KR20150100557A - 카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법, 및 형성 장치 - Google Patents

카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법, 및 형성 장치 Download PDF

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

불순물이 적은 카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법, 및 형성 장치를 제공한다. 카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법은, 흡착 스텝과 염소 제거 스텝을 구비하고 있다. 흡착 스텝에서는, 반도체 웨이퍼가 수용된 반응실 내에 테트라클로로실란을 공급하여 활성화시키고, 활성화된 테트라클로로실란과 반도체 웨이퍼를 반응시켜서 반도체 웨이퍼에 실리콘 흡착물을 흡착시킨다. 염소 제거 스텝에서는, 반응실 내에 트리이소프로필붕소를 공급하여 활성화시키고, 활성화된 트리이소프로필붕소와 실리콘 흡착물을 반응시켜서 실리콘 흡착물에 포함되는 염소를 제거한다. 그리고, 이 흡착 스텝과 염소 제거 스텝을, 이 순서대로 복수회 반복한다.

Description

카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법, 및 형성 장치{METHOD AND APPARATUS OF FORMING CARBON-CONTAINING SILICON FILM}
본 발명은 카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법, 및 형성 장치에 관한 것이다.
카본을 포함하는 실리콘막, 예를 들어, 실리콘 카바이드(SiC)막의 형성 방법으로서, 예를 들어, 특허문헌 1에는, 피처리체에 테트라클로로실란(SiCl4)과 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3)을 교대로 공급하여 SiC막을 형성할 수 있는 ALD(Atomic Layer Deposition)법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1).
미국 특허 출원 공개 제2012/0177841호
그런데, 특허문헌 1의 방법으로 형성된 SiC막에는, 그 막 속에 많은 불순물(Al)이 남는 문제가 있다. 이 때문에, 불순물이 적은 카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 불순물이 적은 카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법, 및 형성 장치를 제공한다.
본 발명의 제1 관점에 따른 카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법은, 피처리체가 수용된 반응실 내에 적어도 1개의 염소기를 가진 실리콘 소스 가스를 공급하여 활성화시키고, 상기 활성화된 실리콘 소스 가스와 상기 피처리체를 반응시켜서 상기 피처리체에 실리콘 흡착물을 흡착시키는 흡착 스텝과, 상기 반응실 내에 알킬 금속 가스를 공급하여 활성화시키고, 상기 활성화된 알킬 금속 가스와 상기 실리콘 흡착물을 반응시켜서 상기 실리콘 흡착물에 포함되는 염소를 제거하는 염소 제거 스텝을 구비하고, 상기 흡착 스텝과 상기 염소 제거 스텝을, 이 순서대로 복수회 반복한다.
상기 염소 제거 스텝에서는, 상기 알킬 금속 가스로서, 예를 들어, 트리메틸붕소, 트리에틸붕소, 트리프로필붕소, 또는, 트리이소프로필붕소를 이용한다.
상기 흡착 스텝에서는, 상기 실리콘 소스 가스로서, 예를 들어, 디클로로실란, 트리클로로실란, 모노클로로실란, 테트라클로로실란, 헥사클로로디실란, 또는, 옥타클로로트리실란을 이용한다.
상기 염소 제거 스텝에서는, 예를 들어, 상기 반응실 내를 200℃ 내지 600℃로 설정한다.
카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법은, 상기 염소 제거 스텝을 실행한 후, 상기 반응실에 플라즈마에 의해 활성화된 수소 가스를 공급하여, 상기 실리콘 흡착물에 포함되는 염소를 더 제거하는 플라즈마 처리 스텝을, 더 구비하고, 상기 흡착 스텝과, 상기 염소 제거 스텝과, 상기 플라즈마 처리 스텝을, 이 순서대로 복수회 반복해도 된다.
카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법은, 상기 염소 제거 스텝을 실행한 후, 상기 반응실에 산소를 공급하여 활성화시키고, 이 활성화된 산소와 상기 실리콘 흡착물을 반응시켜서 상기 실리콘 흡착물에 산소를 포함시키는 산소 공급 스텝을, 더 구비하고, 상기 흡착 스텝과, 상기 염소 제거 스텝과, 상기 산소 공급 스텝을, 이 순서대로 복수회 반복해도 된다.
카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법은, 상기 산소 공급 스텝을 실행한 후, 상기 반응실에 질소를 공급하여 활성화시키고, 이 활성화된 질소와 상기 실리콘 흡착물을 반응시켜서 상기 실리콘 흡착물에 질소를 포함시키는 질소 공급 스텝을, 더 구비하고, 상기 흡착 스텝과, 상기 염소 제거 스텝과, 상기 산소 공급 스텝과, 상기 질소 공급 스텝을, 이 순서대로 복수회 반복해도 된다.
본 발명의 제2 관점에 따른 카본을 포함하는 실리콘막의 형성 장치는, 피처리체를 수용하는 반응실과, 상기 반응실 내에 적어도 1개의 염소기를 가진 실리콘 소스 가스를 공급하는 실리콘 소스 가스 공급 수단과, 상기 반응실 내에 알킬 금속 가스를 공급하는 알킬 금속 가스 공급 수단과, 상기 실리콘 소스 가스 공급 수단 및 상기 알킬 금속 가스 공급 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 실리콘 소스 가스 공급 수단을 제어하여 상기 반응실 내에 상기 실리콘 소스 가스를 공급시켜, 상기 반응실 내에 수용된 상기 피처리체에 실리콘 흡착물을 흡착시키고, 상기 알킬 금속 가스 공급 수단을 제어하여 상기 반응실 내에 상기 알킬 금속 가스를 공급시켜, 상기 실리콘 흡착물에 포함되는 염소를 제거하는, 처리를 복수회 반복한다.
본 발명에 따르면, 불순물이 적은 카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법, 및 형성 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태의 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 제어부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 SiC막의 형성 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 반도체 웨이퍼 표면에서의 반응을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태의 SiC막의 형성 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태의 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 SiOC막의 형성 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 SiOCN막의 형성 방법을 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 따른 카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법, 및 형성 장치에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법, 및 형성 장치로서, 실리콘 카바이드 막(SiC막)의 형성 방법, 및 형성 장치를 예로 설명한다. 또한, SiC막의 형성 장치로서, 뱃치식의 종형 처리 장치를 이용하는 경우를 예로 설명한다. 도 1에 본 실시 형태의 처리 장치의 구성을 나타낸다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 처리 장치(1)는 길이 방향이 수직 방향으로 향하도록 된 반응관(2)을 구비하고 있다. 반응관(2)은 내관(2a)과, 내관(2a)을 덮음과 동시에 내관(2a)과 소정 간격을 갖도록 형성된 천장이 있는 외관(2b)으로 구성된 이중관 구조를 갖는다. 내관(2a)과 외관(2b)의 측벽은, 도 1에 화살표로 나타내는 바와 같이, 복수의 개구를 갖고 있다. 내관(2a) 및 외관(2b)은 내열 및 내부식성이 우수한 재료, 예를 들어, 석영에 의해 형성되어 있다.
반응관(2)의 한쪽에는, 반응관(2) 내의 가스를 배기하기 위한 배기부(3)가 배치되어 있다. 배기부(3)는 반응관(2)을 따라 상방으로 연장되도록 형성되고, 반응관(2)의 측벽에 형성된 개구를 통하여, 반응관(2)과 연통한다. 배기부(3)의 상단은, 반응관(2)의 상부에 배치된 배기구(4)에 접속되어 있다. 이 배기구(4)에는 도시하지 않은 배기관이 접속되고, 배기관에는 도시하지 않은 밸브나 후술하는 진공펌프(127) 등의 압력 조정 기구가 설치되어 있다. 이 압력 조정 기구에 의해, 외관(2b)의 한쪽의 측벽측(소스 가스 공급관(8))으로부터 공급된 가스가, 내관(2a), 외관(2b)의 다른 쪽의 측벽측, 배기부(3), 배기구(4)를 통하여, 배기관에 배기되어, 반응관(2) 내가 원하는 압력(진공도)으로 제어된다.
반응관(2)의 하방에는, 덮개(5)가 배치되어 있다. 덮개(5)는 내열 및 내부식성이 우수한 재료, 예를 들어, 석영에 의해 형성되어 있다. 또한, 덮개(5)는 후술하는 보트 엘리베이터(128)에 의해 상하 이동 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 보트 엘리베이터(128)에 의해 덮개(5)가 상승하면, 반응관(2)의 하방측(노구 부분)이 폐쇄되고, 보트 엘리베이터(128)에 의해 덮개(5)가 하강하면, 반응관(2)의 하방측(노구 부분)이 개구된다.
덮개(5)의 위에는, 웨이퍼 보트(6)가 적재되어 있다. 웨이퍼 보트(6)는 예를 들어, 석영에 의해 형성되어 있다. 웨이퍼 보트(6)는 반도체 웨이퍼(W)가 수직 방향으로 소정의 간격을 두고 복수매, 수용 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 덮개(5)의 상부에, 반응관(2)의 노구 부분으로부터 반응관(2) 내의 온도가 저하되는 것을 방지하는 보온통이나, 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 웨이퍼 보트(6)를 회전 가능하게 적재하는 회전 테이블을 설치하고, 이들 위에 웨이퍼 보트(6)를 적재해도 된다. 이들의 경우, 웨이퍼 보트(6)에 수용된 반도체 웨이퍼(W)를 균일한 온도로 제어하기 쉬워진다.
반응관(2)의 주위에는, 반응관(2)을 둘러싸도록, 예를 들어, 저항 발열체로 이루어지는 승온용 히터(7)가 설치되어 있다. 이 승온용 히터(7)에 의해 반응관(2)의 내부가 소정 온도로 가열되고, 이 결과, 반응관(2)의 내부에 수용된 반도체 웨이퍼(W)가 소정 온도로 가열된다.
반응관(2)의 하단 근방의 측면에는, 반응관(2)(외관(2b)) 내에 소스 가스를 공급하는 소스 가스 공급관(8)이 삽입 관통되어 있다. 소스 가스는, 피처리체에 소스(Si)을 흡착시키는 Si 소스로서, 후술하는 흡착 스텝에서 이용된다. Si 소스로서는, 적어도 1개의 염소기를 가진 실리콘원, 예를 들어, 디클로로실란(SiH2Cl2), 트리클로로실란(SiHCl3), 모노클로로 실란(SiH3Cl), 테트라클로로실란(SiCl4), 헥사클로로디실란(Si2Cl6), 옥타클로로트리실란(Si3Cl8)을 이용할 수 있다. 본 예에서는, 테트라클로로실란이 이용되고 있다.
소스 가스 공급관(8)에는, 수직 방향의 소정 간격마다 공급 구멍이 형성되어 있고, 공급 구멍으로부터 반응관(2)(외관(2b))내에 소스 가스가 공급된다. 이 때문에, 도 1에 화살표로 나타내는 바와 같이, 소스 가스가 수직 방향의 복수 개소로부터 반응관(2) 내에 공급된다.
또한, 반응관(2)의 하단 근방의 측면에는, 반응관(2)(외관(2b)) 내에 알킬 금속을 공급하는 알킬 금속 공급관(9)이 삽입 관통되어 있다. 여기서, 알킬 금속이란, 알킬기에 금속이 결합한 화합물을 말하며, 예를 들어, 금속이 붕소(B)인 경우, 트리메틸붕소(B(CH3)3), 트리에틸붕소(B(C2H5)3), 트리프로필붕소(B(C3H7)3), 트리이소프로필붕소(B(C3H7)3) 등을 들 수 있다. 알킬 금속은, 흡착된 소스의 염소를 알킬기로 치환하는, 후술하는 염소 제거 공정에서 이용된다. 본 예에서는, 트리이소프로필붕소가 이용되고 있다.
또한, 반응관(2)의 하단 근방의 측면에는, 반응관(2)(외관(2b)) 내에 희석 가스 및 퍼지 가스로서의 질소(N2)를 공급하는 질소 가스 공급관(11)이 삽입 관통되어 있다.
소스 가스 공급관(8), 알킬 금속 공급관(9), 질소 가스 공급관(11)은 후술하는 매스 플로우 컨트롤러(MFC: Mass Flow Controller)(125)를 통하여, 도시하지 않은 가스 공급원에 접속되어 있다.
또한, 반응관(2) 내에는, 반응관(2) 내의 온도를 측정하는, 예를 들어, 열전쌍으로 이루어지는 온도 센서(122), 및 반응관(2) 내의 압력을 측정하는 압력계(123)가 복수개 배치되어 있다.
또한, 처리 장치(1)는 장치 각 부의 제어를 행하는 제어부(100)를 구비하고 있다. 도 2에 제어부(100)의 구성을 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 제어부(100)에는, 조작 패널(121), 온도 센서(122), 압력계(123), 히터 컨트롤러(124), MFC(125), 밸브 제어부(126), 진공 펌프(127), 보트 엘리베이터(128) 등이 접속되어 있다.
조작 패널(121)은 표시 화면과 조작 버튼을 구비하여, 오퍼레이터의 조작 지시를 제어부(100)에 전달하고, 또한, 제어부(100)로부터의 다양한 정보를 표시 화면에 표시한다.
온도 센서(122)는 반응관(2) 내 및 배기관 내 등의 각 부의 온도를 측정하고, 그 측정값을 제어부(100)에 통지한다.
압력계(123)는 반응관(2) 내 및 배기관 내 등의 각 부의 압력을 측정하고, 그 측정값을 제어부(100)에 통지한다.
히터 컨트롤러(124)는 승온용 히터(7)를 개별적으로 제어하기 위한 것으로, 제어부(100)로부터의 지시에 응답하여, 승온용 히터(7)에 통전하여 이들을 가열하고, 또한, 승온용 히터(7)의 소비 전력을 개별로 측정하여, 제어부(100)에 통지한다.
MFC(125)는, 소스 가스 공급관(8), 알킬 금속 공급관(9), 질소 가스 공급관(11) 등의 각 배관에 배치되어, 각 배관을 흐르는 가스의 유량을 제어부(100)로부터 지시받은 양으로 제어함과 함께, 실제로 흐른 가스의 유량을 측정하여, 제어부(100)에 통지한다.
밸브 제어부(126)는 각 배관에 배치되어, 각 배관에 배치된 밸브의 개방도를 제어부(100)로부터 지시받은 값으로 제어한다.
진공 펌프(127)는 배기관에 접속되어, 반응관(2) 내의 가스를 배기한다.
보트 엘리베이터(128)는 덮개(5)를 상승시킴으로써, 웨이퍼 보트(6)(반도체 웨이퍼(W))를 반응관(2) 내에 로드하고, 덮개(5)를 하강시킴으로써, 웨이퍼 보트(6)(반도체 웨이퍼(W))를 반응관(2) 내로부터 언로드한다.
제어부(100)는 레시피 기억부(111)와, ROM(Read Only Memory)(112)과, RAM(Random Access Memory)(113)과, I/O 포트(Input/Output Port)(114)와, CPU(Central Processing Unit)(115)와, 이들을 서로 접속하는 버스(116)로 구성되어 있다.
레시피 기억부(111)에는, 셋업용 레시피와 복수의 프로세스용 레시피가 기억되어 있다. 처리 장치(1)의 제조 당초에는, 셋업용 레시피만이 저장된다. 셋업용 레시피는, 각 처리 장치에 따른 열 모델 등을 생성할 때에 실행되는 것이다. 프로세스용 레시피는, 유저가 실제로 행하는 열처리(프로세스)마다 준비되는 레시피로서, 반응관(2)에의 반도체 웨이퍼(W)의 로드에서부터, 처리 완료된 반도체 웨이퍼(W)를 언로드할 때까지의, 각 부의 온도 변화, 반응관(2) 내의 압력 변화, 각종 가스의 공급 개시 및 정지의 타이밍과 공급량 등을 규정한다.
ROM(112)은, EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 플래시 메모리, 하드 디스크 등으로 구성되며, CPU(115)의 동작 프로그램 등을 기억하는 기록 매체이다.
RAM(113)은, CPU(115)의 워크에리어 등으로서 기능한다.
I/O 포트(114)는 조작 패널(121), 온도 센서(122), 압력계(123), 히터 컨트롤러(124), MFC(125), 밸브 제어부(126), 진공 펌프(127), 보트 엘리베이터(128) 등에 접속되어, 데이터나 신호의 입출력을 제어한다.
CPU(115)는, 제어부(100)의 중추를 구성하고, ROM(112)에 기억된 제어 프로그램을 실행한다. 또한, CPU(115)는, 조작 패널(121)로부터의 지시에 따라 레시피 기억부(111)에 기억되어 있는 레시피(프로세스용 레시피)에 따라, 처리 장치(1)의 동작을 제어한다. 즉, CPU(115)는, 온도 센서(122), 압력계(123), MFC(125) 등에 반응관(2) 내 및 배기관 내 등의 각 부의 온도, 압력, 유량 등을 측정시키고, 이 측정 데이터에 기초하여, 히터 컨트롤러(124), MFC(125), 밸브 제어부(126), 진공 펌프(127) 등에 제어 신호 등을 출력하여, 상기 각 부가 프로세스용 레시피를 따르도록 제어한다.
버스(116)는 각 부의 사이에서 정보를 전달한다.
이어서, 이상과 같이 구성된 처리 장치(1)를 이용한 SiC막의 형성 방법에 대하여, 도 3에 나타내는 레시피(타임 시퀀스)를 참조하여 설명한다. 본 실시 형태의 SiC막의 형성 방법에서는, ALD법에 의해, 반도체 웨이퍼(W) 상에 SiC막을 형성한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 반도체 웨이퍼(W)에 소스(Si)를 흡착시키는 흡착 스텝과, 흡착된 소스에 포함되는 염소(Cl)를 제거하는 염소 제거 스텝을 복수회, 예를 들어, 100 사이클 실행하는(반복함) 것에 의해, 반도체 웨이퍼(W) 상에 원하는 두께의 SiC막이 형성된다. 또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, Si 소스 가스로서 테트라클로로실란(SiCl4), 알킬 금속으로서 트리이소프로필붕소(B(C3H7)3), 희석 가스로서 질소(N2)를 이용하고 있다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 처리 장치(1)를 구성하는 각 부의 동작은, 제어부(100)(CPU(115))에 의해 제어되고 있다. 또한, 각 처리에 있어서의 반응관(2) 내의 온도, 압력, 가스의 유량 등은, 상술한 바와 같이, 제어부(100)(CPU(115))가 히터 컨트롤러(124)(승온용 히터(7)), MFC(125)(소스 가스 공급관(8) 등), 밸브 제어부(126), 진공 펌프(127)를 제어함으로써, 도 3에 나타내는 레시피에 따른 조건으로 설정된다.
먼저, 승온용 히터(7)에 의해 반응관(2) 내를 소정의 로드 온도, 예를 들어, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 300℃로 유지한다. 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 질소 가스 공급관(11)으로부터 소정량의 질소를 반응관(2) 내에 공급한다. 이어서, 반도체 웨이퍼(W)를 수용한 웨이퍼 보트(6)를 덮개(5) 위에 적재한다. 그리고, 보트 엘리베이터(128)를 통해 덮개(5)를 상승시켜서, 반도체 웨이퍼(W)(웨이퍼 보트(6))를 반응관(2) 내에 로드한다(로드 공정).
먼저, 승온용 히터(7)에 의해 반응관(2) 내를 소정의 온도, 예를 들어, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 500℃로 설정한다. 또한, 질소 가스 공급관(11)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를 공급함과 함께, 반응관(2) 내의 가스를 배출하여, 반응관(2)을 소정의 압력, 예를 들어, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 133Pa(1Torr)로 설정한다(안정화 공정).
여기서, 반응관(2) 내의 온도는, 200 내지 600℃로 하는 것이 바람직하고, 350 내지 550℃로 하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 범위의 온도로 함으로써, 형성되는 SiC막의 막질이나 막 두께 균일성 등을 향상시킬 수 있기 때문이다.
반응관(2) 내의 압력은, 0.133Pa(0.001Torr) 내지 13.3kPa(100Torr)로 하는 것이 바람직하다. 이러한 범위의 압력으로 함으로써, 반도체 웨이퍼(W)와 Si의 반응을 촉진시킬 수 있기 때문이다. 반응관(2) 내의 압력은, 13.3Pa(0.1Torr) 내지 1330Pa(10Torr)로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위의 압력으로 함으로써, 반응관(2) 내의 압력 제어가 용이해지기 때문이다.
이어서, 반도체 웨이퍼(W)에 Si를 흡착시키는 흡착 스텝을 실행한다. 흡착 스텝에서는, 소스 가스 공급관(8)으로부터 Si 소스로서의 테트라클로로실란(SiCl4)을 반응관(2) 내에, 예를 들어, 도 3의 (d)에 나타내는 바와 같이, 200sccm 공급한다(플로우 공정).
반응관(2) 내에 공급된 SiCl4는, 반응관(2) 내에서 가열되어 활성화된다. 이 때문에, 반응관(2) 내에 SiCl4가 공급되면, 반도체 웨이퍼(W)와 활성화된 Si가 반응하여, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(W)에 Si가 흡착된다.
반도체 웨이퍼(W)에 소정량의 Si가 흡착되면, 소스 가스 공급관(8)으로부터의 SiCl4의 공급을 정지한다. 그리고, 반응관(2) 내의 가스를 배출함과 함께, 질소 가스 공급관(11)으로부터 질소를 반응관(2) 내에, 예를 들어, 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 500sccm 공급하여, 반응관(2) 내의 가스를 반응관(2) 외로 배출한다(퍼지, 진공화 공정).
이어서, 염소 제거 스텝을 실행한다. 먼저, 염소 제거 스텝에서는, 승온용 히터(7)에 의해 반응관(2) 내를 소정 온도, 예를 들어, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 500℃로 설정한다. 또한, 질소 가스 공급관(11)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를 공급함과 함께, 반응관(2) 내의 가스를 배출하여, 반응관(2)을 소정 압력, 예를 들어, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 133Pa(1Torr)로 설정한다. 이어서, 알킬 금속 공급관(9)으로부터 알킬 금속으로서 트리이소프로필붕소(B(C3H7)3)를 반응관(2) 내에, 예를 들어, 도 3의 (e)에 나타내는 바와 같이, 200sccm 공급한다(플로우 공정).
반응관(2) 내에 공급된 B(C3H7)3은, 반응관(2) 내에서 가열되어 활성화된다. 이 때문에, 반응관(2) 내에 B(C3H7)3이 공급되면, 활성화 된 B(C3H7)3가 흡착된 Si의 Cl 접합(Si-Cl)을 절단하여, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 흡착된 소스에 포함되는 염소(Cl)를 제거한다.
여기서, 알킬 금속으로서 트리이소프로필붕소를 이용하고 있으므로, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 붕소가 BCl3라고 하는 높은 증기압을 갖는 물질로 변화하여, 막 외부로 배출된다. 배출되는 BCl3은, 특허문헌 1에서 배출되는 AlCl3보다도 증기압이 높아, 형성되는 SiC막 속에 잔류하기 어렵다. 이 때문에, 특허문헌 1과 같이 불순물이 포함되기 어려워, 불순물이 적은 SiC막을 형성할 수 있다.
흡착된 소스에 포함되는 염소가 제거되면, 알킬 금속 공급관(9)으로부터의 B(C3H7)3의 공급을 정지한다. 그리고, 반응관(2) 내의 가스를 배출함과 함께, 질소 가스 공급관(11)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를, 예를 들어, 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 500sccm 공급하여, 반응관(2) 내의 가스를 반응관(2) 외로 배출한다(퍼지, 진공화 공정).
이에 의해, 흡착 스텝과 염소 제거 스텝으로 이루어지는 ALD법의 1 사이클이 종료된다. 계속해서, 다시, 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이, 흡착 스텝부터 시작되는 ALD법의 1 사이클을 개시한다. 그리고, 이 사이클을 소정회, 예를 들어, 100회 반복한다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(W)에 원하는 두께의 SiC막이 형성된다.
반도체 웨이퍼(W)에 원하는 두께의 SiC막이 형성되면, 승온용 히터(7)에 의해 반응관(2) 내를 소정의 로드 온도, 예를 들어, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 300℃로 유지함과 함께 질소 가스 공급관(11)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를 공급하여 반응관(2) 내를 질소로 사이클 퍼지하여 상압으로 복귀시킨다(상압 복귀 공정). 이어서, 보트 엘리베이터(128)에 의해 덮개(5)를 하강시킴으로써, 반도체 웨이퍼(W)를 언로드한다(언로드 공정).
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 반도체 웨이퍼(W)에 테트라클로로실란을 흡착시킨 후, 트리이소프로필붕소를 공급하여 흡착된 소스에 포함되는 염소를 제거하는 스텝을 복수회 실시하고 있으므로, 불순물이 적은 SiC막을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 변형, 응용이 가능하다. 이하, 본 발명에 적용 가능한 다른 실시 형태에 대하여 설명한다.
상기 실시 형태에서는, 흡착 스텝과 염소 제거 스텝을 1 사이클로 하여 반복한 경우를 예로 본 발명을 설명했지만, 예를 들어, 도 5에 나타내는 바와 같이, SiC막에 포함되는 염소를 더 제거하는 플라즈마 처리 스텝을 더 구비해도 된다. 플라즈마 처리 스텝에서는, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 반응관(2) 내를 500℃, 40Pa(0.3Torr)로 유지한 상태에서, 도 5의 (f)에 나타내는 바와 같이, 반응관(2) 내에 플라즈마에 의해 활성화된 수소 가스(Ar/H2 가스)를 공급한다(플로우 공정). 이 플라즈마 처리 스텝에 있어서 퍼지, 진공화 공정은, 흡착 스텝이나 염소 제거 스텝에 있어서 퍼지, 진공화 공정과 동일한 조건하에서 행한다. 이 경우, 플라즈마 처리 스텝에서 반응관(2) 내에 공급되는 활성화된 수소 가스에 의해, SiC막 속에 포함되는 염소가 더 제거되어, 보다 불순물이 적은 SiC막을 형성할 수 있다.
이러한 플라즈마 처리를 행하는 경우에는, 예를 들어, 도 6에 나타내는 바와 같은 처리 장치(1)를 이용할 수 있다. 처리 장치(1)에서는, 반응관(2)의 배기부(3)가 배치되어 있는 반응관(2)의 한쪽의 반대 측에, 플라즈마 발생부(20)가 설치되어 있다. 플라즈마 발생부(20)는 한 쌍의 전극(21) 등을 구비하고 있고, 한 쌍의 전극(21) 사이에 Ar/H2 가스 공급관(10)이 반응관(2) 내에 삽입 관통되어 있다. 한 쌍의 전극(21)은 도시하지 않은 고주파 전원, 정합기 등에 접속되어 있다. 그리고, 한 쌍의 전극(21) 사이에 고주파 전원으로부터 정합기를 통하여 고주파 전력을 인가함으로써, 한 쌍의 전극(21) 사이에 공급된 수소 가스(H2)를 플라즈마 여기(활성화)시켜, 플라즈마 발생부(20)로부터 반응관(2) 내에 공급된다. 또한, 수소 가스(H2)의 활성화로서는, 촉매, UV, 열, 자력 등을 이용해도 된다.
상기 실시 형태에서는, 카본을 포함하는 실리콘막으로서 SiC막을 이용한 경우를 예로 본 발명을 설명했지만, 카본을 포함하는 실리콘막은 SiC막에 한정되는 것은 아니다. 카본을 포함하는 실리콘막은, 실리콘막에 카본을 포함하는 것이면 좋고, 예를 들어, 탄소 함유 실리콘 산화막(SiOC막), 탄소 함유 실리콘 산질화막(SiOCN막)이어도 된다.
도 7에 SiOC막의 형성 방법을 설명하기 위한 레시피(타임 시퀀스)을 나타낸다. 도 7에 나타내는 바와 같이, SiOC막의 형성 방법에서는, 전술한 SiC막의 형성 방법에 있어서의 흡착 스텝과, 염소 제거 스텝과, 형성된 SiC막에 산소를 공급하는 산소 공급 스텝을 소정회, 예를 들어, 100회 반복한다. 산소 공급 스텝에서는, 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 반응관(2) 내를 500℃, 40Pa(0.3Torr)로 유지한 상태에서, 도 7의 (f)에 나타내는 바와 같이, 반응관(2) 내에 산소(O2)를 500 sccm 공급한다 (플로우 공정). 이 산소 공급 스텝에 있어서 퍼지, 진공화 공정은, 흡착 스텝이나 염소 제거 스텝에 있어서 퍼지, 진공화 공정과 동일한 조건하에서 행한다. 이에 의해, SiC막 속에 산소가 도입되어, 반도체 웨이퍼(W)에 SiOC막이 형성된다. 이와 같이, 불순물이 적은 SiC막을 이용하여 SiOC막을 형성하고 있으므로, 불순물이 적은 카본을 포함하는 실리콘막을 형성할 수 있다.
도 8에 SiOCN막의 형성 방법을 설명하기 위한 레시피(타임 시퀀스)을 나타낸다. 도 8에 나타내는 바와 같이, SiOCN막의 형성 방법에서는, 전술한 SiOC막의 형성 방법에 있어서의 흡착 스텝과, 염소 제거 스텝과, 산소 공급 스텝과, 형성된 SiOC막에 질소를 공급하는 질소 공급 스텝을 소정회, 예를 들어, 100회 반복한다. 질소 공급 스텝에서는, 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 반응관(2) 내를 500℃, 40Pa(0.3Torr)로 유지한 상태에서, 도 8의 (g)에 나타내는 바와 같이, 반응관(2) 내에 암모니아(NH3)를 500sccm 공급한다(플로우 공정). 이 질소 공급 스텝에 있어서 퍼지, 진공화 공정은, 흡착 스텝이나 염소 제거 스텝에 있어서 퍼지, 진공화 공정과 동일한 조건하에서 행한다. 이에 의해, SiOC막 속에 질소가 도입되어, 반도체 웨이퍼(W)에 SiOCN막이 형성된다. 이와 같이, 불순물이 적은 SiOC막을 이용하여 SiOCN막을 형성하고 있으므로, 불순물이 적은 카본을 포함하는 실리콘막을 형성할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, Si 소스로서 테트라클로로실란을 이용한 경우를 예로 본 발명을 설명했지만, Si 소스는, 적어도 1개의 염소기를 가진 실리콘원이면 좋고, 예를 들어, 디클로로실란(SiH2Cl2), 트리클로로실란(SiHCl3), 모노클로로 실란(SiH3Cl), 헥사 클로로디실란(Si2Cl6), 옥타클로로트리실란(Si3Cl8) 이어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 알킬 금속으로서 트리이소프로필붕소를 이용한 경우를 예로 본 발명을 설명했지만, 알킬 금속은, 흡착된 소스의 염소를 알킬기로 치환 가능한 것이면 좋고, 예를 들어, 트리메틸붕소(B(CH3)3), 트리에틸붕소(B(C2H5)3), 트리프로필붕소(B(C3H7)3) 이어도 된다. 또한, 금속은, 그 금속 염화물의 증기압이 높은 것이면 좋고, 붕소에 한정되는 것은 아니다.
상기 실시 형태에서는, 반응관(2) 내의 온도를 500℃로 한 경우를 예로 본 발명을 설명했지만, 예를 들어, 촉매, UV, 자력 등에 의해 처리 가스를 활성화시킴으로써, 반응관(2) 내의 온도를 낮게 해도 된다.
상기 실시 형태에서는, 흡착 스텝과 염소 제거 스텝을 1 사이클로 하고, 이 사이클을 100회 반복한 경우를 예로 본 발명을 설명했지만, 예를 들어, 50 사이클과 같이, 사이클수를 적게 해도 된다. 또한, 200 사이클과 같이, 사이클수를 많게 해도 된다. 이 경우에도, 사이클수에 따라, 예를 들어, Si 소스의 공급량 등을 조정함으로써, 불순물이 적은 SiC막을 형성할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 처리 가스 공급시에 처리 가스만을 공급하는 경우를 예로 본 발명을 설명했지만, 예를 들어, 처리 가스 공급시에 희석 가스로서의 질소를 공급해도 된다. 이 경우, 처리 시간의 설정 등이 용이해진다. 희석 가스로서는, 불활성 가스인 것이 바람직하고, 질소 이외에, 예를 들어, 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe)을 적용할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 처리 장치(1)로서, 이중관 구조의 뱃치식 처리 장치의 경우를 예로 본 발명을 설명했지만, 예를 들어, 단관 구조의 뱃치식 처리 장치에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다. 또한, 뱃치식의 횡형 처리 장치나 매엽식의 처리 장치에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다.
본 발명의 실시 형태에 따른 제어부(100)는 전용 시스템에 의하지 않고, 통상의 컴퓨터 시스템을 이용하여 실현가능하다. 예를 들어, 범용 컴퓨터에, 상술한 처리를 실행하기 위한 프로그램을 저장한 기록 매체(플렉시블 디스크, CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory) 등)로부터 해당 프로그램을 인스톨 함으로써, 상술한 처리를 실행하는 제어부(100)를 구성할 수 있다.
그리고, 이 프로그램을 공급하기 위한 수단은 임의이다. 상술한 바와 같이 소정의 기록 매체를 통하여 공급할 수 있는 것 외에, 예를 들어, 통신 회선, 통신 네트워크, 통신 시스템 등을 통하여 공급해도 된다. 이 경우, 예를 들어, 통신 네트워크의 게시판(BBS: Bulletin Board System)에 해당 프로그램을 게시하고, 이것을 네트워크를 통하여 제공해도 된다. 그리고, 이렇게 제공된 프로그램을 기동하여, OS(Operating System)의 제어하에서, 다른 어플리케이션 프로그램과 마찬가지로 실행함으로써, 상술한 처리를 실행할 수 있다.
본 발명은, 카본을 포함하는 실리콘막의 형성방법, 및 카본을 포함하는 실리콘막의 형성장치에 유용하다.
1: 처리 장치 2: 반응관
2a: 내관 2b: 외관
3: 배기부 4: 배기구
5: 덮개 6: 웨이퍼 보트
7: 승온용 히터 8: 소스 가스 공급관
9: 알킬 금속 공급관 11: 질소 가스 공급관
100: 제어부 111: 레시피 기억부
112: ROM 113: RAM
114: I/O 포트 115: CPU
116: 버스 121: 조작 패널
122: 온도 센서 123: 압력계
124: 히터 컨트롤러 125: MFC
126 밸브 제어부 127: 진공펌프
128: 보트 엘리베이터 W: 반도체 웨이퍼

Claims (8)

  1. 피처리체가 수용된 반응실 내에 적어도 1개의 염소기를 가진 실리콘 소스 가스를 공급하여 활성화시키고, 상기 활성화된 실리콘 소스 가스와 상기 피처리체를 반응시켜서 상기 피처리체에 실리콘 흡착물을 흡착시키는 흡착 스텝과,
    상기 반응실 내에 알킬 금속 가스를 공급하여 활성화시키고, 상기 활성화된 알킬 금속 가스와 상기 실리콘 흡착물을 반응시켜서 상기 실리콘 흡착물에 포함되는 염소를 제거하는 염소 제거 스텝을 구비하고,
    상기 흡착 스텝과 상기 염소 제거 스텝을, 이 순서대로 복수회 반복하는, 카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 염소 제거 스텝에서는, 상기 알킬 금속 가스로서, 트리메틸붕소, 트리에틸붕소, 트리프로필붕소, 또는, 트리이소프로필붕소를 이용하는, 카본을 포함하는 실리콘 산화막의 형성 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 흡착 스텝에서는, 상기 실리콘 소스 가스로서, 디클로로실란, 트리클로로실란, 모노클로로실란, 테트라클로로실란, 헥사클로로디실란, 또는, 옥타클로로트리실란을 이용하는, 카본을 포함하는 실리콘 산화막의 형성 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 염소 제거 스텝에서는, 상기 반응실 내를 200℃ 내지 600℃로 설정하는, 카본을 포함하는 실리콘 산화막의 형성 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 염소 제거 스텝을 실행한 후, 상기 반응실에 플라즈마에 의해 활성화된 수소 가스를 공급하여, 상기 실리콘 흡착물에 포함되는 염소를 더 제거하는 플라즈마 처리 스텝을, 더 구비하고,
    상기 흡착 스텝과, 상기 염소 제거 스텝과, 상기 플라즈마 처리 스텝을, 이 순서대로 복수회 반복하는, 카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 염소 제거 스텝을 실행한 후, 상기 반응실에 산소를 공급하여 활성화시키고, 상기 활성화된 산소와 상기 실리콘 흡착물을 반응시켜서 상기 실리콘 흡착물에 산소를 포함시키는 산소 공급 스텝을, 더 구비하고,
    상기 흡착 스텝과, 상기 염소 제거 스텝과, 상기 산소 공급 스텝을, 이 순서대로 복수회 반복하는, 카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법
  7. 제6항에 있어서,
    상기 산소 공급 스텝을 실행한 후, 상기 반응실에 질소를 공급하여 활성화시키고, 상기 활성화된 질소와 상기 실리콘 흡착물을 반응시켜서 상기 실리콘 흡착물에 질소를 포함시키는 질소 공급 스텝을, 더 구비하고,
    상기 흡착 스텝과, 상기 염소 제거 스텝과, 상기 산소 공급 스텝과, 상기 질소 공급 스텝을, 이 순서대로 복수회 반복하는, 카본을 포함하는 실리콘막의 형성 방법.
  8. 피처리체를 수용하는 반응실과,
    상기 반응실 내에 적어도 1개의 염소기를 가진 실리콘 소스 가스를 공급하는 실리콘 소스 가스 공급 수단과,
    상기 반응실 내에 알킬 금속 가스를 공급하는 알킬 금속 가스 공급 수단과,
    상기 실리콘 소스 가스 공급 수단 및 상기 알킬 금속 가스 공급 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은,
    상기 실리콘 소스 가스 공급 수단을 제어하여 상기 반응실 내에 상기 실리콘 소스 가스를 공급시켜, 상기 반응실 내에 수용된 상기 피처리체에 실리콘 흡착물을 흡착시키고, 상기 알킬 금속 가스 공급 수단을 제어하여 상기 반응실 내에 상기 알킬 금속 가스를 공급시켜, 상기 실리콘 흡착물에 포함되는 염소를 제거하는, 처리를 복수회 반복하는, 카본을 포함하는 실리콘막의 형성 장치.
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