KR20180016304A - 성막 방법 및 성막 시스템, 그리고 표면 처리 방법 - Google Patents

성막 방법 및 성막 시스템, 그리고 표면 처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180016304A
KR20180016304A KR1020170098514A KR20170098514A KR20180016304A KR 20180016304 A KR20180016304 A KR 20180016304A KR 1020170098514 A KR1020170098514 A KR 1020170098514A KR 20170098514 A KR20170098514 A KR 20170098514A KR 20180016304 A KR20180016304 A KR 20180016304A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
film
gas
sio
surface treatment
treatment
Prior art date
Application number
KR1020170098514A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102023434B1 (ko
Inventor
미야코 가네코
나오타카 노로
츠요시 다카하시
카즈요시 야마자키
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 filed Critical 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Publication of KR20180016304A publication Critical patent/KR20180016304A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102023434B1 publication Critical patent/KR102023434B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/401—Oxides containing silicon
    • C23C16/402—Silicon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0227—Pretreatment of the material to be coated by cleaning or etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45531—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations specially adapted for making ternary or higher compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/042—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02164—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon oxide, e.g. SiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00—Compounds of titanium
    • C01G23/02—Halides of titanium
    • C01G23/022—Titanium tetrachloride

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

하지 상에 CVD 또는 ALD에 의해 금속 함유막을 성막할 시에, 하지에 대하여 양호한 연속성으로 성막한다. 하지막으로서 SiO2막을 가지는 피처리체의 하지막 상에 ALD 또는 CVD에 의해 Ti 함유막을 성막하는 성막 방법으로서, SiO2막의 표면에, O 및 H를 함유하는 유체를 접촉시켜, SiO2막의 표면에 대한 실라놀기의 생성을 촉진하는 표면 처리를 실시하는 공정과, 표면 처리가 실시된 SiO2막 상에, 실라놀기와 반응하는 Ti 원료 가스를 이용하여 ALD 또는 CVD에 의해 Ti 함유막을 성막하는 성막 처리를 실시하는 공정을 가진다.

Description

성막 방법 및 성막 시스템, 그리고 표면 처리 방법 {FILM FORMING METHOD, FILM FORMING SYSTEM AND SURFACE PROCESSING METHOD}
본 발명은, 피처리체의 하지(下地) 상에 CVD 또는 ALD에 의해 금속 함유막을 성막하는 성막 방법 및 성막 시스템, 그리고 표면 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 예를 들면, DRAM의 하부 전극 등의 전극 또는 배리어막 등으로서, TiN막 등의 금속 함유막이 이용되고 있다.
TiN막은 SiO2막 등의 하지 상에 성막되지만, 그 성막 방법으로서, 화학 증착법(Chemical Vapor Deposition ; CVD) 또는 원자층 퇴적법(Atomic Layer Deposition ; ALD)이 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 1, 2).
일본특허공개공보 평06-188205호 일본특허공개공보 2003-077864호
그런데, CVD 또는 ALD에 의해 TiN막을 성막하는 경우에는, SiO2막 등의 하지와의 연속성이 양호한 것이 요구되지만, 본 발명자들의 검토 결과에 따르면, 하지의 표면 상태에 따라서는, 막의 연속성에 문제가 발생하여, 핀 홀 등이 발생하는 것이 판명되었다.
따라서, 본 발명은, 하지 상에 CVD 또는 ALD에 의해 금속 함유막을 성막할 시에, 하지에 대하여 양호한 연속성으로 성막할 수 있는 성막 방법 및 성막 시스템,그리고 하지 상에 그러한 양호한 연속성으로 금속 함유막을 성막할 수 있는 표면 처리 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제 1 관점은, 피처리체의 하지 상에 ALD 또는 CVD에 의해 금속 함유막을 성막하는 성막 방법으로서, 상기 피처리체의 상기 하지의 표면에, O 및 H를 함유하는 유체를 접촉시켜, 상기 하지의 표면에 대한 OH를 포함하는 기의 생성을 촉진하는 표면 처리를 실시하는 공정과, 상기 표면 처리가 실시된 상기 하지 상에, 상기 OH를 포함하는 기와 반응하는 성막 원료를 이용하여 ALD 또는 CVD에 의해 금속 함유막을 성막하는 성막 처리를 실시하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 성막 방법을 제공한다.
상기 제 1 관점에 있어서, 상기 하지는 기체(基體) 상에 형성된 하지막이면 되고, 상기 하지막으로서 산화막을 이용할 수 있다. 상기 하지막으로서 SiO2막을 이용할 수 있고, 이 경우에는, 상기 OH를 포함하는 기는 실라놀기이다. 또한, 상기 하지는 실리콘이면 되고, 이 경우도 상기 OH를 포함하는 기는 실라놀기이다.
상기 금속 함유막은 Ti 함유막이면 되고, 그 경우에, 상기 금속 함유막은 TiN막 또는 TiBN막이면 된다.
본 발명의 제 2 관점은, 하지막으로서 SiO2막을 가지는 피처리체의 상기 하지막 상에 ALD 또는 CVD에 의해 Ti 함유막을 성막하는 성막 방법으로서, 상기 SiO2막의 표면에, O 및 H를 함유하는 유체를 접촉시켜, 상기 SiO2막의 표면에 대한 실라놀기의 생성을 촉진하는 표면 처리를 실시하는 공정과, 상기 표면 처리가 실시된 상기 SiO2막 상에, 상기 실라놀기와 반응하는 Ti 원료 가스를 이용하여 ALD 또는 CVD에 의해 Ti 함유막을 성막하는 성막 처리를 실시하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 성막 방법을 제공한다.
상기 제 2 관점에 있어서, 상기 Ti 원료 가스는 TiCl4이며, 상기 실라놀기와 TiCl4의 축합 반응에 의해 상기 Ti 함유막이 성막되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 Ti 함유막으로서, 상기 Ti 원료 가스와 질화 가스를 이용하여 형성되는 TiN막을 이용할 수 있다. 또한, 상기 Ti 함유막으로서, 상기 Ti 원료 가스와 B 원료 가스와 질화 가스를 이용하여 형성되는 TiBN막을 이용할 수도 있다. 상기 질화 가스로서는 NH3을 이용할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 관점에 있어서, 상기 표면 처리를 실시하는 공정은, 상기 O 및 H를 포함하는 유체로서, 정해진 수용액을 이용하여, 이 수용액을 상기 하지의 표면에 접촉시키는 웨트(wet) 처리에 의해 행할 수 있다. 이 경우에, 상기 정해진 수용액으로서, 암모니아수와 과산화 수소의 혼합 수용액, 염산과 과산화 수소의 혼합 수용액, 과산화 수소의 수용액 및 황산과 과산화 수소의 혼합 수용액으로부터 선택된 것을 이용하여, 상기 웨트 처리로서 웨트 세정 처리를 행하도록 할 수 있다. 또한, 상기 웨트 처리에 의해 상기 표면 처리를 실시하는 공정을 행한 후, 2 시간 이내에 상기 성막 처리를 실시하는 공정을 행하는 것이 바람직하다.
상기 표면 처리를 실시하는 공정은, 상기 O 및 H를 포함하는 유체로서, 정해진 처리 가스를 이용하여, 이 처리 가스를 상기 하지의 표면에 접촉시키는 드라이 처리에 의해 행할 수 있다. 이 경우에, 상기 정해진 처리 가스로서, H2O2 증기, O3 + H2O 증기, 고온의 H2O 증기로부터 선택된 것을 이용할 수 있다. 또한, 상기 드라이 처리에 의해 상기 표면 처리를 행한 후, in-situ에서 상기 성막 처리를 행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 3 관점은, 피처리체의 하지 상에 ALD 또는 CVD에 의해 금속 함유막을 성막하는 성막 시스템으로서, 상기 피처리체의 상기 하지의 표면에, O 및 H를 함유하는 유체를 접촉시켜, 상기 하지의 표면에 대한 OH를 포함하는 기의 생성을 촉진하는 표면 처리를 실시하는 표면 처리 장치와, 상기 표면 처리가 실시된 상기 하지 상에, 상기 OH를 포함하는 기와 반응하는 성막 원료를 이용하여 ALD 또는 CVD에 의해 금속 함유막을 성막하는 성막 처리를 실시하는 성막 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 시스템을 제공한다.
본 발명의 제 4 관점은, 하지막으로서 SiO2막을 가지는 피처리체의 상기 하지막 상에 ALD 또는 CVD에 의해 Ti 함유막을 성막하는 성막 시스템으로서, 상기 SiO2막의 표면에, O 및 H를 함유하는 유체를 접촉시켜, 상기 SiO2막의 표면에 대한 실라놀기의 생성을 촉진하는 표면 처리를 실시하는 표면 처리 장치와, 상기 표면 처리가 실시된 상기 SiO2막 상에, 상기 실라놀기와 반응하는 Ti 원료 가스를 이용하여 ALD 또는 CVD에 의해 Ti 함유막을 성막하는 성막 처리를 실시하는 성막 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 시스템을 제공한다.
상기 제 3 및 제 4 관점에 있어서, 상기 표면 처리 장치는, 상기 O 및 H를 포함하는 유체로서, 정해진 수용액을 이용하여, 이 수용액을 상기 하지의 표면에 접촉시키는 웨트 처리에 의해 표면 처리를 실시하도록 할 수 있다. 이 경우에, 상기 표면 처리 장치는, 상기 정해진 수용액으로서, 암모니아수와 과산화 수소의 혼합 수용액, 염산과 과산화 수소의 혼합 수용액, 과산화 수소의 수용액 및 황산과 과산화 수소의 혼합 수용액으로부터 선택된 것을 이용하여, 상기 웨트 처리로서 웨트 세정 처리를 행하도록 할 수 있다. 또한, 상기 표면 처리 장치 및 상기 성막 장치를 제어하는 제어부를 더 가지고, 상기 제어부는, 상기 표면 처리 장치가 상기 웨트 처리에 의해 상기 표면 처리를 실시한 후, 2 시간 이내에 상기 성막 장치에 의해 성막 처리를 행하도록 제어하는 것이 바람직하다.
상기 표면 처리 장치는, 상기 O 및 H를 포함하는 유체로서, 정해진 처리 가스를 이용하고, 이 처리 가스를 상기 하지의 표면에 접촉시키는 드라이 처리에 의해 표면 처리를 실시하도록 할 수 있다. 이 경우에, 상기 표면 처리 장치는, 상기 정해진 처리 가스로서, H2O2 증기, O3 + H2O 증기, 고온의 H2O 증기로부터 선택된 것을 이용하도록 할 수 있다.
표면 처리를 드라이 처리에 의해 행하는 경우에, 상기 표면 처리 장치와, 상기 성막 장치는, 진공 처리로 행해지고, 이들은 진공으로 유지된 진공 반송실에 연결되며, 상기 표면 처리와 상기 성막 처리가 진공 분위기인 상태로 연속하여 행해지도록 할 수 있다. 또한, 성막 시스템은 진공으로 유지되는 챔버와, 상기 챔버 내에서 상기 피처리체를 배치하는 배치대와, 상기 챔버 내에 성막용의 가스를 공급하는 기구와, 상기 표면 처리를 행하는 정해진 처리 가스를 공급하는 기구와, 상기 챔버 내를 배기하는 배기 기구를 가지고, 상기 표면 처리 장치 및 상기 성막 장치가 일체화되어, 상기 챔버 내에서 상기 표면 처리 및 상기 성막 처리를 행하도록 할 수 있다.
본 발명의 제 5 관점은, 피처리체의 하지 상에 ALD 또는 CVD에 의해 금속 함유막을 성막하기에 앞서, 상기 하지의 표면에, O 및 H를 함유하는 유체를 접촉시켜, 상기 하지의 표면에 대한 OH를 포함하는 기의 생성을 촉진하는 표면 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 제 6 관점은, 하지막으로서 SiO2막을 가지는 피처리체의 상기 하지막 상에 ALD 또는 CVD에 의해 Ti 함유막을 성막하기에 앞서, 상기 SiO2막의 표면에, O 및 H를 함유하는 유체를 접촉시켜, 상기 SiO2막의 표면에 대한 실라놀기의 생성을 촉진하는 표면 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 피처리체의 하지의 표면에, O 및 H를 함유하는 유체를 접촉시켜, 하지의 표면에 대한 OH를 포함하는 기의 생성을 촉진하는 표면 처리를 실시하고, 그 후, 하지 상에 OH를 포함하는 기와 반응하는 성막 원료를 이용하여 ALD 또는 CVD에 의해 금속 함유막을 성막하므로, 하지의 대략 전체 면에서 OH를 포함하는 기와 성막 원료와의 반응이 발생하여, 하지에 대하여 양호한 연속성으로 금속 함유막을 성막할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 성막 방법의 일 실시 형태를 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 성막 방법의 일 실시 형태에 있어서 피처리체의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 성막 방법의 일 실시 형태에 있어서 피처리체에 TiN막 또는TiBN막을 성막한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 ALD에 의해 TiN막을 성막할 시의 시퀀스를 나타내는 도이다.
도 5는 ALD에 의해 TiBN막을 성막할 시의 시퀀스를 나타내는 도이다.
도 6은 하지막인 SiO2막이 성막된 그대로의 상태일 때의, 성막 시의 반응 모델을 나타내는 도이다.
도 7은 하지막인 SiO2막에 표면 처리를 실시했을 때의, 성막 시의 반응 모델을 나타내는 도이다.
도 8은 실험예 1에 있어서, 웨트 세정 있음의 경우와 없음의 경우에 있어서의, TiN막 또는 TiBN막을 성막했을 때의 SIMS에 의한 Si 이온 카운트를 나타내는 도이다.
도 9는 실험예 2에 있어서, 웨트 세정 있음의 경우와 없음의 경우에 있어서의, 다양한 BN량의 TiBN막(TiN : BN = 10 : 1, 20 : 1, 60 : 1) 또는 TiN막을 성막했을 때의 막 두께 및 막 두께의 면내 균일성(3σ)을 나타내는 도이다.
도 10은 실험예 3에 있어서, 웨트 세정 있음의 경우와 없음의 경우에 있어서의, TiN막의 인큐베이션 사이클을 나타내는 도이다.
도 11은 도 10의 약 70 사이클까지를 확대하여 나타내는 도이다.
도 12는 본 발명의 성막 방법에 이용할 수 있는 성막 시스템의 제 1 예를 나타내는 블록도이다.
도 13은 도 12의 성막 시스템에 있어서의 표면 처리 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 14는 도 12의 성막 시스템에 있어서의 성막 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 15는 도 12의 성막 시스템에 있어서의 표면 처리 장치의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 16은 도 12의 성막 시스템에 있어서의 성막 장치의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 성막 방법에 이용할 수 있는 성막 시스템의 제 2 예를 나타내는 개략도이다.
도 18은 도 17의 성막 시스템에 있어서의 표면 처리 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 19는 본 발명의 성막 방법에 이용할 수 있는 성막 시스템의 제 3 예를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명한다.
<성막 방법의 일 실시 형태>
우선, 본 발명에 따른 성막 방법의 일 실시 형태에 대하여 설명한다
도 1은 본 발명에 따른 성막 방법의 일 실시 형태를 나타내는 순서도이다. 여기서는, 하지막으로서의 SiO2막 상에 ALD에 의해 TiN막 또는 TiBN막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명한다.
먼저, 도 2에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기체(1) 상에 하지막인 SiO2막(2)이 형성된 피처리체(3)를 준비한다(단계 1). SiO2막(2)은 열 산화막이어도, 원료로서 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS) 등을 이용하여 CVD에 의해 성막된 막이어도 된다.
이어서, 하지막인 SiO2막(2)의 표면에 O 및 H를 포함하는 유체를 접촉시키는 표면 처리를 행한다(단계 2). 이 처리에 의해, SiO2막(2)의 표면에 대한 OH를 포함하는 기인 실라놀기의 형성이 촉진되어, SiO2막(2)의 대략 전체 면에 실라놀기를 형성할 수 있다.
단계 2의 표면 처리로서는, 정해진 수용액에 의한 웨트 처리를 적합하게 이용할 수 있다. 웨트 처리 시의 수용액으로서는, 웨트 세정 처리에 통상 이용되는 약액, 예를 들면, 암모니아수(NH4OH)와 과산화 수소(H2O2)의 혼합 수용액(암모니아 과수 ; SC1), 염산(HCl)과 과산화 수소(H2O2)의 혼합 수용액(염산 과수 ; SC2), 과산화 수소(H2O2)의 수용액, 황산(H2SO4)과 과산화 수소(H2O2)의 혼합 수용액(황산 과수 ; SPM)을 들 수 있다. 이러한 웨트 처리는 세정조에 저류한 약액에 피처리체를 침지하는 등, SiO2막의 표면에 수용액을 접촉시킴으로써 행해진다.
이들 웨트 세정용 약액에 의한 처리에 의해, 하지막인 SiO2막(2)의 표면의 전체 면에 OH기를 포함하는 기인 실라놀기를 형성 할 수 있을 뿐만 아니라, 성막 전의 피처리체 표면(SiO2막의 표면)의 파티클, 금속 불순물, 유기물을 제거할 수 있어, 표면이 청정한 피처리체를 얻을 수 있다. 예를 들면, SC1은 파티클 또는 유기물의 제거에 바람직하며, SC2는 금속 불순물 제거에 바람직하고, 과산화 수소(H2O2)는 금속 불순물 또는 유기물의 제거에 바람직하다.
단계 2의 표면 처리는 이상과 같은 웨트 세정 처리 대신에 순수를 이용하여 행해도 된다.
또한, 단계 2의 표면 처리는, 웨트 처리뿐만 아니라, O 및 H를 포함하는 처리 가스를 이용하여 드라이 처리에 의해 행해도 된다. 이러한 드라이 처리는, 처리 가스로서, H2O2 증기, O3 + H2O 증기, 고온의 H2O 증기 등을 이용하여 행할 수 있다.
이어서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 표면 처리 후의 SiO2막(2) 상에 ALD 또는 CVD에 의해 TiN막 또는 TiBN막(4)을 성막한다(단계 3). 본 실시 형태에서는, 이 단계 3의 TiN막 또는 TiBN막의 성막 처리에 있어서, 예를 들면, Ti 원료 가스로서 TiCl4 가스를 이용하고, 질화 가스로서 NH3 가스를 이용하며, B원료 가스로서 BCl3 가스를 이용한다.
ALD에 의해 TiN막을 성막하는 경우에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, TiCl4 가스와 NH3 가스를 교호로 정해진 횟수 공급함으로써, 1원자층의 Ti층의 흡착 및 Ti층의 질화를 반복하여 정해진 막 두께의 TiN막을 성막한다. 각 TiCl4 가스의 공급 및 각 NH3 가스의 공급 후에는, 피처리체 상에 잔류하는 가스를 제거하는 퍼지를 행한다.
또한, ALD에 의해 TiBN막을 성막하는 경우에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, TiN과 BN이 정해진 비율이 되도록, TiCl4 가스와 NH3 가스를 교호로 X 회 반복하는TiN막 성막 공정과 BCl3 가스와 NH3 가스를 교호로 1 회 또는 2 회 이상의 Y 회 행하는 BN막 성막 공정을 정해진 막 두께가 될 때까지 정해진 횟수(Z 회) 반복한다. 이 때, X와 Y를 조정함으로써, TiN과 BN의 비율을 조정할 수 있고, 예를 들면, X를 10, Y를 1로 함으로써, TiN : BN = 10 : 1의 TiBN막이 얻어진다. 각 TiCl4 가스의 공급, 각 BCl3 가스의 공급 및 각 NH3 가스의 공급 후에는 불활성 가스, 예를 들면 N2 가스에 의해 피처리체 상에 잔류하는 가스를 제거하는 처리, 예를 들면 퍼지 처리를 행한다.
한편, CVD에 의해 TiN막 또는 TiBN막을 성막하는 경우에는 TiCl4 가스와 NH3 가스, 또는 TiCl4 가스와 BCl3 가스와 NH3 가스를 동시에 공급한다.
단계 3의 성막 처리 시의 조건으로서는, 온도가, 400 ∼ 600℃의 범위, 압력이 400 ∼ 800 Pa의 범위가 바람직하다.
그런데, 본 발명자들의 검토 결과에 따르면, 단계 2의 표면 처리를 행하지 않고 하지막인 SiO2막 상에 TiN막 등을 성막하면, 하지의 표면 상태에 따라서는 막의 연속성에 문제가 발생하여 핀 홀 등이 발생하는 것이 판명되었다.
즉, SiO2막 상에 TiN 등이 성막되기 위해서는, SiO2막 표면의 OH를 포함하는 기인 실라놀기와 Ti 원료인 TiCl4가 반응하는 것이 필요하지만, 성막된 그대로의 상태의 SiO2막에서는 표면의 실라놀기(OH)의 양이 충분하지 않고, 도 6에 나타내는 바와 같이, 표면의 실라놀기(OH)가 존재하지 않는 부분에서는 TiCl4와의 반응이 발생하지 않아, 그 부분에서는 Ti가 흡착되기 어려워 질화를 거친 후에도 TiN이 되지 않고 핀 홀이 되어버릴 가능성이 있는 것이 판명되었다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 우선, SiO2막의 표면에 O 및 H를 포함하는 유체를 접촉시켜 OH를 포함하는 기인 실라놀기의 형성을 촉진하는 표면 처리를 행한 후, TiN막 등의 성막을 행한다.
이에 의해, 도 7에 나타내는 바와 같이, 반응 사이트인 OH를 포함하는 실라놀기를 SiO2막 표면의 대략 전체 면에 형성할 수 있고, SiO2막 표면 전체 면에서 실라놀기와 TiCl4와의 사이의 축합 반응이 촉진되어 대략 전체 면에 Ti를 흡착시킬 수 있다. 이 때문에, 핀 홀이 형성되지 않아 TiN막 등을 대략 전체 면에 균일하게 형성할 수 있다.
단계 2의 표면 처리를 웨트 처리로 행하는 경우에는, 표면 처리가 종료된 후, 2 시간 이내로 단계 3의 성막 처리를 행하는 것이 바람직하다. 2 시간 이내이면, 하지막인 SiO2막의 표면의 대략 전체 면에 OH를 포함하는 기인 실라놀기가 형성된 상태를 유지한 채, TiN막 또는 TiBN막을 성막할 수 있다.
단계 2의 표면 처리를 드라이 처리로 행하는 경우에는, 표면 처리와 그 후의 성막 처리를 in-situ에서 행하는 것이 바람직하다.
<실험예>
이어서, 실험예에 대하여 설명한다.
(실험예 1)
여기서는, SiO2막 상에 ALD에 의해 TiBN막(TiN : BN = 20 : 1) 또는 TiN막을 성막하는데 있어서, 성막에 앞서 웨트 세정(SC1(암모니아 과수))에 의한 표면 처리를 행한 경우와 행하지 않은 경우에, 막의 연속성을 조사했다.
막의 연속성에 대해서는, 성막 후에 SIMS에 의해 Si 이온을 카운트함으로써 평가했다. Si 이온 카운트에 대하여, TiBN막 및 TiN막 모두 두께 30 nm일 때의 이온 카운트를 Si의 백그라운드(Si B.G.)로 했다. 성막 후에 Si B.G. 보다 Si 이온 카운트가 많으면, 하지의 SiO2막이 검출된 것이 되고 핀 홀 등이 형성되어 있는 것을 나타낸다.
결과를 도 8에 나타낸다. 이 도에 나타내는 바와 같이, 성막에 앞서 웨트 세정을 행한 경우에는 Si 이온 카운트가 백그라운드 이하로 되어 있는 것에 반해, 웨트 세정을 행하지 않는 경우에는 Si 이온 카운트가 백그라운드를 초과하고 있다. 이 점에서, 성막 전에 SiO2막의 웨트 세정을 행함으로써 막의 연속성이 향상되는 것이 확인되었다.
(실험예 2)
여기서는, SiO2막 상에 ALD에 의해 다양한 BN량의 TiBN막(TiN : BN = 10 : 1, 20 : 1, 60 : 1) 또는 TiN막을 성막하는데 있어서, 성막에 앞서 웨트 세정(SC1(암모니아 과수))에 의한 표면 처리를 행한 경우와 행하지 않은 경우에, 막 두께와 막 두께의 면내 균일성(3σ)을 평가했다. 막 두께는 엘립소미터에 의해 측정했다.
결과를 도 9에 나타낸다. 이 도에 나타내는 바와 같이, 성막에 앞서 웨트 세정을 행함으로써, 막의 균일성이 향상되는 것이 확인되었다.
(실험예 3)
여기서는, SiO2막 상에 ALD에 의해 TiN막을 성막하는데 있어서, 성막에 앞서 웨트 세정(SC1(암모니아 과수))에 의한 표면 처리를 행한 경우와 행하지 않은 경우에 인큐베이션 사이클을 평가했다. 막 두께는 형광 X선 분석(XRF)에 의해 측정했다.
결과를 도 10 및 도 11에 나타낸다. 도 10은 300 사이클까지의 막 두께를 나타내는 도이고, 도 11은 도 10의 약 70 사이클까지를 확대하여 나타내는 도이다. 이들 도에 나타내는 바와 같이, 성막에 앞서 웨트 세정을 행함으로써 인큐베이션 사이클이 짧아지는 것을 알 수 있다. 즉, 웨트 세정을 행하여, SiO2막 표면에 OH를 포함하는 기인 실라놀기를 많이 형성함으로써, 연속 막이 조기에 형성되는 것이 확인되었다.
<성막 시스템>
이어서, 본 발명의 성막 방법에 이용할 수 있는 성막 시스템에 대하여 설명한다.
(제 1 예)
도 12는 성막 시스템의 제 1 예를 나타내는 블록도이다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 본 예의 성막 시스템(100)은, 피처리체로서 실리콘 기체 상에 하지막으로서 SiO2막이 형성된 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼라고 기재함)에 대하여 웨트 세정에 의해 표면 처리를 행하는 표면 처리 장치(101)와, 표면 처리 후의 SiO2막의 표면에 ALD에 의해 TiN막을 성막하는 성막 장치(102)와, 표면 처리 장치(101)와 성막 장치(102)의 사이에서 웨이퍼를 수용한 캐리어를 반송하는 캐리어 반송 장치(103)와, 이들 각 구성부를 제어하기 위한 제어부(104)를 가지고 있다.
제어부(104)는 표면 처리 장치(101)와, 성막 장치(102)와, 캐리어 반송 장치(103)를 제어하는 CPU(컴퓨터)를 가지는 주제어부와, 입력 장치(키보드, 마우스 등), 출력 장치(프린터 등), 표시 장치(디스플레이 등), 기억 장치를 가지고 있다. 그리고, 기억 장치에 처리 레시피가 기억된 기억 매체를 세팅함으로써, 주제어부는 기억 매체로부터 호출된 처리 레시피에 기초하여 성막 시스템(100)에 정해진 동작을 실행시킨다. 이에 의해, CPU(컴퓨터)의 제어하에서 성막 시스템(100)에 정해진 동작을 실행시킨다.
표면 처리 장치(101)는 배치(batch)식의 상압 시스템으로 이루어지는 웨트 세정 장치로서 구성되고, 도 13에 나타내는 바와 같이, 세정부(110)를 가지고 있으며, 이외에, 복수 매의 웨이퍼를 수용하는 캐리어를 반입반출하는 반입출부와, 반입출부에 있어서 캐리어로부터 취출된 웨이퍼를 반송하는 반송 장치와, 웨이퍼를 건조시키는 건조 장치(모두 도시하지 않음)를 가지고 있다.
세정부(110)는 액체(L)를 저류하여 처리를 행하는 액체 처리조(11)를 가지고 있다. 액체 처리조(11)에 저류된 액체(L)에 웨이퍼 유지 부재(12)에 유지된 복수의 웨이퍼(W)가 침지되도록 되어 있다. 웨이퍼 유지 부재(12)는 복수의 웨이퍼 유지봉(12a)을 가지고 있으며, 이들 웨이퍼 유지봉(12a)에 의해 복수의 웨이퍼(W)가 유지된다. 웨이퍼 유지 부재(12)는 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 상하 이동 및 수평 이동되고, 유지한 복수의 웨이퍼(W)가 반송되도록 되어 있다.
액체 처리조(11) 내에는 노즐(13)이 마련되어 있고, 노즐(13)에는 액체 공급 배관(14)이 접속되어 있다. 액체 공급 배관(14)에는 액체 공급 기구(15)로부터 표면 처리를 행하기 위한 약액, 린스액, 순수(DIW) 등이 공급 가능하게 되어 있다. 표면 처리를 행하기 위한 약액으로서는, 상기 서술한 SC1, SC2, H2O2 수용액, SPM 등을 이용할 수 있다. 린스액, 순수(DIW)는 약액 처리 후의 웨이퍼(W)의 세정 처리에 이용된다.
액체 처리조(11)의 바닥부에는 배액 배관(16)이 접속되어 있으며, 배액 기구(17)에 의해 배액 배관(16)을 통하여 액체 처리조(11) 내의 액체를 배액하도록 되어 있다.
또한, 액체 처리조(11) 내에 저류된 약액은 교반 장치(도시하지 않음)에 의해 교반 가능하게 되어 있다. 또한, 표면 처리를 행하기 위한 약액은 실온 ∼ 80℃ 정도로 온도 조절되도록 되어 있다.
이와 같이 구성되는 표면 처리 장치(101)에 있어서는, 세정부(110)의 액체 처리조(11) 내에 표면 처리를 행하기 위한 약액이 저류된 상태에서 웨이퍼 유지 부재(12)에 유지된 상태로 반송 장치에 의해 반송된 복수의 웨이퍼를 액체 처리조(11) 내의 약액에 침지하여 정해진 시간 유지한다. 이 때, 필요에 따라 교반 장치에 의해 약액을 교반한다.
이에 의해, 웨이퍼(W)에 하지막으로서 형성된 SiO2막의 표면에 대한 실라놀기의 형성이 촉진되어, SiO2막의 대략 전체 면에 실라놀기를 형성할 수 있다.
이러한 약액에 의한 표면 처리를 행한 후, 액체 처리조(11) 내를 배액하고, 계속해서 린스액에 의한 린스 처리 및 순수에 의한 처리를 행한다.
그 후, 반송 장치에 의해 웨이퍼 유지 부재(12)를 액체 처리조(11)로부터 상승시키고, 건조 장치(도시하지 않음)에 의해 건조 처리를 행한다.
또한, 표면 처리 장치(101)에 있어서는 웨트 세정 처리에 의해 표면 처리가 행해지지만, 제어부(104)는 표면 처리 후 2 시간 이내에 성막 처리가 행해지도록 제어한다.
성막 장치(102)는, 매엽식의 진공 처리 장치로서 구성되고, 진공 처리 시스템의 진공 반송실(도시하지 않음)에 접속되며, 웨이퍼를 수용한 캐리어로부터 로드록실(도시하지 않음)을 통하여 웨이퍼(W)가 반입반출된다.
성막 장치(102)는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 챔버(21)와, 챔버(21) 내에서 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(22)와, 챔버(21) 내에 처리 가스를 샤워 형상으로 공급하기 위한 샤워 헤드(23)와, 챔버(21)의 내부를 배기하는 배기부(24)와, 샤워 헤드(23)에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구(25)를 가지고 있다.
챔버(21)는 대략 원통 형상의 금속으로 이루어지고, 그 측벽부에는 진공 반송실에 대하여 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 웨이퍼(W)를 반입반출하기 위한 반입출구(26)가 형성되고, 반입출구(26)는 게이트 밸브(27)로 개폐 가능하게 되어 있다.
챔버(21)의 본체 상에는 단면이 직사각형 형상을 이루는 원환(圓環) 형상의 배기 덕트(28)가 마련되어 있다. 배기 덕트(28)에는 내주면을 따라 슬릿(28a)이 형성되어 있다. 또한, 배기 덕트(28)의 외벽에는 배기구(28b)가 형성되어 있다. 배기 덕트(28)의 상면에는 챔버(21)의 상부 개구를 차폐하도록 천벽(天壁)(29)이 마련되어 있다. 천벽(29)과 배기 덕트(28)의 사이는 씰 링(30)으로 기밀하게 씰되어 있다.
서셉터(22)는 웨이퍼(W)에 대응하는 크기의 원판 형상을 이루고, 지지 부재(33)에 지지되어 있다. 이 서셉터(22)의 내부에 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(31)가 매립되어 있다. 히터(31)는 히터 전원(도시하지 않음)으로부터 급전되어 발열하도록 되어 있다. 그리고, 히터(31)의 출력을 제어함으로써, 웨이퍼(W)를 정해진 온도로 제어하도록 되어 있다. 서셉터(22)에는 웨이퍼 배치면의 외주 영역 및 서셉터(22)의 측면을 덮도록 세라믹제의 커버 부재(32)가 마련되어 있다.
서셉터(22)를 지지하는 지지 부재(33)는 서셉터(22)의 바닥면 중앙으로부터 챔버(21)의 저벽에 형성된 홀부를 관통하여 챔버(21)의 하방으로 연장되고, 그 하단이 승강 기구(34)에 접속되어 있으며, 승강 기구(34)에 의해 서셉터(22)가 지지 부재(33)를 통하여 도 14에 나타내는 처리 위치와, 그 하방의 이점 쇄선으로 나타내는 웨이퍼의 반송이 가능한 반송 위치의 사이에서 승강 가능하도록 되어 있다. 또한, 지지 부재(33)의 챔버(21)의 하방 위치에는, 플랜지부(35)가 장착되어 있으며, 챔버(21)의 바닥면과 플랜지부(35)의 사이에는, 챔버(21) 내의 분위기를 외기와 구획하고 서셉터(22)의 승강 동작에 따라 신축하는 벨로우즈(36)가 마련되어 있다.
챔버(21)의 바닥면 근방에는 승강판(37a)으로부터 상방으로 돌출하도록 3 개 (2 개만 도시)의 웨이퍼 지지 핀(37)이 마련되어 있다. 웨이퍼 지지 핀(37)은 챔버(21)의 하방에 마련된 승강 기구(38)에 의해 승강판(37a)을 개재하여 승강 가능하게 되어 있으며, 반송 위치에 있는 서셉터(22)에 형성된 관통 홀(22a)에 삽입 통과되어 서셉터(22)의 상면에 대하여 돌출 및 함몰 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 웨이퍼 반송 기구(도시하지 않음)와 서셉터(22)의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해진다.
샤워 헤드(23)는 서셉터(22)에 대향하도록 마련되어 있으며, 서셉터(22)와 대략 동일한 직경을 가지고 있다. 샤워 헤드(23)는 챔버(21)의 천벽(29)에 고정된 본체부(39)와, 본체부(39)의 아래에 접속된 샤워 플레이트(40)를 가지고 있다. 본체부(39)와 샤워 플레이트(40)의 사이에는 가스 확산 공간(41)이 형성되어 있으며, 이 가스 확산 공간(41)에는 본체부(39) 및 챔버(21)의 천벽(29)의 중앙을 관통하도록 형성된 가스 도입 홀(42)이 접속되어 있다. 샤워 플레이트(40)의 주연부에는 하방으로 돌출되는 환상(環狀) 돌기부(43)가 형성되고, 샤워 플레이트(40)의 환상 돌기부(43)의 내측의 평탄면에는 가스 토출 홀(40a)이 형성되어 있다.
서셉터(22)가 처리 위치에 배치된 상태에서는, 샤워 플레이트(40)와 서셉터(22)의 사이에 처리 공간(44)이 형성되고, 환상 돌기부(43)와 서셉터(22)의 커버 부재(32)의 상면이 근접하여 환상 간극(45)이 형성된다.
배기부(24)는 배기 덕트(28)의 배기구(28b)에 접속된 배기 배관(46)과, 배기 배관(46)에 접속된 진공 펌프 및 압력 제어 밸브 등을 가지는 배기 기구(47)를 구비하고 있다. 처리에 있어서는, 챔버(21) 내의 가스는 슬릿(28a)을 거쳐 배기 덕트(28)에 이르고, 배기 덕트(28)로부터 배기부(24)의 배기 기구(47)에 의해 배기 배관(46)을 통과하여 배기된다.
처리 가스 공급 기구(25)는 Ti 원료 가스인 TiCl4 가스를 공급하는 TiCl4 가스 공급원(51)과, 질화 가스인 NH3 가스를 공급하는 NH3 가스 공급원(52)과, 퍼지 가스인 N2 가스를 공급하는 제 1 N2 가스 공급원(53) 및 제 2 N2 가스 공급원(54)을 가지고, 또한 TiCl4 가스 공급원(51)으로부터 연장되는 TiCl4 가스 공급 배관(61)과, NH3 가스 공급원(52)으로부터 연장되는 NH3 가스 공급 배관(62)과, 제 1 N2 가스 공급원(53)으로부터 연장되는 제 1 N2 가스 공급 배관(63)과, 제 2 N2 가스 공급원(54)으로부터 연장되는 제 2 N2 가스 공급 배관(64)을 가진다. TiCl4 가스 공급 배관(61)과, NH3 가스 공급 배관(62)과, 제 1 N2 가스 공급 배관(63)과, 제 2 N2 가스 공급 배관(64)은 합류 배관(69)에 합류되고 있으며, 합류 배관(69)은 상기 서술한 가스 도입 홀(42)에 접속되어 있다. 배관(61, 62, 63, 64)에는 매스 플로우 컨트롤러(70) 및 개폐 밸브(71)가 마련되어 있다.
그리고, 제 1 N2 가스 공급 배관(63) 및 제 2 N2 가스 공급 배관(64)의 개폐 밸브(71)를 상시 개방으로 한 상태에서, TiCl4 가스 공급 배관(61) 및 NH3 가스 공급 배관(62)의 개폐 밸브(71)를 교호로 간헐적으로 개폐함으로써, TiCl4 가스의 공급 챔버 내의 퍼지 NH3 가스의 공급 챔버 내의 퍼지를 반복하여 행할 수 있도록 되어 있다.
또한, 제 1 N2 가스 공급 배관(63) 및 제 2 N2 가스 공급 배관(64)으로부터 각각 분기되어 퍼지일 때만 N2 가스의 유량을 증가시키는 배관을 마련하여 퍼지 공정 시에 N2 가스 유량을 증가시켜도 된다. 또한, 퍼지 가스로서는, N2 가스에 한정되지 않고, Ar 가스 등, 다른 불활성 가스여도 된다.
또한, Ti 원료 가스로서는, TiCl4 이외에, 테트라(이소프로폭시)티탄(TTIP), 사브롬화 티탄(TiBr4), 사요오드화 티탄(TiI4), 테트라키스에틸메틸아미노티탄(TEMAT), 테트라키스디메틸아미노티탄(TDMAT), 테트라키스디에틸아미노티탄(TDEAT) 등을 이용할 수도 있다. 또한, 질화 가스로서는, NH3 이외에, 모노메틸하이드라진(MMH)을 이용할 수도 있다.
이와 같이 구성된 성막 장치(102)에 있어서는, 먼저, 게이트 밸브(27)를 개방하여 진공 반송실로부터 반송 장치에 의해 웨이퍼(W)를 반입하여 서셉터(22) 상에 배치하고, 반송 장치를 퇴피시킨 후, 게이트 밸브(27)를 폐쇄하고, 서셉터(22)를 처리 위치까지 상승시킨다. 이어서, 챔버(21) 내를 정해진 감압 상태로 유지하고, 또한 히터(31)에 의해 서셉터(22)의 온도를 정해진 온도로 제어한다.
그리고, 제 1 N2 가스 공급원(53) 및 제 2 N2 가스 공급원(54)으로부터 처리 공간(44) 내로 N2 가스를 연속적으로 공급하면서, TiCl4 가스 공급 배관(61) 및 NH3 가스 공급 배관(62)의 개폐 밸브(71)를 교호로 간헐적으로 개폐시킴으로써, 처리 공간(44) 내에 TiCl4 가스의 공급 챔버 내의 퍼지 NH3 가스의 공급 챔버 내의 퍼지를 반복하여 행할 수 있고, 이에 의해, 1원자층의 Ti층의 흡착 및 Ti층의 질화를 반복하여 정해진 막 두께의 TiN막을 성막한다.
이 때, TiN막이 성막되는 SiO2막의 표면은 표면 처리가 실시되어, 반응 사이트인 OH를 포함하는 실라놀기가 SiO2막 표면의 대략 전체 면에 형성되어 있으므로, 대략 전체 면에 Ti를 흡착시킬 수 있어, 핀 홀이 형성되지 않으므로 TiN막 등을 대략 전체 면에 균일하게 형성할 수 있다.
또한, 제 1 N2 가스 공급 배관(63) 및 제 2 N2 가스 공급 배관(64)으로부터 각각 분기되어 퍼지일 때만 N2 가스의 유량을 증가시키는 배관을 마련하여 퍼지 공정 시에 N2 가스 유량을 증가시킴으로써 퍼지를 강화할 수 있어, 보다 막질이 높은 TiN막을 얻을 수 있다.
이와 같이 하여 ALD에 의해 TiN막을 성막한 후 챔버(21) 내를 퍼지하고, 서셉터(22)을 하강시키고 게이트 밸브(27)를 개방하고, 웨이퍼(W)를 반출한다.
이 때의 처리 조건으로서는, 이하와 같은 조건이 예시된다.
압력 : 400 ∼ 800 Pa
온도 : 400 ∼ 600℃
TiCl4 가스 유량 : 50 ∼ 100 sccm(mL / min)
NH3 가스 유량 : 2000 ∼ 5000 sccm(mL / min)
N2 가스 유량 : 3000 ∼ 6000 sccm(mL / min)
TiCl4 가스의 공급 시간(1 회당) : 0.05 ∼ 0.1 sec
NH3 가스의 공급 시간(1회당) : 0.3 ∼ 0.5 sec
퍼지 시간(TiCl4 후 1 회당) : 0.2 ∼ 0.4 sec
퍼지 시간(NH3 후 1 회당) : 0.3 ∼ 0.6 sec
성막 시스템(100)으로서는, 배치식의 상압 시스템으로 이루어지는 웨트 세정 장치로서 구성된 표면 처리 장치(101) 대신에, 도 15에 나타나 있는 바와 같은 매엽식의 상압 시스템으로 이루어지는 웨트 세정 장치로서 구성된 표면 처리 장치(101')를 가지는 것을 이용해도 된다.
표면 처리 장치(101')는 세정부(110')를 가지고 있으며, 이외에, 복수 매의 웨이퍼를 수용하는 캐리어로부터 취출하는 반송 장치(도시하지 않음)를 가지고 있다.
세정부(110')는 챔버(81)와, 챔버(81) 내에서 웨이퍼(W)를 회전 가능하게 유지하는 스핀 척(82)과, 스핀 척(82)을 회전시키는 모터(83)와, 스핀 척(82)에 유지된 웨이퍼(W)에 액체를 토출하는 노즐(84)과, 노즐(84)에 액체를 공급하는 액체 공급 기구(85)를 가지고 있다. 액체 공급 기구(85)로부터 노즐(84)에는 액체 공급 배관(86)에 의해 액체가 공급되도록 되어 있다. 액체 공급 기구(85)로부터는 표면 처리를 행하기 위한 약액, 린스액, 순수(DIW) 등이 공급 가능하게 되어 있다. 표면 처리를 행하기 위한 약액으로서는 상기 서술한 SC1, SC2, H2O2 수용액, SPM 등을 이용할 수 있다. 린스액, 순수(DIW)는 약액 처리 후의 웨이퍼(W)의 세정 처리에 이용된다.
챔버(81) 내에는 스핀 척(82)에 유지된 웨이퍼(W)를 덮기 위한 컵(87)이 마련되어 있다. 컵(87)의 바닥부에는 배기 및 배액을 위한 배기배액관(88)이, 챔버(81)의 하방으로 연장되도록 마련되어 있다. 챔버(81)의 측벽에는 웨이퍼(W)를 반입반출하기 위한 반입출구(89)가 마련되어 있다.
이와 같이 구성되는 세정부(110')에 의해 세정 처리를 행할 시에는, 한 매의 웨이퍼(W)를 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 챔버(81) 내에 반입하rh 스핀 척(82)에 장착한다. 이 상태에서, 모터(83)에 의해 스핀 척(82)과 함께 웨이퍼를 회전시키면서 액체 공급 기구(85)로부터 액체 공급 배관(86)을 통하여 노즐(84)로부터 약액을 토출시켜, 약액을 웨이퍼(W)의 SiO2막의 표면 전체 면에 정해진 시간 유지시킨다. 이에 의해, 웨이퍼(W)에 하지막으로서 형성된 SiO2막의 표면에 대한 실라놀기의 형성이 촉진되어, SiO2막의 대략 전체 면에 실라놀기를 형성할 수 있다.
이러한 약액에 의한 표면 처리를 행한 후, 액체를 린스액 및 순수로 순차 전환하여 린스 처리 및 순수 처리를 행하고, 마지막으로 털어 건조를 행한다.
성막 시스템(100)으로서는, TiN막을 성막하는 성막 장치(102) 대신에, 도 16에 나타나 있는 바와 같은 TiBN막을 성막하는 성막 장치(102')를 이용해도 된다.
성막 장치(102')는, 처리 가스 공급 기구(25)에 BCl3 가스 공급원(55)과, BCl3 가스 공급원(55)으로부터 연장되는 BCl3 가스 공급 배관(65)이 부가되어 있는 것 외에는, 성막 장치(102)와 동일하게 구성되어 있다. BCl3 가스 공급 배관(65)은 합류 배관(69)에 합류하고 있다. 또한, BCl3 가스 공급 배관(65)에는 매스 플로우 컨트롤러(70) 및 개폐 밸브(71)가 마련되어 있다.
성막 장치(102')에 있어서는, 먼저, 게이트 밸브(27)를 개방하여 진공 반송실로부터 반송 장치에 의해 웨이퍼(W)를 반입하고, 반송 장치를 퇴피시킨 후 게이트 밸브(27)를 폐쇄하고, 서셉터(22) 상에 배치하고 서셉터(22)를 처리 위치까지 상승시킨다. 그리고, 챔버(21) 내를 정해진 감압 상태로 유지하고, 또한, 히터(31)에 의해 서셉터(22)의 온도를 정해진 온도로 제어한다.
그리고, 제 1 N2 가스 공급원(53) 및 제 2 N2 가스 공급원(54)으로부터 처리 공간(44) 내로 N2 가스를 연속적으로 공급하면서, TiCl4 가스 공급 배관(61) 및 NH3 가스 공급 배관(62)의 개폐 밸브(71)를 교호로 간헐적으로 개폐시킴으로써, 처리 공간(44) 내로 TiCl4 가스의 공급 챔버 내의 퍼지 NH3 가스의 공급 챔버 내의 퍼지를 반복하고, 1원자층의 Ti층의 흡착 및 Ti층의 질화를 X 횟수 행하여 정해진 막 두께의 TiN막을 성막한다. 이어서, 제 1 N2 가스 공급원(53) 및 제 2 N2 가스 공급원(54)으로부터 N2 가스를 연속적으로 공급한 상태인 채로, BCl3 가스 공급 배관(65) 및 NH3 가스 공급 배관(62)의 개폐 밸브(71)를 교호로 간헐적으로 개폐시킴으로써, 처리 공간(44) 내로, BCl3 가스의 공급 챔버 내의 퍼지 NH3 가스의 공급 챔버 내의 퍼지를 1 회 또는 2 회 이상의 Y 회 행하고, 1원자층의 B의 흡착 및 B층의 질화를 Y 회 행하여 정해진 막 두께의 BN을 성막한다. 이들 TiN막의 성막 및 BN의 성막을 정해진 막 두께가 될 때까지 정해진 횟수 반복하여 원하는 TiBN막을 얻는다. 이 때, X와 Y를 조정함으로써, TiN과 BN의 비율을 조정할 수 있고, 예를 들면, X를 10, Y를 1로 함으로써, TiN : BN = 10 : 1의 TiBN막이 얻어진다.
이 때, 하지막인 SiO2막의 표면에는 표면 처리가 실시되어 대략 전체 면에 실라놀기가 형성되어 있으므로, 대략 전체 면에 Ti를 흡착시킬 수 있어 핀 홀이 형성되지 않으므로 TiBN막 등을 대략 전체 면에 균일하게 형성할 수 있다.
이 때의 처리 조건은, 기본적으로 성막 장치(102)의 경우와 동일하다. 단, BCl3 가스 유량으로서는, 20 ∼ 100 sccm(mL / min), BCl3 후의 퍼지 시간으로서는, 1 회당 0.2 ∼ 0.4 sec가 예시된다.
또한, B원료 가스로서는, BCl3 이외에, B2H6 등을 이용할 수도 있다.
(제 2 예)
도 17은, 성막 시스템의 제 2 예를 도시한 개략도이다. 본 예의 성막 시스템(200)은 표면 처리 및 성막 처리를 모두 진공 처리로 행하는 진공 시스템으로서 구성되어 있다.
성막 시스템(200)은, 웨이퍼에 형성된 하지막인 SiO2막에 대하여 진공 중의 드라이 처리에 의해 표면 처리를 행하는 표면 처리 장치(201)와, 표면 처리 후의 피처리체의 SiO2막의 표면에 ALD에 의해 TiN막 또는 TiBN막을 성막하는 성막 장치(202)와, 진공으로 유지되는 진공 반송실(203)과, 로드록실(204)과, 진공 반송실(203) 내에 마련된 진공 반송 장치(205)와, 웨이퍼를 수용하는 캐리어(207)와 로드록실(204)의 사이에서 웨이퍼를 반송하는 반송 장치(206)와, 제어부(208)를 가진다.
진공 반송실(203)은 직사각형 형상을 이루고, 그 측벽에 게이트 밸브를 개재하여 표면 처리 장치(201)와, 성막 장치(202)와, 로드록실(204)이 접속되어 있다. 로드록실(204)에는 대기측에도 게이트 밸브가 마련되어 있다.
그리고, 캐리어(207)로부터 반송 장치(206)에 의해 취출된 웨이퍼(W)가 대기압으로 유지된 로드록실(204)로 반송되고, 로드록실(204)을 진공 배기한 후, 진공 반송실(203) 내의 진공 반송 장치(205)에 의해 로드록실(204) 내의 웨이퍼(W)가 취출되고, 표면 처리 장치(201) 및 성막 장치(202)에 순차 반송되어, 진공으로 유지된 채 웨이퍼(W)에 대하여 표면 처리 및 성막 처리가 순차 실시된다. 처리 후의 웨이퍼(W)는 진공 반송 장치(205)에 의해 로드록실(204)에 반송되고, 반송 장치(206)에 의해 캐리어(207)로 되돌려진다.
제어부(208)는 표면 처리 장치(201), 성막 장치(202), 진공 반송 장치(205), 반송 장치(206) 등의 각 구성부를 제어하는 CPU(컴퓨터)를 가지는 주제어부와, 입력 장치(키보드, 마우스 등), 출력 장치(프린터 등), 표시 장치(디스플레이 등), 기억 장치를 가지고 있다. 그리고, 기억 장치에 처리 레시피가 기억된 기억 매체를 세팅함으로써, 주제어부는 기억 매체로부터 호출된 처리 레시피에 기초하여 성막 시스템(200)에 정해진 동작을 실행시킨다. 이에 의해, CPU(컴퓨터)의 제어하에서, 성막 시스템(200)에 정해진 동작을 실행시킨다.
표면 처리 장치(201)는 매엽식의 진공 장치로서 구성되고, 도 18에 나타내는 바와 같이, 밀폐 구조의 챔버(121)를 가지고 있다. 챔버(121)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 대략 수평으로 한 상태로 배치시키는 배치대(122)가 마련되어 있다. 또한, 표면 처리 장치(201)는 챔버(121)에 O 및 H를 포함하는 유체인 H2O2 가스(증기)를 공급하는 가스 공급 기구(123) 및 챔버(121) 내를 배기하는 배기 기구(124)를 가지고 있다.
챔버(121)의 측벽부에는 진공 반송실에 대하여 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 웨이퍼(W)를 반입반출하는 반입출구(125)가 마련되어 있으며, 이 반입출구(125)는 게이트 밸브(126)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
챔버(121)의 천벽에는 가스 도입 노즐(127)이 마련되어 있고, 가스 공급 기구(123)로부터 이 가스 도입 노즐(127)을 통하여 H2O2 가스가 챔버(121) 내로 도입된다.
배치대(122)는 평면에서 볼 때 대략 원형을 이루고 있으며, 챔버(121)의 바닥부에 고정되어 있다. 배치대(122)의 내부에는 배치대(122)의 온도를 조절하는 온도 조절 기구(128)가 마련되어 있다. 온도 조절 기구(128)는 온도 조절 매체 유로 혹은 히터를 가지고 있으며, 온도 조절 매체와의 열 교환 또는 히터에 의한 가열에 의해 배치대(122)의 온도를 정해진 온도로 온도 조절하도록 되어 있다.
가스 공급 기구(123)는 O 및 H를 포함하는 유체인 H2O2 가스(증기)를 공급하는 H2O2 가스 공급원(131)과, H2O2 가스 공급원(131)으로부터 가스 도입 노즐(127)로 H2O2 가스(증기)를 공급하는 배관(132)과, 배관(132)에 마련된 매스 플로우 컨트롤러(133) 및 개폐 밸브(134)를 가지고 있다. O 및 H를 포함하는 유체로서는, H2O2 가스(증기) 이외에, O3 + H2O 증기, 고온의 H2O 증기 등을 이용할 수 있다.
배기 기구(124)는 챔버(121)의 바닥부에 접속된 배기 배관(129)에 마련되어 있고, 챔버(121) 내의 압력을 제어하기 위한 자동 압력 제어 밸브 및 챔버(121) 내를 배기하기 위한 진공 펌프 등으로 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 표면 처리 장치(201)에 있어서는, 먼저, 게이트 밸브(126)를 개방하여 진공 반송실(203)로부터 진공 반송 장치(205)에 의해 웨이퍼(W)를 반입하여, 배치대(122) 상에 배치한다. 그리고, 진공 반송 장치(205)를 퇴피시킨 후, 게이트 밸브(126)를 폐쇄하여, 챔버(121) 내를 정해진 감압 상태로 유지하고, 또한 온도 조절 기구(128)에 의해 배치대(122)의 온도를 정해진 온도로 제어한다.
이 상태에서, 가스 공급 기구(123)로부터 O 및 H를 포함하는 유체인 H2O2 가스(증기)를 가스 도입 노즐(127)을 통하여 챔버(121) 내로 도입한다.
그리고, 챔버(121) 내에 공급된 H2O2 가스(증기)에 의해 웨이퍼(W)의 SiO2막의 표면에 대한 실라놀기의 형성이 촉진되어, SiO2막 표면의 대략 전체 면에 실라놀기를 형성할 수 있다.
성막 장치(202)는 제 1 예의 TiN막 성막용의 성막 장치(102), 또는 TiBN막 성막용의 성막 장치(102')와 동일하게 구성되어 있다.
그리고, 성막 장치(202)에 의해, 성막 장치(102, 102')와 마찬가지로 ALD에 의해 TiN막 또는 TiBN막을 성막한다. 이 때, TiN막이 성막되는 SiO2막의 표면은 표면 처리가 실시되어, 반응 사이트인 OH를 포함하는 실라놀기가 SiO2막 표면의 대략 전체 면에 형성되어 있으므로, 대략 전체 면에 Ti를 흡착시킬 수 있어 핀 홀이 형성되지 않기 때문에, TiN막 등을 대략 전체 면에 균일하게 형성할 수 있다.
(제 3 예)
도 19는 성막 시스템의 제 3 예를 나타내는 단면도이다. 본 예의 성막 시스템(300)은, 표면 처리 장치와 성막 장치가 일체로 되어 있으며, 하나의 챔버 내에서 진공 처리에 의해 표면 처리와 성막 처리를 행하는 시스템으로서 구성되어 있다.
이 성막 시스템(300)은, 도 14의 성막 장치(102)에 O 및 H를 포함하는 유체인 H2O2 가스(증기)를 공급하는 기구를 부가한 것이며, 도 14와 동일한 것에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
성막 시스템(300)은 처리 가스 공급 기구(25')를 가지고 있으며, 처리 가스 공급 기구(25')는, 성막 장치(102)의 처리 가스 공급 기구(25)가 구비하고 있는 TiCl4 가스 공급원(51)과, NH3 가스 공급원(52)과, 제 1 N2 가스 공급원(53) 및 제 2 N2 가스 공급원(54) 외, H2O2 가스 공급원(56)을 가지고, H2O2 가스 공급원(56)으로부터는 H2O2 가스 공급 배관(66)이 연장되어 합류 배관(69)에 합류하고 있다. H2O2 가스 공급 배관(66)에는 매스 플로우 컨트롤러(70) 및 개폐 밸브(71)가 마련되어 있다.
이와 같이 구성된 성막 시스템(300)에 있어서는, 먼저, 게이트 밸브(27)를 개방하여 SiO2막을 가지는 웨이퍼(W)를 반입하여 서셉터(22) 상에 배치하고, 반송 장치를 퇴피시킨 후, 게이트 밸브(27)를 폐쇄하고 서셉터(22)를 처리 위치까지 상승시킨다. 그리고, 챔버(21) 내를 정해진 감압 상태로 유지하고, 또한 히터(31)에 의해 서셉터(22)의 온도를 정해진 온도로 제어한다.
그리고, 우선, H2O2 가스 공급원(56)으로부터 H2O2 가스 공급 배관(66) 및 합류 배관(69)을 통하여 처리 공간(44) 내에 O 및 H를 포함하는 유체인 H2O2 가스(증기)를 공급한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 SiO2막의 표면에 대한 실라놀기의 형성이 촉진되어, SiO2막 표면의 대략 전체 면에 실라놀기를 형성할 수 있다.
그 후, 배기 기구(47)에 의해 배기하면서, 제 1 N2 가스 공급원(53) 및 제 2 N2 가스 공급원(54)으로부터 처리 공간(44) 내에 N2 가스를 공급하여 처리 공간(44) 내를 퍼지하고, 이어서, 제 1 N2 가스 공급원(53) 및 제 2 N2 가스 공급원(54)으로부터 처리 공간(44) 내에 N2 가스를 연속적으로 공급한 채로, TiCl4 가스 공급 배관(61) 및 NH3 가스 공급 배관(62)의 개폐 밸브(71)를 교호로 간헐적으로 개폐시킴으로써, 처리 공간(44) 내로, TiCl4 가스의 공급 챔버 내의 퍼지 NH3 가스의 공급 챔버 내의 퍼지를 반복하여 행할 수 있고, 이에 의해, 1원자층의 Ti층의 흡착 및 Ti층의 질화를 반복하여 정해진 막 두께의 TiN막을 성막한다. 이에 의해, 상기 제 1 예 및 제 2 예와 마찬가지로, TiN막 등을 대략 전체 면에 균일하게 형성할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 동일 챔버 내에서 표면 처리 및 성막 처리를 행할 수 있으므로, 장치 구성을 간략화할 수 있고 또한 처리의 스루풋을 높일 수 있다.
또한, 도 16의 TiBN막을 성막하는 성막 장치(102')에 O 및 H를 포함하는 유체인 H2O2 가스(증기)를 공급하는 기구를 부가한 구성의 성막 시스템이어도 된다. 또한, O 및 H를 포함하는 유체로서는 H2O2 가스(증기) 이외에, O3 + H2O 증기, 고온의 H2O 증기 등을 이용할 수 있다.
<다른 적용>
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 하지막이 SiO2막이며, 성막하는 막이 TiN막, TiBN막인 경우를 예시했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 하지막으로서는, 표면에 OH를 포함하는 기가 형성 가능한 것이면 되고, Al2O3막, HfO2막, ZrO2막, Al2O3 ·ZrO2막 등의 다른 산화막을 이용할 수 있고, 또한, 피처리체로서 실리콘 웨이퍼(실리콘 기판)를 이용하고 실리콘을 직접 하지로서 이용해도 된다. 이 경우도 OH를 포함하는 기는 실라놀기이다. 또한, 성막하는 막으로서는, 하지의 표면 OH와 반응하는 원료 가스를 이용하여 성막할 수 있는 금속 함유막이면 되고, 다른 Ti 함유막이어도 되며, Al, W, Cu 등의 다른 금속을 함유하는 막이어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 이용한 경우를 나타냈지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 글라스 기판, 세라믹 기판 상에 하지막이 형성된 것이어도 된다.
1 ; 실리콘 기체
2 ; SiO2막
3 ; 피처리체
4 ; TiN막 또는 TiBN막
100, 200, 300 ; 성막 시스템
101, 101', 201 ; 표면 처리 장치
102, 102', 202 ; 성막 장치
103 ; 캐리어 반송 장치
104, 208 ; 제어부
203 ; 진공 반송실
204 ; 로드록실
205 ; 진공 반송 장치
W ; 반도체 웨이퍼(피처리체)

Claims (18)

  1. 피처리체의 하지 상에 ALD 또는 CVD에 의해 금속 함유막을 성막하는 성막 방법으로서,
    상기 피처리체의 상기 하지의 표면에 O 및 H를 함유하는 유체를 접촉시켜, 상기 하지의 표면에 대한 OH를 포함하는 기의 생성을 촉진하는 표면 처리를 실시하는 공정과,
    상기 표면 처리가 실시된 상기 하지 상에 상기 OH를 포함하는 기와 반응하는 성막 원료를 이용하여 ALD 또는 CVD에 의해 금속 함유막을 성막하는 성막 처리를 실시하는 공정
    을 가지는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하지는 기체 상에 형성된 하지막인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하지막은 산화막인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하지막은 SiO2막이며, 상기 OH를 포함하는 기는 실라놀기인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하지는 실리콘이며, 상기 OH를 포함하는 기는 실라놀기인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 함유막은 Ti 함유막인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속 함유막은 TiN막 또는 TiBN막인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  8. 하지막으로서 SiO2막을 가지는 피처리체의 상기 하지막 상에 ALD 또는 CVD에 의해 Ti 함유막을 성막하는 성막 방법으로서,
    상기 SiO2막의 표면에 O 및 H를 함유하는 유체를 접촉시켜, 상기 SiO2막의 표면에 대한 실라놀기의 생성을 촉진하는 표면 처리를 실시하는 공정과,
    상기 표면 처리가 실시된 상기 SiO2막 상에 상기 실라놀기와 반응하는 Ti 원료 가스를 이용하여 ALD 또는 CVD에 의해 Ti 함유막을 성막하는 성막 처리를 실시하는 공정
    을 가지는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 Ti 원료 가스는 TiCl4이며, 상기 실라놀기와 TiCl4의 축합 반응에 의해 상기 Ti 함유막이 성막되는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 Ti 함유막은 상기 Ti 원료 가스와 질화 가스를 이용하여 형성되는 TiN막인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 Ti 함유막은 상기 Ti 원료 가스와 B원료 가스와 질화 가스를 이용하여 형성되는 TiBN막인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 질화 가스는 NH3인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 처리를 실시하는 공정은, 상기 O 및 H를 포함하는 유체로서 정해진 수용액을 이용하여, 상기 수용액을 상기 하지의 표면에 접촉시키는 웨트 처리에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 정해진 수용액으로서, 암모니아수와 과산화 수소의 혼합 수용액, 염산과 과산화 수소의 혼합 수용액, 과산화 수소의 수용액 및 황산과 과산화 수소의 혼합 수용액으로부터 선택된 것을 이용하여, 상기 웨트 처리로서 웨트 세정 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 웨트 처리에 의해 상기 표면 처리를 실시하는 공정을 행한 후, 2 시간 이내에 상기 성막 처리를 실시하는 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 처리를 실시하는 공정은, 상기 O 및 H를 포함하는 유체로서 정해진 처리 가스를 이용하여, 상기 처리 가스를 상기 하지의 표면에 접촉시키는 드라이 처리에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 정해진 처리 가스로서, H2O2 증기, O3 + H2O 증기, 고온의 H2O 증기로부터 선택된 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 드라이 처리에 의해 상기 표면 처리를 행한 후, in-situ에서 상기 성막 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
KR1020170098514A 2016-08-05 2017-08-03 성막 방법 및 성막 시스템, 그리고 표면 처리 방법 KR102023434B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2016-154425 2016-08-05
JP2016154425A JP6910118B2 (ja) 2016-08-05 2016-08-05 成膜方法および成膜システム、ならびに表面処理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180016304A true KR20180016304A (ko) 2018-02-14
KR102023434B1 KR102023434B1 (ko) 2019-09-23

Family

ID=61071919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170098514A KR102023434B1 (ko) 2016-08-05 2017-08-03 성막 방법 및 성막 시스템, 그리고 표면 처리 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10392698B2 (ko)
JP (1) JP6910118B2 (ko)
KR (1) KR102023434B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019175911A (ja) * 2018-03-27 2019-10-10 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP2022047768A (ja) 2020-09-14 2022-03-25 キオクシア株式会社 半導体装置の製造方法
JP7324740B2 (ja) * 2020-11-25 2023-08-10 株式会社Kokusai Electric 基板処理方法、プログラム、基板処理装置及び半導体装置の製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06188205A (ja) 1992-12-17 1994-07-08 Tokyo Electron Ltd 薄膜形成方法及びその装置
JP2003077864A (ja) 2001-09-03 2003-03-14 Tokyo Electron Ltd 成膜方法
KR20040042258A (ko) * 2002-11-13 2004-05-20 주식회사 하이닉스반도체 원자층증착을 이용한 반도체 소자의 박막 형성방법
KR20140076514A (ko) * 2012-12-12 2014-06-20 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Cu 배선의 형성 방법 및 기억 매체
US20150171179A1 (en) * 2010-01-07 2015-06-18 Hitachi Kokusai Electric Inc. Semiconductor device having electrode made of high work function material and method of manufacturing the same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001053023A (ja) * 1999-08-11 2001-02-23 Tokyo Electron Ltd 半導体装置の製造方法及び製造装置
JP4434519B2 (ja) * 2001-06-29 2010-03-17 株式会社ルネサステクノロジ 半導体装置の製造法
EP1485513A2 (en) * 2002-03-08 2004-12-15 Sundew Technologies, LLC Ald method and apparatus
KR100641060B1 (ko) * 2005-07-22 2006-11-01 삼성전자주식회사 게이트 구조물의 제조 방법 및 이를 이용하는 반도체장치의 제조 방법
WO2007034391A2 (en) * 2005-09-23 2007-03-29 Nxp B.V. A method of fabricating a structure for a semiconductor device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06188205A (ja) 1992-12-17 1994-07-08 Tokyo Electron Ltd 薄膜形成方法及びその装置
JP2003077864A (ja) 2001-09-03 2003-03-14 Tokyo Electron Ltd 成膜方法
KR20040042258A (ko) * 2002-11-13 2004-05-20 주식회사 하이닉스반도체 원자층증착을 이용한 반도체 소자의 박막 형성방법
US20150171179A1 (en) * 2010-01-07 2015-06-18 Hitachi Kokusai Electric Inc. Semiconductor device having electrode made of high work function material and method of manufacturing the same
KR20140076514A (ko) * 2012-12-12 2014-06-20 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Cu 배선의 형성 방법 및 기억 매체

Also Published As

Publication number Publication date
US20180037989A1 (en) 2018-02-08
US10392698B2 (en) 2019-08-27
KR102023434B1 (ko) 2019-09-23
JP2018021244A (ja) 2018-02-08
JP6910118B2 (ja) 2021-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101804003B1 (ko) 성막 방법
JP5774822B2 (ja) 半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置
KR101930595B1 (ko) TiON막의 성막 방법
KR101233031B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법과 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
JP5787488B2 (ja) 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
TWI442477B (zh) 半導體裝置之製造方法
JP2007281150A (ja) 処理装置
JP2011066263A (ja) 半導体装置の製造方法および基板処理装置
JP4694209B2 (ja) 基板処理装置及び半導体装置の製造方法
KR102023434B1 (ko) 성막 방법 및 성막 시스템, 그리고 표면 처리 방법
KR102651019B1 (ko) 성막 방법 및 성막 장치
KR101946124B1 (ko) Dram 커패시터의 하부 전극 및 그 제조 방법
KR100989028B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치
JP4777173B2 (ja) 基板処理装置および半導体装置の製造方法
KR20010110291A (ko) 기판처리방법
JP2009246405A (ja) 成膜方法
JP5568342B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理システム
JP5457287B2 (ja) 基板処理装置、基板処理方法及び半導体デバイスの製造方法
JP2022050198A (ja) 成膜方法及び成膜装置
JP2017212320A (ja) 酸化チタン膜の形成方法および形成システム、ならびにコンタクト構造の形成方法
JP5204809B2 (ja) 基板処理装置、基板処理方法及び半導体デバイスの製造方法
JP2009130108A (ja) 基板処理装置及び半導体装置の製造方法
KR20230146453A (ko) 성막 방법 및 처리 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant