KR20140106409A - 질화막을 형성하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양질의 질화막을 높은 스루풋으로 형성 가능한 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
일 실시형태에서는, 처리체 상에 질화막을 형성하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 전구체 가스인 디클로로실란에 피처리체를 노출시키는 공정[공정(a)]과, 공정(a) 이후에, 암모니아 가스와 수소 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마에 피처리체를 노출시키는 공정[공정(b)]을 포함한다. 일 형태에서는, 공정(a)와 공정(b)가 교대로 반복되며, 공정(a)와 공정(b) 사이에, 디클로로실란을 제거하는 공정[공정(c)]이 더 행해져도 좋다.

Description

질화막을 형성하는 방법{METHOD FOR FORMING NITRIDE FILM}
본 발명의 실시형태는 질화막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스와 같은 디바이스의 제조에서는, 피처리체 상에 대한 성막이 행해진다. 성막을 위한 한 방법으로서, 최근, 플라즈마 여기 원자층 퇴적(PE-ALD : plasma enhanced atomic layer deposition)법이 주목받고 있다. PE-ALD법은, 예컨대 특허문헌 1에 개시되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 PE-ALD법은, 질화막을 형성하는 것이다. 구체적으로, 특허문헌 1에 기재된 PE-ALD법은, 웨이퍼를 수용한 반응관 내에 디클로로실란을 공급하고(공정 1), 이어서 반응관 내에 수소 라디칼을 공급하며(공정 2), 이어서 반응관 내에 암모니아 라디칼을 공급한다(공정 3). 이 PE-ALD법에서는, 복수회의 사이클의 각각에서 공정 1, 공정 2 및 공정 3을 순서대로 실시하고 있다. 이 PE-ALD법에 의하면, 공정 1에서 디클로로실란에 기초하는 반응물이 웨이퍼에 흡착되고, 상기 반응물에 포함되는 염소가 공정 2에서 수소로 치환되며, 공정 S3에서 질화 처리가 행해진다. 이에 따라, 양질인, 즉 웨트 에칭 레이트비가 작은 질화막의 형성이 가능해졌다. 한편, 웨트 에칭 레이트비, 즉 WERR란, 평가 대상의 막의 품질의 척도이며, 열산화막의 플루오르화수소산에 의한 웨트 에칭 레이트에 대한 평가 대상의 막의 플루오르화수소산에 의한 웨트 에칭 레이트의 비이다. 이 WERR가 작은 평가 대상의 막은, 양질의 막인 것으로 평가된다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2006-278497호 공보
특허문헌 1에 기재된 PE-ALD법에서는, 디클로로실란에 기초하는 반응물로부터 염소를 제거하기 위해, 수소 라디칼에 웨이퍼를 노출시키는 시간을 크게 취할 필요가 있다. 그러나, 수소 라디칼에 웨이퍼를 노출시키는 시간을 크게 취하면, 암모니아 라디칼에 웨이퍼를 노출시키는 시간이 짧아지고, 1 사이클에서의 질화용의 시간이 짧아진다. 그 결과, 1 사이클에서 형성할 수 있는 질화막의 두께가 작아진다. 한편, 수소 라디칼에 피처리체를 노출시키는 시간을 짧게 하면, 형성되는 질화막의 WERR가 커진다. 즉, 형성되는 질화막의 질이 저하된다.
따라서, 본 기술분야에서는, 양질의 질화막을 높은 스루풋으로 형성할 수 있는 방법이 요청되고 있다.
본 발명의 일 양태에서는, 피처리체 상에 질화막을 형성하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 전구체 가스인 디클로로실란에 피처리체를 노출시키는 공정[공정(a)]과, 공정(a) 이후에, 암모니아 가스와 수소 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마에 피처리체를 노출시키는 공정[공정(b)]을 포함한다. 일 형태에서는, 공정(a)와 공정(b)가 교대로 반복되고, 공정(a)와 공정(b) 사이에, 디클로로실란을 제거하는 공정[공정(c)]이 더 행해져도 좋다.
상기 방법에서는, 공정(a)에서, 디클로로실란에 기초하는 반응물이 피처리체 상에 흡착된다. 공정(b)에서는, 처리 가스 중에 암모니아 가스와 수소 가스가 포함되어 있기 때문에, 반응물 중의 염소를 수소로 치환하는 반응 및 반응물의 질화가 병행하여 진행된다. 따라서, 공정(b)에서, 반응물 중의 염소를 수소로 치환하는 반응을 진행시키는 시간 및 반응물의 질화를 진행시키는 시간을 비교적 크게 취할 수 있다. 또한, 공정(b)에서는, 질소 가스가 아니라, 암모니아 가스가 이용되고 있기 때문에, 질소 라디칼과의 결합에 의한 수소 라디칼의 소비가 억제된다. 결과적으로, 이 방법에 의하면, 양질의 질화막을 높은 스루풋으로 형성할 수 있게 된다.
일 형태에서는, 공정(b)에서의 암모니아 가스의 유량은, 상기 공정(b)에서의 수소 가스의 유량에 대하여, 수소 가스의 유량:암모니아 가스의 유량=7:2로 규정되는 유량보다 적다. 이 형태에 의하면, 공정(b)에서 생성되는 수소 라디칼의 양을 증가시키는 것이 가능해져, 수소 라디칼과 치환되는 반응물 중의 염소 원자의 양을 증가시키는 것이 가능해진다. 그 결과, WERR가 보다 작은, 즉 보다 양질의 질화막을 형성하는 것이 가능해진다.
일 형태에서는, 피처리체는, 처리 용기 내에서 축선 중심으로 회전 가능하게 설치된 배치대 상에 배치되고, 상기 피처리체는, 상기 배치대의 회전에 따라서 축선 중심으로 처리 용기 내의 제1 영역 및 제2 영역을 순서대로 통과하며, 디클로로실란은 제1 영역에 공급되고, 처리 가스의 플라즈마는 제2 영역에서 생성된다. 이 형태에 의하면, 축선 중심으로 피처리체를 회전시키는 것에 의해, 공정(a) 및 공정(b)가 실시된다. 이 형태에 의하면, 축선 중심으로 복수의 피처리체를 둘레 방향으로 배열시킴으로써, 복수의 피처리체에 대한 질화막의 형성을 동시에 행하는 것이 가능해진다. 따라서, 이 형태에 의하면, 질화막 형성의 스루풋이 더욱 향상된다.
일 형태에서는, 처리 가스는 마이크로파에 의해 여기되어도 좋다. 마이크로파는, 유도 결합 또는 용량 결합 등의 플라즈마원보다 처리 가스를 여기할 수 있는 압력 대역이 넓다. 예컨대, 마이크로파는, 다른 플라즈마원에서는 곤란한 높은 압력에서도 처리 가스의 여기가 가능하다. 따라서, 마이크로파를 플라즈마원으로서 이용함으로써, 광범위한 압력 대역으로부터 선택되는 압력에서 상기 방법을 실시하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 양태 및 여러 형태에 의하면, 양질의 질화막을 높은 스루풋으로 형성할 수 있는 방법이 제공된다.
도 1은 일 실시형태의 질화막을 형성하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 방법에서의 반응을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 나타내는 방법의 실시에 이용할 수 있는 성막 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 나타내는 성막 장치를 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 성막 장치로부터 처리 용기의 상부를 제거한 상태를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 3에 나타내는 성막 장치의 확대 단면도로서, 제1 가스 공급부의 분사부, 배기부의 배기구 및 제2 가스 공급부의 분사구가 형성되어 있는 부분의 확대 단면도이다.
도 7은 도 3에 나타내는 성막 장치의 제1 가스 공급부의 분사부, 배기부의 배기구 및 제2 가스 공급부의 분사구를 나타내는 평면도로서, 하방, 즉 배치대측으로부터 제1 가스 공급부의 분사부, 배기부의 배기구 및 제2 가스 공급부의 분사구를 본 평면도이다.
도 8은 제1 가스 공급부의 분사부, 배기부의 배기구 및 제2 가스 공급부의 분사구를 형성하는 일 실시형태에 따른 유닛의 분해 사시도이다.
도 9는 도 8에 나타내는 유닛을 상측으로부터 본 평면도이다.
도 10은 도 3에 나타내는 성막 장치의 확대 단면도로서, 플라즈마 생성부가 마련되어 있는 부분의 확대 단면도이다.
도 11은 일 실시형태에 따른 성막 장치의 하나의 안테나를 상측으로부터 보고 나타내는 평면도이다.
도 12는 도 11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ선을 따라서 취한 단면도이다.
도 13은 도 1에 나타내는 방법의 실시에 이용할 수 있는 성막 장치의 다른 일례를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13에 나타내는 성막 장치의 슬롯판을 나타내는 평면도이다.
도 15는 실험예 1~3 및 비교 실험예 1~3에서 작성한 질화막의 WERR를 나타내는 그래프이다.
도 16은 비교 실험예 4~7의 질화 공정 및 비교 실험예 4~7의 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 17은 실험예 4~6에서 작성한 질화막의 WERR 및 실험예 4~8의 OES 발광 강도비를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 여러 실시형태에 관해서 상세히 설명한다. 한편, 각 도면에서 동일하거나 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이기로 한다.
도 1은 일 실시형태의 질화막을 형성하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 2는 도 1에 나타내는 방법(MT1)에서의 반응을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여, 일 실시형태에 따른 질화막을 형성하는 방법(MT1)에 관해 설명한다. 도 1에 나타내는 방법(MT1)에서는, 우선 공정 S1에서, 처리 용기 내에 전구체 가스가 공급된다. 이에 따라, 공정 S1에서는, 피처리체(이하, 「웨이퍼」라고 함)가 전구체 가스에 노출된다. 방법(MT1)에서는, 전구체 가스는 디클로로실란(DCS : SiH2Cl2)이다.
공정 S1에서는, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W) 표면의 수소 원자(H)와 디클로로실란(도면 중, 참조부호 101로 나타냄) 중의 염소(Cl)가 반응한다. 그 결과, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 디클로로실란에 기초하는 반응물(102)이 웨이퍼(W) 상에 화학 흡착된다. 한편, 웨이퍼(W) 표면의 수소 원자(H)와 디클로로실란 중의 염소(Cl)의 반응에 의해 생성되는 염화수소(HCl)는 웨이퍼(W) 표면으로부터 이탈한다.
도 1을 다시 참조해 보면, 방법(MT1)에서는, 이어지는 공정 S2에서 DCS가 제거된다. 일 실시형태에서는, 공정 S2에서, 웨이퍼(W) 상에 과잉으로 흡착된 DCS, 예컨대 웨이퍼(W) 상에 물리적으로 흡착되어 있는 DCS가 제거된다.
방법(MT1)에서는, 이어지는 공정 S3에서, 처리 가스의 플라즈마에 웨이퍼(W)가 노출된다. 이 공정 S3에서는, 처리 용기 내에 암모니아(NH3) 가스와 수소(H2) 가스를 포함하는 처리 가스가 공급되고, 상기 처리 가스가 여기되는 것에 의해 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마는, 수소 가스가 여기되는 것에 의해 생성되는 수소 라디칼을 포함한다. 또한, 이 플라즈마는, 암모니아 가스가 여기되는 것에 의해 생성되는 암모니아 라디칼, 즉 NH2 및 NH 뿐만 아니라 질소(N) 라디칼을 포함한다. 또한, 이 플라즈마는, 암모니아 가스가 여기되는 것에 의해 생성되는 수소 라디칼도 포함한다.
공정 S3에서는, 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 중의 수소 라디칼(도면 중 「H*」로 나타냄)과 반응물(102)의 염소(Cl)와의 반응에 의해, 상기 반응물(102)로부터 염소가 이탈한다. 이 반응에 의해 HCl이 생성되고, 상기 HCl은 웨이퍼(W)로부터 이탈한다. 또한, 공정 S3에서는, 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이, 반응물(102) 중의 염소기가 수소 라디칼(H*)에 의해 치환된다. 이에 따라, 공정 S3에서는, 반응물(102) 중의 염소가 제거된다. 이하, 도 2의 (c)에 나타낸 반응을 「수소 치환 반응」이라고 한다. 이 수소 치환 반응에 의해, 도 2의 (c)에 나타낸 반응물(102)은, 도 2의 (d)에 나타낸 반응물(104)이 된다.
또한, 공정 S3에서는, 도 2의 (d)에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W) 표면의 반응물(104)의 수소와 암모니아 라디칼, 즉 NH2가 반응한다. 이에 따라, 반응물(104)로부터 NH3이 이탈한다. 또한, 반응물(104)의 수소 종단(終端)이 질소 라디칼(도면 중 「N*」로 나타냄)에 의해 치환된다. 이에 의해, 도 2의 (e)에 나타낸 바와 같이 질화실리콘이 생성된다. 이하, 도 2의 (d)에 나타낸 반응을 「질화 반응」이라고 한다.
다시 도 1을 참조해 보면, 방법(MT1)에서는, 이어지는 공정 S4에서, 공정 S1~S3을 반복할지의 여부의 판정이 행해진다. 공정 S4에서 소정의 종료 조건이 만족될 때, 방법(MT1)이 종료된다. 한편, 공정 S4에서 소정의 종료 조건이 만족되지 않을 때, 공정 S5가 행해진다. 일 실시형태에서는, 공정 S5에서 퍼지가 행해진다. 이 퍼지는, 웨이퍼(W) 상의 분위기를 치환하는 처리이다. 이 공정 S5에 이어서, 방법(MT1)에서는 공정 S1~S3이 더 반복된다. 또한, 공정 S1~S3의 사이클의 반복 횟수가 소정 횟수에 도달했을 때 종료 조건이 만족된 것으로 판정되어도 좋다.
이러한 방법(MT1)에 의하면, 공정 S3에서, 수소 치환 반응과 질화 반응이 병행하여 진행된다. 따라서, 수소 치환 반응용의 시간 및 질화 반응용의 시간을 비교적 크게 취할 수 있다. 그 결과, 디클로로실란에 기초하는 반응물 중의 염소의 제거가 촉진된다. 또한, 공정 S3에서는, 질소 가스가 아니라, 암모니아 가스가 이용되고 있기 때문에, 암모니아 라디칼이, 질소 라디칼과 수소 라디칼의 결합이 아니라, 암모니아 가스의 해리에 의해 생성된다. 따라서, 수소 라디칼의 소비가 억제되고, 디클로로실란에 기초하는 반응물 중의 염소의 제거가 촉진된다. 따라서, 방법(MT1)에 의하면, 양질의 질화막을 높은 스루풋으로 형성할 수 있게 된다.
일 실시형태에서는, 공정 S3에서의 암모니아 가스의 유량은, 동 공정에서의 수소 가스의 유량에 대하여, 수소 가스의 유량:암모니아 가스의 유량=7:2로 규정되는 유량보다 적게 되어 있어도 좋다. 이 실시형태에 의하면, 공정 S3에서 생성되는 수소 라디칼의 양을 증가시키는 것이 가능해지고, 수소 라디칼과 치환되는 반응물 중의 염소의 양을 증가시키는 것이 가능해진다. 그 결과, WERR가 보다 작은, 즉 보다 양질의 질화막을 형성하는 것이 가능해진다.
보다 구체적으로 설명하면, 암모니아의 해리는, 이하의 4개의 식(ⅰ)~(ⅳ)로 설명된다.
(ⅰ) NH3→ N+H2+H(7.7 eV),
(ⅱ) NH3→ NH+H2(3.9 eV),
(ⅲ) NH3→ NH2+H(4.5 eV),
(ⅳ) H+NH3→ NH2+H2(-0.04 eV),
또한, 식(ⅰ)~(ⅳ)에서의 괄호 내의 에너지(eV)는, 각각의 식으로 표시되는 해리에 필요한 에너지이다.
처리 용기에 공급되는 암모니아(NH3)의 총량 중, 해리되는 암모니아는 수%이고, 따라서 해리에 요하는 에너지가 작은 (ⅱ)의 해리는, 암모니아 가스의 유량에 대한 의존성이 낮아, 암모니아 가스의 유량이 적어지더라도 실질적으로 변화하지 않고 일어나는 것으로 고려된다.
암모니아 가스의 유량이 수소 가스의 유량에 대하여 상대적으로 적어지면, 보다 높은 에너지를 필요로 하는 (ⅰ)의 해리에 이용할 수 있는 에너지가 상대적으로 증가한다. 공정 S3에서의 암모니아 가스의 유량이, 동 공정에서의 수소 가스의 유량에 대하여, 수소 가스의 유량:암모니아 가스의 유량=7:2로 규정되는 유량보다 적어지면, 전술한 (ⅰ)의 해리의 발생이 상대적으로 증가하는 것으로 고려된다. 그 결과, 생성되는 수소 라디칼의 양이 증가하고, 수소 라디칼과 치환되는 반응물 중의 염소의 양을 증가시키는 것이 가능해진다. 따라서, WERR가 보다 작은, 즉 보다 양질의 질화막을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 일 실시형태에서는, 공정 S3에서는, 처리 가스가 마이크로파에 의해 여기됨으로써, 플라즈마가 생성되어도 좋다. 마이크로파는, 유도 결합 또는 용량 결합 등의 플라즈마원보다 처리 가스를 여기할 수 있는 압력 대역이 넓다. 예컨대, 마이크로파는, 다른 플라즈마원에서는 곤란한 높은 압력에서도 처리 가스의 여기가 가능하다. 따라서, 마이크로파를 플라즈마원으로서 이용함으로써, 광범위한 압력 대역으로부터 선택되는 압력에서 방법(MT1)을 실시하는 것이 가능해진다.
이하, 방법(MT1)의 실시에 이용하는 것이 가능한 성막 장치의 여러가지 예에 관해 설명한다.
도 3은, 도 1에 나타내는 방법의 실시에 이용할 수 있는 성막 장치의 일례를 나타내는 도면으로서, 상기 장치의 단면을 개략적으로 나타내고 있다. 도 4는 도 3에 나타내는 성막 장치를 개략적으로 나타내는 상면도이다. 도 3은 도 4의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취한 단면을 나타내고 있다. 도 5는 도 4에 나타내는 성막 장치로부터 처리 용기의 상부를 제거한 상태를 나타내는 평면도이다.
도 3, 도 4 및 도 5에 나타내는 성막 장치(10)는, 소위 세미배치식(semi-batch type)의 성막 장치이며, 처리 용기(12), 배치대(14), 제1 가스 공급부(16), 배기부(18), 제2 가스 공급부(20) 및 플라즈마 생성부(22)를 구비한다.
처리 용기(12)는, 축선 X 방향으로 연장되는 대략 원통형의 용기이다. 처리 용기(12)는, 그 내부에 처리실(C)이 형성되어 있다. 일 실시형태에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 처리 용기(12)는 하부(12a) 및 상부(12b)를 포함한다. 하부(12a)는, 상측에서 개구된 통형상을 갖고, 처리실(C)을 형성하는 측벽 및 저벽을 포함한다. 상부(12b)는 처리실(C)을 상측으로부터 형성하는 덮개이다. 상부(12b)는, 하부(12a)의 상부 개구를 폐쇄하도록 하부(12a)의 꼭대기부에 부착되어 있다. 이들 하부(12a)와 상부(12b) 사이에는, 처리실(C)을 밀폐하기 위한 탄성 밀봉 부재가 마련되어 있어도 좋다.
처리 용기(12)에 의해 형성되는 처리실(C) 내에는 배치대(14)가 마련되어 있다. 배치대(14)는 대략 원판형상을 갖는다. 배치대(14)는, 축선 X 중심으로 회전 가능하게 구성되어 있다. 일 실시형태에서, 배치대(14)는, 구동 기구(24)에 의해 축선 X 중심으로 회전 구동된다. 구동 기구(24)는, 모터 등의 구동 장치(24a) 및 회전축(24b)을 가지며, 처리 용기(12)의 하부(12a)에 부착되어 있다. 회전축(24b)은, 축선 X를 그 중심 축선으로 하여 처리실(C) 내까지 연장되어 있고, 구동 장치(24a)로부터의 구동력에 의해 축선 X 중심으로 회전한다. 이 회전축(24b)에는, 배치대(14)의 중앙 부분이 지지되어 있다. 이에 따라, 배치대(14)는, 축선 X 중심으로 회전된다. 또한, 처리 용기(12)의 하부(12a)와 구동 기구(24) 사이에는, 처리실(C)을 밀봉하도록, O링 등의 탄성 밀봉 부재가 마련되어 있어도 좋다.
도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 배치대(14)의 상면에는, 하나 이상의 배치 영역(14a)이 마련되어 있다. 일 실시형태에서는, 복수의 배치 영역(14a)이 축선 X에 대하여 둘레 방향으로 배열되어 있다. 배치 영역(14a)은, 해당 영역에 배치되는 웨이퍼(W)의 직경과 대략 동일하거나, 웨이퍼(W)의 직경보다 약간 큰 직경을 갖는 오목부로서 구성되어 있다. 처리실(C) 내에서 배치대(14)의 하측에는, 배치 영역(14a)에 배치된 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(26)가 설치되어 있다. 웨이퍼(W)는, 처리 용기(12)에 마련된 게이트 밸브(G)를 통해 로봇 아암 등의 반송 장치에 의해 처리실(C)에 반송되어, 배치 영역(14a)에 배치된다. 또한, 성막 장치(10)에 의한 처리후의 웨이퍼(W)는, 반송 장치에 의해 게이트 밸브(G)를 통해 처리실(C)로부터 취출(取出)된다. 이 처리실(C)은, 축선 X에 대하여 둘레 방향으로 배열된 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 포함한다. 따라서, 배치 영역(14a)에 배치된 웨이퍼(W)는, 배치대(14)의 회전에 따라서 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 순서대로 통과한다.
이하, 도 4 및 도 5에 더하여, 도 6 및 도 7도 참조한다. 도 6은 도 3에 나타내는 성막 장치의 확대 단면도로서, 제1 가스 공급부의 분사부, 배기부의 배기구 및 제2 가스 공급부의 분사구가 마련되어 있는 부분의 확대 단면도이다. 도 7은 도 3에 나타내는 성막 장치의 제1 가스 공급부의 분사부, 배기부의 배기구 및 제2 가스 공급부의 분사구를 나타내는 평면도로서, 하방, 즉 배치대측으로부터 제1 가스 공급부의 분사부, 배기부의 배기구 및 제2 가스 공급부의 분사구를 본 평면도이다. 도 4~도 6에 나타낸 바와 같이, 제1 영역(R1)의 상측에는, 배치대(14)의 상면에 대면하도록 제1 가스 공급부(16)의 분사부(16a)가 마련되어 있다. 환언하면, 처리실(C)에 포함되는 영역 중 분사부(16a)에 대면하는 영역이 제1 영역(R1)이 된다.
도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 분사부(16a)에는 복수의 분사구(16h)가 형성되어 있다. 제1 가스 공급부(16)는, 이들 복수의 분사구(16h)로부터 제1 영역(R1)에 전구체 가스를 공급한다. 전구체 가스가 제1 영역(R1)에 공급됨으로써, 제1 영역(R1)을 통과하는 웨이퍼(W)의 표면에는, 전구체 가스가 화학 흡착된다. 방법(MT1)을 성막 장치(10)에서 실시하는 경우에는, 이 전구체 가스로서 DCS(디클로로실란)을 이용할 수 있다.
일 실시형태에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 분사부(16a)를 획정(劃定)하는 가장자리부에는, 둘레 방향으로부터 상기 분사부(16a)를 획정하는 2개의 가장자리부(16e)가 포함되어 있다. 이들 2개의 가장자리부(16e)는, 축선 X에 근접함에 따라서 서로 근접하도록 연장되어 있다. 2개의 가장자리부(16e)는, 예컨대 축선 X에 대하여 방사 방향으로 연장될 수 있다. 즉, 분사부(16a)는 대략 부채형의 평면형상을 가져도 좋다. 복수의 분사구(16h)는, 이들 2개의 가장자리부(16e)의 사이에 걸쳐서 형성되어 있다. 여기서, 배치대(14)의 회전에 따른 웨이퍼(W) 내의 각 위치의 주속도(周速度)는, 축선 X로부터의 거리에 따라 상이하다. 즉, 축선 X로부터 떨어진 위치일수록 그 주속도는 빨라진다. 이 실시형태에서는, 축선 X로부터 떨어진 웨이퍼(W) 내의 위치일수록, 보다 많은 분사구(16h)에 대면하도록 분사부(16a)가 구성되어 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 각 위치가 전구체 가스에 노출되는 시간의 편차가 저감될 수 있다.
도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 분사부(16a)의 주위에는 배기구(18a)가 마련되어 있고, 배기부(18)는 상기 배기구(18a)로부터 제1 영역(R1)의 배기를 행한다. 배기부(18)의 배기구(18a)는 배치대(14)의 상면에 대면하고 있고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 분사부(16a)의 외주를 둘러싸는 폐로를 따라서 연장되어 있다. 이와 같이, 성막 장치(10)에서는, 협폭의 배기구(18a)가 분사부(16a)의 주위를 둘러싸고 있다.
또한, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 배기구(18a)의 주위에는 제2 가스 공급부(20)의 분사구(20a)가 마련되어 있고, 제2 가스 공급부(20)는 상기 분사구(20a)로부터 퍼지 가스를 분사한다. 제2 가스 공급부(20)의 분사구(20a)는 배치대(14)의 상면에 대면하고 있고, 배기구(18a)의 외주를 둘러싸는 폐로를 따라서 연장되어 있다. 제2 가스 공급부(20)에 의해 공급되는 퍼지 가스로는, 불활성 가스, 예컨대 질소(N2) 가스 또는 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 이용할 수 있다. 이러한 퍼지 가스가 웨이퍼(W)에 분무되면, 상기 웨이퍼(W)에 과잉으로 흡착되어 있는 전구체 가스가 웨이퍼(W)로부터 제거된다.
성막 장치(10)에서는, 배기구(18a)로부터의 배기 및 분사구(20a)로부터의 퍼지 가스의 분사에 의해, 제1 영역(R1)에 공급되는 전구체 가스가 제1 영역(R1)의 밖으로 누출되는 것을 억제하고 있고, 또한 제2 영역(R2)에서 후술하는 바와 같이 공급되는 처리 가스 또는 그 라디칼 등이 제1 영역(R1)에 침입하는 것을 억제하고 있다. 즉, 배기부(18) 및 제2 가스 공급부(20)는, 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)을 분리하고 있다. 또한, 분사구(20a) 및 배기구(18a)는 분사부(16a)의 외주를 둘러싸는 폐로를 따라서 연장되는 띠모양의 평면형상을 갖기 때문에, 분사구(20a) 및 배기구(18a)의 각각의 폭은 좁게 되어 있다. 따라서, 제2 영역(R2)이 축선 X에 대하여 둘레 방향으로 연장되는 각도 범위를 확보하면서, 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)의 분리가 실현된다. 일 실시형태에서는, 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2) 사이에서 연장되어 있는 배기구(18a)의 폭(W2) 및 분사구(20a)의 폭(W3)(도 7 참조)은, 배치 영역(14a)의 직경(W1)(도 5 참조)보다 작게 되어 있다.
일 실시형태에서, 성막 장치(10)는, 이러한 분사부(16a), 배기구(18a) 및 분사구(20a)를 형성하는 유닛(U)을 구비할 수 있다. 이하, 도 8 및 도 9도 참조한다. 도 8은 제1 가스 공급부의 분사부, 배기부의 배기구 및 제2 가스 공급부의 분사구를 형성하는 일 실시형태에 따른 유닛의 분해 사시도이다. 도 9는 도 8에 나타내는 유닛을 상측으로부터 본 평면도이다. 또한, 도 9에는 유닛(U)의 상면이 도시되어 있고, 도 7에는 유닛(U)의 하면이 나타나 있다. 도 6~도 9에 나타낸 바와 같이, 유닛(U)은 제1 부재(M1), 제2 부재(M2), 제3 부재(M3) 및 제4 부재(M4)로 구성되어 있고, 제1~제4 부재(M1~M4)가 위로부터 순서대로 쌓여 겹쳐진 구조를 갖는다. 유닛(U)은, 처리 용기(12)의 상부(12b)의 하면에 접촉하도록 처리 용기(12)에 부착되어 있고, 처리 용기(12)의 상부(12b)의 하면과 제1 부재(M1) 사이에는 탄성 밀봉 부재(30)가 마련되어 있다. 이 탄성 밀봉 부재(30)는, 제1 부재(M1)의 상면의 외측 가장자리를 따라서 연장되어 있다.
제1~제4 부재(M1~M4)는, 대략 부채형의 평면형상을 갖는다. 제1 부재(M1)는 그 하부측에, 제2~제4 부재(M2~M4)가 수용되는 오목부가 형성되어 있다. 또한, 제2 부재(M2)는 그 하부측에, 제3~제4 부재(M3~M4)가 수용되는 오목부가 형성되어 있다. 제3 부재(M3)와 제4 부재(M4)는 대략 동일한 평면 사이즈를 갖는다.
유닛(U)에서는, 제1~제3 부재(M1~M3)를 관통하는 가스 공급로(16p)가 형성되어 있다. 가스 공급로(16p)는 그 상단(上端)에서, 처리 용기(12)의 상부(12b)에 마련된 가스 공급로(12p)와 접속되어 있다. 이 가스 공급로(12p)에는, 밸브(16v) 및 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어기(16c)를 통해, 전구체 가스의 가스원(16g)이 접속되어 있다. 또한, 가스 공급로(16p)의 하단은, 제3 부재(M3)와 제4 부재(M4) 사이에 형성된 공간(16d)에 접속되어 있다. 이 공간(16d)에는, 제4 부재(M4)에 마련된 분사부(16a)의 분사구(16h)가 접속되어 있다.
처리 용기(12)의 상부(12b)와 제1 부재(M1) 사이에는, 가스 공급로(12p)와 가스 공급로(16p)의 접속 부분을 둘러싸도록, O링 등의 탄성 밀봉 부재(32a)가 설치되어 있다. 이 탄성 밀봉 부재(32a)에 의해, 가스 공급로(16p) 및 가스 공급로(12p)에 공급된 전구체 가스가, 처리 용기(12)의 상부(12b)와 제1 부재(M1)의 경계로부터 누출되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 제1 부재(M1)와 제2 부재(M2) 사이, 및 제2 부재(M2)와 제3 부재(M3) 사이에는, 가스 공급로(16p)를 둘러싸도록 O링 등의 탄성 밀봉 부재(32b, 32c)가 각각 설치되어 있다. 탄성 밀봉 부재(32b 및 32c)에 의해, 가스 공급로(16p)에 공급된 전구체 가스가, 제1 부재(M1)와 제2 부재(M2)의 경계, 및 제2 부재(M2)와 제3 부재(M3)의 경계로부터 누출되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 제3 부재(M3)와 제4 부재(M4) 사이에는, 공간(16d)을 둘러싸도록 탄성 밀봉 부재(32d)가 설치되어 있다. 탄성 밀봉 부재(32d)에 의해, 공간(16d)에 공급된 전구체 가스가, 제3 부재(M3)와 제4 부재(M4)의 경계로부터 누출되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 유닛(U)에서는, 제1~제2 부재(M1~M2)를 관통하는 배기로(18q)가 형성되어 있다. 배기로(18q)는 그 상단에서, 처리 용기(12)의 상부(12b)에 형성된 배기로(12q)와 접속되어 있다. 이 배기로(12q)는, 진공 펌프 등의 배기 장치(34)에 접속되어 있다. 또한, 배기로(18q)는 그 하단에서, 제2 부재(M2)의 하면과 제3 부재(M3)의 상면 사이에 마련된 공간(18d)에 접속되어 있다. 또한, 전술한 바와 같이 제2 부재(M2)에는 제3 부재(M3) 및 제4 부재(M4)를 수용하는 오목부가 형성되어 있고, 이 오목부가 형성되는 제2 부재(M2)의 내측면과 제3 부재(M3) 및 제4 부재(M4)의 측단부면 사이에는, 갭(18g)이 마련되어 있다. 공간(18d)은 갭(18g)에 접속되어 있다. 이 갭(18g)의 하단은 전술한 배기구(18a)로서 기능한다.
처리 용기(12)의 상부(12b)와 제1 부재(M1) 사이에는, 배기로(18q)와 배기로(12q)의 접속 부분을 둘러싸도록, O링 등의 탄성 밀봉 부재(36a)가 설치되어 있다. 이 탄성 밀봉 부재(36a)에 의해, 배기로(18q) 및 배기로(12q)를 통과하는 배기 가스가, 처리 용기(12)의 상부(12b)와 제1 부재(M1)의 경계로부터 누출되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 제1 부재(M1)와 제2 부재(M2) 사이에는, 배기로(18q)를 둘러싸도록, O링 등의 탄성 밀봉 부재(36b)가 설치되어 있다. 이 탄성 밀봉 부재(36b)에 의해, 배기로(18q)를 통과하는 가스가 제1 부재(M1)와 제2 부재(M2)의 경계로부터 누출되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 유닛(U)에서는, 제1 부재(M1)를 관통하는 가스 공급로(20r)가 형성되어 있다. 가스 공급로(20r)는 그 상단에서, 처리 용기(12)의 상부(12b)에 마련된 가스 공급로(12r)와 접속되어 있다. 가스 공급로(12r)에는, 밸브(20v) 및 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어기(20c)를 통해 퍼지 가스의 가스원(20g)이 접속되어 있다. 또한, 가스 공급로(20r)의 하단은, 제1 부재(M1)의 하면과 제2 부재(M2)의 상면 사이에 마련된 공간(20d)에 접속되어 있다. 또한, 전술한 바와 같이 제1 부재(M1)에는, 제2~제4 부재(M2~M4)를 수용하는 오목부가 형성되어 있고, 이 오목부가 형성되는 제1 부재(M1)의 내측면과 제2 부재(M2)의 측면 사이에는 갭(20p)이 마련되어 있다. 이 갭(20p)은 공간(20d)에 접속되어 있다. 또한, 이 갭(20p)의 하단은, 제2 가스 공급부(20)의 분사구(20a)로서 기능한다. 처리 용기(12)의 상부(12b)와 제1 부재(M1) 사이에는, 가스 공급로(12r)와 가스 공급로(20r)의 접속 부분을 둘러싸도록, O링 등의 탄성 밀봉 부재(38)가 설치되어 있다. 이 탄성 밀봉 부재(38)에 의해, 가스 공급로(20r) 및 가스 공급로(12r)를 통과하는 퍼지 가스가 상부(12b)와 제1 부재(M1)의 경계로부터 누출되는 것이 방지된다.
이하, 도 3~도 5를 다시 참조하고, 또한 도 10도 참조한다. 도 10은 도 3에 나타내는 성막 장치의 확대 단면도로서, 플라즈마 생성부가 마련되어 있는 부분의 확대 단면도이다. 도 3~도 5 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 성막 장치(10)는, 플라즈마 생성부(22)를 구비한다. 플라즈마 생성부(22)는, 제2 영역(R2)에 처리 가스를 공급하고, 이 제2 영역(R2)에 마이크로파를 공급함으로써, 제2 영역(R2)에서 처리 가스의 플라즈마를 생성한다. 방법(MT1)을 성막 장치(10)에서 실시하는 경우에는, 제2 영역(R2)에서, 웨이퍼(W)에 화학 흡착된 전구체 가스(DCS)에 기초하는 반응물을 질화시킬 수 있다.
플라즈마 생성부(22)는, 제2 영역(R2)에 마이크로파를 공급하기 위한 하나 이상의 안테나(22a)를 가질 수 있다. 하나 이상의 안테나(22a)의 각각은, 유전체판(40) 및 하나 이상의 도파관(42)을 포함할 수 있다. 도 3~도 5에 나타내는 실시형태에서는, 4개의 안테나(22a)가 축선 X에 대하여 둘레 방향으로 배열되어 있다. 각 안테나(22a)는, 제2 영역(R2)의 상방에 마련된 유전체판(40), 및 상기 유전체판(40) 상에 마련된 도파관(42)을 갖는다.
여기서, 도 11 및 도 12를 더 참조한다. 도 11은 일 실시형태에 따른 성막 장치의 하나의 안테나를 상측으로부터 보고 나타내는 평면도이다. 도 12는 도 11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ선을 따라 취한 단면도이다. 도 10~도 12에 나타낸 바와 같이, 유전체판(40)은, 석영 등의 유전체 재료로 구성되는 대략 판형의 부재이다. 유전체판(40)은, 제2 영역(R2)에 면하도록 마련되어 있고, 처리 용기(12)의 상부(12b)에 의해 지지되어 있다.
구체적으로, 처리 용기(12)의 상부(12b)에는, 유전체판(40)이 제2 영역(R2)에 대하여 노출되도록 개구(AP)가 형성되어 있다. 이 개구(AP)의 상측 부분의 평면 사이즈(축선 X에 교차하는 면내의 사이즈)는, 상기 개구(AP)의 하측 부분의 평면 사이즈(축선 X에 교차하는 면내의 사이즈)보다 크게 되어 있다. 따라서, 개구(AP)를 형성하는 상부(12b)에는, 상측에 면한 단차면(12s)이 마련되어 있다. 한편, 유전체판(40)의 가장자리부는, 피지지부(40s)로서 기능하고, 단차면(12s)에 접촉한다. 이 피지지부(40s)가 단차면(12s)에 접촉함으로써, 유전체판(40)은 상부(12b)에 지지된다. 한편, 단차면(12s)과 유전체판(40) 사이에는, 탄성 밀봉 부재가 설치되어 있어도 좋다.
이와 같이 상부(12b)에 의해 지지된 유전체판(40)은, 제2 영역(R2)을 통해 배치대(14)와 대면하고 있다. 이 유전체판(40)의 하면 중, 상부(12b)의 개구(AP)로부터 노출된 부분, 즉 제2 영역(R2)에 면하는 부분은, 유전체창(40w)으로서 기능한다. 이러한 유전체창(40w)의 가장자리부에는, 축선 X에 근접함에 따라서 서로 근접하는 2개의 가장자리부(40e)가 포함되어 있다. 유전체창(40w)의 상기 형상, 즉 축선 X로부터 멀어짐에 따라서 둘레 방향의 길이가 커지는 형상에 의해, 웨이퍼(W)의 각 위치가, 처리 가스의 플라즈마에 노출되는 시간의 편차가 저감될 수 있다. 한편, 유전체창(40w) 및 피지지부(40s)를 포함하는 유전체판(40)의 평면형상은, 대략 부채형이어도 좋고, 또한 그 가공이 용이하도록 다각형이어도 좋다.
이 유전체판(40) 상에는 도파관(42)이 마련되어 있다. 도파관(42)은, 직사각형 도파관이며, 마이크로파가 전파되는 내부 공간(42i)이 유전체창(40w)의 상측에서 축선 X에 대하여 대략 방사 방향으로 연장되도록, 유전체판(40) 상에 마련되어 있다. 일 실시형태에서, 도파관(42)은, 슬롯판(42a), 상부 부재(42b) 및 단부 부재(42c)를 포함할 수 있다.
슬롯판(42a)은, 금속제의 판형 부재이며, 도파관(42)의 내부 공간(42i)을 하측으로부터 형성하고 있다. 슬롯판(42a)은, 유전체판(40)의 상면에 접하며, 유전체판(40)의 상면을 덮고 있다. 슬롯판(42a)은, 내부 공간(42i)을 형성하는 부분에 있어서, 복수의 슬롯 구멍(42s)을 갖는다.
이 슬롯판(42a) 상에는, 금속제의 상부 부재(42b)가 상기 슬롯판(42a)을 덮도록 마련되어 있다. 상부 부재(42b)는, 도파관(42)의 내부 공간(42i)을 상측으로부터 형성하고 있다. 상부 부재(42b)는, 슬롯판(42a) 및 유전체판(40)을, 상기 상부 부재(42b)와 처리 용기(12)의 상부(12b) 사이에 협지하도록, 상기 상부(12b)에 대하여 나사 고정될 수 있다.
단부 부재(42c)는, 금속제의 부재이며, 도파관(42)의 길이 방향의 일단에 마련되어 있다. 즉, 단부 부재(42c)는, 내부 공간(42i)의 일단을 폐쇄하도록, 슬롯판(42a)과 상부 부재(42b)의 일단부에 부착되어 있다. 이러한 도파관(42)의 타단에는, 마이크로파 발생기(48)가 접속되어 있다. 마이크로파 발생기(48)는, 예컨대 약 2.45 ㎓의 마이크로파를 발생하여, 상기 마이크로파를 도파관(42)에 공급한다. 마이크로파 발생기(48)에 의해 발생되어 도파관(42)에서 전파되는 마이크로파는, 슬롯판(42a)의 슬롯 구멍(42s)을 통과하여 유전체판(40)에 공급되고, 유전체창(40w)을 통해 제2 영역(R2)에 공급된다. 일 실시형태에서, 마이크로파 발생기(48)는, 복수의 도파관(42)에 대하여 공통의 것이어도 좋다. 또한, 다른 실시형태에서는, 복수의 마이크로파 발생기(48)가 복수의 도파관(42)에 각각 접속되어 있어도 좋다. 이와 같이 복수의 안테나(22a)에 접속된 하나 이상의 마이크로파 발생기(48)를 이용하고, 상기 마이크로파 발생기(48)에 의해 발생하는 마이크로파의 강도를 조정함으로써, 제2 영역(R2)에 부여하는 마이크로파의 강도를 높이는 것이 가능하다.
또한, 플라즈마 생성부(22)는 제3 가스 공급부(22b)를 포함한다. 제3 가스 공급부(22b)는 처리 가스를 제2 영역(R2)에 공급한다. 이 처리 가스는, 방법(MT1)을 성막 장치(10)에서 실시하는 경우에는, 암모니아 가스 및 수소 가스를 포함한다. 일 실시형태에서, 제3 가스 공급부(22b)는 가스 공급로(50a) 및 분사구(50b)를 포함할 수 있다. 가스 공급로(50a)는, 예컨대 개구(AP)의 주위로 연장되도록 처리 용기(12)의 상부(12b)에 형성되어 있다. 또한, 처리 용기(12)의 상부(12b)에는, 가스 공급로(50a)에 공급된 처리 가스를 유전체창(40w)의 하방을 향해 분사하기 위한 분사구(50b)가 형성되어 있다. 일 실시형태에서는, 복수의 분사구(50b)가, 개구(AP)의 주위에 형성되어 있어도 좋다. 또한, 가스 공급로(50a)에는, 밸브(50v) 및 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어기(50c)를 통해, 수소 가스의 가스원(50g)이 접속되어 있다. 또한, 가스 공급로(50a)에는, 밸브(51v) 및 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어기(51c)를 통해, 암모니아 가스의 가스원(51g)이 접속되어 있다.
이와 같이 구성된 플라즈마 생성부(22)에 의하면, 제3 가스 공급부(22b)에 의해 제2 영역(R2)에 처리 가스가 공급되고, 또한 안테나(22a)에 의해 제2 영역(R2)에 마이크로파가 공급된다. 이에 따라, 제2 영역(R2)에서 처리 가스의 플라즈마가 생성된다. 환언하면, 제2 영역(R2)은 처리 가스의 플라즈마가 생성되는 영역이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 이 제2 영역(R2)이 축선 X에 대하여 둘레 방향으로 연장되는 각도 범위는, 제1 영역(R1)이 둘레 방향으로 연장되는 각도 범위보다 크게 되어 있다. 이 제2 영역(R2)에서 생성된 처리 가스의 플라즈마에 의해, 웨이퍼(W) 상에 화학 흡착된 전구체 가스에 기초하는 반응물이 질화된다. 한편, 처리 용기(12)의 하부(12a)에는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 배치대(14)의 외측 가장자리의 하측에서 배기구(22h)가 형성되어 있다. 이 배기구(22h)에는, 도 10에 도시하는 배기 장치(52)가 접속되어 있다.
다시 도 3을 참조해 보면, 성막 장치(10)는, 상기 성막 장치(10)의 각 요소를 제어하기 위한 제어부(60)를 더 구비하여도 좋다. 제어부(60)는, CPU(중앙 처리 장치), 메모리, 입력 장치 등을 구비하는 컴퓨터이어도 좋다. 제어부(60)는, 메모리에 기억된 프로그램에 따라서 CPU가 동작함으로써, 성막 장치(10)의 각 요소를 제어할 수 있다. 일 실시형태에서, 제어부(60)는, 배치대(14)의 회전 속도를 제어하기 위해 구동 장치(24a)에 제어 신호를 송출하고, 웨이퍼(W)의 온도를 제어하기 위해 히터(26)에 접속된 전원에 제어 신호를 송출하며, 전구체 가스의 유량을 제어하기 위해 밸브(16v) 및 유량 제어기(16c)에 제어 신호를 송출하고, 배기구(18a)에 접속되는 배기 장치(34)의 배기량을 제어하기 위해 상기 배기 장치(34)에 제어 신호를 송출하며, 퍼지 가스의 유량을 제어하기 위해 밸브(20v) 및 유량 제어기(20c)에 제어 신호를 송출하고, 마이크로파의 파워를 제어하기 위해 마이크로파 발생기(48)에 제어 신호를 송출하며, 처리 가스 중의 수소 가스의 유량을 제어하기 위해 밸브(50v) 및 유량 제어기(50c)에 제어 신호를 송출하고, 처리 가스 중의 암모니아 가스의 유량을 제어하기 위해 밸브(51v) 및 유량 제어기(51c)에 제어 신호를 송출하며, 배기 장치(52)의 배기량을 제어하도록 상기 배기 장치(52)에 제어 신호를 송출할 수 있다.
이상 설명한 성막 장치(10)에서는, 배치대(14) 상에 복수의 웨이퍼(W)를 배치할 수 있다. 배치대(14) 상에 배치된 웨이퍼(W)는, 배치대(14)가 축선 X 중심으로 회전함에 따라, 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 순서대로 통과한다. 웨이퍼(W)가 제1 영역(R1)을 통과하고 있는 기간에는, 방법(MT1)의 공정 S1이 실시된다. 또한, 제1 영역(R1)으로부터 제2 영역(R2)으로 진행될 때, 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2) 사이에서, 웨이퍼(W)에 대하여 방법(MT1)의 공정 S2가 실시된다. 또한, 웨이퍼(W)가 제2 영역(R2)을 통과하고 있는 기간에는, 방법(MT1)의 공정 S3이 실시된다. 또한, 제2 영역(R2)으로부터 제1 영역(R1)으로 진행될 때, 제2 영역(R2)과 제1 영역(R1) 사이에서, 웨이퍼(W)에 대하여 방법(MT1)의 공정 S5가 실시된다. 이와 같이, 성막 장치(10)에 의하면, 복수의 웨이퍼(W)에 대한 방법(MT1)의 실시를 동시에 행하는 것이 가능하다. 따라서, 성막 장치(10)를 이용하여 실시되는 방법(MT1)에 의하면, 질화막 형성의 스루풋이 더욱 향상된다.
또한, 다른 실시형태에서는, 안테나(22a)를 레이디얼 라인 슬롯 안테나라고 불리는 마이크로파 공급용의 안테나로 바꾸어도 좋다.
이하, 방법(MT1)의 실시에 이용할 수 있는 성막 장치의 다른 일례에 관해 설명한다. 도 13은 방법(MT1)의 실시에 이용할 수 있는 성막 장치의 다른 일례를 나타내는 도면이다. 도 13에 나타내는 성막 장치(100)는, 소위 매엽식의 성막 장치이며, 처리 용기(112)를 구비한다.
처리 용기(112)에는, 웨이퍼(W)를 수용하기 위한 처리 공간(S)이 형성되어 있다. 처리 용기(112)는 측벽(112a), 천장부(112b) 및 바닥부(112c)를 포함할 수 있다. 측벽(112a)은, 축선 X가 연장되는 방향(이하, 「축선 X 방향」이라고 함)으로 연장되는 대략 통형상을 갖는다. 바닥부(112c)는, 측벽(112a)의 하단측에 마련되어 있다. 측벽(112a)의 상단부는 개구되어 있다. 측벽(112a)의 상단부 개구는, 유전체로 제조된 상판(118)에 의해 폐쇄되어 있다. 상판(118)은, 측벽(112a)의 상단부와 천장부(112b) 사이에 협지되어 있다. 이 상판(118)과 측벽(112a)의 상단부 사이에는 밀봉 부재(126)가 개재되어 있어도 좋다. 밀봉 부재(126)는, 예컨대 O링이며, 처리 용기(112)의 밀폐에 기여한다.
성막 장치(100)는, 처리 용기(112) 내에 마련된 스테이지(120)를 더 구비한다. 스테이지(120)는, 상판(118)의 하측에 설치되어 있다. 일 실시형태에서는, 스테이지(120)는, 대(臺)(120a) 및 정전척(120b)을 포함한다.
대(120a)는, 축선 X 방향으로 연장되는 지지부(146)에 의해 바닥부(112c)에 지지되어 있다. 대(120a)의 측면과 측벽(112a)의 사이, 대(120a)의 하면과 바닥부(112c)의 사이에는, 배기로(VL)가 형성되어 있다. 이 배기로(VL)는, 바닥부(112c)에 마련된 배기구(112d)에 연결되어 있다. 배기구(112d)에는 배기 장치(150)가 접속되어 있다. 배기 장치(150)는, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프 및 압력 조정기를 갖는다. 이 배기 장치(150)에 의해, 처리 용기(112) 내의 처리 공간(S)을 원하는 압력으로 조정할 수 있다. 또한, 배기 장치(150)를 동작시킴으로써, 스테이지(120)의 외주로부터 배기로(VL)를 통해 가스를 배기시킬 수 있다.
대(120a)의 상면에는 정전척(120b)이 마련되어 있다. 일 실시형태에서, 정전척(120b)의 상면은, 웨이퍼(W)를 배치하기 위한 배치 영역을 구성하고 있다. 이 정전척(120b)은 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 유지한다. 정전척(120b)의 직경 방향 외측에는, 웨이퍼(W)의 주위를 환형으로 둘러싸는 포커스 링(F)이 마련되어 있다. 정전척(120b)은 전극(120d), 절연막(120e) 및 절연막(120f)을 포함한다. 전극(120d)은, 도전막에 의해 구성되어 있고, 절연막(120e)과 절연막(120f) 사이에 마련되어 있다. 전극(120d)에는, 고압의 직류 전원(164)이 스위치(166) 및 피복선(168)을 통해 전기적으로 접속되어 있다. 정전척(120b)은, 직류 전원(164)으로부터 인가되는 직류 전압에 의해 발생하는 쿨롱력에 의하여, 그 상면에 웨이퍼(W)를 흡착 유지할 수 있다.
대(120a)의 내부에는, 둘레 방향으로 연장되는 환형의 냉매실(120g)이 마련되어 있다. 이 냉매실(120g)에는, 칠러 유닛으로부터 배관(170, 172)을 통해 소정 온도의 냉매, 예컨대 냉각수가 순환 공급된다. 정전척(120b) 상의 웨이퍼(W)의 처리 온도는, 냉매의 온도에 의해 제어될 수 있다. 또한, 전열(傳熱) 가스 공급부로부터의 전열 가스, 예컨대 He 가스가 가스 공급관(174)을 통해 정전척(120b)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면 사이에 공급된다.
일 실시형태에서, 성막 장치(100)는, 온도 제어 기구로서 히터(HCS 및 HES)를 더 구비할 수 있다. 히터(HCS)는 대(120a) 내에 마련되어 있다. 히터(HCS)는 대(120a) 내의 중앙 영역, 즉 축선 X에 교차하는 영역에 마련되어 있다. 또한, 히터(HES)는, 대(120a) 내에서 히터(HES)를 둘러싸도록 환형으로 연장되어 있다.
또한, 성막 장치(100)는 안테나(114), 동축 도파관(116), 상판(118), 마이크로파 발생기(128), 튜너(130), 도파관(132) 및 모드 변환기(134)를 더 구비할 수 있다. 마이크로파 발생기(128)는, 예컨대 2.45 ㎓의 주파수의 마이크로파를 발생한다. 마이크로파 발생기(128)는 튜너(130), 도파관(132) 및 모드 변환기(134)를 통해, 동축 도파관(116)의 상부에 접속되어 있다. 동축 도파관(116)은, 그 중심 축선인 축선 X를 따라서 연장되어 있다. 동축 도파관(116)은, 외측 도체(116a) 및 내측 도체(116b)를 포함한다. 외측 도체(116a)는, 축선 X 방향으로 연장되는 통형상을 갖는다. 외측 도체(116a)의 하단은, 도전성의 표면을 갖는 냉각 재킷(136)의 상부에 전기적으로 접속될 수 있다. 내측 도체(116b)는 외측 도체(116a)의 내측에 마련되어 있다. 내측 도체(116b)는 축선 X를 따라 연장되어 있다. 내측 도체(116b)의 하단은, 안테나(114)의 슬롯판(140)에 접속되어 있다.
안테나(114)는, 천장부(112b)에 형성된 개구 내에 배치될 수 있다. 이 안테나(114)는 지파판(遲波板)(138) 및 슬롯판(140)을 포함한다. 지파판(138)은, 마이크로파의 파장을 단축시키는 것이며, 대략 원판형상을 갖는다. 지파판(138)은, 예컨대 석영 또는 알루미나로 구성된다. 지파판(138)은, 슬롯판(140)과 냉각 재킷(136)의 하면 사이에 협지되어 있다. 따라서, 안테나(114)는 지파판(138), 슬롯판(140) 및 냉각 재킷(136)의 하면에 의해 구성될 수 있다.
슬롯판(140)은, 복수의 슬롯쌍이 형성된 대략 원판형의 금속판이며, 안테나(114)는 레이디얼 라인 슬롯 안테나일 수 있다. 도 14는 도 13에 도시하는 성막 장치의 슬롯판을 도시하는 평면도이다. 슬롯판(140)에는, 복수의 슬롯쌍(140a)이 형성되어 있다. 복수의 슬롯쌍(140a)은, 직경 방향으로 소정의 간격으로 마련되어 있고, 또한 둘레 방향으로 소정의 간격으로 배치되어 있다. 복수의 슬롯쌍(140a)의 각각은, 2개의 슬롯 구멍(140b 및 140c)을 포함한다. 슬롯 구멍(140b)과 슬롯 구멍(140c)은, 서로 교차 또는 직교하는 방향으로 연장되어 있다.
도 13을 다시 참조한다. 성막 장치(100)에서는, 마이크로파 발생기(128)에 의해 발생된 마이크로파가, 동축 도파관(116)을 통과하여 지파판(138)에 전파되고, 슬롯판(140)의 슬롯 구멍(140b 및 140c)으로부터 상판(118)에 주어진다.
상판(118)은, 대략 원판형상을 갖고, 예컨대, 석영 또는 알루미나로 구성되어 있다. 상판(118)은, 슬롯판(140)의 바로 아래에 마련되어 있다. 상판(118)은, 안테나(114)로부터 받은 마이크로파를 투과시켜, 상기 마이크로파를 처리 공간(S)에 도입시킨다. 이에 따라, 상판(118)의 바로 아래에 전계가 발생하고, 처리 공간 내에 플라즈마가 발생한다.
또한, 성막 장치(100)에서는, 가스 공급부(180)가 측벽(112a)에 부착되어 있다. 가스 공급부(180)의 일단(180a)은, 처리 용기(112) 내에서 개구되어 있다. 가스 공급부(180)의 타단에는, 가스원(182a)이 밸브(182b) 및 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어기(182c)를 통해 접속되어 있다. 또한, 가스 공급부(180)의 타단에는, 가스원(184a)이 밸브(184b) 및 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어기(184c)를 통해 접속되어 있다. 또한, 가스 공급부(180)의 타단에는, 가스원(186a)이 밸브(186b) 및 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어기(186c)를 통해 접속되어 있다. 가스원(182a, 184a, 186a)은 각각, 수소 가스의 가스원, 암모니아 가스의 가스원, 퍼지 가스의 가스원이다. 가스원(182a)으로부터의 수소 가스 및 가스원(184a)으로부터의 암모니아 가스는, 방법(MT1)의 공정 S3에서 이용되는 처리 가스가 된다. 또한, 가스원(186a)으로부터의 퍼지 가스는, 방법(MT1)의 공정 S2 및 S5에서 이용된다. 한편, 퍼지 가스에는, 불활성 가스, 예컨대 질소(N2) 가스, 또는 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 이용할 수 있다.
또한, 처리 용기(112)의 내에서 스테이지(120) 상에는, 축선 X에 대하여 둘레 방향으로 연장되는 가스 공급부(190)가 마련되어 있다. 이 가스 공급부(190)는, 환형의 관이며, 상기 가스 공급부(190)에는, 스테이지(120)를 향해 개구된 복수의 가스 분사구(190a)가 형성되어 있다. 가스 공급부(190)에는, 가스원(192a)이 밸브(192b) 및 매스 플로우 컨트롤러 등이 유량 제어기(192c)를 통해 접속되어 있다. 가스원(192a)은, 전구체 가스, 즉 방법(MT1)의 실시에서는 DCS의 가스원이다.
또한, 성막 장치(10)는 제어부(160)를 더 구비할 수 있다. 제어부(160)는, 프로그램 가능한 컴퓨터 장치 등의 제어기일 수 있다. 제어부(160)는, 유량 제어기(182c, 184c, 186c, 192c)에 제어 신호를 송출하여, 가스원(182a, 184a, 186a, 192a)으로부터의 가스의 유량을 각각 제어할 수 있다. 또한, 제어부(160)는, 마이크로파의 파워 및 처리 용기(12) 내의 압력을 제어하도록, 마이크로파 발생기(128) 및 배기 장치(150)에 각각 제어 신호를 공급할 수 있다. 또한, 제어부(160)는, 웨이퍼(W)의 온도를 조정하기 위해, 히터(HCS 및 HES)에 접속된 전원에 제어 신호를 송출할 수 있다.
이 성막 장치(100)에서 방법(MT1)을 실시하는 경우에는, 공정 S1에서 가스원(192a)으로부터 공급되어 가스 공급부(190)에 의해 분사되는 DCS에, 웨이퍼(W)가 노출된다. 이어서, 공정 S2에서, 가스원(186a)으로부터 퍼지 가스가 처리 공간(S)에 공급되고, 또한 배기 장치(150)에 의해 처리 공간(S)이 배기된다. 이어서, 공정 S3에서는, 가스원(182a)으로부터의 수소 가스 및 가스원(184a)으로부터의 암모니아 가스를 포함하는 처리 가스가, 처리 공간(S)에 공급되고, 안테나(114)로부터 상판(118)을 통해 처리 공간(S)에 마이크로파가 도입된다. 이에 의해, 처리 가스의 플라즈마가 생성되고, 이 처리 가스의 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)에 흡착된 DCS에 기초하는 반응물이 질화된다. 그리고, 이 성막 장치(100)를 이용하는 경우도, 공정 S5를 거쳐 공정 S1~S3이 소정 횟수 반복된다. 이와 같이, 매엽식의 성막 장치(100)에서도, 방법(MT1)을 실시하는 것이 가능하다.
이하, 상기 방법(MT1)의 평가를 위해 행한 실험예에 관해 설명한다. 이하에 설명하는 실험예는, 도 13 및 도 14에 나타낸 성막 장치(100)를 이용하여 행한 것이다.
(실험예 1~3 및 비교 실험예 1~3)
실험예 1~3에서는, 웨이퍼(W)에 대하여 방법(MT1)을 실시했다. 실험예 1~3에서는, 공정 S1~S5를 200 사이클 반복했다. 또한, 실험예 1~3에서는 각각, 공정 S3의 처리 시간을 5초, 15초, 30초로 했다. 실험예 1~3의 그 밖의 조건은 이하에 나타낸 바와 같고, 공통의 것으로 했다.
(실험예 1~3의 공정 S1의 조건)
DCS 유량 280 sccm
처리 시간 5초
처리 용기 내 압력 5 Torr(666.6 ㎩)
(실험예 1~3의 공정 S3의 조건)
암모니아(NH3) 가스 유량 200 sccm
수소(H2) 가스 유량 700 sccm
처리 용기 내 압력 5 Torr(666.6 ㎩)
마이크로파 파워 4000 W
또한, 비교를 위해, 공정 S3의 암모니아(NH3) 가스 대신에 질소(N2) 가스를 이용한 점에서 실험예 1~3과는 상이한 비교 실험예 1~3을 행했다. 비교 실험예 1~3에서의 질화 시간, 즉 N2 가스와 H2 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마에 웨이퍼(W)를 노출시키는 시간은 각각 10초, 30초, 60초로 했다. 또한, 비교 실험예 1~3에서의 처리 가스 중의 N2 가스의 유량은 300 sccm로 하고, 상기 처리 가스 중의 H2 가스의 유량은 700 sccm로 했다.
그리고, 실험예 1~3 및 비교 실험예 1~3에서 작성한 질화막의 WERR를 구했다. 한편, WERR는, 평가 대상의 막의 품질의 척도이며, 열산화막의 플루오르화수소산에 의한 웨트 에칭 레이트에 대한 평가 대상의 막의 플루오르화수소산에 의한 웨트 에칭 레이트의 비이다.
실험예 1~3 및 비교 실험예 1~3에서 작성한 질화막의 WERR를 도 15에 나타낸다. 도 15의 (a)에 나타내는 그래프는, 실험예 1~3의 질화막의 WERR를 나타내고 있고, 도 15의 (b)에 나타내는 그래프는, 비교 실험예 1~3의 질화막의 WERR를 나타내고 있다. 도 15의 (b)의 그래프에서 분명한 바와 같이, N2 가스와 H2 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마에서는, 질화 시간을 연장하여 60초로 하더라도, WERR는 0.23이 한계인 것이 확인되었다. 한편, 도 15의 (a)에 나타낸 바와 같이, 방법(MT1)에 의하면, 공정 S3의 처리 시간이 30초인 경우에 WERR가 0.2가 되어, 양질의 질화막을 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
(비교 실험예 4~7)
또한, 비교를 위해, 도 16의 (a)에 나타낸 바와 같이, 질화 공정에서 H2 가스의 플라즈마에 웨이퍼(W)를 노출시킨 후에 N2 가스와 H2 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마에 웨이퍼(W)를 노출시킨 점에서 비교 실험예 1~3과는 상이한 비교 실험예 4~7을 실시했다. 비교 실험예 4~7에서, ON 시의 마이크로파의 파워는 4000 W로 했다. 비교 실험예 4~7에서는, [H2 가스의 플라즈마에 웨이퍼(W)를 노출시키는 시간 T1]/[N2 가스와 H2 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마에 웨이퍼(W)를 노출시키는 시간 T2]을 각각 0초/30초, 10초/20초, 20초/10초, 0초/10초로 했다.
도 16의 (b)에, 비교 실험예 4~7에서 얻어진 질화막의 WERR를 나타낸다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 비교 실험예 4~7에서는, 시간 T1과 시간 T2의 각각을, 쌍방의 시간의 합계(T1+T2)가 30초의 범위 내에 있다고 하는 제한하에서 조정하더라도, WERR가 최소라도 0.2보다 큰 값이 되는 것이 확인되었다. 이들 비교 실험예 4~7의 결과와 실험예 3의 결과를 대비하면 분명한 바와 같이, 방법(MT1)에 의하면, 30초의 공정 S3에 의해 WERR=0.2의 양질의 질화막을 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
(실험예 4~8)
실험예 4~8에서는, 웨이퍼(W)에 대하여 방법(MT1)을 실시했다. 실험예 4~8에서는, 공정 S1~S5를 200 사이클 반복했다. 또한, 실험예 4~8에서는, 공정 S3의 처리 시간을 30초로 하고, H2 가스의 유량을 700 sccm로 했다. 또한, 실험예 4~8에서는 각각, 공정 S3에서의 NH3 가스의 유량을 600 sccm, 400 sccm, 200 sccm, 100 sccm, 50 sccm로 했다. 실험예 4~8의 그 밖의 조건은, 실험예 1~3의 조건과 동일하게 했다.
그리고, 실험예 4~6에서 작성한 질화막의 WERR를 구했다. 또한, 실험예 4~8에서는, 발광 분광 분석 장치(OES)를 이용하여, 공정 S3에서의 수소(H)의 발광 강도와 암모니아 라디칼(NH)의 발광 강도의 비, 즉 (H의 발광 강도)/(NH의 발광 강도)를 측정했다.
도 17의 (a)에 실험예 4~6에서 작성한 질화막의 WERR를 나타내고, 도 17의 (b)에 실험예 4~8의 공정 S3에서의 (H의 발광 강도)/(NH의 발광 강도), 즉 OES 발광 강도비를 나타낸다. 도 17의 (a)에서 분명한 바와 같이, 실험예 4~6의 결과, NH3 가스의 유량을 H2 가스의 유량에 대하여 상대적으로 감소시킴으로써, WERR가 작은, 즉 양질의 질화막을 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 도 17의 (b)에 나타낸 바와 같이, H2 가스의 유량 700 sccm에 대하여, NH3 가스의 유량을 200 sccm 이하로 함으로써, 발광 강도비가 커지는 것, 즉 수소 라디칼의 양이 많아지는 것이 확인되었다. 이 결과로부터, H2 가스의 유량 700 sccm에 대하여 NH3 가스의 유량을 200 sccm 이하로 함으로써 수소 라디칼의 양을 증가시킬 수 있고, 나아가서는 양질의 질화막을 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
MT1 : 질화막을 형성하는 방법 10 : 성막 장치
12 : 처리 용기 14 : 배치대
16 : 제1 가스 공급부(DCS) 18 : 배기부
20 : 제2 가스 공급부(퍼지 가스) 22 : 플라즈마 생성부
22b : 제3 가스 공급부(처리 가스) 24 :구동 기구
R1 : 제1 영역 R2 : 제2 영역
100 : 성막 장치 112 : 처리 용기
114 : 안테나 118 : 상판
120 : 스테이지 140 : 슬롯판

Claims (5)

  1. 피처리체 상에 질화막을 형성하는 방법으로서,
    전구체 가스인 디클로로실란에 피처리체를 노출시키는 공정과,
    상기 디클로로실란에 노출시키는 상기 공정 이후, 암모니아 가스와 수소 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마에 상기 피처리체를 노출시키는 공정
    을 포함하는 질화막 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 디클로로실란에 피처리체를 노출시키는 상기 공정과 상기 처리 가스의 플라즈마에 피처리체를 노출시키는 상기 공정이 교대로 반복되고,
    상기 디클로로실란에 피처리체를 노출시키는 상기 공정과, 이것에 이어지는 상기 처리 가스의 플라즈마에 피처리체를 노출시키는 상기 공정 사이에, 상기 디클로로실란을 제거하는 공정을 더 포함하는 질화막 형성 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 처리 가스의 플라즈마에 피처리체를 노출시키는 상기 공정에서의 상기 암모니아 가스의 유량은, 상기 공정에서의 상기 수소 가스의 유량에 대하여,
    상기 수소 가스의 유량:상기 암모니아 가스의 유량=7:2
    로 규정되는 유량보다 적은 것인 질화막 형성 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피처리체는, 처리 용기 내에서 축선 중심으로 회전 가능하게 마련된 배치대 상에 배치되고, 상기 배치대의 회전에 따라서 상기 축선 중심으로 상기 처리 용기 내의 제1 영역 및 제2 영역을 순서대로 통과하며,
    상기 디클로로실란은 상기 제1 영역에 공급되고,
    상기 처리 가스의 플라즈마는 상기 제2 영역에서 생성되는 것인 질화막 형성 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 처리 가스는 마이크로파에 의해 여기되는 것인 질화막 형성 방법.
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