KR20200117027A - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록매체 - Google Patents

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록매체 Download PDF

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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

기판 상에 박막을 형성할 때, 기판의 표면적이나 전기 특성에 맞춰서 박막의 면내 막 두께 분포를 제어하는 기술을 제공한다. 처리실 내의 기판에 대하여, 원료 가스와 불활성 가스를 공급하는 제1 공정과, 원료 가스의 공급을 멈춘 상태에서, 기판에 대하여 불활성 가스를 공급하여, 처리실 내에 잔류하는 원료 가스를 제거하는 제2 공정과, 기판에 대하여, 반응 가스와 불활성 가스를 공급하는 제3 공정과, 반응 가스의 공급을 멈춘 상태에서, 기판에 대하여 불활성 가스를 공급하여, 처리실 내에 잔류하는 반응 가스를 제거하는 제4 공정을 갖고, 제4 공정에서는, 불활성 가스의 유량이, 제3 공정에서 공급하는 불활성 가스의 유량보다 적어지는 타이밍을 갖는다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
본 개시는, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 처리실 내에 수용된 기판 상에 막을 형성하는 처리가 행하여지는 경우가 있다. 형성되는 막으로서는, 예를 들어 티타늄질화막(TiN막) 등의 박막을 들 수 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2011-6783호 공보
기판 상에 박막을 형성할 때, 기판의 표면적이나 전기 특성에 맞춰서 박막의 면내 막 두께 분포를 제어할 것이 요구되는 경우가 있다.
본 개시의 일 목적은, 기판 상에 박막을 형성할 때, 기판의 표면적이나 전기 특성에 맞춰서 박막의 면내 막 두께 분포를 제어하는 기술을 제공하는 것이다.
본 개시의 일 양태에 의하면, 처리실 내의 기판에 대하여, 원료 가스와 불활성 가스를 공급하는 제1 공정과,
원료 가스의 공급을 멈춘 상태에서, 기판에 대하여 불활성 가스를 공급하여, 처리실 내에 잔류하는 원료 가스를 제거하는 제2 공정과,
기판에 대하여, 반응 가스와 불활성 가스를 공급하는 제3 공정과,
반응 가스의 공급을 멈춘 상태에서, 기판에 대하여 불활성 가스를 공급하여, 처리실 내에 잔류하는 반응 가스를 제거하는 제4 공정
을 갖고,
제4 공정에서는, 불활성 가스의 유량이, 제3 공정에서 공급하는 불활성 가스의 유량보다 적어지는 타이밍을 갖는 기술이 제공된다.
본 개시에 의하면, 기판 상에 박막을 형성할 때, 기판의 표면적이나 전기 특성에 맞춰서 박막의 면내 막 두께 분포를 제어하는 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 컨셉을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 2의 X-X선 단면도로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 형태에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 형태에서의 실험 결과를 도시하는 도면이다.
근년의 미세화 등에 수반하여, 기판 상에 박막을 형성하는 경우, 기판면 내의 중앙부와 외주부에서의 박막의 면내 막 두께 분포를 제어하고자 하는 요망이 있다. 예를 들어, 디바이스의 미세화가 진행되어, 도체막, 반도체막 및 절연막 등의 막 두께가 전기적 특성에 크게 영향을 미치기 때문에, 면내 균일성의 개선이 요구되고 있다. 또한, 기판의 표면적이나 전기 특성에 맞추어, 원하는 면내 균일성이 되도록 조정하고자 하는 요구도 있다.
기판 상에 박막을 형성(퇴적)하는 성막 방법으로서는, 기판을 수용한 처리실에, (a) 원료 가스를 공급해서 기판 상에 흡착시켜 원료 가스의 흡착층을 형성하고, (b) 그 후, 불활성 가스를 공급해서 처리실에 잔류하는 원료 가스를 치환(제거)하고, (c) 다음에, 원료 가스의 흡착층과 화학 반응을 일으키는 반응 가스를 공급해서 박막층을 형성하고, (d) 그 후, 불활성 가스를 공급해서 처리실에 잔류하는 반응 가스를 치환하고, (a) 내지 (d)를 반복해서 행하여, 기판 상에 박막을 형성하는 방법이 있다. (d)에서, 대량의 불활성 가스를 처리실에 공급하면, 기상 중의 반응 가스가, 불활성 가스에 의해 기판면 내에 전체적이면서 또한 균일하게 치환되어, 면내 전체에 동일하도록 막 두께의 박막을 형성할 수 있는 경우가 있다. 그러나, 미세화의 진행에 수반하는 기판 표면적의 증가에 의해, 원료 가스나 반응 가스가 중앙부까지 공급되지 않아 외주부의 막 두께가 두껍고, 기판 중앙부의 막 두께가 얇아져서 면내 균일성이 나빠져버리거나(로딩 이펙트), 원하는 면내 균일성을 얻지 못하거나 하는 경우가 있다.
그래서, 발명자들은 예의 연구를 행한 결과, (d)에서 반응 가스를 치환할 때, 불활성 가스의 공급 유량을 조정해서 최적화함으로써, 기판의 중앙부와 외주부에서 막 두께 분포를 변화시킬 수 있음을 알아내었다. 예를 들어, 도 1에서, 복수의 기판(Wafer)을 배열해서 처리할 때, 박막을 퇴적 중의 기판에 반응 가스와 불활성 가스를 공급하면, 기판과 기판의 사이에 반응 가스와 불활성 가스가 혼재한다. 반응 가스 공급 후의 치환 스텝에서, 불활성 가스의 공급 유량을 많게 하면 반응 가스는 배기되기 쉬워, 막 두께(Thickness)는 면 내에서 평탄(flat)한 면내 균일성이 양호한 막이 얻어진다. 한편, 반응 가스 공급 후의 치환 스텝에서, 불활성 가스의 공급 유량을 적게 하면, 기판의 외주부에서는 불활성 가스가 존재하기 때문에 반응 가스를 치환할 수 있지만, 기판의 중앙부에서는 불활성 가스가 적어지기 때문에 반응 가스를 치환할 수 있는 비율이 적어져 반응 가스가 체류하기 쉬워진다. 기판의 외주부에서는 반응 가스를 효율적으로 제거할 수 있지만, 기판의 중앙부에서는 불활성 가스가 적어 기판 상의 반응 가스를 제거하지 못한다. 일시적으로, 기판면 내에 반응 가스의 농도 구배가 발생하여, 기판의 중앙부는 반응 가스의 농도가 높고, 기판의 외주부는 반응 가스의 농도가 낮은 상태가 된다. 그 동안에, 기판 표면에 흡착되어 있는 원료 가스는 기판의 중앙부에서는 반응하기 쉽고, 기판의 외주부에서는 반응하기 어려워진다. 이 경우, 외주부가 얇고(막 두께가 낮고) 중앙부가 두꺼운(막 두께가 높은) 볼록 형상(convex)의 막 두께 분포를 갖는 박막을 얻을 수 있다. 이 효과는, 특히 표면적이 큰 패턴 구비 기판 상에 성막할 때 특히 현저해진다. 이하에, 상세를 설명한다.
<제1 실시 형태>
이하, 실시 형태의 예에 대해서, 주로, 도 2 내지 도 4를 사용해서 설명한다.
(1) 처리로의 구성
처리로(202)는, 가열 수단(가열 기구, 가열계)으로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는, 원통 형상이며, 보유 지지판으로서의 히터 베이스(도시하지 않음)에 지지됨으로써 수직으로 거치되어 있다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원형으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은, 내열성 재료(예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등)로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)과 동심원형으로, 매니폴드(인렛 플랜지)(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스(SUS) 등의 금속으로 이루어지고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부는, 반응관(203)의 하단부에 걸림 결합하고 있어, 반응관(203)을 지지하도록 구성되어 있다. 매니폴드(209)와 반응관(203)의 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 마련되어 있다. 매니폴드(209)가 히터 베이스에 지지됨으로써, 반응관(203)은 수직으로 거치된 상태가 된다. 주로, 반응관(203)과 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성되어 있다. 처리 용기의 통 중공부에는 처리실(201)이 형성되어 있다.
처리실(201)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향으로 다단으로 정렬한 상태에서 수용 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 노즐(410, 420)이 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(410, 420)에는, 가스 공급 라인으로서의 가스 공급관(310, 320)이 각각 접속되어 있다.
가스 공급관(310, 320)에는 상류측부터 차례로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(512, 522) 및 개폐 밸브인 밸브(314, 324)가 마련되어 있다. 가스 공급관(310, 320)의 밸브(314, 324)의 하류측에는, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(510, 520)이 접속되어 있다. 가스 공급관(510, 520)에는, 상류측부터 차례로 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(512, 522) 및 개폐 밸브인 밸브(514, 524)가 마련되어 있다.
노즐(410, 420)은, L자형의 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(410, 420)의 수직부는, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에 형성되는 원환형의 공간에, 반응관(203)의 내벽을 따라 상방(웨이퍼(200)의 배열 방향 상방)을 향해서 직립되도록(즉 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향해서 직립되도록) 마련되어 있다. 즉, 노즐(410, 420)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 마련되어 있다.
노즐(410, 420)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(410a, 420a)이 웨이퍼(200)의 배열 방향을 따라, 웨이퍼(200)가 배열된 기판 배열 영역에 대응하도록 마련되어 있다. 가스 공급 구멍(410a, 420a)은, 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되어 있다. 이 가스 공급 구멍(410a, 420a)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되고, 각각 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 마련되어 있다. 단, 가스 공급 구멍(410a, 420a)은, 상술한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 반응관(203)의 하부로부터 상부를 향해서 개구 면적을 점차 크게 해도 된다. 이에 의해, 가스 공급 구멍(410a, 420a)으로부터 공급되는 가스의 유량을 균일화하는 것이 가능하게 된다.
가스 공급관(310)으로부터는, 처리 가스로서 원료 가스가, MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 원료 가스로서는, 예를 들어 금속 원소인 티타늄(Ti)을 포함하는 금속 함유 원료(금속 함유 가스)인 티타늄 함유 원료(Ti 함유 원료 가스, Ti 함유 가스)로서의 사염화티타늄(TiCl4)의 가스가 사용된다. 본 명세서에서 「원료」라는 말을 사용한 경우에는, 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는 그 양쪽을 의미하는 경우가 있다.
가스 공급관(320)으로부터는, 처리 가스로서, 질소(N)를 포함하는 N 함유 가스인 반응 가스로서의 질화 가스(질화제, 질화 원료)가, 노즐(420)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. N 함유 가스로서는, 예를 들어 암모니아(NH3 가스)를 사용할 수 있다.
가스 공급관(510, 520)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(512, 522), 밸브(514, 524), 노즐(410, 420)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다.
처리 가스로서 TiCl4와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 화합물을 사용하는 경우에는, 액체 상태의 TiCl4를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, TiCl4 가스로서 처리실(201) 내에 공급하게 된다.
주로, 가스 공급관(310, 320), MFC(312, 322), 밸브(314, 324)에 의해 처리 가스 공급계가 구성된다. 노즐(410, 420)을 처리 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 처리 가스 공급계를, 간단히 가스 공급계라고 칭할 수도 있다.
주로, 가스 공급관(310), MFC(312), 밸브(314)에 의해 원료 가스 공급계가 구성된다. 노즐(410)을 원료 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 가스 공급관(310)으로부터 금속 함유 가스를 흘리는 경우, 원료 가스 공급계를 금속 함유 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(310)으로부터 TiCl4 가스를 흘리는 경우, 금속 함유 가스 공급계를 TiCl4 가스 공급계라고 칭할 수도 있다.
주로, 가스 공급관(320), MFC(322), 밸브(324)에 의해 반응 가스 공급계가 구성된다. 노즐(420)을 반응 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 가스 공급관(320)으로부터 N 함유 가스인 질화 가스를 흘리는 경우, 반응 가스 공급계를 N 함유 가스 공급계나 질화 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. 가스 공급관(320)으로부터 NH3 가스를 흘리는 경우, N 함유 가스 공급계를 NH3 가스 공급계라고 칭할 수도 있다.
주로, 가스 공급관(510, 520), MFC(512, 522), 밸브(514, 524)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다.
반응관(203)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 마련되어 있다. 배기관(231)에는, 상류측부터 차례로 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245), APC(Auto Pressure Controller) 밸브(243), 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. APC 밸브(243)는, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있는 밸브이다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(243), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함해서 생각해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)은, 매니폴드(209)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 맞닿아지게 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 SUS 등의 금속으로 이루어지고, 원반형으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220b)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는, 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 시일 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜 다단으로 지지하도록, 즉, 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)의 천정부에는, 천장판(215)이 마련되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성된다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성되는 단열판(218)이 수평 자세로 다단으로 지지되어 있다. 이 구성에 의해, 히터(207)로부터의 열이 시일 캡(219)측에 전해지기 어렵게 되어 있다. 단, 본 실시 형태는 상술한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 보트(217)의 하부에 단열판(218)을 마련하지 않고, 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성되는 통형의 부재로서 구성된 단열 통을 마련해도 된다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있어, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에 대한 통전량을 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는, 노즐(410, 420)과 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있고, 반응관(203)의 내벽을 따라 마련되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는, CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스를 통해서, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하게 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피나, 후술하는 클리닝 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 클리닝 레시피나, 후술하는 퍼지 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 퍼지 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 또한, 클리닝 레시피는, 후술하는 클리닝 처리에서의 각 수순을, 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 또한, 퍼지 레시피는, 후술하는 퍼지 처리에서의 각 수순을, 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 클리닝 레시피나 퍼지 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 간단히 프로그램이라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우에는, 프로세스 레시피 단체만을 포함하는 경우, 클리닝 레시피 단체만을 포함하는 경우, 퍼지 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 프로세스 레시피, 클리닝 레시피, 퍼지 레시피 및 제어 프로그램 중 임의의 조합을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보유되는 메모리 영역(워크 에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(312, 322, 512, 522), 밸브(314, 324, 514, 524), APC 밸브(243), 압력 센서(245), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피나 클리닝 레시피나 퍼지 레시피 등을 판독하도록 구성되어 있다. 이하, 편의상, 이들 레시피를 총칭해서 간단히 「레시피」라고도 칭하기로 한다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, MFC(312, 322, 512, 522)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(314, 324, 514, 524)의 개폐 동작, APC 밸브(243)의 개폐 동작 및 APC 밸브(243)에 의한 압력 센서(245)에 기초하는 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는, 외부 기억 장치(예를 들어, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(123)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체라는 말을 사용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터에의 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용해서 행해도 된다.
(2) 성막 처리
상술한 기판 처리 장치를 사용하여, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 상에 막을 형성하는 시퀀스 예에 대해서, 도 5를 사용해서 설명한다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
도 5에 도시하는 성막 시퀀스에서는, 처리실(201) 내에 수용된 기판으로서의 웨이퍼(200)에 대하여, 원료 가스로서의 TiCl4 가스와, 반응 가스로서의 NH3 가스를 공급하여, 웨이퍼(200) 상에 티타늄질화막(TiN막)을 형성한다.
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성된 소정의 층 등의 표면을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면 상에 소정의 층을 직접 형성하는 것을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성되어 있는 층 등의 위에 소정의 층을 형성하는 것을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 동의이다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)된다. 그 후, 도 1에 도시한 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220)을 통해서 매니폴드(209)의 하단을 폐색한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은, 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여, APC 밸브(243)가 피드백 제어된다(압력 조정). 진공 펌프(246)는, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에 대한 통전량이 피드백 제어된다(온도 조정). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행하여진다. 계속해서, 회전 기구(267)에 의해 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은, 적어도, 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행하여진다.
(TiN막 형성 스텝)
그 후, 이하의 스텝을 순차 실시한다.
(원료 가스 공급 스텝)
밸브(314)를 개방하여, 가스 공급관(310) 내에 원료 가스인 TiCl4 가스를 흘린다. 가스 공급관(310) 내를 흐르는 TiCl4 가스는, MFC(312)에 의해 유량 조정되어, 노즐(410)의 가스 공급 구멍(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 TiCl4 가스가 공급되게 된다. 이때 동시에 밸브(514)를 개방하여, 가스 공급관(510) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(510) 내를 흐르는 N2 가스는, MFC(512)에 의해 유량 조정되어, TiCl4 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 노즐(420) 내에의 TiCl4 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(524)를 개방하여, 가스 공급관(520) 내에 N2 가스(역류 방지 N2 가스)를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(520), 노즐(420)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
처리실(201) 내의 압력: 1 내지 1330Pa, 바람직하게는 40 내지 1100Pa
TiCl4 가스 공급 유량: 0.01 내지 1.0slm, 바람직하게는 0.1 내지 0.5slm
노즐(410, 420)로부터 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량: 0.5 내지 5.0slm, 바람직하게는 2.0 내지 3.0slm
각 가스 공급 시간: 1 내지 60초, 바람직하게는 1 내지 10초
처리 온도: 200 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 600℃
가 예시된다. 본 명세서에서는, 수치의 범위로서, 예를 들어 1 내지 1330Pa이라고 기재한 경우에는, 1Pa 이상 1330Pa 이하를 의미한다. 즉, 수치의 범위 내에는 1Pa 및 1330Pa이 포함된다. 압력뿐만 아니라, 유량, 시간, 온도 등, 본 명세서에 기재되는 모든 수치에 대해서 마찬가지이다.
상술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 TiCl4 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)의 최표면에, TiCl4 가스의 흡착층인 TiCl4 흡착층이 형성된다. TiCl4 흡착층은 Ti를 포함하는 Ti 함유층이라고도 할 수 있다.
(잔류 가스 제거 스텝)
TiCl4 흡착층이 형성된 후, 밸브(314)를 닫아, TiCl4 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 채로 두고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiCl4 흡착층 형성에 기여한 후의 TiCl4 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때, 밸브(514, 524)를 제어하여, 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량을 원료 가스 공급 스텝에서의 N2 가스의 총 공급 유량보다 많아지도록 조정한다. N2 가스는 치환 가스(퍼지 가스)로서 작용하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiCl4 흡착층 형성에 기여한 후의 TiCl4 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 물리 흡착된 TiCl4 가스를 웨이퍼(200) 상으로부터 제거하여(날려버려), 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
노즐(410, 420)로부터 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량: 0.1 내지 15.0slm, 바람직하게는 7.0 내지 13.0slm
각 가스 공급 시간: 2 내지 30초, 바람직하게는 4 내지 10초
가 예시된다.
노즐(410, 420)로부터 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량이 0.1slm보다 적으면, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiCl4 흡착층 형성에 기여한 후의 TiCl4 가스나, 웨이퍼(200) 상에 물리 흡착된 TiCl4 가스를, 처리실(201)로부터 충분히 배제할 수 없어, 잔류해버리는 경우가 있다. 노즐(410, 420)로부터 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량이 15.0slm보다 많으면, 처리실(201) 내의 압력이 너무 높아져서, 다음으로 행하는 반응 가스 공급 스텝을 행하기 전에 압력을 내리기 위한 시간을 요하기 때문에 스루풋이 저하되는 경우가 있다.
본 스텝에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, N2 가스의 공급에 의한 N2 치환(퍼지)과, 진공 배기를 교대로 반복해서 행해도 된다. 교대로 반복해서 행함으로써, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiCl4 흡착층 형성에 기여한 후의 TiCl4 가스나, 웨이퍼(200) 상에 물리 흡착된 TiCl4 가스를, 보다 효율적으로 처리실(201)로부터 배제하는 것이 가능하게 된다. 그 때, TiCl4 가스의 공급을 정지한 직후 및 후술하는 NH3 가스의 공급을 개시하기 직전은, N2 치환(퍼지)을 행하면, TiCl4 가스와 NH3 가스의 난류를 억제하는 효과를 높일 수 있다. 또한, 노즐(410, 420)로부터 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량은, TiCl4 가스의 공급을 정지한 직후는 TiCl4 가스의 공급 시와 동일한 유량으로 함으로써, 난류를 억제하는 효과를 높일 수 있다. NH3 가스의 공급을 개시하기 직전은, NH3 가스의 공급 시와 동일한 유량으로 함으로써, 난류를 억제하는 효과를 높일 수 있다. 또한, 진공 배기 시에도 N2 가스의 공급에 의한 N2 치환(퍼지)은 연속해서 행하고 있어도 된다. 연속해서 행하는 경우, N2 가스의 공급에 의한 N2 치환(퍼지)의 프로세스 조건은 상술한 바와 같다.
(반응 가스 공급 스텝)
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(324)를 개방하여, 가스 공급관(320) 내에 반응 가스인 NH3 가스를 흘린다. 가스 공급관(320) 내를 흐르는 NH3 가스는, MFC(322)에 의해 유량 조정되어, 노즐(420)의 가스 공급 구멍(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 처리실(201) 내에 공급된 NH3 가스는, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스가 공급되게 된다. 이때 동시에 밸브(524)를 개방하여, 가스 공급관(520) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(520) 내를 흐르는 N2 가스는, MFC(522)에 의해 유량 조정되어, NH3 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 노즐(410) 내에의 NH3 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(514)를 개방하여, 가스 공급관(510) 내에 N2 가스(역류 방지 N2 가스)를 흘린다. N2 가스는, 가스 공급관(510), 노즐(410)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
처리실(201) 내의 압력: 1 내지 1330Pa, 바람직하게는 50 내지 1110Pa
노즐(410, 420)로부터 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량: 0.5 내지 5.0slm, 바람직하게는 1.0 내지 3.0slm
각 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 5 내지 60초
가 예시된다. 처리 온도 등의 다른 처리 조건은, 원료 가스 공급 스텝에서의 처리 조건과 마찬가지로 한다.
이때 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는, NH3 가스와 N2 가스만이다. NH3 가스는, 원료 가스 공급 스텝에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 TiCl4 흡착층의 적어도 일부와 치환 반응한다. 치환 반응 시에는, TiCl4 흡착층에 포함되는 Ti와 NH3 가스에 포함되는 N이 결합하여, 웨이퍼(200) 상에 Ti와 N을 포함하는 TiN층이 형성된다.
(잔류 가스 제거 스텝)
TiN층을 형성한 후, 밸브(324)를 닫아, NH3 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 원료 가스 공급 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
이때, 밸브(514, 524)를 제어하여, 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량을 반응 가스 공급 스텝에서의 총 공급 유량보다 적어지도록 조정한다. 즉, 본 잔류 가스 제거 스텝에서, 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량이, 반응 가스 공급 스텝에서의 N2 가스의 총 공급 유량보다 적어지는 타이밍을 갖도록 조정한다. N2 가스는 치환 가스(퍼지 가스)로서 작용하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiN층 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 부생성물(예를 들어, HCl 등)을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. 특히, 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량을 반응 가스 공급 스텝에서의 N2 가스의 총 공급 유량보다 적어지도록 조정함으로써, 웨이퍼(200)의 외주부에 있어서, 보다 NH3 가스를 배제하는 효과를 높일 수 있다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 물리 흡착된 NH3 가스를 웨이퍼(200)의 외주부로부터 보다 많이 제거하여(날려버려), 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. 동시에, 웨이퍼(200)의 중앙부에 있어서, 미반응 또는 TiN층 형성에 기여한 후의 NH3 가스를 체류시키고, 또한 중앙부의 TiCl4 흡착층이나 TiN층과 반응시킴으로써, 볼록 형상의 분포를 갖는 TiN층을 형성할 수 있다.
본 스텝에서의 처리 조건으로서는,
노즐(410, 420)로부터 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량: 0.1 내지 5.0slm, 바람직하게는 0.6 내지 3.0slm
각 가스 공급 시간: 2 내지 30초, 바람직하게는 4 내지 10초
가 예시된다.
노즐(410, 420)로부터 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량이 0.1slm보다 적으면, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiN층 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 부생성물을, 처리실(201)로부터 충분히 배제할 수 없어, 잔류해버리는 경우가 있다. 노즐(410, 420)로부터 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량이 10.0slm보다 많으면, 웨이퍼(200)의 외주부와 중앙부에서, 막 두께 분포의 차를 만들 수 없어, 원하는 면내 균일성을 얻을 수 없게 되는 경우가 있다.
본 스텝에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, N2 가스의 공급에 의한 N2 치환(퍼지)과, 진공 배기를 교대로 반복해서 행해도 된다. 교대로 반복해서 행함으로써, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiN층 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 부생성물이나, 웨이퍼(200) 상에 물리 흡착된 NH3 가스를, 보다 효율적으로 처리실(201)로부터 배제하는 것이 가능하게 된다. 그 때, NH3 가스의 공급을 정지한 직후(즉 최초의 N2 치환, 최초의 불활성 가스 공급 시) 및 다음 사이클의 TiCl4 가스의 공급을 개시하기 직전(즉 최후의 N2 치환, 최후의 불활성 가스 공급 시)의 타이밍에서는, N2 치환(퍼지)을 행하면, TiCl4 가스와 NH3 가스의 난류를 억제하는 효과를 높일 수 있다. 또한, 노즐(410, 420)로부터 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량은, NH3 가스의 공급을 정지한 직후의 타이밍에서는 반응 가스 공급 스텝에서의 총 공급 유량과 동일한 유량이 되도록 조정함으로써, 난류를 억제하는 효과를 높일 수 있다. 소정 횟수의 N2 치환을 행한 후, 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량이, 반응 가스 공급 스텝에서의 총 공급 유량보다 적어지도록 조정한다. 그 후, TiCl4 가스의 공급을 개시하기 직전의 타이밍에서는, 원료 가스 공급 스텝에서의 총 공급 유량과 동일한 유량이 되도록 조정함으로써, 난류를 억제하는 효과를 높일 수 있다. 또한, 진공 배기 시에도 N2 가스의 공급에 의한 N2 치환(퍼지)은 연속해서 행하고 있어도 된다. 연속해서 행하는 경우, N2 가스의 공급에 의한 N2 치환(퍼지)의 프로세스 조건은 상술한 바와 같다. 그 때, 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량을, 반응 가스 공급 스텝에서의 총 공급 유량보다 적은 유량으로 연속해서 공급하도록 조정해도 된다. 또는, 처리실(201) 내에 공급하는 N2 가스의 총 공급 유량을, NH3 가스의 공급을 정지한 직후의 타이밍에서는 반응 가스 공급 스텝에서의 총 공급 유량과 동일한 유량으로 하고, 다음 사이클의 TiCl4 가스의 공급을 개시하기 직전의 타이밍에서는 원료 가스 공급 스텝에서의 총 공급 유량과 동일한 유량으로 하고, 그 이외의 타이밍에서는 반응 가스 공급 스텝에서의 총 공급 유량보다 적은 유량이 되도록 조정해서 공급해도 된다.
(소정 횟수 실시)
상기한 각 스텝을 차례로 시분할해서 행하는 사이클을 소정 횟수(n회, n은 1 이상의 정수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께의 TiN막을 형성한다. n의 값은, 최종적으로 형성되는 TiN막에 있어서 필요로 하는 막 두께에 따라서 적절히 선택된다. 즉, 상술한 각 처리를 행하는 횟수는, 목표로 하는 막 두께에 따라서 결정된다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. TiN막의 두께는, 예를 들어 0.1 내지 300nm, 바람직하게는 0.8 내지 200nm로 한다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
밸브(514, 524)를 개방하여, 가스 공급관(510, 520) 각각으로부터 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하여, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하며, 이에 의해 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 매니폴드(209)의 하단이 개구된다. 그리고, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 그 후, 처리가 끝난 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 본 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(a) 원료 가스와 반응 가스를 사용해서 박막을 형성할 때, 반응 가스를 치환할 때, 불활성 가스의 공급 유량을 조정해서 최적화함으로써, 기판의 중앙부와 외주부에서 막 두께 분포를 변화시켜, 원하는 막 두께 분포를 얻는 것이 가능하게 된다.
(b) 기판의 중앙부와 외주부에서 막 두께 분포를 변화시켜, 원하는 막 두께 분포를 얻음으로써, 전기 특성의 개선을 행하는 것이 가능하게 된다.
(c) 기판의 중앙부와 외주부에서 막 두께 분포를 변화시켜, 원하는 막 두께 분포를 얻음으로써, 표면적이 큰 패턴 구비 기판 상에 성막할 때 현저해지는 기판면 내의 로딩 이펙트에 대한 대책을 행하는 것이 가능하게 된다.
(d) 반응 가스 공급 후의 치환 스텝에서, 불활성 가스의 공급 유량을 적게 함으로써, 기판의 외주부가 얇고 중앙부가 두꺼운 볼록 형상의 막 두께 분포를 갖는 박막을 얻을 수 있다.
(e) 반응 가스의 공급을 정지한 직후 및 다음 사이클의 원료 가스의 공급을 개시하기 직전에, 불활성 가스에 의한 치환(퍼지)을 행하면, 난류를 억제하는 효과를 높일 수 있다.
(f) 반응 가스의 공급을 정지한 직후에 공급하는 불활성 가스의 유량을 반응 가스의 공급 시와 동일한 유량으로 함으로써, 난류를 억제하는 효과를 높일 수 있다.
(g) 원료 가스의 공급을 개시하기 직전에 공급하는 불활성 가스의 유량을, 원료 가스의 공급 시와 동일한 유량으로 함으로써, 난류를 억제하는 효과를 높일 수 있다.
도 6에, 본 실시 형태의 실험 결과로서, 반응 가스 공급 후의 잔류 가스 제거 스텝에서 공급하는 불활성 가스의 공급 유량을 변동시켜 얻어진 결과를 나타낸다. 웨이퍼(200)의 중앙부로부터의 거리(Distance from Wafer center)에 대한 웨이퍼(200)의 중앙부와의 막 두께비(Thickness Ratio)이며, 웨이퍼(200)의 중앙부와의 막 두께비는, 웨이퍼(200)의 중앙부의 값을 100％로 해서 환산한 보정값이다. 도 6으로부터, 불활성 가스의 공급 유량이 적어질수록, 면내 막 두께 분포는 볼록 형상으로 변동하는 것을 알 수 있다.
<다른 실시 형태>
이상, 실시 형태의 예를 구체적으로 설명하였다. 그러나, 본 개시는 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 불활성 가스로서 N2 가스를 예시했지만, 불활성 가스로서는, N2 가스 외에, 예를 들어 Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
또한 예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 기판 상에 형성하는 막으로서 Ti 원소를 사용한 TiO막을 예시했지만, TiO막 외에, 예를 들어 Ti 이외의 원소로서, 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 코발트(Co), 이트륨(Y), 루테늄(Ru), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 등의 원소를 포함하는 산화막, 질화막, 탄화막이나, 그것들의 복합막을 형성하는 경우에도 적합하게 적용 가능하다.
상술한 원소를 포함하는 막을 형성하는 경우, 원료 가스로서는, 예를 들어 TiCl4 이외에, 테트라키스디메틸아미노티타늄(Ti[N(CH3)2]4, 오염화탄탈(TaCl5), 펜타에톡시탄탈(Ta(OC2H5)5), 육불화텅스텐(WF6), 비스(터셔리부틸이미노)비스(터셔리부틸아미노)텅스텐((C4H9NH)2W(C4H9N)2), 이염화코발트(CoCl2), 비스(에틸시클로펜타디에닐)코발트(C14H18Co), 삼염화이트륨(YCl3), 트리스(부틸시클로펜타디에닐)이트륨(Y(C5H4CH2(CH2)2CH3)3), 삼염화루테늄(RuCl3), 비스(에틸시클로펜타디에닐)루테늄(C14H18Ru), 삼염화알루미늄(AlCl3), 트리메틸알루미늄((CH3)3Al), 사염화하프늄(HfCl4), 테트라키스에틸메틸아미노하프늄(Hf[N(CH3)CH2CH3]4, 사염화지르코늄(ZrCl4), 테트라키스에틸메틸아미노지르코늄(Zr[N(CH3)CH2CH3]4), 모노실란(SiH4), 디클로로실란(SiH2Cl2), 트리스디메틸아미노실란(SiH[N(CH3)2]3 등의 할로겐화물, 유기 화합물을 포함하는 원료 가스를 사용하는 것도 가능하다.
반응 가스로서는, 예를 들어 암모니아(NH3) 이외에, 산화질소(N2O), 오존(O3), 산소(O2), 수증기(H2O), 과산화수소(H2O2), O2+H2의 혼합 가스, 수증기(H2O 가스), 프로필렌(C3H6) 등이나 이들을 플라스마 여기한 것 등을 사용하는 것도 가능하다.
상술한 실시 형태에서는, 반응관이 단일관 구조를 갖는 예에 대해서 설명하였다. 그러나, 반응관은, 내부 반응관(이너 튜브)과, 그 외측에 마련된 외부 반응관(아우터 튜브)을 갖는 이중관 구조를 갖고 있어도 된다.
이들 각종 박막의 성막 처리에 사용되는 프로세스 레시피(성막 처리의 처리 수순이나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)나, 이들 각종 박막을 포함하는 퇴적물의 제거에 사용되는 클리닝 레시피(클리닝 처리의 처리 수순이나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)나, 잔류 할로겐 원소의 제거에 사용되는 퍼지 레시피(퍼지 처리의 처리 수순이나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)는, 성막 처리나 클리닝 처리나 퍼지 처리의 내용(형성, 혹은 제거하는 박막의 막종, 조성비, 막질, 막 두께 등)에 따라서, 각각 개별로 준비하는(복수 준비하는) 것이 바람직하다. 그리고, 각종 처리를 개시할 때, 처리 내용에 따라서, 복수의 레시피 중에서 적정한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 처리 내용에 따라서 개별로 준비된 복수의 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 레시피를 기록한 기록 매체(외부 기억 장치(123))를 통해서, 기판 처리 장치가 구비하는 기억 장치(121c) 내에 미리 저장(인스톨)해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 성막 처리나 클리닝 처리나 퍼지 처리를 개시할 때, 기판 처리 장치가 구비하는 CPU(121a)가, 기억 장치(121c) 내에 저장된 복수의 레시피 중에서, 처리 내용에 따라서 적정한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이렇게 구성함으로써, 1대의 기판 처리 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적이면서 또한 재현성 좋게 형성하거나 제거하거나 할 수 있게 된다. 또한, 오퍼레이터의 조작 부담(처리 수순이나 처리 조건 등의 입력 부담 등)을 저감할 수 있어, 조작 미스를 피하면서, 각종 처리를 신속하게 개시할 수 있게 된다.
상술한 프로세스 레시피나 클리닝 레시피나 퍼지 레시피는, 새롭게 작성하는 경우에 한하지 않고, 예를 들어 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 변경함으로써 준비해도 된다. 레시피를 변경하는 경우에는, 변경 후의 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 레시피를 기록한 기록 매체를 통해서, 기판 처리 장치에 인스톨해도 된다. 또한, 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여, 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 직접 변경하도록 해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태나 변형예 등은, 적절히 조합해서 사용할 수 있다. 또한, 이때의 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
10: 기판 처리 장치
121: 컨트롤러
200: 웨이퍼
201: 처리실
202: 처리로

Claims (11)

  1. 처리실 내의 기판에 대하여, 원료 가스와 불활성 가스를 공급하는 제1 공정과,
    상기 원료 가스의 공급을 멈춘 상태에서, 상기 기판에 대하여 상기 불활성 가스를 공급하여, 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 제거하는 제2 공정과,
    상기 기판에 대하여, 반응 가스와 상기 불활성 가스를 공급하는 제3 공정과,
    상기 반응 가스의 공급을 멈춘 상태에서, 상기 기판에 대하여 상기 불활성 가스를 공급하여, 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 제거하는 제4 공정
    을 갖고,
    상기 제4 공정에서는, 상기 불활성 가스의 유량이, 상기 제3 공정에서 공급하는 상기 불활성 가스의 유량보다 적어지는 타이밍을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제4 공정에서는,
    적어도 최초의 상기 불활성 가스의 공급 시에는, 상기 불활성 가스를 상기 제3 공정에서 공급하는 상기 불활성 가스의 유량보다도 적은 유량으로 공급하고, 적어도 최후의 상기 불활성 가스의 공급 시에는, 상기 불활성 가스를 상기 제1 공정에서 공급하는 상기 불활성 가스의 유량과 동일한 유량으로 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 공정부터 상기 제4 공정을 차례로 복수회 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제4 공정에서는, 상기 불활성 가스의 유량이, 상기 제1 공정에서 공급하는 상기 불활성 가스의 유량과 동일한 유량으로 되는 타이밍을 갖는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제4 공정에서는, 상기 불활성 가스의 공급과 진공 배기를 교대로 복수회 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제4 공정에서는, 상기 불활성 가스의 공급과 진공 배기를 교대로 복수회 행할 때, 적어도 최초의 상기 불활성 가스의 공급 시에는, 상기 불활성 가스를, 상기 제3 공정에서 공급하는 상기 불활성 가스의 유량보다 적은 유량으로 공급하고, 적어도 최후의 상기 불활성 가스의 공급 시에는, 상기 불활성 가스를, 상기 제1 공정에서 공급하는 상기 불활성 가스의 유량과 동일한 유량으로 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제4 공정에서는, 상기 불활성 가스를, 상기 제3 공정에서 공급하는 상기 불활성 가스의 유량보다 적은 유량으로 연속해서 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 공정에서는, 상기 불활성 가스의 유량이, 상기 제1 공정에서 공급하는 상기 불활성 가스의 유량보다 많아지는 타이밍을 갖는, 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 공정에서는, 상기 불활성 가스의 공급과 진공 배기를 교대로 복수회 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 기판을 수용하는 처리실과,
    상기 처리실에, 원료 가스, 반응 가스, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급계와,
    상기 처리실에 수용된 기판에 대하여, 상기 원료 가스와 상기 불활성 가스를 공급하는 제1 처리와, 상기 원료 가스의 공급을 멈춘 상태에서, 상기 기판에 대하여 상기 불활성 가스를 공급하여, 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 제거하는 제2 처리와, 상기 기판에 대하여, 상기 반응 가스와 상기 불활성 가스를 공급하는 제3 처리와, 상기 반응 가스의 공급을 멈춘 상태에서, 상기 기판에 대하여 상기 불활성 가스를 공급하여, 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 제거하는 제4 처리를 행하게 하고, 상기 제4 처리에 있어서, 상기 불활성 가스의 유량이, 상기 제3 공정에서 공급하는 상기 불활성 가스의 유량보다 적어지는 타이밍을 갖도록, 상기 가스 공급계를 제어하도록 구성되는 제어부
    를 갖는 기판 처리 장치.
  11. 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여, 원료 가스와 불활성 가스를 공급하는 제1 수순과,
    상기 원료 가스의 공급을 멈춘 상태에서, 상기 기판에 대하여 상기 불활성 가스를 공급하여, 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 원료 가스를 제거하는 제2 수순과,
    상기 기판에 대하여, 반응 가스와 상기 불활성 가스를 공급하는 제3 수순과,
    상기 반응 가스의 공급을 멈춘 상태에서, 상기 기판에 대하여 상기 불활성 가스를 공급하여, 상기 처리실 내에 잔류하는 상기 반응 가스를 제거하는 제4 수순과,
    상기 제4 수순에 있어서, 상기 불활성 가스의 유량이, 상기 제3 수순에서 공급하는 상기 불활성 가스의 유량보다 적어지는 타이밍을 갖도록 하게 하는 수순을, 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램.
KR1020207026032A 2018-03-30 2019-03-08 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록매체 KR102536220B1 (ko)

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