KR20180016951A - Silicon nitride film forming method and silicon nitride film forming apparatus - Google Patents

Silicon nitride film forming method and silicon nitride film forming apparatus Download PDF

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Abstract

The present invention provides a method and an apparatus to form a silicon nitride film, capable of forming a silicon nitride film having sufficient dry etching resistance as well as good film quality. According to the present invention, a method to form a silicon nitride film on a substrate to be processed repeats processes a predetermined number of times to form a silicon nitride film doped with a predetermined amount of titanium. The processes include: a process of repeating treatments a first number of times to form a silicon nitride film, wherein the treatments include a first treatment to adsorb raw silicon gas to the substrate to be processed and a second treatment of nitriding the adsorbed raw silicon gas by plasma of a nitriding gas; and a process of repeating treatments a second number of times to form a titanium nitride film, wherein the treatments include a first treatment to adsorb raw titanium gas including chlorine to the substrate to be processed and a second treatment of nitriding the adsorbed raw titanium gas by plasma of the nitriding gas.

Description

실리콘 질화막의 성막 방법 및 성막 장치{SILICON NITRIDE FILM FORMING METHOD AND SILICON NITRIDE FILM FORMING APPARATUS}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method of forming a silicon nitride film,

본 발명은 실리콘 질화막의 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a film formation method of a silicon nitride film and a film formation apparatus.

실리콘 질화막은, 반도체 집적 회로 장치에 있어서, 게이트 절연막 등의 절연 재료로서 뿐만 아니라, 에칭 스토퍼, 사이드 월 스페이서, 스트레스 라이너 등의 재료로서도 폭넓게 사용되고 있다.The silicon nitride film is widely used not only as an insulating material such as a gate insulating film, but also as an etching stopper, a sidewall spacer, and a stress liner in a semiconductor integrated circuit device.

이러한 실리콘 질화막의 성막 처리에는, 화학 증착법(CVD법)이 널리 사용되고 있었지만, 최근 들어, 반도체 디바이스의 미세화·고집적화의 진전에 수반하여, 절연성 등의 특성 향상의 관점에서, 종래의 CVD법에 의한 성막보다도 저온에서, 양질의 막을 성막할 수 있는 원자층 퇴적법(Atomic Layer Deposition; ALD법)이 주목받고 있다.In recent years, from the viewpoint of improving the characteristics such as the insulating property, with the advancement of miniaturization and high integration of semiconductor devices, deposition by the conventional CVD method (CVD method) has been widely used for the film formation of such a silicon nitride film Atomic Layer Deposition (ALD), which can form a film of good quality at a lower temperature than the above, has attracted attention.

ALD법에 의한 실리콘 질화막의 성막 기술로서, Si 원료 가스인 디클로로실란(DCS; SiH2Cl2) 가스와 질화 가스인 암모니아(NH3) 가스를 사용해서, 이들을 교대로 공급하고, NH3 가스를 공급할 때 고주파 전력을 인가해서 플라스마를 생성하여, 질화 반응을 촉진하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어 특허문헌 1, 2).As the film formation technique of silicon nitride according to the ALD method, Si source gas of dichlorosilane (DCS; SiH 2 Cl 2) gas and a nitriding gas, ammonia (NH 3) using a gas supply them alternately, and NH 3 gas A technique has been proposed in which a plasma is generated by applying a high-frequency electric power to promote a nitridation reaction (for example, Patent Documents 1 and 2).

일본 특허 공개 제2004-281853호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-281853 일본 특허 공개 제2016-115814호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-115814

그러나, ALD법에 의해 양호한 품질의 실리콘 질화막이 얻어지지만, 실리콘 질화막에는 건식 에칭 내성에 대한 요구가 높아지고 있으며, 현상의 ALD에 의한 실리콘 질화막에서는 충분한 건식 에칭 내성을 얻기 어렵다.However, although a silicon nitride film of good quality is obtained by the ALD method, there is a growing demand for dry etching resistance in the silicon nitride film, and it is difficult to obtain sufficient dry etching resistance in the silicon nitride film by ALD of development.

따라서, 본 발명은, 양호한 막질을 가짐과 함께, 충분한 건식 에칭 내성을 갖는 실리콘 질화막을 성막할 수 있는 실리콘 질화막의 성막 방법 및 성막 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a film formation method and a silicon nitride film formation method capable of forming a silicon nitride film having a good film quality and sufficient dry etching resistance.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 관점은, 피처리 기판 상에, 실리콘 질화막을 성막하는 실리콘 질화막의 성막 방법으로서, 상기 피처리 기판에 대하여 실리콘 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스를, 질화 가스의 플라스마에 의해 질화하는 처리를, 제1 횟수 반복해서 실리콘 질화막을 성막하는 공정과, 상기 피처리 기판에 대하여 염소를 함유하는 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 티타늄 원료 가스를, 질화 가스의 플라스마에 의해 질화시키는 처리를, 제2 횟수 반복해서 질화티타늄막을 성막하는 공정을 소정 횟수 반복하여, 소정량의 티타늄을 도핑한 실리콘 질화막을 성막하는 것을 특징으로 하는 실리콘 질화막의 성막 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention is a method for forming a silicon nitride film for forming a silicon nitride film on a substrate to be processed, the method comprising: a process for adsorbing a silicon source gas to the substrate to be processed; A step of nitriding the silicon raw material gas by a plasma of nitriding gas, a step of forming a silicon nitride film repeatedly a first number of times, a step of adsorbing a titanium raw material gas containing chlorine on the substrate to be treated, And a step of nitriding the titanium source gas with the plasma of the nitriding gas by repeating the step of forming the titanium nitride film repeatedly a second number of times by a predetermined number of times to form a silicon nitride film doped with a predetermined amount of titanium A method for forming a silicon nitride film is provided.

상기 제1 관점에서, 상기 제1 횟수와, 상기 제2 횟수를 조정함으로써, 티타늄의 도프량을 제어할 수 있다. 이 경우에, 막 전체에 대한 TiN의 양이, 0.1 내지 2mol％의 범위인 것이 바람직하다.In the first aspect, the doping amount of titanium can be controlled by adjusting the first number of times and the second number of times. In this case, it is preferable that the amount of TiN with respect to the film as a whole is in the range of 0.1 to 2 mol%.

상기 질화 처리는, 질화 가스로서 NH3 가스를 사용해서 행할 수 있다. 또한, 상기 질화 처리는, 질화 가스를 마이크로파 플라스마에 의해 여기해서 생성된 질화종에 의해 행할 수 있다. 상기 질화티타늄막을 성막하는 공정에 사용하는 염소를 함유하는 티타늄 원료 가스로서, TiCl4 가스를 사용할 수 있다.The nitridation treatment can be performed using NH 3 gas as the nitriding gas. Further, the nitriding treatment can be performed by nitriding species generated by exciting a nitriding gas with a microwave plasma. As the titanium raw material gas containing chlorine to be used in the step of forming the titanium nitride film, TiCl 4 gas can be used.

진공 용기 내에, 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 흡착 영역과, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 질화시키는 질화 영역을 형성하고, 상기 진공 용기 내에서 회전 테이블에 적재된 복수의 피처리 기판을 공전시켜, 상기 피처리 기판이, 상기 흡착 영역과 상기 질화 영역을 순차적으로 통과하도록 하여, 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 실리콘 원료 또는 상기 티타늄 원료를 질화시키는 처리를 교대로 행하도록 할 수 있다.A method for producing a silicon nitride film, comprising the steps of: forming in a vacuum container an adsorption region for adsorbing the silicon source gas or the titanium source gas and a nitriding region for nitriding the adsorbed silicon source gas or the titanium source gas, A process of causing the plurality of target substrates to revolve so that the target substrate sequentially passes through the adsorption region and the nitridation region to adsorb the silicon source gas or the titanium source gas; The titanium raw material may be nitrided alternately.

상기 질화티타늄막을 성막하는 공정을 실시할 때, 상기 질화 처리의 전후에, 흡착된 상기 티타늄 원료를 환원 가스의 플라스마에 의해 환원하는 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 진공 용기 내에, 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 흡착 영역과, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 질화시키는 질화 영역과, 상기 질화 영역의 전후에 환원 가스의 플라스마에 의한 환원 처리를 행하는 환원 영역을 형성하고, 상기 진공 용기 내에서 회전 테이블에 적재된 복수의 피처리 기판을 공전시켜, 상기 피처리 기판이, 상기 흡착 영역과, 상기 환원 영역의 한쪽과, 상기 질화 영역과, 상기 환원 영역의 다른 쪽을 순차적으로 통과하도록 하여, 상기 질화티타늄막을 성막하는 공정에 있어서, 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 티타늄 원료를 환원하는 처리와, 흡착된 상기 티타늄 원료 가스를 질화시키는 처리와, 질화 후의 상기 티타늄 원료 가스를 환원하는 처리를 순차적으로 행하도록 할 수 있다.It is preferable to perform a process of reducing the adsorbed titanium raw material by a plasma of a reducing gas before and after the nitriding treatment when the step of forming the titanium nitride film is carried out. In this case, it is preferable that a vacuum container is provided with an adsorption region for adsorbing the silicon source gas or the titanium source gas, a nitridation region for nitriding the adsorbed silicon source gas or the titanium source gas, And a plurality of substrates to be processed placed on the rotary table are revolved in the vacuum container to cause the substrate to be processed to be in contact with the adsorption region and one side of the reduction region , The nitriding region, and the other of the reducing regions sequentially to form the titanium nitride film, the process comprising: a process of adsorbing the titanium source gas; a process of reducing the adsorbed titanium raw material; A process of nitriding the adsorbed titanium raw material gas and a process of reducing the nitrided titanium raw material gas It is possible to sequentially perform the processing.

상기 실리콘 질화막을 성막하는 공정을 실시할 때, 상기 질화 처리의 전후에, 흡착된 상기 실리콘 원료를 환원 가스의 플라스마에 의해 환원하는 처리를 행하도록 해도 된다. 이 경우에, 진공 용기 내에, 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 흡착 영역과, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 질화시키는 질화 영역과, 상기 질화 영역의 전후에 환원 가스의 플라스마에 의한 환원 처리를 행하는 환원 영역을 형성하고, 상기 진공 용기 내에서 회전 테이블에 적재된 복수의 피처리 기판을 공전시켜, 상기 피처리 기판이, 상기 흡착 영역과, 상기 환원 영역의 한쪽과, 상기 질화 영역과, 상기 환원 영역의 다른 쪽을 순차적으로 통과하도록 하여, 상기 질화티타늄막을 성막하는 공정에 있어서, 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 티타늄 원료 가스를 환원하는 처리와, 흡착된 상기 티타늄 원료 가스를 질화시키는 처리와, 질화 후의 상기 티타늄 원료를 환원하는 처리를 순차적으로 행하고, 상기 실리콘 질화막을 성막하는 공정에 있어서, 상기 실리콘 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스를 환원하는 처리와, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스를 질화시키는 처리와, 질화 후의 상기 실리콘 원료를 환원하는 처리를 순차적으로 행하도록 할 수 있다.When the step of forming the silicon nitride film is performed, a process of reducing the adsorbed silicon raw material by a plasma of a reducing gas may be performed before and after the nitriding process. In this case, it is preferable that a vacuum container is provided with an adsorption region for adsorbing the silicon source gas or the titanium source gas, a nitridation region for nitriding the adsorbed silicon source gas or the titanium source gas, And a plurality of substrates to be processed placed on the rotary table are revolved in the vacuum container to cause the substrate to be processed to be in contact with the adsorption region and one side of the reduction region , The nitriding region and the other side of the reducing region so that the titanium nitride film is formed in the step of forming the titanium nitride film, the processing of adsorbing the titanium raw material gas, the processing of reducing the adsorbed titanium raw material gas , Nitriding the adsorbed titanium raw material gas, and reducing the nitrided titanium raw material A process of adsorbing the silicon source gas, a process of reducing the adsorbed silicon source gas, a process of nitriding the adsorbed silicon source gas, and a process of nitriding the adsorbed silicon source gas. In the process of forming the silicon nitride film, , And a process of reducing the silicon raw material after nitriding can be performed in sequence.

상기 환원 처리는, 환원 가스로서 H2 가스를 사용해서 행할 수 있다. 또한, 상기 환원 처리는, 환원 가스를 마이크로파 플라스마에 의해 여기해서 생성된 환원종에 의해 행할 수 있다.The reduction treatment can be performed using H 2 gas as a reducing gas. The reduction treatment can be performed by a reducing species generated by excitation of a reducing gas by a microwave plasma.

본 발명의 제2 관점은, 피처리 기판 상에, 실리콘 질화막을 성막하는 실리콘 질화막의 성막 장치로서, 내부가 진공으로 유지되는 진공 용기와; 상기 진공 용기 내에서, 복수의 피처리 기판이 적재된 상태에서 공전되는 회전 테이블과; 상기 진공 용기 내에 형성되고, 실리콘 원료 가스 공급 기구 및 티타늄 원료 가스 공급 기구를 갖고, 상기 피처리 기판에 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 흡착 영역과; 상기 진공 용기 내에 형성되고, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 질화 가스의 플라스마에 의해 질화하는 질화 영역과; 상기 복수의 피처리 기판을 상기 회전 테이블에 적재한 상태에서, 상기 회전 테이블을 회전시켜, 상기 피처리 기판이 상기 흡착 영역을 통과할 때, 상기 실리콘 원료 가스 공급 기구로부터 상기 실리콘 원료 가스를 공급하여, 상기 피처리 기판에 상기 실리콘 원료 가스를 흡착시키는 처리를 실행시키고, 상기 피처리 기판이 상기 질화 영역을 통과할 때, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스를, 상기 질화 가스의 플라스마로 질화시키는 처리를 행하고, 상기 회전 테이블을 제1 횟수 회전시킴으로써, 상기 실리콘 원료 가스를 흡착시키는 처리와 상기 질화시키는 처리를 제1 횟수 반복해서 실리콘 질화막을 성막하는 공정과, 상기 회전 테이블을 회전시켜, 상기 피처리 기판이 상기 흡착 영역을 통과할 때, 상기 티타늄 원료 가스 공급 기구로부터 상기 티타늄 원료 가스를 공급하여, 상기 피처리 기판에 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 처리를 실행시키고, 상기 피처리 기판이 상기 질화 영역을 통과할 때, 흡착된 상기 티타늄 원료 가스를, 상기 질화 가스의 플라스마로 질화시키는 처리를 실행시키고, 상기 회전 테이블을 제2 횟수 회전시킴으로써, 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 처리와 상기 질화시키는 처리를 제2 횟수 반복해서 질화티타늄막을 성막하는 공정을 실시시켜, 상기 실리콘 질화막을 성막하는 공정과, 상기 질화티타늄막을 성막하는 공정을 소정 횟수 반복하도록 제어하는 제어부;를 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 질화막의 성막 장치를 제공한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for forming a silicon nitride film for forming a silicon nitride film on a substrate to be processed, the apparatus comprising: A rotary table which revolves in a state where a plurality of substrates to be processed are loaded in the vacuum container; An adsorption region formed in the vacuum chamber and having a silicon source gas supply mechanism and a titanium source gas supply mechanism for adsorbing the silicon source gas or the titanium source gas to the substrate to be processed; A nitriding region formed in the vacuum chamber and nitriding the adsorbed silicon raw material gas or the titanium raw material gas by a plasma of a nitriding gas; The rotating table is rotated in a state where the plurality of substrates to be processed are mounted on the rotary table and the silicon raw material gas is supplied from the silicon raw material gas supply mechanism when the substrate to be processed passes the absorption region , A process of adsorbing the silicon source gas to the substrate to be processed is performed and a process of nitriding the adsorbed silicon source gas with the plasma of the nitride gas is performed when the substrate to be processed passes through the nitriding region A step of rotating the rotary table by a first number of times to form a silicon nitride film by repeating a process of adsorbing the silicon raw material gas and a process of nitriding by repeating the process a first number of times; Wherein the titanium raw material gas is supplied from the titanium raw material gas supply mechanism to the titanium raw material A process of supplying a gas to the target substrate to adsorb the target material gas to the target substrate and nitriding the adsorbed titanium material gas to a plasma of the nitriding gas when the target substrate passes the nitriding region And a step of forming the titanium nitride film by repeating the process of adsorbing the titanium source gas and the nitriding process a second number of times by rotating the rotary table a second number of times to form the silicon nitride film And a control section for controlling the step of forming the titanium nitride film to be repeated a predetermined number of times.

상기 제2 관점에서, 상기 질화 영역의 전후에 형성되고, 환원 가스의 플라스마에 의한 환원 처리를 행하는 2개의 환원 영역을 더 갖고, 상기 제어부는, 상기 질화티타늄막을 성막하는 공정 시에, 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 티타늄 원료를 환원하는 처리와, 흡착된 상기 티타늄 원료 가스를 질화시키는 처리와, 질화 후의 상기 티타늄 원료 가스를 환원하는 처리가 순차적으로 행해지도록 제어하는 것이 바람직하다.The second aspect further comprises two reduction regions formed before and after the nitridation region for performing a reduction treatment with a plasma of the reducing gas, wherein the control section controls the titanium nitride film It is preferable to control so that the treatment for adsorbing the gas, the treatment for reducing the adsorbed titanium source, the treatment for nitriding the adsorbed titanium source gas, and the treatment for reducing the nitrided titanium source gas are sequentially performed .

이 경우에, 상기 제어부는, 상기 실리콘 질화막을 성막할 때, 상기 실리콘 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 실리콘 원료를 환원하는 처리와, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스를 질화시키는 처리와, 질화 후의 상기 실리콘 원료 가스를 환원하는 처리를 순차적으로 행하도록 제어해도 된다. 또한, 상기 제어부는, 상기 제1 횟수와, 상기 제2 횟수를 조정함으로써, 티타늄의 도프량을 제어할 수 있다. 상기 제어부는, 막 전체에 대한 TiN의 양이, 0.1 내지 2mol％의 범위가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.In this case, the control unit may include: a process of adsorbing the silicon source gas at the time of forming the silicon nitride film; a process of reducing the adsorbed silicon source; a process of nitriding the adsorbed silicon source gas; And the process of reducing the silicon raw material gas after the silicon raw material gas is performed sequentially. Further, the control section can control the amount of titanium doped by adjusting the first number and the second number. It is preferable that the control section controls the amount of TiN to be in the range of 0.1 to 2 mol% with respect to the film as a whole.

본 발명의 제3 관점은, 컴퓨터 상에서 동작하고, 실리콘 질화막의 성막 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체로서, 상기 프로그램은, 실행 시에, 상기 제1 관점의 실리콘 질화막의 성막 방법이 행해지도록, 컴퓨터에 상기 실리콘 질화막의 성막 장치를 제어시키는 것을 특징으로 하는 기억 매체를 제공한다.A third aspect of the present invention is a storage medium storing a program for controlling a film formation apparatus for a silicon nitride film which is operated on a computer and in which a program for forming a silicon nitride film of the first aspect is executed And controlling the film forming apparatus of the silicon nitride film to be controlled by the computer.

본 발명에서는, 피처리 기판에 대하여 실리콘 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스를, 질화 가스의 플라스마에 의해 질화하는 처리를, 제1 횟수 반복해서 실리콘 질화막을 성막하는 공정과, 피처리 기판에 대하여 염소를 함유하는 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 티타늄 원료 가스를, 질화 가스의 플라스마에 의해 질화시키는 처리를, 제2 횟수 반복해서 질화티타늄막을 성막하는 공정을 소정 횟수 반복하여, 소정량의 티타늄을 도핑한 실리콘 질화막을 성막한다. 이 때문에, 막질이 양호하고 또한 충분한 건식 에칭 내성을 갖는 실리콘 질화막을 성막할 수 있다.In the present invention, a process for adsorbing a silicon source gas to a substrate to be treated and a process for nitriding the silicon source gas adsorbed by a plasma of a nitriding gas are repeated a first time to form a silicon nitride film, A process for adsorbing a titanium raw material gas containing chlorine to a substrate to be treated and a process for nitriding the adsorbed titanium raw material gas by plasma of a nitriding gas to a process of forming a titanium nitride film repeatedly a second number of times, The silicon nitride film doped with a predetermined amount of titanium is formed. Therefore, a silicon nitride film having good film quality and sufficient dry etching resistance can be formed.

도 1은 본 발명의 성막 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 일례를 나타내는 횡단면도이다.
도 2는 도 1의 성막 장치의 A-A'선에 의한 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 성막 방법을 실시하기 위한 성막 장치를 도시하는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 성막 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 제1 영역을 확대해서 도시하는 종단면도이다.
도 5는 흡착 영역에 설치되어 있는 원료 가스 도입 유닛을 나타내는 저면도이다.
도 6은 본 발명의 성막 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 질화 영역을 확대해서 도시하는 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 성막 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 환원 영역 처리 동작을 설명하기 위한 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 성막 방법의 일 실시 형태를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 SiN막 내의 TiN 농도와, TiN을 포함하지 않는 SiN막의 건식 에칭 레이트를 1로 해서 규격화한 건식 에칭 레이트와의 관계를 도시하는 도면이다.
도 10은 SiN막에 Ti를 도핑하지 않은 경우(0mol％), 및 TiN이 1.9mol％, 10.2mol％가 되도록 Ti를 도프한 경우의 누설 전류 특성을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 성막 방법에 있어서, TiN막을 성막할 때의 바람직한 형태의 시퀀스 및 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.1 is a cross-sectional view showing an example of a film forming apparatus for carrying out the film forming method of the present invention.
2 is a longitudinal sectional view taken along the line A-A 'of the film forming apparatus of FIG.
3 is a plan view showing a film forming apparatus for carrying out the film forming method of the present invention.
4 is an enlarged longitudinal sectional view showing a first region of a film forming apparatus for carrying out the film forming method of the present invention.
5 is a bottom view showing the raw material gas introducing unit installed in the adsorption region.
6 is an enlarged vertical cross-sectional view showing a nitriding region of a film forming apparatus for carrying out the film forming method of the present invention.
7 is a longitudinal sectional view for explaining a reduction region processing operation of a film forming apparatus for carrying out the film formation method of the present invention.
8 is a flowchart showing one embodiment of the film forming method of the present invention.
9 is a graph showing the relationship between the TiN concentration in the SiN film and the dry etching rate normalized by setting the dry etching rate of the SiN film not containing TiN to 1. FIG.
10 is a graph showing the leakage current characteristics when Ti is doped so that the SiN film is doped with Ti (0 mol%) and TiN is 1.9 mol% and 10.2 mol%, respectively.
Fig. 11 is a view for explaining a sequence and a mechanism of a preferable mode for forming a TiN film in the film forming method of the present invention. Fig.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

<성막 장치>&Lt;

최초로, 본 발명에 따른 실리콘 질화막의 성막 방법을 실시하는 것이 가능한 실리콘 질화막의 성막 장치의 일례에 대해서 설명한다.First, an example of a film forming apparatus for a silicon nitride film capable of carrying out the method for forming a silicon nitride film according to the present invention will be described.

도 1은 본 예에 관한 성막 장치의 횡단면도, 도 2는 도 1의 성막 장치의 A-A'선에 의한 종단면도, 도 3은 본 예에 관한 성막 장치의 평면도, 도 4는 본 예에 관한 성막 장치의 제1 영역을 확대해서 도시하는 종단면도, 도 5는 제1 영역에 설치되어 있는 원료 가스 도입 유닛을 나타내는 저면도, 도 6은 본 예에 관한 성막 장치의 제2 영역에서의 하나의 질화 영역을 확대해서 도시하는 종단면도이다.1 is a longitudinal sectional view taken along the line A-A 'of FIG. 1, FIG. 3 is a plan view of a film forming apparatus according to the present example, and FIG. 4 is a cross- Fig. 5 is a bottom view showing a raw material gas introducing unit provided in the first region, Fig. 6 is a bottom view showing a raw material gas introducing unit provided in the first region of the film forming apparatus, Sectional view showing an enlarged view of the nitriding region.

도 1 내지 6에 도시한 바와 같이, 성막 장치는, 성막 처리가 행하여지는 처리 공간을 구획 형성하는 진공 용기(11)를 갖고 있다. 이 진공 용기(11) 내에는 복수의 웨이퍼 적재 영역(21)이 형성된 회전 테이블(2)이 배치되어 있다. 진공 용기(11) 내의 회전 테이블(2)이 통과하는 부분의 상방측 공간은, 웨이퍼(W)에, 예를 들어 디클로로실란(DCS; SiH2Cl2)과 같은 Si 원료 가스, 또는, 예를 들어 사염화티타늄(TiCl4)과 같은 염소(Cl)를 함유하는 Ti 원료 가스를 흡착시키는 흡착 영역(R1)과, 웨이퍼(W)에 질화 처리를 실시하는 질화 영역(R2)과, 질화 영역(R2)의 양측에 형성된 환원 영역(R3, R4)을 갖고 있다.As shown in Figs. 1 to 6, the film forming apparatus has a vacuum container 11 for partitioning a processing space in which a film forming process is performed. In the vacuum container 11, a rotary table 2 having a plurality of wafer mounting areas 21 is disposed. The upper space of the portion through which the rotary table 2 passes in the vacuum chamber 11 is filled with a Si source gas such as dichlorosilane (DCS; SiH 2 Cl 2 ) g of titanium tetrachloride (TiCl 4) and suction zone (R1) and a nitride region (R2) and a nitride region for performing nitriding treatment on the wafer (W) to adsorb the Ti source gas containing chlorine (Cl), such as (R2 And the reduction regions R3 and R4 formed on both sides of the substrate.

진공 용기(11) 내의 흡착 영역(R1)의 상부에는, 흡착 영역(R1)에 Si 원료 가스 및 Ti 원료 가스를 도입하기 위한 원료 가스 도입 유닛(3)을 갖고 있으며, 원료 가스 도입 유닛(3)에는, Si 원료 가스 공급원(52) 및 Ti 원료 가스 공급원(53)이 배관을 통해서 접속되어 있다. 또한, 질화 영역(R2)에는, 질화 가스 공급원(55)으로부터 배관을 통해서, 예를 들어 NH3 가스와 같은 질화 가스가 공급되도록 되어 있다. 또한, 환원 영역(R3 및 R4)에는, 환원 가스 공급원(56)으로부터 배관을 통해서 예를 들어 H2 가스와 같은 환원 가스가 공급되도록 되어 있다. 또한, 도 1에서는, 환원 가스를 공급하기 위한 배관은 환원 영역(R3)만 도시하고 있다.The raw material gas introducing unit 3 has a raw material gas introducing unit 3 for introducing the Si raw material gas and the Ti raw material gas into the adsorption region R1 at an upper portion of the adsorption region R1 in the vacuum container 11. [ , A Si source gas source 52 and a Ti source gas source 53 are connected via a pipe. Further, in the nitriding zone (R2), via a pipe from the nitriding gas supply source 55, for example adapted to be nitride gas is supplied, such as NH 3 gas. A reducing gas such as H 2 gas is supplied to the reducing regions R3 and R4 from the reducing gas supply source 56 through a pipe. In Fig. 1, only the reducing region R3 is shown for the piping for supplying the reducing gas.

질화 영역(R2) 및 환원 영역(R3, R4)에는, 각각, 플라스마 생성부(6A, 6B, 6C)가 설치되어 있다. 가스 공급계 및 플라스마 생성부에 대해서는 나중에 상세하게 설명한다.Plasma generating portions 6A, 6B and 6C are provided in the nitriding region R2 and the reducing regions R3 and R4, respectively. The gas supply system and the plasma generating unit will be described later in detail.

도 2에 도시한 바와 같이, 진공 용기(11)는, 진공 용기(11)의 측벽 및 저부를 이루는 용기 본체(13)와, 이 용기 본체(13)의 상면측의 개구를 기밀하게 막는 천장판(12)에 의해 구성되며, 대략 원형의 편평한 용기이다. 진공 용기(11)는, 예를 들어 알루미늄 등의 금속으로 구성되고, 진공 용기(11)의 내면에는, 양극 산화 처리 또는 세라믹스 용사 처리 등의 내플라즈마 처리가 실시된다.2, the vacuum container 11 includes a container body 13 constituting a side wall and a bottom of the vacuum container 11, and a ceiling plate (a cover member) 13 which hermetically closes the opening on the upper surface side of the container body 13 12, and is a substantially circular flat container. The vacuum vessel 11 is made of, for example, aluminum or the like, and the inner surface of the vacuum vessel 11 is subjected to plasma treatment such as anodizing or ceramics spraying.

회전 테이블(2)의 표면에는, 예를 들어 진공 용기(11)와 마찬가지의 내플라즈마 처리가 실시되어 있다. 회전 테이블(2)의 중심부에는 연직 하방으로 신장되는 회전축(14)이 설치되고, 회전축(14)의 하단부에는, 회전 테이블(2)을 회전시키기 위한 회전 구동 기구(15)가 설치되어 있다.On the surface of the rotary table 2, for example, the same plasma treatment as that of the vacuum container 11 is performed. A rotary shaft 14 extending vertically downward is provided at the center of the rotary table 2 and a rotary drive mechanism 15 for rotating the rotary table 2 is provided at the lower end of the rotary shaft 14.

회전 테이블(2)의 상면에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 6개의 웨이퍼 적재 영역(21)이 둘레 방향으로 균등하게 형성되어 있다. 각 웨이퍼 적재 영역(21)은, 웨이퍼(W)보다도 약간 큰 직경을 갖는 원형의 오목부로서 구성되어 있다. 또한, 웨이퍼 적재 영역(21)의 수는 6개에 한정하는 것은 아니다.On the upper surface of the rotary table 2, as shown in Fig. 1, six wafer mounting areas 21 are uniformly formed in the circumferential direction. Each wafer mounting region 21 is formed as a circular concave portion having a diameter slightly larger than the wafer W. [ The number of the wafer mounting areas 21 is not limited to six.

도 2에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)의 하방에 위치하는 용기 본체(13)의 저면에는, 상기 회전 테이블(2)의 둘레 방향을 따라, 원환 형상의 환상 홈부(45)가 형성되어 있다. 이 환상 홈부(45) 내에는, 웨이퍼 적재 영역(21)의 배치 영역에 대응하도록 히터(46)가 설치되어 있다. 히터(46)에 의해, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 가열된다. 또한, 환상 홈부(45)의 상면의 개구는, 원환 형상의 판 부재인 히터 커버(47)에 의해 막혀 있다.2, annular groove portions 45 having a toroidal shape are formed along the circumferential direction of the rotary table 2 on the bottom surface of the container body 13 located below the rotary table 2 have. In the annular groove portion 45, a heater 46 is provided so as to correspond to the region where the wafer mounting region 21 is disposed. By the heater 46, the wafer W on the rotary table 2 is heated to a predetermined temperature. The opening of the upper surface of the annular groove 45 is blocked by the heater cover 47 which is a toroidal plate member.

도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 진공 용기(11)의 측벽면에는, 웨이퍼(W)를 반출입하기 위한 반출입부(101)가 설치되어 있다. 반출입부(101)는, 게이트 밸브에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 이 반출입부(101)를 통해서, 외부의 반송 기구에 유지된 웨이퍼(W)가 진공 용기(11) 내에 반입된다.As shown in Figs. 1 and 3, a loading / unloading portion 101 for loading / unloading the wafer W is provided on a sidewall of the vacuum chamber 11. As shown in Fig. The loading / unloading section 101 can be opened / closed by a gate valve. The wafer W held by an external transport mechanism is carried into the vacuum container 11 through the loading /

상술한 구성을 구비한 회전 테이블(2)에 있어서, 회전축(14)에 의해 회전 테이블(2)을 회전시키면, 회전 중심의 주위를 각 웨이퍼 적재 영역(21)이 공전한다. 그때, 웨이퍼 적재 영역(21)은, 일점 쇄선으로 나타내는 원환 형상의 공전 영역(RA)을 통과한다.In the rotary table 2 having the above-described configuration, when the rotary table 2 is rotated by the rotary shaft 14, each wafer loading area 21 revolves around the rotation center. At that time, the wafer mounting region 21 passes through the annular orbiting area R A indicated by the one-dot chain line.

이어서, 흡착 영역(R1)에 대해서 설명한다.Next, the adsorption region R1 will be described.

도 2에 도시한 바와 같이, 흡착 영역(R1)의 원료 가스 도입 유닛(3)은, 회전 테이블(2)의 상면과 대향하는 천장판(12)의 하면측에 설치된다. 또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 원료 가스 도입 유닛(3)의 평면 형상은, 웨이퍼 적재 영역(21)의 공전면(RA)을, 웨이퍼 적재 영역(21)의 공전 방향과 교차하는 방향으로 구획해서 형성되는 부채형의 형상으로 되어 있다.2, the raw material gas introducing unit 3 of the adsorption region R1 is provided on the lower surface side of the top plate 12 opposed to the top surface of the rotary table 2. As shown in Fig. 1, the planar shape of the raw material gas introducing unit 3 is such that the coplanar surface R A of the wafer mounting area 21 is arranged in a direction intersecting the orbital direction of the wafer mounting area 21 And has a fan shape formed by partitioning.

원료 가스 도입 유닛(3)은, 도 4 및 도 5에 확대해서 나타내는 바와 같이, 원료 가스가 확산하는 원료 가스 확산 공간(33)과, 원료 가스의 배기가 행하여지는 배기 공간(32)과, 원료 가스 도입 유닛(3)의 하방측 영역과, 원료 가스 도입 유닛(3)의 외방측 영역을 분리하는 분리 가스가 확산하는 분리 가스 확산 공간(31)이, 하방측으로부터 이 순서대로 적층된 구조로 되어 있다.4 and 5, the raw material gas introducing unit 3 includes a raw material gas diffusing space 33 in which a raw material gas is diffused, an exhausting space 32 in which raw material gas is exhausted, The separation gas diffusion space 31 in which the separation gas diffuses between the region below the gas introduction unit 3 and the region outside the material gas introduction unit 3 is stacked in this order from the lower side .

최하층의 원료 가스 확산 공간(33)에는 원료 가스 공급로(17)가 접속되어 있고, 원료 가스 공급로(17)는, 천장판(12)의 상면에 개구되어 있고, 거기에는 원료 가스 공급 배관(18)이 접속되어 있다. 원료 가스 공급 배관(18)은, Si 원료 배관(521) 및 Ti 원료 배관(531)으로 분기되어 있고, Si 원료 배관(521)에는, Si 원료 가스를 공급하는 Si 원료 가스 공급원(52)이 접속되어 있고, Ti 원료 배관(531)에는, Cl을 함유하는 Ti 원료 가스를 공급하는 Ti 원료 공급원(53)이 접속되어 있다. Si 원료 배관(521)에는 개폐 밸브(522) 및 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어기(523)가 접속되어 있다. 또한, Ti 원료 배관(531)에는 개폐 밸브(532) 및 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어기(533)가 접속되어 있다. 원료 가스 도입 유닛(3)의 하면에는, 원료 가스 확산 공간(33)으로부터 회전 테이블(2)측을 향해서 원료 가스를 공급하기 위한 다수의 토출 구멍(331)이 형성되어 있다.The raw material gas supply path 17 is connected to the bottom raw material gas diffusion space 33 and the raw material gas supply path 17 is opened on the top surface of the top plate 12, Are connected. The raw material gas supply pipe 18 is branched to the Si material pipe 521 and the Ti material pipe 531 and the Si material gas supply source 52 for supplying the Si material gas is connected to the Si material pipe 521 And a Ti material supply source 53 for supplying a Ti material gas containing Cl is connected to the Ti material pipe 531. The Si raw material pipe 521 is connected to an opening / closing valve 522 and a flow controller 523 such as a mass flow controller. An open / close valve 532 and a flow rate controller 533 such as a mass flow controller are connected to the Ti material pipe 531. On the lower surface of the raw material gas introducing unit 3 are formed a plurality of discharge holes 331 for supplying raw material gas from the raw material gas diffusion space 33 toward the rotary table 2 side.

Si 원료 가스로서는, 모노실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 모노클로로실란(MCS; SiH3Cl), 디클로로실란(DCS; SiH2Cl2), 트리클로로실란(TCS; SiHCl3), 실리콘테트라클로라이드(STC; SiCl4), 헥사클로로디실란(HCD; Si2Cl6) 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서는 DCS를 적합하게 사용할 수 있다.Examples of the Si source gas include monosilane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), monochlorosilane (MCS; SiH 3 Cl), dichlorosilane (DCS; SiH 2 Cl 2 ), trichlorosilane (TCS; SiHCl 3 ), silicon tetrachloride (STC; SiCl 4 ), hexachlorodisilane (HCD; Si 2 Cl 6 ), and the like. Of these, DCS can be suitably used.

또한, Cl을 함유하는 Ti 원료 가스로서는, TiCl4 가스를 적합하게 사용할 수 있다.Further, as the Ti source gas containing Cl, TiCl 4 gas can be suitably used.

토출 구멍(331)은, 도 5에 파선으로 나타낸 부채형의 영역 내에 분산해서 형성되어 있다. 이 부채형의 영역의 회전 테이블(2)의 반경 방향으로 신장되는 2변의 길이는, 웨이퍼 적재 영역(21)의 직경보다도 길게 되어 있다. 이 때문에, 원료 가스 도입 유닛(3)의 하방측을 웨이퍼 적재 영역(21)이 통과하면, 웨이퍼 적재 영역(21) 내에 적재된 웨이퍼(W)의 전체면에 대하여 토출 구멍(331)으로부터 Si 원료 가스 또는 Ti 원료 가스가 공급된다.The discharge holes 331 are dispersed in the region of the fan shape shown by the broken line in Fig. The length of the two sides extending in the radial direction of the rotary table 2 in the sector area is longer than the diameter of the wafer mounting area 21. [ Therefore, when the wafer mounting area 21 passes under the raw material gas introducing unit 3, the entire surface of the wafer W loaded in the wafer mounting area 21 is discharged from the discharging holes 331 through the Si raw material Gas or Ti source gas is supplied.

다수의 토출 구멍(331)이 형성된 부채형의 영역은, 성막 원료 가스의 토출부(330)를 구성한다. 토출부(330), 원료 가스 확산 공간(33), 원료 가스 공급로(17), Si 원료 배관(521), Ti 원료 배관(531), 개폐 밸브(522, 532), 유량 제어기(523, 533), Si 원료 가스 공급원(52), Ti 원료 가스 공급원(53)에 의해, 원료 가스 공급부가 구성된다.The region of the sector where the plurality of discharge holes 331 is formed constitutes the discharge portion 330 of the film forming material gas. The raw material gas supply passage 17, the Si raw material pipe 521, the Ti raw material pipe 531, the on-off valves 522 and 532, the flow controllers 523 and 533 ), A Si source gas source 52, and a Ti source gas source 53 constitute a raw material gas supply unit.

도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 원료 가스 확산 공간(33)의 상방측에 형성된 배기 공간(32)은, 토출부(330)의 주위를 둘러싸는 폐로를 따라 연장되는 배기구(321)에 연통하고 있다. 또한 배기 공간(32)은, 배기로(192)를 통해서 배기 기구(51)에 접속되고, 원료 가스 확산 공간(33)으로부터 원료 가스 유닛(3)의 하방측에 공급된 원료 가스를 배기 기구(51)측에 유도하는 독립된 유로가 형성되어 있다. 배기구(321), 배기 공간(32), 배기로(192), 배기 기구(51)에 의해 배기부가 구성된다.4 and 5, the exhaust space 32 formed on the upper side of the raw material gas diffusion space 33 has an exhaust port 321 extending along a closed path surrounding the discharge portion 330 It is communicating. The exhaust space 32 is connected to the exhaust mechanism 51 through the exhaust passage 192 and is connected to the exhaust gas space 33 through the exhaust mechanism 51 are formed on the side opposite to each other. The exhaust section is constituted by the exhaust port 321, the exhaust space 32, the exhaust passage 192, and the exhaust mechanism 51.

또한, 배기 공간(32)의 상방측에 형성된 분리 가스 확산 공간(31)은, 배기구(321)의 주위를 둘러싸는 폐로를 따라 연장되는 분리 가스 공급구(311)에 연통하고 있다. 또한 분리 가스 확산 공간(31)에는, 분리 가스 공급로(16)가 접속되어 있고, 분리 가스 공급로(16)는, 천장판(12)의 상면에 개구되어 있고, 거기에는 분리 가스 공급 배관(541)이 접속되어 있다. 분리 가스 공급 배관(541)에는 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급원(54)이 접속되어 있다. 분리 가스 공급 배관(541)에는 개폐 밸브(542) 및 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어기(543)가 접속되어 있다. 분리 가스 공급원(54)으로부터는, 분리 가스 공급구(311)의 내측과 외측의 분위기를 분리함과 함께, 웨이퍼(W)에 과잉으로 흡착된 원료 가스를 제거하기 위한 퍼지 가스 역할도 행하는 분리 가스가 공급된다. 분리 가스로서는 불활성 가스, 예를 들어 Ar 가스가 사용된다. 분리 가스 공급구(311), 분리 가스 확산 공간(31), 분리 가스 공급로(16), 분리 가스 공급 배관(541), 개폐 밸브(542), 유량 제어부(543), 분리 가스 공급원(54)에 의해 분리 가스 공급부가 구성된다.The separation gas diffusion space 31 formed above the exhaust space 32 communicates with a separation gas supply port 311 extending along a closed path surrounding the exhaust port 321. The separation gas supply passage 16 is connected to the separation gas diffusion space 31. The separation gas supply passage 16 is opened on the top surface of the top plate 12 and a separation gas supply line 541 Are connected. The separation gas supply pipe 541 is connected to a separation gas supply source 54 for supplying a separation gas. An opening / closing valve 542 and a flow rate controller 543 such as a mass flow controller are connected to the separation gas supply pipe 541. The separation gas supply source 54 separates the inside and outside atmosphere of the separation gas supply port 311 and also separates the separation gas from the atmosphere of the separation gas . As the separation gas, an inert gas such as Ar gas is used. The separation gas supply port 311, the separation gas diffusion space 31, the separation gas supply passage 16, the separation gas supply pipe 541, the opening and closing valve 542, the flow rate control unit 543, The separation gas supply unit is constituted.

원료 가스 도입 유닛(3)에 있어서, 토출부(330)의 각 토출 구멍(331)으로부터 공급된 원료 가스는, 회전 테이블(2)의 상면을 흐르면서 주위를 향해서 퍼져나가, 결국에는 배기구(321)에 도달해서 회전 테이블(2)의 상면으로부터 배기된다. 따라서, 진공 용기(11) 내에서, 원료 가스가 존재하는 영역은, 제1 폐로를 따라 형성된 배기구(321)의 내측에 한정된다. 원료 가스 도입 유닛(3)은, 웨이퍼 적재 영역(21)의 공전면(RA)의 일부를 웨이퍼 적재 영역(21)의 공전 방향과 교차하는 방향으로 구획한 형상으로 되어 있으므로, 회전 테이블(2)을 회전시키면, 각 웨이퍼 적재 영역(21)에 적재된 웨이퍼(W)는 흡착 영역(R1)을 통과하여, 그 전체면에 원료 가스가 흡착된다.The raw material gas supplied from each of the discharge holes 331 of the discharge portion 330 in the raw material gas introducing unit 3 spreads around the upper surface of the rotary table 2 and eventually reaches the discharge port 321, And is exhausted from the upper surface of the rotary table 2. Therefore, in the vacuum container 11, the region where the raw material gas exists is limited to the inside of the exhaust port 321 formed along the first closed path. The raw material gas introducing unit 3 has a configuration in which a part of the revolving surface R A of the wafer mounting area 21 is divided into a direction intersecting the revolving direction of the wafer mounting area 21, The wafer W loaded on each wafer mounting region 21 passes through the adsorption region R1 and the raw material gas is adsorbed on the entire surface thereof.

한편 배기구(321)의 주위에는, 제2 폐로를 따라 분리 가스 공급구(311)가 형성되고, 이 분리 가스 공급구(311)로부터 회전 테이블(2)의 상면측을 향해서 분리 가스의 공급이 행하여진다. 따라서, 흡착 영역(R1)의 내외는, 배기구(321)에 의한 배기 및 분리 가스 공급구(311)로부터 공급되는 분리 가스에 의해 이중으로 분리되어, 흡착 영역(R1)의 외측에의 원료 가스의 누출 및 흡착 영역(R1)의 외측으로부터의 가스 성분의 진입이 효과적으로 억제된다.On the other hand, around the exhaust port 321, a separation gas supply port 311 is formed along the second closed path, and the separation gas is supplied from the separation gas supply port 311 toward the upper surface side of the rotary table 2 Loses. Therefore, the inside and outside of the adsorption region R1 are divided into two by the exhaust gas from the exhaust port 321 and the separated gas supplied from the separation gas supply port 311, so that the raw material gas outside the adsorption region R1 Leakage of the gas component from the outside of the adsorption region R1 is effectively suppressed.

흡착 영역(R1)의 범위는, 웨이퍼(W)의 전체면에 원료 가스를 흡착시키는데 충분한 접촉 시간을 확보할 수 있고, 또한 흡착 영역(R1)의 외측에 형성되고, 질화 처리가 행하여지는 질화 영역(R2) 및 환원 처리가 행하여지는 환원 영역(R3, R4)과 간섭하지 않는 범위이면 된다.The range of the adsorption region R1 can be set to a range that can ensure a sufficient contact time for adsorbing the raw material gas on the entire surface of the wafer W and is formed outside the adsorption region R1, (R2) and the reduction regions (R3, R4) where the reduction treatment is performed.

이어서, 질화 영역(R2) 및 환원 영역(R3, R4)에 대해서 설명한다.Next, the nitriding region R2 and the reducing regions R3 and R4 will be described.

상술한 바와 같이, 질화 영역(R2) 및 그 양측에 형성된 환원 영역(R3, R4)의 각각에는 플라스마 생성부(6A, 6B, 6C)가 설치되어 있다. 또한, 질화 영역(R2)에는, 질화 가스 공급원(55)으로부터 배관을 통해서 그 외측 및 내측으로부터 질화 가스가 공급되도록 되어 있고, 환원 영역(R3, R4)에는, 환원 가스 공급원(56)으로부터 배관을 통해서 그 외측 및 내측으로부터 환원 가스가 공급되도록 되어 있다. 질화 가스로서는 NH3 가스, N2 가스 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서는 NH3 가스를 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 환원 가스로서는, H2 가스를 적합하게 사용할 수 있다.As described above, the plasma generating portions 6A, 6B, and 6C are provided in the nitriding region R2 and the reducing regions R3 and R4 formed on both sides thereof. Nitriding gas is supplied from the nitriding gas supply source 55 to the nitriding region R2 from the outside and the inside through the pipe and the reducing gas is supplied from the reducing gas supply source 56 to the nitriding region R2. So that the reducing gas is supplied from the outside and the inside thereof. NH 3 gas, N 2 gas, or the like can be used as the nitriding gas. Of these, NH 3 gas can be suitably used. As the reducing gas, H 2 gas can be suitably used.

도 6에 도시한 바와 같이, 질화 영역(R2)의 플라스마 생성부(6A)는, 진공 용기(11) 내를 향해서 마이크로파를 방사하는 안테나부(60)와, 안테나부(60)를 향해서 마이크로파를 공급하는 동축 도파관(65), 및 마이크로파 발생기(69)를 구비하고 있고, RLSA(등록 상표) 마이크로파 플라스마 처리 장치로서 구성된다. 안테나부(60)는, 회전 테이블(2)의 상면과 대향하는 천장판(12)에 형성된 대략 삼각형의 형상의 개구를 막도록 설치되어 있다.6, the plasma generating portion 6A of the nitriding region R2 includes an antenna portion 60 for radiating microwaves toward the inside of the vacuum chamber 11, A coaxial waveguide 65 for supplying the microwave plasma, and a microwave generator 69, and is configured as an RLSA (registered trademark) microwave plasma processing apparatus. The antenna portion 60 is provided so as to close an opening of a substantially triangular shape formed in the ceiling plate 12 facing the upper surface of the rotary table 2. [

마이크로파 발생기(69)는, 예를 들어 2.45GHz의 주파수의 마이크로파를 발생한다. 마이크로파 발생기(69)에는 도파관(67)이 접속되어 있고, 도파관(67)에는, 임피던스 정합을 행하는 튜너(68)가 설치되어 있다. 도파관(67)은, 모드 변환기(66)에 접속되고, 모드 변환기(66)에는 하방으로 연장되는 동축 도파관(65)이 접속되어 있다. 또한, 동축 도파관(65)의 하단에는 안테나부(60)가 접속되어 있다. 그리고, 마이크로파 발생기(69)에서 발생된 마이크로파는, 도파관(67), 모드 변환기(66), 동축 도파관(65)을 거쳐서 안테나부(60)에 전파된다. 모드 변환기(66)는, 마이크로파의 모드를 동축 도파관(65)에 도파 가능한 모드로 변환하는 것이다. 동축 도파관(65)은, 내측 도체(651)와, 내측 도체(151)와 동축적으로 설치된 외측 도체(652)를 갖는다.The microwave generator 69 generates, for example, a microwave having a frequency of 2.45 GHz. A waveguide 67 is connected to the microwave generator 69 and a tuner 68 for impedance matching is provided in the waveguide 67. The waveguide 67 is connected to the mode converter 66 and the mode converter 66 is connected to a coaxial waveguide 65 extending downward. The antenna portion 60 is connected to the lower end of the coaxial waveguide 65. The microwave generated by the microwave generator 69 is propagated to the antenna unit 60 through the waveguide 67, the mode converter 66 and the coaxial waveguide 65. The mode converter 66 converts the mode of the microwave into the mode that can be guided to the coaxial waveguide 65. [ The coaxial waveguide 65 has an inner conductor 651 and an outer conductor 652 provided coaxially with the inner conductor 151.

안테나부(60)는, 유전체 창(61), 평면 슬롯 안테나(62), 지파재(63), 및 냉각 재킷(64)을 갖는 RLSA(등록 상표) 안테나로서 구성되어 있다.The antenna section 60 is configured as an RLSA (registered trademark) antenna having a dielectric window 61, a planar slot antenna 62, a waveguide material 63, and a cooling jacket 64.

평면 슬롯 안테나(62)는, 대략 삼각형의 금속판으로서 구성되고, 다수의 슬롯(621)이 형성되어 있다. 슬롯(621)은, 마이크로파가 효율적으로 방사되도록 적절히 설정된다. 예를 들어, 슬롯(621)은, 상술한 삼각형의 형상의 중심으로부터 주연을 향한 직경 방향, 및 둘레 방향으로 소정의 간격으로 배치되고, 인접하는 슬롯(621, 621)끼리 서로 교차 또는 직교하도록 형성되어 있다.The planar slot antenna 62 is formed as a substantially triangular metal plate and has a plurality of slots 621 formed therein. The slot 621 is appropriately set so that the microwave is efficiently radiated. For example, the slots 621 are arranged at predetermined intervals in the radial direction and the circumferential direction from the center of the above-mentioned triangular shape toward the periphery, and the adjacent slots 621 and 621 are formed so as to intersect or orthogonally intersect with each other .

유전체 창(61)은, 동축 도파관(65)으로부터 전송되어, 평면 슬롯 안테나(62)의 슬롯(621)으로부터 방사된 마이크로파를 투과하여, 회전 테이블(2)의 상방의 공간에 균일하게 표면파 플라스마를 생성하는 기능을 갖고 있으며, 예를 들어 알루미나 등의 세라믹스로 구성되고, 천장판(12)측의 개구를 막는 것이 가능한 대략 삼각형의 평면 형상을 갖는다. 유전체 창(61)의 하면에는, 마이크로파의 에너지를 집중시킴으로써, 플라스마를 안정되게 발생시키기 위한, 테이퍼면을 구비한 환상의 오목부(611)를 갖고 있다. 또한, 유전체 창(61)의 하면은 평면 형상이어도 된다.The dielectric window 61 is transmitted from the coaxial waveguide 65 and transmitted through the microwave radiated from the slot 621 of the planar slot antenna 62 to uniformly apply surface wave plasma to the space above the turntable 2 And has a substantially triangular planar shape which is made of, for example, ceramics such as alumina and is capable of blocking the opening on the side of the ceiling plate 12. [ The lower surface of the dielectric window 61 has an annular concave portion 611 having a tapered surface for concentrating the energy of the microwave to stably generate the plasma. The lower surface of the dielectric window 61 may have a planar shape.

지파재(63)는, 평면 슬롯 안테나(62) 상에 설치되어 있고, 진공보다도 큰 유전율을 갖는 유전체, 예를 들어 알루미나 등의 세라믹스로 구성된다. 지파재(63)는, 마이크로파의 파장을 짧게 하기 위한 것이며, 유전체 창(61)이나 평면 슬롯 안테나(62)에 대응한 대략 삼각형의 평면 형상을 갖는다. 지파재(63) 상에는 냉각 재킷(64)이 설치되어 있다. 냉각 재킷(64)의 내부에는 냉매 유로(641)가 형성되고, 당해 냉매 유로(641)에 냉매를 통류시킴으로써 안테나부(60)를 냉각할 수 있다.The trench material 63 is provided on the planar slot antenna 62 and is made of a dielectric material having a dielectric constant larger than that of vacuum, for example, ceramics such as alumina. The trench material 63 is intended to shorten the wavelength of microwaves and has a substantially triangular planar shape corresponding to the dielectric window 61 or the planar slot antenna 62. [ A cooling jacket 64 is provided on the trench material 63. A cooling medium channel 641 is formed inside the cooling jacket 64 and the antenna unit 60 can be cooled by flowing a coolant through the cooling channel 641. [

그리고, 마이크로파 발생기(69)에서 발생된 마이크로파가, 도파로(67), 모드 변환기(66), 동축 도파관(65) 및 지파재(63)를 거쳐서 평면 슬롯 안테나(62)의 슬롯(621)을 거쳐, 유전체 창(61)을 투과해서 그 하방의 웨이퍼(W) 통과 영역 바로 위의 공간(S)에 공급된다.The microwaves generated in the microwave generator 69 pass through the slot 621 of the planar slot antenna 62 via the waveguide 67, the mode converter 66, the coaxial waveguide 65 and the waveguide 63, , And is supplied to the space S immediately above the passage region of the wafer W through the dielectric window 61.

천장판(12)의 유전체 창(61)을 지지하고 있는 부분의 주연부에는, 플라스마가 생성되는 공간(S)에 질화 처리를 위한 가스를 토출하는 주연측 가스 토출 구멍(703)이 형성되어 있다. 주연측 가스 토출 구멍(703)은, 서로 간격을 두고 복수 개소, 예를 들어 2군데 배치되어 있다. 주연측 가스 토출 구멍(703)은, 주연측 가스 공급로(184)에 연통하고 있고, 주연측 가스 공급로(184)는, 천장판(12)의 상면에 개구되어 있다. 주연측 가스 공급로(184)에는, 배관(551)이 접속되어 있고, 배관(551)에는, 질화 가스 공급원(55)이 접속되어 있다. 배관(551)에는, 개폐 밸브(552) 및 유량 조절부(553)가 설치되어 있다.A peripheral gas discharge hole 703 for discharging a gas for nitriding treatment is formed in a peripheral portion of a portion of the ceiling plate 12 that supports the dielectric window 61 in a space S in which plasma is generated. The peripheral gas discharge holes 703 are arranged at a plurality of locations, for example, two locations spaced apart from each other. The peripheral gas discharge passage 703 communicates with the peripheral gas supply passage 184 and the peripheral gas supply passage 184 opens to the top surface of the top plate 12. [ A piping 551 is connected to the peripheral gas supply line 184 and a nitriding gas supply source 55 is connected to the piping 551. The pipe 551 is provided with an on-off valve 552 and a flow rate control unit 553.

한편, 천장판(12)의 유전체 창(61)을 지지하고 있는 부분의 중앙부에는, 플라스마가 생성되는 공간(S)에 질화 처리를 위한 가스를 토출하는 중앙측 가스 토출 구멍(704)이 형성되어 있다. 중앙측 가스 토출 구멍(704)은, 중앙측 가스 공급로(185)에 연통하고 있고, 중앙측 가스 공급로(185)는 천장판(12)의 상면에 개구되어 있다. 중앙측 가스 공급로(185)에는, 배관(554)이 접속되어 있고, 배관(554)에는, 질화 가스 공급원(55)이 접속되어 있다. 배관(554)에는, 개폐 밸브(555) 및 유량 조절부(556)가 설치되어 있다.On the other hand, a central gas discharge hole 704 for discharging a gas for nitriding treatment is formed in a space S in which plasma is generated, at a central portion of a portion of the ceiling plate 12 that supports the dielectric window 61 . The central gas discharge hole 704 communicates with the central gas supply passage 185 and the central gas supply passage 185 opens to the top surface of the ceiling plate 12. [ A piping 554 is connected to the central gas supply line 185 and a nitriding gas supply source 55 is connected to the piping 554. An open / close valve 555 and a flow rate control unit 556 are provided in the pipe 554.

이에 의해, 마이크로파가 공급된 웨이퍼(W) 통과 영역 바로 위의 공간(S)에 질화 가스가 공급되어, 웨이퍼(W)의 통과 영역의 바로 위의 영역에 질화 가스의 활성종, 예를 들어 NH3 라디칼(NH3 *)이 생성된다.Thereby, nitrification gas is supplied to the space S just above the passage region of the wafer W to which the microwave is supplied, and active species of the nitrification gas, for example, NH 3 radical (NH 3 *) is generated.

또한, 별도의 가스 공급 라인을 설치하여, 유전체 창(61)의 바로 아래 위치에 플라스마 생성용 가스로서 Ar 가스 등의 희가스를 공급하도록 해도 된다.Alternatively, a separate gas supply line may be provided to supply a rare gas such as Ar gas as a plasma generating gas directly below the dielectric window 61.

환원 영역(R3 및 R4)의 플라스마 생성부(6B 및 6C)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 질화 가스 공급원(55) 대신에, 환원 가스, 예를 들어 H2 가스를 공급하는 환원 가스 공급원(56)을 갖고 있는 것 외에는, 도 6의 질화 영역(R2)의 플라스마 생성부(6A)와 마찬가지로 구성되어 있다. 환원 영역(R3 및 R4)에서의 환원 가스 공급원(56)으로부터의 환원 가스의 공급도, 질화 영역(R2)의 질화 가스의 공급과 마찬가지로 행하여진다. 그리고, 환원 영역(R3 및 R4)에서는, 마이크로파가 공급된 웨이퍼(W) 통과 영역 바로 위의 공간(S)에 환원 가스가 공급되어, 웨이퍼(W)의 통과 영역의 바로 위의 영역에 환원 가스의 활성종, 예를 들어 H2 라디칼(H2 *)이 생성된다.The plasma generating portions 6B and 6C of the reducing regions R3 and R4 may be replaced with a reducing gas supply source 55 for supplying a reducing gas such as H 2 gas instead of the nitriding gas supply source 55, The plasma generating portion 6A of the nitriding region R2 shown in Fig. 6 is provided. The supply of the reducing gas from the reducing gas supply source 56 in the reducing regions R3 and R4 is also performed similarly to the supply of the nitriding gas in the nitriding region R2. In the reducing regions R3 and R4, a reducing gas is supplied to the space S immediately above the passage region of the wafer W to which the microwaves have been supplied, and the reducing gas is supplied to the region immediately above the passage region of the wafer W. [ For example, a H 2 radical (H 2 * ).

또한, 질화 영역(R2) 및 환원 영역(R3, R4)의 처리 공간은, 도 1에 도시한 바와 같이, 진공 용기(11)의 용기 본체(13)의 저부의 외측 테두리부에 균등하게 형성된 4개의 배기구(190A, 190B, 190C, 190D)를 통해서 배기 기구(57)에 의해 배기된다.1, the processing space of the nitriding region R2 and the reduction regions R3 and R4 is uniformly formed at the outer edge portion of the bottom portion of the container body 13 of the vacuum container 11 Is exhausted by the exhaust mechanism 57 through the exhaust ports 190A, 190B, 190C, and 190D.

도 1에 도시한 바와 같이, 성막 장치는 제어부(8)를 갖고 있다. 제어부(8)는, 성막 장치의 각 구성부, 예를 들어 회전 테이블(2)을 회전시키는 회전 구동 기구(15)나, 원료 가스 공급부, 분리 가스 공급부, 질화 처리 가스 공급부, 플라스마 생성부(6A 내지 6C) 등을 제어하도록 되어 있다. 제어부(8)는, CPU(컴퓨터)를 갖고, 상기 제어를 행하는 주 제어부와, 입력 장치, 출력 장치, 표시 장치 및 기억 장치를 갖고 있다. 기억 장치에는, 성막 장치에서 실행되는 처리를 제어하기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장된 기억 매체가 세팅되고, 주 제어부는, 기억 매체에 기억되어 있는 소정의 처리 레시피를 호출하여, 그 처리 레시피에 기초해서 성막 장치(100)에 의해 소정의 처리가 행해지도록 제어한다.As shown in Fig. 1, the film forming apparatus has a control section 8. The control unit 8 controls the respective components of the film forming apparatus such as the rotation drive mechanism 15 for rotating the rotary table 2 and the raw material gas supply unit, the separation gas supply unit, the nitrification process gas supply unit, To 6C and the like. The control unit 8 has a CPU (computer), and has a main control unit for performing the control, an input device, an output device, a display device, and a storage device. A program for controlling a process executed in the film forming apparatus, that is, a storage medium storing a process recipe is set in the storage device, and the main control section calls a predetermined process recipe stored in the storage medium and, based on the process recipe And controls the film forming apparatus 100 to perform predetermined processing.

<실리콘 질화막의 성막 방법>&Lt; Method for forming silicon nitride film &

이어서, 이상과 같이 구성된 성막 장치를 사용한 실리콘 질화막의 성막 방법의 일 실시 형태에 대해서, 도 8의 흐름도를 참조하여 설명한다.Next, an embodiment of a method for forming a silicon nitride film using the above-described film forming apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG.

종래, ALD에 의한 실리콘 질화막의 성막은, Si 원료 가스인 디클로로실란(DCS; SiH2Cl2) 가스와 질화 가스인 암모니아(NH3) 가스를 사용해서, 이들을 웨이퍼 상에 교대로 공급하고, NH3 가스를 공급할 때 고주파 전력을 인가해서 플라스마를 생성하여, 질화 반응을 촉진하는 플라스마 ALD에 의해 행하고 있고, 이에 의해 막질이 양호하고 절연성이 높은 실리콘 질화막이 얻어지고 있었지만, 실리콘 질화막에는 건식 에칭 내성에 대한 요구가 높아지고 있으며, 현상의 ALD에 의한 실리콘 질화막에서는 충분한 건식 에칭 내성을 얻기 어렵다.Conventionally, the deposition of the silicon nitride film by ALD is performed by alternately supplying dichlorosilane (DCS; SiH 2 Cl 2 ) gas, which is a Si source gas, and ammonia (NH 3 ) gas, which is a nitriding gas, 3 plasma is generated by applying a high frequency power to the plasma to generate a plasma to accelerate the nitridation reaction. As a result, a silicon nitride film having good film quality and high insulation property can be obtained. However, the silicon nitride film has a dry etching resistance , And it is difficult to obtain sufficient dry etching resistance in the silicon nitride film by ALD of the development.

그래서, 본 실시 형태에서는, 상기 성막 장치를 사용하여, ALD에 의한 실리콘 질화막(SiN막)과, ALD에 의한 질화티타늄막(TiN막)을 소정의 비율로 적층하고, 미량의 티타늄이 도핑된 실리콘 질화막을 성막한다.Thus, in the present embodiment, a silicon nitride film (SiN film) made of ALD and a titanium nitride film (TiN film) made of ALD are stacked at a predetermined ratio by using the film forming apparatus, and a small amount of titanium- Thereby forming a nitride film.

질화티타늄은 질화 실리콘보다도 에칭 내성이 높기 때문에, 이렇게 미량의 티타늄을 도프함으로써, 막질을 높게 유지한 상태에서, 에칭 내성을 현저하게 높일 수 있다.Since titanium nitride has a higher etching resistance than silicon nitride, by doping such a small amount of titanium, the etching resistance can be remarkably increased while keeping the film quality high.

상기 성막 장치를 사용해서 이러한 실리콘 질화막을 성막할 때는, 도 8에 도시한 바와 같이, 최초로, 반출입부(101)의 게이트 밸브를 개방하여, 외부의 반송 기구에 의해 진공 용기(11) 내에 복수의 웨이퍼(W)를 반입하여, 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역(21)에 복수의 웨이퍼(W)를 적재한다(스텝 1).As shown in Fig. 8, when the silicon nitride film is formed by using the above-described film forming apparatus, the gate valve of the loading / unloading section 101 is opened first, and a plurality of The wafer W is loaded and a plurality of wafers W are loaded on the wafer mounting area 21 of the rotary table 2 (step 1).

웨이퍼(W)의 수수는, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜서 행하여, 모든 웨이퍼 적재 영역(21)에 웨이퍼(W)를 적재한다. 웨이퍼(W)의 적재가 종료되면, 반송 기구를 퇴출시키고, 반출입부(101)의 게이트 밸브를 폐쇄한다. 이때 진공 용기(11) 내는 배기 기구(51, 57)에 의해 미리 소정의 압력으로 진공 배기되어 있다. 또한, 분리 가스 공급구(311)로부터 분리 가스로서 예를 들어 Ar 가스가 공급되어 있다.The transfer of the wafers W is performed by intermittently rotating the rotary table 2 to load the wafers W in all the wafer mounting areas 21. [ When the loading of the wafers W is completed, the transfer mechanism is retracted and the gate valve of the loading / unloading unit 101 is closed. At this time, the vacuum container 11 is evacuated to a predetermined pressure by the exhaust mechanisms 51 and 57 in advance. Further, for example, Ar gas is supplied as a separation gas from the separation gas supply port 311. [

계속해서, 온도 센서(도시하지 않음)의 검출값에 기초하여 히터(46)에 의해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를 소정의 설정 온도까지 상승시키고, 진공 용기(11) 내의 흡착 영역(R1)에의 Si 원료 가스의 공급, 질화 영역(R2)에의 질화 처리를 위한 NH3 가스의 공급, 및 마이크로파 생성부(6A 내지 6C)로부터의 마이크로파의 공급을 개시하고, 회전 테이블(2)을 소정의 속도로 시계 방향으로 회전시켜, 웨이퍼(W) 상에서, Si 원료 가스의 흡착과, 플라스마에 의한 질화 처리를 교대로 제1 횟수 반복해서, ALD에 의해 소정 두께의 SiN막을 형성한다(스텝 2).Subsequently, the wafer W on the rotary table 2 is raised to a predetermined set temperature by the heater 46 based on the detection value of the temperature sensor (not shown) Supply of NH 3 gas for nitriding treatment to the nitriding region R2 and supply of microwaves from the microwave generating units 6A to 6C are started and the rotary table 2 is set to a predetermined And the Si source gas is adsorbed on the wafer W and the nitriding process by the plasma is alternately repeated for the first number of times on the wafer W to form a SiN film having a predetermined thickness by ALD (Step 2) .

계속해서, 회전 테이블(2)을 소정의 속도로 시계 방향으로 회전시킨 상태에서, 흡착 영역(R1)에의 공급 가스를 Cl을 함유하는 Ti 원료 가스로 전환하여, 웨이퍼(W) 상에서, Ti 원료 가스의 흡착과, 플라스마에 의한 질화 처리를 교대로 제2 횟수 반복하여, ALD에 의해 소정 두께의 TiN막을 형성한다(스텝 3).Subsequently, while the rotary table 2 is rotated clockwise at a predetermined speed, the supply gas to the adsorption region R1 is converted into the Ti source gas containing Cl, and the Ti source gas And a plasma nitriding process are alternately repeated a second number of times to form a TiN film having a predetermined thickness by ALD (step 3).

그리고, 스텝 2와 스텝 3을 소정 횟수 반복함으로써, 소정의 막 두께의, Ti가 도핑된 실리콘 질화막을 성막할 수 있다.Then, by repeating Step 2 and Step 3 a predetermined number of times, a Ti-doped silicon nitride film of a predetermined film thickness can be formed.

이때, 스텝 2의 반복 횟수인 제1 횟수와, 스텝 3의 반복 횟수인 제2 횟수를 조정함으로써, Ti의 도프량을 제어할 수 있다.At this time, the doping amount of Ti can be controlled by adjusting the first number of times of repetition of step 2 and the second number of repetition times of step 3.

이때의 Ti의 도프량은, 에칭 내성을 유효하게 높일 수 있으며, 또한 막질을 높게 유지할 수 있는 범위인 것이 바람직하다. Ti 도프량이 증가할수록 에칭 내성을 높일 수 있지만, Ti 도프량이 너무 많아지면 막질을 유지할 수 없게 되기 때문에, 이 점을 고려하면, 막 전체에 대하여 TiN이 0.1 내지 2mol％의 범위인 것이 바람직하다.The doping amount of Ti at this time is preferably within a range capable of effectively increasing the etching resistance and also keeping the film quality high. The etching resistance can be increased as the Ti doping amount is increased. However, if the Ti doping amount is too large, the film quality can not be maintained. In view of this point, TiN is preferably in the range of 0.1 to 2 mol% with respect to the film as a whole.

이것을 나타내는 실험 결과에 대해서 설명한다. 도 9는, SiN막 내의 TiN 농도와, TiN을 포함하지 않는 SiN막의 건식 에칭 레이트를 1로 해서 규격화한 건식 에칭 레이트와의 관계를 도시하는 도면이다. 에칭 가스로서는, C4F6/Ar/O2를 사용하였다. 이 도에 도시한 바와 같이, TiN을 0.1mol％ 정도의 소량 첨가하는 것만으로 에칭 레이트가 급격하게 저하되는, 즉 건식 에칭 내성이 높아지는 것을 알 수 있다.Experimental results indicating this will be described. Fig. 9 is a diagram showing the relationship between the TiN concentration in the SiN film and the dry etching rate normalized by setting the dry etching rate of the SiN film not containing TiN to 1. C 4 F 6 / Ar / O 2 was used as the etching gas. As shown in this figure, it can be seen that the etching rate is drastically reduced only by adding TiN in a small amount of about 0.1 mol%, that is, the dry etching resistance is increased.

도 10은, SiN막에 Ti를 도핑하지 않는 경우(0mol％), 및 TiN이 1.9mol％, 10.2mol％가 되도록 Ti를 도프한 경우의 누설 전류 특성을 도시하는 도면이다. 이 도에 도시한 바와 같이, TiN 도프량이 1.9mol％이면, 누설 전류 특성이 허용 범위(전계가 -2MV/cm이고 누설 전류 밀도가 1μA/cm2 이하)이지만, TiN 도프량이 10.2mol％이면, 누설 전류 특성이 악화하는 것을 알 수 있다. 즉, SiN막의 누설 전류 특성은, Ti 도프량(TiN 첨가량)이 증가할수록 악화하여, TiN이 2mol％ 이하가 바람직한 것을 알 수 있다.10 is a graph showing leakage current characteristics when Ti is doped so that TiN is not doped (0 mol%) and TiN is 1.9 mol% and 10.2 mol%, respectively. As shown in this figure, if the TiN doping amount is 1.9 mol%, the leakage current characteristics are in the permissible range (the electric field is -2 MV / cm and the leakage current density is 1 μA / cm 2 or less), but if the TiN doping amount is 10.2 mol% The leakage current characteristic deteriorates. That is, the leakage current characteristic of the SiN film deteriorates as the Ti doping amount (TiN addition amount) increases, and it is found that the TiN content is preferably 2 mol% or less.

Ti의 도프량은, 스텝 2일 때의 회전 테이블(2)의 회전 횟수, 즉 SiN막의 막 두께와, 스텝 3일 때의 회전 테이블의 회전 횟수, 즉 TiN막의 막 두께 비로 결정된다. 예를 들어, 회전 테이블(2)의 1회전당의 SiN막의 막 두께와 TiN막의 막 두께가 동일하다고 가정하면, TiN을 5mol％로 하고 싶은 경우에는, 스텝 2일 때의 회전 테이블(2)의 회전 횟수가 19회, 스텝 3일 때의 회전 테이블(2)의 회전 횟수가 1회가 되는 비율로 해서, 이것을 소정의 두께가 될 때까지 반복한다. 또한, TiN을 2mol％로 하고 싶은 경우에는, 스텝 2일 때의 회전 테이블(2)의 회전 횟수가 49회, 스텝 3일 때의 회전 테이블(2)의 회전 횟수가 1회가 되는 비율로 하고, 이것을 소정의 두께가 될 때까지 반복한다.The doping amount of Ti is determined by the number of rotations of the rotary table 2 at step 2, that is, the film thickness of the SiN film and the number of rotations of the rotary table at step 3, that is, the film thickness ratio of the TiN film. For example, assuming that the film thickness of the SiN film per revolution of the rotary table 2 is equal to the film thickness of the TiN film, when it is desired to set TiN to 5 mol% The number of rotations of the rotary table 2 when the number of rotations is 19 and the number of rotations of the rotatable table 2 is 1, and repeats this until the thickness becomes a predetermined value. When it is desired to set TiN to 2 mol%, the ratio is set such that the number of rotations of the rotary table 2 at step 2 is 49 and the number of rotations of the rotary table 2 at step 3 is once , And this is repeated until the thickness becomes a predetermined value.

이와 같이, 질화 처리 시에 마이크로파 플라스마를 사용함으로써, 저전자 온도에서 고밀도의 플라스마를 생성할 수 있으며, 또한 라디칼 주체의 처리를 행할 수 있다. 이 때문에, 보다 막질이 좋은 실리콘 질화막을 성막할 수 있다.As described above, by using the microwave plasma in the nitriding process, it is possible to generate a high-density plasma at a low electron temperature, and to perform treatment of a radical substance. Therefore, a silicon nitride film having better film quality can be formed.

성막 시의 바람직한 조건은 이하와 같다.Preferable conditions for film formation are as follows.

성막 온도: 400 내지 600℃Film forming temperature: 400 to 600 占 폚

압력: 66.6 내지 1,330PaPressure: 66.6 to 1,330 Pa

Si 원료 가스(DCS 가스) 유량: 600 내지 1,200sccmSi raw material gas (DCS gas) flow rate: 600 to 1,200 sccm

Ti 원료 가스(TiCl4 가스) 유량: 100 내지 200sccmTi source gas (TiCl 4 gas) Flow rate: 100 to 200 sccm

질화 가스(NH3 가스) 유량: 80 내지 4,000sccmNitrogen gas (NH 3 gas) Flow rate: 80 to 4,000 sccm

마이크로파 파워: 1,000 내지 2,500WMicrowave power: 1,000 to 2,500 W

그런데, TiN막을 성막할 때의 Ti 원료 가스로서는, 염소를 함유하는 것, 예를 들어 TiCl4 가스를 사용하는데, TiCl4 가스를 흡착시킨 후, NH3 가스 등의 질화 가스를 마이크로파 플라스마로 여기해서 질화시키는 경우, 성막된 TiN막 중에는 Cl이 잔류하기 쉽다.As the Ti source gas at the time of forming the TiN film, chlorine is contained, for example, TiCl 4 gas is used. After TiCl 4 gas is adsorbed, nitridation gas such as NH 3 gas is excited by microwave plasma In the case of nitriding, Cl tends to remain in the deposited TiN film.

그래서, 본 실시 형태에서는, 질화 영역(R2)의 양측에 환원 영역(R3 및 R4)을 형성하고, TiN막을 성막할 때, 환원 영역(R3 및 R4)을 통과하는 웨이퍼(W)에 환원 가스, 예를 들어 H2 가스를 공급하면서 마이크로파 플라스마에 의해 여기시켜, 환원 가스의 활성종, 예를 들어 H2 *(H*)에 의해 흡착된 Ti 원료의 환원 처리를 행한다. 이에 의해, 막 내의 잔류 염소를 유효하게 환원할 수 있어, 잔류 염소를 감소시킬 수 있다.Therefore, in the present embodiment, the reduction regions R3 and R4 are formed on both sides of the nitriding region R2, and when the TiN film is formed, the reducing gas and the reducing gas are supplied to the wafer W passing through the reducing regions R3 and R4, For example, the H 2 gas is supplied and excited by a microwave plasma to reduce the Ti raw material adsorbed by the active species of the reducing gas, for example, H 2 * (H * ). Thereby, the residual chlorine in the film can be effectively reduced, and the residual chlorine can be reduced.

이때의 시퀀스 및 메커니즘을, 도 11을 참조하여 상세하게 설명한다. 여기에서는, SiN막 성막 후의 질화 표면에, Ti 원료 가스로서 TiCl4 가스, 환원 가스로서 H2 가스, 질화 가스로서 NH3 가스를 사용해서 TiN막을 성막하는 경우에 대해서 설명한다.The sequence and mechanism at this time will be described in detail with reference to FIG. Here, a case where a TiN film is formed by using TiCl 4 gas as the Ti source gas, H 2 gas as the reducing gas, and NH 3 gas as the nitriding gas on the nitriding surface after the SiN film is formed will be described.

최초로, 흡착 영역(R1)에서, 질화된 웨이퍼(W) 표면에 TiCl4 가스를 흡착시킨다(흡착 스텝).First, in the adsorption zone (R1), thereby adsorbing the TiCl 4 gas with the nitride wafer (W) surface (adsorption step).

이어서, 환원 영역(R3)에서, 마이크로파 플라스마에 의해 H2 가스를 여기시켜 생성된 H*에 의해, 1회째의 환원 처리를 행한다(환원 1스텝). 이때, TiCl4의 Cl을 완전히 H로 치환하면, 다음의 질화 처리 시에 NH3에 의한 질화 반응이 발생하지 않으므로, -Cl기를 남긴 상태에서 환원을 정지한다. 이때, 환원의 대상은 흡착된 직후의 상태의 TiCl4이며, 아직 불안정한 상태이기 때문에, 환원하기 쉽다.Then, in the reduction region R3, the first reduction process is performed by H * generated by exciting the H 2 gas by the microwave plasma (one step of reduction). At this time, when the Cl of TiCl 4 is completely replaced with H, the nitridation reaction by NH 3 does not occur during the next nitriding treatment, so the reduction is stopped with the -Cl group remaining. At this time, the target of reduction is TiCl 4 immediately after adsorption, and since it is still in an unstable state, it is easily reduced.

이어서, 질화 영역(R2)에서, 마이크로파 플라스마에 의해 NH3 가스를 여기시켜 생성된 NH3 *에 의해, 질화 처리를 행한다(질화 스텝). 이때, NH3 *은 Ti에 결합한 -Cl기와 반응해서 Ti를 질화시키는데, -Cl기의 일부는 잔존한다.Then, in the nitrification zone (R2), by the NH 3 * generated by exciting the NH 3 gas by the microwave plasma is carried out a nitriding process (nitriding step). At this time, NH 3 * reacts with the -Cl group bound to Ti to nitrid Ti, and a part of the -Cl group remains.

이어서, 환원 영역(R4)에서, 마이크로파 플라스마에 의해 H2 가스를 여기시켜 생성된 H*에 의해, 2회째의 환원을 행한다(환원 2스텝). 이에 의해, 질화 처리 후에 잔존하고 있는 Cl을 거의 완전히 환원한다.Then, in the reduction region R4, the second reduction is performed by H * generated by exciting H 2 gas by microwave plasma (two steps of reduction). Thereby, Cl remaining after the nitriding treatment is almost completely reduced.

이와 같이, 스텝 3의 TiN막 성막 시에, 플라스마에 의한 질화 처리의 전후에 H2 플라스마에 의해 환원 처리를 행함으로써, 막 중에 잔존하기 쉬운 Cl을 제거할 수 있으므로, Cl 함유량이 매우 적은 양질의 TiN막을 성막할 수 있다. 이 때문에, Ti를 도핑한 실리콘 질화막의 막질을 향상시킬 수 있다. 또한, 플라스마에 의한 환원 처리이기 때문에, Cl을 환원 제거하는 효과가 높다.Thus, at the time of forming the TiN film in Step 3, the Cl which is likely to remain in the film can be removed by performing the reduction treatment with the H 2 plasma before and after the nitriding treatment by the plasma, A TiN film can be formed. Therefore, the film quality of the silicon nitride film doped with Ti can be improved. Further, because of the reduction treatment by plasma, the effect of reducing and removing Cl is high.

이 경우의 환원 처리의 바람직한 조건은, 환원 1스텝 및 환원 2스텝도 이하와 같다.Preferable conditions for the reduction treatment in this case are as shown below for both the reduction step and the reduction step.

H2 가스 유량: 100 내지 4,000sccmH 2 gas flow rate: 100 to 4,000 sccm

마이크로파 파워: 1,000 내지 2,500WMicrowave power: 1,000 to 2,500 W

이상과 같은 질화 처리의 전후에 행하는 환원 처리는, 스텝 3의 TiN막 성막 시에 행하는 것이 유효하지만, 스텝 2의 SiN막 성막 시에 행해도 된다. 특히, DCS 등의 염소를 함유하는 Si 원료 가스를 사용한 경우에도, TiCl4 만큼은 아니지만, 막 중에 Cl이 도입될 가능성이 있기 때문에, 질화 처리의 전후에서 환원 처리를 행하는 것이 바람직하다.The reduction treatment performed before and after the nitriding treatment as described above is effective at the TiN film formation at the step 3, but may be performed at the time of the SiN film formation at the step 2. Particularly, even when a Si source gas containing chlorine such as DCS is used, it is preferable that reduction treatment be performed before and after the nitriding treatment because there is a possibility that Cl is introduced into the film although not by TiCl 4 .

Si 원료 가스로서 DCS 가스, 환원 가스로서 H2 가스, 질화 가스로서 NH3 가스를 사용해서 SiN막을 성막하는 경우의 구체적인 시퀀스는, 이하와 같은 것이 된다.A specific sequence for forming the SiN film by using DCS gas as the Si source gas, H 2 gas as the reducing gas, and NH 3 gas as the nitriding gas is as follows.

즉, 최초로 흡착 영역(R1)에서, 질화된 웨이퍼(W) 표면에 DCS 가스를 흡착시킨다. 이어서, 환원 영역(R3)에서, 마이크로파 플라스마에 의해 H2 가스를 여기시켜 생성된 H2 *에 의해, 1회째의 환원을 행한다. 이어서, 질화 영역(R2)에서, 마이크로파 플라스마에 의해 NH3 가스를 여기시켜 생성된 NH3 *에 의해, 질화 처리를 행한다. 이어서, 환원 영역(R4)에서, 마이크로파 플라스마에 의해 H2 가스를 여기시켜 생성된 H2 *에 의해, 2회째의 환원을 행한다.That is, in the first adsorption region R1, the DCS gas is adsorbed on the surface of the nitrified wafer W. Subsequently, in the reduction region R3, the first reduction is performed by H 2 * generated by exciting the H 2 gas by the microwave plasma. Subsequently, a nitriding treatment, by a nitride in areas (R2), the NH 3 * generated by exciting the NH 3 gas by microwave plasma. Subsequently, in the reducing region R4, the second reduction is performed by H 2 * generated by exciting the H 2 gas by the microwave plasma.

이렇게 스텝 2의 SiN막 성막 시에도, 플라스마에 의한 질화 처리의 전후에 H2 플라스마에 의해 환원 처리를 행함으로써, SiN막을 성막할 때도 막 내의 Cl을 빼낼 수 있으므로, SiN막 내의 Cl 함유량도 적게 할 수 있어, Ti를 도핑한 실리콘 질화막의 막질을 한층 향상시킬 수 있다.In this way, even when the SiN film is formed in step 2, the Cl in the film can be removed even when the SiN film is formed by performing the reduction treatment with the H 2 plasma before and after the nitriding treatment by the plasma, so that the Cl content in the SiN film is also reduced The film quality of the Ti-doped silicon nitride film can be further improved.

<다른 적용><Other applications>

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 그 사상을 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형 가능하다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified without departing from the spirit of the invention.

예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 복수의 웨이퍼를 얹은 회전 테이블을 회전시킴으로써, 원료 가스의 흡착과, 질화 처리를 교대로 행하는 회전식 성막 장치에 의해 Ti를 도핑한 실리콘 질화막을 성막하는 경우에 대해서 설명하고, 바람직하게는 막 내의 Cl을 빼내기 위해서, 질화 영역의 전후에 환원 영역을 갖는 성막 장치를 사용하는 경우에 대해서 설명하였지만, 원료 가스의 공급, 퍼지, 질화 처리, 퍼지를 반복하거나, 또는 원료 가스의 공급, 퍼지, 환원 처리, 질화 처리, 환원 처리, 퍼지를 반복하는 매엽식의 성막 장치를 사용할 수도 있다.For example, in the above embodiment, a description is given of a case where a silicon nitride film doped with Ti is formed by a rotary film forming apparatus that alternately performs adsorption of a raw material gas and nitriding treatment by rotating a rotary table on which a plurality of wafers are placed A film forming apparatus having a reduction region before and after the nitriding region is used in order to extract the Cl in the film. However, it is also possible to repeat the supply of the raw material gas, the purge, the nitriding treatment and the purge, A single-wafer type film forming apparatus for repeating supply, purging, reduction treatment, nitriding treatment, reduction treatment and purging may be used.

또한, 상기 실시 형태에서는, 질화 처리 및 환원 처리 시의 플라스마로서 마이크로파 플라스마를 사용한 예를 나타냈지만, 이것에 한정하는 것은 아니고, 유도 결합 플라스마 등의 다른 플라스마를 사용할 수도 있다.In the above-described embodiment, an example using microwave plasma as the plasma in the nitridation treatment and the reduction treatment is shown, but the present invention is not limited to this, and other plasma such as inductively coupled plasma may be used.

2; 회전 테이블 3; 원료 가스 도입 유닛
6A, 6B, 6C; 플라스마 생성부 11; 진공 용기
52;Si 원료 가스 공급원 53; Ti 원료 가스 공급원
54; 분리 가스 공급원 55; 질화 가스 공급원
56; 환원 가스 공급원 R1; 흡착 영역
R2; 질화 영역 R3, R4; 환원 영역
W; 반도체 웨이퍼2; A rotary table 3; The raw gas introducing unit
6A, 6B, 6C; A plasma generator 11; Vacuum container
52: Si source gas supply source 53; Ti source gas source
54; A separate gas supply source 55; The nitriding gas source
56; Reducing gas source R1; Absorption region
R2 is; Nitridation regions R3, R4; Reduction region
W; Semiconductor wafer

Claims (19)

피처리 기판 상에, 실리콘 질화막을 성막하는 실리콘 질화막의 성막 방법으로서,
상기 피처리 기판에 대하여 실리콘 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스를, 질화 가스의 플라스마에 의해 질화하는 처리를, 제1 횟수 반복해서 실리콘 질화막을 성막하는 공정과,
상기 피처리 기판에 대하여 염소를 함유하는 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 티타늄 원료 가스를, 질화 가스의 플라스마에 의해 질화시키는 처리를, 제2 횟수 반복해서 질화티타늄막을 성막하는 공정
을 미리 정해진 횟수 반복해서, 미리 정해진 양의 티타늄을 도핑한 실리콘 질화막을 성막하는 실리콘 질화막의 성막 방법.As a method of forming a silicon nitride film for forming a silicon nitride film on a substrate to be processed,
A process of adsorbing a silicon source gas to the substrate to be treated and a process of nitriding the silicon source gas adsorbed by a plasma of a nitriding gas by repeating the steps of forming a silicon nitride film repeatedly a first number of times,
A process of adsorbing a titanium raw material gas containing chlorine to the substrate to be treated and a process of nitriding the adsorbed titanium raw material gas by a plasma of nitriding gas to form a titanium nitride film repeatedly a second number of times
Is repeated a predetermined number of times to form a silicon nitride film doped with a predetermined amount of titanium. 제1항에 있어서,
상기 제1 횟수와, 상기 제2 횟수를 조정함으로써, 티타늄의 도프량을 제어하는, 실리콘 질화막의 성막 방법.The method according to claim 1,
Wherein the doping amount of titanium is controlled by adjusting the first number of times and the second number of times. 제2항에 있어서,
막 전체에 대한 TiN의 양이, 0.1 내지 2mol％의 범위인, 실리콘 질화막의 성막 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the amount of TiN in the film is in the range of 0.1 to 2 mol%. 제1항에 있어서,
상기 질화 처리는, 질화 가스로서 NH3 가스를 사용해서 행하는, 실리콘 질화막의 성막 방법.The method according to claim 1,
Wherein the nitriding treatment is performed using NH 3 gas as a nitriding gas. 제1항에 있어서,
상기 질화 처리는, 질화 가스를 마이크로파 플라스마에 의해 여기해서 생성된 질화종에 의해 행하여지는, 실리콘 질화막의 성막 방법.The method according to claim 1,
Wherein the nitriding treatment is performed by nitriding species generated by exciting a nitriding gas with a microwave plasma. 제1항에 있어서,
상기 질화티타늄막을 성막하는 공정에 사용하는 염소를 함유하는 티타늄 원료 가스로서, TiCl4 가스를 사용하는, 실리콘 질화막의 성막 방법.The method according to claim 1,
Wherein a TiCl 4 gas is used as a titanium raw material gas containing chlorine to be used in the step of forming the titanium nitride film. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
진공 용기 내에, 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 흡착 영역과, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 질화시키는 질화 영역을 형성하고, 상기 진공 용기 내에서 회전 테이블에 적재된 복수의 피처리 기판을 공전시켜, 상기 피처리 기판이, 상기 흡착 영역과 상기 질화 영역을 순차적으로 통과하도록 하고,
상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 실리콘 원료 또는 상기 티타늄 원료를 질화시키는 처리를 교대로 행하는, 실리콘 질화막의 성막 방법.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
A method for producing a silicon nitride film, comprising the steps of: forming in a vacuum container an adsorption region for adsorbing the silicon source gas or the titanium source gas and a nitriding region for nitriding the adsorbed silicon source gas or the titanium source gas, A plurality of target substrates are revolved so that the target substrate sequentially passes through the adsorption region and the nitridation region,
A process of adsorbing the silicon source gas or the titanium source gas and a process of nitriding the adsorbed silicon source or the titanium source are alternately performed. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 질화티타늄막을 성막하는 공정을 실시할 때, 상기 질화 처리의 전후에, 흡착된 상기 티타늄 원료를 환원 가스의 플라스마에 의해 환원하는 처리를 행하는, 실리콘 질화막의 성막 방법. 7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein a process of reducing the adsorbed titanium raw material by a plasma of a reducing gas is performed before and after the nitriding process when the step of forming the titanium nitride film is performed. 제8항에 있어서,
진공 용기 내에, 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 흡착 영역과, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 질화시키는 질화 영역과, 상기 질화 영역의 전후에 환원 가스의 플라스마에 의한 환원 처리를 행하는 환원 영역을 형성하고, 상기 진공 용기 내에서 회전 테이블에 적재된 복수의 피처리 기판을 공전시켜, 상기 피처리 기판이, 상기 흡착 영역과, 상기 환원 영역의 한쪽과, 상기 질화 영역과, 상기 환원 영역의 다른 쪽을 순차적으로 통과하도록 하고,
상기 질화티타늄막을 성막하는 공정에서, 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 티타늄 원료를 환원하는 처리와, 흡착된 상기 티타늄 원료 가스를 질화시키는 처리와, 질화 후의 상기 티타늄 원료 가스를 환원하는 처리를 순차적으로 행하는, 실리콘 질화막의 성막 방법.9. The method of claim 8,
A method for producing a silicon nitride film, the method comprising: a vacuum chamber; an adsorption region for adsorbing the silicon source gas or the titanium source gas; a nitridation region for nitriding the adsorbed silicon source gas or the titanium source gas; A plurality of substrates to be processed placed on a rotary table are revolved in the vacuum container so that the substrate to be processed has one of the adsorption region and one of the reduction regions, And the other of the reduction regions,
Wherein the step of forming the titanium nitride film comprises a process of adsorbing the titanium source gas, a process of reducing the adsorbed titanium source, a process of nitriding the adsorbed titanium source gas, a process of reducing the nitrided source gas of titanium, Wherein the silicon nitride film is a silicon nitride film. 제8항에 있어서,
상기 실리콘 질화막을 성막하는 공정을 실시할 때, 상기 질화 처리의 전후에, 흡착된 상기 실리콘 원료를 환원 가스의 플라스마에 의해 환원하는 처리를 행하는, 실리콘 질화막의 성막 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the step of reducing the silicon raw material adsorbed by the plasma of the reducing gas is performed before and after the nitriding process when the step of forming the silicon nitride film is performed. 제10항에 있어서,
진공 용기 내에, 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 흡착 영역과, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 질화시키는 질화 영역과, 상기 질화 영역의 전후에 환원 가스의 플라스마에 의한 환원 처리를 행하는 환원 영역을 형성하고, 상기 진공 용기 내에서 회전 테이블에 적재된 복수의 피처리 기판을 공전시켜, 상기 피처리 기판이, 상기 흡착 영역과, 상기 환원 영역의 한쪽과, 상기 질화 영역과, 상기 환원 영역의 다른 쪽을 순차적으로 통과하도록 하고,
상기 질화티타늄막을 성막하는 공정에서, 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 티타늄 원료 가스를 환원하는 처리와, 흡착된 상기 티타늄 원료 가스를 질화시키는 처리와, 질화 후의 상기 티타늄 원료를 환원하는 처리를 순차적으로 행하고,
상기 실리콘 질화막을 성막하는 공정에서, 상기 실리콘 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스를 환원하는 처리와, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스를 질화시키는 처리와, 질화 후의 상기 실리콘 원료를 환원하는 처리를 순차적으로 행하는, 실리콘 질화막의 성막 방법.11. The method of claim 10,
A method for producing a silicon nitride film, the method comprising: a vacuum chamber; an adsorption region for adsorbing the silicon source gas or the titanium source gas; a nitridation region for nitriding the adsorbed silicon source gas or the titanium source gas; A plurality of substrates to be processed placed on a rotary table are revolved in the vacuum container so that the substrate to be processed has one of the adsorption region and one of the reduction regions, And the other of the reduction regions,
Wherein the titanium nitride film is formed by a process of adsorbing the titanium source gas, a process of reducing the adsorbed titanium source gas, a process of nitriding the adsorbed titanium source gas, a process of reducing the nitrided titanium source And then,
A process of adsorbing the silicon source gas, a process of reducing the adsorbed silicon source gas, a process of nitriding the adsorbed silicon source gas, a process of reducing the silicon source after nitridation, Wherein the silicon nitride film is a silicon nitride film. 제8항에 있어서,
상기 환원 처리는, 환원 가스로서 H2 가스를 사용해서 행하는, 실리콘 질화막의 성막 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the reducing treatment is performed using H 2 gas as a reducing gas. 제8항에 있어서,
상기 환원 처리는, 환원 가스를 마이크로파 플라스마에 의해 여기해서 생성된 환원종에 의해 행하여지는, 실리콘 질화막의 성막 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the reducing treatment is performed by a reducing species generated by excitation of a reducing gas by a microwave plasma. 피처리 기판 상에, 실리콘 질화막을 성막하는 실리콘 질화막의 성막 장치로서,
내부가 진공으로 유지되는 진공 용기와,
상기 진공 용기 내에서, 복수의 피처리 기판이 적재된 상태에서 공전되는 회전 테이블과,
상기 진공 용기 내에 형성되고, 실리콘 원료 가스 공급 기구 및 티타늄 원료 가스 공급 기구를 포함하고, 상기 피처리 기판에 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 흡착 영역과, 상기 진공 용기 내에 형성되고, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스 또는 상기 티타늄 원료 가스를 질화 가스의 플라스마에 의해 질화하는 질화 영역과, 상기 복수의 피처리 기판을 상기 회전 테이블에 적재한 상태에서, 상기 회전 테이블을 회전시켜, 상기 피처리 기판이 상기 흡착 영역을 통과할 때, 상기 실리콘 원료 가스 공급 기구로부터 상기 실리콘 원료 가스를 공급하여, 상기 피처리 기판에 상기 실리콘 원료 가스를 흡착시키는 처리를 실행시키고, 상기 피처리 기판이 상기 질화 영역을 통과할 때, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스를, 상기 질화 가스의 플라스마로 질화시키는 처리를 행하고, 상기 회전 테이블을 제1 횟수 회전시킴으로써, 상기 실리콘 원료 가스를 흡착시키는 처리와 상기 질화시키는 처리를 제1 횟수 반복해서 실리콘 질화막을 성막하는 공정과, 상기 회전 테이블을 회전시켜, 상기 피처리 기판이 상기 흡착 영역을 통과할 때, 상기 티타늄 원료 가스 공급 기구로부터 상기 티타늄 원료 가스를 공급하여, 상기 피처리 기판에 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 처리를 실행시키고, 상기 피처리 기판이 상기 질화 영역을 통과할 때, 흡착된 상기 티타늄 원료 가스를, 상기 질화 가스의 플라스마로 질화시키는 처리를 실행시키고, 상기 회전 테이블을 제2 횟수 회전시킴으로써, 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 처리와 상기 질화시키는 처리를 제2 횟수 반복해서 질화티타늄막을 성막하는 공정을 실시시켜, 상기 실리콘 질화막을 성막하는 공정과, 상기 질화티타늄막을 성막하는 공정을 미리 정해진 횟수 반복하도록 제어하는 제어부
를 포함하는 실리콘 질화막의 성막 장치.As a film formation apparatus of a silicon nitride film for forming a silicon nitride film on a substrate to be processed,
A vacuum container in which the interior is held in vacuum,
A rotary table which revolves in a state where a plurality of substrates to be processed are loaded in the vacuum container;
An adsorption region formed in the vacuum container and including a silicon source gas supply mechanism and a titanium source gas supply mechanism for adsorbing the silicon source gas or the titanium source gas to the substrate to be processed; A nitriding region for nitriding the adsorbed silicon raw material gas or the titanium raw material gas by a plasma of nitriding gas and rotating the rotating table in a state in which the plurality of target substrates are loaded on the rotating table, A process of supplying the silicon source gas from the silicon source gas supply mechanism and adsorbing the silicon source gas onto the substrate to be processed when the substrate passes through the adsorption region, The adsorbed silicon raw material gas is supplied to the nitriding gas A step of performing a process of nitriding with the plasma and rotating the rotary table by a first number of times to perform a process of adsorbing the silicon raw material gas and a process of nitriding to form a silicon nitride film repeatedly a first number of times; A process for supplying the titanium raw material gas from the titanium raw material gas supply mechanism and adsorbing the titanium raw material gas to the target substrate when the target substrate passes through the adsorption region, A process of nitriding the adsorbed titanium raw material gas with the plasma of the nitriding gas when the substrate passes through the nitriding zone and rotating the rotating table a second number of times to adsorb the titanium raw material gas The nitriding treatment is repeated a second number of times to form a titanium nitride film It is performed by a process control unit for controlling so as to repeat the predetermined number of steps for film formation of the process for forming the silicon nitride film, a titanium nitride film the
And a silicon nitride film. 제14항에 있어서,
상기 질화 영역의 전후에 형성되어, 환원 가스의 플라스마에 의한 환원 처리를 행하는 2개의 환원 영역을 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 질화티타늄막을 성막하는 공정 시에, 상기 티타늄 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 티타늄 원료를 환원하는 처리와, 흡착된 상기 티타늄 원료 가스를 질화시키는 처리와, 질화 후의 상기 티타늄 원료 가스를 환원하는 처리가 순차적으로 행해지도록 제어하는, 실리콘 질화막의 성막 장치.15. The method of claim 14,
Further comprising two reduction regions formed on the front and rear sides of the nitridation region to perform a reduction treatment by a plasma of the reducing gas,
Wherein the control unit is configured to perform a process for adsorbing the titanium source gas, a process for reducing the adsorbed titanium source, a process for nitriding the adsorbed titanium source gas, a process for nitriding the adsorbed titanium source gas, And a process for reducing the titanium source gas is performed in sequence. 제15항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 실리콘 질화막을 성막할 때, 상기 실리콘 원료 가스를 흡착시키는 처리와, 흡착된 상기 실리콘 원료를 환원하는 처리와, 흡착된 상기 실리콘 원료 가스를 질화시키는 처리와, 질화 후의 상기 실리콘 원료 가스를 환원하는 처리를 순차적으로 행하도록 제어하는, 실리콘 질화막의 성막 장치.16. The method of claim 15,
Wherein the control unit is configured to perform a process of adsorbing the silicon source gas at the time of forming the silicon nitride film, a process of reducing the adsorbed silicon source, a process of nitriding the adsorbed silicon source gas, And a process for reducing the gas are sequentially performed on the silicon nitride film. 제16항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1 횟수와, 상기 제2 횟수를 조정함으로써, 티타늄의 도프량을 제어하는, 실리콘 질화막의 성막 장치.17. The method of claim 16,
Wherein the control unit controls the doping amount of titanium by adjusting the first number of times and the second number of times. 제17항에 있어서,
상기 제어부는, 막 전체에 대한 TiN의 양이, 0.1 내지 2mol％의 범위가 되도록 제어하는, 실리콘 질화막의 성막 장치.18. The method of claim 17,
Wherein the control section controls the amount of TiN to be in the range of 0.1 to 2 mol% with respect to the film as a whole. 컴퓨터 상에서 동작하고, 실리콘 질화막의 성막 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체로서, 상기 프로그램은, 실행 시에, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 실리콘 질화막의 성막 방법이 행해지도록, 컴퓨터에 상기 실리콘 질화막의 성막 장치를 제어시키는 기억 매체.A storage medium storing a program for controlling a film formation apparatus for a silicon nitride film which is operated on a computer, the program causing a computer to execute a process for forming a silicon nitride film according to any one of claims 1 to 6, A storage medium for controlling a film forming apparatus of the silicon nitride film on a computer.
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