KR20210117953A - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 - Google Patents

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KR20210117953A
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Abstract

기판의 요부 내의 매입 특성을 향상시킬 수 있는 기술을 제공한다.
처리실 내의 기판에 대하여 가스를 공급하는 공정과 처리실 내를 진공 배기하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 성막 공정; 및 성막 공정의 실시 기간 중에서의 소정의 타이밍에 기판의 표면측과 이면측 사이에 소정의 온도 차이를 발생시키는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND PROGRAM}
본 개시(開示)는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서 기판 상에 막을 형성하는 처리가 수행되는 경우가 있다(예컨대 특허문헌 1 참조). 이 경우에 기판의 표면에 설치된 요부(凹部) 내를 매립하도록 막을 형성하는 처리가 수행되는 경우가 있다.
1. 일본 특개 2016-123516호 공보
본 개시는 기판의 요부 내를 매립하도록 막을 형성할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 형태에 따르면, 처리실 내의 기판에 대하여 가스를 공급하는 공정과 상기 처리실 내를 진공 배기하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 성막 공정; 및 상기 성막 공정의 실시 기간 중에서의 소정의 타이밍에 상기 기판의 표면측과 이면측(裏面側) 사이에 소정의 온도 차이를 발생시키는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 개시에 따르면, 기판의 요부 내를 매립하도록 막을 형성할 수 있다.
도 1은 본 개시의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 구성예를 모식적으로 도시하는 측단면도.
도 2는 본 개시의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 3a는 본 개시의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 공정의 예시적인 흐름도.
도 3b는 본 개시의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 성막 시퀀스의 일례를 도시하는 도면.
도 4a는 기판의 이면측의 온도를 표면측의 온도보다 높게 했을 때의 가스의 흐름을 도시한 도면.
도 4b는 기판의 표면측의 온도를 이면측의 온도보다 높게 했을 때의 가스의 흐름을 도시한 도면.
도 5는 본 개시의 제2 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 성막 시퀀스의 일례를 도시하는 도면.
도 6은 본 개시의 다른 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 성막 시퀀스의 일례를 도시하는 도면.
<제1 실시 형태>
이하, 본 개시의 제1 실시 형태에 대해서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(100)에 대해서 설명한다. 기판 처리 장치(100)는 기판으로서의 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 장치이며, 도 1에 도시되는 바와 같이 매엽식(枚葉式) 기판 처리 장치로서 구성된다.
(처리 용기)
도 1에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(100)는 처리 용기(202)를 구비한다. 처리 용기(202)는 예컨대 횡단면이 원형이며, 편평한 밀폐 용기로서 구성된다. 또한 처리 용기(202)의 측벽이나 저벽(底壁)은 예컨대 알루미늄(Al)이나 스텐레스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성된다. 처리 용기(202) 내에는 웨이퍼(200)를 처리하는 처리실(201)이 형성된다.
처리 용기(202)의 측면에는 게이트 밸브(205)에 인접한 기판 반입출구(206)가 설치되고, 기판 반입출구(206)를 개재하여 웨이퍼(200)가 미도시의 반송실 사이를 이동하도록 이루어진다. 처리 용기(202)의 저부(底部)에는 리프트 핀(207)이 복수 설치된다.
처리실(201) 내에는 웨이퍼(200)를 지지하는 기판 지지부(210)가 설치된다. 기판 지지부(210)는 웨이퍼(200)를 재치하는 기판 재치면(211)과, 기판 재치면(211)을 표면에 가지는 기판 재치대(212)를 주로 구비한다. 기판 재치대(212)에는 리프트 핀(207)이 관통하는 복수의 관통공(214)이 리프트 핀(207)의 각각 대응하는 위치에 설치된다.
기판 재치대(212)는 샤프트(217)에 의해 지지된다. 샤프트(217)는 처리 용기(202)의 저부를 관통하고, 또한 처리 용기(202)의 외부에서 미도시의 승강 기구에 접속된다. 승강 기구 작동시켜서 샤프트(217) 및 기판 재치대(212)를 승강시키는 것에 의해 기판 재치면(211) 상에 재치되는 웨이퍼(200)를 승강시키는 것이 가능하도록 이루어진다.
기판 재치대(212)는 웨이퍼(200) 반송 시에는 기판 재치면(211)이 기판 반입출구(206)와 마찬가지의 높이(웨이퍼 반송 위치)까지 하강한다. 또한 웨이퍼(200) 처리 시에는 도 1에서 도시되는 바와 같이, 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내의 처리 위치(웨이퍼 처리 위치)까지 상승한다.
구체적으로는 기판 재치대(212)를 웨이퍼 반송 위치까지 하강시켰을 때에는 리프트 핀(207)의 상단부가 기판 재치면(211)의 상면으로부터 돌출하여 리프트 핀(207)이 웨이퍼(200)를 하방(下方)으로부터 지지한다. 또한 기판 재치대(212)를 웨이퍼 처리 위치까지 상승시켰을 때에는 리프트 핀(207)은 기판 재치면(211)의 상면으로부터 매몰하여 기판 재치면(211)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지한다.
(가열부)
기판 재치대(212)에는 제2 가열부로서의 히터(213)가 내포된다. 히터(213)의 동작은 컨트롤러(310)에 의해 제어된다.
처리 용기(202)의 천장이며, 웨이퍼(200)의 표면측에는 램프 하우스(460)가 설치된다. 램프 하우스(460)에는 제1 가열부로서의 램프(411)가 복수 설치된다. 램프(411)의 동작은 컨트롤러(310)에 의해 제어된다.
히터(213)나 램프(411)를 이용하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 표면측의 온도 및 웨이퍼(200)의 이면측의 온도를 어느 정도 독립적으로 제어할 수 있다. 예컨대 히터(213)를 ON, 램프(411)를 OFF로 하거나, 히터(213)의 출력을 램프(411)의 출력보다 크게 하면, 적어도 소정의 시간에서 웨이퍼(200)의 이면측의 온도를 표면측의 온도보다 높게 할 수 있다. 한편, 램프(411)를 ON, 히터(213)를 OFF로 하거나, 램프(411)의 출력을 히터(213)의 출력보다 크게 하면, 적어도 소정의 시간에서 웨이퍼(200)의 표면측의 온도를 이면측의 온도보다 높게 할 수 있다.
(가스 도입공)
처리실(201)의 상부에 설치되고, 후술하는 샤워 헤드(290)의 측벽에는 가스 도입공(241, 242, 243)이 설치된다. 가스 도입공(241, 242, 243)에 접속되는 가스 공급계의 구성에 대해서는 후술한다.
(샤워 헤드)
가스 도입공(241, 242, 243)과 처리실(201) 사이에는 처리실(201)에 연통하는 가스 분산 기구로서의 샤워 헤드(290)가 설치된다. 가스 도입공(241, 242, 243)으로부터 도입되는 가스는 샤워 헤드(290)의 버퍼실(252)에 공급된다. 버퍼실(252)은 처리 용기(202)와 분산판(254)에 둘러싸이도록 형성된다.
샤워 헤드(290)는 버퍼실(252)과 처리실(201) 사이에 가스를 분산시키기 위한 분산판(254)을 구비한다. 분산판(254)에는 복수의 관통공이 설치된다. 분산판(254)은 기판 재치면(211)과 대향하도록 배치된다. 분산판(254)은 램프(411)가 조사(照射)하는 열을 차단하지 않는 재질이며, 예컨대 석영으로 구성된다. 분산판(254)을 개재하여 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 균일하게 공급 가능하도록 한다.
(원료 가스 공급계)
가스 도입공(241)에는 원료 가스 공급계(260)가 접속된다. 원료 가스 공급계(260)는 가스 공급관(261)을 포함하고, 가스 공급관(261)은 가스 도입공(241)에 연통하도록 처리 용기(202)의 측면에 접속된다. 가스 공급관(261)은 상류부터 원료 가스의 가스원(262), 원료 가스의 유량을 조정하는 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(263), 밸브(264)가 설치된다. 원료 가스로서 예컨대 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스를 이용할 수 있다.
(반응 가스 공급계)
가스 도입공(242)에는 반응 가스 공급계(270)가 접속된다. 반응 가스 공급계(270)는 가스 공급관(271)을 포함하고, 가스 공급관(271)은 가스 도입공(242)에 연통하도록 처리 용기(202)의 측벽에 접속된다. 가스 공급관(271)은 상류부터 반응 가스의 가스원(272), 반응 가스의 유량을 조정하는 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(273), 밸브(274)가 설치된다. 반응 가스로서 예컨대 암모니아(NH3) 가스를 이용할 수 있다.
(불활성 가스 공급계)
가스 도입공(243)에는 불활성 가스 공급계(280)가 접속된다. 불활성 가스 공급계(280)는 가스 공급관(281)을 포함하고, 가스 공급관(281)은 가스 도입공(243)에 접속된다. 가스 공급관(281)은 상류부터 불활성 가스의 가스원(282), 불활성 가스의 유량을 조정하는 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(283), 밸브(284)가 설치된다. 불활성 가스로서 예컨대 질소(N2) 가스를 이용할 수 있다.
각 가스 공급계의 MFC(263, 273, 283)나 밸브(264, 274, 284)는 후술하는 컨트롤러(310)에 전기적으로 접속되고, 컨트롤러(310)의 지시에 의해 제어된다.
본 실시 형태에서는 원료 가스 공급계(260), 반응 가스 공급계(270), 불활성 가스 공급계(280) 중 어느 하나의 조합, 혹은 모두를 가스 공급계라고 부른다.
(배기계)
처리 용기(202)의 내벽 측면에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기구(245)가 설치된다. 처리 용기(202)의 외벽 측면에는 배기구(245)와 연통하도록 배기관(246)이 접속된다. 배기관(246)에는 처리실(201) 내를 소정의 압력으로 제어하는 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(247), 진공 펌프(248)가 순서대로 직렬로 접속된다. 주로 배기구(245), 배기관(246), APC 밸브(247)를 총칭하여 배기계라고 부른다. 또한 배기계에 진공 펌프(248)를 포함시켜도 좋다.
(컨트롤러)
기판 처리 장치(100)는 기판 처리 장치(100)의 각(各) 부(部)의 동작을 제어하는 컨트롤러(310)를 포함한다.
컨트롤러(310)의 개략을 도 2에 도시한다. 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(310)는 CPU(Central Processing Unit)(310a), RAM(Random Access Memory)(310b), 기억 장치(310c), I/O 포트(310d), 송수신부(310e)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(310b), 기억 장치(310c), I/O 포트(310d)는 내부 버스(310f)를 개재하여 CPU(310a)과 데이터 교환 가능하도록 구성된다.
컨트롤러(310)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(311)나, 외부 기억 장치(312)가 접속 가능하도록 구성된다.
기억 장치(310c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(310c) 내에는 기판 처리 장치(100)의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로그램 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 또한 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(310)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로그램 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 프로그램 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. 또한 RAM(310b)은 CPU(310a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(310d)는 게이트 밸브(205), 히터(213), 램프(411), APC 밸브(247), 진공 펌프(248), MFC(263, 273, 283), 밸브(264, 274, 284) 등 기판 처리 장치(100)의 각 구성에 접속된다.
CPU(310a)는 기억 장치(310c)로부터의 제어 프로그램을 판독해서 실행 하는 것과 함께, 입출력 장치(311)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(310c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. 그리고 CPU(310a)는 판독된 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 게이트 밸브(205)의 개폐 동작, 히터(213)의 ON/OFF 동작이나 온도 조정 동작, 램프(411)의 ON/OFF 동작이나 온도 조정 동작, APC 밸브(247)의 압력 조정 동작, 진공 펌프(248)의 동작 등을 제어 가능하도록 구성된다.
또한 컨트롤러(310)는 전용의 컴퓨터로서 구성된 경우에 한정되지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리](312)를 준비하고, 이러한 외부 기억 장치(312)를 이용해서 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(310)를 구성할 수 있다. 또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치(312)를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 외부 기억 장치(312)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 기억 장치(310c)나 외부 기억 장치(312)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억 장치(310c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(312) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정의 개요
다음으로 반도체 제조 공정의 일 공정으로서 전술한 구성의 기판 처리 장치(100)를 이용하여 웨이퍼(200)에 대한 소정 처리를 수행하는 기판 처리 공정에 대해서 그 개요를 설명한다. 여기서는 기판 처리 공정으로서 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 경우를 예로 든다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(310)에 의해 제어된다. 또한 웨이퍼(200)의 표면에는 트렌치나 홀 등의 요부가 형성된다(도 4a 및 도 4b 참조).
(기판 반입·재치 공정: S102)
기판 반입·재치 공정(S102)에서는 기판 재치대(212)를 웨이퍼(200)의 반송 위치까지 하강시키는 것에 의해 기판 재치대(212)의 관통공(214)에 리프트 핀(207)을 관통시킨다. 그 결과, 리프트 핀(207)이 기판 재치대(212)의 표면보다 소정의 높이만큼만 돌출한 상태가 된다. 계속해서 게이트 밸브(205)를 열고 미도시의 웨이퍼 이재기를 이용하여 처리실(201) 내에 웨이퍼(200)를 반입하고, 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(200)를 이재한다. 이에 의해 웨이퍼(200)는 기판 재치대(212)의 표면으로부터 돌출된 리프트 핀(207) 상에 수평 자세로 지지된다.
처리실(201) 내에 웨이퍼(200)를 반입한 후에는 웨이퍼 이재기를 처리 용기(202) 외로 퇴피시키고, 게이트 밸브(205)를 닫고 처리 용기(202)를 밀폐한다. 그 후 기판 재치대(212)를 상승시키는 것에 의해 기판 재치대(212)의 기판 재치면(211) 상에 웨이퍼(200)를 재치한다.
또한 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 내에 반입하는 때는 배기계에 의해 처리 용기(202) 내를 배기하면서 불활성 가스 공급계(280)로부터 처리실(201) 내에 불활성 가스로서의 N2 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 이에 의해 처리 용기(202)로의 파티클의 침입이나, 웨이퍼(200) 상으로의 파티클의 부착을 억제하는 것이 가능해진다. 또한 진공 펌프(248)는 적어도 기판 반입·재치 공정(S102)부터 후술하는 기판 반출 공정(S106)까지의 동안은 상시 작동시킨 상태로 한다.
후술하는 성막 공정이 시작될 때까지 적어도 램프(411)와 히터(213) 중 어느 일방(一方)에 의해 웨이퍼(200)가 원하는 온도가 될 때까지 가열한다. 또한 APC 밸브(247)의 밸브 개도(開度)를 조정하는 것에 의해 처리 용기(202) 내의 압력을 소정의 압력으로 제어한다.
(성막 공정: S104)
그 후, 성막 공정(S104)을 수행한다. 도 3b에 도시하는 성막 시퀀스에서는 후술하는 스텝 1 및 스텝 2를 수행한다.
[스텝 1]
이 스텝에서는 원료 가스 공급, 퍼지 가스 공급, 진공 배기를 순서대로 수행한다. 이하, 순서대로 설명한다. 또한 원료 가스 공급, 퍼지 가스 공급, 진공 배기 각각을 통해서 배기계에 의해 배기가 수행된다. 또한 본 개시에서의 진공 배기란 웨이퍼(200)로의 원료 가스 공급(반응 가스 공급)·퍼지 가스 공급을 정지한 상태에서의 배기를 의미한다. 즉 웨이퍼(200) 상의 공간[처리실(201) 내]을 원료 가스 공급(반응 가스 공급)이나 퍼지 가스 공급 시의 압력과 비교해서 감압하는 것을 의미한다.
우선 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급한다(원료 가스 공급).
구체적으로는 밸브(264)를 열고 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급한다. 이때 HCDS 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 MFC(263)을 조정한다.
웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급하면 HCDS 가스가 분해되고, HCDS 가스에 포함되는 Si가 웨이퍼(200)의 표면에 흡착하여 웨이퍼(200)의 표면에 Si 함유층이 형성된다.
단, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 요부의 저부측에는 요부의 개구부측(開口部側)에 비해서 HCDS 가스가 도달하기 어려운 경향이 있다. 이에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 내부, 특히, 요부의 저부 주변에서는 Si 함유층이 형성되기 어려워지고 있다.
이러한 과제를 해결하기 위해서 본 실시 형태에서는 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급하는 타이밍에 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 온도 차이를 발생시킨다. 구체적으로는 웨이퍼(200)의 이면측의 온도를 표면측의 온도보다 높게 한다. 온도 차이가 존재하는 공간에서는 가스는 저온측으로부터 고온측으로 흐르는 특성이 있으므로, 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 전술한 바와 같은 온도 차이를 발생시키는 것에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 개구부측으로부터 요부의 저부측으로의 HCDS 가스의 공급을 촉진할 수 있다(도 4a 참조). 그 결과, 웨이퍼(200)의 요부의 저부 주변에서의 Si 함유층의 형성을 촉진시킬 수 있다. 또한 웨이퍼(200)의 이면측에 설치된 히터(213)를 ON으로 하고 표면측에 설치된 램프(411)를 OFF로 하는 것에 의해, 또한 램프(411)의 출력을 히터(213)의 출력보다 작게 하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 이면측의 온도를 표면측의 온도보다 적어도 일시적으로 높게 할 수 있다.
Si 함유층이 형성된 후, 밸브(264)를 닫고 HCDS 가스의 공급을 정지한다.
다음으로 처리실(201) 내에 퍼지 가스로서 불활성 가스(N2 가스)를 공급한다(퍼지).
구체적으로는 밸브(284)를 열고 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. 이때 APC 밸브(247)의 밸브 개도를 최대로 해서 처리실(201) 내를 배기한다.
처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하면 처리실(201) 내가 퍼지되어 처리실(201) 내나 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 요부 내에 잔류하고 있었던 HCDS 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거되어, 처리실(201) 내의 분위기가 N2 가스로 치환된다.
단, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 요부의 저부측에는 요부의 개구부측에 비해 N2 가스가 도달하기 어려운 경향이 있다. 또한 요부의 저부측의 압력이 내려가기 어려운 경향이 있다. 이에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 내부, 특히 요부의 저부 주변에 잔류하는 HCDS 가스나 반응 부생성물이 배출되기 어려워지고 있다.
이러한 과제를 해결하기 위해서 본 실시 형태에서는 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 N2 가스를 공급하는 타이밍에 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 온도 차이를 발생시킨다. 구체적으로는 웨이퍼(200)의 표면측의 온도를 이면측의 온도보다 높게 한다. 전술한 바와 같이 온도 차이가 존재하는 공간에서는 가스는 저온측으로부터 고온측으로 흐르는 특성이 있다. 따라서 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 전술한 바와 같은 온도 차이를 발생시키는 것에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 저부측으로부터 요부의 개구부측으로의 가스의 흐름을 촉진시킬 수 있다(도 4b 참조). 그 결과, 웨이퍼(200)의 요부의 저부 주변에 잔류하는 HCDS 가스나 반응 부생성물의, 요부의 개구부측으로의 이동을 촉진시킬 수 있다. 이러한 온도 차이를 두는 것에 의해 N2 가스를 공급하는 동안에 요부의 개구부측으로 이동한 HCDS 가스나 반응 부생성물은 웨이퍼(200)의 표면을 흐르는 N2 가스의 흐름에 의해 웨이퍼(200) 표면상에 인출(引出)되어 배출된다. 또한 웨이퍼(200)의 이면측에 설치된 히터(213)를 OFF로 하고 표면측에 설치된 램프(411)를 ON으로 하는 것에 의해, 또한 램프(411)의 출력을 히터(213)의 출력보다 크게 하는 것에 의해, 웨이퍼(200)의 표면측의 온도를 이면측의 온도보다 적어도 일시적으로 높게 할 수 있다.
또한 도 6에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(200)의 이면측의 온도를 표면측의 온도보다 높게 해도 좋다. 이러한 온도 차이의 관계로 하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 개구부측으로부터 요부의 저부측으로의 가스의 흐름을 촉진시킬 수 있다(도 4a 참조). 그 결과, 웨이퍼(200)의 요부 내에 N2 가스가 유입된다. 이에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 표면에 흡착한 HCDS 분자나 반응 부생성물의 분자를 N2 가스에 의해 요부 표면으로부터 탈리시키는 것이 가능해진다. 이 탈리된 HCDS 분자나, 반응 부생성물의 분자는 요부의 내부에서 표면에 흡착되지 않은 상태이므로 다음 진공 배기에서 용이하게 배기하는 것이 가능해진다. 웨이퍼(200)의 이면측에 설치된 히터(213)를 ON으로 하고 표면측에 설치된 램프(411)를 OFF로 하는 것에 의해, 또한 램프(411)의 출력을 히터(213)의 출력보다 작게 하는 것에 의해, 웨이퍼(200)의 이면측의 온도를 표면측의 온도보다 적어도 일시적으로 높게 할 수 있다.
퍼지가 완료되면, 밸브(284)를 닫고 N2 가스의 공급을 정지한다.
계속해서 APC 밸브(247)의 밸브 개도를 최대로 한 상태를 유지하여 처리실(201) 내를 진공 배기(감압 배기)한다.
처리실(201) 내를 진공 배기하면, 처리실(201) 내나 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 요부 내에 잔류하고 있었던 HCDS 가스, 반응 생성물, N2 가스 등이 처리실(201) 내로부터 제거된다.
단, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 요부의 저부측은 요부의 개구부측에 비해 HCDS 가스, 반응 생성물, N2 가스 등이 배출되기 어렵고, 진공 상태(감압 상태)가 되기 어려운 경향이 있다.
이러한 과제를 해결하기 위해서 본 실시 형태에서는 처리실(201) 내를 진공 배기하는 타이밍에 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 온도 차이를 발생시킨다. 구체적으로는 웨이퍼(200)의 표면측의 온도를 이면측의 온도보다 높게 한다. 전술한 바와 같이 온도 차이가 존재하는 공간에서는 가스는 저온측으로부터 고온측으로 흐르는 특성이 있다. 따라서 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 전술한 바와 같은 온도 차이를 발생시키는 것에 의해 웨이퍼(200)에서의 요부의 저부측에 잔류하는 HCDS 가스, 반응 생성물, N2 가스 등의, 요부의 개구부측으로의 이동을 촉진할 수 있다(도 4b 참조). 그 결과, 웨이퍼(200)의 요부의 저부 주변에 잔류하는 HCDS 가스, 반응 생성물, N2 가스 등의 배출을 촉진시킬 수 있다. 또한 웨이퍼(200)의 표면측에 설치된 램프(411)를 ON으로 하고 이면측에 설치된 히터(213)를 OFF로 하는 것에 의해, 또한 히터(213)의 출력을 램프(411)의 출력보다 작게 하는 것에 의해, 웨이퍼(200)의 표면측의 온도를 이면측의 온도보다 적어도 일시적으로 높게 할 수 있다. 또한 여기서의 온도 제어[램프(411)나 히터(213)의 제어]는 전술한 퍼지 시(N2 가스의 공급 시)부터 계속한 제어이어도 좋고, 온도 차이를 리셋(원료 가스 공급 시와 마찬가지의 온도 차이에 설정)하고 나서 실행해도 좋다. 온도 제어를 계속한 경우, 온도 차이가 완화되어 있을 가능성이 있다. 온도 차이를 리셋하는 것에 의해 여기서의 온도 차이를 두는 것이 가능해지고, 웨이퍼(200)의 요부의 저부측으로부터 개구부측으로의 가스의 이동을 촉진시키는 것이 가능해진다.
처리실(201) 내가 소정의 압력에 도달하면, 다음 스텝 2를 실행한다.
[스텝 2]
이 스텝에서는 반응 가스 공급, 퍼지 가스 공급, 진공 배기를 순서대로 수행한다. 이하, 순서대로 설명한다.
우선 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급한다(반응 가스 공급).
구체적으로는 밸브(274)를 열고 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급한다. 이때 NH3 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 MFC(273)을 조정한다. 또한 APC 밸브(247)의 밸브 개도를 조정하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력으로 제어한다.
웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급하면, NH3 가스가 웨이퍼(200)의 표면의 Si 함유층과 반응하여 질화된다. 이 반응에 의해 웨이퍼(200)의 표면에 실리콘질화막(SiN막)이 형성된다.
단, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 요부의 저부측에는 요부의 개구부측에 비해 NH3 가스가 도달하기 어려운 경향이 있다. 이에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 내부, 특히, 요부의 저부 주변에서는 SiN막이 형성되기 어려워지고 있다.
이러한 과제를 해결하기 위해서 본 실시 형태에서는 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급하는 타이밍에 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 온도 차이를 발생시킨다. 구체적으로는 웨이퍼(200)의 이면측의 온도를 표면측의 온도보다 높게 한다. 온도 차이가 존재하는 공간에서는 가스는 저온측으로부터 고온측으로 흐르는 특성이 있으므로, 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 전술한 바와 같은 온도 차이를 발생시키는 것에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 개구부측으로부터 요부의 저부측으로의 NH3 가스의 공급을 촉진할 수 있다(도 4a 참조). 그 결과, 웨이퍼(200)의 요부의 저부 주변에서의 SiN막의 형성을 촉진시킬 수 있다. 또한 웨이퍼(200)의 이면측에 설치된 히터(213)를 ON으로 하고 표면측에 설치된 램프(411)를 OFF로 하는 것에 의해, 또한 램프(411)의 출력을 히터(213)의 출력보다 작게 하는 것에 의해, 웨이퍼(200)의 이면측의 온도를 표면측의 온도보다 적어도 일시적으로 높게 할 수 있다.
SiN막이 형성된 후, 밸브(274)를 닫고 NH3 가스의 공급을 정지한다.
다음으로 처리실(201) 내에 퍼지 가스로서 N2 가스를 공급한다(퍼지).
구체적으로는 밸브(284)를 열고 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. 이때 APC 밸브(247)의 밸브 개도를 최대로 해서 처리실(201) 내를 배기한다.
처리실(201) 내에 N2 가스를 공급하면, 처리실(201) 내가 퍼지되어 처리실(201) 내나 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 요부 내에 잔류하고 있었던 NH3 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거되어 처리실(201) 내의 분위기가 N2 가스로 치환된다.
단, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 요부의 저부측에는 요부의 개구부측에 비해 N2 가스가 도달하기 어려운 경향이 있다. 또한 요부의 저부측의 압력이 내려가기 어려운 경향이 있다. 이에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 내부, 특히, 요부의 저부 주변에 잔류하는 NH3 가스나 반응 부생성물이 배출되기 어려워지고 있다.
이러한 과제를 해결하기 위해서 본 실시 형태에서는 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 N2 가스를 공급하는 타이밍에 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 온도 차이를 발생시킨다. 구체적으로는 웨이퍼(200)의 표면측의 온도를 이면측의 온도보다 높게 한다. 전술한 바와 같이 온도 차이가 존재하는 공간에서는 가스는 저온측으로부터 고온측으로 흐르는 특성이 있다. 따라서 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 전술한 바와 같은 온도 차이를 발생시키는 것에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 저부측으로부터 요부의 개구부측으로의 가스의 흐름을 촉진시킬 수 있다(도 4b 참조). 그 결과, 웨이퍼(200)의 요부의 저부 주변에 잔류하는 NH3 가스나 반응 부생성물이 요부의 개구부측으로의 이동을 촉진시킬 수 있다. 이와 같은 온도 차이를 두는 것에 의해, N2 가스를 공급하는 동안에 요부의 개구부측에 이동한 NH3 가스나 반응 부생성물은 웨이퍼(200)의 표면을 흐르는 N2 가스에 의해 웨이퍼(200)의 표면상에 인출되어 배출된다. 또한 웨이퍼(200)의 이면측에 설치된 히터(213)를 OFF로 하고 표면측에 설치된 램프(411)를 ON으로 하는 것에 의해, 또한 램프(411)의 출력을 히터(213)의 출력보다 크게 하는 것에 의해, 웨이퍼(200)의 표면측의 온도를 이면측의 온도보다 적어도 일시적으로 높게 할 수 있다.
또한 도 6에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(200)의 이면측의 온도를 표면측의 온도보다 높게 해도 좋다. 이러한 온도 차이의 관계로 하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 개구부측으로부터 요부의 저부측으로의 가스의 흐름을 촉진시킬 수 있다(도 4a 참조). 그 결과, 웨이퍼(200)의 요부 내에 N2 가스가 유입된다. 이에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 표면에 흡착한 NH3 분자나, 반응 부생성물의 분자를 N2 가스에 의해 요부 표면으로부터 탈리시키는 것이 가능해진다. 이 탈리된 NH3 분자나, 반응 부생성물의 분자는 요부의 내부에서 표면에 흡착되지 않은 상태이므로 다음 진공 배기에서 용이하게 배기하는 것이 가능해진다. 웨이퍼(200)의 이면측에 설치된 히터(213)를 ON으로 하고 표면측에 설치된 램프(411)를 OFF로 하는 것에 의해, 또한 램프(411)의 출력을 히터(213)의 출력보다 작게 하는 것에 의해, 웨이퍼(200)의 이면측의 온도를 표면측의 온도보다 적어도 일시적으로 높게 할 수 있다.
퍼지가 완료되면, 밸브(284)를 닫고 N2 가스의 공급을 정지한다.
계속해서 APC 밸브(247)의 밸브 개도를 최대로 한 상태를 유지하여 처리실(201) 내를 진공 배기(감압 배기)한다.
처리실(201) 내를 진공 배기하면, 처리실(201) 내나 웨이퍼(200)의 표면상에 잔류하고 있었던 NH3 가스, 반응 부생성물, N2 가스 등이 처리실(201) 내로부터 제거된다.
단, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 요부의 저부측은 요부의 개구부측에 비해 NH3 가스, 반응 부생성물, N2 가스 등이 배출되기 어렵고, 진공 상태가 되기 어려운 경향이 있다.
이러한 과제를 해결하기 위해서 본 실시 형태에서는 처리실(201) 내를 진공 배기하는 타이밍에 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 온도 차이를 발생시킨다. 구체적으로는 웨이퍼(200)의 표면측의 온도를 이면측의 온도보다 높게 한다. 전술한 바와 같이 온도 차이가 존재하는 공간에서는 가스는 저온측으로부터 고온측으로 흐르는 특성이 있다. 따라서 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 전술한 바와 같은 온도 차이를 발생시키는 것에 의해 웨이퍼(200)에서의 요부의 저부측에 잔류하는 NH3 가스, 반응 부생성물, N2 가스 등의, 요부의 개구부측으로의 이동을 촉진할 수 있다(도 4b 참조). 그 결과, 웨이퍼(200)의 요부의 저부 주변에 잔류하는 NH3 가스, 반응 부생성물, N2 가스 등의 배출을 촉진시킬 수 있다. 또한 웨이퍼(200)의 표면측에 설치된 램프(411)를 ON으로 하고 이면측에 설치된 히터(213)를 OFF로 하는 것에 의해, 또한 히터(213)의 출력을 램프(411)의 출력보다 작게 하는 것에 의해, 웨이퍼(200)의 표면측의 온도를 이면측의 온도보다 적어도 일시적으로 높게 할 수 있다.
처리실(201) 내가 소정의 압력에 도달하면, 다음 스텝 1 또는 기판 반입출 공정(S106)을 실행시킨다.
[소정 횟수 실시]
스텝 1 및 스텝 2를 비동시에, 즉 동기시키지 않고 수행하는 사이클을 소정 횟수(n회 이상, n은 1 이상의 정수) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소망 막 두께, 소망 조성의 SiN막을 형성할 수 있다. 이에 의해서 성막 공정(S104)이 종료된다.
(기판 반입출 공정: S106)
성막 공정(S104) 종료 후, 기판 처리 장치(100)는 기판 반입출 공정(S106)을 수행한다. 기판 반입출 공정(S106)에서는 전술한 기판 반입·재치 공정(S102)과 반대의 순서로, 처리 완료된 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 외로 반출한다. 즉 기판 재치대(212)를 하강시켜 기판 재치대(212)의 표면으로부터 돌출시킨 리프트 핀(207) 상에 웨이퍼(200)를 지지시킨다. 그 후, 게이트 밸브(205)를 열고 웨이퍼 이재기를 이용하여 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 외로 반출한다.
(3) 본 실시 형태의 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 갖는다.
본 실시 형태에서는 성막 공정의 실시 기간 중에서의 소정의 타이밍에 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 소정의 온도 차이를 발생시키므로, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 요부 내에서의 SiN막의 매입 특성을 향상시킬 수 있다.
예컨대 원료 가스(HCDS 가스)를 공급하는 타이밍 및 반응 가스(NH3 가스)를 공급하는 타이밍 각각에서 웨이퍼(200)의 이면측의 온도를 웨이퍼(200)의 표면측의 온도보다 높게 한다. 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 이러한 온도 차이를 발생시키는 것에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 개구부측에 비해 가스가 도달하기 어려운 요부의 저부측으로의 HCDS 가스의 공급 및 NH3 가스의 공급을 각각 촉진시킬 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 요부 내에서의 SiN막의 매입 특성을 향상시킬 수 있다.
또한 예컨대 퍼지 가스(N2 가스)를 공급하는 타이밍에 웨이퍼(200)의 표면측의 온도를 웨이퍼(200)의 이면측의 온도보다 높게 한다. 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 이러한 온도 차이를 발생시키는 것에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 저부측으로부터 개구부측으로의 가스 흐름(분자의 흐름)을 형성할 수 있다. 즉 웨이퍼(200) 요부의 저부측으로부터 개구부측으로 HCDS 가스, NH3 가스 및 반응 부생성물의 적어도 1개 이상 이동시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 퍼지 가스 공급 다음에 수행되는 진공 배기에서 HCDS 가스, NH3 가스 및 반응 부생성물의 적어도 1개 이상을 배출시키는 것이 가능해진다. 이에 의해 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 요부 내에서의 SiN막의 매입 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한 예컨대 퍼지 가스(N2 가스)를 공급하는 타이밍에 웨이퍼(200)의 이면측의 온도를 웨이퍼(200)의 표면측의 온도보다 높게 한다. 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 이러한 온도 차이를 발생시키는 것에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 개구부측에 비해 N2 가스가 도달하기 어려운 요부의 저부측으로의 N2 가스의 공급을 촉진시킬 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(200)의 요부의 표면(특히 저부 주변의 표면)에 흡착한 HCDS 분자, NH3 분자 및 반응 부생성물 분자의 적어도 1개 이상을 요부의 표면으로부터 탈리시킬 수 있다. 그 결과, 퍼지 가스 공급 다음에 수행되는 진공 배기에서 HCDS 가스, NH3 가스 및 반응 부생성물의 적어도 1개 이상을 배출시키는 것이 가능해진다. 이에 의해 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 요부 내에서의 SiN막의 매입 특성을 향상시킬 수 있다.
또한 예컨대 진공 배기를 수행하는 타이밍에 웨이퍼(200)의 표면측의 온도를 웨이퍼(200)의 이면측의 온도보다 높게 한다. 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에 이러한 온도 차이를 발생시키는 것에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 저부 주변에 잔류하는 HCDS 가스, NH3 가스, 반응 부생성물, N2 가스 등의 적어도 1개 이상, 요부의 개구부측으로의 이동을 촉진시킬 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(200)의 요부의 저부 주변에 잔류하는 HCDS 가스, NH3 가스, 반응 부생성물, N2 가스 등의 적어도 1개 이상의 배출을 촉진시킬 수 있다. 이에 의해 웨이퍼(200)의 요부가 제대로 감압되고, 다음 스텝에서 HCDS 가스 또는 NH3 가스를 요부 내에 도달시킬 수 있다. 이에 의해 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 요부 내에서의 SiN막의 매입 특성을 향상시킬 수 있다.
<제2 실시 형태>
이하, 도 5를 이용하여 본 개시의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다.
전술한 제1 실시 형태에서는 스텝 1 및 스텝 2에서의 원료 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스(이하, 총칭하여 「가스」라고 부르는 경우가 있다.) 중 어느 하나의 가스 공급 중에는 상시 히터(213)를 ON으로 하고 램프(411)를 OFF로 하는 예에 대해서 설명했다. 단, 가스의 공급 시간에 따라서는 히터(213)에 의해 가열된 웨이퍼(200)의 이면측의 열이 웨이퍼(200)의 표면측에 전달되어 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이의 온도 차이가 완화되는 경우가 있다. 즉 제1 실시 형태에서는 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이의 온도 차이가 완화된 상태이어도 웨이퍼(200)에 대한 가스의 공급을 계속하는 경우가 있다. 이와 같이 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이의 온도 차이가 완화된 상태에서 웨이퍼(200)에 대한 가스의 공급을 계속한 경우에는 가스가 저온측으로부터 고온측으로 흐른다는 특성을 발휘하기가 어려워져 전술한 효과를 얻기 어려워지고 있다.
또한 전술한 제1 실시 형태에서는 스텝 1 및 스텝 2에서의 진공 배기의 실행 중에는 상시 램프(411)를 ON으로 하고 히터(213)를 OFF로 하는 예에 대해서 설명했다. 단, 진공 배기의 소요 시간에 따라서는 램프(411)에 의해 가열된 웨이퍼(200)의 표면측의 열이 웨이퍼(200)의 이면측에 전달되어 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이의 온도 차이가 완화되는 경우가 있다. 즉 제1 실시 형태에서는 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이의 온도 차이가 완화된 상태이어도 처리실(201) 내의 진공 배기를 계속하는 경우가 있다. 이와 같이 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이의 온도 차이가 완화된 상태에서 처리실(201) 내의 진공 배기를 계속한 경우에는 가스가 저온측으로부터 고온측으로 흐른다는 특성을 발휘하는 것이 어려워지고, 전술한 효과를 얻기 어려워지고 있다.
그래서 본 실시 형태에서는 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이에서의 온도 차이의 완화를 억제하는 하나의 기법에 대해서 설명한다. 또한 스텝 1 및 스텝 2와 마찬가지의 순서를 수행하는 것에 대해서는 그 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 5에 도시하는 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는 후술하는 스텝 1 및 스텝 2를 수행한다.
[스텝 1]
이 스텝에서는 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스(HCDS 가스)를 공급하는 데 있어서, 웨이퍼(200)의 이면측에 설치된 히터(213)를 ON으로 하고 표면측에 설치된 램프(411)를 OFF로 하여, 웨이퍼(200)의 이면측의 온도를 표면측의 온도보다 높게 한다. 그 후 히터(213)에 의해 가열된 웨이퍼(200)의 이면측의 열이 웨이퍼(200)의 표면측에 전달되어 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이의 온도 차이가 없어지면 램프(411)를 ON으로 한다. 소정 시간이 경과하면 재차 램프(411)를 OFF로 하여, 웨이퍼(200)의 이면측의 온도를 표면측의 온도보다 높게 한다. 이와 같이 램프(411)의 ON/OFF를 반복하는 것에 의해 간헐적으로 웨이퍼(200)의 표리면에 온도 차이를 두도록 한다.
웨이퍼(200)의 표리면에 온도 차이가 있을 때만 HCDS 가스를 공급하고, 웨이퍼(200)의 표리면에 온도 차이가 없을 때는 HCDS 가스의 공급을 정지한다. 또한 웨이퍼(200)의 표리면의 온도 차이의 유무와 상관없이 HCDS 가스를 계속해서 공급해도 좋다.
또한 HCDS 가스의 공급 다음에 수행되는 퍼지 가스(N2 가스)의 공급 시에도 전술한 HCDS 가스의 공급 시와 마찬가지의 기법이 이용된다. 즉 N2 가스를 공급하는 데 있어서, 램프(411)의 ON/OFF를 반복하는 것에 의해 간헐적으로 웨이퍼(200)의 표리면에 온도 차이를 두도록 한다. 또한 웨이퍼(200)의 표리면에 온도 차이가 있을 때만 N2 가스를 공급하고, 웨이퍼(200)의 표리면에 온도 차이가 없을 때는 N2 가스의 공급을 정지한다. 또한 웨이퍼(200)의 표리면의 온도 차이의 유무와 상관없이 N2 가스를 계속해서 공급해도 좋다. 이와 같이 퍼지를 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 요부의 저부 주변에 잔류하는 HCDS 가스 등의 요부 내의 표면으로부터의 탈리를 한층 더 촉진하는 것이 가능해진다. 요부 내의 표면으로부터 탈리된 미반응의 HCDS 가스나 반응 부생성물은 N2 가스의 공급을 정지하는 동안에 웨이퍼(200)의 요부 내로부터 배출된다. N2 가스의 공급과 배기(N2 가스의 공급 정지)가 반복되고, 요부 내의 배출 효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한 이때 램프(411)는 OFF 상태로 해서도 좋다.
계속해서 처리실(201) 내를 진공 배기하는 데 있어서 램프(411)를 ON으로 하고 히터(213)를 OFF로 하여, 웨이퍼(200)의 표면측의 온도를 이면측의 온도보다 높게 한다. 그 후, 램프(411)에 의해 가열된 웨이퍼(200)의 표면측의 열이 웨이퍼(200)의 표면측에 전달되어 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이의 온도 차이가 소정의 임계값을 하회(下回)하기 전에 램프(411)를 OFF로 한다. 웨이퍼(200)의 표리면의 온도가 어느 정도 내려가면 재차 램프(411)를 ON으로 하여 웨이퍼(200)의 표면측의 온도를 이면측의 온도보다 높게 한다. 이와 같이 램프(411)의 ON/OFF를 반복하는 것에 의해 간헐적으로 웨이퍼(200)의 표리면에 온도 차이를 두도록 한다.
[스텝 2]
이 스텝에서는 웨이퍼(200)에 대하여 반응 가스(NH3 가스)를 공급하는 데 있어서, 웨이퍼(200)의 이면측에 설치된 히터(213)를 ON으로 하고 표면측에 설치된 램프(411)를 OFF로 하여, 웨이퍼(200)의 이면측의 온도를 표면측의 온도보다 높게 한다. 그 후, 히터(213)에 의해 가열된 웨이퍼(200)의 이면측의 열이 웨이퍼(200)의 표면측에 전달되어 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이의 온도 차이가 없어지면 램프(411)를 ON으로 한다. 소정 시간이 경과되면, 재차 램프(411)를 OFF로 하여, 웨이퍼(200)의 이면측의 온도를 표면측의 온도보다 높게 한다. 이와 같이 램프(411)의 ON/OFF를 반복하는 것에 의해 간헐적으로 웨이퍼(200)의 표리면에 온도 차이를 두도록 한다.
웨이퍼(200)의 표리면에 온도 차이가 있을 때만 NH3 가스를 공급하고, 웨이퍼(200)의 표리면에 온도 차이가 없을 때는 NH3 가스의 공급을 정지한다. 또한 웨이퍼(200)의 표리면의 온도 차이의 유무와 상관없이 NH3 가스를 계속해서 공급해도 좋다.
또한 NH3 가스의 공급 다음에 수행되는 퍼지 가스(N2 가스)의 공급 시에도, 전술한 NH3 가스의 공급 시와 마찬가지의 기법이 이용된다. 즉 N2 가스를 공급하는 데 있어서 램프(411)의 ON/OFF를 반복하는 것에 의해 간헐적으로 웨이퍼(200)의 표리면에 온도 차이를 두도록 한다. 또한 웨이퍼(200)의 표리면에 온도 차이가 있을 때만 N2 가스를 공급하고, 웨이퍼(200)의 표리면에 온도 차이가 없을 때는 N2 가스의 공급을 정지한다. 또한 웨이퍼(200)의 표리면의 온도 차이의 유무와 상관없이 N2 가스를 계속해서 공급해도 좋다.
계속해서 처리실(201) 내를 진공 배기하는 데 있어서, 램프(411)를 ON으로 하고 히터(213)를 OFF로 하여, 웨이퍼(200)의 표면측의 온도를 이면측의 온도보다 높게 한다. 그 후, 램프(411)에 의해 가열된 웨이퍼(200)의 표면측의 열이 웨이퍼(200)의 표면측에 전달되어 웨이퍼(200)의 표면측과 이면측 사이의 온도 차이가 소정의 임계값을 하회하기 전에 램프(411)를 OFF로 한다. 웨이퍼(200)의 표리면의 온도가 어느 정도 내려가면 재차 램프(411)를 ON으로 하여 웨이퍼(200)의 표면측의 온도를 이면측의 온도보다 높게 한다. 이와 같이 램프(411)의 ON/OFF를 반복하는 것에 의해 간헐적으로 웨이퍼(200)의 표리면에 온도 차이를 두도록 한다.
또한 본 실시 형태에서는 간헐적으로 웨이퍼(200)의 표리면에 온도 차이를 두는 방법으로서 램프(411)의 ON/OFF를 반복하는 것을 예로 들었지만, 히터(213)의 ON/OFF를 반복하는 것에 의해 수행해도 좋다. 또한 히터(213)의 출력과 램프(411)의 출력을 조정하는 것에 의해 수행해도 좋다.
또한 본 실시 형태에서는 스텝 1과 스텝 2를 통해서 램프(411)의 ON/OFF를 반복하는 시퀀스를 제시했지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예컨대 도 5의 시퀀스에서 원료 가스 공급, 진공 배기, 반응 가스 공급 중 적어도 1개 이상에서 램프(411)의 ON/OFF 동작을 시키지 않고, 도 3b에 도시하는 고정 동작(ON/OFF 중 어느 하나를 수행시키는 동작)을 수행시켜도 좋다. 바꿔 말하면, 도 5의 시퀀스에서 적어도 퍼지 가스의 공급 시에 램프(411)의 ON/OFF 동작을 수행시킨다. 바람직하게는 퍼지 가스 공급 시와 진공 배기 시에 램프(411)의 ON/OFF 동작을 수행시킨다. 이러한 온도 차이에 의한 배출 효과가 큰 공정은 퍼지 가스 공급 시나 진공 배기 시가 된다. 또한 원료 가스 공급 시나 반응 가스 공급 시 중 적어도 어느 하나에서도 램프(411)의 ON/OFF 동작을 실행하도록 구성해도 좋다. 원료 가스 공급 시이나, 반응 가스 공급 시에 이러한 동작을 수행시키는 것에 의해, 전술한 바와 같이 미반응의 가스나, 반응 부생성물의 배출 효율을 향상시키는 것과 함께, 요부 내로의 원료 가스(반응 가스)의 흡착이 진행되도록 하는 것이 가능해진다.
또한 도 5에서는 원료 가스 공급, 퍼지 가스 공급, 반응 가스 공급에서 가스의 공급과 가스의 공급 정지를 반복하는 예를 제시했지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 적어도 1개 이상의 가스 공급 시에 공급과 정지를 반복하도록 시퀀스를 구성해도 좋다. 예컨대 원료 가스와 반응 가스의 공급은, 도 3b에 도시하는 바와 같이 일정시간 계속해서 공급하고, 퍼지 가스 공급 시에 퍼지 가스의 공급과 정지를 반복하도록 시퀀스를 구성해도 좋다.
<다른 실시 형태>
이상, 본 개시의 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태를 구체적으로 설명했지만, 본 개시는 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
전술한 실시 형태에서는 스텝 1에서 원료 가스의 공급, 퍼지 가스의 공급, 진공 배기를 순서대로 수행하는 예에 대해서 설명했지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예컨대 퍼지 가스의 공급을 수행하지 않고, 원료 가스의 공급, 진공 배기를 순서대로 수행해도 좋다. 또한 전술한 실시 형태에서는 스텝 2에서 반응 가스의 공급, 퍼지 가스의 공급, 진공 배기를 순서대로 수행하는 예에 대해서 설명했지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예컨대 퍼지 가스의 공급을 수행하지 않고, 반응 가스의 공급, 진공 배기를 순서대로 수행해도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 진공 배기에서 도 4b의 온도 차이를 두도록 구성했지만, 진공 배기 도중이나, 진공 배기 후, 다음 원료 가스 공급(반응 가스 공급)까지의 사이에서 램프(411)를 OFF로 하고 히터(213)를 ON으로 하여 온도 상태를 도 4a의 상태로 되돌리는 공정(온도 복귀 공정)을 수행시키는 것에 의해, 원료 가스(반응 가스)의 공급 초기에 웨이퍼(200)의 요부(홈[溝])의 저부에 원료 가스(반응 가스)가 유입되기 쉬워지도록 할 수 있고, 홈 및 구멍(요부) 내로의 매입 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.
한편 전술한 실시 형태에서는 홈 및 구멍(요부) 내로의 매입 특성에 대해서 기재했지만, 홈 및 구멍(요부) 내의 표면에 막을 균일하게 성막시키는 스텝 커버리지 특성도 향상시키는 것이 가능해진다.
201: 처리실 411: 램프
213: 히터 247: APC 밸브

Claims (20)

  1. 처리실 내의 기판에 대하여 가스를 공급하는 공정과 상기 처리실 내를 진공 배기하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 성막 공정; 및
    상기 성막 공정의 실시 기간 중에서의 소정의 타이밍에 상기 기판의 표면측과 이면측 사이에 소정의 온도 차이를 발생시키는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리실 내에 가스를 공급하는 타이밍에 상기 기판의 이면측의 온도를 상기 기판의 표면측의 온도보다 높게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 처리실 내에 원료 가스를 공급하는 타이밍에 상기 기판의 이면측의 온도를 상기 기판의 표면측의 온도보다 높게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 처리실 내에 원료 가스를 공급하는 타이밍에 상기 기판의 이면측의 온도를 상기 기판의 표면측의 온도보다 높게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 처리실 내를 진공 배기하는 타이밍에 상기 기판의 표면측의 온도를 상기 기판의 이면측의 온도보다 높게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 처리실 내를 진공 배기하는 타이밍에 상기 기판의 표면측의 온도를 상기 기판의 이면측의 온도보다 높게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 처리실 내를 진공 배기하는 타이밍에 상기 기판의 표면측의 온도를 상기 기판의 이면측의 온도보다 높게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 타이밍에 상기 기판의 이면측의 온도를 상기 기판의 표면측의 온도보다 높게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 타이밍에 상기 기판의 이면측의 온도를 상기 기판의 표면측의 온도보다 높게 하는 기재된 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 타이밍에 상기 기판의 이면측의 온도를 상기 기판의 표면측의 온도보다 높게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 타이밍에 상기 기판의 이면측의 온도를 상기 기판의 표면측의 온도보다 높게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 타이밍에 상기 기판의 표면측의 온도를 상기 기판의 이면측의 온도보다 높게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 처리실 내에 가스를 공급하는 타이밍에 상기 기판의 표면측의 온도를 상기 기판의 이면측의 온도보다 높게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 처리실 내에 가스를 공급하는 타이밍에 상기 가스의 공급과 공급 정지를 반복하는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 가스의 공급과 공급 정지에 맞춰서 상기 기판의 표면측의 온도와 상기 기판의 이면측의 온도 사이에 차이를 발생시키는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 가스는 불활성 가스이며, 상기 불활성 가스의 공급과 공급 정지에 맞춰서 상기 기판의 표면측의 온도와 상기 기판의 이면측의 온도 사이에 차이를 발생시킨 후, 배기 타이밍에서 상기 기판의 표면측의 온도와 상기 기판의 이면측의 온도 사이에 차이를 발생시키는 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 가스는 원료 가스, 반응 가스, 불활성 가스 중 적어도 1개 이상인 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 기판으로서 표면에 요부가 형성된 기판을 이용하는 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 기판을 수용하는 처리실;
    상기 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급계;
    상기 처리실 내를 배기하는 진공 배기계;
    상기 처리실 내의 상기 기판의 표면측을 가열하는 제1 가열부;
    상기 처리실 내의 상기 기판의 이면측을 가열하는 제2 가열부; 및
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 가스를 공급하는 처리와 상기 처리실 내를 진공 배기하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 성막 순서를 수행시키도록 상기 가스 공급계 및 상기 진공 배기계를 각각 제어하는 것과 함께, 상기 성막 순서의 실시 기간 중에서의 소정의 타이밍에 상기 기판의 표면측과 이면측 사이에 소정의 온도 차이를 발생시키도록 상기 제1 가열부 및 상기 제2 가열부를 각각 제어하도록 구성된 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  20. 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 가스를 공급하는 순서와 상기 처리실 내를 진공 배기하는 순서를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행시키는 성막 순서; 및
    상기 성막 순서의 실행 기간 중에서의 소정의 타이밍에 상기 기판의 표면측과 이면측 사이에 소정의 온도 차이를 발생시키는 순서
    를 컴퓨터를 이용해서 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
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