KR20120139562A - 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 저유전율화, 웨트 에칭 내성의 향상 및 리크 전류의 저감화가 달성된 SiBCN막을 형성하는 것이 가능한 성막 방법을 제공한다.
(해결 수단) 피(被)처리체(W)가 수용되어 진공 흡인 가능하게 이루어진 처리 용기 내에, 보론 함유 가스와 질화 가스와 실란계 가스와 탄화 수소 가스를 공급하여 피처리체의 표면에 보론과 질소와 실리콘과 탄소를 포함하는 박막을 형성하는 성막 방법에 있어서, 보론 함유 가스와 질화 가스를 교대로 간헐적으로 공급하는 사이클을 1회 이상 행하여 BN막을 형성하는 제1 공정과, 실란계 가스와 탄화 수소 가스와 질화 가스를 간헐적으로 공급하는 사이클을 1회 이상 행하여 SiCN막을 형성하는 제2 공정을 갖는다. 이에 따라, 저유전율화, 웨트 에칭 내성의 향상 및 리크 전류의 저감화가 달성된 보론과 질소와 실리콘과 탄소를 포함하는 박막을 형성한다.

Description

성막 방법 및 성막 장치{FILM FORMING METHOD AND FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피(被)처리체에 박막을 형성하는 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는 실리콘 기판 등으로 이루어지는 반도체 웨이퍼에 대하여, 성막 처리, 에칭 처리, 산화 처리, 확산 처리, 개질 처리, 자연 산화막의 제거 처리 등의 각종의 처리가 행해진다. 이들 처리는, 웨이퍼를 1매씩 처리하는 매엽식의 처리 장치나 복수매의 웨이퍼를 한 번에 처리하는 배치식의 처리 장치로 행해진다. 예를 들면 이들 처리를 종형의, 소위 배치식의 처리 장치에서 행하는 경우에는, 우선, 반도체 웨이퍼를 복수매, 예를 들면 25매 정도 수용할 수 있는 카세트로부터, 반도체 웨이퍼를 종형(縱型)의 웨이퍼 보트로 이동 적재하여 이것에 다단으로 지지시킨다.
이 웨이퍼 보트는, 예를 들면 웨이퍼 사이즈에 따라 다르지만 30∼150매 정도의 웨이퍼를 올려놓을 수 있다. 이 웨이퍼 보트는, 배기 가능한 처리 용기 내에 그 하방으로부터 반입(로드)된 후, 처리 용기 내가 기밀하게 유지된다. 그리고, 처리 가스의 유량, 프로세스 압력, 프로세스 온도 등의 각종의 프로세스 조건을 제어하면서 소정의 열처리가 행해진다.
여기에서 상기 반도체 집적 회로의 특성을 향상시키는 요인의 하나로서, 집적 회로 중의 절연막의 특성을 향상시키는 것은 중요하다. 상기 집적 회로 중의 절연막으로서는, 일반적으로는 SiO2, PSG(Phospho Silicate Glass), P(플라즈마)-SiO, P(플라즈마)-SiN, SOG(Spin On Glass), Si3N4(실리콘 질화막) 등이 이용된다. 그리고, 특히 실리콘 질화막은, 절연 특성이 실리콘 산화막보다 비교적 양호한 점 및, 에칭 스토퍼막이나 층간 절연막으로서도 충분히 기능하는 점에서 다양한 용도로 사용되는 경향이 있다.
그리고, 최근에 있어서는 회로 소자의 특성의 향상을 목적으로 하여 더 한층의 저유전율화(Low-k화) 및 에칭에 대한 더 한층의 내성의 향상의 요구가 강하게 요망되고 있다. 이러한 상황 하에 있어서, 종형의, 소위 배치식의 종형의 처리 장치에 있어서도, 웨이퍼를 그렇게 고온에 노출시키지 않아도 목적으로 하는 처리가 가능한 점에서, 원료 가스 등을 간헐적으로 공급하면서 원자 레벨로 1층∼수층씩, 혹은 분자 레벨로 1층∼수층씩 반복하여 성막하는 방법이 제안되어 있다. 이러한 성막 방법은 일반적으로는 ALD(Atomic Layer Deposition)라고 칭해지고 있다.
예를 들면 특허문헌 1에서는, 리모트 플라즈마 원자층 증착법(RP-ALD)을 이용하여 실리콘 나이트라이드 박막(SiN막)과 보론 나이트라이드막(BN막)을 교대로 다층으로 적층하여 다층의 래미네이트 구조의 막을 형성하는 성막 방법이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 열처리에 의해 실리콘 나이트라이드막에 에칭 내성의 향상에 유효한 탄소(C)를 첨가시켜 저유전율화와 에칭 내성의 향상을 도모하도록 한 SiCN막의 ALD법에 의한 성막 방법도 제안되어 있다.
일본공개특허공보 2004-047956호 일본공개특허공보 2008-227460호 일본공개특허공보 2006-287194호
그런데, 상기한 각종의 실리콘 나이트라이드계의 절연막은 종래의 실리콘 질화막의 절연막보다도 저유전율화되고, 그리고 에칭 내성에도 우수하지만, 필요시 되는 특성에 충분히 달하는 것은 아니었다. 특히, 이 절연막의 리크 전류에 대한 특성은 충분한 것은 아니었다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이를 유효하게 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명은, 저유전율화, 웨트 에칭 내성의 향상 및 리크 전류의 저감화가 달성된 보론과 질소와 실리콘과 탄소를 포함하는 박막(SiBCN막)을 형성하는 것이 가능한 성막 방법 및 성막 장치이다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 발명은, 피처리체가 수용되어 진공 흡인 가능하게 이루어진 처리 용기 내에, 보론 함유 가스와 질화 가스와 실란계 가스와 탄화 수소 가스를 공급하여 상기 피처리체의 표면에 보론과 질소와 실리콘과 탄소를 포함하는 박막을 형성하는 성막 방법에 있어서, 상기 보론 함유 가스와 상기 질화 가스를 교대로 간헐적으로 공급하는 사이클을 1회 이상 행하여 BN막을 형성하는 제1 공정과, 상기 실란계 가스와 상기 탄화 수소 가스와 상기 질화 가스를 간헐적으로 공급하는 사이클을 1회 이상 행하여 SiCN막을 형성하는 제2 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 성막 방법이다.
이에 따라, 보론과 질소와 실리콘과 탄소를 포함하는 박막(SiBCN막)의 저유전율화, 웨트 에칭 내성의 향상 및 리크 전류의 저감화를 달성하는 것이 가능해진다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발명은, 피처리체에 대하여 소정의 박막을 형성하기 위한 성막 장치에 있어서, 진공 흡인 가능하게 이루어진 종형의 통체 형상의 처리 용기와, 상기 피처리체를 복수단으로 보유지지(保持: holding)하여 상기 처리 용기 내에 삽탈되는 보유지지 수단과, 상기 처리 용기의 외주에 설치되는 가열 수단과, 상기 처리 용기 내로 실란계 가스를 공급하는 실란계 가스 공급 수단과, 상기 처리 용기 내로 질화 가스를 공급하는 질화 가스 공급 수단과, 상기 처리 용기 내로 보론 함유 가스를 공급하는 보론 함유 가스 공급 수단과, 상기 처리 용기 내로 탄화 수소 가스를 공급하는 탄화 수소 가스 공급 수단과, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 상기 성막 방법을 실행하도록 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 성막 장치이다.
본 발명의 성막 방법 및 성막 장치에 의하면, 다음과 같은 작용 효과를 발휘할 수 있다.
피처리체가 수용되어 진공 흡인 가능하게 이루어진 처리 용기 내에, 보론 함유 가스와 질화 가스와 실란계 가스와 탄화 수소 가스를 공급하여 피처리체의 표면에 보론과 질소와 실리콘과 탄소를 포함하는 박막을 형성하는 성막 방법에 있어서, 보론과 질소와 실리콘과 탄소를 포함하는 박막(SiBCN막)의 저유전율화, 웨트 에칭 내성의 향상 및 리크 전류의 저감화를 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 성막 장치의 일 예를 나타내는 종단면 구성도이다.
도 2는 성막 장치(가열 수단은 생략)를 나타내는 횡단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 성막 방법의 제1 실시예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 4는 본 발명의 성막 방법의 제1 실시예에 있어서의 각종 가스의 공급의 타이밍을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 5는 본 발명의 성막 방법의 제1 실시예에 의해 형성되는 적층 구조의 박막을 나타내는 단면도이다.
도 6은 각 막의 희(希)불화 수소에 대한 에칭량 및 비유전율과 리크 전류를 나타내는 그래프이다.
도 7은 SiBCN막을 형성했을 때의 사이클 수의 성막 조건과 각 특성의 상대 평가를 나타내는 표이다.
도 8은 성막 레이트의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 성막 방법의 제2 실시예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 10은 본 발명의 성막 방법의 제2 실시예에 있어서의 중간 공정의 각종 가스의 공급의 타이밍을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 11은 본 발명의 성막 방법의 제2 실시예에 의해 형성되는 적층 구조의 박막을 나타내는 단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하에, 본 발명에 따른 성막 방법 및 성막 장치의 일 실시예를 첨부 도면에 기초하여 상술한다. 도 1은 본 발명에 따른 성막 장치의 일 예를 나타내는 종단면 구성도, 도 2는 성막 장치(가열 수단은 생략)를 나타내는 횡단면 구성도이다. 또한, 여기에서는 실란계 가스로서 디클로로실란(DCS)을 이용하고, 질화 가스로서 암모니아 가스(NH3)를 이용하고, 보론 함유 가스로서 BCl3 가스를 이용하고, 탄화 수소 가스로서 C2H4 가스(에틸렌 가스)를 이용하고, 보론과 질소와 실리콘과 탄소를 포함하는 박막인 SiBCN막(보론 탄소 함유의 실리콘 질화막)을 성막하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도시하는 바와 같이, 이 성막 장치(2)는, 하단(下端)이 개구된 천정이 있는 원통체 형상의 처리 용기(4)를 갖고 있다. 이 처리 용기(4)의 전체는, 예를 들면 석영에 의해 형성되어 있고, 이 처리 용기(4) 내의 천정에는, 석영제의 천정판(6)이 설치되어 밀봉되어 있다. 또한, 이 처리 용기(4)의 하단 개구부에는, 예를 들면 스테인리스 스틸에 의해 원통체 형상으로 성형된 매니폴드(8)가 ○링 등의 시일 부재(10)를 개통하여 연결되어 있다. 또한, 스테인리스제의 매니폴드(8)를 설치하지 않고, 전체를 원통체 형상의 석영제의 처리 용기로 구성한 장치도 있다.
상기 처리 용기(4)의 하단은, 상기 매니폴드(8)에 의해 지지되어 있고, 이 매니폴드(8)의 하방으로부터 다수매의 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 다단으로 올려놓은 보유지지 수단으로서의 석영제의 웨이퍼 보트(12)가 승강 가능하게 삽탈이 자유롭게 이루어져 있다. 본 실시예의 경우에 있어서, 이 웨이퍼 보트(12)의 지주(支柱)(12A)에는, 예를 들면 50∼100매 정도의 직경이 300mm인 웨이퍼(W)를 대략 등피치로 다단으로 지지할 수 있도록 되어 있다.
이 웨이퍼 보트(12)는, 석영제의 보온통(14)을 개재하여 테이블(16) 상에 올려놓여져 있고, 이 테이블(16)은, 매니폴드(8)의 하단 개구부를 개폐하는 예를 들면 스테인리스 스틸제의 덮개부(18)를 관통하는 회전축(20) 상에 지지된다. 그리고, 이 회전축(20)의 관통부에는, 예를 들면 자성(磁性) 유체 시일(22)이 개설되어, 이 회전축(20)을 기밀하게 시일하면서 회전 가능하게 지지하고 있다. 또한, 덮개부(18)의 주변부와 매니폴드(8)의 하단부에는, 예를 들면 ○링 등으로 이루어지는 시일 부재(24)가 설치되어 있어, 처리 용기(4) 내의 시일성을 유지하고 있다.
상기한 회전축(20)은, 예를 들면 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(도시하지 않음)에 지지된 아암(26)의 선단(先端)에 부착되어 있고, 웨이퍼 보트(12) 및 덮개부(18) 등을 일체적으로 승강하여 처리 용기(4) 내로 삽탈할 수 있도록 이루어져 있다. 또한, 상기 테이블(16)을 상기 덮개부(18)측으로 고정하여 설치하고, 웨이퍼 보트(12)를 회전시키는 일 없이 웨이퍼(W)의 처리를 행하도록 해도 좋다.
이 매니폴드(8)에는, 처리 용기(4) 내 쪽으로 질화 가스로서, 예를 들면 암모니아(NH3) 가스를 공급하는 질화 가스 공급 수단(28)과, 성막 가스인 실란계 가스로서 예를 들면 DCS(디클로로실란) 가스를 공급하는 실란계 가스 공급 수단(30)과, 보론 함유 가스로서 예를 들면 BCl3 가스를 공급하는 보론 함유 가스 공급 수단(32)과, 탄화 수소 가스로서 예를 들면 C2H4(에틸렌) 가스를 공급하는 탄화 수소 가스 공급 수단(34)과, 퍼지 가스로서 불활성 가스, 예를 들면 N2 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 수단(36)이 설치된다.
구체적으로는, 상기 질화 가스 공급 수단(28)은, 상기 매니폴드(8)의 측벽을 내측으로 관통하여 상방향으로 굴곡되어 연장되는 석영관으로 이루어지는 가스 분산 노즐(38)을 갖고 있다. 이 가스 분산 노즐(38)에는, 그 길이 방향을 따라서 복수(다수)의 가스 분사 구멍(38A)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있어, 각 가스 분사 구멍(38A)으로부터 수평 방향을 향하여 대략 균일하게 암모니아 가스를 분사할 수 있도록 되어 있다.
또한 동일하게 상기 실란계 가스 공급 수단(30)도, 상기 매니폴드(8)의 측벽을 내측으로 관통하여 상방향으로 굴곡되어 연장되는 석영관으로 이루어지는 가스 분산 노즐(40)을 갖고 있다. 이 가스 분산 노즐(40)에는, 그 길이 방향을 따라서 복수(다수)의 가스 분사 구멍(40A)(도 2 참조)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있어, 각 가스 분사 구멍(40A)으로부터 수평 방향을 향하여 대략 균일하게 실란계 가스인 DCS 가스를 분사할 수 있도록 되어 있다.
또한 동일하게 보론 함유 가스 공급 수단(32)도, 상기 매니폴드(8)의 측벽을 내측으로 관통하여 상방향으로 굴곡되어 연장되는 석영관으로 이루어지는 가스 분산 노즐(42)을 갖고 있다. 이 가스 분산 노즐(42)에는, 상기 실란계 가스의 가스 분산 노즐(40)과 동일하게 그 길이 방향을 따라서 복수(다수)의 가스 분사 구멍(42A)(도 2 참조)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있어, 각 가스 분사 구멍(42A)으로부터 수평 방향을 향하여 대략 균일하게 BCl3 가스를 분사할 수 있도록 되어 있다.
또한 동일하게 탄화 수소 가스 공급 수단(34)도, 상기 매니폴드(8)의 측벽을 내측으로 관통하여 상방향으로 굴곡되어 연장되는 석영관으로 이루어지는 가스 분산 노즐(44)을 갖고 있다. 이 가스 분산 노즐(44)에는, 상기 실란계 가스의 가스 분산 노즐(44)과 동일하게 그 길이 방향을 따라서 복수(다수)의 가스 분사 구멍(44A)(도 2 참조)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있어, 각 가스 분사 구멍(44A)으로부터 수평 방향을 향하여 대략 균일하게 C2H4 가스를 분사할 수 있도록 되어 있다.
또한 동일하게 상기 퍼지 가스 공급 수단(36)은, 상기 매니폴드(8)의 측벽을 관통하여 설치한 가스 노즐(46)을 갖고 있다. 상기 각 노즐(38, 40, 42, 44, 46)에는, 각각의 가스 통로(48, 50, 52, 54, 56)가 접속되어 있다. 그리고, 각 가스 통로(48, 50, 52, 54, 56)에는, 각각 개페 밸브(48A, 50A, 52A, 54A, 56A) 및 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(48B, 50B, 52B, 54B, 56B)가 설치되어 있어, NH3 가스, DCS 가스, BCl3 가스, C2H4 가스 및 N2 가스를 각각 유량 제어하면서 공급할 수 있도록 되어 있다.
한편, 상기 처리 용기(4)의 측벽의 일부에는, 그 높이 방향을 따라서 노즐 수용 오목부(60)가 형성됨과 함께, 이 노즐 수용 오목부(60)에 대향하는 처리 용기(4)의 반대측에는, 이 내부 분위기를 진공 배기하기 위해 처리 용기(4)의 측벽을, 예를 들면 상하 방향으로 깎아냄으로써 형성된 가늘고 긴 배기구(62)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 상기 노즐 수용 오목부(60)는, 상기 처리 용기(4)의 측벽을 상하 방향을 따라서 소정의 폭으로 깎아냄으로써 상하로 가늘고 긴 개구(64)를 형성하고, 이 개구(64)를 그 외측으로부터 덮도록 하여 단면 오목부 형상으로 이루어진 상하로 가늘고 긴 예를 들면 석영제의 구획벽(66)을 용기 외벽에 기밀하게 용접 접합함으로써 형성되어 있다.
이에 따라, 이 처리 용기(4)의 측벽의 일부를 오목부 형상으로 외측으로 움푹 팜으로써 일측이 처리 용기(4) 내로 개구되어 연통된 노즐 수용 오목부(60)가 일체적으로 형성되게 된다. 즉 구획벽(66)의 내부 공간은, 상기 처리 용기(4) 내에 일체적으로 연통(communication)된 상태가 되어 있다. 상기 개구(64)는, 웨이퍼 보트(12)에 보유지지되어 있는 모든 웨이퍼(W)를 높이 방향에 있어서 커버할 수 있도록 상하 방향으로 충분히 길게 형성되어 있다. 그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 상기 노즐 수용 오목부(60) 내에 상기 각 가스 분산 노즐(38, 40, 42, 44)이 나란히 설치되어 있다.
한편, 상기 개구(64)에 대향시켜 설치한 배기구(62)에는, 이것을 덮도록 하여 석영으로 이루어지는 단면 ㄷ자 형상으로 성형된 배기구 커버 부재(68)가 용접에 의해 부착되어 있다. 이 배기구 커버 부재(68)는, 상기 처리 용기(4)의 측벽을 따라서 상방으로 연장되어 있고, 처리 용기(4)의 상방에 가스 출구(70)를 형성하고 있다. 이 가스 출구(70)에는, 처리 용기(4) 내를 진공 흡인하는 진공 배기계(72)가 설치된다. 구체적으로는, 이 진공 배기계(72)는, 상기 가스 출구(70)에 접속된 배기 통로(74)를 갖고 있고, 이 배기 통로(74)에는, 개폐 가능하게 이루어짐과 함께 밸브 개도(열림정도: degree of opening)가 조정 가능하게 이루어진 압력 조정 밸브(76) 및 진공 펌프(78)가 순차 개설되어 있다. 그리고, 이 처리 용기(4)의 외주를 둘러싸도록 하여 이 처리 용기(4) 및 이 내부의 웨이퍼(W)를 가열하는 통체 형상의 가열 수단(80)이 설치되어 있다.
그리고, 이상과 같이 구성된 성막 장치(2)의 전체의 동작은, 예를 들면 컴퓨터 등으로 이루어지는 제어 수단(82)에 의해 제어되도록 되어 있고, 이 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은 플렉시블 디스크나 CD(Compact Disc)나 하드 디스크나 플래시 메모리 등의 기억 매체(84)에 기억되어 있다. 구체적으로는, 이 제어 수단(82)으로부터의 지령에 따라, 상기 각 개폐 밸브의 개폐 동작에 의한 각 가스의 공급의 개시, 정지나 유량 제어, 프로세스 온도나 프로세스 압력의 제어 등이 행해진다.
또한, 상기 제어 수단(82)은, 이에 접속되는 유저 인터페이스(도시하지 않음)를 갖고 있고, 이것은 오퍼레이터가 장치를 관리하기 위해 커맨드의 입출력 조작 등을 행하는 키보드나, 장치의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어져 있다. 또한, 통신 회선을 개재하여 상기 각 제어를 위한 통신을 상기 제어 수단(82)에 대하여 행하도록 해도 좋다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 성막 장치(2)를 이용하여 행해지는 본 발명의 성막 방법(소위 ALD 성막)에 대해서 설명한다. 본 발명 방법에서는, 보론 함유 가스와 질화 가스를 교대로 간헐적으로 공급하는 사이클을 1회 이상 행하여 BN막을 형성하는 제1 공정과, 실란계 가스와 탄화 수소 가스와 질화 가스를 간헐적으로 공급하는 사이클을 1회 이상 행하여 SiCN막을 형성하는 제2 공정을 행함으로써, 보론과 질소와 실리콘과 탄소를 포함하는 적층 구조의 박막(SiBCN막)을 형성한다.
＜성막 방법의 제1 실시예＞
우선, 본 발명 방법의 제1 실시예에 대해서 도 3 내지 도 5도 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 성막 방법의 제1 실시예를 나타내는 플로우 차트, 도 4는 본 발명의 성막 방법의 제1 실시예에 있어서의 각종 가스의 공급의 타이밍을 나타내는 타이밍 차트, 도 5는 본 발명의 성막 방법의 제1 실시예에 의해 형성되는 적층 구조의 박막을 나타내는 단면도이다. 우선, 상온의 다수매, 예를 들면 50∼100매의 300mm의 웨이퍼(W)가 올려놓여진 상태의 웨이퍼 보트(12)를 미리 소정의 온도로 이루어진 처리 용기(4) 내에 그 하방으로부터 상승시켜 로드하고, 덮개부(18)로 매니폴드(8)의 하단 개구부를 닫음으로써 용기 내를 밀폐한다.
그리고 처리 용기(4) 내를 진공 흡인하여 소정의 프로세스 압력으로 유지함과 함께, 가열 수단(80)으로의 공급 전력을 증대시킴으로써, 웨이퍼 온도를 상승시켜 프로세스 온도를 유지한다. 상기 BCl3 가스를 보론 함유 가스 공급 수단(32)으로부터 공급하고, NH3 가스를 질화 가스 공급 수단(28)으로부터 공급하고, DCS 가스를 실란계 가스 공급 수단(30)으로부터 공급하고, C2H4 가스를 탄화 수소 가스(34)로부터 공급한다.
구체적으로는, BCl3은 가스 분산 노즐(42)의 각 가스 분사 구멍(42A)으로부터 수평 방향으로 분사되고, NH3 가스는 가스 분산 노즐(38)의 각 가스 분사 구멍(38A)으로부터 수평 방향으로 분사되고, 또한, DCS 가스는 가스 분산 노즐(40)의 각 가스 분사 구멍(40A)으로부터 수평 방향으로 분사되고, 또한 C2H4 가스는 가스 분산 노즐(44)의 각 가스 분사 구멍(44A)으로부터 수평 방향으로 분사된다.
구체적으로는, 도 3 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 보론 함유 가스와 질화 가스를 교대로 간헐적으로 공급하는 사이클을 1회 이상 행하여 BN막을 형성하는 제1 공정(S1)과, 실란계 가스와 탄화 수소 가스와 질화 가스를 간헐적으로 공급하는 사이클을 1회 이상 행하여 SiCN막을 형성하는 제2 공정(S2)을 상기한 순서로 소정의 회수만큼 반복하여 행한다. 이때, 각 가스의 시간적으로 서로 이웃하는 공급 기간의 사이에는, 처리 용기(4) 내의 잔류 가스를 배제하는 퍼지 공정을 행하는 것이 좋다. 또한, 이 퍼지 공정을 설치하지 않아도 좋다. 또한 시간적으로 서로 이웃하는 동일한 가스의 공급 공정끼리간이 1사이클이 된다. 이에 따라, 회전하고 있는 웨이퍼 보트(12)에 지지되어 있는 웨이퍼(W)의 표면에 적층 구조의 SiBCN 박막을 형성한다.
구체적으로는, 이 제1 실시예의 제1 공정(S1)에서는, 처리 용기(4) 내를 미리 진공 흡인한 상태로 보론 함유 가스인 BCl3과 질화 가스인 NH3이 교대로 펄스 형상으로 간헐적으로 공급된다. 임의 펄스 형상의 BCl3의 공급 공정과 다음의 BCl3의 공급 공정과의 사이가 1사이클이며, 여기에서는 복수회, 예를 들면 x회(사이클) 반복하여 행한다. 상기 "x"는 1 이상의 정수이다. BCl3의 공급 공정(도 4(a) 참조)과 NH3의 공급 공정(도 4(b) 참조)과의 사이에는, 전술한 바와 같이 퍼지 공정을 행하는 휴지 기간(86)을 마련하여, 이 퍼지 공정 시에 처리 용기(4) 내의 잔류 가스를 배제한다. 이 퍼지 공정은, 모든 가스의 공급을 정지한 상태로 진공 배기계(72)에서 처리 용기(4) 내의 진공 흡인을 계속적으로 행하도록 해도 좋고, 퍼지 가스를 공급하면서 처리 용기(4) 내를 진공 흡인하도록 해도 좋고, 혹은 양자를 조합하도록 하여 퍼지 공정을 행하도록 해도 좋다.
상기 BCl3 공급 공정 시에 웨이퍼(W)의 표면에 BCl3 가스 분자가 부착되고, 다음으로 NH3 공급 공정에서 NH3 가스를 공급했을 때에 이 NH3이 상기 웨이퍼 표면에 부착되어 있던 BCl3과 반응하여 BN(보론 나이트라이드)이 생성되게 되어, 이 조작이 x사이클만큼 반복되어 BN막(88)이 형성되게 된다.
이때의 프로세스 조건의 일 예는, BCl3의 공급 공정의 기간(T1)은, 예를 들면 5∼30초 정도의 범위 내, 예를 들면 30초 정도, NH3의 공급 공정의 기간(T2)은, 예를 들면 15∼30초 정도의 범위 내, 예를 들면 20초 정도, 퍼지 공정을 행하는 휴지 기간(86)의 길이(T3)는, 예를 들면 1∼10초 정도, 예를 들면 8초 정도이다.
또한 BCl3의 유량은, 예를 들면 1000sccm 정도, NH3의 유량은, 예를 들면 10000sccm 정도이다. 또한 프로세스 온도는, 예를 들면 500∼700℃의 범위 내이다. 이 경우, 온도가 500℃보다도 낮으면, 성막 반응이 충분히 발생하지 않을 뿐만 아니라 성막 레이트도 지나치게 작아지기 때문에 바람직하지 않고, 또한 700℃보다도 높으면, 하층에 형성되어 있는 각종의 막의 특성이 열화되기 때문에 바람직하지 않다. 여기에서 보다 바람직한 프로세스 온도는 550 ~ 630℃의 범위 내이다.
또한, 여기에서는 각 가스의 공급시에는, 처리 용기(4) 내의 분위기를 연속적으로 배기하고 있지만, BCl3 가스의 공급 공정의 일부에서, BCl3 가스의 처리 용기(4) 내로의 공급은 계속적으로 행하면서 진공 배기계(72)의 압력 조정 밸브(76)를 닫힌 상태로 하여 처리 용기(4) 내의 배기를 일시적으로 정지하여 BCl3 가스를 모으도록 한 홀드 기간을 마련하도록 해도 좋다. 이 홀드 기간(t1)(도 4(a) 참조)의 길이는, BCl3의 공급 공정의 전체의 길이의 50∼300％ 정도의 길이이며, 공급 공정의 후반측에서 행하도록 한다. 이 홀드 기간을 마련함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 대한 BCl3 가스의 흡착량을 증가시켜 형성되는 BN막의 두께를 증가시키는 것이 가능해진다.
전술한 바와 같이 하여 제1 공정(S1)이 종료하면, 다음으로 제2 공정(S2)을 행한다. 이 제2 공정에서는, 처리 용기(4) 내를 진공 흡인한 상태로, 여기에서는 실란계 가스인 DCS와 탄화 수소 가스인 C2H4와 질화 가스인 NH3을 이 순서로 간헐적으로 서로 상이한 타이밍으로 순서대로 공급하도록 하고 있다. 즉, 여기에서도 각 가스는 펄스 형상으로 간헐적으로 공급되어 있고, 최초로 DCS가 공급되고, 다음으로 C2H4 가스가 공급되고, 마지막으로 NH3이 공급되고, 이 사이클이 반복하여 행해지고 있다. 즉, 임의 펄스 형상의 DCS의 공급 공정과 다음의 DCS의 공급 공정과의 사이가 1사이클이며, 여기에서는 복수회, 예를 들면 y회(사이클) 반복하여 행한다. 상기 "y"는 1 이상의 정수이다.
이 경우에도, DCS의 공급 공정(도 4(c) 참조)과 C2H4의 공급 공정(도 4(d) 참조)과의 사이, C2H4의 공급 공정(도 4(d) 참조)과 NH3의 공급 공정(도 4(e) 참조)과의 사이 및 NH3의 공급 공정(도 4(e) 참조)과 DCS의 공급 공정(도 4(c) 참조)과의 사이에는, 전술과 동일한 퍼지 공정을 행하는 휴지 기간(90)을 마련하여, 이 퍼지 공정 시에 처리 용기(4) 내의 잔류 가스를 배제하고 있다. 이 퍼지 공정의 태양은 상기 제1 경우와 동일하다.
상기 DCS 공급 공정 시에 웨이퍼(W)의 표면에 DCS 가스 분자가 부착되고, 다음으로 C2H4 공급 공정 시에 이 C2H4 가스 분자가 추가로 부착되고, 그리고 NH3 공급 공정 시에 상기 NH3 가스와 웨이퍼 표면에 부착되어 있던 DCS 가스 및 C2H4 가스가 반응하여 SiCN(탄소 함유 실리콘 나이트라이드)이 생성되게 되어, 이 조작이 y사이클만큼 반복되어 SiCN막(92)이 형성되게 된다.
이때의 프로세스 조건의 일 예는, DCS의 공급 공정의 기간(T4)은, 예를 들면 1∼5초 정도의 범위 내, 예를 들면 3초 정도, C2H4의 공급 공정의 기간(T5)은, 예를 들면 1∼5초 정도의 범위 내, 예를 들면 3초 정도, NH3의 공급 공정의 길이(T6)는, 예를 들면 15∼30초 정도의 범위 내, 예를 들면 25초 정도, 퍼지 공정을 행하는 휴지 기간(90)의 길이는, 예를 들면 1∼10초 정도의 범위 내, 예를 들면 5초 정도이다. 여기에서, 상기 C2H4의 공급 공정의 기간(T5)의 길이를 적절히 선택함으로써, 웨트 에칭 내성에 영향을 미치는 탄소 함유량을 컨트롤할 수 있다.
또한 DCS의 유량은, 예를 들면 500∼2500sccm의 범위 내, C2H4의 유량은, 예를 들면 2000∼5000sccm의 범위 내, NH3의 유량은, 예를 들면 5000∼10000sccm의 범위 내이다. 또한 프로세스 온도는 제1 공정과 동일한 예를 들면 500∼700℃의 범위 내이다. 이 경우, 온도가 500℃보다 낮으면, 성막 반응이 충분하게 일어나지 않을 뿐만 아니라 성막 레이트도 지나치게 작아지기 때문에 바람직하지 않고, 또한 700℃보다 높으면, 하층에 형성되어 있는 각종의 막의 특성이 열화하기 때문에 바람직하지 않다. 여기에서, 보다 바람직한 프로세스 온도는 550 ~ 630℃의 범위 내이다.
이와 같이 하여, 제2 공정이 종료했다면, 이 제1 공정과 제2 공정으로 이루어지는 1사이클을 소정의 사이클 수, 예를 들면 z회 행했는지를 판단한다(S3). 또한, "z"는 1 이상의 정수이며, z＝1이라도 좋다. 상기 판단의 결과, 소정의 사이클 수 z에 도달하고 있지 않은 경우에는(S3의 NO), 상기 제1 공정(S1) 및 제2 공정(S2)을 반복하여 행하고 도 5에 나타내는 바와 같이 BN막(88) 및 SiCN막(92)을 교대로 적층하여 행한다. 그리고, 소정의 사이클 수 z에 도달했다면(S3의 YES), 성막 처리를 종료하게 된다.
이에 따라, 도 5에 나타내는 바와 같은 래미네이트 구조로 이루어진 SiBCN막(96)이 형성되게 된다. 또한, DCS와 C2H4와 NH3의 각 가스를 각각 이 순서로 상이한 타이밍으로 순서대로 간헐적으로 공급하도록 했지만, 이에 한정되지 않고, DCS 가스를 최초로 공급함과 함께, 다른 2개의 가스인 C2H4와 NH3 중 어느 한쪽의 가스를 상기 DCS 가스와 동시에 공급하도록 해도 좋다. 예를 들면 C2H4 가스를 DCS 가스와 동시 공급하도록 하면 DCS와 C2H4의 동시 공급 공정과 NH3의 공급 공정이 교대로 펄스 형상으로 간헐적으로 행해지게 된다.
이상과 같이 형성된 SiBCN막(96)은, 예를 들면 희석 불화 수소에 대한 웨트 에칭 레이트가 매우 작아 웨트 에칭 내성이 높고, 유전율도 낮을 뿐만 아니라, 리크 전류도 억제할 수 있다. 이와 같이 형성된 적층 구조의 SiBCN막(96)의 비유전율은, 예를 들면 4.5∼7.0 미만 정도로서 저유전율화를 달성할 수 있고, 종래 이용하고 있던 SiN막(비유전율: 7.0 정도)의 비유전율과 비교하여 상당히 작게 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 피처리체(W)가 수용되어 진공 흡인 가능하게 이루어진 처리 용기(4) 내에, 보론 함유 가스와 질화 가스와 실란 함유 가스와 탄화 수소 가스를 공급하여 피처리체의 표면에 보론과 질소와 실리콘과 탄소를 포함하는 박막을 형성하는 성막 방법에 있어서, 보론과 질소와 실리콘과 탄소를 포함하는 박막(SiBCN막)의 저유전율화, 웨트 에칭 내성의 향상 및 리크 전류의 저감화를 달성할 수 있다.
＜본 발명 방법에 의한 박막의 평가＞
다음으로, 전술한 바와 같이 본 발명의 성막 방법에 의해 형성된 적층 구조의 SiBCN막(96)에 대해서 각종 특성을 구했기 때문에, 그 평가 결과에 대해서 도 6 및 도 7도 참조하여 설명한다. 여기에서는, 먼저 설명한 본 발명의 성막 방법의 제1 실시예를 이용하여 적층 구조의 SiBCN막을 형성했다. 또한, 비교예로서 상기 제1 실시예에 있어서 C2H4 가스를 이용하지 않고 탄소를 함유시키지 않는 적층 구조의 SiBN막을 형성하여, 각종 특성을 측정했다. 도 6은 각 막의 희불화 수소에 대한 에칭량 및 비유전율과 리크 전류를 나타내는 그래프이며, 도 6(a)는 각 막의 에칭량과 비유전율을 나타내고, 도 6(b)는 각 막의 전계 강도와 리크 전류와의 관계를 나타낸다.
도 7은 상기 SiBCN막을 형성했을 때의 사이클 수의 성막 조건과, 각 특성의 상대 평가를 나타내는 표이다. 도 7 중에서 "x", "y"는 사이클 수를 나타내고 있다. 여기에서는 도 7에 나타내는 바와 같이, SiBCN막을 형성할 때에, 제1 공정의 BN막을 형성하는 사이클 수 x는 "2"이고, 제2 공정의 SiCN막을 형성하는 사이클 수 y는 "1"인 경우와, BN막을 형성하는 사이클 수 x는 "1"이고, 제2 공정의 SiCN막을 형성하는 사이클 수 y는 "2"인 경우의 2종류에 대해서 작성했다.
또한, 제1 공정 및 제2 공정을 포함하는 전체의 사이클 수 z(도 3 참조)는 "1"이다. 또한, 비교예의 SiBN막을 형성하는 경우도, C2H4 가스의 공급을 행하고 있지 않은 점 이외는, 상기 제1 실시예의 SiBCN막의 형성과 동일한 태양으로 행했다. 따라서, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이 (BN)2(SiN)1막과 (BN)1(SiN)2막을 비교예로서 작성했다. 또한, 프로세스 온도는 630℃로 설정되어 있다.
도 6(a)에 있어서, 도면 중의 좌측 반은 비교예의 SiBN막의 특성을 나타내고, 우측 반은 본 발명의 SiBCN막을 나타내고 있다. 도 6(a)의 횡축에는, 웨이퍼 보트(12) 중의 높이 방향에 있어서의 웨이퍼 위치가 나타나 있어, 웨이퍼 보트(12)를 높이 방향으로 5등분의 존으로 구획하여 상방으로부터 하방을 향하여 "T"(톱), TC(톱 센터), C(센터), CB(센터 보텀), B(보텀)로 하여 나타내고 있다. 또한 각 막의 비유전율은 "K"로 하여 나타나고 있다.
여기에서 상기 양막은, 모두 비유전율(K)이 "4.5"인 경우와 "5.5"인 경우가 있었다. 즉, 사이클 수 x가 "2"이고 사이클 수 y가 "1"일 때가 비유전율(K)은 "4.5"이고, 사이클 수 x가 "1"이고 사이클 수 y가 "2"일 때가 비유전율(K)은 "5.5"였다. 이에 따라 탄소(C)의 첨가량은, 비유전율에는 관계하지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 비유전율의 값에 관해서는, 5 이하가 되어 있어, 종래의 절연막인 SiN막의 비유전율인 "7.0"보다도 상당히 낮아져 있는 점에서, 저유전율화가 달성되어 있는 것을 알 수 있다. 또한 동일한 비유전율(K)의 경우를 비교하면, 비교예의 SiBN막보다도 본 발명의 SiBCN막 쪽이 에칭량이 적고 웨트 에칭 내성이 높아, 양호한 특성을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 SiBCN막끼리에서는, (BN)1(SiCN)2쪽이 (BN)2(SiCN)1보다도 에칭량이 작고 웨트 에칭 내성이 높은 것을 알 수 있다. 이에 대하여, 비유전율에 관해서는, 상기의 반대이며, (BN)2(SiCN)1쪽이 (BN)1(SiCN)2보다도 낮은 것을 알 수 있다. 어쨌든, 상기 양 SiBCN막의 특성은 양호한 결과를 나타내고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 양 막은 전계 강도에 대한 리크 전류는 낮아져 양호한 결과를 나타내고 있고, 특히 (BN)2(SiCN)1은, (BN)1(SiCN)2보다도 리크 전류는 낮아져 있어, 보다 양호한 특성을 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 이 결과, 상기 본 발명의 양 막은 모두 양호한 결과를 나타내고 있기 때문에, 사이클 수(반복 수) x, y의 관계는, 적어도 "1/2≤x/y≤2"의 관계식을 충족시킴으로써, 양호한 특성의 SiBCN막이 얻어지는 것을 알 수 있다.
<성막 레이트의 온도 의존성의 평가>
다음으로, 본 발명 방법의 성막 레이트의 온도 의존성에 대해서 실험을 행했기 때문에, 그 평가 결과에 대해서 설명한다. 여기에서는 먼저 설명한 성막 방법을 이용하여 SiBCN막을 형성했다. 다만 프로세스 온도를 450℃에서 650℃의 범위 내에서 변화시키고 있다. 도 8은 성막 레이트의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다. 도 8에서는 횡축에 성막 온도(℃와 1000/T: T=273.1+℃)를 취하고, 종축에 1 사이클의 성막 레이트를 취하고 있다.
이 그래프에 따르면, 프로세스 온도 650℃에서 성막 레이트는 거의 2Å/사이클이지만, 이로부터 온도가 낮아짐에 따라 성막 레이트는 점차로 작아지고 있고, 500℃에서는 거의 1.0Å/사이클로 되어 있다. 그리고, 온도가 더 낮아지면 성막 레이트는 급격히 작아지고 있으며, 온도 450℃에서는 거의 0.4Å/사이클까지 저하하고 있다. 여기에서, 1.0Å/사이클보다 성막 레이트가 지나치게 작아지면 스루풋이 대폭으로 저하하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 프로세스 온도의 하한은 500℃이고, 보다 바람직하게는 성막 레이트가 비교적 큰 거의 1.3Å/사이클 이상이 되는 550℃ 이상인 것을 알 수 있다. 또한, 프로세스 온도가 500℃보다 낮은 경우에는 SiCN 막의 형성이 적어져서 BN막의 점유하는 비율이 지나치게 많아지고, 그 결과 막질이 저하하기 때문에 바람직하지 않다.
＜제2 실시예＞
다음으로 본 발명의 성막 방법의 제2 실시예에 대해서 설명한다. 도 9는 본 발명의 성막 방법의 제2 실시예를 나타내는 플로우 차트, 도 10은 본 발명의 성막 방법의 제2 실시예에 있어서의 중간 공정의 각종 가스의 공급의 타이밍을 나타내는 타이밍 차트, 도 11은 본 발명의 성막 방법의 제2 실시예에 의해 형성되는 적층 구조의 박막을 나타내는 단면도이다. 또한, 먼저 설명한 도 3 내지 도 5에 나타내는 부분과 동일 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
즉, 먼저 설명한 본 발명의 성막 방법의 제2 실시예의 경우에는, 도 3에 나타낸 바와 같이 제1 공정(S1)을 행했다면, 다음으로 제2 공정(S2)을 행하도록 했지만, 이에 한정되지 않고, 도 9에 나타내는 바와 같이, 상기 제1 공정(S1)과 제2 공정(S2)과의 사이에 중간 공정(S1-1)을 행하도록 해도 좋다.
이 중간 공정(S1-1)에서는, 상기 실란계 가스와 상기 질화 가스를 교대로 공급하는 사이클을 1회 이상 행하여 SiN(실리콘 나이트라이드막)을 형성하도록 하고 있다. 구체적으로는, 도 10에 나타내는 바와 같이 실란계 가스인 DCS(도 10(a) 참조)와 NH3(도 10(b) 참조)이 펄스 형상으로 교대로 반복하도록 공급되고, SiN막(98)이 형성된다. 이 결과, 도 11에 나타내는 바와 같이, BN막(88), SiN막(98), SiCN막(92)의 순서로 반복되는 적층형의 SiBCN막(96)이 형성되게 된다.
구체적으로는, 이 중간 공정(S1-1)에서는, 처리 용기(4) 내를 미리 진공 흡인한 상태로 실란계 가스인 DCS와 질화 가스인 NH3이 교대로 펄스 형상으로 간헐적으로 공급된다. 임의 펄스 형상의 DCS의 공급 공정과 다음의 DCS의 공급 공정과의 사이가 1사이클이며, 여기에서는 복수회, 예를 들면 m회(사이클) 반복하여 행한다. 상기 "m"은 1 이상의 정수이다. DCS의 공급 공정(도 10(a) 참조)과 NH3의 공급 공정(도 10(b) 참조)과의 사이에는, 전술한 바와 같이 퍼지 공정을 행하는 휴지 기간(102)을 마련하여, 이 퍼지 공정 시에 처리 용기(4) 내의 잔류 가스를 배제한다. 이 퍼지 공정은, 모든 가스의 공급을 정지한 상태로 진공 배기계(72)로 처리 용기(4) 내의 진공 흡인을 계속적으로 행하도록 해도 좋고, 퍼지 가스를 공급하면서 처리 용기(4) 내를 진공 흡인하도록 해도 좋고, 혹은 양자를 조합하도록 하여 퍼지 공정을 행하도록 해도 좋다.
상기 DCS 공급 공정 시에 웨이퍼(W)의 표면에 DCS 가스 분자가 부착되고, 다음으로 NH3 공급 공정에서 NH3 가스를 공급했을 때에 이 NH3이 상기 웨이퍼 표면에 부착되어 있던 DCS와 반응하여 SiN(실리콘 나이트라이드)이 생성됨으로써, 이 조작이 m사이클만큼 반복되어 SiN막(98)이 형성되게 된다.
이때의 프로세스 조건의 일 예는, DCS의 공급 공정의 기간(T7)은, 예를 들면 1∼5초 정도의 범위 내, 예를 들면 3초 정도, NH3의 공급 공정의 기간(T8)은, 예를 들면 15∼30초 정도의 범위 내, 예를 들면 25초 정도, 퍼지 공정을 행하는 휴지 기간(102)의 길이(T9)는, 예를 들면 1∼10초 정도, 예를 들면 5초 정도이다.
또한 DCS의 유량은, 예를 들면 500∼2500sccm 정도의 범위 내, NH3의 유량은, 예를 들면 5000∼10000sccm 정도의 범위 내이다. 또한 프로세스 온도는, 예를 들면 500∼700℃의 범위 내이다. 이 경우, 온도가 500℃보다도 낮으면, 성막 반응이 충분히 발생하지 않을 뿐만 아니라 성막 레이트도 지나치게 작아지기 때문에 바람직하지 않고, 또한 700℃보다도 높으면, 하층에 형성되어 있는 각종의 막의 특성이 열화되기 때문에 바람직하지 않다. 여기에서 보다 바람직하게는 프로세스 온도는 550~630℃의 온도 범위 내이다.
이 경우에도, 앞의 제1 실시예의 경우와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다. 특히, 이 경우에는, 탄화 수소 가스인 C2H4를 공급하는 회수가 감소하기 때문에, 그 만큼, 막 중에 포함되는 탄소 농도를 감소시켜, 그 함유량을 정밀도 좋게 컨트롤할 수 있다.
또한, 상기 각 실시예에 있어서, 탄화 수소 가스인 C2H4를 공급할 때에도, 도 4(a)를 참조하여 설명한 BCl4의 공급 시에 행한 바와 같은 홀드 기간을 마련하도록 하고, 막 중에 함유되는 탄소(C)의 함유량을 컨트롤하도록 해도 좋다. 또한, 상기 각 실시예에 있어서 행해진 퍼지 공정의 일부, 혹은 전부를 없애 생략하도록 해도 좋다.
또한 상기 실시예에서는, 보론 함유 가스로서 BCl3을 이용했지만, 이에 한정되지 않고, 상기 보론 함유 가스로서는, BCl3, B2H6, BF3, B(CH3)3, TEB, TDMAB, TMAB로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 가스를 이용할 수 있다.
또한 상기 실시예에서는, 질화 가스로서 NH3을 이용했지만, 이에 한정되지 않고, 상기 질화 가스로서는, 암모니아[NH3], 질소[N2], 일산화 이질소[N2O], 일산화 질소[NO]로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 가스를 이용할 수 있다.
또한 상기 실시예에서는, 실란계 가스로서 DCS를 이용했지만, 이에 한정되지 않고, 상기 실란계 가스로서는, 디클로로실란(DCS), 헥사클로로디실란(HCD), 모노실란[SiH4], 디실란[Si2H6], 헥사메틸디실라잔(HMDS), 테트라클로로실란(TCS), 디실릴아민(DSA), 트리실릴아민(TSA), 비스터셔리부틸아미노실란(BTBAS), 디이소프로필아미노실란(DIPAS)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 가스를 이용할 수 있다.
또한 상기 실시예에서는, 탄화 수소 가스로서 C2H4를 이용했지만, 이에 한정되지 않고, 상기 탄화 수소 가스로서는, 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 가스를 이용할 수 있다.
또한, 여기에서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이 반도체 웨이퍼에는 실리콘 기판이나 GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함되고, 나아가서는 이들 기판에 한정되지 않고, 액정 표시 장치에 이용하는 유리 기판이나 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
2 : 성막 장치
4 : 처리 용기
12 : 웨이퍼 보트(보유지지 수단)
28 : 질화 가스 공급 수단
30 : 실란계 가스 공급 수단
32 : 보론 함유 가스 공급 수단
34 : 탄화 수소 가스 공급 수단
36 : 퍼지 가스 공급 수단
38, 40, 42, 44 : 가스 분산 노즐
72 : 진공 배기계
80 : 가열 수단
82 : 제어 수단
88 : BN막
92 : SiCN막
96, 100 : SiBCN막
98 : SiN막
W : 반도체 웨이퍼(피처리체)

Claims (15)

  1. 피(被)처리체가 수용되어 진공 흡인 가능하게 이루어진 처리 용기 내에, 보론 함유 가스와 질화 가스와 실란계 가스와 탄화 수소 가스를 공급하여 상기 피처리체의 표면에 보론과 질소와 실리콘과 탄소를 포함하는 박막을 형성하는 성막 방법에 있어서,
    상기 보론 함유 가스와 상기 질화 가스를 교대로 간헐적으로 공급하는 사이클을 1회 이상 행하여 BN막을 형성하는 제1 공정과,
    상기 실란계 가스와 상기 탄화 수소 가스와 상기 질화 가스를 간헐적으로 공급하는 사이클을 1회 이상 행하여 SiCN막을 형성하는 제2 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공정에서는, 상기 실란계 가스와 상기 탄화 수소 가스와 상기 질화 가스가 서로 상이한 타이밍으로 공급되는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 공정에서는, 상기 실란계 가스가 최초로 공급되는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공정에서는, 상기 실란계 가스가 최초로 공급됨과 함께, 상기 탄화 수소 가스와 상기 질화 가스 중 어느 한쪽의 가스가 상기 실란계 가스와 동시에 공급되는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 공정에는, 상기 보론 함유 가스의 공급을 행하면서 상기 처리 용기 내의 배기를 정지시키는 홀드 기간을 갖는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 가스의 시간적으로 서로 이웃하는 공급 기간의 사이에는, 상기 처리 용기 내의 잔류 가스를 배제하는 퍼지 공정이 행해지는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 공정과 상기 제2 공정으로 이루어지는 사이클을 1회 이상 행하도록 한 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 공정과 상기 제2 공정과의 사이에는, 상기 실란계 가스와 상기 질화 가스를 교대로 공급하는 사이클을 1회 이상 행하여 SiN막을 형성하는 중간 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 공정에서의 프로세스 온도는 500~700℃의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 공정 내의 사이클 수 x와 상기 제2 공정 내의 사이클 수 y와의 관계가 "1/2≤x/y≤2"의 관계식을 충족시키는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보론 함유 가스는, BCl3, B2H6, BF3, B(CH3)3, TEB, TDMAB, TMAB로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 가스인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질화 가스는, 암모니아[NH3], 질소[N2], 일산화 이질소[N2O], 일산화 질소[NO]로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 가스인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실란계 가스는, 디클로로실란(DCS), 헥사클로로디실란(HCD), 모노실란[SiH4], 디실란[Si2H6], 헥사메틸디실라잔(HMDS), 테트라클로로실란(TCS), 디실릴아민(DSA), 트리실릴아민(TSA), 비스터셔리부틸아미노실란(BTBAS), 디이소프로필아미노실란(DIPAS)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 가스인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄화 수소 가스는, 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 가스인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  15. 피처리체에 대하여 소정의 박막을 형성하기 위한 성막 장치에 있어서,
    진공 흡인 가능하게 이루어진 종형의 통체 형상의 처리 용기와,
    상기 피처리체를 복수단으로 보유지지(保持)하여 상기 처리 용기 내에 삽탈되는 보유지지 수단과,
    상기 처리 용기의 외주에 설치되는 가열 수단과,
    상기 처리 용기 내로 실란계 가스를 공급하는 실란계 가스 공급 수단과,
    상기 처리 용기 내로 질화 가스를 공급하는 질화 가스 공급 수단과,
    상기 처리 용기 내로 보론 함유 가스를 공급하는 보론 함유 가스 공급 수단과,
    상기 처리 용기 내로 탄화 수소 가스를 공급하는 탄화 수소 가스 공급 수단과,
    제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 성막 방법을 실행하도록 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 성막 장치.
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