. 우선, 복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(wafer charge)되면, 복수 매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어올려져 처리실(201) 내에 반입(boat load)된다. 이 상태에서, 씰 캡(219)은 O링(220)을 개재하여 반응관(203)의 하단을 씰한 상태가 된다.
그리고, 성막 프로세스에서는, 컨트롤러(280)가, 기판 처리 장치(101)를 하기와 같이 제어한다. 즉, 히터(207)을 제어하여 처리실(201) 내를 예를 들면 300℃~550℃의 범위의 온도로서, 바람직하게는 450℃ 이하, 더욱 바람직하게는 450℃로 보지한다. 그 후, 복수 매의 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전하고, 보트(217)를 처리실(201)에 반입한다. 그 후, 보트(217)를 보트 구동 기구(267)에 의해 회전시켜, 웨이퍼(200)를 회전시킨다. 그 후, 진공 펌프(246)를 작동시킴과 동시에 APC 밸브(243)를 개방하여 처리실(201) 내부를 진공 배기하고, 웨이퍼(200)의 온도가 450℃에 도달하여 온도 등이 안정되면, 처리실(201) 내의 온도를 450℃로 보지한 상태에서 후술하는 스텝을 차례차례 실행한다.
(1) 제1 성막 공정(교호 공급 공정)
도 5에, 본 실시예에 따른 제1 성막 공정에 있어서의 질화 티탄막의 성막 시퀀스를 나타낸다. 제1 성막 공정에서는, ALD법을 이용하여 기판 상에 성막을 실시하는 예에 대해 설명한다. ALD법이란, CVD법의 하나이며, 어떤 성막 조건(온도, 시간 등) 하에서, 성막에 이용하는 적어도 2 종류의 원료가 되는 원료 가스를 1 종류씩 교호로 기판 상에 공급하고, 1 원자 단위로 기판 상에 흡착시켜, 표면 반응을 이용하여 성막을 수행하는 방법이다. 이 때, 막두께의 제어는 원료 가스를 공급하는 사이클 수로 수행한다(예를 들면, 성막 속도가 1Å／사이클로 하면, 20Å의 막을 형성하는 경우, 20 사이클 수행한다).
(스텝 11)
스텝 11에서는, TiCl4를 흘린다. TiCl4는 상온에서 액체이며, 처리실(201)에 공급하기 위해서는, 가열하여 기화시키고나서 공급하는 방법, 기화기(700)를 사용하여 캐리어 가스로 불리는 He(헬륨), Ne(네온), Ar(아르곤), N2(질소) 등의 불활성 가스를 TiCl4 용기 내에 통과시키고, 기화하고 있는 분을 그 캐리어 가스와 함께 처리실(201)로 공급하는 방법 등이 있는데, 예로서 후자의 케이스로 설명한다.
가스 공급관(310)에 TiCl4를, 캐리어 가스 공급관(510)에 캐리어 가스(N2)를 흘린다. 가스 공급관(310)의 밸브(314), 캐리어 가스 공급관(510)의 밸브(514) 및 배기관(231)의 APC 밸브(243)를 함께 개방한다. 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급관(510)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(512)에 의해 유량 조정된다. TiCl4는, 가스 공급관(310)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(312)에 의해 유량 조정되고, 기화기(700)에 의해 기화되며, 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하고, 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되면서 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때, APC 밸브(243)를 적정하게 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 20~50Pa의 범위로서, 예를 들면 30Pa로 유지한다. 매스 플로우 컨트롤러(312)로 제어하는 TiCl4의 공급량은 1.0~2.0g/min이다. TiCl4에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 3~10초간이다. 이 때 히터(207)의 온도는 웨이퍼의 온도가 300℃~550℃의 범위로서, 예를 들면 450℃가 되도록 설정한다.
이 때, 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는, TiCl4와 N2, Ar 등의 불활성 가스뿐이며, NH3는 존재하지 않는다. 따라서, TiCl4는 기상(氣相) 반응을 일으키는 경우는 없고, 웨이퍼(200)의 표면이나 하지막(下地膜)과 표면 반응(화학 흡착)하여, 원료(TiCl4)의 흡착층 또는 Ti층(이하, Ti 함유층)을 형성한다. TiCl4의 흡착층이란, 원료 분자의 연속적인 흡착층 외에, 불연속인 흡착층도 포함한다. Ti층이란, Ti에 의해 구성되는 연속적인 층 외에, 이들이 겹쳐서 생기는 Ti박막도 포함한다. 한편, Ti에 의해 구성되는 연속적인 층을 Ti박막이라고 부르는 경우도 있다.
동시에, 가스 공급관(320)의 도중에 연결되어 있는 캐리어 가스 공급관(520)으로부터, 밸브(524)를 개방하여 불활성 가스를 흘리면, NH3측으로 TiCl4가 돌아들어가는 것을 방지할 수 있다.
(스텝 12)
가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫아 처리실로의 TiCl4의 공급을 정지하고, 밸브(614)를 개방하여 벤트라인(610)에 TiCl4를 흘린다. 이에 의해 TiCl4를 항상 안정되게 처리실로 공급할 수 있다. 이 때 가스 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류 TiCl4를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때 N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내로 공급하면, 잔류 TiCl4를 배제하는 더욱 효과가 높아진다.
(스텝 13)
스텝 13에서는 NH3를 흘린다. 가스 공급관(320)에 NH3를, 캐리어 가스 공급관(520)에 캐리어 가스(N2)를 흘린다. 가스 공급관(320)의 밸브(324), 캐리어 가스 공급관(520)의 밸브(524) 및 배기관(231)의 APC 밸브(243)를 함께 개방한다. 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급관(520)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(522)에 의해 유량 조정된다. NH3는 가스 공급관(320)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(322)에 의해 유량 조정되며, 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하고, 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되면서 배기관(231)으로부터 배기된다. NH3를 흘릴 때에는, APC 밸브(243)를 적정하게 조절하여 처리실(201) 내의 압력을 50~1000Pa의 범위로서, 예를 들면 60Pa로 유지한다. 매스 플로우 컨트롤러(322)로 제어하는 NH3의 공급 유량은 1~10slm이다. NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 10~30초간이다. 이 때의 히터(207)의 온도는 300℃~550℃의 범위의 소정의 온도로서, 예를 들면 450℃가 되도록 설정한다.
동시에, 가스 공급관(310)의 도중(途中)에 연결되어 있는 캐리어 가스 공급관(510)으로부터, 개폐 밸브(514)를 개방하여 불활성 가스를 흘리면, TiCl4측으로 NH3가 돌아들어가는 것을 방지할 수 있다.
NH3의 공급에 의해, 웨이퍼(200) 상에 화학 흡착한 Ti함유층과 NH3가 표면 반응(화학 흡착)하여, 웨이퍼(200) 상에 질화 티탄막이 성막된다.
(스텝 14)
스텝 14에서는, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아 NH3의 공급을 중지한다. 또한, 가스 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해, 처리실(201)을 20Pa 이하로 배기하고, 잔류 NH3를 처리실(201)로부터 배제한다. 또한, 이 때에는, N2 등의 불활성 가스를, NH3 공급 라인인 가스 공급관(320) 및 TiCl4 공급 라인인 가스 공급관(310)으로부터 각각 처리실(201)에 공급하여 퍼지하면, 잔류 NH3를 배제하는 효과가 더욱 높아진다.
상기 스텝 11~14를 1 사이클로 하고, 적어도 1 회 이상 수행함으로써 웨이퍼(200) 상에 ALD법을 이용하여 소정 막두께의 질화 티탄막을 성막한다. 이 경우, 각 사이클 중에서, 상기와 같이, 스텝 11에 있어서의 Ti함유 원료 가스에 의해 구성되는 분위기와, 스텝 13에 있어서의 질화 가스에 의해 구성되는 분위기의 각각의 분위기가 처리실(201) 내에서 혼합하지 않도록 성막하는 것에 유의한다.
또한, ALD법에 의한 질화 티탄막의 막두께는, 사이클 수를 제어하여, 1~5nm 정도로 조정하면 좋다. 이 때에 형성되는 질화 티탄막은, 표면이 매끄러우며(스무스하며) 치밀한 연속막이 된다.
또한, ALD법에 의해 질화 티탄막을 형성한 후, 이 질화 티탄막에 대해서, 질소 함유 가스, 수소 함유 가스, 불활성 가스 등을 이용하여 어닐(anneal) 처리를 수행해도 좋다.
이하, 질소 함유 가스로서 NH3를 이용한 어닐 처리에 대해 설명한다.
질화 티탄막이 형성된 웨이퍼(200)를 NH3의 분위기에 노출함으로써 질화 티탄막의 개질을 수행한다. 구체적으로는, 가스 공급관(320)에 NH3를, 캐리어 가스 공급관(520)에 캐리어 가스(N2)를 흘린다. 가스 공급관(320)의 밸브(324), 캐리어 가스 공급관(520)의 밸브(524) 및 배기관(231)의 APC 밸브(243)를 함께 개방한다. 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급관(520)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(522)에 의해 유량 조정된다. NH3는 가스 공급관(320)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(322)에 의해 유량 조정되며, 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하고, 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되면서 배기관(231)으로부터 배기된다.
NH3를 흘릴 때에는, APC 밸브(243)를 적정하게 조절하여 처리실(201) 내 압력을 50~1000Pa의 범위로서, 예를 들면　150Pa로 유지한다. 매스 플로우 컨트롤러(324)로 제어하는 NH3의 공급 유량은　1~91slm이다. NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은　1~10분간이다. 이 때의 히터(207)의 온도는, 300~550℃의 범위의 소정의 온도로서, 예를 들면 450℃가 되도록 설정한다. 이와 같이 어닐 시의 온도를 성막 시의 온도와 동일한 온도로 설정하면, 처리 시간이 더욱 단축되고 스루풋(throughput)이 향상한다. 동시에, 가스 공급관(310)의 도중에 연결되어 있는 캐리어 가스 공급관(510)으로부터, 개폐 밸브(514)를 개방하여 불활성 가스를 흘리면, TiCl4측으로 NH3가 돌아들어가는 것을 방지할 수 있다.
NH3의 공급에 의해, 막중에 잔류하는 염소(Cl)를 효율적으로 제거하고, 막의 고품질화를 도모할 수 있다고 하는 효과가 있다.
또한 ALD법에 의해 질화 티탄막을 형성한 후, 이 질화 티탄막에 대해서, 질소 함유 가스, 수소 함유 가스, 불활성 가스 등을 이용하여 플라즈마 처리를 수행해도 좋다. 예를 들면 질소 함유 가스로서 NH3를 플라즈마로 활성화(플라즈마 여기)시켜 흘림으로써, 에너지가 높은 반응물을 더 생성할 수 있고, 이 반응물에 의해 개질 처리를 수행함으로써, 디바이스 특성이 향상하는 등의 효과도 생각할 수 있다. 한편, NH3는 열로 활성화시켜 공급한 편이 소프트한 반응을 발생시킬 수 있고, 상술한 개질 처리를 소프트하게 수행할 수 있다.
또한, 상술한 어닐 처리와 플라즈마 처리는 동시에 수행해도 좋다. 즉, 상술한 어닐 시의 온도로 히터(207)를 설정하면서, 예를 들면 NH3를 플라즈마로 활성화시켜 흘림으로써, 질화 티탄막에 대해서 처리를 수행한다. 다만, 어닐 시의 온도로 히터(207)를 유지하고, 열에너지에 의해 NH3를 활성화시키는 시간과, 플라즈마에 의해 NH3를 활성화시키는 시간이 동일할 필요는 없다.
한편, 어닐 처리 및 플라즈마 처리 중 적어도 한 쪽에 이용하는 가스는, 질소 함유 가스, 수소 함유 가스, 불활성 가스 등이면 좋고, 질소 함유 가스로서는 예를 들면 N2, NH3 혹은 모노메틸 히드라진(CH6N2) 등을 이용할 수 있고, 수소 함유 가스로서는 예를 들면 H2 등을 이용할 수 있으며, 불활성 가스로서는 예를 들면 아르곤(Ar)이나 헬륨(He) 등을 이용할 수 있다. N2, NH3를 이용하는 경우는 성막 공정에서 사용되는 가스종이므로, 새롭게 가스를 공급하기 위한 기구를 설치할 필요가 없기 때문에 더욱 바람직하다.
(2) 제2 성막 공정(동시 공급 공정)
제2 성막 공정에서는, CVD법을 이용하여 기판 상에 성막을 수행하는 예에 대해 설명한다.
본 실시예에 따른 제2 성막 공정에 있어서의 질화 티탄막의 성막 시퀀스를 도 6에 나타낸다. CVD법에 의한 질화 티탄막의 퇴적은, 컨트롤러(280)가, 밸브, 매스 플로우 컨트롤러, 진공 펌프 등을 제어하여, 기상 반응(CVD 반응)이 일어나도록, 동시에 존재하는 타이밍이 생기도록 TiCl4와 NH3를 처리실(201) 내에 공급한다. 이하, 구체적인 성막 시퀀스를 설명한다.
본 공정에서는, TiCl4와 NH3를 동시에 흘린다. 가스 공급관(310)에 TiCl4를, 캐리어 가스 공급관(510)에 캐리어 가스(N2)를 흘린다. 가스 공급관(310)의 밸브(314), 캐리어 가스 공급관(510)의 밸브(514) 및 배기관(231)의 APC 밸브(243)를 함께 개방한다. 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급관(510)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(512)에 의해 유량 조정된다. TiCl4는 가스 공급관(310)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(312)에 의해 유량 조정되고, 기화기(700)에 의해 기화되며, 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하여 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다.
또한, 가스 공급관(320)에 NH3를, 캐리어 가스 공급관(520)에 캐리어 가스(N2)를 흘린다. 가스 공급관(320)의 밸브(324), 캐리어 가스 공급관(520)의 밸브(524) 및 배기관(231)의 APC 밸브(243)를 함께 개방한다. 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급관(520)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(522)에 의해 유량 조정된다. NH3는 가스 공급관(320)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(322)에 의해 유량 조정되고, 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하여 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다.
그리고, 처리실(201) 내에 공급된 TiCl4와 NH3는, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때, APC 밸브(243)를 적정하게 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 10~30Pa의 범위로서, 예를 들면 20Pa로 유지한다. 매스 플로우 컨트롤러(312)로 제어하는 TiCl4의 공급량은 0.1~1.0g/min이다. 매스 플로우 컨트롤러(322)로 제어하는 NH3의 공급량은 0.1~0.5slm이다. TiCl4 및 NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 원하는 막두께에 이를 때까지이다. 이 때 히터(207) 온도는, 웨이퍼의 온도가 300℃~550℃의 범위로서, 예를 들면 450℃가 되도록 설정한다.
여기서, 제1 성막 공정과 제2 성막 공정에서는, 실질적으로 동일한 히터 온도가 되도록 설정하고 있고, 이 경우는 450℃로 하고 있다. 이와 같이 실질적으로 동일한 온도로 하여 인사이츄(in situ)에서 처리를 수행함으로써, 처리 시간의 단축을 도모하여, 반도체 장치의 생산성을 높이는 효과가 있다. 또한, 반대로, 온도를 적극적으로 변화시켜 최적의 ALD법이나 CVD법의 조건으로 하는 것도 가능하다. 예를 들면, ALD법에 의한 처리 온도를 CVD법에 따르는 처리 온도보다 낮게 하는 것도 가능하다.
이 때, 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는, TiCl4와 NH3 및 N2, Ar등의 불활성 가스이며, TiCl4와 NH3가 기상 반응(열 CVD 반응)을 일으켜, 웨이퍼(200)의 표면이나 하지막 상에 소정 막두께의 박막이 퇴적(deposition)된다.
미리 설정된 처리 시간이 경과하면, 가스 공급관(310)의 밸브(314) 및 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아 TiCl4 및 NH3의 공급을 정지한다. 이 때 가스 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하여, 잔류 TiCl4 및 NH3를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한 이 때, 가스 공급관(510)의 밸브(514) 및 가스 공급관(520)의 밸브(524)는 개방해 두고, 불활성 가스를 처리실(201) 내로 공급하면, 잔류 TiCl4 및 NH3를 배제하는 효과가 더욱 높아진다.
소정 막두께의 질화 티탄막을 형성하는 성막 처리가 이루어지면, N2 가스 등의 불활성 가스가 처리실(201) 내로 공급되면서 배기됨으로써 처리실(201) 내부가 불활성 가스로 퍼지된다(가스 퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압(常壓)으로 복귀된다(대기압 복귀). 그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되고, 반응관(203)의 하단이 개구됨과 동시에, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부에 반출(boat unload)된다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출(取出)된다(wafer discharge). 이에 의해 1 회의 성막 처리(배치 처리)가 종료된다.
CVD법에 의한 질화 티탄막의 막두께는 공급 시간에 의해 조정한다. 공급 시간이 길면 길수록 막두께를 더욱 두껍게 할 수 있고, 공급 시간이 짧으면 짧을수록 막두께를 더욱 얇게 할 수 있다.
또한, CVD법에 의해 질화 티탄막을 형성한 후, 이 질화 티탄막에 대해서, 불활성 가스인 아르곤(Ar)이나 헬륨(He) 등을 이용하여 어닐 또는 플라즈마 처리를 수행해도 좋다.
그리고, 질소 원자를 포함하는 가스로서 N2, NH3 혹은 모노메틸 히드라진(CH6N2) 등을 이용하여 질화 티탄막을 어닐 또는 플라즈마 처리해도 좋다.
그리고, 수소 원자를 포함하는 가스로서, H2 등을 이용하여 질화 티탄막을 어닐 또는 플라즈마 처리해도 좋다.
도 7은 상술한 CVD 성막 후에 어닐 또는 플라즈마 처리를 수행했을 경우의 제어 플로우의 일례를 나타낸다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 어닐 또는 플라즈마 처리는, 도 4에 나타나 있는 본 실시예에 있어서의 제어 플로우의 동시 공급 공정 후에 처리실(201) 내의 압력 및 온도를 조정한 후, 처리실(201) 내를 불활성 가스로 퍼지하기(가스 퍼지) 전에 수행하면 좋다.
상기와 같이, 제1 성막 공정으로서 ALD법을 이용하여 기판 상에 질화 티탄막을 성막한 후, 제2 공정으로서 CVD법을 이용하여 기판 상에 질화 티탄막을 성막함으로써, 동일 처리실 내에서, 질화 티탄막을 기판 상에 각각 다른 성막 방법으로 형성한다.
제1 성막 공정으로서 ALD법에 의해 성막한 ALD층을 형성하는 이유는, 표면이 스무스하고 치밀한 연속막을 형성하기 위함이다. ALD층으로서 퇴적함으로써, CVD법에 의해 성막한 CVD층을 퇴적할 때의 인큐베이션 타임(incubation time)의 면내 불균일성에 기인하는 막두께 불균일성이나 모폴로지 열화(劣化)를 억제할 수 있고, 또한 CVD층 퇴적 시의 초기 과정에 있어서의 불균질한 성장에 의한 막질 저하를 억제할 수 있다.
제2 성막 공정으로서 CVD층을 형성하는 이유는, ALD층과 비교하여 보다 고속의 성장 속도를 이용하여, 원하는 막두께를 얻기 위해서 시간을 단축하기 위한 것이다. 또한 성막 조건을 변화시킴으로써, 퇴적하는 막의 막질을 제어할 수 있다.
또한, 먼저 ALD 성막을 수행하고, 그 후 CVD 성막을 1 회씩 실시하여, 성막 초기에 있어서 ALD 성막에 의해 밀도가 높은 연속막을 성막함으로써, 그 후의 CVD 성막에 있어서도 결정립의 랜덤 성장을 방지할 수 있고, 결과적으로, 높은 성막 레이트로 표면이 스무스하고 치밀한 질화 티탄막이 형성된다.
도 8은, 먼저 ALD 성막을 수행하고, 그 후 CVD 성막을 수행하여, 각 성막 방법을 복수 회 교호로 실시하는 예를 나타낸다. 이에 의해, 주기적으로 성막 방법을 바꾸고, 반복 성막함으로써, 결정립이 엉성하고 크게 되는 것을 방지하고, 막두께 성막에 있어서도 스무스하고 치밀한 표면을 얻을 수 있다. 또한, 스텝 커버리지가 뛰어난 ALD법과, 그렇지 않은 CVD법을 조합함으로써, 커버리지성을 제어할 수 있다.
도 9는, 먼저 CVD 성막을 수행하고, 그 후 ALD 성막을 수행하여, 각 성막 방법을 복수 회 교호로 실시한 예를 나타낸다. 또한, 도 10은, 먼저 CVD 성막을 수행하고, 그 후 ALD 성막을 1 회씩 실시한 예를 나타낸다. 이와 같이, 제1 성막 공정으로서 CVD층을 형성하고, 제2 성막 공정으로서 ALD층을 형성하도록 해도 무방하다. ALD층은, CVD층의 랜덤한 기둥 형상 입자의 성장을 중지시키는 효과가 있다고 생각되기 때문에, 결과적으로 표면 모폴로지의 개선, 비저항(比抵抗) 등의 막질 개선, 성장 속도 향상 등의 효과를 얻을 수 있다.
또한, ALD층과 CVD층을, 복수 회씩 성막함으로써 원하는 막두께를 얻어도 무방하다. 그 경우, ALD층과 CVD층을 차례로 교호로 퇴적해도 좋고, 무순서로 퇴적해도 좋다. ALD층 및 CVD층의 각각의 막두께는 적절하게 조정된다.
도 11에, 베어 실리콘 기판 상에 450℃에서, CVD층 단층(單層)으로 성막했을 경우(A)와, ALD층과 CVD층을 연속해서 성막했을 경우(B)의 표면 모폴로지를 비교하기 위해서 나타낸다. 이 데이터는 SEM(Scanning　Electron　Microscope)에 의한 관찰로 취득한 것이다. 도 11의 (A) 및 도 11의 (B)에서는, 본 발명에 의한 ALD층과 CVD층을 연속해서 성막한 경우 쪽이 스무스한 표면이 얻어지는 것을 알 수 있다.
［제2 실시예］
본 실시예에서는, 제1 실시예와 다른 부분만 설명한다.
제1 실시예에서는, ALD층으로서 제1 성막 공정에서 Ti원료인 TiCl4와 질화 원료인 NH3를 이용하여 질화 티탄막을 형성했는데, 본 실시예에서는, 제1 성막 공정을, 질화 티탄막을 형성하는 질화 티탄막형성 공정과, 질화 알루미늄막을 형성하는 질화 알루미늄막형성 공정으로 나누어 각각 성막한다. 제2 성막 공정은 제1 실시예와 동일하다.
도 12 및 도 13에 본 실시예에서 바람직하게 사용하는 기판 처리 장치에 대해 설명한다. 도 2 및 도 3과 다른 부분은, 질화 알루미늄막을 형성하기 위한 원료 가스로서 Al 원료를 공급하기 위해서, 처리실(201)에, 가스 공급관(330)[제3 가스 공급관(330)]이 더 접속되어 있는 점이다.
가스 공급관(330)에는 상류측부터 차례로 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(332), 기화 유닛(기화 수단)인 기화기(800) 및 개폐 밸브인 밸브(334)가 설치되어 있다. 가스 공급관(330)의 선단부에는 노즐(430)[제3 노즐(430)]이 연결되어 있다. 노즐(430)은, 처리실(201)을 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에서, 반응관(203)의 내벽을 따른 상하 방향[웨이퍼(200)의 적재 방향]으로 연장되어 있다. 노즐(430)의 측면에는 원료 가스를 공급하는 다수의 가스 공급공(430a)이 설치되어 있다. 가스 공급공(430a)은, 하부에서 상부에 걸쳐서 각각 동일 또는, 크기에 경사를 둔 개구 면적을 갖고, 아울러 동일한 개구 피치로 설치되어 있다.
그리고, 가스 공급관(330)에는 기화기(800)와 밸브(334)와의 사이에, 배기관(231)에 접속된 벤트라인(630) 및 밸브(634)가 설치되어 있고, 원료 가스를 처리실(201)에 공급하지 않는 경우는, 밸브(634)를 개재하여 원료 가스를 벤트라인(630)에 공급한다.
Al 원료로서는, 예를 들면 트리메틸 알루미늄[TMA, (CH3)3Al], 삼염화 알루미늄(AlCl3) 등이 이용된다.
도 14는 제2 실시예에 있어서의 제어 플로우의 일례를 나타낸다.
(1) 제1 성막 공정(교호 공급 공정)
본 실시예의 제1 성막 공정에 있어서의 순서를 도 15에 나타낸다.
최초로 제1 실시예에 있어서의 스텝 11~14를 1 사이클로 하여 수행하고, 질화 티탄막을 소정의 막두께가 되도록 사이클 수를 제어하여 성막한다. 다음에 후술하는 스텝 21~24를 1 사이클로 하여 수행하고, 질화 알루미늄막을 소정의 막두께가 되도록 사이클 수를 제어하여 성막한다.
(스텝 21)
스텝 11과 다른 점은, TiCl4 대신에 Al 원료인 TMA를 이용하는 점이다. 기타의 조건 등은 TiCl4를 이용했을 경우와 동일하다.
이 때, 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는, TMA와 N2, Ar 등의 불활성 가스뿐이며, NH3는 존재하지 않는다. 따라서, TMA는 기상 반응을 일으키는 경우는 없고, 웨이퍼(200)의 표면이나 하지막과 표면 반응(화학 흡착)하여, 원료(TMA)의 흡착층 또는 Al층(이하, Al함유층)을 형성한다. TMA의 흡착층이란, 원료 분자의 연속적인 흡착층 외에, 불연속의 흡착층도 포함한다. Al층이란, Al에 의해 구성되는 연속적인 층 외에, 이들이 겹쳐져 생기는 Al박막도 포함한다. 한편, Al에 의해 구성되는 연속적인 층을 Al박막이라고 하는 경우도 있다.
또한 동시에, 가스 공급관(310)의 도중에 연결되어 있는 캐리어 가스 공급관(510) 및 가스 공급관(320)의 도중에 연결되어 있는 캐리어 가스 공급관(520)으로부터, 밸브(514) 및 밸브(524)를 개방하여 불활성 가스를 흘리면, NH3측, TiCl4측으로 TMA가 돌아들어가는 것을 방지할 수 있다.
(스텝 22)
가스 공급관(330)의 밸브(334)를 닫아 처리실로의 TMA의 공급을 정지하고, 밸브(634)를 개방하여 벤트라인(630)에 TMA를 흘린다. 이에 의해 TMA를 항상 안정되게 처리실에 공급할 수 있다. 이 때 가스 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 배기하고, 잔류 TMA를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때 N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 잔류 TMA를 배제하는 효과가 더욱 높아진다.
(스텝 23)
스텝 23에서는 NH3를 흘린다. 조건 등은 스텝 13과 동일하므로 생략한다. 또한 NH3의 공급과 동시에, 가스 공급관(310)의 도중에 연결되어 있는 캐리어 가스 공급관(510) 및 가스 공급관(330)의 도중에 연결되어 있는 캐리어 가스 공급관(530)으로부터, 개폐 밸브(514) 및 개폐 밸브(534)를 개방하여 불활성 가스를 흘리면, TiCl4측 및 TMA측으로 NH3가 돌아들어가는 것을 방지할 수 있다.
NH3의 공급에 의해, 웨이퍼(200) 상에 화학 흡착한 Al함유층과 NH3가 표면 반응(화학 흡착)하여, 웨이퍼(200) 상에 질화 알루미늄막이 성막된다.
(스텝 24)
스텝 24에서는, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아 NH3의 공급을 중지한다. 또한, 가스 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해, 처리실(201)을 배기하고, 잔류 NH3를 처리실(201)로부터 배제한다. 또한, 이 때에는, N2 등의 불활성 가스를 처리실(201)에 공급하여 퍼지하면, 잔류 NH3를 배제하는 효과가 더욱 높아진다. 이 때의 조건 등은 스텝 14와 동일하므로 생략한다.
상기 스텝 21~24를 1 사이클로 하여, 적어도 1 회 이상 수행함으로써 웨이퍼(200) 상에 ALD법을 이용하여 소정 막두께의 질화 알루미늄막을 성막한다. 이 경우, 각 사이클 중에서, 상기와 같이, 스텝 21에 있어서의 Al함유 원료 가스에 의해 구성되는 분위기와, 스텝 23에 있어서의 질화 가스에 의해 구성되는 분위기의 각각의 분위기가 처리실(201) 내에서 혼합하지 않도록 성막하는 것에 유의한다.
즉, 최초로 제1 실시예에 있어서의 스텝 11~14를 1 사이클로 하여 수행하고 질화 티탄막을 소정의 막두께가 되도록 사이클 수를 제어하여 성막하며, 그 후, 상술한 스텝 21~24를 1 사이클로 하여 수행하고, 질화 알루미늄막을 소정의 막두께가 되도록 사이클 수를 제어하여 성막한다.
또한, 소정 막두께의 질화 알루미늄막을 형성한 후, 필요에 따라서, 스텝 11~14를 소정 회수 더 수행하여 질화 티탄막을 형성함으로써, 질화 티탄막과 질화 알루미늄막의 래미네이트막을 형성할 수 있다.
이러한 래미네이트(laminate) 구조로 함으로써, 각 막의 막두께비를 제어하여 Ti/Al/N의 조성비를 제어하는 것이 가능하게 된다.
또한, 질화 티탄막과 질화 알루미늄막의 성막 순서를 변경함으로써, 하지막과의 계면에 있어서의 반응을 제어하거나, 상계면(上界面)에 있어서의 내산화성(耐酸化性)을 향상시키는 등의 상하계면의 제어를 수행하는 것이 가능하게 된다.
［제3 실시예］
본 실시예에서는, 제1 실시예와 다른 부분만 설명한다. 제1 실시예에서는, CVD층으로서 제2 성막 공정에서 Ti 원료인 TiCl4와 질화 원료인 NH3를 동시에 반응 중 연속해서 처리실(201)에 공급하고 있었는데, 본 실시예에서는, 단속적(斷續的)(펄스)으로 처리실(201)에 공급하는 점에서 다르다. 본 실시예에서 바람직하게 이용하는 기판 처리 장치는 제1 실시예에 있어서와 동일하다.
도 16은 제3 실시예에 있어서의 제어 플로우의 일례를 나타내고, 도 17은 제3 실시예에 있어서의 제2 성막 공정에 있어서의 시퀀스를 나타낸다. 이하, 도 17을 참조하면서 본 실시예에 있어서의 시퀀스를 설명한다. 한편, 조건 등은 모두 제1 실시예에 있어서와 동일하다.
(스텝 31)
스텝 21에서는, TiCl4와 NH3를 동시에 흘린다. 가스 공급관(310)에 TiCl4를, 캐리어 가스 공급관(510)에 캐리어 가스(N2)를 흘린다. 가스 공급관(310)의 밸브(314), 캐리어 가스 공급관(510)의 밸브(514) 및 배기관(231)의 APC 밸브(243)를 함께 개방한다. 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급관(510)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(512)에 의해 유량 조정된다. TiCl4는 가스 공급관(310)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(312)에 의해 유량 조정되며, 기화기(700)에 의해 기화되고, 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하여, 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다.
또한, 가스 공급관(320)에 NH3를, 캐리어 가스 공급관(520)에 캐리어 가스(N2)를 흘린다. 가스 공급관(320)의 밸브(324), 캐리어 가스 공급관(520)의 밸브(524) 및 배기관(231)의 APC 밸브(243)을 모두 개방한다. 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급관(520)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(522)에 의해 유량 조정된다. NH3는 가스 공급관(320)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(322)에 의해 유량 조정되고, 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하여, 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다.
그리고, 처리실(201) 내에 공급된 TiCl4와 NH3는, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때, 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는, TiCl4와 NH3, N2, Ar 등의 불활성 가스이며, TiCl4와 NH3가 기상 반응(열 CVD 반응)을 일으켜, 웨이퍼(200)의 표면이나 하지막 상에 소정 막두께의 박막이 퇴적(deposition)된다.
(스텝 32)
가스 공급관(310)의 밸브(314)및 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아 TiCl4 및 NH3의 공급을 정지한다. 이 때 가스 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 배기하고, 잔류 TiCl4 및 NH3를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때 N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내로 공급하면, 잔류 TiCl4 및 NH3를 배제하는 효과가 더욱 높아진다.
(스텝 33)
스텝 33에서는, NH3만을 흘린다. 가스 공급관(320)에 NH3를, 캐리어 가스 공급관(520)에 캐리어 가스(N2)를 흘린다. 가스 공급관(320)의 밸브(324), 캐리어 가스 공급관(520)의 밸브(524) 및 배기관(231)의 APC 밸브(243)를 함께 개방한다. 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급관(520)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(522)에 의해 유량 조정된다. NH3는 가스 공급관(320)으로부터 흘러 매스 플로우 컨트롤러(322)에 의해 유량 조정되고, 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하여, 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되면서 배기관(231)으로부터 배기된다. NH3를 흘릴 때에는, APC 밸브(243)를 적정하게 조절하여 처리실(201) 내의 압력을 50~1000Pa의 범위로서, 예를 들면 60Pa로 유지한다. 매스 플로우 컨트롤러(322)로 제어하는 NH3의 공급 유량은 1.0~10.0slm이다. NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 10~60초간이다.
동시에, 가스 공급관(310)의 도중에 연결되어 있는 캐리어 가스 공급관(510)으로부터, 개폐 밸브(514)를 개방하여 불활성 가스를 흘리면, TiCl4 측으로 NH3가 돌아들어가는 것을 방지할 수 있다.
NH3의 공급에 의해, 웨이퍼(200) 상에 화학 흡착한 Ti함유층과 NH3가 표면 반응(화학 흡착)하여, 웨이퍼(200) 상에 질화 티탄막이 성막된다.
(스텝 34)
스텝 34에서는, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아 NH3의 공급을 중지한다. 또한, 가스 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해, 처리실(201)을 배기하고, 잔류 NH3를 처리실(201)로부터 배제한다. 또한, 이 때에는, N2 등의 불활성 가스를, NH3 공급 라인인 가스 공급관(320) 및 TiCl4 공급 라인인 가스 공급관(310)으로부터 각각 처리실(201)에 공급하여 퍼지하면, 잔류 NH3를 배제하는 효과가 더욱 높아진다.
상기 스텝 31~34를 1 사이클로 하여, 적어도 1 회 이상 수행함으로써 웨이퍼(200) 상에 ALD법을 이용하여 소정 막두께의 질화 티탄막을 성막한다. 이 경우, 각 사이클 중에서, 상기와 같이, 스텝 31에 있어서의 Ti함유 원료 가스 및 질화 가스에 의해 구성되는 분위기와, 스텝 33에 있어서의 질화 가스에 의해 구성되는 분위기의 각각의 분위기가 처리실(201) 내에서 혼합하지 않도록 성막하는 것에 유의한다.
즉, 최초로 제1 실시예에 있어서의 스텝 11~14를 1 사이클로 하여 수행하고 질화 티탄막을 소정의 막두께가 되도록 사이클 수를 제어하여 성막하며, 그 후, 상술한 스텝 31~34를 1 사이클로 하여 수행하고, 질화 티탄막을 소정의 막두께가 되도록 사이클 수를 제어하여 성막한다.
［제4 실시예］
본 실시예에서는, 제1 실시예와 다른 부분만 설명한다.
도 18은 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 처리로의 횡단면도를 나타낸다.
본 실시예에 따른 처리로(202)에 있어서는, 기판으로서 웨이퍼(200)가 수용되는 이너 튜브(inner tube, 600)와, 이너 튜브(600)를 둘러싸는 아우터 튜브(outer tube, 602)가 설치되어 있다. 이너 튜브(600) 내에는, 한 쌍의 가스 노즐(410, 420)이 배설(配設)되어 있다. 한 쌍의 가스 노즐(410, 420)의 측면에는 원료 가스를 공급하는 다수의 가스 공급공(410a, 420a)이 각각 설치되어 있다. 이너 튜브(600)의 측벽으로서 웨이퍼(200)를 사이에 두고 가스 공급공(410a, 420a)과 대향하는 위치에는 가스 배기구(606)가 설치되고, 아우터 튜브(602)에는, 아우터 튜브(602)와 이너 튜브(600)의 사이에 있는 공간을 배기하는 배기관(231)이 접속되어 있다. 그리고, 웨이퍼(200)를 수평 자세에서 회전시키면서, 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 이너 튜브(600) 내에 가스를 공급하고, 아우터 튜브(602)와 이너 튜브(600)의 사이에 있는 공간을 배기관(231)에 의해 배기하여 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 가스 배기구(606)를 향하는 수평 방향의 가스류(流)(608)를 이너 튜브(600) 내에 생성함으로써, 웨이퍼(200)에 수평 방향으로부터 가스를 공급하여 박막을 형성한다(사이드 플로우/사이드 벤트 방식).
한편, TiCl4와 NH3를 「동시에 처리실 내에 공급한다」란, 처리실 내에서 어떤 동일한 순간에 TiCl4와 NH3가 존재하고 있으면 좋고, 공급하는 타이밍이 반드시 완전하게 일치하지 않아도 된다. 즉, 어느 한 쪽의 가스를 먼저 공급하고, 그 후 다른 쪽을 공급해도 되고, 또한, 어느 한 쪽의 가스를 중지한 후, 잠시 다른 쪽을 단독으로 공급하고나서 중지해도 된다.
또한, ALD법에 의한 질화 티탄막의 막두께는, 사이클 수를 제어하여, 1~5nm 정도로 조정하면 된다. 이 때에 형성되는 질화 티탄막은, 표면이 매끄러우며(스무스하며) 치밀한 연속막이 된다.
또한, ALD법에 의해 질화 티탄막을 형성한 후, 이 질화 티탄막에 대해서, 불활성 가스인 아르곤(Ar)이나 헬륨(He) 등을 이용하여 어닐 또는 플라즈마 처리를 수행해도 좋다.
그리고, 질소 원자를 포함하는 가스로서 N2, NH3 혹은 모노메틸 히드라진(CH6N2) 등을 이용하여 질화 티탄막을 어닐 또는 플라즈마 처리해도 좋다.
그리고, 수소 원자를 포함하는 가스로서 H2 등을 이용하여 질화 티탄막을 어닐 또는 플라즈마 처리해도 좋다.
본 발명에 의하면, 예를 들면 기판 온도 450℃에서, 표면이 스무스하고 치밀한 저항률이 낮은 질화 티탄막을, 더욱 고속으로 형성할 수 있다.
또한, CVD법으로 형성된 질화 티탄막과 비교하여 양질의 질화 티탄막을, ALD법으로 형성된 질화 티탄막과 비교하여 빠른 성막 속도로, 즉 높은 생산성으로 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 저온에서 고품질의 박막을 형성하는 것이 가능해지기 때문에, 서멀 버짓의 저감이 가능하게 된다.
그리고, ALD법으로 형성되는 막을, 예를 들면 질화 티탄막과 질화 알루미늄막과 같이 조성이 다른 래미네이트 상의 극박막 적층막과, 래미네이트막 중 적어도 하나의 구성막과 동일한 조성을 갖는 박막의, 양자(兩者)로 이루어지는 적층막을 양질이면서 높은 생산성으로 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 한 형태에 의하면, 양호한 하지막의 특성을 강하게 반영한 양호한 막을 높은 생산성을 유지한 상태로 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 450℃ 이하에서 성막한 막두께 30nm 이하의 막은, 비저항 200μΩ·cm 이하의 도전막이 된다.
한편, 본 발명은 종형 장치의 사용을 전제로 한 것이 아니고, 예를 들면, 횡형 장치여도 된다. 또한, 복수의 피처리 기판을 동시에 처리하는 배치(batch)식 장치의 사용을 전제로 한 것은 아니고, 매엽(枚葉) 장치여도 적용 가능하다.
또한, 실시예로서 TiCl4 및 NH3를 이용한 질화 티탄막의 형성에 대해 설명했는데, 이에 한정하지 않고, 무기 금속 화합물 또는 유기 금속 화합물 중 어떤 것과, 이들 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 가스를 반응시킴으로써 형성되는 순금속 혹은 금속막 화합물이면, 적용 가능하다.
한편, TiCl4 등의 무기 원료인 무기 금속 화합물을 이용하는 편이 더욱 안정되게 저(低)저항을 달성할 수 있다.
또한, 실시예로서, 래미네이트 구조를 갖는 적층막으로서, 질화 티탄막과 질화 알루미늄막의 예를 기재했는데, 이에 한정하지 않고, 다른 막종이어도 적용 가능하다.
또한, 본 발명에 의해 형성된 순금속 혹은 금속 화합물은, MOS 트랜지스터용 게이트 전극 재료로서 이용되는 것이 가능하다. 그리고, 이 MOS 트랜지스터용 게이트 전극 재료가 입체 형상의 하지 상에 형성되어 있어도 좋다.
또한, 본 발명에 의해 형성된 순금속 혹은 금속 화합물은, 캐패시터(capacitor)용의 하부 전극 재료 혹은 상부 전극 재료로서 이용되는 것이 가능하다.
［본 발명의 바람직한 형태］
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대해 부기한다.
(부기 1)
본 발명의 일 형태에 의하면, 복수의 가스를 서로 혼합하지 않도록 교호로 처리실에 공급하여 기판에 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과, 복수의 가스를 서로 혼합하도록 동시에 처리실에 공급하여 기판에 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 2)
바람직하게는, 교호 공급 공정과 동시 공급 공정을, 연속해서 동일한 처리실에서 수행한다.
(부기 3)
바람직하게는, 교호 공급 공정과 동시 공급 공정을, 무순서로 복수 회 수행한다.
(부기 4)
바람직하게는, 교호 공급 공정과 동시 공급 공정을, 차례로 복수 회 반복한다.
(부기 5)
바람직하게는, 복수의 가스는, 적어도 1 종 이상의 금속 화합물과 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응성 가스를 포함한다.
(부기 6)
바람직하게는, 금속 화합물은 티탄 함유 가스이고, 반응성 가스는 질소 함유 가스이며, 금속막은 질화 티탄막이다.
(부기 7)
바람직하게는, 티탄 함유 가스는 사염화 티탄이며, 질소 함유 가스는 암모니아이다.
(부기 8)
바람직하게는, 복수의 가스는, 제1 금속 화합물과 제2 금속 화합물을 포함하고, 교호 공급 공정에서는, 제1 금속 화합물을 이용하여 기판에 제1 금속막을 형성하는 제1 금속막 형성 공정과, 제2 금속 화합물을 이용하여 기판에 제2 금속막을 형성하는 제2 금속막 형성 공정을 포함하고, 제1 금속막 형성 공정과 상기 제2 금속막 형성 공정을 1 회 이상 수행한다.
(부기 9)
바람직하게는, 제1 금속 화합물은 티탄 함유 가스이고, 제2 금속 화합물은 알루미늄 혹은 니켈 중의 어느 하나이며, 반응성 가스는 질소 함유 가스이다.
(부기 10)
바람직하게는, 제1 금속막은 질화 티탄 알루미늄막 혹은 제2 금속막은 질화 티탄 니켈막 중의 어느 하나이다.
(부기 11)
바람직하게는, 동시 공급 공정에서는, 처리실로의 금속 화합물의 공급을 정지한 후, 처리실로의 반응성 가스의 공급을 정지한다.
(부기 12)
바람직하게는, 동시 공급 공정에서는, 처리실로의 금속 화합물 및 반응성 가스의 공급을 정지한 후, 처리실에 반응성 가스를 다시 공급하여 열처리를 수행한다.
(부기 13)
바람직하게는, 동시 공급 공정에서는, 처리실로의 금속 화합물 및 반응성 가스의 공급을 정지한 후, 금속 화합물 및 반응성 가스와는 다른 가스를 처리실에 공급하여 열처리한다.
(부기 14)
본 발명의 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실과, 기판을 가열하는 가열 수단과, 처리실에 금속 화합물을 공급하는 금속 화합물 공급 수단과, 처리실에 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응성 가스를 공급하는 반응성 가스 공급 수단과, 처리실의 분위기를 배기하는 배기 수단과, 가열 수단, 금속 화합물 공급 수단, 반응성 가스 공급 수단 및 배기 수단을 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 가열 수단, 금속 화합물 공급 수단, 반응성 가스 공급 수단 및 배기 수단을 제어하여, 금속 화합물 및 반응성 가스를 서로 혼합하지 않도록 교호로 처리실에 공급하여 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과, 금속 화합물 및 반응성 가스를 서로 혼합하도록 동시에 처리실에 공급하여 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 수행하여 기판에 소정의 금속막을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 15)
바람직하게는, 제1 금속막과 제2 금속막은 동일한 조성을 갖는다.
(부기 16)
바람직하게는, 제어부는, 가열 수단, 금속 화합물 공급 수단, 반응성 가스 공급 수단 및 배기 수단을 제어하여, 교호 공급 공정과 동시 공급 공정을 무순서로 복수 회 수행한다.
(부기 17)
바람직하게는, 제어부는, 가열 수단, 금속 화합물 공급 수단, 반응성 가스 공급 수단 및 배기 수단을 제어하여, 교호 공급 공정과, 동시 공급 공정을, 차례로 복수 회 반복한다.
(부기 18)
본 발명의 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실과, 기판을 가열하는 가열 수단과, 처리실에 제1 금속 화합물을 공급하는 제1 금속 화합물 공급 수단과, 처리실에 제2 금속 화합물을 공급하는 제2 금속 화합물 공급 수단과, 처리실에 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응성 가스를 공급하는 반응성 가스 공급 수단과, 처리실의 분위기를 배기하는 배기 수단과, 가열 수단, 제1 금속 화합물 공급 수단, 제2 금속 화합물 공급 수단, 반응성 가스 공급 수단 및 배기 수단을 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 가열 수단, 제1 금속 화합물 공급 수단, 제2 금속 화합물 공급 수단, 반응성 가스 공급 수단 및 배기 수단을 제어하여, 제1 금속 화합물 및 반응성 가스를 서로 혼합하지 않도록 교호로 처리실에 공급하여 기판에 제1 금속막을 형성하는 제1 교호 공급 공정과, 제2 금속 화합물 및 반응성 가스를 서로 혼합하지 않도록 교호로 처리실에 공급하고 기판에 제2 금속막을 형성하는 제2 교호 공급 공정과, 제1 금속 화합물 혹은 제2 금속 화합물 및 반응성 가스를 서로 혼합하도록 동시에 처리실에 공급하여 기판에 제3 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 수행하여 기판에 소정의 금속막을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 19)
본 발명의 일 형태에 의하면, 상기의 반도체 장치의 제조 방법으로 형성된 반도체 장치가 제공된다.
(부기 20)
본 발명의 일 형태에 의하면, 상기의 기판 처리 장치로 형성된 반도체 장치가 제공된다.
(부기 21)
본 발명의 일 형태에 의하면, 무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 처리실 내에 재치된 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과, 무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 서로 혼합하도록 동시에 1 회 상기 처리실에 공급하여, 상기 처리실 내에 재치된 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 포함하고, 상기 교호 공급 공정 및 상기 동시 공급 공정 중 적어도 한 쪽 공정 후에, 상기 반응 가스 및 불활성 가스 중 적어도 한 쪽을 이용하여 상기 제1 금속막 및 상기 제2 금속막 중 적어도 한 쪽을 개질하는 개질 공정을 수행하는 반도체 디바이스의 제조 방법이 제공된다.
(부기 22)
본 발명의 다른 형태에 의하면, 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 처리실에 재치된 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과, 적어도 1 종의 금속 화합물과 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를, 서로 혼합하도록 동시에 처리실에 공급하는 공정을 포함하고, 상기 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 가지며, 상기 동시 공급 공정에서는, 상기 금속 화합물과 상기 반응 가스를 서로 혼합하도록 동시에 처리실에 공급한 후, 상기 금속 화합물과 상기 반응 가스의 공급을 중지하여 상기 처리실 내의 분위기를 제거하고, 그 후, 상기 반응 가스를 상기 처리실에 공급하며, 그 후, 상기 반응 가스의 공급을 중지하여 상기 처리실 내의 분위기를 제거하는 반도체 디바이스의 제조 방법이 제공된다.
(부기 23)
본 발명의 다른 형태에 의하면, 무기 원료인 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 처리실에 재치된 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과, 무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 서로 혼합하도록 동시에 상기 처리실에 공급하여, 상기 처리실에 재치된 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 포함하고, 상기 교호 공급 공정에서는, 제1 금속 화합물과 상기 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 기판에 제3 금속막을 형성하는 공정과, 제1 금속 화합물과는 다른 제2 금속 화합물과 상기 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 기판에 제4 금속막을 형성하는 공정을 소정 회수 수행하고, 상기 제3 금속막과 상기 제4 금속막의 적층막에 의해 상기 제1 금속막이 형성되는 반도체 디바이스의 제조 방법이 제공된다.
(부기 24)
본 발명의 다른 형태에 의하면, 무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 처리실 내에 재치된 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과, 무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 서로 혼합하도록 동시에 1 회 상기 처리실에 공급하고, 상기 처리실 내에 재치된 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조 방법이 제공된다.
(부기 25)
바람직하게는, 상기 교호 공급 공정과 상기 동시 공급 공정에서 이용하는 적어도 1 종의 금속 화합물은 동일한 금속을 포함한다.
(부기 26)
바람직하게는, 상기 교호 공급 공정과 상기 동시 공급 공정에서 이용하는 반응 가스는 동일하다.
(부기 27)
바람직하게는, 상기 제1 금속막과 상기 제2 금속막은 동일한 원소 조성을 갖는다.
(부기 28)
바람직하게는, 연속해서 동일한 처리실 내에서, 실질적으로 동일한 온도에서 상기 처리실을 가열하면서, 상기 교호 공급 공정과 상기 동시 공급 공정을 수행한다.
(부기 29)
바람직하게는, 상기 교호 공급 공정과 상기 동시 공급 공정을 교호로 복수 회 수행한다.
(부기 30)
바람직하게는, 상기 교호 공급 공정 및 상기 동시 공급 공정 중 적어도 한 쪽 공정을 수행한 후, 상기 제1 금속막 및 상기 제2 금속막 중 적어도 한 쪽이 형성된 기판을 열처리한다.
(부기 31)
바람직하게는, 상기 교호 공급 공정 및 상기 동시 공급 공정 중 적어도 한 쪽 공정을 수행한 후, 상기 제1 금속막 및 상기 제2 금속막 중 적어도 한 쪽이 형성된 기판을 플라즈마 처리한다.
(부기 32)
바람직하게는, 상기 교호 공급 공정 및 상기 동시 공급 공정에서 이용하는 무기 원료인 금속 화합물은 TiCl4이며, 반응 가스는 NH3이다.
(부기 33)
본 발명의 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실에 무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물을 공급하는 금속 화합물 공급계와, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 상기 처리실에 공급하는 반응 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와, 상기 금속 화합물 공급계, 상기 반응 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 금속 화합물 공급계, 상기 반응 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하여, 상기 처리실에 상기 금속 화합물과 반응 가스를 교호로 복수 회 공급하여 상기 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과, 상기 처리실에 상기 금속 화합물과, 반응 가스를 서로 혼합하도록 동시에 1 회 공급하여 상기 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 수행하여 상기 기판에 소정의 금속막을 형성하는 기판 처리 장치가 제공된다.
101 : 기판 처리 장치 200 : 웨이퍼
201 : 처리실 202 : 처리로
203 : 반응관 207 : 히터
217 : 보트 218 : 보트 지지대
231 : 배기관 243 : 밸브
246 : 진공 펌프 267 : 보트 회전 기구
280 : 컨트롤러 310, 320, 330 : 가스 공급관
312, 322, 332 : 매스 플로우 컨트롤러 314, 324, 334 : 밸브
410, 420, 430 : 노즐 410a, 420a, 430a : 가스 공급공

Claims (5)

  1. 무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 처리실 내에 재치된 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과,
    무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 서로 혼합하도록 동시에 1 회 상기 처리실에 공급하여, 상기 처리실 내에 재치된 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 포함하고,
    상기 교호 공급 공정 및 상기 동시 공급 공정 중 적어도 한 쪽 공정 후에, 상기 반응 가스 및 불활성 가스 중 적어도 한 쪽을 이용하여 상기 제1 금속막 및 상기 제2 금속막 중 적어도 한 쪽을 개질하는 개질 공정을 수행하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
  2. 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 처리실에 재치된 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과,
    적어도 1 종의 금속 화합물과 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를, 서로 혼합하도록 동시에 처리실에 공급하는 공정을 포함하고, 상기 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 포함하고,
    상기 동시 공급 공정에서는, 상기 금속 화합물과 상기 반응 가스를 서로 혼합하도록 동시에 처리실에 공급한 후, 상기 금속 화합물과 상기 반응 가스의 공급을 중지하여 상기 처리실 내의 분위기를 제거하고, 그 후, 상기 반응 가스를 상기 처리실에 공급하며, 그 후, 상기 반응 가스의 공급을 중지하여 상기 처리실 내의 분위기를 제거하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
  3. 무기 원료인 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 처리실에 재치된 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과,
    무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 서로 혼합하도록 동시에 상기 처리실에 공급하여, 상기 처리실에 재치된 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 포함하고,
    상기 교호 공급 공정에서는, 제1 금속 화합물과 상기 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 기판에 제3 금속막을 형성하는 공정과, 제1 금속 화합물과는 다른 제2 금속 화합물과 상기 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 기판에 제4 금속막을 형성하는 공정을 소정 회수 수행하고, 상기 제3 금속막과 상기 제4 금속막의 적층막에 의해 상기 제1 금속막이 형성되는 반도체 디바이스의 제조 방법.
  4. 무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 교호로 복수 회 처리실에 공급하여, 상기 처리실 내에 재치된 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과,
    무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물과, 상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 서로 혼합하도록 동시에 1 회 상기 처리실에 공급하여, 상기 처리실 내에 재치된 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정
    을 포함하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
  5. 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 처리실에 무기 원료인 적어도 1 종의 금속 화합물을 공급하는 금속 화합물 공급계와,
    상기 금속 화합물에 대해서 반응성을 갖는 반응 가스를 상기 처리실에 공급하는 반응 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와,
    상기 금속 화합물 공급계, 상기 반응 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 금속 화합물 공급계, 상기 반응 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하고, 상기 처리실에 상기 금속 화합물과 반응 가스를 교호로 복수 회 공급하여 상기 기판에 제1 금속막을 형성하는 교호 공급 공정과, 상기 처리실에 상기 금속 화합물과, 반응 가스를 서로 혼합하도록 동시에 1 회 공급하여 상기 기판에 제2 금속막을 형성하는 동시 공급 공정을 수행하여 상기 기판에 소정의 금속막을 형성하는 기판 처리 장치.
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