KR20150095215A - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 - Google Patents
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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Abstract
원료 가스와 반응 가스를 사용하여 기판 위에 막을 형성할 때에, 플라즈마를 사용하지 않고, 성막 처리의 생산성이나 막질을 향상시킬 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법은 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 처리실 내의 원료 가스를 배기계로부터 배기하는 공정과, 배기계를 폐색한 상태에서, 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스를 공급하여, 반응 가스를 처리실 내에 봉입하는 공정과, 배기계를 개방한 상태에서, 처리실 내의 반응 가스를 배기계로부터 배기하는 공정을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 기판 위에 막을 형성하는 공정을 포함한다.
Description
본 발명은 기판 위에 박막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
예를 들어, 플래시 메모리나 DRAM 등의 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 기판에 대하여 원료 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스를 활성화시켜서 공급하는 공정을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행하여, 기판 위에 막을 형성하는 공정이 행하여지는 경우가 있다.
그러나, 성막 시의 처리 온도에 따라서는, 반응 가스의 활성화가 불충분해져서, 성막 처리의 생산성이 저하되거나, 막질이 저하되는 경우가 있다. 플라즈마를 사용하여 반응 가스를 활성화시키는 방법도 있지만, 이 경우에는, 플라즈마의 높은 에너지에 의해 기판이 대미지를 받아버리는 경우가 있다.
본 발명은 원료 가스와 반응 가스를 사용하여 기판 위에 막을 형성할 때에, 플라즈마를 사용하지 않고, 성막 처리의 생산성이나 막질을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 원료 가스를 배기계로부터 배기하는 공정과, 상기 배기계를 폐색한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스를 공급하여, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정과, 상기 배기계를 개방한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 반응 가스를 상기 배기계로부터 배기하는 공정을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에 막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실 내에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계와, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 원료 가스를 상기 배기계로부터 배기하는 처리와, 상기 배기계를 폐색한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하여, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 처리와, 상기 배기계를 개방한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 반응 가스를 상기 배기계로부터 배기하는 처리를 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에 막을 형성하는 처리를 행하도록, 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하도록 구성되는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 원료 가스를 배기계로부터 배기하는 수순과, 상기 배기계를 폐색한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스를 공급하여, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 수순과, 상기 배기계를 개방한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 반응 가스를 상기 배기계로부터 배기하는 수순을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에 막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키기 위하여 기록 매체에 저장된 프로그램이 제공된다.
본 발명에 따르면, 원료 가스와 반응 가스를 사용하여 기판 위에 막을 형성할 때에, 플라즈마를 사용하지 않고, 성막 처리의 생산성이나 막질을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍과 처리실 내의 압력 변화를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급 타이밍의 변형예 1을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급 타이밍의 변형예 2를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급 타이밍의 변형예 4를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급 타이밍의 변형예 14를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급 타이밍의 변형예 20을 나타내는 도면이다.
도 10의 (a) 내지 (c)는 각각, 실시예 1 내지 3의 성막 시퀀스에서의 처리실 내의 압력 변화를 도시하는 도면이다.
도 11은 비교예의 성막 시퀀스에서의 처리실 내의 압력 변화를 도시하는 도면이다.
도 12는 실시예 및 비교예에서의 SiCN막의 성막 레이트를 도시하는 도면이다.
도 13의 (a)는 BTCSM의 화학 구조식을, (b)는 BTCSE의 화학 구조식을, (c)는 TCDMDS의 화학 구조식을, (d)는 DCTMDS의 화학 구조식을, (e)는 MCPMDS의 화학 구조식을 나타내는 도면이다.
도 14의 (a)는 보라진의 화학 구조식을, (b)는 보라진 화합물의 화학 구조식을, (c)는 n,n',n"-트리메틸보라진의 화학 구조식을, (d)는 n,n',n"-트리-n-프로필보라진의 화학 구조식을 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 나타내는 도면이다.
도 16의 (a), (b)는 각각, 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍과 처리실 내의 압력 변화를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급 타이밍의 변형예 1을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급 타이밍의 변형예 2를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급 타이밍의 변형예 4를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급 타이밍의 변형예 14를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급 타이밍의 변형예 20을 나타내는 도면이다.
도 10의 (a) 내지 (c)는 각각, 실시예 1 내지 3의 성막 시퀀스에서의 처리실 내의 압력 변화를 도시하는 도면이다.
도 11은 비교예의 성막 시퀀스에서의 처리실 내의 압력 변화를 도시하는 도면이다.
도 12는 실시예 및 비교예에서의 SiCN막의 성막 레이트를 도시하는 도면이다.
도 13의 (a)는 BTCSM의 화학 구조식을, (b)는 BTCSE의 화학 구조식을, (c)는 TCDMDS의 화학 구조식을, (d)는 DCTMDS의 화학 구조식을, (e)는 MCPMDS의 화학 구조식을 나타내는 도면이다.
도 14의 (a)는 보라진의 화학 구조식을, (b)는 보라진 화합물의 화학 구조식을, (c)는 n,n',n"-트리메틸보라진의 화학 구조식을, (d)는 n,n',n"-트리-n-프로필보라진의 화학 구조식을 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 나타내는 도면이다.
도 16의 (a), (b)는 각각, 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 나타내는 도면이다.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서, 도 1 내지 도 3을 사용하여 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시한 바와 같이, 처리로(202)는 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 유지판으로서의 히터 베이스(도시하지 않음)에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 히터(207)는, 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서도 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 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 통 중공부에는, 처리실(201)이 형성되어 있다. 처리실(201)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향으로 다단으로 정렬된 상태에서 수용 가능하도록 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 노즐(249a, 249b)이, 반응관(203)의 하부를 관통하도록 설치되어 있다. 노즐(249a, 249b)에는, 가스 공급관(232a, 232b)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232b)에는 가스 공급관(232c)이 접속되어 있다. 이와 같이, 반응관(203)에는, 2개의 노즐(249a, 249b)과, 3개의 가스 공급관(232a 내지 232c)이 설치되어 있어, 처리실(201) 내에 복수 종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
단, 본 실시 형태의 처리로(202)는, 상술한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 반응관(203)의 하방에, 반응관(203)을 지지하는 금속제의 매니폴드를 설치하고, 각 노즐을, 매니폴드의 측벽을 관통하도록 설치해도 된다. 이 경우, 매니폴드에, 후술하는 배기관(231)을 더 설치해도 된다. 이 경우에도, 배기관(231)을 매니폴드가 아니라 반응관(203)의 하부에 설치해도 된다. 이와 같이, 처리로(202)의 노구부를 금속제로 하고, 이 금속제의 노구부에 노즐 등을 설치해도 된다.
가스 공급관(232a 내지 232c)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a 내지 241c) 및 개폐 밸브인 밸브(243a 내지 243c)가 각각 설치되어 있다. 가스 공급관(232a, 232b)의 밸브(243a, 243b)보다 하류측에는, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(232d, 232e)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232d, 232e)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(241d, 241e) 및 개폐 밸브인 밸브(243d, 243e)가 각각 설치되어 있다.
가스 공급관(232a, 232b)의 선단부에는, 노즐(249a, 249b)이 각각 접속되어 있다. 노즐(249a, 249b)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에서의 원환 형상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해 상승되도록 각각 설치되어 있다. 즉, 노즐(249a, 249b)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 각각 설치되어 있다. 노즐(249a, 249b)은, L자형의 롱 노즐로서 각각 구성되어 있고, 그것들의 각 수평부는, 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그것들의 각 수직부는, 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향해 상승되도록 설치되어 있다. 노즐(249a, 249b)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250a, 250b)이 각각 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250a, 250b)은, 반응관(203)의 중심을 향하도록 각각 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급 구멍(250a, 250b)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 형성되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지며, 또한 동일한 개구 피치로 형성되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 반응관(203)의 내벽과, 적재된 복수의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원환 형상의 세로로 긴 공간 내, 즉, 원통 형상의 공간 내에 배치한 노즐(249a, 249b)을 경유하여 가스를 반송하고 있다. 그리고, 노즐(249a, 249b)에 각각 개구된 가스 공급 구멍(250a, 250b)으로부터, 웨이퍼(200)의 근방에서 비로서 반응관(203) 내에 가스를 분출시키고 있다. 그리고, 반응관(203) 내에서의 가스의 주된 흐름을, 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉, 수평 방향으로 하고 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급할 수 있어, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 박막의 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 웨이퍼(200)의 표면 위를 흐른 가스, 즉, 반응 후의 잔류 가스는, 배기구, 즉, 후술하는 배기관(231)의 방향을 향해 흐른다. 단, 이 잔류 가스의 흐름의 방향은, 배기구의 위치에 따라 적절히 특정되며, 수직 방향에 제한된 것은 아니다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 소정 원소, 탄소(C) 및 할로겐 원소를 포함하고, 소정 원소와 C의 화학 결합을 갖는 원료 가스로서, 예를 들어, 소정 원소로서의 Si, 알킬렌기 및 할로겐기를 포함하고, Si와 C의 화학 결합(Si-C 결합)을 갖는 알킬렌할로실란 원료 가스, 또는, Si, 알킬기 및 할로겐기를 포함하고, Si-C 결합을 갖는 알킬할로실란 원료 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통해 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다.
여기서, 알킬렌기란, 화학식 CnH2n +2로 표현되는 쇄상 포화 탄화수소(알칸)에서 수소(H)를 2개 제거한 관능기이며, 화학식 CnH2n으로 표현되는 원자의 집합체이다. 알킬렌기에는, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 부틸렌기 등이 포함된다. 또한, 알킬기란, 화학식 CnH2n +2로 표현되는 쇄상 포화 탄화수소에서 H를 1개 제거한 관능기이며, 화학식 CnH2n +1로 표현되는 원자의 집합체이다. 알킬기에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등이 포함된다. 또한, 할로겐기에는, 클로로기, 플루오로기, 브로모기 등이 포함된다. 즉, 할로겐기에는, 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br) 등의 할로겐 원소가 포함된다.
알킬렌할로실란 원료 가스로서는, 예를 들어, Si, 알킬렌기로서의 메틸렌기(-CH2-) 및 할로겐기로서의 클로로기(Cl)를 포함하는 원료 가스, 즉, 메틸렌기를 포함하는 클로로실란 원료 가스나, Si, 알킬렌기로서의 에틸렌기(-C2H4-) 및 할로겐기로서의 클로로기(Cl)를 포함하는 원료 가스, 즉, 에틸렌기를 포함하는 클로로실란 원료 가스를 사용할 수 있다. 메틸렌기를 포함하는 클로로실란 원료 가스로서는, 예를 들어, 메틸렌비스(트리클로로실란) 가스, 즉, 비스(트리클로로실릴)메탄((SiCl3)2CH2, 약칭: BTCSM) 가스 등을 사용할 수 있다. 에틸렌기를 포함하는 클로로실란 원료 가스로서는, 예를 들어, 에틸렌비스(트리클로로실란) 가스, 즉, 1,2-비스(트리클로로실릴)에탄((SiCl3)2C2H4, 약칭: BTCSE) 가스 등을 사용할 수 있다.
도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, BTCSM은, 그 화학 구조식 중(1 분자 중)에 알킬렌기로서의 메틸렌기를 1개 포함하고 있다. 메틸렌기가 갖는 2개의 결합손은, 각각 Si와 결합하고 있어, Si-C-Si 결합을 구성하고 있다.
도 13의 (b)에 도시한 바와 같이, BTCSE는, 1 분자 중에 알킬렌기로서의 에틸렌기를 1개 포함하고 있다. 에틸렌기가 갖는 2개의 결합손은, 각각 Si와 결합하고 있어, Si-C-C-Si 결합을 구성하고 있다.
알킬할로실란 원료 가스로서는, 예를 들어, Si, 알킬기로서의 메틸기(-CH3) 및 할로겐기로서의 클로로기(Cl)를 포함하는 원료 가스, 즉, 메틸기를 포함하는 클로로실란 원료 가스를 사용할 수 있다. 메틸기를 포함하는 클로로실란 원료 가스로서는, 예를 들어, 1,1,2,2-테트라클로로-1,2-디메틸디실란((CH3)2Si2Cl4, 약칭: TCDMDS) 가스, 1,2-디클로로-1,1,2,2-테트라메틸디실란((CH3)4Si2Cl2, 약칭: DCTMDS) 가스, 1-모노클로로-1,1,2,2,2-펜타메틸디실란((CH3)5Si2Cl, 약칭: MCPMDS) 가스 등을 사용할 수 있다. TCDMDS 가스, DCTMDS 가스, MCPMDS 가스 등의 알킬할로실란 원료 가스는, BTCSE 가스, BTCSM 가스 등의 알킬렌할로실란 원료 가스와는 달리, Si-Si 결합을 갖는 가스, 즉, 소정 원소 및 할로겐 원소를 포함하고, 소정 원소의 원자끼리의 화학 결합을 갖는 원료 가스이기도 하다.
도 13의 (c)에 도시한 바와 같이, TCDMDS는, 1 분자 중에 알킬기로서의 메틸기를 2개 포함하고 있다. 2개의 메틸기가 갖는 각 결합손은, 각각 Si와 결합하고 있어, Si-C 결합을 구성하고 있다. TCDMDS는 디실란의 유도체이며, Si-Si 결합을 갖고 있다. 즉, TCDMDS는, Si끼리 결합하고, 또한, Si와 C가 결합한 Si-Si-C 결합을 갖고 있다.
도 13의 (d)에 도시한 바와 같이, DCTMDS는, 1 분자 중에 알킬기로서의 메틸기를 4개 포함하고 있다. 4개의 메틸기가 갖는 각 결합손은, 각각 Si와 결합하고 있어, Si-C 결합을 구성하고 있다. DCTMDS는 디실란의 유도체이며, Si-Si 결합을 갖고 있다. 즉, DCTMDS는, Si끼리 결합하고, 또한, Si와 C가 결합한 Si-Si-C 결합을 갖고 있다.
도 13의 (e)에 도시한 바와 같이, MCPMDS는, 1 분자 중에 알킬기로서의 메틸기를 5개 포함하고 있다. 5개의 메틸기가 갖는 각 결합손은, 각각 Si와 결합하고 있어, Si-C 결합을 구성하고 있다. MCPMDS는 디실란의 유도체이며, Si-Si 결합을 갖고 있다. 즉, MCPMDS는, Si끼리 결합하고, 또한, Si와 C가 결합한 Si-Si-C 결합을 갖고 있다. MCPMDS는, BTCSM, BTCSE, TCDMDS, DCTMDS 등과는 달리, 1 분자 중(화학 구조식 중)의 메틸기 및 클로로기의 Si를 둘러싸는 배치가, 비대칭으로 된 에시메트리(asymmetry) 구조를 갖고 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 도 13의 (a) 내지 (d)와 같은 시메트리(symmetry)의 화학 구조식을 갖는 원료뿐만 아니라, 에시메트리의 화학 구조식을 갖는 원료도 사용할 수 있다.
BTCSM 가스나 BTCSE 가스 등의 알킬렌할로실란 원료 가스나, TCDMDS 가스, DCTMDS 가스, MCPMDS 가스 등의 알킬할로실란 원료 가스는, 1 분자 중에 적어도 2개의 Si를 포함하고, 또한 C 및 Cl을 포함하고, Si-C 결합을 갖는 원료 가스라고도 할 수 있다. 이러한 가스는, 후술하는 기판 처리 공정에서, Si 소스로서도 작용하고, C 소스로서도 작용한다. BTCSM 가스나 BTCSE 가스 등을, 알킬렌클로로실란 원료 가스라고 칭할 수도 있다. TCDMDS 가스나 DCTMDS 가스나 MCPMDS 가스 등을, 알킬클로로실란 원료 가스라고 칭할 수도 있다.
본 명세서에서, 원료 가스란, 기체 상태의 원료, 예를 들어, 상온 상압 하에서 액체 상태인 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 원료 등이다. 본 명세서에서 「원료」라는 말을 사용한 경우에는, 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는, 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다. BTCSM 등과 같이, 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 사용하는 경우에는, 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, 원료 가스(BTCSM 가스 등)로서 공급하게 된다.
또한, 가스 공급관(232a)으로부터는, 소정 원소를 포함하는 원료 가스로서, 예를 들어, 소정 원소로서의 Si 및 할로겐 원소를 포함하는 할로실란 원료 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통해 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다.
할로실란 원료란, 할로겐기를 갖는 실란 원료이다. 할로겐기에는, 클로로기, 플루오로기, 브로모기, 요오드기 등이 포함된다. 즉, 할로겐기에는, 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I) 등의 할로겐 원소가 포함된다. 할로실란 원료는, 할로겐화물의 1종이라고도 할 수 있다.
할로실란 원료 가스로서는, 예를 들어, Si 및 Cl을 포함하는 원료 가스, 즉, 클로로실란 원료 가스를 사용할 수 있다. 클로로실란 원료 가스로서는, 예를 들어, 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스를 사용할 수 있다. HCDS와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 사용하는 경우에는, 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, 원료 가스(HCDS 가스)로서 공급하게 된다.
가스 공급관(232b)으로부터는, 원료 가스와는 화학 구조(분자 구조)가 상이한 반응 가스로서, 예를 들어, 질소(N) 함유 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 질소 함유 가스로서는, 예를 들어, 질화 수소계 가스를 사용할 수 있다. 질화 수소계 가스는, 후술하는 기판 처리 공정에서, 질화 가스, 즉, N 소스로서 작용한다. 질화 수소계 가스로서는, 예를 들어, 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다.
또한, 가스 공급관(232b)으로부터는, 원료 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스로서, 예를 들어, 산소(O) 함유 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 산소 함유 가스는, 후술하는 기판 처리 공정에서, 산화 가스, 즉, O 소스로서 작용한다. 산소 함유 가스로서는, 예를 들어, 산소(O2) 가스를 사용할 수 있다.
또한, 가스 공급관(232b)으로부터는, 원료 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스로서, 예를 들어, N 및 C를 포함하는 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있기도 하다. N 및 C를 포함하는 가스로서는, 예를 들어, 아민계 가스를 사용할 수 있다.
아민계 가스란, 기체 상태의 아민, 예를 들어, 상온 상압 하에서 액체 상태인 아민을 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 아민 등의 아민기를 포함하는 가스이다. 아민계 가스는, 에틸아민, 메틸아민, 프로필아민, 이소프로필아민, 부틸아민, 이소부틸아민 등의 아민을 포함한다. 아민이란, 암모니아(NH3)의 H를 알킬기 등의 탄화수소기로 치환한 형태의 화합물의 총칭이다. 아민은, C를 포함하는 리간드, 즉, 유기 리간드로서, 알킬기 등의 탄화수소기를 포함한다. 아민계 가스는, C, N 및 H의 3 원소를 포함하고 있고, Si를 포함하고 있지 않으므로, Si 비함유 가스라고도 할 수 있으며, Si 및 금속을 포함하고 있지 않으므로 Si 및 금속 비함유 가스라고도 할 수 있다. 아민계 가스는, C, N 및 H의 3 원소만으로 구성되는 물질이라고도 할 수 있다. 아민계 가스는, 후술하는 기판 처리 공정에서, N 소스로서도 작용하고, C 소스로서도 작용한다. 본 명세서에서 「아민」이라는 말을 사용한 경우에는, 「액체 상태인 아민」을 의미하는 경우, 「기체 상태인 아민계 가스」를 의미하는 경우, 또는, 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다.
아민계 가스로서는, 예를 들어, 그 화학 구조식 중(1 분자 중)에서의 C를 포함하는 리간드(에틸기)의 수가 복수이며, 1 분자 중에 있어서 N의 수보다 C의 수가 더 많은 트리에틸아민((C2H5)3N, 약칭: TEA) 가스를 사용할 수 있다. TEA와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 아민을 사용하는 경우에는, 액체 상태의 아민을 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, N 및 C를 포함하는 가스(TEA 가스)로서 공급하게 된다.
또한, 가스 공급관(232b)으로부터는, 원료 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스로서, 예를 들어, 보라진환 골격 비함유의 붕소 함유 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있기도 하다. 보라진환 골격 비함유의 붕소 함유 가스로서는, 예를 들어, 보란계 가스를 사용할 수 있다.
보란계 가스란, 기체 상태의 보란 화합물, 예를 들어, 상온 상압 하에서 액체 상태인 보란 화합물을 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 보란 화합물 등이다. 보란 화합물에는, B와 할로겐 원소를 포함하는 할로보란 화합물, 예를 들어, B 및 Cl을 포함하는 클로로보란 화합물이 포함된다. 또한, 보란 화합물에는, 모노보란(BH3)이나 디보란(B2H6)과 같은 보란(붕화수소)나, 보란의 H를 다른 원소 등으로 치환한 형태의 보란 화합물(보란 유도체)이 포함된다. 보란계 가스는, 후술하는 기판 처리 공정에서 B 소스로서 작용한다. 보란계 가스로서는, 예를 들어, 트리클로로보란(BCl3) 가스를 사용할 수 있다. BCl3 가스는, 후술하는 보라진 화합물을 포함하지 않는 붕소 함유 가스, 즉, 비보라진계의 붕소 함유 가스이다.
또한, 가스 공급관(232b)으로부터는, 원료 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스로서, 예를 들어, 보라진환 골격을 포함하는 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있기도 하다. 보라진환 골격을 포함하는 가스로서는, 예를 들어, 보라진환 골격 및 유기 리간드를 포함하는 가스, 즉, 유기 보라진계 가스를 사용할 수 있다.
유기 보라진계 가스로서는, 예를 들어, 유기 보라진 화합물인 알킬보라진 화합물을 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 유기 보라진계 가스를, 보라진 화합물 가스, 또는, 보라진계 가스라고 칭할 수도 있다.
여기서, 보라진이란, B, N 및 H의 3 원소로 구성되는 복소환식 화합물이며, 조성식은 B3H6N3으로 나타낼 수 있고, 도 14의 (a)에 나타내는 화학 구조식으로 나타낼 수 있다. 보라진 화합물은, 3개의 B와 3개의 N으로 구성되는 보라진환을 구성하는 보라진환 골격(보라진 골격이라고도 함)을 포함하는 화합물이다. 유기 보라진 화합물은, C를 포함하는 보라진 화합물이며, C를 포함하는 리간드, 즉, 유기 리간드를 포함하는 보라진 화합물이라고도 할 수 있다. 알킬보라진 화합물은, 알킬기를 포함하는 보라진 화합물이며, 알킬기를 유기 리간드로서 포함하는 보라진 화합물이라고도 할 수 있다. 알킬보라진 화합물은, 보라진에 포함되는 6개의 H 중 적어도 어느 하나를, 1개 이상의 C를 포함하는 탄화수소로 치환한 것이며, 도 14의 (b)에 나타내는 화학 구조식으로 나타낼 수 있다. 여기서, 도 14의 (b)에 나타내는 화학 구조식 중의 R1 내지 R6은, H이거나, 또는 1 내지 4개의 C를 포함하는 알킬기이다. R1 내지 R6은 동일한 종류의 알킬기이어도 되고, 상이한 종류의 알킬기이어도 된다. 단, R1 내지 R6은, 그 모두가 H인 경우를 제외한다. 알킬보라진 화합물은, 보라진환을 구성하는 보라진환 골격을 갖고, B, N, H 및 C를 포함하는 물질이라고도 할 수 있다. 또한, 알킬보라진 화합물은, 보라진환 골격을 갖고 알킬 리간드를 포함하는 물질이라고도 할 수 있다. 또한, R1 내지 R6은, H이거나, 또는 1 내지 4개의 C를 포함하는 알케닐기, 알키닐기이어도 된다. R1 내지 R6은 동일한 종류의 알케닐기, 알키닐기이어도 되고, 상이한 종류의 알케닐기, 알키닐기이어도 된다. 단, R1 내지 R6은, 그 모두가 H인 경우를 제외한다.
보라진계 가스는, 후술하는 기판 처리 공정에서, B 소스로서도 작용하고, N 소스로서도 작용하고, C 소스로서도 작용한다.
보라진계 가스로서는, 예를 들어, n,n',n"-트리메틸보라진(약칭: TMB) 가스, n,n',n"-트리에틸보라진(약칭: TEB) 가스, n,n',n"-트리-n-프로필보라진(약칭: TPB) 가스, n,n',n"-트리이소프로필보라진(약칭: TIPB) 가스, n,n',n"-트리-n-부틸보라진(약칭: TBB) 가스, n,n',n"-트리이소부틸보라진(약칭: TIBB) 가스 등을 사용할 수 있다. TMB는, 도 14의 (b)에 나타내는 화학 구조식 중의 R1, R3, R5가 H이며, R2, R4, R6이 메틸기이며, 도 14의 (c)에 나타내는 화학 구조식으로 나타낼 수 있는 보라진 화합물이다. TEB는, 도 14의 (b)에 나타내는 화학 구조식 중의 R1, R3, R5가 H이며, R2, R4, R6이 에틸기인 보라진 화합물이다. TPB는, 도 14의 (b)에 나타내는 화학 구조식 중의 R1, R3, R5가 H이며, R2, R4, R6이 프로필기이며, 도 14의 (d)에 나타내는 화학 구조식으로 나타낼 수 있는 보라진 화합물이다. TIPB는, 도 14의 (b)에 나타내는 화학 구조식 중의 R1, R3, R5가 H이며, R2, R4, R6이 이소프로필기인 보라진 화합물이다. TIBB는, 도 14의 (b)에 나타내는 화학 구조식 중의 R1, R3, R5가 H이며, R2, R4, R6이 이소부틸기인 보라진 화합물이다.
TMB 등과 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 보라진 화합물을 사용하는 경우에는, 액체 상태의 보라진 화합물을 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, 보라진계 가스(TMB 가스 등)로서 공급하게 된다.
가스 공급관(232c)으로부터는, 원료 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스로서, 예를 들어, 탄소 함유 가스가, MFC(241c), 밸브(243c), 가스 공급관(232b), 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 탄소 함유 가스로서는, 예를 들어, 탄화수소계 가스를 사용할 수 있다. 탄화수소계 가스는, C 및 H의 2 원소만으로 구성되는 물질이라고도 할 수 있고, 후술하는 기판 처리 공정에서 C 소스로서 작용한다. 탄화수소계 가스로서는, 예를 들어, 프로필렌(C3H6) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232d, 232e)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어, 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(241d, 241e), 밸브(243d, 243e), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다.
가스 공급관(232a)으로부터 상술한 바와 같은 원료 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해 원료 가스 공급계가 구성된다. 노즐(249a)을 원료 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 원료 가스 공급계를 원료 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(232a)으로부터 알킬할로실란 원료 가스를 흘리는 경우, 원료 가스 공급계를, 알킬할로실란 원료 가스 공급계, 또는, 알킬할로실란 원료 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(232a)으로부터 알킬렌할로실란 원료 가스를 흘리는 경우, 원료 가스 공급계를, 알킬렌할로실란 원료 가스 공급계, 또는, 알킬렌할로실란 원료 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(232a)으로부터 할로실란 원료 가스를 흘리는 경우, 원료 가스 공급계를, 할로실란 원료 가스 공급계, 또는, 할로실란 원료 공급계라고 칭할 수도 있다.
가스 공급관(232b)으로부터 질소 함유 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해 질소 함유 가스 공급계가 구성된다. 노즐(249b)을 질소 함유 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 질소 함유 가스 공급계를, 질화 가스 공급계, 또는, 질화제 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(232b)으로부터 질화 수소계 가스를 흘리는 경우, 질소 함유 가스 공급계를, 질화 수소계 가스 공급계, 또는, 질화 수소 공급계라고 칭할 수도 있다.
가스 공급관(232b)으로부터 산소 함유 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해 산소 함유 가스 공급계가 구성된다. 노즐(249b)을 산소 함유 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 산소 함유 가스 공급계를, 산화 가스 공급계, 또는, 산화제 공급계라고 칭할 수도 있다.
가스 공급관(232b)으로부터 N 및 C를 포함하는 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해 질소 및 탄소를 포함하는 가스 공급계가 구성된다. 노즐(249b)을 질소 및 탄소를 포함하는 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 가스 공급관(232b)으로부터 아민계 가스를 공급하는 경우, 질소 및 탄소를 포함하는 가스 공급계를, 아민계 가스 공급계, 또는, 아민 공급계라고 칭할 수도 있다. N 및 C를 포함하는 가스는, 질소 함유 가스이기도 하고, 탄소 함유 가스이기도 하므로, 질소 및 탄소를 포함하는 가스 공급계를, 질소 함유 가스 공급계, 후술하는 탄소 함유 가스 공급계에 포함시켜 생각할 수도 있다.
가스 공급관(232b)으로부터 붕소 함유 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해 붕소 함유 가스 공급계가 구성된다. 노즐(249b)을 붕소 함유 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 가스 공급관(232b)으로부터 보란계 가스를 흘리는 경우, 붕소 함유 가스 공급계를, 보란계 가스 공급계, 또는, 보란 화합물 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(232b)으로부터 보라진계 가스를 흘리는 경우, 붕소 함유 가스 공급계를, 보라진계 가스 공급계, 유기 보라진계 가스 공급계, 또는, 보라진 화합물 공급계라고 칭할 수도 있다. 보라진계 가스는, N 및 C를 포함하는 가스이며, 질소 함유 가스이기도 하고, 탄소 함유 가스이기도 하므로, 보라진계 가스 공급계를, 질소 및 탄소를 포함하는 가스 공급계, 질소 함유 가스 공급계, 탄소 함유 가스 공급계에 포함시켜 생각할 수도 있다.
가스 공급관(232c)으로부터 탄소 함유 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232c), MFC(241c), 밸브(243c)에 의해 탄소 함유 가스 공급계가 구성된다. 가스 공급관(232b)의 가스 공급관(232c)과의 접속부보다 하류측에 배치된 노즐(249b)을 탄소 함유 가스 공급계에 포함시켜 생각해도 된다. 가스 공급관(232c)으로부터 탄화수소계 가스를 공급하는 경우, 탄소 함유 가스 공급계를, 탄화수소계 가스 공급계, 또는, 탄화수소 공급계라고 칭할 수도 있다.
상술한 질소 함유 가스 공급계, 산소 함유 가스 공급계, 질소 및 탄소를 포함하는 가스 공급계, 붕소 함유 가스 공급계, 탄소 함유 가스 공급계 중, 어느 하나, 또는, 모든 가스 공급계를, 반응 가스 공급계라고 칭할 수도 있다.
또한, 주로, 가스 공급관(232d, 232e), MFC(241d, 241e), 밸브(243d, 243e)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다. 불활성 가스 공급계를, 퍼지 가스 공급계, 또는, 캐리어 가스 공급계라고 칭할 수도 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. 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, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 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. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜 생각해도 된다. 또한, APC 밸브(244)는, 배기계의 배기 유로의 일부를 구성하고 있어, 압력 조정기로서 기능할 뿐만 아니라, 배기계의 배기 유로를 폐색하거나, 나아가, 밀폐하거나 하는 것이 가능한 배기 유로 개폐부, 즉, 배기 밸브로서 기능한다.
반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(203)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 맞닿도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 SUS 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 반응관(203)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220)이 설치되어 있다. 시일 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는, 후술하는 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) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 보트 엘리베이터(115)는, 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한, 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉, 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어진다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열판(218)이 수평 자세로 다단으로 지지되어 있다. 이 구성에 의해, 히터(207)로부터의 열이 시일 캡(219)측에 전해지기 어렵게 되어 있다. 단, 본 실시 형태는 상술한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 보트(217)의 하부에 단열판(218)을 설치하지 않고, 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 통 형상의 부재로서 구성된 단열 통을 설치해도 된다.
반응관(203) 내에는, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에 대한 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는, 노즐(249a, 249b)과 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치되어 있다.
도 3에 도시한 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 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 통해, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 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. 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우에는, 프로세스 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 유지되는 메모리 영역(워크 에리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(241a 내지 241e), 밸브(243a 내지 243e), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 프로세스 레시피의 내용을 따르도록, MFC(241a 내지 241e)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243e)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 등을 제어하도록 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는, 전용의 컴퓨터로서 구성되어 있는 경우에 한하지 않고, 범용의 컴퓨터로서 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, 이 외부 기억 장치(123)를 사용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하거나 함으로써, 본 실시 형태의 컨트롤러(121)를 구성할 수 있다. 단, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 외부 기억 장치(123)를 통해 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들어, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여, 외부 기억 장치(123)를 통하지 않고 프로그램을 공급하도록 해도 된다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체라는 말을 사용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
상술한 기판 처리 장치를 사용하여, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 위에 막을 형성하는 시퀀스 예에 대해서, 도 4를 사용하여 설명한다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
도 4에 도시하는 성막 시퀀스에서는, 처리실(201) 내의 기판으로서의 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스로서 BTCSM 가스를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내의 BTCSM 가스를 배기계로부터 배기하는 공정과, 배기계를 폐색한 상태에서, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스로서 NH3 가스를 공급하여, NH3 가스를 처리실(201) 내에 봉입하는 공정과, 배기계를 개방한 상태에서, 처리실(201) 내의 NH3 가스를 배기계로부터 배기하는 공정을 비동시로, 즉, 동기시키지 않고 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 실리콘 탄질화막(SiCN막)을 형성한다.
여기에서는, NH3 가스를 처리실(201) 내에 봉입하는 공정에서의 처리실(201) 내의 도달 압력을, BTCSM 가스를 공급하는 공정에서의 처리실(201) 내의 도달 압력보다 크게(높게) 한다. 또한, 도 4의 「압력」은, 처리실(201) 내의 압력(전체압)을 임의 단위(a.u.)로 나타내고 있다. 또한, 도 4의 「설정 압력」에서 점선으로 나타내는 기간은, APC 밸브(244)를 완전 개방(풀 오픈), 또는, 완전 폐쇄(풀 클로즈)로 하고 있는 기간을 나타내고 있다. 즉, 점선으로 나타내는 기간은, 처리실(201) 내의 압력 제어, 즉, APC 밸브(244)의 피드백 제어를 행하고 있지 않은 기간을 나타내고 있다.
상술한 압력 제어를 실현하기 위해서, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스에서는, 일례로서, NH3 가스를 처리실(201) 내에 봉입하는 공정에서의 배기계의 배기 유로의 개방도를, BTCSM 가스를 공급하는 공정에서의 배기 유로의 개방도보다 작게(좁게) 하도록 하고 있다. 구체적으로는, NH3 가스를 처리실(201) 내에 봉입하는 공정에서, 배기계에 설치된 APC 밸브(244)의 개방도를 완전 폐쇄로 하여, 배기계의 배기 유로를 간극이 없도록 완전히(빈틈없이 딱) 폐쇄하도록, 즉, 배기계를 밀폐하도록 하고 있다. 또한, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스에서는, 일례로서, NH3 가스를 처리실(201) 내에 봉입하는 공정에서, NH3 가스를 처리실(201) 내에 계속해서 공급하여, 처리실(201) 내의 압력을 계속해서 상승시키도록 하고 있다.
본 명세서에서, 상술한 사이클을 소정 횟수 행한다는 것은, 이 사이클을 1회 또는 복수 회 행하는 것을 의미한다. 즉, 사이클을 1회 이상 행하는 것을 의미한다. 도 4는, 상술한 사이클을 n회 반복하는 예를 나타내고 있다.
또한, 본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우에는, 「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 포함해서 웨이퍼라 칭하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우에는, 「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 명세서에서 「웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라고 기재한 경우에는, 「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 명세서에서 「웨이퍼 위에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라고 기재한 경우에는, 「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 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 마찬가지이며, 그 경우, 상기 설명에서, 「웨이퍼」를 「기판」으로 치환하여 생각하면 된다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)된다. 그 후, 도 1에 도시한 바와 같이, 복수의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220)을 개재하여 반응관(203)의 하단을 시일한 상태로 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내의 압력, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간의 압력이 원하는 압력(진공도)으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은, 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다. 진공 펌프(246)는, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 항상 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에 대한 통전 상태가 피드백 제어된다. 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행하여진다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은, 적어도, 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행하여진다.
(SiCN막 형성 공정)
그 후, 다음 2개의 스텝, 즉, 스텝 1, 2를 순차적으로 실행한다.
[스텝 1]
(BTCSM 가스 공급)
APC 밸브(244)를 소정의 개방도로 개방한 상태에서, 밸브(243a)를 개방하여, 가스 공급관(232a) 내에 BTCSM 가스를 흘린다. BTCSM 가스는, MFC(241a)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급 구멍(250a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스가 공급되게 된다. 이때 동시에 밸브(243d)를 개방하여, 가스 공급관(232d) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, MFC(241d)에 의해 유량 조정되어, BTCSM 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
또한, 노즐(249b) 내로의 BTCSM 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(243e)를 개방하여, 가스 공급관(232e) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(232b), 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, MFC(241a)에서 제어하는 BTCSM 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 2000sccm, 바람직하게는 10 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241d, 241e)에서 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 처리실(201) 내에 BTCSM 가스를 공급함으로써, 처리실(201) 내의 압력이 상승하기 시작한다. 그 후, 처리실(201) 내의 압력이, 예를 들어 1 내지 2666Pa, 바람직하게는 67 내지 1333Pa의 범위 내의 소정의 압력에 도달하면, APC 밸브(244)의 개방도를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력이 일정하게 유지되도록 한다. BTCSM 가스를 처리실(201) 내에 공급하는 시간, 즉, 웨이퍼(200)에 대한 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 400℃ 이상 800℃ 이하, 바람직하게는 500℃ 이상 700℃ 이하, 보다 바람직하게는 600℃ 이상 700℃ 이하의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다.
웨이퍼(200)의 온도가 400℃ 미만이 되면, 웨이퍼(200) 위에 BTCSM이 화학 흡착되기 어려워져, 실용적인 성막 레이트가 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 400℃ 이상으로 함으로써, 이것을 해소하는 것이 가능하게 된다. 웨이퍼(200)의 온도를 500℃ 이상으로 함으로써, 웨이퍼(200) 위에 BTCSM을 충분히 흡착시키는 것이 가능하게 되어, 충분한 성막 레이트가 얻어지게 된다. 웨이퍼(200)의 온도를 600℃ 이상, 나아가 650℃ 이상으로 함으로써, 웨이퍼(200) 위에 BTCSM을 보다 충분히 흡착시키는 것이 가능하게 되어, 보다 충분한 성막 레이트가 얻어지게 된다.
웨이퍼(200)의 온도가 800℃를 초과하면, CVD 반응이 강해짐으로써(기상 반응이 지배적으로 됨으로써), 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워져, 그 제어가 곤란해져 버린다. 웨이퍼(200)의 온도를 800℃ 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 악화를 억제할 수 있어, 그 제어가 가능하게 된다. 특히, 웨이퍼(200)의 온도를 700℃ 이하로 함으로써, 표면 반응이 지배적으로 되어, 막 두께 균일성을 확보하기 쉬워져, 그 제어가 용이하게 된다.
따라서, 웨이퍼(200)의 온도는 400℃ 이상 800℃ 이하, 바람직하게는 500℃ 이상 700℃ 이하, 보다 바람직하게는 600℃ 이상 700℃ 이하의 범위 내의 온도로 하는 것이 좋다. BTCSM 가스는 분해성이 낮고(반응성이 낮고), 열분해 온도가 높으므로, 예를 들어 650 내지 800℃와 같은 비교적 높은 온도대에서 성막하는 경우에도, 과잉의 기상 반응이 발생하는 것을 억제할 수 있어, 그것에 의한 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 BTCSM 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)(표면의 바탕막) 위에, 제1층으로서, 예를 들어 1 원자층 미만 내지 수 원자층 정도의 두께의 C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층이 형성된다. C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층은, Si-C 결합을 포함하는 층이 된다. C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층은, C 및 Cl을 포함하는 Si층이어도 되고, BTCSM 가스의 흡착층이어도 되고, 그 양쪽을 포함하고 있어도 된다.
C 및 Cl을 포함하는 Si층이란, Si에 의해 구성되고 C 및 Cl을 포함하는 연속적인 층 외에, 불연속인 층이나, 이들이 겹쳐져서 생긴 C 및 Cl을 포함하는 Si 박막도 포함하는 총칭이다. Si에 의해 구성되고 C 및 Cl을 포함하는 연속적인 층을, C 및 Cl을 포함하는 Si 박막이라고 하는 경우도 있다. C 및 Cl을 포함하는 Si층을 구성하는 Si는, C나 Cl과의 결합이 완전히 끊어져 있지 않은 것 외에, C나 Cl과의 결합이 완전히 끊어져 있는 것도 포함한다.
BTCSM 가스의 흡착층은, BTCSM 가스의 가스 분자의 연속적인 흡착층 외에, 불연속인 흡착층도 포함한다. 즉, BTCSM 가스의 흡착층은, BTCSM 분자로 구성되는 1 분자층 또는 1 분자층 미만의 두께의 흡착층을 포함한다. BTCSM 가스의 흡착층을 구성하는 BTCSM 분자는, Si와 C의 결합이 일부 끊어진 것이나, Si와 Cl의 결합이 일부 끊어진 것도 포함한다. 즉, BTCSM 가스의 흡착층은, BTCSM 가스의 물리 흡착층이어도 되고, BTCSM 가스의 화학 흡착층이어도 되고, 그 양쪽을 포함하고 있어도 된다.
여기서, 1 원자층 미만의 두께의 층이란, 불연속으로 형성되는 원자층을 의미하고 있고, 1 원자층의 두께의 층이란, 연속적으로 형성되는 원자층을 의미하고 있다. 1 분자층 미만의 두께의 층이란, 불연속으로 형성되는 분자층을 의미하고 있고, 1 분자층의 두께의 층이란, 연속적으로 형성되는 분자층을 의미하고 있다. C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층은, C 및 Cl을 포함하는 Si층과 BTCSM 가스의 흡착층의 양쪽을 포함할 수 있다. 단, 상술한 바와 같이, C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층에 대해서는, 「1 원자층」, 「수 원자층」 등의 표현을 사용하는 것으로 한다.
BTCSM 가스가 자기 분해(열분해)하는 조건 하에서, 즉, BTCSM 가스의 열분해 반응이 발생하는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 위에 Si가 퇴적됨으로써 C 및 Cl을 포함하는 Si층이 형성된다. BTCSM 가스가 자기 분해(열분해)하지 않는 조건 하에서, 즉, BTCSM 가스의 열분해 반응이 발생하지 않는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 위에 BTCSM 가스가 흡착됨으로써 BTCSM 가스의 흡착층이 형성된다. 어떤 조건 하에서든, BTCSM 가스에서의 Si-C 결합의 적어도 일부는 절단되지 않고 유지되어, 그대로 C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층(C 및 Cl을 포함하는 Si층 또는 BTCSM 가스의 흡착층) 중에 도입되게 된다. 예를 들어, BTCSM 가스의 열분해 반응이 발생하는 조건 하에서, BTCSM 가스에서의 Si-C-Si 결합의 한쪽의 Si-C 결합이 절단되었다고 해도, 다른 쪽의 Si-C 결합은 절단되지 않고 유지되어, C 및 Cl을 포함하는 Si층 중에 그대로 도입되게 된다. 웨이퍼(200) 위에 BTCSM 가스의 흡착층을 형성하기보다, 웨이퍼(200) 위에 C 및 Cl을 포함하는 Si층을 형성하는 것이 성막 레이트를 더욱 높게 할 수 있는 점에서는 바람직하다.
웨이퍼(200) 위에 형성되는 제1층의 두께가 수 원자층을 초과하면, 후술하는 스텝 2에서의 개질의 작용이 제1층의 전체에 미치지 못하게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 위에 형성 가능한 제1층의 두께의 최소값은 1 원자층 미만이다. 따라서, 제1층의 두께는 1 원자층 미만 내지 수 원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. 제1층의 두께를 1 원자층 이하, 즉, 1 원자층 또는 1 원자층 미만으로 함으로써, 후술하는 스텝 2에서의 개질 반응의 작용을 상대적으로 높일 수 있어, 스텝 2에서의 개질 반응에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 스텝 1에서의 제1층의 형성에 필요로 하는 시간을 단축할 수도 있다. 결과적으로, 1 사이클당 처리 시간을 단축할 수 있어, 총 처리 시간을 단축하는 것도 가능하게 된다. 즉, 성막 레이트를 높게 하는 것도 가능하게 된다. 또한, 제1층의 두께를 1 원자층 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능하게 된다.
(잔류 가스 제거)
제1층이 형성된 후, 밸브(243a, 243d, 243e)를 폐쇄하여, BTCSM 가스 및 N2 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 배기계를 개방한 상태에서, 처리실(201) 내의 BTCSM 가스를 배기계로부터 배기한다. 도 4는, 배기계를 개방할 때에 APC 밸브(244)를 완전 개방하여 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1층의 형성에 기여한 후의 BTCSM 가스를, 처리실(201) 내로부터 배제하는 예를 나타내고 있다. 단, 배기계를 개방할 때는, APC 밸브(244)를 완전 개방하지 않고, 약간 폐쇄하도록 해도 된다.
원료 가스로서는, BTCSM 가스 외에, 예를 들어, BTCSE 가스, TCDMDS 가스, DCTMDS 가스, MCPMDS 가스 등을 사용할 수 있다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, 예를 들어 Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
[스텝 2]
(NH3 가스 공급)
스텝 1이 종료된 후, 배기계를 밀폐한 상태에서, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급하여, 처리실(201) 내에 NH3 가스를 봉입한다.
배기계를 밀폐할 때는, APC(244) 밸브를 완전 폐쇄한다. 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급할 때는, 밸브(243b, 243d, 243e)의 개폐 제어를, 스텝 1에서의 밸브(243a, 243d, 243e)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. MFC(241b)로 제어하는 NH3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241d, 241e)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 처리실(201) 내에 NH3 가스를 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 기타 처리 조건은, 예를 들어, 상술한 스텝 1과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
배기계를 밀폐한 상태에서 처리실(201) 내에 NH3 가스를 공급함으로써, 처리실(201) 내에 NH3 가스가 봉입되어, 처리실(201) 내의 압력이 상승하기 시작한다. 또한, 배기계를 밀폐한 상태에서 NH3 가스를 처리실(201) 내에 계속해서 공급함으로써, 처리실(201) 내의 압력이 계속해서 상승한다. 이와 같이, 배기계를 밀폐한 상태에서 NH3 가스의 공급을 계속함으로써, 최종적으로 도달하는 처리실(201) 내의 압력, 즉, 처리실(201) 내의 도달 압력을, 스텝 1에서 BTCSM 가스를 공급할 때에 있어서의 처리실(201) 내의 도달 압력보다 크게(높게) 한다. 구체적으로는, 처리실(201) 내의 도달 압력(전체압)을 예를 들어 400 내지 5000Pa, 바람직하게는 500 내지 4000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 이때, 처리실(201) 내에서의 NH3 가스의 분압은, 예를 들어 360 내지 4950Pa의 범위 내의 압력으로 된다. 처리실(201) 내의 압력, 및 처리실(201) 내에서의 NH3 가스의 분압을 이러한 높은 압력대로 함으로써, 스텝 2에서의 처리실(201) 내의 온도, 즉, 웨이퍼(200)의 온도를, 예를 들어 400 내지 500℃와 같은 비교적 낮은 온도대로 한 경우에도, 처리실(201) 내에 공급한 NH3 가스를, 논플라즈마로 열에 의해 효율적으로 활성화시키는 것이 가능하게 된다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 열적으로 활성화시킨 NH3 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 위에 형성된 제1층의 적어도 일부가 질화(개질)된다. 제1층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 위에 Si, C 및 N을 포함하는 제2층, 즉, SiCN층이 형성되게 된다. NH3 가스는, 논플라즈마로 열에 의해 활성화시켜서 공급하는 것이, 상술한 반응을 소프트하게 진행시킬 수 있어, SiCN층의 형성이 용이하게 된다. 제2층을 형성할 때, 제1층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, NH3 가스에 의한 제1층의 개질 반응의 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하여, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉, 제1층 중의 Cl 등의 불순물은, 제1층 내로부터 뽑히거나 탈리됨으로써, 제1층으로부터 분리된다. 이에 의해, 제2층은, 제1층에 비해 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
(잔류 가스 제거)
제2층이 형성된 후, 밸브(243b, 243d, 243e)를 폐쇄하여, NH3 가스 및 N2 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 배기계를 개방한 상태에서, 처리실(201) 내의 NH3 가스를 배기계로부터 배기한다. 도 4는, 스텝 1과 마찬가지로, 배기계를 개방할 때에 APC 밸브(244)를 완전 개방하여 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2층의 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을, 처리실(201) 내로부터 배제하는 예를 나타내고 있다. 배기계를 개방할 때는, APC 밸브(244)를 완전 개방하지 않고, 약간 폐쇄하도록 해도 되는 점은, 스텝 1과 마찬가지이다.
반응 가스로서 사용하는 질소 함유 가스(질화 가스)로서는, NH3 가스 외에, 예를 들어, 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등의 질화수소계 가스나, 이들 화합물을 포함하는 가스 등을 사용할 수 있다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, 예를 들어, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
(소정 횟수 실시)
상술한 스텝1, 2를 비동시로 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 즉, 스텝 1, 2를 교대로 1회 이상 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiCN막을 형성할 수 있다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1 사이클당 형성되는 SiCN층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하고, 상술한 사이클을 원하는 막 두께로 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
사이클을 복수회 행하는 경우, 적어도 2 사이클째 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. 이 점은, 후술하는 각 변형예, 다른 실시 형태에서도 마찬가지이다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
밸브(243d, 243e)를 개방하여, 가스 공급관(232d, 232e)의 각각으로부터 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 반응관(203)의 하단이 개구된다. 그리고, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서, 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출된다(보트 언로드). 처리 완료된 웨이퍼(200)는, 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 본 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 발휘한다.
(a) 배기계를 폐색한 상태에서, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급하고, NH3 가스를 처리실(201) 내에 봉입함으로써, NH3 가스가 열적으로 활성화되기 전에 처리실(201) 내로부터 배출되어버리는 것을 피할 수 있게 된다. 그리고, 처리실(201) 내에서의 NH3 가스의 체류 시간, 즉, NH3 가스의 열에 의한 활성화에 필요한 가열 시간을 충분히 확보할 수 있게 된다. 이에 의해, NH3 가스의 활성화가 확실하게 행해지게 되어, 제1층과 NH3 가스의 반응을 촉진시키는 것이 가능하게 된다. 결과적으로, 제2층의 형성 레이트, 즉, SiCN막의 성막 레이트를 높이는 것이 가능하게 된다. 본 실시 형태에 따르면, 예를 들어 400 내지 500℃와 같은 비교적 낮은 온도대에서 SiCN막을 성막하는 경우에도, 제1층과 NH3 가스를 반응시키기 쉬워져, SiCN막의 형성을 실용적인 성막 레이트로 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 제1층과의 반응에 기여하지 않은 채 처리실(201) 내로부터 배출되어 버리는 NH3 가스의 양을 삭감할 수 있어, NH3 가스의 이용 효율을 높여, 성막 비용을 저감시키는 것도 가능하게 된다.
(b) NH3 가스를 봉입할 때의 APC 밸브(244)의 개방도를, BTCSM 가스를 공급할 때의 APC 밸브(244)의 개방도보다 작게(좁게) 함으로써, NH3 가스를 봉입할 때의 처리실(201) 내의 도달 압력을, BTCSM 가스를 공급할 때의 처리실(201) 내의 도달 압력보다 크게(높게) 할 수 있다. 이에 의해, 처리실(201) 내에 봉입된 NH3 가스를 효율적으로 활성화시킬 수 있어, SiCN막의 성막 레이트를 더 높이는 것이 가능하게 된다.
특히, NH3 가스를 봉입할 때에, APC 밸브(244)를 완전 폐쇄하여 배기계를 밀폐함으로써, NH3 가스를 봉입할 때의 처리실(201) 내의 도달 압력을 더욱 높일 수 있다. 또한, NH3 가스를 봉입할 때에 배기계를 밀폐함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 보다 고속으로, 보다 단시간에 높일 수 있다. 이들에 의해, 처리실(201) 내에 봉입한 NH3 가스를 더욱 효과적으로 활성화시켜, SiCN막의 성막 레이트를 더욱 높이는 것이 가능하게 된다.
(c) NH3 가스를 봉입할 때에, NH3 가스를 처리실(201) 내에 계속해서 공급함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 계속해서 상승시킬 수 있다. 이에 의해, NH3 가스를 봉입할 때의 처리실(201) 내의 도달 압력을 더욱 높이는 것이 가능하게 된다. 결과적으로, 처리실(201) 내에 공급한 NH3 가스를 더욱 효과적으로 활성화시킬 수 있어, SiCN막의 성막 레이트를 더욱 높이는 것이 가능하게 된다.
또한, NH3 가스를 봉입할 때에, NH3 가스를 처리실(201) 내에 계속해서 공급함으로써, 제1층과 반응함으로써 소비된 NH3 가스를 보충하는 것, 즉, 처리실(201) 내에서의 NH3 가스의 분압을 높은 상태로 유지하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 제1층과 NH3 가스의 반응 효율을 유지하는 것이 가능하게 된다. 즉, SiCN막의 성막 레이트의 저하를 억제하는 것이 가능하게 된다.
(d) 활성화시킨 NH3 가스를 공급함으로써, 제1층 중으로부터, Cl 등의 불순물을 효율적으로 뽑아내거나 탈리시킬 수 있어, 제2층을, 불순물이 적은 층으로 할 수 있다. 결과적으로, 예를 들어 400 내지 500℃와 같은 비교적 낮은 온도대에서 성막하는 경우에도, SiCN막 내의 불순물 농도를 저감시키는 것이 가능하게 된다. 또한 그 결과, SiCN막을, 불화수소(HF) 내성이 높은 막으로 하는 것이 가능하게 된다.
(e) NH3 가스의 활성화를, 논플라즈마의 분위기 하에서, 즉, 논플라즈마의 조건 하에서, 즉, 열적으로 행함으로써, 제1층과 NH3 가스를 반응시킬 때, 제1층에서의 Si-C 결합의 적어도 일부를 절단하지 않고 그대로 보유 지지(유지)할 수 있다. 이에 의해, 제1층으로부터 C가 탈리되는 것, 즉, 제2층 중의 C 농도가 저하되는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, SiCN막의 막 내의 C 농도의 저하를 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한 그 결과, SiCN막을, HF 내성이 높은 막으로 하는 것이 가능하게 된다.
(f) 상술한 사이클을, 논플라즈마의 조건 하에서 소정 횟수 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 형성하는 SiCN막이나 웨이퍼(200)에 대한 플라즈마 대미지를 회피하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 웨이퍼(200) 위에 형성되어 있는 게이트 절연막 등이 하전 입자의 충돌 등의 물리적 대미지를 받아서 파괴되거나, 웨이퍼(200) 위에 형성되어 있는 디바이스 구조에 전하가 대전됨으로써 디바이스 구조가 차징 대미지를 받아서 파괴되거나 하는 것을 피하는 것이 가능하게 된다. 또한, 마찬가지로, 처리실(201) 내의 부재 등에 대한 플라즈마 대미지를 회피하는 것도 가능하게 되어, 기판 처리 장치의 유지 보수 비용을 저감하는 것도 가능하게 된다.
(g) BTCSM 가스와 같은, 1 분자 중에 복수의 할로겐 원소(Cl)를 포함하는 할로실란 원료 가스를 사용함으로써 제1층을 효율적으로 형성하는 것이 가능하게 되어, SiCN막의 성막 레이트를 높이는 것이 가능하게 된다. 또한, 성막에 기여하지 않는 BTCSM 가스의 소비량을 삭감할 수 있어, 성막 비용을 저감시키는 것도 가능하게 된다.
(h) BTCSM 가스와 같은, 1 분자 중에 포함되는 알킬렌기의 분자량(분자 사이즈)이 작은 알킬렌할로실란 원료 가스를 사용함으로써 성막 레이트를 더 높이고, 또한, 견고한 막을 형성하는 것이 가능하게 된다. 왜냐하면, 예를 들어 헥실렌기나 헵틸렌기 등의 분자량이 큰 알킬렌기를 1 분자 중에 포함하는 알킬렌할로실란 원료 가스를 사용한 경우, 이 분자량이 큰 알킬렌기가, 원료 가스에 포함되는 Si의 반응을 저해하는 입체 장해를 야기하여, 제1층의 형성을 저해해버리는 경우가 있다. 또한, 제1층 중에, 상술한 알킬렌기가 미분해, 또는 일부밖에 분해되어 있지 않은 상태로 남아있었을 경우, 이 분자량이 큰 알킬렌기가, 제1층에 포함되는 Si와 NH3 가스의 반응을 저해하는 입체 장해를 야기하여, 제2층의 형성을 저해해버리는 경우가 있다. 이에 반해, BTCSM 가스와 같은, 1 분자 중에 포함되는 알킬렌기의 분자량이 작은 알킬렌할로실란 원료 가스를 사용함으로써, 상술한 입체 장해의 발생을 억제할 수 있어, 제1층 및 제2층의 형성을 각각 촉진시킬 수 있다. 결과적으로, 성막 레이트를 높여, 견고한 막을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, TCDMDS 가스와 같은, 1 분자 중에 포함되는 알킬기의 분자량이 작은 알킬할로실란 원료 가스를 사용한 경우에도, 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(i) BTCSM 가스와 같은, 1 분자 중에 2개의 Si를 포함하는 원료 가스를 사용함으로써 최종적으로 형성되는 SiCN막을, 막 중에 포함되는 Si끼리 서로 근접한 막으로 하는 것이 가능하게 된다. 왜냐하면, BTCSM 가스가 자기 분해하지 않는 조건 하에서 제1층을 형성할 때, BTCSM 가스 분자에 포함되는 2개의 Si는, 서로 근접한 상태를 유지한 채 웨이퍼(200)(표면의 바탕막) 위에 흡착되게 된다. 또한, BTCSM 가스가 자기 분해하는 조건 하에서 제1층을 형성할 때, BTCSM 가스 분자에 포함되는 2개의 Si는, 서로 근접한 상태를 유지한 채 웨이퍼(200) 위에 퇴적되는 경향이 강해진다. 즉, BTCSM 가스와 같은 1 분자 중에 2개의 Si를 포함하는 가스를 사용함으로써, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스와 같은 1 분자 중에 1개의 Si밖에 갖지 않은 가스를 사용하는 경우에 비해, 제1층 중에 포함되는 Si끼리 서로 근접한 상태로 하는 것이 가능하게 된다. 결과적으로, SiCN막을, 막 내의 Si끼리 서로 근접한 막으로 하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 막의 HF 내성을 향상시키는 것도 가능하게 된다.
(j) BTCSM 가스와 같은 Si 소스, C 소스로서 작용하는 알킬렌할로실란 원료 가스와, NH3 가스와 같은 N 소스로서 작용하는 반응 가스를 사용함으로써, 즉, 2종류의 가스를 사용함으로써, Si, C 및 N의 3 원소를 포함하는 막을 형성하는 것이 가능하게 된다. 즉, 성막 시에, 3종류의 가스, 즉, Si 소스, C 소스, N 소스를 따로따로 공급할 필요가 없다. 그 때문에, 3종류의 가스를 사용하는 경우에 비해, 가스 공급 공정을 1 공정 적게 할 수 있어, 1 사이클당 소요 시간을 단축시킬 수 있으므로, 성막 처리의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 3종류의 가스를 사용하는 경우에 비해, 가스 공급 라인을 1 라인 적게 할 수 있어, 기판 처리 장치의 구조를 간소화할 수 있으므로, 그 제조 비용이나 유지 보수 비용을 저감시키는 것도 가능하게 된다.
(k) BTCSM 가스는 분해성이 낮고(반응성이 낮고), 열분해 온도가 높으므로, 예를 들어 650 내지 800℃와 같은 비교적 높은 온도대에서 성막하는 경우에도, 과잉의 기상 반응을 억제할 수 있다. 결과적으로, 처리실(201) 내에서의 파티클의 발생을 억제할 수 있어, 기판 처리의 품질을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(l) 각종 가스의 공급을 비동시, 즉, 교대로 행함으로써, 이 가스를, 표면 반응이 지배적인 조건 하에서 적정하게 반응시킬 수 있다. 결과적으로, SiCN막의 단차 피복성, 막 두께 제어의 제어성을 각각 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 처리실(201) 내에서의 과잉 기상 반응을 회피할 수 있어, 파티클의 발생을 억제하는 것도 가능하게 된다.
(m) 상술한 효과는, 원료 가스로서 BTCSM 가스 이외의 Si-C 결합을 갖는 원료 가스를 사용하는 경우나, 반응 가스로서 NH3 가스 이외의 질소 함유 가스를 사용하는 경우나, 반응 가스로서 질소 함유 가스 이외의 가스, 예를 들어, N 및 C를 포함하는 가스, 산소 함유 가스, 붕소 함유 가스, 탄소 함유 가스 등을 사용하는 경우에도, 마찬가지로 발휘할 수 있다.
(4) 변형예
본 실시 형태에서의 성막 시퀀스는, 도 4에 도시하는 형태에 한정되지 않고, 이하에 나타내는 변형예와 같이 변경할 수 있다.
(변형예 1)
도 5에 도시한 바와 같이, NH3 가스를 공급하는 스텝에서는, NH3 가스의 공급을 N2 가스의 공급보다 먼저 정지하도록 해도 된다. 즉, NH3 가스를 공급하는 스텝에서는, 처리실(201) 내로의 NH3 가스의 공급을 정지한 후, 배기계를 밀폐한 상태를 유지한 채, 처리실(201) 내에 N2 가스를 계속해서 공급함으로써, NH3 가스가 봉입된 처리실(201) 내의 압력(전체압)을 계속해서 상승시키도록 해도 된다.
처리실(201) 내에 NH3 가스를 공급하는 시간은, 예를 들어 1 내지 60초, 바람직하게는 1 내지 30초의 범위 내의 시간으로 한다. NH3 가스의 공급을 정지한 후, 처리실(201) 내로의 N2 가스의 공급을 계속하는 시간은, 예를 들어 1 내지 60초, 바람직하게는 1 내지 30초의 범위 내의 시간으로 한다. 기타 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건으로 할 수 있다. 또한, 본 변형예의 BTCSM 가스를 공급하는 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지로 한다.
본 변형예에서도, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과를 발휘한다.
또한, 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200)의 면간 및 면내에서의 SiCN막의 막 두께나 막질의 균일성을 향상시킬 수 있다. 왜냐하면, NH3 가스의 공급을 정지한 후에 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스는, 처리실(201) 내의 압력을 상승시키는 승압용 가스로서 작용할 뿐만 아니라, 처리실(201) 내의 NH3 가스를 교반(확산)시키는 교반용 가스(피스톤)로서도 작용한다. 이 N2 가스의 작용에 의해, NH3 가스의 공급을 정지한 후, 처리실(201) 내에 봉입된 NH3 가스를 처리실(201) 내에 균일하게 널리 퍼지게 할 수 있고, 결과적으로, 웨이퍼(200)의 면간 및 면내에서의 SiCN막의 막 두께나 막질의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 변형예에 의하면, NH3 가스의 사용량을 삭감할 수 있어, 성막 비용을 저감시키는 것이 가능하게 된다.
(변형예 2)
도 6에 도시한 바와 같이, NH3 가스를 공급하는 스텝에서는, 일단 배기계를 개방한 상태에서, NH3 가스를 처리실(201) 내에 프리플로우한 후에, 배기계를 폐색한 상태에서, NH3 가스를 처리실(201) 내에 공급하여 봉입하도록 해도 된다. NH3 가스를 프리플로우할 때에는, APC 밸브(244)를 개방한 상태에서 밸브(243b, 243d, 243e)를 개방하도록 한다. APC 밸브(244)의 개방도는, BTCSM 가스를 공급하는 스텝에서의 APC 밸브(244)의 개방도보다 작게 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, APC 밸브(244)를 약간 개방함으로써, 처리실(201) 내로부터 배기계를 향하는 가스의 흐름을 약간 형성하도록 한다. APC 밸브(244)의 개방도를 이렇게 제어함으로써, NH3 가스를 처리실(201) 내에 프리플로우할 때에 처리실(201) 내의 압력을 충분히 높일 수 있어, 처리실(201) 내에 공급한 NH3 가스를 효율적으로 활성화시키는 것이 가능하게 된다. 그 후, APC 밸브(244)를 완전 폐쇄함으로써, 처리실(201) 내로부터 배기계를 향하는 가스의 흐름을 차단하고, NH3 가스를 처리실(201) 내에 봉입하도록 한다. 또한, 본 변형예의 BTCSM 가스를 공급하는 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지로 한다.
본 변형예에서도, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과를 발휘한다.
또한, 본 변형예에 의하면, SiCN막의 막질을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 왜냐하면, 처리실(201) 내로의 NH3 가스의 봉입을 개시할 때에, 처리실(201) 내, 예를 들어 처리실(201) 내의 부재의 표면 등에 BTCSM 가스가 미량으로 잔류하고 있는 경우가 있다고 생각된다. 이 경우에 처리실(201) 내로의 NH3 가스의 봉입을 개시하면, BTCSM 가스와 NH3 가스가 반응함으로써, 염화암모늄(NH4Cl) 등의 반응 부생성물이 처리실(201) 내에 생성되어, 그 반응 부생성물을 포함하는 파티클이 발생하는 경우가 있다. 이 파티클이, NH3 가스와 함께 처리실(201) 내에 봉입되면, SiCN막 중에 파티클이 도입되거나 하여 SiCN막의 막질을 저하시켜버리는 경우가 있다. 본 변형예와 같이, 처리실(201) 내로의 NH3 가스의 봉입을 개시하기 전에, 일단, 배기계를 개방한 상태에서 NH3 가스의 프리플로우를 행함으로써, 처리실(201) 내로부터의 반응 부생성물이나 파티클의 제거를 재촉하는 것이 가능하게 된다. 결과적으로, SiCN막의 막질을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(변형예 3)
NH3 가스를 공급하는 스텝 대신에 TEA 가스 등의 N 및 C를 포함하는 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, BTCSM 가스를 공급하는 스텝, TEA 가스 등의 N 및 C를 포함하는 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다.
TEA 가스를 공급하는 스텝에서는, 배기계를 밀폐한 상태에서, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 TEA 가스를 공급하고, 처리실(201) 내에 TEA 가스를 봉입하도록 한다. 즉, 가스 공급관(232b)으로부터 TEA 가스를 흘리도록 하고, APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d, 243e)의 개폐 제어를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2의 APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d, 243e)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. MFC(241b)로 제어하는 TEA 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 처리실(201) 내에 TEA 가스를 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. 기타 처리 조건은, 예를 들어, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 처리 조건으로 한다. 또한, 본 변형예의 BTCSM 가스를 공급하는 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지로 한다.
배기계를 밀폐한 상태에서, 처리실(201) 내에 TEA 가스를 공급함으로써, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 400 내지 5000Pa, 바람직하게는 500 내지 4000Pa의 범위 내의 압력에 도달시킨다. 이때, 처리실(201) 내에서의 TEA 가스의 분압은, 예를 들어 360 내지 4950Pa의 범위 내의 압력이 된다. 처리실(201) 내의 압력, 및 처리실(201) 내에서의 TEA 가스의 분압을 이러한 높은 압력대로 함으로써, 처리실(201) 내의 온도를 예를 들어 400 내지 500℃와 같은 비교적 낮은 온도대로 한 경우에도, 처리실(201) 내에 공급한 TEA 가스를, 논플라즈마로 열에 의해 효율적으로 활성화시키는 것이 가능하게 된다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 열적으로 활성화시킨 TEA 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 위에 형성된 제1층(C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층)과 TEA 가스를 반응시켜, 제1층을 개질시킬 수 있다. 이때, TEA 가스에 포함되어 있던 N 성분 및 C 성분을 제1층에 부가함으로써, 웨이퍼(200) 위에 Si, C 및 N을 포함하는 층, 즉, SiCN층이 형성되게 된다. TEA 가스에 포함되어 있던 C 성분이 도입됨으로써, 이 층은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스로 형성되는 제2층보다 C 성분이 많은 층, 즉, C 리치한 층으로 된다. TEA 가스는, 논플라즈마로 열에 의해 활성화시켜서 공급하는 것이, 상술한 반응을 소프트하게 진행시킬 수 있어, SiCN층의 형성이 용이하게 된다. SiCN층을 형성할 때, 제1층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, TEA 가스에 의한 제1층의 개질 반응의 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하여, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉, 제1층 중의 Cl 등의 불순물은, 제1층 내로부터 뽑히거나 탈리됨으로써, 제1층으로부터 분리된다. 이에 의해, SiCN층은, 제1층에 비해 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
SiCN층이 형성된 후, 밸브(243b)를 폐쇄하여, TEA 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 SiCN층의 형성에 기여한 후의 TEA 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
N 및 C를 포함하는 가스로서는, TEA 가스 외에, 예를 들어, 디에틸아민((C2H5)2NH, 약칭: DEA) 가스, 모노에틸아민(C2H5NH2, 약칭: MEA) 가스 등의 에틸아민계 가스, 트리메틸아민((CH3)3N, 약칭: TMA) 가스, 디메틸아민((CH3)2NH, 약칭: DMA) 가스, 모노메틸아민(CH3NH2, 약칭: MMA) 가스 등의 메틸아민계 가스, 트리프로필아민((C3H7)3N, 약칭: TPA) 가스, 디프로필아민((C3H7)2NH, 약칭: DPA) 가스, 모노 프로필아민(C3H7NH2, 약칭: MPA) 가스 등의 프로필아민계 가스, 트리이소프로필아민([(CH3)2CH]3N, 약칭: TIPA) 가스, 디이소프로필아민([(CH3)2CH]2NH, 약칭: DIPA) 가스, 모노이소프로필아민((CH3)2CHNH2, 약칭: MIPA) 가스 등의 이소프로필아민계 가스, 트리부틸아민((C4H9)3N, 약칭: TBA) 가스, 디부틸아민((C4H9)2NH, 약칭: DBA) 가스, 모노부틸아민(C4H9NH2, 약칭: MBA) 가스 등의 부틸아민계 가스, 또는, 트리이소부틸아민([(CH3)2CHCH2]3N, 약칭: TIBA) 가스, 디이소부틸아민([(CH3)2CHCH2]2NH, 약칭: DIBA) 가스, 모노이소부틸아민((CH3)2CHCH2NH2, 약칭: MIBA) 가스 등의 이소부틸아민계 가스를 사용할 수 있다. 즉, 아민계 가스로서는, 예를 들어, (C2H5)xNH3 -x, (CH3)xNH3 -x, (C3H7)xNH3 -x, [(CH3)2CH]xNH3 -x, (C4H9)xNH3 -x, [(CH3)2CHCH2]xNH3 -x (화학식 중 x는 1 내지 3의 정수)의 조성식으로 표현되는 가스 중, 적어도 1종류의 가스를 사용할 수 있다. SiCN막 내의 N 농도의 증가를 억제하면서, 그 C 농도를 높게 하기 위해서는, 아민계 가스로서, 1 분자 중에서 N의 수보다 C의 수가 더 많은 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 아민계 가스로서는, TEA, DEA, MEA, TMA, DMA, TPA, DPA, MPA, TIPA, DIPA, MIPA, TBA, DBA, MBA, TIBA, DIBA 및 MIBA로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1개의 아민을 포함하는 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, N 및 C를 포함하는 가스로서는, 아민계 가스 외에, 예를 들어, 유기 히드라진계 가스를 사용할 수 있다. 여기서, 유기 히드라진계 가스란, 기체 상태의 유기 히드라진(화합물), 예를 들어, 상온 상압 하에서 액체 상태인 유기 히드라진을 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 유기 히드라진 등의 히드라진기를 포함하는 가스이다. 유기 히드라진계 가스를, 간단히, 유기 히드라진 가스, 또는, 유기 히드라진 화합물 가스라 칭할 수도 있다. 유기 히드라진계 가스는, C, N 및 H의 3 원소로 구성되는 Si 비함유의 가스이며, 나아가, Si 및 금속 비함유의 가스이다. 유기 히드라진계 가스로서는, 예를 들어, 모노메틸히드라진((CH3)HN2H2, 약칭: MMH) 가스, 디메틸히드라진((CH3)2N2H2, 약칭: DMH) 가스, 트리메틸 히드라진((CH3)2N2(CH3)H, 약칭: TMH) 가스 등의 메틸히드라진계 가스나, 에틸히드라진((C2H5)HN2H2, 약칭: EH) 가스 등의 에틸히드라진계 가스를 사용할 수 있다. SiCN막 내의 N 농도의 증가를 억제하면서, 그 C 농도를 높게 하기 위해서는, 유기 히드라진계 가스로서, 1 분자 중에서 N의 수보다 C의 수가 더 많은 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
아민계 가스나 유기 히드라진계 가스로서는, 1 분자 중에 C를 포함하는 리간드를 복수 갖는 가스, 즉, 1 분자 중에 알킬기 등의 탄화수소기를 복수 갖는 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 아민계 가스나 유기 히드라진계 가스로서는, 1 분자 중에 C를 포함하는 리간드(알킬기 등의 탄화수소기), 즉, 유기 리간드를 3개, 또는 2개 갖는 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 각 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiCN막을 형성할 수 있다. 1 사이클당 형성하는 SiCN층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직한 점은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지이다.
본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, C 소스로서도 작용하는 TEA 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 즉, 1 사이클 중에 2종류의 카본 소스(더블 카본 소스)를 사용하여 성막을 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 형성하는 SiCN막을, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스로 형성되는 SiCN막보다 C 성분이 많은 막, 즉, C 리치한 막으로 할 수 있다. 즉, SiCN막의 조성비 제어의 윈도우를 확장하는 것이 가능하게 된다.
(변형예 4)
도 7에 도시한 바와 같이, 또한, O2 가스 등의 산소 함유 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, BTCSM 가스를 공급하는 스텝, NH3 가스를 공급하는 스텝, O2 가스 등의 산소 함유 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예의 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, NH3 가스를 공급하는 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지로 한다.
O2 가스를 공급하는 스텝에서는, 배기계를 밀폐한 상태에서, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 O2 가스를 공급하여, 처리실(201) 내에 O2 가스를 봉입하도록 한다. 즉, 가스 공급관(232b)으로부터 O2 가스를 흘리도록 하고, APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d, 243e)의 개폐 제어를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2의 APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d, 243e)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. MFC(241b)로 제어하는 O2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 처리실(201) 내에 O2 가스를 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 기타 처리 조건은, 예를 들어, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
배기계를 밀폐한 상태에서, 처리실(201) 내에 O2 가스를 공급함으로써, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 400 내지 5000Pa, 바람직하게는 500 내지 4000Pa의 범위 내의 압력에 도달시킨다. 이때, 처리실(201) 내에서의 O2 가스의 분압은, 예를 들어 360 내지 4950Pa의 범위 내의 압력으로 된다. 처리실(201) 내의 압력, 및 처리실(201) 내에서의 O2 가스의 분압을 이러한 높은 압력대로 함으로써, 처리실(201) 내의 온도를 예를 들어 400 내지 500℃와 같은 비교적 낮은 온도대로 한 경우에도, 처리실(201) 내에 공급한 O2 가스를, 논플라즈마로 열에 의해 효율적으로 활성화시켜, 산화력을 높이는 것이 가능하게 된다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 열적으로 활성화시킨 O2 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 위에 형성된 제2층(SiCN층)의 적어도 일부가 산화(개질)된다. SiCN층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 위에 Si, O, C 및 N을 포함하는 층, 즉, 실리콘 산탄질화층(SiOCN층)이 형성되게 된다. SiOCN층을 형성할 때, SiCN층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, O2 가스에 의한 SiCN층의 개질 반응의 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하여, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉, SiCN층 중의 Cl 등의 불순물은, SiCN층 내로부터 뽑히거나 탈리됨으로써, SiCN층으로부터 분리된다. 이에 의해, SiOCN층은, SiCN층에 비해 Cl 등의 불순물이 더 적은 층이 된다. O2 가스는, 논플라즈마로 열적으로 활성화시켜서 공급하는 것이, 상술한 반응을 더 소프트하게 진행시킬 수 있어, SiOCN층의 형성이 용이하게 된다.
SiOCN층이 형성된 후, 밸브(243b)를 폐쇄하여, O2 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 1과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 SiOCN층의 형성에 기여한 후의 O2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
산소 함유 가스로서는, O2 가스 외에, 예를 들어, 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 오존(O3) 가스, 수소(H2) 가스+O2 가스, H2 가스+O3 가스, 수증기(H2O), 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스 등을 사용할 수 있다.
상술한 각 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 Si, O, C 및 N을 포함하는 막으로서, 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘 산탄질화막(SiOCN막)을 형성할 수 있다. 1 사이클당 형성하는 SiOCN층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직한 점은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지이다.
본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, O2 가스를 공급함으로써 SiCN층 중으로부터 Cl 등의 불순물을 더욱 탈리시킬 수 있어, SiOCN막 내의 불순물 농도를 더욱 저감시켜, 막의 HF 내성을 더욱 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(변형예 5)
NH3 가스를 공급하는 스텝 대신에 TEA 가스를 공급하는 스텝을 행하고, 또한 O2 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, BTCSM 가스를 공급하는 스텝, TEA 가스를 공급하는 스텝, O2 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 상술한 변형예 3, 4와 마찬가지로 한다.
BTCSM 가스를 공급하는 스텝, TEA 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써 웨이퍼(200) 위에 SiCN층을 형성한 후, O2 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 형성된 SiCN층의 적어도 일부가 산화(개질)된다. 이때, 예를 들어 처리실(201) 내의 도달 압력을 높게 하거나 해서 산화력을 높임으로써, SiCN층에 포함되는 N의 대부분을 탈리시켜서 불순물 레벨로 하거나, SiCN층에 포함되는 N을 실질적으로 소멸시키거나 할 수도 있다. 이에 의해, SiCN층은, SiOCN층, 또는, 실리콘 산탄화층(SiOC층)으로 개질된다. O2 가스는, 논플라즈마로 열적으로 활성화시켜서 공급하는 것이, 상술한 반응을 소프트하게 진행시킬 수 있어, SiOCN층, 또는, SiOC층의 형성이 용이하게 된다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 SiOCN막, 또는, 실리콘 산탄화막(SiOC막)이 형성되게 된다.
본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 3, 4 등과 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 본 변형예에 의하면, O2 가스를 공급함으로써 SiCN층 중으로부터 Cl 등의 불순물을 더 탈리시킬 수 있어, SiOCN막, 또는, SiOC막 내의 불순물 농도를 저감시켜, 막의 HF 내성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(변형예 6)
NH3 가스를 공급하는 스텝 대신에 O2 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, BTCSM 가스를 공급하는 스텝, O2 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 상술한 변형예 4와 마찬가지로 한다.
BTCSM 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써 웨이퍼(200) 위에 제1층(C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층)을 형성한 후, O2 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 형성된 제1층의 적어도 일부가 산화(개질)된다. 제1층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 위에 Si, O 및 C를 포함하는 층, 즉, 실리콘 산탄화층(SiOC층)이 형성되게 된다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 Si, O 및 C를 포함하는 막으로서, 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘 산탄화막(SiOC막)이 형성되게 된다.
본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 본 변형예에 의하면, O2 가스를 공급함으로써 제1층 중으로부터 Cl 등의 불순물을 탈리시킬 수 있어, 최종적으로 형성되는 SiOC막 내의 불순물 농도를 저감시켜, 막의 HF 내성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(변형예 7)
BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, NH3 가스를 공급하는 스텝의 사이에, BCl3 가스 등의 보란계 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, BTCSM 가스를 공급하는 스텝, BCl3 가스 등의 보란계 가스를 공급하는 스텝, NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예의 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, NH3 가스를 공급하는 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지로 한다.
BCl3 가스를 공급하는 스텝에서는, 배기계를 밀폐한 상태에서, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 BCl3 가스를 공급하여, 처리실(201) 내에 BCl3 가스를 봉입하도록 한다. 즉, 가스 공급관(232b)으로부터 BCl3 가스를 흘리도록 하고, APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d, 243e)의 개폐 제어를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2의 APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d, 243e)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. MFC(241b)로 제어하는 BCl3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 처리실(201) 내에 BCl3 가스를 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 기타 처리 조건은, 예를 들어, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
배기계를 밀폐한 상태에서, 처리실(201) 내에 BCl3 가스를 공급함으로써, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 400 내지 5000Pa, 바람직하게는 500 내지 4000Pa의 범위 내의 압력에 도달시킨다. 이때, 처리실(201) 내에서의 BCl3 가스의 분압은, 예를 들어 360 내지 4950Pa의 범위 내의 압력으로 된다. 처리실(201) 내의 압력, 및 처리실(201) 내에서의 BCl3 가스의 분압을 이러한 높은 압력대로 함으로써, 처리실(201) 내의 온도를 예를 들어 400 내지 500℃와 같은 비교적 낮은 온도대로 한 경우에도, 처리실(201) 내에 공급한 BCl3 가스를, 논플라즈마로 열에 의해 효율적으로 활성화시키는 것이 가능하게 된다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 BCl3 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 위에 형성된 제1층(C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층)의 표면 위에, 1 원자층 미만의 두께의 B 함유층, 즉, 불연속인 B 함유층이 형성된다. B 함유층은, B층이어도 되고, BCl3 가스의 화학 흡착층이어도 되고, 그 양쪽을 포함하고 있어도 된다. 제1층의 표면 위에 B 함유층이 형성됨으로써, 웨이퍼(200) 위에 Si, B 및 C를 포함하는 층이 형성되게 된다. BCl3 가스는 비보라진계의 붕소 함유 가스이기 때문에, Si, B 및 C를 포함하는 층은, 보라진환 골격 비함유의 층이 된다. BCl3 가스는, 논플라즈마로 열적으로 활성화시켜서 공급하는 것이, 상술한 반응을 소프트하게 진행시킬 수 있어, Si, B 및 C를 포함하는 층의 형성이 용이하게 된다.
보라진환 골격 비함유의 붕소 함유 가스로서는, BCl3 가스 이외의 할로겐화 붕소계 가스(할로보란계 가스), 예를 들어, BCl3 가스 이외의 클로로보란계 가스나, 트리플루오로보란(BF3) 가스 등의 플루오로보란계 가스나, 트리브로모보란(BBr3) 가스 등의 브로모보란계 가스를 사용할 수 있다. 또한, B2H6 가스 등의 보란계 가스를 사용할 수도 있다. 또한, 무기 보란계 가스 외에, 유기 보란계 가스를 사용할 수도 있다.
Si, B 및 C를 포함하는 층이 형성된 후, 밸브(243b)를 폐쇄하여, BCl3 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 도 4에 도시하는 스텝 2와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Si, B 및 C를 포함하는 층의 형성에 기여한 후의 BCl3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
그 후, 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, Si, B 및 C를 포함하는 층은, Si, B, C 및 N을 포함하는 층, 즉, 실리콘 붕탄질화층(SiBCN층)으로 개질된다.
상술한 각 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 Si, B, C 및 N을 포함하는 막으로서, 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막)을 형성할 수 있다. 1 사이클당 형성하는 SiBCN층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직한 점은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지이다.
본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 상술한 성막 시퀀스나 상술한 각 변형예와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 웨이퍼(200) 위에 형성하는 막 중에 B를 첨가함으로써, 예를 들어, 막의 HF 내성 등을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(변형예 8)
NH3 가스를 공급하는 스텝 대신에 TEA 가스를 공급하는 스텝을 행하고, BTCSM 가스를 공급하는 스텝과 TEA 가스를 공급하는 스텝의 사이에, BCl3 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, BTCSM 가스를 공급하는 스텝, BCl3 가스를 공급하는 스텝, TEA 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 SiBCN막이 형성되게 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스, 변형예 7, 변형예 3과 마찬가지로 한다.
본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 상술한 성막 시퀀스나 변형예 7과 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, TEA 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 형성하는 SiBCN막을, 변형예 7에서 형성하는 SiBCN막보다 C 성분이 많은 막, 즉, C 리치한 막으로 할 수 있다. 즉, SiBCN막의 조성비 제어의 윈도우를 확장하는 것이 가능하게 된다.
(변형예 9)
NH3 가스를 공급하는 스텝 대신에 TMB 가스 등의 보라진계 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, BTCSM 가스를 공급하는 스텝, TMB 가스 등의 보라진계 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예의 BTCSM 가스를 공급하는 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지로 한다.
TMB 가스를 공급하는 스텝에서는, 배기계를 밀폐한 상태에서, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 TMB 가스를 공급하여, 처리실(201) 내에 TMB 가스를 봉입하도록 한다. 즉, 가스 공급관(232b)으로부터 TMB 가스를 흘리도록 하고, APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d, 243e)의 개폐 제어를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2의 APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d, 243e)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. MFC(241b)로 제어하는 TMB 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 처리실(201) 내에 TMB 가스를 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 기타 처리 조건은, 예를 들어, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
배기계를 밀폐한 상태에서, 처리실(201) 내에 TMB 가스를 공급함으로써, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 400 내지 5000Pa, 바람직하게는 500 내지 4000Pa의 범위 내의 압력에 도달시킨다. 이때, 처리실(201) 내에서의 TMB 가스의 분압은, 예를 들어 360 내지 4950Pa의 범위 내의 압력으로 된다. 처리실(201) 내의 압력, 및 처리실(201) 내에서의 TMB 가스의 분압을 이러한 높은 압력대로 함으로써, 처리실(201) 내의 온도를 예를 들어 400 내지 500℃와 같은 비교적 낮은 온도대로 한 경우에도, 처리실(201) 내에 공급한 TMB 가스를, 논플라즈마로 열에 의해 효율적으로 활성화시키는 것이 가능하게 된다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 TMB 가스를 공급함으로써, 제1층(C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층)과 TMB 가스가 반응한다. 즉, 제1층에 포함되는 Cl(클로로기)과 TMB에 포함되는 리간드(메틸기)가 반응한다. 그에 의해, TMB의 리간드와 반응시킨 제1층의 Cl을, 제1층으로부터 분리시킴(뽑아냄)과 함께, 제1층의 Cl과 반응시킨 TMB의 리간드를, TMB로부터 분리시킬 수 있다. 그리고, 리간드가 분리된 TMB의 보라진환을 구성하는 N과, 제1층의 Si를 결합시킬 수 있다. 즉, TMB의 보라진환을 구성하는 B, N 중 메틸 리간드가 떨어져 미결합손(댕글링 본드)을 갖게 된 N과, 제1층에 포함되고 미결합손을 갖게 된 Si, 또는, 미결합손을 갖고 있던 Si를 결합시켜서, Si-N 결합을 형성하는 것이 가능하게 된다. 이때, TMB의 보라진환을 구성하는 보라진환 골격은, 깨지지 않고 유지되게 된다.
TMB 가스를 상술한 조건 하에서 공급함으로써, TMB에서의 보라진환 골격을 파괴하지 않고 유지하면서, 제1층과 TMB를 적정하게 반응시킬 수 있어, 상술한 일련의 반응을 발생시키는 것이 가능하게 된다. TMB의 보라진환 골격을 유지한 상태에서, 이 일련의 반응을 발생시키기 위한 가장 중요한 팩터(조건)는, 웨이퍼(200)의 온도와 처리실(201) 내의 압력, 특히 웨이퍼(200)의 온도라고 생각되며, 이들을 적정하게 제어함으로써, 적정한 반응을 발생시키는 것이 가능하게 된다.
이 일련의 반응에 의해, 제1층 중에 보라진환이 새롭게 도입되어, 제1층은, 보라진환 골격을 갖고 Si, B, C 및 N을 포함하는 층, 즉, 보라진환 골격을 포함하는 실리콘 붕탄질화층(SiBCN층)으로 변화된다(개질된다). 보라진환 골격을 포함하는 SiBCN층은, 예를 들어 1 원자층 미만 내지 수 원자층 정도의 두께의 층이 된다. 보라진환 골격을 포함하는 SiBCN층은, Si, C 및 보라진환 골격을 포함하는 층이라고도 할 수 있다.
제1층 중에 보라진환이 새롭게 도입됨으로써, 제1층 중에, 보라진환을 구성하는 B 성분, N 성분이 도입되게 된다. 또한 이때, 제1층 중에, TMB의 리간드에 포함되어 있던 C 성분도 도입되게 된다. 즉, 제1층과 TMB를 반응시켜서 제1층 중에 보라진환을 도입함으로써, 제1층 중에, B 성분, C 성분 및 N 성분을 첨가할 수 있다.
보라진환 골격을 포함하는 SiBCN층을 형성할 때, 제1층에 포함되어 있던 Cl이나, TMB 가스에 포함되어 있던 H는, TMB 가스에 의한 제1층의 개질 반응의 과정에서, 적어도 Cl, H를 포함하는 가스 상태 물질을 구성하여, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉, 제1층 중의 Cl 등의 불순물은, 제1층 내로부터 뽑히거나 탈리됨으로써, 제1층으로부터 분리되게 된다. 이에 의해, 보라진환 골격을 포함하는 SiBCN층은, 제1층에 비해 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
보라진환 골격을 포함하는 SiBCN층을 형성할 때, TMB에 포함되는 보라진환을 구성하는 보라진환 골격을 파괴하지 않고 유지(보유 지지)함으로써, 보라진환의 중앙 공간을 유지(보유 지지)할 수 있어, 포러스 형상의 SiBCN층을 형성하는 것이 가능하게 된다.
보라진환 골격을 포함하는 SiBCN층이 형성된 후, 밸브(243b)를 폐쇄하여, TMB 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 1과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 보라진환 골격을 포함하는 SiBCN층의 형성에 기여한 후의 TMB 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
보라진환 골격을 포함하는 가스로서는, TMB 가스 외에, 예를 들어, TEB 가스, TPB 가스, TIPB 가스, TBB 가스, TIBB 가스 등을 사용할 수 있다.
상술한 각 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 소정 조성 및 소정 막 두께의 보라진환 골격을 포함하는 SiBCN막을 형성할 수 있다. 1 사이클당 형성하는 SiBCN층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직한 점은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지이다.
본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 상술한 성막 시퀀스나 변형예 7, 8 등과 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 웨이퍼(200) 위에 형성하는 막을, 보라진환 골격을 포함하는 막, 즉, 원자 밀도가 낮은 포러스 형상의 막으로 함으로써, 막의 유전율을, 예를 들어, 변형예 7, 8에서의 SiBCN막의 유전율보다 저하시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 위에 형성하는 막을, 보라진환 골격을 포함하는 막, 즉, B를, 막을 구성하는 보라진환 골격의 1 구성 요소로서 포함하는 막으로 함으로써, 막의 산화 내성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(변형예 10)
BTCSM 가스를 공급하는 스텝 대신에 HCDS 가스 등의, Si 및 Cl을 포함하고, Si-Si 결합을 갖는 원료 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, HCDS 가스 등의, Si 및 Cl을 포함하고, Si-Si 결합을 갖는 원료 가스를 공급하는 스텝, NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예의 NH3 가스를 공급하는 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지로 한다.
HCDS 가스를 공급하는 스텝에서는, 가스 공급관(232a)으로부터 HCDS 가스를 흘리도록 하고, APC 밸브(244), 밸브(243a, 243d, 243e)의 개폐 제어를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 1의 APC 밸브(244), 밸브(243a, 243d, 243e)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. MFC(241a)로 제어하는 HCDS 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 2000sccm, 바람직하게는 10 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 250 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350 내지 600℃의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다. 기타 처리 조건은, 예를 들어, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 1과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
웨이퍼(200)의 온도가 250℃ 미만이 되면, 웨이퍼(200) 위에 HCDS가 화학 흡착되기 어려워져, 실용적인 성막 속도를 얻을 수 없게 되는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 250℃ 이상으로 함으로써, 이것을 해소하는 것이 가능하게 된다. 웨이퍼(200)의 온도를 300℃ 이상, 나아가 350℃ 이상으로 함으로써, 웨이퍼(200) 위에 HCDS를 보다 충분히 흡착시키는 것이 가능하게 되어, 보다 충분한 성막 속도가 얻어지게 된다.
웨이퍼(200)의 온도가 700℃를 초과하면, CVD 반응이 강해짐(기상 반응이 지배적으로 됨)으로써, 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워져, 그 제어가 곤란해져버린다. 웨이퍼(200)의 온도를 700℃ 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 악화를 억제할 수 있고, 그 제어가 가능하게 된다. 특히 웨이퍼(200)의 온도를 650℃ 이하, 나아가 600℃ 이하로 함으로써, 표면 반응이 지배적으로 되어, 막 두께 균일성을 확보하기 쉬워져, 그 제어가 용이하게 된다.
따라서, 웨이퍼(200)의 온도는 250 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350 내지 600℃의 범위 내의 온도로 하는 것이 좋다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)(표면의 바탕막) 위에, 제1층으로서, 예를 들어 1 원자층 미만 내지 수 원자층 정도의 두께의 Cl을 포함하는 Si 함유층이 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, Cl을 포함하는 Si층이어도 되고, HCDS 가스의 흡착층이어도 되고, 그 양쪽을 포함하고 있어도 된다.
Cl을 포함하는 Si층이란, Si에 의해 구성되고 Cl을 포함하는 연속적인 층 외에, 불연속인 층이나, 이들이 겹쳐서 생기는 Cl을 포함하는 Si박막도 포함하는 총칭이다. Si에 의해 구성되고 Cl을 포함하는 연속적인 층을, Cl을 포함하는 Si박막이라고 하는 경우도 있다. Cl을 포함하는 Si층을 구성하는 Si는, Cl과의 결합이 완전히 끊어져 있지 않은 것 외에, Cl과의 결합이 완전히 끊어져 있는 것도 포함한다.
HCDS 가스의 흡착층은, HCDS 가스의 가스 분자의 연속적인 흡착층 외에, 불연속인 흡착층도 포함한다. 즉, HCDS 가스의 흡착층은, HCDS 분자로 구성되는 1 분자층 또는 1 분자층 미만의 두께의 흡착층을 포함한다. HCDS 가스의 흡착층을 구성하는 HCDS 분자는, Si와 Cl의 결합이 일부 끊어진 것도 포함한다. 즉, HCDS 가스의 흡착층은, HCDS 가스의 물리 흡착층이어도 되고, HCDS 가스의 화학 흡착층이어도 되고, 그 양쪽을 포함하고 있어도 된다.
여기서, 1 원자층 미만의 두께의 층이란 불연속으로 형성되는 원자층을 의미하고 있고, 1 원자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 원자층을 의미하고 있다. 1 분자층 미만의 두께의 층이란 불연속으로 형성되는 분자층을 의미하고 있고, 1 분자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 분자층을 의미하고 있다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, Cl을 포함하는 Si층과 HCDS 가스의 흡착층의 양쪽을 포함할 수 있다. 단, 상술한 바와 같이, Cl을 포함하는 Si 함유층에 대해서는, 「1 원자층」, 「수 원자층」 등의 표현을 사용하는 것으로 한다.
HCDS 가스가 자기 분해(열분해)되는 조건 하에서, 즉, HCDS 가스의 열분해 반응이 발생하는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 위에 Si가 퇴적됨으로써 Cl을 포함하는 Si층이 형성된다. HCDS 가스가 자기 분해(열분해)되지 않는 조건 하에서, 즉, HCDS 가스의 열분해 반응이 발생하지 않는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 위에 HCDS 가스가 흡착됨으로써 HCDS 가스의 흡착층이 형성된다. 웨이퍼(200) 위에 HCDS 가스의 흡착층을 형성하는 것보다, 웨이퍼(200) 위에 Cl을 포함하는 Si층을 형성하는 것이, 성막 레이트를 더 높게 할 수 있는 점에서는 바람직하다.
웨이퍼(200) 위에 형성되는 제1층의 두께가 수 원자층을 초과하면, NH3 가스를 공급하는 스텝에서의 개질의 작용이 제1층의 전체에 도달하지 않게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 위에 형성 가능한 제1층의 두께의 최소값은 1 원자층 미만이다. 따라서, 제1층의 두께는 1 원자층 미만 내지 수 원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. 제1층의 두께를 1 원자층 이하, 즉, 1 원자층 또는 1 원자층 미만으로 함으로써, NH3 가스를 공급하는 스텝에서의 개질 반응의 작용을 상대적으로 높일 수 있어, NH3 가스를 공급하는 스텝에서의 개질 반응에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. HCDS 가스를 공급하는 스텝에서의 제1층의 형성에 필요로 하는 시간을 단축할 수도 있다. 결과적으로, 1 사이클당 처리 시간을 단축할 수 있어, 총 처리 시간을 단축하는 것도 가능하게 된다. 즉, 성막 레이트를 높게 하는 것도 가능하게 된다. 또한, 제1층의 두께를 1 원자층 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능하게 된다.
원료 가스로서는, HCDS 가스 외에, 예를 들어, 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 가스 등을 사용할 수 있다. 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, 예를 들어, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
제1층이 형성된 후, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 1과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1층의 형성에 기여한 후의 HCDS 가스를 배기계로부터 배기하여 처리실(201) 내로부터 배제한다.
그 후, NH3 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 형성된 제1층(Cl을 포함하는 Si 함유층)의 적어도 일부가 질화(개질)된다. 제1층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 위에 Si 및 N을 포함하는 층, 즉, 실리콘 질화층(SiN층)이 형성되게 된다. NH3 가스는, 논플라즈마로 열적으로 활성화시켜서 공급하는 것이, 상술한 반응을 소프트하게 진행시킬 수 있어, SiN층의 형성이 용이하게 된다. SiN층을 형성할 때, 제1층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, 제1층 내로부터 뽑히거나 탈리됨으로써, 제1층으로부터 분리된다. 이 점은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지이다. 이에 의해, SiN층은, 제1층에 비해 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다. 또한, NH3 가스를 공급하는 스텝에서는, 웨이퍼(200)의 온도는, HCDS 가스를 공급하는 스텝에서의 웨이퍼(200)의 온도와 마찬가지로 하고, 기타 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2의 처리 조건과 마찬가지로 한다.
상술한 각 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 Si 및 N을 포함하는 막으로서, 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiN막을 형성할 수 있다. 1 사이클당 형성하는 SiN층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직한 점은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지이다.
본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과를 발휘한다.
(변형예 11)
HCDS 가스를 공급하는 스텝, NH3 가스를 공급하는 스텝, O2 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 SiON막이 형성되게 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 변형예 10, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스, 변형예 4와 마찬가지로 한다. 본 변형예에서도, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 4 등과 마찬가지의 효과를 발휘한다.
(변형예 12)
HCDS 가스를 공급하는 스텝, C3H6 가스를 공급하는 스텝, NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예의 HCDS 가스를 공급하는 스텝, NH3 가스를 공급하는 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 변형예 10, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지로 한다.
C3H6 가스를 공급하는 스텝에서는, 배기계를 밀폐한 상태에서, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 C3H6 가스를 공급하여, 처리실(201) 내에 C3H6 가스를 봉입하도록 한다. 즉, 가스 공급관(232c)으로부터 C3H6 가스를 흘리도록 하고, APC 밸브(244), 밸브(243c, 243d, 243e)의 개폐 제어를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2의 APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d, 243e)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. MFC(241c)로 제어하는 C3H6 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 처리실(201) 내에 C3H6 가스를 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. 웨이퍼(200)의 온도는, HCDS 가스를 공급하는 스텝에서의 웨이퍼(200)의 온도와 마찬가지로 한다. 기타 처리 조건은, 예를 들어, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
배기계를 밀폐한 상태에서, 처리실(201) 내에 C3H6 가스를 공급함으로써, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 400 내지 5000Pa, 바람직하게는 500 내지 4000Pa의 범위 내의 압력에 도달시킨다. 이때, 처리실(201) 내에서의 C3H6 가스의 분압은, 예를 들어 360 내지 4950Pa의 범위 내의 압력으로 된다. 처리실(201) 내의 압력, 및 처리실(201) 내에서의 C3H6 가스의 분압을 이러한 높은 압력대로 함으로써, 스텝 2에서의 처리실(201) 내의 온도를, 예를 들어 400 내지 500℃와 같은 비교적 낮은 온도대로 한 경우에도, 처리실(201) 내에 공급한 C3H6 가스를, 논플라즈마로 열에 의해 효율적으로 활성화시키는 것이 가능하게 된다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 C3H6 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 형성된 제1층(Cl을 포함하는 Si 함유층)의 표면 위에, 1 원자층 미만의 두께의 C 함유층, 즉, 불연속인 C 함유층이 형성된다. C 함유층은, C층이어도 되고, C3H6 가스의 화학 흡착층이어도 되고, 그 양쪽을 포함하고 있어도 된다.
제1층의 표면 위에 C 함유층이 형성된 후, 밸브(243c)를 폐쇄하여, C3H6 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 C 함유층의 형성에 기여한 후의 C3H6 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
탄소 함유 가스로서는, C3H6 가스 외에, 예를 들어, 아세틸렌(C2H2) 가스, 에틸렌(C2H4) 가스 등의 탄화수소계 가스를 사용할 수 있다.
그 후, 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, C 함유층이 형성된 제1층은, SiCN층으로 개질된다. 이때, C 함유층이 형성된 제1층과 NH3 가스의 반응, 즉, SiCN층의 형성을 확실하게 행하기 위해서는, 제1층의 표면 위로의 C3H6 가스 분자 등의 흡착 반응이 포화되기 전에, 즉, 제1층의 표면 위에 형성되는 C3H6 가스의 흡착층(화학 흡착층) 등의 C 함유층이 연속층으로 되기 전에(불연속층일 동안에), C3H6 가스를 공급하는 스텝을 종료시키는 것이 바람직하다.
상술한 3개의 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 위에 SiCN막을 형성할 수 있다. 1 사이클당 형성하는 SiCN층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직한 점은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지이다.
본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 상술한 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 이 변형예에 의하면, SiCN막을 형성할 때, 탄소 함유 가스로서, C3H6 가스와 같은 N을 포함하지 않는 가스, 즉, N 소스로서 작용하지 않는 탄화수소계 가스를 사용함으로써, SiCN막 중에, 탄소 함유 가스 유래의 N 성분이 첨가되어버리는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 최종적으로 형성되는 SiCN막 내의 N 농도의 증가를 억제하면서, 그 C 농도를 높게 하는 것이 가능하게 된다. 즉, SiCN막의 조성비 제어의 제어성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 변형예에 의하면, 이러한 탄소 함유 가스를 처리실(201) 내에 봉입하도록 했기 때문에, 탄소 함유 가스의 봉입을 행하지 않는 경우보다, SiCN막 내의 C 농도를 대폭 높게 하는 것이 가능하게 된다.
(변형예 13)
HCDS 가스를 공급하는 스텝, TEA 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 SiCN막이 형성되게 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 각 변형예와 마찬가지로 한다. 본 변형예에서도, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 3 등과 마찬가지의 효과를 발휘한다.
(변형예 14)
도 8에 도시한 바와 같이, HCDS 가스를 공급하는 스텝, C3H6 가스를 공급하는 스텝, NH3 가스를 공급하는 스텝, O2 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 SiOCN막이 형성되게 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 각 변형예와 마찬가지로 한다. 본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 4 등과 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 변형예 12와 마찬가지로, N 소스로서 작용하지 않는 탄화수소계 가스를 사용함으로써, SiOCN막의 조성비 제어의 제어성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 탄소 함유 가스의 봉입을 행함으로써, SiOCN막 내의 C 농도를 대폭 높게 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 변형예에서는, HCDS 가스를 공급하는 스텝, C3H6 가스를 공급하는 스텝, NH3 가스를 공급하는 스텝, O2 가스를 공급하는 스텝을 이 순서대로 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 되고, HCDS 가스를 공급하는 스텝, C3H6 가스를 공급하는 스텝, O2 가스를 공급하는 스텝, NH3 가스를 공급하는 스텝을 이 순서대로 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 즉, NH3 가스를 공급하는 스텝, O2 가스를 공급하는 스텝의 순서를 바꾸어도 된다. 어느 경우에든, 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
(변형예 15)
HCDS 가스를 공급하는 스텝, TEA 가스를 공급하는 스텝, O2 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 SiOCN막, 또는, SiOC막이 형성되게 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 각 변형예와 마찬가지로 한다. 본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 5 등과 마찬가지의 효과를 발휘한다.
(변형예 16)
HCDS 가스를 공급하는 스텝, BCl3 가스를 공급하는 스텝, NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 SiBN막이 형성되게 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 각 변형예와 마찬가지로 한다. 본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 7 등과 마찬가지의 효과를 발휘한다.
(변형예 17)
HCDS 가스를 공급하는 스텝, C3H6 가스를 공급하는 스텝, BCl3 가스를 공급하는 스텝, NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 SiBCN막이 형성되게 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 각 변형예와 마찬가지로 한다. 본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 7, 12 등과 마찬가지의 효과를 발휘한다.
또한, 본 변형예에서는, HCDS 가스를 공급하는 스텝, C3H6 가스를 공급하는 스텝, BCl3 가스를 공급하는 스텝, NH3 가스를 공급하는 스텝을 이 순서대로 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 되고, HCDS 가스를 공급하는 스텝, BCl3 가스를 공급하는 스텝, C3H6 가스를 공급하는 스텝, NH3 가스를 공급하는 스텝을 이 순서대로 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 즉, BCl3 가스를 공급하는 스텝, C3H6 가스를 공급하는 스텝의 순서를 바꾸어도 된다. 어느 경우에든, 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
(변형예 18)
HCDS 가스를 공급하는 스텝, BCl3 가스를 공급하는 스텝, TEA 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 SiBCN막이 형성되게 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 각 변형예와 마찬가지로 한다. 본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 8 등과 마찬가지의 효과를 발휘한다.
(변형예 19)
HCDS 가스를 공급하는 스텝, TMB 가스를 공급하는 스텝을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예에 의하면, 웨이퍼(200) 위에 보라진환 골격을 포함하는 SiBCN막이 형성되게 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 각 변형예와 마찬가지로 한다. 본 변형예에 의하면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 9 등과 마찬가지의 효과를 발휘한다.
(변형예 20)
도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 상술한 각 변형예에서는, C3H6 가스를, BTCSM 가스, HCDS 가스 등의 원료 가스나, NH3 가스, O2 가스, TEA 가스, BCl3 가스, TMB 가스 등의 반응 가스와 동시에 공급하도록 해도 된다. 즉, C3H6 가스를 공급하는 스텝을, 원료 가스를 공급하는 스텝, 및 C3H6 가스 이외의 반응 가스를 공급하는 스텝 중 적어도 어느 하나의 스텝과 동시에 행하도록 해도 된다. 도 9는, 변형예 3에서, C3H6 가스를 공급하는 스텝을, TEA 가스를 공급하는 스텝과 동시에 행하는 예를 나타내고 있다.
C3H6 가스를 공급하는 스텝은, 예를 들어, 변형예 12에서의 C3H6 가스를 공급하는 스텝과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에 의해 행한다. 탄소 함유 가스로서는, C3H6 가스 외에, 상술한 탄화수소계 가스를 사용할 수 있다.
이 변형예에 의해서도, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 상술한 각 변형예와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 이 변형예에 의하면, 최종적으로 형성되는 막 중에, C3H6 가스에 포함되어 있던 C 성분을 첨가하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 최종적으로 형성되는 막의 조성비 제어의 제어성을 높여서, 최종적으로 형성되는 막 내의 C 농도를 높이는 것이 가능하게 된다. 단, C3H6 가스를, BTCSM 가스, HCDS 가스와 동시에 공급하는 것이 아니라, NH3 가스, O2 가스, BCl3 가스, TMB 가스와 동시에 공급하는 것이, 처리실(201) 내에서의 C3H6 가스의 기상 반응을 회피할 수 있어, 처리실(201) 내에서의 파티클의 발생을 억제하는 것이 가능하게 되는 점에서 바람직하다. 또한, C3H6 가스를, BCl3 가스나 NH3 가스와 동시에 공급하는 것이 아니라, TMB 가스나 TEA 가스와 동시에 공급하는 것이, 형성되는 막의 조성비 제어의 제어성을 높일 수 있는 점에서 바람직하다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 배기 유로 개폐부로서 APC 밸브(244)를 사용하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 배기관(231)에, APC 밸브(244) 대신에, 또는, APC 밸브(244) 이외에 개폐 밸브를 설치하고, 이 개폐 밸브를 배기 유로 개폐부로서 사용하도록 해도 된다.
또한 예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 배기계를 폐색할 때에 APC 밸브(244)를 완전 폐쇄하지 않고, 약간 개방하도록 해도 된다. 예를 들어, 처리실(201) 내에 반응 가스를 봉입할 때에, APC 밸브(244)를 약간 개방함으로써, 처리실(201) 내로부터 배기관(231)을 향하는 반응 가스의 흐름을 약간 형성하도록 해도 된다. 이에 의해, 처리실(201) 내에서 생성된 반응 부생성물이나, 제1층으로부터 탈리된 Cl을 포함하는 가스 상태 물질 등을 처리실(201) 내로부터 제거하는 것이 가능하게 되어, 성막 처리의 품질을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한 예를 들어, 도 15에 도시한 바와 같이, APC 밸브(244)를 바이패스하는 서브 배기관으로서의 바이패스 배기관(슬로우 배기관)(231a)을, 배기관(231)에 설치해도 된다. 바이패스 배기관(231a)의 내경은, 배기관(231)의 내경보다 작게 하는 것이 바람직하다. 바이패스 배기관(231a)에는, 밸브(244a)와, 컨덕턴스 조정부로서 작용하는 조절부로서의 오리피스(244b)가 설치되어 있다. 이 구성에 의해, 바이패스 배기관(231a) 내의 컨덕턴스를, 배기관(231) 내의 컨덕턴스보다 충분히 작게 할 수 있다. 배기계를 폐색할 때에 밸브(244a)를 개방하고, 바이패스 배기관(231a)을 개방함으로써, APC 밸브(244)를 완전 폐쇄한 경우에도, APC 밸브(244)를 약간 개방한 경우의 상술한 효과와 마찬가지의 효과가 얻어지게 된다. 또한, 배기계의 배기 유로를 폐색할 때의 APC 밸브(244)의 개방도 제어를 간소화하는 것도 가능하게 된다. 바이패스 배기관(231a), 밸브(244a), 오리피스(244b)에 의해 구성되는 바이패스 배기계(슬로우 배기계)를 상술한 배기계에 포함시켜 생각해도 된다. 또한, 바이패스 배기관(231a), 오리피스(244b)에 의해 구성되는 바이패스 배기 유로(슬로우 배기 유로)를 상술한 배기 유로에 포함시켜 생각해도 된다. 또한, 개방도가 고정된 오리피스(244b) 대신에 개방도 조정 기구를 구비한 니들 밸브 등을 사용하는 것도 가능하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 처리실(201) 내로부터 원료 가스나 반응 가스를 제거할 때, 밸브(243d, 243e)를 개방하여, 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. 이 경우, N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물 등을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
또한, 처리실(201) 내로부터 원료 가스나 반응 가스를 제거할 때, 처리실(201) 내의 잔류 가스 등을 완전히 배제하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행하여지는 스텝에서 악영향이 발생하지 않는다. 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하는 경우에 있어서의 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없으며, 예를 들어, 반응관(203)(처리실(201))의 용적과 동일 정도의 양의 N2 가스를 공급함으로써, 그 후에 행하여지는 스텝에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 행할 수 있다. 이와 같이, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않음으로써, 퍼지 시간을 단축하여, 스루풋을 향상시킬 수 있다. N2 가스의 소비를 필요 최소한으로 억제하는 것도 가능하게 된다.
반응 가스를 공급하는 스텝뿐만 아니라, 원료 가스를 공급하는 스텝에서도, 배기계를 폐색한 상태에서, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스를 공급하여, 원료 가스를 처리실(201) 내에 봉입하도록 해도 된다. 이때, 배기계의 배기 유로를 밀폐하도록 해도 된다. 또한, 이때, 원료 가스를 처리실(201) 내에 계속해서 공급하여, 처리실(201) 내의 압력을 계속해서 상승시키도록 해도 된다. 이와 같이 한 경우, 처리실(201) 내에 공급한 원료 가스의 열분해를 재촉할 수 있고, 결과적으로, 웨이퍼(200) 위에의 제1층의 형성 레이트, 즉, 최종적으로 형성되는 막의 성막 레이트를 높이는 것이 가능하게 된다. 또한, 이때, 일단, 배기계를 개방한 상태에서, 원료 가스를 처리실(201) 내에 프리플로우한 후에, 배기계를 폐색한 상태에서, 원료 가스를 처리실(201) 내에 공급하여 봉입하도록 해도 된다. 이와 같이 한 경우, 처리실(201) 내에 잔류하고 있던 반응 가스와 원료 가스의 반응에 의해 생성되는 반응 부생성물이나 파티클의 처리실(201) 내로부터의 제거를 재촉하는 것이 가능하게 된다. 결과적으로, 최종적으로 형성되는 막의 막질을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
상술한 실시 형태에서는, 원료 가스를 공급한 후, 반응 가스를 공급하는 예에 대하여 설명하였다. 본 발명은 이와 같은 형태에 한정되지 않고, 이 가스의 공급 순서는 반대이어도 된다. 즉, 반응 가스를 공급한 후, 원료 가스를 공급하도록 해도 된다. 가스의 공급 순서를 바꿈으로써, 형성되는 박막의 막질이나 조성비를 변화시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 복수종의 반응 가스를 사용하는 경우, 그 공급 순서는 임의로 변경하는 것이 가능하다. 가스의 공급 순서를 바꿈으로써, 형성되는 박막의 막질이나 조성비를 변화시키는 것이 가능하게 된다.
상술한 실시 형태나 각 변형예의 방법에 의해 형성한 실리콘계 절연막을, 사이드 월 스페이서로서 사용함으로써, 누설 전류가 적고, 가공성이 우수한 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상술한 실리콘계 절연막을, 에치 스토퍼로서 사용함으로써, 가공성이 우수한 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상술한 실시 형태나 일부의 변형예에 의하면, 플라즈마를 사용하지 않고, 이상적 양론비의 실리콘계 절연막을 형성할 수 있다. 플라즈마를 사용하지 않고 실리콘계 절연막을 형성할 수 있으므로, 예를 들어 DPT의 SADP막 등, 플라즈마 대미지를 우려하는 공정에의 적응도 가능하게 된다.
상술한 실시 형태에서는, 소정 원소를 포함하는 막으로서, 반도체 원소인 Si를 포함하는 실리콘계 박막(SiN막, SiON막, SiCN막, SiOCN막, SiOC막, SiBCN막, SiBN막)을 형성하는 예에 대하여 설명하였다. 본 발명은 상술한 형태에 한정되지 않고, 예를 들어, 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등의 금속 원소를 포함하는 금속계 박막을 형성하는 경우에도 적절하게 적용할 수 있다.
즉, 본 발명은 예를 들어, TiN막, TiON막, TiCN막, TiOCN막, TiOC막, TiBCN막, TiBN막, ZrN막, ZrON막, ZrCN막, ZrOCN막, ZrOC막, ZrBCN막, ZrBN막, HfN막, HfON막, HfCN막, HfOCN막, HfOC막, HfBCN막, HfBN막, TaN막, TaON막, TaCN막, TaOCN막, TaOC막, TaBCN막, TaBN막, NbN막, NbON막, NbCN막, NbOCN막, NbOC막, NbBCN막, NbBN막, AlN막, AlON막, AlCN막, AlOCN막, AlOC막, AlBCN막, AlBN막, MoN막, MoON막, MoCN막, MoOCN막, MoOC막, MoBCN막, MoBN막, WN막, WON막, WCN막, WOCN막, WOC막, WBCN막, WBN막 등의 금속계 박막을 형성하는 경우에도, 적절하게 적용할 수 있다. 이 경우, 원료 가스로서, 상술한 실시 형태에서의 Si를 포함하는 원료 가스 대신에 금속 원소를 포함하는 원료 가스를 사용하여, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 시퀀스에 의해 성막을 행할 수 있다.
Ti계 박막을 형성하는 경우에는, Ti를 포함하는 원료 가스로서, 예를 들어, Ti 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 사용할 수 있다. Ti 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스로서는, 예를 들어, 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 등의 Ti 및 클로로기를 포함하는 원료 가스나, 티타늄테트라플루오라이드(TiF4) 등의 Ti 및 플루오로기를 포함하는 원료 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
Zr계 박막을 형성하는 경우에는, Zr을 포함하는 원료 가스로서, 예를 들어, Zr 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 사용할 수 있다. Zr 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스로서는, 예를 들어, 지르코늄테트라클로라이드(ZrCl4) 등의 Zr 및 클로로기를 포함하는 원료 가스나, 지르코늄테트라플루오라이드(ZrF4) 등의 Zr 및 플루오로기를 포함하는 원료 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
Hf계 박막을 형성하는 경우에는, Hf를 포함하는 원료 가스로서, 예를 들어, Hf 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 사용할 수 있다. Hf 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스로서는, 예를 들어, 하프늄테트라클로라이드(HfCl4) 등의 Hf 및 클로로기를 포함하는 원료 가스나, 하프늄테트라플루오라이드(HfF4) 등의 Hf 및 플루오로기를 포함하는 원료 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
Ta계 박막을 형성하는 경우에는, Ta를 포함하는 원료 가스로서, 예를 들어, Ta 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 사용할 수 있다. Ta 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스로서는, 예를 들어, 탄탈펜타클로라이드(TaCl5) 등의 Ta 및 클로로기를 포함하는 원료 가스나, 탄탈펜타플루오라이드(TaF5) 등의 Ta 및 플루오로기를 포함하는 원료 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
Nb계 박막을 형성하는 경우에는, Nb를 포함하는 원료 가스로서, 예를 들어, Nb 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 사용할 수 있다. Nb 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스로서는, 예를 들어, 니오븀펜타클로라이드(NbCl5) 등의 Nb 및 클로로기를 포함하는 원료 가스나, 니오븀펜타플루오라이드(NbF5) 등의 Nb 및 플루오로기를 포함하는 원료 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
Al계 박막을 형성하는 경우에는, Al을 포함하는 원료 가스로서, 예를 들어, Al 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 사용할 수 있다. Al 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스로서는, 예를 들어, 알루미늄트리클로라이드(AlCl3) 등의 Al 및 클로로기를 포함하는 원료 가스나, 알루미늄트리플루오라이드(AlF3) 등의 Al 및 플루오로기를 포함하는 원료 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
Mo계 박막을 형성하는 경우에는, Mo를 포함하는 원료 가스로서, 예를 들어, Mo 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 사용할 수 있다. Mo 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스로서는, 예를 들어, 몰리브덴펜타클로라이드(MoCl5) 등의 Mo 및 클로로기를 포함하는 원료 가스나, 몰리브덴펜타플루오라이드(MoF5) 등의 Mo 및 플루오로기를 포함하는 원료 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
W계 박막을 형성하는 경우에는, W를 포함하는 원료 가스로서, 예를 들어, W 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스를 사용할 수 있다. W 및 할로겐 원소를 포함하는 원료 가스로서는, 예를 들어, 텅스텐헥사클로라이드(WCl6) 등의 W 및 클로로기를 포함하는 원료 가스나, 텅스텐헥사플루오라이드(WF6) 등의 W 및 플루오로기를 포함하는 원료 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 사용할 수 있다. 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
즉, 본 발명은, 반도체 원소나 금속 원소 등의 소정 원소를 포함하는 박막을 형성하는 경우에 적절하게 적용할 수 있다.
이들 각종 박막의 형성에 사용되는 프로세스 레시피(처리 수순이나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)는, 기판 처리의 내용(형성하는 박막의 막종, 조성비, 막질, 막 두께 등)에 따라 각각 개별로 준비하는(복수 준비하는) 것이 바람직하다. 그리고, 기판 처리를 개시할 때, 기판 처리의 내용에 따라, 복수의 프로세스 레시피 중에서 적정한 프로세스 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 기판 처리의 내용에 따라 개별로 준비된 복수의 프로세스 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체(외부 기억 장치(123))를 통해, 기판 처리 장치가 구비하는 기억 장치(121c) 내에 미리 저장(인스톨)해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 기판 처리를 개시할 때, 기판 처리 장치가 구비하는 CPU(121a)가, 기억 장치(121c) 내에 저장된 복수의 프로세스 레시피 중에서, 기판 처리의 내용에 따라, 적정한 프로세스 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이렇게 구성함으로써, 1대의 기판 처리 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적으로, 또한, 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한, 오퍼레이터의 조작 부담(처리 수순이나 처리 조건 등의 입력 부담 등)을 저감할 수 있어, 조작 미스를 피하면서, 기판 처리를 신속하게 개시할 수 있게 된다.
상술한 프로세스 레시피는, 새롭게 작성하는 경우에 한하지 않고, 예를 들어, 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 프로세스 레시피를 변경함으로써 준비해도 된다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우에는, 변경 후의 프로세스 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 통해, 기판 처리 장치에 인스톨해도 된다. 또한, 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여, 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 프로세스 레시피를 직접 변경하도록 해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치식의 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 형성하는 예에 대하여 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 예를 들어, 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 낱장식의 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 형성하는 경우에도, 적절하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 핫월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 형성하는 예에 대하여 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 콜드월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용하여 박막을 형성하는 경우에도, 적절하게 적용할 수 있다. 이들 경우에 있어서도, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
예를 들어, 도 16의 (a)에 나타내는 처리로(302)를 구비한 기판 처리 장치를 사용하여 막을 형성하는 경우에도, 본 발명은 적절하게 적용할 수 있다. 처리로(302)는, 처리실(301)을 형성하는 처리 용기(303)와, 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 샤워 헤드(303s)와, 1매 또는 수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 지지하는 지지대(317)와, 지지대(317)를 하방으로부터 지지하는 회전축(355)과, 지지대(317)에 설치된 히터(307)를 구비하고 있다. 샤워 헤드(303s)의 인렛(가스 도입구)에는, 상술한 원료 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332a)와, 상술한 반응 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332b)가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332a)에는, 상술한 실시 형태의 원료 가스 공급계와 마찬가지의 원료 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332b)에는, 상술한 실시 형태의 반응 가스 공급계와 마찬가지의 반응 가스 공급계가 접속되어 있다. 샤워 헤드(303s)의 아울렛(가스 배출구)에는, 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 가스 분산판이 설치되어 있다. 처리 용기(303)에는, 처리실(301) 내를 배기하는 배기 포트(331)가 설치되어 있다. 배기 포트(331)에는, 상술한 실시 형태의 배기계와 마찬가지의 배기계가 접속되어 있다.
또한 예를 들어, 도 16의 (b)에 나타내는 처리로(402)를 구비한 기판 처리 장치를 사용하여 막을 형성하는 경우에도, 본 발명은 적절하게 적용할 수 있다. 처리로(402)는, 처리실(401)를 형성하는 처리 용기(403)와, 1매 또는 수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 지지하는 지지대(417)와, 지지대(417)를 하방으로부터 지지하는 회전축(455)과, 처리 용기(403)의 웨이퍼(200)를 향해 광 조사를 행하는 램프 히터(407)와, 램프 히터(407)의 광을 투과시키는 석영창(403w)을 구비하고 있다. 처리 용기(403)에는, 상술한 원료 가스를 공급하는 가스 공급 포트(432a)와, 상술한 반응 가스를 공급하는 가스 공급 포트(432b)가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432a)에는, 상술한 실시 형태의 원료 가스 공급계와 마찬가지의 원료 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432b)에는, 상술한 실시 형태의 반응 가스 공급계와 마찬가지의 반응 가스 공급계가 접속되어 있다. 처리 용기(403)에는, 처리실(401) 내를 배기하는 배기 포트(431)가 설치되어 있다. 배기 포트(431)에는, 상술한 실시 형태의 배기계와 마찬가지의 배기계가 접속되어 있다.
이들 기판 처리 장치를 사용하는 경우에 있어서도, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 시퀀스, 처리 조건에서 성막을 행할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태나 변형예 등은, 적절히 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
[실시예]
실시예 1로서, 상술한 실시 형태에서의 기판 처리 장치를 사용하여, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스에 의해 웨이퍼 위에 SiCN막을 형성하였다. 원료 가스로서는 BTCSM 가스를, 반응 가스로서는 NH3 가스를 사용하였다. BTCSM 가스를 공급하는 스텝에서는, BTCSM 가스의 공급 유량을 100sccm, N2 가스의 공급 유량을 100sccm으로 하여, 처리실 내의 압력이 3Torr(400Pa)로 일정해지도록 APC 밸브를 제어하였다. NH3 가스를 공급하는 스텝에서는, NH3 가스의 공급 유량을 1000sccm, N2 가스의 공급 유량을 100sccm으로 하고, APC 밸브를 완전 폐쇄하였다. NH3 가스의 공급 시간은 3초로 하였다. 성막 온도는 400℃로 하였다. 기타 처리 조건은, 상술한 실시 형태에 기재된 처리 조건 범위 내의 조건으로 하였다. 도 10의 (a)는, 본 실시예의 성막 시퀀스에서의 처리실 내의 압력 변화를 도시하는 도면이며, 횡축은 1 사이클 내에서의 경과 시간(sec)을, 종축은 처리실 내의 압력(a.u.)을 나타내고 있다.
실시예 2로서, 상술한 실시 형태에서의 기판 처리 장치를 사용하여, 도 5에 도시하는 성막 시퀀스에 의해 웨이퍼 위에 SiCN막을 형성하였다. 원료 가스로서는 BTCSM 가스를, 반응 가스로서는 NH3 가스를 사용하였다. BTCSM 가스를 공급하는 스텝에서는, BTCSM 가스의 공급 유량을 100sccm, N2 가스의 공급 유량을 100sccm으로 하여, 처리실 내의 압력이 3Torr(400Pa)로 일정해지도록 APC 밸브를 제어하였다. NH3 가스를 공급하는 스텝에서는, NH3 가스의 공급 유량을 1000sccm, N2 가스의 공급 유량을 100sccm으로 하고, APC 밸브를 완전 폐쇄하였다. NH3 가스의 공급 시간은 3초로 하였다. NH3 가스의 공급을 정지한 후의 N2 가스의 공급 시간은 12초로 하였다. 성막 온도는 400℃로 하였다. 기타 처리 조건은, 상술한 실시 형태에 기재된 처리 조건 범위 내의 조건으로 하였다. 도 10의 (b)는, 본 실시예의 성막 시퀀스에서의 처리실 내의 압력 변화를 도시하는 도면이며, 횡축은 1 사이클 내에서의 경과 시간(sec)을, 종축은 처리실 내의 압력(a.u.)을 나타내고 있다.
실시예 3으로서, 상술한 실시 형태에서의 기판 처리 장치를 사용하여, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스에 의해 웨이퍼 위에 SiCN막을 형성하였다. 원료 가스로서는 BTCSM 가스를, 반응 가스로서는 NH3 가스를 사용하였다. BTCSM 가스를 공급하는 스텝에서는, BTCSM 가스의 공급 유량을 100sccm, N2 가스의 공급 유량을 100sccm으로 하여, 처리실 내의 압력이 3Torr(400Pa)로 일정해지도록 APC 밸브를 제어하였다. NH3 가스를 공급하는 스텝에서는, NH3 가스의 공급 유량을 1000sccm, N2 가스의 공급 유량을 100sccm으로 하고, APC 밸브를 완전 폐쇄하였다. NH3 가스의 공급 시간은 15초로 하였다. 성막 온도는 400℃로 하였다. 기타 처리 조건은, 상술한 실시 형태에 기재된 조건 범위 내의 조건으로 하였다. 도 10의 (c)는, 본 실시예의 성막 시퀀스에서의 처리실 내의 압력 변화를 도시하는 도면이며, 횡축은 1 사이클 내에서의 경과 시간(sec)을, 종축은 처리실 내의 압력(a.u.)을 나타내고 있다.
비교예로서, 상술한 실시 형태에서의 기판 처리 장치를 사용하여, 처리실 내의 웨이퍼에 대하여 BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, 처리실 내의 웨이퍼에 대하여 NH3 가스를 공급하는 스텝을 교대로 소정 횟수 행하는 성막 시퀀스에 의해 웨이퍼 위에 SiCN막을 형성하였다. BTCSM 가스를 공급하는 스텝에서는, BTCSM 가스의 공급 유량을 100sccm, N2 가스의 공급 유량을 1200sccm으로 하여, 처리실 내의 압력이 5Torr(667Pa)로 일정해지도록 APC 밸브를 제어하였다. NH3 가스를 공급하는 스텝에서는, NH3 가스의 공급 유량을 500sccm, N2 가스의 공급 유량을 1200sccm으로 하여, 처리실 내의 압력이 5Torr(667Pa)로 일정해지도록 APC 밸브를 제어하였다. 즉, 각 스텝에서의 처리실 내의 압력이 동일한 압력으로 되도록 제어하였다. 기타 처리 조건은, 상술한 실시 형태에 기재된 처리 조건 범위 내의 조건으로 하였다. 도 11은, 비교예의 성막 시퀀스에서의 처리실 내의 압력 변화를 도시하는 도면이다. 도 11의 횡축은, 1 사이클 내에서의 경과 시간(sec)을, 종축은 처리실 내의 압력(a.u.)을 나타내고 있다.
그리고, 각 실시예 및 비교예에서의 SiCN막의 성막 레이트를 각각 측정하였다. 도 12는, 각 실시예 및 비교예에서의 SiCN막의 성막 레이트를 도시하는 도면이다. 도 12의 종축은, 1 사이클당 형성되는 SiCN층의 두께, 즉, 사이클 레이트(Å/cycle)를 나타내고 있고, 횡축은, 비교예 및 각 실시예를 순서대로 나타내고 있다. 즉, 도 12는, 각 실시예 및 비교예에서의 SiCN막의 성막 레이트로서 사이클 레이트를 나타내고 있다.
도 12에 의하면, 실시예 1 내지 3의 성막 레이트(순서대로 0.24, 0.22, 0.38Å/cycle)는, 비교예의 성막 레이트(0.06Å/cycle)에 비해 높은 것을 알 수 있다. 즉, 배기계를 폐색한 상태에서, 처리실 내의 웨이퍼에 대하여 NH3 가스를 공급하여, NH3 가스를 처리실 내에 봉입함으로써, SiCN막의 성막 레이트가 향상되는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 3의 성막 레이트는, 실시예 1, 2의 성막 레이트에 비해 더욱 높은 것을 알 수 있다. 즉, NH3 가스를 처리실 내에 봉입할 때에, NH3 가스를 처리실 내에 계속해서 공급함으로써, 즉, 처리실 내의 압력을 계속해서 상승시킴으로써, SiCN막의 성막 레이트가 더욱 향상되는 것을 알 수 있다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기한다.
(부기 1)
본 발명의 일 형태에 의하면, 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 원료 가스를 배기계로부터 배기하는 공정과, 상기 배기계를 폐색한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스를 공급하여, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정과, 상기 배기계를 개방한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 반응 가스를 상기 배기계로부터 배기하는 공정을 비동시로(동기시키지 않고) 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에 막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법, 및 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기 2)
부기 1에 기재된 방법으로서, 바람직하게는, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서는, 상기 배기계(배기계의 배기 유로)를 밀폐한다.
(부기 3)
부기 1 또는 2에 기재된 방법으로서, 바람직하게는, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서는, 상기 배기계의 배기 유로의 개방도를 완전 폐쇄(풀 클로즈)한다.
(부기 4)
부기 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서는, 상기 배기계에 설치된 배기 유로 개폐부(배기 밸브)를 완전 폐쇄(풀 클로즈)한다.
(부기 5)
부기 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서는, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 계속해서 공급한다.
(부기 6)
부기 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 압력을 계속해서 상승시킨다.
(부기 7)
부기 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서는, 일단, 상기 배기계를 개방한 상태에서, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 프리플로우한 후에, 상기 배기계를 폐색한 상태에서, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하여 봉입한다.
(부기 8)
부기 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서의 상기 처리실 내의 도달 압력을, 상기 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 처리실 내의 도달 압력보다 크게 한다.
(부기 9)
부기 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서의 상기 배기계의 배기 유로의 개방도를, 상기 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 배기 유로의 개방도보다 작게 한다.
(부기 10)
부기 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서의 상기 배기계에 설치된 배기 유로 개폐부(배기 밸브)의 개방도를, 상기 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 배기 유로 개폐부(배기 밸브)의 개방도보다 작게 한다.
(부기 11)
부기 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는, 상기 반응 가스는, 질소 함유 가스(질화 수소계 가스), 탄소 함유 가스(탄화수소계 가스), 질소 및 탄소를 포함하는 가스(아민계 가스, 유기 히드라진계 가스), 붕소 함유 가스(보란계 가스), 및 붕소, 질소 및 탄소를 포함하는 가스(보라진계 가스)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1개를 포함한다.
(부기 12)
부기 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는, 상기 반응 가스는 질소 함유 가스(질화 가스)를 포함한다.
(부기 13)
부기 1 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는, 상기 반응 가스는 질화 수소계 가스를 포함한다.
(부기 14)
부기 1 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는, 상기 반응 가스는 암모니아 가스, 히드라진 가스 및 디아젠 가스로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1개를 포함한다.
(부기 15)
부기 1 내지 14 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 바람직하게는, 상기 사이클은 논플라즈마의 조건 하에서 소정 횟수 행하여진다.
(부기 16)
본 발명의 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실 내에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계와, 상기 처리실 내에 상기 원료 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계와, 상기 처리실 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 원료 가스를 상기 배기계로부터 배기하는 처리와, 상기 배기계를 폐색한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하여, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 처리와, 상기 배기계를 개방한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 반응 가스를 상기 배기계로부터 배기하는 처리를 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에 막을 형성하는 처리를 행하도록, 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하도록 구성되는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 17)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 원료 가스를 배기계로부터 배기하는 수순과, 상기 배기계를 폐색한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스를 공급하여, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 수순과, 상기 배기계를 개방한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 반응 가스를 상기 배기계로부터 배기하는 수순을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에 막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램, 및 해당 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
121 : 컨트롤러
200 : 웨이퍼
201 : 처리실 202 : 처리로
203 : 반응관 207 : 히터
231 : 배기관 232a 내지 232e : 가스 공급관
201 : 처리실 202 : 처리로
203 : 반응관 207 : 히터
231 : 배기관 232a 내지 232e : 가스 공급관
Claims (17)
- 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과,
상기 처리실 내의 상기 원료 가스를 배기계로부터 배기하는 공정과,
상기 배기계를 폐색한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스를 공급하여, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정과,
상기 배기계를 개방한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 반응 가스를 상기 배기계로부터 배기하는 공정,
을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에 막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서는, 상기 배기계를 밀폐하는, 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서는, 상기 배기계의 배기 유로의 개방도를 완전 폐쇄하는, 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서는, 상기 배기계에 설치된 배기 유로 개폐부를 완전 폐쇄하는, 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서는, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 계속해서 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 압력을 계속해서 상승시키는, 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서는, 상기 배기계를 개방한 상태에서, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 프리플로우한 후에, 상기 배기계를 폐색한 상태에서, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 공급하여 봉입하는, 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서의 상기 처리실 내의 도달 압력을, 상기 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 처리실 내의 도달 압력보다 크게 하는, 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서의 상기 배기계의 배기 유로의 개방도를, 상기 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 배기 유로의 개방도보다 작게 하는, 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 공정에서의 상기 배기계에 설치된 배기 유로 개폐부의 개방도를, 상기 원료 가스를 공급하는 공정에서의 상기 배기 유로 개폐부의 개방도보다 작게 하는, 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 가스는, 질소 함유 가스, 탄소 함유 가스, 질소 및 탄소를 포함하는 가스, 붕소 함유 가스, 및 붕소, 질소 및 탄소를 포함하는 가스로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1개를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 가스는 질소 함유 가스를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 가스는 질화 수소계 가스를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 가스는 암모니아 가스, 히드라진 가스 및 디아젠 가스로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1개를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 사이클은 논플라즈마의 조건 하에서 상기 소정 횟수 행하여지는, 반도체 장치의 제조 방법. - 기판을 수용하는 처리실과,
상기 처리실 내에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계와,
상기 처리실 내에 상기 원료 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계와,
상기 처리실 내를 배기하는 배기계와,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 원료 가스를 상기 배기계로부터 배기하는 처리와, 상기 배기계를 폐색한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하여, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 처리와, 상기 배기계를 개방한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 반응 가스를 상기 배기계로부터 배기하는 처리를 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에 막을 형성하는 처리를 행하도록, 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하도록 구성되는 제어부,
를 갖는 기판 처리 장치. - 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 수순과,
상기 처리실 내의 상기 원료 가스를 배기계로부터 배기하는 수순과,
상기 배기계를 폐색한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스와는 화학 구조가 상이한 반응 가스를 공급하여, 상기 반응 가스를 상기 처리실 내에 봉입하는 수순과,
상기 배기계를 개방한 상태에서, 상기 처리실 내의 상기 반응 가스를 상기 배기계로부터 배기하는 수순,
을 비동시로 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 위에 막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는, 기록 매체에 저장된 프로그램.
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