KR20150052219A - 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

처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정; 처리실 내에 잔류하는 원료 가스를 배기하는 공정; 처리실 내의 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정; 및 처리실 내에 잔류하는 반응 가스를 배기하는 공정;을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 기판 상에 막을 형성하는 공정을 포함하고, 원료 가스를 공급하는 공정에서는 처리실 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 처리실 내에 원료 가스를 공급하고, 그 후 처리실 내의 배기 및 원료 가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 처리실 내에 불활성 가스를 공급한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체{METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING DEVICE, AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스나 반응 가스를 공급하여 기판 상에 막을 형성하는 공정이 수행되는 경우가 있다.
하지만 기판 상에 막을 형성할 때에 처리실 내에서의 원료 가스의 농도에 편차가 발생하여 기판에 대한 처리가 불균일해지는 경우가 있다. 그렇기 때문에 예컨대 처리실 내에 복수의 기판을 수용하여 동시에 처리할 때 등에서는 형성되는 막의 막 두께가 기판 사이에서 불균일해지는 경우가 있다.
본 발명의 목적은 기판 상에 형성하는 막의 막 두께 균일성을 향상시키는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정; 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기하는 공정; 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정; 및 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 배기하는 공정;을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 처리실 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하고, 그 후 상기 처리실 내의 배기 및 상기 원료 가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실; 상기 처리실 내에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계; 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계; 상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급계; 상기 처리실 내를 배기하는 배기계; 및 상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 배기하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 막을 형성하는 처리를 수행하고, 상기 원료 가스를 공급하는 처리에서는 상기 처리실 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하고, 그 후 상기 처리실 내의 배기 및 상기 원료 가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 상기 불활성 가스를 공급하도록, 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계, 상기 불활성 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하는 제어부;를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 순서; 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기하는 순서; 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 순서; 및 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 배기하는 순서;를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 막을 형성하는 순서를 컴퓨터에 실행시키고, 상기 원료 가스를 공급하는 순서에서는 상기 처리실 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하고, 그 후 상기 처리실 내의 배기 및 상기 원료 가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 의하면 기판 상에 형성하는 막의 막 두께 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형(縱型) 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도(縱斷面圖)로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급, 설정 압력 변경, APC밸브 개폐 및 고주파 전력 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 6의 (a)는 본 발명의 일 실시 형태의 변형예의 성막 시퀀스에서의 가스 공급, 설정 압력 변경, APC밸브 개폐 및 고주파 전력 공급의 타이밍을 도시하는 도면이며, 도 6의 (b)는 본 발명의 일 실시 형태의 다른 변형예의 성막 시퀀스에서의 가스 공급, 설정 압력 변경, APC밸브 개폐 및 고주파 전력 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예에서의 SiO막의 막 두께와 그 면간(面間) 균일성을 도시하는 그래프.
도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예에서의 SiO막의 막 두께의 면내 균일성을 도시하는 그래프.
도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에서의 BTBAS가스의 사용량을 도시하는 그래프.
도 10의 (a)는 본 발명의 실시예에서의 BTBAS가스의 공급 유량과 SiO막의 막 두께의 관계 및 BTBAS가스의 공급 유량과 SiO막의 막 두께의 면내 균일성의 관계를 각각 도시하는 그래프이며, 도 10의 (b)는 본 발명의 실시예에서의 BTBAS가스의 공급 유량과 SiO막의 막 두께의 면내(面內) 분포도.
도 11은 비교예의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
<일 실시 형태>
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 전체 구성
도 1에 도시하는 바와 같이 처리로(202)는 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(207)를 포함한다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보지판(保持板)으로서의 히터 베이스(도시되지 않음)에 지지되는 것에 의해 수직으로 설치된다. 히터(207)는 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화[여기(勵起)]시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는 히터(207)와 동심원 형상으로 반응관(203)이 배설(配設)된다. 반응관(203)은 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색(閉塞)되고 하단이 개구(開口)된 원통 형상으로 형성된다. 반응관(203)의 하방(下方)에는 반응관(203)과 동심원 형상으로 매니폴드(209)(인렛 플랜지)가 배설된다. 매니폴드(209)는 예컨대 스텐레스(SUS) 등의 금속으로 이루어지고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 매니폴드(209)의 상단부는 반응관(203)의 하단부에 계합(係合)되고, 반응관(203)을 지지하도록 구성된다. 매니폴드(209)와 반응관(203) 사이에는 씰 부재로서의 O링(220a)이 설치된다. 매니폴드(209)가 히터 베이스에 지지되는 것에 의해 반응관(203)은 수직으로 설치된 상태가 된다. 주로 반응관(203)과 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 통중공부(筒中空部)에는 처리실(201)이 형성된다. 처리실(201)은 복수 매의 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향에 다단으로 배열한 상태에서 수용 가능하도록 구성된다.
처리실(201) 내에는 노즐(249a, 249b)이 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치된다. 노즐(249a, 249b)에는 가스 공급관(232a, 232b)이 각각 접속된다. 이와 같이 반응관(203)에는 2개의 노즐(249a, 249b)과, 2개의 가스 공급관(232a, 232b)이 설치되고, 처리실(201) 내에 복수 종류, 여기서는 2종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성된다.
가스 공급관(232a, 232b)에는 상류 방향부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a, 241b) 및 개폐 밸브인 밸브(243a, 243b)가 각각 설치된다. 가스 공급관(232a, 232b)의 밸브(243a, 243b)보다 하류측에는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(232c, 232d)이 각각 접속된다. 가스 공급관(232c, 232d)에는 상류 방향부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(241c, 241d) 및 개폐 밸브인 밸브(243c, 243d)가 각각 설치된다.
가스 공급관(232a)의 선단부(先端部)에는 노즐(249a)이 접속된다. 노즐(249a)은 도 2에 도시하는 바와 같이 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 원환 형상[圓環狀]의 공간에 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방(上方)을 향하여 상승[立上]하도록 설치된다. 즉 노즐(249a)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방(側方)의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치된다. 노즐(249a)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측(一端側)으로부터 타단측(他端側)을 향하여 상승하도록 설치된다. 노즐(249a)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(250a)이 설치된다. 가스 공급공(250a)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하도록 이루어진다. 가스 공급공(250a)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치된다.
가스 공급관(232b)의 선단부에는 노즐(249b)이 접속된다. 노즐(249b)은 가스 분산 공간인 버퍼실(237) 내에 설치된다. 버퍼실(237)은 도 2에 도시하는 바와 같이 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 원환 형상의 공간에 또한 반응관(203) 내벽의 하부로부터 상부에 걸치는 부분에 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라 설치된다. 즉 버퍼실(237)은 웨이퍼 배열 영역의 측방의 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치된다. 버퍼실(237)의 웨이퍼(200)와 인접하는 벽의 단부에는 가스를 공급하는 가스 공급공(250c)이 설치된다. 가스 공급공(250c)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하도록 이루어진다. 가스 공급공(250c)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치된다.
노즐(249b)은 버퍼실(237)의 가스 공급공(250c)이 설치된 단부와 반대측의 단부에 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치된다. 즉 노즐(249b)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치된다. 노즐(249b)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치되고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치된다. 노즐(249b)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(250b)이 설치된다. 가스 공급공(250b)은 버퍼실(237)의 중심을 향하도록 개구한다. 가스 공급공(250b)은 가스 공급공(250c)과 마찬가지로 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치된다. 버퍼실(237) 내와 처리실(201) 내의 차압(差壓)이 작은 경우, 복수의 가스 공급공(250c)의 개구 면적 및 개구 피치를 상류측(하부)으로부터 하류측(상부)에 걸쳐 각각 동일하게 하면 좋다. 또한 버퍼실(237) 내와 처리실(201) 내의 차압이 큰 경우, 가스 공급공(250c)의 개구 면적을 상류측으로부터 하류측을 향하여 서서히 크게 하거나 가스 공급공(250c)의 개구 피치를 상류측으로부터 하류측을 향하여 서서히 작게 하면 좋다.
가스 공급공(250b)의 각각의 개구 면적이나 개구 피치를 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 전술한 바와 같이 조절하는 것에 의해 가스 공급공(250b)의 각각으로부터 유속의 차이는 있지만 유량이 거의 같은 양의 가스를 분출시키는 것이 가능해진다. 그리고 이들 복수의 가스 공급공(250b)의 각각으로부터 분출하는 가스를 일단 버퍼실(237) 내에 도입하는 것에 의해, 버퍼실(237) 내에서 가스의 유속 차이의 균일화를 수행하는 것이 가능해진다. 복수의 가스 공급공(250b)의 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출한 가스는 버퍼실(237) 내에서 각 가스의 입자 속도가 완화된 후, 복수의 가스 공급공(250c)으로부터 처리실(201) 내에 분출한다. 복수의 가스 공급공(250b)의 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출한 가스는 가스 공급공(250c)의 각각으로부터 처리실(201) 내에 분출할 때에는 균일한 유량과 유속을 가지는 가스가 된다.
이와 같이 본 실시 형태에서는 반응관(203)의 내벽과 적재된 복수의 웨이퍼(200)의 단부에 의해 정의되는 원환 형상의 세로로 긴 공간 내, 즉 원통 형상의 공간 내에 배치한 노즐(249a, 249b) 및 버퍼실(237)을 경유하여 가스를 반송한다. 그리고 노즐(249a, 249b) 및 버퍼실(237)에 각각 개구된 가스 공급공(250a 내지 250c)으로부터 웨이퍼(200)의 근방에서 처음으로 반응관(203) 내에 가스를 분출시킨다. 그리고 반응관(203) 내에서의 가스의 주된 흐름을 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉 수평 방향으로 한다. 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급할 수 있어, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 막의 막 두께의 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다. 웨이퍼(200)의 표면 상을 흐른 가스, 즉 반응 후의 잔류 가스는 배기구, 즉 후술하는 배기관(231)의 방향을 향하여 흐른다. 단, 이 잔류 가스가 흐르는 방향은 배기구의 위치에 따라 적절히 특정되고, 수직 방향으로 한정되지 않는다.
가스 공급관(232a)으로부터는 소정 원소를 포함하는 원료로서 예컨대 적어도 실리콘(Si)을 포함하는 원료 가스(실리콘 함유 가스)인 실리콘계 원료 가스가 MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
실리콘계 원료 가스란 기체 상태의 실리콘계 원료, 예컨대 상온 상압 하에서 액체 상태인 실리콘계 원료를 기화하는 것에 의해 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 실리콘계 원료 등을 말한다. 본 명세서에서 「원료」라는 단어를 이용한 경우는 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 원료 가스」를 의미하는 경우 또는 그 양방(兩方)을 의미하는 경우가 있다. 따라서 본 명세서에서 「실리콘계 원료」라는 단어를 이용한 경우는 「액체 상태인 실리콘계 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 실리콘계 원료 가스」를 의미하는 경우 또는 그 양방을 의미하는 경우가 있다. 실리콘계 원료 가스로서 예컨대 적어도 Si와 아미노기(基)(아민기)를 포함하는 원료 가스인 아미노실란계 원료 가스를 이용할 수 있다. 아미노실란계 원료란 아미노기를 포함하는 실란계 원료이며, 또한 메틸기나 에틸기나 부틸기 등의 알킬기를 포함하는 실란계 원료이며, 적어도 Si, 질소(N) 및 탄소(C)를 포함하는 원료다. 즉 여기서 말하는 아미노실란계 원료는 유기계의 원료라고도 할 수 있고, 유기 아미노실란계 원료라고도 할 수 있다. 아미노실란계 원료 가스로서는 예컨대 비스터셔리부틸아미노실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS) 가스를 이용할 수 있다. BTBAS와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 이용하는 경우에는 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여 원료 가스(BTBAS가스)로서 공급한다.
가스 공급관(232b)으로부터는 반응 가스로서 예컨대 산화 가스, 즉 산소를 포함하는 가스(산소 함유 가스)가 MFC(241b), 밸브(243b), 가스 공급관(232b), 노즐(249b), 버퍼실(237)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 산소 함유 가스로서는 예컨대 산소(O2) 가스를 이용할 수 있다.
가스 공급관(232c, 232d)으로부터는 불활성 가스로서 예컨대 질소(N2) 가스가 각각 MFC(241c, 241d), 밸브(243c, 243d), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b), 버퍼실(237)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
각 가스 공급관으로부터 전술과 같은 가스를 각각 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해 소정 원소를 포함하는 원료를 공급하는 원료 공급계, 즉 원료 가스 공급계(실리콘계 원료 가스 공급계)로서의 아미노실란계 원료 가스 공급계가 구성된다. 노즐(249a)을 아미노실란계 원료 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 아미노실란계 원료 가스 공급계를 아미노실란계 원료 공급계라고도 칭할 수 있다.
또한 주로 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계, 즉 반응 가스로서의 산화 가스를 공급하는 산화 가스 공급계(산소 함유 가스 공급계)가 구성된다. 노즐(249b), 버퍼실(237)을 산화 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 산화 가스 공급계를 산화제 공급계라고도 칭할 수 있다.
또한 주로 가스 공급관(232c, 232d), MFC(241c, 241d), 밸브(243c, 243d)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다. 불활성 가스 공급계를 퍼지 가스 공급계라고도 칭할 수 있다.
버퍼실(237) 내에는 도 2에 도시하는 바와 같이, 도전체로 이루어지고 가늘고 긴 구조를 가지는 2개의 봉 형상 전극(269, 270)이 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라 배설된다. 봉 형상 전극(269, 270)의 각각은 노즐(249b)과 평행하게 설치된다. 봉 형상 전극(269, 270)의 각각은 상부로부터 하부에 걸쳐 전극 보호관(275)에 의해 피복되는 것에 의해 보호된다. 봉 형상 전극(269, 270) 중 어느 일방(一方)은 정합기(272)를 개재하여 고주파 전원(273)에 접속되고, 타방(他方)은 기준 전위인 어스에 접속된다. 정합기(272)를 개재하여 고주파 전원(273)으로부터 봉 형상 전극(269, 270) 사이에 고주파(RF) 전력을 인가하는 것에 의해 봉 형상 전극(269, 270) 사이의 플라즈마 생성 영역(224)에 플라즈마가 생성된다. 주로 봉 형상 전극(269, 270), 전극 보호관(275)에 의해 플라즈마 발생기(플라즈마 발생부)로서의 플라즈마원(源)이 구성된다. 정합기(272), 고주파 전원(273)을 플라즈마원에 포함시켜서 생각해도 좋다. 플라즈마원은 후술하는 바와 같이 가스를 플라즈마 상태로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서 기능한다.
전극 보호관(275)은 봉 형상 전극(269, 270)의 각각을 버퍼실(237) 내의 분위기와 격리한 상태에서 버퍼실(237) 내에 삽입할 수 있는 구조로 이루어진다. 전극 보호관(275)의 내부의 산소 농도가 외기(外氣)[대기(大氣)]의 산소 농도와 같은 정도면 전극 보호관(275) 내에 각각 삽입된 봉 형상 전극(269, 270)은 히터(207)에 의한 열로 산화된다. 전극 보호관(275)의 내부에 N2가스 등의 불활성 가스를 충전해두거나, 불활성 가스 퍼지 기구를 이용하여 전극 보호관(275)의 내부를 N2가스 등의 불활성 가스로 퍼지하는 것에 의해, 전극 보호관(275)의 내부의 산소 농도를 저감시켜 봉 형상 전극(269, 270)의 산화를 방지할 수 있다.
반응관(203)에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치된다. 배기관(231)에는 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 배기 밸브(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller)밸브(244)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속된다. APC밸브(244)는 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것에 의해 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 수행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되는 밸브다. 주로 배기관(231), APC밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 배기관(231)은 반응관(203)에 설치하는 경우에 한정되지 않고, 노즐(249a, 294b)과 마찬가지로 매니폴드(209)에 설치해도 좋다.
매니폴드(209)의 하방에는 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구(爐口) 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)은 매니폴드(209)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 당접(當接)되도록 구성된다. 씰 캡(219)은 예컨대 SUS 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성된다. 씰 캡(219)의 상면(上面)에는 매니폴드(209)의 하단과 당접하는 씰 부재로서의 O링(220b)이 설치된다. 씰 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치된다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 씰 캡(219)을 관통하여 보트(217)에 접속된다. 회전 기구(267)는 보트(217)를 회전시키는 것에 의해 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성된다. 씰 캡(219)은 반응관(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 씰 캡(219)을 승강시키는 것에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 보트(217) 및 보트(217)에 지지되는 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는 복수 예컨대 25매 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향에 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉 간격을 두고 배열시키도록 구성된다. 보트(217)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어진다. 보트(217)의 하부에는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열 부재(218)가 설치되고, 히터(207)로부터의 열이 씰 캡(219)측에 전달되기 어렵도록 구성된다. 단, 본 실시 형태는 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 단열 부재(218)를 석영이나 탄화실리콘 등의 내열성 재료로 이루어지는 복수 매의 단열판과, 이들 단열판을 수평 자세로 다단으로 지지하는 단열판 홀더에 의해 구성해도 좋다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치된다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태를 조정하는 것에 의해 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성된다. 온도 센서(263)는 노즐(249a, 249b)과 마찬가지로 L자형으로 구성되고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치된다.
도 3에 도시하는 바와 같이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는 CPU(121a)(Central Processing Unit), RAM(121b)(Random Access Memory), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스(121e)를 개재하여 CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(121)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속된다.
기억 장치(121c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(121c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 막 형성 등의 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 막 형성 공정 등의 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(121)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 이용한 경우는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)는 CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(121d)는 전술한 MFC(241a 내지 241d), 밸브(243a 내지 243d), 압력 센서(245), APC밸브(244), 진공 펌프(246), 온도 센서(263), 히터(207), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 정합기(272), 고주파 전원(273) 등에 접속된다.
CPU(121a)는 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. CPU(121a)는 판독한 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 MFC(241a 내지 241d)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243d)의 개폐 동작, APC밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC밸브(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, 정합기(272)에 의한 임피던스 조정 동작, 고주파 전원(273)의 전력 공급 등을 제어하도록 구성된다.
컨트롤러(121)는 전용의 컴퓨터로서 구성되는 경우에 한정되지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치(123)[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]를 준비하고, 이 외부 기억 장치(123)를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해 본 실시 형태의 컨트롤러(121)를 구성할 수 있다. 단, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치(123)를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 외부 기억 장치(123)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 이용한 경우는 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
(2) 막 형성 공정
다음으로 전술한 기판 처리 장치의 처리로(202)를 이용하여 반도체 장치(반도체 디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 기판 상에 막을 형성(성막)하는 시퀀스예에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에서는, 처리실(201) 내의 기판으로서의 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정; 처리실(201) 내에 잔류하는 원료 가스를 배기하는 공정; 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정; 및 처리실(201) 내에 잔류하는 반응 가스를 배기하는 공정;을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 공정을 포함하고, 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정에서는 처리실(201) 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 처리실(201) 내에 원료 가스를 공급하고, 그 후 처리실(201) 내의 배기 및 원료 가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급한다.
이하, 본 실시 형태의 성막 시퀀스를 도 4, 도 5를 이용하여 구체적으로 설명한다.
여기서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스로서 실리콘 함유 가스인 BTBAS가스를 공급하는 공정; 처리실(201) 내에 잔류하는 BTBAS가스를 배기하는 공정; 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 반응 가스로서 산소 함유 가스인 O2가스를 공급하는 공정; 및 처리실 내에 잔류하는 O2가스를 배기하는 공정;을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 실리콘 산화막(이하, SiO막이라고도 부른다)을 형성하는 예에 대하여 설명한다.
여기서 웨이퍼(200)에 대하여 BTBAS가스를 공급하는 공정에서는 처리실(201) 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 처리실(201) 내에 BTBAS가스를 공급하고, 그 후 처리실(201) 내의 배기 및 BTBAS가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 처리실(201) 내에 불활성 가스로서 N2가스를 공급한다.
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 이용한 경우는 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우, 즉 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함시켜서 웨이퍼라고 칭하는 경우가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 단어를 이용한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면(最表面)」을 의미하는 경우가 있다.
따라서 본 명세서에서 「웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다」고 기재한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되는 층이나 막 등에 대하여, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」는 것을 의미하는 경우가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」고 기재한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면) 상에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되는 층이나 막 등의 상, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」는 것을 의미하는 경우가 있다.
본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 이용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 이용한 경우와 마찬가지이며 그 경우, 상기 설명에서 「웨이퍼」를 「기판」으로 치환해서 생각하면 좋다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시하는 바와 같이 복수의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220b)을 개재하여 매니폴드(209)의 하단을 밀봉한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내의 압력, 즉 웨이퍼(200)가 존재하는 공간의 압력이 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC밸브(244)가 피드백 제어된다(압력 조정). 이때 예컨대 밸브(243c, 243d)를 열고 가스 공급관(232c, 232d)으로부터 처리실(201) 내에 N2가스를 공급하면서 APC밸브(244)를 전개(全開, full-open)로 해도 좋다. 즉 APC밸브(244)를 피드백 제어하지 않고 단순히 전개로 하여 소정량의 N2가스를 공급하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력 조정을 수행해도 좋다. 진공 펌프(246)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료할 때까지의 사이는 상시 작동시킨 상태를 유지한다.
또한 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료할 때까지의 사이는 계속해서 수행된다. 단, 실온에서 웨이퍼(200)에 대한 처리를 수행하는 경우에는 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 수행하지 않아도 좋다.
계속해서 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 시작한다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료할 때까지의 사이는 계속해서 수행된다.
(SiO막 형성 공정)
그 후 다음 2개의 스텝, 즉 스텝1, 스텝2를 순차 실행한다.
[스텝1]
스텝1에서는 처리실(201) 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 처리실(201) 내에 BTBAS가스를 공급한다(BTBAS가스 공급). 그 후 처리실(201) 내에 불활성 가스로서의 N2가스를 공급(확산용 N2가스 공급)하는 것에 의해 웨이퍼(200)에 대하여 BTBAS가스를 공급하는 공정을 수행한다. 또한 처리실(201) 내에 잔류하는 BTBAS가스를 배기하는 공정(잔류 가스 제거)을 수행한다.
(BTBAS가스 공급)
밸브(243a)를 열고 가스 공급관(232a) 내에 BTBAS가스를 흘린다. BTBAS가스는 MFC(241a)에 의해 유량 조정되어 가스 공급공(250a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 BTBAS가스가 공급된다(BTBAS가스 공급).
이때 버퍼실(237) 내나 노즐(249b) 내로의 BTBAS가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(243d)를 열고 가스 공급관(232d) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 가스 공급관(232b), 노즐(249b), 버퍼실(237)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
이때 배기 밸브로서의 APC밸브(244)를 실질적으로 닫은 상태로 하고 처리실(201) 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태로 한다. 「실질적으로」란 이하의 상태를 포함한다. 즉 APC밸브(244)를 전폐(全閉, full-close)로 하여 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태를 포함한다. 또한 APC밸브(244)를 미세하게 열고 처리실(201) 내를 미세하게 배기하는 상태를 포함한다. 여기서 APC밸브(244)를 미세하게 열고 처리실(201) 내를 미세하게 배기할 때에는 BTBAS가스의 단위 시간당의 공급량(공급 레이트) FB(sccm)에 대하여 처리실(201) 내의 단위 시간당의 배기량(배기 레이트)V(sccm)을 훨씬 작게 한 상태, 즉 FB>>V가 되도록 하는 것이 바람직하다. 또한 후술하는 이유에 의해 처리실(201) 내를 미세하게 배기한 상태로 하는 것보다 APC밸브(244)를 전폐로 하여 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태로 하는 것이 보다 바람직하다.
이하, 본 실시 형태에서는 APC밸브(244)를 전폐로 하여 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태에서 BTBAS가스의 공급을 수행한다. 즉 APC밸브(244)를 피드백 제어하지 않고 단순히 전폐로 하여 소정량의 BTBAS가스를 공급하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력 조정을 수행한다. 이와 같이 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태로 하는 것에 의해 BTBAS가스가 처리실(201) 내에 봉입된다. 또한 BTBAS가스의 공급을 계속하는 동안 처리실(201) 내의 압력[실압(實壓)]은 소정의 설정 압력을 향하여 상승한다. 이에 의해 BTBAS가스가 처리실(201) 내에 충만된 상태를 만들어내고, BTBAS가스의 웨이퍼(200) 상으로의 흡착을 한층 더 촉진할 수 있다.
이와 같이 웨이퍼(200)에 대하여 BTBAS가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200)[표면의 하지막(下地膜)] 상에 제1층으로서 예컨대 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 Si함유층의 형성이 시작된다. Si함유층은 Si층이어도 좋고, BTBAS가스의 흡착층이어도 좋고, 그 양방을 포함해도 좋다.
Si층이란 Si에 의해 구성되는 연속적인 층 외에 불연속적인 층이나 이들이 중첩되어 이루어지는 Si박막도 포함하는 총칭이다. Si에 의해 구성되는 연속적인 층을 Si박막이라고 부르는 경우도 있다. Si층을 구성하는 Si는 아미노기(아미노기에 알킬기가 결합된 상태의 것도 포함한다)와의 결합이 완전히 분리되지 않은 것이나 수소(H)와의 결합이 완전히 분리되지 않은 것도 포함한다.
BTBAS가스의 흡착층은 BTBAS가스의 가스 분자가 연속적인 흡착층 외에 불연속적인 흡착층도 포함한다. 즉 BTBAS가스의 흡착층은 BTBAS분자로 구성되는 1분자층 또는 1분자층 미만의 두께의 흡착층을 포함한다. BTBAS가스의 흡착층을 구성하는 BTBAS분자는 Si와 아미노기와의 결합이 일부 분리된 것이나 Si와 H와의 결합이 일부 분리된 것도 포함한다. 즉 BTBAS가스의 흡착층은 BTBAS가스의 물리흡착층이어도 좋고, BTBAS가스의 화학 흡착층이어도 좋고 그 양방을 포함해도 좋다.
여기서 1원자층 미만의 두께의 층이란 불연속적으로 형성되는 원자층을 의미하고, 1원자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 원자층을 의미한다. 1분자층 미만의 두께의 층이란 불연속적으로 형성되는 분자층을 의미하고, 1분자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 분자층을 의미한다. Si함유층은 Si층과 BTBAS가스의 흡착층의 양방을 포함할 수 있지만, 전술한 바와 같이 Si함유층에 대해서는 「1원자층」, 「수원자층」등의 표현을 사용한다.
BTBAS가스가 자기분해(自己分解)(열분해)하는 조건 하, 즉 BTBAS의 열분해 반응이 발생하는 조건 하에서는 웨이퍼(200) 상에 Si가 퇴적하는 것에 의해 Si층이 형성된다. BTBAS가스가 자기분해(열분해)하지 않는 조건 하, 즉 BTBAS의 열분해 반응이 발생하지 않는 조건 하에서는 웨이퍼(200) 상에 BTBAS가스가 흡착하는 것에 의해 BTBAS가스의 흡착층이 형성된다. 웨이퍼(200) 상에 BTBAS가스의 흡착층을 형성하는 것보다 웨이퍼(200) 상에 Si층을 형성하는 것이 성막 속도, 즉 성막 레이트를 높게 할 수 있어 바람직하다.
웨이퍼(200) 상에 형성되는 Si함유층의 두께가 수원자층을 초과하면 후술하는 스텝2에서의 개질의 작용이 Si함유층의 전체에 전달되지 않는다. 또한 웨이퍼(200) 상에 형성 가능한 Si함유층의 두께의 최소값은 1원자층 미만이다. 따라서 Si함유층의 두께는 1원자층 미만 내지 수원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. Si함유층의 두께를 1원자층 이하, 즉 1원자층 또는 1원자층 미만으로 하는 것에 의해 후술하는 스텝2에서의 개질 반응의 작용을 상대적으로 높일 수 있어, 스텝2의 개질 반응에 소요되는 시간을 단축할 수 있다. 스텝1의 Si함유층의 형성에 소요되는 시간도 단축할 수 있다. 결과적으로 1사이클당의 처리 시간을 단축할 수 있어, 토탈에서의 처리 시간을 단축하는 것도 가능해진다. 즉 성막 레이트를 높이는 것도 가능해진다. 또한 Si함유층의 두께를 1원자층 이하로 하는 것에 의해 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능해진다.
한편 BTBAS가스를 전술한 바와 같이 처리실(201) 내에 공급하면 처리실(201) 내에서의 BTBAS가스의 농도에 편차가 발생하는 경우가 있다. 처리실(201) 내에서의 BTBAS가스의 농도의 편차의 요인으로서는 예컨대 처리실(201) 내에서의 각 웨이퍼(200)에의 공급 시간의 차이, 즉 노즐(249a) 내에 공급되고 웨이퍼(200)에 도달할 때까지의 시간(경로)의 차이를 하나의 요인으로 들 수 있다. 이와 같은 공급 시간의 차이는 처리실(201) 내에서의 BTBAS가스 공급 시작 위치의 차이에서 발생한다. 즉 노즐(249a)의 최하단의 가스 공급공(250a)을 기점(起點)으로 하여서 노즐(249a)의 최상단의 가스 공급공(250a)까지 BTBAS가스가 도달하고, 따라서 BTBAS가스의 분출이 시작하기까지 소정의 시간이 소요되는 것에 의해 발생한다.
또한 BTBAS가스 공급 시간이나 공급 경로의 차이에 의해 이하와 같은 현상도 발생할 것으로 생각된다. 즉 BTBAS가스는 웨이퍼(200) 등에 흡착하기 쉽고 반응성이 높은 가스다. 처리실(201) 내로의 BTBAS가스 공급 시, 노즐(249a) 내를 상류측으로부터 하류측에, 즉 노즐(249a) 내를 하방으로부터 상방에 통과하면서 예컨대 노즐(249a)의 내벽 등에 BTBAS가스가 흡착하는 등에 의하여 BTBAS가스의 일부가 도중에 소비되는 경우가 있다. 이 경우, 노즐(249a)의 상방의 가스 공급공(250a)으로부터 분출하는 BTBAS가스의 양이 노즐(249a)의 하방의 가스 공급공(250b)으로부터 분출하는 BTBAS가스의 양보다 적어진다. 따라서 보트(217)에 의해 수직 방향에 다단으로 배열된 웨이퍼(200) 중 상방에 위치하는 웨이퍼(200)에는 하방에 위치하는 웨이퍼(200)보다 소량의 BTBAS가스밖에 공급되지 않는다. 이와 같이 처리실(201) 내에 배열된 각 웨이퍼(200)에 BTBAS가스가 도달할 때까지의 경로의 장단에 의해 즉 BTBAS가스의 각 웨이퍼(200)에의 도달까지의 소요 시간의 장단(長短)에 의해 각 웨이퍼(200)에 대한 BTBAS가스의 공급량이 국소적으로 달라지는 경우가 있다. 이와 같이 처리실(201) 내에서의 BTBAS가스의 농도 편차가 발생하는 원인은 다양할 것으로 생각된다.
BTBAS가스의 공급량에 국소적인 차이가 발생하면 각 웨이퍼(200) 상으로의 Si함유층의 형성 속도, 즉 성막 레이트에 차이가 발생한다. 따라서 각 웨이퍼(200) 상에 형성되는 Si함유층의 두께가 달라진다. 또한 후술하는 Si함유층의 개질(산화) 시에 Si함유층의 두께에 따라 개질 상태, 즉 산화 상태에 차이가 발생할 가능성이 있다. 따라서 최종적으로 형성되는 SiO막의 막 두께나 막질이 웨이퍼(200) 사이에서 불균일해진다.
그래서 본 실시 형태에서는 다음과 같이 확산용 N2가스의 공급을 수행하여 처리실(201) 내에서의 BTBAS가스의 농도의 균일화를 도모한다.
(확산용 N2가스 공급)
소정 시간 또는 소정량, BTBAS가스를 공급한 후, 밸브(243c)를 열고 가스 공급관(232c) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 MFC(241c)에 의해 유량 조정되어 가스 공급관(232a) 내를 흘러 가스 공급공(250a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다(확산용 N2가스 공급). 이때 처리실(201) 내의 배기 및 BTBAS가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태로 한다. 단, 가스 공급관(232d)으로부터의 N2가스의 공급은 계속한다.
구체적으로는 이때 배기 밸브로서의 APC밸브(244)를 실질적으로 닫은 상태로 하고 처리실(201) 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태로 한다. 「실질적으로」란 이하의 상태를 포함한다. 즉 APC밸브(244)를 전폐로 하여 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태를 포함한다. 또한 APC밸브(244)를 미세하게 열고 처리실(201) 내를 미세하게 배기하는 상태를 포함한다. 여기서 APC밸브(244)를 미세하게 열고 처리실(201) 내를 미세하게 배기할 때에는 N2가스의 단위 시간당의 공급량(공급 레이트) FN(sccm)에 대하여 처리실(201) 내의 단위 시간당의 배기량(배기 레이트)V(sccm)을 훨씬 작게 한 상태, 즉 FN>>V가 되도록 하는 것이 바람직하다.
또한 「BTBAS가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태」란 이하의 상태를 포함한다. 즉 밸브(243a)를 닫고 BTBAS가스의 처리실(201) 내로의 공급을 정지한 상태를 포함한다. 또한 MFC(241a)에 의해 BTBAS가스의 공급량이 지극히 미량이 되도록 유량 조정하고, BTBAS가스를 처리실(201) 내에 미세하게 공급하는 상태를 포함한다. 여기서 BTBAS가스를 미세하게 공급할 때에는 전술한 BTBAS가스 공급 시에서의 BTBAS가스의 단위 시간당의 공급량(공급 레이트) FB(sccm)에 대하여 N2가스 공급 시에서의 BTBAS가스의 단위 시간당의 공급량(공급 레이트) F0(sccm)을 훨씬 작게 한 상태, 즉 FB>>F0이 되도록 하는 것이 바람직하다.
또한 후술하는 이유에 의해 처리실(201) 내를 미세하게 배기한 상태로 하는 것보다 APC밸브(244)를 전폐로 하여 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한 BTBAS가스를 미세하게 공급한 상태로 하는 것보다 BTBAS가스의 공급을 정지한 상태로 하는 것이 보다 바람직하다.
이하, 본 실시 형태에서는 APC밸브(244)를 전폐로 하여 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태에서 확산용 N2가스의 공급을 수행한다. 즉 APC밸브(244)를 피드백 제어하지 않고 단순히 전폐로 하여 소정량의 N2가스를 공급하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력 조정을 수행한다. 또한 이때 BTBAS가스의 처리실(201) 내로의 공급을 정지한다. BTBAS가스의 공급을 정지해도 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태를 유지하는 것에 의해, 그때까지 공급된 BTBAS가스가 처리실(201) 내에 봉입되는 상태를 유지할 수 있다. 또한 N2가스의 공급을 계속하는 동안 처리실(201) 내의 압력(실압)은 소정의 설정 압력을 향하여 한층 더 상승한다.
전술한 BTBAS가스 공급 시 및 N2가스 공급 시에는 처리실(201) 내의 설정 압력을 예컨대 1Pa 내지 13,300Pa, 바람직하게는 20Pa 내지 1,330Pa의 범위 내의 압력이며, 예컨대 533Pa(4Torr) 이하의 압력으로 한다. 전술한 바와 같이 처리실(201) 내의 실제의 압력은 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태에서 BTBAS가스 또는 N2가스를 공급하는 것에 의해 설정 압력을 향하여 상승한다. MFC(241a)로 제어하는 BTBAS가스의 공급 유량(공급 레이트)은 예컨대 1sccm 내지 2,000sccm의 범위 내의 유량이며, 예컨대 150sccm 등으로 한다. MFC(241c, 241d)로 제어하는 N2가스의 총공급 유량은 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm, 바람직하게는 250sccm 내지 350sccm의 범위 내의 유량으로 한다. BTBAS가스 및 N2가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 각각 예컨대 1초 내지 100초, 바람직하게는 2초 내지 30초, 보다 바람직하게는 2초 내지 10초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때 BTBAS가스가 소정 시간 또는 소정량 공급되면 BTBAS가스를 N2가스로 절체하면 좋고, BTBAS가스 공급 시간을 예컨대 2초, N2가스 공급 시간을 예컨대 5초 등으로 할 수 있다.
이때 히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 실온 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 실온 이상 150℃ 이하, 보다 바람직하게는 실온 이상 100℃ 이하의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다. BTBAS가스는 웨이퍼(200) 등에 흡착하기 쉽고 반응성이 높은 가스다. 그렇기 때문에 예컨대 40℃ 이하의 실온정도의 저온 하에서도 웨이퍼(200) 상에 BTBAS가스를 화학 흡착시킬 수 있어, 실용적인 성막 레이트를 얻을 수 있다. 본 실시 형태와 같이 웨이퍼(200)의 온도를 200℃ 이하, 또한 150℃ 이하, 또한 100℃ 이하로 하는 것에 의해 웨이퍼(200)에 가해지는 열량을 저감할 수 있어, 웨이퍼(200)가 받는 열 이력의 제어를 양호하게 수행할 수 있다. 또한 실온 이상의 온도라면 웨이퍼(200) 상에 BTBAS를 충분히 흡착시킬 수 있어, 충분한 성막 레이트를 얻을 수 있다. 따라서 웨이퍼(200)의 온도는 실온 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 실온 이상 150℃ 이하, 보다 바람직하게는 실온 이상 100℃ 이하의 범위 내의 온도로 하는 것이 좋다.
전술한 바와 같이 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태에서 처리실(201) 내로의 BTBAS가스의 공급을 계속해도 BTBAS가스가 처리실(201) 내에 균일하게 확산되지 않는 경우가 있다. 즉 처리실(201) 내로의 BTBAS가스의 공급을 계속한 상태라면 처리실(201) 내에서의 BTBAS가스의 농도 편차, 즉 처리실(201) 내의 상방과 하방에서의 BTBAS가스의 국소적인 공급량의 차이는 해소되지 않는다.
그래서 본 실시 형태에서는 전술한 바와 같이 BTBAS가스가 새로 공급되지 않는 상태에서, 즉 농도 편차가 새로 발생하기 어려운 상태에서 처리실(201) 내에 확산용 N2가스를 공급한다. 이에 의해 처리실(201) 내에서의 BTBAS가스의 확산을 촉진시킬 수 있다. 즉 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태에서 처리실(201) 내에 확산용 N2가스를 공급하는 것에 의해 처리실(201) 내는 가스가 한층 더 충만된 고압 상태가 된다. 이때 확산용 N2가스는 BTBAS가스를 처리실(201) 내에 확산시키는 캐리어 가스로서 작용한다. 또한 소정 방향의 움직임을 보면 확산용 N2가스는 BTBAS가스를 예컨대 처리실(201)의 하방으로부터 상방으로 압상(押上)하는 피스톤과 같이 작용하기도 한다. 이 작용에 의해 처리실(201) 내에서의 BTBAS가스의 농도 편차가 현저해지기 전에 BTBAS가스를 처리실(201) 내에 균일하게 확산시킬 수 있다. 즉 BTBAS가스의 공급에 의해 스텝1의 당초에 발생한 농도 편차를 완화하여, 처리실(201) 내에서의 BTBAS가스의 농도를 보다 균일화할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는 처리실(201) 내의 배기 및 BTBAS가스의 공급을 정지한다. 이에 의해 공급측으로부터 즉시 배기측에 도달할 수 있는 BTBAS가스의 흐름을 정지할 수 있다. 처리실(201) 내에서의 이와 같은 흐름은 처리실(201) 내의 상방으로의 BTBAS가스의 확산을 저해하는 경우가 있다. 이와 같은 BTBAS가스의 흐름을 만들지 않는 것에 의해 이른바 BTBAS가스의 확산이 포화된 상태(이하, 단순히 포화 상태라고도 부른다)를 처리실(201) 내에 만들어낼 수 있다. 그리고 BTBAS가스를 처리실(201) 내의 상방까지 충분히 확산시켜 처리실(201) 내의 상태를 BTBAS가스가 보다 균일하게 확산된 상태로 단시간에 도달시킬 수 있다. 즉 BTBAS가스 공급후의 처리실(201) 내의 상태를 처리실(201)의 하방으로부터 상방에 걸쳐서 BTBAS가스가 보다 균일하게 확산된 상태에 단시간에 도달시킬 수 있다. 처리실(201) 내의 배기를 정지하기 때문에 상기와 같은 포화 상태로 하기 위해서 필요한 분량만 스텝1의 당초에 BTBAS가스를 공급해두면, 스텝1의 도중에 BTBAS가스가 처리실(201) 내로부터 배기되지 않는다. 따라서 상기와 같은 포화 상태를 유지하기 위해서 BTBAS가스의 공급을 계속할 필요도 없다. 그 후에는 상기와 같은 포화 상태를 소정 시간 유지하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상으로의 BTBAS가스의 흡착이나 웨이퍼(200) 상에서의 BTBAS가스의 분해에 필요한 반응 시간, 즉 웨이퍼(200) 상으로의 Si함유층의 형성에 필요한 반응 시간을 확보할 수 있다.
처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태에서 처리실(201) 내에 BTBAS가스를 소정 시간, 예컨대 7초간 계속해서 공급하는 경우에 비해, 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태에서 처리실(201) 내에 BTBAS가스를 2초간 공급하고, 그 후 처리실(201) 내의 배기 및 처리실(201) 내로의 BTBAS가스의 공급을 각각 정지한 상태에서 처리실(201) 내에 N2가스를 5초간 공급하는 경우에는 처리실(201)에서의 BTBAS가스의 농도의 편차를 억제하여 처리실(201)에 BTBAS가스를 보다 균일하게 확산시킬 수 있다. 즉 BTBAS가스의 봉입을 1단계로 수행하는 경우에 비해 BTBAS가스의 봉입을 2단계로 수행하는 것에 의해, BTBAS가스를 봉입하는 시간이 동일해도 처리실(201)에서의 BTBAS가스의 농도의 편차를 억제하여 처리실(201)에 BTBAS가스를 보다 균일하게 확산시킬 수 있다. 결과적으로 SiO막의 막 두께나 막질의 웨이퍼(200) 사이의 균일성(면간 균일성)을 향상시킬 수 있다.
이때 N2가스에 의해 BTBAS가스를 처리실(201) 내에 확산시키기 위해서는 처리실(201) 내의 압력을 가능한 한 높게 유지하는 것이 바람직하다. 단, 본 실시 형태에서는 전술한 바와 같이 처리실(201) 내의 설정 압력을 예컨대 533Pa 이하로 한다. 이와 같이 처리실(201) 내의 압력을 소정값 이하로 억제하는 것에 의해 다음에 수행되는 잔류 가스의 제거를 신속하게 수행할 수 있어, 성막 레이트의 저하를 방지하고 성막 처리의 스루풋을 유지할 수 있다.
또한 BTBAS가스의 봉입을 2단계로 수행하는 것에 의해, BTBAS가스의 공급 정지 후에 즉시 잔류 가스 제거를 수행하는 경우에 비해 Si함유층의 형성에 기여하지 않은 상태에서 배기되는 BTBAS가스의 양을 저감할 수 있다. 따라서 BTBAS가스의 사용량의 저감을 도모하는 것이 가능해진다.
처리실(201) 내에서의 BTBAS가스의 농도는 처리실(201) 내에서의 상하 방향뿐만 아니라 수평 방향에 대해서도 균일화시킬 수 있다. 즉 확산용 N2가스를 공급하는 것에 의해, 예컨대 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 원환 형상의 공간으로부터 다단으로 배열되는 웨이퍼(200) 사이에 개재된 공간으로 BTBAS가스를 압입(押入)할 수 있다. 즉 확산용 N2가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 외주(外周) 부근으로부터 웨이퍼(200)의 중심 부근으로 BTBAS가스를 이동시킬 수 있다. 이에 의해 웨이퍼(200) 사이뿐만 아니라 웨이퍼(200)의 면내에서의 SiO막의 막 두께나 막질의 균일성(면내 균일성)에 대해서도 향상시킬 수 있다.
전술한 「처리실(201) 내에 균일하게 BTBAS가스가 확산된 상태」란 반드시 BTBAS가스가 처리실(201) 내에 완전히 균일하게 분산된 상태만을, 즉 처리실(201) 내에서의 BTBAS가스의 농도 편차가 제로가 된 상태만을 가리키는 것이 아니다. 예컨대 확산용 N2가스 공급 시의 처리실(201) 내에서의 BTBAS가스의 농도 분포가 적어도 BTBAS가스 공급 시의 처리실(201) 내에서의 BTBAS가스의 농도 분포보다 균일해지면 전술한 작용 효과를 얻을 수 있다. 또한 확산용 N2가스 공급 시의 처리실(201) 내에서의 BTBAS가스의 농도 분포가 적어도 확산용 N2가스의 공급을 수행하지 않고 BTBAS가스의 공급을 계속했을 때의 처리실(201) 내에서의 BTBAS가스의 농도 분포보다 균일해지면 전술한 작용 효과를 얻을 수 있다.
(잔류 가스 제거)
소정 시간 또는 소정량, 확산용 N2가스를 공급한 후, APC밸브(244)를 예컨대 전개로 하고 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Si함유층의 형성에 기여한 후의 BTBAS가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 단, 충분한 배기량을 얻을 수 있다면 APC밸브(244)는 전개로 하지 않아도 좋다. 이때 밸브(243c, 243d)는 연 상태로 하고 불활성 가스로서의 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Si함유층의 형성에 기여한 후의 BTBAS가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 향상시킬 수 있다.
이때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면 그 후에 수행되는 스텝2에서 악영향이 발생하지 않는다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양을 공급하는 것에 의해 스텝2에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 이와 같이 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 N2가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
아미노실란계 원료 가스로서는 BTBAS가스 외에 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 등의 유기 실란계 원료 가스를 이용해도 좋다. 불활성 가스로서는 N2가스 외에 Ar가스, He가스, Ne가스, Xe가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
[스텝2]
(O2가스 공급)
스텝1이 종료되고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(243b)를 열고 가스 공급관(232b) 내에 O2가스를 흘린다. O2가스는 MFC(241b)에 의해 유량 조정되어 가스 공급공(250b)으로부터 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이때 봉 형상 전극(269, 270) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 개재하여 고주파 전력을 인가하는 것에 의해 버퍼실(237) 내에 공급된 O2가스는 플라즈마 여기되어, 활성종으로서 가스 공급공(250c)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 플라즈마로 활성화(여기)된 O2가스가 공급된다.
이때 노즐(249a) 내로의 O2가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(243c)를 열고 가스 공급관(232c) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 가스 공급관(232a), 노즐(249a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC밸브(244)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 100Pa의 범위 내의 압력이며, 예컨대 1Pa 등으로 한다. 여기서는 예컨대 APC밸브(244)를 전개로 한다. 즉 APC밸브(244)를 피드백 제어하지 않고 단순히 전개로 하여 소정 가스를 소정량 공급하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa로 제어한다. MFC(241b)로 제어하는 O2가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm, 바람직하게는 3,000sccm 내지 4,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241c)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm의 범위 내의 유량이며, 예컨대 100sccm 등으로 한다. O2가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 1초 내지 120초, 바람직하게는 1초 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도가 스텝1의 BTBAS가스 공급 시와 마찬가지의 온도대, 즉 예컨대 실온 이상 200℃ 이하, 바람직하게는 실온 이상 150℃ 이하, 보다 바람직하게는 실온 이상 100℃ 이하의 범위 내의 온도가 되도록 설정한다. 플라즈마를 이용하는 것에 의해 처리실(201) 내의 온도를 이와 같은 비교적 낮은 온도대로해도 O2가스를 활성화시키는 것이 가능해진다. 고주파 전원(273)으로부터 봉 형상 전극(269, 270) 사이에 인가하는 고주파 전력은 예컨대 50W 내지 1,000W의 범위 내의 전력이 되도록 설정한다.
처리실(201) 내에 흘리는 가스는 플라즈마로 여기된 O2가스이며, 예컨대 산소 래디컬(O2 *) 등의 활성종을 포함한다. 또한 처리실(201) 내에는 BTBAS가스는 흘리지 않는다. 따라서 O2가스는 기상(氣相) 반응을 일으키지 않고 활성화된 상태에서 웨이퍼(200)에 대하여 공급되고, 주로 이 활성종에 의해 스텝1에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si함유층에 대하여 산화 처리가 수행된다. 이 활성종이 가지는 에너지는 Si함유층 중에 포함되는 Si-N결합, Si-H결합의 결합 에너지보다 높기 때문에, 이 활성종의 에너지를 Si함유층에 부여하는 것에 의해 Si함유층 중에 포함되는 Si-N결합, Si-H결합은 분리된다. Si와의 결합이 분리된 N, H 및 N에 결합하는 C는 Si함유층 중으로부터 제거되어 N2, H2, CO2 등으로서 배출된다. 또한 N, H와의 결합이 분리되는 것에 의해 남은 Si의 결합수는 활성종에 포함되는 O와 결부되어 Si-O결합이 형성된다. 이와 같이 하여 Si함유층은 실리콘 산화층(SiO층)으로 변화한다(개질된다).
(잔류 가스 제거)
그 후 봉 형상 전극(269, 270) 사이로의 고주파 전력의 공급을 정지한다. 또한 밸브(243b)를 닫고 처리실(201) 내로의 O2가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(231)의 APC밸브(244)를 예컨대 전개로 하고 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 반응에 기여한 후의 O2가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다(잔류 가스 제거). 단, 충분한 배기량을 얻을 수 있다면 APC밸브(244)는 전개로 하지 않아도 좋다. 이때 밸브(243c)는 연 상태로 하고 또한 밸브(243d)를 열어, 불활성 가스로서의 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 SiO층의 형성에 기여한 후의 O2가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
이때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면 그 후에 수행되는 스텝1에서 악영향이 발생하지 않는다. 이때 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양을 공급하는 것에 의해 스텝1에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 이와 같이 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 N2가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
도 5에는 각 스텝에서의 N2가스의 기준의 유량이 묘선(描線)의 높이에 의해 도시된다(도면에서의 N2가스의 유량은 잔류 가스 제거 시>확산용 N2가스 공급 시>BTBAS가스 공급 시>O2가스 공급 시). 이와 같이 적어도 BTBAS가스 공급 시의 N2가스의 유량보다 확산용 N2가스 공급 시의 N2가스의 유량을 증대시키는 것에 의해 BTBAS가스의 공급 정지에 의한 가스 유량 전체의 저하를 보충할 수 있고, 또한 N2가스에 의한 BTBAS가스의 처리실(201) 내에서의 확산 속도를 한층 더 높일 수 있다. 따라서 보다 단시간에 BTBAS가스를 처리실(201) 내에 균일하게 확산시킬 수 있다. 즉 보다 단시간에 처리실(201) 내의 하방으로부터 상방에 걸쳐서 BTBAS가스가 보다 균일하게 확산된 상태로 할 수 있다. 또한 가스 유량 전체의 급격한 변화에 의한 처리실(201) 내의 압력 변동 등을 억제하여 안정적으로 압력 상승을 도모할 수 있다. 단, N2가스의 각 유량이나 그 대소 관계는 일 예에 지나지 않으며, 이에 한정되지 않는다.
또한 도 5에는 각 스텝에서의 처리실(201) 내의 설정 압력이 묘선의 높이에 의해 도시된다(도면에서의 설정 압력은 BTBAS가스 공급 시≒확산용 N2가스 공급 시>O2가스 공급 시≒잔류 가스 제거 시). 이에 의해 적어도 웨이퍼(200)로의 BTBAS가스 공급 시, 즉 BTBAS가스 공급 시 및 확산용 N2가스 공급 시의 처리실(201) 내의 압력이 O2가스 공급 시나 잔류 가스 제거 시의 처리실(201) 내의 압력보다 고압 상태로 유지된다. 즉 BTBAS가스가 처리실(201) 내에 고압 상태에서 봉입된 상태를 보다 확실하게 유지할 수 있다. 단, 처리실(201) 내의 각 설정 압력이나 그 대소 관계는 일 예에 지나지 않으며, 이에 한정되지 않는다.
산소 함유 가스, 즉 산화 가스로서는 O2가스 외에 오존(O3) 가스, 수증기(H2O가스) 등을 이용해도 좋다. 또한 일산화질소(NO) 가스나 아산화질소(N2O) 가스 등을 이용해도 좋다. 불활성 가스로서는 N2가스 외에 Ar가스, He가스, Ne가스, Xe가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
(소정 횟수 실시)
전술한 스텝1, 스텝2를 1사이클로 하여 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiO막을 형성할 수 있다. 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 즉 1사이클당 형성하는 SiO층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하여 전술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
이때 각 스텝에서의 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어하는 것에 의해 SiO층에서의 각 원소 성분, 즉 Si성분, O성분의 비율, 즉 Si농도, O농도를 조정할 수 있어, SiO막의 조성비를 제어할 수 있다.
사이클을 복수 회 수행하는 경우, 적어도 2사이클째 이후의 각 스텝에서 「웨이퍼(200)에 대하여 소정의 가스를 공급한다」고 기재한 부분은 「웨이퍼(200) 상에 형성되는 층에 대하여, 즉 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」는 것을 의미하고, 「웨이퍼(200) 상에 소정의 층을 형성한다」고 기재한 부분은 「웨이퍼(200) 상에 형성되는 층 상, 즉 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최표면 상에 소정의 층을 형성한다」는 것을 의미한다. 이 점은 전술한 바와 같다. 이 점은 후술하는 변형예 등에서도 마찬가지이다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
소정 조성 및 소정 막 두께의 SiO막을 형성하는 성막 처리가 이루어지면, 밸브(243c, 243d)를 열고 가스 공급관(232c, 232d)의 각각으로부터 불활성 가스로서의 N2가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(퍼지). 그 후 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되어(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
그 후 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되어 매니폴드(209)의 하단이 개구되는 것과 함께, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 그 후 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 본 실시 형태에 의해 얻어지는 효과
본 실시 형태에 의하면 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 갖는다.
(a) 처리실(201) 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 BTBAS가스를 공급한다. 이에 의해 BTBAS가스를 처리실(201) 내에 봉입할 수 있어, 웨이퍼(200) 상으로의 BTBAS가스의 흡착을 촉진시킬 수 있다. 결과적으로 SiO막의 성막 레이트를 향상시킬 수 있다. 또한 SiO막의 단차(段差) 피복성(스텝 커버리지)도 향상시킬 수 있다. 또한 웨이퍼(200)의 면간 및 면내에서의 SiO막의 막 두께나 막질의 균일성도 향상시킬 수 있다.
(b) 처리실(201) 내의 배기 및 BTBAS가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 처리실(201) 내에 확산용 N2가스를 공급한다. 확산용 N2가스는 캐리어 가스로서 작용하고, 또한 피스톤으로서도 작용한다. 이들 작용에 의해 예컨대 웨이퍼(200)의 외주 부근으로부터 중심부근으로, 즉 수평 방향으로 BTBAS가스를 이동시키는 것도 가능하다. 또한 처리실(201) 내의 하방으로부터 상방으로, 즉 수직 방향으로 BTBAS가스를 이동시키는 것도 가능하다. 즉 BTBAS가스를 처리실(201)에 균일하게 확산시킬 수 있다. 결과적으로 웨이퍼(200)의 면간(수직 방향) 및 면내(수평 방향)에서의 SiO막의 막 두께나 막질의 균일성을 향상시킬 수 있다.
원료 가스로서 흡착하기 쉽고 반응성이 높은 BTBAS가스를 이용하여 SiO막을 형성하면 공급 경로에서의 BTBAS가스의 흡착 등이 발생하기 쉬워진다. 이로 인해 처리실(201) 내에서의 BTBAS가스의 농도에 편차가 발생하여, 웨이퍼(200) 상에 형성하는 SiO막의 막 두께나 막질의 면간, 면내의 균일성이 손상될 우려가 있다.
이와 같은 과제에 대하여, 예컨대 처리실(201) 내의 온도에 상하 방향의 구배(勾配)를 설치하는 것에 의해 SiO막의 성막 레이트가 균일해지도록 조정하고, 이에 의해 웨이퍼(200) 사이에서의 SiO막의 막 두께나 막질의 불균일성을 개선하는 방법도 생각해볼 수 있다. 하지만 본 실시 형태와 같이 비교적 저온으로 성막이 수행되는 조건 하에서는 상기와 같은 온도 구배를 설정하기 어려워, 면간, 면내의 균일성의 향상을 도모하는 것이 곤란하다.
그래서 본 실시 형태에서는 확산용 N2가스의 공급을 수행한다. 이에 의해 이와 같은 농도의 편차를 저감하여, 웨이퍼(200) 상에 형성하는 SiO막의 막 두께나 막질의 면간 균일성 및 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
(c) 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 BTBAS가스를 공급하는 공정에서는 BTBAS가스의 공급과 확산용 N2가스의 공급의 2단계로 BTBAS가스의 봉입을 수행한다. 이에 의해 BTBAS가스를 처리실(201) 내에 충분히 확산시켜 처리실(201) 내의 상태를 BTBAS가스가 보다 균일하게 확산된 상태에 단시간에 도달시킬 수 있다. 이에 의해 웨이퍼(200) 상으로의 Si함유층의 형성에 필요한 반응 시간을 확보할 수 있다. 또한 Si함유층의 형성에 기여하지 않고 배기되는 BTBAS가스의 양을 저감할 수 있다. 결과적으로 BTBAS가스의 사용량을 저감할 수 있어, 성막 비용을 삭감할 수 있다.
(d) 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 BTBAS가스를 공급하는 공정에서는 처리실(201) 내를 소정 압력 이하로 한다. 이에 의해 다음에 수행하는 잔류 가스 제거에서 처리실(201) 내를 단시간에 배기할 수 있다. 결과적으로 성막 레이트의 저하를 방지하여 성막 처리의 스루풋을 유지할 수 있다.
(e) 웨이퍼(200)에 대하여 BTBAS가스를 공급할 때, 즉 처리실(201) 내에 BTBAS가스를 공급할 때 및 처리실(201) 내에 확산용 N2가스를 공급할 때에는 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태로 한다. 이에 의해 보다 확실하게 BTBAS가스를 봉입할 수 있어, BTBAS가스의 웨이퍼(200) 상으로의 흡착을 한층 더 촉진할 수 있다. 또한 스텝1의 1회분의 반응에 필요한 분량의 BTBAS가스를 스텝1의 당초(當初)에 공급해두면, 스텝1의 도중에 BTBAS가스가 처리실(201) 내로부터 배기되지 않아 BTBAS가스의 공급을 계속할 필요도 없다. 결과적으로 BTBAS가스의 사용량을 저감할 수 있어, 성막 비용을 삭감할 수 있다.
또한 처리실(201) 내에 확산용 N2가스를 공급할 때는 처리실(201) 내의 배기 및 BTBAS가스의 공급을 정지한 상태로 한다. 이에 의해 처리실(201) 내에서의 공급측으로부터 즉시 배기측으로 도달하는 BTBAS가스의 흐름을 정지할 수 있어, 처리실(201) 내에 BTBAS가스의 확산이 포화된 상태를 만들어내는 것이 가능해진다. 즉 BTBAS가스를 처리실(201) 내의 상방에 충분히 확산시켜 보다 균일한 상태로 단시간에 도달시킬 수 있다.
또한 처리실(201) 내에 BTBAS가스를 공급할 때 및 처리실(201) 내에 확산용 N2가스를 공급할 때, 단순히 처리실(201) 내의 배기를 정지한 상태로 한다. 즉 APC밸브(244)를 단순히 전개로 하면 좋고, 피드백 제어에 의해 APC밸브(244)의 개도를 세세하게 조정할 필요가 없다. 즉 APC밸브(244)이나 압력의 제어가 용이해진다.
(f) 처리실(201) 내에 확산용 N2가스를 공급할 때에는 BTBAS가스의 공급을 정지한 상태로 한다. 이에 의해 처리실(201) 내에 BTBAS가스의 새로운 농도 편차가 발생하기 어렵고, 보다 단시간에 처리실(201) 내에서의 BTBAS가스의 농도의 균일화를 도모할 수 있다
(g) 처리실(201) 내에 확산용 N2가스를 공급할 때에는 처리실(201) 내에 BTBAS가스를 공급할 때보다 N2가스의 유량을 증대시킨다. 이에 의해 N2가스에 의한 BTBAS가스의 처리실(201) 내에서의 확산 속도를 한층 더 높일 수 있고, 보다 단시간에 BTBAS가스를 처리실(201) 내에 균일하게 확산시킬 수 있다. 또한 BTBAS가스의 공급 정지에 의한 가스 유량 전체의 저하를 억제하여, 안정적으로 처리실(201) 내를 승압 할 수 있다.
(4) 본 실시 형태의 변형예
다음으로 본 실시 형태의 변형예에 대하여 도 6을 이용하여 설명한다.
도 6의 (a)에 도시하는 변형예의 성막 시퀀스에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 BTBAS가스를 공급하는 공정에서는 처리실(201) 내를 미세하게 배기한 상태에서 처리실(201) 내에 BTBAS가스를 공급하고, 그 후 처리실(201) 내를 미세하게 배기하여 BTBAS가스를 미세하게 공급한 상태에서 처리실(201) 내에 N2가스를 공급한다. 이 경우에도 처리 조건은 예컨대 도 5에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
처리실(201) 내를 미세하게 배기한 상태로 하는 것에 의해 처리실(201) 내가 급격하게 승압하는 것을 억제하거나, 처리실(201) 내를 소정 압력 이하로 유지하는 것이 용이해진다. 이 경우에도 BTBAS가스를 처리실(201) 내에 균일하게 단시간에 확산시킬 수 있어, 도 5에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한 BTBAS가스가 미세하게 공급된 상태로 하는 것에 의해, Si함유층의 형성 등에 의해 소비된 BTBAS가스의 소비 분을 보충할 수 있다. 이 경우에도 BTBAS가스를 처리실(201) 내에 균일하게 단시간에 확산시킬 수 있어, 도 5에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
단, 도 5에 도시하는 성막 시퀀스와 같이 처리실(201) 내의 배기 및 BTBAS가스의 공급을 정지하는 것에 의해, 공급측으로부터 즉시 배기측으로 도달할 수 있는 BTBAS가스의 흐름을 정지할 수 있어, 한층 더 높은 효과를 얻을 수 있다. 스텝1의 도중에 처리실(201) 내로부터 불필요하게 BTBAS가스가 배기되는 것도 억제할 수 있다. 따라서 도 5에 도시하는 성막 시퀀스가 도 6의 (a)에 도시하는 성막 시퀀스보다 보다 단시간에 보다 균일하게 BTBAS가스를 처리실(201) 내에 확산시킬 수 있고, 또한 BTBAS가스의 사용량을 한층 더 저감할 수 있다는 관점에서 바람직하다.
또한 도 6의 (b)에 도시하는 다른 변형예의 성막 시퀀스에서는, 도 5에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝1에 해당하는 공정 중 BTBAS가스의 공급과 확산용 N2가스의 공급을 복수 회 반복한 후, 잔류 가스의 제거를 수행하는 공정과, 전술한 실시 형태의 스텝2에 해당하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행한다.
즉, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 BTBAS가스를 공급하는 공정을 소정 횟수 반복하는 공정; 처리실(201) 내에 잔류하는 BTBAS가스를 배기하는 공정; 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 O2가스를 공급하는 공정; 처리실(201) 내에 잔류하는 O2가스를 배기하는 공정;을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiO막을 형성한다. 이 경우에도 처리 조건은 예컨대 도 5에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
여기서 웨이퍼(200)에 대하여 BTBAS가스를 공급하는 공정에서는 처리실(201) 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 처리실(201) 내에 BTBAS가스를 공급하고, 그 후 처리실(201) 내의 배기 및 BTBAS가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 처리실(201) 내에 N2가스를 공급한다.
이와 같이 O2가스를 공급하는 공정에 대하여, BTBAS가스를 공급하는 공정의 횟수를 증감시키는 것에 의해, 웨이퍼(200)의 면간, 면내의 SiO막의 막 두께나 막질의 균일성을 한층 더 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
웨이퍼(200)의 면간, 면내의 SiO막의 막 두께나 막질의 균일성의 제어성은 BTBAS가스의 공급량을 적절히 증감시키거나, 확산용 N2가스 공급 시간을 적절히 증감시키는 것에 의해서도 향상시킬 수 있다.
<다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명했다. 단, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 갖가지 변경이 가능하다.
예컨대 전술한 실시 형태에서는 BTBAS가스를 공급하는 노즐(249a)로부터 확산용 N2가스를 공급하는 예에 대하여 설명했다. 단, 본 발명은 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 즉 확산용 N2가스를 BTBAS가스를 공급하는 라인과는 다른 라인으로부터 공급해도 좋다. 또한 확산용 N2가스의 공급을 노즐(249a)과 같은 롱 노즐이 아니라, 예컨대 보트(217)의 하단 근방에 가스 공급공을 포함하는 쇼트 노즐로부터 수행해도 좋다. 이에 의해 처리실(201) 내의 하방의 BTBAS가스를 상방에 압상하는 효과를 높일 수 있다.
또한 전술한 실시 형태에서는 BTBAS가스를 공급하는 노즐(249a)이 동일한 개구 면적 및 개구 피치를 가지는 가스 공급공(250a)을 복수 구비하는 예에 대하여 설명했다. 단, 본 발명은 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 즉 각 가스 공급공의 개구 면적이나 개구 피치는 동일하지 않아도 좋다. 예컨대 BTBAS가스를 공급하는 노즐(249a)은 노즐의 상류측으로부터 하류측을 향하여 가스 공급공의 개구 면적이 커지도록 형성되어도 좋고, 개구 피치가 작아지도록 형성되어도 좋다. 이에 의해 노즐(249a)의 하류측으로부터의 BTBAS가스의 공급량을 증대시켜 처리실(201) 내의 농도 편차가 한층 더 완화되기 쉬워진다.
또한 전술한 실시 형태에서는 BTBAS가스를 노즐(249a)과 같은 롱 노즐을 이용하여 처리실(201) 내에 공급하는 예에 대하여 설명했다. 단, 본 발명은 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 즉 BTBAS가스의 공급에 쇼트 노즐을 이용하는 것도 가능하다. 처리실(201) 내의 상방에 BTBAS가스를 유도하는 유도로가 될 수 있는 롱 노즐과는 달리, 쇼트 노즐을 이용하는 것에 의해 BTBAS가스가 처리실(201) 내의 상방에 한층 더 확산되기 어려워져도, 도 5, 도 6에 도시한 각 성막 시퀀스에 의하면 BTBAS가스를 처리실(201) 내에 균일하게 확산시킬 수 있다.
또한 전술한 실시 형태에서는 확산용 N2가스의 공급에 의해 BTBAS가스를 처리실(201) 내에 확산시키는 예에 대하여 설명했다. 단, 본 발명은 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 즉 처리실(201) 내로의 확산용 N2가스의 공급을 수행하지 않아도 좋다. 즉 처리실(201) 내로의 BTBAS가스의 공급을 정지한 후, 처리실(201) 내로의 확산용 N2가스의 공급을 수행하지 않고 처리실(201) 내의 배기를 소정 시간 정지하고, BTBAS가스를 처리실(201) 내에 확산시켜도 좋다. 단, 확산용 N2가스의 공급을 수행하는 것에 의해 전술한 바와 같이 BTBAS가스의 처리실(201) 내로의 확산을 촉진할 수 있는 것 외에, 처리실(201) 내의 하방으로부터 상방에 걸쳐서 BTBAS가스가 보다 균일하게 확산된 상태로 보다 단시간에 도달시킬 수 있다. 또한 확산용 N2가스의 공급을 수행하는 것에 의해, 예컨대 노즐(249a) 내에 잔류 또는 흡착한 BTBAS가스를 압출하는 효과도 얻을 수 있다. 이에 의해 BTBAS가스의 사용량을 한층 더 저감할 수 있다.
또한 전술한 실시 형태의 성막 시퀀스에서는 APC밸브(244)를 피드백 제어하지 않고 단순히 전개 또는 전폐로 하는 예에 대해서도 설명했다. 이 경우, 압력 조정부로서의 APC밸브(244)로 절체하고, 전개/전폐의 2상태만을 가지는 배기 밸브로서의 개폐 밸브 등을 이용해도 좋다. 이에 의해 배기계의 구성을 간소화할 수 있어, 기판 처리 장치를 보다 저렴하고 단순한 구조로 할 수 있다.
또한 전술한 실시 형태의 성막 시퀀스에서는 SiO막의 형성을 실온에서 수행하는 예에 대해서도 설명했다. 이 경우, 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열을 수행할 필요는 없고, 기판 처리 장치에 히터(207)를 설치하지 않아도 좋다. 이에 의해 기판 처리 장치의 구성을 간소화할 수 있어, 기판 처리 장치의 제조 비용, 즉 기판 처리 비용을 저감할 수 있다.
또한 전술한 실시 형태에서는 SiO막의 성막에 이용하는 원료 가스로서 아미노실란계 원료 가스를 이용하는 예에 대하여 설명했다. 단, 본 발명은 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 즉 원료 가스로서 예컨대 클로로실란계 원료 가스를 이용해도 좋다. 클로로실란계 원료 가스로서는 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스 외에 테트라클로로실란, 즉 실리콘테트라클로라이드(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스 등의 무기 원료 가스를 이용해도 좋다. 또한 원료 가스로서 클로로실란계 이외의 할로겐계의 실란계 원료 가스, 예컨대 플루오로실란계 원료 가스 등을 이용해도 좋다. 플루오로실란계 원료 가스로서는 예컨대 테트라플루오로실란, 즉 실리콘테트라플루오라이드(SiF4) 가스나, 헥사플루오로디실란(Si2F6) 가스 등의 불화 규소 가스를 이용할 수 있다. 아미노실란계 원료 가스, 클로로실란계 원료 가스, 플루오로실란계 원료 가스와 같이 흡착하기 쉽고 반응성이 높은 가스를 원료 가스로서 이용한 경우, 본 발명의 효과를 한층 더 갖기 쉬워진다. 이 경우, 산소 함유 가스로서는 전술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 이때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 전술한 실시 형태에서는 플라즈마로 여기시킨 O2가스를 이용하여 Si함유층을 개질(산화)하는 예에 대하여 설명했다. 단, 본 발명은 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 즉 O2가스는 열적으로 활성화(여기)시켜도 좋다. 또한 산소 함유 가스로서 예컨대 H2O가스 등에 피리딘(C5H5N) 가스 등의 촉매를 첨가하여 이용해도 좋다. 촉매의 작용에 의해 플라즈마나 열을 이용하지 않고, 산소 함유 가스에 의한 산화 반응을 촉진시킬 수 있다. 또한 이와 같은 C5H5N가스 등의 촉매는 반응 가스(산소 함유 가스)에 첨가하여 이용할 뿐만 아니라, HCDS가스 등의 소정의 원료 가스에 첨가하여 이용하는 것도 가능하다. 즉 원료 가스 및 반응 가스 중 적어도 어느 하나에 C5H5N가스 등의 촉매를 첨가하여 이용하는 것에 의해서도 전술한 실시 형태와 마찬가지의 성막을 수행할 수 있다.
또한 전술한 실시 형태에서는 반응 가스로서 O2가스 등의 산소 함유 가스를 이용하여 산화막을 형성하는 예에 대하여 설명했다. 단, 본 발명은 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 반응 가스로서 질소 함유 가스를 이용하여 Si함유층을 질화시켜서 SiN막을 형성해도 좋다. 또한 예컨대 반응 가스로서 탄소 함유 가스를 이용하여 Si함유층 중에 C를 첨가하여 SiC막을 형성해도 좋다. 또는 반응 가스로서 산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 탄소 함유 가스를 적절히 조합하여 SiON막이나 SiOC막이나 SiCN막이나 SiOCN막 등의 Si계 절연막을 형성해도 좋다. 질소 함유 가스로서는 예컨대 암모니아(NH3) 가스 외에 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8가스, 이 화합물을 포함하는 가스 등을 이용할 수 있다. 탄소 함유 가스로서는 프로필렌(C3H6) 가스 외에 아세틸렌(C2H2) 가스, 에틸렌(C2H4) 가스 등의 탄화수소계의 가스를 이용할 수 있다.
또한 전술한 실시 형태에서는 반도체 원소인 Si를 포함하는 Si계 절연막(SiO막, SiN막, SiC막, SiON막, SiOC막, SiCN막, SiOCN막 등)을 형성하는 예에 대하여 설명했다. 단, 본 발명은 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 즉 본 발명은 예컨대 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등의 금속 원소를 포함하는 금속계 박막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다. 이 경우, 전술한 실시 형태에서의 실리콘계 원료 가스 대신에 금속계 원료 가스를 이용하여 전술한 실시 형태와 마찬가지의 시퀀스에 의해 성막을 수행할 수 있다. 즉, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 금속계 원료 가스를 공급하는 공정; 처리실(201) 내에 잔류하는 금속계 원료 가스를 배기하는 공정; 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정; 및 처리실(201) 내에 잔류하는 반응 가스를 배기하는 공정;을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 막을 형성한다. 웨이퍼(200)에 대하여 금속계 원료 가스를 공급하는 공정에서는 처리실(201) 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 처리실(201) 내에 금속계 원료 가스를 공급하고, 그 후 처리실(201) 내의 배기 및 금속계 원료 가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급한다.
예컨대 Ti를 포함하는 금속계 박막(TiO막, TiN막, TiC막, TiON막, TiOC막, TiCN막, TiOCN막 등)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 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 Ti 및 아미노기를 포함하는 가스나, 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 등의 Ti 및 클로로기를 포함하는 가스나, 티타늄테트라플루오라이드(TiF4) 등의 Ti 및 플루오로기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 반응 가스(산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 탄소 함유 가스)로서는 전술한 가스와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 이때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예컨대 Zr을 포함하는 금속계 박막(ZrO막, ZrN막, ZrC막, ZrON막, ZrOC막, ZrCN막, ZrOCN막 등)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 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 Zr 및 아미노기를 포함하는 가스나, 지르코늄테트라클로라이드(ZrCl4) 등의 Zr 및 클로로기를 포함하는 가스나, 지르코늄테트라플루오라이드(ZrF4) 등의 Zr 및 플루오로기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 반응 가스(산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 탄소 함유 가스)로서는 전술한 가스와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 이때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예컨대 Hf를 포함하는 금속계 박막(HfO막, HfN막, HfC막, HfON막, HfOC막, HfCN막, HfOCN막 등)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 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 Hf 및 아미노기를 포함하는 가스나, 하프늄테트라클로라이드(HfCl4) 등의 Hf 및 클로로기를 포함하는 가스나, 하프늄테트라플루오라이드(HfF4) 등의 Hf 및 플루오로기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 반응 가스(산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 탄소 함유 가스)로서는 전술한 가스와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 이때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예컨대 Ta를 포함하는 금속계 박막(TaO막, TaN막, TaC막, TaON막, TaOC막, TaCN막, TaOCN막 등)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 탄탈펜타클로라이드(TaCl5) 등의 Ta 및 클로로기를 포함하는 가스나, 탄탈펜타플루오라이드(TaF5) 등의 Ta 및 플루오로기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 반응 가스(산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 탄소 함유 가스)로서는 전술한 가스와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 이때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예컨대 Al을 포함하는 금속계 박막(AlO막, AlN막, AlC막, AlON막, AlOC막, AlCN막, AlOCN막 등)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 알루미늄트리클로라이드(AlCl3) 등의 Al 및 클로로기를 포함하는 가스나, 알루미늄트리플루오라이드(AlF3) 등의 Al 및 플루오로기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 반응 가스(산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 탄소 함유 가스)로서는 전술한 가스와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 이때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예컨대 Mo를 포함하는 금속계 박막(MoO막, MoN막, MoC막, MoON막, MoOC막, MoCN막, MoOCN막 등)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 몰리브덴펜타클로라이드(MoCl5) 등의 Mo 및 클로로기를 포함하는 가스나, 몰리브덴펜타플루오라이드(MoF5) 등의 Mo 및 플루오로기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 반응 가스(산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 탄소 함유 가스)로서는 전술한 가스와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 이때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
즉 본 발명은 반도체 원소나 금속 원소 등의 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 경우에 바람직하게 적용할 수 있다.
이 각종 박막의 성막에 이용되는 프로세스 레시피(처리 순서나 처리 조건이 기재된 프로그램)는 기판 처리의 내용(형성하는 박막의 막종, 조성비, 막질, 막 두께 등)에 따라 각각 개별로 준비(복수 준비)하는 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때, 기판 처리의 내용에 따라 복수의 프로세스 레시피 중에서 적절한 프로세스 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 기판 처리의 내용에 따라 개별로 준비된 복수의 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체[외부 기억 장치(123)]를 개재하여 기판 처리 장치가 구비하는 기억 장치(121c) 내에 미리 격납(인스톨)해두는 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때, 기판 처리 장치가 구비하는 CPU(121a)가 기억 장치(121c) 내에 격납된 복수의 프로세스 레시피 중에서 기판 처리의 내용에 따라 적절한 프로세스 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하는 것에 의해 1대(臺)의 기판 처리 장치로 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적으로 또한 재현성 좋게 형성할 수 있다. 또한 오퍼레이터의 조작 부담(처리 순서나 처리 조건 등의 입력 부담 등)을 저감할 수 있어, 조작 오류를 회피하면서 기판 처리를 신속히 시작할 수 있다.
전술한 프로세스 레시피는 신규 작성하는 경우에 한정되지 않고, 예컨대 기판 처리 장치에 이미 인스톨된 기존의 프로세스 레시피를 변경하는 것에 의해 준비해도 좋다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우에는 변경 후의 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 개재하여 기판 처리 장치에 인스톨해도 좋다. 또한 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여 기판 처리 장치에 이미 인스톨된 기존의 프로세스 레시피를 직접 변경해도 좋다.
전술한 실시 형태에서는 한 번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치(batch)식의 기판 처리 장치를 이용하여 주로 면간 균일성의 향상을 도모하면서 막을 형성하는 예에 대하여 설명했다. 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예컨대 한 번에 1매 또는 수 매의 기판을 처리하는 매엽식(枚葉式)의 기판 처리 장치를 이용하여 주로 면내 균일성의 향상을 도모하면서 막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다. 또한 전술한 실시 형태에서는 핫 월(Hot Wall)형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 예에 대하여 설명했다. 본 발명은 이에 한정되지 않고, 콜드 월(Cold Wall)형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치에도 바람직하게 적용할 수 있다. 이 경우에도 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
전술한 각실시 형태 등은 적절히 조합하여 이용할 수 있다. 또한 이때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
[실시예]
본 발명의 실시예로서 전술한 실시 형태에서의 기판 처리 장치를 이용하여 전술한 실시 형태의 성막 시퀀스에 의해 웨이퍼 상에 SiO막을 형성하는 처리를 수행했다. 이때 웨이퍼에 대하여 BTBAS가스를 공급하는 공정에서는 APC밸브는 전개로 하고 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 처리실 내로의 BTBA가스의 공급, 확산용 N2가스의 공급을 수행했다. 확산용 N2가스의 공급은 BTBAS가스의 공급을 정지한 상태에서 수행했다.
또한 비교예로서 전술한 실시 형태에서의 기판 처리 장치를 이용하여 도 11에 도시하는 성막 시퀀스에 의해 웨이퍼 상에 SiO막을 형성하는 처리를 수행했다. 도 11에 도시하는 바와 같이 비교예에서 웨이퍼에 대하여 BTBAS가스를 공급하는 공정에서는 확산용 N2가스의 공급을 수행하지 않고, 처리실 내의 배기를 정지한 상태에서 처리실 내에 계속적으로 BTBAS가스를 공급했다. BTBAS가스의 공급 정지 후에는 즉시 잔류 가스의 배기를 수행했다.
도 7은 실시예 및 비교예에서의 SiO막의 막 두께와 그 면간 균일성을 도시하는 그래프다. 그래프의 종축(縱軸)은 SiO막의 막 두께(Å)를 나타내고, 횡축(橫軸)은 보트 내에서의 웨이퍼의 수용 위치(상단: Top, 중단: Center, 하단: Bottom)를 나타낸다. 그래프 상의 △표시는 각 수용 위치에서의 실시예의 웨이퍼에서의 SiO막의 면내 평균 막 두께를 나타내고, ◆표시는 각 수용 위치에서의 비교예의 웨이퍼에서의 SiO막의 면내 평균 막 두께를 나타낸다. 실시예, 비교예의 각 플롯에 기재된 수치는 SiO막의 막 두께의 면간 균일성(±%)을 나타낸다. 면간 균일성은 전체 웨이퍼에서의 SiO막의 면내 평균 막 두께 중 최대값 및 최소값, 즉 면간 최대 막 두께 및 면간 최소 막 두께와, 전체 웨이퍼에서의 SiO막의 막 두께의 평균값, 즉 면간평균 막 두께를 이용하여 이하의 수학식 1에 의해 구했다. 면간 균일성은 웨이퍼 면간에서의 SiO막의 막 두께의 편차를 나타내고, 값이 작을수록 편차가 작다(보다 균일하다)는 것을 의미한다.
Figure pct00001
도 7에 의하면 비교예에 비해 실시예의 면간 균일성이 더 향상된다. 특히 보트 상단(Top)의 웨이퍼에서의 SiO막의 막 두께가 크게 저하한 비교예에 비해, 실시예에서는 보트 상단(Top)의 웨이퍼에서의 SiO막의 막 두께 값이 보트 중단(Center), 하단(Bottom)의 웨이퍼에서의 SiO막의 막 두께 값과 대략 동등이 된다. 실시예에서는 BTBAS가스가 처리실 내의 상하 방향에 균일하게 확산되었기 때문인 것으로 생각된다. 이와 같이 전술한 실시 형태의 성막 시퀀스에 의해 SiO막의 형성을 수행하는 것에 의해 SiO막의 막 두께의 면간 균일성이 향상된는 것을 알 수 있다.
도 8은 실시예 및 비교예에서의 SiO막의 막 두께의 면내 균일성을 도시하는 그래프다. 그래프의 종축은 SiO막의 막 두께의 면내 균일성(±%)을 나타내고, 횡축은 보트 내에서의 웨이퍼의 수용 위치(상단: Top, 중단: Center, 하단: Bottom)을 나타낸다. 그래프 상의 △표시는 각수용 위치에서의 실시예의 웨이퍼에서의 SiO막의 막 두께의 면내 균일성을 나타내고, ◆표시는 각수용 위치에서의 비교예의 웨이퍼에서의 SiO막의 막 두께의 면내 균일성을 나타낸다. 면내 균일성은 소정의 수용 위치에서의 웨이퍼 면내에서의 SiO막의 막 두께의 최대값 및 최소값, 즉 면내 최대 막 두께 및 면내 최소 막 두께와, 이 웨이퍼에서의 SiO막의 면내 평균 막 두께를 이용하여 이하의 수학식 2에 의해 구했다. 면내 균일성은 웨이퍼 면내에서의 SiO막의 막 두께의 편차를 나타내고, 값이 작을수록 편차가 작다(보다 균일하다)는 것을 의미한다.
Figure pct00002
도 8에 의하면, 보트 내에서의 수용 위치와 관계없이 실시예에서는 비교예와 동등 이상의 양호한 면내 균일성을 얻었다. 실시예에서는 BTBAS가스가 처리실 내의 상하 방향뿐만 아니라 수평 방향에도 균일하게 확산되었기 때문인 것으로 생각된다. 전술한 실시 형태의 성막 시퀀스에 의해, SiO막의 형성을 수행하는 것에 의해 SiO막의 막 두께의 면내 균일성이 향상된다는 것을 알 수 있다.
도 9는 실시예 및 비교예에서의 BTBAS가스의 사용량을 도시하는 그래프다. 그래프의 종축은 각 성막 시퀀스에서의 BTBAS가스의 사용량(a.u.: 임의 단위)을 나타낸다. 횡축 상의 흰색 막대 그래프는 실시예의 측정 결과를 나타내고, 사선 막대 그래프는 비교예의 측정 결과를 나타낸다. 각 막대 그래프의 상방에는 BTBAS가스의 사용량이 수치로 표시된다. BTBAS가스의 사용량은 BTBAS가스의 단위 시간당의 공급량(공급 유량)과 BTBAS가스 공급 시간을 곱셈하여 산출되는 값이며, 도 9에서는 임의 단위로 도시된다.
도 9에 의하면 실시예에서는 BTBAS가스의 사용량이 비교예보다 약50% 삭감되었다. 전술한 실시 형태의 성막 시퀀스를 이용하는 것에 의해 실리콘 함유층의 형성에 기여하지 않고 처리실 내로부터 불필요하게 배기되는 BTBAS가스를 저감할 수 있어, SiO막의 성막에 필요한 BTBAS가스의 사용량을 모두 저감할 수 있다는 것을 알 수 있다.
계속해서 전술한 실시 형태의 성막 시퀀스를 이용한 본 발명의 실시예에서 BTBAS가스의 1사이클당의 공급 유량을 변화시켜, 형성되는 SiO막의 막 두께와 그 면내 균일성을 측정했다.
도 10은 실시예에서 BTBAS가스의 공급 유량을 변화시켰을 때의 측정 데이터를 도시하는 도면이며, 도 10의 (a)는 SiO막의 막 두께와 그 면내 균일성을 도시하는 그래프이며, 도 10의 (b)는 SiO막의 막 두께의 면내 분포도다. 도 10의 (a)의 그래프의 좌측의 종축은 SiO막의 막 두께(Å)를 나타내고, 우측의 종축은 SiO막의 막 두께의 면내 균일성(±%)을 나타낸다. 그래프의 횡축은 BTBAS가스의 공급 유량(sccm)을 나타낸다. 그래프 상의 ◆표시는 각 공급 유량에서의 SiO막의 면내 평균 막 두께를 나타내고, □표시는 각 공급 유량에서의 SiO막의 막 두께의 면내 균일성을 나타낸다. 도 10의 (b)의 좌측은 BTBAS가스의 공급 유량이 100sccm일 때의 SiO막의 막 두께의 면내 분포도이며, 우측은 BTBAS가스의 공급 유량이 200sccm일 때의 SiO막의 막 두께의 면내 분포도다.
도 10의 (a)에 의하면, BTBAS가스의 공급 유량을 100sccm에서 200sccm로 증가시키는 동안, SiO막의 막 두께의 면내 균일성은 대략 일정하고 양호하게 유지된다. 이는 전술한 실시 형태의 성막 시퀀스를 이용했기 때문인 것으로 생각된다. 또한 도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이 BTBAS가스의 공급 유량을 100sccm 내지200sccm로 증가시킨 경우, SiO막의 면내 평균 막 두께가 증가한다. 또한 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이 BTBAS가스의 공급 유량을 100sccm에서 200sccm로 증가시킨 경우, 웨이퍼 면내의 SiO막의 막 두께 분포가 반전한다. 즉 BTBAS가스의 공급 유량이 100sccm일 때, SiO막은 웨이퍼 중심부가 얇고(도면 중 색이 짙은 영역), 이를 개재하여 양측의 외주부가 두꺼운(도면 중 색이 연한 영역) 요형(凹形)의 막 두께 분포가 된다. 한편, BTBAS가스의 공급 유량이 200sccm일 때, SiO막은 웨이퍼 중심부가 두껍고(도면 중 색이 연한 영역), 이를 개재하여 양측의 외주부가 얇은(도면 중 색이 짙은 영역)철형(凸形)의 막 두께 분포가 된다. 이와 같이 전술한 실시 형태의 성막 시퀀스에서는 BTBAS가스의 공급 유량을 변화시키는 것에 의해, SiO막의 막 두께의 면내 분포를 요형으로부터 철형 사이에서 반전시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 즉 BTBAS가스의 공급 유량의 조정에 의해 SiO막의 막 두께의 면내 분포가 보다 평탄해지도록 변화시키는 등, SiO막의 막 두께의 면내 균일성을 보다 치밀하게 제어할 수 있다는 것을 알 수 있다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기(附記)한다.
(부기1)
본 발명의 일 형태에 의하면,
처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정; 및
상기 처리실 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 배기하는 공정;
을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 포함하고,
상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 처리실 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하고, 그 후 상기 처리실 내의 배기 및 상기 원료 가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
여기서 「각 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행한다」란 이 사이클을 1회 수행하는 경우와, 이 사이클을 복수 회 반복하는 경우의 양방을 포함한다. 즉 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 것을 의미한다. 또한 여기서 「원료 가스를 공급하는 공정과, 원료 가스를 배기하는 공정과, 반응 가스를 공급하는 공정과, 반응 가스를 배기하는 공정을 포함하는 사이클」에는 각 공정이 임의의 횟수, 임의의 순서로 포함되어도 좋다.
(부기2)
부기1에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 처리실 내의 압력을 상기 반응 가스를 공급하는 공정에서의 상기 처리실 내의 압력보다 높게 한다.
(부기3)
부기1 또는 부기2에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 처리실 내의 압력을 상기 원료 가스를 배기하는 공정, 상기 반응 가스를 공급하는 공정 및 상기 반응 가스를 배기하는 공정에서의 상기 처리실 내의 압력보다 높게 한다.
(부기4)
부기1 내지 부기3 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 처리실 내의 배기를 정지하거나, 상기 처리실 내에 공급된 가스의 상기 처리실 내로부터의 배기 레이트가 상기 처리실 내에 공급되는 가스의 공급 레이트보다 작아지도록 상기 처리실 내를 미세하게 배기한다.
(부기5)
부기1 내지 부기3 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태를 유지한다.
(부기6)
부기1 내지 부기3 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 원료 가스를 배기하는 공정에서는 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기관으로부터 배기하고,
상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 배기관에 설치된 배기 밸브를 실질적으로 닫은 상태를 유지한다.
(부기7)
부기6에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 배기 밸브를 닫거나(풀 클로즈하거나), 상기 처리실 내에 공급된 가스의 상기 처리실 내로부터의 배기 레이트가 상기 처리실 내에 공급되는 가스의 공급 레이트보다 작아지도록 상기 배기 밸브를 미세하게 연다.
(부기8)
부기6에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 배기 밸브를 닫은(풀 클로즈한) 상태를 유지한다.
(부기9)
부기1 내지 부기8 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급할 때에도 상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하고,
상기 처리실 내의 배기 및 상기 원료 가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 공급하는 상기 불활성 가스의 유량을 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급할 때에 상기 처리실 내에 공급하는 상기 불활성 가스의 유량보다 크게 한다.
(부기10)
부기1 내지 부기9 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 원료 가스는 아미노기를 포함한다.
(부기11)
부기1 내지 부기10 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 원료 가스는 아미노실란계 원료 가스를 포함한다.
(부기12)
부기1 내지 부기11 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 원료 가스는 비스터셔리부틸아미노실란(SiH2[NH(C4H9)]2) 가스, 테트라키스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]4) 가스, 트리스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]3H) 가스 및 비스디에틸아미노실란(Si[N(C2H5)2]2H2) 가스 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
(부기13)
부기1 내지 부기11 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 원료 가스는 비스터셔리부틸아미노실란(SiH2[NH(C4H9)]2) 가스를 포함한다.
(부기14)
부기1 내지 부기13 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 반응 가스는 산소 함유 가스를 포함하고, 상기 막은 산화막을 포함한다.
(부기15)
부기1 내지 부기13 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 반응 가스는 플라즈마로 여기한 산소 함유 가스를 포함하고, 상기 막은 산화막을 포함한다.
(부기16)
부기1 내지 부기15 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 기판 상에 막을 형성하는 공정에서는 상기 기판의 온도를 실온 이상 200℃ 이하의 온도로 한다.
(부기17)
부기1 내지 부기15 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 기판 상에 막을 형성하는 공정에서는 상기 기판의 온도를 실온 이상 150℃ 이하의 온도로 한다.
(부기18)
부기1 내지 부기15 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 기판 상에 막을 형성하는 공정에서는 상기 기판의 온도를 실온 이상 100℃ 이하의 온도로 한다.
(부기19)
부기1 내지 부기15 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 기판 상에 막을 형성하는 공정에서는 상기 기판의 온도를 실온으로 한다.
(부기20)
부기1 내지 부기19 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 기판 상에 막을 형성하는 공정은 상기 처리실 내에 복수 매의 기판을 수직 방향에 다단으로 배열한 상태에서 수행된다.
(부기21)
본 발명의 다른 형태에 의하면
처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정;
상기 처리실 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기하는 공정;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정; 및
상기 처리실 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 배기하는 공정;
을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 포함하고,
상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 처리실 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하고, 그 후 상기 처리실 내의 배기 및 상기 원료 가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기22)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면
기판을 수용하는 처리실;
상기 처리실 내에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계;
상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계;
상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급계;
상기 처리실 내를 배기하는 배기계; 및
상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 배기하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 막을 형성하는 처리를 수행하고, 상기 원료 가스를 공급하는 처리에서는 상기 처리실 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하고, 그 후 상기 처리실 내의 배기 및 상기 원료 가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 상기 불활성 가스를 공급하도록, 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계, 상기 불활성 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하도록 구성되는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기23)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면
처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 순서;
상기 처리실 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기하는 순서;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 순서; 및
상기 처리실 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 배기하는 순서;
를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 막을 형성하는 순서를 컴퓨터에 실행시키고,
상기 원료 가스를 공급하는 순서에서는 상기 처리실 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하고, 그 후 상기 처리실 내의 배기 및 상기 원료 가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 프로그램 및 상기 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
121: 컨트롤러(제어부) 200: 웨이퍼(기판)
201: 처리실 202: 처리로
203: 반응관 207: 히터
209: 매니폴드 231: 배기관
232a: 가스 공급관 232b: 가스 공급관
244: APC밸브(배기 밸브)

Claims (12)

  1. 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정;
    상기 처리실 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기하는 공정;
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정; 및
    상기 처리실 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 배기하는 공정;
    을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 처리실 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하고, 그 후 상기 처리실 내의 배기 및 상기 원료 가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 처리실 내의 압력을 상기 반응 가스를 공급하는 공정에서의 상기 처리실 내의 압력보다 높게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 처리실 내의 압력을 상기 원료 가스를 배기하는 공정, 상기 반응 가스를 공급하는 공정 및 상기 반응 가스를 배기하는 공정에서의 상기 처리실 내의 압력보다 높게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 처리실 내의 배기를 정지하거나, 상기 처리실 내에 공급된 가스의 상기 처리실 내로부터의 배기 레이트가 상기 처리실 내에 공급되는 가스의 공급 레이트보다 작아지도록 상기 처리실 내를 미세하게 배기하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 처리실 내의 배기를 정지한 상태를 유지하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스를 배기하는 공정에서는 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기관으로부터 배기하고,
    상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 배기관에 설치된 배기 밸브를 실질적으로 닫은 상태를 유지하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 배기 밸브를 닫거나, 상기 처리실 내에 공급된 가스의 상기 처리실 내로부터의 배기 레이트가 상기 처리실 내에 공급되는 가스의 공급 레이트보다 작아지도록 상기 배기 밸브를 미세하게 여는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 배기 밸브를 닫은 상태를 유지하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급할 때에도 상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하고,
    상기 처리실 내의 배기 및 상기 원료 가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 공급하는 상기 불활성 가스의 유량을, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급할 때에 상기 처리실 내에 공급하는 상기 불활성 가스의 유량보다 크게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스는 아미노기(基)를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 기판을 수용하는 처리실;
    상기 처리실 내에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계;
    상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계;
    상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급계;
    상기 처리실 내를 배기하는 배기계; 및
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 배기하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 막을 형성하는 처리를 수행하고, 상기 원료 가스를 공급하는 처리에서는 상기 처리실 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하고, 그 후 상기 처리실 내의 배기 및 상기 원료 가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 상기 불활성 가스를 공급하도록, 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계, 상기 불활성 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하도록 구성되는 제어부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 순서;
    상기 처리실 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 배기하는 순서;
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 순서; 및
    상기 처리실 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 배기하는 순서;
    를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 막을 형성하는 순서를 컴퓨터에 실행시키고,
    상기 원료 가스를 공급하는 순서에서는 상기 처리실 내의 배기를 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 상기 원료 가스를 공급하고, 그 후 상기 처리실 내의 배기 및 상기 원료 가스의 공급을 실질적으로 정지한 상태에서 상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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