KR20210020796A - 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 원하는 막 특성을 갖는 실리콘이 함유된 금속 함유 질화막을 형성할 수 있는 기술을 제공한다.
실리콘이 함유된 금속 함유 질화막을 성막하는 성막 방법이며, 기판이 수용된 처리 용기 내에 금속 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 갖고, 상기 금속 함유 가스를 공급하는 공정과 상기 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정을 이 순으로 n회(n은 1 이상의 정수) 실행한 후, 상기 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 실행하는 것을 이 순으로 m회(m은 1 이상의 정수) 반복하는 성막 방법이 제공된다.

Description

성막 방법 및 성막 장치{FILM FORMING METHOD AND FILM FORMING APPARATUS}
본 개시는, 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 특허문헌 1은, 금속 함유 가스, 실리콘 함유 가스, 질소 함유 가스를 사용해서 기판 상에 고융점 금속 질화 실리콘층을 성막하는 방법을 제안하고 있다.
예를 들어, 특허문헌 2는, 티타늄 함유 가스, 실리콘 함유 가스, 및 질소 함유 가스를 사용해서 기판 상에 TiSiN막을 성막하는 방법을 제안하고 있다.
일본 특허 공개 제2005-512337호 공보 일본 특허 공개 제2013-145796호 공보
예를 들어, TiN막 등의 금속 함유 질화막에 실리콘을 도핑하면 막의 저항률이 높아지는 경우가 있다.
본 개시는, 원하는 막 특성을 갖는 실리콘이 함유된 금속 함유 질화막을 형성할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의하면, 실리콘이 함유된 금속 함유 질화막을 성막하는 성막 방법이며, 기판이 수용된 처리 용기 내에 금속 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 갖고, 상기 금속 함유 가스를 공급하는 공정과 상기 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정을 이 순으로 n회(n은 1 이상의 정수) 실행한 후, 상기 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 실행하는 것을 이 순으로 m회(m은 1 이상의 정수) 반복하는 성막 방법이 제공된다.
일 측면에 의하면, 원하는 막 특성을 갖는 실리콘이 함유된 금속 함유 질화막을 형성할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 TiSiN막의 성막 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 일 실시 형태에 따른 성막 장치의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 3은 일 실시 형태에 따른 성막 방법에 의한 막의 저항률의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4는 일 실시 형태에 따른 성막 방법에 의한 막의 저항률 개선율의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 일 실시 형태에 따른 성막 방법에 의한 성막 레이트의 일례를 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 각 도면에서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
일 실시 형태에 따른 성막 방법은, 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법에 의해, 기판 상에 실리콘이 함유(도프)된 금속 함유 질화막을 성막하는 방법이다. 이하의 설명에서는, 도핑된 금속 함유 질화막의 일례로서, 규질화티타늄(TiSiN)막을 성막한다.
구체적으로는, 일 실시 형태에 따른 성막 방법은, 기판이 수용된 처리 용기 내에 금속 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 갖고, 상기 금속 함유 가스를 공급하는 공정과 상기 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정을 이 순으로 n회(n은 1 이상의 정수) 실행한 후, 상기 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 실행하는 것을 이 순으로 m회(m은 1 이상의 정수) 반복한다.
이하, 처리 용기 내에 금속 함유 가스를 공급하는 공정을 「제1 공정」이라고 칭한다. 「제1 공정」의 일례로서, 처리 용기 내에 사염화티타늄(TiCl4) 가스를 공급하는 공정을 예로 든다.
또한, 처리 용기 내에 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정을 「제2 공정」이라고 칭한다. 「제2 공정」의 일례로서, 처리 용기 내에 실란(SiH4) 가스를 공급하는 공정을 예로 든다.
또한, 처리 용기 내에 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 「제3 공정」이라고 칭한다. 「제3 공정」의 일례로서, 처리 용기 내에 암모니아(NH3) 가스를 공급하는 공정을 예로 든다.
본 실시 형태에 따른 성막 방법은, 제1 공정과 제2 공정을 이 순으로 1회 또는 복수회(n회) 실행한 후에 제3 공정을 실행하는 것을 복수회(m회) 실행한다. 이하에서는, n이 「1」일 때의 성막 방법을 「본 실시 형태(1사이클)」라고 표기하고, n이 「복수」일 때의 성막 방법을 「본 실시 형태(복수 사이클)」라고 표기하는 경우가 있다.
[성막 방법]
먼저, 일 실시 형태에 따른 TiSiN막의 성막 방법에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 일 실시 형태에 따른 TiSiN막의 성막 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 처리에서는, 먼저, 처리 용기 내에 기판을 수용함과 함께, 처리 용기 내를 감압 상태로 유지하고, 기판을 소정의 온도로 조정한다. 이어서, 기판이 수용된 처리 용기 내에 TiCl4 가스를 공급한다(스텝 S1). 이에 의해, 기판 상에는 Ti가 퇴적되어, Ti층이 형성된다. 스텝 S1의 처리 시간은, 예를 들어 0.01초 내지 5초이면 된다. TiCl4 가스는 금속 함유 가스의 일례이다. 금속 함유 가스로서는, TiCl4 가스, TDMAT(Tetrakis dimethylamido titanium) 가스, TEMAT(Tetrakis ethylmethylamido titanium) 가스, TDEAT(Tetrakis diethylamido titanium) 가스 등을 사용할 수 있다.
계속해서, TiCl4 가스의 공급을 정지한 후, 처리 용기 내를 퍼지 가스에 의해 퍼지한다(스텝 S2). 퍼지 가스로서는, N2 가스, Ar 가스 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다. 일 실시 형태에서는, 퍼지 가스는 N2 가스이며, 스텝 S2의 처리 시간은 0.01초 내지 5초이다.
계속해서, 퍼지 가스의 공급을 정지한 후, 처리 용기 내에 SiH4 가스를 공급한다(스텝 S3). 이에 의해, 기판 상에 형성된 Ti층에 Si가 도핑된다. 스텝 S3의 처리 시간은, 예를 들어 0.05초 내지 5초이면 된다. 스텝 S3의 처리 시간은 스텝 S1의 처리 시간과 동일한 것이 바람직하다. SiH4 가스는 실리콘 함유 가스의 일례이다. 실리콘 함유 가스로서는, SiH4 가스, Si2H6 가스, ClH3Si 가스, DCS(SiH2Cl2) 가스 등을 사용할 수 있다.
계속해서, SiH4 가스의 공급을 정지한 후, 처리 용기 내를 퍼지 가스에 의해 퍼지한다(스텝 S4). 퍼지 가스로서는, N2 가스, Ar 가스 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다. 일 실시 형태에서는, 퍼지 가스는 N2 가스이며, 처리 시간은 0.01초 내지 5초이다.
이어서, 스텝 S1 내지 스텝 S4의 성막 사이클의 실행 횟수가, 미리 정해진 설정 횟수 n(n은 1 이상의 정수)에 도달했는지 여부를 판정한다(스텝 S10). 스텝 S10에서, 성막 사이클의 실행 횟수가 설정 횟수 n에 도달하지 않은 경우, 스텝 S1로 돌아가서, 다시 스텝 S1 내지 S4의 처리를 실행한다. 이렇게 Si가 도핑된 Ti막의 형성 사이클을 설정 횟수 n에 도달할 때까지 반복함으로써, TiCl4 가스와 SiH4 가스를 충분히 반응시킬 수 있다. 스텝 S10에서, 성막 사이클의 실행 횟수가 설정 횟수 n에 도달한 경우, 스텝 S5로 진행한다.
계속해서, 처리 용기 내에 NH3 가스를 공급한다(스텝 S5). 이에 의해, 기판 상에 형성된 TiSi층(즉, Si가 도핑된 Ti막)이 질화되어, TiSiN막이 형성된다. 스텝 S5의 처리 시간은 0.01초 내지 5초이다. NH3 가스는 질소 함유 가스의 일례이다. 질소 함유 가스로서는, NH3 가스, N2H4 가스, MMH 가스 등을 사용할 수 있다.
계속해서, NH3 가스의 공급을 정지한 후, 처리 용기 내를 퍼지 가스에 의해 퍼지한다(스텝 S6). 퍼지 가스로서는, N2 가스, Ar 가스 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다. 일 실시 형태에서는, 퍼지 가스는 N2 가스이며, 스텝 S6의 처리 시간은 0.01초 내지 5초이다.
이어서, 스텝 S1 내지 S4, S10, S5, S6의 성막 사이클의 실행 횟수가, 미리 정해진 설정 횟수 m(m은 1 이상의 정수)에 도달했는지 여부를 판정한다(스텝 S7). 스텝 S7에서, 성막 사이클의 실행 횟수가 설정 횟수 m에 달하지 않은 경우, 스텝 S1로 돌아가서, 스텝 S1 내지 S4, S10, S5, S6의 처리를 실행한다. 이렇게 TiSiN막의 형성 사이클을 설정 횟수 m에 도달할 때까지 반복함으로써, Si가 도핑된, 원하는 막 특성을 갖는 TiSiN막이 기판 상에 형성된다. 스텝 S7에서, 성막 사이클의 실행 횟수가 설정 횟수 m에 도달한 경우, 본 처리를 종료한다. 또한, 본 성막 방법에서는, 각 공정의 처리 시간은, 동일 시간인 것이 바람직하다.
(성막 장치)
실리콘이 함유(도프)된 금속 함유 질화막의 일례인 TiSiN막을 성막하는 성막 방법을 실현하는 성막 장치의 일례에 대해서 설명한다. 도 2는, 성막 장치의 구성예를 도시하는 개략도이다. 성막 장치는, 처리 용기(1)와, 적재대(2)와, 샤워 헤드(3)와, 배기부(4)와, 가스 공급 기구(5)와, 제어부(6)를 갖는다.
처리 용기(1)는, 알루미늄 등의 금속에 의해 구성되고, 대략 원통상을 갖는다. 처리 용기(1)는, 처리 대상의 기판의 일례인 웨이퍼(W)를 수용한다. 처리 용기(1)의 측벽에는 웨이퍼(W)를 반입 또는 반출하기 위한 반입출구(11)가 형성되고, 반입출구(11)는 게이트 밸브(12)에 의해 개폐된다. 처리 용기(1)의 본체 상에는, 단면이 직사각 형상을 이루는 원환상의 배기 덕트(13)가 마련되어 있다. 배기 덕트(13)에는, 내주면을 따라서 슬릿(13a)이 형성되어 있다. 배기 덕트(13)의 외벽에는, 배기구(13b)가 형성되어 있다. 배기 덕트(13)의 상면에는, 처리 용기(1)의 상부 개구를 막도록 천장벽(14)이 마련되어 있다. 배기 덕트(13)와 천장벽(14) 사이는, 시일 링(15)으로 기밀하게 밀봉되어 있다.
적재대(2)는, 처리 용기(1) 내에서 웨이퍼(W)를 수평하게 지지한다. 적재대(2)는, 웨이퍼(W)에 대응한 크기의 원판상으로 형성되어 있다. 적재대(2)는, 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹스 재료나, 알루미늄이나 니켈 합금 등의 금속 재료로 형성되어 있다. 적재대(2)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(21)가 매립되어 있다. 히터(21)는, 히터 전원(도시하지 않음)으로부터 급전되어 발열한다. 그리고, 적재대(2)의 상면의 근방에 마련된 열전쌍(도시하지 않음)의 온도 신호에 의해 히터(21)의 출력을 제어함으로써, 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 제어된다. 적재대(2)에는, 상면의 외주 영역 및 측면을 덮도록 알루미나 등의 세라믹스에 의해 형성된 커버 부재(22)가 마련되어 있다.
적재대(2)의 저면에는, 적재대(2)를 지지하는 지지 부재(23)가 마련되어 있다. 지지 부재(23)는, 적재대(2)의 저면의 중앙으로부터 처리 용기(1)의 저벽에 형성된 구멍부를 관통해서 처리 용기(1)의 하방으로 연장되어, 그 하단이 승강 기구(24)에 접속되어 있다. 승강 기구(24)에 의해 적재대(2)가 지지 부재(23)를 개재하여, 도 2에서 도시하는 처리 위치와, 그 하방의 이점쇄선으로 나타내는 웨이퍼(W)의 반송이 가능한 반송 위치 사이에서 승강한다. 지지 부재(23)의 처리 용기(1)의 하방에는, 플랜지부(25)가 설치되어 있다. 처리 용기(1)의 저면과 플랜지부(25) 사이에는, 처리 용기(1) 내의 분위기를 외기와 구획하고, 적재대(2)의 승강 동작에 따라 신축하는 벨로우즈(26)가 마련되어 있다.
처리 용기(1)의 저면의 근방에는, 승강판(27a)으로부터 상방으로 돌출되도록 3개(2개만 도시)의 웨이퍼 지지 핀(27)이 마련되어 있다. 웨이퍼 지지 핀(27)은, 처리 용기(1)의 하방에 마련된 승강 기구(28)에 의해 승강판(27a)을 개재하여 승강한다. 웨이퍼 지지 핀(27)은, 반송 위치에 있는 적재대(2)에 마련된 관통 구멍(2a)에 삽입 관통되어 적재대(2)의 상면에 대하여 돌출 함몰 가능하게 되어 있다. 웨이퍼 지지 핀(27)을 승강시킴으로써, 반송 기구(도시하지 않음)와 적재대(2) 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행하여진다.
샤워 헤드(3)는, 처리 용기(1) 내에 처리 가스를 샤워 형상으로 공급한다. 샤워 헤드(3)는 금속제이며, 적재대(2)에 대향하도록 마련되어 있고, 적재대(2)와 거의 동일한 직경을 갖는다. 샤워 헤드(3)는, 처리 용기(1)의 천장벽(14)에 고정된 플레이트 지지부(31)와, 플레이트 지지부(31)의 아래에 접속된 샤워 플레이트(32)를 갖는다. 플레이트 지지부(31)와 샤워 플레이트(32) 사이에는 가스 확산 공간(33)이 형성되어 있고, 가스 확산 공간(33)에는 처리 용기(1)의 천장벽(14) 및 플레이트 지지부(31)의 중앙을 관통하도록 가스 도입 구멍(36, 37)이 마련되어 있다. 샤워 플레이트(32)의 주연부에는 하방으로 돌출되는 환상 돌기부(34)가 형성되어 있다. 환상 돌기부(34)의 내측의 평탄면에는, 가스 토출 구멍(35)이 형성되어 있다. 적재대(2)가 처리 위치에 존재한 상태에서는, 적재대(2)와 샤워 플레이트(32) 사이에 처리 공간(38)이 형성되고, 커버 부재(22)의 상면과 환상 돌기부(34)가 근접해서 환상 간극(39)이 형성된다.
배기부(4)는, 처리 용기(1)의 내부를 배기한다. 배기부(4)는, 배기구(13b)에 접속된 배기 배관(41)과, 배기 배관(41)에 접속된 진공 펌프나 압력 제어 밸브 등을 갖는 배기 기구(42)를 갖는다. 처리 시에는, 처리 용기(1) 내의 가스가 슬릿(13a)을 통해서 배기 덕트(13)에 이르고, 배기 덕트(13)로부터 배기 배관(41)을 통해서 배기 기구(42)에 의해 배기된다.
가스 공급 기구(5)는, 처리 용기(1) 내에 처리 가스를 공급한다. 가스 공급 기구(5)는, Ti 함유 가스 공급원(51a), N2 가스 공급원(52a), N2 가스 공급원(53a), Si 함유 가스 공급원(54a), N2 가스 공급원(55a), N2 가스 공급원(56a), 질소 함유 가스 공급원(57a), N2 가스 공급원(58a) 및 N2 가스 공급원(59a)을 갖는다.
Ti 함유 가스 공급원(51a)은, 가스 공급 라인(51b)을 통해서 Ti 함유 가스의 일례인 TiCl4 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(51b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(51c), 저류 탱크(51d) 및 밸브(51e)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(51b)의 밸브(51e)의 하류측은, 가스 공급 라인(51b)을 개재하여 가스 도입 구멍(37)에 접속되어 있다. Ti 함유 가스 공급원(51a)으로부터 공급되는 TiCl4 가스는, 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(51d)에서 일단 저류되어, 저류 탱크(51d) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 저류 탱크(51d)로부터 처리 용기(1)로의 TiCl4 가스의 공급 및 정지는, 밸브(51e)에 의해 행하여진다. 이렇게 저류 탱크(51d)에 TiCl4 가스를 일단 저류함으로써, TiCl4 가스를 비교적 큰 유량으로 안정되게 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다.
N2 가스 공급원(52a)은, 가스 공급 라인(52b)을 통해서 퍼지 가스의 일례인 N2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(52b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(52c), 저류 탱크(52d) 및 밸브(52e)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(52b)의 밸브(52e)의 하류측은, 가스 공급 라인(51b)에 접속되어 있다. N2 가스 공급원(52a)으로부터 공급되는 N2 가스는, 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(52d)에서 일단 저류되어, 저류 탱크(52d) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 저류 탱크(52d)로부터 처리 용기(1)로의 N2 가스의 공급 및 정지는, 밸브(52e)에 의해 행하여진다. 이렇게 저류 탱크(52d)에 N2 가스를 일단 저류함으로써, N2 가스를 비교적 큰 유량으로 안정되게 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다.
N2 가스 공급원(53a)은, 가스 공급 라인(53b)을 통해서 캐리어 가스의 일례인 N2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(53b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(53c), 밸브(53e) 및 오리피스(53f)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(53b)의 오리피스(53f)의 하류측은, 가스 공급 라인(51b)에 접속되어 있다. N2 가스 공급원(53a)으로부터 공급되는 N2 가스는, 웨이퍼(W)의 성막 중에 연속해서 처리 용기(1) 내에 공급된다. N2 가스 공급원(53a)으로부터 처리 용기(1)로의 N2 가스의 공급 및 정지는, 밸브(53e)에 의해 행하여진다. 오리피스(53f)는 저류 탱크(51d, 52d)에 의해 가스 공급 라인(51b, 52b)에 공급되는 비교적 큰 유량의 가스가 N2 가스 공급 라인(53b)으로 역류하는 것을 억제한다.
Si 함유 가스 공급원(54a)은, 가스 공급 라인(54b)을 통해서 Si 함유 가스의 일례인 SiH4 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(54b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(54c), 저류 탱크(54d) 및 밸브(54e)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(54b)의 밸브(54e)의 하류측은, 가스 공급 라인(54b)을 개재하여 가스 공급 라인(51b)에 접속되어 있다. Si 함유 가스 공급원(54a)으로부터 공급되는 SiH4 가스는, 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(54d)에서 일단 저류되어, 저류 탱크(54d) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 저류 탱크(54d)로부터 처리 용기(1)로의 SiH4 가스의 공급 및 정지는, 밸브(54e)에 의해 행하여진다. 이렇게 저류 탱크(54d)에 SiH4 가스를 일단 저류함으로써, SiH4 가스를 비교적 큰 유량으로 안정되게 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다.
N2 가스 공급원(55a)은, 가스 공급 라인(55b)을 통해서 퍼지 가스의 일례인 N2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(55b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(55c), 저류 탱크(55d) 및 밸브(55e)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(55b)의 밸브(55e)의 하류측은, 가스 공급 라인(55b)을 개재하여 가스 공급 라인(51b)에 접속되어 있다. N2 가스 공급원(55a)으로부터 공급되는 N2 가스는, 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(55d)에서 일단 저류되어, 저류 탱크(55d) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 저류 탱크(55d)로부터 처리 용기(1)로의 N2 가스의 공급 및 정지는, 밸브(55e)에 의해 행하여진다. 이렇게 저류 탱크(55d)에 N2 가스를 일단 저류함으로써, N2 가스를 비교적 큰 유량으로 안정되게 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다.
N2 가스 공급원(56a)은, 가스 공급 라인(56b)을 통해서 캐리어 가스의 일례인 N2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(56b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(56c), 밸브(56e) 및 오리피스(56f)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(56b)의 오리피스(56f)의 하류측은, 가스 공급 라인(51b)에 접속되어 있다. N2 가스 공급원(56a)으로부터 공급되는 N2 가스는, 웨이퍼(W)의 성막 중에 연속해서 처리 용기(1) 내에 공급된다. N2 가스 공급원(56a)으로부터 처리 용기(1)로의 N2 가스의 공급 및 정지는, 밸브(56e)에 의해 행하여진다. 오리피스(56f)는, 저류 탱크(54d, 55d)에 의해 가스 공급 라인(54b, 55b)에 공급되는 비교적 큰 유량의 가스가 N2 가스 공급 라인(56b)으로 역류하는 것을 억제한다.
질소 함유 가스 공급원(57a)은, 가스 공급 라인(57b)을 통해서 질소 함유 가스의 일례인 NH3 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(57b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(57c), 저류 탱크(57d) 및 밸브(57e)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(57b)의 밸브(57e)의 하류측은, 가스 공급 라인(57b)을 개재하여 가스 도입 구멍(36)에 접속되어 있다. 질소 함유 가스 공급원(57a)으로부터 공급되는 NH3 가스는, 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(57d)에서 일단 저류되어, 저류 탱크(57d) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 저류 탱크(57d)로부터 처리 용기(1)로의 NH3 가스의 공급 및 정지는, 밸브(57e)에 의해 행하여진다. 이렇게 저류 탱크(57d)에 NH3 가스를 일단 저류함으로써, NH3 가스를 비교적 큰 유량으로 안정되게 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다.
N2 가스 공급원(58a)은, 가스 공급 라인(58b)을 통해서 퍼지 가스의 일례인 N2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(58b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(58c), 저류 탱크(58d) 및 밸브(58e)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(58b)의 밸브(58e)의 하류측은, 가스 공급 라인(58b)을 개재하여 가스 공급 라인(57b)에 접속되어 있다. N2 가스 공급원(58a)으로부터 공급되는 N2 가스는, 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(58d)에서 일단 저류되어, 저류 탱크(58d) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 저류 탱크(58d)로부터 처리 용기(1)로의 N2 가스의 공급 및 정지는, 밸브(58e)에 의해 행하여진다. 이렇게 저류 탱크(58d)에 N2 가스를 일단 저류함으로써, N2 가스를 비교적 큰 유량으로 안정되게 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다.
N2 가스 공급원(59a)은, 가스 공급 라인(59b)을 통해서 캐리어 가스의 일례인 N2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(59b)에는, 상류측으로부터 유량 제어기(59c), 밸브(59e) 및 오리피스(59f)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(59b)의 오리피스(59f)의 하류측은, 가스 공급 라인(57b)에 접속되어 있다. N2 가스 공급원(59a)으로부터 공급되는 N2 가스는, 웨이퍼(W)의 성막 중에 연속해서 처리 용기(1) 내에 공급된다. N2 가스 공급원(59a)으로부터 처리 용기(1)로의 N2 가스의 공급 및 정지는, 밸브(59e)에 의해 행하여진다. 오리피스(59f)는, 저류 탱크(57d, 58d)에 의해 가스 공급 라인(57b, 58b)에 공급되는 비교적 큰 유량의 가스가 N2 가스 공급 라인(59b)으로 역류하는 것을 억제한다.
제어부(6)는, 예를 들어 컴퓨터이며, CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 보조 기억 장치 등을 구비한다. CPU는, ROM 또는 보조 기억 장치에 저장된 프로그램에 기초하여 동작하고, 성막 장치의 동작을 제어한다. 제어부(6)는, 성막 장치의 내부에 마련되어 있어도 되고, 외부에 마련되어 있어도 된다. 제어부(6)가 성막 장치의 외부에 마련되어 있을 경우, 제어부(6)는, 유선 또는 무선 등의 통신 수단에 의해, 성막 장치를 제어할 수 있다.
이어서, 도 2의 성막 장치를 사용해서 웨이퍼(W) 상에 실리콘이 함유(도프)된 금속 함유 질화막의 일례인 TiSiN막을 성막하는 성막 방법에 대해서, 도 1을 참조하여 설명한다. 최초로, 밸브(51e 내지 59e)가 폐쇄된 상태에서, 게이트 밸브(12)를 개방해서 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 웨이퍼(W)를 처리 용기(1) 내에 반송하여, 반송 위치에 있는 적재대(2)에 적재한다.
반송 기구를 처리 용기(1) 내로부터 퇴피시킨 후, 게이트 밸브(12)를 닫는다. 적재대(2)의 히터(21)에 의해 웨이퍼(W)를 소정의 온도(예를 들어, 350℃ 내지 530℃의 범위의 어느 온도)로 가열함과 함께 적재대(2)를 처리 위치까지 상승시켜, 처리 공간(38)을 형성한다. 또한, 배기 기구(42)의 압력 제어 밸브에 의해 처리 용기(1) 내를 소정의 압력(예를 들어 400Pa 내지 1200Pa)으로 조정한다.
이어서, 밸브(53e, 56e, 59e)를 개방하여, N2 가스 공급원(53a, 56a, 59a)으로부터 각각 가스 공급 라인(53b, 56b, 59b)을 통해서, 가스 공급 라인(51b, 57b)을 통해서 처리 용기(1) 내에 소정의 유량의 캐리어 가스(N2 가스)를 공급한다. 또한, Ti 함유 가스 공급원(51a), Si 함유 가스 공급원(54a) 및 질소 함유 가스 공급원(57a)으로부터 각각 TiCl4 가스, SiH4 가스 및 NH3 가스를 가스 공급 라인(51b, 54b, 57b)에 공급한다. 이때, 밸브(51e, 54e, 57e)가 폐쇄되어 있으므로, TiCl4 가스, SiH4 가스 및 NH3 가스는, 저류 탱크(51d, 54d, 57d)에 각각 저류되어, 저류 탱크(51d, 54d, 57d) 내가 승압한다.
이어서, 밸브(51e)를 개방하여, 저류 탱크(51d)에 저류된 TiCl4 가스를 처리 용기(1) 내에 공급하여, 웨이퍼(W) 상에 흡착시킨다(스텝 S1). 또한, 처리 용기(1) 내로의 TiCl4 가스의 공급과 병행하여, N2 가스 공급원(52a, 55a, 58a)으로부터 가스 공급 라인(52b, 55b, 58b)에 각각 퍼지 가스(N2 가스)를 공급한다. 이때, 밸브(52e, 55e, 58e)가 폐쇄되어 있으므로, 퍼지 가스는 저류 탱크(52d, 55d, 58d)에 저류되어, 52d, 55d, 58d 내가 승압한다.
밸브(51e)를 개방하고 나서 소정의 처리 시간(예를 들어 0.01초 내지 5초)이 경과한 후, 밸브(51e)를 폐쇄함과 함께 밸브(52e, 55e, 58e)를 개방한다. 이에 의해, 처리 용기(1) 내에의 TiCl4 가스의 공급을 정지함과 함께 저류 탱크(52d, 55d, 58d)에 각각 저류된 퍼지 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다(스텝 S2). 이때, 압력이 상승한 상태의 저류 탱크(52d, 55d, 58d)로부터 공급되므로, 처리 용기(1) 내에는 비교적 큰 유량, 예를 들어 캐리어 가스의 유량보다도 큰 유량으로 퍼지 가스가 공급된다. 그 때문에, 처리 용기(1) 내에 잔류하는 TiCl4 가스가 빠르게 배기 배관(41)에 배출되어, 처리 용기(1) 내가 TiCl4 가스 분위기에서 N2 가스 분위기로 단시간에 치환된다. 한편, 밸브(51e)가 폐쇄됨으로써, Ti 함유 가스 공급원(51a)으로부터 가스 공급 라인(51b)에 공급되는 TiCl4 가스가 저류 탱크(51d)에 저류되어, 저류 탱크(51d) 내가 승압한다.
밸브(52e, 55e, 58e)를 개방하고 나서 소정의 처리 시간(예를 들어 0.01초 내지 5초)이 경과한 후, 밸브(52e, 55e, 58e)를 폐쇄함과 함께 밸브(54e)를 개방한다. 이에 의해, 처리 용기(1) 내로의 퍼지 가스의 공급을 정지함과 함께 저류 탱크(54d)에 저류된 SiH4 가스를 처리 용기(1) 내에 공급하여, 웨이퍼(W) 상에 흡착된 TiCl4 가스에 Si를 도핑한다(스텝 S3). 이때, 밸브(52e, 55e, 58e)가 폐쇄됨으로써, N2 가스 공급원(52a, 55a, 58a)으로부터 가스 공급 라인(52b, 55b, 58b)에 각각 공급되는 퍼지 가스가 저류 탱크(52d, 55d, 58d)에 저류된다. 이에 의해, 저류 탱크(52d, 55d, 58d) 내가 승압한다.
밸브(54e)를 개방하고 나서 소정의 소정 시간(예를 들어 0.05초 내지 5초)이 경과한 후, 밸브(54e)를 폐쇄함과 함께 밸브(52e, 55e, 58e)를 개방한다. 이에 의해, 처리 용기(1) 내로의 SiH4 가스의 공급을 정지함과 함께 저류 탱크(52d, 55d, 58d)에 각각 저류된 퍼지 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다(스텝 S4). 이때, 압력이 상승한 상태의 저류 탱크(52d, 55d, 58d)로부터 공급되므로, 처리 용기(1) 내에는 비교적 큰 유량, 예를 들어 캐리어 가스의 유량보다도 큰 유량으로 퍼지 가스가 공급된다. 그 때문에, 처리 용기(1) 내에 잔류하는 SiH4 가스가 빠르게 배기 배관(41)에 배출되어, 처리 용기(1) 내가 SiH4 가스 분위기에서 N2 가스 분위기로 단시간에 치환된다. 한편, 밸브(54e)가 폐쇄됨으로써, Si 함유 가스 공급원(54a)으로부터 가스 공급 라인(54b)에 공급되는 SiH4 가스가 저류 탱크(54d)에 저류되어, 저류 탱크(54d) 내가 승압한다.
상기 스텝 S1 내지 S4의 사이클을 1사이클로 해서 적어도 1회 이상 실시함으로써, 웨이퍼(W) 상에 Si가 도핑된 Ti막을 형성한다.
계속해서, 밸브(57e)를 개방하여, 저류 탱크(57d)에 저류된 NH3 가스를 처리 용기(1) 내에 공급하여, Si가 도핑된 Ti막 상에 흡착시켜, 질화시킨다(스텝 S5). 이때, 밸브(52e, 55e, 58e)가 폐쇄됨으로써, N2 가스 공급원(52a, 55a, 58a)으로부터 가스 공급 라인(52b, 55b, 58b)에 각각 공급되는 퍼지 가스가 저류 탱크(52d, 55d, 58d)에 저류된다. 이에 의해, 저류 탱크(52d, 55d, 58d) 내가 승압한다.
밸브(57e)를 개방하고 나서 소정의 시간(예를 들어 0.01초 내지 5초)이 경과한 후, 밸브(57e)를 폐쇄함과 함께 밸브(52e, 55e, 58e)를 개방한다. 이에 의해, 처리 용기(1) 내로의 NH3 가스의 공급을 정지함과 함께 저류 탱크(52d, 55d, 58d)에 각각 저류된 퍼지 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다(스텝 S6). 이때, 압력이 상승한 상태의 저류 탱크(52d, 55d, 58d)로부터 공급되므로, 처리 용기(1) 내에는 비교적 큰 유량, 예를 들어 캐리어 가스의 유량보다도 큰 유량으로 퍼지 가스가 공급된다. 그 때문에, 처리 용기(1) 내에 잔류하는 NH3 가스가 빠르게 배기 배관(41)에 배출되어, 처리 용기(1) 내가 NH3 가스 분위기에서 N2 가스 분위기로 단시간에 치환된다. 한편, 밸브(57e)가 폐쇄됨으로써, 질소 함유 가스 공급원(57a)으로부터 가스 공급 라인(57b)에 공급되는 NH3 가스가 저류 탱크(57d)에 저류되어, 저류 탱크(57d) 내가 승압한다.
상기 스텝 S1 내지 S6의 사이클을 1사이클 실시함으로써, 얇은 TiSiN 단위막을 형성한다. 그리고, 스텝 S1 내지 S6의 사이클을 설정 횟수 m만큼 반복한다(스텝 S7). 이렇게 스텝 S1 내지 스텝 S6의 사이클을 설정 횟수 m에 도달할 때까지 반복함으로써, 미리 정해진 막 두께를 갖는 Si가 도핑되어, 원하는 막 특성을 갖는 TiSiN막이 웨이퍼 상에 형성된다.
그 후, 처리 용기(1) 내로의 반입 시와는 역의 수순으로 웨이퍼(W)를 처리 용기(1)로부터 반출한다.
또한, 상기 예에서는, 스텝 S2, S4, S6에서, 저류 탱크(52d, 55d, 58d)에 저류된 퍼지 가스(N2 가스)를 처리 용기(1) 내에 공급해서 처리 용기(1) 내를 퍼지하는 경우를 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 저류 탱크(52d, 55d, 58d)에 저류된 퍼지 가스(N2 가스)를 처리 용기(1) 내에 공급하지 않고, N2 가스 공급원(53a, 56a, 59a)으로부터 처리 용기(1) 내에 공급되는 캐리어 가스(N2 가스)에 의해 처리 용기(1) 내를 퍼지해도 된다.
또한, 본 실시 형태에 따른 성막 방법에서는, 스텝 S1 내지 S4의 사이클을 1사이클 실시하는 경우와, 복수 사이클 실시하는 경우가 있으며, 어느 경우에든 웨이퍼(W) 상에 Si가 도핑된 Ti막을 형성한다. 또한, 본 실시 형태에 따른 성막 방법에서는, 스텝 S1 내지 S4의 사이클을 1사이클 실시할 경우, 밸브(51e)를 개방하고 나서 밸브(51e)를 닫을 때까지의 시간은, 다른 처리 시간(SiH4 가스의 공급 시간, NH3 가스의 공급 시간, 퍼지 시간)보다도 짧은 시간인 것이 바람직하다. 스텝 S1 내지 S4의 사이클을 복수 사이클 실시할 경우, 밸브(51e)를 개방하고 나서 밸브(51e)를 닫을 때까지의 시간은, 다른 처리 시간(SiH4 가스의 공급 시간, NH3 가스의 공급 시간, 퍼지 시간)과 동일 시간 또는 근사한 시간인 것이 바람직하다.
(평가)
이어서, 도 1을 사용해서 설명한 성막 방법에 의해 도 2에 도시한 성막 장치를 사용해서 TiSiN막을 성막하고, 그 TiSiN막의 특성(성막 레이트, 저항률, 저항률 개선율)을 평가하였다.
프로세스 조건은 이하이다.
성막 온도: 400℃ 내지 530℃
SiH4 가스 유량: 10sccm 내지 500sccm
SiH4 가스 Flow 시간: 0.05sec 내지 1sec
또한, 본 실시 형태에 따른 성막 방법에서의 설정 횟수 m은 1회로 하였다. 본 실시 형태(복수 사이클)의 성막 방법에서의 설정 횟수 n은 3회로 하였다. 또한, 본 실시 형태(1사이클)의 성막 방법에서의 설정 횟수 n은 1회이다.
또한, 비교예로서 TiN막을 성막하였다. 비교예의 성막 방법에서는, TiCl4 가스를 공급하여, Ti층을 형성하고, 그 후, TiCl4 가스의 공급을 정지하고, 처리 용기 내를 퍼지 가스에 의해 퍼지하였다. 계속해서, 처리 용기 내에 NH3 가스를 공급하였다. 이에 의해, Ti층을 질화하여, TiN층을 형성하였다. 계속해서, NH3 가스의 공급을 정지한 후, 처리 용기 내를 퍼지 가스에 의해 퍼지하였다. 또한, 상기 비교예의 성막 방법(TiCl4 가스의 공급→ 퍼지→NH3 가스의 공급→퍼지)의 반복 횟수는 1회로 하였다.
도 3은, 일 실시 형태에 따른 성막 방법에 의한 막의 저항률의 일례를 비교예와 비교해서 도시하는 도면이다. 도 4는, 일 실시 형태에 따른 성막 방법에 의한 막의 저항률 개선율의 일례를 도시하는 도면이다. 도 5는, 일 실시 형태에 따른 성막 방법에 의한 성막 레이트의 일례를 비교예와 비교해서 도시하는 도면이다. 도 3 내지 도 5의 횡축은 기판 온도(웨이퍼(W)의 온도)를 나타낸다. 도 3의 종축은 막의 저항률을 나타내고, 도 4의 종축은 막의 저항률 개선율을 나타내고, 도 5의 종축은 성막 레이트를 나타낸다. 또한, 도 3 내지 도 5 중, 「△」은 비교예의 성막 방법에 의해 형성된 TiN막의 결과를 나타내고, 「○」은 「본 실시 형태(1사이클)」의 성막 방법에 의해 형성된 TiSiN막의 결과를 나타내고, 「●」은 「본 실시 형태(복수 사이클)」의 성막 방법에 의해 형성된 TiSiN막의 결과를 나타낸다.
저항률 개선율은, 「본 실시 형태(1사이클)」의 성막 방법 및 「본 실시 형태(복수 사이클)」의 성막 방법에 의해 성막된 각각의 TiSiN막의 저항률을 Rv1로 하고, 비교예의 TiN막의 저항률을 Rv2로 했을 때, ((Rv2-Rv1)/Rv2)×100으로 산출된다. 또한, 도 3 내지 도 5에서 동일한 기호는 동일한 성막 방법에 의해 형성된 막의 결과를 나타낸다.
먼저, 도 3에 도시하는 막의 저항률에 대해서 검토한다. 400℃를 기판 온도의 기준 온도로 했을 때, 도 3 중의 「○」으로 나타내는 「본 실시 형태(1사이클)」 및 「●」으로 나타내는 「본 실시 형태(복수 사이클)」에 따른 성막 방법으로 성막된 TiSiN막은, 「△」으로 나타내는 비교예에 따른 성막 방법으로 성막된 TiN막보다도 저항률이 낮아지는 것을 알았다. 특히, 본 실시 형태(복수 사이클)에 따른 성막 방법으로 성막된 TiSiN막은, 비교예의 성막 방법의 경우와 비교하여, 400℃ 내지 530℃의 기판 온도에서 막의 저항값이 내려갔다. 본 실시 형태(1사이클)에 따른 성막 방법으로 성막된 TiSiN막에 대해서도, 비교예의 성막 방법의 경우와 비교하여, 400℃ 내지 430℃의 기판 온도에서 막의 저항값이 내려갔다.
그 이유는, 본 실시 형태에 따른 성막 방법에서는, 도 1의 스텝 S1 내지 S4를 n(n≥1)회 반복함으로써, TiCl4 가스와 SiH4 가스를 충분히 반응시킬 수 있기 때문이다. 특히, 본 실시 형태(복수 사이클)에 따른 성막 방법에서는, 스텝 S1 내지 S4를 복수회 반복함으로써, TiCl4 가스와 SiH4 가스를 충분히 반응시킬 수 있었다.
이에 의해, 본 실시 형태(복수 사이클)에 따른 성막 방법에서는, 기판 온도가 430℃ 이상이 되어도, TiCl4 가스와 SiH4 가스가 충분히 반응해서 SiCl4가 생성된다. 생성된 SiCl4는 휘발해서 TiSiN막 내에 들어가지 않고 처리 용기로부터 배출된다. 이상으로부터, 본 실시 형태에 따른 성막 방법에 의한 TiSiN막 내의 Si의 비율은, 비교예에 따른 TiSiN막 내의 Si의 비율보다도 낮아져, 저항률이 내려갔다고 할 수 있다.
도 4의 저항률 개선율은, 400℃ 내지 430℃의 기판 온도에서, 본 실시 형태의 성막 방법에 의해 성막된 TiSiN막은, 본 실시 형태(1사이클)의 성막 방법 및 본 실시 형태(복수 사이클)의 성막 방법 모두 동등하였다. 한편, 저항률 개선율은, 430℃ 내지 530℃의 기판 온도에서, 본 실시 형태(복수 사이클)의 성막 방법에 의해 성막된 TiSiN막의 저항률 개선율이, 본 실시 형태(1사이클)의 성막 방법의 경우보다도 높게 되어 있다.
이어서, 도 5에 도시하는 성막 레이트에 대해서 검토한다. 본 실시 형태(1사이클)의 성막 방법 및 본 실시 형태(복수 사이클)의 성막 방법에 의해 성막한 TiSiN막은, 400℃ 내지 530℃의 기판 온도에서 비교예에 의해 성막한 TiN막보다 성막 레이트가 높은 것을 알았다.
이상으로부터, 본 실시 형태에 따른 성막 방법은, 온도 의존성이 적은 저저항막을 형성할 수 있다. 이에 의해, 우수한 막 특성을 갖는 실리콘이 함유된 금속 함유 질화막을 생산할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 따른 성막 방법은, 성막 레이트를 높일 수 있다. 이에 의해, 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 1의 스텝 S3에서 공급하는 가스는, 실리콘 함유 가스 중에서 SiH4 가스를 사용하는 것이 적합하지만, 이것에 한정되지 않고, DCS 가스를 사용해도 된다. 단, DCS 가스를 사용하면, SiH4 가스와 동일 유량일 때 막 내의 Si 농도가 올라가서, 막의 저항률도 높아진다. 바꾸어 말하면, SiH4 가스를 사용하면, DCS 가스와 동일 유량일 때 막 내의 Si 농도가 내려가서, 막의 저항률을 낮게 할 수 있다. 이 때문에, DCS 가스보다도 SiH4 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 도 1의 스텝 S3에서 공급하는 SiH4 가스의 공급 시간은 길수록, 더 높은 효과가 얻어진다.
본 실시 형태에 따른 성막 방법에서는, 도 1의 스텝 S1에서 공급하는 TiCl4 가스의 공급 시간은, 스텝 S3에서 공급하는 SiH4 가스의 공급 시간 이하이어도 된다. 또한, 본 실시 형태에 따른 성막 방법에서는, 도 1의 스텝 S1에서 공급하는 TiCl4 가스의 공급 시간은, 스텝 S3에서 공급하는 SiH4 가스의 공급 시간과 동등한 시간 또는 근사한 시간이어도 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 성막 방법에 의하면, 400℃ 내지 530℃의 기판 온도에서, 기판 온도에 관계없이 원하는 막 특성을 갖는 실리콘이 함유된 금속 함유 질화막을 형성할 수 있다.
금회 개시된 일 실시 형태에 따른 성막 방법 및 성막 장치는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시 형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있으며, 또한 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.

Claims (8)

  1. 실리콘이 함유된 금속 함유 질화막을 성막하는 성막 방법이며,
    기판이 수용된 처리 용기 내에 금속 함유 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 포함하고,
    상기 금속 함유 가스를 공급하는 공정과 상기 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정을 이 순으로 n회(n은 1 이상의 정수) 실행한 후, 상기 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 실행하는 것을 이 순으로 m회(m은 1 이상의 정수) 반복하는,
    성막 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 n회를 복수회로 설정한 경우, 상기 금속 함유 가스를 공급하는 공정의 실행 시간은 상기 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정의 실행 시간과 동등하거나 또는 근사한, 성막 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 함유 가스는, TiCl4, TDMAT, TEMAT 또는 TDEAT인, 성막 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘 함유 가스는, 실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 클로로실란(ClH3Si) 또는 디클로로실란(DCS: SiH2Cl2)인, 성막 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소 함유 가스는, 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4) 또는 모노메틸히드라진(MMH)인, 성막 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 함유 가스를 공급하는 공정과 상기 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정과 상기 질소 함유 가스를 공급하는 공정의 각 공정 사이에 상기 처리 용기를 퍼지하는 퍼지 공정을 실행하는, 성막 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘이 함유된 금속 함유 질화막은, TiSiN막인, 성막 방법.
  8. 기판을 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 기판을 지지하는 적재대와, 상기 적재대와 대향하도록 마련되는 샤워 헤드와, 상기 처리 용기의 내부를 배기하는 배기부와, 상기 샤워 헤드를 통해 상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 제어부를 포함하고, 실리콘이 함유된 금속 함유 질화막을 성막하는 성막 장치이며,
    상기 제어부는,
    상기 처리 용기 내에 금속 함유 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 제어하고,
    상기 금속 함유 가스를 공급하는 공정과 상기 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정을 이 순으로 n회(n은 1 이상의 정수) 실행한 후, 상기 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 실행하는 것을 이 순으로 m회(m은 1 이상의 정수) 반복하는,
    성막 장치.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11832537B2 (en) * 2019-10-08 2023-11-28 Eugenus, Inc. Titanium silicon nitride barrier layer
CN115323351B (zh) * 2021-05-10 2024-09-17 东京毅力科创株式会社 氮化钛膜的成膜方法和氮化钛膜的成膜装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005512337A (ja) 2001-12-07 2005-04-28 アプライド　マテリアルズ　インコーポレイテッド 高融点金属窒化シリコンの周期的堆積
JP2013145796A (ja) 2012-01-13 2013-07-25 Tokyo Electron Ltd ＴｉＳｉＮ膜の成膜方法および記憶媒体
WO2018222920A1 (en) * 2017-06-02 2018-12-06 Eugenus, Inc. Multi-region diffusion barrier containing titanium, silicon and nitrogen

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040009336A1 (en) * 2002-07-11 2004-01-15 Applied Materials, Inc. Titanium silicon nitride (TISIN) barrier layer for copper diffusion
US20050045092A1 (en) * 2003-09-03 2005-03-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Method of multi-element compound deposition by atomic layer deposition for IC barrier layer applications
KR101189642B1 (ko) * 2012-04-09 2012-10-12 아익스트론 에스이 원자층 증착법을 이용한 ＴｉＳｉＮ 박막의 형성방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005512337A (ja) 2001-12-07 2005-04-28 アプライド　マテリアルズ　インコーポレイテッド 高融点金属窒化シリコンの周期的堆積
JP2013145796A (ja) 2012-01-13 2013-07-25 Tokyo Electron Ltd ＴｉＳｉＮ膜の成膜方法および記憶媒体
WO2018222920A1 (en) * 2017-06-02 2018-12-06 Eugenus, Inc. Multi-region diffusion barrier containing titanium, silicon and nitrogen

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