KR20110014112A - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 반도체 장치 - Google Patents

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

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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

치밀하여 원료 기인한 불순물 농도가 낮아 저항율이 낮은 전도성 막을, 빠른 성막 속도로 형성하는 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것이다. 2종류 이상의 원료를 처리실 내에 동시에 공급하고, 처리실 내에 재치된 기판 상에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 적어도 1종의 원료를 제1 공급량으로 처리실 내에 공급하는 제1 원료 공급 공정과, 이 적어도 1종의 원료를 제1 공급량과는 다른 제2 공급량으로 처리실 내에 공급하는 제2 원료 공급 공정을 포함한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 반도체 장치{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 반도체 장치에 관한 것으로, 특히, 원료로서 할로겐화 금속 화합물이나 유기 금속 화합물을 이용해서 기판(웨이퍼) 상에 전도성 막 내지 절연성 막을 형성하는 공정을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 상에 금속막 또는 금속 화합물을 형성하는 기판 처리 장치 및 반도체 장치에 관한 것이다.
기판 상에 소정의 막을 형성하는 방법의 하나로서, CVD(Chemical Vapor Deposition)법이 있다. CVD법은, 기상(氣相) 중 또는 기판 표면에 있어서의 2종 이상의 원료의 반응을 이용하여, 원료 분자에 포함되는 원소를 구성 요소로 하는 막을 기판 상에 성막(成膜)하는 방법이다. 또한, 기판 상에 소정의 막을 형성하는 다른 방법으로서, ALD(Atomic Layer Deposition)법이 있다. ALD법은, 어떤 성막 조건(온도, 시간 등) 하에서, 성막에 이용하는 2종 이상의 원료가 되는 원료를 1종류씩 교호적(交互的)으로 기판 상에 공급하고, 원자층 단위로 흡착시키고, 표면 반응을 이용해서 원자층 레벨로 제어되는 성막을 수행하는 방법이다. 종래의 CVD법과 비교해서, 보다 낮은 기판 온도(처리 온도)에서 처리가 가능하거나, 성막 사이클 횟수에 의해 성막되는 막 두께의 제어가 가능하다.
또한, 기판 상에 형성되는 전도성 막으로서는, 예컨대, 특허문헌 1과 같이 질화 티타늄(TiN) 막을 들 수 있다. 또한 그 외의 전도성 막으로서는, Ta, Al, W, Mn이나 그 질화물, Ti등을 들 수 있다. 또한, 절연성 막으로서는, 예컨대, Hf과 Zr과 Al의 산화물 및 질화물 등을 들 수 있다.
1. WO2007/020874호 공보
전도성 막으로서 피처리 기판 상에 질화 티타늄 막을 성막할 때, 예컨대 티타늄(Ti) 함유 원료로서 사염화 티타늄(TiCl4)을 이용하고, 질화 가스로서 암모니아(NH3)를 이용하는 경우가 있다. 그러나, 질화 티타늄 막을 CVD법에 의해 성막하면, ALD법에서 성막한 경우와 비교하여, 막 중에 염소(Cl)가 침투하기 쉬운 등의 이유에 의해서, 저항율의 상승을 초래하는 등의 문제가 있다.
한편, ALD법에서 성막한 질화 티타늄 막의 연속막은, CVD법으로 성막한 경우와 비교해서, 매끄러운 표면을 얻을 수 있고, 또한 비교적 저항치가 낮은 질화 티타늄 막을 얻을 수 있다. 또한, 양호한 스텝 커버리지를 얻을 수 있다. 그러나, 그 반면, CVD법을 이용한 경우와 비교해서 성막 속도가 늦으므로, 소망하는 막 두께를 얻기 위해서 시간이 걸리고, 기판의 서멀 버짓(thermal budget)을 증가시켜버린다. 따라서, 본 발명의 주 목적은, 상기 문제를 해결하고, 치밀하여 원료 기인한 불순물 농도가 낮아서 저항율이 낮은 전도성 막을, 빠른 성막 속도로 형성하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 2종류 이상의 원료를 처리실 내에 동시에 공급하고, 상기 처리실 내에 재치된 기판 상에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 제1 원료를 제1 공급량으로 상기 처리실 내에 공급하면서, 제2 원료를 제2 공급량으로 상기 처리실 내에 공급해서 상기 기판 상에 막을 형성하는 제1 성막 공정과, 상기 제1 원료를 상기 제1 공급량과는 다른 제3 공급량으로 상기 처리실 내에 공급하면서 상기 제2 원료를 상기 제2 공급량으로 상기 처리실 내에 공급해서 상기 기판 상에 막을 형성하는 제2 성막 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실 내에 복수의 원료를 동시에 공급하고, 상기 기판 상에 막을 형성하는 원료 공급 수단과, 적어도 1종의 원료를 제1 공급량으로 상기 처리실 내에 공급한 후, 상기 적어도 1종의 원료를 상기 제1 공급량과는 다른 제2 공급량으로 상기 처리실 내에 공급하는 것에 의해, 상기 기판 상에 막을 형성하도록 상기 원료 공급 수단을 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 2종류 이상의 원료를 처리실 내에 동시에 공급하고, 상기 처리실 내에 재치된 기판 상에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조되는 반도체 장치로서, 적어도 1종의 원료를 제1 공급량으로 상기 처리실 내에 공급하는 제1 원료 공급 공정과, 상기 적어도 1종의 원료를 상기 제1 공급량과는 다른 제2 공급량으로 상기 처리실 내에 공급하는 제2 원료 공급 공정을포함하는 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조되는 반도체 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 종래의 CVD법으로 형성된 질화 티타늄 막에 비해서 양질인 질화 티타늄 막을, ALD법으로 형성된 질화 티타늄 막에 비해서 빠른 성막 속도로, 즉 높은 생산성으로 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용할 수 있는 기판 처리 장치의 개략적인 구성을 도시하는 사투시도(斜透視圖)이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용할 수 있는 처리로(處理爐)의 하나의 예와 그에 부수되는 부재의 개략구성도이며, 특히 처리로 부분을 종단면으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용할 수 있는 도 2에서 도시되는 처리로의 A-A선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 공정에 있어서의 가스 공급 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 성막 공정에 있어서의 가스 공급 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 성막 공정에 있어서의 가스 공급 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 성막 공정에 있어서의 가스 공급 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 성막 공정에 있어서의 가스 공급 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 성막 공정에 있어서의 가스 공급 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 플로우를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 플로우를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 플로우를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 플로우를 도시하 도면이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 플로우를 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 기판 처리 공정의 플로우를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에 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 대하여 성막 처리 등을 수행하는 종형(縱形)의 장치를 사용한 경우에 대해서 서술한다. 그러나, 본 발명은, 종형 장치의 사용을 전제로 한 것에 한정되지 않고, 예컨대, 매엽(枚葉) 장치를 사용하여도 좋다.
<장치 전체 구성>
도 1에 도시되는 바와 같이, 기판 처리 장치(101)에서는, 기판의 일례가 되는 웨이퍼(200)를 수납한 카세트(110)가 사용되고 있다. 웨이퍼(200)는 실리콘 등의 재료로 구성되어 있다. 기판 처리 장치(101)는 광체(筐體, 111)를 구비하고 있다. 광체(111)의 내부에는 카세트 스테이지(114)가 설치되어 있다. 카세트(110)는, 카세트 스테이지(114) 상에 공정 내 반송 장치(미도시)에 의해서 반입되거나, 카세트 스테이지(114) 상으로부터 반출되거나 한다.
카세트 스테이지(114)는, 공정 내 반송 장치에 의해서, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)가 수직 자세를 보지(保持)받고, 카세트(110)의 웨이퍼 출입구가 상방향(上方向)을 향하게 재치(載置)된다. 카세트 스테이지(114)는, 카세트(110)를 광체(111)의 후방에 오른쪽 세로 방향으로 90°회전하고, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)가 수평 자세가 되어서, 카세트(110)의 웨이퍼 출입구가 광체(111)의 후방을 향하도록 동작 가능하게 구성되어 있다.
광체(111) 내의 전후 방향의 대략 중앙부에는 카세트 선반(105)이 설치되어 있다. 카세트 선반(105)은 복수 단 복수 열로 복수 개의 카세트(110)를 보관하도록 구성되어 있다. 카세트 선반(105)에는, 웨이퍼 이재(移載) 기구(125)의 반송 대상이 되는 카세트(110)가 수납되는 이재 선반(123)이 설치되어 있다.
카세트 스테이지(114)의 상방(上方)에는 예비 카세트 선반(107)이 설치되어 있다. 예비 카세트 선반(107)은, 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 채 승강가능한 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)와의 연속 동작에 의해, 카세트 스테이지(114)와 카세트 선반(105)과 예비 카세트 선반(107)과의 사이에, 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 또는 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)와의 연속 동작에 의해, 트위저(125c)를 웨이퍼(200)의 재치부(載置部)로 하여서, 웨이퍼(200)를 보트(217)에 대하여 장전(차징)하거나, 보트(217)로부터 탈장(디스차징)하도록 구성되어 있다.
광체(111)의 후부(後部) 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 하방(下方)에는 처리로(202)에 대하여 보트(217)를 승강시키는 보트 엘리베이터(115)가 설치되어 있다. 보트 엘리베이터(115)의 승강대에는 암(128)이 연결되어 있다. 암(128)에는 씰 캡(219)이 수평하게 설치되어 있다. 씰 캡(219)은, 보트(217)를 수직하게 지지하는 동시에, 처리로(202)의 하단부를 폐색(閉塞) 가능하도록 구성되어 있다.
보트(217)는 복수의 보지 부재를 구비하고 있고, 복수 매(예컨대 50∼150장 정도)의 웨이퍼(200)를, 그 중심을 갖추어서 수직 방향으로 정렬시킨 상태로, 각각 수평하게 보지하도록 구성되어 있다.
카세트 선반(105)의 상방에는, 청정화한 분위기인 클린 에어를 공급하는 클린 유닛(134a)이 설치되어 있다. 클린 유닛(134a)은, 공급 팬 및 방진 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 유통시키게 구성되어 있다. 이 클린 에어는, 웨이퍼 이재 장치(125a)나 보트(217) 등의 근방을 유통한 후에, 광체(111)의 외부로 배기되도록 되어 있다.
<기판 처리 장치의 동작>
계속해서, 기판 처리 장치(101)의 주된 동작에 대해서 설명한다.
공정 내 반송 장치(미도시)에 의해서 카세트(110)가 카세트 스테이지(114) 상에 반입되면, 카세트(110)는, 웨이퍼(200)가 카세트 스테이지(114) 상에서 수직 자세를 보지받아, 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 자세가 되고, 카세트(110)의 웨이퍼 출입구가 광체(111)의 후방을 향하도록, 광체(111)의 후방에 오른쪽 세로 방향으로 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 주고받아지고, 일시적으로 보관된다. 그 후, 카세트(110)는, 카세트 선반(105) 내지 예비 카세트 선반(107)으로부터 카세트 반송 장치(118)에 의해 이재 선반(123)에 이재되거나, 또는 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 의해서 웨이퍼 출입구를 통하여 픽업되어, 보트(217)에 장전(차징)된다. 보트(217)에 웨이퍼(200)를 주고받은 웨이퍼 이재 장치(125a)는, 카세트(110)로 돌아가고, 후속의 웨이퍼(110)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 열려서, 처리로(202)의 하단부가 개방된다. 그 후, 웨이퍼(200) 군(群)을 보지한 보트(217)가, 보트 엘리베이터(115)의 상승 동작에 의해서 처리로(202) 안에 반입(로딩)되어, 처리로(202)의 하부가 씰 캡(219)에 의해 폐색된다.
로딩 후는, 처리로(202)에서 웨이퍼(200)에 대하여 임의의 처리가 실시된다. 그 처리 후는, 상술한 반대의 순서로, 웨이퍼(200) 및 카세트(110)가 광체(111)의 외부로 반출된다.
<처리로의 구성>
그 다음에, 도 2 및 도 3을 이용하여, 상술한 기판 처리 장치(101)에 적용되는 처리로(202)에 대해서 설명한다.
도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 처리로(202)에는 웨이퍼(200)를 가열하는 가열 장치(가열 수단)인 히터(207)가 설치되어 있다. 히터(207)는, 상방이 폐색된 원통 형상의 단열 부재와 복수 개의 히터 소선(素線)을 구비하고 있고, 단열 부재에 대하여 히터 소선이 설치된 유닛 구성을 가지고 있다. 히터(207)의 내측에는, 웨이퍼(200)를 처리하는 석영제의 반응관(203)이 설치되어 있다.
반응관(203)의 하단에는, 기밀 부재인 O링(220)을 개재하여 스텐레스 등으로 구성된 매니폴드(209)가 설치되어 있다. 매니폴드(209)의 하단 개구(開口)는, 씰 부재로서의 O링(220)을 개재하여 덮개로서의 씰 캡(219)에 의해 기밀하게 폐색되게 되어 있다. 즉, 반응관(203)의 하방으로는, 반응관(203)의 하단 개구를 기밀하게 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, 예컨대 스텐레스 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 씰 캡(219)의 표면에는, 반응관(203)의 하단과 당접하는 O링(220)이 설치되어 있다. 처리로(202)에서는, 적어도, 반응관(203), 매니폴드(209) 및 씰 캡(219)에 의해, 처리실(201)이 형성되어 있다.
씰 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는, 보트(217)를 회전시키는 회전 기구 (267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 씰 캡(219)을 관통하고, 보트(217)를 지지하는 보트 지지대(218)을 개재하여 후술하는 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)를 작동시켜서, 보트(217)를 회전시키는 것으로 웨이퍼(200)를 회전시킬 수 있도록 구성되어 있다. 씰 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해서, 수직 방향으로 승강하도록 구성되어 있고, 이에 의해서 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하게 되어 있다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 보트(217)는, 보트 지지대(218)에 고정된 저판(底板, 210)과 그 상방에 배치된 상판(211)을 포함하고 있고, 저판(210)과 상판 (211)과의 사이에 복수 개의 지주(支柱, 212)가 가설(架設)된 구성을 가지고 있다. 보트(217)에는, 복수 매의 웨이퍼(200)가 보지되도록 구성되어 있다. 복수 매의 웨이퍼(200)는, 서로 일정한 간격을 두면서 수평 자세를 보지한 상태에서 보트(217)의 지주(212)에 지지되도록 구성되어 있다.
이상의 처리로(202)에서는, 뱃치(batch) 처리되는 복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 대하여 다단으로 적층된 상태에서, 보트(217)가 보트 지지체(218)로 지지되면서 처리실(201) 내에 삽입되고, 히터(207)가 처리실(201) 내에 삽입된 웨이퍼(200)를 소정의 온도로 가열하도록 되어 있다.
도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 처리실(201)에는, 원료 가스(반응 가스)를 공급하는 3개의 가스 공급관[310, 320, 330, 제1 가스 공급관(310), 제2 가스 공급관(320), 제3 가스 공급관 330)]이 접속되어 있다.
가스 공급관(310)에는, 상류측으로부터 순서대로, 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(312), 기화 유닛(기화 수단)인 기화기(700) 및 개폐 밸브인 밸브(314)가 설치되어 있다. 가스 공급관(310)의 선단부(하류단)에는, 노즐[410, 제1 노즐(410)]의 상류단이 연결되어 있다. 노즐(410)은, 수직부와 수평부를 갖는 L자 형상으로 구성되어 있다. 노즐(410)의 수직부는, 처리실(201)을 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이에 있어서의 원호(圓弧) 형상의 공간에서, 반응관(203)의 내벽을 따른 상하 방향[웨이퍼(200)의 적재 방향]에 연재(延在)하고 있다. 노즐(410)의 수평부는, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있다. 노즐(410)의 측면에는, 원료 가스를 공급하는 다수의 가스 공급공(410a)이 설치되어 있다. 가스 공급공(410a)은, 하부에서 상부에 걸쳐 각각 동일 또는, 크기에 차이를 가진 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치되어 있다.
또한, 가스 공급관(310)에는, 기화기(700)와 밸브(314)와의 사이에, 후술의 배기관(231)에 접속된 벤트 라인(610) 및 밸브(614)가 설치되어 있다. 원료 가스를 처리실(201) 내에 공급하지 않는 경우는, 밸브(314, 324)를 닫은 상태에서 밸브(614)를 열고, 밸브(614)를 개재하여 원료 가스를 벤트 라인(610)으로 배출한다.
또한, 가스 공급관(310)의 밸브(314)의 하류측에는, 캐리어 가스로서의 불활성 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관(510)의 하류단이 접속되어 있다. 캐리어 가스 공급관(510)에는, 상류측으로부터 순서대로 매스 플로우 컨트롤러(512) 및 밸브(514)가 설치되어 있다.
또한, 가스 공급관(310)에는, 벤트 라인(610)과의 접속부와 밸브(314)와의 사이에, 가스 공급관(320)의 상류단이 접속되어 있다. 가스 공급관(320)에는, 개폐 밸브인 밸브(324)가 설치되어 있다. 가스 공급관(320)의 선단부(하류단)에는, 노즐[420, 제2 노즐(420)]의 상류단이 연결되어 있다. 노즐(420)은, 수직부와 수평부를 갖는 L자 형상으로 구성되어 있다. 노즐(420)의 수직부는, 처리실(201)을 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)와의 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에서, 반응관(203)의 내벽에 따른 상하 방향[웨이퍼(200)의 적재 방향]으로 연재하고 있다. 노즐(420)의 수평부는, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있다. 노즐(420)의 측면에는, 원료 가스를 공급하는 다수의 가스 공급공(420a)이 설치되어 있다. 가스 공급공(420a)은, 하부에서 상부에 걸쳐 각각 동일 또는, 크기에 차이를 가진 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치되어 있다. 또한, 가스 공급공(410a)과 가스 공급공(420a)의 개구 면적[공경(孔徑)]은 각각 다른 크기로 하면 보다 바람직하다. 예컨대, 가스 공급공(410a)의 개구 면적을, 가스 공급공 (420a)의 개구 면적보다 커지도록 개구시킨다. 한편, 도 2에서는, 노즐(410) 및 노즐(420)에 연결되는 기화 유닛 및 매스 플로우 컨트롤러는, 기화기(700) 및 매스 플로우 컨트롤러(312)에서 공용되는 형태를 취하고 있지만, 독립적으로 각각인 기화 유닛과 매스 플로우 컨트롤러를 가져도 좋다.
또한, 가스 공급관(320)의 밸브(324)의 하류측에는, 캐리어 가스로서의 불활성 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관(520)의 하류단이 접속되어 있다. 캐리어 가스 공급관(520)에는, 상류측으로부터 순서대로 매스 플로우 컨트롤러(522) 및 밸브(524)가 설치되어 있다.
가스 공급관(330)에는, 상류측으로부터 순서대로, 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(332) 및 밸브(334)가 설치되어 있다. 가스 공급관(330)의 선단부(하류단)에는, 노즐[430, 제3 노즐(430)]의 상류단이 연결되어 있다. 노즐(430)은, 수직부와 수평부를 갖는 L자 형상으로 구성되어 있다. 노즐(430)의 수직부도, 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 연재하고 있다. 노즐(430)의 수평부는, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되어 있다. 노즐(430)의 측면에는, 원료 가스를 공급하는 다수의 가스 공급공(430a)이 설치되어 있다. 가스 공급공(430a)도, 가스 공급공(410a)과 마찬가지로, 하부에서 상부에 걸쳐 각각 동일 또는, 크기에 차이를 가진 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치되어 있다.
또한, 가스 공급관(330)의 밸브(334)의 하류측에는, 캐리어 가스로서의 불활성 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관(530)의 하류단이 연결되어 있다. 캐리어 가스 공급관(530)에는, 매스 플로우 컨트롤러(532) 및 밸브(534)가 설치되어 있다.
예컨대, 가스 공급관(310)으로부터 공급되는 원료가 액체인 경우, 가스 공급관(310)로부터 공급되는 액체 원료는, 매스 플로우 컨트롤러(312)에 유량 조정되면서, 기화기(700)에 공급된다. 기화기(700)에서 액체 원료가 기화하는 것에 의해서 발생한 원료 가스(반응 가스)로서의 기화 가스는, 밸브(314)를 개재하여 가스 공급관 (310)의 하류측으로 흐르고, 캐리어 가스 공급관(510)로부터 공급된 캐리어 가스와 합류하여, 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 또한, 밸브(314) 및 밸브(324)의 제어에 의해서, 원료 가스(반응 가스)로서의 기화 가스는, 가스 공급관 (310)으로부터만 처리실(201) 내에 공급되거나, 가스 공급관(320)으로부터만 처리실(201) 내에 공급되거나, 또는 가스 공급관(310) 및 가스 공급관(320)의 양방(兩方)으로부터 처리실(201) 내에 공급되도록 할 수 있다. 또한, 가스 공급관(310)으로부터 공급되는 원료가 기체인 경우, 매스 플로우 컨트롤러(312)를 기체용 매스 플로우 컨트롤러로 교환하고, 기화기(700)는 불필요하게 된다.
또한, 가스 공급관(330)으로부터 공급되는 원료 가스(반응 가스)는, 매스 플로우 컨트롤러(332)에 유량 조정되면서, 밸브(334)를 개재하여 가스 공급관(330)의 하류측으로 흘러서, 캐리어 가스 공급관(530)으로부터 공급된 캐리어 가스와 합류하고, 노즐(430)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
상기 구성에 관계되는 일례로서, 가스 공급관(310)에는, 원료의 일례로서 Ti원료[사염화 티타늄(TiCl4)이나 테트라키스디메틸아미노티탄(TDMAT, Ti[N (CH3)2]4)], 테트라키스디에틸아미노티탄[TDEAT, Ti[N(CH2CH3)2]4 ] 등이 도입된다. 가스 공급관(330)에는, 개질(改質) 원료의 일례로서 질화 원료인 암모니아(NH3), 질소(N2), 아산화 질소(N2O), 모노메틸히드라진(CH6N2) 또는 수소(H2) 등이 도입된다.
주로, 가스 공급관(310), 매스 플로우 컨트롤러(312), 기화기(700) 및 개폐 밸브인 밸브(314), 노즐(410), 가스 공급공(410a), 가스 공급관(320), 밸브(324), 노즐(420), 가스 공급공(420a), 가스 공급관(330), 매스 플로우 컨트롤러(332), 밸브(334), 노즐(430), 가스 공급공(430a)에 의해서, 본 실시 형태에 따른 원료 공급 수단(원료 공급계)이 구성되어 있다. 또한, 주로, 캐리어 가스 공급관(510), 매스 플로우 컨트롤러(512), 밸브(514), 캐리어 가스 공급관(520), 매스 플로우 컨트롤러(522), 밸브(524), 캐리어 가스 공급관(530), 매스 플로우 컨트롤러(532), 밸브(534)에 의해서, 본 실시 형태에 따른 불활성 가스 공급 수단(불활성 가스 공급계)이 구성되어 있다.
반응관(203)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치되어 있다. 배기관(231)에는, 상류측으로부터 순서대로, 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245), 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(243), 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 설치되어 있다. 진공 펌프(246)를 작동시켜서, 압력 센서(245)에 의해서 검출된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(243)의 개도(開度)를 조정하는 것으로, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기할 수 있도록 구성되어 있다. 한편, APC 밸브(243)는, 밸브를 개폐해서 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 할 수 있고, 또한, 밸브 개도를 조정해서 압력 조정이 가능하게 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 있다. 온도 센서(263)에 의해서 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태를 조정하는 것으로, 처리실(201) 내의 온도가 소망하는 온도 분포가 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는, 노즐(410) 및 노즐(420)과 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치되어 있다.
반응관(203) 내의 중앙부에는 보트(217)가 설치되어 있다. 상술한 바와 같이, 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)을 승강시킴에 따라 반응관(203) 내외에 반입 및 반출할 수 있게 되어 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 보트(217)를 지지하는 보트 지지대(218)의 하단부에는, 처리의 균일성이 향상되도록 보트(217)를 회전시키는 보트 회전 기구(267)의 회전축(255)이 접속되어 있다. 보트 회전 기구(267)를 구동시키는 것에 의해, 보트 지지대(218)에 지지된 보트(217)를 회전시킬 수 있게 되어 있다.
이상의 매스 플로우 컨트롤러(312, 332, 512, 522, 532), 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534, 243, 614), 히터(207), 진공 펌프(246), 보트 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 압력 센서(245), 온도 센서(263) 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, 332, 512, 522, 532)의 유량 조정, 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534, 614)의 개폐 동작, 밸브(243)의 개폐 및 압력 센서(245)로부터의 압력 정보에 기초를 두는 압력조정 동작, 온도 센서(263)로부터의 온도 정보에 기초를 두는 히터(207)의 온도 조정, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 보트 회전 기구(267)의 회전 속도 조절, 보트 엘리베이터(115)의 승강 동작 등을 각각 제어하도록 되어 있다.
<반도체 장치의 제조 방법>
다음으로, 상술한 기판 처리 장치(101)가 구비하는 처리로(202)를 이용하여, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 대규모 집적 회로(Large Scale Integration, LSI)을 제조할 때 등에, 기판 상에 절연막을 성막하는 방법의 예에 대해서 설명한다. 한편, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치(101)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(280)에 의해서 제어된다.
[제1 실시 형태]
본 실시 형태에서는, 전도성 막으로서 질화 티타늄 막을 기판 상에 형성하는 방법에 대해서 설명한다. 도 10은, 본 실시 형태에 따른 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 실시되는 기판 처리 공정의 플로우를 도시하는 도면이다. 또한, 도 4는, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정으로 실시되는 성막 공정에 있어서의 가스 공급 시퀀스를 도시하는 도면이다.
본 실시 형태에서는, 질화 티타늄 막을 기판 상에 각각 성막 속도가 다른 2개의 CVD법으로 형성한다. 우선 제1 성막 공정으로서 고속 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 막을 성막한다(스텝 11). 다음으로, 제2 성막 공정으로서, 질화 가스와 비교해서 상대적으로 티타늄 함유 원료의 유량을 저하시키고, 동시에 질화 가스는 충분한 공급량으로 공급하는 것으로 실현하는 저속 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 막을 성막한다(스텝 12). 제1 성막 공정과 제2 성막 공정을 적어도 1회 이상 동일한 처리실(201) 내에서 수행함에 따라, 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 층을 형성한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 티타늄(Ti) 함유 원료로서 TiCl4, 질화 가스로서 NH3을 이용하는 예로 설명한다. 또한, 성막 속도가 고속이 되는지 저속이 되는지는, 원료 가스로서의 TiCl4의 공급량에 의존한다. 원료 가스의 공급량이 많으면 단위 시간당 흡착량(또는 퇴적량)이 증가하기 때문에 성막 속도는 고속이 된다. 한편, 원료 가스의 공급량이 적으면 단위 시간당의 흡착량(또는 퇴적량)이 감소하기 때문에 성막 속도는 저속이 된다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 우선, 처리 대상의 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전한다(웨이퍼 차징). 계속해서, 보트 엘리베이터(115)를 상승시키고, 웨이퍼(200)를 장전한 보트(217)를 처리실(201) 내에 반입하는 동시에, 처리실(201) 내를 씰 캡(219)에 의해 기밀하게 봉지(封止)한다(보트 로딩). 웨이퍼(200)의 반입 후는, 회전 기구(267)를 작동시켜서 웨이퍼(200)를 회전시킨다.
계속해서, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태로 APC 밸브(243)를 여는 것에 의해서, 처리실(201) 내의 배기를 시작한다. 그리고, APC 밸브(243)의 개도를 조정하는 것에 의해서, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력이 되도록 제어한다. 그리고, 히터(207)를 제어하고, 처리실(201) 내를, CVD 반응이 일어나는 온도이며, 예컨대 250℃∼800℃의 범위의 온도, 바람직하게는 700℃이하, 보다 바람직하게는 450℃로 보지한다(압력 및 온도 조정). 웨이퍼(200)의 온도가 450℃에 달하여 온도 등이 안정되면, 처리실(201) 내의 온도를 450℃에 보지한 상태로 후술하는 시퀀스를 수행한다.
CVD법에 의한 질화 티타늄 막의 퇴적은, 컨트롤러(280)가, 밸브, 매스 플로우 컨트롤러, 진공 펌프 등을 제어하고, 기상 반응(CVD 반응)이 일어나도록, 동시에 존재하는 타이밍이 생기도록 TiCl4과 NH3을 처리실(201) 내에 공급한다. 이하, 구체적인 성막 시퀀스를 설명한다.
TiCl4은 상온에서 액체이며, 처리실(201) 내에 공급하기 위해서는, 가열하고 기화시키고 나서 공급하는 방법, 기화기(700)에 의해서 기화시키고 나서 공급하는 방법, 즉 캐리어 가스라고 불리는 He(헬륨), Ne(네온), Ar(아르곤), N2(질소) 등의 불활성 가스를 기화기(700)가 구비하는 TiCl4 용기 중에 통과시키고, 기화하고 있는 만큼을 그 캐리어 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급하는 방법 등이 있지만, 예 로서 후자의 경우로 설명한다.
본 시퀀스에 있어서의 제1 성막 공정(스텝 11) 및 제2 성막 공정(스텝 12)에서는, 처리실(201) 내에 TiCl4과 NH3을 동시에 흘린다.
처리실(201) 내에 TiCl4을 흘려보내기 위해서, 가스 공급관(310) 내 및/또는 가스 공급관(320)[가스 공급관(310)만, 가스 공급관(320)만, 또는 가스 공급관 (310) 및 가스 공급관(320) 양방을 의미함] 내에 TiCl4를, 캐리어 가스 공급관 (510) 내 및 캐리어 가스 공급관(520) 내에 캐리어 가스(N2)를 흘린다. 그리고, 가스 공급관(310)의 밸브(314) 및/또는 가스 공급관(320)의 밸브(324), 캐리어 가스 공급관(510)의 밸브(514), 캐리어 가스 공급관(520)의 밸브(524) 및 배기관(231)의 밸브(243)를 연다. 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급관(510) 및 캐리어 가스 공급관(520) 내를 흐르고, 매스 플로우 컨트롤러(512, 522)에 의해 유량 조정된다. TiCl4는, 가스 공급관(310) 내를 흐르고, 매스 플로우 컨트롤러(312)에 의해 유량 조정되고, 기화기(700)에 의해 기화되어서, 유량 조정된 캐리어 가스와 혼합되고, 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내로 공급된다. 가스 공급관(320)에 분기된 TiCl4는, 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내로 공급된다.
한편, 노즐(410)의 가스 공급공(410a)의 개구 면적은, 노즐(420)의 가스 공급공(420a)의 개구 면적보다 크게 해도 좋다. 이 경우, 가스 공급공(410a)의 개구 면적은, 가스 공급공(420a)의 개구 면적보다 크기 때문에, 고속 CVD법을 이용해서 질화 티타늄 막을 형성하는 스텝 11에서는 대(大) 유량의 TiCl4을 가스 공급관(310)으로부터 흘려보내서 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내로 공급하고, 저속 CVD법을 이용해서 질화 티타늄 막을 형성하는 스텝 12에서는 소(小) 유량의 TiCl4를 가스 공급관(320)으로부터 흘려보내서 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내로 공급하면 바람직하다.
또한, 처리실(201) 내에 NH3을 흘려보내기 위해서는, 가스 공급관(330)에 NH3을, 캐리어 가스 공급관(530)에 캐리어 가스(N2)를 흘려보낸다. 가스 공급관(330)의 밸브(334), 캐리어 가스 공급관(530)의 밸브(534) 및 배기관(231)의 밸브(243)를 함께 연다. 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급관(530) 내를 흐르고, 매스 플로우 컨트롤러(532)에 의해서 유량 조정된다. NH3은, 가스 공급관(330) 내를 흐르고, 매스 플로우 컨트롤러(332)에 의해서 유량 조정되어, 유량 조정된 캐리어 가스와 혼합되고, 노즐(430)의 가스 공급공(430a)으로부터 처리실(201) 내로 공급된다.
그리고, 처리실(201) 안에 공급된 TiCl4과 NH3은, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때, 밸브(243)의 개도를 적정하게 조정하고, 처리실(201) 내의 압력을 5∼50Pa의 범위로서, 예컨대 20Pa로 유지한다. 매스 플로우 컨트롤러(312)로 제어하는 TiCl4의 공급량은, 가스 공급관(310)으로부터 공급할 경우는 0.8∼3.0g/min이며, 가스 공급관(320)으로부터 공급할 경우는 0.05∼0.3g/min이다. 매스 플로우 컨트롤러(332)로 제어하는 NH3의 공급량은 0.3∼15slm이다. TiCl4 및 NH3에 웨이퍼(200)를 노출시키는 시간은 원하는 막 두께에 도달할 때까지이다. 이 때 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가 250℃∼800℃의 범위의 온도이며, 예컨대 450℃가 되도록 설정되어 있다. 한편, 웨이퍼(200)의 온도가, 예컨대 250℃미만이 되면 TiCl4과 NH3의 반응 속도가 낮아지기 때문에 소정의 시간에 원하는 막 두께를 얻는 것이 어려워져서, 공업상 실용적인 이용이 곤란해진다. 따라서, 고속으로 충분히 CVD 반응을 생기게 하기 위해서는, 웨이퍼(200)의 온도는 300℃∼500℃의 범위의 온도로 하는 것이 바람직하다.
이하, 제1 성막 공정(스텝 11) 및 제2 성막 공정(스텝 12)을, 도 10 및 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
(스텝 11)
제1 성막 공정으로서의 스텝 11에서는, 고속의 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 막을 성막하도록, TiCl4과 NH3을 동시에 공급한다. 예컨대, 가스 공급관(310) 내에 TiCl4을 흘려보내고, 가스 공급관(330) 내에 NH3을 흘려보내고, 캐리어 가스 공급관(510, 530) 내에 캐리어 가스(N2)를 흘려보낸다. 즉, 가스 공급관(310, 330)의 밸브(314, 334), 캐리어 가스 공급관(510, 530)의 밸브(514, 534) 및 배기관(231)의 밸브(243)를 함께 열고, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫는다. 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급관(510, 530) 내를 흐르고, 매스 플로우 컨트롤러(512, 532)에 의해서 유량 조정된다.
TiCl4은, 가스 공급관(310) 내를 흐르고, 매스 플로우 컨트롤러(312)에 의해서 유량 조정되어, 기화기(700)에 의해 기화되고, 유량 조정된 캐리어 가스와 혼합되어, 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되면서 배기관 (231)으로부터 배기된다. NH3은, 가스 공급관(330) 내를 흐르고, 매스 플로우 컨트롤러(332)에 의해서 유량 조정되어, 유량 조정된 캐리어 가스와 혼합되고, 노즐(430)의 가스 공급공(430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되면서 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때, 밸브(243)의 개도를 적정하게 조정하고, 처리실(201) 내의 압력을 20∼50Pa의 범위로서, 예컨대 30Pa로 유지한다. 매스 플로우 컨트롤러(312)에서 제어하는 TiCl4의 공급량은, 예컨대 0.8∼1.5g/min이다. 또한, 매스 플로우 컨트롤러(332)에서 제어하는 NH3의 공급 유량은, 예컨대 5.0∼8.0slm이다. TiCl4 및 NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예컨대 5∼30초이다.
이 때, 처리실(201) 내에 흘려보내고 있는 가스는, TiCl4, NH3 및 N2등의 불활성 가스다. 그 때문에, TiCl4과 NH3이 기상 반응(열 CVD반응)을 일으키고, 웨이퍼(200)의 표면이나 하지막(下地膜) 상에 소정 막 두께의 질화 티타늄 층이 퇴적(deposition)된다. 여기서 질화 티타늄 층은, 질화 티타늄에 의해서 구성되는 연속적인 층 이외에, 불연속인 층이나 그것들이 중첩되어 이루어질 수 있는 박막이나, 막 중에 다른 원소가 첨가된 박막도 포함한다. 또한, 질화 티타늄에 의해 구성되는 연속적인 층을 질화 티타늄 박막이라고 하는 경우도 있다.
동시에, 밸브(524)를 열고, 가스 공급관(320)의 도중(途中)에 연결되는 캐리어 가스 공급관(520)으로부터 불활성 가스를 흘려보낸다. 이에 의해서, 처리실(201) 내로부터 가스 공급관(320) 내로 TiCl4 및 NH3 등의 가스가 들어가는 것을 방지할 수 있다.
(스텝 12)
제2 성막 공정으로서의 스텝 12에서는, 저속의 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 막을 성막하도록, NH3의 공급량은 바꾸지 않고, TiCl4의 공급량만을 감소시킨다. TiCl4의 공급량을 감소시키기 위해서는, 가스 공급관(310)에는 TiCl4을 흘려보내지 않고, 가스 공급관(320)에만 TiCl4을 흘려보내도록 한다[노즐(410)의 가스 공급공(410a)의 개구 면적이, 노즐(420)의 가스 공급공(420a)의 개구 면적보다 크게 구성되어 있을 경우]. 즉, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫고, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 연다. 또한, TiCl4의 공급량을 감소시키는 다른 방법으로서는, 스텝 11에서 밸브(314, 324)의 양방(兩方)을 열어서 가스 공급관(310) 및 가스 공급관(320)의 양방으로부터 TiCl4를 공급하도록 해 두고, 스텝 12에서 밸브(314, 324)의 어느 하나를 닫도록 하여도 좋다. 또한, 매스 플로우 컨트롤러(312)를 조정해서 기화기(700)에 공급하는 TiCl4의 유량(기화시키는 가스의 양)을 일시적으로 감소시키도록 해도 좋다. 또한, 가스 공급관(310)의 기화기(700)의 하류측으로서 가스 공급관(320)과의 접속 부분보다 상류측에 미도시의 매스 플로우 컨트롤러를 설치하고, 이와 같은 매스 플로우 컨트롤러에 의해서 공급량을 감소시키도록 하여도 좋다.
TiCl4은, 가스 공급관(320) 내를 흐르고, 유량 조정된 캐리어 가스와 혼합되고, 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되면서 배기관 (231)으로부터 배기된다. 처리실(201) 내에 공급되는 TiCl4의 공급량은, 저속의 CVD반응이 생기는 정도의 공급량이며, 예컨대, 0.05∼0.3g/min이다. TiCl4 및 NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예컨대 15∼120초이다. 이 때에 형성되는 질화 티타늄 막은, 고속 CVD법에 의해 형성된 질화 티타늄 막보다도 막 중의 Cl의 잔류가 적고, 저(低) 저항으로 치밀한 연속막이 된다. 또한, 성막량에 대하여 충분히 과도한 NH3이 막 중에 침투하고, 내부에 존재하는 고속 CVD막 중의 Cl을 저감하는 효과도 갖는다.
동시에, 밸브(514)를 연 상태로 가스 공급관(310)의 도중에 연결되는 캐리어 가스 공급관(510)으로부터 불활성 가스를 흘려보낸다. 이에 의해서, 처리실(201) 내로부터 가스 공급관(310) 내에 TiCl4 및 NH3 등의 가스가 들어가는 것을 방지할 수 있다.
상기 스텝 11 및 스텝 12를 1사이클로 하여 이 사이클을 적어도 1회 이상 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 다른 2종류의 CVD법을 이용해서 소정 막 두께의 질화 티타늄 막을 성막한다.
소정 막 두께의 질화 티타늄 막을 형성하는 성막 처리가 수행되면, 밸브(514, 524, 534)를 연 상태로, 밸브(314, 324, 334)를 닫고, N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면서 배기하는 것으로, 처리실(201) 내를 불활성 가스로 퍼지한다(퍼지). 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환(불활성 가스 치환)되면, APC 밸브(243)의 개도를 조정하고, 처리실(201) 내의 압력을 상압으로 복귀시킨다(대기압 복귀). 그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)을 하강시켜서, 반응관(203)의 하단이 개구되는 동시에, 처리 완료된 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)를 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로딩)한다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)를 보트(217)로부터 꺼낸다(웨이퍼 디스차징).
CVD법에 의한 질화 티타늄 막의 막 두께는, 가스의 공급 시간에 의해 조정한다. 공급 시간이 길면 길 수록 막 두께를 보다 두껍게 할 수 있고, 공급 시간이 짧으면 짧을 수록 막 두께를 보다 얇게 할 수 있다. 이 때, 스텝 11의 고속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막의 막 두께는, 총 막 두께의 약 반 이상이 되도록 제어한다. 그 이유는, 저속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막의 막 두께가 두꺼워져 버리면 결과적으로 성막에 필요한 소요 시간이 길어지므로, 비교적 고속이면서 막질(膜質)도 좋은 효과가 약해지기 때문이다.
본 실시 형태에 의하면, 스텝 12에서 TiCl4에 대하여 NH3을 과도하게 공급하는 것에 의해, 형성되는 질화 티타늄 막 내에서의 Cl을 제거할 수 있는 등의 효과를 얻을 수 있고, 막질을 향상시킬 수 있다. 또한, TiCl4에 대한 NH3의 공급비는 큰 편이 좋다. 또한, TiCl4에 대한 NH3의 공급비를 변화시켜서 성막을 반복하는 것에 의해서, 공급비가 큰 펄스(스텝 12) 시에 공급되는 NH3의 과도분이, 작은 펄스(스텝 11)시에 형성된 질화 티타늄 막의 막질을 개선하기 때문에, 각 가스의 공급량을 제어하는 것에 의해 전체적으로 막질은 균일하게 된다(얼룩은 생기기 어렵다).
한편, 본 실시 형태에서는, 2종 이상의 원료로서, 예컨대 TiCl4과 NH3을 처리실(201) 내에 동시에 공급하는 예에 대해서 기재하고 있으나, 「2종 이상의 원료를 처리실 내에 동시에 공급한다」는 것은, 2종 이상의 원료가, 처리실(201) 내의 기상(氣相) 중에 또는 기판 표면에 있어서 화학 기상 반응이 발생하도록 혼재한 상태를 발생시키도록, 2종류 이상의 원료를 처리실(201) 내에 공급하는 것을 말하고, 처리실(201) 내의 기상 중에 또는 기판 표면에 있어서 화학 기상 반응이 발생하고 있으면, 각각의 원료 공급계의 개폐 타이밍이 전후로 어긋나 있어도 좋다.
[제2 실시 형태]
본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 다른 부분만 설명한다. 도 11은, 본 실시 형태에 따른 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 실시되는 기판 처리 공정의 플로우를 도시하는 도면이다. 또한, 도 5는, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에서 실시되는 성막 공정에 있어서의 가스 공급 시퀀스를 도시하는 도면이다.
제1 실시 형태에 따른 성막 공정에서는, 제2 성막 공정(스텝 12)에 있어서 NH3의 공급량을 바꾸지 않고 TiCl4의 공급량만 감소시키는 저속 CVD법을 이용하였다. 이에 대하여, 본 실시 형태에 따른 성막 공정에서는, 제2 성막 공정(스텝 22)에 있어서, TiCl4의 공급량을 감소시키는 동시에 NH3의 공급량을 증가시킴에 따라 저속 CVD법을 수행한다.
(스텝 21)
본 실시 형태에 따른 제1 성막 공정으로서의 스텝 21에서는, 고속의 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 막을 성막하도록, 상술한 실시 형태에 따른 스텝 11과 같은 조건에서 TiCl4과 NH3을 동시에 흘려보낸다.
(스텝 22)
본 실시 형태에 따른 제2 성막 공정으로서의 스텝 22에서는, 저속의 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 막을 형성하도록, TiCl4의 공급량을 감소시킴과 동시에 NH3의 공급량을 증가시킨다. TiCl4의 공급량을 감소시키려면, 예컨대 상술한 바와 같이 가스 공급관(310)에는 TiCl4을 흘려보내지 않고, 가스 공급관(320)에 TiCl4을 흘려보낸다. 즉, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫고, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 함께 연다. TiCl4은, 가스 공급관(320) 내를 흐르고, 유량 조정된 캐리어 가스와 혼합되어, 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실 (201) 내에 공급되면서 배기관(231)으로부터 배기된다. 처리실(201) 내에 공급되는 TiCl4의 공급량은, 저속의 CVD반응이 생기는 정도의 공급량이며, 예컨대 0.05∼0.3g/min이다.
또한, 스텝 22에서는, 매스 플로우 컨트롤러(332)에 의해 NH3의 공급량을 제어하여, 예컨대, 6.0∼15slm로 증가시킨다. TiCl4 및 NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은, 예컨대 15∼120초이다. 이 때에 형성되는 질화 티타늄 막은, 고속 CVD법에 의해서 형성된 질화 티타늄 막보다도 막 중의 Cl의 잔류가 적고, 저 저항으로 치밀한 연속막이 된다. 또한, 성막량에 대하여 충분히 과도한 NH3이 막 중에 침투하고, 내부에 존재하는 고속 CVD막 중의 Cl을 저감하는 효과도 갖는다.
동시에, 밸브(514)를 연 상태로 해서 가스 공급관(310)의 도중에 연결되는 캐리어 가스 공급관(510)으로부터 불활성 가스를 흘려보낸다. 이에 의해서, 처리실 (201) 내로부터 가스 공급관(310) 내로 TiCl4 및 NH3등의 가스가 들어가는 것을 방지할 수 있다.
상기 스텝 21 및 스텝 22를 1사이클로 하여 이 사이클을 적어도 1회 이상 소정 횟수 수행하는 것에 의해서, 웨이퍼(200) 상에 다른 2종류의 CVD법을 이용해서 소정 막 두께의 질화 티타늄 막을 성막한다.
CVD법에 의한 질화 티타늄 막의 막 두께는, 가스의 공급 시간에 의해 조정한다. 공급 시간이 길면 길수록 막 두께를 보다 두껍게 할 수 있고, 공급 시간이 짧으면 짧을수록 막 두께를 보다 얇게 할 수 있다. 이 때, 스텝 21의 고속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막의 막 두께는, 총 막 두께의 약 반 이상이 되도록 제어한다. 그 이유는, 저속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막의 막 두께가 두꺼워져버리면 결과적으로 성막에 필요한 소요시간이 길어지므로, 비교적 고속이면서 막질도 좋은 효과가 희미해지기 때문이다.
본 실시 형태에 의하면, 스텝 22에서 TiCl4에 대하여 NH3을 더욱 과도하게 공급하는 것에 의해서, 형성되는 질화 티타늄 막 중으로부터의 Cl을 제거할 수 있는 등의 효과를 더욱 얻을 수 있고, 막질을 더욱 향상시킬 수 있다. 한편, TiCl4에 대한 NH3의 공급비는 큰 편이 좋다. 또한, TiCl4에 대한 NH3의 공급비를 변화시켜서 성막을 반복하는 것에 의해, 공급비가 큰 펄스(스텝 22) 시에 공급되는 NH3의 과도분이, 작은 펄스(스텝 21) 시에 형성된 질화 티타늄 막의 막질을 개선하기 때문에, 각 가스의 공급량을 제어하는 것에 의해서 전체적으로 막질은 균일하게 된다(얼룩은 생기기 어렵다).
즉, 본 실시 형태에 의하면, 스텝 22에서 NH3의 공급량을 증가시키는 것에 의해서, 스텝 22에서 성막되는 질화 티타늄 막 중으로의 Cl의 잔류량을 더욱 저감할 수 있는 동시에, 하지(下地)의 스텝 21에서 성막되는 질화 티타늄 막 중에 과도의 NH3이 진입하고, 막중의 Cl의 잔류량을 더욱 저감할 수 있다. 이 때, NH3의 공급량이 많은 쪽이 보다 큰 효과를 기대할 수 있다.
또한, 스텝 21에서 TiCl4과 NH3을 동시에 흘릴 때는, 스텝 11과 다른 조건을 이용하여도 좋다.
[제3 실시 형태]
본 실시 형태에서는, 제2 실시 형태와 다른 부분만 설명한다. 도 12는, 본 실시 형태에 따른 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 실시되는 기판 처리 공정의 플로우를 도시하는 도면이다. 또한, 도 6은, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에서 실시되는 성막 공정에 있어서의 가스 공급 시퀀스를 도시하는 도면이다.
제2 실시 형태에 따른 성막 공정에서는, 제2 성막 공정(스텝 22)로서 TiCl4의 공급량을 감소시키면서 NH3의 공급량을 증가시키는 저속 CVD법을 이용하였다. 이에 대하여, 본 실시 형태에 따른 성막 공정에서는, 제2 성막 공정(스텝 32)에서, TiCl4의 공급량을 감소시키는 동시에 NH3의 공급량도 소정 시간 감소시킨 후, 제3 성막 공정(스텝 33)에서, TiCl4의 공급량을 감소시킨 상태에서 NH3만 공급량을 소정 시간 증가시키고, 그 후, 제4 성막 공정(스텝 34)에서, TiCl4의 공급량을 감소시킨 상태에서 다시 NH3의 공급량을 소정 시간 감소시키는 것에 의해 저속 CVD법을 수행한다.
(스텝 31)
본 실시 형태에 따른 제1 성막 공정으로서의 스텝 31에서는, 고속의 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 막을 성막하도록, 상술한 실시 형태에 따른 스텝 11, 스텝 21과 같은 조건에서 TiCl4과 NH3을 동시에 흘려보낸다.
(스텝 32)
본 실시 형태에 따른 제2 성막 공정으로서의 스텝 32에서는, 제1 저속 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 막을 형성하도록, TiCl4의 공급량을 감소시킴과 동시에 NH3의 공급량을 소정 시간 감소시킨다. TiCl4의 공급량을 감소시키기 위해서는, 예컨대 상술한 바와 같이 가스 공급관(310)에는 TiCl4을 흘려보내지 않고, 가스 공급관(320)에 TiCl4을 흘려보낸다. 즉, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫고, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 함께 연다. TiCl4은, 가스 공급관(320) 내를 흐르고, 유량 조정된 캐리어 가스와 혼합되고, 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되면서 배기관(231)으로부터 배기된다. 처리실(201) 내에 공급되는 TiCl4의 공급량은, 저속의 CVD반응이 생기는 정도의 공급량이며, 예컨대, 0.05∼0.3g/min이다.
동시에, 매스 플로우 컨트롤러(332)에 의해서 NH3의 공급량을 제어하고, 예컨대 0.3∼1.6slm로 감소시킨다. 이와 같이 스텝 32에서는, 스텝 31과 동일한 정도의 TiCl4/NH3 비를 유지해서 각각의 가스의 유량을 줄인다. 반응성 가스인 TiCl4과 NH3의 도입량을 줄임에 따라, 처리실(201) 내의 반응 생성물을 처리실(201) 밖으로 효율적으로 배출하도록 한다. 이에 의해서, Cl의 잔류 저감, 이물(異物) 저감 등에 대한 효과가 기대된다. 또한, TiCl4 및 NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은, 예컨대 5∼30초이다.
이 때 형성되는 질화 티타늄 막의 성막 속도는, TiCl4의 양이 저속 CVD와 동일한 정도이므로 저속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막과 동일한 정도가 되고, 막질은 TiCl4/NH3 비가 고속 CVD와 동일한 정도이므로 고속 CVD와 동일한 정도의 막질도 있을 수 있다. 단, 성막 속도가 늦은 만큼, 막질이 개선된다. 막질은, 고속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막과 저속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막의 중간 정도가 된다.
동시에, 밸브(514)를 연 상태로 하여 가스 공급관(310)의 도중에 연결되는 캐리어 가스 공급관(510)으로부터 불활성 가스를 흘려보낸다. 이에 의해서, 처리실 (201) 내에서 가스 공급관(310) 내에 TiCl4 및 NH3 등의 가스가 들어가는 것을 방지할 수 있다.
(스텝 33)
본 실시 형태에 따른 제3 성막 공정으로서의 스텝 33에서는, 제2 저속 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 막을 형성하도록, TiCl4의 공급량을 바꾸지 않고(감소시킨 채), NH3의 공급량을 소정 시간 증가시킨다. 즉, 매스 플로우 컨트롤러(332)에 의해 NH3의 공급량을 제어하고, 예컨대, 실시 형태 1 및 실시 형태 2를 고려하여 5∼15slm로 증가시킨다. TiCl4 및 NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은, 예컨대 15∼120초이다.
이 때 형성되는 질화 티타늄 막에서는, 스텝 33에서 성막되는 질화 티타늄 막 중으로의 Cl의 잔류량을 저감할 수 있는 동시에, 하지의 스텝31 및 스텝 32에서 성막되는 질화 티타늄 막 중으로 잉여 NH3이 진입하여, 막 중의 Cl의 잔류량을 저감할 수 있다.
(스텝 34)
본 실시 형태에 따른 제4 성막 공정으로서의 스텝 34에서는, 제3 저속 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 막을 형성하도록, TiCl4의 공급량을 바꾸지 않고(감소시킨 채), NH3의 공급량을 다시 소정 시간 감소시킨다. 즉, 매스 플로우 컨트롤러(332)에 의해 NH3의 공급량을 제어하고, 예컨대, 0.3∼5.0slm로 감소시킨다. TiCl4 및 NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은, 예컨대 5∼30초이다. 이 때 형성되는 질화 티타늄 막의 성막 속도는, TiCl4의 양이 저속 CVD와 동일한 정도이므로 저속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막과 동일한 정도가 된다. 막질은 TiCl4/NH3비가 고속 CVD법과 저속 CVD법의 중간 정도이기 때문에, 고속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막과 저속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막의 중간 정도가 된다.
상기 스텝 31∼34를 1사이클로 하여 이 사이클을 적어도 1회 이상 소정 횟수 수행하는 것에 의해서, 웨이퍼(200) 상에 복수의 다른 종류의 CVD법을 이용해서 소정 막 두께의 질화 티타늄 막을 성막한다.
CVD법에 의한 질화 티타늄 막의 막 두께는, 가스의 공급 시간에 의해 조정한다. 공급 시간이 길면 길수록 막 두께를 보다 두껍게 할 수 있고, 공급 시간이 짧으면 짧을수록 막 두께를 보다 얇게 할 수 있다. 이 때, 스텝 31의 고속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막의 막 두께와 스텝 32 내지 34의 제2∼3의 저속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막과의 막 두께 비는, 고속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막의 막 두께가, 총 막 두께의 약 반 이상이 되도록 제어한다. 그 이유는, 저속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막의 막 두께가 두꺼워져버리면 결과적으로 성막에 필요한 소요 시간이 길어지므로, 비교적 고속이면서 막질도 좋은 효과가 희미해지기 때문이다.
본 실시 형태에 의하면, 스텝 33에서 TiCl4에 대하여 NH3을 과도하게 공급하는 것에 의해서, 형성되는 질화 티타늄 막 중으로부터의 Cl을 제거할 수 있는 등의 효과를 얻을 수 있고, 막질을 향상시킬 수 있다. 또한, TiCl4에 대한 NH3의 공급비는 큰 편이 좋다. 또한, TiCl4에 대한 NH3의 공급비를 변화시켜서 성막을 반복하는 것에 의해서, 공급비가 큰 펄스(스텝 33)시에 공급되는 NH3의 과도분이, 작은 펄스(스텝 31, 32, 34)시에 형성된 질화 티타늄 막의 막질을 개선하기 때문에, 각 가스의 공급량을 제어하는 것에 의해서 전체적으로 막질은 균일하게 된다(얼룩은 생기기 어렵다).
또한, 본 실시 형태에 의하면, 스텝 32 및 스텝 34에서 NH3의 공급량을 감소시키는 것에 의해, 처리실(201) 내에서의 반응성 생물의 배출을 촉진할 수 있고, 스텝 33에서 NH3을 증가시키는 것에 의해서, Cl을 제거해서 질화 티타늄 막의 막질을 개선할 수 있다.
한편, 스텝 31에서 TiCl4과 NH3을 동시에 흘릴 때는, 스텝 11과 다른 조건을 이용하여도 좋다.
[제4 실시 형태]
본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 다른 부분만 설명한다. 도 13은, 본 실시 형태에 따른 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 실시되는 기판 처리 공정의 플로우를 도시하는 도면이다. 또한, 도 7은, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에서 실시되는 성막 공정에 있어서의 가스 공급 시퀀스를 도시하는 도면이다.
제1 실시 형태에 따른 성막 공정에서는, 제1 성막 공정(스텝 11) 및 제2 성막 공정(스텝 12)의 두 공정에 있어서, TiCl4과 NH3의 어느 쪽도 멈추지 않고 연속해서 공급하였다. 이에 대하여, 본 실시 형태에 따른 성막 공정에서는, 제2 성막 공정(스텝 43)의 전후에, 처리실(201) 내로 TiCl4과 NH3의 공급을 정지해서 처리실 (201) 내에서 잔류 가스를 제거하는 가스 제거 공정(스텝 42, 44)을 각각 수행한다.
(스텝 41)
본 실시 형태에 따른 제1 성막 공정으로서의 스텝 41에서는, 고속의 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 막을 성막하도록, 상술한 실시 형태에 따른 스텝(11, 21, 31)과 동일한 조건에서 TiCl4과 NH3을 동시에 흘린다.
(스텝 42)
본 실시 형태에 따른 가스 제거 공정으로서의 스텝 42에서는, 가스 공급관 (310, 330)의 밸브(314, 334)를 닫고 처리실(201) 내로의 TiCl4 및 NH3의 공급을 정지하고, 밸브(614)를 열어서 벤트 라인(610)에 TiCl4을 흘린다. 이와 같이, TiCl4의 기화를 정지시키지 않고 처리실(201) 내로의 TiCl4의 공급을 정지하는 것으로, 후술하는 스텝 43에서 TiCl4의 공급 재개를 신속하면서 안정적으로 수행할 수 있다. 이 때 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해서 처리실 (201) 내를 20Pa이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제(排除)한다. 이 때, N2등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 배제하는 효과가 더욱 높아진다.
(스텝 43)
본 실시 형태에 따른 제2 성막 공정으로서의 스텝 43에서는, 제1 실시 형태에 따른 스텝 12와 동일하게, 저속의 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 막을 성막하도록, NH3의 공급량은 바꾸지 않고, TiCl4의 공급량만을 감소시킨다.
(스텝 44)
본 실시 형태에 따른 가스 제거 공정으로서의 스텝 44에서는, 가스 공급관 (310, 330)의 밸브(314, 334)를 닫아서 처리실(201) 내로의 TiCl4 및 NH3의 공급을 정지하고, 밸브(614)를 열어서 벤트 라인(610)에 TiCl4을 흘린다. 이와 같이, TiCl4의 기화를 정지시키지 않고 처리실(201) 내로의 TiCl4의 공급을 정지하는 것으로, 스텝 41을 다시 실시할 때에, TiCl4의 공급 재개를 신속하면서 안정적으로 수행할 수 있다. 이 때 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해서 처리실(201) 내를 20Pa이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 배제하는 효과가 더욱 높아진다.
상기 스텝 41∼44를 1사이클로 하여 이 사이클을 적어도 1회 이상 소정 횟수 수행하는 것에 의해서, 처리실(201) 내의 가스 제거를 하면서, 복수의 다른 종류의 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 질화 티타늄 막을 성막한다.
본 실시 형태에 의하면, 스텝 43에서 TiCl4에 대하여 NH3을 과도하게 공급하는 것에 의해, 형성되는 질화 티타늄 막 중으로부터의 Cl을 제거할 수 있는 등의 효과를 얻을 수 있고, 막질을 향상시킬 수 있다. 또한, TiCl4에 대한 NH3의 공급비는 큰 편이 좋다. 또한, TiCl4에 대한 NH3의 공급비를 변화시켜서 성막을 반복하는 것에 의해서, 공급비가 큰 펄스(스텝 43)시에 공급되는 NH3의 과도분이, 작은 펄스(스텝 41)시에 형성된 질화 티타늄 막의 막질을 개선하기 때문에, 각 가스의 공급량을 제어하는 것에 의해서 전체적으로 막질은 균일하게 된다(얼룩은 생기기 어렵다).
또한, 본 실시 형태에 의하면, 다른 조건에서의 CVD 성막(스텝 41, 스텝 43)의 인터벌(스텝 42, 스텝 44)로 원료 가스로서의 반응성 가스의 도입을 정지함으로써, 처리실(201) 내의 반응 생성물을 처리실(201)의 밖으로 보다 효율적으로 배출하도록 할 수 있다. 본 실시 형태에 의하면, 제3 실시 형태와 비교하여도 반응 생성물의 배출이 보다 효율적으로 수행되고, Cl의 잔류 저감, 이물 저감 등에 대한 효과가 기대된다. 또한 2종의 CVD 조건을 분리함에 따라, 유량 변경 때에 막질을 모두 제어할 수 없는 점근적(漸近的)인 질화 티타늄 막이 형성될 가능성을 저감할 수 있기 때문에, 막질의 제어에도 유효하다. 단, 인터벌(스텝 42, 44)에서 성막이 수행되지 않기 때문에, 스루풋(throughput)적으로는 불리하게 될 경우가 있다. 막질과 스루풋과의 요구값의 밸런스로 어느 쪽의 실시 형태가 최적인지 변할 수 있다.
[제5 실시 형태]
본 실시 형태에서는, 제2 실시 형태와 다른 부분만 설명한다. 도 14는, 본 실시 형태에 따른 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 실시되는 기판 처리 공정의 플로우를 도시하는 도면이다. 또한, 도 8은, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에서 실시되는 성막 공정에 있어서의 가스 공급 시퀀스를 도시하는 도면이다.
제2 실시 형태에 따른 성막 공정에서는, 제1 성막 공정(스텝 21) 및 제2 성막 공정(스텝 21)의 두 공정에 있어서, TiCl4과 NH3 모두 멈추지 않고 연속해서 공급하였다. 이에 대하여, 본 실시 형태에 따른 성막 공정에서는, 제2 성막 공정(스텝 53)의 전후에, 처리실(201) 내로의 TiCl4과 NH3의 공급을 정지해서 처리실 (201) 내에서 잔류 가스를 제거하는 가스 제거 공정(스텝 52, 54)을 각각 수행한다 (이와 같은 점은 제4 실시 형태와 같다). 한편, 본 실시 형태에 따른 제2 성막 공정(스텝 53)에서는, 제2 실시 형태와 마찬가지로, TiCl4의 공급량을 감소시키는 동시에 NH3의 공급량을 증가시키는 것에 의해서 저속 CVD법을 수행한다(이와 같은 점은 제4 실시 형태와 다르다).
(스텝 51)
본 실시 형태에 따른 제1 성막 공정으로서의 스텝 51에서는, 고속의 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 막을 성막하도록, 상술한 실시 형태에 따른 스텝 11, 21, 31과 동일한 조건에서 TiCl4과 NH3을 동시에 흘린다.
(스텝 52)
본 실시 형태에 따른 가스 제거 공정으로서의 스텝 52에서는, 가스 공급관 (310, 330)의 밸브(314, 334)를 닫아서 처리실(201)내로의 TiCl4 및 NH3의 공급을 정지하고, 밸브(614)를 열어서 벤트 라인(610)으로 TiCl4을 흘린다. 이와 같이, TiCl4의 기화를 정지시키지 않고 처리실(201) 내로의 TiCl4의 공급을 정지하는 것으로, 후술하는 스텝 53에서 TiCl4의 공급 재개를 신속하면서 안정적으로 수행할 수 있다. 이 때 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해서 처리실(201) 내를 20Pa이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2등의 불활성 가스를 처리실(201) 내로 공급하면, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 배제하는 효과가 더욱 높아진다.
(스텝 53)
본 실시 형태에 따른 제2 성막 공정으로서의 스텝 53에서는, 제2 실시 형태에 따른 스텝 22와 동일하게, 저속의 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 막을 형성하도록, TiCl4의 공급량을 스텝 51보다 감소시키고, NH3의 공급량을 스텝 51보다 증가시켜서 처리실(201) 내에 공급한다.
(스텝 54)
본 실시 형태에 따른 가스 제거 공정으로서의 스텝 54에서는, 가스 공급관 (310, 330)의 밸브(314, 334)를 닫아서 처리실(201) 내로의 TiCl4 및 NH3의 공급을 정지하고, 밸브(614)를 열어서 벤트 라인(610)에 TiCl4을 흘린다. 이와 같이, TiCl4의 기화를 정지시키지 않고 처리실(201) 내로의 TiCl4의 공급을 정지하는 것으로, 스텝 51을 다시 실시할 때에, TiCl4의 공급 재개를 신속하면서 안정적으로 수행할 수 있다. 이 때 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 배제하는 효과가 더욱 높아진다.
상기 스텝 51∼54를 1사이클로 해서 이 사이클을 적어도 1회 이상 소정 횟수 수행하는 것으로 의해, 처리실(201) 내의 가스 제거를 수행하면서, 복수의 다른 종류의 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 질화 티타늄 막을 성막한다.
본 실시 형태에 의하면, 스텝 53에서 TiCl4에 대하여 NH3을 과도하게 공급하는 것에 의해서, 형성되는 질화 티타늄 막 중으로부터의 Cl을 제거할 수 있는 등의 효과를 얻을 수 있고, 막질을 향상시킬 수 있다. 또한, TiCl4에 대한 NH3의 공급비는 큰편이 좋다. 또한, TiCl4에 대한 NH3의 공급비를 변화시켜서 성막을 반복하는 것에 의해, 공급비가 큰 펄스(스텝 53) 시에 공급되는 NH3의 과도분이, 작은 펄스(스텝 51) 시에 형성된 질화 티타늄 막의 막질을 개선하기 때문에, 각 가스의 공급량을 제어하는 것에 의해 전체로서 막질은 균일하게 된다(얼룩은 생기기 어렵다).
또한, 본 실시 형태에 의하면, 제4 실시 형태와 미찬가지로, 다른 조건에서의 CVD 성막(스텝 51, 스텝 53)의 반복 인터벌(스텝 52, 54)에서 원료 가스로서의 반응성 가스의 도입을 정지함으로써, 처리실(201) 내의 반응 생성물을 처리실(201)의 밖보다 효율적으로 배출하도록 할 수 있다. 이에 의해, 질화 티타늄 막 중에의 Cl 등의 잔류를 보다 효과적으로 방지하게 되어 있다.
[제6 실시 형태]
본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 다른 부분만 설명한다. 도 15는, 본 실시 형태에 따른 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 실시되는 기판 처리 공정의 플로우를 도시하는 도면이다. 또한, 도 9는, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정으로 실시되는 성막 공정에 있어서의 가스 공급 시퀀스를 도시하는 도면이다.
제1 실시 형태에 따른 성막 공정에서는, 제1 성막 공정(스텝11)과 제2 성막 공정(스텝12)을 1사이클로서, 이 사이클을 소정 횟수 실시하도록 구성되어 있었다. 이에 대하여, 본 실시 형태에서는, 제1 성막 공정(스텝 61)과 제2 성막 공정(스텝 62)을 실시한 후, 처리실(201) 내로의 TiCl4과 NH3의 공급을 정지해서 처리실(201) 내로부터 잔류 가스를 제거하는 가스 제거 공정(스텝 63)을 실시하고, 스텝 61∼63을 1사이클로서, 이 사이클을 소정 횟수 실시하는 점이 제1 실시 형태와 다르다.
(스텝 61)
본 실시 형태에 따른 제1 성막 공정으로서의 스텝 61에서는, 제1 실시 형태에 따른 스텝 11과 동일하게, 고속의 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 막을 성막하도록, TiCl4과 NH3을 처리실(201) 내에 동시에 공급한다.
(스텝 62)
본 실시 형태에 따른 제2 성막 공정으로서의 스텝 62에서는, 제1 실시 형태에 따른 스텝 12과 동일하게, 저속의 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 질화 티타늄 막을 성막하도록, TiCl4의 공급량을 스텝 61보다 감소시키고, 스텝 61과 같은 공급량의 NH3을 처리실(201) 내에 공급한다.
(스텝 63)
본 실시 형태에 따른 가스 제거 공정으로서의 스텝 63에서는, 가스 공급관 (310, 330)의 밸브(314, 334)를 닫아서 처리실(201) 내로의 TiCl4 및 NH3의 공급을 정지하고, 밸브(614)를 열어서 벤트 라인(610)에 TiCl4을 흘린다. 이렇게, TiCl4의 기화를 정지시키지 않고 처리실(201) 내로의 TiCl4의 공급을 정지하는 것으로, 스텝 61, 스텝 62를 다시 실시할 때에, TiCl4의 공급 재개를 신속하면서 동시에 안정되어서 할 수 있다. 이 때 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해서 처리실(201) 내를 20Pa이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 배제하는 효과가 더욱 높아진다.
상기 스텝 61∼63을 1사이클로 해서 이 사이클을 적어도 1회 이상 소정 횟수 하는 것으로 의해서, 처리실(201) 내의 가스 제거를 하면서, 복수의 다른 종류의 CVD법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 질화 티타늄 막을 성막한다.
본 실시 형태에 의하면, 스텝 62에서 TiCl4에 대하여 NH3을 과도하게 공급하는 것에 의해서, 형성되는 질화 티타늄 막 중으로부터의 Cl을 제거할 수 있는 등의 효과를 얻을 수 있고, 막질을 향상시킬 수 있다. 또한, TiCl4에 대한 NH3의 공급비는 큰 편이 좋다. 또한, TiCl4에 대한 NH3의 공급비를 변화시켜서 성막을 반복하는 것에 의해서, 공급비가 큰 펄스(스텝 62)시에 공급되는 NH3의 과도분이, 작은 펄스(스텝 61) 시에 형성된 질화 티타늄 막의 막질을 개선하기 때문에, 각 가스의 공급량을 제어하는 것에 의해 전체적으로 막질은 균일하게 된다(얼룩은 생기기 어렵다).
또한, 본 실시 형태에 의하면, 제4 실시 형태와 마찬가지로, 다른 조건에서의 CVD 성막(스텝 61, 스텝 62)의 반복의 인터벌(스텝 63)에서 원료 가스로서의 반응성 가스의 도입을 정지함으로써, 처리실(201) 내의 반응 생성물을 처리실(201)의 밖으로 보다 효율적으로 배출하도록 할 수 있는 등의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 잔류하는 가스 제거의 부작용으로서는 스루풋이 저하되는 경우가 있는 것을 들 수 있다. 그러나, 본 실시 형태와 같이 한 방향만으로 가스 제거를 하면(즉, 스텝 61 및 스텝 62 두 스텝 이후에 각각 가스 제거 공정을 하는 것이 아니라, 스텝 62 이후만 가스 제거 공정을 하면), 스루풋 저하를 완화할 수 있다. 막질과 스루풋의 요구값의 밸런스로 어느 쪽의 실시 형태가 최적인지가 바뀐다.
한편, 고속 CVD법을 이용해서 질화 티타늄 막을 형성할 때는, 가스 공급관 (310) 뿐만 아니라 가스 공급관(320)에도 TiCl4을 흘려보내고, 노즐(410) 및 노즐(420)의 양쪽으로부터 처리실(201) 내로 TiCl4을 공급해도 좋다.
고속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막의 성막과 저속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막의 성막을 반복하는 것에 의해서, ALD법을 이용해서 질화 티타늄 막을 형성한 경우와 같은 고품질의 막을 고(高)스루풋으로 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 고속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막 상에, 저속 CVD법에 의한 질화 티타늄 막을 형성하는 것에 의해서, 하지가 되는 고속 CVD막이 개질되어, 보다 치밀한 연속막을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에 의해, 생산성을 높이 유지하면서 질화 티타늄 막의 저항 저감 및 염소(Cl) 농도 저감 등의 막질 개선을 수행 할 수 있다.
한편, 상기에서는, 주로 종형 뱃치식 장치에 대해서 설명하였으나, 본 실시 형태에 있어서의 적어도 2종 이상의 다른 CVD법을 이용한 질화 티타늄 막의 형성에 대해서는, 종형 뱃치식 장치에 한하지 않고, 횡형(橫形) 장치나 매엽 장치 등 다른 장치에도 적용이 가능하다.
또한, 상기에서는, 주로 종형의 열 CVD 장치에 대해서 설명했으나, 본 실시 형태에 있어서의 적어도 2종 이상의 다른 CVD법을 이용한 질화 티타늄 막의 형성에 대해서는, 열 CVD 장치에 한하지 않고, 플라즈마 CVD 장치, 광 CVD 장치 등, 다른 장치에도 적용이 가능하다.
또한, 주로 질화 티타늄 막에 대해서 기재했으나, 본 발명은 이에 한하지 않고, 다른 막종(膜種)에도 적용가능하다. 원료로서 할로겐화 금속 화합물이나 유기 금속 화합물을 이용해서 기판(웨이퍼) 상에 형성되는 전도성 막(Ti, TiN, TiAlN, TiSiN, Ta, TaN, TaSiN, Al, Cu, Mn, MnO, Ru, W, GeSb, GeSbTe 등) 또는 절연성 막(HfO, HfON, HfSiO, HfSiON, HfAlO, HfAlON, ZrO, AlO, AlN 등)에도 적용이 가능하다. 또한, 상기에 추가로, Si계 할로겐화물(DCS, HCD 등) 또는 Si계 유기 재료(TEOS, TDMAT 등)를 이용해서 기판 상에 형성되는 Si계 막에도 적용이 가능하다.
또한, 원료는, Ti, Al, Si, Ta, Cu, Mn, Ru, W, Ge, Sb, Te, Hf, Zr중 임의의 적어도 1개를 포함하는 원료라면 적용이 가능하다. 또한, 기판 상에 형성된 할로겐화 금속 화합물이나 유기 금속 화합물의 일부를 포함하는 막을 개질하는 원료는, NH3에 한하지 않고, O함유 원료 또는 N함유 원료라면 적용가능하고, 예컨대, N2, N2O, CH6N2, O2, O3, H2O, H2O2 및 H2의 어느 것이어도 좋다.
[본 발명의 바람직한 형태]
이하, 본 발명이 바람직한 형태에 대해서 부기(付記)한다.
(부기 1)
본 발명의 일 형태에 의하면,
2종류 이상의 가스를 반응시키는 것에 의해, 피처리 기판 상에 박막을 형성하는 성막 장치로서, 상기의 반응에 제공하는 가스 중 적어도 하나를 펄스 상태로 챔버 내에 공급하고, 일련의 성막 시퀀스로 2종류 이상의 다른 형태의 펄스를 이용해서 박막을 성막하는 것을 특징으로 하는 박막 성막장치가 제공된다.
(부기 2)
바람직하게는, 성막 장치가 5장 이상의 기판을 동시에 처리하는 뱃치 처리 장치이다.
(부기 3)
바람직하게는, 적어도 1종류의 가스를 챔버 내에 공급하는 가스 도입부가, 2종류 존재한다.
(부기 4)
바람직하게는, 적어도 1종류의 가스를 챔버 내에 공급하는 가스 도입부가 2개 이상인 노즐이다.
(부기 5)
바람직하게는, 노즐이 각각 공경이 다른 다공 노즐이다.
(부기 6)
바람직하게는, 성막되는 박막이, 금속 화합물이다.
(부기 7)
바람직하게는, 성막되는 박막이, 질화 티타늄(TiN)막이다.
(부기 8)
바람직하게는, 성막에 제공하는 반응 가스에 TiCl4과 NH3을 포함한다.
(부기 9)
바람직하게는, 일련의 성막 시퀀스로, 2종류 이상의 다른 형태의 펄스를 이용해서 공급되는 가스가 TiCl4이다.
(부기 10)
바람직하게는, 성막 장치에 있어서 5장 이상의 기판을 동시에 처리하는 뱃치 처리를 수행한다.
(부기11)
바람직하게는, 적어도 1종류의 가스를 챔버 내에 공급할 때에, 형상이 다른 2종류 이상의 노즐로부터 가스를 도입한다.
(부기 12)
바람직하게는, 성막되는 박막이, 금속 화합물이다.
(부기13)
바람직하게는, 성막되는 박막이, 질화 티타늄(TiN)막이다.
(부기14)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
2종류 이상의 원료를 처리실 내에 동시에 공급하고, 처리실 내에 재치된 기판 상에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
적어도 1종의 원료를 제1 공급량으로 처리실 내에 공급하는 제1 원료 공급 공정과,
이 적어도 1종의 원료를 제1 공급량과는 다른 제2 공급량으로 처리실 내에 공급하는 제2 원료 공급 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 15)
본 발명의 다른 형태에 의하면, 2종류 이상의 원료를 처리실 내에 동시에 공급하고, 처리실 내에 재치된 기판 상에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
제1 원료를 제1 공급량으로 처리실 내에 공급하면서, 제2 원료를 제2 공급량으로 처리실 내에 공급해서 기판 상에 막을 형성하는 제1 성막 공정과,
제1 원료를 제1 공급량과는 다른 제3 공급량으로 처리실 내에 공급하면서 제2 원료를 제2 공급량으로 처리실 내에 공급해서 기판 상에 막을 형성하는 제2 성막 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 16)
바람직하게는, 제1 성막 공정과 제2 성막 공정을 연속해서 수행한다.
(부기 17)
바람직하게는, 제1 성막 공정과 제2 성막 공정을 복수회 교호적으로 반복한다.
(부기 18)
바람직하게는, 제3 공급량은 제1 공급량보다 적다.
(부기 19)
바람직하게는, 제3 공급량은 제2 공급량보다 적다.
(부기 20)
바람직하게는, 제1 원료는, Ti, Al, Si, Ta, Cu, Mn, Ru, W, Ge, Sb, Te, Hf, Zr의 임의의 적어도 1개를 포함한다.
(부기 21)
바람직하게는, 제1 원료는, 할로겐계 화합물 또는 유기계 화합물이다.
(부기 22)
바람직하게는, 제1 원료는, 할로겐계 금속 화합물 또는 유기계 금속 화합물이다.
(부기 23)
바람직하게는, 제1 원료는, 할로겐계 Si화합물 또는 유기계 Si화합물이다.
(부기 24)
바람직하게는, 제2 원료는, O함유 원료 또는 N함유 원료이다.
(부기 25)
바람직하게는, 제2 원료는, NH3, N2, N2O, CH6N2, O2, O3, H2O, H2O2 및 H2의 어느 것이다.
(부기 26)
바람직하게는, 기판 상에 형성되는 막은, 전도성 막 또는 절연성 막이다.
(부기 27)
바람직하게는, 기판 상에 형성되는 막은, Ti, TiN, TiAlN, TiSiN, Ta, TaN, TaSiN, Al, Cu, Mn, MnO, Ru, W, GeSb, GeSbTe, HfO, HfON, HfSiO, HfSiON, HfAlO, HfAlON, ZrO, AlO, AlN, TiO, SiN, SiO의 어느 것이다.
(부기 28)
본 발명의 다른 형태에 의하면, 2종 이상의 원료를 처리실 내에 동시에 공급하고, 처리실 내에 재치된 기판 상에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
제1 원료를 제1 공급량으로 처리실 내에 공급하면서, 제2 원료를 제2 공급량으로 처리실 내에 공급해서 기판 상에 막을 형성하는 제1 성막 공정과,
제1 원료를 상기 제1 공급량과는 다른 제3 공급량으로 처리실 내에 공급하면서 제2 원료를 제2 공급량과는 다른 제4 공급량으로 처리실 내에 공급해서 기판 상에 막을 형성하는 제2 성막 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 29)
바람직하게는, 제1 성막 공정과 제2 성막 공정을 연속해서 수행한다.
(부기 30)
바람직하게는, 제1 성막 공정과 제2 성막 공정을 복수회 교호적으로 반복한다.
(부기 31)
바람직하게는, 제3 공급량은 제1 공급량보다 적고, 제4 공급량은 제2 공급량보다 많다.
(부기 32)
바람직하게는, 제3 공급량은 제4 공급량보다 적다.
(부기 33)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
2종 이상의 원료를 처리실 내에 동시에 공급하고, 처리실 내에 재치된 기판 상에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
제1 원료를 제1 공급량으로 처리실 내에 공급하면서, 제2 원료를 제2 공급량으로 처리실 내에 공급해서 기판 상에 막을 형성하는 제1 성막 공정과,
제1 원료를 제1 공급량보다 적은 제3 공급량으로 처리실 내에 공급하면서 제2 원료를 제2 공급량보다 적은 제4 공급량으로 처리실 내에 공급해서 기판 상에 막을 형성하는 제2 성막 공정과,
제1 원료를 제3 공급량으로 처리실 내에 공급하면서, 제2 원료를 제2 공급량보다 많은 제5 공급량으로 처리실 내에 공급해서 기판 상에 막을 형성하는 제3 성막 공정과,
제1 원료를 제3 공급량으로 처리실 내에 공급하면서, 제2 원료를 제4 공급량으로 처리실 내에 공급해서 기판 상에 막을 형성하는 제4 성막 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 34)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
2종류 이상의 원료를 처리실 내에 동시에 공급하고, 처리실 내에 재치된 기판 상에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
적어도 1종의 원료를 제1 공급량으로 처리실 내에 공급해서 기판 상에 막을 형성하는 제1 성막 공정과,
적어도 1종의 원료를 제1 공급량과는 다른 제2 공급량으로 처리실 내에 공급해서 상기 기판 상에 막을 형성하는 제2 성막 공정과,
2종류 이상의 원료를 처리실로부터 제거하는 원료제거 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 35)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
2종류 이상의 원료를 처리실 내에 동시에 공급하고, 상기 처리실 내에 재치된 기판 상에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
처리실 내에 기판을 수용하는 공정과,
적어도 1종의 원료를 2개의 다른 유량을 갖는 복수의 연속적 펄스로 처리실 내에 공급하는 공정을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 36)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실과,
처리실 내에 복수의 원료를 동시에 공급하고, 기판 상에 막을 형성하는 원료 공급 수단과,
적어도 1종의 원료를 제1 공급량으로 처리실 내에 공급한 후, 적어도 1종의 원료를 제1 공급량과는 다른 제2 공급량으로 처리실 내에 공급하는 것에 의해, 기판 상에 막을 형성하도록 원료 공급 수단을 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 37)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실과,
처리실 내에 복수의 원료를 동시에 공급하고, 기판 상에 막을 형성하는 원료 공급 수단과,
적어도 1종의 원료를 2개의 다른 유량을 갖는 복수의 연속적 펄스로 처리실 내에 공급하도록 원료 공급 수단을 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 38)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
2종류 이상의 원료를 처리실 내에 동시에 공급하고, 처리실 내에 재치된 기판 상에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조(형성)되는 반도체 장치로서,
적어도 1종의 원료를 제1 공급량으로 처리실 내에 공급하는 제1 원료 공급 공정과,
적어도 1종의 원료를 제1 공급량과는 다른 제2 공급량으로 처리실 내에 공급하는 제2 원료 공급 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조(형성)되는 반도체 장치가 제공된다.
(부기 39)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
2종류 이상의 원료를 처리실 내에 동시에 공급하고, 처리실 내에 재치된 기판 상에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조(형성)되는 반도체 장치로서,
처리실 내에 기판을 수용하는 공정과,
적어도 1종의 원료를 2개의 다른 유량을 갖는 복수의 연속적 펄스로 처리실 내에 공급하는 공정을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조(형성)되는 반도체 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, 332: 매스 플로우 컨트롤러 314, 324, 334: 밸브
410, 420, 430: 노즐 410a, 420a, 430a: 가스 공급공

Claims (10)

  1. 2종류 이상의 원료를 처리실 내에 동시에 공급하고, 상기 처리실 내에 재치된 기판 상에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    제1 원료를 제1 공급량으로 상기 처리실 내에 공급하면서, 제2 원료를 제2 공급량으로 상기 처리실 내에 공급해서 상기 기판 상에 막을 형성하는 제1 성막 공정; 및
    상기 제1 원료를 상기 제1 공급량과는 다른 제3 공급량으로 상기 처리실 내에 공급하면서 상기 제2 원료를 상기 제2 공급량으로 상기 처리실 내에 공급해서 상기 기판 상에 막을 형성하는 제2 성막 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 성막 공정과 상기 제2 성막 공정을 연속해서 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 성막 공정과 상기 제2 성막 공정을 복수회 교호적으로 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 공급량은 상기 제1 공급량 보다 작은 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 공급량은 상기 제2 공급량 보다 작은 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 원료는 Ti, Al, Si, Ta, Cu, Mn, Ru, W, Ge, Sb, Te, Hf, Zr 중에서 적어도 하나를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 원료는 산소 함유 원료 또는 질소 함유 원료인 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 형성되는 상기 막은 전도성 막 또는 절연성 막인 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 기판을 수용하는 처리실;
    상기 처리실 내에 복수의 원료를 동시에 공급하고, 상기 기판 상에 막을 형성하는 원료 공급 수단; 및
    적어도 1종의 원료를 제1 공급량으로 상기 처리실 내에 공급한 후, 상기 적어도 1종의 원료를 상기 제1 공급량과는 다른 제2 공급량으로 상기 처리실 내에 공급하는 것에 의해, 상기 기판 상에 막을 형성하도록 상기 원료 공급 수단을 제어하는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 2종류 이상의 원료를 처리실 내에 동시에 공급하고, 상기 처리실 내에 재치된 기판 상에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조되는 반도체 장치로서,
    적어도 1종의 원료를 제1 공급량으로 상기 처리실 내에 공급하는 제1 원료 공급 공정; 및
    상기 적어도 1종의 원료를 상기 제1 공급량과는 다른 제2 공급량으로 상기 처리실 내에 공급하는 제2 원료 공급 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조되는 반도체 장치.
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