KR20120098448A - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
저온 영역에 있어서, 막 중의 염소 농도가 낮고 불화수소에 대한 내성이 높은 실리콘 질화막을 형성한다. 처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정과, 처리실 내의 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정과, 처리실 내의 기판에 대하여 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정과, 처리실 내의 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것으로, 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하는 공정을 포함한다.
Description
본 발명은, 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 그 공정에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
실리콘 질화막(SiN막)은, 불화수소(HF)에 대한 높은 내성(耐性)을 가진다. 그 때문에, 실리콘 질화막은, LSI, SRAM, DRAM등의 반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 실리콘 산화막(SiO막) 등을 에칭할 때의 에칭 스토퍼층으로서 사용될 수 있다. 예컨대, 게이트의 측벽에 실리콘 질화막과 실리콘 산화막이 적층되는 3층LDD(Lightly Doped Drain)구조 등에 있어서의 사이드 월 스페이서(SWS)에 있어서, 실리콘 질화막은 그 물리적 강도에 힘입어, 드라이 에칭시의 에칭 스토퍼층으로서도 사용된다. 또한, 배선과 트랜지스터를 접속하는 컨택트층을 형성할 때에도, 실리콘 질화막은 드라이 에칭 시의 에칭 스토퍼층으로서 사용된다. 또한, 드라이 에칭의 후에는 불화수소 함유액을 이용한 웨트 에칭이 수행되는 일이 많고, 실리콘 질화막은 이 경우에도 에칭 스토퍼층으로서 사용된다. 이와 같이, 에칭 스토퍼층으로서 사용되는 실리콘 질화막에는, 불화수소에 대한 높은 내성이 요구된다.
또한, 게이트 전극의 저항치의 편차 증대나 도펀트의 확산 등을 막기 위하여, 게이트 전극 형성 후에 있어서의 실리콘 질화막의 성막 온도의 저온화가 요구되고 있다. 예컨대 게이트 전극 형성 후에 실리콘 질화막을 성막할 때, 그 성막 온도는, 종래의 LP-CVD(Low Pressure-Chemical Vapor Deposition)법을 이용한 경우 성막 온도인 760℃나, ALD(Atomic Layer Deposition)법을 이용한 경우의 성막온도인 550℃보다도 낮게 하는 것이 요구되고 있다. 특히, Ni실리사이드막을 게이트, 소스, 드레인에 사용하는 반도체 장치의 제조 공정에서는, Ni실리사이드막에 가해지는 열부하를 억제하도록, 실리콘 질화막의 성막 온도를 400℃이하로 하는 것이 요구되고 있다.
전술의 실리콘 질화막은, 소정의 성막 온도로 가열된 기판에 대하여 실리콘(Si) 함유 가스와 질소(N) 함유 가스를 공급하여 성막할 수 있다. 그러나 성막 온도를 저온화시킨 경우, 실리콘 질화막 중의 염소(Cl) 농도가 증가해버릴 수 있었다. 특히, ALD법을 이용하여 실리콘 질화막을 성막하는 경우, 염소의 탈리(脫離) 반응은 흡열 반응으로 수행되기 때문에, 성막 온도를 저온화할 수록 막 중에 염소가 잔류하기 쉬워진다. 막 중에 잔류한 염소는 물(H2O)과 반응하기 쉬우므로, 실리콘 질화막의 자연 산화에 영향을 주거나, 실리콘 질화막의 불화수소에 대한 내성을 저하시켜버리는 요인이 된다.
실리콘 질화막중에 탄소(C)를 도입하여 불화수소에 대한 내성을 향상시키는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 예컨대 400℃이하의 저온 영역에서는, 실리콘 질화막 중에 탄소를 도입하는 것은 어려웠다. 또한, 실리콘 질화막 중에 도입된 탄소는 구조 결함의 요인이 되므로, 절연 내성을 열화시킬 수 있었다. 그 때문에, 탄소를 도입한 실리콘 질화막을 전극 사이에 끼워져 있는 사이드 월 스페이서에 적용하는 것은 어려웠다.
본 발명의 목적은, 저온 영역에 있어서 막 중의 염소 농도가 낮고, 불화수소에 대한 내성이 높은 실리콘 질화막을 형성하는 것이 가능한 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기(勵起)시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정; 및
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정;
을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것으로, 상기 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면,
처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정; 및
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정;
을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것으로, 상기 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하는 공정을 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실;
상기 처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 제1 가스 공급계;
상기 처리실 내의 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 제2 가스 공급계;
상기 처리실 내의 기판에 대하여 수소 함유 가스를 공급하는 제3 가스 공급계;
상기 처리실 내의 기판에 대하여 질소 가스 및 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 제4 가스 공급계;
가스를 플라즈마 여기 또는 열 여기시키는 여기부; 및
상기 처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것으로, 상기 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하도록, 상기 제1 가스 공급계, 상기 제2 가스 공급계, 상기 제3 가스 공급계, 상기 제4 가스 공급계 및 상기 여기부를 제어하는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 순서;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 순서;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 순서; 및
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 순서;
를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것으로, 상기 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하는 순서를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램이 제공된다.
본 발명에 의하면, 저온 영역에 있어서, 막 중의 염소 농도가 낮고, 불화수소에 대한 내성이 높은 실리콘 질화막을 형성하는 것이 가능한 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형(縱型) 처리로(處理爐)의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도(縱斷面圖)로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 A-A선 단면도로 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태의 성막 시퀀스에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태의 변형예에 있어서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태의 변형예의 성막 시퀀스에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 11은 제1 실시예에 있어서의 실리콘 질화막의 성막 온도와 성막 속도의 관계를 도시하는 도면.
도 12는 제2 실시예에 있어서의 실리콘 질화막의 성막 온도와 막 중 Cl강도의 관계를 도시하는 도면.
도 13은 제3 실시예에 있어서의 실리콘 질화막의 성막 온도와 막 밀도의 관계를 도시하는 도면.
도 14는 제3 실시예에 있어서의 실리콘 질화막의 막 밀도와 웨트 에칭 레이트의 관계를 도시하는 도면.
도 15는 제4 실시예에 있어서의 실리콘 질화막의 성막 온도와 웨트 에칭 레이트와의 관계를 도시하는 도면.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 평면 단면도이며, 도 16a는 버퍼실을 배기구 측에 붙여서 설치한 경우를, 도 16b는 버퍼실을 배기구로부터 이격된 측에 설치한 경우를 도시하고 있다.
도 17a 및 도 17b은 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 평면 단면도이며, 도 17a는 버퍼실을 4개 설치한 경우를, 도 17b는 버퍼실을 3개 설치한 경우를 도시하고 있다.
도 18은 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 평면 단면도이며, 복수의 버퍼실로부터 공급하는 활성종의 분포의 밸런스를 제어하는 형태를 도시하는 도면.
도 19는 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, MCS가스를 플래시 공급하는 것이 가능한 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 20은 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, MCS가스를 공급하는 노즐을 복수 설치한 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 A-A선 단면도로 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태의 성막 시퀀스에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태의 변형예에 있어서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태의 변형예의 성막 시퀀스에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 11은 제1 실시예에 있어서의 실리콘 질화막의 성막 온도와 성막 속도의 관계를 도시하는 도면.
도 12는 제2 실시예에 있어서의 실리콘 질화막의 성막 온도와 막 중 Cl강도의 관계를 도시하는 도면.
도 13은 제3 실시예에 있어서의 실리콘 질화막의 성막 온도와 막 밀도의 관계를 도시하는 도면.
도 14는 제3 실시예에 있어서의 실리콘 질화막의 막 밀도와 웨트 에칭 레이트의 관계를 도시하는 도면.
도 15는 제4 실시예에 있어서의 실리콘 질화막의 성막 온도와 웨트 에칭 레이트와의 관계를 도시하는 도면.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 평면 단면도이며, 도 16a는 버퍼실을 배기구 측에 붙여서 설치한 경우를, 도 16b는 버퍼실을 배기구로부터 이격된 측에 설치한 경우를 도시하고 있다.
도 17a 및 도 17b은 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 평면 단면도이며, 도 17a는 버퍼실을 4개 설치한 경우를, 도 17b는 버퍼실을 3개 설치한 경우를 도시하고 있다.
도 18은 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 평면 단면도이며, 복수의 버퍼실로부터 공급하는 활성종의 분포의 밸런스를 제어하는 형태를 도시하는 도면.
도 19는 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, MCS가스를 플래시 공급하는 것이 가능한 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 20은 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, MCS가스를 공급하는 노즐을 복수 설치한 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
발명자 등은, 저온 영역에 있어서의 실리콘 질화막의 형성 방법에 대해서 예의 연구를 수행하였다. 그 결과, 처리실 내에 수용된 기판에 대하여 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스를 공급하여 기판 상에 실리콘 함유층을 형성하는 공정과, 처리실 내의 기판에 대하여 복수의 여기부에 있어서 플라즈마 여기시킨 질소 함유 가스를 복수의 여기부 각각으로부터 공급하여 실리콘 함유층을 질화 시켜서 실리콘 질화층에 변화시키는 공정을 교호(交互)적으로 반복하여, 저온 영역에 있어서, 기판 상에 막 중의 염소 농도가 낮고, 불화수소에 대한 내성이 높은 실리콘 질화막을 형성하는 것이 가능하다는 지견을 얻었다.
실리콘 함유층을 형성하는 공정에서는, 염소(Cl) 함유율이 낮고, 표면 흡착력이 높은 가스인 MCS가스를 이용한다. MCS는, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS)이나 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS)과 비교하여, 조성식 중의 Cl수, 즉 1몰 당 염소의 양이 적기 때문에 실리콘 함유층을 형성하는 공정에서 처리실 내에 공급되는 염소의 양을 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 실리콘 함유층(MCS가스의 흡착층이나 실리콘층)과 결합하는 염소의 비율, 즉 Si-Cl결합을 감소시킬 수 있고, 염소 농도가 낮은 실리콘 함유층을 형성할 수 있다. 그 결과, 실리콘 함유층을 실리콘 질화층으로 변화시키는 공정에 있어서, 염소 농도가 낮은 실리콘 질화층을 형성할 수 있게 된다.
또한, 실리콘 함유층 중의 Si-Cl결합을 감소시키는 것에 의해, 실리콘 함유층 중의 Si-H결합을 증가시킬 수 있다. Si-Cl결합은, Si-H결합보다도 결합 에너지가 크고, 실리콘 함유층을 실리콘 질화층으로 변화시키는 공정에서의 Si-N결합의 형성, 즉 실리콘 함유층의 질화를 저해시키도록 작용한다. 반대로 Si-H결합은, Si-Cl결합보다도 결합 에너지가 작고, 실리콘 함유층을 실리콘 질화층으로 변화시키는 공정에서의 Si-N결합의 형성, 즉 실리콘 함유층의 질화를 촉진시키도록 작용한다. 즉, Si-Cl결합이 적게 염소 농도가 낮은 실리콘 함유층을 형성하는 것으로, 실리콘 함유층의 질화를 저해시키는 요인을 저감할 수 있고, 실리콘 함유층을 실리콘 질화층에 변화시키는 공정에서의 실리콘 함유층의 질화를 촉진시킬 수 있다. 또한, Si-H결합을 실리콘 함유층 중에 증가시키는 것으로, 실리콘 함유층의 질화를 촉진시키는 요인을 늘릴 수 있고, 실리콘 함유층을 실리콘 질화층으로 변화시키는 공정에서의 실리콘 함유층의 질화를 더욱 촉진시킬 수 있다. 이에 의해, 실리콘 함유층을 실리콘 질화층으로 변화시키는 공정에서의 실리콘 함유층의 질화 효율을 높이는 것이 가능해지고, 질화 시간을 단축시켜, 처리 시간을 단축시킬 수 있게 된다.
실리콘 함유층을 실리콘 질화층으로 변화시키는 공정에서는, 복수의 여기부에 있어서 플라즈마 여기시킨 질소 함유 가스를 각 여기부로부터 공급하여 실리콘 함유층을 질화시킨다. 이에 의해, 각 여기부에 있어서의 플라즈마 출력을 저출력으로 하면서 기판으로의 활성종(여기종)의 공급량을 늘릴 수 있다. 그리고 이에 의해, 기판이나 실리콘 함유층에의 플라즈마 데미지를 억제하면서, 질화력을 높일 수 있고, 실리콘 함유층의 질화를 촉진시켜, 질화 효율을 높이는 것이 가능해진다. 그리고 이에 의해, 질화 시간을 단축시켜, 처리 시간을 단축시킬 수 있게 된다. 또한, 실리콘 함유층을 형성하는 공정에 있어서 형성된 염소 농도가 낮은 실리콘 함유층에 포함되는 염소를, 기판이나 실리콘 함유층에 플라즈마 데미지를 주지 않고 효율적으로 탈리시키면서 질화시킬 수 있고, 염소 농도가 지극히 낮은 실리콘 질화층을 형성할 수 있게 된다. 또한, 염소를 효율적으로 탈리시키는 것으로, 질화 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉, 질화를 저해시키는 요인이 되는 염소를 실리콘 함유층으로부터 효율적으로 탈리시키는 것으로, 질화 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
이에 의해, 저온 영역에 있어서, 막 중의 염소 농도가 낮고, 불화수소에 대한 내성이 높은 실리콘 질화막을 형성할 수 있다. 또한, 이들에 의해, 기판 면내(面內) 막질 균일성이나 기판 면내 막두께 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은, 발명자 등이 얻은 이러한 지견에 기초하여 수행된 것이다. 이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
<본 발명의 제1 실시 형태>
도 1은, 본 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 종단면도로 도시하고 있다. 또한, 도 2는, 본 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하고 있다. 또한, 본 발명은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 한하지 않고, 매엽식, 핫 월(Hot Wall)형, 콜드 월(Cold Wall)형 처리로를 포함하는 기판 처리 장치에도 바람직하게 적용할 수 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 처리로(202)는 가열 수단(가열 기구)로서의 히터(207)를 포함한다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보지판으로서의 히터 베이스(도시되지 않음)에 지지되는 것에 의해 수직으로 설치되어 있다. 또한, 히터(207)는, 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원상(同心圓狀)으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 반응관(203)이 배설(配設)되어 있다. 반응관(203)은, 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색(閉塞)하고 하단이 개구한 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 통중공부(筒中空部)에는 처리실(201)이 형성되어 있고, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향으로 다단으로 정렬한 상태로 수용가능하도록 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 제1 가스 도입부로서의 제1 노즐(233a)과, 제2 가스 도입부로서의 제2 노즐(233b)과, 제3 가스 도입부로서의 제3 노즐(233c)이, 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있다. 제1 노즐(233a), 제2 노즐(233b), 제3 노즐(233c)에는, 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c)이 각각 접속되어 있다. 이와 같이, 반응관(203)에는 3개의 노즐(233a, 233b, 233c)과, 3개의 가스 공급관(232a, 232b, 232c)이 설치되어 있어서, 처리실(201) 내에 복수 종류, 여기에서는 2종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 반응관(203)의 하방(下方)으로, 반응관(203)을 지지하는 금속제의 매니폴드를 설치하고, 각 노즐을, 이 금속제의 매니폴드의 측벽을 관통하도록 설치하도록 해도 좋다. 이 경우, 이 금속제의 매니폴드에, 후술하는 배기관(231)을 더 설치하도록 해도 좋다. 또한, 이 경우라도, 배기관(231)을 금속제의 매니폴드가 아니라, 반응관(203)의 하부에 설치하도록 해도 좋다. 이와 같이, 처리로(202)의 노구부(爐口部)를 금속제로 하여 이 금속제의 노구부에 노즐 등을 설치하도록 해도 좋다.
제1 가스 공급관(232a)에는 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC, 241a) 및 개폐 밸브인 밸브(243a)가 설치되어 있다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에는, 제1 불활성 가스 공급관(232d)이 접속되어 있다. 이 제1 불활성 가스 공급관(232d)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241d) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치되어 있다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 선단부에는, 전술의 제1 노즐(233a)이 접속되어 있다. 제1 노즐(233a)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에 있어서의 원호상(圓弧狀)의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 입상(立上)으로 설치되어 있다. 즉, 제1 노즐(233a)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방(側方)의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따라 설치되어 있다. 제1 노즐(233a)은 L자형 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단(一端)측에서 타단(他端)측을 향하여 입상으로 설치되어 있다. 제1 노즐(233a)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(248a)이 설치되어 있다. 가스 공급공(248a)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구하고 있어서, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급공(248a)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구면적을 가지고, 동일한 개구 피치로 설치되어 있다.
제2 가스 공급관(232b)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC, 24lb) 및 개폐 밸브인 밸브(243b)가 설치되어 있다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에는, 제2 불활성 가스 공급관(232e)이 접속되어 있다. 이 제2 불활성 가스 공급관(232e)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241e) 및 개폐 밸브인 밸브(243e)가 설치되어 있다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 선단부에는, 전술의 제2 노즐(233b)이 접속되어 있다. 제2 노즐(233b)은 가스 분산 공간인 버퍼실(237b) 내에 설치되어 있다.
버퍼실(237b)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에 있어서의 원호상의 공간에, 또한 반응관(203) 내벽의 하부로부터 상부에 걸친 부분에, 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라 설치되어 있다. 즉, 버퍼실(237b)은, 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역에 따라 설치되어 있다. 버퍼실(237b)의 웨이퍼(200)와 인접하는 벽의 단부에는 가스를 공급하는 가스 공급공(238b)이 설치되어 있다. 가스 공급공(238b)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구하고 있어서, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급공(238b)은, 반응관(203)의 하부에서 상부에 걸쳐 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지며, 또한 동일한 개구 피치로 설치되어 있다.
제2 노즐(233b)은, 버퍼실(237b)의 가스 공급공(238b)이 설치된 단부와 반대측의 단부에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 입상으로 설치되어 있다. 즉, 제2 노즐(233b)은, 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따라 설치되어 있다. 제2 노즐(233b)은 L자형 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 입상으로 설치되어 있다. 제2 노즐(233b)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(248b)이 설치되어 있다. 가스 공급공(248b)은 버퍼실(237b)의 중심을 향하도록 개구하고 있다. 이 가스 공급공(248b)은, 버퍼실(237b)의 가스 공급공(238b)과 마찬가지로, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 설치되어 있다. 이 복수의 가스 공급공(248b) 각각의 개구 면적은, 버퍼실(237b) 내와 처리실(201) 내의 차압이 작은 경우에는, 상류측(하부)으로부터 하류측(상부)까지, 각각 동일한 개구 면적으로 동일한 개구 피치로 하면 좋지만, 차압이 큰 경우에는 상류측으로부터 하류측을 향하여, 각각 개구 면적을 크게 하거나, 개구 피치를 작게 하면 좋다.
본 실시 형태에 있어서는, 제2 노즐(233b)의 가스 공급공(248b)의 각각의 개구 면적이나 개구 피치를, 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 전술한 바와 같이 조절하는 것으로, 우선, 가스 공급공(248b)의 각각으로부터, 유속의 차이는 있지만, 유량이 거의 동량인 가스를 분출시킨다. 그리고 이 가스 공급공(248b)의 각각으로부터 분출하는 가스를, 일단 버퍼실(237b)내에 도입하고, 버퍼실(237b) 내에 있어서 가스의 유속 차이의 균일화를 수행하는 것으로 하고 있다. 즉, 제2 노즐(233b)의 가스 공급공(248b)의 각각으로부터 버퍼실(237b) 내에 분출한 가스는 버퍼실(237b) 내에서 각 가스의 입자 속도가 완화된 후, 버퍼실(237b)의 가스 공급공(238b)으로부터 처리실(201) 내에 분출한다. 이에 의해, 제2 노즐(233b)의 가스 공급공(248b)의 각각으로부터 버퍼실(237b) 내에 분출한 가스는, 버퍼실(237b)의 가스 공급공(238b)의 각각으로부터 처리실(201) 내에 분출하는 때는, 균일한 유량과 유속을 포함하는 가스가 된다.
제3 가스 공급관(232c)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC, 241c) 및 개폐 밸브인 밸브(243c)가 설치되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)보다도 하류측에는, 제3 불활성 가스 공급관(232f)이 접속되어 있다. 이 제3 불활성 가스 공급관(232f)에는, 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241f) 및 개폐 밸브인 밸브(243f)가 설치되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 선단부에는, 전술의 제3 노즐(233c)이 접속되어 있다. 제3 노즐(233c)은, 가스 분산 공간인 버퍼실(237c) 내에 설치되어 있다.
버퍼실(237c)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에 있어서의 원호상의 공간에, 또한, 반응관(203) 내벽의 하부로부터 상부에 걸친 부분에, 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라 설치되어 있다. 즉, 버퍼실(237c)은, 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따라 설치되어 있다. 버퍼실(237c)의 웨이퍼(200)와 인접하는 벽의 단부에는 가스를 공급하는 가스 공급공(238c)이 설치되어 있다. 가스 공급공(238c)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구하고 있어서, 웨이퍼(200)를 항하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급공(238c)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 동일한 개구 피치로 설치되어 있다.
제3 노즐(233c)은, 버퍼실(237c)의 가스 공급공(238c)이 설치된 단부와 반대측의 단부에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 입상으로 설치되어 있다. 즉, 제3 노즐(233c)은, 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따라 설치되어 있다. 제3 노즐(233c)은 L자형 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하게 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 입상으로 설치되어 있다. 제3 노즐(233c)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(248c)이 설치되어 있다. 가스 공급공(248c)은 버퍼실(237c)의 중심을 향하도록 개구하고 있다. 이 가스 공급공(248c)은, 버퍼실(237c)의 가스 공급공(238c)과 마찬가지로, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 설치되어 있다. 이 복수의 가스 공급공(248c) 각각의 개구 면적은, 버퍼실(237c)내와 처리실(201) 내의 차압이 작은 경우에는, 상류측(하부)으로부터 하류측(상부)까지, 각각 동일한 개구 면적으로 동일한 개구 피치로 하면 좋지만, 차압이 큰 경우에는 상류측으로부터 하류측을 향하여 각각 개구 면적을 크게 하거나, 개구 피치를 작게 하면 좋다.
본 실시 형태에 있어서는, 제3 노즐(233c)의 가스 공급공(248c)의 각각의 개구 면적이나 개구 피치를, 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 전술한 바와 같이 조절하는 것으로, 우선, 가스 공급공(248c)의 각각으로부터, 유속의 차이는 있지만 유량이 거의 동량인 가스를 분출시킨다. 그리고 이 가스 공급공(248c)의 각각으로부터 분출하는 가스를, 일단, 버퍼실(237c) 내에 도입하고, 버퍼실(237c) 내에 있어서 가스의 유속 차이의 균일화를 수행하는 것으로 하고 있다. 즉, 제3 노즐(233c)의 가스 공급공(248c)의 각각으로부터 버퍼실(237c) 내에 분출한 가스는 버퍼실(237c) 내에서 각 가스의 입자 속도가 완화된 후, 버퍼실(237c)의 가스 공급공(238c)으로부터 처리실(201) 내에 분출한다. 이에 의해, 제3 노즐(233c)의 가스 공급공(248c)의 각각으로부터 버퍼실(237c) 내에 분출한 가스는, 버퍼실(237c)의 가스 공급공(238c)의 각각으로부터 처리실(201) 내에 분출할 때는, 균일한 유량과 유속을 가지는 가스가 된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 가스 공급의 방법은, 반응관(203)의 내벽과, 적재된 복수 매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원호상의 종장(縱長)의 공간 내에 배치한 노즐(233a, 233b, 233c) 및 버퍼실(237b, 237c)을 경유하여 가스를 반송하고, 노즐(233a, 233b, 233c) 및 버퍼실(237b, 237c)에 각각 개구된 가스 공급공(248a, 248b, 248c, 238b, 238c)으로부터 웨이퍼(200)의 근방에서 처음으로 반응관(203) 내에 가스를 분출시키고 있고, 반응관(203) 내에 있어서의 가스의 주된 흐름을 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉 수평 방향으로 하고 있다. 이러한 구성으로 하는 것으로, 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급할 수 있고, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 박막의 막 두께를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 반응 후의 잔류 가스는, 배기구, 즉, 후술하는 배기관(231)의 방향을 향해서 흐르지만, 이 잔류 가스의 흐름의 방향은, 배기구의 위치에 의해 적당히 특정되며, 수직 방향에 한하지 않는다.
또한, 2개의 버퍼실(237b, 237c)은, 웨이퍼(200)의 중심[즉, 반응관(203)의 중심]을 사이에 두고 대향하도록 배치되어 있다. 구체적으로는, 2개의 버퍼실(237b, 237c)은, 도 2에 도시하는 바와 같이 평면시(平面視)에 있어서, 웨이퍼(200)의 중심과 반응관(203) 측벽에 설치된 후술하는 배기구(231a)의 중심을 잇는 직선을 대상축으로 하여서, 선대칭이 되도록 배치되어 있다. 그리고, 버퍼실(237b)의 가스 공급공(238b), 버퍼실(237c)의 가스 공급공(238c), 배기구(231a)의 각 중심을 잇는 직선이 이등변 삼각형을 구성하도록 배치되어 있다. 이에 의해, 2개의 버퍼실(237b, 237c)로부터 웨이퍼(200)에 대하여 흐르는 가스류가 균일해진다. 즉, 2개의 버퍼실(237b, 237c)로부터 웨이퍼(200)에 대하여 흐르는 가스류가, 웨이퍼(200)의 중심과 배기구(231a)의 중심을 연결하는 직선을 대상축으로 하여서 선대칭이 된다.
제1 가스 공급관(232a)으로부터는, 소정 원소를 포함하는 원료 가스, 즉, 소정 원소로서의 실리콘(Si)을 포함하는 원료 가스(실리콘 함유 가스)로서, 예컨대 MCS가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a), 제1 노즐(233a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 이 때 동시에, 제1 불활성 가스 공급관(232d)으로부터, 불활성 가스가 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d)를 개재하여 제1 가스 공급관(232a) 내에 공급되도록 해도 좋다.
제2 가스 공급관(232b)으로부터는, 질소를 포함하는 가스(질소 함유 가스), 즉, 질화 가스로서 예컨대 암모니아(NH3)가스가, 매스 플로우 컨트롤러(24lb), 밸브(243b), 제2 노즐(233b), 버퍼실(237b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 이 때 동시에, 제2 불활성 가스 공급관(232e)으로부터, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241e), 밸브(243e)를 개재하여 제2 가스 공급관(232b)내에 공급되도록 해도 좋다.
제3 가스 공급관(232c)으로부터는, 질소를 포함하는 가스(질소 함유 가스), 즉, 질화 가스로서 예컨대 암모니아(NH3) 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c), 제3 노즐(233c), 버퍼실(237c)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 이 때 동시에, 제3 불활성 가스 공급관(232f)으로부터, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241f), 밸브(243f)를 개재하여 제3 가스 공급관(232c) 내에 공급되도록 해도 좋다.
제1 가스 공급관(232a)으로부터 전술한 바와 같이 가스를 흘려보낼 경우, 주로, 제1 가스 공급관(232a), 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a)에 의해, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스(MCS가스)를 공급하는 제1 가스 공급계[원료 가스 공급계(실리콘 함유 가스 공급계)]가 구성된다. 또한, 제1 노즐(233a)을 제1 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한, 주로, 제1 불활성 가스 공급관(232d), 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d)에 의해, 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제1 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
또한, 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c)으로부터 전술한 바와 같이 가스를 흘려보내는 경우, 주로, 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 매스 플로우 컨트롤러(24lb, 241c), 밸브(243b, 243c)에 의해, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 질소 함유 가스(NH3가스)를 공급하는 제2 가스 공급계(질소 함유 가스 공급계)가 구성된다. 또한, 제2 노즐(233b), 제3 노즐(233c), 버퍼실(237b, 237c)을 제2 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한, 주로, 제2 불활성 가스 공급관(232e), 제3 불활성 가스 공급관(232f), 매스 플로우 컨트롤러(241e, 241f), 밸브(243e, 243f)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제2 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 버퍼실(237b) 내에는, 가늘고 긴 구조를 가지는 제1 전극인 제1 봉상(棒狀) 전극(269b) 및 제2 전극인 제2 봉상 전극(270b)이, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라 각각 배설되어 있다. 제1 봉상 전극(269b) 및 제2 봉상 전극(270b)의 각각은, 제2 노즐(233b)과 평행하게 설치되어 있다. 제1 봉상 전극(269b) 및 제2 봉상 전극(270b)의 각각은, 상부로부터 하부에 걸쳐 각 전극을 보호하는 보호관인 전극 보호관(275b)에 의해 덮어져서 보호되어 있다. 이 제1 봉상 전극(269b) 또는 제2 봉상 전극(270b)의 어느 일방은 정합기(272)를 개재하여 고주파 전원(273)에 접속되고, 타방은 기준 전위인 어스에 접속되어 있다. 이 결과, 제1 봉상 전극(269b) 및 제2 봉상 전극(270b) 사이의 플라즈마 생성 영역(224b)에 플라즈마가 생성된다.
마찬가지로, 버퍼실(237c) 내에는, 가늘고 긴 구조를 가지는 제1 전극인 제1 봉상 전극(269c) 및 제2 전극인 제2 봉상 전극(270c)이 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라 각각 배설되어 있다. 제1 봉상 전극(269c) 및 제2 봉상 전극(270c)의 각각은, 제3 노즐(233c)과 평행하게 설치되어 있다. 제1 봉상 전극(269c) 및 제2 봉상 전극(270c)의 각각은, 상부로부터 하부에 걸쳐 각 전극을 보호하는 보호관인 전극 보호관(275c)에 의해 덮어지는 것으로 보호되어 있다. 이 제1 봉상 전극(269c) 또는 제2 봉상 전극(270c)의 어느 일방은 정합기(272)를 개재하여 고주파 전원(273)에 접속되고, 타방은 기준 전위인 어스에 접속되어 있다. 이 결과, 제1 봉상 전극(269c) 및 제2 봉상 전극(270c) 간의 플라즈마 생성 영역(224c)에 플라즈마가 생성된다.
주로, 제1 봉상 전극(269b), 제2 봉상 전극(270b), 전극 보호관(275b), 정합기(272), 고주파 전원(273)에 의해, 플라즈마 발생기(플라즈마 발생부)로서의 제1 플라즈마원이 구성된다. 또한, 주로, 제1 봉상 전극(269c), 제2 봉상 전극(270c), 전극 보호관(275c), 정합기(272), 고주파 전원(273)에 의해, 플라즈마 발생기(플라즈마 발생부)로서의 제2 플라즈마원이 구성된다. 제1 플라즈마원 및 제2 플라즈마원은, 각각, 후술하는 바와 같이 가스를 플라즈마로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서 기능한다. 이와 같이, 본 실시 형태의 기판 처리 장치에는 복수, 여기서는 2개의 여기부가 설치되어 있다. 그리고, 이들 복수의 여기부는 분산 배치되어 있다.
전극 보호관(275b, 275c)은, 제1 봉상 전극(269b, 269c) 및 제2 봉상 전극(270b, 270c)의 각각을, 버퍼실(237b, 237c)의 분위기와 격리한 상태로 버퍼실(237b, 237c) 내에 삽입할 수 있는 구조로 되어 있다. 여기서, 전극 보호관(275b), (275c)의 내부는 외기(대기)와 동일 분위기이면, 전극 보호관(275b, 275c) 내에 각각 삽입된 제1 봉상 전극(269b, 269c) 및 제2 봉상 전극(270b, 270c)은, 히터(207)에 의한 열로 산화되어버린다. 그로부터, 전극 보호관(275b, 275c)의 내부에는, 질소 등의 불활성 가스를 충전 또는 퍼지하여 산소 농도를 충분히 낮게 억제하여, 제1 봉상 전극(269b, 269c) 또는 제2 봉상 전극(270b, 270c)의 산화를 방지하기 위한 불활성 가스 퍼지 기구가 설치되어 있다.
반응관(203)에는 전술의 배기구(231a)가 설치되어 있다. 배기구(231a)에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 접속되어 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(244)를 개재하여, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. 또한, APC밸브(244)는, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것으로, 처리실(201) 내의 진공배기?진공배기 정지를 수행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브 개도를 조절하는 것으로, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있는 개폐 밸브이다. 진공 펌프(246)를 작동시키면서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC밸브(244)의 밸브 개도를 조절하는 것에 의해, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공배기할 수 있도록 구성되어 있다. 주로, 배기관(231), APC밸브(244), 진공 펌프(246), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다.
반응관(203)의 하방으로는, 반응관(203)의 하단 개구를 기밀하게 폐색가능한 노구 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 설치되어 있다. 씰 캡(219)은 반응관(203)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 당접(當接)되도록 구성되어 있다. 씰 캡(219)은 예컨대 스텐레스 등의 금속으로 이루어지고, 원반상(圓盤狀)으로 형성되어 있다. 씰 캡(219)의 상면에는 반응관(203)의 하단과 당접하는 씰 부재로서의 O-링(220)이 설치되어 있다. 씰 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는, 후술하는 기판 보지구로서의 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 씰 캡(219)을 관통하여 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시키는 것으로 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 씰 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 수직하게 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 씰 캡(219)을 승강시키는 것으로, 보트(217)를 처리실(201) 내에 대하여 반입?반출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 보트 엘리베이터(115)는, 보트(217) 즉 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치로서 구성되어 있다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 예컨대 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지고, 복수 매의 웨이퍼(200)를 수평 자세에서, 서로 중심을 맞춘 상태로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록 구성되어 있다. 또한, 보트(217)의 하부에는, 예컨대 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열 부재(218)가 설치되어 있어서, 히터(207)로부터의 열이 씰 캡(219)측에 전해지기 어렵게 구성되어 있다. 또한, 단열 부재(218)는, 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 복수 매의 단열판과, 이들 단열판을 수평자세로 다단으로 지지하는 단열판 홀더에 의해 구성해도 좋다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태를 조정하는 것으로, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는, 제1 노즐(233a)와 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치되어 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는, CPU(121a, Central Processing Unit), RAM(121b, Random Access Memory), 기억 장치(121c), I/O포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(12lb), 기억 장치(121c), I/O포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 개재하여, CPU(121a)와 데이터 교환 가능도록 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예컨대 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이, 독출(讀出) 가능하게 격납되어 있다. 또한, 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리 공정에 있어서의 각 순서를 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것으로, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 프로그램이라고 하는 용어를 사용하는 경우는, 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한, RAM(12lb)은, CPU(121a)에 의해 독출된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지(保持)되는 메모리 영역(work area)로서 구성되어 있다.
I/O포트(121d)는, 전술의 매스 플로우 컨트롤러(241a, 24lb, 241c, 241d, 241e, 241f), 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f), 압력 센서(245), APC밸브(244), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 고주파 전원(273), 정합기(272) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 독출하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 응하여 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피를 독출하도록 구성되어 있다. 그리고, CPU(121a)는, 독출한 프로세스 레시피의 내용을 따르도록, 매스 플로우 컨트롤러(241a, 24lb, 241c, 241d, 241e, 241f)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f)의 개폐 동작, APC밸브(244)의 개폐 및 압력 센서(245)에 기초하는 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동?정지, 회전 기구(267)의 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작 등의 제어나, 고주파 전원(273)의 전력 공급 제어, 정합기(272)에 의한 임피던스 제어 등을 제어하도록 구성되고 있다.
또한, 컨트롤러(121)는, 전용 컴퓨터로서 구성되어 있는 경우에 한하지 않고, 범용 컴퓨터로서 구성되어 있어도 좋다. 예컨대, 전술의 프로그램을 격납한 외부 기억 장치[123, 예컨대, 자기(磁氣) 테이프, 플렉서블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD등의 광디스크, MO등의 광자기 디스크, USB메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]를 준비하고, 이러한 외부 기억 장치(123)를 이용하여 범용 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해, 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(121)를 구성할 수 있다. 또한, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 외부 기억 장치(123)를 개재하여 공급하는 경우에 제한되지 않는다. 예컨대, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여, 외부 기억 장치(123)를 거치지 않고 프로그램을 공급하도록 해도 좋다. 또한, 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 독출 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히 기록 매체라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 기록 매체라고 하는 용어를 사용하는 경우는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
그 다음에, 전술의 기판 처리 장치의 처리로(202)를 이용하여, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 상에 절연막으로서의 질화막을 성막하는 방법의 예에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
도 3에 본 실시 형태에 있어서의 성막 플로우 도를, 도 4에 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍도를 도시한다. 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는, 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스로서 MCS가스를 공급하는 것으로, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 함유층을 형성하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 복수의 여기부에 있어서 플라즈마 여기시킨 질소 함유 가스를 각 여기부에서 공급하는 것으로, 실리콘 함유층을 질화시켜서 실리콘 질화층으로 변화시키는 공정을 교호적으로 반복하는 것으로, 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 실리콘 질화막을 형성한다.
이하, 이것을 구체적으로 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 원료 가스로서 MCS가스를, 질소 함유 가스로서 NH3가스를 이용하고, 도 3의 성막 플로우, 도 4의 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼(200) 상에 절연막으로서 실리콘 질화막(Si3N4막, 이하, 간단히 SiN막이라고도 한다)을 형성하는 예에 대해서 설명한다.
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차징)되면, 도 1에 도시하는 바와 같이, 복수 매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로딩)된다. 이 상태에서, 씰 캡(219)은 O-링(220)을 개재하여 반응관(203)의 하단을 씰링한 상태가 된다.
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이 때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC밸브(244)가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한, 진공 펌프(246)는, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료할 때까지의 사이에는 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내가 원하는 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이 때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 계속해서, 회전 기구(267)에 의해 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은, 적어도, 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료할 때까지의 사이에는 계속해서 수행된다. 그 후, 후술하는 4개의 스텝을 순차 실행한다.
[스텝 1a]
제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a), 제1 불활성 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)를 열어, 제1 가스 공급관(232a)에 MCS가스, 제1 불활성 가스 공급관(232d)에 N2가스를 흘려보낸다. N2가스는, 제1 불활성 가스 공급관(232d)으로부터 흘러, 매스 플로우 컨트롤러(241d)에 의해 유량 조정된다. MCS가스는, 제1 가스 공급관(232a)으로부터 흘러, 매스 플로우 컨트롤러(241a)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 MCS가스는, 유량 조정된 N2가스와 제1 가스 공급관(232a) 내에서 혼합되고, 제1 노즐(233a)의 가스 공급공(248a)으로부터, 가열된 감압 상태의 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때, 웨이퍼(200)에 대하여 MCS가스가 공급되게 된다(MCS가스 공급 공정). 또한, 이 때, 제2 노즐(233b), 제3 노즐(233c), 버퍼실(237b, 237c) 내로의 MCS가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243e, 243f)를 열어, 제2 불활성 가스 공급관(232e), 제3 불활성 가스 공급관(232f)내에 N2가스를 흘려보낸다. N2가스는, 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제2 노즐(233b), 제3 노즐(233c), 버퍼실(237b, 237c)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때, APC밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 대기압 미만, 예컨대 10?1,000Pa의 범위 내의 압력으로 유지한다. 매스 플로우 컨트롤러(241a)에서 제어하는 MCS가스의 공급 유량은, 예컨대 100?2,000sccm(0.1?2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241d, 241e, 241f)에서 제어하는 N2가스의 공급 유량은, 각각 예컨대 100?2,000sccm(0.1?2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. MCS가스를 웨이퍼(200)에 노출하는 시간은, 예컨대 1?120초 사이의 범위 내의 시간으로 한다. 히터(207)의 온도는, 전술의 압력대에 있어서 처리실(201) 내에서 화학적 증착 반응이 생기는 온도가 되도록 설정한다. 즉 웨이퍼(200)의 온도가, 예컨대 250?630℃, 바람직하게는 300?500℃의 범위 내의 일정한 온도가 되도록 히터(207)의 온도를 설정한다.
또한, 웨이퍼(200)의 온도가 300℃미만이 되면, 웨이퍼(200) 상에 있어서 MCS가 분해, 흡착하기 어려워져서 성막 속도가 저하할 수 있다. 특히, 웨이퍼(200)의 온도가 250℃미만이 되면, 웨이퍼(200) 상에 있어서 MCS가 분해, 흡착했다고 하여도, 웨이퍼 면내의 부위나 웨이퍼의 포지션에 의해, 분해량, 흡착량에 차이가 생기고, 웨이퍼 면내나 웨이퍼 사이에 있어서, MCS가 균일하게 분해, 흡착하지 않게 된다. 또한, 이 온도대에서는 염소의 탈리 반응이 일어나기 어려워져, 후술하는 스텝 3a에서의 Si-N결합의 형성을 저해시키는 Si-Cl결합의 해리(解離)나 Cl의 탈리가 저해되어, 결과적으로 막 밀도가 저하하게 된다. 웨이퍼(200)의 온도를 250℃이상으로 하는 것으로 이들을 해소할 수 있고, 웨이퍼(200)의 온도를 300℃이상으로 하는 것으로 성막 속도의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 웨이퍼(200)의 온도가 550℃를 넘으면 기상(氣相) 반응이 지배적이 되고, 특히 630℃를 넘으면 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워져, 그 제어가 곤란해진다. 웨이퍼(200)의 온도를 630℃이하로 하는 것으로, 막 두께 균일성의 악화를 억제할 수 있고, 그 제어가 가능해지고, 550℃이하로 하는 것으로 기상 반응이 지배적이 되는 상태를 피할 수 있고, 특히 500℃이하로 하는 것으로, 표면 반응이 지배적이 되고, 막 두께 균일성을 확보하기 쉬워져 그 제어가 용이해진다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 630℃를 넘으면, 염소의 탈리 반응이 현저해져서, 잔류 염소량이 적어지는 것에 대해, 630℃이하의 저온 영역에 있어서는, 염소의 탈리 반응은 생기지만, 고온 영역에 비하면 잔류 염소량이 많아지는 경향이 있어, 본 발명이 특히 유효해진다.
이상으로부터, 웨이퍼(200)의 온도는 250℃이상 630℃이하, 바람직하게는 300℃이상 500℃이하로 하는 것이 좋다.
전술의 조건, 즉 화학적 증착 반응이 생기는 조건 하에서 MCS가스를 처리실(201) 내에 공급하는 것으로, 웨이퍼(200, 표면의 하지막) 상에, 예컨대 1 원자층 미만으로부터 수(數) 원자층 정도의 실리콘 함유층이 형성된다. 실리콘 함유층은 MCS가스의 흡착층이여도 좋고, 실리콘층(Si층)이여도 좋고, 그 양방을 포함하고 있어도 좋다. 단, 실리콘 함유층은 실리콘(Si) 및 염소(Cl)를 포함하는 층인 것이 바람직하다. 여기서 실리콘층이란, 실리콘(Si)에 의해 구성되는 연속적인 층의 이외에, 불연속인 층이나, 이들이 중첩되어 만들어지는 실리콘 박막도 포함하는 총칭이다. 또한, Si에 의해 구성되는 연속적인 층을 실리콘 박막이라고 하는 경우도 있다. 또한, 실리콘층을 구성하는 Si는, Cl이나 H와의 결합이 완전히 끊어져 있지 않은 것도 포함한다. 또한, MCS가스의 흡착층은, MCS가스의 가스 분자가 연속적인 화학흡착층 이외에, 불연속인 화학 흡착층도 포함한다. 즉, MCS가스의 흡착층은, MCS분자로 구성되는 1 분자층 또는 1 분자층 미만의 화학 흡착층을 포함한다. 또한, MCS가스의 화학 흡착층을 구성하는 MCS(SiH3Cl)분자는, Si와 Cl과의 결합이나 Si와 H와의 결합이 일부 끊긴 것(SiHx분자나 SiHxCl분자)도 포함한다. 즉, MCS의 흡착층은, SiH3Cl분자 및/또는 SiHx분자 및/또는 SiHxCl분자의 연속적인 화학 흡착층이나 불연속인 화학 흡착층을 포함한다. 또한, 1 원자층 미만의 층이란 불연속으로 형성되는 원자층을 의미하고 있고, 1 원자층의 층이란 연속적으로 형성되는 원자층을 의미하고 있다. 또한, 1 분자층 미만의 층이란 불연속으로 형성되는 분자층을 의미하고 있고, 1 분자층의 층이란 연속적으로 형성되는 분자층을 의미하고 있다. MCS가스가 자기(自己) 분해(열 분해)하는 조건 하, 즉, MCS의 열분해 반응이 생기는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 상에 Si가 퇴적하는 것으로 실리콘층이 형성된다. MCS가스가 자기 분해(열분해)하지 않는 조건 하, 즉, MCS의 열분해 반응이 생기지 않는 조건하에서는, 웨이퍼(200) 상에 MCS가스가 흡착하는 것으로 MCS가스의 흡착층이 형성된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 MCS가스의 흡착층을 형성하는 것보다도, 웨이퍼(200) 상에 실리콘층을 형성하는 것이, 성막 레이트를 높게 할 수 있어 바람직하다. 웨이퍼(200) 상에 형성되는 실리콘 함유층의 두께가 수 원자층을 넘으면, 후술하는 스텝 3a에서의 질화의 작용이나 염소 탈리 작용이 실리콘 함유층의 전체에 도달하기 어려워진다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성 가능한 실리콘 함유층의 최소값은 1 원자층 미만이다. 따라서, 실리콘 함유층의 두께는 1 원자층 미만으로부터 수원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1 원자층 이하, 즉, 1 원자층 또는 1 원자층 미만으로 하는 것으로, 스텝 3a에서의 질화의 작용이나 염소 탈리 작용을 상대적으로 높일 수 있고, 스텝 3a의 질화 반응에 필요한 시간을 단축할 수도 있다. 스텝 1a의 실리콘 함유층 형성에 필요한 시간을 단축할 수도 있다. 결과적으로, 1 사이클당 처리 시간을 단축할 수 있고, 토탈 처리 시간을 단축하는 것도 가능해진다. 즉, 성막 레이트를 높게 하는 것도 가능해진다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1 원자층 이하로 하는 것으로, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 스텝 1a에서는, 염소(Cl) 함유율이 낮고, 표면 흡착력이 높은 가스인 MCS가스를 이용하는 것에 의해, 처리실(201) 내에 공급되는 염소의 양을 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 실리콘 함유층과 결합하는 염소의 비율, 즉 Si-Cl결합을 감소시킬 수 있고, 염소 농도가 낮은 실리콘 함유층을 형성할 수 있다. 그 결과, 스텝 3a에 있어서, 염소 농도가 낮은 실리콘 질화층을 형성할 수 있게 된다.
또한, 실리콘 함유층 중의 Si-Cl결합을 감소시키는 것에 의해, 실리콘 함유층 중의 Si-H결합을 증가시킬 수 있다. Si-Cl결합은, Si-H결합보다도 결합 에너지가 커서, 스텝 3a에서의 Si-N결합의 형성, 즉 실리콘 함유층의 질화를 저해시키도록 작용한다. 반대로 Si-H결합은, Si-Cl결합보다도 결합 에너지가 작아서, 스텝 3a에서의 Si-N결합의 형성, 즉 실리콘 함유층의 질화를 촉진시키도록 작용한다.
즉, Si-Cl결합이 적고 염소 농도가 낮은 실리콘 함유층을 형성하는 것으로, 실리콘 함유층의 질화를 저해시키는 요인을 저감할 수 있고, 스텝 3a에서의 실리콘 함유층의 질화를 촉진시킬 수 있다. 또한, Si-H결합을 실리콘 함유층 중에 증가시키는 것으로, 실리콘 함유층의 질화를 촉진시키는 요인을 늘릴 수 있고, 스텝 3a에서의 실리콘 함유층의 질화를 더욱 촉진시킬 수 있다. 이에 의해, 스텝 3a에서의 실리콘 함유층의 질화 효율을 높이는 것이 가능해지고, 질화 시간을 단축시켜 처리 시간을 단축시킬 수 있게 된다.
실리콘을 포함하는 원료로서는, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 이외에, 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS), 테트라클로로실란(SiCl4, 약칭: STC), 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS), 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 등의 클로로실란계나, 트리실란(Si3H8, 약칭: TS), 디실란(Si2H6, 약칭: DS), 모노실란(SiH4, 약칭: MS) 등의 무기 원료나, 아미노실란계의 테트라키스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭: 4DMAS), 트리스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS), 비스디에틸아미노실란(Si[N(C2H5)2]2H2, 약칭: 2DEAS), 비스터셔리부틸아미노실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS) 등의 유기 원료를 이용할 수 있다. 단, 염소(Cl)를 포함하는 클로로실란계 원료를 이용하는 경우는, 조성식 중에 있어서의 Cl수가 적은 원료를 이용하는 것이 바람직하고, MCS를 이용하는 것이 가장 바람직하다. 불활성 가스로서는, N2가스 이외에, Ar, He, Ne, Xe등의 희가스를 이용해도 좋다.
[스텝 2a]
웨이퍼(200) 상에 실리콘 함유층이 형성된 후, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 닫아, MCS가스의 공급을 정지한다. 이 때, 배기관(231)의 APC밸브(244)는 연 상태로 하여, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 MCS가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 이 때, 밸브(243d, 243e, 243f)는 연 상태로 하여, 불활성 가스로서의 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 MCS가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 더욱 높일 수 있다(제1 퍼지 공정).
또한, 이 때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 수행되는 스텝 3a에 있어서 악영향이 생기지 않는다. 이 때 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 대유량(大流量)으로 할 필요는 없고, 예컨대, 반응관[203, 처리실(201)]의 용적과 동일한 정도의 양을 공급하는 것으로, 스텝 3a에 있어서 악영향이 생기지 않는 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것으로, 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
이 때의 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가 MCS가스의 공급시와 동일하게 250?630℃, 바람직하게는 300?500℃의 범위 내의 일정한 온도가 되도록 설정한다. 퍼지 가스로서의 N2가스의 공급 유량은, 각각 예컨대 100?2,000sccm(0.1?2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는, N2가스 이외에, Ar, He, Ne, Xe등의 희가스를 이용해도 좋다.
[스텝 3a]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 2개의 플라즈마 발생부(여기부)에서 NH3가스를 동시에 플라즈마로 여기시키고, 플라즈마 여기시킨 NH3가스를 2개의 플라즈마 발생부(여기부)로부터 처리실(201) 내에 동시에 공급한다(NH3가스 공급 공정).
즉, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 열어, 제2 가스 공급관(232b)내에 NH3가스를 흘려보낸다. 제2 가스 공급관(232b) 내를 흐른 NH3가스는, 매스 플로우 컨트롤러(24lb)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 NH3가스는 제2 노즐(233b)의 가스 공급공(248b)으로부터 버퍼실(237b) 내에 공급된다. 이 때, 제1 봉상 전극(269b) 및 제2 봉상 전극(270b) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 개재하여 고주파 전력을 인가하는 것으로, 버퍼실(237b) 내에 공급된 NH3가스는 플라즈마 여기되고, 활성종(여기종)으로서 가스 공급공(238b)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기된 NH3가스가 공급되게 된다. 이 때 동시에 밸브(243e)를 열어, 제2 불활성 가스 공급관(232e) 내에 N2가스를 흘려보내도록 해도 좋다. N2가스는 NH3가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
또 동시에, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 열어, 제3 가스 공급관(232c)내에 NH3가스를 흘려보낸다. 제3 가스 공급관(232c) 내를 흐른 NH3가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 NH3가스는 제3 노즐(233c)의 가스 공급공(248c)으로부터 버퍼실(237c) 내에 공급된다. 이 때, 제1 봉상 전극(269c) 및 제2 봉상 전극(270c) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 개재하여 고주파 전력을 인가하는 것으로, 버퍼실(237c) 내에 공급된 NH3가스는 플라즈마 여기되어, 활성종(여기종)으로서 가스 공급공(238c)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기된 NH3가스가 공급되는 것이 된다. 이 때 동시에 밸브(243f)를 열어, 제3 불활성 가스 공급관(232f) 내에 N2가스를 흘려보내도록 해도 좋다. N2가스는 NH3가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
또한, 이 때, 제1 노즐(233a) 내로의 NH3가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243d)를 열어 제1 불활성 가스 공급관(232d) 내에 N2가스를 흘려보낸다. 제2 가스는, 제1 가스 공급관(232a), 제1 노즐(233a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
NH3가스를 플라즈마 여기하는 것에 의해 활성종으로서 흘릴 때는, APC밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예컨대 10?1,000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(24lb, 241c)로 제어하는 NH3가스의 공급 유량은, 각각 예컨대 1,000?10,000sccm(1?10slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241e, 241f, 241d)에서 제어하는 N2가스의 공급 유량은, 각각 예컨대 100?2,000sccm(0.1?2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. NH3가스를 플라즈마 여기하는 것에 의해 얻어진 활성종에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예컨대 1?120초 사이의 범위 내의 시간으로 한다. 히터(207)의 온도는, 스루풋을 고려하면, 실리콘 함유층이 질화되는 온도이며, 스텝 1a의 MCS가스의 공급시와 동일한 온도대가 되도록, 즉 스텝 1a와 스텝 3a에서 처리실(201) 내의 온도를 동일한 온도대로 보지하도록 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 스텝 1a와 스텝 3a에서 웨이퍼(200)의 온도, 즉 처리실(201) 내의 온도가 250?630℃, 바람직하게는 300?500℃의 범위 내의 일정한 온도가 되도록 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 스텝 1a?스텝 4a(후술)에 걸쳐서 처리실(201)의 온도를 동일한 온도대로 보지하도록, 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 보다 바람직하다. 고주파 전원(273)으로부터 제1 봉상 전극(269b, 269c) 및 제2 봉상 전극(270b, 270c) 사이에 인가하는 고주파 전력은, 각각 예컨대 50?1,000W의 범위 내의 전력이 되도록 설정한다. 이 때, NH3가스를 열 여기, 즉 열로 활성화시켜서 공급할 수도 있다. 그러나, 감압 분위기 하에서 NH3가스를 열적으로 활성화시켜서 흘려보내는 경우에 충분한 질화력을 얻기 위해서는, 처리실(201) 내의 압력을 비교적 높은 압력대, 예컨대 10?3,000Pa의 범위 내의 압력으로 하고, 또한 웨이퍼(200)의 온도를 550℃이상으로 할 필요가 있다. 이에 대하여, NH3가스를 플라즈마 여기하여 흘리는 경우는, 처리실(201) 내의 온도를 예컨대 250℃이상으로 하면, 충분한 질화력을 얻을 수 있다. 또한, NH3가스를 플라즈마 여기 하여 흘리는 경우는, 처리실(201) 내의 온도를 상온으로 하여도 충분한 질화력을 얻을 수 있다. 단, 처리실(201) 내의 온도를 150℃미만으로 하면 처리실(201) 내나 웨이퍼(200) 등에 염화 암모니아(NH4Cl) 등의 반응 부생성물이 부착된다. 따라서, 처리실(201) 내의 온도는 150℃이상으로 하는 것이 바람직하고, 본 실시 형태에서는 250℃이상으로 하고 있다.
전술의 조건에서 NH3가스를 처리실(201) 내에 공급하는 것으로, 플라즈마 여기되는 것에 의해 활성종이 된 NH3가스(NH3 *)는, 스텝 1a에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 실리콘 함유층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해, 실리콘 함유층에 대하여 질화 처리가 수행되고, 이 질화 처리에 의해, 실리콘 함유층은 실리콘 질화층(Si3N4층, 이하, 간단히 SiN층이라고도 한다)으로 변화시킬 수 있다(개질된다).
또한, 스텝 3a에서는, 복수의 플라즈마 발생부를 이용하는 것으로, 각 플라즈마 생성부(여기부)에 인가하는 고주파 전력을 각각 작게 하여 각 플라즈마 발생부(여기부)에 있어서의 플라즈마 출력을 저출력으로 하면서, 웨이퍼(200)로의 활성종의 공급량을 늘릴 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼(200)나 실리콘 함유층으로의 플라즈마 데미지를 억제하면서, 웨이퍼(200)로의 활성종의 공급량을 늘리는 것이 가능해진다.
그리고 이에 의해, 웨이퍼(200)나 실리콘 함유층으로의 플라즈마 데미지를 억제하면서, 웨이퍼(200)로의 활성종의 공급량을 늘릴 수 있고, 질화력을 높이고, 실리콘 함유층의 질화를 촉진시킬 수 있다. 즉, 질화 효율을 높이는 것이 가능해진다. 그리고, 실리콘 함유층의 질화가 포화하여 셀프 리미트가 걸리는 상태(질화가 완전히 된 상태)까지 재빠르게 천이시키는 것이 가능해져서, 질화 시간을 단축시킬 수 있다. 그 결과, 처리 시간을 단축시키는 것이 가능해진다. 또한, 질화 처리의 웨이퍼 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 즉, 웨이퍼(200) 면내 전역(全域)에 대하여 활성종을 보다 균일하게 공급하는 것이 가능해져서, 예컨대 웨이퍼(200)의 외주 부근과 웨이퍼(200)의 중심측의 사이에 질화의 정도에 현저한 차이가 일어나지 않도록 할 수 있다.
또한, 복수의 플라즈마 발생부를 이용하는 것으로, 웨이퍼(200)나 실리콘 함유층으로의 플라즈마 데미지를 억제하면서, 웨이퍼(200)로의 활성종의 공급량을 늘릴 수 있어서, 스텝 1a에 있어서 형성된 염소 농도가 낮은 실리콘 함유층에 포함되는 염소를 효율적으로 탈리시킬 수 있다. 이에 의해, 염소 농도가 지극히 낮은 실리콘 질화층을 형성할 수 있다. 또한, 염소를 효율적으로 탈리시키는 것으로, 질화효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉, 질화를 저해시키는 요인이 되는 염소를 실리콘 함유층으로부터 효율적으로 탈리시키는 것으로, 질화 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 실리콘 함유층으로부터 탈리한 염소는, 배기관(231)으로부터 처리실(201) 밖으로 배기된다.
질소 함유 가스로서는, 암모니아(NH3)가스 이외에, 디아진(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4)가스, N3H8가스 등을 이용해도 좋고, 또한 질소 원소를 포함하는 아민계 가스를 이용해도 좋다.
[스텝 4a]
실리콘 함유층을 실리콘 질화층으로 변화시킨 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b) 및 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 각각 닫아, NH3가스의 공급을 정지한다. 이 때, 배기관(231)의 APC밸브(244)는 연 상태로 하고 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 실리콘 질화층 형성에 기여한 후의 NH3가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 이 때, 밸브(243e, 243f, 243d)는 연 상태로 하여 불활성 가스로서의 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 실리콘 질화층 형성에 기여한 후의 NH3가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 더욱 높일 수 있다(제2 퍼지 공정).
또한, 이 때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 수행되는 스텝 1a에 있어서 악영향이 생기지는 않는다. 이 때 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대, 반응관[203, 처리실(201)]의 용적과 동일한 정도의 양을 공급하는 것으로, 스텝 1a에 있어서 악영향이 생기지 않는 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것으로 퍼지 시간을 단축하고, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, N2가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
이 때의 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가 NH3공급시와 같이 250?630℃, 바람직하게는 300?500℃의 범위 내의 일정한 온도가 되도록 설정한다. 퍼지 가스로서의 N2가스의 공급 유량은, 각각 예컨대 100?2,000sccm(0.1?2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 퍼지 가스로서는, N2가스 이외에, Ar, He, Ne, Xe등의 희가스를 이용해도 좋다.
전술한 스텝 1a?스텝 4a를 1사이클로 하여 이 사이클을 소정 횟수, 바람직하게는 복수회 실시하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 실리콘 질화막(Si3N4막, 이하, 간단히 SiN막이라고 한다)을 성막할 수 있다.
소정 막 두께의 실리콘 질화막이 성막되면, 밸브(243d, 243e, 243f)를 열어, 제1 불활성 가스 공급관(232d), 제2 불활성 가스 공급관(232e), 제3 불활성 가스 공급관(232f)의 각각으로부터 불활성 가스로서의 N2가스를 처리실(201) 내에 공급하고 배기관(231)으로부터 배기한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되고, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 처리실(201) 내로부터 제거된다(퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고, 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되고, 반응관(203)의 하단이 개구되는 것과 함께, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 보지된 상태에서 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로딩)된다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차징).
본 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 갖는다.
(a) 본 실시 형태에 따른 스텝 1a에서는, 염소(Cl) 함유율이 낮고, 표면흡착력이 높은 가스인 MCS가스를 이용한다. 이에 의해, 처리실(201) 내에 공급되는 염소의 양을 저감시킬 수 있다. 그리고 이에 의해, 실리콘 함유층과 결합하는 염소의 비율, 즉 Si-Cl결합을 감소시킬 수 있어서, 염소 농도가 낮은 실리콘 함유층을 형성할 수 있다. 그리고 이것이 하나의 요인이 되어, 스텝 3a에 있어서 염소 농도가 낮은 실리콘 질화층을 형성할 수 있게 된다. 그 결과, 염소 농도가 낮은 실리콘 질화막, 즉 막 밀도가 높은 실리콘 질화막을 형성할 수 있게 되고, 실리콘 질화막의 불화수소에 대한 내성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 실리콘 질화막의 절연성을 향상시키는 것도 가능해진다.
또한, 실리콘 함유층 중의 Si-Cl결합을 감소시키는 것에 의해, 실리콘 함유층 중의 Si-H결합을 증가시킬 수 있다. Si-Cl결합은, Si-H결합보다도 결합 에너지가 커서, 스텝 3a에서의 Si-N결합의 형성, 즉 실리콘 함유층의 질화를 저해시키도록 작용한다. 반대로, Si-H결합은, Si-Cl결합보다도 결합 에너지가 작아서, 스텝 3a에서의 Si-N결합의 형성, 즉 실리콘 함유층의 질화를 촉진시키도록 작용한다.
즉, Si-Cl결합이 적고, 염소 농도가 낮은 실리콘 함유층을 형성하는(층중의 Si-Cl결합을 감소시킨다)것으로, 실리콘 함유층의 질화를 저해시키는 요인을 저감할 수 있고, 스텝 3a에서의 실리콘 함유층의 질화를 촉진시킬 수 있다. 또한, Si-H결합을 실리콘 함유층 중에 증가시키는 것으로, 실리콘 함유층의 질화를 촉진시키는 요인을 늘릴 수 있고, 스텝 3a에서의 실리콘 함유층의 질화를 더욱 촉진시킬 수 있다. 그리고 이들이 하나의 요인이 되는 것으로, 스텝 3a에서의 실리콘 함유층의 질화 효율을 높이는 것이 가능해지고, 질화 시간을 단축시켜, 처리 시간을 단축시킬 수 있는 것이 된다.
(b) 본 실시 형태에 따른 스텝 3a에서는, 복수의 플라즈마 발생부에 있어서 플라즈마 여기시킨 NH3가스를 각 플라즈마 발생부로부터 동시에 공급하여 실리콘 함유층을 질화시킨다. 이와 같이, 복수의 플라즈마 발생부를 이용하는 것으로, 각 플라즈마 발생부에 인가하는 고주파 전력을 각각 작게 하여, 각 플라즈마 발생부에 있어서의 플라즈마 출력을 저출력으로 하면서, 웨이퍼(200)로의 활성종의 공급량을 늘릴 수 있다. 그리고 이에 의해, 웨이퍼(200)나 실리콘 함유층으로의 플라즈마 데미지를 억제하면서, 웨이퍼(200)로의 활성종의 공급량을 늘리는 것이 가능해진다.
또한, 플라즈마 발생부를 1개 밖에 설치하지 않는 경우, 웨이퍼(200)로의 활성종의 공급량을 증가시키기 위해서는, 플라즈마 출력을 크게 할 필요가 있다. 그러나, 이러한 경우에는, 플라즈마화되는 범위가 지나치게 커져버려, 웨이퍼(200)까지도 플라즈마에 노출되어 버릴 수 있다. 그리고, 웨이퍼(200)나 웨이퍼(200) 상에 형성하는 실리콘 질화막에 큰 데미지(플라즈마 데미지)가 가해질 수 있다. 또한, 웨이퍼(200)나 그 주변이 플라즈마에 의해 스퍼터링되는 것으로 파티클이 발생하거나, 실리콘 질화막의 막질을 저하시켜버릴 수 있다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성하는 실리콘 질화막의 막질이, 플라즈마에 노출되는 웨이퍼(200)의 외주 부근과 플라즈마에 노출되지 않는 웨이퍼(200)의 중심측과의 사이에서 현저하게 달라질 수 있다.
이에 대하여 본 실시 형태와 같이 복수의 플라즈마 발생부를 이용하는 경우, 각 플라즈마 발생부에 있어서의 플라즈마 출력을 저출력으로 하면서, 웨이퍼(200)로의 활성종의 공급량을 늘릴 수 있어서, 이들의 문제를 발생시키지 않도록 할 수 있다.
(c) 본 실시 형태에서는, 복수의 플라즈마 발생부를 이용하는 것으로, 웨이퍼(200)나 실리콘 함유층으로의 플라즈마 데미지를 억제하면서, 웨이퍼(200)로의 활성종의 공급량을 늘릴 수 있고, 질화력을 높이고, 실리콘 함유층의 질화를 촉진시킬 수 있다. 즉, 질화 효율을 높이는 것이 가능해진다. 그리고, 실리콘 함유층의 질화가 포화하여 셀프 리미트가 걸리는 상태(질화가 완전히 된 상태)까지 재빠르게 천이시키는 것이 가능해져서, 질화 시간을 단축시킬 수 있다. 이에 의해, 실리콘 질화막의 성막 시간을 단축할 수 있어서, 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 질화 처리의 웨이퍼 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 즉, 웨이퍼(200) 면내 전역에 대하여 활성종을 보다 균일하게 공급하는 것이 가능해져서, 예컨대 웨이퍼(200)의 외주 부근과 웨이퍼(200)의 중심측의 사이에 실리콘 질화막의 막질이나 막 두께에 현저한 차이가 일어나지 않도록 할 수 있다. 그 결과, 실리콘 질화막의 웨이퍼 면내 막질 균일성 및 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 각각 향상시키는 것이 가능해진다.
(d) 본 실시 형태에서는, 복수의 플라즈마 발생부를 이용하는 것으로, 웨이퍼(200)나 실리콘 함유층으로의 플라즈마 데미지를 억제하면서, 웨이퍼(200)로의 활성종의 공급량을 늘릴 수 있고, 스텝 1a에 있어서 형성된 염소 농도가 낮은 실리콘 함유층에 포함되는 염소를 효율적으로 탈리시킬 수 있다. 이에 의해, 염소 농도가 지극히 낮은 실리콘 질화층을 형성할 수 있어서, 실리콘 질화막의 염소 농도를 더욱 저감할 수 있다. 그 결과, 염소 농도가 지극히 낮은 실리콘 질화막, 즉 막 밀도가 지극히 높은 실리콘 질화막을 형성할 수 있게 되어서, 실리콘 질화막의 불화수소에 대한 내성을 한층 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 실리콘 질화막의 절연성을 한층 향상시키는 것도 가능해진다. 또한, 염소를 효율적으로 탈리시키는 것으로, 질화 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉, 질화를 저해시키는 요인이 되는 염소를 실리콘 함유층으로부터 효율적으로 탈리시키는 것으로, 질화 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 그리고, 실리콘 질화막의 성막 시간을 더욱 단축할 수 있어서, 생산성을 한층 향상시킬 수 있다.
(e) 본 실시 형태에서는, 복수의 플라즈마 발생부를 이용하는 것으로, 성막 중에 있어서의 웨이퍼(200)의 회전수를 향상시킨(회전 속도를 빨리 한) 경우와 동등한 효과를 얻을 수 있고, 실리콘 질화막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는, 웨이퍼(200)를 회전시키면서 MCS가스나 NH3가스의 간헐적 공급을 수행하지만, 이러한 시퀀스에서는, 웨이퍼(200)의 회전수와 실리콘 질화막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성과의 사이에 일정한 상관 관계가 존재한다. 구체적으로는, 회전수가 높을수록(회전 속도가 빠를수록), 1회의 가스 공급으로 커버되는 웨이퍼(200)의 영역이 증가하기 때문에, 실리콘 질화막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 웨이퍼(200)의 진동 방지 등 때문에 웨이퍼(200)의 회전수에는 상한이 있어, 예컨대 3 rpm보다 크게 하는 것이 어려울 수 있다. 이에 대하여 본 실시 형태에서는, 2개의 플라즈마 발생부를 이용하는 것으로, 회전수를 실질적으로 2배로 증가시키는 것과 동등한 효과를 얻을 수 있고, 실리콘 질화막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 향상시킬 수 있다. 이러한 효과는, 실리콘 질화막을 예컨대 50Å이하의 두께의 박막으로 하는 경우에 특히 유효하다.
(f) 이상 서술한 바와 같이, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 의하면, 예컨대 500℃이하, 또한 400℃이하의 저온 영역에 있어서, 염소 농도가 지극히 낮은 실리콘 질화막, 즉 막 밀도가 지극히 높은 실리콘 질화막을 형성할 수 있다. 이에 의해, 실리콘 질화막의 불화수소에 대한 내성 및 절연성을 향상시켜, 막질을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 웨이퍼(200)나 실리콘 함유층으로의 플라즈마 데미지를 억제하면서, 실리콘 함유층의 질화효율을 높이고, 질화 시간을 단축시키고, 처리 시간을 단축시켜, 스루풋을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 질화 처리의 웨이퍼 면내 균일성을 향상시켜서, 실리콘 질화막의 웨이퍼 면내 막질 균일성 및 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 각각 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 성막 시에 있어서의 입체 장해에 의한 미결합수(未結合手)의 발생을 저감시키는 것이 가능해진다. 또한, 막 중의 염소 농도가 낮으므로, 보트 언로딩 시 등의 웨이퍼(200) 반송 중에 있어서의 실리콘 질화막의 자연 산화를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 의해 형성한 실리콘 질화막의 밀도는, 일반적인 DCS와 NH3의 교호(交互) 공급에 의해 형성한 실리콘 질화막의 밀도보다도 고밀도가 되는 것을 확인하였다. 또한, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 의해 형성한 실리콘 질화막 중의 염소 등의 불순물의 농도는, 일반적인 DCS와 NH3과의 교호 공급에 의해 형성한 실리콘 질화막중의 염소 등의 불순물의 농도보다도 지극히 낮아지는 것을 확인하였다. 또한, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 의하면, 염소 원자를 포함하지 않는 실리콘 원료를 이용한 경우라도, 불화수소에 대한 에칭 레이트를 낮게 할 수 있는 것을 확인하였다.
(제1 실시 형태의 변형예)
전술의 제1 실시 형태에서는, 스텝 1a, 2a, 3a, 4a를 이 순서대로 수행하고, 이것을 1사이클로 하여 이 사이클을 적어도 1회, 바람직하게는 복수 회 실시하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 실리콘 질화막을 성막하는 예에 대해서 설명했으나, 스텝 1a와 스텝 3a를 교체하여도 좋다. 즉, 스텝 3a, 2a, 1a, 4a를 이 순서대로 수행하고, 이것을 1 사이클로 하여 이 사이클을 적어도 1회, 바람직하게는 복수 회 실시하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 실리콘 질화막을 성막하도록 해도 좋다.
<본 발명의 제2 실시 형태>
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 6은, 본 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(302) 부분을 종단면도로 나타내고 있다. 또한, 도 2는 본 실시 형태에 바람직하게 이용할 수 있는 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(302) 부분을 도 6의 A-A선 단면도로 나타내고 있다.
본 실시 형태에 따른 처리로(302)가 도 1에 도시하는 제1 실시 형태에 따른 처리로(202)와 다른 것은, 제1 가스 공급계 및 제2 가스 공급계에 부가하여, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제1 개질 가스로서 수소 함유 가스를 공급하는 제3 가스 공급계(제1 개질 가스 공급계)와, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제2 개질 가스로서 질소 가스 및 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 제4 가스 공급계(제2 개질 가스 공급계)가 더 설치되어 있는 점 뿐이며, 그 외의 구성은 제1 실시 형태와 같다. 이하, 제1 실시 형태와 다른 요소에 대해서만 설명하고, 제1 실시 형태에서 설명한 요소와 실질적으로 동일한 요소에는, 동일한 부호를 첨부하여 그 설명을 생략한다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측[제2 불활성 가스 공급관(232e)의 접속 개소보다도 하류측]에는, 제4 가스 공급관(232g) 및 제6 가스 공급관(232i)이 각각 접속되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)보다도 하류측[제3 불활성 가스 공급관(232f)과의 접속 개소보다도 하류측]에는, 제5 가스 공급관(232h) 및 제7 가스 공급관(232j)이 각각 접속되어 있다.
제4 가스 공급관(232g)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241g, MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(243g)가 설치되어 있다. 또한, 제4 가스 공급관(232g)의 밸브(243g)보다도 하류측에는, 제4 불활성 가스 공급관(232k)이 접속되어 있다. 이 제4 불활성 가스 공급관(232k)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241k) 및 개폐 밸브인 밸브(243k)가 설치되어 있다.
제5 가스 공급관(232h)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241h, MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(243h)가 설치되어 있다. 또한, 제5 가스 공급관(232h)의 밸브(243h)보다도 하류측에는, 제5불활성 가스 공급관(232l)이 접속되어 있다. 이 제5 불활성 가스 공급관(232l)에는 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241l) 및 개폐 밸브인 밸브(243l)가 설치되어 있다.
제6 가스 공급관(232i)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241i, MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(243i)가 설치되어 있다. 또한, 제6 가스 공급관(232i)의 밸브(243i)보다도 하류측에는, 제8 가스 공급관(232m)이 접속되어 있다. 이 제8 가스 공급관(232m)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241m) 및 개폐 밸브인 밸브(243m)가 설치되어 있다.
제7 가스 공급관(232j)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241j, MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(243j)가 설치되어 있다. 또한, 제7 가스 공급관(232j)의 밸브(243j)보다도 하류측에는, 제9가스 공급관(232n)이 접속되어 있다. 이 제9 가스 공급관(232n)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241n) 및 개폐 밸브인 밸브(243n)가 설치되어 있다.
제4 가스 공급관(232g)으로부터는, 제1 개질 가스인 수소(H)을 포함하는 가스(수소 함유 가스)로서, 예컨대 수소(H2) 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241g), 밸브(243g), 제2 가스 공급관(232b), 제2 노즐(233b), 버퍼실(237b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 이 때 동시에, 제4 불활성 가스 공급관(232k)으로부터, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241k), 밸브(243k)를 개재하여 제4 가스 공급관(232g) 내에 공급되도록 해도 좋다.
제5 가스 공급관(232h)으로부터는, 제1 개질 가스인 수소(H)를 포함하는 가스(수소 함유 가스)로서, 예컨대 수소(H2) 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241h), 밸브(243h), 제3 가스 공급관(232c), 제3노즐(233c), 버퍼실(237c)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 이 때 동시에, 제5 불활성 가스 공급관(232l)으로부터, 불활성 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241l), 밸브(243l)를 개재하여 제5 가스 공급관(232h) 내에 공급되도록 해도 좋다.
제6 가스 공급관(232i)으로부터는, 제2 개질 가스인 희가스로서, 예컨대 아르곤(Ar) 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241i), 밸브(243i), 제2 가스 공급관(232b), 제2 노즐(233b), 버퍼실(237b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
제7 가스 공급관(232j)으로부터는, 제2 개질 가스인 희가스로서, 예컨대 아르곤(Ar) 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241j), 밸브(243j), 제3 가스 공급관(232c), 제3노즐(233c), 버퍼실(237c)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
제8 가스 공급관(232m)으로부터는, 제2 개질 가스로서, 예컨대 질소(N2) 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241m), 밸브(243m), 제6 가스 공급관(232i), 제2 가스 공급관(232b), 제2 노즐(233b), 버퍼실(237b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
제9 가스 공급관(232n)으로부터는, 제2 개질 가스로서, 예컨대 질소(N2)가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241n), 밸브(243n), 제7 가스 공급관(232j), 제3 가스 공급관(232c), 제3 노즐(233c), 버퍼실(237c)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
제4 가스 공급관(232g), 제5 가스 공급관(232h)으로부터 전술한 바와 같이 가스를 흘리는 경우, 주로, 제4 가스 공급관(232g), 제5 가스 공급관(232h), 매스 플로우 컨트롤러(241g, 241h), 밸브(243g, 243h)에 의해, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 수소 함유 가스를 공급하는 제3 가스 공급계(제1 개질 가스 공급계)가 구성된다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 일부, 제3 가스 공급관(232c)의 일부, 제2 노즐(233b), 제3 노즐(233c), 버퍼실(237b, 237c)을 제3 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한, 주로, 제4 불활성 가스 공급관(232k), 제5 불활성 가스 공급관(232l), 매스 플로우 컨트롤러(241k, 241l), 밸브(243k, 243l)에 의해, 제3 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제3 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
또한, 제6 가스 공급관(232i), 제7 가스 공급관(232j), 제8 가스 공급관(232m), 제9 가스 공급관(232n)으로부터 전술한 바와 같이 가스를 흘려보내는 경우, 주로, 제6 가스 공급관(232i), 제7 가스 공급관(232j), 제8 가스 공급관(232m), 제9 가스 공급관(232n), 매스 플로우 컨트롤러(241i, 241j, 241m, 241n), 밸브(243i, 243j, 243m, 243n)에 의해, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 질소 가스 및 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 제4 가스 공급계(제2 개질 가스 공급계)가 구성된다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 일부, 제3 가스 공급관(232c)의 일부, 제2 노즐(233b), 제3 노즐(233c), 버퍼실(237b, 237c)을 제4 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 제4 가스 공급계는 제4 불활성 가스 공급계로서도 기능하고, 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다. 즉, 제4 가스 공급계는, 제2 개질 가스 공급계로서의 기능과, 제4 불활성 가스 공급계(퍼지 가스 공급계)로서의 기능을 겸비하고 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 컨트롤러(121)의 I/O포트(121d)는, 도 5의 괄호 안에 나타낸 바와 같이, 전술의 매스 플로우 컨트롤러(241g, 241h, 241i, 241j, 241k, 241l, 241m, 241n), 밸브(243g, 243h, 243i, 243j, 243k, 243l, 243m, 243n)에도 접속되어 있다. 그리고, CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 독출한 프로세스 레시피의 내용에 따르도록, 매스 플로우 컨트롤러(241g, 241h, 241i, 241j, 241k, 241l, 241m, 241n)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243g, 243h, 243i, 243j, 243k, 243l, 243m, 243n)의 개폐 동작을 더욱 제어하도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(121)가 제1 실시 형태의 컨트롤러(121)와 다른 것은 전술의 점뿐이며, 그 외의 구성은 제1 실시 형태와 같다.
다음으로, 전술의 기판 처리 장치의 처리로(302)를 이용하여, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 상에 절연막으로서의 질화막을 성막하는 방법의 예에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
도 7에 본 실시 형태에 있어서의 성막 플로우 도를, 도 8에 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍 도를 도시한다. 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스로서 MCS가스를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스(제1 개질 가스)를 공급하는 공정과, 처리실(201)내의 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나(제2 개질 가스)를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것으로, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 질화막을 형성한다.
또한, 도 7, 도 8에서는, MCS가스를 공급하는 공정 후의 소정 기간, 즉, 질소 함유 가스의 공급 정지 기간이며 질소 함유 가스를 공급하는 공정 전(前)의 기간에 있어서, 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스(제1 개질 가스)를 공급하는 공정을 수행하고, 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 후의 소정 기간, 즉, MCS가스의 공급 정지 기간이며 MCS가스를 공급하는 공정 전의 기간에 있어서, 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나(제2 개질 가스)를 공급하는 공정을 수행하는 성막 시퀀스를 도시하고 있다.
이하, 이것을 구체적으로 설명한다. 또한, 여기서는, 원료 가스로서 MCS가스를, 수소 함유 가스로서 H2가스를, 질소 함유 가스로서 NH3가스를, 희가스로서 Ar가스를 이용하여, 도 7의 성막 플로우, 도 8의 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼(200) 상에 절연막으로서 실리콘 질화막(Si3N4막, 이하, 간단히 SiN막이라고도 한다)을 형성하는 예에 대해서 설명한다.
웨이퍼 차징, 보트 로딩, 압력 조정, 온도 조정, 웨이퍼 회전 개시까지는, 제1 실시 형태와 동일하게 수행한다. 그 후, 후술하는 6개의 스텝을 순차 실행한다.
[스텝 1b]
스텝 1b는, 제1 실시 형태의 스텝 1a와 동일하게 수행한다(MCS가스 공급 공정). 스텝 1b에서의 처리 조건, 발생시키는 반응, 형성하는 층 등은, 제1 실시 형태에 있어서의 스텝 1a에서의 그것과 동일하다. 즉, 이 스텝에서는, 처리실(201) 내의 MCS가스의 공급에 의해, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 함유층을 형성한다.
또한, 이 때, 제1 실시 형태와 같이 제2 노즐(233b), 제3 노즐(233c), 버퍼실(237b, 237c) 내로의 MCS가스의 침입을 방지하기 위하여, 밸브(243e, 243f, 243k, 2431, 243m, 243n)를 열어, 제2 불활성 가스 공급관(232e), 제3 불활성 가스 공급관(232f), 제4 불활성 가스 공급관(232k), 제5 불활성 가스 공급관(232l), 제8가스 공급관(232m), 제9 가스 공급관(232n) 내에 N2가스를 흘려보낸다. N2가스는, 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제2 노즐(233b), 제3 노즐(233c), 버퍼실(237b, 237c)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 매스 플로우 컨트롤러(241d, 241e, 241f, 241k, 241l, 241m, 241n)에서 제어하는 N2가스의 공급 유량은, 각각 예컨대 100?2,000sccm(0.1?2slm)의 범위 내의 유량으로 한다.
[스텝 2b]
스텝 2b는, 제1 실시 형태의 스텝 2a와 동일하게 수행한다(제1 퍼지 공정). 스텝 2b에서는, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 MCS가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 이 때, 밸브(243d, 243e, 243f, 243k, 243l, 243m, 243n)를 연 상태로 하여 불활성 가스로서의 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. 퍼지 가스로서의 N2가스의 공급 유량은, 각각 예컨대 100?2,000sccm(0.1?2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 또한, 이 때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋은 점은, 제1 실시 형태와 같다.
[스텝 3b]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 2개의 플라즈마 발생부(여기부)에서 H2가스를 동시에 플라즈마로 여기시키고, 플라즈마 여기시킨 H2가스를 2개의 플라즈마 발생부(여기부)로부터 처리실(201) 내에 동시에 공급한다[제1 개질 공정(H2가스 공급 공정)].
즉, 제4 가스 공급관(232g)의 밸브(243g)를 열어, 제4 가스 공급관(232g) 안에 H2가스를 흘려보낸다. 제4 가스 공급관(232g) 내를 흐른 H2가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241g)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 H2가스는 제2 노즐(233b)의 가스 공급공(248b)으로부터 버퍼실(237b) 내에 공급된다. 이 때, 제1 봉상 전극(269b) 및 제2 봉상 전극(270b) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 개재하여 고주파 전력을 인가하는 것으로, 버퍼실(237b) 내에 공급된 H2가스는 플라즈마 여기되고, 활성종(여기종)으로서 가스 공급공(238b)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기된 H2가스가 공급되는 것이 된다. 이 때 동시에 밸브(243k)를 열어, 제4 불활성 가스 공급관(232k)내에 N2가스를 흘려보내도록 해도 좋다. N2가스는 H2가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
또한 동시에, 제5 가스 공급관(232h)의 밸브(243h)를 열어, 제5 가스 공급관(232h) 내에 H2가스를 흘려보낸다. 제5 가스 공급관(232h) 내를 흐른 H2가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241h)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 H2가스는 제3 노즐(233c)의 가스 공급공(248c)으로부터 버퍼실(237c) 내에 공급된다. 이 때, 제1 봉상 전극(269c) 및 제2 봉상 전극(270c) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 개재하여 고주파 전력을 인가하는 것으로, 버퍼실(237c) 내에 공급된 H2가스는 플라즈마 여기되어, 활성종(여기종)으로서 가스 공급공(238c)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기된 H2가스가 공급되게 된다. 이 때 동시에 밸브(243l)를 열어, 제5 불활성 가스 공급관(232l) 내에 N2가스를 흘려보내도록 해도 좋다. N2가스는 H2가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
또한, 이 때, 제1 노즐(233a) 내로의 H2가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243d)를 열어, 제1 불활성 가스 공급관(232d) 내에 N2가스를 흘려보낸다. N2가스는, 제1 가스 공급관(232a), 제1 노즐(233a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
H2가스를 플라즈마 여기하는 것에 의해 활성종으로서 흘릴 때는, APC밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예컨대 10?1,000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241g, 241h)에서 제어하는 H2가스의 공급 유량은, 각각 예컨대 100?10,000sccm(0.1?10slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241k, 241l, 241d)에서 제어하는 N2가스의 공급 유량은, 각각 예컨대 100?2,000sccm(0.1?2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. H2가스를 플라즈마 여기하는 것에 의해 얻어진 활성종에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예컨대 1?120초의 범위 내의 시간으로 한다. 히터(207)의 온도는, 스루풋을 고려하면, 스텝 1b의 MCS가스의 공급 시와 동일한 온도대가 되도록, 즉 스텝 1b?스텝 3b에서 처리실(201) 내의 온도를 동일한 온도대로 보지하도록 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 스텝 1b?스텝 3b에서 웨이퍼(200)의 온도, 즉 처리실(201) 내의 온도가 250?630℃, 바람직하게는 300?500℃의 범위 내의 일정한 온도가 되도록, 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 스텝 1b?스텝 6b(후술)에 걸쳐서 처리실(201) 내의 온도를 동일한 온도대로 보지하도록, 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 보다 바람직하다. 고주파 전원(273)으로부터 제1 봉상 전극(269b, 269c) 및 제2 봉상 전극(270b, 270c) 사이에 인가하는 고주파 전력은, 각각 예컨대 50?1,000W의 범위 내의 전력이 되도록 설정한다.
전술의 조건에서 H2가스를 처리실(201) 내에 공급하는 것으로, 플라즈마 여기되는 것에 의해 활성종이 된 H2가스(H2 *)는, 스텝 1b에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 실리콘 함유층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해, 실리콘 함유층에 포함되는 수소(H)나 염소(Cl) 등의 불순물을 효율적으로 탈리시킬 수 있다. 따라서 불순물 농도가 지극히 낮은 실리콘 함유층을 형성할 수 있다. 또한, 염소를 효율적으로 탈리시키는 것으로, 후술하는 스텝 4b에서 수행하는 질화 처리의 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 즉, 질화를 저해시키는 요인이 되는 염소를 실리콘 함유층으로부터 효율적으로 탈리시키는 것으로, 후술하는 스텝 4b에서 수행하는 질화 처리의 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 이와 같이 하여 실리콘 함유층의 개질 처리가 수행된다. 또한, 실리콘 함유층으로부터 탈리한 수소나 염소 등의 불순물은, 배기관(231)으로부터 처리실(201) 밖으로 배기된다.
스텝 3b에서는, 복수의 플라즈마 발생부를 이용하는 것으로, 각 플라즈마 발생부(여기부)에 인가하는 고주파 전력을 각각 작게 하여 각 플라즈마 발생부(여기부)에 있어서의 플라즈마 출력을 저출력으로 하면서, 웨이퍼(200)로의 활성종의 공급량을 늘릴 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼(200)나 실리콘 함유층으로의 플라즈마 데미지를 억제하면서, 웨이퍼(200)로의 활성종의 공급량을 늘리는 것이 가능해진다.
그리고 이에 의해, 웨이퍼(200)나 실리콘 함유층으로의 플라즈마 데미지를 억제하면서, 웨이퍼(200)로의 활성종의 공급량을 늘릴 수 있고, 전술의 불순물제거의 효율을 높여서, 실리콘 함유층의 불순물 농도를 저감시킬 수 있다. 그 결과로서 처리 시간을 단축시키는 것이 가능해진다. 또한, 불순물 농도의 웨이퍼 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 즉, 웨이퍼(200) 면내 전역에 대하여 활성종을 보다 균일하게 공급하는 것이 가능해지고, 예컨대 웨이퍼(200)의 외주 부근과 웨이퍼(200)의 중심측과의 사이에 불순물 농도에 현저한 차이가 일어나지 않도록 할 수 있다.
[스텝 4b]
스텝 4b는, 제1 실시 형태의 스텝 3a와 동일하게 수행한다(NH3가스 공급 공정). 스텝 4b에서의 처리 조건, 발생시키는 반응, 형성하는 층 등은, 제1 실시 형태에 있어서의 스텝 3a에서의 그것과 같다. 즉, 이 스텝에 있어서 플라즈마 여기되는 것에 의해 활성종이 된 NH3가스는, 스텝 1b에서 웨이퍼(200) 상에 형성되고 스텝 3b에서 불순물이 제거된 실리콘 함유층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해, 실리콘 함유층에 대하여 질화처리가 수행되고, 이 질화 처리에 의해 실리콘 함유층은 실리콘 질화층(SiN층)으로 변화시킬 수 있다(개질된다). 또한 이 때, 열 여기시킨 NH3가스에 의해 실리콘 함유층에 대하여 질화 처리를 수행할 수 있는 것은 제1실시 형태와 동일하다.
또한, 이 때, 제1 실시 형태와 같이 제1 노즐(233a) 내로의 NH3가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243d)를 열어, 제1 불활성 가스 공급관(232d) 내에 N2가스를 흘려보낸다. N2가스는, 제1 가스 공급관(232a), 제1 노즐(233a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 매스 플로우 컨트롤러(241e, 241f, 241d)에서 제어하는 N2가스의 공급 유량은, 각각 예컨대 100?2,000sccm(0.1?2slm)의 범위 내의 유량으로 한다.
[스텝 5b]
스텝 5b는, 제1 실시 형태의 스텝 4a와 동일하게 수행한다(제2 퍼지 공정). 스텝 5b에서는, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 실리콘 질화층 형성에 기여한 후의 NH3가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 이 때, 밸브(243e, 243f, 243d)를 연 상태로 하여 불활성 가스로서의 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. 퍼지 가스로서의 N2가스의 공급 유량은, 각각 예컨대 100?2,000sccm(0.1?2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 또한, 이 때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋은 점은, 제1 실시 형태와 동일하다.
[스텝 6b]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 2개의 플라즈마 발생부(여기부)에서, N2가스 및 Ar가스 중 적어도 어느 하나를 동시에 플라즈마로 여기시키고, 플라즈마 여기시킨 N2가스 및 플라즈마 여기시킨 Ar가스 중 적어도 어느 하나를 2개의 플라즈마 발생부(여기부)로부터 처리실(201) 내에 동시에 공급한다[제2 개질 공정(N2가스 또는 Ar가스 공급 공정)]. 이하, 플라즈마 여기시킨 N2가스를 공급하는 경우 및 플라즈마 여기시킨 Ar가스를 공급하는 경우에 대해서 각각 설명한다.
(플라즈마 여기시킨 N2가스를 공급하는 경우)
이 경우, 제8 가스 공급관(232m)의 밸브(243m)를 열어, 제8 가스 공급관(232m) 내에 N2가스를 흘려보낸다. 제8 가스 공급관(232m) 내를 흐른 N2가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241m)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2가스는 제2 노즐(233b)의 가스 공급공(248b)으로부터 버퍼실(237b) 내에 공급된다. 이 때, 제1 봉상 전극(269b) 및 제2 봉상 전극(270b) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 개재하여 고주파 전력을 인가하는 것으로, 버퍼실(237b) 내에 공급된 N2가스는 플라즈마 여기되어, 활성종(여기종)으로서 가스 공급공(238b)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기된 N2가스가 공급되게 된다.
또한 동시에, 제9 가스 공급관(232n)의 밸브(243n)를 열어, 제9 가스 공급관(232n) 내에 N2가스를 흘려보낸다. 제9 가스 공급관(232n) 내를 흐른 N2가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241n)에 의해 각각 유량 조정된다. 유량 조정된 N2가스는 제3 노즐(233c)의 가스 공급공(248c)으로부터 버퍼실(237c) 내에 공급된다. 이 때, 제1의 봉상 전극(269c) 및 제2 봉상 전극(270c) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 개재하여 고주파 전력을 인가하는 것으로, 버퍼실(237c) 내에 공급된 N2가스는 플라즈마 여기되어, 활성종(여기종)으로서 가스 공급공(238c)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기된 N2가스가 공급되게 된다.
또한, 이 때, 제1 노즐(233a) 내로의 플라즈마 여기된 N2가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243d)를 열어, 제1 불활성 가스 공급관(232d) 내에 N2가스를 흘려보낸다. N2가스는, 제1 가스 공급관(232a), 제1 노즐(233a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
N2가스를 플라즈마 여기하는 것에 의해 활성종으로서 흘릴 때는, APC밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예컨대 10?1,000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241m, 241n)에서 제어하는 N2가스의 공급 유량은, 각각 예컨대 100?10,000sccm(0.1?10slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241d)에서 제어하는 N2가스의 공급 유량은, 예컨대 100?2,000sccm(0.1?2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. N2가스를 플라즈마 여기 하는 것에 의해 얻어진 활성종에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간, 즉 가스 공급 시간[조사(照射) 시간]은, 예컨대 1?120초의 범위 내의 시간으로 한다. 히터(207)의 온도는, 스루풋을 고려하면, 스텝 1b의 MCS가스의 공급 시와 동일한 온도대가 되도록, 즉 스텝 1b?스텝 6b에서 처리실(201) 내의 온도를 동일한 온도대로 보지하도록 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 스텝 1b?스텝 6b에서 웨이퍼(200)의 온도, 즉 처리실(201) 내의 온도가 250?630℃, 바람직하게는 300?500℃의 범위 내의 일정한 온도가 되도록, 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 바람직하다. 고주파 전원(273)으로부터 제1 봉상 전극(269b, 269c) 및 제2 봉상 전극(270b, 270c) 사이에 인가하는 고주파 전력은, 각각 예컨대 50?1,000W의 범위 내의 전력이 되도록 설정한다.
(플라즈마 여기시킨 Ar가스를 공급하는 경우)
이 경우, 제6 가스 공급관(232i)의 밸브(243i)를 열어, 제6 가스 공급관(232i) 내에 Ar가스를 흘려보낸다. 제6 가스 공급관(232i) 내를 흐른 Ar가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241i)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 Ar가스는 제2 노즐(233b)의 가스 공급공(248b)으로부터 버퍼실(237b) 내에 공급된다. 이 때, 제1 봉상 전극(269b) 및 제2 봉상 전극(270b) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 개재하여 고주파 전력을 인가하는 것으로, 버퍼실(237b) 내에 공급된 Ar가스는 플라즈마 여기되어, 활성종(여기종)으로서 가스 공급공(238b)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기된 Ar가스가 공급되게 된다. 이 때 동시에 밸브(243m)를 열어, 제8 가스 공급관(232m) 내에 N2가스를 흘려보내도록 해도 좋다. 즉, Ar가스와 N2가스의 혼합 가스를 플라즈마 여기시켜서 웨이퍼(200)에 대하여 공급하도록 해도 좋다.
또한 동시에, 제7 가스 공급관(232j)의 밸브(243j)를 열어, 제7 가스 공급관(232j) 내에 Ar가스를 흘려보낸다. 제7 가스 공급관(232j) 내를 흐른 Ar가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241j)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 Ar가스는 제3 노즐(233c)의 가스 공급공(248c)으로부터 버퍼실(237c) 내에 공급된다. 이 때, 제1 봉상 전극(269c) 및 제2 봉상 전극(270c) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 개재하여 고주파 전력을 인가하는 것으로, 버퍼실(237c) 내에 공급된 N2가스 및 Ar가스는 플라즈마 여기되어, 활성종(여기종)으로서 가스 공급공(238c)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때, 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마 여기된 Ar가스가 공급되는 것이 된다. 이 때 동시에 밸브(243n)를 열어, 제9 가스 공급관(232n) 내에 N2가스를 흘려보내도록 해도 좋다. 즉, Ar가스와 N2가스의 혼합 가스를 플라즈마 여기시켜서 웨이퍼(200)에 대하여 공급하도록 해도 좋다.
또한, 이 때, 제1 노즐(233a) 내로의 플라즈마 여기된 Ar가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243d)를 열어, 제1 불활성 가스 공급관(232d)내에 N2가스를 흘려보낸다. N2가스는, 제1 가스 공급관(232a), 제1 노즐(233a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
Ar가스를 플라즈마 여기하는 것에 의해 활성종으로서 흘릴 때는, APC밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예컨대 10?1,000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241i, 241j)에서 제어하는 Ar가스의 공급 유량은, 각각 예컨대 100?10,000sccm(0.1?10slm)의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241d, 241m, 241n)에서 제어하는 N2가스의 공급 유량은, 각각 예컨대 100?2,000sccm(0.1?2slm)의 범위 내의 유량으로 한다. Ar가스를 플라즈마 여기하는 것에 의해 얻어진 활성종에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예컨대 1?120초의 범위 내의 시간으로 한다. 히터(207)의 온도는, 스루풋을 고려하면, 스텝 1b의 MCS가스의 공급 시와 동일한 온도대가 되도록, 즉 스텝 1b?스텝 6b에서 처리실(201) 내의 온도를 동일한 온도대로 보지하도록 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 스텝 1b?스텝 6b에서 웨이퍼(200)의 온도, 즉 처리실(201) 내의 온도가 250?630℃, 바람직하게는 300?500℃의 범위 내의 일정한 온도가 되도록, 히터(207)의 온도를 설정하는 것이 바람직하다. 고주파 전원(273)으로부터 제1 봉상 전극(269b, 269c) 및 제2 봉상 전극(270b, 270c) 사이에 인가하는 고주파 전력은, 각각 예컨대 50?1,000W의 범위내의 전력이 되도록 설정한다.
전술의 조건에서 N2가스 또는 Ar가스를 처리실(201) 내에 공급하는 것으로, 활성종이 된 N2가스(N2 *) 또는 Ar가스(Ar*)는, 스텝 4b에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 실리콘 질화층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해, 실리콘 질화층에 포함되는 수소나 염소 등의 불순물을 효율적으로 탈리시킬 수 있다. 즉, 스텝 3b 및 스텝 4b에서 불순물을 탈리시켜서 형성한, 수소 농도나 염소 농도가 낮은 실리콘 질화층에 포함되는 수소나 염소를, 더욱 효율적으로 탈리시킬 수 있다. 이에 의해, 불순물 농도가 지극히 낮은 실리콘 질화층을 형성할 수 있다. 이와 같이 하여, 실리콘 질화층의 개질 처리가 수행된다. 또한, 실리콘 질화층으로부터 탈리한 수소나 염소 등의 불순물은, 배기관(231)으로부터 처리실(201) 밖으로 배기된다.
스텝 6b에서는, 복수의 플라즈마 발생부를 이용하는 것으로, 각 플라즈마 발생부(여기부)에 인가하는 고주파 전력을 각각 작게 하여 각 플라즈마 발생부(여기부)에 있어서의 플라즈마 출력을 저출력으로 하면서, 웨이퍼(200)로의 활성종의 공급량을 늘릴 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼(200)나 실리콘 질화층으로의 플라즈마 데미지를 억제하면서, 웨이퍼(200)로의 활성종의 공급량을 늘리는 것이 가능해진다.
그리고 이에 의해, 웨이퍼(200)나 실리콘 질화층으로의 플라즈마 데미지를 억제하면서, 웨이퍼(200)로의 활성종의 공급량을 늘릴 수 있어, 전술의 불순물제거의 효율을 높이고, 실리콘 질화층의 불순물 농도를 저감시킬 수 있다. 그 결과, 처리 시간을 단축시키는 것이 가능해진다. 또한, 불순물 농도의 웨이퍼 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 즉, 웨이퍼(200) 면내 전역에 대하여 활성종을 보다 균일하게 공급하는 것이 가능해지고, 예컨대 웨이퍼(200)의 외주 부근과 웨이퍼(200)의 중심측과의 사이에 불순물 농도에 현저한 차이가 일어나지 않도록 할 수 있다.
제2 개질 가스로서 이용하는 희가스로서는, 아르곤(Ar) 가스 이외에, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 크세논(Xe) 가스 등을 이용해도 좋다.
전술한 스텝1b?6b를 1사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수, 바람직하게는 복수 회 실시하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 실리콘 질화막(SiN막)을 성막할 수 있다.
소정 막 두께의 실리콘 질화막이 성막되면, 밸브(243d, 243e, 243f, 243k, 243l, 243m, 243n)를 열어, 각 불활성 가스 공급계로부터 불활성 가스로서의 N2가스를 처리실(201) 내에 공급하고 배기관(231)으로부터 배기하여, 처리실(201) 내를 퍼지한다(퍼지). 그 후, 대기압 복귀, 보트 언로딩, 웨이퍼 디스차징을, 제1 실시 형태와 같은 식으로 수행한다.
본 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 같은 효과에 더하여, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 갖는다.
(a) 본 실시 형태에 따른 스텝 3b에서는, 플라즈마 여기시킨 H2가스를 실리콘 함유층에 대하여 공급하는 제1 개질 처리를 수행하는 것에 의해, 실리콘 함유층에 포함되는 수소나 염소 등의 불순물을 효율적으로 탈리시킬 수 있다. 그 결과, 저온 영역에 있어서, 불순물 농도가 더욱 낮은 실리콘 질화막, 즉 막 밀도가 더욱 높은 실리콘 질화막을 형성할 수 있게 되어, 실리콘 질화막의 불화수소에 대한 내성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 실리콘 질화막의 절연성을 더욱 향상시키는 것도 가능해진다.
(b) 본 실시 형태에 따른 스텝 6b에서는, 플라즈마 여기시킨 N2가스 및 플라즈마 여기시킨 Ar가스 중 적어도 어느 하나를 실리콘 질화층에 대하여 공급하는 제2 개질 처리를 수행하는 것에 의해, 실리콘 질화층에 포함되는 수소나 염소 등의 불순물을 효율적으로 탈리시킬 수 있다. 그 결과, 저온 영역에 있어서, 불순물 농도가 더욱 낮은 실리콘 질화막, 즉 막 밀도가 더욱 높은 실리콘 질화막을 형성할 수 있게 되어, 실리콘 질화막의 불화수소에 대한 내성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 실리콘 질화막의 절연성을 더욱 향상시키는 것도 가능해진다.
(c) 본 실시 형태에 따른 스텝 3b, 스텝 6b에서는, 실리콘 함유층이나 실리콘 질화층으로부터 염소를 효율적으로 탈리시키는 것으로, 스텝 4b에서 수행하는 질화 처리의 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 질화를 저해시키는 요인이 되는 염소를 실리콘 함유층이나 실리콘 질화층으로부터 효율적으로 탈리시키는 것으로, 스텝 4b에서 수행하는 질화 처리의 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 실리콘 질화막의 성막 시간을 단축시킬 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.
(d) 본 실시 형태에 따른 스텝 3b에서는, 제1 개질 가스로서 H2가스를 이용하는 것에 의해서, 제1 개질 가스로서 Ar가스나 N2가스를 이용한 경우에 비해, 특히 실리콘 질화막의 웨이퍼(200) 면내에 있어서의 웨트 에칭 레이트의 균일성(에칭 내성의 균일성), 즉 막질 균일성을 보다 향상시키는 것이 가능해진다. 이는, H2가스를 플라즈마 여기하는 것으로 생성되는 활성종이, Ar가스나 N2가스를 플라즈마 여기하는 것으로 생성되는 활성종보다도 수명이 길기 때문에, 제1 개질 가스로서 H2가스를 이용한 경우에는, 웨이퍼(200) 중심부로의 활성종의 공급을 보다 효율적으로 수행할 수 있고, 이에 의해, 웨이퍼(200) 중심부에서의 실리콘 함유층이나 실리콘 질화층으로부터의 불순물의 탈리를 보다 촉진할 수 있기 때문이라고 생각된다.
(e) 본 실시 형태에 따른 스텝 6b에서는, 제2 개질 가스로서 Ar가스나 N2가스를 이용하는 것에 의해서, 제2 개질 가스로서 H2가스를 이용한 경우에 비해, 특히, 실리콘 질화막의 웨이퍼(200) 면내에 있어서의 막 두께 균일성을 보다 향상시키는 것이 가능해진다. 이는, Ar가스나 N2가스를 플라즈마 여기하는 것으로 생성되는 활성종이, H2가스를 플라즈마 여기하는 것으로 생성되는 활성종보다도 무겁기 때문에, 제2 개질 가스로서 Ar가스나 N2가스를 이용한 경우에는, 실리콘 질화막의 막 두께가 두꺼워지기 쉬운 웨이퍼(200) 주연부(周緣部)에 있어서, 실리콘 질화막(실리콘 질화층)의 구성 성분의 분해 반응이나 탈리 반응을 발생시킬 수 있기 때문으로 생각된다.
(f) 본 실시 형태에서는, 제1 개질 가스로서 H2가스를 이용하는 스텝 3b(제1 개질 처리)와, 제2 개질 가스로서 Ar가스나 N2가스를 이용하는 스텝 6b(제2 개질 처리)의 양방을 수행함으로서, 실리콘 질화막의 웨이퍼(200) 면내에 있어서의 막질 균일성을 향상시키는 효과(제1 개질 처리에 의한 효과)와, 실리콘 질화막의 웨이퍼(200) 면내에 있어서의 막 두께 균일성을 향상시키는 효과(제2 개질 처리에 의한 효과) 양방을 동시에 얻을 수 있다.
(제2 실시 형태의 변형예)
전술한 제2 실시 형태는, 예컨대 하기와 같이 변경시켜도 좋다. 이들의 변형예에 있어서도, 도 7, 도 8에 도시하는 전술의 성막 시퀀스와 동일한 효과를 가질 수 있다. 이하에 나타내는 변형예는, 임의로 조합시켜서 이용할 수 있다.
(변형예 1)
예컨대, 도 7, 도 8에 도시하는 전술의 성막 시퀀스에서는, 스텝 4b(NH3가스 공급 공정)와 스텝 6b(제2 개질 공정)의 사이에, 스텝 5b(제2 퍼지 공정)를 설치하도록 하고 있었으나, 본 실시 형태는 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 9에 성막 플로우도를, 도 10에 성막 시퀀스에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍도를 나타낸 바와 같이, 스텝 5b(제2 퍼지 공정)를 생략하고, 스텝 4b(NH3가스 공급 공정)과 스텝 6b(제2 개질 공정)를 연속해서 수행하도록 해도 좋다. 즉, 스텝 1b, 2b, 3b, 4b, 6b를 이 순서대로 수행하고, 이 사이클을 적어도 1회, 바람직하게는 복수 회 실시하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 실리콘 질화막을 성막하도록 해도 좋다. 또한, 도 10에서는 플라즈마를 이용한 처리를 수행하는 3개의 공정, 즉, 플라즈마 여기시킨 가스를 공급하는 3개의 공정(스텝 3b, 4b, 6b)이 연속적으로 수행되는 예를 도시하고 있다.
(변형예 2)
또한 예컨대, 도 7, 도 8에 도시하는 전술의 성막 시퀀스에서는, 스텝 1b, 2b, 3b, 4b, 5b, 6b를 이 순서대로 수행하고, 이 사이클을 적어도 1회, 바람직하게는 복수 회 실시하도록 하고 있었지만, 스텝 3b와 스텝 6b를 교체하여도 좋다. 즉, 스텝 1b, 2b, 6b, 4b, 5b, 3b를 이 순서대로 수행하고, 이 사이클을 적어도 1회, 바람직하게는 복수 회 실시하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 실리콘 질화막을 성막하도록 해도 좋다.
즉, MCS가스를 공급하는 공정(스텝 1b) 후의 소정 기간(즉, 질소 함유 가스의 공급 정지 기간이며, 질소 함유 가스를 공급하는 공정 전의 기간)에 있어서, 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나(제2 개질 가스)를 공급하는 공정(스텝 6b)을 수행하고, 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정(스텝 4b) 후의 소정 기간(즉, MCS가스의 공급 정지 기간이며, MCS가스를 공급하는 공정 전의 기간)에 있어서, 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스(제1 개질 가스)를 공급하는 공정(스텝 3b)을 수행하도록 해도 좋다.
다시 말하면, MCS가스를 공급하는 공정(스텝 1b)에서는, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 함유층을 형성하고, 플라즈마 여기시킨 N2가스 및 플라즈마 여기시킨 Ar가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정(스텝 6b)에서는, 실리콘 함유층에 대하여 제1 개질 처리를 수행하고, 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 NH3가스를 공급하는 공정(스텝 4b)에서는, 제1 개질 처리가 수행된 실리콘 함유층을 실리콘 질화층으로 변화시키고, 플라즈마 여기시킨 H2가스를 공급하는 공정(스텝 3b)에서는, 실리콘 질화층에 대하여 제2 개질 처리를 수행하도록 해도 좋다. 또한, 여기서, 제1 개질 처리는 1 사이클 중에서 먼저 수행하는 개질 처리를 의미하고, 제2 개질 처리는 그 후에 수행하는 개질 처리를 의미하고 있다.
단, 스텝 1b, 2b, 3b, 4b, 5b, 6b를 이 순서대로 실시하여 이것을 1 사이클로 하는 것이, 스텝 1b, 2b, 6b, 4b, 5b, 3b를 이 순서대로 실시하여 이것을 1 사이클로 하는 것보다도, 웨이퍼 면내에 있어서의 막질 균일성 및 막 두께 균일성을 보다 개선할 수 있기 때문에 바람직하다.
(변형예 3)
또한 예컨대, 도 7, 도 8에 도시하는 전술의 성막 시퀀스에서는, 스텝 1b, 2b, 3b, 4b, 5b, 6b를 이 순서대로 수행하고, 이 사이클을 적어도 1회, 바람직하게는 복수 회 실시하도록 하고 있었지만, 스텝 3b, 6b를 각 사이클의 끝에 모아서 실시하도록 해도 좋고, 이 때, 모아서 수행하는 스텝 3b, 6b는 어느 것을 먼저 실시해도 좋다. 즉, 스텝 1b, 2b, 4b, 5b, 3b, 6b를 이 순서대로 수행하고, 이 사이클을 적어도 1회, 바람직하게는 복수 회 실시하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 실리콘 질화막을 성막하도록 해도 좋고, 스텝 1b, 2b, 4b, 5b, 6b, 3b를 이 순서대로 수행하고, 이 사이클을 적어도 1회, 바람직하게는 복수 회 실시하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 SiN막을 성막하도록 해도 좋다.
바꿔 말하면, MCS가스를 공급하는 공정(스텝 1b)에서는, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 함유층을 형성하고, NH3가스를 공급하는 공정(스텝 4b)에서는, 실리콘 함유층을 실리콘 질화층으로 변화시키고, 플라즈마 여기시킨 H2가스를 공급하는 공정(스텝 3b)에서는, 실리콘 질화층에 대하여 제1 개질 처리를 수행하고, 플라즈마 여기시킨 N2가스 및 플라즈마 여기시킨 Ar가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정(스텝 6b)에서는, 실리콘 질화층에 대하여 제2 개질 처리를 수행하도록 해도 좋다.
단, 스텝 1b, 2b, 3b, 4b, 5b, 6b를 이 순서대로 실시하여 이것을 1 사이클로 하는 것이, 스텝 3b, 6b를 각 사이클의 끝에 모아서 실시하는 것보다도, 웨이퍼 면내에 있어서의 막질 균일성 및 막 두께 균일성을 보다 개선할 수 있기 때문에 바람직하다.
(변형예 4)
제2 실시 형태에서는, 스텝 4b(NH3가스 공급 공정)에 있어서, 복수의 플라즈마 발생부(여기부)에서 플라즈마 여기시킨 NH3가스를 공급하고, 스텝 3b(제1 개질 공정)에 있어서, 복수의 플라즈마 발생부에서 플라즈마 여기시킨 H2가스를 공급하고, 스텝 6b(제2 개질 공정)에 있어서, 복수의 플라즈마 발생부에서 플라즈마 여기시킨 N2가스 및 복수의 플라즈마 발생부에서 플라즈마 여기시킨 Ar가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 예에 대해서 설명하였으나, 본 실시 형태는 이러한 형태에 한정되지 않는다. 즉, 제2 실시 형태에서는 이들 가스(NH3가스, H2가스, N2가스, Ar가스)의 모두 또는 적어도 어느 하나를, 하나의 플라즈마 발생부에서 플라즈마 여기시켜서 공급하도록 해도 좋다. 이와 같이, 제2 실시 형태에서는, 이들 가스를 하나의 플라즈마 발생부에서 플라즈마 여기시켜서 공급하도록 해도, 전술의 제1 개질 처리, 제2 개질 처리의 효과를 각각 얻는 것이 가능하다. 단, 이들의 가스를 복수의 플라즈마 발생부에 있어서 플라즈마 여기시켜서 공급하도록 하는 것이, 제1 개질 처리, 제2 개질 처리의 효과를 높일 수 있어 바람직하다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 전술의 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
전술의 제1 및 제2 실시 형태에서는, 2개의 버퍼실(237b, 237c)의 대응하는 측면끼리가 웨이퍼(200)의 중심을 사이에 두고 대향하는 예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 즉, 2개의 버퍼실(237b, 237c)은, 평면시(平面視)에 있어서, 웨이퍼(200)의 중심[반응관(203)의 중심]과 배기구(231a)의 중심을 연결하는 직선을 대상축으로 하여서 선대칭으로 설치되어 있으면 좋고, 도 16a에 도시하는 바와 같이 각각이 배기구(231a) 측에 붙어 있어도, 또는 도 16b에 도시하는 바와 같이 배기구(231a)로부터 이격된 측에 붙어 있어도 좋다. 바꿔 말하면, 버퍼실(237b)의 중심과 웨이퍼(200)의 중심을 잇는 직선과, 버퍼실(237c)의 중심과 웨이퍼(200)의 중심을 잇는 직선이 만드는 중심각[버퍼실(237b, 237c)의 각 중심을 양단(兩端)으로 하는 호(弧)에 대한 중심각]은, 180°인 경우에 한하지 않고, 180°미만이여도 180°을 넘어도 좋다. 또한, 도 2, 도 16a, 도 16b의 어느 것에 있어서도, 버퍼실(237b, 237c) 가스 공급공(238b, 238c)은 웨이퍼(200)의 중심[반응관(203)의 중심]과 배기구(231a)의 중심을 연결하는 직선을 대상축으로 하여서 선대칭으로 설치되어 있다. 또한, 도 16a 및 도 16b에 있어서는, 편의상, 반응관(203), 히터(207), 웨이퍼(200), 배기관(231), 배기구(231a), 버퍼실(237b, 237c) 이외의 구성 부재의 도시를 생략하고 있다.
또한, 전술한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 플라즈마 발생부(여기부)가 2개 설치되어 있는 경우에 대해서 설명하였으나, 3개 이상 설치되어 있어도 좋다. 이러한 경우에 있어서도, 복수의 플라즈마 발생부(여기부)는 평면시에 있어서, 웨이퍼(200)의 중심[반응관(203)의 중심]과 배기구(231a)의 중심을 연결하는 직선을 대상축으로 하여서 선대칭으로 설치되어 있는 것이 바람직하다. 예컨대, 플라즈마 발생부(여기부)를 4개 설치하는 경우, 도 17a에 도시하는 바와 같이, 버퍼실(237b, 237c) 및 버퍼실(237d, 237e)은, 각각, 평면시에 있어서, 웨이퍼(200)의 중심과 배기구(231a)의 중심을 잇는 직선을 대상축으로 하여서 선대칭으로 설치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 플라즈마 발생부(여기부)를 3개 설치하는 경우, 도 17b에 도시하는 바와 같이, 2개의 버퍼실(237b, 237c)은, 평면시에 있어서, 웨이퍼(200)의 중심과 배기구(231a)의 중심을 잇는 직선을 대상축으로 하여서 선대칭으로 설치되어 있는 것이 바람직하고, 또 하나의 버퍼실(237d)은, 이들의 중앙, 즉 웨이퍼(200)의 중심과 배기구(231a)의 중심을 잇는 직선 상에 그 중심이 위치하도록 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 도 17a 및 도 17b에 있어서는, 편의상, 반응관(203), 히터(207), 웨이퍼(200), 배기관(231), 배기구(231a), 버퍼실(237b, 237c, 237d, 237e) 이외의 구성 부재의 도시를 생략하고 있다.
또한, 플라즈마 발생부(여기부)를 3개 이상 설치하는 경우, 버퍼실은 등간격으로 배치하는 것이 보다 바람직하다. 예컨대, 플라즈마 발생부를 4개 설치하는 경우, 도 17a에 도시하는 바와 같이, 버퍼실(237b, 237c, 237d, 237e)은, 인접하는 버퍼실의 각 중심을 양단으로 하는 4개의 호에 대한 중심각이 각각 90°가 되도록 배치하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 플라즈마 발생부를 3개 설치하는 경우, 도 17b에 도시하는 바와 같이, 버퍼실(237b, 237c, 237d)은, 인접하는 버퍼실의 각 중심을 양단으로 하는 3개의 호에 대한 중심각이 각각 120°가 되도록 배치하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 도 17a 및 도 17b의 어느 것에 있어서도, 버퍼실(237b, 237c)의 가스 공급공(238b, 238c)은, 웨이퍼(200)의 중심과 배기구(231a)의 중심을 연결하는 직선을 대상축으로 하여서 선대칭으로 설치되어 있다. 또한, 도 17a에 있어서는, 버퍼실(237d, 237e)의 가스 공급공(238d, 238e)은, 웨이퍼(200)의 중심과 배기구(231a)의 중심을 연결하는 직선을 대상축으로 하여서 선대칭으로 설치되어 있고, 도 17b에 있어서는, 버퍼실(237d)의 가스 공급공(238d)은, 웨이퍼(200)의 중심과 배기구(231a)의 중심을 잇는 직선 상에 설치되어 있다. 버퍼실을 등간격으로 배치하는 것으로, 웨이퍼(200) 면내 전역에 대하여 활성종을 보다 균일하게 공급하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 질화 처리의 웨이퍼 면내 균일성을 향상시켜, 실리콘 질화막의 웨이퍼 면내 막질 균일성 및 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 각각 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 전술의 제1 및 제2 실시 형태에서는, 복수의 플라즈마 발생부(여기부)로부터 공급하는 활성종의 분포의 밸런스를 제어하도록 해도 좋다. 예컨대, 도 18에 예시하는 바와 같이, 버퍼실(237b)로부터의 활성종을 웨이퍼(200)의 중심부에 도달하도록 광범위하게 분포시키는 것과 함께, 버퍼실(237c)로부터의 활성종을 웨이퍼(200)의 주연부에만 도달하도록 편재(偏在)시켜서 분포되도록 해도 좋다. 또한, 도면 중의 부호 300b는 버퍼실(237b)로부터 공급되는 활성종의 분포 영역을 나타내고 있고, 부호 300c는 버퍼실(237c)로부터 공급되는 활성종의 분포 영역을 나타내고 있다.
제1 실시 형태의 스텝 3a나 제2 실시 형태의 스텝 4b에 있어서, 버퍼실(237b, 237c)로부터 공급되는 활성종(플라즈마 여기된 NH3가스)의 분포를 도 18과 같이 설정한 경우, 버퍼실(237b)로부터 공급되는 활성종에 의해 주로 웨이퍼(200)의 중심부에서의 질화 처리나 개질 처리(염소 등의 불순물 제거 처리)가 수행되게 되고, 버퍼실(237c)로부터 공급되는 활성종에 의해 주로 웨이퍼(200)의 주연부에서의 질화 처리나 개질 처리가 수행되게 된다. 활성종의 분포를 이와 같이 설정한 경우, 버퍼실(237b, 237c)로부터 공급되는 활성종에 의한 질화력이나 개질력(불순물 제거력)의 비율을 각각 조정하는 것에 의해, 실리콘 함유층에 대한 질화 처리나 개질 처리의 면내 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다. 즉, 웨이퍼(200)의 중심부에서의 실리콘 함유층의 질화나 개질을 상대적으로 촉진시키고 싶은 경우에는, 버퍼실(237b)로부터 공급되는 활성종에 의한 질화력이나 개질력을 상대적으로 증대시키거나, 버퍼실(237c)로부터 공급되는 활성종에 의한 질화력이나 개질력을 상대적으로 저하시키면 좋고, 반대로, 웨이퍼(200)의 주연부에서의 실리콘 함유층의 질화나 개질을 상대적으로 촉진시키고 싶은 경우에는, 버퍼실(237c)로부터 공급되는 활성종에 의한 질화력이나 개질력을 상대적으로 증대시키거나, 버퍼실(237b)로부터 공급되는 활성종에 의한 질화력이나 개질력을 상대적으로 저하시키면 좋다. 결과적으로, 실리콘 질화막의 웨이퍼 면내 막질 균일성 및 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 각각 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 버퍼실(237b, 237c)로부터 공급되는 활성종의 분포는, 예컨대 버퍼실(237b, 237c) 내의 각 전극 사이에 인가하는 고주파 전력, 버퍼실(237b, 237c) 내에 공급되는 NH3가스나 N2가스의 공급 유량이나 공급 방법(간헐 공급, 연속 공급 등), 버퍼실(237b, 237c)에 설치되는 가스 공급공(238b, 238c)의 크기나 방향 등에 의해 적당히 조정하는 것이 가능하다.
또한, 버퍼실(237b, 237c)로부터 공급되는 활성종에 의한 질화력이나 개질력의 비율은, 예컨대, 제1 봉상 전극(269b) 및 제2 봉상 전극(270b) 사이에 인가하는 고주파 전력(공급 전력)과, 제1 봉상 전극(269c) 및 제2 봉상 전극(270c) 사이에 인가하는 고주파 전력과의 비율을 변경하는 것으로도 조정할 수 있다(예컨대, 일방으로 공급 전력을 1?500W로 하여 타방으로의 공급 전력을 500?1,000W로 하는 등). 또한, 버퍼실(237b) 내에 공급하는 NH3가스나 N2가스의 공급 유량과, 버퍼실(237c) 내에 공급하는 NH3가스나 N2가스의 공급 유량과의 비율을 변경하는 것으로도 조정할 수 있다(예컨대, 일방으로의 NH3가스 공급 유량을 1?5slm로 하고 타방으로의 NH3가스 공급 유량을 5?10slm으로 하는 등). 또한, 버퍼실(237b) 내로의 NH3가스나 N2가스의 공급 시간과, 버퍼실(237c) 내로의 NH3가스나 N2가스의 공급 시간과의 비율을 조정하는 것에 의해서도 조정할 수 있다(예컨대, 일방으로의 NH3가스 공급 시간을 1?10초로 하고 타방으로의 NH3가스 공급 시간을 10?120초로 하는 등). 이 경우, 예컨대 버퍼실(237b, 237c) 중 적어도 일방으로의 NH3가스의 공급을 간헐적으로 수행하도록 하고, 버퍼실(237b)로부터의 활성종의 공급과, 버퍼실(237c)로부터의 활성종의 공급을 동기시키지 않도록(비동기로) 해도 좋고, 동기시키도록 해도 좋고, 일부 동기시키도록 해도 좋다. 또한, 이들의 수법은, 임의로 조합시켜서 수행할 수 있다.
또한, 전술한 활성종의 분포 제어는, 제1 실시 형태의 스텝 3a나 제2 실시 형태의 스텝 4b에 있어서만 수행하는 경우에 한하지 않고, 제2 실시 형태의 스텝 3b(제1 개질 공정)나 스텝 6b(제2 개질 공정)에 있어서도 같은 식으로 수행할 수 있다. 이와 같이 각 개질 처리에 의해ㅅ 활성종의 분포 제어를 수행하도록 한 경우, 각각의 개질 처리의 웨이퍼 면내 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다. 결과적으로, 실리콘 질화막의 웨이퍼 면내 막질 균일성 및 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 각각 향상시키는 것이 가능해진다.
또한 예컨대, 제2 실시 형태로 활성종의 분포 제어를 수행하는 경우, 스텝 3b, 4b, 6b 모두에 있어서 전술의 활성종의 분포 제어를 수행하도록 해도 좋고, 스텝 3b, 4b, 6b의 중의 어느 1개 또는 2개의 스텝에 있어서만 수행하도록 해도 좋다. 즉, 스텝 3b, 4b, 6b 중 적어도 어느 1개의 스텝에 있어서 활성종의 분포 제어를 수행하도록 해도 좋다.
또한, 전술의 제1 및 제2실시 형태에서는, 제1 가스 공급관(232a) 내에 MCS가스를 공급하는 MCS가스 공급원이나 제1 가스 공급관(232a)의 상류측 등(즉, 가스 보관고나 실린더 캐비닛 등)에, MCS가스의 보관 온도를 예컨대 30℃정도로 유지하는 온도 조정 기구를 설치해도 좋다. MCS가스는 분해성이 높고, 일반적인 특수 고압 가스의 보관 온도에서는 분해해버릴 수 있다. MCS가스의 분해에 의해 모노 실란(SiH4)이 생성되면, 실리콘 질화막의 막 두께 균일성이 저하하거나, 생산성이 악화될 수 있다. 또한, MCS가스의 보관 온도를 너무 저온으로 하면, MCS가 기화하기 어려워져서, 처리실(201) 내로의 MCS가스의 공급 유량이 감소해버릴 우려가 있다. 온도 조정 기구를 설치하는 것으로, 이들의 과제를 해결할 수 있다.
또한 예컨대, 전술의 제1 및 제2 실시 형태에서는, 처리실(201) 내에 MCS가스를 공급할 때(스텝 1a, 1b), APC밸브(244)를 연 상태에서 처리실(201) 내를 연속적으로 배기하면서 MCS가스를 공급하도록 하고 있었으나, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 19에 도시하는 바와 같이, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에 가스 저장부(250a, 탱크)를 설치하고, 가스 저장부(250a) 내에 저장된 고압의 MCS가스를, APC밸브(244)를 닫은 상태에서 감압된 처리실(201) 내에 한번에[펄스(pulse)적으로] 공급하고, 그 후, MCS가스의 공급에 의해 승압 상태가 된 처리실(201) 내를 소정 시간 유지하도록 해도 좋다.
가스 저장부(250a)를 이용하여 MCS가스를 한번에 공급하기 위해서는, 우선, 제1 가스 공급관(232a)의 가스 저장부(250a)보다도 하류측에 설치된 밸브(243a')를 닫고, 가스 저장부(250a)의 상류측에 설치된 밸브(243a)를 여는 것으로, 가스 저장부(250a) 내에 MCS가스를 저장한다. 그리고, 가스 저장부(250a) 내에 소정 압력, 소정 량의 MCS가스가 모이면, 상류측의 밸브(243a)를 닫는다. 가스 저장부(250a) 내에는, 가스 저장부(250a) 내의 압력이 예컨대 20,000Pa이상이 되도록 MCS가스를 저장한다. 가스 저장부(250a) 내에 저장되는 MCS가스량은 예컨대 100?1,000cc로 한다. 또한, 가스 저장부(250a)와 처리실(201)의 사이의 컨덕턴스가 1.5×10-3m3/s이상이 되도록 장치를 구성한다. 또한, 처리실(201)의 용적과 이에 대한 필요한 가스 저장부(250a)의 용적의 비교로서 고려하면, 처리실(201)의 용적이 예컨대 100l(리터)의 경우에 있어서는, 가스 저장부(250a)의 용적은, 100?300cc인 것이 바람직하고, 처리실(201)의 용적의 1/1,000?3/1,000배로 하는 것이 바람직하다.
가스 저장부(250a) 내에 MCS가스를 충전하는 사이에, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 처리실(201) 내의 압력이 20Pa이하의 압력이 되도록 배기해 둔다. 가스 저장부(250a) 내로의 MCS가스의 충전 및 처리실(201) 내의 배기가 완료하면, APC밸브(244)를 닫아서 처리실(201) 내의 배기를 정지하고, 그 후, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a')를 연다. 이에 의해, 가스 저장부(250a) 내에 모아진 고압의 MCS가스가 처리실(201) 내에 한번에(펄스적으로) 공급된다. 이 때, 배기관(231)의 APC밸브(244)가 닫혀 있으므로, 처리실(201) 내의 압력은 급격하게 상승하고, 예컨대 931Pa(7Torr)까지 승압된다. 그 후, 처리실(201) 내의 승압 상태를 소정 시간(예컨대, 1?10초) 유지하고, 고압의 MCS가스 분위기 중에 웨이퍼(200)를 노출하는 것으로, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 함유층을 형성한다.
이와 같이, 가스 저장부(250a)를 이용하여 MCS가스를 한번에 공급하면, 가스 저장부(250a) 내와 처리실(201)내의 압력 차이에 의해, 제1 노즐(233a)로부터 처리실(201) 내에 분출되는 MCS가스는 예컨대 음속(340m/sec) 정도까지 가속되고, 웨이퍼(200) 상의 MCS가스의 속도도 수 십m/sec정도로 빨라진다. 그 결과, MCS가스가 웨이퍼(200)의 중앙부까지 효율적으로 공급되게 된다. 그 결과, 실리콘 질화막의 웨이퍼(200) 면내의 막 두께 균일성이나 막질 균일성을 향상시킬 수 있다. 이하, 이 공급 방법을 플래시 플로우라고 칭하기로 한다.
또한, 전술의 제1 및 제2 실시 형태에서는, MCS가스를 하나의 노즐(233a)을 개재하여 공급하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않고, MCS가스를 복수의 노즐을 개재하여 공급하도록 해도 좋다. 예컨대, 도 20에 도시하는 바와 같이, MCS가스를 공급하는 노즐로서 노즐(233a)과 동일 형상의 노즐(233a')을 더 설치하도록 해도 좋다. 이 경우, 노즐(233a, 233a')은, 버퍼실(237a, 237b)과 마찬가지로, 평면시에 있어서, 웨이퍼(200)의 중심[반응관(203)의 중심]과 배기구(231a)의 중심을 잇는 직선을 대상축으로 하여서 선대칭으로 설치하는 것이 바람직하다. 즉, 노즐(233a, 233a')의 가스 공급공(248a, 248a')은, 웨이퍼(200)의 중심[반응관(203)의 중심]과 배기구(231a)의 중심을 연결하는 직선을 대상 축으로서 선대칭으로 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 2개의 노즐(233a, 233a')로부터 웨이퍼(200)에 대하여 흐르는 MCS가스의 가스류가 균일해진다. 즉, 2개의 노즐(233a, 233a')로부터 웨이퍼(200)에 대하여 흐르는 MCS가스의 가스류가, 웨이퍼(200)의 중심과 배기구(231a)의 중심을 잇는 직선을 대상축으로 하여서 선대칭이 된다. 그 결과, MCS가스를 웨이퍼(200) 면내에 걸쳐 균일하게 공급할 수 있게 되어, 실리콘 질화막의 웨이퍼 면내 막질 균일성 및 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 각각 향상시키는 것이 가능해진다.
전술의 실시 형태로 형성한 실리콘 질화막은, 막 중의 염소 농도가 낮고, 막 밀도가 높고, 불화수소에 대한 높은 내성을 가지고 있다. 그 때문에, 게이트 절연막이나 용량 절연막 뿐만 아니라, 사이드 월 스페이서나 에칭 스토퍼층으로서 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 예컨대 STI형성 공정에 있어서의 하드 마스크로서도 바람직하게 이용할 수 있다.
또한, 전술의 실시 형태에서는, 한번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치식 기판 처리 장치를 이용하여 성막하는 예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 한번에 1매 또는 수 매의 기판을 처리하는 매엽식(枚葉式) 기판 처리 장치를 이용하여 성막하는 경우에도, 바람직하게 적용할 수 있다.
또한, 전술의 각 실시 형태나 각 변형예 등은 적당히 조합시켜서 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은, 예컨대, 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피 등을 변경하는 것으로도 실현된다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우는, 본 발명에 따른 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 개재하여 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하여, 그 프로세스 레시피 자체를 본 발명에 따른 프로세스 레시피로 변경하는 것도 가능하다.
(실시예)
(제1 실시예)
다음으로 제1 실시예에 대해서 설명한다. 본 실시예에서는, 전술의 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에 의해 웨이퍼 상에 실리콘 질화막을 형성하고, 성막 속도를 측정하였다. 성막 온도(웨이퍼 온도)는 100℃로부터 630℃의 범위 내의 온도로 하였다. 그 이외의 성막 조건(각 스텝에서의 처리 조건)은, 전술의 제1 실시 형태에 기재한 처리 조건 범위 내의 조건으로 하였다. 그 결과를 도 11에 나타낸다.
도 11은, 실리콘 질화막의 성막 온도와 성막 속도와의 관계를 도시하는 도면이다. 도 11의 횡축은 성막 온도(℃)를, 종축은 성막 속도[임의 단위(a.u.)]를 나타내고 있다. 또한, 도면 중의 점선은, 실측값으로부터 읽어낸 경향을 나타내고 있다.
도 11로부터, 성막 온도가 500℃이하의 영역에서는 표면 반응이 지배적이고, 300℃ 부근까지는 성막 속도가 안정되는 것을 알 수 있다. 단, 성막 온도가 300℃미만이 되면, 웨이퍼 상에 있어서 MCS가스가 분해 및 흡착하기 어려워져, 성막 속도가 저하하기 시작하는 것을 알 수 있다. 특히, 성막 온도가 250℃미만이 되면, 표면 반응이 생길 확률이 저하하여, 성막 속도의 저하가 심해지는 것을 알 수 있다. 또한, 성막 온도가 550℃를 넘으면 기상 반응이 지배적이고, 성막 속도가 급격하게 커지는 것을 알 수 있다. 또한, 성막 온도가 630℃를 넘으면 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워지고, 그 제어가 어려워지는 것을 확인하였다. 이상으로부터, MCS가스를 이용하여 본 실시 형태의 수법에 의해 실리콘 질화막을 형성하는 경우, 성막 온도를 250℃이상 630℃이하, 바람직하게는 300℃이상 500℃이하로 하는 것이 좋은 것이 판명되었다.
(제2 실시예)
다음으로 제2 실시예에 대해서 설명한다. 본 실시예에서는, 전술의 제1실시 형태의 성막 시퀀스에 의해 웨이퍼 상에 실리콘 질화막을 형성하고, 막중 염소(Cl)강도를 측정하였다. 실리콘 함유 가스로서는 MCS가스, DCS가스를 이용하였다. 성막 온도(웨이퍼 온도)는 300℃로부터 630℃의 범위 내의 온도로 하였다. 그 이외의 성막 조건(각 스텝에서의 처리 조건)은, 전술의 제1 실시 형태에 기재된 처리 조건 범위 내의 조건으로 하였다. 그 결과를 도 12에 도시한다.
도 12는, 실리콘 질화막의 성막 온도와 막 중 Cl강도의 관계를 도시하는 도면이다. 도 12의 횡축은 웨이퍼의 온도, 즉 성막 온도(℃)를, 종축은 막 중 Cl강도[임의 단위(a.u.)]를 도시하고 있다. 도 12의 검정 동그라미(●)는 MCS가스를 이용하여 성막한 경우(실시예)를, 흰 동그라미(○)는 DCS가스를 이용하여 성막한 경우(비교예)를 각각 나타내고 있다. 또한, 막 중 Cl농도의 경향은 막 중 Cl강도의 경향에 대응하는 것부터, 이 막 중 Cl강도의 데이터로부터 막 중 Cl농도의 경향을 알 수 있다.
도 12로부터, 성막 온도가 630℃이하의 온도 범위에서는, MCS가스를 이용하여 성막한 실리콘 질화막(실시예)이, DCS가스를 이용하여 성막한 실리콘 질화막(비교예)보다도, 막 중 Cl강도가 낮아지는 것을 알 수 있다. 또한, 이러한 경향은 성막 온도가 낮아질수록 현저해지는 것을 알 수 있다. 즉, 성막 온도가 낮아질수록 실시예와 비교예의 사이에 막 중 Cl강도의 차이가 커지는 것을 알 수 있다. 또한, 성막 온도가 630℃를 넘으면, 실시예와 비교예의 사이에 막 중 Cl강도에 대부분 차이가 없는 것을 확인하였다. 이상으로부터, 염소(Cl) 함유율이 낮은 MCS가스를 이용하는 것으로, 성막 온도가 630℃이하의 온도 범위에서 실리콘 질화막 중의 염소 농도를 저감할 수 있고, 또한 성막 온도를 낮게 할수록 염소 농도를 보다 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.
(제3 실시예)
다음에 제3 실시예에 대해서 설명한다.
본 실시예에서는, 전술의 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에 의해 웨이퍼 상에 실리콘 질화막을 형성하고, 막 밀도 및 웨트 에칭 레이트(WER)를 각각 측정하였다. 또한, 실리콘 질화막을 웨트 에칭할 때는, 농도 1%의 불화수소 함유액을 이용하였다. 실리콘 함유 가스로서는 MCS가스, DCS가스, 디실란(DS) 가스를 이용하였다. 성막 온도(웨이퍼 온도)는 350℃로부터 500℃의 범위 내의 온도로 하였다. 그 이외의 성막 조건(각 스텝에서의 처리 조건)은, 전술의 제1실시 형태에 기재한 처리 조건범위 내의 조건으로 하였다. 그 결과를 도 13 및 도 14에 도시한다.
도 13은, 실리콘 질화막의 성막 온도와 막 밀도와의 관계를 도시하는 도면이다. 도 13의 횡축은 웨이퍼의 온도, 즉 성막 온도(℃)를, 종축은 막 밀도[임의단위(a.u.)]를 나타내고 있다. 도 13의 검정 동그라미(●)는 MCS가스를 이용하여 성막한 경우(실시예)를, 흰 동그라미(○)는 DCS가스를 이용하여 성막한 경우(비교예)를, 흰 네모(□)는 DS가스를 이용하여 성막한 경우(참고예)를 각각 나타내고 있다.
도 13으로부터, 염소 함유율이 낮은 MCS가스를 이용하여 성막한 실리콘 질화막(실시예)이, DCS가스를 이용하여 성막한 실리콘 질화막(비교예)보다도 막 밀도가 높은(치밀한) 것을 알 수 있다. 또한, 염소를 포함하지 않는 DS가스를 이용하여 성막한 실리콘 질화막(참고예)의 막 밀도가 가장 높은 것으로부터, 실리콘 질화막을 치밀화시키기 위해서는, 실리콘 질화막 중의 염소의 양을 저감하는 것이 유효한 것을 알 수 있다. 또한, 성막 온도를 높이는 것으로 실리콘 질화막을 치밀화할 수 있는 것도 알 수 있다.
도 14는, 실리콘 질화막의 막 밀도와 웨트 에칭 레이트(WER)의 관계를 도시하는 도면이다. 도 14의 횡축은 막 밀도[임의 단위(a.u.)]를, 종축은 농도 1%의 불화수소 함유액을 이용한 웨트 에칭 시에 웨트 에칭 레이트[임의 단위(a.u.)]를 나타내고 있다. 도 14의 검정 동그라미(●)는 MCS가스를 이용하여 성막한 경우(실시예)를, 흰 동그라미(○)는 DCS가스를 이용하여 성막한 경우(비교예)를, 흰 네모(□)는 DS가스를 이용하여 성막한 경우(참고예)를 각각 나타내고 있다.
도 14로부터, 실리콘 질화막의 막 밀도를 높이는 것으로, 웨트 에칭 레이트를 작게 할 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 염소(Cl)함유율이 낮은 실리콘 함유 가스를 이용하는 것으로, 실리콘 질화막을 치밀화시킬 수 있고, 불화수소에 대한 내성을 높일 수 있는 것을 알 수 있다.
(제4 실시예)
다음으로 제4 실시예에 대해서 설명한다. 본 실시예에서는, 도 9, 도 10에 예시한 제2 실시 형태의 변형예 1에 따른 성막 시퀀스(스텝 5b를 생략하고, 스텝 4b와 스텝 6b를 연속해서 수행하는 성막 시퀀스)에 의해, 웨이퍼 상에 실리콘 질화막을 형성하여 3개의 샘플(샘플1?3)을 작성하였다. 또한, 원료 가스로서는 MCS가스를, 질소 함유 가스로서는 NH3가스를 이용하고, 제1 개질 공정에서는 제1 개질 가스로서 H2가스를, 제2 개질 공정에서는 제2 개질 가스로서 N2가스를 이용하였다. 또한, 샘플 1?3을 작성할 때의 웨이퍼의 온도(성막 온도)는, 순서대로 400℃, 450℃, 500℃로 하였다.
또한, 도 3, 도 4에 예시한 제1 실시 형태에 따른 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼 상에 실리콘 질화막을 형성하여 3개의 샘플(샘플 4?6)을 형성하였다. 또한, 원료 가스로서는 MCS가스를, 질소 함유 가스로서는 NH3가스를 이용하였다. 또한, 샘플 4?6을 작성할 때의 웨이퍼의 온도(성막 온도)는, 순서대로 400℃, 450℃, 500℃로 하였다.
또한, 참고예로서, 처리실 내에 수용된 웨이퍼에 대하여 DCS가스를 공급하는 공정과, 처리실 내를 퍼지하는 공정과, 처리실 내의 웨이퍼에 대하여 플라즈마 여기시킨 H2가스를 공급하는 공정과, 처리실 내의 웨이퍼에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3가스를 공급하는 공정과, 처리실 내의 웨이퍼에 대하여 플라즈마 여기시킨 N2가스를 공급하는 공정을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수 반복하는 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼 상에 실리콘 질화막을 형성하여 5개의 샘플(샘플 7?11)을 작성하였다. 또한, 샘플 7?11을 작성할 때의 웨이퍼의 온도(성막 온도)는, 순서대로, 350℃, 400℃, 450℃, 500℃, 550℃로 하였다.
또한, 참고예로서, 처리실 내에 수용된 웨이퍼에 대하여 DCS가스를 공급하는 공정과, 처리실 내를 퍼지하는 공정과, 처리실 내의 웨이퍼에 대하여 플라즈마 여기시킨 NH3가스를 공급하는 공정과, 처리실 내를 퍼지하는 공정을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수 반복하는 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼 상에 실리콘 질화막을 형성하여 5개의 샘플(샘플 12?16)을 형성하였다. 또한, 샘플 12?16을 작성할 때의 웨이퍼의 온도(성막 온도)는, 순서대로 350℃, 400℃, 450℃, 500℃, 550℃로 하였다.
또한, 샘플들은 전부 도 6에 도시한 플라즈마 발생부가 2개 설치된 기판 처리 장치를 이용하여 작성하고, 그 때 처리실 내로의 원료 가스(MCS가스 또는 DCS가스)의 공급은 플래시 플로우로 수행하도록 하였다. 그 이외의 처리 조건은, 전술의 실시 형태에 있어서의 각 공정의 처리 조건의 범위 내의 값으로 설정하였다.
그리고, 각 샘플에 있어서의, 실리콘 질화막의 웨트 에칭 레이트(WER)를 각각 측정하였다. 또한, 실리콘 질화막을 웨트 에칭할 때는, 농도 1%의 불화수소 함유액을 이용하였다.
도 15의 (a)는, 실리콘 질화막의 WER과 성막 온도와의 관계를 도시하는 도면이다. 도 15의 (a)의 횡축은 실리콘 질화막 형성 시의 성막 온도를, 종축은 WER(Å/min)을 각각 나타내고 있다. 또한, 여기서 말하는 WER란, 웨이퍼 면내에 있어서의 평균치를 의미하고 있다. 도면 중의 ●표시는, 왼쪽으로부터 순서대로 샘플 1?3(실시예)를, ▲표시는, 왼쪽으로부터 순서대로 샘플 4?6(실시예)를, ■표시는, 왼쪽으로부터 순서대로 샘플 7?11(참고예)를, ◆표시는, 왼쪽으로부터 순서대로 샘플 12?16(참고예)을 각각 나타내고 있다. 또한, 도 15의 (b)는, 도 15의 (a)의 부분 확대 도, 즉 WER이 350(Å/min)이하인 범위를 발췌해서 확대한 도면이다.
도 15의 (a) 및 (b)에 의하면, 550℃이하의 저온 영역에 있어서, 샘플 1?3(실시예)의 실리콘 질화막은, 샘플 4?6(실시예)의 실리콘 질화막과 비교하여, 각각 WER이 더욱 작아져 있어, 불화수소에 대한 내성이 더욱 향상되어 있는 것을 알 수 있다. 이는, 제1 개질 공정 및 제2 개질 공정을 수행하는 것으로, H2가스나 N2가스를 플라즈마 여기시키는 것으로 생성되는 활성종(여기종)이 실리콘 함유층이나 실리콘 질화층에 포함되는 수소나 염소 등의 불순물을 효율적으로 탈리시키고, 이에 의해 실리콘 질화막의 막질이 향상했기 때문으로 생각된다. 또한, 샘플 1?3(실시예)의 실리콘 질화막은, 면내에 있어서의 WER균일성, 즉, 면내에 있어서의 막질 균일성이 양호해지고, 또한, 면내에 있어서의 막 두께 균일성도 양호해지는 것을 확인하였다.
또한, 도 15의 (a) 및 (b)에 의하면, 550℃이하의 저온 영역에 있어서, 샘플 1?3(실시예)의 실리콘 질화막은, 샘플 7?16(참고예)의 실리콘 질화막과 비교하여 각각 WER이 작아져 있고, 불화수소에 대한 내성이 향상되어 있는 것을 알 수 있다. 이는, 원료 가스로서, DCS보다도 염소 함유율이 낮은 MCS가스를 이용함에 따라 실리콘 질화막 중의 염소 농도를 저감시킬 수 있고, 이에 의해 실리콘 질화막의 불화수소에 대한 내성이 향상되었기 때문으로 생각된다. 또한, MCS가스를 이용하는 효과는, 샘플 4?6(실시예)의 실리콘 질화막의 WER이, 샘플 12?16(참고예)의 실리콘 질화막의 WER보다도 작은 것으로부터도 명확하다고 할 수 있다.
이 결과로부터, 원료 가스로서 MCS가스를 이용하고, MCS가스 공급 공정의 후로서 NH3가스 공급 공정의 전 및 NH3가스 공급 공정의 후로서 MCS가스 공급 공정의 전에 전술의 제1 및 제2개질 공정을 각각 수행하는 것에 의해, 실리콘 질화막의 불화수소에 대한 내성(즉, 막질)을 더욱 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 원료 가스로서 MCS가스를 이용하는 것에 의해, 개질 공정의 실시 시간을 단축시켜도 양호한 막질의 실리콘 질화막을 성막할 수 있게 되기 때문에, 성막 시의 생산성을 더욱 향상할 수 있는 것도 알 수 있다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하에, 본 발명의 바람직한 형태에 대해서 부기(付記)한다.
(부기 1)
본 발명의 일 형태에 의하면,
처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정; 및
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정;
을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것으로, 상기 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 2)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정 후의 소정 기간 및 상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 후의 소정 기간 중 일방의 기간에 있어서, 상기 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 수행하고,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정 후의 소정 기간 및 상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 후의 소정 기간 중 상기 일방의 기간과는 다른 타방의 기간에 있어서, 상기 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정을 수행한다.
(부기 3)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정 후의 상기 질소 함유 가스의 공급 정지 기간 및 상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 후의 상기 모노클로로실란 가스의 공급 정지 기간 중 일방의 기간에 있어서, 상기 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 수행하고,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정 후의 상기 질소 함유 가스의 공급 정지 기간 및 상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 후의 상기 모노클로로실란 가스의 공급 정지 기간 중 상기 일방의 기간과는 다른 타방의 기간에 있어서, 상기 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정을 수행한다.
(부기 4)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정 후로서 상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 전 기간 및 상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 후로서 상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정 전 기간 중 일방의 기간에 있어서, 상기 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 수행하고,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정 후로서 상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 전 기간 및 상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 후로서 상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정 전 기간 중 상기 일방의 기간과는 다른 타방의 기간에 있어서, 상기 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정을 수행한다.
(부기 5)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 기판 상에 실리콘 함유층을 형성하고,
상기 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 실리콘 함유층에 대하여 제1 개질 처리를 수행하고,
상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 제1 개질 처리가 수행된 상기 실리콘 함유층을 실리콘 질화층으로 변화시키고,
상기 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정에서는, 상기 실리콘 질화층에 대하여 제2 개질 처리를 수행한다.
(부기 6)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 기판 상에 실리콘 함유층을 형성하고,
상기 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정에서는, 상기 실리콘 함유층에 대하여 제1 개질 처리를 수행하고,
상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 제1 개질 처리가 수행된 상기 실리콘 함유층을 실리콘 질화층으로 변화시키고,
상기 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 실리콘 질화층에 대하여 제2 개질 처리를 수행한다.
(부기 7)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 기판 상에 실리콘 함유층을 형성하고,
상기 질소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 실리콘 함유층을 실리콘 질화층으로 변화시키고,
상기 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 실리콘 질화층에 대하여 제1 개질 처리를 수행하고,
상기 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정에서는, 상기 실리콘 질화층에 대하여 제2 개질 처리를 수행한다.
(부기 8)
부기 1?7의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 질소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 함유 가스를 공급한다.
(부기 9)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정; 및
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정
을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것으로, 상기 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 10)
부기 1?9의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여, 복수의 여기부에 있어서 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를, 상기 복수의 여기부 각각으로부터 공급한다.
(부기 11)
부기 1?10의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여, 복수의 여기부에 있어서 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 상기 복수의 여기부에 있어서 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 상기 복수의 여기부 각각으로부터 공급한다.
(부기 12)
부기 1?11의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여, 복수의 여기부에 있어서 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를, 상기 복수의 여기부 각각으로부터 공급한다.
(부기 13)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여, 복수의 여기부에 있어서 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 상기 복수의 여기부 각각으로부터 공급하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여, 상기 복수의 여기부에 있어서 플라즈마 여기시킨 질소 함유 가스를 상기 복수의 여기부 각각으로부터 공급하는 공정; 및
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여, 상기 복수의 여기부에 있어서 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 복수의 여기부에 있어서 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 상기 복수의 여기부 각각으로부터 공급하는 공정;
을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것으로, 상기 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 14)
부기 10?13의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 복수의 여기부는, 상기 기판의 중심과 상기 처리실 내에 공급된 가스를 배기하는 배기구의 중심을 연결하는 직선을 대상 축으로서 선대칭이 되도록 배치된다.
(부기 15)
부기 10?13의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 복수의 여기부는 상기 기판의 중심을 사이에 두고 대향하도록 배치된다.
(부기 16)
부기 10?13의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 복수의 여기부는 2개 설치되고, 상기 2개의 여기부와 상기 처리실 내에 공급된 가스를 배기하는 배기구를 잇는 직선이 이등변 삼각형을 구성하도록 배치된다.
(부기 17)
부기 1?16의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 실리콘 질화막을 형성하는 공정에서는 상기 기판을 회전시킨다.
(부기 18)
부기 1?17의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 실리콘 질화막을 형성하는 공정에서는, 상기 기판의 온도를 250℃이상 630℃이하로 한다.
(부기 19)
부기 1?17의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 실리콘 질화막을 형성하는 공정에서는, 상기 기판의 온도를 300℃이상 500℃이하로 한다.
(부기 20)
부기 1?19의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 질소 함유 가스는 암모니아 가스를 포함하고,
상기 수소 함유 가스는 수소 가스를 포함하고,
상기 희가스는 아르곤 가스 및 헬륨 가스 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
(부기 21)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정; 및
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정
을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것으로, 상기 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하는 공정을 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기 22)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실;
상기 처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 제1 가스 공급계;
상기 처리실 내의 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 제2 가스 공급계;
상기 처리실 내의 기판에 대하여 수소 함유 가스를 공급하는 제3 가스 공급계;
상기 처리실 내의 기판에 대하여 질소 가스 및 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 제4 가스 공급계;
가스를 플라즈마 여기 또는 열 여기시키는 여기부; 및
상기 처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것으로, 상기 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하도록, 상기 제1 가스 공급계, 상기 제2 가스 공급계, 상기 제3 가스 공급계, 상기 제4 가스 공급계 및 상기 여기부를 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 23)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 순서;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 순서;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 순서; 및
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 순서;
를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것으로, 상기 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하는 순서를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램이 제공된다.
(부기 24)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 순서;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 순서;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 순서; 및
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 순서;
를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것으로, 상기 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하는 순서를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
121: 컨트롤러(제어부) 200: 웨이퍼(기판)
201: 처리실 302: 처리로
203: 반응관 207: 히터
231: 배기관 232a: 제1 가스 공급관
232b: 제2 가스 공급관 233c: 제3 가스 공급관
232g: 제4 가스 공급관 232h: 제5 가스 공급관
233i: 제6 가스 공급관 232j: 제7 가스 공급관
232m: 제8 가스 공급관 233m: 제9 가스 공급관
238a: 제1 노즐 238b: 제2 노즐
238c: 제3노즐 237b, 237c: 버퍼실
201: 처리실 302: 처리로
203: 반응관 207: 히터
231: 배기관 232a: 제1 가스 공급관
232b: 제2 가스 공급관 233c: 제3 가스 공급관
232g: 제4 가스 공급관 232h: 제5 가스 공급관
233i: 제6 가스 공급관 232j: 제7 가스 공급관
232m: 제8 가스 공급관 233m: 제9 가스 공급관
238a: 제1 노즐 238b: 제2 노즐
238c: 제3노즐 237b, 237c: 버퍼실
Claims (14)
- 처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기(勵起)시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기 또는 열(熱) 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정; 및
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정;
을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것으로, 상기 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정 후의 소정 기간 및 상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 후의 소정 기간 중 일방(一方)의 기간에 있어서, 상기 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 수행하고,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정 후의 소정 기간 및 상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 후의 소정 기간 중 상기 일방의 기간과는 다른 타방(他方)의 기간에 있어서, 상기 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정 후의 상기 질소 함유 가스의 공급 정지 기간 및 상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 후의 상기 모노클로로실란 가스의 공급 정지 기간 중 일방의 기간에 있어서, 상기 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 수행하고,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정 후의 상기 질소 함유 가스의 공급 정지 기간 및 상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 후의 상기 모노클로로실란 가스의 공급 정지 기간 중 상기 일방의 기간과는 다른 타방의 기간에 있어서, 상기 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정 후로서, 상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 전(前) 기간 및 상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 후로서, 상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정 전 기간 중 일방의 기간에 있어서, 상기 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정을 수행하고,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정 후로서 상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 전 기간 및 상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정 후로서, 상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정 전 기간 중 상기 일방의 기간과는 다른 타방의 기간에 있어서, 상기 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 기판 상에 실리콘 함유층을 형성하고,
상기 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 실리콘 함유층에 대하여 제1 개질 처리를 수행하고,
상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 제1 개질 처리가 수행된 상기 실리콘 함유층을 실리콘 질화층으로 변화시키고,
상기 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정에서는, 상기 실리콘 질화층에 대하여 제2 개질 처리를 수행하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 기판 상에 실리콘 함유층을 형성하고,
상기 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정에서는, 상기 실리콘 함유층에 대하여 제1 개질 처리를 수행하고,
상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 제1 개질 처리가 수행된 상기 실리콘 함유층을 실리콘 질화층으로 변화시키고,
상기 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 실리콘 질화층에 대하여 제2 개질 처리를 수행하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 기판 상에 실리콘 함유층을 형성하고,
상기 질소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 실리콘 함유층을 실리콘 질화층에 변화시키고,
상기 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 실리콘 질화층에 대하여 제1 개질 처리를 수행하고,
상기 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정에서는, 상기 실리콘 질화층에 대하여 제2 개질 처리를 수행하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 질소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여, 복수의 여기부에 있어서 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 상기 복수의 여기부 각각으로부터 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여, 복수의 여기부에 있어서 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 상기 복수의 여기부에 있어서 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 상기 복수의 여기부 각각으로부터 공급하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여, 복수의 여기부에 있어서 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 상기 복수의 여기부 각각으로부터 공급하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 실리콘 질화막을 형성하는 공정에서는, 상기 기판의 온도를 250℃이상 630℃이하로 하는 반도체 장치의 제조 방법. - 처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 공정; 및
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 것인가를 공급하는 공정;
을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것으로, 상기 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하는 공정을 포함하는 기판 처리 방법. - 기판을 수용하는 처리실;
상기 처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 제1 가스 공급계;
상기 처리실 내의 기판에 대하여 질소 함유 가스를 공급하는 제2 가스 공급계;
상기 처리실 내의 기판에 대하여 수소 함유 가스를 공급하는 제3 가스 공급계;
상기 처리실 내의 기판에 대하여 질소 가스 및 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 제4 가스 공급계;
가스를 플라즈마 여기 또는 열 여기 시키는 여기부; 및
상기 처리실 내의 기판에 대하여 모노클로로실란 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 수소 함유 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기 또는 열 여기시킨 질소 함유 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 플라즈마 여기시킨 질소 가스 및 플라즈마 여기시킨 희가스 중 적어도 어느 하나를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것으로, 상기 기판 상에 실리콘 질화막을 형성하도록, 상기 제1 가스 공급계, 상기 제2 가스 공급계, 상기 제3 가스 공급계, 상기 제4 가스 공급계 및 상기 여기부를 제어하는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치.
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