KR20210100537A - 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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KR20210100537A
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KR
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substrate
film
region
rotary table
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KR1020210011150A
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히토시 가토
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 개시의 일 양태에 의한 성막 방법은, Si-H 결합을 절단하는 것이 가능한 제1 온도로 설정된 진공 용기 내에, 서로 이격된 제1 처리 영역, 제2 처리 영역 및 제3 처리 영역이 주위 방향을 따라 배치되고, 상기 제1 처리 영역, 상기 제2 처리 영역 및 상기 제3 처리 영역을 회전 통과 가능한 회전 테이블 상에 적재된 기판의 오목부에 실리콘막을 성막하는 성막 방법이며, 상기 기판이 상기 제1 처리 영역을 통과할 때, 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 설정된 Si2H6 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면 상에 SiH3의 분자층을 형성하는 스텝과, 상기 기판이 상기 제2 처리 영역을 통과할 때, 상기 SiH3의 분자층의 Si-H 결합을 절단하여, 표면 상에 실리콘 원자층을 노출시키는 스텝과, 상기 기판이 상기 제3 처리 영역을 통과할 때, 상기 실리콘 원자층을 이방성 에칭하여 상기 오목부의 내벽 상부의 상기 실리콘 원자층을 선택적으로 제거하는 스텝을 포함하는 매립 공정을 갖는다.

Description

성막 방법 및 성막 장치{FILM FORMING METHOD AND FILM FORMING APPARATUS}
본 개시는, 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
대략 원통형의 진공 용기 내에서, 기판의 표면 상에 SiH3의 분자층을 형성하는 스텝과, 당해 분자층의 Si-H 결합을 절단하여 표면 상에 실리콘 원자층만을 남기는 스텝을 반복하여, 기판 상에 실리콘막을 형성하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2014-82419호 공보
본 개시는, 오목부 내에 양호한 막질의 실리콘막을 보텀 업 성장시킬 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 성막 방법은, Si-H 결합을 절단하는 것이 가능한 제1 온도로 설정된 진공 용기 내에, 서로 이격된 제1 처리 영역, 제2 처리 영역 및 제3 처리 영역이 주위 방향을 따라 배치되고, 상기 제1 처리 영역, 상기 제2 처리 영역 및 상기 제3 처리 영역을 회전 통과 가능한 회전 테이블 상에 적재된 기판의 오목부에 실리콘막을 성막하는 성막 방법이며, 상기 기판이 상기 제1 처리 영역을 통과할 때, 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 설정된 Si2H6 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면 상에 SiH3의 분자층을 형성하는 스텝과, 상기 기판이 상기 제2 처리 영역을 통과할 때, 상기 SiH3의 분자층의 Si-H 결합을 절단하여, 표면 상에 실리콘 원자층을 노출시키는 스텝과, 상기 기판이 상기 제3 처리 영역을 통과할 때, 상기 실리콘 원자층을 이방성 에칭하여 상기 오목부의 내벽 상부의 상기 실리콘 원자층을 선택적으로 제거하는 스텝을 포함하는 매립 공정을 갖는다.
본 개시에 따르면, 오목부 내에 양호한 막질의 실리콘막을 보텀 업 성장시킬 수 있다.
도 1은 실시 형태의 성막 장치의 일례를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1의 성막 장치의 내부 구성의 일례를 도시하는 사시도.
도 3은 도 1의 성막 장치의 내부 구성의 일례를 도시하는 상면도.
도 4는 회전 테이블의 주위 방향을 따른 진공 용기의 단면도.
도 5는 회전 테이블의 반경 방향을 따른 진공 용기의 단면도.
도 6은 도 1의 성막 장치의 제3 처리 영역을 설명하기 위한 도면.
도 7은 실시 형태의 성막 방법의 일례를 나타내는 흐름도.
도 8은 실시 형태의 성막 방법의 일례를 도시하는 공정 단면도.
도 9는 컨포멀 성막 공정의 반응 메커니즘을 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부의 도면을 참조하면서, 본 개시의 한정적이지 않은 예시의 실시 형태에 대해 설명한다. 첨부의 모든 도면 중, 동일 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일 또는 대응하는 참조 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
〔성막 장치〕
도 1은 실시 형태의 성막 장치의 일례를 도시하는 단면도이다. 도 2는 실시 형태의 성막 장치의 내부 구성의 일례를 도시하는 사시도이다. 도 3은 실시 형태의 성막 장치의 내부 구성의 일례를 도시하는 상면도이다.
도 1에서 도 3까지를 참조하면, 성막 장치는, 대략 원형의 평면 형상을 갖는 편평한 진공 용기(1)와, 진공 용기(1) 내에 마련되고, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 진공 용기(1)는, 바닥이 있는 원통 형상을 갖는 용기 본체(12)와, 용기 본체(12)의 상면에 대해, 예를 들어 O링 등의 시일 부재(13)를 통해 기밀하게 착탈 가능하게 배치되는 천장판(11)을 갖고 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)은, 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정되고, 코어부(21)는, 연직 방향으로 신장되는 회전축(22)의 상단에 고정되어 있다. 회전축(22)은 진공 용기(1)의 저부(14)를 관통하고, 하단이 회전축(22)을 연직축 주위로 회전시키는 구동부(23)에 설치되어 있다. 회전축(22) 및 구동부(23)는, 상면이 개구된 통 형상의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다. 케이스체(20)는, 상면에 마련된 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있어, 케이스체(20)의 내부의 분위기와 외부의 분위기의 기밀 상태가 유지되어 있다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저부(14) 사이의 공간에는, 히터 유닛(7)이 마련되어 있다. 히터 유닛(7)은, 환상의 형상을 갖고, 회전 테이블(2)의 하방으로부터 진공 용기(1) 내를 일정한 온도로 유지한다. 본 실시 형태에 있어서는, 진공 용기(1) 내가, Si-H 결합을 절단할 수 있는 소정의 온도로 유지된다. 구체적으로는, Si-H 결합은 550℃ 전후에서 절단되므로, 히터 유닛(7)은 진공 용기(1) 내가 550℃ 전후, 예를 들어 540 내지 580℃, 바람직하게는 550 내지 570℃의 범위 내에 있도록 진공 용기(1) 내를 가열한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)의 표면에는, 회전 방향(주위 방향)을 따라 복수(도시한 예에서는 5매)의 기판을 적재하기 위한 원 형상의 오목부(24)가 마련되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 기판으로서, 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼(W)」라고 함)가 사용된 예를 들어 설명한다. 또한, 도 3에는 편의상 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼(W)를 도시한다. 오목부(24)는, 웨이퍼(W)의 직경보다 약간 예를 들어 2㎜ 큰 내경과, 웨이퍼(W)의 두께와 거의 동등한 깊이를 갖고 있다. 따라서, 웨이퍼(W)가 오목부(24)에 수용되면, 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면(웨이퍼(W)가 적재되지 않는 영역)이 동일한 높이가 된다. 오목부(24)의 저면에는, 웨이퍼(W)의 이면을 지지하여 웨이퍼(W)를 승강시키기 위한 예를 들어 3개의 승강 핀이 관통하는 관통 구멍(모두 도시하지 않음)이 형성되어 있다. 또한, 회전 테이블(2)의 표면에는, 웨이퍼(W)를 적재하기 위한 오목부(24) 대신에, 회전 테이블(2)의 주위 방향을 따라 복수의 웨이퍼(W)를 적재하기 위한 적재대가 마련되고, 각 적재대가 회전 테이블(2)에 대해 회전 가능하게 구성되어 있어도 된다.
도 2 및 도 3은, 진공 용기(1) 내의 구조를 설명하는 도면이며, 설명의 편의상, 천장판(11)의 도시를 생략하고 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)의 상방에는, 각각 예를 들어 석영으로 이루어지는 반응 가스 노즐(31, 33) 및 분리 가스 노즐(41, 42)이 진공 용기(1)의 주위 방향으로 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 도시한 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 시계 방향으로, 반응 가스 노즐(33), 분리 가스 노즐(41), 반응 가스 노즐(31) 및 분리 가스 노즐(42)이 이 순서로 배열되어 있다. 반응 가스 노즐(31, 33)은, 기단부인 도입 포트(31a, 33a)(도 3)를 용기 본체(12)의 외주벽에 고정함으로써 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 진공 용기(1) 내에 도입되어, 용기 본체(12)의 반경 방향을 따라 회전 테이블(2)에 대해 수평하게 신장되어 설치되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 기단부인 도입 포트(41a, 42a)(도 3)를 용기 본체(12)의 외주벽에 고정함으로써 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 진공 용기(1) 내에 도입되어, 용기 본체(12)의 반경 방향을 따라 회전 테이블(2)에 대해 수평하게 신장되어 설치되어 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 반응 가스 노즐(31)은, 도시하지 않은 배관 및 유량 제어기 등을 통해, 아미노실란계 가스로서의 디이소프로필 아미노실란(DIPAS) 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 또한 반응 가스 노즐(31)은, 도시하지 않은 배관 및 유량 제어기 등을 통해, 반응 가스로서의 디실란(Si2H6) 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 반응 가스 노즐(33)은, 도시하지 않은 배관 및 유량 제어기 등을 통해, 에칭 가스로서의 염소(Cl2) 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 염소 가스의 공급원은, 예를 들어 플라스마에 의해 염소 가스의 활성종(이하 「염소(Cl) 라디칼」이라고 함.)을 생성하고, 생성된 염소 라디칼을 반응 가스 노즐(33)에 공급한다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 모두 도시하지 않은 배관 및 유량 제어 밸브 등을 통해, 분리 가스로서의 아르곤(Ar) 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
반응 가스 노즐(31)에는, 회전 테이블(2)을 향해 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(31h)(도 4)이, 반응 가스 노즐(31)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다. 반응 가스 노즐(31)의 하방 영역은, Si2H6 가스가 분해된 SiH3을 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1)이 된다. 또한, 회전 테이블(2)의 주위 방향을 따라 제1 처리 영역(P1)으로부터 이격된 영역이며, 가스 노즐이 마련되어 있지 않은 영역은, 제1 처리 영역(P1)에서 웨이퍼(W)에 흡착된 SiH3으로부터 H를 탈리시키는 제2 처리 영역(P2)이 된다. 또한, 회전 테이블(2)의 주위 방향을 따라 제2 처리 영역(P2)으로부터 이격된 영역이며, 반응 가스 노즐(33)이 마련되어 있는 영역은, 이방성 에칭을 행하는 제3 처리 영역(P3)이 된다.
반응 가스 노즐(33)의 상방에는, 당해 반응 가스 노즐(33)을 상방에서 덮음과 함께, 회전 테이블(2)의 회전 방향(도 3의 화살표 A)에 있어서의 상류측 및 하류측으로 확대되는 부채형의 정류판(35)이 마련되어 있다. 제3 처리 영역(P3)의 상세에 대해서는 후술한다.
제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2) 사이에는 제1 분리 영역(D1)이 마련된다. 제3 처리 영역(P3)과 제1 처리 영역(P1) 사이에는 제2 분리 영역(D2)이 마련된다.
회전 테이블(2)이 시계 방향으로 회전함으로써, 오목부(24)에 적재된 웨이퍼(W)는, 제1 처리 영역(P1), 제1 분리 영역(D1), 제2 처리 영역(P2), 제3 처리 영역(P3) 및 제2 분리 영역(D2)을 연속적으로 순차 통과하게 된다. 이때, 진공 용기(1) 내가 Si-H 결합을 절단할 수 있는 온도(550℃ 전후)로 유지된 상태에서 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1)을 통과하였을 때, 반응 가스 노즐(31)로부터 Si2H6 가스가 공급되고, 열분해된 SiH3이 분자층으로서 웨이퍼(W)의 표면에 흡착된다. 또한, 디실란 가스는, 450℃ 정도에서 SiH3으로 분해되므로, 본 실시 형태와 같은 550℃ 전후의 온도 설정에서는 용이하게 분해된다. 웨이퍼(W)의 표면은 규소(Si)로 형성되어 있어, 웨이퍼 표면의 Si와, 디실란 가스가 분해된 SiH3의 Si끼리가 흡착된다. 그 후, 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)는 제1 분리 영역(D1)으로 들어가, 표면이 Ar 가스로 퍼지된다. 이에 의해, SiH3 분자층에는 여분의 분자가 부착되지 않고, 분자층의 상태가 유지된다. 즉, 여분의 CVD 반응 등도 발생하지 않는다. 이어서, 한층 더한 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)는 제2 처리 영역(P2)으로 들어간다. 제2 처리 영역(P2)은, 가스 노즐을 갖지 않고, 일정 온도의 공간을 형성하고 있다. 제2 처리 영역(P2) 내에서 Si-H를 절단하는 처리가 행해져, 웨이퍼(W)의 표면 상에는, Si의 원자층만이 남겨진 상태가 된다. 그 후, 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)가 제3 처리 영역(P3)을 통과하면, 염소 라디칼에 의한 이방성 에칭에 의해 Si의 원자층의 일부가 제거된다. 그리고 회전 테이블(2)의 한층 더한 회전에 의해 웨이퍼(W)는 제2 분리 영역(D2)으로 들어가고, 퍼지 가스가 공급되어 표면의 티끌 등이 제거된다. 회전 테이블(2)이 더 회전하여, 제1 처리 영역(P1)으로 웨이퍼(W)가 들어갈 때에는, 표면에는 실리콘 원자층이 형성되고, 티끌 등이 표면으로부터 제거된 상태이므로, 다시 마찬가지의 프로세스를 반복함으로써 실리콘막을 웨이퍼(W)의 표면 상에 형성할 수 있다.
이러한 일련의 프로세스를, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 연속적으로 행함으로써, 웨이퍼(W)의 표면 상에는, 원하는 두께의 실리콘막을 형성하는 것이 가능해진다. 이러한 성막 프로세스를 행하기 위해 본 실시 형태의 성막 장치는 구성되어 있는데, 이하 개개의 구성 요소에 대해 더 상세하게 설명한다.
도 4는, 제1 처리 영역(P1)으로부터 제2 처리 영역(P2)까지 회전 테이블(2)의 동심원을 따른 진공 용기(1)의 단면을 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 천장판(11)의 이면에 볼록 형상부(4)가 마련되어 있으므로, 진공 용기(1) 내에는, 볼록 형상부(4)의 하면인 평탄한 낮은 천장면(이하 「제1 천장면(44)」이라고 함.)과, 제1 천장면(44)의 주위 방향 양측에 위치하는, 제1 천장면(44)보다 높은 천장면(이하 「제2 천장면(45)」이라고 함.)이 존재한다. 제1 천장면(44)은, 정상부가 원호상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고 있다. 또한, 도시한 바와 같이, 볼록 형상부(4)에는 주위 방향 중앙에 있어서, 반경 방향으로 신장되도록 형성된 홈부(43)가 형성되고, 분리 가스 노즐(42)이 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 또 하나의 볼록 형상부(4)에도 마찬가지로 홈부(43)가 형성되고, 당해 홈부(43)에 분리 가스 노즐(41)이 수용되어 있다. 또한, 제1 처리 영역(P1)의 제2 천장면(45)의 하방의 공간에는, 반응 가스 노즐(31)이 마련되어 있다. 한편, 제2 처리 영역(P2)의 제2 천장면(45)의 하방의 공간은, 온도는 일정하게 유지되어 있지만, 가스의 공급은 없기 때문에, 가스 노즐은 특별히 마련되어 있지 않다. 또한, 반응 가스 노즐(31)은, 제2 천장면(45)으로부터 이격되어 웨이퍼(W)의 근방에 마련되어 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 천장면(45)의 하방의 공간(481)에 반응 가스 노즐(31)이 마련되고, 제2 천장면(45)의 하방의 공간(482)에는 가스 노즐이 마련되어 있지 않다.
또한, 볼록 형상부(4)의 홈부(43)에 수용되는 분리 가스 노즐(42)에는, 회전 테이블(2)을 향해 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(42h)이, 분리 가스 노즐(42)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 2㎜의 간격으로 배열되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 분리 가스 노즐(41)에도 분리 가스 노즐(42)과 마찬가지로 회전 테이블(2)을 향해 개구되는 복수의 가스 토출 구멍이, 분리 가스 노즐(41)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 2㎜의 간격으로 배열되어 있다.
제1 천장면(44)은, 협애한 공간인 분리 공간(H)을 회전 테이블(2)에 대해 형성하고 있다. 분리 가스 노즐(42)의 가스 토출 구멍(42h)으로부터 Ar 가스가 공급되면, Ar 가스는, 분리 공간(H)을 통해 공간(481) 및 공간(482)을 향해 흐른다. 이때, 분리 공간(H)의 용적은 공간(481, 482)의 용적보다 작기 때문에, Ar 가스에 의해 분리 공간(H)의 압력을 공간(481, 482)의 압력에 비해 높게 할 수 있다. 즉, 공간(481)과 공간(482) 사이에 압력이 높은 분리 공간(H)이 형성된다. 또한, 분리 공간(H)으로부터 공간(481, 482)으로 흘러나오는 Ar 가스가, 제1 처리 영역(P1)의 Si2H6 가스의 제2 처리 영역(P2)으로의 유입에 대한 카운터 플로우로서 작용한다. 따라서, 제1 처리 영역(P1)으로부터의 Si2H6 가스가, 제2 처리 영역(P2)으로 유입되지 않도록 분리 공간(H)에 의해 분리된다. 따라서, 진공 용기(1) 내에 있어서 Si2H6 가스가, 가스의 출입 없이 안정적으로 고온으로 유지되어 있는 제2 처리 영역(P2)으로 이동하여, CVD 반응이 발생하는 것이 억제된다.
또한, 회전 테이블(2)의 상면에 대한 제1 천장면(44)의 높이 h1은, 성막 시의 진공 용기(1) 내의 압력, 회전 테이블(2)의 회전 속도, 공급되는 분리 가스의 유량 등을 고려하여, 분리 공간(H)의 압력을 공간(481, 482)의 압력보다 높게 하기에 적합한 높이로 설정된다.
한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 천장판(11)의 하면에는, 회전 테이블(2)을 고정하는 코어부(21)의 외주를 둘러싸는 돌출부(5)가 마련되어 있다. 돌출부(5)는, 본 실시 형태에 있어서는, 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 중심 측의 부위와 연속되어 있고, 그 하면이 제1 천장면(44)과 동일한 높이로 형성되어 있다.
앞서 참조한 도 1은, 도 3의 I-I'선을 따른 단면도이며, 제2 천장면(45)이 마련되어 있는 영역을 도시하고 있다.
한편, 도 5는 제1 천장면(44)이 마련되어 있는 영역을 도시하는 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 부채형의 볼록 형상부(4)의 외연부에는, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡되는 굴곡부(46)가 형성되어 있다. 굴곡부(46)는, 볼록 형상부(4)와 마찬가지로, 제1 처리 영역(P1)으로부터 제1 분리 영역(D1)으로 반응 가스가 침입하는 것을 억제하여, CVD 반응의 발생을 억제한다. 부채형의 볼록 형상부(4)는 천장판(11)에 마련되고, 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 떼어낼 수 있도록 되어 있다는 점에서, 굴곡부(46)의 외주벽과 용기 본체(12) 사이에는 약간의 간극이 있다. 굴곡부(46)의 내주벽과 회전 테이블(2)의 외측 단부면의 간극 및 굴곡부(46)의 외주벽과 용기 본체(12)의 간극은, 예를 들어 회전 테이블(2)의 상면에 대한 제1 천장면(44)의 높이와 마찬가지의 치수로 설정되어 있다.
용기 본체(12)의 내주벽은, 제1 분리 영역(D1) 및 제2 분리 영역(D2)에 있어서는 도 5에 도시된 바와 같이 굴곡부(46)의 외주벽과 접근하여 수직면으로 형성되어 있다. 한편, 제1 분리 영역(D1) 및 제2 분리 영역(D2) 이외의 부위에 있어서는, 도 1에 도시된 바와 같이 예를 들어 회전 테이블(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 저부(14)에 걸쳐 외측으로 오목하게 들어가 있다. 이하, 설명의 편의상, 대략 직사각형의 단면 형상을 갖는 오목하게 들어간 부분을 배기 영역(E)이라고 표기한다. 구체적으로는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 처리 영역(P1)에 연통되는 배기 영역을 제1 배기 영역(E1)이라고 표기하고, 제2 처리 영역(P2) 및 제3 처리 영역(P3)에 연통되는 영역을 제2 배기 영역(E2)이라고 표기한다. 이들 제1 배기 영역(E1) 및 제2 배기 영역(E2)의 저부에는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)가 형성되어 있다. 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각 배기관(63)을 통해 진공 펌프(64) 등의 배기 장치에 접속되어 있다. 또한 배기관(63)에는, 압력 제어기(65)가 개재 설치되어 있다.
도 6은, 도 1의 성막 장치의 제3 처리 영역(P3)을 설명하기 위한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 반응 가스 노즐(33)에는, 당해 반응 가스 노즐(33)의 하류측을 향해 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(33h)이 반응 가스 노즐(33)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다. 이에 의해, 반응 가스 노즐(33)의 가스 토출 구멍(33h)으로부터 토출되는 염소 라디칼은, 도 6의 화살표 B로 표시된 바와 같이, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라 흐른다.
반응 가스 노즐(33)의 하류측, 더 상세하게는 정류판(35)의 하류측에 배기 덕트(34)가 마련되어 있다. 배기 덕트(34)는, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라 회전 테이블(2)보다 외측의 위치로부터 중심을 향해 연장되도록 마련되어 있다. 배기 덕트(34)에는, 당해 배기 덕트(34)의 상류측, 즉, 반응 가스 노즐(33)이 마련되어 있는 측을 향해 개구되는 복수의 배기 구멍(34h)이, 배기 덕트(34)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다. 또한, 배기 덕트(34)의 반경 방향에 있어서의 외측에는 개구(34a)가 형성되어 있다. 이에 의해, 반응 가스 노즐(33)로부터 공급된 염소 라디칼이 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라 흘러오는 것을 직접적으로 배기할 수 있어, 횡방향의 평행류를 유지할 수 있다. 바꾸어 말하면, 염소 라디칼은, 웨이퍼(W)의 표면에 대략 평행하게 흐른다. 그 때문에, 표면에 오목부를 갖는 웨이퍼(W)에 있어서는, 오목부의 내벽 상부에는 염소 라디칼이 도달하기 쉽기 때문에 염소 라디칼에 의한 에칭 작용이 발생하기 쉽다. 한편, 오목부의 내벽 하부나 저면에는 염소 라디칼이 거의 도달하지 않으므로 염소 라디칼에 의한 에칭 작용이 거의 발생하지 않는다. 그 결과, 오목부의 내벽 상부의 실리콘 원자층이 선택적으로 제거된다.
다시 도 5를 참조하면, 도 1에서도 설명한 바와 같이, 회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저부(14) 사이의 공간에는 히터 유닛(7)이 마련된다. 본 실시 형태에 관한 성막 장치에 있어서는, 회전 테이블(2)을 통해 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)가, 웨이퍼(W)의 표면 상에 형성된 SiH3의 분자층의 Si-H 결합을 절단하는 것이 가능한 온도(예를 들어 550℃)로 가열된다. 회전 테이블(2)의 주연 부근의 하방에는, 커버 부재(71)가 마련되어 있다. 커버 부재(71)는 링 형상을 갖고, 회전 테이블(2)의 상방 공간으로부터 제1 배기 영역(E1) 및 제2 배기 영역(E2)에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(7)이 놓여 있는 분위기를 구획하여 회전 테이블(2)의 하방 영역으로의 가스의 침입을 억제한다. 커버 부재(71)는, 회전 테이블(2)의 외연부 및 외연부보다도 외주의 측을 하방으로부터 면하도록 마련된 내측 부재(71a)와, 내측 부재(71a)와 진공 용기(1)의 내주벽 사이에 마련된 외측 부재(71b)를 구비하고 있다. 외측 부재(71b)는, 제1 분리 영역(D1) 및 제2 분리 영역(D2)에 있어서 볼록 형상부(4)의 외연부에 형성된 굴곡부(46)의 하방에서, 굴곡부(46)와 근접하여 마련되어 있다. 내측 부재(71a)는, 회전 테이블(2)의 외연부 하방(및 외연부보다도 약간 외측의 부분의 하방)에 있어서, 히터 유닛(7)을 전체 주위에 걸쳐 둘러싸고 있다.
히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다 회전 중심에 가까운 부위에 있어서의 저부(14)는, 회전 테이블(2)의 하면의 중심부 부근에 있어서의 코어부(21)에 접근하도록 상방으로 돌출되어 돌출부(12a)를 이루고 있다. 돌출부(12a)와 코어부(21) 사이는 좁은 공간으로 되어 있고, 또한 저부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍의 내주벽과 회전축(22)의 간극이 좁아져 있고, 이들 좁은 공간은 케이스체(20)에 연통되어 있다. 케이스체(20)에는, 퍼지 가스인 Ar 가스를 좁은 공간 내에 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 마련되어 있다. 또한 진공 용기(1)의 저부(14)에는, 히터 유닛(7)의 하방에 있어서 주위 방향으로 소정의 각도 간격으로, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 복수의 퍼지 가스 공급관(73)이 마련되어 있다(도 5에는 하나의 퍼지 가스 공급관(73)을 나타냄). 또한, 히터 유닛(7)과 회전 테이블(2) 사이에는, 히터 유닛(7)이 마련된 영역으로의 가스의 침입을 억제하기 위해, 외측 부재(71b)의 내주벽(내측 부재(71a)의 상면)으로부터 돌출부(12a)의 상단과의 사이를 주위 방향에 걸쳐 덮는 덮개 부재(7a)가 마련되어 있다. 덮개 부재(7a)는, 예를 들어 석영으로 제작할 수 있다.
또한, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 중심부에는, 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있어, 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)에, 분리 가스인 Ar 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 공간(52)에 공급된 분리 가스는, 돌출부(5)와 회전 테이블(2)의 좁은 공간(50)을 통해, 회전 테이블(2)의 웨이퍼 적재 영역 측의 표면을 따라 주연을 향해 토출된다. 공간(50)은, 분리 가스에 의해 공간(481) 및 공간(482)보다 높은 압력으로 유지될 수 있다. 따라서, 공간(50)에 의해, 제1 처리 영역(P1)으로 공급되는 Si2H6 가스가, 중심 영역(C)을 통해 제2 처리 영역(P2)으로 침입하는 것이 억제된다. 즉, 공간(50)(또는 중심 영역(C))은, 분리 공간(H)(또는 제1 분리 영역(D1), 제2 분리 영역(D2))과 마찬가지로 기능한다.
또한, 진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 외부의 반송 암(10)과 회전 테이블(2) 사이에서, 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 반송구(15)는, 게이트 밸브(도시하지 않음)에 의해 개폐된다. 또한 회전 테이블(2)에 있어서의 웨이퍼 적재 영역인 오목부(24)에는, 반송구(15)에 대향하는 위치에서 반송 암(10)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해진다. 따라서, 회전 테이블(2)의 하방에 있어서 전달 위치에 대응하는 부위에, 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어올리기 위한 전달용 승강 핀 및 그 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 마련되어 있다.
또한, 본 실시 형태의 성막 장치에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제어부(100)가 마련된다. 제어부(100)는, 성막 장치의 각 부를 제어한다. 제어부(100)는, 예를 들어 컴퓨터 등이어도 된다. 또한, 성막 장치의 각 부의 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는, 예를 들어 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 하드 디스크, 플래시 메모리, DVD 등이어도 된다.
〔성막 방법〕
실시 형태의 성막 방법에 대해, 전술한 성막 장치를 사용하여 행하는 경우를 예로 들어 설명한다. 도 7은, 실시 형태의 성막 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다. 실시 형태의 성막 방법은, 시드층 형성 공정(S10), 컨포멀 성막 공정(S20) 및 보텀 업 성막 공정(S30)을 갖는다.
도 8은 실시 형태의 성막 방법의 일례를 도시하는 공정 단면도이다. 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)로서 실리콘 웨이퍼를 사용하고, 당해 실리콘 웨이퍼의 표면에는 트렌치, 비아 홀 등의 오목부가 형성되어 있다. 또한, 오목부에는 컨포멀하게 실리콘 산화막이 형성되어 있는 것으로 한다. 또한, 반응 가스 노즐(31)로부터 DIPAS 가스 또는 Si2H6 가스가 공급되고, 반응 가스 노즐(33)로부터 Cl2 가스가 공급되는 예를 들어 설명한다. 또한, Cl2 가스는, 리모트 플라스마에 의해 라디칼화되어, 염소 라디칼로서 공급되는 것으로 한다.
먼저, 제어부(100)는, 게이트 밸브(도시하지 않음)를 개방하여, 외부로부터 반송 암(10)(도 3)에 의해 반송구(15)(도 2 및 도 3)를 통해 웨이퍼(W)를 회전 테이블(2)의 오목부(24) 내로 전달한다. 이 전달은, 오목부(24)가 반송구(15)에 면하는 위치에 정지하였을 때에 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통해 진공 용기(1)의 저부측으로부터 승강 핀(도시하지 않음)이 승강함으로써 행해진다. 제어부(100)는, 이러한 전달을, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시켜 행하여, 회전 테이블(2)의 5개의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼(W)를 적재한다.
계속해서, 제어부(100)는, 게이트 밸브를 폐쇄하여, 진공 펌프(64)에 의해 도달 가능 진공도까지 진공 용기(1) 내를 배기한다. 그 후, 제어부(100)는, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 분리 가스인 Ar 가스를 소정의 유량으로 토출시키고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72)으로부터도 Ar 가스를 소정의 유량으로 토출시킨다. 이에 수반하여, 제어부(100)는, 압력 제어기(65)(도 1)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 제어한다. 이어서, 제어부(100)는, 회전 테이블(2)을 시계 방향으로 예를 들어 5 내지 20rpm의 회전 속도로 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 예를 들어 550℃로 가열한다.
계속해서, 제어부(100)는, 시드층 형성 공정(S10)을 실행한다. 시드층 형성 공정(S10)에서는, 제어부(100)는 제1 처리 영역(P1)의 반응 가스 노즐(31)로부터 DIPAS 가스를 공급한다. 시드층 형성 공정(S10)에서는, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1)을 통과할 때, DIPAS 가스가 웨이퍼(W)에 공급된다. 이에 의해, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 오목부(801)에 형성된 실리콘 산화막(802)의 표면에 DIPAS 가스가 흡착되어 시드층(803)이 형성된다. 시드층(803)을 형성함으로써, 인큐베이션 시간을 짧게 하여 성막 시간을 단축할 수 있다. 또한, 시드층 형성 공정(S10)에서는, 실리콘 산화막(802)의 표면에 시드층(803)이 형성될 때까지 회전 테이블(2)을 소정의 횟수만큼 회전시켜, 시드층(803)이 형성된 단계에서 종료하고, DIPAS 가스의 공급을 정지한다. 회전 테이블(2)은, 웨이퍼(W)를 적재한 상태에서 회전을 계속한다. 또한, 시드층 형성 공정(S10)은 필수는 아니며, 필요에 따라서 행하도록 해도 된다.
계속해서, 제어부(100)는, 컨포멀 성막 공정(S20)을 실행한다. 컨포멀 성막 공정(S20)에서는, 제어부(100)는, 제1 처리 영역(P1)의 반응 가스 노즐(31)로부터 Si2H6 가스를 공급한다. 컨포멀 성막 공정(S20)에서는, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1)을 통과할 때, 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 설정된 Si2H6 가스가 웨이퍼(W)에 공급되어, 시드층(803)의 표면 상에 SiH3의 분자층이 형성된다. 또한, 웨이퍼(W)가 제2 처리 영역(P2)을 통과할 때, SiH3의 분자층의 Si-H 결합이 절단되어, 표면 상에 실리콘 원자층이 노출된다. 이와 같이, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1) 및 제2 처리 영역(P2)을 반복하여 통과함으로써, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화막(802) 상에 실리콘막(804)이 컨포멀하게 성막된다.
도 9를 참조하여, 컨포멀 성막 공정(S20)의 반응 메커니즘에 대해 설명한다. 도 9는 컨포멀 성막 공정(S20)의 반응 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 9의 (a)는 제1 처리 영역(P1)에서 행해지는 SiH3 분자층 퇴적 스텝의 일례를 도시한 도면이다. 도 9의 (a)에 있어서, Si2H6 가스가 공급되면, 웨이퍼(W)의 표면에는 Si2H6이 열분해된 SiH3 분자층의 Si 원자가 흡착되어 결합된다. 즉, 이른바 ALD법 또는 MLD법에 의해 SiH3 분자층이 웨이퍼(W)의 표면 상에 형성된다. 또한, 이러한 반응은, 일반적으로는 ALD법이라고 불리고 있지만, SiH3은 화학적으로는 원자가 아니고 분자이므로, 본 실시 형태에 있어서는 분자층이라고 표현하며, ALD법과 MLD법을 엄밀하게 구별하지 않고 ALD법 또는 MLD법이라고 포괄적으로 표현하고 있다.
이 반응은, 일반적으로는, 450℃ 전후의 분위기하에서, 베어 실리콘이 존재하고, 실리콘끼리가 직접 결합될 수 있는 조건에서만 발생하는 반응이다. 실시 형태의 성막 장치에서는, 진공 용기(1) 내의 온도는 550℃ 전후로 설정되어 있으므로, 통상의 프로세스에서는 이 ALD 반응은 일어날 수 없다. 그러나 실시 형태의 성막 방법에서는, 반응 가스 노즐(31)로부터 공급하는 Si2H6 가스를 상온에서 공급한다. 상온은, 20 내지 30℃의 범위 내의 온도에 있고, 일반적으로는 25℃ 전후이다. 따라서, 상온의 Si2H6 가스를 웨이퍼(W)를 향해 지근 거리에서 공급함으로써, 웨이퍼(W)의 표면 근방의 온도를 순간적으로 저하시킬 수 있어, 450℃의 온도 조건을 순간적으로 만들어 내고 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 처리 영역(P1)에 있어서는, 제2 천장면(45)은 제1 분리 영역(D1) 및 제2 분리 영역(D2)의 제1 천장면(44)보다 높지만, 반응 가스 노즐(31)은 분리 가스 노즐(42)과 거의 동일한 높이이며, 웨이퍼(W)의 표면에 가까운 거리이다. 따라서, 반응 가스 노즐(31)로부터 공급되는 Si2H6 가스는, 주위의 분위기와 동일한 온도로 되기 전에 웨이퍼(W)의 표면에 도달하여, 본래적으로는 450℃ 전후의 분위기하에서만 발생하는 분자층 퇴적 반응(MLD)을 발생시키고 있다.
또한, 진공 용기(1) 내의 온도인 550℃는, Si2H6 가스를 공급한 경우, 본래적으로는 CVD 반응이 발생해 버리는 온도이다. 따라서, 가령 SiH3이 웨이퍼(W)의 표면에 흡착되었다고 해도, 그 위에 CVD 반응에 의해 SiH3막이 퇴적되어 버릴 우려가 있다. 그러나 실시 형태의 성막 방법에 있어서는, 회전 테이블(2)이 회전함으로써, 여분의 CVD 반응을 발생시키는 일 없이 제1 분리 영역(D1)으로 SiH3 분자층이 표면 상에 흡착된 웨이퍼(W)가 이동한다. 제1 분리 영역(D1)에서는, 좁은 공간 내에서 Ar의 퍼지 가스가 공급되어, Si2H6 가스의 유입을 방지하는 구성으로 되어 있으므로, SiH3 분자층의 표면 상에, CVD 반응에 의해 SiH3막이 더 퇴적되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 실시 형태의 성막 방법에 있어서는, 제1 처리 영역(P1)에서, 웨이퍼(W)의 표면 부근에서 순간적으로 분자층 퇴적 반응이 발생하는 조건을 만들어 내어 SiH3의 분자층을 형성하고, 형성 후에는 여분의 CVD 반응이 발생하지 않는 동안에 제1 분리 영역(D1)으로 회전 이동한다. 이러한 상온의 Si2H6 가스의 공급과, 회전 이동을 적절하게 조합한 처리를 행함으로써, Si-H 결합의 절단이 가능한 고온의 분위기하에 있어서도, 그것보다 저온의 분위기하에서만 발생하는 SiH3의 분자층 퇴적 반응을 발생시켜, SiH3 분자층을 형성할 수 있다.
또한, 제1 처리 영역(P1)은, 전술한 바와 같은 분자층 퇴적 반응에 의해 SiH3 분자층을 형성한다는 점에서, 분자층 퇴적 영역, SiH3 흡착 영역, ALD 영역 등이라고 칭해도 된다.
또한, 실시 형태에 있어서는, 상온의 Si2H6 가스를 공급하는 예를 들어 설명하지만, Si-H 결합의 절단이 가능한 550℃보다 낮은 온도이면, 다른 온도에서 Si2H6 가스를 공급해도 된다. 예를 들어, 0 내지 50℃의 범위에서, 조건에 따른 적절한 가스 공급 온도를 설정할 수 있다.
또한, 제1 분리 영역(D1)에 있어서는, 도 4 및 도 5에서 설명한 구조에 의해, 제1 처리 영역(P1)으로부터의 Si2H6 가스의 유입을 방지할 수 있어, 웨이퍼(W)는, Ar 등의 퍼지 가스가 표면에 공급된 상태에서 제1 분리 영역(D1)을 통과한다.
도 9의 (b)는 제2 처리 영역(P2)에서 행해지는 수소 탈리 스텝의 일례를 도시한 도면이다. 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 제2 처리 영역(P2)에서는, Si-H 결합의 절단에 의해 수소의 탈리가 행해진다. 이에 의해, SiH3 분자층의 Si는 웨이퍼(W)의 표면 상에 머물러, 실리콘 원자층이 형성된다. 제2 처리 영역(P2)에서는, 처리 영역의 온도를 낮추는 요인이 되는 가스의 공급 등은 행해지지 않아, Si-H 결합의 절단에 필요한 온도인 550℃ 전후로 유지된 상태가 유지된다. 웨이퍼(W)는, Si-H 결합의 절단에 필요한 소정의 온도로 유지된 제2 처리 영역(P2)의 공간을 회전에 의해 통과함으로써, 수소를 탈리하여, 베어 실리콘 원자층을 형성한다.
그때, 웨이퍼(W)가 제2 처리 영역(P2)을 통과 중에 Si-H 결합의 절단이 발생하도록, 제2 처리 영역(P2)의 주위 방향의 길이와 회전 테이블(2)의 회전 속도가 정해진다. 일반적으로, 제1 처리 영역(P1)은, CVD 반응이 발생하지 않도록 짧은 영역으로서 형성되는 것에 비해, 제2 처리 영역(P2)은, 수소의 탈리 반응이 확실하게 발생하도록 제1 처리 영역(P1)보다 긴 영역으로서 형성된다.
제2 처리 영역(P2)을 통과한 웨이퍼(W)는, 제3 처리 영역(P3)으로 회전 이동한다. 이때, 제3 처리 영역(P3)에 있어서는 염소 라디칼이 공급되고 있지 않으므로, 에칭 반응은 발생하지 않는다.
제3 처리 영역(P3)을 통과한 웨이퍼(W)는, 제2 분리 영역(D2)으로 회전 이동한다. 제2 분리 영역(D2)에 있어서는, Ar 등의 퍼지 가스가 웨이퍼(W)의 표면에 공급되어, 실리콘 원자층의 표면에 여분의 티끌 등이 퇴적되는 것이 방지된다.
제2 분리 영역(D2)을 통과한 웨이퍼(W)는, 회전 테이블(2)의 한층 더한 회전에 의해, 베어 실리콘막이 형성된 상태에서 다시 제1 처리 영역(P1)으로 들어가, 전술한 분자층 퇴적법에 의한 SiH3 분자층의 형성이 행해지고, 이하 마찬가지의 프로세스가 반복된다. 그리고 회전 테이블(2)을 복수 회 연속하여 회전시킴으로써, 전술한 실리콘 성막 프로세스가 반복되어, 원하는 두께의 실리콘막을 컨포멀하게 형성할 수 있다.
이와 같이, 컨포멀 성막 공정(S20)에 의하면, Si-H 결합의 절단이 가능한 진공 용기(1) 내의 온도 설정, 이것보다 낮은 온도의 디실란 가스의 공급, 회전 테이블(2)의 회전에 의한 CVD 반응의 발생 방지를 적절하게 조합한다. 이에 의해, 진공 용기(1) 내의 온도를 일정하게 유지하여, 높은 생산성으로 ALD법을 이용한 균일성이 높은 실리콘막을 형성할 수 있다.
또한, 전술한 설명에 있어서, 진공 용기(1) 내의 온도가 550℃ 전후인 예를 들어 설명하였지만, 본 개시는 이것에 한정되지는 않는다. 진공 용기(1) 내의 온도는 Si-H 결합의 절단이 발생하는 온도로 히터 유닛(7)이 설정되어 있으면 되므로, 예를 들어 540 내지 580℃의 범위에서 Si-H 결합의 절단이 발생하는 소정의 온도로 설정하는 것이 가능하다.
계속해서, 제어부(100)는 보텀 업 성막 공정(S30)을 실행한다. 보텀 업 성막 공정(S30)에서는, 제어부(100)는 제1 처리 영역(P1)의 반응 가스 노즐(31)로부터 Si2H6 가스를 공급하고, 제3 처리 영역(P3)의 반응 가스 노즐(33)로부터 염소 라디칼을 공급한다.
보텀 업 성막 공정(S30)에서는, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1)을 통과할 때, 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 설정된 Si2H6 가스가 웨이퍼(W)에 공급되어, 기판의 표면 상에 SiH3의 분자층이 형성된다.
또한, 웨이퍼(W)가 제2 처리 영역(P2)을 통과할 때, SiH3의 분자층의 Si-H 결합이 절단되어, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 표면 상에 실리콘 원자층(805)이 노출된다.
또한, 웨이퍼(W)가 제3 처리 영역(P3)을 통과할 때, 반응 가스 노즐(33)로부터 염소 라디칼이 웨이퍼(W)에 공급된다. 이때, 염소 라디칼은 웨이퍼(W)의 상면 및 오목부(801)의 상부에는 용이하게 도달하여 많은 실리콘 원자층(805)을 에칭하여 제거한다. 한편, 오목부(801)의 안쪽은 깊기 때문에, 오목부(801)의 저면까지는 염소 라디칼은 도달하지 않아, 오목부(801)의 저면 실리콘 원자층(805)은 거의 에칭되지 않는다. 이에 의해, 도 8의 (d)에 도시된 바와 같이, 오목부(801)의 저면 및 내벽 하부의 실리콘 원자층(805)은 잔존하고, 오목부(801)의 내벽 상부의 실리콘 원자층(805)이 선택적으로 제거된다.
그리고 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1), 제2 처리 영역(P2) 및 제3 처리 영역(P3)을 반복하여 통과하면, 도 8의 (e)에 도시된 바와 같이, 오목부(801) 내에 V자의 단면 형상을 갖고, 보텀 업 성장한 실리콘막(806)이 퇴적된다. 이에 의해, 오목부(801)의 상부의 개구는 폐색되지 않아, 보이드나 심이 형성되기 어려운 상태를 유지하면서 오목부(801)를 매립할 수 있다. 또한, SiH3의 분자층의 형성과, SiH3의 분자층의 Si-H 결합의 절단에 의한 실리콘 원자층(805)의 노출을 반복함으로써 실리콘막(806)이 형성되므로, 치밀하고 막 밀도가 높은 실리콘막(806)을 형성할 수 있다.
또한, 보텀 업 성막 공정(S30)에서는, 반응 가스 노즐(33)로부터 공급되는 염소 라디칼은, 회전 테이블(2)의 표면에 있어서의 웨이퍼(W)가 적재되지 않는 영역에도 용이하게 도달하므로, 회전 테이블(2)의 표면에 퇴적된 막이 에칭에 의해 제거된다. 이에 의해, 회전 테이블(2)의 클리닝 사이클을 길게 할 수 있으므로, 생산성이 향상된다.
또한, 보텀 업 성막 공정(S30)에서는, 제3 처리 영역(P3)의 반응 가스 노즐(33)로부터 염소 라디칼을 간헐적으로 공급해도 된다. 예를 들어, 회전 테이블(2)이 소정의 횟수만큼 회전할 때마다 제3 처리 영역(P3)으로부터 염소 라디칼을 공급함으로써, 실리콘막이 에칭되는 양을 억제하여 성막 속도를 높일 수 있다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기한 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 취지를 일탈하는 일 없이 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
또한, 상기한 실시 형태에서는, 제3 처리 영역(P3)에 공급되는 에칭 가스로서 염소 가스를 예로 들어 설명하였지만, 본 개시는 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 염소 가스 대신에, 불소(F2) 가스, 트리플루오로메탄(CHF3) 가스를 사용해도 된다. F2 가스나 CHF3 가스는, 리모트 플라스마에 의해 라디칼화되어, 불소 라디칼로서 공급된다.

Claims (11)

  1. Si-H 결합을 절단하는 것이 가능한 제1 온도로 설정된 진공 용기 내에, 서로 이격된 제1 처리 영역, 제2 처리 영역 및 제3 처리 영역이 주위 방향을 따라 배치되고, 상기 제1 처리 영역, 상기 제2 처리 영역 및 상기 제3 처리 영역을 회전 통과 가능한 회전 테이블 상에 적재된 기판의 오목부에 실리콘막을 성막하는 성막 방법이며,
    상기 기판이 상기 제1 처리 영역을 통과할 때, 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 설정된 Si2H6 가스를 공급하여, 상기 기판의 표면 상에 SiH3의 분자층을 형성하는 스텝과,
    상기 기판이 상기 제2 처리 영역을 통과할 때, 상기 SiH3의 분자층의 Si-H 결합을 절단하여, 표면 상에 실리콘 원자층을 노출시키는 스텝과,
    상기 기판이 상기 제3 처리 영역을 통과할 때, 상기 실리콘 원자층을 이방성 에칭하여 상기 오목부의 내벽 상부의 상기 실리콘 원자층을 선택적으로 제거하는 스텝을
    포함하는 매립 공정을 갖는, 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 매립 공정에서는, 상기 분자층을 형성하는 스텝과 상기 실리콘 원자층을 노출시키는 스텝을 포함하는 복수 회의 사이클을 실행하고, 상기 복수 회의 사이클의 적어도 일부가 상기 실리콘 원자층을 선택적으로 제거하는 스텝을 포함하는,
    성막 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 매립 공정 전에 실행되는 성막 공정을 더 갖고,
    상기 성막 공정은,
    상기 실리콘 원자층을 선택적으로 제거하는 스텝을 포함하지 않고,
    상기 분자층을 형성하는 스텝과,
    상기 실리콘 원자층을 노출시키는 스텝을
    포함하는,
    성막 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 성막 공정 전에, 상기 기판의 표면에 시드층을 형성하는 공정을 더 갖는,
    성막 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시드층을 형성하는 공정은, 아미노실란계 가스를 상기 기판의 표면에 공급하는 처리를 포함하는,
    성막 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이방성 에칭은, 염소 라디칼 또는 불소 라디칼을 공급함으로써 실행되는,
    성막 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 염소 라디칼 또는 상기 불소 라디칼은, 상기 기판의 표면에 대략 평행하게 공급되는,
    성막 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역 사이에, 상기 제1 처리 영역과 상기 제2 처리 영역을 분리하는 제1 분리 영역이 마련되고,
    상기 매립 공정은, 상기 분자층을 형성하는 스텝 후, 상기 기판에 상기 제1 분리 영역을 통과시켜 상기 기판의 표면에 퍼지 가스를 공급하여, SiH3의 CVD 반응의 발생을 억제하는 스텝을 더 포함하는,
    성막 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 처리 영역과 상기 제1 처리 영역 사이에, 상기 제3 처리 영역과 상기 제1 처리 영역을 분리하는 제2 분리 영역이 마련되고,
    상기 매립 공정은, 상기 이방성 에칭하는 스텝 후, 상기 기판에 상기 제2 분리 영역을 통과시켜 상기 기판의 표면에 퍼지 가스를 공급하는 스텝을 더 포함하는,
    성막 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 회전 테이블에 대해 회전 가능한,
    성막 방법.
  11. Si-H 결합을 절단하는 것이 가능한 제1 온도로 설정된 진공 용기와,
    상기 진공 용기 내에 마련되고, 기판이 적재됨과 함께 회전 가능한 회전 테이블과,
    상기 진공 용기 내에, 주위 방향을 따라 마련되고, 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도에서 Si2H6 가스를 공급하여, 상기 회전 테이블의 회전에 의해 상기 기판이 통과하였을 때, 상기 기판의 오목부에 SiH3의 분자층을 형성하는 제1 처리 영역과,
    상기 제1 처리 영역과 주위 방향으로 이격되어 마련되고, 상기 회전 테이블의 회전에 의해 상기 기판이 통과하였을 때에 상기 오목부에 형성된 SiH3의 분자층의 Si-H 결합을 절단하여, 상기 오목부에 실리콘 원자층을 노출시키는 제2 처리 영역과,
    상기 제2 처리 영역과 주위 방향으로 이격되어 마련되고, 상기 실리콘 원자층을 이방성 에칭하여 상기 오목부의 내벽 상부의 상기 실리콘 원자층을 선택적으로 제거하는 제3 처리 영역을
    구비하는,
    성막 장치.
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