KR20130107232A - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 - Google Patents

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

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Abstract

본 발명은 박막 중에 포함되는 산소, 질소, 탄소 등의 농도를 저하시키지 않고 반응 가스의 총 공급량을 저감시킨다.
처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정 및 처리실 내의 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하고, 원료 가스를 공급하는 공정 및 반응 가스를 공급하는 공정 중 적어도 어느 하나의 공정에서는 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 원료 가스 및 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 공정; 및 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 된 후, 처리실 내의 압력을 소정의 압력으로 유지하면서 처리실 내의 배기를 실시한 상태에서 원료 가스 및 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스를 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 공정;을 수행한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND NON-TRANSITORY COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM}
본 발명은 기판 상에 박막(薄膜)을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 실리콘 산화막(SiO막)이나 실리콘 질화막(SiN막) 등의 박막을 기판 상에 형성하는 공정이 수행되는 경우가 있다. SiO막은 절연성, 저유전성 등이 뛰어나 절연막이나 층간막으로서 널리 이용되고 있다. 또한 SiN막은 절연성, 내식성, 유전성, 막 스트레스 제어성 등이 뛰어나 절연막이나 마스크막, 전하 축적막, 스트레스 제어막으로서 널리 이용된다. 또한 이 박막들에 탄소(C)나 붕소(B)를 첨가하여 실리콘 탄질화막(SiCN막), 실리콘 산탄질화막(SiOCN막), 실리콘 산탄화막(SiOC막), 실리콘 붕(硼)탄질화막(SiBCN막) 등의 박막을 형성하는 기술도 알려져 있다. 박막 중에 탄소를 첨가하는 것에 의해 박막의 에칭 내성을 향상시키는 것이 가능해진다.
SiOC막은 처리실 내의 기판에 대하여 실리콘(Si)을 포함하는 원료 가스(Si원료), 산소(O)를 포함하는 반응 가스(산소 함유 가스) 및 탄소를 포함하는 반응 가스(탄소 함유 가스)를 공급하는 것에 의해 형성할 수 있다. 또한 SiCN막은 처리실 내의 기판에 대하여 Si 원료, 질소(N)를 포함하는 반응 가스(질소 함유 가스) 및 탄소 함유 가스를 공급하는 것에 의해 형성할 수 있다.
SiOC막이나 SiCN막 등의 박막 중에 포함되는 산소, 질소, 탄소 등의 농도를 증가시키기 위해서는 처리실 내에 공급하는 반응 가스(산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 탄소 함유 가스)의 유량을 증가시키는 것이 유효하다. 하지만 반응 가스의 유량을 증가시키면 반응 가스의 총 공급량(소비량, 사용량)이 증가하여 성막 비용의 증대를 초래하는 경우가 있다. 특히 반응 가스로서 고가의 가스를 이용한 경우, 성막 비용의 증대가 현저해진다.
본 발명의 목적은 박막 중에 포함되는 산소, 질소, 탄소 등의 농도를 저하시키지 않고 반응 가스의 총 공급량을 저감시키는 것이 가능한 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하고,
상기 원료 가스를 공급하는 공정 및 상기 반응 가스를 공급하는 공정 중 적어도 어느 하나의 공정에서는,
상기 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 공정; 및
상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 처리실 내의 압력을 상기 소정의 압력으로 유지하면서 상기 처리실 내의 배기를 실시한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스를 상기 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 공정;
을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실;
상기 처리실 내에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계;
상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계;
상기 처리실 내를 배기하는 배기계;
상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정부; 및
상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 수행하고, 상기 원료 가스를 공급하는 처리 및 상기 반응 가스를 공급하는 처리 중 적어도 어느 하나의 처리에서는 상기 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 처리에서 사용하는 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 처리와, 상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 처리실 내의 압력을 상기 소정의 압력으로 유지하면서 상기 처리실 내의 배기를 실시한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 처리에서 사용하는 가스를 상기 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 처리를 수행하도록 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계, 상기 배기계 및 상기 압력 조정부를 제어하는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 순서와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 순서를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 박막을 형성하는 순서를 컴퓨터에 실행시키고,
상기 원료 가스를 공급하는 순서 및 상기 반응 가스를 공급하는 순서 중 적어도 어느 하나의 순서에서는,
상기 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 순서로 사용하는 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 순서; 및
상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 처리실 내의 압력을 상기 소정의 압력으로 유지하면서 상기 처리실 내의 배기를 실시한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 순서로 사용하는 가스를 상기 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 순서;
를 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 의하면, 박막 중에 포함되는 산소, 질소, 탄소 등의 농도를 저하시키지 않고 반응 가스의 총 공급량을 저감시키는 것이 가능한 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형(縱型) 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종(縱)단면도로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 반응 가스(TEA) 공급 공정에서의 반응 가스(TEA)의 유량, 불활성 가스(N2)의 유량, 처리실 내의 압력, 배기 밸브(APC밸브)의 개도(開度)의 관계를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
<본 발명의 제1 실시 형태>
이하, 본 발명의 제1 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1은 본 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 종(縱)단면도로 도시한다. 도 2는 본 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시한다.
도 1에 도시되는 바와 같이 처리로(202)는 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(207)를 포함한다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보지판(保持板)으로서의 히터 베이스(도시되지 않음)에 지지되는 것에 의해 수직으로 설치된다. 또한 히터(207)는 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화[여기(勵起)]시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는 히터(207)와 동심원 형상으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 반응관(203)이 배설(配設)된다. 반응관(203)은 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색(閉塞)되고 하단이 개구(開口)된 원통 형상으로 형성된다. 반응관(203)의 통중공부(筒中空部)에는 처리실(201)이 형성되고, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향에 다단으로 정렬한 상태에서 수용 가능하도록 구성된다.
처리실(201) 내에는 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c)이 반응관(203)의 하부를 관통하도록 설치된다. 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c)에는 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c)이 각각 접속된다. 또한 제3 가스 공급관(232c)에는 제4 가스 공급관(232d)이 접속된다. 이와 같이 반응관(203)에는 3개의 노즐(249a, 249b, 249c)과 4개의 가스 공급관(232a, 232b, 232c, 232d)이 설치되어, 처리실(201) 내에 복수 종류, 여기서는 4종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성된다.
또한 반응관(203)의 하방에 반응관(203)을 지지하는 금속제의 매니폴드를 설치하고, 각 노즐을 이 금속제의 매니폴드의 측벽을 관통하도록 설치해도 좋다. 이 경우, 이 금속제의 매니폴드에 후술하는 배기관(231)을 더 설치해도 좋다. 또한 이 경우에서도 배기관(231)을 금속제의 매니폴드가 아닌 반응관(203)의 하부에 설치해도 좋다. 이와 같이 처리로(202)의 노구부(爐口部)를 금속제로 하고 이 금속제의 노구부에 노즐 등을 설치해도 좋다.
제1 가스 공급관(232a)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241a, MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(243a)가 설치된다. 또한 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에는 제1 불활성 가스 공급관(232e)이 접속된다. 이 제1 불활성 가스 공급관(232e)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241e) 및 개폐 밸브인 밸브(243e)가 설치된다. 또한 제1 가스 공급관(232a)의 선단부(先端部)에는 전술한 제1 노즐(249a)이 접속된다. 제1 노즐(249a)은 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이의 원호 형상의 공간에 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라 웨이퍼(200)의 적재(積載) 방향 상방을 향해서 상승[立上]하도록 설치된다. 즉 제1 노즐(249a)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방인 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치된다. 제1 노즐(249a)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측(一端側)으로부터 타단측(他端側)을 향해서 상승하도록 설치된다. 제1 노즐(249a)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(250a)이 설치된다. 가스 공급공(250a)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하다. 이 가스 공급공(250a)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치된다.
주로 제1 가스 공급관(232a), 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a)에 의해 제1 가스 공급계가 구성된다. 또한 제1 노즐(249a)을 제1 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 주로 제1 불활성 가스 공급관(232e), 매스 플로우 컨트롤러(241e), 밸브(243e)에 의해 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제1 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제2 가스 공급관(232b)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241b, MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(243b)가 설치된다. 또한 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에는 제2 불활성 가스 공급관(232f)이 접속된다. 이 제2 불활성 가스 공급관(232f)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241f) 및 개폐 밸브인 밸브(243f)가 설치된다. 또한 제2 가스 공급관(232b)의 선단부에는 전술한 제2 노즐(249b)이 접속된다. 제2 노즐(249b)은 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이의 원호 형상의 공간에 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 상승하도록 설치된다. 즉 제2 노즐(249b)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방인 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치된다. 제2 노즐(249b)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향해서 상승하도록 설치된다. 제2 노즐(249b)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(250b)이 설치된다. 가스 공급공(250b)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하다. 이 가스 공급공(250b)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치된다.
주로 제2 가스 공급관(232b), 매스 플로우 컨트롤러(241b), 밸브(243b)에 의해 제2 가스 공급계가 구성된다. 또한 제2 노즐(249b)을 제2 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 주로 제2 불활성 가스 공급관(232f), 매스 플로우 컨트롤러(241f), 밸브(243f)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제2 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
제3 가스 공급관(232c)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241c, MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(243c)가 설치된다. 또한 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)보다도 하류측에는 제4 가스 공급관(232d)이 접속된다. 이 제4 가스 공급관(232d)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241d) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치된다. 또한 제3 가스 공급관(232c)에서의 제4 가스 공급관(232d)과의 접속 개소보다도 하류측에는 제3 불활성 가스 공급관(232g)이 접속된다. 이 제3 불활성 가스 공급관(232g)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241g) 및 개폐 밸브인 밸브(243g)가 설치된다. 또한 제3 가스 공급관(232c)의 선단부에는 전술한 제3 노즐(249c)이 접속된다. 제3 노즐(249c)은 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이의 원호 형상의 공간에 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 상승하도록 설치된다. 즉 제3 노즐(249c)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방인 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치된다. 제3 노즐(249c)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향해서 상승하도록 설치된다. 제3 노즐(249c)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(250c)이 설치된다. 가스 공급공(250c)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하다. 이 가스 공급공(250c)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치된다.
주로 제3 가스 공급관(232c), 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c)에 의해 제3 가스 공급계가 구성된다. 또한 제3 노즐(249c)을 제3 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 주로 제4 가스 공급관(232d), 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d)에 의해 제4 가스 공급계가 구성된다. 또한 제3 가스 공급관(232c)의 제4 가스 공급관(232d)과의 접속부보다도 하류측, 제3 노즐(249c)을 제4 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 주로 제3 불활성 가스 공급관(232g), 매스 플로우 컨트롤러(241g), 밸브(243g)에 의해 제3 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제3 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
이와 같이 본 실시 형태에서의 가스 공급의 방법은 반응관(203)의 내벽과 적재된 복수 매의 웨이퍼(200)의 단부(端部)에 의해 정의되는 원호 형상의 세로로 긴 공간 내에 배치한 노즐(249a, 249b, 249c)을 경유하여 가스를 반송하고, 노즐(249a, 249b, 249c)에 각각 개구된 가스 공급공(250a, 250b, 250c)으로부터 웨이퍼(200)의 근방에서 처음으로 반응관(203) 내에 가스를 분출시켜서, 반응관(203) 내에서의 가스의 주된 흐름을 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉 수평 방향으로 한다. 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해 각 웨이퍼(200)에 대하여 균일하게 가스를 공급할 수 있고, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 박막의 막 두께를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한 웨이퍼(200)의 표면 상을 흐른 가스, 즉 반응 후의 잔류 가스는 배기구, 즉 후술하는 배기관(231)의 방향을 향해서 흐르지만, 이 잔류 가스의 흐름의 방향은 배기구의 위치에 의해 적절히 특정되고, 수직 방향에 한정되지 않는다.
제1 가스 공급관(232a)으로부터는 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스로서, 예컨대 적어도 실리콘(Si)과 염소(Cl)를 포함하는 원료 가스인 클로로실란계 원료 가스가 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a), 제1 노즐(249a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 여기서 클로로실란계 원료 가스란 기체 상태의 클로로실란계 원료, 예컨대 상온 상압 하에서 액체 상태인 클로로실란계 원료를 기화하는 것에 의해 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 클로로실란계 원료 등을 말한다. 또한 클로로실란계 원료란 할로겐기(基)로서의 클로로기를 포함하는 실란계 원료를 말하며, 적어도 실리콘(Si) 및 염소(Cl)를 포함하는 원료를 말한다. 즉 여기서 말하는 클로로실란계 원료는 할로겐화물의 일종이라고도 할 수 있다. 또한 본 명세서에서 「원료」라는 단어를 이용한 경우는 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는 그 양방을 의미하는 경우가 있다. 따라서 본 명세서에서 「클로로실란계 원료」라는 단어를 이용한 경우는 「액체 상태인 클로로실란계 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 클로로실란계 원료 가스」를 의미하는 경우 또는 그 양방을 의미하는 경우가 있다. 클로로실란계 원료 가스로서는 예컨대 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스를 이용할 수 있다. 또한 HCDS와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 이용하는 경우에는 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여 원료 가스(HCDS가스)로서 공급한다.
제2 가스 공급관(232b)으로부터는 탄소(C)와 질소(N)를 포함하는 반응 가스(제1 반응 가스)로서 예컨대 아민을 포함하는 가스, 즉 아민계 가스가 매스 플로우 컨트롤러(241b), 밸브(243b), 제2 노즐(249b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 여기서 아민계 가스란 기체 상태의 아민, 예컨대 상온 상압 하에서 액체 상태인 아민을 기화하는 것에 의해 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 아민 등의 아민기를 포함하는 가스를 말한다. 아민계 가스는 에틸아민, 메틸아민, 프로필아민, 이소프로필아민, 부틸아민, 이소부틸아민 등의 아민을 포함한다. 여기서 아민이란 암모니아(NH3)의 수소 원자를 알킬기 등의 탄화수소기로 치환한 형태의 화합물의 총칭이다. 즉 아민은 탄소 원자를 포함하는 리간드로서 알킬기 등의 탄화수소기를 포함한다. 아민계 가스는 탄소(C), 질소(N) 및 수소(H)의 3원소를 포함하고, 실리콘(Si)을 포함하지 않기 때문에 실리콘 비함유의 가스라고도 할 수 있고, 또한 실리콘 및 금속을 포함하지 않기 때문에 실리콘 및 금속 비함유의 가스라고도 할 수 있다. 또한 아민계 가스는 질소 함유 가스이기도 하고, 탄소 함유 가스이기도 하고, 수소 함유 가스이기도 한다. 아민계 가스는 아민기를 구성하는 탄소(C), 질소(N) 및 수소(H)의 3원소만으로 구성되는 가스라고도 할 수 있다. 또한 본 명세서에서 「아민」이라는 단어를 이용한 경우는 「액체 상태인 아민」을 의미하는 경우, 「기체 상태인 아민계 가스」를 의미하는 경우, 또는 그 양방을 의미하는 경우가 있다. 아민계 가스로서는 예컨대 트리에틸아민[(C2H5)3N, 약칭: TEA] 가스를 이용할 수 있다. 또한 TEA와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 아민을 이용하는 경우에는 액체 상태의 아민을 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여 제1 반응 가스(TEA가스)로서 공급한다.
제3 가스 공급관(232c)으로부터는 제1 반응 가스와는 다른 반응 가스(제2 반응 가스)로서 예컨대 산소(O)를 포함하는 가스(산소 함유 가스), 즉 산화 가스(산화성 가스)가 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c), 제3 노즐(249c)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 산소 함유 가스로서는 예컨대 산소(O2) 가스를 이용할 수 있다.
제4 가스 공급관(232d)으로부터는 제1 반응 가스와는 다른 반응 가스(제2 반응 가스)로서 예컨대 질소(N)를 포함하는 가스(질소 함유 가스), 즉 질화 가스(질화성 가스)가 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d), 제3 가스 공급관(232c), 제3 노즐(249c)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 질소 함유 가스로서는 예컨대 암모니아(NH3) 가스를 이용할 수 있다.
불활성 가스 공급관(232e, 232f, 232g)으로부터는 불활성 가스로서 예컨대 질소(N2) 가스가 각각 매스 플로우 컨트롤러(241e, 241f, 241g), 밸브(243e, 243f, 243g), 가스 공급관(232a, 232b, 232c), 노즐(249a, 249b, 249c)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
또한 예컨대 각 가스 공급관으로부터 전술과 같은 가스를 각각 흘리는 경우, 제1 가스 공급계에 의해 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계, 즉 클로로실란계 원료 가스 공급계가 구성된다. 또한 클로로실란계 원료 가스 공급계를 단순히 클로로실란계 원료 공급계라고도 칭한다. 또한 제2 가스 공급계에 의해 반응 가스 공급계(제1 반응 가스 공급계), 즉 아민계 가스 공급계가 구성된다. 또한 아민계 가스 공급계를 단순히 아민 공급계라고도 칭한다. 또한 제3 가스 공급계에 의해 반응 가스 공급계(제2 반응 가스 공급계), 즉 산화 가스 공급계로서의 산소 함유 가스 공급계가 구성된다. 또한 제4 가스 공급계에 의해 반응 가스 공급계(제2 반응 가스 공급계), 즉 질화 가스 공급계로서의 질소 함유 가스 공급계가 구성된다.
반응관(203)에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치된다. 도 2에 도시하는 바와 같이 횡(橫)단면시에서 배기관(231)은 반응관(203)의 제1 노즐(249a)의 가스 공급공(250a), 제2 노즐(249b)의 가스 공급공(250b) 및 제3 노즐(249c)의 가스 공급공(250c)이 설치되는 측과 대향하는 측, 즉 웨이퍼(200)를 개재하여 가스 공급공(250a, 250b, 250c)과는 반대측에 설치된다. 또한 도 1에 도시하는 바와 같이 종단면시에서 배기관(231)은 가스 공급공(250a, 250b, 250c)이 설치되는 개소(箇所)보다도 하방에 설치된다. 이 구성에 의해 가스 공급공(250a, 250b, 250c)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 근방에 공급된 가스는 수평 방향, 즉 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향을 향해서 흐른 후, 하방을 향해서 흘러 배기관(231)으로부터 배기된다. 처리실(201) 내에서의 가스의 주된 흐름이 수평 방향으로 향하는 흐름이 된다는 것은 전술한 바와 같다.
배기관(231)에는 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 배기 밸브인 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller)밸브(244)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속된다. 또한 APC밸브(244)는 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것에 의해 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 수행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브 개도를 조절하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되는 밸브다. 주로 배기관(231), APC밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계, 즉 배기 라인이 구성된다. 또한 진공 펌프(246)를 배기계(배기 라인)에 포함시켜서 생각해도 좋다. 배기계로서의 배기 라인은 진공 펌프(246)를 작동시키면서 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC밸브(244)의 밸브의 개도를 조절하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기할 수 있도록 구성된다.
반응관(203)의 하방에는 반응관(203)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)은 반응관(203)의 하단에 수직 방향 하방으로부터 당접(當接)되도록 구성된다. 씰 캡(219)은 예컨대 스텐레스 등의 금속으로 이루어지고 원반 형상으로 형성된다. 씰 캡(219)의 상면에는 반응관(203)의 하단과 당접하는 씰 부재로서의 O링(220)이 설치된다. 씰 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는 후술하는 기판 보지구로서의 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치된다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 씰 캡(219)을 관통하여 보트(217)에 접속된다. 회전 기구(267)는 보트(217)를 회전시키는 것에 의해 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성된다. 씰 캡(219)은 반응관(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 씰 캡(219)을 승강시키는 것에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내외에 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성된다. 즉 보트 엘리베이터(115)는 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외에 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는 예컨대 석영이나 탄화실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지고, 복수 매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한 서로 중심을 맞춘 상태로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록 구성된다. 또한 보트(217)의 하부에는 예컨대 석영이나 탄화실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열 부재(218)가 설치되고, 히터(207)로부터의 열이 씰 캡(219)측에 전달되기 어렵도록 구성된다. 또한 단열 부재(218)는 석영이나 탄화실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지는 복수 매의 단열판과, 이 단열판들을 수평 자세로 다단으로 지지하는 단열판 홀더에 의해 구성해도 좋다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태를 조정하는 것에 의해 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성된다. 온도 센서(263)는 노즐(249a, 249b, 249c)과 마찬가지로 L자형으로 구성되고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치된다.
도 3에 도시되는 바와 같이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는 CPU(121a, Central Processing Unit), RAM(121b, Random Access Memory), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스(121e)를 개재하여 CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(121)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속된다.
기억 장치(121c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(121c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 또한 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(121)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 이용한 경우는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한 RAM(121b)은 CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(121d)는 전술한 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g), 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g), 압력 센서(245), APC밸브(244), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속된다.
CPU(121a)는 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. 그리고 CPU(121a)는 판독한 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g)의 개폐 동작, APC밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작 등을 제어하도록 구성된다.
또한 컨트롤러(121)는 전용의 컴퓨터로서 구성되는 경우에 한정되지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치(123)[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光)디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]를 준비하고, 이와 같은 외부 기억 장치(123)를 이용하여 범용의 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 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 외부 기억 장치(123)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 이용한 경우는 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로 전술한 기판 처리 장치의 처리로(202)를 이용하여 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 웨이퍼(200) 상에 박막을 성막하는 예에 대해서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에서는,
처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정 및 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수(1회 이상) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성한다.
또한 원료 가스를 공급하는 공정 및 반응 가스를 공급하는 공정 중 적어도 어느 하나의 공정에서는,
처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태에서 원료 가스 및 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 공정; 및
처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력이 된 후, 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지하면서 처리실(201) 내의 배기를 실시한 상태에서 원료 가스 및 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스를 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 공정;을 수행한다.
또한 본 실시 형태에서는 형성하는 박막의 조성비가 화학량론 조성, 또는 화학량론 조성과는 다른 소정의 조성비가 되도록 하는 것을 목적으로 하여, 형성하는 박막을 구성하는 복수의 원소를 포함하는 복수 종류의 가스의 공급 조건을 제어한다. 예컨대 형성하는 박막을 구성하는 복수의 원소 중 적어도 하나의 원소가 다른 원소보다도 화학량론 조성에 대하여 과잉이 되도록 하는 것을 목적으로 하여 공급 조건을 제어한다. 이하, 형성하는 박막을 구성하는 복수의 원소의 비율, 즉 박막의 조성비를 제어하면서 성막을 수행하는 예에 대해서 설명한다.
이하, 본 실시 형태의 성막 시퀀스를 도 4, 도 5를 이용하여 구체적으로 설명한다. 도 4는 본 실시 형태에서의 성막 플로우를 도시하는 도면이다. 도 5는 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
또한 여기서는,
처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스로서 클로로실란계 원료 가스인 HCDS가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 염소를 포함하는 실리콘 함유층을 형성하는 공정, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제1 반응 가스로서 아민계 가스인 TEA가스를 공급하는 것에 의해 염소를 포함하는 실리콘 함유층을 개질하여 실리콘, 질소 및 탄소를 포함하는 제1층을 형성하는 공정 및 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스와 다르고 제1 반응 가스와도 다른 제2 반응 가스로서 산소 함유 가스인 O2가스를 공급하는 것에 의해 제1층을 개질하여 제2층으로서 실리콘 산탄질화층(SiOCN층) 또는 실리콘 산탄화층(SiOC층)을 형성하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘계 절연막인 실리콘 산탄질화막(SiOCN막) 또는 실리콘 산탄화막(SiOC막)을 형성하는 예에 대해서 설명한다.
또한 여기서는 HCDS가스를 공급하는 공정, TEA가스를 공급하는 공정 및 O2가스를 공급하는 공정의 3개의 공정 중 TEA가스를 공급하는 공정에서 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태에서 TEA가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 공정(이하, 제1 TEA가스 공급 공정이라고도 부른다); 및 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력이 된 후, 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지하면서 처리실(201) 내의 배기를 실시한 상태에서 TEA가스를 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 공정(이하, 제2 TEA가스 공급 공정이라고도 부른다);을 수행하는 예에 대해서 설명한다.
또한 본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 이용한 경우는 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우(즉 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함시켜서 웨이퍼라고 칭하는 경우)가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 단어를 이용한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면(最表面)」을 의미하는 경우가 있다.
따라서 본 명세서에서 「웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다」고 기재한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되는 층이나 막 등에 대하여, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」는 것을 의미하는 경우가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」고 기재한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면) 상에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되는 층이나 막 등의 상, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」는 것을 의미하는 경우가 있다.
또한 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 이용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 이용한 경우와 마찬가지이며, 그 경우, 상기 설명에서 「웨이퍼」를 「기판」으로 치환해서 생각하면 좋다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(裝塡, 웨이퍼 차지)되면 도 1에 도시되는 바와 같이 복수 매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220)을 개재하여 반응관(203)의 하단을 밀봉한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
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 완료할 때까지의 사이는 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). 또한 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료할 때까지의 사이에는 계속해서 수행된다. 계속해서 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 시작한다. 또한 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료할 때까지의 사이는 계속해서 수행된다.
〔실리콘 산탄질화막 또는 실리콘 산탄화막 형성 공정〕
그 후, 다음 3개의 스텝, 즉 스텝1∼3을 순차 실행한다.
[스텝1]
(HCDS가스 공급)
제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 열어 제1 가스 공급관(232a) 내에 HCDS가스를 흘린다. 제1 가스 공급관(232a) 내를 흐른 HCDS가스는 매스 플로우 컨트롤러(241a)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 HCDS가스는 제1 노즐(249a)의 가스 공급공(250a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS가스가 공급된다. 이 때 동시에 밸브(243e)를 열어 제1 불활성 가스 공급관(232e) 내에 불활성 가스로서의 N2가스를 흘린다. 제1 불활성 가스 공급관(232e) 내를 흐른 N2가스는 매스 플로우 컨트롤러(241e)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2가스는 HCDS가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
또한 이 때 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c) 내로의 HCDS가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(243f, 243g)를 열어 제2 불활성 가스 공급관(232f), 제3 불활성 가스 공급관(232g) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때 APC밸브(244)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1∼13,300Pa, 바람직하게는 20∼1,330Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241a)로 제어하는 HCDS가스의 공급 유량은 예컨대 1∼1,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241e, 241f, 241g)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 각각 예컨대 100∼10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. HCDS가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간[조사(照射) 시간]은 예컨대 1∼120초, 바람직하게는 1∼60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이 때 히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 250∼700℃, 바람직하게는 300∼650℃, 보다 바람직하게는 350∼600℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다. 또한 웨이퍼(200)의 온도가 250℃ 미만이 되면 웨이퍼(200) 상에 HCDS가 화학 흡착하기 어려워져서 실용적인 성막 속도를 얻지 못하는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 250℃ 이상으로 하는 것에 의해 이를 해소하는 것이 가능해진다. 또한 웨이퍼(200)의 온도를 300℃ 이상, 또한 350℃ 이상으로 하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 HCDS를 보다 충분히 흡착시키는 것이 가능해지고, 보다 충분한 성막 속도를 얻을 수 있다. 또한 웨이퍼(200)의 온도가 700℃를 넘으면 CVD반응이 강해지는[기상(氣相) 반응이 지배적이게 되는] 것에 의해 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워져 그 제어가 곤란해진다. 웨이퍼(200)의 온도를 700℃ 이하로 하는 것에 의해 막 두께 균일성의 악화를 억제할 수 있어 그 제어가 가능해진다. 특히 웨이퍼(200)의 온도를 650℃ 이하, 또한 600℃ 이하로 하는 것에 의해 표면 반응이 지배적이게 되고 막 두께 균일성을 확보하기 쉬워져 그 제어가 용이해진다. 따라서 웨이퍼(200)의 온도는 250∼700℃, 바람직하게는 300∼650℃, 보다 바람직하게는 350∼600℃의 범위 내의 온도로 하는 것이 좋다.
전술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200)[표면의 하지막(下地膜)] 상에 소정 원소(실리콘)와 할로겐 원소(염소)를 포함하는 초기층으로서 예컨대 1원자층 미만으로부터 수원자층 정도의 두께의 염소(Cl)를 포함하는 실리콘 함유층이 형성된다. Cl을 포함하는 실리콘 함유층은 HCDS가스의 흡착층이어도 좋고, Cl을 포함하는 실리콘층(Si층)이어도 좋고, 그 양방을 포함해도 좋다.
여기서 Cl을 포함하는 실리콘층이란 실리콘(Si)에 의해 구성되고 Cl을 포함하는 연속적인 층 외에 불연속적인 층이나, 이들이 중첩되어 이루어지는 Cl을 포함하는 실리콘 박막도 포함하는 총칭이다. 또한 Si에 의해 구성되고 Cl을 포함하는 연속적인 층을 Cl을 포함하는 실리콘 박막이라고 부르는 경우도 있다. 또한 Cl을 포함하는 실리콘층을 구성하는 Si는 Cl의 결합이 완전히 끊기지 않은 것 외에 Cl과의 결합이 완전히 끊긴 것도 포함한다.
또한 HCDS가스의 흡착층은 HCDS가스의 가스 분자의 연속적인 화학 흡착층 외에 불연속적인 화학 흡착층도 포함한다. 즉 HCDS가스의 흡착층은 HCDS분자로 구성되는 1분자층 또는 1분자층 미만의 두께의 화학 흡착층을 포함한다. 또한 HCDS가스의 흡착층을 구성하는 HCDS(Si2Cl6)분자는 Si와 Cl의 결합이 일부 끊긴 것(SixCly분자)도 포함한다. 즉 HCDS가스의 흡착층은 Si2Cl6분자 및/또는 SixCly분자의 연속적인 화학 흡착층이나 불연속적인 화학 흡착층을 포함한다.
또한 1원자층 미만의 두께의 층란 불연속적으로 형성되는 원자층을 의미하고, 1원자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 원자층을 의미한다. 또한 1분자층 미만의 두께의 층이란 불연속적으로 형성되는 분자층을 의미하고, 1분자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 분자층을 의미한다.
HCDS가스가 자기분해(自己分解)(열분해)하는 조건 하, 즉 HCDS의 열분해 반응이 발생하는 조건 하에서는 웨이퍼(200) 상에 Si가 퇴적하는 것에 의해 Cl을 포함하는 실리콘층이 형성된다. HCDS가스가 자기분해(열분해)하지 않는 조건 하, 즉 HCDS의 열분해 반응이 발생하지 않는 조건 하에서는 웨이퍼(200) 상에 HCDS가스가 흡착하는 것에 의해 HCDS가스의 흡착층이 형성된다. 또한 웨이퍼(200) 상에 HCDS가스의 흡착층을 형성하는 것보다도 웨이퍼(200) 상에 Cl을 포함하는 실리콘층을 형성하는 것이 성막 레이트를 더 높게 할 수 있어서 바람직하다.
웨이퍼(200) 상에 형성되는 Cl을 포함하는 실리콘 함유층의 두께가 수원자층을 넘으며, 후술하는 스텝2 및 스텝3에서의 개질의 작용이 Cl을 포함하는 실리콘 함유층의 전체에 전달되지 않는다. 또한 웨이퍼(200) 상에 형성 가능한 Cl을 포함하는 실리콘 함유층의 두께의 최소값은 1원자층 미만이다. 따라서 Cl을 포함하는 실리콘 함유층의 두께는 1원자층 미만으로부터 수원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한 Cl을 포함하는 실리콘 함유층의 두께를 1원자층 이하, 즉 1원자층 또는 1원자층 미만으로 하는 것에 의해 후술하는 스텝2 및 스텝3에서의 개질 반응의 작용을 상대적으로 높일 수 있어 스텝2 및 스텝3에서의 개질 반응에 요하는 시간을 단축할 수 있다. 스텝1에서의 Cl을 포함하는 실리콘 함유층 형성에 요하는 시간도 단축할 수 있다. 결과적으로 1사이클당의 처리 시간을 단축할 수 있어 토탈에서의 처리 시간을 단축하는 것도 가능해진다. 즉 성막 레이트를 높이는 것도 가능해진다. 또한 Cl을 포함하는 실리콘 함유층의 두께를 1원자층 이하로 하는 것에 의해 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능해진다.
(잔류 가스 제거)
초기층으로서의 Cl을 포함하는 실리콘 함유층이 형성된 후, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 닫고 HCDS가스의 공급을 정지한다. 이 때 배기관(231)의 APC밸브(244)는 연 상태, 바람직하게는 APC밸브(244)의 개도를 전개(全開, full open)로 하고 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 초기층 형성에 기여한 후의 HCDS가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한 이 때 밸브(243e, 243f, 243g)는 연 상태로 하여 불활성 가스로서의 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 초기층 형성에 기여한 후의 HCDS가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
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 스텝2에서 악영향이 발생하지 않는다. 이 때 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양을 공급하는 것에 의해 스텝2에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 이와 같이 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 N2가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
클로로실란계 원료 가스로서는 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스 외에 테트라클로로실란, 즉 실리콘테트라클로라이드(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스 등의 무기 원료 가스를 이용해도 좋다. 불활성 가스로서는 N2가스 외에 Ar가스, He가스, Ne가스, Xe가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
[스텝2]
(TEA가스 공급)
스텝1이 종료되고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 열어 제2 가스 공급관(232b) 내에 TEA가스를 흘린다. 제2 가스 공급관(232b) 내를 흐른 TEA가스는 매스 플로우 컨트롤러(241b)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 TEA가스는 제2 노즐(249b)의 가스 공급공(250b)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 처리실(201) 내에 공급된 TEA가스는 열로 활성화(여기)되어 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때 웨이퍼(200)에 대하여 열로 활성화된 TEA가스가 공급된다. 이 때 동시에 밸브(243f)를 열어 제2 불활성 가스 공급관(232f) 내에 불활성 가스로서의 N2가스를 흘린다. 제2 불활성 가스 공급관(232f) 내를 흐른 N2가스는 매스 플로우 컨트롤러(241f)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2가스는 TEA가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
또한 이 때 제1 노즐(249a), 제3 노즐(249c) 내로의 TEA가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(243e, 243g)를 열어 제1 불활성 가스 공급관(232e), 제3 불활성 가스 공급관(232g) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 제1 가스 공급관(232a), 제3 가스 공급관(232c), 제1 노즐(249a), 제3 노즐(249c)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
전술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 TEA가스를 공급하는 것에 의해 스텝1에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 초기층으로서의 Cl을 포함하는 실리콘 함유층과 TEA가스를 반응시킬 수 있다. 즉 초기층으로서의 Cl을 포함하는 실리콘 함유층에 포함되는 할로겐 원소의 원자(Cl원자)와 TEA가스에 포함되는 리간드(에틸기)를 반응시킬 수 있다. 이로 인해 초기층에 포함되는 Cl 중 적어도 일부의 Cl을 초기층으로부터 인발(引拔)하는(분리시키는) 것과 함께 TEA가스에 포함되는 복수의 에틸기 중 적어도 일부의 에틸기를 TEA가스로부터 분리시킬 수 있다. 그리고 적어도 일부의 에틸기가 분리된 TEA가스의 N과 초기층에 포함되는 Si를 결합시킬 수 있다. 즉 TEA가스를 구성하는 N으로서 적어도 일부의 에틸기가 분리되어 미결합수(댕글링 본드)를 포함하게 된 N과, 초기층에 포함되어 미결합수를 포함하게 된 Si, 또는 미결합수를 포함하고 있었던 Si를 결합시켜서 Si-N결합을 형성하는 것이 가능해진다. 또한 이 때 TEA가스로부터 분리된 에틸기(-CH2CH3)에 포함되는 C와 초기층에 포함되는 Si를 결합시켜서, Si-C결합을 형성하는 것도 가능해진다. 이 결과, 초기층 중으로부터 Cl이 탈리(脫離)하는 것과 함께 초기층 중에 N성분이 새로 취입(取入)된다. 또한 이 때 초기층 중에 C성분도 새로 취입된다.
TEA가스를 전술한 조건 하에서 공급하는 것에 의해 초기층으로서의 Cl을 포함하는 실리콘 함유층과 TEA가스를 적절하게 반응시킬 수 있어, 전술한 일련의 반응을 발생시키는 것이 가능해진다.
이 일련의 반응에 의해 초기층 중으로부터 Cl이 탈리하는 것과 함께 초기층 중에 N성분과 C성분이 새로 취입되어 초기층으로서의 Cl을 포함하는 실리콘 함유층은 실리콘(Si), 질소(N) 및 탄소(C)를 포함하는 제1층, 즉 실리콘 탄질화층(SiCN층)으로 변화된다(개질된다). 제1층은 1원자층 미만으로부터 수원자층 정도의 두께의 Si, N 및 C를 포함하는 층이 된다. 또한 제1층은 Si성분의 비율과 C성분의 비율이 비교적 많은 층, 즉 Si리치이며 또한 C리치의 층이 된다.
또한 제1층으로서의 Si, N 및 C를 포함하는 층을 형성할 때, Cl을 포함하는 실리콘 함유층에 포함되었던 염소(Cl)나 TEA가스에 포함되었던 수소(H)는 TEA가스에 의한 Cl을 포함하는 실리콘 함유층의 개질 반응의 과정에서, 예컨대 염소(Cl2) 가스나 수소(H2) 가스나 염화수소(HCl) 가스 등의 가스상(狀) 물질을 구성하고, 배기관(231)을 개재하여 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉 초기층 중의 Cl 등의 불순물은 초기층 중으로부터 인발되거나 탈리하는 것에 의해 초기층으로부터 분리된다. 이에 의해 제1층은 초기층에 비해서 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
또한 스텝2에서는 매스 플로우 컨트롤러(241b)에 의한 TEA가스의 유량 조정 동작, 매스 플로우 컨트롤러(241f)에 의한 N2가스의 유량 조정 동작, APC밸브(244)에 의한 처리실(201) 내의 압력 조정 동작을 도 8에 도시하는 바와 같이 제어한다. 도 8은 스텝2, 즉 반응 가스(TEA) 공급 공정에서의 반응 가스(TEA)의 유량, 불활성 가스(N2)의 유량, 처리실 내의 압력, 배기 밸브(APC밸브)의 개도의 관계를 도시하는 도면이다.
스텝2에서 TEA가스를 공급할 때에는 우선 TEA가스를 제1 유량으로 공급한다(제1 TEA가스 공급 공정). 그리고 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력이 된 후, 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지하면서 TEA가스를 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급한다(제2 TEA가스 공급 공정). 즉 스텝2에서 TEA가스를 공급할 때, TEA가스의 공급 초기에는 비교적 대유량으로 TEA가스를 공급하도록 하고, 한 일정시간을 거쳐서 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력까지 상승하여 안정된 상태에서 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지하면서 TEA가스의 유량을 저감하도록 한다. 이와 같이 한 경우, 스텝2에서 처리실(201) 내에 제1 유량으로 TEA가스를 계속해서 공급하는 경우와 비교해서 처리실(201) 내로의 TEA가스의 총 공급량, 즉 TEA가스의 소비량을 저감시킬 수 있다.
또한 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 처리실(201) 내를 배기하는 배기 라인에 설치된 APC밸브(244)의 개도를 제1 개도로 하고, TEA가스를 제2 유량으로 공급할 때에는 APC밸브(244)의 개도를 제1 개도보다도 큰(넓은) 제2 개도로 하는 것이 바람직하다. 즉 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 처리실(201) 내를 배기하는 배기 라인에서의 배기 컨덕턴스를 제1 배기 컨덕턴스로 하고, TEA가스를 제2 유량으로 공급할 때에는 배기 컨덕턴스를 제1 배기 컨덕턴스보다도 큰 제2 배기 컨덕턴스로 하는 것이 바람직하다. 바꿔 말하면, TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 APC밸브(244)의 개도를 제2 개도보다도 작은(좁은) 제1 개도로 하고, 배기 컨덕턴스를 제2 배기 컨덕턴스보다도 작은 제1 배기 컨덕턴스로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 처리실(201) 내에 공급되는 가스의 총유량(즉 TEA가스의 유량과 N2가스의 유량의 합계 유량)이 배기 라인에 의해 배기되는 가스의 배기 유량보다도 더 크게 되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 한 경우, 처리실(201) 내의 압력을 신속하게 상승시킬 수 있어서 처리실(201) 내의 압력을 조기(早期)에 소정의 압력으로 도달시키는 것이 가능해진다. 즉 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 할 때까지의 시간을 단축하는 것이 가능해진다. 또한 처리실(201) 내의 압력을 신속하게 비교적 높은 압력까지 상승시킬 수 있기 때문에, 이로 인해 처리실(201) 내에 체재(滯在)하는 탄소(C)의 양을 증가시키고, 제1층 중에 첨가되는 C의 양을 증가시키고, 제1층 중에 포함되는 C의 농도를 증가시킬 수 있다. 또한 제2 개도란 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지할 수 있는 개도이며, 도 8에 예시하는 바와 같이, 컨트롤러(121)에 의해 그 크기가 자동적으로 조정되는 개도다. 또한 제2 배기 컨덕턴스란 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지할 수 있는 컨덕턴스이며, 컨트롤러(121)가 APC밸브(244)를 조정하는 것에 의해 그 크기가 자동적으로 조정되는 컨덕턴스다.
또한 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 처리실(201) 내를 배기하는 배기 라인에 설치된 APC밸브(244)의 개도(제1 개도)를 전폐(全閉, full close)로 하여 APC밸브(244)의 개도 제어(피드백 제어)를 정지하고, TEA가스를 제2 유량으로 공급할 때에는 APC밸브(244)를 개방하여 APC밸브(244)의 개도 제어를 실시하는 것이 바람직하다. 즉 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 처리실(201) 내를 배기하는 배기 라인을 폐색하고, TEA가스를 제2 유량으로 공급할 때에는 배기 라인을 개방하는 것이 바람직하다. 이와 같이 한 경우, TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에 처리실(201) 내에 공급되는 가스의 총유량(즉 TEA가스의 유량과 N2가스의 유량의 합계 유량)이 배기 라인에 의해 배기되는 가스의 배기 유량보다도 더 크게 되고, 또한 그 차이가 최대가 된다. 그렇기 때문에 처리실(201) 내의 압력을 보다 신속하게 상승시킬 수 있고, 처리실(201) 내의 압력을 보다 조기에 소정의 압력으로 도달시키는 것이 가능해진다. 즉 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 할 때까지의 시간을 더 단축하는 것이 가능해진다. 또한 처리실(201) 내의 압력을 보다 신속하게 비교적 높은 압력까지 상승시킬 수 있기 때문에 처리실(201) 내에 체재하는 탄소(C)의 양을 더 증가시키고, 제1층 중에 첨가되는 C의 양을 보다 증가시키고, 제1층 중에 포함되는 C의 농도를 더 증가시킬 수 있다.
또한 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 처리실(201) 내를 배기하는 배기 라인에 설치된 APC밸브(244)의 개도(제1 개도)를 전폐로 하지 않아도 좋고, 예컨대 APC밸브(244)를 약간 개방하여 APC밸브(244)의 개도 제어를 실시해도 좋다. 즉 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 APC밸브(244)를 약간 여는[제1 개도를 지극히 작게(좁게) 하는] 것에 의해 제1 배기 컨덕턴스를 제로로 하지 않고 처리실(201) 내로부터 진공 펌프(246)를 향하는 근소한 가스류를 형성해도 좋다. 이와 같이 한 경우에서도 처리실(201) 내에 공급되는 가스의 총유량이 배기 라인에 의해 배기되는 배기 유량보다도 더 크게 할 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(121)에 의해 매스 플로우 컨트롤러(241b) 및 매스 플로우 컨트롤러(241f)에 의한 유량 조정 동작, APC밸브(244)에 의한 압력 조정 동작을 각각 제어하는 것에 의해, 이 상태, 즉 처리실(201) 내에 공급되는 가스의 총유량이 배기 라인에 의해 배기되는 배기 유량보다도 크게 되는 상태를 만들어 낼 수 있다. 이 경우에서도 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력까지 신속하게 상승시키고, 또한 제1층 중에 포함되는 C의 농도를 증가시킬 수 있다. 단, APC밸브(244)의 개도(제1 개도)를 전폐로 하는 것이 처리실(201) 내의 압력을 보다 신속하게 상승시키고, 또한 제1층 중에 포함되는 C의 농도를 더 증가시킬 수 있다.
또한 처리실(201) 내의 압력은 처리실(201) 내에 공급되는 가스의 유량과 처리실(201) 내를 배기하는 배기 라인에 의해 배기되는 가스의 배기 속도(배기 컨덕턴스)의 밸런스에 의해 변화된다. 이 밸런스가 안정되기 위해서는 시간이 걸리는 경우가 있기 때문에 배기 라인에 의한 배기를 수행하면서 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력까지 단시간에 상승시키는 것이 곤란해지는 경우가 있어 높은 생산성을 얻는 것이 곤란해지는 경우가 있었다. 특히 처리실(201) 내에 공급되는 가스의 유량을 감소시킨 경우, 처리실(201) 내의 압력 상승에 요하는 시간이 길어져 생산성의 저하가 현저해지는 경우가 있었다. 이에 대하여 본 실시 형태에 의하면, TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에 배기 라인에 설치된 APC밸브(244)의 개도(제1 개도)를 전폐로 하거나, APC밸브(244)를 약간 열거나(제1 개도를 작게 하거나), 또는 APC밸브(244)의 개도(제1 개도)를 제2 개도보다도 작게 하기 때문에 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력까지 단시간에 상승시키고, 성막 처리의 생산성을 향상시켜 제1층 중에 포함되는 C의 농도를 증가시킬 수 있다.
또한 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 N2가스를 제3 유량으로 공급하고, TEA가스를 제2 유량으로 공급할 때에는 N2가스를 제3 유량보다도 작은 제4 유량으로 공급하는 것이 바람직하다. 즉 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량을 저감할 때에는 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 함께 저감하면 좋다. 이와 같이 한 경우, 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량을 저감한 후, 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압이 저하하는 것, 즉 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 농도가 저하하는 것을 억제할 수 있다. 그리고 웨이퍼(200)에 대한 TEA가스의 실질적인 공급량의 감소, 즉 웨이퍼(200)에 대하여 공급되는 TEA분자의 수가 감소하는 것을 억제할 수 있다. 즉 TEA가스를 제1 유량으로 공급하고 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력이 되었을 때의 TEA가스의 분압, 농도, 웨이퍼(200)에 대하여 공급되는 TEA분자의 수를 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량을 저감한 후에서도 일정하게 유지할 수 있다. 그 결과, 제1층 중에 첨가되는 C의 양이 감소하는 것, 즉 제1층 중에 포함되는 C의 농도가 저하하는 것을 억제할 수 있다.
또한 스텝2(TEA가스를 공급하는 공정)에서는, 즉 제1 TEA가스 공급 공정 및 제2 TEA가스 공급 공정에서는 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량과 N2가스의 유량의 유량비를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 즉 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량 및 N2가스의 유량을 제2 유량 및 제4 유량으로 각각 저감할 때에는 제3 유량에 대한 제1 유량의 비율과, 제4 유량에 대한 제2 유량의 비율을 같게 하는 것, 즉 제2 유량 및 제4 유량을 제1 유량 : 제3 유량 = 제2 유량 : 제4 유량의 관계를 만족시킬 수 있는 유량으로 각각 설정하는 것이 바람직하다. 바꿔 말하면, 스텝2에서는 TEA가스의 유량과 N2가스의 유량의 합계 유량[합(和)]을 전체로 하였을 때의 TEA가스의 유량이 차지하는 비율[백분율(割合)], 즉 TEA가스 비율(백분율)을 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 즉 TEA가스의 유량/(TEA가스의 유량+N2가스의 유량)을 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 즉 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량 및 N2가스의 유량을 제2 유량 및 제4 유량으로 각각 저감할 때에는, 제2 유량 및 제4 유량을 제1 유량/(제1 유량+제3 유량) = 제2 유량/(제2 유량+제4 유량)의 관계를 만족시킬 수 있는 유량으로 각각 설정하는 것이 바람직하다.
처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압(分壓) VT(Pa)은 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량을 QT(sccm), 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량을 QN(sccm), 처리실(201) 내의 전압(全壓)을 V(Pa)로 하였을 때, VT=[QT/(QT+QN)]×V로 나타낼 수 있다. 따라서 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량 및 N2가스의 유량을 제2 유량 및 제4 유량으로 각각 저감할 때, 제2 유량 및 제4 유량을 전술한 TEA가스 비율[=QT/(QT+QN)]을 일정하게 유지하도록 각각 설정하면, 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압VT은 일정하게 유지된다. 즉 적어도 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력V가 된 후, 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력V로 유지하면서 TEA가스 비율[=QT/(QT+QN)]을 일정하게 유지하면, 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압VT는 일정하게 유지된다. 그 결과, 웨이퍼(200)에 대한 TEA가스가 실질적인 공급 상태를 TEA가스의 유량을 저감하는 전후에서 마찬가지로 유지할 수 있다. 즉 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 TEA분자의 수를 TEA가스의 유량을 저감하는 전후에서 마찬가지로 유지할 수 있다. 그리고 그 결과, TEA가스의 유량을 저감한 후, 제1층 중에 첨가되는 C의 양이 감소하는 것, 즉 제1층 중에 포함되는 C의 농도가 저하하는 것을 억제할 수 있다.
또한 스텝2(TEA가스를 공급하는 공정)에서는 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량을 저감할 때에 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량과 N2가스의 유량의 유량비를 변화시키는 것에 의해, 즉 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압을 변화시키는 것에 의해 제1층 중에 첨가되는 C의 양을 변화시키는 것도 가능하다. 예컨대 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량을 저감할 때에 (제4 유량)>(제3 유량)×(제2 유량)/(제1 유량)을 만족시키도록 N2가스의 유량을 조정하는 것에 의해, 즉 TEA가스 비율을 저하시키는 것에 의해 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압을 저하시켜 제1층 중에 첨가되는 C의 양을 감소시키는 것도 가능하다. 또한 예컨대 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량을 저감할 때에 (제4 유량)<(제3 유량)×(제2 유량)/(제1 유량)을 만족시키도록 N2가스의 유량을 조정하는 것에 의해, 즉 TEA가스 비율을 증가시키는 것에 의해 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압을 상승시켜 제1층 중에 첨가되는 C의 양을 증가시키는 것도 가능하다.
또한 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1∼13,300Pa, 바람직하게는 399∼3,990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력을 이와 같은 비교적 높은 압력대로 하는 것에 의해 TEA가스를 논플라즈마로 열적으로 활성화시키는 것이 가능해진다. 또한 TEA가스를 열로 활성화시켜서 공급하는 것에 의해 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어 전술한 개질을 소프트하게 수행할 수 있다. 매스 플로우 컨트롤러(241b)로 제어하는 TEA가스의 공급 유량은 예컨대 200∼4,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241f, 241e, 241g)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 각각 예컨대 200∼10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 이 때 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압은 0.02∼1,2667Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 열로 활성화시킨 TEA가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 6∼24초의 범위 내의 시간으로 한다. 이 때의 히터(207)의 온도는 스텝1과 마찬가지로 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 250∼700℃, 바람직하게는 300∼650℃, 보다 바람직하게는 350∼600℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다.
또한 TEA가스를 제2 유량으로 공급할 때에는 처리실(201) 내의 압력을 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때와 마찬가지로 예컨대 1∼13,300Pa, 바람직하게는 399∼3,990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241b)로 제어하는 TEA가스의 공급 유량은 예컨대 100∼2,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241f, 241e, 241g)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 각각 예컨대 100∼5,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 이 때 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압은 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때와 마찬가지로 0.02∼12,667Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 열로 활성화시킨 TEA가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 12∼120초의 범위 내의 시간으로 한다. 이 때의 히터(207)의 온도는 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때와 마찬가지로 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 250∼700℃, 바람직하게는 300∼650℃, 보다 바람직하게는 350∼600℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다.
(잔류 가스 제거)
제1층이 형성된 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 닫고 TEA가스의 공급을 정지한다. 이 때 배기관(231)의 APC밸브(244)는 연 상태, 바람직하게는 APC밸브(244)의 개도를 전개로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1층 형성에 기여한 후의 TEA가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한 이 때 밸브(243f, 243e, 243g)는 연 상태로 하여 불활성 가스로서의 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1층 형성에 기여한 후의 TEA가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
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 스텝3에서 악영향이 발생하지 않는다. 이 때 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양을 공급하는 것에 의해 스텝3에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 이와 같이 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 N2가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
아민계 가스로서는 트리에틸아민[(C2H5)3N, 약칭: TEA] 외에 디에틸아민[(C2H5)2NH, 약칭: DEA], 모노에틸아민(C2H5NH2, 약칭: MEA) 등을 기화한 에틸아민계 가스, 트리메틸아민[(CH3)3N, 약칭: TMA], 디메틸아민[(CH3)2NH, 약칭: DMA], 모노메틸아민(CH3NH2, 약칭: MMA) 등을 기화한 메틸아민계 가스, 트리프로필아민[(C3H7)3N, 약칭: TPA], 디프로필아민[(C3H7)2NH, 약칭: DPA], 모노프로필아민(C3H7NH2, 약칭: MPA) 등을 기화한 프로필아민계 가스, 트리이소프로필아민([(CH3)2CH]3N, 약칭: TIPA), 디이소프로필아민([(CH3)2CH]2NH, 약칭: DIPA), 모노이소프로필아민[(CH3)2CHNH2, 약칭: MIPA] 등을 기화한 이소프로필아민계 가스, 트리부틸아민[(C4H9)3N, 약칭: TBA], 디부틸아민[(C4H9)2NH, 약칭: DBA], 모노부틸아민(C4H9NH2, 약칭: MBA) 등을 기화한 부틸아민계 가스, 또는 트리이소부틸아민([(CH3)2CHCH2]3N, 약칭: TIBA), 디이소부틸아민([(CH3)2CHCH2]2NH, 약칭: DIBA), 모노이소부틸아민[(CH3)2CHCH2NH2, 약칭: MIBA] 등을 기화한 이소부틸아민계 가스를 바람직하게 이용할 수 있다. 즉 아민계 가스로서는 예컨대 (C2H5)xNH3-x, (CH3)xNH3-x, (C3H7)xNH3-x, [(CH3)2CH]xNH3-x, (C4H9)xNH3-x, [(CH3)2CHCH2]xNH3-x(식 중, x는 1∼3의 정수) 중 적어도 1종류의 가스를 바람직하게 이용할 수 있다.
또한 아민계 가스로서는 탄소, 질소 및 수소의 3원소로 구성되고, 그 조성식 중(1분자 중)에서 질소 원자의 수보다도 탄소 원자의 수가 더 많은 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 즉 아민계 가스로서는 TEA, DEA, MEA, TMA, DMA, TPA, DPA, MPA, TIPA, DIPA, MIPA, TBA, DBA, MBA, TIBA, DIBA 및 MIBA로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 적어도 1개의 아민을 포함하는 가스를 이용하는 것이 바람직하다.
원료 가스로서 HCDS가스 등과 같은 소정 원소(실리콘) 및 할로겐 원소(염소)를 포함하는 클로로실란계 원료 가스를 이용하는 경우에, 제1 반응 가스로서 TEA가스나 DEA가스 등과 같은 탄소, 질소 및 수소의 3원소로 구성되고 그 조성식 중(1분자 중)에서 질소 원자의 수보다도 탄소 원자의 수가 더 많은 아민계 가스를 이용하는 것에 의해 스텝2에서 형성되는 제1층 중의 탄소 농도, 즉 후술하는 소정 횟수 실시 공정에서 형성되는 SiOCN막 또는 SiOC막 중의 탄소 농도를 높일 수 있다.
이에 대하여 원료 가스로서 HCDS가스 등과 같은 소정 원소(실리콘) 및 할로겐 원소(염소)를 포함하는 클로로실란계 원료 가스를 이용하는 경우에, 제1 반응 가스로서 MMA가스 등의 아민계 가스나 후술하는 MMH가스나 DMH가스 등의 유기 히드라진계 가스 등과 같은 탄소, 질소 및 수소의 3원소로 구성되고 그 조성식 중(1분자 중)에서 질소 원자의 수보다도 탄소 원자의 수가 더 많지 않은 가스를 이용하는 경우, 제1층 중의 탄소 농도, 즉 SiOCN막 또는 SiOC막 중의 탄소 농도를 제1 반응 가스로서 탄소, 질소 및 수소의 3원소로 구성되고 그 조성식 중(1분자 중)에서 질소 원자의 수보다도 탄소 원자의 수가 더 많은 아민계 가스를 이용하는 경우만큼 높게 할 수 없어 적절한 탄소 농도를 실현하는 것이 곤란해진다.
또한 아민계 가스로서는 그 조성식 중(1분자 중)에서 탄소(C) 원자를 포함하는 리간드를 복수 포함하는 가스, 즉 그 조성식 중(1분자 중)에서 알킬기 등의 탄화수소기를 복수 포함하는 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 아민계 가스로서는 그 조성식 중(1분자 중)에서 탄소(C) 원자를 포함하는 리간드(알킬기 등의 탄화수소기)를 3개 또는 2개 포함하는 가스를 이용하는 것이 바람직하고, 예컨대 TEA, DEA, TMA, DMA, TPA, DPA, TIPA, DIPA, TBA, DBA, TIBA 및 DIBA로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 아민을 포함하는 가스를 이용하는 것이 바람직하다.
원료 가스로서 HCDS가스와 같은 소정 원소(실리콘) 및 할로겐 원소(염소)를 포함하는 클로로실란계 원료 가스를 이용하는 경우에, 제1 반응 가스로서 TEA가스나 DEA가스 등과 같은 탄소, 질소 및 수소의 3원소로 구성되고 그 조성식 중(1분자 중)에서 탄소 원자를 포함하는 리간드를 복수 포함하는 아민계 가스, 즉 그 조성식 중(1분자 중)에서 알킬기 등의 탄화수소기를 복수 포함하는 아민계 가스를 이용하는 것에 의해 제1층 중의 탄소 농도, 즉 SiOCN막 또는 SiOC막 중의 탄소 농도를 더 높일 수 있다.
이에 대하여 원료 가스로서 HCDS가스 등과 같은 실리콘 및 할로겐 원소(염소)를 포함하는 클로로실란계 원료 가스를 이용하는 경우에, 제1 반응 가스로서 MMA가스 등의 아민계 가스나 후술하는 MMH가스 등의 유기 히드라진계 가스 등과 같은 그 조성식 중(1분자 중)에서 탄소 원자를 포함하는 리간드를 복수 포함하지 않는 가스를 이용하는 경우, 제1층 중의 탄소 농도, 즉 SiOCN막 또는 SiOC막 중의 탄소 농도를 제1 반응 가스로서 그 조성식 중(1분자 중)에서 탄소 원자를 포함하는 리간드를 복수 포함하는 아민계 가스를 이용하는 경우만큼 높게 할 수 없어 적절한 탄소 농도를 실현하는 것이 곤란해진다.
또한 제1 반응 가스로서 DEA가스 등과 같은 그 조성식 중(1분자 중)에서 탄소 원자를 포함하는 리간드(알킬기 등의 탄화수소기)를 2개 포함하는 아민계 가스를 이용하는 것에 의해, TEA가스 등과 같은 그 조성식 중(1분자 중)에서 탄소 원자를 포함하는 리간드(알킬기 등의 탄화수소기)를 3개 포함하는 아민계 가스를 이용하는 경우보다도 사이클 레이트(단위 사이클당 형성되는 SiOCN층 또는 SiOC층의 두께)를 향상시키는 것이 가능해지고, 또한 제1층 중의 탄소 농도에 대한 질소 농도의 비율(질소 농도/탄소 농도비), 즉 SiOCN막 또는 SiOC막 중의 탄소 농도에 대한 질소 농도의 비율(질소 농도/탄소 농도비)을 높이는 것이 가능해진다.
반대로 제1 반응 가스로서 TEA가스 등과 같은 그 조성식 중(1분자 중)에서 탄소 원자를 포함하는 리간드(알킬기 등의 탄화수소기)를 3개 포함하는 아민계 가스를 이용하는 것에 의해, DEA가스 등과 같은 그 조성식 중(1분자 중)에서 탄소 원자를 포함하는 리간드(알킬기 등의 탄화수소기)를 2개 포함하는 아민계 가스를 이용하는 경우보다도 제1층 중의 질소 농도에 대한 탄소 농도의 비율(탄소 농도/질소 농도비), 즉 SiOCN막 또는 SiOC막 중의 질소 농도에 대한 탄소 농도의 비율(탄소 농도/질소 농도비)을 높이는 것이 가능해진다.
즉 제1 반응 가스에 포함되는 탄소 원자를 포함하는 리간드의 수(알킬기 등의 탄화수소기의 수)에 의해, 즉 제1 반응 가스 가스종을 적절히 변경하는 것에 의해 사이클 레이트나, 형성하는 SiOCN막 또는 SiOC막 중의 질소 농도나 탄소 농도를 미조정(微調整)하는 것이 가능해진다.
또한 제1 반응 가스로서의 아민계 가스의 가스종(조성)을 적절하게 선택하는 것에 의해 SiOCN막 또는 SiOC막 중의 탄소 농도를 높일 수 있다는 것은 전술한 바와 같지만, 이 탄소 농도를 더 높이기 위해서는 예컨대 아민계 가스(TEA가스)를 웨이퍼(200)에 대하여 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력을 스텝1에서 클로로실란계 원료 가스(HCDS가스)를 웨이퍼(200)에 대하여 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력보다도 크게 하는 것이 바람직하고, 또한 후술하는 스텝3에서 산소 함유 가스(O2가스)를 웨이퍼(200)에 대하여 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력보다도 크게 하는 것이 바람직하다. 또한 이 경우, 스텝3에서 O2가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력은 스텝1에서 HCDS가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력보다도 크게 하는 것이 바람직하다. 즉 HCDS가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력을 P1[Pa]로 하고, TEA가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력을 P2[Pa]로 하고, O2가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력을 P3[Pa]로 하였을 때, 압력P1∼P3을 P2>P1, P3의 관계를 만족시키도록 각각 설정하는 것이 바람직하고, 또한 P2>P3>P1의 관계를 만족시키도록 각각 설정하는 것이 보다 바람직하다. 즉 TEA가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력은 스텝1∼3 중에서 가장 높게 하는 것이 바람직하다.
반대로 SiOCN막 또는 SiOC막 중의 탄소 농도의 증가량을 적절하게 억제하기 위해서는 아민계 가스(TEA가스)를 웨이퍼(200)에 대하여 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력을 후술하는 스텝3에서 산소 함유 가스(O2가스)를 웨이퍼(200)에 대하여 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력 이하의 압력으로 설정하거나, 스텝1에서 클로로실란계 원료 가스(HCDS가스)를 웨이퍼(200)에 대하여 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력 이하의 압력으로 설정하는 것이 바람직하다. 즉 전술한 압력 P1∼P3을 P3
Figure pat00001
P2의 관계를 만족시키도록 설정하거나, 또한 P3, P1
Figure pat00002
P2의 관계를 만족시키도록 설정하는 것이 바람직하다.
즉 아민계 가스를 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력을 적절하게 제어하는 것에 의해, 형성하는 SiOCN막 또는 SiOC막 중의 탄소 농도를 미조정하는 것이 가능해진다.
불활성 가스로서는 N2가스 외에 Ar가스, He가스, Ne가스, Xe가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
[스텝3]
(O2가스 공급)
스텝2가 종료되고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 열어 제3 가스 공급관(232c) 내에 O2가스를 흘린다. 제3 가스 공급관(232c) 내를 흐른 O2가스는 매스 플로우 컨트롤러(241c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 O2가스는 제3 노즐(249c)의 가스 공급공(250c)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 처리실(201) 내에 공급된 O2가스는 열로 활성화(여기)되어 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때 웨이퍼(200)에 대하여 열로 활성화된 O2가스가 공급된다. 이 때 동시에 밸브(243g)를 열어 제3 불활성 가스 공급관(232g) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 O2가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 이 때 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b) 내로의 O2가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(243e, 243f)를 열어 제1 불활성 가스 공급관(232e), 제2 불활성 가스 공급관(232f) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때 APC밸브(244)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1∼3,000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력을 이와 같은 비교적 높은 압력대로 하는 것에 의해 O2가스를 논플라즈마로 열적으로 활성화시키는 것이 가능해진다. 또한 O2가스를 열로 활성화시켜서 공급하는 것에 의해 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어 후술하는 산화를 소프트하게 수행할 수 있다. 매스 플로우 컨트롤러(241c)로 제어하는 O2가스의 공급 유량은 예컨대 100∼10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241g, 241e, 241f)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 각각 예컨대 100∼10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 이 때 처리실(201) 내에서의 O2가스의 분압은 0.01∼2,970Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 열로 활성화시킨 O2가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 1∼120초, 바람직하게는 1∼60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이 때의 히터(207)의 온도는 스텝1, 2와 같이 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 250∼700℃, 바람직하게는 300∼650℃, 보다 바람직하게는 350∼600℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다.
이 때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 처리실(201) 내의 압력을 높이는 것에 의해 열적으로 활성화된 O2가스이며, 처리실(201) 내에는 HCDS가스도 TEA가스도 흘리지 않는다. 따라서 O2가스는 기상 반응을 일으키지 않고, 활성화된 O2가스는 스텝2에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si, N 및 C를 포함하는 제1층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해 제1층은 산화되어서 제2층으로서 실리콘, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 층, 즉 실리콘 산탄질화층(SiOCN층) 또는 실리콘, 산소 및 탄소를 포함하는 층, 즉 실리콘 산탄화층(SiOC층)으로 개질된다.
또한 O2가스를 열로 활성화시켜서 처리실(201) 내에 흘리는 것에 의해 제1층을 열산화하여 SiOCN층 또는 SiOC층으로 개질(변화)시킬 수 있다. 이 때 제1층에 O성분을 부가하면서 제1층을 SiOCN층 또는 SiOC층으로 개질된다. 또한 이 때 O2가스에 의한 열산화의 작용에 의해 제1층에서의 Si-O결합이 증가하는 한편 Si-N결합, Si-C결합 및 Si-Si결합은 감소하여, 제1층에서의 N성분의 비율, C성분의 비율 및 Si성분의 비율은 감소한다. 그리고 이 때 열산화 시간을 연장하거나 열산화에서의 산화력을 높이는 것에 의해 N성분의 대부분을 탈리시켜서, N성분을 불순물 수준에까지 감소시키거나 N성분을 실질적으로 소멸시키는 것이 가능해진다. 즉 산소 농도를 증가시키는 방향으로 또한 질소 농도, 탄소 농도 및 실리콘 농도를 감소시키는 방향으로 조성비를 변화시키면서 제1층을 SiOCN층 또는 SiOC층으로 개질시킬 수 있다. 또한 이 때 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어하는 것에 의해 SiOCN층 또는 SiOC층에서의 O성분의 비율, 즉 산소 농도를 미조정할 수 있어 SiOCN층 또는 SiOC층의 조성비를 보다 치밀하게 제어할 수 있다.
또한 스텝1, 2에 의해 형성된 제1층에서의 C성분은 N성분에 비해 리치의 상태에 있다는 것이 판명되었다. 예컨대 한 실험에서는 탄소 농도가 질소 농도의 2배 이상이 되는 경우도 있었다. 즉 O2가스에 의한 열산화의 작용에 의해 제1층에서의 N성분이 완전히 탈리하기 전에 즉 N성분이 잔류한 상태에서 산화를 막는 것에 의해, 제1층에는 C성분과 N성분이 잔류하여 제1층은 SiOCN층으로 개질된다. 또한 O2가스에 의한 열산화의 작용에 의해 제1층에서의 N성분의 대부분이 탈리가 끝난 단계에서도 제1층에는 C성분이 잔류하며 이 상태에서 산화를 막는 것에 의해 제1층은 SiOC층으로 개질된다. 즉 가스 공급 시간(산화 처리 시간)이나 산화력을 제어하는 것에 의해 C성분의 비율, 즉 탄소 농도를 제어할 수 있어, SiOCN층 및 SiOC층 중 어느 하나의 층을 조성비를 제어하면서 형성할 수 있다. 또한 이 때 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어하는 것에 의해 SiOCN층 또는 SiOC층에서의 O성분의 비율, 즉 산소 농도를 미조정할 수 있어, SiOCN층 또는 SiOC층의 조성비를 보다 치밀하게 제어할 수 있다.
또한 이 때 제1층의 산화 반응은 포화시키지 않도록 하는 것이 바람직하다. 예컨대 스텝1, 2에서 1원자층 미만으로부터 수원자층 정도의 두께의 제1층을 형성한 경우에는 그 제1층의 일부를 산화시키도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 1원자층 미만으로부터 수원자층 정도의 두께의 제1층의 전체를 산화시키지 않도록 제1층의 산화 반응이 불포화가 되는 조건 하에서 산화를 수행한다.
또한 제1층의 산화 반응을 불포화로 하기 위해서는 스텝3에서의 처리 조건을 전술한 처리 조건으로 하면 좋지만, 또한 스텝3에서의 처리 조건을 다음 처리 조건으로 하는 것에 의해 제1층의 산화 반응을 불포화로 하는 것이 용이해진다.
웨이퍼 온도: 500∼650℃
처리실 내 압력: 133∼2,666Pa
O2가스 분압: 33∼2,515Pa
O2가스 공급 유량: 1,000∼5,000sccm
N2가스 공급 유량: 300∼3,000sccm
O2가스 공급 시간: 6∼60초
(잔류 가스 제거)
제2층이 형성된 후, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 닫고 O2가스의 공급을 정지한다. 이 때 배기관(231)의 APC밸브(244)는 연 상태, 바람직하게는 APC밸브(244)의 개도를 전개로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2층의 형성에 기여한 후의 O2가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한 이 때 밸브(243g, 243e, 243f)는 연 상태로 하여 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2층의 형성에 기여한 후의 O2가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
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 스텝1에서 악영향이 발생하지 않는다. 이 때 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양을 공급하는 것에 의해 스텝1에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 이와 같이 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 N2가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
산소 함유 가스(산화 가스)로서는 O2가스 외에 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 오존(O3) 가스, 수소(H2) 가스+산소(O2) 가스, H2가스+O3가스, 수증기(H2O) 가스, 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스 등을 이용해도 좋다. 불활성 가스로서는 N2가스 외에 Ar가스, He가스, Ne가스, Xe가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
(소정 횟수 실시)
전술한 스텝1∼3을 1사이클로 하여 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 막, 즉 실리콘 산탄질화막(SiOCN막), 또는 실리콘, 산소 및 탄소를 포함하는 막, 즉 실리콘 산탄화막(SiOC막)을 성막할 수 있다. 또한 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 즉 1사이클당 형성하는 SiOCN층 또는 SiOC층의 두께를 원하는 막 두께보다도 작게 하여 전술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
또한 사이클을 복수 회 수행하는 경우, 적어도 2사이클째 이후의 각 스텝에서 「웨이퍼(200)에 대하여 소정의 가스를 공급한다」고 기재한 부분은 「웨이퍼(200) 상에 형성되는 층에 대하여, 즉 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」는 것을 의미하고, 「웨이퍼(200) 상에 소정의 층을 형성한다」고 기재한 부분은 「웨이퍼(200) 상에 형성되는 층 상, 즉 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최표면 상에 소정의 층을 형성한다」는 것을 의미한다. 이 점은 전술한 바와 같다. 또한 이 점은 후술하는 다른 실시 형태에서도 마찬가지이다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
소정 조성을 포함하는 소정 막 두께의 SiOCN막 또는 SiOC막을 형성하는 성막 처리가 이루어지면, 밸브(243e, 243f, 243g)를 열어 제1 불활성 가스 공급관(232e), 제2 불활성 가스 공급관(232f), 제3 불활성 가스 공급관(232g)의 각각으로부터 불활성 가스로서의 N2가스를 처리실(201) 내에 공급하고 배기관(231)으로부터 배기한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되어(불활성 가스 치환) 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되어 반응관(203)의 하단이 개구되는 것과 함께, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부에 반출(보트 언로드)된다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 갖는다.
(a) 본 실시 형태에 의하면, 스텝2에서 TEA가스를 공급할 때에 우선 TEA가스를 제1 유량으로 공급한다(제1 TEA가스 공급 공정). 그리고 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력이 된 후, 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지하면서 TEA가스를 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하도록 한다(제2 TEA가스 공급 공정). 이에 의해 스텝2에서 처리실(201) 내에 제1 유량으로 TEA가스를 계속해서 공급하는 경우와 비교해서 처리실(201) 내로의 TEA가스의 총 공급량, 즉 TEA가스의 소비량을 저감시키는 것이 가능해진다. 그 결과, SiOCN막 또는 SiOC막의 성막 비용을 저감시키는 것이 가능해진다.
(b) 본 실시 형태에 의하면, 스텝2에서 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 처리실(201) 내를 배기하는 배기 라인에 설치된 APC밸브(244)의 개도를 제1 개도로 하고, TEA가스를 제2 유량으로 공급할 때에는 APC밸브(244)의 개도를 제1 개도보다도 큰 제2 개도로 한다. 즉 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 처리실(201) 내를 배기하는 배기 라인에서의 배기 컨덕턴스를 제1 배기 컨덕턴스로 하고, TEA가스를 제2 유량으로 공급할 때에는 배기 컨덕턴스를 제1 배기 컨덕턴스보다도 큰 제2 배기 컨덕턴스로 한다. 바꿔 말하면, TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 APC밸브(244)의 개도를 제2 개도보다도 작은(좁은) 제1 개도로 하고, 배기 컨덕턴스를 제2 배기 컨덕턴스보다도 작은 제1 배기 컨덕턴스로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 처리실(201) 내에 공급되는 가스의 총유량(즉 TEA가스의 유량과 N2가스의 유량의 합계 유량)이 배기 라인에 의해 배기되는 가스의 배기 유량보다도 더 크게 되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 한 경우, 처리실(201) 내의 압력을 신속하게 상승시킬 수 있고, 처리실(201) 내의 압력을 조기에 소정의 압력으로 도달시키는 것이 가능해진다. 즉 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 할 때까지의 시간을 단축하는 것이 가능해진다. 또한 처리실(201) 내의 압력을 신속하게 비교적 높은 압력까지 상승시킬 수 있기 때문에, 이로 인해 처리실(201) 내에 체재하는 탄소(C)의 양을 증가시키고, 제1층 중에 첨가되는 C의 양을 증가시키고, 제1층 중에 포함되는 C의 농도를 증가시킬 수 있다.
(c) 본 실시 형태에 의하면, 스텝2에서 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 처리실(201) 내를 배기하는 배기 라인에 설치된 APC밸브(244)의 개도(제1 개도)를 전폐로 하여 APC밸브(244)의 개도 제어를 정지하고, TEA가스를 제2 유량으로 공급할 때에는 APC밸브(244)를 개방하여 APC밸브(244)의 개도 제어를 실시한다. 즉 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 처리실(201) 내를 배기하는 배기 라인을 폐색하고, TEA가스를 제2 유량으로 공급할 때에는 배기 라인을 개방한다. 이에 의해 처리실(201) 내의 압력을 보다 신속하게 상승시키는 것이 가능해진다. 그 결과, SiOCN막 또는 SiOC막의 성막 레이트를 높이고 성막 처리의 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한 처리실(201) 내의 압력을 보다 신속하게 비교적 높은 압력까지 상승시키는 것에 의해 처리실(201) 내에 체재하는 탄소의 양을 증가시키고, SiOCN막 또는 SiOC막 중에 포함되는 C의 농도를 더 증가시킬 수 있다.
(d) 본 실시 형태에 의하면, 스텝2에서 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 N2가스를 제3 유량으로 공급하고, TEA가스를 제2 유량으로 공급할 때에는 N2가스를 제3 유량보다도 작은 제4 유량으로 공급한다. 즉 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량을 저감할 때에는 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 함께 저감하도록 한다. 이에 의해 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량을 저감한 후, 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압이 저하하는 것, 즉 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 농도가 저하하는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 그리고 웨이퍼(200)에 대한 TEA가스의 실질적인 공급량의 감소, 즉 웨이퍼(200)에 대하여 공급되는 TEA분자의 수가 감소하는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, SiOCN막 또는 SiOC막 중에 첨가되는 C의 양이 감소하는 것, 즉 SiOCN막 또는 SiOC막 중에 포함되는 C의 농도가 저하하는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
(e) 본 실시 형태에 의하면, 스텝2에서 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량과 N2가스의 유량의 유량비를 일정하게 유지한다. 즉 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량 및 N2가스의 유량을 제2 유량 및 제4 유량으로 각각 저감할 때에는 제2 유량 및 제4 유량을 제1 유량 : 제3 유량 = 제2 유량 : 제4 유량의 관계를 만족시킬 수 있는 유량으로 각각 설정한다. 이에 의해 적어도 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력이 된 후, 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압이 일정하게 유지된다. 그 결과, 웨이퍼(200)에 대한 TEA가스의 실질적인 공급 상태를 TEA가스의 유량을 저감하는 전후에서 마찬가지로 유지하는 것이 가능해진다. 즉 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 TEA분자의 수를 TEA가스의 유량을 저감하는 전후에서 마찬가지로 유지하는 것이 가능해진다. 그 결과, SiOCN막 또는 SiOC막 중에 첨가되는 C의 양이 감소하는 것, 즉 SiOCN막 또는 SiOC막 중에 포함되는 C의 농도가 저하하는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
(f) 본 실시 형태에 의하면, 스텝2에서 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량을 저감할 때에 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량과 N2가스의 유량의 유량비를 변화시키는 것에 의해, 즉 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압을 변화시키는 것에 의해 SiOCN막 또는 SiOC막 중에 첨가되는 C의 양을 변화시키는 것도 가능하다. 예컨대 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량을 저감할 때에 (제4 유량)>(제3 유량)×(제2 유량)/(제1 유량)을 만족시키도록 N2가스의 유량을 조정하는 것에 의해, 즉 TEA가스 비율을 저하시키는 것에 의해 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압을 저하시켜서 SiOCN막 또는 SiOC막 중에 첨가되는 C의 양을 감소시키는 것도 가능하다. 또한 예컨대 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량을 저감할 때에 (제4 유량)<(제3 유량)×(제2 유량)/(제1 유량)을 만족시키도록 N2가스의 유량을 조정하는 것에 의해, 즉 TEA가스 비율을 증가시키는 것에 의해 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압을 상승시켜서 제1층 중에 첨가되는 C의 양을 증가시키는 것도 가능하다.
(g) 본 실시 형태에 의하면, 스텝1, 2를 교호적으로 수행하는 것에 의해 Si, N 및 C를 포함하는 제1층을 형성한 후, 제2 반응 가스로서 산소 함유 가스인 O2가스를 공급해서 제1층을 산화시켜 제2층으로서의 SiOCN층 또는 SiOC층으로 개질시키는 스텝3을 수행하는 것에 의해, 형성하는 SiOCN막 또는 SiOC막 중의 산소와 탄소와 질소의 조성비를 조정하는 것이 가능해진다. 또한 이 때 O2가스를 열로 활성화시켜서 공급하는 것에 의해 열산화의 작용에 의해 SiOCN막 또는 SiOC막 중의 Si-O결합을 증가시키는 한편, Si-C결합, Si-N결합 및 Si-Si결합을 감소시키는 것이 가능해진다. 즉 산소 농도를 증가시키는 방향으로 또한 질소 농도, 탄소 농도 및 실리콘 농도를 감소시키는 방향으로 조성비를 변화시키는 것이 가능해진다. 또한 이 때 열산화 시간을 연장하거나 열산화에서의 산화력을 높이거나 하는 것에 의해, 산소 농도를 더 증가시키는 방향으로 또한 질소 농도, 탄소 농도 및 실리콘 농도를 더 감소시키는 방향으로 조성비를 변화시키는 것이 가능해진다. 또한 이 때 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어하는 것에 의해 SiOCN막 또는 SiOC막 중의 O성분의 비율, 즉 산소 농도를 미조정할 수 있어 SiOCN막 또는 SiOC막의 조성비를 보다 치밀하게 제어하는 것이 가능해진다. 이들에 의해 형성하는 SiOCN막 또는 SiOC막의 유전율을 조정하거나, 에칭 내성을 향상시키거나, 절연성을 향상시키는 것이 가능해진다.
<본 발명의 제2 실시 형태>
다음으로 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다.
전술한 제1 실시 형태에서는 제2 반응 가스로서 산소 함유 가스(O2가스)를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘 산탄질화막 또는 실리콘 산탄화막을 형성하는 예에 대해서 설명하였지만, 본 실시 형태에서는 제2 반응 가스로서 질소 함유 가스(NH3가스)를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘 탄질화막을 형성하는 예에 대해서 설명한다.
즉 본 실시 형태에서는,
처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 클로로실란계 원료 가스(HCDS가스)를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 염소를 포함하는 실리콘 함유층을 형성하는 공정;
처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제1 반응 가스로서 아민계 가스(TEA가스)를 공급하는 것에 의해 염소를 포함하는 실리콘 함유층을 개질하여 실리콘, 질소 및 탄소를 포함하는 제1층을 형성하는 공정; 및
처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제2 반응 가스로서 질소 함유 가스(NH3가스)를 공급하는 것에 의해 제1층을 개질하여 제2층으로서 실리콘 탄질화층(SiCN층)을 형성하는 공정;
을 포함하는 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘 탄질화막(SiCN막)을 형성하는 예에 대해서 설명한다.
도 6은 본 실시 형태에서의 성막 플로우를 도시하는 도면이다. 도 7은 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다. 또한 본 실시 형태와 제1 실시 형태의 차이점은 스텝3에서 제2 반응 가스로서 열로 활성화시킨 NH3가스를 이용하는 점뿐이며, 그 외는 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 이하, 본 실시 형태의 스텝3에 대해서 설명한다.
[스텝3]
(NH3가스 공급)
스텝2가 종료되고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)를 열어 제4 가스 공급관(232d) 내에 NH3가스를 흘린다. 제4 가스 공급관(232d) 내를 흐른 NH3가스는 매스 플로우 컨트롤러(241d)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 NH3가스는 제3 노즐(249c)의 가스 공급공(250c)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 처리실(201) 내에 공급된 NH3가스는 열로 활성화(여기)되어 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때 웨이퍼(200)에 대하여 열로 활성화된 NH3가스가 공급된다. 이 때 동시에 밸브(243g)를 열어 제3 불활성 가스 공급관(232g) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 NH3가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 이 때 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b) 내로의 NH3가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(243e, 243f)를 열어 제1 불활성 가스 공급관(232e), 제2 불활성 가스 공급관(232f) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때 APC밸브(244)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1∼3,000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력을 이와 같은 비교적 높은 압력대로 하는 것에 의해 NH3가스를 논플라즈마로 열적으로 활성화시키는 것이 가능해진다. 또한 NH3가스를 열로 활성화시켜서 공급하는 것에 의해 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어 후술하는 질화를 소프트하게 수행할 수 있다. 매스 플로우 컨트롤러(241c)로 제어하는 NH3가스의 공급 유량은 예컨대 100∼10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241g, 241e, 241f)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 각각 예컨대 100∼10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 이 때 처리실(201) 내에서의 NH3가스의 분압은 0.01∼2,970Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 열로 활성화시킨 NH3가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 1∼120초, 바람직하게는 1∼60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이 때의 히터(207)의 온도는 스텝1, 2와 마찬가지로 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 250∼700℃, 바람직하게는 300∼650℃, 보다 바람직하게는 350∼600℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다.
이 때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 처리실(201) 내의 압력을 높이는 것에 의해 열적으로 활성화된 NH3가스이며, 처리실(201) 내에는 HCDS가스도 TEA가스도 흘리지 않는다. 따라서 NH3가스는 기상 반응을 일으키지 않고, 활성화된 NH3가스는 스텝2에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si, N 및 C를 포함하는 제1층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해 제1층은 질화되어 제2층으로서 실리콘, 탄소 및 질소를 포함하는 층, 즉 실리콘 탄질화층(SiCN층)으로 개질된다.
또한 NH3가스를 열로 활성화시켜서 처리실(201) 내에 흘리는 것에 의해 제1층을 열 질화하여 SiCN층으로 개질(변화)시킬 수 있다. 이 때 제1층에서의 N성분의 비율을 증가시키면서 제1층을 SiCN층으로 개질한다. 또한 이 때 NH3가스에 의한 열 질화의 작용에 의해 제1층에서의 Si-N결합이 증가하는 한편 Si-C결합 및 Si-Si결합은 감소하여제1층에서의 C성분의 비율 및 Si성분의 비율은 감소된다. 즉 질소 농도를 증가시키는 방향으로 또한 탄소 농도 및 실리콘 농도를 감소시키는 방향으로 조성비를 변화시키면서 제1층을 SiCN층으로 개질시킬 수 있다. 또한 이 때 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어하는 것에 의해 SiCN층에서의 N성분의 비율, 즉 질소 농도를 미조정할 수 있어 SiCN층의 조성비를 보다 치밀하게 제어할 수 있다.
또한 이 때 제1층의 질화 반응은 포화시키지 않도록 하는 것이 바람직하다. 예컨대 스텝1, 2에서 1원자층 미만으로부터 수원자층 정도의 두께의 제1층을 형성한 경우에는 그 제1층의 일부를 질화시키도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 1원자층 미만으로부터 수원자층 정도의 두께의 제1층의 전체를 질화시키지 않도록 제1층의 질화 반응이 불포화가 되는 조건 하에서 질화를 수행한다.
또한 제1층의 질화 반응을 불포화로 하기 위해서는 스텝3에서의 처리 조건을 전술한 처리 조건으로 하면 좋지만, 또한 스텝3에서의 처리 조건을 다음 처리 조건으로 하는 것에 의해 제1층의 질화 반응을 불포화로 하는 것이 용이해진다.
웨이퍼 온도: 500∼650℃
처리실 내 압력: 133∼2,666Pa
NH3가스 분압: 33∼2,515Pa
NH3가스 공급 유량: 1,000∼5,000sccm
N2가스 공급 유량: 300∼3,000sccm
NH3가스 공급 시간: 6∼60초
(잔류 가스 제거)
제2층이 형성된 후, 제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)를 닫고 NH3가스의 공급을 정지한다. 이 때 배기관(231)의 APC밸브(244)는 연 상태, 바람직하게는 APC밸브(244)의 개도를 전개로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2층 형성에 기여한 후의 NH3가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한 이 때 밸브(243g, 243e, 243f)는 연 상태로 하여 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2층 형성에 기여한 후의 NH3가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
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 스텝1에서 악영향이 발생하지 않는다. 이 때 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양을 공급하는 것에 의해 스텝1에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 이와 같이 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 N2가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
질소 함유 가스(질화 가스)로서는 NH3가스 외에 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8가스, 이와 같은 화합물을 포함하는 가스 등을 이용해도 좋다. 불활성 가스로서는 N2가스 외에 Ar가스, He가스, Ne가스, Xe가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
(소정 횟수 실시)
전술한 스텝1∼3을 1사이클로 하여 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘, 탄소 및 질소를 포함하는 막, 즉 실리콘 탄질화막(SiCN막)을 성막할 수 있다. 또한 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 즉 1사이클당 형성하는 SiCN층의 두께를 원하는 막 두께보다도 작게 하여 전술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 의하면, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 갖는다.
즉 스텝2에서 TEA가스를 공급할 때에 TEA가스를 제1 유량으로 공급하고 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력이 된 후 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지하면서 TEA가스를 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하도록 하는 것에 의해, TEA가스의 소비량을 저감시켜 SiCN막의 성막 비용을 저감시키는 것이 가능해진다.
또한 스텝2에서 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 처리실(201) 내를 배기하는 배기 라인에 설치된 APC밸브(244)의 개도를 제1 개도로 하고, TEA가스를 제2 유량으로 공급할 때에는 APC밸브(244)의 개도를 제1 개도보다도 큰 제2 개도로 하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 신속하게 상승시킬 수 있어 처리실(201) 내의 압력을 조기에 소정의 압력으로 도달시키는 것이 가능해진다. 또한 처리실(201) 내에 체재하는 탄소(C)의 양을 증가시켜 제1층 중에 포함되는 C의 농도를 증가시키는 것이 가능해진다.
또한 스텝2에서 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 처리실(201) 내를 배기하는 배기 라인에 설치된 APC밸브(244)의 개도(제1 개도)를 전폐로 하여 APC밸브(244)의 개도 제어를 정지하고(배기 라인을 폐색하고), TEA가스를 제2 유량으로 공급할 때에는 APC밸브(244)를 개방하여 APC밸브(244)의 개도 제어를 실시하는(배기 라인을 개방하는) 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 신속하게 상승시켜서 SiCN막의 성막 처리의 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한 SiCN막 중에 포함되는 C의 농도를 증가시키는 것이 가능해진다.
또한 스텝2에서 TEA가스를 제1 유량으로 공급할 때에는 N2가스를 제3 유량으로 공급하고, TEA가스를 제2 유량으로 공급할 때에는 N2가스를 제3 유량보다도 작은 제4 유량으로 공급하는 것에 의해 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압이 저하하는 것을 방지하고, SiCN막 중에 포함되는 C의 농도가 저하하는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
또한 스텝2에서 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량과 N2가스의 유량의 유량비를 일정하게 유지하는 것에 의해 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압이 일정하게 유지되어 SiCN막 중에 포함되는 C의 농도가 저하하는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
또한 스텝2에서 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량을 저감할 때에 처리실(201) 내에 공급하는 TEA가스의 유량과 N2가스의 유량의 유량비를 오히려 변화시키는 것에 의해 SiCN막 중에 첨가되는 C의 양을 변화시키는 것도 가능하다.
또한 본 실시 형태에 의하면, 스텝1, 2를 교호적으로 수행하는 것에 의해 Si, N 및 C를 포함하는 제1층을 형성한 후, 제2 반응 가스로서 질소 함유 가스인 NH3가스를 공급하여 제1층을 질화시켜 제2층으로서의 SiCN층으로 개질시키는 스텝3을 수행하는 것에 의해, 형성하는 SiCN막 중의 탄소와 질소의 조성비를 조정하는 것이 가능해진다. 또한 이 때 NH3가스를 열로 활성화시켜서 공급하는 것에 의해, 열 질화의 작용에 의해 SiCN막 중의 Si-N결합을 증가시키는 한편 Si-C결합 및 Si-Si결합을 감소시키는 것이 가능해진다. 즉 질소 농도를 증가시키는 방향으로 또한 탄소 농도 및 실리콘 농도를 감소시키는 방향으로 조성비를 변화시키는 것이 가능해진다. 또한 이 때 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어하는 것에 의해 SiCN막 중의 N성분의 비율, 즉 질소 농도를 미조정할 수 있어 SiCN막의 조성비를 보다 치밀하게 제어하는 것이 가능해진다. 이들에 의해 형성하는 SiCN막의 유전율을 조정하거나, 에칭 내성을 향상시키거나, 절연성을 향상시키는 것이 가능해진다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였지만 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 갖가지 변경이 가능하다.
예컨대 전술한 실시 형태에서는 TEA가스의 유량을 2단계로 변화시켜서 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 예에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이와 같은 실시 형태에 한정되지 않는다. 즉 TEA가스의 유량을 각각 3단계, 4단계, 즉 다단계로 변화시켜서 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성해도 좋다. 이 경우에서도 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력이 된 후 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지하도록 APC밸브(244)의 개도를 제어하고 또한 처리실(201) 내의 TEA가스의 분압을 일정하게 유지하도록 N2가스의 유량을 제어하는 것에 의해, 전술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 가질 수 있다.
또한 예컨대 전술한 실시 형태에서는 TEA가스의 유량을 2단계로 변화시켜서 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 예에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이와 같은 실시 형태에 한정되지 않는다. 즉 HCDS가스 등의 원료 가스의 유량을 2단계로 변화시켜서 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성해도 좋고, O2가스 등의 산소 함유 가스의 유량을 2단계로 변화시켜서 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성해도 좋고, N3가스 등의 질소 함유 가스의 유량을 2단계로 변화시켜서 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성해도 좋다. 즉 제1 반응 가스(아민계 가스)를 공급하는 공정뿐만 아니라, 원료 가스를 공급하는 공정이나, 제2 반응 가스(산소 함유 가스나 질소 함유 가스)를 공급하는 공정에서도 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태에서 원료 가스 및 제2 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 공정; 및 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력이 된 후, 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지하면서 처리실(201) 내의 배기를 실시한 상태에서 원료 가스 및 제2 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스를 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 공정;을 수행해도 좋다. 도 9는 원료 가스(HCDS가스), 제1 반응 가스(TEA가스) 및 산소 함유 가스(O2가스)의 유량을 각각 2단계로 변화시켜서 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막 또는 SiOC막을 형성하는 예를 제시한다. 단, TEA가스와 같은 카본 소스인 탄소 함유 가스는 산소 함유 가스나 질소 함유 가스에 비해 비교적 고가이기 때문에 또한 박막 중의 C농도의 고농도화는 비교적 어렵기 때문에, 카본 소스인 탄소 함유 가스의 유량을 2단계로 변화시켜서 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 경우에 본원 발명의 효과가 가장 현저하게 드러난다.
또한 예컨대 전술한 실시 형태에서는 Si, N 및 C를 포함하는 제1층을 형성할 때에 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 클로로실란계 원료 가스를 공급하고 그 후 아민계 가스를 공급하는 예에 대해서 설명하였지만, 이 가스들의 공급 순서는 반대이어도 좋다. 즉 아민계 가스를 공급하고 그 후 클로로실란계 원료 가스를 공급해도 좋다. 즉 클로로실란계 원료 가스 및 아민계 가스 중 일방(一方)의 가스를 공급하고 그 후 타방(他方)의 가스를 공급하면 좋다. 이와 같이 가스의 공급 순서를 변경하는 것에 의해, 형성되는 박막의 막질이나 조성비를 변화시키는 것도 가능하다.
또한 예컨대 전술한 실시 형태에서는 제1층을 형성하는 공정에서 스텝1, 2를 교호적으로 1회 수행하는 것에 의해 Si, N 및 C를 포함하는 제1층을 형성하는 예에 대해서 설명하였지만, 스텝1, 2를 교호적으로 복수 회 수행하는 것에 의해 Si, N 및 C를 포함하는 제1층을 형성해도 좋다. 즉 제1층을 형성하는 공정에서는 스텝1, 2를 교호적으로 소정 횟수(1회 이상) 수행하는 것에 의해 Si, N 및 C를 포함하는 제1층을 형성할 수 있다. 즉 제1 실시 형태에서는 스텝1, 2를 교호적으로 소정 횟수(1회 또는 복수 회) 수행하는 것에 의해 Si, N 및 C를 포함하는 제1층을 형성하는 공정 및 제2 반응 가스로서 산소 함유 가스를 공급하는 것에 의해 제1층을 산화시켜 제2층으로서의 SiOCN층 또는 SiOC층을 형성하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막 또는 SiOC막을 형성할 수 있다. 또한 제2 실시 형태에서는 스텝1, 2를 교호적으로 소정 횟수(1회 또는 복수 회) 수행하는 것에 의해 Si, N 및 C를 포함하는 제1층을 형성하는 공정 및 제2 반응 가스로서 질소 함유 가스를 공급하는 것에 의해 제1층을 질화시켜서 제2층으로서의 SiCN층을 형성하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiCN막을 형성할 수 있다.
또한 예컨대 전술한 실시 형태에서는 스텝1에서 소정 원소(실리콘) 및 할로겐 원소(염소)를 포함하는 초기층을 형성할 때에 원료 가스로서 클로로실란계 원료 가스를 이용하는 예에 대해서 설명하였지만, 클로로실란계 원료 가스 대신에 클로로기 이외의 할로겐계의 리간드를 가지는 실란계 원료 가스를 이용해도 좋다. 예컨대 클로로실란계 원료 가스 대신에 플루오르실란계 원료 가스를 이용해도 좋다. 여기서 플루오르실란계 원료 가스란 기체 상태의 플루오르실란계 원료, 예컨대 상온 상압 하에서 액체 상태인 플루오르실란계 원료를 기화하는 것에 의해 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 플루오르실란계 원료 등을 말한다. 또한 플루오르실란계 원료란 할로겐기로서의 플루오르기를 포함하는 실란계 원료를 말하며, 적어도 실리콘(Si) 및 불소(F)를 포함하는 원료를 말한다. 즉 여기서 말하는 플루오르실란계 원료는 할로겐화물의 일종이라고도 할 수 있다. 플루오르실란계 원료 가스로서는 예컨대 테트라플루오르실란, 즉 실리콘테트라플로라이드(SiF4) 가스나, 헥사플루오르디실란(Si2F6) 가스 등의 불화 실리콘 가스를 이용할 수 있다. 이 경우, 소정 원소와 할로겐 원소를 포함하는 초기층을 형성할 때에 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 플루오르실란계 원료 가스를 공급한다. 이 경우, 초기층은 Si와 F를 포함하는 층, 즉 F를 포함하는 실리콘 함유층이 된다.
또한 예컨대 전술한 실시 형태에서는 초기층으로서의 Cl을 포함하는 실리콘 함유층을 Si, N 및 C를 포함하는 제1층으로 변화(개질)시킬 때에 제1 반응 가스로서 아민계 가스를 이용하는 예에 대해서 설명하였지만, 아민계 가스 대신에 제1 반응 가스로서 예컨대 유기 히드라진 화합물을 포함하는 가스, 즉 유기 히드라진계 가스를 이용해도 좋다. 또한 유기 히드라진 화합물을 포함하는 가스를 단순히 유기 히드라진 화합물 가스 또는 유기 히드라진 가스라고도 부를 수 있다. 여기서 유기 히드라진계 가스란 기체 상태의 유기 히드라진, 예컨대 상온 상압 하에서 액체 상태인 유기 히드라진을 기화하는 것에 의해 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 유기 히드라진 등의 히드라진기를 포함하는 가스를 말한다. 유기 히드라진계 가스는 탄소(C), 질소(N) 및 수소(H)의 3원소로 구성되는 실리콘 비함유의 가스이며 또한 실리콘 및 금속 비함유의 가스다. 유기 히드라진계 가스로서는 예컨대 모노메틸히드라진[(CH3)HN2H2, 약칭: MMH], 디메틸히드라진[(CH3)2N2H2, 약칭: DMH], 트리메틸히드라진[(CH3)2N2(CH3)H, 약칭: TMH] 등을 기화한 메틸히드라진계 가스나, 에틸히드라진[(C2H5)HN2H2, 약칭: EH] 등을 기화한 에틸히드라진계 가스를 바람직하게 이용할 수 있다. 이와 같은 경우, Cl을 포함하는 실리콘 함유층을 Si, N 및 C를 포함하는 제1층으로 변화(개질)시킬 때에 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 유기 히드라진계 가스를 공급한다.
또한 전술한 실시 형태에서는 원료 가스, 아민계 가스, 산소 함유 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막 또는 SiOC막을 형성하는 예나 원료 가스, 아민계 가스, 질소 함유 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 SiCN막을 형성하는 예에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이와 같은 실시 형태에 한정되지 않는다.
예컨대 본 발명은 원료 가스, 아민계 가스, 탄소 함유 가스, 산소 함유 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막 또는 SiOC막을 형성하는 경우나, 원료 가스, 아민계 가스, 탄소 함유 가스, 질소 함유 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 SiCN막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다. 즉 본 발명은 원료 가스 공급 공정, 아민계 가스 공급 공정, 탄소 함유 가스 공급 공정, 산소 함유 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막 또는 SiOC막을 형성하는 경우나, 원료 가스 공급 공정, 아민계 가스 공급 공정, 탄소 함유 가스 공급 공정, 질소 함유 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiCN막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
또한 예컨대 본 발명은 원료 가스, 아민계 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 SiCN막을 형성하는 경우나, 원료 가스, 아민계 가스, 탄소 함유 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 SiCN막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다. 즉 본 발명은 원료 가스 공급 공정, 아민계 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiCN막을 형성하는 경우나, 원료 가스 공급 공정, 아민계 가스 공급 공정, 탄소 함유 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiCN막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
또한 예컨대 본 발명은 원료 가스, 아민계 가스, 붕소 함유 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막)을 형성하는 경우나, 원료 가스, 아민계 가스, 붕소 함유 가스, 탄소 함유 가스, 질소 함유 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 SiBCN막을 형성하는 경우나, 원료 가스, 아민계 가스, 붕소 함유 가스, 질소 함유 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 실리콘 붕질화막(SiBN막)을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다. 즉 본 발명은 원료 가스 공급 공정, 아민계 가스 공급 공정, 붕소 함유 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiBCN막을 형성하는 경우나, 원료 가스 공급 공정, 아민계 가스 공급 공정, 붕소 함유 가스 공급 공정, 탄소 함유 가스 공급 공정, 질소 함유 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiBCN막을 형성하는 경우나, 원료 가스 공급 공정, 아민계 가스 공급 공정, 붕소 함유 가스 공급 공정, 질소 함유 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiBN막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
또한 예컨대 본 발명은 붕소 함유 가스, 아민계 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 붕탄질화막(BCN막)을 형성하는 경우나, 붕소 함유 가스, 아민계 가스, 탄소 함유 가스, 질소 함유 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 BCN막을 형성하는 경우나, 붕소 함유 가스, 아민계 가스, 질소 함유 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 붕질화막(BN막)을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다. 즉 본 발명은 붕소 함유 가스 공급 공정, 아민계 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 BCN막을 형성하는 경우나, 붕소 함유 가스 공급 공정, 아민계 가스 공급 공정, 탄소 함유 가스 공급 공정, 질소 함유 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 BCN막을 형성하는 경우나, 붕소 함유 가스 공급 공정, 아민계 가스 공급 공정, 질소 함유 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 BN막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
이와 같은 경우, 탄소 함유 가스로서는 예컨대 아세틸렌(C2H2) 가스, 프로필렌(C3H6) 가스, 에틸렌(C2H4) 가스 등의 탄화수소계의 가스를 이용할 수 있다. 또한 붕소 함유 가스로서는 예컨대 3염화붕소(BCl3) 가스나 디보란(B2H6) 가스 등의 무기계의 가스나, 보라진계 가스 등의 유기계의 가스(이하, 유기 보라진 화합물 가스라고도 부른다)를 이용할 수 있다. 원료 가스, 아민계 가스, 산소 함유 가스, 질소 함유 가스로서는 전술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 또한 이 때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 이와 같은 경우, 아민계 가스 공급 공정에서 아민계 가스의 유량을 전술과 같이 2단계로 변화시켜도 좋고, 그 이외의 가스(원료 가스, 붕소 함유 가스, 탄소 함유 가스, 산소 함유 가스, 질소 함유 가스)의 유량을 전술과 같이 2단계로 변화시켜도 좋다. 단, 아민계 가스나 C3H6가스와 같은 카본 소스인 탄소 함유 가스는 산소 함유 가스나 질소 함유 가스에 비해 비교적 고가이기 때문에 또한 박막 중의 C농도의 고농도화는 비교적 어렵기 때문에, 아민계 가스의 유량이나 탄소 함유 가스의 유량을 2단계로 변화시켜서 박막을 형성하는 경우에 본 발명의 효과가 현저하게 드러난다. 또한 유기 보라진 화합물 가스도 비교적 고가이기 때문에 붕소 함유 가스로서 이용하는 유기 보라진 화합물 가스의 유량을 2단계로 변화시켜서 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 경우에도 본 발명의 효과가 현저하게 드러난다.
이와 같이 본 발명은 원료 가스와 아민계 가스를 이용하는 기판 처리 프로세스 전반(全般)에 바람직하게 적용하는 것이 가능하다.
또한 본 발명은 예컨대 원료 가스와 아미노실란계 원료 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 SiCN막을 형성하는 경우나, 원료 가스와 유기 보라진 화합물 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 보라진 환(環) 골격을 포함하는 SiBCN막 또는 SiBN막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다. 즉 본 발명은 원료 가스 공급 공정, 아미노실란계 원료 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiCN막을 형성하는 경우나, 원료 가스 공급 공정, 유기 보라진 화합물 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 보라진 환 골격을 포함하는 SiBCN막 또는 SiBN막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
이와 같은 경우, 아미노실란계 원료 가스로서는 예컨대 트리스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS) 가스 등을 이용할 수 있다. 또한 유기 보라진 화합물 가스로서는 예컨대 n, n’, n”-트리메틸보라진(약칭: TMB) 가스 등을 이용할 수 있다. 원료 가스로서는 전술한 실시 형태와 마찬가지의 원료 가스를 이용할 수 있다. 또한 이 때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 이와 같은 경우, 아미노실란계 원료 가스 공급 공정에서 아미노실란계 원료 가스의 유량을 전술과 같이 2단계로 변화시켜도 좋고, 유기 보라진 화합물 가스 공급 공정에서 유기 보라진 화합물 가스의 유량을 전술과 같이 2단계로 변화시켜도 좋고, 원료 가스 공급 공정에서 원료 가스의 유량을 전술과 같이 2단계로 변화시켜도 좋다. 단, 아미노실란계 원료 가스나 유기 보라진 화합물 가스는 비교적 고가이기 때문에 이들의 가스의 유량을 2단계로 변화시켜서 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 경우에 본 발명의 효과가 현저하게 드러난다.
이와 같이 본 발명은 원료 가스와 아미노실란계 원료 가스를 이용하는 기판 처리 프로세스나, 원료 가스와 유기 보라진 화합물 가스를 이용하는 기판 처리 프로세스에 바람직하게 적용하는 것이 가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 반응 가스로서 탄소 및 질소를 포함하는 가스(탄소 및 질소 함유 가스)인 아민계 가스를 이용하는 예에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이와 같은 실시 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 본 발명은 반응 가스로서 아민계 가스 대신에 탄소 함유 가스와, 질소 함유 가스의 2종류의 가스를 이용하는 경우에도 적용할 수 있다.
예컨대 본 발명은 원료 가스 공급 공정, 탄소 함유 가스 공급 공정, 질소 함유 가스 공급 공정, 산소 함유 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막을 형성하는 경우나, 원료 가스 공급 공정, 탄소 함유 가스 공급 공정, 질소 함유 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiCN막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다. 이 경우, 탄소 함유 가스로서는 프로필렌(C3H6) 가스, 아세틸렌(C2H2) 가스, 에틸렌(C2H4) 가스 등의 탄화수소계 가스를 이용할 수 있고, 질소 함유 가스로서는 전술한 제2 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다.
또한 예컨대 본 발명은 원료 가스 공급 공정, 탄소 함유 가스 공급 공정, 붕소 함유 가스 공급 공정, 질소 함유 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiBCN막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다. 이와 같은 경우, 탄소 함유 가스, 붕소 함유 가스, 질소 함유 가스로서는 전술한 가스를 각각 이용할 수 있다.
또한 예컨대 본 발명은 붕소 함유 가스 공급 공정, 탄소 함유 가스 공급 공정, 질소 함유 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 BCN막을 형성하는 경우나, 붕소 함유 가스 공급 공정, 질소 함유 가스 공급 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 BN막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다. 이 경우, 붕소 함유 가스, 탄소 함유 가스, 질소 함유 가스로서는 전술한 가스를 각각 이용할 수 있다.
이와 같은 경우, 탄소 함유 가스 공급 공정에서 탄소 함유 가스의 유량을 전술한 바와 같이 2단계로 변화시켜도 좋고, 그 이외의 가스(원료 가스, 산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 붕소 함유 가스)의 유량을 전술과 같이 2단계로 변화시켜도 좋다. 단, C3H6가스와 같은 카본 소스인 탄소 함유 가스는 산소 함유 가스나 질소 함유 가스에 비해 비교적 고가이기 때문에 또한 박막 중의 C농도의 고농도화는 비교적 어렵기 때문에, 카본 소스인 탄소 함유 가스의 유량을 2단계로 변화시켜서 박막을 형성하는 경우에 본 발명의 효과가 가장 현저하게 드러난다.
이와 같이 본 발명은 원료 가스와 탄소 함유 가스 등의 반응 가스를 이용하여 박막을 형성하는 경우에 바람직하게 적용할 수 있다.
전술한 각 실시 형태나 각 변형예의 수법에 의해 형성한 실리콘계 절연막이나 붕소계 절연막을 사이드월 스페이서로서 사용하는 것에 의해 리크 전류가 적고 가공성이 뛰어난 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능해진다.
또한 전술한 각 실시 형태나 각 변형예의 수법에 의해 형성한 실리콘계 절연막이나 붕소계 절연막을 엣치 스톱퍼(stopper)로서 사용하는 것에 의해 가공성이 뛰어난 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능해진다.
전술한 각 실시 형태나 각 변형예에 의하면, 저온 영역에서도 플라즈마를 이용하지 않고 이상적 양론비의 실리콘계 절연막이나 붕소계 절연막을 형성할 수 있다. 또한 플라즈마를 이용하지 않고 실리콘계 절연막이나 붕소계 절연막을 형성할 수 있기 때문에, 예컨대 DPT의 SADP막 등, 플라즈마 데미지를 염려하는 공정으로의 적응도 가능해진다.
또한 전술한 실시 형태에서는 산탄질화막, 산탄화막, 탄질화막으로서 반도체 원소인 실리콘을 포함하는 실리콘계 절연막(SiOCN막, SiOC막, SiCN막)을 형성하는 예에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 예컨대 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등의 금속 원소를 포함하는 금속계 박막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
즉 본 발명은 예컨대 티타늄 산탄질화막(TiOCN막), 지르코늄 산탄질화막(ZrOCN막), 하프늄 산탄질화막(HfOCN막), 탄탈 산탄질화막(TaOCN막), 알루미늄 산탄질화막(AlOCN막), 몰리브덴 산탄질화막(MoOCN막) 등의 금속 산탄질화막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 예컨대 본 발명은 티타늄 산탄화막(TiOC막), 지르코늄 산탄화막(ZrOC막), 하프늄 산탄화막(HfOC막), 탄탈 산탄화막(TaOC막), 알루미늄 산탄화막(AlOC막), 몰리브덴 산탄화막(MoOC막) 등의 금속 산탄화막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 예컨대 본 발명은 티타늄 탄질화막(TiCN막), 지르코늄 탄질화막(ZrCN막), 하프늄 탄질화막(HfCN막), 탄탈 탄질화막(TaCN막), 알루미늄 탄질화막(AlCN막), 몰리브덴 탄질화막(MoCN막) 등의 금속 탄질화막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
이와 같은 경우, 전술한 실시 형태에서의 클로로실란계 원료 가스 대신에 금속 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 이용하여 전술한 실시 형태와 마찬가지의 시퀀스에 의해 성막을 수행할 수 있다. 즉 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 금속 원소와 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 금속계 박막을 형성할 수 있다.
구체적으로는,
처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 금속 원소 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제1 반응 가스를 공급하는 공정을 교호적으로 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 금속 원소, 질소 및 탄소를 포함하는 제1층을 형성하는 공정; 및
처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스와 다르고 제1 반응 가스와도 다른 제2 반응 가스를 공급하는 것에 의해 제1층을 개질하여 제2층을 형성하는 공정;
을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 금속계 박막(금속 산탄질화막, 금속 산탄화막, 금속 탄질화막)을 형성할 수 있다.
이 경우, 예컨대 제1 반응 가스를 공급하는 공정에서 제1 반응 가스의 유량을 전술과 같이 2단계로 변화시키도록 한다. 또한 원료 가스를 공급하는 공정이나, 제2 반응 가스를 공급하는 공정에서 원료 가스의 유량이나 제2 반응 가스의 유량을 전술과 같이 2단계로 변화시켜도 좋은 것은 전술한 바와 같다.
예컨대 Ti를 포함하는 금속계 박막(TiOCN막, TiOC막, TiCN막)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 등의 Ti 및 클로로기를 포함하는 가스나, 티타늄테트라플로라이드(TiF4) 등의 Ti 및 플루오르기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 제1 및 제2 반응 가스로서는 전술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 또한 이 때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예컨대 Zr을 포함하는 금속계 박막(ZrOCN막, ZrOC막, ZrCN막)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 지르코늄테트라클로라이드(ZrCl4) 등의 Zr 및 클로로기를 포함하는 가스나, 지르코늄테트라플로라이드(ZrF4) 등의 Zr 및 플루오르기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 제1 및 제2 반응 가스로서는 전술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 또한 이 때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예컨대 Hf를 포함하는 금속계 박막(HfOCN막, HfOC막, HfCN막)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 하프늄테트라클로라이드(HfCl4) 등의 Hf 및 클로로기를 포함하는 가스나, 하프늄테트라플로라이드(HfF4) 등의 Hf 및 플루오르기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 제1 및 제2 반응 가스로서는 전술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 또한 이 때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예컨대 Ta를 포함하는 금속계 박막(TaOCN막, TaOC막, TaCN막)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 탄탈펜타클로라이드(TaCl5) 등의 Ta 및 클로로기를 포함하는 가스나, 탄탈펜타플로라이드(TaF5) 등의 Ta 및 플루오르기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 제1 및 제2 반응 가스로서는 전술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 또한 이 때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예컨대 Al을 포함하는 금속계 박막(AlOCN막, AlOC막, AlCN막)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 알루미늄트리클로라이드(AlCl3) 등의 Al 및 클로로기를 포함하는 가스나, 알루미늄트리플로라이드(AlF3) 등의 Al 및 플루오르기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 제1 및 제2 반응 가스로서는 전술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 또한 이 때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예컨대 Mo를 포함하는 금속계 박막(MoOCN막, MoOC막, MoCN막)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 몰리브덴펜타클로라이드(MoCl5) 등의 Mo 및 클로로기를 포함하는 가스나, 몰리브덴펜타플로라이드(MoF5) 등의 Mo 및 플루오르기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 제1 및 제2 반응 가스로서는 전술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 또한 이 때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
즉 본 발명은 반도체 원소나 금속 원소 등의 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 경우에 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 이와 같은 각종 박막의 성막에 이용되는 프로세스 레시피(처리 순서나 처리 조건이 기재된 프로그램)는 기판 처리의 내용(형성하는 박막의 막종, 조성비, 막질, 막 두께 등)에 따라 각각 개별로 준비하는(복수 준비하는) 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때, 기판 처리의 내용에 따라 복수의 프로세스 레시피 중에서 적절한 프로세스 레시피를 적절하게 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 기판 처리의 내용에 따라 개별로 준비된 복수의 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체[외부 기억 장치(123)]를 개재하여 기판 처리 장치가 구비하는 기억 장치(121c) 내에 미리 격납(인스톨)하는 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때, 기판 처리 장치가 구비하는 CPU(121a)가 기억 장치(121c) 내에 격납된 복수의 프로세스 레시피 중에서 기판 처리의 내용에 따라 적절한 프로세스 레시피를 적절하게 선택하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하는 것에 의해 1대의 기판 처리 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적으로, 또한 재현성 좋게 형성할 수 있다. 또한 오퍼레이터의 조작 부담(처리 순서나 처리 조건의 입력 부담 등)을 저감할 수 있고, 조작 미스를 회피하면서 기판 처리를 신속하게 시작할 수 있다.
단, 전술한 프로세스 레시피는 새로 작성하는 경우에 한정되지 않고, 예컨대 기판 처리 장치에 이미 인스톨되던 기존의 프로세스 레시피를 변경하는 것에 의해 준비해도 좋다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우에는 변경 후의 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 개재하여 기판 처리 장치에 인스톨해도 좋다. 또한 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여 기판 처리 장치에 이미 인스톨되던 기존의 프로세스 레시피를 직접 변경해도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 한번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치식의 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 예에 대해서 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 한번에 1매 또는 여러 매의 기판을 처리하는 매엽식의 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다. 또한 전술한 실시 형태에서는 핫 월형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 예에 대해서 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 콜드 월형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 전술한 각 실시 형태는 적절히 조합하여 이용할 수 있다.
[실시예]
실시예로서 전술한 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에 의해 웨이퍼 상에 SiOCN막을 형성하였다. 또한 스텝2의 제1 TEA가스 공급 공정에서의 TEA가스의 유량(제1 유량)을 200∼1,000sccm의 범위 내의 유량으로 하고 가스 공급 시간을 10∼20초의 범위 내의 시간으로 하였다. 또한 제2 TEA가스 공급 공정에서의 TEA가스의 유량(제2 유량)을 100∼500sccm의 범위 내의 유량으로 하고 가스 공급 시간을 20∼100초의 범위 내의 시간으로 하였다. 그 이외의 성막 조건(각 스텝에서의 처리 조건)은 전술한 제1 실시 형태에 기재된 처리 조건 범위 내의 조건으로 하였다.
비교예로서 전술한 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에서 처리실 내에 공급하는 TEA가스의 유량을 변경시키지 않고 웨이퍼 상에 SiOCN막을 형성하였다. 또한 스텝2(TEA가스 공급 공정)에서의 TEA가스의 유량을 200∼1,000sccm의 범위 내의 유량으로 하고 가스 공급 시간을 30∼120초의 범위 내의 시간으로 하였다. 그 이외의 성막 조건(각 스텝에서의 처리 조건)은 전술한 제1 실시 형태에 기재된 처리 조건 범위 내의 조건으로 하였다.
그 결과, 실시예의 성막 시퀀스에서도, 비교예의 성막 시퀀스에서도 탄소 농도가 10∼20% 정도의 SiOCN막을 형성할 수 있다는 것을 확인하였다. 또한 비교예의 성막 시퀀스보다도 본 실시예의 성막 시퀀스가 TEA가스의 총 공급량(소비량)을 더 적게 할 수 있고, 또한 성막 레이트를 더 높일 수 있다는 것을 확인하였다. 또한 본 실시예의 성막 시퀀스에서의 TEA가스의 총 공급량은 비교예의 성막 시퀀스에서의 TEA가스의 총 공급량의 60∼70%로 저감할 수 있다는 것을 확인하였다.
<본 발명이 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기(附記)한다.
(부기1)
본 발명의 일 형태에 의하면,
처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하고,
상기 원료 가스를 공급하는 공정 및 상기 반응 가스를 공급하는 공정 중 적어도 어느 하나의 공정에서는,
상기 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 공정; 및
상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 처리실 내의 압력을 상기 소정의 압력으로 유지하면서 상기 처리실 내의 배기를 실시한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스를 상기 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 공정;
을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기2)
부기1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 제1 공급 공정에서는 상기 처리실 내를 배기하는 배기 라인에 설치된 배기 밸브의 개도를 전폐(풀 클로즈)로 하고, 상기 제2 공급 공정에서는 상기 배기 밸브를 개방한다.
(부기3)
부기1 또는 부기2의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 제1 공급 공정에서는 상기 처리실 내를 배기하는 배기 라인에 설치된 배기 밸브의 개도 제어를 정지하고, 상기 제2 공급 공정에서는 상기 배기 밸브의 개도 제어를 실시한다.
(부기4)
부기3의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 제1 공급 공정에서는 상기 배기 밸브의 개도를 전폐(full close)로 한다.
(부기5)
부기1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 제1 공급 공정에서는 상기 처리실 내를 배기하는 배기 라인을 폐색하고, 상기 제2 공급 공정에서는 상기 배기 라인을 개방한다.
(부기6)
부기1 내지 부기5 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 제1 공급 공정 및 상기 제2 공급 공정에서는 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스와 함께 불활성 가스를 공급한다.
(부기7)
부기6의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 제1 공급 공정 및 상기 제2 공급 공정에서는 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스의 유량과 상기 불활성 가스의 유량과의 유량비를 일정하게 유지한다.
(부기8)
부기6의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 제1 공급 공정에서는 상기 불활성 가스를 제3 유량으로 공급하고,
상기 제2 공급 공정에서는 상기 불활성 가스를 상기 제3 유량보다도 작은 제4 유량으로 공급한다.
(부기9)
부기8의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 제1 공급 공정 및 상기 제2 공급 공정에서는 상기 제3 유량에 대한 상기 제1 유량의 비와, 상기 제4 유량에 대한 상기 제2 유량의 비를 같게 한다.
(부기10)
부기8의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 제1 공급 공정 및 상기 제2 공급 공정에서는 상기 제1 유량과 상기 제3 유량의 합계 유량(합)에 대한 상기 제1 유량의 비와 상기 제2 유량과 상기 제4 유량과의 합계 유량(합)에 대한 상기 제2 유량의 비를 같게 한다.
(부기11)
부기1 내지 부기10 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 제1 공급 공정 및 상기 제2 공급 공정에서는 적어도 상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스의 분압을 일정하게 유지한다.
(부기12)
부기1 내지 부기11 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는,
상기 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 상기 원료 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 공정; 및
상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 처리실 내의 압력을 상기 소정의 압력으로 유지하면서 상기 처리실 내의 배기를 실시한 상태에서 상기 원료 가스를 상기 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 공정;
을 수행한다.
(부기13)
부기1 내지 부기12 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 반응 가스를 공급하는 공정에서는,
상기 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 상기 반응 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 공정; 및
상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 처리실 내의 압력을 상기 소정의 압력으로 유지하면서 상기 처리실 내의 배기를 실시한 상태에서 상기 반응 가스를 상기 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 공정;
을 수행한다.
(부기14)
부기1 내지 부기13 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 반응 가스는 탄소 함유 가스를 포함한다.
(부기15)
부기1 내지 부기14 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 반응 가스는 탄소 및 질소를 포함하는 가스를 포함한다.
(부기16)
부기1 내지 부기15 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는,
상기 반응 가스는 탄화수소계 가스 및 아민계 가스 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
(부기17)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하고,
상기 원료 가스를 공급하는 공정 및 상기 반응 가스를 공급하는 공정 중 적어도 어느 하나의 공정에서는,
상기 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 공정; 및
상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 처리실 내의 압력을 상기 소정의 압력으로 유지하면서 상기 처리실 내의 배기를 실시한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스를 상기 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 공정;
을 수행하는 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기18)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실;
상기 처리실 내에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계;
상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계;
상기 처리실 내를 배기하는 배기계;
상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정부; 및
상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 처리 및 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 수행하고, 상기 원료 가스를 공급하는 처리 및 상기 반응 가스를 공급하는 처리 중 적어도 어느 하나의 처리에서는 상기 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 처리로 사용하는 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 처리와, 상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 처리실 내의 압력을 상기 소정의 압력으로 유지하면서 상기 처리실 내의 배기를 실시한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 처리에서 사용하는 가스를 상기 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 처리를 수행하도록 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계, 상기 배기계 및 상기 압력 조정부를 제어하는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기19)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 순서와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 순서를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 박막을 형성하는 순서를 컴퓨터에 실행시키고,
상기 원료 가스를 공급하는 순서 및 상기 반응 가스를 공급하는 순서 중 적어도 어느 하나의 순서에서는,
상기 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 순서로 사용하는 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 순서; 및
상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 처리실 내의 압력을 상기 소정의 압력으로 유지하면서 상기 처리실 내의 배기를 실시한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 순서로 사용하는 가스를 상기 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 순서;
를 수행하는 프로그램이 제공된다.
(부기20)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 순서와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 순서를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 박막을 형성하는 순서를 컴퓨터에 실행시키고,
상기 원료 가스를 공급하는 순서 및 상기 반응 가스를 공급하는 순서 중 적어도 어느 하나의 순서에서는,
상기 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 순서로 사용하는 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 순서; 및
상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 처리실 내의 압력을 상기 소정의 압력으로 유지하면서 상기 처리실 내의 배기를 실시한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 순서로 사용하는 가스를 상기 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 순서;
를 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
121: 컨트롤러(제어부) 200: 웨이퍼(기판)
201: 처리실 202: 처리로
203: 반응관 207: 히터
231: 배기관 232a: 제1 가스 공급관
232b: 제2 가스 공급관 232c: 제3 가스 공급관
232d: 제4 가스 공급관

Claims (15)

  1. 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정 및 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 박막을 형성하는 공정;을 포함하고,
    상기 원료 가스를 공급하는 공정 및 상기 반응 가스를 공급하는 공정 중 적어도 어느 하나의 공정에서는,
    상기 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 공정; 및
    상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 처리실 내의 압력을 상기 소정의 압력으로 유지하면서 상기 처리실 내의 배기를 실시한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스를 상기 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 공정;
    을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 공급 공정에서는 상기 처리실 내를 배기하는 배기 라인에 설치된 배기 밸브의 개도(開度)를 전폐(全閉, full close)로 하고, 상기 제2 공급 공정에서는 상기 배기 밸브를 개방하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 공급 공정에서는 상기 처리실 내를 배기하는 배기 라인에 설치된 배기 밸브의 개도 제어를 정지하고, 상기 제2 공급 공정에서는 상기 배기 밸브의 개도 제어를 실시하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 공급 공정에서는 상기 배기 밸브의 개도를 전폐(full close)로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 공급 공정에서는 상기 처리실 내를 배기하는 배기 라인을 폐색(閉塞)하고, 상기 제2 공급 공정에서는 상기 배기 라인을 개방하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 공급 공정 및 상기 제2 공급 공정에서는 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스와 함께 불활성 가스를 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 공급 공정 및 상기 제2 공급 공정에서는 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스의 유량과 상기 불활성 가스의 유량의 유량비를 일정하게 유지하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 공급 공정에서는 상기 불활성 가스를 제3 유량으로 공급하고,
    상기 제2 공급 공정에서는 상기 불활성 가스를 상기 제3 유량보다도 작은 제4 유량으로 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 공급 공정 및 상기 제2 공급 공정에서는 상기 제3 유량에 대한 상기 제1 유량의 비(比)와, 상기 제4 유량에 대한 상기 제2 유량의 비를 같게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 공급 공정 및 상기 제2 공급 공정에서는 상기 제1 유량과 상기 제3 유량의 합계 유량에 대한 상기 제1 유량의 비 및 상기 제2 유량과 상기 제4 유량의 합계 유량에 대한 상기 제2 유량의 비를 같게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 공급 공정 및 상기 제2 공급 공정에서는 적어도 상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 공정에서 사용하는 가스의 분압을 일정하게 유지하는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는,
    상기 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 상기 원료 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 공정; 및
    상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 처리실 내의 압력을 상기 소정의 압력으로 유지하면서 상기 처리실 내의 배기를 실시한 상태에서 상기 원료 가스를 상기 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 공정;
    을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 반응 가스를 공급하는 공정에서는,
    상기 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 상기 반응 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 공정; 및
    상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 처리실 내의 압력을 상기 소정의 압력으로 유지하면서 상기 처리실 내의 배기를 실시한 상태에서 상기 반응 가스를 상기 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 공정;
    을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 기판을 수용하는 처리실;
    상기 처리실 내에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계;
    상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계;
    상기 처리실 내를 배기하는 배기계;
    상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정부; 및
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 처리 및 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 박막을 형성하는 처리를 수행하고, 상기 원료 가스를 공급하는 처리 및 상기 반응 가스를 공급하는 처리 중 적어도 어느 하나의 처리에서는 상기 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 처리에서 사용하는 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 처리와, 상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 처리실 내의 압력을 상기 소정의 압력으로 유지하면서 상기 처리실 내의 배기를 실시한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 처리에서 사용하는 가스를 상기 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 처리를 수행하도록, 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계, 상기 배기계 및 상기 압력 조정부를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  15. 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 순서 및 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 순서를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 박막을 형성하는 순서를 컴퓨터에 실행시키고,
    상기 원료 가스를 공급하는 순서 및 상기 반응 가스를 공급하는 순서 중 적어도 어느 하나의 순서에서는,
    상기 처리실 내의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 순서에서 사용하는 가스를 제1 유량으로 공급하는 제1 공급 순서; 및
    상기 처리실 내의 압력이 상기 소정의 압력이 된 후, 상기 처리실 내의 압력을 상기 소정의 압력으로 유지하면서 상기 처리실 내의 배기를 실시한 상태에서 상기 원료 가스 및 상기 반응 가스 중 그 순서에서 사용하는 가스를 상기 제1 유량보다도 작은 제2 유량으로 공급하는 제2 공급 순서;
    를 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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