KR20140022346A - 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 저온 영역에서 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성할 때에, 성막 속도의 저하를 억제할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법은 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 기판 위에, 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성하는 공정을 갖고, 박막을 형성하는 공정에서는, 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 행하기 전에, 질화 가스를 공급하는 공정을 행하게 하고, 이 질화 가스를 공급하는 공정을 행한 후, 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 행할 때까지의 사이에 있어서, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정 및 산화 가스를 공급하는 공정을 행하지 않게 한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은, 기판 위에 박막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 장치(디바이스)의 미세화에 수반하여, 트랜지스터의 게이트와 소스 사이의 기생 용량을 저감시키는 요구가 높아지고 있다. 그 때문에, 사이드월막 등으로서 종래부터 사용되어 온 실리콘 질화막(SixNy막, 이하, 간단히 SiN막이라고도 함) 대신에, 유전율이 보다 낮은 막(Low-k막)을 채용하는 것이 검토되고 있다. SiN막 내에 산소(O) 및 탄소(C)를 첨가한 실리콘산탄질화막(SiOCN막)에서는, 산소(O)를 첨가함으로써 저유전율화가 실현됨과 함께, 산소(O)를 첨가함으로써 열화된 웨트 에칭 내성이나 드라이 에칭 내성을, 탄소(C)를 첨가함으로써 회복시키거나, 개선시킬 수 있다.
SiOCN막은, 예를 들어, 처리실 내의 가열된 웨이퍼에 대하여 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정과, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 질화 가스를 공급하는 공정과, 산화 가스를 공급하는 공정을 이 순서대로 행하고, 이를 1사이클로 하여 이 사이클을 소정 횟수 실시함으로써 성막할 수 있는 것이 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
일본 특허 출원 공개 제2011-238894호 공보
최근, 트랜지스터의 게이트 절연막으로서 고유전율 절연막(High-k막)이 채용되도록 된 것에 기인하여, 게이트 주변에 형성되는 사이드월막 등의 박막의 성막 온도를, 예를 들어 600℃ 이하, 나아가서는 450℃ 이하의 저온 영역으로 저하시키는 요구가 높아지고 있다. 그러나, 성막 온도를 이와 같은 저온 영역으로 저하시키면, 박막의 성막 속도가 저하되어, 반도체 장치의 생산성이 저하되는 경우가 있었다.
본 발명은, 저온 영역에서 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성할 때에, 성막 속도의 저하를 억제하는 것이 가능한 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성하는 공정을 갖고, 상기 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 행하기 전에, 상기 질화 가스를 공급하는 공정을 행하게 하고, 상기 질화 가스를 공급하는 공정을 행한 후, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 행할 때까지의 사이에 있어서, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 공정 및 상기 산화 가스를 공급하는 공정을 행하지 않게 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급하는 소정 원소 함유 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 탄소 함유 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 산화 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 질화 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성하는 처리를 행하고, 상기 박막을 형성하는 처리에서는, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 처리를 행하기 전에, 상기 질화 가스를 공급하는 처리를 행하게 하고, 상기 질화 가스를 공급하는 처리를 행한 후, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 처리를 행할 때까지의 사이에 있어서, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 처리 및 상기 산화 가스를 공급하는 처리를 행하지 않도록, 상기 소정 원소 함유 가스 공급계, 상기 탄소 함유 가스 공급계, 상기 산화 가스 공급계 및 상기 질화 가스 공급계를 제어하는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 수순을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키고, 상기 박막을 형성하는 수순에서는, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 수순을 행하기 전에, 상기 질화 가스를 공급하는 수순을 행하게 하고, 상기 질화 가스를 공급하는 수순을 행한 후, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 수순을 행할 때까지의 사이에 있어서, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 수순 및 상기 산화 가스를 공급하는 수순을 행하지 않게 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 따르면, 저온 영역에서 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성할 때에, 성막 속도의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이고, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이고, 처리로 부분을 도 1의 A-A선에 따른 단면도로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이다.
도 4a는 본 발명의 실시 형태에 따른 제1 시퀀스에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 4b는 본 발명의 실시 형태에 따른 제1 시퀀스의 변형예에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 실시 형태에 따른 제2 시퀀스에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 5b는 본 발명의 실시 형태에 따른 제2 시퀀스에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 6b는 본 발명의 비교예에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서의 SiOCN막의 막 두께의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
이하에 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1은, 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이고, 처리로(202) 부분을 종단면도로 도시하고 있다. 도 2는, 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 종형 처리로의 개략 구성도이고, 처리로(202) 부분을 도 1의 A-A선에 따른 단면도로 도시하고 있다.
또한, 본 발명은, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치에 한정되지 않고, 매엽식, Hot Wall형, Cold Wall형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치에도 바람직하게 적용할 수 있다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 처리로(202)는 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이고, 보유 지지판으로서의 히터 베이스(도시하지 않음)에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 또한, 히터(207)는, 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화시키는 활성화 기구로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원 형상으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개방된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 통중공부에는 처리실(201)이 형성되어 있고, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세에서 수직 방향으로 다단으로 정렬한 상태에서 수용 가능하도록 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d)이 반응관(203)의 하부를 관통하도록 설치되어 있다. 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d)에는, 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제4 가스 공급관(232d)이, 각각 접속되어 있다. 이와 같이, 반응관(203)에는 4개의 노즐(249a, 249b, 249c, 249d)과, 4개의 가스 공급관(232a, 232b, 232c, 232d)이 설치되어 있고, 처리실(201) 내에 복수 종류, 여기서는 4종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 반응관(203)의 하방에, 반응관(203)을 지지하는 금속제의 매니홀드를 설치하고, 각 노즐을, 이 금속제의 매니홀드의 측벽을 관통하도록 설치하도록 하여도 된다. 이 경우, 이 금속제의 매니홀드에, 후술하는 배기관(231)을 더 설치하도록 하여도 된다. 또한, 이 경우에도, 배기관(231)을 금속제의 매니홀드가 아니라, 반응관(203)의 하부에 설치하도록 하여도 된다. 이와 같이, 처리로(202)의 노구부를 금속제로 하고, 이 금속제의 노구부에 노즐 등을 장착하도록 하여도 된다.
제1 가스 공급관(232a)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a) 및 개폐 밸브인 밸브(243a)가 설치되어 있다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에는, 제1 불활성 가스 공급관(232e)이 접속되어 있다. 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 설치되어 있다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 선단부에는, 상술한 제1 노즐(249a)이 접속되어 있다. 제1 노즐(249a)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라서, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치되어 있다.
즉, 제1 노즐(249a)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제1 노즐(249a)은 L자형의 롱 노즐로 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제1 노즐(249a)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250a)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250a)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개방되어 있고, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250a)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다. 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 포함시켜 생각하여도 된다. 또한, 주로, 제1 불활성 가스 공급관(232e), 매스 플로우 컨트롤러(241e), 밸브(243e)에 의해, 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다.
제2 가스 공급관(232b)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241b) 및 개폐 밸브인 밸브(243b)가 설치되어 있다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에는, 제2 불활성 가스 공급관(232f)이 접속되어 있다. 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 설치되어 있다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 선단부에는, 상술한 제2 노즐(249b)이 접속되어 있다. 제2 노즐(249b)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라서, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제2 노즐(249b)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제2 노즐(249b)은 L자형의 롱 노즐로 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제2 노즐(249b)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250b)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250b)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개방되어 있고, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250b)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다. 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 포함시켜 생각하여도 된다. 또한, 주로, 제2 불활성 가스 공급관(232f), 매스 플로우 컨트롤러(241f), 밸브(243f)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다.
제3 가스 공급관(232c)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241c) 및 개폐 밸브인 밸브(243c)가 설치되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)보다도 하류측에는, 제3 불활성 가스 공급관(232g)이 접속되어 있다. 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 설치되어 있다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 선단부에는, 상술한 제3 노즐(249c)이 접속되어 있다. 제3 노즐(249c)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라서, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제3 노즐(249c)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제3 노즐(249c)은 L자형의 롱 노즐로 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제3 노즐(249c)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250c)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250c)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개방되어 있고, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250c)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다. 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 포함시켜 생각하여도 된다. 또한, 주로, 제3 불활성 가스 공급관(232g), 매스 플로우 컨트롤러(241g), 밸브(243g)에 의해 제3 불활성 가스 공급계가 구성된다.
제4 가스 공급관(232d)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241d) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치되어 있다. 또한, 제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)보다도 하류측에는, 제4 불활성 가스 공급관(232h)이 접속되어 있다. 이 제4 불활성 가스 공급관(232h)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241h) 및 개폐 밸브인 밸브(243h)가 설치되어 있다. 또한, 제4 가스 공급관(232d)의 선단부에는, 상술한 제4 노즐(249d)이 접속되어 있다. 제4 노즐(249d)은, 가스 분산 공간인 버퍼실(237) 내에 설치되어 있다.
버퍼실(237)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에, 또한, 반응관(203) 내벽의 하부로부터 상부에 걸치는 부분에, 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서 설치되어 있다. 즉, 버퍼실(237)은, 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 버퍼실(237)의 웨이퍼(200)와 인접하는 벽의 단부에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250e)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250e)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개방되어 있고, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250e)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다.
제4 노즐(249d)은, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(250e)이 형성된 단부와 반대측의 단부 사이에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라서, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 즉, 제4 노즐(249d)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 제4 노즐(249d)은 L자형의 롱 노즐로 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치되어 있다. 제4 노즐(249d)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250d)(도 2 참조)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250d)은 버퍼실(237)의 중심을 향하도록 개방되어 있다. 이 가스 공급 구멍(250d)은, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(250e)과 마찬가지로, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되어 있다. 이 복수의 가스 공급 구멍(250d)의 각각의 개구 면적은, 버퍼실(237) 내와 처리실(201) 내의 차압이 작은 경우에는, 상류측(하부)으로부터 하류측(상부)까지, 각각 동일한 개구 면적에서 동일한 개구 피치로 하면 되지만, 차압이 큰 경우에는 상류측으로부터 하류측을 향하여, 각각 개구 면적을 크게 하거나, 개구 피치를 작게 하면 된다.
본 실시 형태에서는, 제4 노즐(249d)의 가스 공급 구멍(250d)의 각각의 개구 면적이나 개구 피치를, 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 전술한 바와 같이 조절함으로써, 우선, 가스 공급 구멍(250d)의 각각으로부터, 유속의 차는 있지만, 유량이 거의 동일한 양인 가스를 분출시킨다. 그리고 이 가스 공급 구멍(250d)의 각각으로부터 분출하는 가스를, 일단, 버퍼실(237) 내에 도입하고, 버퍼실(237) 내에서 가스의 유속차의 균일화를 행하는 것으로 하고 있다. 즉, 제4 노즐(249d)의 가스 공급 구멍(250d)의 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출한 가스는 버퍼실(237) 내에서 각 가스의 입자 속도가 완화된 후, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(250e)으로부터 처리실(201) 내에 분출한다. 이에 의해, 제4 노즐(249d)의 가스 공급 구멍(250d)의 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출한 가스는, 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(250e)의 각각으로부터 처리실(201) 내에 분출할 때에는, 균일한 유량과 유속을 갖는 가스로 된다.
주로, 제4 가스 공급관(232d), 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d)에 의해 제4 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제4 노즐(249d) 및 버퍼실(237)을 제4 가스 공급계에 포함시켜 생각하여도 된다. 또한, 주로, 제4 불활성 가스 공급관(232h), 매스 플로우 컨트롤러(241h), 밸브(243h)에 의해 제4 불활성 가스 공급계가 구성된다. 제4 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
이와 같이, 본 실시 형태의 기판 처리 장치에서의 가스 공급의 방법은, 반응관(203)의 내벽과, 적재된 복수매의 웨이퍼(200)의 단부에 의해 정의되는 원호 형상의 세로 길이의 공간 내에 배치한 노즐(249a, 249b, 249c, 249d) 및 버퍼실(237)을 경유해서 가스를 반송하고, 노즐(249a, 249b, 249c, 249d) 및 버퍼실(237)에 각각 개방된 가스 공급 구멍(250a, 250b, 250c, 250d, 250e)으로부터 웨이퍼(200)의 근방에서 비로소 반응관(203) 내에 가스를 분출시키고 있고, 반응관(203) 내에서의 가스의 주된 흐름을 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉 수평 방향으로 하고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급할 수 있고, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 박막의 막 두께를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 반응 후의 잔여 가스는, 배기구, 즉, 후술하는 배기관(231)의 방향을 향하여 흐르지만, 이 잔여 가스의 흐름의 방향은 배기구의 위치에 따라 적절히 특정되며, 수직 방향으로 한정된 것은 아니다.
제1 가스 공급관(232a)으로부터는, 소정 원소 함유 가스로서, 예를 들어, 실란계 가스 등의 실리콘 원료 가스, 즉 실리콘(Si)을 함유하는 가스(실리콘 함유 가스)가, 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a), 제1 노즐(249a)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 실리콘 함유 가스로서는, 예를 들어 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스를 사용할 수 있다. 또한, HCDS와 같이 상온 상압 상태에서 액체 상태인 액체 원료를 사용하는 경우는, 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, 원료 가스(HCDS 가스)로서 공급하게 된다.
제2 가스 공급관(232b)으로부터는, 탄소 함유 가스, 즉, 탄소(C)를 함유하는 가스가, 매스 플로우 컨트롤러(241b), 밸브(243b), 제2 노즐(249b)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 탄소 함유 가스로서는, 예를 들어 프로필렌(C3H6) 가스 등의 탄화 수소계의 가스를 사용할 수 있다.
제3 가스 공급관(232c)으로부터는, 산화 가스, 즉, 산소(O)를 함유하는 가스(산소 함유 가스)가, 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c), 제3 노즐(249c)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 산화 가스로서는, 예를 들어 산소(O2) 가스를 사용할 수 있다.
제4 가스 공급관(232d)으로부터는, 질화 가스, 즉, 질소(N)를 함유하는 가스(질소 함유 가스)가, 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d), 제4 노즐(249d), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다. 질화 가스로서는, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다.
불활성 가스 공급관(232e, 232f, 232g, 232h)으로부터는, 예를 들어 질소(N2) 가스가, 각각 매스 플로우 컨트롤러(241e, 241f, 241g, 241h), 밸브(243e, 243f, 243g, 243h), 가스 공급관(232a, 232b, 232c, 232d), 노즐(249a, 249b, 249c, 249d) 및 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다.
또한, 예를 들어 각 가스 공급관으로부터 상술한 바와 같은 가스를 각각 흘리는 경우, 제1 가스 공급계에 의해 소정 원소 함유 가스 공급계, 즉 실리콘 함유 가스 공급계(실란계 가스 공급계)가 구성된다. 또한, 제2 가스 공급계에 의해 탄소 함유 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제3 가스 공급계에 의해 산화 가스 공급계, 즉 산소 함유 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제4 가스 공급계에 의해 질화 가스 공급계, 즉 질소 함유 가스 공급계가 구성된다. 또한, 소정 원소 함유 가스 공급계를, 원료 가스 공급계, 혹은 간단히 원료 공급계라고도 칭한다. 또한, 탄소 함유 가스, 산화 가스 및 질화 가스를 총칭하여 반응 가스라고 칭하는 경우, 탄소 함유 가스 공급계, 산화 가스 공급계 및 질화 가스 공급계에 의해 반응 가스 공급계가 구성된다.
버퍼실(237) 내에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 가늘고 긴 구조를 갖는 제1 전극인 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 전극인 제2 막대 형상 전극(270)이, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라서 배치되어 있다. 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)의 각각은, 제4 노즐(249d)과 평행하게 설치되어 있다. 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)의 각각은, 상부로부터 하부에 걸쳐 각 전극을 보호하는 보호관인 전극 보호관(275)에 의해 덮여짐으로써 보호되어 있다. 이 제1 막대 형상 전극(269) 또는 제2 막대 형상 전극(270) 중 어느 한쪽은, 정합기(272)를 통하여 고주파 전원(273)에 접속되고, 다른 쪽은, 기준 전위인 어스에 접속되어 있다. 정합기(272)를 통하여 고주파 전원(273)으로부터 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 고주파 전력을 인가함으로써, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이의 플라즈마 생성 영역(224)에 플라즈마가 생성된다. 주로, 제1 막대 형상 전극(269), 제2 막대 형상 전극(270), 전극 보호관(275)에 의해 플라즈마 발생기(플라즈마 발생부)로서의 플라즈마원이 구성된다. 또한, 정합기(272), 고주파 전원(273)을 플라즈마원에 포함시켜 생각하여도 된다. 또한, 플라즈마원은, 후술하는 바와 같이 가스를 플라즈마로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서 기능한다.
전극 보호관(275)은, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)의 각각을 버퍼실(237) 내의 분위기와 격리된 상태에서 버퍼실(237) 내에 삽입할 수 있는 구조로 되어 있다. 여기서, 전극 보호관(275)의 내부의 산소 농도가 외기(대기)의 산소 농도와 동일한 정도이면, 전극 보호관(275) 내에 각각 삽입된 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270)은, 히터(207)에 의한 열로 산화되어 버린다. 따라서, 전극 보호관(275)의 내부를 질소 가스 등의 불활성 가스로 충전해 두거나, 전극 보호관(275)의 내부를 불활성 가스 퍼지 기구를 사용하여 질소 가스 등의 불활성 가스로 퍼지함으로써, 전극 보호관(275)의 내부의 산소 농도를 저감시켜, 제1 막대 형상 전극(269) 또는 제2 막대 형상 전극(270)의 산화를 방지할 수 있도록 구성되어 있다.
반응관(203)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치되어 있다. 배기관(231)에는, 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 통하여, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. 또한, APC 밸브(244)는 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있는 밸브이다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 또한, 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜 생각하여도 된다. 배기계는, 진공 펌프(246)를 작동시키면서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)의 밸브의 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)으로 되도록 진공 배기할 수 있게 구성되어 있다.
반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개체로서의 시일 캡(219)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)은 반응관(203)의 하단에 수직 방향 하측부터 맞닿도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은 예를 들어 스테인리스 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는 반응관(203)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220)이 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는, 후술하는 기판 보유 지지구로서의 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 시일 캡(219)을 관통하여 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)를 처리실(201) 내외에 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 보트 엘리베이터(115)는 보트(217) 즉 웨이퍼(200)를, 처리실(201) 내외에 반송하는 반송 장치(반송 기구)로 구성된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로 이루어지고, 복수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한, 서로 중심을 일치시킨 상태로 정렬시켜 다단으로 지지하도록 구성되어 있다. 또한, 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열 부재(218)가 설치되어 있어, 히터(207)로부터의 열이 시일 캡(219)측으로 전해지기 어려워지도록 구성되어 있다. 또한, 단열 부재(218)는 석영이나 탄화 규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 복수매의 단열판과, 이들 단열판을 수평 자세로 다단으로 지지하는 단열판 홀더에 의해 구성하여도 된다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는 노즐(249a, 249b, 249c, 249d)과 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있고, 반응관(203)의 내벽을 따라서 설치되어 있다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는 CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스(121e)를 통하여, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 또한, 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것으로, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 프로그램이라고 하는 말을 사용한 경우는, 프로세스 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, RAM(121b)은 CPU(121a)에 의해 읽어내어진 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크 에리어)으로 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h), 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, 243h), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 고주파 전원(273), 정합기(272), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 읽어내어 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피를 읽어내도록 구성되어 있다. 그리고, CPU(121a)는 읽어낸 프로세스 레시피의 내용을 따르도록, 매스 플로우 컨트롤러(241a, 241b, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, 243h)의 개폐 동작, APC 밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 고주파 전원(273)의 전력 공급, 정합기(272)에 의한 임피던스 조정 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
또한, 컨트롤러(121)는 전용의 컴퓨터로 구성되어 있는 경우에 한정되지 않고, 범용의 컴퓨터로 구성되어 있어도 된다. 예를 들어, 상술한 프로그램을 저장한 외부 기억 장치(예를 들어, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(123)를 준비하고, 이러한 외부 기억 장치(123)를 사용하여 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 통하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들어, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여, 외부 기억 장치(123)를 통하지 않고 프로그램을 공급하도록 하여도 된다. 또한, 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히 기록 매체라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 기록 매체라고 하는 말을 사용한 경우는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
다음에, 상술한 기판 처리 장치의 처리로를 사용하여, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 위에 박막을 성막하는 시퀀스예에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 형성하는 막의 조성비가 화학 양론 조성, 또는, 화학 양론 조성과는 다른 소정의 조성비로 되도록 하는 것을 목적으로 하여, 형성하는 막을 구성하는 복수의 원소를 포함하는 복수 종류의 가스의 공급 조건을 제어한다. 예를 들어, 형성하는 막을 구성하는 복수의 원소 중 적어도 하나의 원소가 다른 원소보다도 화학 양론 조성에 대해 과잉으로 되도록 하는 것을 목적으로 하여, 공급 조건을 제어한다. 이하, 형성하는 막을 구성하는 복수의 원소의 비율, 즉, 막의 조성비를 제어하면서 성막을 행하는 시퀀스예에 대해서 설명한다.
(제1 시퀀스)
우선, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 제1 시퀀스에 대해서 설명한다.
도 4a는, 본 발명의 실시 형태에 따른 제1 시퀀스에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
본 실시 형태에 따른 제1 시퀀스에서는,
웨이퍼(200)에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 웨이퍼(200)에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 웨이퍼(200)에 대하여 산화 가스를 공급하는 공정과, 웨이퍼(200)에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성한다.
또한, 박막을 형성하는 공정에서는, 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 행하기 전에, 질화 가스를 공급하는 공정을 행하게 하고, 이 질화 가스를 공급하는 공정을 행한 후, 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 행할 때까지의 사이에 있어서, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정 및 산화 가스를 공급하는 공정을 행하지 않게 한다. 구체적으로는, 질화 가스를 공급하는 공정을 행한 후, 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 산화 가스를 공급하는 공정과, 질화 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행하게 한다.
보다 구체적으로는, 질화 가스를 공급하는 공정을 행한 후, 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 산화 가스를 공급하는 공정과, 질화 가스를 공급하는 공정을 이 순서대로 행하고, 이 4개의 공정을 1사이클로 하여 이 사이클을 소정 횟수, 바람직하게는 복수회 행하게 한다.
이하, 본 실시 형태의 제1 시퀀스를 구체적으로 설명한다. 여기서는, 소정 원소 함유 가스로서 HCDS 가스를, 탄소 함유 가스로서 C3H6 가스를, 산화 가스로서 O2 가스를, 질화 가스로서 NH3 가스를 사용하고, 도 4a의 성막 시퀀스, 즉, NH3 가스를 공급하는 공정을 행한 후, HCDS 가스를 공급하는 공정과, C3H6 가스를 공급하는 공정과, O2 가스를 공급하는 공정과, NH3 가스를 공급하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하는 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼(200) 위에 실리콘, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 실리콘산탄질화막(SiOCN막)을 형성하는 예에 대해서 설명한다.
또한, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼」라고 하는 말을 사용한 경우는, 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등과의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우(즉, 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함시켜서 웨이퍼라고 칭하는 경우)가 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼의 표면」이라고 하는 말을 사용한 경우는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 위에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최외측 표면」을 의미하는 경우가 있다.
따라서, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 경우는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 위에 형성되어 있는 층이나 막 등에 대하여, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최외측 표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」는 것을 의미하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼 위에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라고 기재한 경우는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면) 위에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 위에 형성되어 있는 층이나 막 등의 위, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최외측 표면 위에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」는 것을 의미하는 경우가 있다.
또한, 본 명세서에 있어서 「기판」이라고 하는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라고 하는 말을 사용한 경우와 마찬가지이고, 그 경우, 상기 설명에 있어서, 「웨이퍼」를 「기판」으로 치환하여 생각하면 된다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220)을 통하여 반응관(203)의 하단을 시일한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)에 의해 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한, 진공 펌프(246)는, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 또한, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행해진다. 계속해서, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다(웨이퍼 회전). 또한, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행해진다.
〔실리콘산탄질화막 형성 공정〕
계속해서, 후술하는 표면 개질 스텝을 행하고, 그 후, 후술하는 4개의 스텝, 즉, 스텝 1 내지 4를 순차 실행한다.
[표면 개질 스텝]
(NH3 가스 공급)
제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)를 개방하여, 제4 가스 공급관(232d) 내에 NH3 가스를 흘린다. 제4 가스 공급관(232d) 내를 흐른 NH3 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241d)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 NH3 가스는, 제4 노즐(249d)의 가스 공급 구멍(250d)으로부터 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이때, 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에는 고주파 전력을 인가하지 않는다. 이에 의해, 버퍼실(237) 내에 공급된 NH3 가스는 열로 활성화되고, 가스 공급 구멍(250e)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여, 열로 활성화된 NH3 가스가 공급되게 된다. 또한, 이때 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 고주파 전력을 인가하여, 버퍼실(237) 내에 공급된 NH3 가스를 플라즈마로 활성화시켜 공급할 수도 있다. 그 경우, 고주파 전원(273)으로부터 제1 막대 형상 전극(269) 및 제2 막대 형상 전극(270) 사이에 인가하는 고주파 전력은, 예를 들어 50 내지 1000W의 범위 내의 전력으로 되도록 설정한다. 그 밖의 처리 조건은, NH3 가스를 열로 활성화시켜 공급하는 경우의 처리 조건(후술)과 마찬가지로 한다.
이때 동시에 밸브(243h)를 개방하여, 제4 불활성 가스 공급관(232h) 내에 N2 가스를 흘린다. 제4 불활성 가스 공급관(232h) 내를 흐른 N2 가스는, NH3 가스와 함께 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한, 이때, 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c) 내에의 NH3 가스의 침입을 방지하기 위해, 밸브(243e, 243f, 243g)를 개방하여, 제1 불활성 가스 공급관(232e), 제2 불활성 가스 공급관(232f), 제3 불활성 가스 공급관(232g) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
NH3 가스를 열로 활성화하여 흘릴 때에는, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 6000㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241d)로 제어하는 NH3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241h, 241e, 241f, 241g)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 이때, 처리실(201) 내에서의 NH3 가스의 분압은, 예를 들어 0.01 내지 5941㎩의 범위 내의 압력으로 한다. NH3 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 600초의 범위 내의 시간으로 한다. 또한, 표면 개질 스텝에서의 NH3 가스의 가스 공급 시간은, 후술하는 스텝 4에서의 NH3 가스의 가스 공급 시간보다도 길게 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 성막 전의 웨이퍼(200)의 최외측 표면에 대해, 충분히 표면 개질 처리(후술)를 행할 수 있다. 또한, 이때의 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가 예를 들어 250 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 650℃의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다. NH3 가스는 반응 온도가 높고, 상기와 같은 웨이퍼 온도에서는 반응하기 어려우므로, 처리실(201) 내의 압력을 상기와 같은 비교적 높은 압력으로 함으로써 열적으로 활성화하는 것을 가능하게 하고 있다. 또한, NH3 가스는 열로 활성화시켜 공급한 쪽이, 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, 후술하는 표면 개질을 소프트하게 행할 수 있다.
웨이퍼(200)의 최외측 표면(SiOCN막을 형성할 때의 기초면)에 대해, 활성화된 NH3 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)의 최외측 표면이 개질된다(표면 개질 처리). 그 때, 예를 들어, 웨이퍼(200)의 최외측 표면이 활성화된 NH3 가스와 반응하여 질화함으로써, 웨이퍼(200)의 최외측 표면에, Si-N 결합을 갖는 층, 즉, 실리콘(Si) 및 질소(N)를 포함하는 질화층(실리콘 질화층)이 형성되는 경우가 있다. 또한, 예를 들어, 웨이퍼(200)의 최외측 표면에 NH3 가스가 흡착됨으로써, 웨이퍼(200)의 최외측 표면에, NH3 가스의 흡착층이 형성되는 경우도 있다. 또한, 이들 반응이 동시에 발생하여, 웨이퍼(200)의 최외측 표면에, 질화층과 NH3 가스의 흡착층이 모두 형성되는 경우도 있다.
질화층은, Si 및 N을 포함하는 연속적인 층 외에, 불연속인 층도 포함한다. 즉, 질화층은, Si-N 결합을 포함하는 1원자층 미만으로부터 수 원자층 정도의 두께의 층을 포함한다. 또한, NH3 가스의 흡착층은, NH3 가스의 가스 분자의 연속적인 화학 흡착층 외에, 불연속인 화학 흡착층도 포함한다. 즉, NH3 가스의 흡착층은, NH3 가스 분자로 구성되는 1분자층 혹은 1분자층 미만의 두께의 화학 흡착층을 포함한다. 또한, NH3 가스의 흡착층을 구성하는 NH3 가스 분자는, N과 H의 결합이 일부 끊어진 것(NxHy 분자)도 포함한다. 즉, NH3 가스의 흡착층은, NH3 가스 분자 및 NxHy 분자 중 적어도 하나의 연속적인 화학 흡착층이나 불연속인 화학 흡착층을 포함한다. 또한, 1원자층 미만의 두께의 층이란 불연속으로 형성되는 원자층의 것을 의미하고 있고, 1원자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 원자층의 것을 의미하고 있다. 또한, 1분자층 미만의 두께의 층이란 불연속으로 형성되는 분자층의 것을 의미하고 있고, 1분자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 분자층의 것을 의미하고 있다.
표면 개질 처리 후의 웨이퍼(200)의 최외측 표면은, 후술하는 스텝 1에서 공급되는 HCDS 가스가 흡착되기 쉽고 Si가 퇴적되기 쉬운 표면 상태가 된다. 즉, 표면 개질 스텝에서 사용하는 NH3 가스는, HCDS 가스나 Si의 웨이퍼(200)의 최외측 표면에의 흡착이나 퇴적을 촉진시키는 흡착 및 퇴적 촉진 가스로서 작용하게 된다.
(잔류 가스 제거)
그 후, 제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)를 폐쇄하여, NH3 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방된 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 웨이퍼(200)의 표면 개질에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 이때, 밸브(243h, 243e, 243f, 243g)는 개방된 상태로 하고, N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 표면 개질에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
또한, 이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행해지는 스텝 1에서 악영향이 생기는 일은 없다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어, 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 동일한 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 1에서 악영향이 생기지 않는 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 처리량을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
질화 가스로서는, 암모니아(NH3) 가스 이외에, 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등을 이용하여도 된다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 이용하여도 된다.
[스텝 1]
(HCDS 가스 공급)
표면 개질 스텝이 종료되고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 개방하여, 제1 가스 공급관(232a) 내에 HCDS 가스를 흘린다. 제1 가스 공급관(232a) 내를 흐른 HCDS 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241a)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 HCDS 가스는, 제1 노즐(249a)의 가스 공급 구멍(250a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스가 공급되게 된다.
이때 동시에 밸브(243e)를 개방하여, 제1 불활성 가스 공급관(232e) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 제1 불활성 가스 공급관(232e) 내를 흐른 N2 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241e)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2 가스는, HCDS 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한, 이때, 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d), 버퍼실(237) 내에의 HCDS 가스의 침입을 방지하기 위해, 밸브(243f, 243g, 243h)를 개방하여, 제2 불활성 가스 공급관(232f), 제3 불활성 가스 공급관(232g), 제4 불활성 가스 공급관(232h) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제4 가스 공급관(232d), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 13300㎩, 바람직하게는 20 내지 1330㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241a)로 제어하는 HCDS 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241e, 241f, 241g, 241h)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. HCDS 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 200초, 바람직하게는 1 내지 120초, 보다 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때 히터(207)의 온도는, 처리실(201) 내에서 CVD 반응이 생기는 정도의 온도, 즉 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 250 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 650℃의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 250℃ 미만으로 되면 웨이퍼(200) 위에 HCDS가 흡착되기 어려워져, 실용적인 성막 속도가 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 250℃ 이상으로 함으로써, 이를 해소하는 것이 가능해진다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도를 300℃ 이상으로 함으로써, 웨이퍼(200) 위에 HCDS를 보다 충분히 흡착시키는 것이 가능해져, 보다 충분한 성막 속도가 얻어지게 된다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 700℃를 초과하면 CVD 반응이 강해짐(기상 반응이 지배적으로 됨)으로써, 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워져, 그 제어가 곤란하게 되어 버린다. 웨이퍼(200)의 온도를 700℃ 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 악화를 억제할 수 있어, 그 제어가 가능해진다. 특히 웨이퍼(200)의 온도를 650℃ 이하로 함으로써, 표면 반응이 지배적으로 되고, 막 두께 균일성을 확보하기 쉬워져, 그 제어가 용이해진다. 따라서, 웨이퍼(200)의 온도는 250 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 650℃의 범위 내의 온도로 하는 것이 좋다.
HCDS 가스의 공급에 의해, 표면 개질 스텝에서 NH3 가스에 의해 개질된 웨이퍼(200)의 최외측 표면 위에, 제1층으로서, 예를 들어 1원자층 미만으로부터 수 원자층 정도의 두께의 실리콘 함유층이 형성된다. 실리콘 함유층은 HCDS 가스의 흡착층이어도 되고, 실리콘층(Si층)이어도 되고, 그 양쪽을 포함하고 있어도 된다. 단, 실리콘 함유층은 실리콘(Si) 및 염소(Cl)를 포함하는 층인 것이 바람직하다.
여기서 실리콘층이란, 실리콘(Si)에 의해 구성되는 연속적인 층 외에, 불연속인 층이나, 이들이 겹쳐서 생기는 실리콘 박막도 포함하는 총칭이다. 또한, Si에 의해 구성되는 연속적인 층을 실리콘 박막이라고 하는 경우도 있다. 또한, 실리콘층을 구성하는 Si는, Cl과의 결합이 완전히 끊어져 있지 않은 것도 포함한다.
또한, HCDS 가스의 흡착층은, HCDS 가스의 가스 분자의 연속적인 화학 흡착층 외에, 불연속인 화학 흡착층도 포함한다. 즉, HCDS 가스의 흡착층은, HCDS 분자로 구성되는 1분자층 혹은 1분자층 미만의 두께의 화학 흡착층을 포함한다. 또한, HCDS 가스의 흡착층을 구성하는 HCDS(Si2Cl6) 분자는, Si와 Cl의 결합이 일부 끊어진 것(SixCly 분자)도 포함한다. 즉, HCDS의 흡착층은, Si2Cl6 분자 및 SixCly 분자 중 적어도 하나의 연속적인 화학 흡착층이나 불연속인 화학 흡착층을 포함한다. 또한, 1원자층 미만의 두께의 층이란 불연속으로 형성되는 원자층의 것을 의미하고 있고, 1원자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 원자층의 것을 의미하고 있다. 또한, 1분자층 미만의 두께의 층이란 불연속으로 형성되는 분자층의 것을 의미하고 있고, 1분자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 분자층의 것을 의미하고 있다.
HCDS 가스가 자기 분해(열 분해)되는 조건 하에, 즉, HCDS의 열 분해 반응이 생기는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 위에 Si가 퇴적됨으로써 실리콘층이 형성된다. HCDS 가스가 자기 분해(열 분해)되지 않는 조건 하에, 즉, HCDS의 열 분해 반응이 생기지 않는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 위에 HCDS 가스가 흡착됨으로써 HCDS 가스의 흡착층이 형성된다. 또한, 웨이퍼(200) 위에 HCDS 가스의 흡착층을 형성하는 것보다도, 웨이퍼(200) 위에 실리콘층을 형성하는 쪽이, 성막 레이트를 높게 할 수 있어, 바람직하다.
웨이퍼(200) 위에 형성되는 실리콘 함유층의 두께가 수 원자층을 초과하면, 후술하는 스텝 3, 4에서의 개질의 작용이 실리콘 함유층의 전체에 미치지 않게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 위에 형성 가능한 실리콘 함유층의 두께의 최소값은 1원자층 미만이다. 따라서, 실리콘 함유층의 두께는 1원자층 미만으로부터 수 원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1원자층 이하, 즉, 1원자층 또는 1원자층 미만으로 함으로써, 후술하는 스텝 3, 4에서의 개질 반응의 작용을 상대적으로 높일 수 있어, 스텝 3, 4의 개질 반응에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 스텝 1의 실리콘 함유층 형성에 필요로 하는 시간을 단축할 수도 있다. 결과적으로, 1사이클당의 처리 시간을 단축할 수 있어, 전체 처리 시간을 단축하는 것도 가능해진다. 즉, 성막 레이트를 높게 하는 것도 가능해진다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1원자층 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능해진다.
(잔류 가스 제거)
실리콘 함유층이 형성된 후, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)를 폐쇄하여, HCDS 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방된 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 HCDS 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 이때, 밸브(243e, 243f, 243g, 243h)는 개방된 상태로 하고, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 HCDS 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
또한, 이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행해지는 스텝 2에서 악영향이 생기는 일은 없다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어, 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 동일한 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 2에서 악영향이 생기지 않는 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 처리량을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
실리콘 함유 가스로서는, 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스 외에, 테트라클로로실란 즉 실리콘테트라클로라이드(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스, 모노클로로 실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스, 모노실란(SiH4) 가스 등의 무기 원료뿐만 아니라, 아미노실란계의 테트라키스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭: 4DMAS) 가스, 트리스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS) 가스, 비스디에틸아미노실란(Si[N(C2H5)2]2H2, 약칭: 2DEAS) 가스, 비스터셜부틸아미노실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS) 가스 등의 유기 원료를 이용하여도 된다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 이용하여도 된다.
[스텝 2]
(C3H6 가스 공급)
스텝 1이 종료되고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 개방하여, 제2 가스 공급관(232b) 내에 C3H6 가스를 흘린다. 제2 가스 공급관(232b) 내를 흐른 C3H6 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241b)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 C3H6 가스는, 제2 노즐(249b)의 가스 공급 구멍(250b)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 처리실(201) 내에 공급된 C3H6 가스는 열로 활성화되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여, 열로 활성화된 C3H6 가스가 공급되게 된다.
이때 동시에 밸브(243f)를 개방하고, 제2 불활성 가스 공급관(232f) 내에 N2 가스를 흘린다. 제2 불활성 가스 공급관(232f) 내를 흐른 N2 가스는, C3H6 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한, 이때, 제1 노즐(249a), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d), 버퍼실(237) 내에의 C3H6 가스의 침입을 방지하기 위해, 밸브(243e, 243g, 243h)를 개방하여, 제1 불활성 가스 공급관(232e), 제3 불활성 가스 공급관(232g), 제4 불활성 가스 공급관(232h) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 제1 가스 공급관(232a), 제3 가스 공급관(232c), 제4 가스 공급관(232d), 제1 노즐(249a), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 6000㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241b)로 제어하는 C3H6 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241f, 241e, 241g, 241h)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 이때, 처리실(201) 내에서의 C3H6 가스의 분압은, 예를 들어 0.01 내지 5941㎩의 범위 내의 압력으로 한다. C3H6 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 200초, 바람직하게는 1 내지 120초, 보다 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때의 히터(207)의 온도는, 스텝 1과 마찬가지로, 웨이퍼(200)의 온도가 예를 들어 250 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 650℃의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다. 또한, C3H6 가스는 열로 활성화시켜 공급한 쪽이, 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, 후술하는 탄소 함유층의 형성이 용이해진다.
이때, 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는 열적으로 활성화된 C3H6 가스이고, 처리실(201) 내에는 HCDS 가스는 흘리지 않는다. 따라서, C3H6 가스는 기상 반응을 일으킬 일은 없으며, 활성화된 상태에서 웨이퍼(200)에 대하여 공급되고, 이때, 스텝 1에서 웨이퍼(200) 위에 형성된 제1층으로서의 실리콘 함유층 위에 1원자층 미만의 두께의 탄소 함유층, 즉 불연속인 탄소 함유층이 형성된다. 이에 의해 실리콘 및 탄소를 포함하는 제2층, 즉, 실리콘 함유층 위에 탄소 함유층이 형성된 층이 형성된다. 또한, 조건에 따라서는 실리콘 함유층의 일부와 C3H6 가스가 반응하여, 실리콘 함유층이 개질(탄화)되어 실리콘 및 탄소를 포함하는 제2층이 형성되는 경우도 있다.
실리콘 함유층 위에 형성하는 탄소 함유층은, 탄소층(C층)이어도 되고, 탄소 함유 가스(C3H6 가스)의 화학 흡착층, 즉, C3H6이 분해된 물질(CxHy)의 화학 흡착층이어도 된다. 여기서, 탄소층은 탄소에 의해 구성되는 불연속인 층으로 할 필요가 있다. 또한, CxHy의 화학 흡착층은 CxHy 분자의 불연속인 화학 흡착층으로 할 필요가 있다. 또한, 실리콘 함유층 위에 형성하는 탄소 함유층을 연속적인 층으로 한 경우, 예를 들어 CxHy의 실리콘 함유층 위에의 흡착 상태를 포화 상태로 하여, 실리콘 함유층 위에 CxHy의 연속적인 화학 흡착층을 형성한 경우, 실리콘 함유층의 표면이 전체적으로 CxHy의 화학 흡착층에 의해 덮히게 된다. 이 경우, 제2층의 표면에 실리콘이 존재하지 않게 되고, 그 결과, 후술하는 스텝 3에서의 제2층의 산화 반응이나, 후술하는 스텝 4에서의 제3층의 질화 반응이 곤란해지는 경우가 있다. 상술한 바와 같은 처리 조건 하에서는, 질소나 산소는 실리콘과는 결합하지만, 탄소와는 결합하기 어렵기 때문이다. 후술하는 스텝 3이나 스텝 4에서 원하는 산화 반응이나 질화 반응을 발생시키기 위해서는, CxHy의 실리콘 함유층 위에의 흡착 상태를 불포화 상태로 하여, 제2층의 표면에 실리콘이 노출된 상태로 할 필요가 있다.
CxHy의 실리콘 함유층 위에의 흡착 상태를 불포화 상태로 하기 위해서는, 스텝 2에서의 처리 조건을 상술한 처리 조건으로 하면 되지만, 또한 스텝 2에서의 처리 조건을 다음의 처리 조건으로 함으로써, CxHy의 실리콘 함유층 위에의 흡착 상태를 불포화 상태로 하는 것이 용이해진다.
웨이퍼 온도: 500 내지 650℃
처리실 내 압력: 133 내지 5332㎩
C3H6 가스 분압: 33 내지 5177㎩
C3H6 가스 공급 유량: 1000 내지 10000sccm
N2 가스 공급 유량: 300 내지 3000sccm
C3H6 가스 공급 시간: 6 내지 200초
(잔류 가스 제거)
제2층이 형성된 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 폐쇄하여, C3H6 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방된 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제2층 형성에 기여한 후의 C3H6 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 이때, 밸브(243f, 243e, 243g, 243h)는 개방된 상태로 하고, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제2층 형성에 기여한 후의 C3H6 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
또한, 이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행해지는 스텝 3에서 악영향이 생기는 일은 없다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어, 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 동일한 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 3에서 악영향이 생기지 않는 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 처리량을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
탄소 함유 가스로서는, 프로필렌(C3H6) 가스 이외에, 아세틸렌(C2H2) 가스나 에틸렌(C2H4) 가스 등의 탄화 수소계의 가스를 이용하여도 된다.
[스텝 3]
(O2 가스 공급)
스텝 2가 종료되고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 개방하여, 제3 가스 공급관(232c) 내에 O2 가스를 흘린다. 제3 가스 공급관(232c) 내를 흐른 O2 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 O2 가스는, 제3 노즐(249c)의 가스 공급 구멍(250c)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 처리실(201) 내에 공급된 O2 가스는 열로 활성화되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여, 열로 활성화된 O2 가스가 공급되게 된다.
이때 동시에 밸브(243g)를 개방하여, 제3 불활성 가스 공급관(232g) 내에 N2 가스를 흘린다. 제3 불활성 가스 공급관(232g) 내를 흐른 N2 가스는, O2 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한, 이때, 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제4 노즐(249d), 버퍼실(237) 내에의 O2 가스의 침입을 방지하기 위해, 밸브(243e, 243f, 243h)를 개방하여, 제1 불활성 가스 공급관(232e), 제2 불활성 가스 공급관(232f), 제4 불활성 가스 공급관(232h) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제4 가스 공급관(232d), 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제4 노즐(249d), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 6000㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241c)로 제어하는 O2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241g, 241e, 241f, 241h)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 이때, 처리실(201) 내에서의 O2 가스의 분압은, 예를 들어 0.01 내지 5941㎩의 범위 내의 압력으로 한다. O2 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 200초, 바람직하게는 1 내지 120초, 보다 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때의 히터(207)의 온도는, 스텝 1, 2와 마찬가지로, 웨이퍼(200)의 온도가 예를 들어 250 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 650℃의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다. O2 가스는 상기와 같은 조건 하에서 열적으로 활성화된다. 또한, O2 가스는 열로 활성화시켜 공급한 쪽이, 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, 후술하는 산화를 소프트하게 행할 수 있다.
이때, 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는 열적으로 활성화된 O2 가스이고, 처리실(201) 내에는 HCDS 가스도 C3H6 가스도 흘리지 않는다. 따라서, O2 가스는 기상 반응을 일으키는 것 없이, 활성화된 상태에서 웨이퍼(200)에 대하여 공급되고, 스텝 2에서 웨이퍼(200) 위에 형성된 실리콘 및 탄소를 포함하는 제2층(실리콘 함유층 위에 탄소 함유층이 형성된 층)의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해 제2층은, 논플라즈마에 의해 열적으로 산화되어, 실리콘, 산소 및 탄소를 포함하는 제3층, 즉, 실리콘 산탄화층(SiOC층)으로 변화된다(개질된다).
이때, 제2층의 산화 반응은 포화시키지 않도록 한다. 예를 들어 스텝 1에서 수 원자층의 두께의 실리콘 함유층을 형성하고, 스텝 2에서 1원자층 미만의 두께의 탄소 함유층을 형성한 경우는, 그 표면층(표면의 1원자층)의 적어도 일부를 산화시킨다. 이 경우, 제2층의 전체를 산화시키지 않도록, 제2층의 산화 반응이 불포화로 되는 조건 하에서 산화를 행한다. 또한, 조건에 따라서는 제2층의 표면층으로부터 아래 몇 층을 산화시킬 수도 있지만, 그 표면층만을 산화시키는 쪽이, SiOCN막의 조성비의 제어성을 향상시킬 수 있어 바람직하다. 또한, 예를 들어 스텝 1에서 1원자층 또는 1원자층 미만의 두께의 실리콘 함유층을 형성하고, 스텝 2에서 1원자층 미만의 탄소 함유층을 형성한 경우도, 마찬가지로 그 표면층의 일부를 산화시킨다. 이 경우도, 제2층의 전체를 산화시키지 않도록, 제2층의 산화 반응이 불포화가 되는 조건 하에서 산화를 행한다.
또한, 제2층의 산화 반응을 불포화로 하기 위해서는, 스텝 3에서의 처리 조건을 상술한 처리 조건으로 하면 되지만, 또한 스텝 3에서의 처리 조건을 다음의 처리 조건으로 함으로써, 제2층의 산화 반응을 불포화로 하는 것이 용이해진다.
웨이퍼 온도: 500 내지 650℃
처리실 내 압력: 133 내지 5332㎩
O2 가스 분압: 12 내지 5030㎩
O2 가스 공급 유량: 1000 내지 5000sccm
N2 가스 공급 유량: 300 내지 10000sccm
O2 가스 공급 시간: 6 내지 200초
또한 이때, 특히, O2 가스의 희석율을 높이거나(농도를 저하시키거나), O2 가스의 공급 시간을 단축하거나, O2 가스의 분압을 내리거나 하도록 상술한 처리 조건을 조정함으로써, 스텝 3에서의 산화력을 적절히 저하시킬 수 있어, 제2층의 산화 반응을 불포화로 하는 것이 보다 용이해져, 바람직하다. 도 4a의 성막 시퀀스는, 스텝 3에서 공급하는 N2 가스의 공급 유량을, 다른 스텝에서 공급하는 N2 가스의 공급 유량보다도 크게 함으로써, O2 가스의 분압을 내려, 산화력을 저하시키는 모습을 예시하고 있다.
스텝 3에서의 산화력을 저하시킴으로써, 산화의 과정에 있어서, 제2층 내로부터 탄소(C)가 이탈되는 것을 억제하기 쉬워진다. Si-C 결합보다도 Si-O 결합의 쪽이 결합 에너지가 크므로, Si-O 결합을 형성하면 Si-C 결합이 끊어져 버리는 경향이 있지만, 스텝 3에서의 산화력을 적절히 저하시킴으로써, 제2층 내에 Si-O 결합을 형성할 때에, Si-C 결합이 끊어져 버리는 것을 억제할 수 있어, Si와의 결합이 끊어진 C가 제2층으로부터 이탈되는 것을 억제하기 쉬워진다.
또한, 스텝 3에서의 산화력을 저하시킴으로써, 산화 처리 후의 제2층, 즉, 제3층의 최외측 표면에 Si가 노출된 상태를 유지할 수 있다. 제3층의 최외측 표면에 Si가 노출된 상태를 유지함으로써, 후술하는 스텝 4에서, 제3층의 최외측 표면을 질화시키는 것이 용이해진다. 가령, 제3층의 최외측 표면의 전체에 걸쳐 Si-O 결합이나 Si-C 결합이 형성되고, 그 최외측 표면에 Si가 노출되어 있지 않은 상태에서는, 후술하는 스텝 4의 조건 하에서는 Si-N 결합이 형성되기 어려운 경향이 있다. 그러나, 제3층의 최외측 표면에 Si가 노출된 상태를 유지함으로써, 즉, 제3층의 최외측 표면에, 후술하는 스텝 4의 조건 하에서 N과 결합할 수 있는 Si를 존재시켜 둠으로써, Si-N 결합을 형성하는 것이 용이해진다.
(잔류 가스 제거)
제3층이 형성된 후, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 폐쇄하여, O2 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(244)는 개방된 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제3층 형성에 기여한 후의 O2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 이때, 밸브(243g, 243e, 243f, 243h)는 개방된 상태로 하고, 불활성 가스로서의 N2 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제3층 형성에 기여한 후의 O2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
또한, 이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행해지는 스텝 4에서 악영향이 생기는 일은 없다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어, 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 동일한 정도의 양을 공급함으로써, 스텝 4에서 악영향이 생기지 않는 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 처리량을 향상시킬 수 있다. 또한, N2 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
산화 가스로서는, 산소(O2) 가스 이외에, 수증기(H2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 아산화질소(N2O) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스, 오존(O3) 가스, 수소(H2) 가스+산소(O2) 가스, H2 가스+오존(O3) 가스 등을 이용하여도 된다.
[스텝 4]
(NH3 가스 공급)
스텝 3이 종료되고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 웨이퍼(200)에 대하여, 열로 활성화된 NH3 가스를 공급한다. 이때의 처리 조건 및 처리 수순은, 상술한 표면 개질 스텝에서의 NH3 가스 공급시에 있어서의 처리 조건 및 처리 수순과 거의 마찬가지이다. 단, NH3 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 200초, 바람직하게는 1 내지 120초, 보다 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 또한, 스텝 4에서도, NH3 가스는 열로 활성화시켜 공급한다. NH3 가스는 열로 활성화시켜 공급한 쪽이, 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, 후술하는 질화를 소프트하게 행할 수 있다. 단, 상술한 표면 개질 스텝과 마찬가지로, NH3 가스는 플라즈마에 의해 활성화시켜 공급할 수도 있다.
이때, 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는 열적으로 활성화된 NH3 가스이고, 처리실(201) 내에는 HCDS 가스도 C3H6 가스도 O2 가스도 흘리지 않는다. 따라서, NH3 가스는 기상 반응을 일으키는 것 없이, 활성화된 상태에서 웨이퍼(200)에 대하여 공급되어, 스텝 3에서 웨이퍼(200) 위에 형성된 제3층으로서의 실리콘, 산소 및 탄소를 포함하는 층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해 제3층은, 논플라즈마에 의해 열적으로 질화되어, 실리콘, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 제4층, 즉, 실리콘 산탄질화층(SiOCN층)으로 변화된다(개질된다).
또한, 웨이퍼(200)에 대하여 활성화된 NH3 가스를 공급함으로써, 제3층의 최외측 표면이 개질된다(표면 개질 처리). 그 때, 예를 들어, 제3층의 최외측 표면이 활성화된 NH3 가스와 반응하여 질화함으로써, 제3층의 최외측 표면, 즉, 제4층의 최외측 표면에, Si-N 결합을 갖는 층, 즉, Si 및 N을 포함하는 질화층(실리콘 질화층)이 형성되는 경우가 있다. 또한, 예를 들어, 제3층의 최외측 표면에 NH3 가스가 흡착됨으로써, 제3층의 최외측 표면, 즉, 제4층의 최외측 표면에, NH3 가스의 흡착층이 형성되는 경우도 있다. 또한, 이들 반응이 동시에 발생하여, 제3층의 최외측 표면, 즉, 제4층의 최외측 표면에, 질화층과 NH3 가스의 흡착층이 모두 형성되는 경우도 있다.
표면 개질 처리 후의 제3층의 최외측 표면, 즉, 제4층의 최외측 표면은, 다음의 스텝 1에서 공급되는 HCDS 가스가 흡착되기 쉽고 Si가 퇴적되기 쉬운 표면 상태로 된다. 즉, 스텝 4에서 사용하는 NH3 가스는, 다음의 사이클에서의 HCDS 가스나 Si의 웨이퍼(200)의 최외측 표면(제4층의 최외측 표면)에의 흡착이나 퇴적을 촉진시키는 흡착 및 퇴적 촉진 가스로서도 작용하게 된다.
또한, 이때, 제3층의 질화 반응은 포화시키지 않도록 한다. 예를 들어 스텝 1 내지 3에서 수 원자층의 두께의 제3층을 형성한 경우는, 그 표면층(표면의 1원자층)의 적어도 일부를 질화시킨다. 이 경우, 제3층의 전체를 질화시키지 않도록, 제3층의 질화 반응이 불포화로 되는 조건 하에서 질화를 행한다. 또한, 조건에 따라서는 제3층의 표면층으로부터 아래 몇 층을 질화시킬 수도 있지만, 그 표면층만을 질화시키는 쪽이, SiOCN막의 조성비의 제어성을 향상시킬 수 있어 바람직하다. 또한, 예를 들어 스텝 1 내지 3에서 1원자층 또는 1원자층 미만의 두께의 제3층을 형성한 경우도, 마찬가지로 그 표면층의 일부를 질화시킨다. 이 경우도, 제3층의 전체를 질화시키지 않도록, 제3층의 질화 반응이 불포화로 되는 조건 하에서 질화를 행한다.
또한, 제3층의 질화 반응을 불포화로 하기 위해서는, 스텝 4에서의 처리 조건을 상술한 처리 조건으로 하면 되지만, 또한 스텝 4에서의 처리 조건을 다음의 처리 조건으로 함으로써, 제3층의 질화 반응을 불포화로 하는 것이 용이해진다.
웨이퍼 온도: 500 내지 650℃
처리실 내 압력: 133 내지 5332㎩
NH3 가스 분압: 33 내지 5030㎩
NH3 가스 공급 유량: 1000 내지 5000sccm
N2 가스 공급 유량: 300 내지 3000sccm
NH3 가스 공급 시간: 6 내지 200초
(잔류 가스 제거)
제4층이 형성된 후, 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 제4층 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때의 처리 조건 및 처리 수순은, 상술한 표면 개질 스텝에서의 잔류 가스 제거시에 있어서의 처리 조건 및 처리 수순과 마찬가지이다.
질화 가스로서는, 표면 개질 스텝과 마찬가지로, 암모니아(NH3) 가스 이외에, 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등을 이용하여도 된다.
상술한 스텝 1 내지 4를 1사이클로 하고, 이 사이클을 1회 이상 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 소정막 두께의 실리콘, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막, 즉, 실리콘산탄질화막(SiOCN막)을 성막할 수 있다. 또한, 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 이때, 각 스텝에서의 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어함으로써, SiOCN층에서의 각 원소 성분, 즉 실리콘 성분, 산소 성분, 탄소 성분, 질소 성분의 비율, 즉, 실리콘 농도, 산소 농도, 탄소 농도, 질소 농도를 조정할 수 있어, SiOCN막의 조성비를 제어할 수 있다. 또한, 사이클을 복수회 행하는 경우, 적어도 2사이클째 이후의 각 스텝에서, 「웨이퍼(200)에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 부분은, 「웨이퍼(200) 위에 형성되어 있는 층에 대하여, 즉, 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최외측 표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」는 것을 의미하고, 「웨이퍼(200) 위에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 부분은, 「웨이퍼(200) 위에 형성되어 있는 층 위, 즉, 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최외측 표면 위에 소정의 층을 형성한다」는 것을 의미하고 있다. 이 점은, 상술한 바와 같다. 또한, 이 점은, 후술하는 다른 성막 시퀀스나 각 변형예에서도 마찬가지이다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
소정 조성을 갖는 소정막 두께의 SiOCN막을 형성하는 성막 처리가 이루어지면, N2 등의 불활성 가스가 처리실(201) 내에 공급되어, 배기됨으로써 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지된다(가스 퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되어(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀 된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 반응관(203)의 하단이 개방됨과 함께, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부에 반출(보트 언로딩)된다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(제2 시퀀스)
다음에, 본 발명의 실시 형태에 따른 제2 시퀀스에 대해서 설명한다.
도 5a는, 본 발명의 실시 형태에 따른 제2 시퀀스에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
본 실시 형태의 제2 시퀀스에 있어서는, 질화 가스를 공급하는 공정과, 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 산화 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행한 후, 질화 가스를 공급하는 공정을 행하게 하는 점이, 상술한 제1 시퀀스와 다르다.
보다 구체적으로는, 질화 가스를 공급하는 공정과, 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 산화 가스를 공급하는 공정을 이 순서대로 행하고, 이 4개의 공정을 1사이클로 하여 이 사이클을 소정 횟수, 바람직하게는 복수회 행한 후, 질화 가스를 공급하는 공정을 행하게 하는 점이, 상술한 제1 시퀀스와 다르다.
즉, 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 행하기 전에, 질화 가스를 공급하는 공정을 행하게 하고, 이 질화 가스를 공급하는 공정을 행한 후, 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 행할 때까지의 사이에 있어서, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정 및 산화 가스를 공급하는 공정을 행하지 않게 하는 점은, 상술한 제1 시퀀스와 마찬가지이다.
이하, 본 실시 형태의 제2 시퀀스를 구체적으로 설명한다. 여기서는, 소정 원소 함유 가스로서 HCDS 가스를, 탄소 함유 가스로서 C3H6 가스를, 산화 가스로서 O2 가스를, 질화 가스로서 NH3 가스를 사용하고, 도 5a의 성막 시퀀스, 즉, NH3 가스를 공급하는 공정과, HCDS 가스를 공급하는 공정과, C3H6 가스를 공급하는 공정과, O2 가스를 공급하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행한 후, NH3 가스를 공급하는 공정을 행하는 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼(200) 위에 실리콘, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 실리콘산탄질화막(SiOCN막)을 형성하는 예에 대해서 설명한다.
(웨이퍼 차지 ∼ 웨이퍼 회전)
웨이퍼 차지, 보트 로드, 압력 조정, 온도 조정, 웨이퍼 회전까지는, 제1 시퀀스와 마찬가지로 행한다.
〔실리콘산탄질화막 형성 공정〕
계속해서, 후술하는 4개의 스텝, 즉, 스텝 1 내지 4를 1사이클로 하고, 이 사이클을 1회 이상 행한 후, 후술하는 질화 스텝을 행한다.
[스텝 1]
스텝 1은 제1 시퀀스의 표면 개질 스텝 또는 스텝 4와 마찬가지로 행한다. 스텝 1에서의 처리 조건은, 제1 시퀀스에 있어서의 표면 개질 스텝 또는 스텝 4에서의 처리 조건과 마찬가지이다.
또한, 첫회(1회째)의 사이클에 있어서 스텝 1에서 발생시키는 반응, 형성하는 층 등은, 제1 시퀀스에 있어서의 표면 개질 스텝에서의 그것들과 마찬가지이다. 즉, 웨이퍼(200)의 최외측 표면(SiOCN막을 형성할 때의 기초면)에 대해, 활성화된 NH3 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)의 최외측 표면을, HCDS 가스가 흡착되기 쉽고 Si가 퇴적되기 쉬운 표면 상태로 변화시킨다(개질한다). 즉, 웨이퍼(200)의 최외측 표면에는, Si 및 N을 포함하는 질화층이나, NH3 가스의 흡착층이나, 혹은 이들 양쪽이 형성된다.
또한, 사이클을 복수회 행하는 경우, 2회째 이후의 사이클에 있어서, 스텝 1에서 발생시키는 반응, 형성하는 층 등은, 제1 시퀀스에 있어서의 스텝 4에서의 그것들과 마찬가지이다. 즉, 이 스텝에서는, 처리실(201) 내에의 NH3 가스의 공급에 의해, 후술하는 스텝 4에서 형성된 제3층의 적어도 일부를 질화시킴으로써, 웨이퍼(200) 위에 실리콘, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 제4층을 형성한다. 또한, 이 스텝에서는, 제3층의 표면에 대해, 활성화된 NH3 가스를 공급함으로써, 제3층이 질화되어 이루어지는 제4층의 최외측 표면을, HCDS 가스가 흡착되기 쉽고 Si가 퇴적되기 쉬운 표면 상태로 변화시킨다(개질한다). 즉, 제4층의 최외측 표면에는, Si 및 N을 포함하는 질화층이나, NH3 가스의 흡착층이나, 혹은 이들 양쪽이 형성된다.
[스텝 2]
스텝 2는 제1 시퀀스의 스텝 1과 마찬가지로 행한다. 스텝 2에서의 처리 조건, 발생시키는 반응, 형성하는 층 등은, 제1 시퀀스에 있어서의 스텝 1에서의 그것들과 마찬가지이다. 즉, 이 스텝에서는, 처리실(201) 내에의 HCDS 가스의 공급에 의해, NH3 가스의 공급에 의해 개질된 웨이퍼(200) 위에, 제1층으로서, 예를 들어 1원자층 미만으로부터 수 원자층 정도의 두께의 실리콘 함유층을 형성한다.
[스텝 3]
스텝 3은 제1 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지로 행한다. 스텝 3에서의 처리 조건, 발생시키는 반응, 형성하는 층 등은, 제1 시퀀스에 있어서의 스텝 2에서의 그것들과 마찬가지이다. 즉, 이 스텝에서는, 처리실(201) 내에의 C3H6 가스의 공급에 의해, 스텝 2에서 형성된 제1층으로서의 실리콘 함유층 위에, 탄소 함유층을 형성함으로써, 웨이퍼(200) 위에 실리콘 및 탄소를 포함하는 제2층, 즉, 실리콘 함유층 위에 탄소 함유층이 형성된 층을 형성한다.
[스텝 4]
스텝 4는 제1 시퀀스의 스텝 3과 마찬가지로 행한다. 스텝 4에서의 처리 조건, 발생시키는 반응, 형성하는 층 등은, 제1 시퀀스에 있어서의 스텝 3에서의 그것들과 마찬가지이다. 즉, 이 스텝에서는, 처리실(201) 내에의 O2 가스의 공급에 의해, 제2층의 적어도 일부를 산화시킴으로써, 웨이퍼(200) 위에 실리콘, 산소 및 탄소를 포함하는 제3층을 형성한다.
상술한 스텝 1 내지 4를 1사이클로 하고, 이 사이클을 1회 이상 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 소정막 두께의 SiOCN막을 성막할 수 있다. 또한, 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 이때, 각 스텝에서의 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어함으로써, SiOCN층에서의 각 원소 성분, 즉 실리콘 성분, 산소 성분, 탄소 성분, 질소 성분의 비율, 즉, 실리콘 농도, 산소 농도, 탄소 농도, 질소 농도를 조정할 수 있어, SiOCN막의 조성비를 제어할 수 있다. 또한, 이 단계에서 형성되는 SiOCN막의 최외측 표면에는, 제3층, 즉, SiOC층이 형성되게 된다.
[질화 스텝]
스텝 1 내지 4를 1사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수 행한 후, 질화 스텝을 실시한다. 본 스텝은, 제1 시퀀스의 스텝 4와 마찬가지로 행한다. 본 스텝에서의 처리 조건, 발생시키는 반응, 형성하는 층 등은, 제1 시퀀스에 있어서의 스텝 4에서의 그것들과 마찬가지이다. 즉, 이 스텝에서는, 처리실(201) 내에의 NH3 가스의 공급에 의해, 최종 사이클에 있어서 웨이퍼(200)의 최외측 표면에 형성된 제3층(SiOC층)의 적어도 일부를 질화시켜, 제3층을 제4층, 즉, SiOCN층으로 변화시킨다(개질한다). 이 질화 스텝에 의해, SiOCN막의 최외측 표면이 적정하게 질화되어 개질됨으로써, SiOCN막은 최하층으로부터 최상층에 이르기까지 SiOCN층이 적층되어 이루어지는 막이 된다. 즉, SiOCN막은, 막 두께 방향에 있어서 그 조성이 균일한 막이 된다.
(가스 퍼지 ∼ 웨이퍼 디스차지)
SiOCN막의 형성 처리 및 SiOCN막의 최외측 표면의 개질 처리가 이루어지면, 가스 퍼지, 불활성 가스 치환, 대기압 복귀, 보트 언로드, 웨이퍼 디스차지가, 제1 시퀀스와 마찬가지로 행해진다.
(3) 본 실시 형태에 따른 효과
본 발명의 실시 형태에 따르면, 이하에 기재하는 1개 또는 복수의 효과를 발휘한다.
(a) 본 발명의 실시 형태에 따르면, 어느 쪽의 성막 시퀀스에 있어서도, HCDS 가스를 공급하는 공정을 행하기 전에, NH3 가스를 공급하는 공정을 행하게 하고, 이 NH3 가스를 공급하는 공정을 행한 후, HCDS 가스를 공급하는 공정을 행할 때까지의 사이에 있어서, C3H6 가스를 공급하는 공정 및 O2 가스를 공급하는 공정을 행하지 않게 하고 있다. 이에 의해, 저온 영역에 있어서도, SiOCN막의 성막 속도를 증가시킬 수 있어, 성막 처리의 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
즉, 제1 시퀀스에 있어서는, 스텝 1 내지 4를 1사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수 행하기 전에, 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급하는 표면 개질 스텝을 행하게 하고 있다. 그리고, 표면 개질 스텝과 스텝 1 사이에서, C3H6 가스를 공급하는 스텝 2 및 O2 가스를 공급하는 스텝 3을 행하지 않게 하고 있다. 상술한 바와 같이, 표면 개질 스텝을 행함으로써, 웨이퍼(200)의 최외측 표면은 HCDS 가스가 흡착되기 쉽고 Si가 퇴적되기 쉬운 표면 상태로 변화된다(개질된다). 표면 개질 스텝과 스텝 1 사이에서, 스텝 2나 스텝 3을 행하지 않음으로써, 웨이퍼(200)의 최외측 표면은 HCDS 가스가 흡착되기 쉽고 Si가 퇴적되기 쉬운 표면 상태인 채로 유지된다. 그 때문에, 표면 개질 스텝의 직후에 행해지는 스텝 1에서는, 웨이퍼(200)의 최외측 표면 위에의 HCDS 가스의 흡착이나 Si의 퇴적이 촉진되어, 웨이퍼(200)의 최외측 표면 위에의 실리콘 함유층의 형성이 촉진되게 된다.
또한, 제1 시퀀스에 있어서는, 스텝 1 내지 4를 1사이클로 하고, 이 사이클을 복수회 행할 때, NH3 가스를 공급하는 스텝 4와 HCDS 가스를 공급하는 스텝 1을 이 순서대로 연속해서 행하고, 이 사이에 있어서, C3H6 가스를 공급하는 스텝 2 및 O2 가스를 공급하는 스텝 3을 행하지 않게 하고 있다. 상술한 바와 같이, 스텝 4를 행함으로써 형성되는 제4층의 최외측 표면은 HCDS 가스가 흡착되기 쉽고 Si가 퇴적되기 쉬운 표면 상태로 변화된다(개질된다). 스텝 4와 스텝 1 사이에서, 스텝 2나 스텝 3을 행하지 않음으로써, 제4층의 최외측 표면은 HCDS 가스가 흡착되기 쉽고 Si가 퇴적되기 쉬운 표면 상태인 채로 유지된다. 그 때문에, 스텝 4의 직후에 행해지는 스텝 1에서는, 제4층의 최외측 표면 위에의 HCDS 가스의 흡착이나 Si의 퇴적이 촉진되어, 제4층의 최외측 표면 위에의 실리콘 함유층의 형성이 촉진되게 된다.
또한, 제2 시퀀스에 있어서는, 스텝 1 내지 4를 1사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수 행하게 하고 있다. 즉, NH3 가스를 공급하는 스텝 1과 HCDS 가스를 공급하는 스텝 2를 이 순서대로 연속해서 행하고, 이 사이에 있어서, C3H6 가스를 공급하는 스텝 3 및 O2 가스를 공급하는 스텝 4를 행하지 않게 하고 있다. 상술한 바와 같이, 첫회의 사이클에 있어서 스텝 1을 행함으로써, 웨이퍼(200)의 최외측 표면은 HCDS 가스가 흡착되기 쉽고 Si가 퇴적되기 쉬운 표면 상태로 변화된다(개질된다). 스텝 1과 스텝 2 사이에서, 스텝 3이나 스텝 4를 행하지 않음으로써, 웨이퍼(200)의 최외측 표면은 HCDS 가스가 흡착되기 쉽고 Si가 퇴적되기 쉬운 표면 상태인 채로 유지된다. 그 때문에, 스텝 1의 직후에 행해지는 스텝 2에 있어서는, 웨이퍼(200)의 최외측 표면에의 HCDS 가스의 흡착이나 Si의 퇴적이 촉진되어, 웨이퍼(200) 최외측 표면 위에의 실리콘 함유층의 형성이 촉진되게 된다.
또한, 제2 시퀀스에 있어서는, 스텝 1 내지 4를 1사이클로 하고, 이 사이클을 복수회 행할 때, 스텝 1을 행함으로써 형성되는 제4층의 최외측 표면은 HCDS 가스가 흡착되기 쉽고 Si가 퇴적되기 쉬운 표면 상태로 변화된다(개질된다). 스텝 1과 스텝 2 사이에서, 스텝 3이나 스텝 4를 행하지 않음으로써, 제4층의 최외측 표면은 HCDS 가스가 흡착되기 쉽고 Si가 퇴적되기 쉬운 표면 상태인 채로 유지된다. 그 때문에, 스텝 1의 직후에 행해지는 스텝 2에서는, 제4층의 최외측 표면 위에의 HCDS 가스의 흡착이나 Si의 퇴적이 촉진되어, 제4층의 최외측 표면 위에의 실리콘 함유층의 형성이 촉진되게 된다.
이와 같이, 어느 쪽의 성막 시퀀스에 있어서도, 웨이퍼(200)의 최외측 표면 위에의 실리콘 함유층의 형성을 촉진시킬 수 있다. 그 결과, 저온 영역에 있어서도, SiOCN막의 성막 속도를 증가시킬 수 있어, 성막 처리의 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
(b) 본 발명의 실시 형태에 따르면, 어느 쪽의 성막 시퀀스에 있어서도, SiOCN막 형성 공정을 완료시킬 때에, NH3 가스를 공급하는 공정을 마지막으로 실시하도록 하고 있다. 즉, 제1 성막 시퀀스에 있어서는, 각 사이클의 최후에 행해지는 스텝 4에서, 웨이퍼(200)에 대하여 활성화된 NH3 가스를 공급하도록 하고 있다. 또한, 제2 성막 시퀀스에 있어서는, 스텝 1 내지 4를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행한 후, 웨이퍼(200)에 대하여 활성화된 NH3 가스를 공급하는 질화 스텝을 행하게 하고 있다. 이와 같이 함으로써, SiOCN막의 최외측 표면을 적정하게 질화하여 개질할 수 있어, 최종적으로 형성되는 SiOCN막을, 막 두께 방향에 있어서 그 조성이 균일한 막으로 할 수 있다.
(c) 본 발명의 실시 형태에 따르면, 가스의 공급 순서를 상술한 제1 시퀀스 혹은 제2 시퀀스와 같이 재편성하는 것만으로, 기존의 기판 처리 장치의 구조, 성막 온도, 가스의 종류, 유량 등을 변경하지 않고, 상술한 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 발명자들은 연구 당초, Si-C 결합을 갖는 층을 산화한 후, 질화하면, SiOCN이 아니라, SiO나 SiON이 형성되는 것으로 생각하고 있었다. 그 이유는, Si-N 결합이나 Si-C 결합의 결합 에너지보다도, Si-O 결합의 결합 에너지의 쪽이 크므로, Si-C 결합을 갖는 층을 산화하면, 그 산화의 과정에 있어서 Si-O 결합이 형성될 때에, Si-C 결합을 갖는 층의 Si-C 결합이 끊어져, Si와의 결합이 끊어진 C가 Si-C 결합을 갖는 층으로부터 이탈해 버리고, 또한, 그 후에 질화해도 Si-N 결합이 형성되기 어렵다고 생각하고 있었기 때문이다. 그 때문에, 가스의 공급 순서를 예를 들어 상술한 제1 시퀀스나 제2 시퀀스와 같이 재편성하면, C가 모두 이탈해 버려, SiOCN막을 형성하는 것은 불가능하다(SiO막 또는 SiON막이 형성되어 버린다)고 생각하고 있었다. 그러나, 발명자들은, 예의 연구를 거듭한 결과, Si-C 결합을 갖는 층을 산화한 후, 질화할 때에, 그 산화력(특히, 산화 가스의 희석율, 공급 시간, 분압)을 컨트롤함으로써, 산화에 의해 Si-C 결합을 갖는 층으로부터 이탈해 버리는 C를 남길 수 있고, 또한, 그 후의 질화에 의해 Si-N 결합을 적절히 형성할 수 있어, SiOCN을 적정하게 형성할 수 있는 것을 발견하였다. 이러한 지식을 살린 본 발명의 실시 형태의 성막 시퀀스에 따르면, 기존의 기판 처리 장치에 대폭적인 변경을 행하지 않고, 저코스트로, 상술한 효과를 얻을 수 있게 된다.
(d) 본 발명의 실시 형태에 따르면, 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스 중 어느 것에 있어서도 우수한 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 갖는 SiOCN막을 형성할 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시 형태의 제1 시퀀스 또는 제2 시퀀스에 의해 형성한 SiOCN막을 절연막으로서 사용한 경우, SiOCN막의 면내에서 균질한 성능을 제공하는 것이 가능해져, 반도체 장치의 성능 향상이나 생산 수율의 향상에 공헌하는 것이 가능해진다.
(e) 본 발명의 실시 형태에 따르면, 각 시퀀스의 각 스텝에서의 처리실 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어함으로써, SiOCN막에서의 각 원소 성분, 즉 실리콘 성분, 산소 성분, 탄소 성분, 질소 성분의 비율, 즉, 실리콘 농도, 산소 농도, 탄소 농도, 질소 농도를 조정할 수 있어, SiOCN막의 조성비를 제어할 수 있다.
(f) 본 발명의 실시 형태에 따르면, 소정 조성의 SiOCN막을 성막할 수 있으므로, 에칭 내성, 유전율, 절연 내성을 제어하는 것이 가능해지고, SiN막보다도 유전율이 낮아, 에칭 내성이 우수하고, 절연 내성이 우수한 실리콘 절연막을 형성하는 것이 가능해진다.
(g) 본 발명의 실시 형태의 제1 시퀀스의 표면 개질 스텝 및 스텝 2 내지 4나, 제2 시퀀스의 스텝 1, 3, 4 및 질화 스텝에서는, 처리실(201) 내에 공급하는 C3H6 가스, O2 가스, NH3 가스를 각각 열로 활성화시켜 웨이퍼(200)에 대하여 공급하도록 하고 있다. 이에 의해, 상술한 반응을 각각 소프트하게 발생시킬 수 있어, 탄소 함유층의 형성, 산화 처리, 질화 처리를 제어성 좋게 용이하게 행하는 것이 가능해진다.
(h) 본 발명의 실시 형태의 방법에 의해 형성한 실리콘 절연막을, 사이드 월 스페이서로서 사용함으로써, 리크 전류가 적어, 가공성이 우수한 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능해진다.
(i) 본 발명의 실시 형태의 방법에 의해 형성한 실리콘 절연막을, 에치 스토퍼로서 사용함으로써, 가공성이 우수한 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능해진다.
(j) 본 발명의 실시 형태에 따르면, 플라즈마를 사용하지 않고, 이상적 양론비의 실리콘 절연막을 형성할 수 있다. 또한, 플라즈마를 사용하지 않고 실리콘 절연막을 형성할 수 있으므로, 예를 들어 DPT의 SADP막 등, 플라즈마 데미지를 염려하는 공정에의 적응도 가능해진다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경 가능하다.
예를 들어, 상술한 제1 시퀀스에서는, NH3 가스를 공급하는 공정(표면 개질 스텝)을 행한 후, HCDS 가스를 공급하는 공정(스텝 1)과, C3H6 가스를 공급하는 공정(스텝 2)과, O2 가스를 공급하는 공정(스텝 3)과, NH3 가스를 공급하는 공정(스텝 4)을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하도록 하고 있었지만, 본 발명은 이 실시 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 4b에 제1 시퀀스의 변형예를 예시하는 바와 같이, 표면 개질 스텝을 행한 후, 스텝 1, 3, 2, 4를 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하도록 하여도 된다. 즉, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정(스텝 2)과 산화 가스를 공급하는 공정(스텝 3)은, 어느 쪽을 먼저 행하는 것으로 하여도 된다. 단, 스텝 2를 스텝 3보다도 먼저 행하는 도 4a의 제1 시퀀스의 쪽이, 스텝 3을 스텝 2보다도 먼저 행하는 도 4b의 제1 시퀀스의 변형예보다도, 성막 속도를 높게 할 수 있어 바람직하다.
또한, 예를 들어, 상술한 제2 시퀀스에서는, NH3 가스를 공급하는 공정(스텝 1)과, HCDS 가스를 공급하는 공정(스텝 2)과, C3H6 가스를 공급하는 공정(스텝 3)과, O2 가스를 공급하는 공정(스텝 4)을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행한 후, NH3 가스를 공급하는 공정(질화 스텝)을 행하도록 하고 있었지만, 본 발명은 이 실시 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 5b에 제2 시퀀스의 변형예를 예시한 바와 같이, 스텝 1, 2, 4, 3을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행한 후, 질화 스텝을 행하도록 하여도 된다. 즉, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정(스텝 3)과 산화 가스를 공급하는 공정(스텝 4)은, 어느 쪽을 먼저 행하는 것으로 하여도 된다. 단, 스텝 3을 스텝 4보다도 먼저 행하는 도 5a의 제2 시퀀스의 쪽이, 스텝 4를 스텝 3보다도 먼저 행하는 도 5b의 제2 시퀀스의 변형예보다도, 성막 속도를 높게 할 수 있어 바람직하다.
또한 예를 들어, 처리실(201) 내에 버퍼실(237)을 설치하지 않고, 제4 노즐(249d)로부터 처리실(201) 내에 NH3 가스를 직접적으로 공급하도록 하여도 된다. 이 경우, 제4 노즐(249d)의 가스 공급 구멍(250d)을 반응관(203)의 중심측을 향함으로써, 제4 노즐(249d)로부터 NH3 가스가 웨이퍼(200)를 향하여 직접적으로 공급되도록 하는 것도 가능하다. 또한, 제4 노즐(249d)를 설치하지 않고, 버퍼실(237)만을 설치하도록 하여도 된다.
또한, 예를 들어, 처리실(201) 내에 공급하는 C3H6 가스, O2 가스, NH3 가스는 각각 열로 활성화시키는 경우에 한정되지 않고, 예를 들어 플라즈마를 사용하여 활성화시키도록 하여도 된다. 이 경우, 예를 들어, 상술한 플라즈마 발생기로서의 플라즈마원을 사용하여 각 가스를 플라즈마 여기하도록 하여도 된다. 각 가스를 플라즈마 여기하여 공급하는 경우, 성막 온도를 더욱 저온화시키는 것이 가능하다고 하는 이점이 있다. 단, 각 가스를 플라즈마 여기하지 않고, 상술한 실시 형태와 같이 열로 활성화시켜 공급하는 경우는, 처리실(201) 내에서의 파티클의 발생을 억제할 수 있고, 또한, 처리실(201) 내의 부재나 웨이퍼(200)에 대한 플라즈마 데미지를 회피할 수 있다고 하는 이점이 있다.
또한, 예를 들어, 제1 시퀀스의 스텝 3, 제2 시퀀스의 스텝 4에서는, 산화 가스와 함께 수소 함유 가스 등의 환원 가스를 공급하도록 하여도 된다. 대기압 미만의 압력(감압) 분위기 하에 있는 처리실(201) 내에 산화 가스와 환원 가스를 공급하면, 처리실(201) 내에서 산화 가스와 환원 가스가 반응하고, 원자 형상 산소(atomic oxygen) 등의 산소를 포함하는 수분(H2O) 비함유의 산화종이 생성되고, 이 산화종에 의해 각 층을 산화할 수 있다. 이 경우, 산화 가스 단체로 산화하는 것보다도 높은 산화력으로 산화를 행할 수 있다. 이 산화 처리는 논플라즈마의 감압 분위기 하에서 행해진다. 환원 가스로서는, 예를 들어 수소(H2) 가스를 사용할 수 있다.
또한 예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 박막으로서 반도체 원소인 실리콘을 포함하는 SiOCN막(반도체 절연막)을 형성하는 예에 대해서 설명하였지만, 본 발명은, 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge) 등의 금속 원소를 포함하는 금속산탄질화막(금속 절연막)을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
예를 들어, 본 발명은, 티탄산탄질화막(TiOCN막), 지르코늄산탄질화막(ZrOCN막), 하프늄산탄질화막(HfOCN막), 탄탈산탄질화막(TaOCN막), 알루미늄산탄질화막(AlOCN막), 몰리브덴산탄질화막(MoOCN막), 갈륨산탄질화막(GaOCN막), 게르마늄산탄질화막(GeOCN막)이나, 이들을 조합하거나, 혼합시키거나 한 금속산탄질화막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
이 경우, 상술한 실시 형태에서의 실리콘 원료 가스 대신에, 티탄 원료 가스, 지르코늄 원료 가스, 하프늄 원료 가스, 탄탈 원료 가스, 알루미늄 원료 가스, 몰리브덴 원료 가스, 갈륨 원료 가스, 게르마늄 원료 가스 등의 금속 원소를 포함하는 원료 가스(금속 원소 함유 가스)를 사용하고, 상술한 실시 형태와 마찬가지인 시퀀스(제1 시퀀스, 제2 시퀀스 및 이들의 변형예)에 의해 성막을 행할 수 있다.
즉, 이 경우, 웨이퍼에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정을 행한 후, 웨이퍼에 대하여 금속 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 웨이퍼에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 웨이퍼에 대하여 산화 가스를 공급하는 공정과, 웨이퍼에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 웨이퍼 위에 금속 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막(금속산탄질화막)을 형성한다. 그리고, 금속산탄질화막을 형성하는 공정에서는, 금속 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 행하기 전에, 질화 가스를 공급하는 공정을 행하게 하고, 이 질화 가스를 공급하는 공정을 행한 후, 금속 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 행할 때까지의 사이에 있어서, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정 및 산화 가스를 공급하는 공정을 행하지 않게 한다.
예를 들어, 금속산탄질화막으로서 TiOCN막을 형성하는 경우는, Ti를 포함하는 원료로서, 테트라키스에틸메틸아미노티타늄(Ti[N(C2H5)(CH3)]4, 약칭: TEMAT), 테트라키스디메틸아미노티타늄(Ti[N(CH3)2]4, 약칭: TDMAT), 테트라키스디에틸아미노티타늄(Ti[N(C2H5)2]4, 약칭: TDEAT) 등의 유기 원료나, 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 등의 무기 원료를 사용할 수 있다. 탄소 함유 가스나 산화 가스나 질화 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지인 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지인 처리 조건으로 할 수 있지만, 웨이퍼 온도는, 예를 들어 100 내지 500℃의 범위 내의 온도, 처리실 내 압력은, 예를 들어 1 내지 3000㎩의 범위 내의 압력으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한 예를 들어, 금속산탄질화막으로서 ZrOCN막을 형성하는 경우는, Zr을 포함하는 원료로서, 테트라키스에틸메틸아미노지르코늄(Zr[N(C2H5)(CH3)]4, 약칭: TEMAZ), 테트라키스디메틸아미노지르코늄(Zr[N(CH3)2]4, 약칭: TDMAZ), 테트라키스디에틸아미노지르코늄(Zr[N(C2H5)2]4, 약칭: TDEAZ) 등의 유기 원료나, 지르코늄테트라클로라이드(ZrCl4) 등의 무기 원료를 사용할 수 있다. 탄소 함유 가스나 산화 가스나 질화 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지인 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지인 처리 조건으로 할 수 있지만, 웨이퍼 온도는, 예를 들어 100 내지 400℃의 범위 내의 온도, 처리실 내 압력은, 예를 들어 1 내지 3000㎩의 범위 내의 압력으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한 예를 들어, 금속산탄질화막으로서 HfOCN막을 형성하는 경우는, Hf를 포함하는 원료로서, 테트라키스에틸메틸아미노하프늄(Hf[N(C2H5)(CH3)]4, 약칭: TEMAH), 테트라키스디메틸아미노하프늄(Hf[N(CH3)2]4, 약칭: TDMAH), 테트라키스디에틸아미노하프늄(Hf[N(C2H5)2]4, 약칭: TDEAH) 등의 유기 원료나, 하프늄테트라클로라이드(HfCl4) 등의 무기 원료를 사용할 수 있다. 탄소 함유 가스나 산화 가스나 질화 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지인 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지인 처리 조건으로 할 수 있지만, 웨이퍼 온도는, 예를 들어 100 내지 400℃의 범위 내의 온도, 처리실 내 압력은, 예를 들어 1 내지 3000㎩의 범위 내의 압력으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한 예를 들어, 금속산탄질화막으로서 TaOCN막을 형성하는 경우는, Ta를 포함하는 원료로서, 트리스디에틸아미노터셔리부틸이미노탄탈(Ta[N(C2H5)2]3[NC(CH3)3], 약칭: TBTDET), 트리스에틸메틸아미노터셔리부틸이미노탄탈(Ta[NC(CH3)3][N(C2H5)CH3]3), 약칭: TBTEMT) 등의 유기 원료나, 탄탈펜타클로라이드(TaCl5) 등의 무기 원료를 사용할 수 있다. 탄소 함유 가스나 산화 가스나 질화 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지인 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지인 처리 조건으로 할 수 있지만, 웨이퍼 온도는, 예를 들어 100 내지 500℃의 범위 내의 온도, 처리실 내 압력은, 예를 들어 1 내지 3000㎩의 범위 내의 압력으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한 예를 들어, 금속산탄질화막으로서 AlOCN막을 형성하는 경우는, Al을 포함하는 원료로서, 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3, 약칭: TMA) 등의 유기 원료나, 트리클로로 알루미늄(AlCl3) 등의 무기 원료를 사용할 수 있다. 탄소 함유 가스나 산화 가스나 질화 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지인 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지인 처리 조건으로 할 수 있지만, 웨이퍼 온도는, 예를 들어 100 내지 400℃의 범위 내의 온도, 처리실 내 압력은, 예를 들어 1 내지 3000㎩의 범위 내의 압력으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한 예를 들어, 금속산탄질화막으로서 MoOCN막을 형성하는 경우는, Mo를 포함하는 원료로서, 몰리브덴펜타클로라이드(MoCl5) 등의 무기 원료를 사용할 수 있다. 탄소 함유 가스나 산화 가스나 질화 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지인 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지인 처리 조건으로 할 수 있지만, 웨이퍼 온도는, 예를 들어 100 내지 500℃의 범위 내의 온도, 처리실 내 압력은, 예를 들어 1 내지 3000㎩의 범위 내의 압력으로 하는 것이 보다 바람직하다.
이와 같이, 본 발명은 금속산탄질화막의 성막에도 적용할 수 있고, 이 경우에도 상술한 실시 형태와 마찬가지인 작용 효과가 얻어진다. 즉, 본 발명은, 반도체 원소나 금속 원소 등의 소정 원소를 포함하는 산탄질화막을 형성하는 경우에 적용할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식의 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 성막하는 예에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식의 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 성막하는 경우에도, 바람직하게 적용할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태의 각 성막 시퀀스나 각 변형예나 각 응용예 등은, 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은, 예를 들어, 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피를 변경함으로써도 실현할 수 있다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우는, 본 발명에 따른 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 당해 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 통하여 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또한, 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하고, 그 프로세스 레시피 자체를 본 발명에 따른 프로세스 레시피로 변경하거나 하는 것도 가능하다.
<실시예>
본 발명의 실시예로서, 상술한 실시 형태에서의 기판 처리 장치를 사용하고, 상술한 실시 형태의 제1 시퀀스에 의해, 복수매의 웨이퍼 위에 SiOCN막을 형성하였다. 도 6a는, 본 발명의 실시예에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다. 실리콘 함유 가스로서는 HCDS 가스를, 탄소 함유 가스로서는 C3H6 가스를, 산화 가스로서는 O2 가스를, 질화 가스로서는 NH3 가스를 사용하였다. 성막시의 웨이퍼 온도는 600 내지 650℃로 하였다. 또한, 표면 개질 스텝에서의 NH3 가스의 가스 공급 시간은, 스텝 4에서의 NH3 가스의 가스 공급 시간의 4배 정도의 길이로 하였다. 또한, 스텝 3에서의 산화력을 약화시키도록, 처리실 내에 공급하는 N2 가스의 유량을 3할 정도 증가시키고, 처리실 내에서의 O2 가스의 분압을 저하시켰다. 그 밖의 처리 조건은, 상술한 실시 형태에 기재된 처리 조건 범위 내의 소정의 값으로 설정하였다. 그리고, 웨이퍼 위에 형성된 SiOCN막의 막 두께를 각각 측정하였다.
또한, 도 6b는 본 발명의 비교예에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다. 비교예로서, 상술한 실시 형태에서의 기판 처리 장치를 사용하고, 웨이퍼에 대하여 HCDS 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼에 대하여 C3H6 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼에 대하여 NH3 가스를 공급하는 스텝과, 웨이퍼에 대하여 O2 가스를 공급하는 스텝을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하는 성막 시퀀스에 의해, 복수매의 웨이퍼 위에 SiOCN막을 형성하였다. 또한, 비교예에서는, 가스의 공급 순서만을 실시예와 서로 다르게 하였다. 즉, 비교예의 처리 조건은, 가스의 공급 순서를 제외하고, 실시예에서의 처리 조건과 동일하게 하였다. 그리고, 웨이퍼 위에 형성된 SiOCN막의 막 두께를 각각 측정하였다.
도 7은, 실시예 및 비교예에서의 SiOCN막의 막 두께 측정 결과를 나타내는 도면이다. 도 7의 종축은, 웨이퍼 위에 형성된 SiOCN막의 웨이퍼 면내에서의 평균막 두께값(Å)을 나타내고 있고, 횡축은, 실시예 및 비교예를 각각 나타내고 있다. 도 7에서의 「Top」이란, 보트의 상부에 배치된 웨이퍼에서의 측정 결과를, 「Cen」이란, 보트의 중앙부에 배치된 웨이퍼에서의 측정 결과를, 「Btm」이란, 보트의 하부에 배치된 웨이퍼에서의 측정 결과를 각각 나타내고 있다.
도 7에 따르면, 실시예에서의 SiOCN막의 막 두께는, 평균(Top 내지 Btm 전체에서의 평균)으로 187.8Å이고, 비교예에서의 SiOCN막의 막 두께는, 평균 163.3Å이었다. 실시예에서의 성막 속도는, 비교예에서의 성막 속도와 비교해서 15％ 정도 증가되어 있는 것을 알 수 있다. HCDS 가스, C3H6 가스, O2 가스, NH3 가스를 공급하는 각 스텝에서의 처리 조건이 동일한 경우에서는, SiOCN막의 성막 속도는, 1사이클당 형성되는 실리콘 함유층의 두께에 의존한다. 실시예에서는, HCDS 가스나 Si의 피흡착면 또는 피퇴적면(기초면)으로 되는 웨이퍼의 최외측 표면이나 제4층의 최외측 표면에는 NH3 가스가 공급됨으로써, HCDS 가스나 Si가 흡착 또는 퇴적되기 쉬운 표면 상태(질화층, NH3 가스의 흡착층, 혹은 그 양쪽이 최외측 표면에 형성되어 있는 표면 상태)로 개질되어 있다. 이에 대해, 비교예에서는, 사이클 개시 전에 NH3 가스를 공급하는 스텝이 행해지지 않고, 또한, 사이클을 반복할 때에, O2 가스를 공급하는 스텝과 HCDS 가스를 공급하는 스텝이 연속해서 행해지므로, HCDS 가스나 Si의 피흡착면 또는 피퇴적면(기초면)은 비교적 산소가 풍부한 면으로 되어 있다. 이 표면 상태의 차이가, 1사이클당에서의 HCDS 가스나 Si의 흡착량이나 퇴적량에 차이를 발생시켜, 실시예에서의 성막 속도를 증가시킨 요인이라고 생각된다.
<본 발명의 바람직한 실시 형태>
이하에, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 부기한다.
(부기 1)
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성하는 공정을 갖고, 상기 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 행하기 전에, 상기 질화 가스를 공급하는 공정을 행하게 하고, 이 질화 가스를 공급하는 공정을 행한 후, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 행할 때까지의 사이에 있어서, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 공정 및 상기 산화 가스를 공급하는 공정을 행하지 않게 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 2)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 질화 가스를 공급하는 공정을 행한 후, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 산화 가스를 공급하는 공정과, 상기 질화 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행한다.
(부기 3)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 질화 가스를 공급하는 공정을 행한 후, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 산화 가스를 공급하는 공정과, 상기 질화 가스를 공급하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행한다.
(부기 4)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 질화 가스를 공급하는 공정과, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 산화 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행한 후, 상기 질화 가스를 공급하는 공정을 행한다.
(부기 5)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 질화 가스를 공급하는 공정과, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 산화 가스를 공급하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행한 후, 상기 질화 가스를 공급하는 공정을 행한다.
(부기 6)
부기 1 내지 5 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 질화 가스를 공급함으로써, 상기 기판의 최외측 표면을 개질하고, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 질화 가스에 의해 개질된 상기 기판의 최외측 표면 위에 상기 소정 원소를 포함하는 소정 원소 함유층을 형성한다.
(부기 7)
부기 1 내지 5 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 질화 가스를 공급함으로써, 상기 기판의 최외측 표면을 개질하고, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 질화 가스에 의해 개질된 상기 기판의 최외측 표면 위에 상기 소정 원소를 포함하는 소정 원소 함유층을 형성하고, 상기 탄소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 소정 원소 함유층 위에 탄소 함유층을 형성하고, 상기 산화 가스를 공급함으로써, 상기 소정 원소 함유층 위에 상기 탄소 함유층이 형성된 층을 산화하여, 상기 소정 원소, 산소 및 탄소를 포함하는 층을 형성하고, 그 후, 상기 질화 가스를 공급함으로써, 상기 소정 원소, 산소 및 탄소를 포함하는 층을 질화하여, 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 층을 형성함과 함께, 그 최외측 표면을 개질한다.
(부기 8)
부기 6 또는 7의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 질화 가스를 공급함으로써, 상기 기판의 최외측 표면을 개질할 때, 상기 기판의 최외측 표면을 질화하거나 상기 기판의 최외측 표면에 상기 질화 가스를 흡착시킨다.
(부기 9)
부기 1 내지 7 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 소정 원소가 반도체 원소 또는 금속 원소이다.
(부기 10)
부기 1 내지 7 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 소정 원소가 실리콘이다.
(부기 11)
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성하는 공정을 갖고, 상기 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 행하기 전에, 상기 질화 가스를 공급하는 공정을 행하게 하고, 이 질화 가스를 공급하는 공정을 행한 후, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 행할 때까지의 사이에 있어서, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 공정 및 상기 산화 가스를 공급하는 공정을 행하지 않게 하는 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기 12)
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급하는 소정 원소 함유 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 탄소 함유 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 산화 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 질화 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성하는 처리를 행하고, 상기 박막을 형성하는 처리에서는, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 처리를 행하기 전에, 상기 질화 가스를 공급하는 처리를 행하게 하고, 이 질화 가스를 공급하는 처리를 행한 후, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 처리를 행할 때까지의 사이에 있어서, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 처리 및 상기 산화 가스를 공급하는 처리를 행하지 않도록, 상기 소정 원소 함유 가스 공급계, 상기 탄소 함유 가스 공급계, 상기 산화 가스 공급계 및 상기 질화 가스 공급계를 제어하는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 13)
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 수순을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키고, 상기 박막을 형성하는 수순에서는, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 수순을 행하기 전에, 상기 질화 가스를 공급하는 수순을 행하게 하고, 이 질화 가스를 공급하는 수순을 행한 후, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 수순을 행할 때까지의 사이에 있어서, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 수순 및 상기 산화 가스를 공급하는 수순을 행하지 않게 하는 프로그램이 제공된다.
(부기 14)
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 수순을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키고, 상기 박막을 형성하는 수순에서는, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 수순을 행하기 전에, 상기 질화 가스를 공급하는 수순을 행하게 하고, 이 질화 가스를 공급하는 수순을 행한 후, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 수순을 행할 때까지의 사이에 있어서, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 수순 및 상기 산화 가스를 공급하는 수순을 행하지 않게 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
121: 컨트롤러
200: 웨이퍼
201: 처리실
202: 처리로
203: 반응관
207: 히터
231: 배기관
232a: 제1 가스 배기관
232b: 제2 가스 배기관
232c: 제3 가스 배기관
232d: 제4 가스 배기관

Claims (12)

  1. 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과,
    상기 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과,
    상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 공정과,
    상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정
    을 포함하는 사이클을 1회 이상 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성하는 공정을 갖고,
    상기 박막을 형성하는 공정에서는, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 행하기 전에, 상기 질화 가스를 공급하는 공정을 행하게 하고, 이 질화 가스를 공급하는 공정을 행한 후, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정을 행할 때까지의 사이에 있어서, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 공정 및 상기 산화 가스를 공급하는 공정을 행하지 않게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박막을 형성하는 공정에서는,
    상기 질화 가스를 공급하는 공정을 행한 후,
    상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 산화 가스를 공급하는 공정과, 상기 질화 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 박막을 형성하는 공정에서는,
    상기 질화 가스를 공급하는 공정을 행한 후,
    상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 산화 가스를 공급하는 공정과, 상기 질화 가스를 공급하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 박막을 형성하는 공정에서는,
    상기 질화 가스를 공급하는 공정과, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 산화 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행한 후, 상기 질화 가스를 공급하는 공정을 행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 박막을 형성하는 공정에서는,
    상기 질화 가스를 공급하는 공정과, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 산화 가스를 공급하는 공정을 이 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수 행한 후, 상기 질화 가스를 공급하는 공정을 행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 박막을 형성하는 공정에서는,
    상기 질화 가스를 공급함으로써, 상기 기판의 최외측 표면을 개질하고,
    상기 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 질화 가스에 의해 개질된 상기 기판의 최외측 표면 위에 상기 소정 원소를 포함하는 소정 원소 함유층을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 박막을 형성하는 공정에서는,
    상기 질화 가스를 공급함으로써, 상기 기판의 최외측 표면을 개질하고,
    상기 소정 원소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 질화 가스에 의해 개질된 상기 기판의 최외측 표면 위에 상기 소정 원소를 포함하는 소정 원소 함유층을 형성하고,
    상기 탄소 함유 가스를 공급함으로써, 상기 소정 원소 함유층 위에 탄소 함유층을 형성하고,
    상기 산화 가스를 공급함으로써, 상기 소정 원소 함유층 위에 상기 탄소 함유층이 형성된 층을 산화하여, 상기 소정 원소, 산소 및 탄소를 포함하는 층을 형성하고,
    그 후, 상기 질화 가스를 공급함으로써, 상기 소정 원소, 산소 및 탄소를 포함하는 층을 질화하여, 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 층을 형성함과 함께, 그 최외측 표면을 개질하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 질화 가스를 공급함으로써, 상기 기판의 최외측 표면을 개질할 때, 상기 기판의 최외측 표면을 질화하거나 상기 기판의 최외측 표면에 상기 질화 가스를 흡착시키는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 소정 원소가 반도체 원소 또는 금속 원소인 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 소정 원소가 실리콘인 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급하는 소정 원소 함유 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 탄소 함유 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 산화 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 질화 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성하는 처리를 행하고, 상기 박막을 형성하는 처리에서는, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 처리를 행하기 전에, 상기 질화 가스를 공급하는 처리를 행하게 하고, 이 질화 가스를 공급하는 처리를 행한 후, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 처리를 행할 때까지의 사이에 있어서, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 처리 및 상기 산화 가스를 공급하는 처리를 행하지 않도록, 상기 소정 원소 함유 가스 공급계, 상기 탄소 함유 가스 공급계, 상기 산화 가스 공급계 및 상기 질화 가스 공급계를 제어하는 제어부
    를 갖는 기판 처리 장치.
  12. 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급하는 수순과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 수순과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 수순과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 수순
    을 포함하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에, 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 박막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키고,
    상기 박막을 형성하는 수순에서는, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 수순을 행하기 전에, 상기 질화 가스를 공급하는 수순을 행하게 하고, 이 질화 가스를 공급하는 수순을 행한 후, 상기 소정 원소 함유 가스를 공급하는 수순을 행할 때까지의 사이에 있어서, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 수순 및 상기 산화 가스를 공급하는 수순을 행하지 않게 하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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