KR20150104037A - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소 농도의 높은 막을 형성한다. 처리실 내의 기판에 대해, 제1 공급부로부터 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료 가스를 공급함으로써, 제1 원소 및 탄소를 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과, 처리실 내의 기판에 대해, 제2 공급부로부터 제2 원소를 포함하는 반응 가스를 공급함과 함께 제2 공급부와는 다른 제3 공급부로부터 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급함으로써, 제1 층을 개질하여, 제2 층을 형성하는 공정을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 기판 상에, 제1 원소, 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, AND PROGRAM}
본 발명은, 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판에 대해, 예를 들어 실리콘을 포함하는 원료 가스나, 질화 가스나 산화 가스 등의 반응 가스를 공급하고, 기판 상에 질화막이나 산화막 등의 막을 형성하는 공정이 행해지는 경우가 있다.
기판 상에 형성하는 상술한 막 중에 탄소(C) 등을 함유시킴으로써, 예를 들어 불화수소(HF)에 대한 내성 등을 향상시킬 수 있다. 이 경우에, 막 중의 탄소 농도를 고정밀도로 제어하고, 막 중에 고농도에 탄소를 함유시킬 수 있으면, 막의 HF 내성 등을 한층 더 향상시킬 수 있다.
본 발명은, 탄소 농도가 높은 막을 형성하는 것이 가능한 기술을 제공한다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 처리실 내의 기판에 대해, 제1 공급부로부터 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1 원소 및 탄소를 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 제2 공급부로부터 제2 원소를 포함하는 제1 반응 가스를 공급함과 함께 상기 제2 공급부와는 다른 제3 공급부로부터 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급함으로써, 상기 제1 층을 개질하여, 제2 층을 형성하는 공정을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 제1 공급부로부터 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료 가스를 공급하는 제1 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 제2 공급부로부터 제2 원소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 제2 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 상기 제2 공급부와는 다른 제3 공급부로부터 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급하는 제3 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 상기 제1 공급부로부터 상기 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1 원소 및 탄소를 포함하는 제1 층을 형성하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 상기 제2 공급부로부터 상기 반응 가스를 공급함과 함께 상기 제3 공급부로부터 상기 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급함으로써, 상기 제1 층을 개질하여, 제2 층을 형성하는 처리를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 처리를 행하도록, 상기 제1 가스 공급계, 상기 제2 가스 공급계 및 상기 제3 가스 공급계를 제어하도록 구성되는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 처리실 내의 기판에 대해, 제1 공급부로부터 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1 원소 및 탄소를 포함하는 제1 층을 형성하는 수순과, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 제2 공급부로부터 제2 원소를 포함하는 반응 가스를 공급함과 함께 상기 제2 공급부와는 다른 제3 공급부로부터 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급함으로써, 상기 제1 층을 개질하여, 제2 층을 형성하는 수순을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이 제공된다.
본 발명에 따르면, 탄소 농도의 높은 막을 형성하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 2(저온 조건 시)에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 2(고온 조건 시)에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 9에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 10에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 11에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 13에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 14에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 15에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스의 변형예 18에 있어서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 14의 (a)는 BTCSM의 화학 구조식을, 도 14의 (b)는 BTCSE의 화학 구조식을, 도 14의 (c)는 TCDMDS의 화학 구조식을, 도 14의 (d)는 DCTMDS의 화학 구조식을, 도 14의 (e)는 MCPMDS의 화학 구조식을 도시하는 도면이다.
도 15의 (a)는 보라진의 화학 구조식을, 도 15의 (b)는 보라진 화합물의 화학 구조식을, 도 15의 (c)는 n,n',n"-트리메틸보라진의 화학 구조식을, 도 15의 (d)는 n,n',n"-트리-n-프로필보라진의 화학 구조식을 도시하는 도면이다.
도 16의 (a) 내지 (c)는 각각, 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 사용되는 기판 처리 장치의 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해, 도 1 내지 도 3을 사용해서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시하는 바와 같이, 처리로(202)는 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판으로서의 히터 베이스(도시하지 않음)에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 히터(207)는, 후술하는 바와 같이 가스를 열로 여기(활성화)시키는 여기부(활성화 기구)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 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 통중공부에는 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 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는 가스 공급부(공급부)로서의 노즐(249a, 249b, 249d)이, 반응관(203)의 하부를 관통하도록 설치되어 있다. 노즐(249a, 249b, 249d)은, 예를 들어 석영 또는 SiC 등의 내열성 재료로 이루어진다. 노즐(249a, 249b, 249d)에는 가스 공급관(232a, 232b, 232d)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232b)에는 가스 공급관(232c)이 접속되어 있다. 이와 같이, 반응관(203)에는, 3개의 노즐(249a, 249b, 249d)과, 4개의 가스 공급관(232a 내지 232d)이 설치되어 있어, 처리실(201) 내에 복수 종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
단, 본 실시 형태의 처리로(202)는 상술한 형태로 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 좋다. 이와 같이, 처리로(202)의 노구부를 금속제로 하고, 이 금속제의 노구부에 노즐 등을 설치해도 된다.
가스 공급관(232a 내지 232d)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a 내지 241d) 및 개폐 밸브인 밸브(243a 내지 243d)가 각각 설치되어 있다. 가스 공급관(232a, 232b)의 밸브(243a, 243b)보다도 하류측에는, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(232e, 232f)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232e, 232f)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(241e, 241f) 및 개폐 밸브인 밸브(243e, 243f)가 각각 설치되어 있다.
가스 공급관(232a, 232b)의 선단부에는, 노즐(249a, 249b)이 각각 접속되어 있다. 노즐(249a, 249b)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 원환상의 공간에, 반응관(203)의 내벽 하부보다 상부를 따라서, 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. 즉, 노즐(249a, 249b)은 처리실(201) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부의 측방에 설치되어 있다. 노즐(249a, 249b)은 L자형의 롱 노즐로 각각 구성되어 있고, 그들의 각 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그들의 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 걸쳐서 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 설치되어 있다.
가스 공급관(232d)의 선단부에는 노즐(249d)이 접속되어 있다. 노즐(249d)은 가스 공급부(공급부)로서의 버퍼실(237) 내에 설치되어 있다. 버퍼실(237)은 가스 분산 공간으로서도 기능한다. 버퍼실(237)은 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 원환상의 공간에, 또한, 반응관(203) 내벽의 하부보다 상부에 걸치는 부분에, 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서 설치되어 있다. 즉, 버퍼실(237)은 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 즉, 버퍼실(237)은 처리실(201) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부의 측방에 설치되어 있다. 버퍼실(237)의 웨이퍼(200)와 인접하는 벽의 단부에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250e)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250e)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급 구멍(250e)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 설치되어 있다.
노즐(249d)은 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(250e)이 형성된 단부와 반대측의 단부에, 반응관(203)의 내벽 하부로부터 상부를 따라서, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해 상승되도록 설치되어 있다. 즉, 노즐(249d)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치되어 있다. 즉, 노즐(249d)은 처리실(201) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부의 측방에 설치되어 있다. 노즐(249d)은 L자형의 롱 노즐로 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되어 있고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향해 상승되도록 설치되어 있다. 노즐(249d)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250d)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(250d)은 버퍼실(237)의 중심을 향하도록 개구되어 있다. 가스 공급 구멍(250d)은 가스 공급 구멍(250e)과 마찬가지로, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되어 있다. 버퍼실(237) 내와 처리실(201) 내의 차압이 작은 경우, 복수의 가스 공급 구멍(250d)의 개구 면적 및 개구 피치를, 상류측(하부)으로부터 하류측(상부)에 걸쳐서 각각 동일하게 하면 된다. 또한, 버퍼실(237) 내와 처리실(201) 내의 차압이 큰 경우, 가스 공급 구멍(250d)의 개구 면적을 상류측으로부터 하류측을 향해 서서히 크게 하거나, 가스 공급 구멍(250d)의 개구 피치를 상류측으로부터 하류측을 향해 서서히 작게 하거나 하면 된다.
가스 공급 구멍(250d)의 각각의 개구 면적이나 개구 피치를, 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 상술한 바와 같이 조절함으로써, 가스 공급 구멍(250d)의 각각으로부터, 유속의 차는 있지만, 유량이 거의 동량인 가스를 분출시키는 것이 가능해진다. 그리고, 이들 복수의 가스 공급 구멍(250d)의 각각으로부터 분출하는 가스를, 일단, 버퍼실(237) 내에 도입함으로써, 버퍼실(237) 내에서 가스의 유속 차의 균일화를 행하는 것이 가능해진다. 복수의 가스 공급 구멍(250d)의 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출한 가스는, 버퍼실(237) 내에서 각 가스의 입자 속도가 완화된 후, 복수의 가스 공급 구멍(250e)으로부터 처리실(201) 내에 분출한다. 복수의 가스 공급 구멍(250d)의 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출한 가스는, 가스 공급 구멍(250e)의 각각으로부터 처리실(201) 내에 분출할 때에는, 균일한 유량과 유속을 갖는 가스가 된다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 반응관(203)의 내벽과, 적재된 복수의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원환상의 세로로 긴 공간 내, 즉, 원통 형상의 공간 내에 배치한 노즐(249a, 249b, 249d) 및 버퍼실(237)을 경유하여 가스를 반송하고 있다. 그리고, 노즐(249a, 249b, 249d) 및 버퍼실(237)에 각각 개구된 가스 공급 구멍(250a, 250b, 250d, 250e)으로부터, 웨이퍼(200)의 근방에서 비로소 반응관(203) 내에 가스를 분출시키고 있다. 그리고, 반응관(203) 내에서의 가스의 주된 흐름을, 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉, 수평 방향으로 하고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급할 수 있어, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 박막의 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다. 웨이퍼(200)의 표면 상을 흐른 가스, 즉, 반응 후의 잔여 가스는, 배기구, 즉, 후술하는 배기관(231)의 방향을 향해 흐른다. 단, 이 잔여 가스의 흐름 방향은 배기구의 위치에 의해 적절하게 특정되고, 수직 방향으로 한정된 것은 아니다.
또한, 본 실시 형태의 기판 처리 장치의 처리로는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 평면에서 보아, 노즐(249b)의 가스 공급 구멍(250b)과 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(250e)을 연결하는 직선의 수직 이등분선이, 처리실(201) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 중심을 통과하도록 구성되어 있다. 이 때문에, 노즐(249b)로부터 공급되는 가스와, 버퍼실(237)로부터 공급되는 가스는, 웨이퍼(200)의 면 내에서 혼합하게 된다. 즉, 이 가스의 믹싱 포인트는 웨이퍼(200)의 면 내가 된다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 소정 원소와 탄소(C)의 화학 결합을 갖는 원료 가스로서, 예를 들어, 소정 원소로서의 Si, 알킬렌기 및 할로겐기를 포함하고, Si와 C의 화학 결합(Si-C 결합)을 갖는 알킬렌 할로실란 원료 가스, 또는, Si, 알킬기 및 할로겐기를 포함하고, Si-C 결합을 갖는 알킬 할로실란 원료 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다.
여기서, 알킬렌기란, 일반식 CnH2n +2로 표시되는 쇄상 포화 탄화수소(알칸)로부터 수소(H)를 2개 제거한 관능기이며, 일반식 CnH2n으로 표시되는 원자의 집합체이다. 알킬렌기에는 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 부틸렌기 등이 포함된다. 또한, 알킬기란, 일반식 CnH2n +2로 표시되는 쇄상 포화 탄화수소로부터 H를 1개 제거한 관능기이며, 일반식 CnH2n +1로 표시되는 원자의 집합체이다. 알킬기에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등이 포함된다. 또한, 할로겐기에는 클로로기, 플루오로기, 브로모기, 요오드기 등이 포함된다. 즉, 할로겐기에는 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I) 등의 할로겐 원소가 포함된다.
알킬렌 할로실란 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)2CH4, 약칭: BTCSE] 가스 등을 사용할 수 있다.
도 14의 (a)에 도시하는 바와 같이, BTCSM은, 그 화학 구조식 중(1 분자 중)에 알킬렌기로서의 메틸렌기를 1개 포함하고 있다. 메틸렌기가 갖는 2개의 결합손은, 각각 Si와 결합하고 있고, Si-C-Si 결합을 구성하고 있다.
도 14의 (b)에 도시하는 바와 같이, BTCSE는, 1 분자 중에 알킬렌기로서의 에틸렌기를 1개 포함하고 있다. 에틸렌기가 갖는 2개의 결합손은, 각각 Si와 결합하고 있고, Si-C-C-Si 결합을 구성하고 있다.
알킬 할로실란 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 알킬 할로실란 원료 가스는, BTCSE 가스, BTCSM 가스 등의 알킬렌 할로실란 원료 가스와는 달리, Si-Si 결합을 갖는 가스, 즉, 소정 원소 및 할로겐 원소를 포함하고, 소정 원소끼리의 화학 결합을 갖는 원료 가스이기도 하다.
도 14의 (c)에 도시하는 바와 같이, TCDMDS는, 1 분자 중에 알킬기로서의 메틸기를 2개 포함하고 있다. 2개의 메틸기가 갖는 각 결합손은, 각각 Si와 결합하고 있고, Si-C 결합을 구성하고 있다. TCDMDS는 디실란의 유도체이며, Si-Si 결합을 갖고 있다. 즉, TCDMDS는, Si끼리가 결합하고, 또한, Si와 C가 결합한 Si-Si-C 결합을 갖고 있다.
도 14의 (d)에 도시하는 바와 같이, DCTMDS는, 1 분자 중에 알킬기로서의 메틸기를 4개 포함하고 있다. 4개의 메틸기가 갖는 각 결합손은, 각각 Si와 결합하고 있고, Si-C 결합을 구성하고 있다. DCTMDS는 디실란의 유도체이며, Si-Si 결합을 갖고 있다. 즉, DCTMDS는, Si끼리가 결합하고, 또한, Si와 C가 결합한 Si-Si-C 결합을 갖고 있다.
도 14의 (e)에 도시하는 바와 같이, MCPMDS는, 1 분자 중에 알킬기로서의 메틸기를 5개 포함하고 있다. 5개의 메틸기가 갖는 각 결합손은, 각각 Si와 결합하고 있고, Si-C 결합을 구성하고 있다. MCPMDS는 디실란의 유도체이며, Si-Si 결합을 갖고 있다. 즉, MCPMDS는, Si끼리가 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, 비대칭이 된 에시메트리(asymmetry)인 구조를 갖고 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 도 14의 (a) 내지 (d)와 같은 시메트리(symmetry)인 화학 구조식을 갖는 원료뿐만 아니라, 에시메트리인 화학 구조식을 갖는 원료도 사용할 수 있다.
BTCSM 가스나 BTCSE 가스 등의 알킬렌 할로실란 원료 가스나, TCDMDS 가스, DCTMDS 가스, MCPMDS 가스 등의 알킬 할로실란 원료 가스는, 1 분자 중에 적어도 2개의 Si를 포함하고, 또한 C 및 Cl을 포함하고, Si-C 결합을 갖는 원료 가스라고도 말할 수 있다. 이들 가스는, 후술하는 기판 처리 공정에서, Si 소스로서도 작용하고, C 소스로서도 작용한다. BTCSM 가스나 BTCSE 가스 등을, 알킬렌 클로로실란 원료 가스라고 칭할 수도 있다. TCDMDS 가스나 DCTMDS 가스나 MCPMDS 가스 등을, 알킬 클로로실란 원료 가스라고 칭할 수도 있다.
본 명세서에 있어서, 원료 가스란, 기체 상태의 원료, 예를 들어, 상온 상압 하에서 액체 상태인 원료를 기화함으로써 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 원료 등이다. 본 명세서에 있어서 「원료」라고 하는 용어를 사용한 경우는, 「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 경우는, 액체 원료를 기화기나 버블러(bubbler) 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, 원료 가스(BTCSM 가스 등)로서 공급하게 된다.
가스 공급관(232b)으로부터는, 원료 가스와는 화학 구조(분자 구조)가 다른 반응 가스로서, 예를 들어, 질소(N) 함유 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 질소 함유 가스로서는, 예를 들어, 질화수소계 가스를 사용할 수 있다. 질화수소계 가스는, N 및 H의 2 원소만으로 구성되는 물질이라고도 말할 수 있고, 후술하는 기판 처리 공정에서, 질화 가스, 즉, N 소스로서 작용한다. 질화수소계 가스로서는, 예를 들어, 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다.
또한, 가스 공급관(232b)으로부터는, 원료 가스와는 화학 구조가 다른 반응 가스로서, 예를 들어, 산소(O) 함유 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통하여 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 다른 반응 가스로서, 예를 들어, N 및 C를 포함하는 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 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 화합물 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 않기 때문에 Si 비함유의 가스라고도 말할 수 있고, Si 및 금속을 포함하고 있지 않기 때문에 Si 및 금속 비함유의 가스라고도 말할 수 있다. 아민계 가스는, C, N 및 H의 3 원소만으로 구성되는 물질이라고도 말할 수 있다. 아민계 가스는, 후술하는 기판 처리 공정에서, N 소스로서도 작용하고, C 소스로서도 작용한다. 본 명세서에 있어서 「아민」이라고 하는 용어를 사용한 경우는, 「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 중에서 N의 수보다도 C의 수의 쪽이 많은 트리에틸아민[(C2H5)3N, 약칭:TEA] 가스를 사용할 수 있다. TEA와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 아민을 사용하는 경우는, 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 다른 반응 가스로서, 예를 들어, 보라진 환 골격 비함유의 붕소 함유 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 보라진 환 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 등의 것이다. 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)이나, 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 다른 반응 가스로서, 예를 들어, 보라진 환 골격을 포함하는 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 보라진 환 골격을 포함하는 가스로서는, 예를 들어, 보라진 환 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 15의 (a)에 도시하는 화학 구조식으로 나타낼 수 있다. 보라진 화합물은, 3개의 B와 3개의 N으로 구성되는 보라진 환을 구성하는 보라진 환 골격(보라진 골격이라고도 말함)을 포함하는 화합물이다. 유기 보라진 화합물은, C를 포함하는 보라진 화합물이며, C를 포함하는 리간드, 즉, 유기 리간드를 포함하는 보라진 화합물이라고도 말할 수 있다. 알킬보라진 화합물은, 알킬기를 포함하는 보라진 화합물이며, 알킬기를 유기 리간드로서 포함하는 보라진 화합물이라고도 말할 수 있다. 알킬보라진 화합물은, 보라진에 포함되는 6개의 H 중 적어도 어느 하나를, 1개 이상의 C를 포함하는 탄화수소로 치환한 것이며, 도 15의 (b)에 도시하는 화학 구조식으로 나타낼 수 있다. 여기서, 도 15의 (b)에 도시하는 화학 구조식 중의 R1 내지 R6은 H이거나, 또는 1 내지 4개의 C를 포함하는 알킬기이다. R1 내지 R6은 동일한 종류의 알킬기이어도 되고, 다른 종류의 알킬기이어도 된다. 단, R1 내지 R6은, 그 모두가 H인 경우를 제외한다. 알킬보라진 화합물은, 보라진 환을 구성하는 보라진 환 골격을 갖고, B, N, H 및 C를 포함하는 물질이라고도 말할 수 있다. 또한, 알킬보라진 화합물은, 보라진 환 골격을 갖고 알킬리간드를 포함하는 물질이라고도 말할 수 있다. 또한, R1 내지 R6은 H이거나, 또는 1 내지 4개의 C를 포함하는 알케닐기, 알키닐기이어도 된다. R1 내지 R6은 동일한 종류의 알케닐기, 알키닐기이어도 되고, 다른 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 15의 (b)에 도시하는 화학 구조식 중의 R1, R3, R5가 H이며, R2, R4, R6이 메틸기이며, 도 15의 (c)에 도시하는 화학 구조식으로 나타낼 수 있는 보라진 화합물이다. TEB는, 도 15의 (b)에 도시하는 화학 구조식 중의 R1, R3, R5가 H이며, R2, R4, R6이 에틸기인 보라진 화합물이다. TPB는, 도 15의 (b)에 도시하는 화학 구조식 중의 R1, R3, R5가 H이며, R2, R4, R6이 프로필기이며, 도 15의 (d)에 도시하는 화학 구조식으로 나타낼 수 있는 보라진 화합물이다. TIPB는, 도 15의 (b)에 도시하는 화학 구조식 중의 R1, R3, R5가 H이며, R2, R4, R6이 이소프로필기인 보라진 화합물이다. TIBB는, 도 15의 (b)에 도시하는 화학 구조식 중의 R1, R3, R5가 H이며, R2, R4, R6이 이소부틸기인 보라진 화합물이다.
TMB 등과 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 보라진 화합물을 사용하는 경우는, 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 다른 반응 가스로서, 예를 들어, 탄소 함유 가스가, MFC(241c), 밸브(243c), 가스 공급관(232b), 노즐(249b)을 통하여 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 말할 수 있고, 후술하는 기판 처리 공정에서 C 소스로서 작용한다. 탄화수소계 가스로서는, 예를 들어, 프로필렌(C3H6) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232d 내지 232f)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어, 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(241d 내지 241f), 밸브(243d 내지 243f), 가스 공급관(232a, 232b, 232d), 노즐(249a, 249b, 249d), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되도록 구성되어 있다. 가스 공급관(232d 내지 232f)으로부터 공급하는 불활성 가스는, 퍼지 가스, 또는, 캐리어 가스로서 작용한다. 또한, 가스 공급관(232d)으로부터 공급하는 불활성 가스는, 후술하는 바와 같이, 버퍼실(237) 내에서 플라즈마 여기시킨 후, 처리실(201) 내에 공급되고, 동일하게 처리실(201) 내에 공급된 반응 가스와 혼합시킴으로써 반응 가스를 간접적으로 여기(활성화)시키거나, 웨이퍼(200)의 최표면을 활성화시키거나 하는 여기(활성화)용 가스, 즉, 반응 촉진용 가스로서도 작용한다.
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 포함하여 생각해도 된다. 원료 가스 공급계를 원료 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(232a)으로부터 알킬 할로실란 원료 가스를 흘리는 경우, 원료 가스 공급계를, 알킬 할로실란 원료 가스 공급계, 또는, 알킬 할로실란 원료 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(232a)으로부터 알킬렌 할로실란 원료 가스를 흘리는 경우, 원료 가스 공급계를, 알킬렌 할로실란 원료 가스 공급계, 또는, 알킬렌 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 포함하여 생각해도 된다. 질소 함유 가스 공급계를, 질화 가스 공급계, 또는, 질화제 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(232b)으로부터 질화수소계 가스를 흘리는 경우, 질소 함유 가스 공급계를, 질화수소계 가스 공급계, 또는, 질화수소 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 포함하여 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 포함하여 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 하기 때문에, 질소 및 탄소를 포함하는 가스 공급계를, 질소 함유 가스 공급계, 후술하는 탄소 함유 가스 공급계에 포함하여 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 포함하여 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 가스이기도 하고, 질소 함유 가스이기도 하며, 탄소 함유 가스이기도 하기 때문에, 보라진계 가스 공급계를, 질소 및 탄소를 포함하는 가스 공급계, 질소 함유 가스 공급계, 탄소 함유 가스 공급계에 포함하여 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 접속부보다도 하류측, 노즐(249b)을 탄소 함유 가스 공급계에 포함하여 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 내지 232f), MFC(241d 내지 241f), 밸브(243d 내지 243f)에 의해, 불활성 가스 공급계가 구성된다. 가스 공급관(232a)의 가스 공급관(232e)과의 접속부보다도 하류측, 가스 공급관(232b)의 가스 공급관(232f)과의 접속부보다도 하류측, 노즐(249a, 249b, 249d), 버퍼실(237)을 불활성 가스 공급계에 포함하여 생각해도 된다. 불활성 가스 공급계를, 퍼지 가스 공급계, 또는, 캐리어 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. 또한, 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급하는 경우, 주로, 가스 공급관(232d), MFC(241d), 밸브(243d)에 의해 구성되는 불활성 가스 공급계를, 여기(활성화)용 가스 공급계, 또는, 반응 촉진용 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. 이 경우, 노즐(249d), 버퍼실(237)을 여기용 가스 공급계에 포함하여 생각해도 된다.
버퍼실(237) 내에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 도전체로 이루어지고, 가늘고 긴 구조를 갖는 2개의 막대 형상 전극(269, 270)이, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라서 배치되어 있다. 막대 형상 전극(269, 270)의 각각은, 노즐(249d)과 평행하게 설치되어 있다. 막대 형상 전극(269, 270)의 각각은, 상부로부터 하부에 걸쳐서 전극 보호관(275)에 의해 덮임으로써 보호되어 있다. 막대 형상 전극(269, 270) 중 어느 한쪽은, 정합기(272)를 통하여 고주파 전원(273)에 접속되고, 다른 쪽은 기준 전위인 접지에 접속되어 있다. 정합기(272)를 통하여 고주파 전원(273)으로부터 막대 형상 전극(269, 270) 사이에 고주파(RF) 전력을 인가함으로써, 막대 형상 전극(269, 270) 사이의 플라즈마 생성 영역(224)에 플라즈마가 생성된다. 주로, 막대 형상 전극(269, 270), 전극 보호관(275)에 의해 플라즈마 발생기(플라즈마 발생부)로서의 플라즈마원이 구성된다. 정합기(272), 고주파 전원(273)을 플라즈마원에 포함하여 생각해도 된다. 플라즈마원은, 후술하는 바와 같이, 가스를 플라즈마 여기, 즉, 플라즈마 상태로 여기(활성화)시키는 여기부(활성화 기구)로서 기능한다.
전극 보호관(275)은 막대 형상 전극(269, 270)의 각각을 버퍼실(237) 내의 분위기와 격리시킨 상태에서 버퍼실(237) 내에 삽입할 수 있는 구조로 되어 있다. 전극 보호관(275)의 내부 산소 농도가 외기(대기)의 산소 농도와 동일 정도이면, 전극 보호관(275) 내에 각각 삽입된 막대 형상 전극(269, 270)은 히터(207)에 의한 열로 산화되어 버린다. 전극 보호관(275)의 내부에 N2 가스 등의 불활성 가스를 충전해 두거나, 불활성 가스 퍼지 기구를 사용해서 전극 보호관(275)의 내부를 N2 가스 등의 불활성 가스로 퍼지함으로써, 전극 보호관(275)의 내부 산소 농도를 저감시켜, 막대 형상 전극(269, 270)의 산화를 방지할 수 있다.
반응관(203)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 접속되어 있다. 반응관(203)에 있어서의 배기관(231)과의 접속부는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기구로 구성되어 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 포함하여 생각해도 된다.
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 접촉되도록 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 접촉하는 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) 내외에 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 보트 엘리베이터(115)는 보트(217) 즉 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외에 반송하는 반송 장치(반송 기구)로 구성되어 있다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한, 서로 중심을 정렬시킨 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜 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 형태로 한정되지 않는다. 예를 들어, 보트(217)의 하부에 단열판(218)을 설치하지 않고, 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 통 형상의 부재로 구성된 단열통을 설치해도 된다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는 노즐(249a, 249b, 249d)과 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있고, 반응관(203)의 내벽을 따라서 설치되어 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는 CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스(121e)를 통하여, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히, 프로그램이라고도 말한다. 본 명세서에 있어서 프로그램이라고 하는 용어를 사용한 경우는, 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)으로 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는 상술한 MFC(241a 내지 241f), 밸브(243a 내지 243f), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 고주파 전원(273), 정합기(272), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 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 241f)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243f)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, 고주파 전원(273)의 전력 공급, 정합기(272)에 의한 임피던스 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 컴퓨터로 구성되어 있는 경우에 한정되지 않고, 범용의 컴퓨터로 구성되어 있어도 된다. 예를 들어, 상술한 프로그램을 저장한 외부 기억 장치(예를 들어, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(123)를 준비하고, 이 외부 기억 장치(123)를 사용해서 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해, 본 실시 형태의 컨트롤러(121)를 구성할 수 있다. 단, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 외부 기억 장치(123)를 통하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들어, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하고, 외부 기억 장치(123)를 통하지 않고 프로그램을 공급하도록 해도 된다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히, 기록 매체라고도 말한다. 본 명세서에 있어서 기록 매체라고 하는 용어를 사용한 경우는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는, 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
상술한 기판 처리 장치를 사용하고, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 상에 막을 형성하는 시퀀스 예에 대해, 도 4를 사용해서 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
도 4에 도시하는 성막 시퀀스에서는, 처리실(201) 내의 기판으로서의 웨이퍼(200)에 대해, 제1 공급부로서의 노즐(249a)로부터 Si-C 결합을 갖는 원료 가스로서 BTCSM 가스를 공급함으로써, Si 및 C를 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대해, 제2 공급부로서의 노즐(249b)로부터 N을 포함하는 반응 가스로서 NH3 가스를 공급함과 함께 노즐(249b)과는 다른 제3 공급부로서의 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 불활성 가스로서 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급함으로써, 제1 층을 개질하여, 제2 층을 형성하는 공정을 비동시에, 즉, 동기시키지 않고 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, Si, N 및 C를 포함하는 막으로서, 실리콘 탄질화막(SiCN막)을 형성한다.
또한, 제2 층을 형성하는 공정에서는, 플라즈마 여기시키지 않은 NH3 가스, 즉, 열 여기시킨 NH3 가스와, 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 처리실(201) 내에서 혼합(Post-Mix)시킨다. 이에 의해, 열 여기시킨 NH3 가스를, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의해 또한 여기(활성화)시킨다. 또한, 도 4 중의 빗금은, N2 가스를 플라즈마 여기시킨 상태에서 공급하고 있는 것을 의미하고 있다. 이 점은, 도 5 내지 도 13에서도 마찬가지이다.
본 명세서에 있어서, 상술한 사이클을 소정 횟수 행한다고 함은, 이 사이클을 1회 또는 복수회 행하는 것을 의미한다. 즉, 사이클을 1회 이상 행하는 것을 의미한다. 도 4는, 상술한 사이클을 n회 반복하는 예를 나타내고 있다.
또한, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼」라고 하는 용어를 사용한 경우는, 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우, 즉, 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함하여 웨이퍼라고 칭하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼의 표면」이라고 하는 용어를 사용한 경우는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최표면」을 의미하는 경우가 있다.
따라서, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼에 대해 소정의 가스를 공급한다」고 기재한 경우는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대해 소정의 가스를 직접 공급한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되어 있는 층이나 막 등에 대해, 즉, 적층체 웨이퍼의 최표면에 대해 소정의 가스를 공급한다」는 것을 의미하는 경우가 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「웨이퍼 상에, 소정의 층(또는 막)을 형성한다」고 기재한 경우는, 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면) 상에, 소정의 층(또는 막)을 직접 형성한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되어 있는 층이나 막 등의 상, 즉, 적층체로서의 웨이퍼의 최표면 상에, 소정의 층(또는 막)을 형성한다」는 것을 의미하는 경우가 있다.
또한, 본 명세서에 있어서 「기판」이라고 하는 용어를 사용한 경우도, 「웨이퍼」라고 하는 용어를 사용한 경우와 마찬가지이며, 그 경우, 상기 설명에 있어서, 「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 도시하는 바와 같이, 복수의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220)을 통하여 반응관(203)의 하단을 시일한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)이 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)에 의해 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다. 진공 펌프(246)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안은 항상 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태가 피드백 제어된다. 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안은 계속해서 행해진다. 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 동안은 계속해서 행해진다.
(SiCN막 형성 공정)
그 후, 다음의 2개의 스텝, 즉, 스텝 1, 2를 순차 실행한다.
[스텝 1]
(BTCSM 가스 공급)
밸브(243a)를 개방하여, 가스 공급관(232a) 내에 BTCSM 가스를 흘린다. BTCSM 가스는 MFC(241a)에 의해 유량 조정되고, 가스 공급 구멍(250a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대해 BTCSM 가스가 공급되게 된다. 이때 동시에 밸브(243e)를 개방하여, 가스 공급관(232e) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 MFC(241e)에 의해 유량 조정되고, BTCSM 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
또한, 노즐(249b), 버퍼실(237) 내에의 BTCSM 가스의 침입을 방지하기 위해, 밸브(243f, 243d)를 개방하여, 가스 공급관(232f, 232d) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 가스 공급관(232b), 노즐(249b, 249d), 버퍼실(237)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때, APC 밸브(244)를 적정하게 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 2666㎩, 바람직하게는 67 내지 1333㎩의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(241a)로 제어하는 BTCSM 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 2000sccm, 바람직하게는 10 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241d 내지 241f)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 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 실온 이상 800℃ 이하, 바람직하게는 400℃ 이상 800℃ 이하, 보다 바람직하게는 500℃ 이상 700℃ 이하, 더욱 바람직하게는 600℃ 이상 700℃ 이하의 범위 내의 온도가 되는 온도로 설정한다.
웨이퍼(200)의 온도가 실온 미만이 되면, 웨이퍼(200) 상에 BTCSM이 물리 흡착되기 어렵게 되어, 실용적인 성막 레이트가 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 실온 이상의 온도로 함으로써, 이를 해소하는 것이 가능해진다. 웨이퍼(200)의 온도를 400℃ 이상으로 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 BTCSM을 화학 흡착시키는 것이 가능해져, 성막 레이트를 높이는 것이 가능해진다. 웨이퍼(200)의 온도를 500℃ 이상으로 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 BTCSM을 충분히 흡착시키는 것이 가능해져, 충분한 성막 레이트가 얻어지게 된다. 웨이퍼(200)의 온도를 600℃ 이상, 나아가서는 650℃ 이상으로 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 BTCSM을 보다 충분히 흡착시키는 것이 가능해져, 보다 충분한 성막 레이트가 얻어지게 된다.
웨이퍼(200)의 온도가 800℃를 초과하면, CVD 반응이 지나치게 강해짐으로써(과잉 기상 반응이 생김으로써), 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워져, 그 제어가 곤란해져 버린다. 웨이퍼(200)의 온도를 800℃ 이하로 함으로써, 적정한 기상 반응을 발생시킬 수 있게 되어, 막 두께 균일성의 악화를 억제할 수 있고, 그 제어가 가능해진다. 특히, 웨이퍼(200)의 온도를 700℃ 이하로 함으로써, 기상 반응보다도 표면 반응이 우세해지고, 막 두께 균일성을 쉽게 확보하게 되어, 그 제어가 용이해진다.
따라서, 웨이퍼(200)의 온도는 실온 이상 800℃ 이하, 바람직하게는 400℃ 이상 800℃ 이하, 보다 바람직하게는 500℃ 이상 700℃ 이하, 더욱 바람직하게는 600℃ 이상 700℃ 이하의 범위 내의 온도로 하는 것이 좋다. BTCSM 가스는 분해성이 낮고(반응성이 낮고), 열 분해 온도가 높기 때문에, 예를 들어 650 내지 800℃와 같은 비교적 높은 온도대에서 성막하는 경우라도, 적정한 기상 반응을 발생시켜, 과잉의 기상 반응이 생기는 것을 억제할 수 있어, 그에 의한 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대해 BTCSM 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)(표면의 바탕막) 상에, 제1 층으로서, 예를 들어 1 원자층 미만으로부터 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, BTCSM의 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 겹쳐서 생기는 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.
BTCSM의 흡착층은 BTCSM 분자로 구성되는 연속적인 흡착층 외에, 불연속인 흡착층도 포함한다. 즉, BTCSM의 흡착층은 BTCSM 분자로 구성되는 1 분자층 또는 1 분자층 미만의 두께의 흡착층을 포함한다. BTCSM의 흡착층을 구성하는 BTCSM 분자는, Si와 C의 결합이 일부 끊어진 것이나, Si와 Cl의 결합이 일부 끊어진 것도 포함한다. 즉, BTCSM의 흡착층은 BTCSM의 물리 흡착층이어도 되고, BTCSM의 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 BTCSM의 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(열 분해)하는 조건 하, 즉, BTCSM 가스의 열 분해 반응이 생기는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 상에, Si가 퇴적함으로써 C 및 Cl을 포함하는 Si층이 형성된다. BTCSM 가스가 자기 분해(열 분해)되지 않는 조건 하, 즉, BTCSM 가스의 열 분해 반응이 생기지 않는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 상에 BTCSM이 흡착됨으로써 BTCSM의 흡착층이 형성된다. 어느 쪽의 조건 하에서도, BTCSM 가스에 있어서의 Si-C 결합 중 적어도 일부는 절단되지 않고 보유(유지)되고, 그대로 C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층(C 및 Cl을 포함하는 Si층 또는 BTCSM의 흡착층) 중에 도입되게 된다. 예를 들어, BTCSM 가스의 열 분해 반응이 생기는 조건 하에서, BTCSM 가스에 있어서의 Si-C-Si 결합의 한쪽의 Si-C 결합이 절단되었다고 해도, 다른 쪽의 Si-C 결합은 절단되지 않고 유지되고, C 및 Cl을 포함하는 Si층 중에 그대로 도입되게 된다. 웨이퍼(200) 상에 BTCSM의 흡착층을 형성하는 것보다도, 웨이퍼(200) 상에 C 및 Cl을 포함하는 Si층을 형성하는 쪽이, 성막 레이트를 높게 할 수 있는 점에서는, 바람직하다.
웨이퍼(200) 상에 형성되는 제1 층의 두께가 수 원자층을 초과하면, 후술하는 스텝 2에서의 개질의 작용이 제1 층의 전체에 도달하지 않게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성 가능한 제1 층의 두께의 최소값은 1 원자층 미만이다. 따라서, 제1 층의 두께는 1 원자층 미만 내지 수 원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. 제1 층의 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 요하는 시간을 단축할 수 있다. 스텝 1에서의 제1 층의 형성에 요하는 시간을 단축할 수도 있다. 결과적으로, 1 사이클당의 처리 시간을 단축할 수 있어, 전체적인 처리 시간을 단축하는 것도 가능해진다. 즉, 성막 레이트를 높게 하는 것도 가능해진다. 또한, 제1 층의 두께를 1 원자층 이하로 함으로써, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능해진다.
(잔류 가스 제거)
제1 층이 형성된 후, 밸브(243a)를 폐쇄하여, BTCSM 가스의 공급을 정지한다. 또한, APC 밸브(244)를 개방하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1 층의 형성에 기여한 후의 BTCSM 가스를 처리실(201) 내로부터 제거한다. 이때, 밸브(243d 내지 243f)를 개방하여, 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1 층의 형성에 기여한 후의 BTCSM 가스를 처리실(201) 내로부터 제거하는 효과를 높일 수 있다.
이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 제거하지 않아도 되고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 된다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 행해지는 스텝 2에서 악영향이 생기는 일은 없다. 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예를 들어, 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 동일 정도의 양의 N2 가스를 공급함으로써, 스텝 2에서 악영향이 생기지 않는 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 가능해진다.
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 및 플라즈마 여기시킨 N2 가스 공급)
스텝 1이 종료된 후, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급한다.
이 스텝에서는, 가스 공급관(232b)으로부터 NH3 가스를 흘리도록 하고, 밸브(243b, 249d 내지 249f)의 개폐 제어를, 스텝 1에서의 밸브(249a, 249d 내지 249f)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. 또한, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에 고주파 전력을 공급하여, 버퍼실(237) 내에 공급된 N2 가스를 플라즈마 여기시킨다.
이때, MFC(241b)로 제어하는 NH3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241d)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241e, 241f)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 막대 형상 전극(269, 270) 사이에 인가하는 고주파 전력은, 예를 들어 50 내지 1000W의 범위 내의 전력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1 내지 4000㎩, 바람직하게는 1 내지 3000㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내에서의 NH3 가스의 분압은, 예를 들어 0.01 내지 3960㎩, 바람직하게는 0.01 내지 2970㎩의 범위 내의 압력으로 한다. NH3 가스를 웨이퍼(200)에 대해 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 그 밖의 처리 조건은, 상술한 스텝 1과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
노즐(249b)로부터 처리실(201) 내에 공급된 NH3 가스는, 웨이퍼(200)의 중앙을 향해 이동한다. 이때, NH3 가스는 열에 의해 여기(활성화)되고, 처리실(201) 내에 NH3 가스의 여기종이 생성된다. 즉, NH3 가스를 노즐(249b)을 통하여 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대해 공급하는 과정에서, NH3 가스를 열 여기시킬 수 있다.
또한, 버퍼실(237)로부터 처리실(201) 내에 공급된 플라즈마 여기시킨 N2 가스는 실활하면서, 웨이퍼(200)의 중앙을 향해 이동한다. 이때, 플라즈마 여기시킨 N2 가스는, 제1 층에 포함되는 Si-Cl 결합 등을 절단하고, 제1 층의 표면에 미결합손을 만들면서, 웨이퍼(200)의 중앙을 향해 이동한다. 즉, 플라즈마 여기시킨 N2 가스는, 제1 층의 표면을 활성화시키면서, 웨이퍼(200)의 중앙을 향해 이동한다. 또한, 이 동안에, 웨이퍼(200)를 회전시키고 있으므로, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의한 제1 층의 표면의 활성화는, 웨이퍼(200)의 면 내에 걸쳐서 대략 균일하게 행해지게 된다.
또한, 열 여기된 NH3 가스와, 플라즈마 여기시킨 N2 가스는, 웨이퍼(200) 중앙을 향해 이동하는 과정에서 혼합한다. 이에 의해, 열 여기된 NH3 가스는, 또한 여기(활성화)되고, 처리실(201) 내에 더 많은 여기종이 생성된다. 또한, 노즐(249b), 버퍼실(237)을 도 2에 도시하는 바와 같이 배치함으로써, 열 여기된 NH3 가스와, 플라즈마 여기시킨 N2 가스의 믹싱 포인트는 웨이퍼(200)의 면 내가 된다. 즉, 이 가스는 웨이퍼(200)의 면 내에서 혼합하게 된다. 즉, 열 여기된 NH3 가스는 웨이퍼(200)의 면 내에서 또한 여기되게 된다. 이에 의해, 웨이퍼(200)의 최표면, 즉, 제1 층에 대해 플라즈마 여기시킨 N2 가스와 혼합시킴으로써 여기된 NH3 가스가, 효율적으로 공급되게 된다. 또한, 이 동안에, 웨이퍼(200)를 회전시키고 있으므로, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의해 간접적으로 여기된 NH3 가스는, 웨이퍼(200)의 면 내에 걸쳐서, 대략 균일하게 공급되게 된다.
플라즈마 여기시킨 N2 가스와 혼합시킴으로써 여기된 NH3 가스에 포함되는 여기종의 양은, 논 플라즈마(non-plasma)의 조건 하에서 열 여기된 NH3 가스에 포함되는 여기종의 양보다도 크게(많게) 되고, NH3 가스를 직접 플라즈마화시켰을 때의 NH3 가스에 포함되는 여기종의 양보다도 작게(적게) 된다. 또한, 플라즈마 여기시킨 N2 가스와 혼합시킴으로써 여기된 NH3 가스에 포함되는 여기종의 에너지는, 논 플라즈마의 조건 하에서 열 여기된 NH3 가스에 포함되는 여기종의 에너지보다도 크게(강하게) 되고, NH3 가스를 직접 플라즈마화시켰을 때의 NH3 가스에 포함되는 여기종의 에너지보다도 작게(약하게) 된다. 즉, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의해 NH3 가스를 간접적으로 여기시킴으로써, NH3 가스를 직접 플라즈마화시켰을 때의 여기 상태와, NH3 가스를 열 여기시켰을 때의 여기 상태 사이의, 중간적인 여기 상태를 만들어 낼 수 있다.
상술한 바와 같이 중간적인 여기 상태를 만들어 냄으로써, 즉, NH3 가스의 질화력을 적정하게 높임으로써, 저온 영역이어도, 제1 층의 질화(개질)를 적정하게 진행시키는 것이 가능해진다. 예를 들어, 실온 내지 400℃의 범위의 저온 영역이어도, 제1 층의 적어도 일부를 질화시키는 것이 가능해진다. 제1 층이 질화됨으로써, 웨이퍼(200) 상에, 제2 층으로서, Si, C 및 N을 포함하는 층, 즉, SiCN층이 형성되게 된다. 또한, NH3 가스의 질화력을 적정하게 높이는 것뿐만 아니라, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의해 제1 층의 표면을 활성화시킴으로써, 제1 층의 질화를 더 촉진시키는 것이 가능해진다.
또한, 상술한 바와 같이 중간적인 여기 상태를 만들어 냄으로써, 즉, NH3 가스의 질화력을 적정하게 억제함으로써, 상술한 질화를 소프트하게 행할 수 있다. 예를 들어, 제1 층을 질화시켜 제2 층을 형성할 때, 제1 층 중에 포함되는 Si-C 결합 중 적어도 일부를, 절단하지 않고 유지하고, 제2 층 중에 그대로 도입시키는(잔존시키는) 것이 가능해진다. 이 때문에, 제2 층은, 예를 들어, NH3 가스를 직접 플라즈마화시켜 사용하는 등의 제1 층 중에 포함되는 Si-C 결합이 절단되기 쉬운 조건 하에서 형성된 층에 비해, 층 중에 포함되는 Si-C 결합의 비율이 큰 층이 된다. 이에 의해, 제2 층은 견고한 Si-C 결합을 많이 포함하는 안정된 층이 된다. 또한, 층 중에 포함되는 Si-C 결합의 비율이 크기 때문에, 제2 층은 C의 탈리 확률이 작은 층이 된다.
제2 층을 형성할 때, 제1 층에 포함되어 있었던 Cl 등의 불순물은, 간접적으로 여기된 NH3 가스에 의한 개질 반응의 과정에서, 또한, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의한 제1 층의 표면의 활성화 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하고, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉, 제1 층 중의 Cl 등의 불순물은, 제1 층 중으로부터 인발되거나, 탈리되거나 함으로써, 제1 층으로부터 분리된다. 이에 의해, 제2 층은, 제1 층에 비해 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
(잔류 가스 제거)
제2 층이 형성된 후, 밸브(243b)를 폐쇄하여, NH3 가스의 공급을 정지한다. 또한, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에의 고주파 전력의 인가를 정지하여, 플라즈마 여기시킨 N2 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 1과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2 층의 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 제거한다. 이때, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 완전히 제거하지 않아도 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 스텝 1, 2를 비동시에 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 즉, 스텝 1, 2를 교대로 1회 이상 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiCN막을 형성할 수 있다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1 사이클당 형성되는 SiCN층의 두께를 원하는 막 두께보다도 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
사이클을 복수회 행하는 경우, 적어도 2 사이클째 이후의 각 스텝에서, 「웨이퍼(200)에 대해 소정의 가스를 공급한다」고 기재한 부분은, 「웨이퍼(200) 상에 형성되어 있는 층에 대해, 즉, 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최표면에 대해 소정의 가스를 공급한다」는 것을 의미하고, 「웨이퍼(200) 상에, 소정의 층을 형성한다」고 기재한 부분은, 「웨이퍼(200) 상에 형성되어 있는 층 상, 즉, 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최표면 상에, 소정의 층을 형성한다」는 것을 의미하고 있다. 이 점은, 상술한 바와 같다. 이 점은, 후술하는 각 변형예, 다른 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
밸브(243d 내지 243f)를 개방하여, 가스 공급관(232d 내지 232f)의 각각으로부터 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 퍼지되고, 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 하강되고, 반응관(203)의 하단이 개구된다. 그리고, 처리가 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서, 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부에 반출된다(보트 언로드). 처리가 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) 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께, 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급함으로써, 열 여기시킨 NH3 가스를, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의해 또한 여기시킬 수 있다. 플라즈마 여기시킨 N2 가스와 혼합시킴으로써 여기시킨 NH3 가스에 포함되는 여기종의 양(에너지)은 논 플라즈마의 조건 하에서 열 여기시킨 NH3 가스에 포함되는 여기종의 양(에너지)보다도 커진다. 즉, NH3 가스를 다단계로 여기시킴으로써, 그 질화력을 적정하게 높이는 것이 가능해진다. 이에 의해, 예를 들어 실온 내지 400℃의 저온 영역에서도, 제1 층의 질화를 진행시키는 것이 가능해진다. 예를 들어, 스텝 1에서, BTCSM의 화학 흡착이 생기지 않는 저온 조건 하에서 제1 층을 형성한 경우, 즉, 제1 층으로서 BTCSM의 물리 흡착층을 형성한 경우라도, 제1 층을 적정하게 질화시켜, 견고한 결합을 갖는 SiCN층으로 개질시키는 것이 가능해진다. 즉, 이와 같은 저온 영역에서도, SiCN막의 성막 처리를 적정하게 진행시키는 것이 가능하게 되어, 성막 처리의 프로세스 윈도우를 확대하는 것이 가능해진다.
(b) 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께, 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급함으로써, 제1 층의 표면을, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의해 활성화시킬 수 있다. 제1 층의 표면을 활성화시킴으로써, NH3 가스에 의한 제1 층의 질화를 적정하게 촉진시키는 것이 가능해진다. 이에 의해, 제2 층의 형성 레이트, 즉, SiCN막의 성막 레이트를 높이는 것이 가능해진다. 즉, 본 실시 형태에 있어서는, 다단계 여기에 의해 질화력을 향상시킨 NH3 가스의 작용뿐만 아니라, 플라즈마 여기시킨 N2 가스의 작용을 사용함으로써, 즉, 이 작용의 시너지 효과에 의해, 예를 들어 실온 내지 400℃의 저온 영역에서도, 제1 층의 질화를 효율적으로 진행시키는 것이 가능해진다.
(c) 열 여기시킨 NH3 가스와, 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 웨이퍼(200)의 면 내에서 혼합시킴으로써, 즉, 이 가스의 믹싱 포인트를 웨이퍼(200)의 면 내로 함으로써, 플라즈마 여기시킨 N2 가스와 혼합시킴으로써 여기시킨 NH3 가스, 즉, 이 가스에 포함되는 여기종을, 웨이퍼(200)의 표면에 대해 효율적으로 공급하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 제1 층의 질화를 효율적으로 진행시켜, SiCN막의 성막 레이트를 높이는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태와 같이, 평면에서 보아, 노즐(249b)의 가스 공급 구멍(250b)과 버퍼실(237)의 가스 공급 구멍(250e)을 연결하는 직선의 수직 이등분선이, 처리실(201) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 중심을 통과하도록 구성되어 있는 처리로를 사용함으로써, 상술한 믹싱 포인트를, 웨이퍼(200)의 면 내로 하는 것이 용이해진다. 또한, 이와 같은 처리로를 사용함으로써 열 여기시킨 NH3 가스와, 플라즈마 여기시킨 N2 가스를, 웨이퍼(200)에 대해 균등하게 흘리는 것이 용이해진다. 또한, 상술한 믹싱 포인트의 웨이퍼(200) 면 내에서의 위치를 컨트롤하는 것이 용이해져, 믹싱 포인트의 위치 조정에 의해, 웨이퍼(200) 면 내에서의 SiCN막의 막 두께 균일성이나 막질 균일성을 컨트롤하는 것이 용이해진다.
또한, 상술한 수직 이등분선이, 배기구의 중심을 통과하도록, 가스 공급 구멍(250b, 250e) 및 배기관(231)을 각각 배치함으로써, 상술한 믹싱 포인트를, 웨이퍼(200)의 면 내로 하는 것이 더 용이해진다. 또한, 이와 같은 처리로를 사용함으로써 열 여기시킨 NH3 가스와, 플라즈마 여기시킨 N2 가스를, 웨이퍼(200)에 대해 균등하게 흘리는 것이 더 용이해진다. 또한, 상술한 믹싱 포인트의 웨이퍼(200) 면 내에서의 위치를 컨트롤하는 것이 더 용이해져, 믹싱 포인트의 위치 조정에 의해, 웨이퍼(200)의 면 내에서의 SiCN막의 막 두께 균일성이나 막질 균일성을 컨트롤하는 것이 더 용이해진다.
(d) 제1 층에 대해 간접적으로 여기시킨 NH3 가스 및 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 각각 공급함으로써, 제1 층으로부터의 Cl 등의 불순물의 탈리를 촉구하는 것이 가능해진다. 결과적으로, SiCN막 중의 불순물 농도를 저감시키는 것이 가능해진다. 또한 그 결과, SiCN막을, 불화수소(HF) 내성이 높은 막으로 하는 것이 가능해진다.
(e) 플라즈마 여기시킨 N2 가스와 혼합시킴으로써 여기시킨 NH3 가스에 포함되는 여기종의 양(에너지)은 NH3 가스를 직접 플라즈마화시켰을 때의 NH3 가스에 포함되는 여기종의 양(에너지)보다도 작아진다. 즉, NH3 가스를 직접 플라즈마 여기시키는 것이 아니라, 간접적으로 여기시킴으로써, NH3 가스의 질화력을 적정하게 억제하는 것이 가능해진다. 이와 같이, NH3 가스의 질화력을 적정하게 억제함으로써, 제1 층에 포함되는 Si-C 결합의 절단을 억제하거나, 제1 층으로부터의 C의 탈리를 억제하거나 하는 것이 가능해진다. 제2 층의 형성을, 제1 층 중에 포함되는 Si-C 결합 중 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서 행함으로써, 제1 층 중의 Si-C 결합의 감소나 제1 층으로부터의 C의 탈리를 억제하는 것이 가능해진다. 결과적으로, 최종적으로 형성되는 SiCN막을, 견고한 Si-C 결합을 많이 포함하는 안정된 막으로 하는 것이 가능해진다. 또한, 최종적으로 형성되는 SiCN막을, C의 탈리 확률이 작고, 높은 제어성으로 고농도로 C가 함유된 막으로 하는 것이 가능해진다. 또한 그 결과, SiCN막을, HF 내성이 높은 막으로 하는 것이 가능해진다.
(f) 버퍼실(237) 내에서 플라즈마 여기시키는 가스로서, N2 가스와 같은 불활성 가스를 사용함으로써 간접적으로 여기시키는 NH3 가스의 활성화 정도, 즉, NH3 가스의 질화력을 적정하게 제어할 수 있다. 왜냐하면, N2 가스와 같은 불활성 가스는 플라즈마로서 존재할 수 있는 시간, 즉, 플라즈마 수명이 짧기 때문에, 버퍼실(237) 내에서 플라즈마 여기된 후, 웨이퍼(200)의 중앙을 향해 이동하면서 실활하게 된다. 결과적으로, 플라즈마 상태 그대로 NH3 가스와 혼합하는 N2 가스의 양을 적정하게 억제할 수 있어, NH3 가스가 과잉으로 활성화되는 것을 억제할 수 있게 된다. 그 결과, 상술한 바와 같이 질화를 소프트하게 행하는 것이 가능해진다. 또한, 플라즈마 상태 그대로 웨이퍼(200)에 공급되는 N2 가스의 양을 적정하게 억제함과 함께, NH3 가스가 과잉으로 활성화되는 것을 억제함으로써, 웨이퍼(200)나 웨이퍼(200) 상에 형성하는 SiCN막 등이 받는 플라즈마 데미지를 저감시키는 것도 가능해진다.
또한, 버퍼실(237) 내에서 플라즈마 여기시키는 가스로서는, N2 가스 이외에, Ar 가스, He 가스와 같은 희가스를 사용하는 것도 가능하다. 여기서, 플라즈마 상태로 되었을 때의 에너지는 Ar 가스, N2 가스, He 가스의 순서대로, 즉, 질량수의 순서대로 크게 된다(Ar 가스가 가장 크고, He 가스가 가장 작다). 또한, 플라즈마 수명은 Ar 가스, N2 가스, He 가스의 순서대로 길게 된다(Ar 가스가 가장 길고, He 가스가 가장 짧다). 이들 성질을 이용하고, 버퍼실(237) 내에서 플라즈마 여기시키는 가스의 종류를 적절하게 선택하거나, 이 가스를 소정의 비율로 혼합시켜 사용하거나 함으로써, 플라즈마 여기시킨 불활성 가스에 의해 간접적으로 여기시키는 NH3 가스의 활성화 정도를, 적정하게 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 버퍼실(237) 내에서 플라즈마 여기시키는 가스로서, 상술한 가스 중 어느 한 가스를 사용했다고 해도, 플라즈마 수명은 충분히 짧아진다. 이 때문에, 예를 들어, 버퍼실(237) 내에서 플라즈마 여기시키는 가스로서, 가장 에너지가 크고, 가장 플라즈마 수명이 긴 Ar 가스를 사용한 경우라도, 간접적으로 여기시키는 NH3 가스의 활성화 정도나 플라즈마 여기시킨 Ar 가스에 의한 제1 층의 표면의 활성화 정도를 적정하게 억제할 수 있어, 상술한 바와 같이 질화를 소프트하게 행하는 것이 가능해진다.
(g) BTCSM 가스와 같은, 1 분자 중에 복수의 할로겐 원소(Cl)를 포함하는 할로실란 원료 가스를 사용함으로써, 제1 층을 효율적으로 형성하는 것이 가능해져, SiCN막의 성막 레이트를 높이는 것이 가능해진다. 또한, 성막에 기여하지 않는 BTCSM 가스의 소비량을 삭감할 수 있어, 성막 비용을 저감시키는 것도 가능해진다.
(h) BTCSM 가스와 같은, 1 분자 중에 포함되는 알킬렌기의 분자량(분자 사이즈)이 작은 알킬렌 할로실란 원료 가스를 사용함으로써 성막 레이트를 더 높이고, 또한, 견고한 막을 형성하는 것이 가능해진다. 왜냐하면, 예를 들어 헥실렌기나 헵틸렌기 등의 분자량이 큰 알킬렌기를 1 분자 중에 포함하는 알킬렌 할로실란 원료 가스를 사용한 경우, 이 분자량이 큰 알킬렌기가, 원료 가스에 포함되는 Si의 반응을 저해하는 입체 장해를 야기하여, 제1 층의 형성을 저해하는 경우가 있다. 또한, 제1 층 중에, 상술한 알킬렌기가 미분해, 또는 일부밖에 분해되어 있지 않은 상태로 남아 있었던 경우, 이 분자량이 큰 알킬렌기가, 제1 층에 포함되는 Si와 NH3 가스의 반응을 저해하는 입체 장해를 야기하여, 제2 층의 형성을 저해하는 경우가 있다. 이에 반해, BTCSM 가스와 같은, 1 분자 중에 포함되는 알킬렌기의 분자량이 작은 알킬렌 할로실란 원료 가스를 사용함으로써 상술한 입체 장해의 발생을 억제할 수 있어, 제1 층 및 제2 층의 형성을 각각 촉진시킬 수 있다. 결과적으로, 성막 레이트를 높이고, 견고한 막을 형성하는 것이 가능해진다. 또한, TCDMDS 가스와 같은, 1 분자 중에 포함되는 알킬기의 분자량이 작은 알킬 할로실란 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 Si끼리가 서로 근접한 막으로 하는 것이 가능해진다. 왜냐하면, BTCSM 가스가 자기 분해되지 않는 조건 하에서 제1 층을 형성할 때, BTCSM 가스 분자에 포함되는 2개의 Si는, 서로 근접한 상태를 유지한 상태로 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 상에 흡착하게 된다. 또한, BTCSM 가스가 자기 분해되는 조건 하에서 제1 층을 형성할 때, BTCSM 가스 분자에 포함되는 2개의 Si는, 서로 근접한 상태를 유지한 상태로 웨이퍼(200) 상에 퇴적하는 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 경우와 비교하여, 제1 층 중에 포함되는 Si끼리를 서로 근접한 상태로 하는 것이 가능해진다. 결과적으로, SiCN막을, 막 중의 Si끼리가 서로 근접한 막으로 하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 막의 HF 내성을 향상시키는 것도 가능해진다.
(j) BTCSM 가스와 같은 Si 소스, C 소스로서 작용하는 알킬렌 할로실란 원료 가스와, NH3 가스와 같은 N 소스로서 작용하는 질소 함유 가스를 사용함으로써, 즉, 2 종류의 가스를 사용함으로써, Si, C 및 N의 3 원소를 포함하는 막을 형성하는 것이 가능해진다. 즉, 성막 시에, 3 종류의 가스, 즉, Si 소스, C 소스, N 소스를 별도로 공급할 필요가 없다. 이 때문에, 3 종류의 가스를 사용하는 경우에 비해, 가스 공급 공정을 1 공정 적게 할 수 있고, 1 사이클당의 소요 시간을 단축시킬 수 있어, 성막 처리의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 3 종류의 가스를 사용하는 경우에 비해, 가스 공급 라인을 1 라인 적게 할 수 있고, 기판 처리 장치의 구조를 간소화할 수 있어, 그 제조 비용이나 유지 보수 비용을 저감시키는 것도 가능해진다.
(k) BTCSM 가스는 분해성이 낮고(반응성이 낮고), 열 분해 온도가 높기 때문에, 예를 들어 650 내지 800℃와 같은 비교적 높은 온도대에서 성막하는 경우라도, 과잉의 기상 반응을 억제할 수 있다. 결과적으로, 처리실(201) 내에서의 파티클의 발생을 억제할 수 있어, 기판 처리의 품질을 향상시키는 것이 가능해진다.
(l) 각종 가스의 공급을 비동시, 즉, 교대로 행함으로써, 이 가스를, 기상 반응이나 표면 반응이 적정하게 생기는 조건 하에서, 적정하게 반응에 기여시킬 수 있다. 결과적으로, SiCN막의 단차 피복성, 막 두께 제어의 제어성을 각각 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 처리실(201) 내에서의 과잉의 기상 반응을 피할 수 있어, 파티클의 발생을 억제하는 것도 가능해진다.
(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. 또한, 상술한 효과는, 플라즈마 여기시키는 불활성 가스로서 N2 가스 이외의 불활성 가스를 사용하는 경우에도, 마찬가지로 발휘할 수 있다.
(4) 변형예
본 실시 형태에 있어서의 성막 시퀀스는, 도 4에 도시하는 형태로 한정되지 않고, 이하에 나타내는 변형예와 같이 변경할 수 있다.
(변형예 1)
NH3 가스를 공급하는 스텝 대신에, TEA 가스 등의 N 및 C를 포함하는 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 TEA 가스 등의 N 및 C를 포함하는 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다.
노즐(249b)로부터 TEA 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝에서는, 가스 공급관(232b)으로부터 TEA 가스를 흘리도록 하고, APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d 내지 243f)의 개폐 제어를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2에서의 APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d 내지 243f)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. 또한, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에의 고주파 전력의 인가를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 수순으로 행한다. MFC(241b)로 제어하는 TEA 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1 내지 5000㎩, 바람직하게는 1 내지 4000㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내에서의 TEA 가스의 분압은, 예를 들어 0.01 내지 4950㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력을 이와 같은 비교적 높은 압력대로 함으로써, TEA 가스를 논 플라즈마로 열적으로 여기시키는 것이 가능해진다. 또한, TEA 가스와 함께, 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급함으로써, 열 여기시킨 TEA 가스를 또한 여기시키는 것이 가능해진다. 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. 그 밖의 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.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대해 열 여기시킨 TEA 가스를 또한 여기시켜 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 층(C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층)과 TEA 가스를 반응시켜, 제1 층을 개질시킬 수 있다. 이때, TEA 가스에 포함되어 있었던 N 성분 및 C 성분을 제1 층에 부가함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 제2 층으로서, Si, C 및 N을 포함하는 층, 즉, SiCN층이 형성되게 된다. TEA 가스에 포함되어 있었던 C 성분이 도입됨으로써, 이 층은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스로 형성되는 제2 층보다도 C 성분이 많은 층, 즉, C가 풍부한 층이 된다. 열 여기시킨 TEA 가스를 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의해 간접적으로 여기시켜 공급하는 쪽이, TEA 가스를 직접 플라즈마화시켜 공급하는 것보다도, 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, 제1 층의 개질을 소프트하게 행할 수 있다. 예를 들어, 제1 층의 개질을 행할 때에, 제1 층에 포함되는 Si-C 결합의 절단을 억제하거나, 제1 층으로부터의 C의 탈리를 억제하거나 할 수 있다.
SiCN층을 형성할 때, 제1 층에 포함되어 있었던 Cl 등의 불순물은, 간접적으로 여기시킨 TEA 가스에 의한 제1 층의 개질 반응의 과정에서, 또한, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의한 제1 층의 표면의 활성화 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하고, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉, 제1 층 중의 Cl 등의 불순물은, 제1 층 중으로부터 인발되거나, 탈리되거나 함으로써, 제1 층으로부터 분리된다. 이에 의해, SiCN층은, 제1 층에 비해 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
SiCN층이 형성된 후, 밸브(243b)를 폐쇄하여, TEA 가스의 공급을 정지한다. 또한, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에의 고주파 전력의 인가를 정지하여, 플라즈마 여기시킨 N2 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 제거한다.
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, 모노프로필아민(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 표시되는 가스 중, 적어도 1종류의 가스를 사용할 수 있다. SiCN막 중의 N 농도의 증가를 억제하면서, 그 C 농도를 높게 하기 위해서는, 아민계 가스로서, 1 분자 중에서 N의 수보다도 C의 수의 쪽이 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 군으로부터 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 가스라고도 칭할 수도 있다. 유기 히드라진계 가스는, C, N 및 H의 3 원소로 구성되는 Si 비함유의 가스이며, 나아가서는, Si 및 금속 비함유의 가스이다. 유기 히드라진계 가스로서는, 예를 들어, 모노메틸히드라진[(CH3)HN2H2, 약칭: MMH] 가스, 디메틸히드라진[(CH3)2N2H2, 약칭: DMH] 가스, 트리메틸히드라진[(CH3)2N2(CH3)H, 약칭: TMH] 가스 등의 메틸히드라진계 가스나, 에틸히드라진[(C2H5)HN2H2, 약칭: EH] 가스 등의 에틸히드라진계 가스를 사용할 수 있다. SiCN막 중의 N 농도의 증가를 억제하면서, 그 C 농도를 높게 하기 위해서는, 유기 히드라진계 가스로서, 1 분자 중에서 N의 수보다도 C의 수의 쪽이 많은 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
아민계 가스나 유기 히드라진계 가스로서는, 1 분자 중에 C를 포함하는 리간드를 복수개 갖는 가스, 즉, 1 분자 중에 알킬기 등의 탄화수소기를 복수개 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 비동시에 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiCN막을 형성할 수 있다. 1 사이클당 형성하는 SiCN층의 두께를 원하는 막 두께보다도 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직한 점은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지이다.
본 변형예에 따르면, 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 사용해서 성막을 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성하는 SiCN막을, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스로 형성되는 SiCN막보다도 C 성분이 많은 막, 즉, C가 풍부한 막으로 할 수 있다. 즉, SiCN막의 조성비 제어의 윈도우를 확대하는 것이 가능해진다.
(변형예 2)
도 5에 도시하는 바와 같이, 또한, O2 가스 등의 산소 함유 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 O2 가스 등의 산소 함유 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다.
노즐(249b)로부터 O2 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝에서는, 가스 공급관(232b)으로부터 O2 가스를 흘리도록 하고, APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d 내지 243f)의 개폐 제어를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2에서의 APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d 내지 243f)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. 또한, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에의 고주파 전력의 인가를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 수순으로 행한다. MFC(241b)로 제어하는 O2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1 내지 4000㎩, 바람직하게는 1 내지 3000㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내에서의 O2 가스의 분압은, 예를 들어 0.01 내지 3960㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력을 이와 같은 비교적 높은 압력대로 함으로써, O2 가스를 논 플라즈마로 열적으로 여기시키는 것이 가능해진다. 또한, O2 가스와 함께 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급함으로써, 열 여기시킨 O2 가스를 또한 여기시키는 것이 가능해진다. 처리실(201) 내에 O2 가스를 공급하는 시간, 즉, 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예를 들어 1 내지 120초, 보다 바람직하게는 1 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 그 밖의 처리 조건은, 예를 들어, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 처리 조건으로 한다. 또한, 본 변형예의 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대해 열 여기시킨 O2 가스를 또한 여기시켜 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제2 층(SiCN층)의 적어도 일부가 산화(개질)된다. SiCN층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 상에, 제3 층으로서, Si, O, C 및 N을 포함하는 층, 즉, 실리콘 산탄질화층(SiOCN층)이 형성되게 된다. 열 여기시킨 O2 가스를 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의해 간접적으로 여기시켜 공급한 쪽이, O2 가스를 직접 플라즈마화시켜 공급하는 것보다도, 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, SiCN층의 산화를 소프트하게 행할 수 있다. 예를 들어, SiCN층의 산화를 행할 때에, SiCN층에 포함되는 Si-C 결합의 절단을 억제하거나, SiCN층으로부터의 C의 탈리를 억제하거나 할 수 있다.
SiOCN층을 형성할 때, SiCN층에 포함되어 있었던 Cl 등의 불순물은, 간접적으로 여기시킨 O2 가스에 의한 SiCN층의 개질 반응의 과정에서, 또한, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의한 SiCN층의 표면의 활성화 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하고, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉, SiCN층 중의 Cl 등의 불순물은, SiCN층 중으로부터 인발되거나, 탈리되거나 함으로써, SiCN층으로부터 분리된다. 이에 의해, SiOCN층은 SiCN층에 비해 Cl 등의 불순물이 더 적은 층이 된다.
SiOCN층이 형성된 후, 밸브(243b)를 폐쇄하여, O2 가스의 공급을 정지한다. 또한, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에의 고주파 전력의 인가를 정지하여, 플라즈마 여기시킨 N2 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 SiOCN층의 형성에 기여한 후의 O2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 제거한다.
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 비동시에 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 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 두께보다도 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직한 점은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지이다.
본 변형예에 따르면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, O2 가스나 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급함으로써 SiCN층 중으로부터 Cl 등의 불순물을 또한 탈리시킬 수 있고, 최종적으로 형성되는 SiOCN막 중의 불순물 농도를 더 저감시키는 것이 가능해진다. 또한 그 결과, 막의 HF 내성을 더 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 성막 온도가 비교적 높은 경우, 예를 들어, 400℃ 이상의 온도대에서 성막 처리를 행하는 경우에는, 도 6에 도시하는 바와 같이, O2 가스를 공급하는 스텝에서, 버퍼실(237) 내로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하지 않도록(비공급으로 하도록) 해도 된다. 즉, 열 여기시킨 O2 가스를, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의해 여기시키지 않고, 그대로 산화 처리에 사용하도록 해도 된다. 이와 같이 함으로써, O2 가스의 산화력을 적정하게 억제할 수 있어, O2 가스를 공급하는 것에 의한 SiCN층에 포함되는 Si-C 결합의 절단이나 SiCN층 중으로부터의 C의 탈리, 즉, SiOCN막 중의 Si-C 결합의 비율이나 C 농도의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
(변형예 3)
NH3 가스를 공급하는 스텝 대신에, TEA 가스를 공급하는 스텝을 행하고, 또한 O2 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 TEA 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 O2 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 1, 2와 마찬가지로 한다.
노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 TEA 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 제2 층(SiCN층)을 형성한 후, 노즐(249b)로부터 O2 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 SiCN층의 적어도 일부가 산화(개질)된다. 이때, 예를 들어 처리실(201) 내의 압력을 높게 하거나, 버퍼실(237)로부터 공급하는 플라즈마 여기시킨 N2 가스의 유량을 증가시키거나 하는 등으로 하여 O2 가스의 산화력을 높임으로써, SiCN층에 포함되는 N의 대부분을 탈리시켜 불순물 레벨로 하거나, SiCN층에 포함되는 N을 실질적으로 소멸시키거나 할 수도 있다. 이에 의해, SiCN층은, 제3 층으로서의, SiOCN층, 또는, Si, O 및 C를 포함하는 층, 즉, 실리콘 산 탄화층(SiOC층)으로 개질된다. 열 여기시킨 O2 가스를 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의해 간접적으로 여기시켜 공급하는 쪽이, O2 가스를 직접 플라즈마화시켜 공급하는 것보다도, 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, SiCN층의 개질을 소프트하게 행할 수 있다. 예를 들어, SiCN층의 산화를 행할 때에, SiCN층에 포함되는 Si-C 결합의 절단을 억제하거나, SiCN층으로부터의 C의 탈리를 억제하거나 할 수 있다. 본 변형예에 따르면, 웨이퍼(200) 상에, SiOCN막, 또는, Si, O 및 C를 포함하는 막으로서, 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘산 탄화막(SiOC막)이 형성되게 된다.
본 변형예에 따르면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 1, 2 등과 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 본 변형예에 따르면, O2 가스 및 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급함으로써 SiCN층 중으로부터 Cl 등의 불순물을 또한 탈리시킬 수 있어, SiOCN막, 또는, SiOC막 중의 불순물 농도를 저감시키는 것이 가능해진다. 또한 그 결과, 막의 HF 내성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 성막 온도가 비교적 높은 경우, 예를 들어, 400℃ 이상의 온도대에서 성막 처리를 행하는 경우에는, O2 가스를 공급하는 스텝에서, 버퍼실(237) 내로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하지 않도록 해도 되는 점은, 변형예 2와 마찬가지이다. 이와 같이 함으로써, O2 가스의 산화력을 적정하게 억제할 수 있어, 최종적으로 형성되는 막 중의 Si-C 결합의 비율이나 C 농도의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
(변형예 4)
NH3 가스를 공급하는 스텝 대신에, O2 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 O2 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 2와 마찬가지로 한다.
노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 제1 층(C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층)을 형성한 후, 노즐(249b)로부터 O2 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 층의 적어도 일부가 산화(개질)된다. 제1 층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 상에, 제2 층으로서, SiOC층이 형성되게 된다. 본 변형예에 따르면, 웨이퍼(200) 상에, SiOC막이 형성되게 된다.
본 변형예에 따르면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 본 변형예에 따르면, O2 가스 및 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급함으로써, 제1 층 중으로부터 Cl 등의 불순물을 탈리시킬 수 있어, 최종적으로 형성되는 SiOC막 중의 불순물 농도를 저감시키는 것이 가능해진다. 또한 그 결과, 막의 HF 내성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 성막 온도가 비교적 높은 경우, 예를 들어, 400℃ 이상의 온도대에서 성막 처리를 행하는 경우에는, O2 가스를 공급하는 스텝에서, 버퍼실(237) 내로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하지 않도록 해도 되는 점은, 변형예 2와 마찬가지이다. 이와 같이 함으로써, O2 가스의 산화력을 적정하게 억제할 수 있어, SiOC막 중의 Si-C 결합의 비율이나 C 농도의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
(변형예 5)
BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, NH3 가스를 공급하는 스텝 사이에, BCl3 가스 등의 보란계 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 BCl3 가스 등의 보란계 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예의 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지로 한다.
노즐(249b)로부터 BCl3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝에서는, 가스 공급관(232b)으로부터 BCl3 가스를 흘리도록 하고, APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d 내지 243f)의 개폐 제어를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2에서의 APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d 내지 243f)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. 또한, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에의 고주파 전력의 인가를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 수순으로 행한다. MFC(241b)로 제어하는 BCl3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1 내지 2666㎩, 바람직하게는 67 내지 1333㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내에서의 BCl3 가스의 분압은, 예를 들어 0.01 내지 2640㎩의 범위 내의 압력으로 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. 그 밖의 처리 조건은, 예를 들어, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대해 열 여기시킨 BCl3 가스를 또한 여기시켜 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 층(C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층)의 표면 상에, 1 원자층 미만의 두께의 B 함유층, 즉, 불연속인 B 함유층이 형성된다. B 함유층은 B층이어도 되고, BCl3의 화학 흡착층이어도 되고, 그 양쪽을 포함하고 있어도 된다. 제1 층의 표면 상에 B 함유층이 형성됨으로써, 웨이퍼(200) 상에, Si, B 및 C를 포함하는 층이 형성되게 된다. BCl3 가스는 비보라진계의 붕소 함유 가스, 즉, 보라진 환 골격 비함유의 붕소 함유 가스이므로, Si, B 및 C를 포함하는 층은, 보라진 환 골격 비함유의 층이 된다. 열 여기시킨 BCl3 가스를 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의해 간접적으로 여기시켜 공급하는 쪽이, BCl3 가스를 직접 플라즈마화시켜 공급하는 것보다도, 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, B 함유층의 형성을 소프트하게 행할 수 있다. 예를 들어, B 함유층의 형성을 행할 때에, 제1 층에 포함되는 Si-C 결합의 절단을 억제하거나, 제1 층으로부터의 C의 탈리를 억제하거나 할 수 있다.
Si, B 및 C를 포함하는 층을 형성할 때, 제1 층에 포함되어 있었던 Cl 등의 불순물은, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의한 제1 층의 표면의 활성화 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하고, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉, 제1 층 중의 Cl 등의 불순물은, 제1 층 중으로부터 인발되거나, 탈리되거나 함으로써, 제1 층으로부터 분리된다. 이에 의해, Si, B 및 C를 포함하는 층은, 제1 층에 비해 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
보라진 환 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. 또한, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에의 고주파 전력의 인가를 정지하여, 플라즈마 여기시킨 N2 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 제거한다.
그 후, 웨이퍼(200), 즉, Si, B 및 C를 포함하는 층에 대해 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, Si, B 및 C를 포함하는 층은, 제2 층으로서의, Si, B, C 및 N을 포함하는 층, 즉, 실리콘 붕탄질화층(SiBCN층)으로 개질된다.
상술한 각 스텝을 비동시에 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 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 두께보다도 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직한 점은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지이다.
본 변형예에 따르면, 도 4에 도시하는 상술한 성막 시퀀스나 상술한 각 변형예와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성하는 막 중에 B를 첨가함으로써, 예를 들어, 막의 HF 내성 등을 향상시키는 것이 가능해진다.
(변형예 6)
NH3 가스를 공급하는 스텝 대신에, TEA 가스를 공급하는 스텝을 행하고, BTCSM 가스를 공급하는 스텝과 TEA 가스를 공급하는 스텝 사이에, BCl3 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 BCl3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 TEA 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예에 따르면, 웨이퍼(200) 상에, SiBCN막이 형성되게 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 1, 5와 마찬가지로 한다.
본 변형예에 따르면, 도 4에 도시하는 상술한 성막 시퀀스나 변형예 5와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, TEA 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성하는 SiBCN막을, 변형예 5에서 형성하는 SiBCN막보다도 C 성분이 많은 막, 즉, C가 풍부한 막으로 할 수 있다. 즉, SiBCN막의 조성비 제어의 윈도우를 확대하는 것이 가능해진다.
(변형예 7)
NH3 가스를 공급하는 스텝 대신에, TMB 가스 등의 보라진계 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 TMB 가스 등의 보라진계 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예의 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지로 한다.
노즐(249b)로부터 TMB 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝에서는, 가스 공급관(232b)으로부터 TMB 가스를 흘리도록 하고, APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d 내지 243f)의 개폐 제어를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2에서의 APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d 내지 243f)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. 또한, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에의 고주파 전력의 인가를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 수순으로 행한다. MFC(241b)로 제어하는 TMB 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 1000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1 내지 2666㎩, 바람직하게는 67 내지 1333㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내에서의 TMB 가스의 분압은, 예를 들어 0.0001 내지 2424㎩의 범위 내의 압력으로 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. 그 밖의 처리 조건은, 예를 들어, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대해 열 여기시킨 TMB 가스를 또한 여기시켜 공급함으로써, 제1 층(C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층)과 TMB 가스가 반응한다. 즉, 제1 층에 포함되는 Cl(클로로기)과 TMB에 포함되는 리간드(메틸기)가 반응한다. 그에 의해, TMB의 리간드와 반응시킨 제1 층의 Cl을, 제1 층으로부터 분리시킴(인발됨)과 함께, 제1 층의 Cl과 반응시킨 TMB의 리간드를, TMB로부터 분리시킬 수 있다. 그리고, 리간드가 분리된 TMB의 보라진 환을 구성하는 N과, 제1 층의 Si를 결합시킬 수 있다. 즉, TMB의 보라진 환을 구성하는 B, N 중 메틸 리간드가 분리되어 미결합손(dangling bond)을 갖게 된 N과, 제1 층에 포함되고 미결합손을 갖게 된 Si, 또는, 미결합손을 갖고 있었던 Si를 결합시켜, Si-N 결합을 형성하는 것이 가능해진다. 이때, TMB의 보라진 환을 구성하는 보라진 환 골격은, 파괴되지 않고 유지되게 된다.
TMB 가스를 상술한 조건 하에서 공급함으로써, TMB에 있어서의 보라진 환 골격을 파괴하지 않고 유지하면서, 제1 층과 TMB를 적정하게 반응시킬 수 있어, 상술한 일련의 반응을 발생시키는 것이 가능해진다. TMB의 보라진 환 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 생각되고, 이들을 적정하게 제어함으로써, 적정한 반응을 발생시키는 것이 가능해진다.
이 일련의 반응에 의해, 제1 층 중에 보라진 환이 새롭게 도입되고, 제1 층은, 제2 층으로서의, 보라진 환 골격을 갖고 Si, B, C 및 N을 포함하는 층, 즉, 보라진 환 골격을 포함하는 실리콘 붕탄질화층(SiBCN층)으로 변화된다(개질된다). 보라진 환 골격을 포함하는 SiBCN층은, 예를 들어 1 원자층 미만 내지 수 원자층 정도의 두께의 층이 된다. 보라진 환 골격을 포함하는 SiBCN층은, Si, C 및 보라진 환 골격을 포함하는 층이라고도 말할 수 있다.
제1 층 중에 보라진 환이 새롭게 도입됨으로써, 제1 층 중에, 보라진 환을 구성하는 B 성분, N 성분이 도입되게 된다. 또한 이때, 제1 층 중에, TMB의 리간드에 포함되어 있었던 C 성분도 도입되게 된다. 즉, 제1 층과 TMB를 반응시켜 제1 층 중에 보라진 환을 도입함으로써, 제1 층 중에, B 성분, C 성분 및 N 성분을 첨가할 수 있다.
보라진 환 골격을 포함하는 SiBCN층을 형성할 때, 제1 층에 포함되어 있었던 Cl이나, TMB 가스에 포함되어 있었던 H는, TMB 가스에 의한 제1 층의 개질 반응의 과정에서, 또한, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의한 제1 층의 표면의 활성화 과정에서, 적어도 Cl, H를 포함하는 가스 상태 물질을 구성하고, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉, 제1 층 중의 Cl 등의 불순물은, 제1 층 중으로부터 인발되거나, 탈리되거나 함으로써, 제1 층으로부터 분리되게 된다. 이에 의해, 보라진 환 골격을 포함하는 SiBCN층은, 제1 층에 비해 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
보라진 환 골격을 포함하는 SiBCN층을 형성할 때, TMB에 포함되는 보라진 환을 구성하는 보라진 환 골격을 파괴하지 않고 유지(보유)함으로써, 보라진 환의 중앙 공간을 유지(보유)할 수 있어, 다공성 형상의 SiBCN층을 형성하는 것이 가능해진다.
보라진 환 골격을 포함하는 SiBCN층이 형성된 후, 밸브(243b)를 폐쇄하여, TMB 가스의 공급을 정지한다. 또한, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에의 고주파 전력의 인가를 정지하여, 플라즈마 여기시킨 N2 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 보라진 환 골격을 포함하는 SiBCN층의 형성에 기여한 후의 TMB 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 제거한다.
보라진 환 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 비동시에 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 소정 조성 및 소정 막 두께의 보라진 환 골격을 포함하는 SiBCN막을 형성할 수 있다. 1 사이클당 형성하는 SiBCN층의 두께를 원하는 막 두께보다도 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직한 점은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지이다.
본 변형예에 따르면, 도 4에 도시하는 상술한 성막 시퀀스나 변형예 5, 6 등과 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성하는 막을, 보라진 환 골격을 포함하는 막, 즉, 원자 밀도가 낮은 다공성 형상의 막으로 함으로써, 막의 유전율을, 예를 들어, 변형예 5, 6에 있어서의 SiBCN막의 유전율보다도 저하되게 하는 것이 가능해진다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성하는 막을, 보라진 환 골격을 포함하는 막, 즉, B를, 막을 구성하는 보라진 환 골격의 1 구성 요소로서 포함하는 막으로 함으로써, 막의 산화 내성을 향상시키는 것이 가능해진다.
(변형예 8)
BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, NH3 가스를 공급하는 스텝 사이에, TMB 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 TMB 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 7과 마찬가지로 한다.
노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 TMB 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 제2 층(보라진 환 골격을 포함하는 SiBCN층)을 형성한 후, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 보라진 환 골격을 포함하는 SiBCN층의 적어도 일부가 질화(개질)된다. 이에 의해, 보라진 환 골격을 포함하는 SiBCN층은, 제3 층으로서의, 보라진 환 골격을 포함하고 N이 풍부한 SiBCN층으로 개질된다. 본 변형예에 따르면, 웨이퍼(200) 상에, 보라진 환 골격을 포함하고 N이 풍부한 SiBCN막이 형성되게 된다.
본 변형예에 따르면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 7 등과 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 본 변형예에 따르면, NH3 가스 및 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급함으로써, 제2 층 중으로부터 Cl 등의 불순물을 탈리시킬 수 있어, 최종적으로 형성되는 막 중의 불순물 농도를 저감시키는 것이 가능해진다. 또한 그 결과, 막의 HF 내성을 향상시키는 것이 가능해진다.
(변형예 9)
도 7에 도시하는 바와 같이, BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, NH3 가스를 공급하는 스텝 사이에, C3H6 가스 등의 탄소 함유 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 C3H6 가스 등의 탄소 함유 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예의 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지로 한다.
노즐(249b)로부터 C3H6 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝에서는, 가스 공급관(232c)으로부터 C3H6 가스를 흘리도록 하고, APC 밸브(244), 밸브(243c, 243d 내지 243f)의 개폐 제어를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2의 APC 밸브(244), 밸브(243b, 243d 내지 243f)의 개폐 제어와 마찬가지의 수순으로 행한다. 또한, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에의 고주파 전력의 인가를, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 수순으로 행한다. MFC(241c)로 제어하는 C3H6 가스의 공급 유량은, 예를 들어 100 내지 10000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 처리실(201) 내의 압력은, 예를 들어 1 내지 5000㎩, 바람직하게는 1 내지 4000㎩의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내에서의 C3H6 가스의 분압은, 예를 들어 0.01 내지 4950㎩의 범위 내의 압력으로 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. 그 밖의 처리 조건은, 예를 들어, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스의 스텝 2와 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대해 열 여기시킨 C3H6 가스를 또한 여기시켜 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 층(C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층)의 표면 상에, 1 원자층 미만의 두께의 C 함유층, 즉, 불연속인 C 함유층이 형성된다. C 함유층은 C층이어도 되고, C3H6의 화학 흡착층이어도 되고, 그 양쪽을 포함하고 있어도 된다. 열 여기시킨 C3H6 가스를 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의해 간접적으로 여기시켜 공급하는 쪽이, C3H6 가스를 직접 플라즈마화시켜 공급하는 것보다도, 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, C 함유층의 형성을 소프트하게 행할 수 있다. 예를 들어, C 함유층의 형성을 행할 때에, 제1 층에 포함되는 Si-C 결합의 절단을 억제하거나, 제1 층으로부터의 C의 탈리를 억제하거나 할 수 있다.
C 함유층을 형성할 때, 제1 층에 포함되어 있었던 Cl 등의 불순물은, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의한 제1 층의 표면의 활성화 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하고, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉, 제1 층 중의 Cl 등의 불순물은, 제1 층 중으로부터 인발되거나, 탈리되거나 함으로써, 제1 층으로부터 분리된다. 이에 의해, C 함유층이 형성된 제1 층은, 제1 층에 비해 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
탄소 함유 가스로서는, C3H6 가스 외에, 예를 들어, 아세틸렌(C2H2) 가스, 에틸렌(C2H4) 가스 등의 탄화수소계 가스를 사용할 수 있다.
C 함유층이 형성된 후, 밸브(243c)를 폐쇄하여, C3H6 가스의 공급을 정지한다. 또한, 막대 형상 전극(269, 270) 사이에의 고주파 전력의 인가를 정지하여, 플라즈마 여기시킨 N2 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 도 4에 도시하는 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.
그 후, 웨이퍼(200), 즉, C 함유층이 형성된 제1 층에 대해 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, C 함유층이 형성된 제1 층은, SiCN층으로 개질된다. 이때, C 함유층이 형성된 제1 층과 NH3 가스의 반응, 즉, SiCN층의 형성을 확실하게 행하기 위해서는, 제1 층의 표면 상에의 C3H6 분자 등의 흡착 반응이 포화되기 전에, 즉, 제1 층의 표면 상에 형성되는 C3H6의 흡착층(화학 흡착층) 등의 C 함유층이 연속층이 되기 전에(불연속층인 중에), C3H6 가스를 공급하는 스텝을 종료시키는 것이 바람직하다.
상술한 각 스텝을 비동시에 행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, SiCN막을 형성할 수 있다. 1 사이클당 형성하는 SiCN층의 두께를 원하는 막 두께보다도 작게 하여, 상술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수회 반복하는 것이 바람직한 점은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지이다.
본 변형예에 따르면, 도 4에 도시하는 상술한 성막 시퀀스나 상술한 각 변형예와 마찬가지의 효과를 발휘한다.
또한, 본 변형예에 따르면, C 소스로서 작용하는 C3H6 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 즉, 1 사이클 중에 2 종류의 카본 소스(더블 카본 소스)를 사용해서 성막을 행함으로써, 최종적으로 형성하는 SiCN막을, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스에 의해 형성하는 SiCN막보다도, C 농도가 높은 막으로 하는 것이 가능해진다. 또한, 본 변형예와 같이, C3H6 가스를 공급하는 스텝을 추가함으로써, 어떠한 요인으로 제1 층 중으로부터 C가 탈리되는 경우가 있었다고 해도, 탈리된 C를 보충(보강)하는 것이 가능해진다.
또한, 본 변형예에 따르면, 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 첨가되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 최종적으로 형성되는 SiCN막 중의 N 농도의 증가를 억제하면서, 그 C 농도를 높게 하는 것이 가능해진다. 즉, SiCN막의 조성비 제어의 제어성을 향상시키는 것이 가능해진다.
(변형예 10)
도 8에 도시하는 바와 같이, 변형예 9에 있어서, 또한, O2 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 C3H6 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 O2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다.
또한, 노즐(249b)로부터 O2 가스를 공급하는 스텝에서는, 버퍼실(237) 내로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하지 않도록 한다. 즉, 열 여기시킨 O2 가스를, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의해 여기시키지 않고, 그대로 산화 처리에 사용하도록 한다. 본 변형예에 있어서의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 점을 제외하고, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 2, 9와 마찬가지로 한다.
노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 C3H6 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, SiCN층을 형성한 후, 노즐(249b)로부터 O2 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 SiCN층의 적어도 일부가 산화(개질)된다. 이에 의해, SiCN층은 SiOCN층으로 개질된다. 본 변형예에 따르면, 웨이퍼(200) 상에, SiOCN막이 형성되게 된다.
본 변형예에 따르면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 9 등과 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 본 변형예에 따르면, 열 여기시킨 O2 가스를 공급함으로써 SiCN층 중으로부터 Cl 등의 불순물을 또한 탈리시킬 수 있어, SiOCN막 중의 불순물 농도를 저감시키는 것이 가능해진다. 또한 그 결과, 막의 HF 내성을 향상시키는 것이 가능해진다.
(변형예 11)
도 9에 도시하는 바와 같이, 변형예 5에 있어서, BTCSM 가스를 공급하는 스텝과, BCl3 가스를 공급하는 스텝 사이에, C3H6 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 C3H6 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 BCl3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 5, 9와 마찬가지로 한다.
노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 제1 층(C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층)을 형성한 후, 노즐(249b)로부터 C3H6 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝과, 노즐(249b)로부터 BCl3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 제1 층의 상에, C 함유층, B 함유층을 형성할 수 있다. 그 후, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, C 함유층, B 함유층이 형성된 제1 층은 SiBCN층으로 개질된다. 본 변형예에 따르면, 웨이퍼(200) 상에, SiBCN막이 형성되게 된다.
본 변형예에 따르면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 5, 9 등과 마찬가지의 효과를 발휘한다.
(변형예 12)
NH3 가스를 공급하는 스텝 대신에, C3H6 가스를 공급하는 스텝을 행하도록 해도 된다. 즉, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 C3H6 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행하도록 해도 된다. 본 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 9와 마찬가지로 한다.
노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 제1 층(C 및 Cl을 포함하는 Si 함유층)을 형성한 후, 노즐(249b)로부터 C3H6 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 제1 층은, Si 및 C를 포함하는 층, 즉, 실리콘 탄화층(SiC층)으로 개질된다. C3H6 가스에 포함되어 있었던 C 성분이 도입됨으로써, 이 층은, 제1 층보다도 C 성분이 많은 층, 즉, C가 풍부한 층이 된다. SiC층을 형성할 때, 제1 층에 포함되어 있었던 Cl 등의 불순물은, C3H6 가스에 의한 제1 층의 개질 반응의 과정에서, 또한, 플라즈마 여기시킨 N2 가스에 의한 제1 층의 표면의 활성화 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하고, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉, 제1 층 중의 Cl 등의 불순물은, 제1 층 중으로부터 인발되거나, 탈리되거나 함으로써, 제1 층으로부터 분리된다. 이에 의해, SiC층은, 제1 층에 비해 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다. 본 변형예에 따르면, 웨이퍼(200) 상에, Si 및 C를 포함하는 막으로서, 소정 조성 및 소정 막 두께의 실리콘 탄화막(SiC막)이 형성된다.
본 변형예에 따르면, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 9 등과 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 본 변형예에 따르면, C 소스로서 작용하는 C3H6 가스를 공급하는 스텝을 행함으로써, 즉, 1 사이클 중에 2 종류의 카본 소스(더블 카본 소스)를 사용해서 성막을 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 탄소 농도가 높은 SiC막을 형성하는 것이 가능해진다.
(변형예 13 내지 17)
도 10에 도시하는 바와 같이, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 세트를 소정 횟수(m1회) 행함으로써, 제1막으로서 SiCN막을 형성하는 스텝과,
노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 O2 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 세트를 소정 횟수(m2회) 행함으로써, 제2 막으로서 SiOCN막을 형성하는 스텝을 포함하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 제1 막과 제2 막이 나노 레벨로 교대로 적층되어 이루어지는 적층막(SiOCN막)을 형성하도록 해도 된다(변형예 13). 또한, 도 10은, 각 세트의 실시 횟수(m1회, m2회)를 각각 2회로 하는 예를 나타내고 있다.
또한, 도 11에 도시하는 바와 같이, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 O2 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 세트를 소정 횟수(m1회) 행함으로써, 제1 막으로서 SiOCN막을 형성하는 스텝과,
노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 O2 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 세트를 소정 횟수(m2회) 행함으로써, 제2 막으로서 SiOC막을 형성하는 스텝을 포함하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 제1 막과 제2 막이 나노 레벨로 교대로 적층되어 이루어지는 적층막(SiOCN막)을 형성하도록 해도 된다(변형예 14). 또한, 도 11은, 각 세트의 실시 횟수(m1회, m2회)를 각각 2회로 하는 예를 나타내고 있다.
또한, 도 12에 도시하는 바와 같이, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 세트를 소정 횟수(m1회) 행함으로써, 제1 막으로서 SiCN막을 형성하는 스텝과,
노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 O2 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 세트를 소정 횟수(m2회) 행함으로써, 제2 막으로서 SiOC막을 형성하는 스텝을 포함하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 제1 막과 제2 막이 나노 레벨로 교대로 적층되어 이루어지는 적층막(SiOCN막)을 형성하도록 해도 된다(변형예 15). 또한, 도 12는, 각 세트의 실시 횟수(m1회, m2회)를 각각 2회로 하는 예를 나타내고 있다.
또한, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 세트를 소정 횟수(m1회) 행함으로써, 제1 막으로서 SiCN막을 형성하는 스텝과,
노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 BCl3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 세트를 소정 횟수(m2회) 행함으로써, 제2 막으로서 보라진 환 골격 비함유의 SiBCN막을 형성하는 스텝을 포함하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 제1 막과 제2 막이 나노 레벨로 교대로 적층되어 이루어지는 적층막(보라진 환 골격 비함유의 SiBCN막)을 형성하도록 해도 된다(변형예 16).
또한, 노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 BCl3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 세트를 소정 횟수(m1회) 행함으로써, 제1 막으로서 보라진 환 골격 비함유의 SiBCN막을 형성하는 스텝과,
노즐(249a)로부터 BTCSM 가스를 공급하는 스텝, 노즐(249b)로부터 TMB 가스를 공급함과 함께 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 세트를 소정 횟수(m2회) 행함으로써, 제2 막으로서 보라진 환 골격을 포함하는 SiBCN막을 형성하는 스텝을 포함하는 사이클을 소정 횟수(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 제1 막과 제2 막이 나노 레벨로 교대로 적층되어 이루어지는 적층막(보라진 환 골격을 포함하는 SiBCN막)을 형성하도록 해도 된다(변형예 17).
변형예 13 내지 17의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 1 내지 12의 각 스텝과 마찬가지로 한다. 또한, 변형예 13 내지 17에 있어서는, 제1 막 및 제2 막의 막 두께가, 각각, 예를 들어 5㎚ 이하, 바람직하게는 1㎚ 이하의 막 두께가 되도록, 각 세트의 실시 횟수(m1회, m2회)를 각각 제어한다.
변형예 13 내지 17에 있어서도, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 변형예 1 내지 12와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 성막 온도가 비교적 높은 경우, 예를 들어, 400℃ 이상의 온도대에서 성막 처리를 행하는 경우에는, 버퍼실(237) 내로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하지 않도록 해도 되는 점은, 변형예 2와 마찬가지이다. 이와 같이 함으로써, O2 가스의 산화력을 적정하게 억제할 수 있어, 최종적으로 형성되는 막 중의 Si-C 결합의 비율이나 C 농도의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 제1 막과 제2 막을 교대로 적층함으로써, 최종적으로 형성하는 적층막의 조성비 제어의 제어성을 향상시키는 것이 가능해진다. 예를 들어, 제1 막 중의 C 농도와 제2 막 중의 C 농도를 다르게 함으로써, 최종적으로 형성되는 적층막 중의 C 농도를, 제1 막 중의 C 농도와 제2 막 중의 C 농도 사이의 임의의 농도로 하도록 제어하는 것이 가능해진다. 이때, 예를 들어, 제1 막의 막 두께와 제2 막의 막 두께의 비율을 제어함으로써, 최종적으로 형성되는 적층막 중의 C 농도를 미세 조정하는 것이 가능해진다. 즉, 제1 막과 제2 막을 교대로 적층함으로써, 최종적으로 형성되는 적층막의 조성비를, 제1 막을 형성할 때와 마찬가지의 방법에 의해 웨이퍼(200) 상에 단막을 형성하는 경우나, 제2 막을 형성할 때와 마찬가지의 방법에 의해 웨이퍼(200) 상에 단막을 형성하는 경우 등에는 실현 불가능한 값으로 하도록 제어하는 것이 가능해진다. 즉, 조성비 제어의 윈도우를 확대하는 것이 가능해진다.
또한, 최종적으로 형성하는 적층막을, 제1 막 및 제2 막 중 어느 하나 또는 양쪽의 특성을 겸비하는 막으로 하거나, 제1 막과 제2 막의 중간적인 특성을 갖는 막으로 하거나, 제1 막과도 제2 막과도 다른 별도의 특성을 갖는 막으로 하거나 하는 것이 가능해진다. 이들의 경우, 상술한 바와 같이, 제1 막 및 제2 막의 막 두께를, 각각 예를 들어 0.1㎚ 이상 5㎚ 이하, 바람직하게는 0.1㎚ 이상 1㎚ 이하의 막 두께로 하는 것이 바람직하다.
제1 막 및 제2 막의 막 두께를 각각 0.1㎚ 미만의 막 두께로 하는 것은 곤란하다. 또한, 제1 막 및 제2 막 중 어느 하나의 막의 막 두께가 5㎚를 초과하는 막 두께가 되면, 최종적으로 형성되는 적층막이, 적층 방향으로 비통일(불통일)인 특성을 갖는 막, 즉, 제1 막과 제2 막이 간단히 적층되고, 적층 방향으로 특성이 분리된 막이 되는 경우가 있다. 제1 막 및 제2 막의 막 두께를 각각 0.1㎚ 이상 5㎚ 이하, 바람직하게는 0.1㎚ 이상 1㎚ 이하로 함으로써, 최종적으로 형성하는 적층막을, 적층 방향에서 일치된 특성을 갖는 막, 즉, 제1 막 및 제2 막의 각각의 특성, 성질이 적정하게 융합된 막으로 하는 것이 가능해진다. 즉, 제1 막 및 제2 막의 막 두께를 상술한 범위 내의 막 두께로 함으로써, 최종적으로 형성하는 적층막을, 막 전체적으로 일체 불가분한 특성을 갖는 나노 라미네이트막으로 하는 것이 가능해진다. 또한, 상술한 세트의 실시 횟수(m1회, m2회)를 각각 1회 이상 50회 이하, 바람직하게는 1회 이상 10회 이하로 함으로써, 제1 막 및 제2 막의 막 두께를 각각 상술한 범위 내의 막 두께로 할 수 있다.
또한, 변형예 17에 있어서는, 또한, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 발휘한다.
(a) 제1 막과 제2 막을 교대로 적층함으로써, 최종적으로 형성되는 SiBCN막에 포함되는 B 성분과 N 성분의 비율(이하, B/N비라고도 칭함)을 제어할 때의 제어성을 향상시키는 것이 가능해진다. 왜냐하면, BTCSM 가스, TMB 가스를 사용해서 형성하는 제2 막의 B/N비는, TMB 가스의 1분자 중에 포함되는 B의 수와 N의 수의 비율(TMB 가스에서는 1/1), 즉, 보라진 환 골격을 포함하는 가스의 종류에 의해 결정되고, 이 값으로부터 크게 벗어난 값으로 하도록 제어하는 것은 곤란하다. 이에 반해, BTCSM 가스, BCl3 가스, NH3 가스를 사용해서 형성하는 제1 막의 B/N비는, BCl3 가스와 NH3 가스의 유량비를 조정하는 것 등에 의해, 자유롭게 제어하는 것이 가능하다. 이 때문에, 제1 막과 제2 막을 교대로 적층할 때, 제1 막과 제2 막에서 B/N비를 다르게 함으로써, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 B/N비를, 제1 막의 B/N비와 제2 막의 B/N비 사이의 임의의 값으로 하도록 제어하는 것이 가능해진다.
(b) 제1 막과 제2 막을 교대로 적층함으로써, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 막 밀도, 즉, 막 중의 원자 밀도의 제어성을 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 유전율 제어의 제어성을 향상시키는 것이 가능해진다. 왜냐하면, 보라진 환 골격을 포함하는 제2 막(다공성 형상의 막)은 보라진 환 골격 비함유의 제1 막(비다공성 형상의 막)보다도, 막 중의 원자 농도가 낮아, 유전율이 낮은 막이 된다. 이 때문에, 제1 막과 제2 막을 교대로 적층함으로써, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 유전율을, 예를 들어, BTCSM 가스, TMB 가스를 사용해서 형성한 보라진 환 골격을 포함하는 SiBCN막(단막)의 유전율과, BTCSM 가스, BCl3 가스, NH3 가스 등을 사용해서 형성한 보라진 환 골격 비함유의 SiBCN막(단막)의 유전율 사이의, 임의의 값으로 하도록 제어하는 것이 가능해진다. 즉, 제1 막과 제2 막을 교대로 적층함으로써, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 유전율을, BTCSM 가스, TMB 가스를 사용해서 단막을 형성하는 경우나, BTCSM 가스, BCl3 가스, NH3 가스 등을 사용해서 단막을 형성하는 경우 등에는 실현 불가능한 값으로 할 수 있어, 유전율 제어의 윈도우를 확대하는 것이 가능해진다. 또한, 제1 막의 막 두께와 제2 막의 막 두께의 비율을 제어함으로써, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 유전율을 미세 조정하는 것이 가능해진다.
(c) 제1 막과 제2 막을 교대로 적층함으로써, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 표면 조도를 향상시키는 것이 가능해진다. 「표면 조도」란, 웨이퍼 면 내 또는 임의의 대상 면 내의 고저차를 의미하고 있고, 표면 거칠기와 마찬가지의 의미를 갖고 있다. 표면 조도가 향상된다(양호)고 함은, 이 고저차가 작게 되는(작은) 것, 즉, 표면이 평활하게 되는(평활한) 것을 의미하고 있다. 표면 조도가 악화된다(나쁘다)고 함은, 이 고저차가 크게 되는(큰) 것, 즉, 표면이 거칠게 되는(거친) 것을 의미하고 있다. 보라진 환 골격 비함유의 제1 막은, 보라진 환 골격을 포함하는 제2 막보다도, 표면 조도가 양호해지는 경향이 있다. 이 때문에, 제1 막과 제2 막을 교대로 적층함으로써, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 표면 조도를 향상시키는 것이 가능해진다. 즉, 제1 막과 제2 막을 교대로 적층함으로써, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 표면 조도를, BTCSM 가스, TMB 가스를 사용해서 보라진 환 골격을 포함하는 SiBCN막(단막)을 형성하는 경우보다도, 향상시키는 것이 가능해진다.
이때, 보라진 환 골격 비함유의 제1 막의 형성을, 보라진 환 골격을 포함하는 제2 막의 형성보다도 앞서 행함으로써, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 표면 조도를 더 향상시키는 것이 가능해진다. 즉, 제2 막을 형성하기 전에, 그 형성의 하지로서 표면 조도가 양호한 제1 막을 형성하고, 이 제1 막의 상에, 제2 막을 형성함으로써, 제2 막이 하지의 영향을 받게 되어, 제2 막의 표면 조도를 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 표면 조도를 더 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 이때, 마지막으로 형성하는 막을 보라진 환 골격 비함유의 제1 막으로 함으로써, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 표면 조도를 더 향상시키는 것도 가능해진다. 즉, 최종적으로 형성되는 SiBCN막, 즉, 적층막의 최상부를, 표면 조도가 양호한 제1 막에 의해 구성함으로써, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 표면 조도를 더 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 이때, 제1 막 및 제2 막의 막 두께를 각각 얇게 할수록, 즉, 상술한 세트의 실시 횟수(m1회, m2회)를 각각 적게 할수록, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 표면 조도를 더 향상시키는 것이 가능해진다.
(d) 제1 막과 제2 막을 교대로 적층함으로써, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 산화 내성 제어의 제어성을 향상시키는 것이 가능해진다. 왜냐하면, 보라진 환 골격을 포함하는 제2 막은, B를, 막을 구성하는 보라진 환 골격의 1 구성 요소로서 포함하게 된다. 보라진 환 골격을 구성하는 B-N 결합은 견고한 결합을 갖고 있다. 이 때문에, 제2 막은, 보라진 환 골격 비함유의 제1 막보다도, 산화에 의한 막 중으로부터의 B의 탈리가 적고, 산화 내성, 예를 들어, 산소 플라즈마 등에 대한 내성이 높은 막, 즉, 애싱 내성이 높은 막이 된다. 제1 막과 제2 막을 교대로 적층함으로써, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 산화 내성을, 예를 들어, 제1 막과 제2 막 사이의 임의의 특성으로 하도록 제어하는 것이 가능해진다. 즉, 제1 막과 제2 막을 교대로 적층함으로써, 최종적으로 형성되는 SiBCN막의 산화 내성을, BTCSM 가스, TMB 가스를 사용해서 단막을 형성하는 경우나, BTCSM 가스, BCl3 가스, NH3 가스를 사용해서 단막을 형성하는 경우 등에는 실현 불가능한 특성으로 할 수 있다. 즉, 산화 내성 제어, 즉, 애싱 내성 제어의 윈도우를 확대하는 것이 가능해진다.
(변형예 18)
도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 상술한 각 변형예에서는, 반응 가스로서의 C3H6 가스를, BTCSM 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 13은, 변형예 2에 있어서, C3H6 가스를 공급하는 스텝을, TEA 가스를 공급하는 스텝과 동시에 행하는 예를 나타내고 있다.
*C3H6 가스를 공급하는 스텝은, 예를 들어, 변형예 9 내지 12에 있어서의 C3H6 가스를 공급하는 스텝과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에 의해 행한다. 탄소 함유 가스로서는, C3H6 가스 외에, 상술한 탄화수소계 가스를 사용할 수 있다.
본 변형예에 의해서도, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스나 상술한 각 변형예와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 또한, 본 변형예에 따르면, 최종적으로 형성되는 막 중에, C3H6 가스에 포함되어 있었던 C 성분을 첨가하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 최종적으로 형성되는 막의 조성비 제어의 제어성을 높여, 최종적으로 형성되는 막 중의 C 농도를 높이는 것이 가능해진다. 단, C3H6 가스를, BTCSM 가스와 동시에 공급하는 것이 아니라, NH3 가스나 O2 가스나 TEA 가스나 BCl3 가스나 TMB 가스와 동시에 공급하는 쪽이, 처리실(201) 내에서의 과잉 기상 반응을 피할 수 있어, 처리실(201) 내에서의 파티클의 발생을 억제하는 것이 가능하게 되는 점에서 바람직하다. 또한, C3H6 가스를, NH3 가스나 O2 가스나 BCl3 가스와 동시에 공급하는 것이 아니라, TMB 가스나 TEA 가스와 동시에 공급하는 쪽이, 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 형태로 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 원료 가스를 공급한 후, 반응 가스를 공급하는 예에 대해 설명하였다. 본 발명은 이와 같은 형태로 한정되지 않고, 이 가스의 공급 순서는 역이어도 된다. 즉, 반응 가스를 공급한 후, 원료 가스를 공급하도록 해도 된다. 가스의 공급 순서를 변경함으로써, 형성되는 박막의 막질이나 조성비를 변화시키는 것이 가능해진다. 또한, 복수종의 반응 가스를 사용하는 경우, 그 공급 순서는 임의로 변경하는 것이 가능하다. 가스의 공급 순서를 변경함으로써, 형성되는 박막의 막질이나 조성비를 변화시키는 것이 가능해진다. 또한, 복수종의 반응 가스를 사용하는 경우, 복수종의 반응 가스 중 어느 한쪽의 반응 가스는, 노즐(249a, 249b) 중 적어도 어느 하나로부터 공급해도 되고, 노즐(249a, 249b)과는 다른 가스 공급부(공급부)로부터 공급해도 된다. 또한, 이때, 버퍼실(237)로부터 플라즈마 여기시킨 N2 가스를 공급하도록 해도 되고, 공급하지 않도록 해도 된다.
상술한 실시 형태나 각 변형예의 방법에 의해 형성한 실리콘계 절연막을, 사이드 월 스페이서(side wall spacer)로서 사용함으로써, 누설 전류가 적고, 가공성이 우수한 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능해진다. 또한, 상술한 실리콘계 절연막을, 에치 스토퍼(etch stopper)로서 사용함으로써, 가공성이 우수한 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능해진다. 또한, 상술한 실시 형태나 변형예에 따르면, 반응 가스를 직접 플라즈마 여기시키지 않고, 즉, 비교적 소프트한 플라즈마를 사용하면서, 이상적 양론비의 실리콘계 절연막을 형성할 수 있다. 또한, 비교적 소프트한 플라즈마를 사용해서 실리콘계 절연막을 형성할 수 있기 때문에, 예를 들어 DPT의 SADP막 등, 플라즈마 데미지를 염려하는 공정에의 적응도 가능해진다.
상술한 실시 형태에서는, 소정 원소를 포함하는 막으로서, 반도체 원소인 Si를 포함하는 실리콘계 박막(SiCN막, SiOCN막, SiOC막, SiBCN막)을 형성하는 예에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 형태로 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 바람직하게 적용할 수 있다.
즉, 본 발명은, 예를 들어, TiCN막, TiOCN막, TiOC막, TiBCN막, ZrCN막, ZrOCN막, ZrOC막, ZrBCN막, HfCN막, HfOCN막, HfOC막, HfBCN막, TaCN막, TaOCN막, TaOC막, TaBCN막, NbCN막, NbOCN막, NbOC막, NbBCN막, AlCN막, AlOCN막, AlOC막, AlBCN막, MoCN막, MoOCN막, MoOC막, MoBCN막, WCN막, WOCN막, WOC막, WBCN막 등의 금속계 박막, 즉, 메탈 카바이드계 박막을 형성하는 경우에도, 바람직하게 적용할 수 있다. 이 경우, 원료 가스로서, 상술한 실시 형태에 있어서의 Si를 포함하는 원료 가스 대신에, 금속 원소를 포함하는 원료 가스를 사용하고, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 시퀀스에 의해 성막을 행할 수 있다.
Ti계 박막을 형성하는 경우는, Ti를 포함하는 원료 가스로서, Ti, C 및 할로겐 원소를 포함하고 Ti-C 결합을 갖는 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 경우는, Zr을 포함하는 원료 가스로서, Zr, C 및 할로겐 원소를 포함하고 Zr-C 결합을 갖는 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 경우는, Hf를 포함하는 원료 가스로서, Hf, C 및 할로겐 원소를 포함하고 Hf-C 결합을 갖는 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 경우는, Ta를 포함하는 원료 가스로서, Ta, C 및 할로겐 원소를 포함하고 Ta-C 결합을 갖는 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 경우는, Nb를 포함하는 원료 가스로서, Nb, C 및 할로겐 원소를 포함하고 Nb-C 결합을 갖는 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 경우는, Al을 포함하는 원료 가스로서, Al, C 및 할로겐 원소를 포함하고 Al-C 결합을 갖는 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 경우는, Mo를 포함하는 원료 가스로서, Mo, C 및 할로겐 원소를 포함하고 Mo-C 결합을 갖는 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 경우는, W를 포함하는 원료 가스로서, W, C 및 할로겐 원소를 포함하고 W-C 결합을 갖는 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 제1 원소로서 반도체 원소나 금속 원소 등의 소정 원소를 포함하고, 제2 원소(제3 원소)로서 N, O, B 등의 비금속 원소를 포함하는 박막을 형성하는 경우에 바람직하게 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 따라서, 각각 개별로 준비하는(복수 준비하는) 것이 바람직하다. 그리고, 기판 처리를 개시할 때, 기판 처리의 내용에 따라서, 복수의 프로세스 레시피 중으로부터, 적정한 프로세스 레시피를 적절하게 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 기판 처리의 내용에 따라서 개별로 준비된 복수의 프로세스 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체(외부 기억 장치(123))를 통하여, 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 중으로부터, 기판 처리의 내용에 따라서, 적정한 프로세스 레시피를 적절하게 선택하는 것이 바람직하다. 이와 같이 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 신속히 개시할 수 있게 된다.
상술한 프로세스 레시피는, 새롭게 작성하는 경우에 한정되지 않고, 예를 들어, 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있었던 기존의 프로세스 레시피를 변경함으로써 준비해도 된다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우는, 변경 후의 프로세스 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 통하여, 기판 처리 장치에 인스톨해도 된다. 또한, 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여, 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있었던 기존의 프로세스 레시피를 직접 변경하도록 해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식의 기판 처리 장치를 사용해서 박막을 형성하는 예에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않고, 예를 들어, 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식의 기판 처리 장치를 사용해서 박막을 형성하는 경우에도, 바람직하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 핫 월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 박막을 형성하는 예에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않고, 콜드 월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 박막을 형성하는 경우에도, 바람직하게 적용할 수 있다. 이들 경우에서도, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
예를 들어, 도 16의 (a)에 도시하는 처리로(302a)를 구비한 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 본 발명은 바람직하게 적용할 수 있다. 처리로(302a)는 처리실(301)을 형성하는 처리 용기(303)와, 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 가스 공급부(공급부)로서의 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. 처리 용기(303)의 측벽, 즉, 처리실(301) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부의 측방에는, 상술한 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급하는 가스 공급부(공급부)로서의 가스 공급 포트(332d)가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332a)에는, 상술한 실시 형태의 원료 가스 공급계와 마찬가지인 원료 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332b)에는, 상술한 실시 형태의 반응 가스 공급계와 마찬가지인 반응 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332d)에는, 상술한 불활성 가스를 플라즈마 여기시켜 공급하는 여기부로서의 리모트 플라즈마 유닛(플라즈마 생성 장치)(339d)과, 상술한 실시 형태의 불활성 가스 공급계와 마찬가지인 불활성 가스 공급계가 접속되어 있다. 샤워 헤드(303s)의 아울렛(가스 배출구)에는 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 가스 분산판이 설치되어 있다. 샤워 헤드(303s)는 처리실(301) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 표면과 대향(대면)하는 위치에 설치되고, 가스 공급 포트(332d)는 처리실(301) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 표면과 대향하지 않는 위치에 설치되어 있다. 처리 용기(303)에는, 처리실(301) 내를 배기하는 배기 포트(331)가 설치되어 있다. 배기 포트(331)에는, 상술한 실시 형태의 배기계와 마찬가지인 배기계가 접속되어 있다.
또한 예를 들어, 도 16의 (b)에 도시하는 처리로(302b)를 구비한 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 본 발명은 바람직하게 적용할 수 있다. 가스 공급부(공급부)로서의 샤워 헤드(303s)의 인렛에는, 상술한 원료 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332a)와, 상술한 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332d)가 접속되어 있다. 처리 용기(303)의 측벽, 즉, 처리실(301) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부의 측방에는, 상술한 반응 가스를 공급하는 가스 공급부(공급부)로서의 가스 공급 포트(332b)가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332a)에는, 상술한 실시 형태의 원료 가스 공급계와 마찬가지인 원료 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332b)에는, 상술한 실시 형태의 반응 가스 공급계와 마찬가지인 반응 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332d)에는, 상술한 리모트 플라즈마 유닛(339d)과, 상술한 실시 형태의 불활성 가스 공급계와 마찬가지인 불활성 가스 공급계가 접속되어 있다. 샤워 헤드(303s)는 처리실(301) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 표면과 대향(대면)하는 위치에 설치되고, 가스 공급 포트(332b)는 처리실(301) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 표면과 대향하지 않는 위치에 설치되어 있다. 그 외, 도 16의 (a)에 도시하는 처리로(302a)와 마찬가지로 구성된 부품에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
또한 예를 들어, 도 16의 (c)에 도시하는 처리로(402)를 구비한 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 본 발명은 바람직하게 적용할 수 있다. 처리로(402)는 처리실(401)을 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) 내의 웨이퍼(200)를 향해 광조사를 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 공급부(공급부)로서의 가스 공급 포트(432a)와, 상술한 반응 가스를 공급하는 가스 공급부(공급부)로서의 가스 공급 포트(432b)와, 상술한 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급하는 가스 공급부(공급부)로서의 가스 공급 포트(432d)가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432a)에는, 상술한 실시 형태의 원료 가스 공급계와 마찬가지인 원료 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432b)에는, 상술한 실시 형태의 반응 가스 공급계와 마찬가지인 반응 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432d)에는, 상술한 불활성 가스를 플라즈마 여기시켜 공급하는 리모트 플라즈마 유닛(439d)과, 상술한 실시 형태의 불활성 가스 공급계와 마찬가지인 불활성 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432a, 432b, 432d)는, 처리실(401) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 단부의 측방, 즉, 처리실(401) 내에 반입된 웨이퍼(200)의 표면과 대향하지 않는 위치에 각각 설치되어 있다. 처리 용기(403)에는, 처리실(401) 내를 배기하는 배기 포트(431)가 설치되어 있다. 배기 포트(431)에는, 상술한 실시 형태의 배기계와 마찬가지인 배기계가 접속되어 있다. 또한, 도 16의 (c)에 도시하는 처리로(402)에 있어서도, 가스 공급 포트(432b)의 가스 분출구와 가스 공급 포트(432d)의 가스 분출구를 연결하는 직선의 수직 이등분선은, 처리 용기(403) 내의 웨이퍼(200)의 중심상을 통과하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상술한 수직 이등분선은 배기 포트(431)의 배기구 중심상을 통과하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
*이들 기판 처리 장치를 사용하는 경우에서도, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지인 시퀀스, 처리 조건에서 성막을 행할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태나 변형예 등은, 적절하게 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대해 부기한다.
(부기 1)
본 발명의 일 형태에 따르면,
처리실 내의 기판에 대해, 제1 공급부로부터 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1 원소 및 탄소를 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 제2 공급부로부터 제2 원소를 포함하는 제1 반응 가스를 공급함과 함께 상기 제2 공급부와는 다른 제3 공급부로부터 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급함으로써, 상기 제1 층을 개질하여, 제2 층을 형성하는 공정
을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기 2)
부기 1에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 제2 층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 반응 가스와 상기 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 상기 처리실 내에서 혼합(post-mix)시킨다.
(부기 3)
부기 1 또는 2에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 제2 층을 형성하는 공정에서는, 열 여기시킨 상기 제1 반응 가스와 상기 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 상기 처리실 내에서 혼합(post-mix)시킨다.
(부기 4)
부기 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 제2 층을 형성하는 공정에서는, 상기 처리실 내에서, 상기 제1 반응 가스를 상기 플라즈마 여기시킨 불활성 가스에 의해 여기시킨다.
(부기 5)
부기 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 제2 층을 형성하는 공정에서는, 상기 처리실 내에서, 열 여기시킨 상기 제1 반응 가스를 상기 플라즈마 여기시킨 불활성 가스에 의해 또한 여기시킨다.
(부기 6)
부기 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
*상기 제1 층을 형성하는 공정은, 상기 원료 가스에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합 중 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서 행해진다.
(부기 7)
*부기 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 제1 층을 형성하는 공정에서는, 상기 원료 가스에 포함되어 있었던 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합 중 적어도 일부를 절단하지 않고 유지한 상태로 상기 제1 층 중에 도입시킨다.
(부기 8)
부기 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 제2 층을 형성하는 공정은, 상기 제1 층 중에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합 중 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서 행해진다.
(부기 9)
부기 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 제2 층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 층 중에 포함되어 있었던 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합 중 적어도 일부를 절단하지 않고 유지한다.
(부기 10)
부기 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 제2 층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 반응 가스와 상기 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 상기 기판의 면 내에서 혼합시킨다(상기 반응 가스와 상기 플라즈마 여기시킨 불활성 가스의 믹싱 포인트를 상기 기판의 면 내로 함).
(부기 11)
부기 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
평면에서 보아 상기 제2 공급부와 상기 제3 공급부를 연결하는 직선의 수직 이등분선이 상기 기판의 중심(및 상기 처리실 내를 배기하는 배기구의 중심)을 통과한다.
(부기 12)
부기 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 제2 공급부 및 상기 제3 공급부는 상기 기판의 단부의 측방에 설치된다.
(부기 13)
부기 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 제2 공급부는, 상기 기판의 표면과 대향(대면)하는 위치에 설치되고, 상기 제3 공급부는 상기 기판의 표면과 대향(대면)하지 않는 위치에 설치된다. 예를 들어, 상기 제2 공급부는, 상기 기판의 표면과 대향하는 위치에 설치된 샤워 헤드에 의해 구성된다.
(부기 14)
부기 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 제2 공급부는, 상기 기판의 표면과 대향(대면)하지 않는 위치에 설치되고, 상기 제3 공급부는 상기 기판의 표면과 대향(대면)하는 위치에 설치된다. 예를 들어, 상기 제3 공급부는, 상기 기판의 표면과 대향하는 위치에 설치된 샤워 헤드에 의해 구성된다.
(부기 15)
부기 1 내지 14 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 제2 층을 형성하는 공정에서는, 상기 제3 공급부로부터 플라즈마 유닛에 의해 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급한다.
(부기 16)
부기 1 내지 15 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 사이클은,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 제3 원소를 포함하는 제2 반응 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고,
상기 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소, 상기 제3 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성한다.
(부기 17)
부기 1 내지 16 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 사이클은,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 제3 원소를 포함하는 제2 반응 가스를 공급함으로써, 상기 제2 층을 개질하여, 제3 층을 형성하는 공정을, 상기 각 공정과 비동시에 행하는 것을 더 포함하고,
상기 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소, 상기 제3 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성한다.
이때, 상기 제3 원소를 포함하는 반응 가스를, 상기 제1 공급부 및 상기 제2 공급부 중 적어도 어느 하나로부터 공급해도 되고, 상기 제1 공급부 및 상기 제2 공급부와는 다른 공급부로부터 공급해도 된다. 또한 이때, 상기 제3 공급부로부터 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급하도록 해도 된다.
(부기 18)
부기 1 내지 17 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 원료 가스는, 상기 제1 원소, 탄소 및 할로겐 원소를 포함한다.
(부기 19)
부기 1 내지 18 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 원료 가스는, 1 분자 중(그 화학 구조식 중)에 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 적어도 2개 갖는다.
(부기 20)
부기 1 내지 19 중 어느 한 항에 기재된 방법이며, 바람직하게는,
상기 반응 가스는, 질소 함유 가스(질화 가스, 질화수소계 가스), 탄소 함유 가스(탄화수소계 가스), 질소 및 탄소를 포함하는 가스(아민계 가스, 유기 히드라진계 가스), 산소 함유 가스(산화 가스), 붕소 함유 가스(보란계 가스) 및 붕소, 질소 및 탄소를 포함하는 가스(보라진계 가스)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개를 포함한다.
(부기 21)
본 발명의 다른 형태에 따르면,
기판을 수용하는 처리실과,
상기 처리실 내의 기판에 대해, 제1 공급부로부터 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료 가스를 공급하는 제1 가스 공급계와,
상기 처리실 내의 기판에 대해, 제2 공급부로부터 제2 원소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 제2 가스 공급계와,
상기 처리실 내의 기판에 대해, 상기 제2 공급부와는 다른 제3 공급부로부터 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급하는 제3 가스 공급계와,
상기 처리실 내의 기판에 대해, 상기 제1 공급부로부터 상기 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1 원소 및 탄소를 포함하는 제1 층을 형성하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 상기 제2 공급부로부터 상기 반응 가스를 공급함과 함께 상기 제3 공급부로부터 상기 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급함으로써, 상기 제1 층을 개질하여, 제2 층을 형성하는 처리를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 처리를 행하도록, 상기 제1 가스 공급계, 상기 제2 가스 공급계 및 상기 제3 가스 공급계를 제어하도록 구성되는 제어부를 갖는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 22)
본 발명의 또 다른 형태에 따르면,
처리실 내의 기판에 대해, 제1 공급부로부터 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1 원소 및 탄소를 포함하는 제1 층을 형성하는 수순과,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 제2 공급부로부터 제2 원소를 포함하는 반응 가스를 공급함과 함께 상기 제2 공급부와는 다른 제3 공급부로부터 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급함으로써, 상기 제1 층을 개질하여, 제2 층을 형성하는 수순
을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는, 기록 매체에 기록된 프로그램이 제공된다.
121 : 컨트롤러
200 : 웨이퍼
201 : 처리실
202 : 처리로
203 : 반응관
207 : 히터
231 : 배기관
232a 내지 232f : 가스 공급관

Claims (19)

  1. 처리실 내의 기판에 대해, 제1 공급부로부터 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1 원소 및 탄소를 포함하는 제1 층을 형성하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 제2 공급부로부터 제2 원소를 포함하는 제1 반응 가스를 공급함과 함께 상기 제2 공급부와는 다른 제3 공급부로부터 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급함으로써, 상기 제1 층을 개질하여, 제2 층을 형성하는 공정
    을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 반응 가스와 상기 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 상기 처리실 내에서 혼합시키는, 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층을 형성하는 공정에서는, 열 여기시킨 상기 제1 반응 가스와 상기 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 상기 처리실 내에서 혼합시키는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층을 형성하는 공정에서는, 상기 처리실 내에서, 상기 제1 반응 가스를 상기 플라즈마 여기시킨 불활성 가스에 의해 여기시키는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층을 형성하는 공정에서는, 상기 처리실 내에서, 열 여기시킨 상기 제1 반응 가스를 상기 플라즈마 여기시킨 불활성 가스에 의해 더 여기시키는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층을 형성하는 공정은, 상기 원료 가스에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합 중 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서 행해지는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층을 형성하는 공정에서는, 상기 원료 가스에 포함되어 있었던 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합 중 적어도 일부를 절단하지 않고 유지한 상태로 상기 제1 층 중에 도입시키는, 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층을 형성하는 공정은, 상기 제1 층 중에 포함되는 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합 중 적어도 일부가 절단되지 않고 유지되는 조건 하에서 행해지는, 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 층 중에 포함되어 있었던 상기 제1 원소와 탄소의 화학 결합 중 적어도 일부를 절단하지 않고 유지하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 반응 가스와 상기 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 상기 기판의 면 내에서 혼합시키는, 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    평면에서 보아 상기 제2 공급부와 상기 제3 공급부를 연결하는 직선의 수직 이등분선이 상기 기판의 중심을 통과하는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공급부 및 상기 제3 공급부는 상기 기판의 단부의 측방에 설치되는, 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공급부는 상기 기판의 표면과 대향하는 위치에 설치되고, 상기 제3 공급부는 상기 기판의 표면과 대향하지 않는 위치에 설치되는, 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공급부는 상기 기판의 표면과 대향하지 않는 위치에 설치되고, 상기 제3 공급부는 상기 기판의 표면과 대향하는 위치에 설치되는, 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층을 형성하는 공정에서는, 상기 제3 공급부로부터 플라즈마 유닛에 의해 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 사이클은,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 제3 원소를 포함하는 제2 반응 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고,
    상기 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소, 상기 제3 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 사이클은,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 제3 원소를 포함하는 제2 반응 가스를 공급함으로써, 상기 제2 층을 개질하여, 제3 층을 형성하는 공정을, 비동시에 행하는 것을 더 포함하고,
    상기 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소, 상기 제3 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 제1 공급부로부터 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료 가스를 공급하는 제1 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 제2 공급부로부터 제2 원소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 제2 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 상기 제2 공급부와는 다른 제3 공급부로부터 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급하는 제3 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 상기 제1 공급부로부터 상기 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1 원소 및 탄소를 포함하는 제1 층을 형성하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 상기 제2 공급부로부터 상기 반응 가스를 공급함과 함께 상기 제3 공급부로부터 상기 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급함으로써, 상기 제1 층을 개질하여, 제2 층을 형성하는 처리를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 처리를 행하도록, 상기 제1 가스 공급계, 상기 제2 가스 공급계 및 상기 제3 가스 공급계를 제어하도록 구성되는 제어부
    를 갖는 기판 처리 장치.
  19. 처리실 내의 기판에 대해, 제1 공급부로부터 제1 원소와 탄소의 화학 결합을 갖는 원료 가스를 공급함으로써, 상기 제1 원소 및 탄소를 포함하는 제1 층을 형성하는 수순과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대해, 제2 공급부로부터 제2 원소를 포함하는 반응 가스를 공급함과 함께 상기 제2 공급부와는 다른 제3 공급부로부터 플라즈마 여기시킨 불활성 가스를 공급함으로써, 상기 제1 층을 개질하여, 제2 층을 형성하는 수순
    을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 수순을 컴퓨터에 실행시키는, 기록 매체에 기록된 프로그램.
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