KR20210119489A - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 - Google Patents
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Abstract
처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정 및 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스와는 분자 구조가 다른 반응 가스를 공급하는 공정을 비동시에 소정 횟수 수행하는 것에 의해 기판 상에 막을 형성하는 공정을 포함하고, 반응 가스를 공급하는 공정에서는, 처리실 내의 압력이 안정되지 않은 상태에서 처리실 내의 기판에 대한 반응 가스의 공급과 처리실 내로부터의 반응 가스의 배기를 소정 횟수 반복 수행하는 기술을 제공한다.
Description
본 개시(開示)는 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 성막 처리가 수행되는 경우가 있다(예컨대 특허문헌 1을 참조).
특허문헌 1에 도시되는 바와 같이, 알루미늄 등의 원소를 포함하는 원료 가스와 산소 등의 원소를 포함하는 반응 가스를 처리실 내에 순서대로 공급하여 처리실 내에 수용된 기판 상에 막을 형성할 때, 기판 상에 형성되는 막의 면내 막 두께 균일성을 높이는 것이 요구되고 있다.
본 개시는 처리실 내에 수용된 기판 상에 형성되는 막의 면내 막 두께 균일성을 향상시키는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 형태에 따르면, 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정 및 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스와는 분자 구조가 다른 반응 가스를 공급하는 공정을 비동시에 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 반응 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 압력이 안정되지 않은 상태에서 상기 처리실 내의 상기 기판에 대한 상기 반응 가스의 공급과 상기 처리실 내로부터의 상기 반응 가스의 배기를 소정 횟수 반복 수행하는 기술이 제공된다.
본 개시에 따르면, 처리실 내에 수용된 기판 상에 형성되는 막의 면내 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 종형(縱型) 처리로의 개략을 도시하는 종단면도(縱斷面圖).
도 2는 도 1에서의 A-A선 개략 횡단면도(橫斷面圖).
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 4는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 동작을 도시하는 흐름도.
도 5는 본 개시의 일 실시 형태에서의 AlO막 형성 공정의 1사이클을 도시하는 도면.
도 6은 처리실 내 압력, 노즐 내 압력 및 처리실 내의 반응 가스의 유속과, 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 시간의 관계를 도시하는 그래프.
도 2는 도 1에서의 A-A선 개략 횡단면도(橫斷面圖).
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 4는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 동작을 도시하는 흐름도.
도 5는 본 개시의 일 실시 형태에서의 AlO막 형성 공정의 1사이클을 도시하는 도면.
도 6은 처리실 내 압력, 노즐 내 압력 및 처리실 내의 반응 가스의 유속과, 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 시간의 관계를 도시하는 그래프.
이하, 본 개시의 제1 실시 형태에 대해서 도 1 내지 도 6을 참조하면서 설명한다. 기판 처리 장치(10)는 반도체 장치의 제조 공정에서 사용되는 장치의 일례로서 구성된다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
기판 처리 장치(10)는 가열 수단(가열 기구, 가열계)으로서의 히터(207)가 설치된 처리로(202)를 구비한다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보지판(保持板)으로서의 히터 베이스(미도시)에 지지되는 것에 의해 수직으로 설치된다.
히터(207)의 내측에는 히터(207)와 동심원 형상으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 아우터 튜브(203)가 배설(配設)된다. 아우터 튜브(203)는 예컨대 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색(閉塞)되고 하단이 개구(開口)된 원통 형상으로 형성된다. 아우터 튜브(203)의 하방(下方)에는 아우터 튜브(203)와 동심원 형상으로, 매니폴드(인렛 플랜지)(209)가 배설된다. 매니폴드(209)는 예컨대 스텐레스(SUS) 등의 금속에 의해 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 매니폴드(209)의 상단부와, 아우터 튜브(203) 사이에는 씰 부재로서의 O링(220a)이 설치된다. 매니폴드(209)가 히터 베이스로 지지되는 것에 의해 아우터 튜브(203)는 수직으로 설치된 상태가 된다.
아우터 튜브(203)의 내측에는 반응 용기를 구성하는 이너 튜브(204)가 배설된다. 이너 튜브(204)는 예컨대 석영, SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 주로 아우터 튜브(203)와 이너 튜브(204)와 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 통중공부(筒中空部)[이너 튜브(204)의 내측]에는 처리실(201)이 형성된다.
처리실(201)은 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 연직 방향에 다단으로 배열한 상태에서 수용 가능하도록 구성된다. 처리실(201) 내에는 노즐(410)(제1 노즐), 노즐(420)(제2 노즐)이 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420)에는 가스 공급 라인으로서의 가스 공급관(310, 320)이 각각 접속된다. 이와 같이 기판 처리 장치(10)에는 2개의 노즐(410, 420)과, 2개의 가스 공급관(310, 320)이 설치되고, 처리실(201) 내에 복수 종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성된다. 단, 본 실시 형태의 처리로(202)는 전술한 형태에 한정되지 않는다.
가스 공급관(310, 320)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(312, 322)가 각각 설치된다. 또한 가스 공급관(310, 320)에는 개폐 밸브인 밸브(314, 324)가 각각 설치된다. 가스 공급관(310, 320)의 밸브(314, 324)의 하류측에는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(510, 520)이 각각 접속된다. 가스 공급관(510, 520)에는 상류측부터 순서대로 MFC(512, 522) 및 밸브(514, 524)가 각각 설치된다.
가스 공급관(310, 320)의 선단부(先端部)에는 노즐(410, 420)이 각각 연결 접속된다. 노즐(410, 420)은 L자형의 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420)의 수직부는, 이너 튜브(204)의 지름 방향 외향으로 돌출하고 또한 연직 방향으로 연재하도록 형성되는 채널 형상(홈[溝] 형상)의 예비실(201a)의 내부에 설치되고, 예비실(201a) 내에서 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 상방(上方)[웨이퍼(200)의 배열 방향 상방]을 향하여 설치된다.
노즐(410, 420)은 처리실(201)의 하부 영역으로부터 처리실(201)의 상부 영역까지 연재되도록 설치되고, 웨이퍼(200)와 대향되는 위치에 각각 복수의 가스 공급공(410a, 420a)이 설치된다. 이에 의해 노즐(410, 420)의 가스 공급공(개구부)(410a, 420a)으로부터 각각 웨이퍼(200)에 처리 가스를 공급한다.
가스 공급공(410a)은 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 동일한 개구 피치로 설치된다. 단, 가스 공급공(410a)은 전술한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부를 향하여 개구 면적을 서서히 크게 해도 좋다. 이에 의해 가스 공급공(410a)으로부터 공급되는 가스의 유량을 보다 균일화하는 것이 가능해진다.
가스 공급공(420a)은 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 동일한 개구 피치로 설치된다. 단, 가스 공급공(420a)은 전술한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부를 향하여 개구 면적을 서서히 크게 해도 좋다. 이에 의해 가스 공급공(420a)으로부터 공급되는 가스의 유량을 보다 균일화하는 것이 가능해진다.
노즐(410, 420)의 가스 공급공(410a, 420a)은 후술하는 보트(217)의 하부로부터 상부까지의 높이의 위치에 복수 설치된다. 그렇기 때문에 노즐(410, 420)의 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된 처리 가스는 보트(217)의 하부로부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200), 즉 보트(217)에 수용된 웨이퍼(200)의 모든 영역에 공급된다. 노즐(410, 420)은 처리실(201)의 하부 영역으로부터 상부 영역까지 연재되도록 설치되면 좋지만, 보트(217)의 천장 부근까지 연재되도록 설치되는 것이 바람직하다.
가스 공급관(310)으로부터는 처리 가스로서 금속 원소를 포함하는 원료 가스(금속 함유 가스, 원료 가스)가 MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 원료로서는 예컨대 금속 원소인 알루미늄(Al)을 포함하는 금속 함유 원료 가스(금속 함유 가스)인 알루미늄 함유 원료(Al 함유 원료 가스, Al 함유 가스)로서의 트리메틸알루미늄[Al(CH3)3, 약칭: TMA]이 이용된다. TMA는 유기계 원료이며, 알루미늄에 알킬기(基)가 결합된 알킬알루미늄이다.
가스 공급관(320)으로부터는 처리 가스로서 반응 가스가 MFC(322), 밸브(324), 노즐(420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 반응 가스[원료 가스와는 화학 구조(분자 구조)가 다른 반응 가스]로서는 산소(O)를 포함하고, Al과 반응하는 반응 가스(리액턴트)로서의 산소 함유 가스(산화 가스, 산화제)를 이용할 수 있다. 산소 함유 가스로서는 예컨대 오존(O3) 가스를 이용할 수 있다.
본 실시 형태에서 금속 함유 가스인 원료 가스가 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 산소 함유 가스인 반응 가스가 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되는 것에 의해, 웨이퍼(200)의 표면에 원료 가스(금속 함유 가스) 및 반응 가스(산소 함유 가스)가 공급되어 웨이퍼(200)의 표면상에 금속산화막이 형성된다.
가스 공급관(510, 520)으로부터는 불활성 가스로서 예컨대 질소(N2) 가스가 각각 MFC(512, 522), 밸브(514, 524), 노즐(410, 420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 또한 이하, 불활성 가스로서 N2 가스를 이용하는 예에 대해서 설명하지만 불활성 가스로서는 N2 가스 이외에 예컨대 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 크세논(Xe) 가스 등의 희(希)가스를 이용해도 좋다.
주로 가스 공급관(310, 320), MFC(312, 322), 밸브(314, 324), 노즐(410, 420)에 의해 처리 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410, 420)만을 처리 가스 공급계로 생각해도 좋다. 처리 가스 공급계를 단순히 가스 공급계라고도 부를 수 있다. 가스 공급관(310)으로부터 원료 가스를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(310), MFC(312), 밸브(314)에 의해 원료 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410)을 원료 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 원료 가스 공급계를 원료 공급계라고도 부를 수 있다. 원료 가스로서 금속 함유 원료 가스를 이용하는 경우, 원료 가스 공급계를 금속 함유 원료 가스 공급계라고도 부를 수 있다. 가스 공급관(320)으로부터 반응 가스를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(320), MFC(322), 밸브(324)에 의해 반응 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(420)을 반응 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 가스 공급관(320)으로부터 반응 가스로서 산소 함유 가스를 공급하는 경우, 반응 가스 공급계를 산소 함유 가스 공급계라고도 부를 수 있다. 또한 주로 가스 공급관(510, 520), MFC(512, 522), 밸브(514, 524)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다. 불활성 가스 공급계를 퍼지 가스 공급계, 희석 가스 공급계 또는 캐리어 가스 공급계라고도 부를 수 있다.
본 실시 형태에서의 가스 공급의 방법은 이너 튜브(204)의 내벽과, 복수 매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원환(圓環) 형상의 세로로 긴 공간 내, 즉 원통 형상의 공간 내의 예비실(201a) 내에 배치한 노즐(410, 420)을 경유해서 가스를 반송한다. 그리고 노즐(410, 420)의 웨이퍼와 대향되는 위치에 설치된 복수의 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 이너 튜브(204) 내에 가스를 분출시킨다. 보다 구체적으로는 노즐(410)의 가스 공급공(410a), 노즐(420)의 가스 공급공(420a)에 의해 웨이퍼(200)의 표면과 평행 방향, 즉 수평 방향을 향하여 원료 가스 등을 분출시킨다.
배기공(배기구)(204a)은 이너 튜브(204)의 측벽이며 노즐(410, 420)에 대향된 위치, 즉 예비실(201a)과는 180°반대측의 위치에 형성된 관통공이며, 예컨대 연직 방향으로 가늘고 길게 개설(開設)된 슬릿 형상의 관통공이다. 그렇기 때문에 노즐(410, 420)의 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어 웨이퍼(200)의 표면상을 흐른 가스, 즉 잔류하는 가스(잔류 가스)는 배기공(204a)을 개재하여 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(203) 사이에 형성된 극간으로 이루어지는 배기로(206) 내에 흐른다. 그리고 배기로(206) 내에 흐른 가스는 배기관(231) 내에 흘러 처리로(202) 외로 배출된다.
배기공(204a)은 복수의 웨이퍼(200)와 대향되는 위치[바람직하게는 보트(217)의 상부로부터 하부와 대향되는 위치]에 설치되고, 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 근방에 공급된 가스는 수평 방향, 즉 웨이퍼(200)의 표면과 평행 방향을 향하여 흐른 뒤, 배기공(204a)을 개재하여 배기로(206) 내에 흐른다. 즉 처리실(201)에 잔류하는 가스는 배기공(204a)을 개재하여 웨이퍼(200)의 주면(主面)에 대하여 평행하게 배기된다. 또한 배기공(204a)은 슬릿 형상의 관통공으로서 구성되는 경우에 한정되지 않고, 복수 개의 공(孔)에 의해 구성되어도 좋다.
매니폴드(209)에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치된다. 배기관(231)에는 상류측부터 순서대로 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 접속된다. APC 밸브(243)는 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것에 의해 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 수행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브의 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있다. 주로 배기공(204a), 배기로(206), 배기관(231), APC 밸브(243) 및 압력 센서(245)에 의해 배기계, 즉 배기 라인이 구성된다. 또한 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
매니폴드(209)의 하방에는 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구(爐口) 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)은 매니폴드(209)의 하단에 연직 방향 하측으로부터 당접(當接)되도록 구성된다. 씰 캡(219)은 예컨대 SUS 등의 금속에 의해 구성되고, 원반 형상으로 형성된다. 씰 캡(219)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 당접되는 씰 부재로서의 O링(220b)이 설치된다. 씰 캡(219)에서의 처리실(201)의 반대측에는 웨이퍼(200)를 수용하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치된다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 씰 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속된다. 회전 기구(267)는 보트(217)를 회전시키는 것에 의해 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성된다. 씰 캡(219)은 아우터 튜브(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 연직 방향으로 승강되도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 씰 캡(219)을 승강시키는 것에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 보트(217) 및 보트(217)에 수용된 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는 복수 매, 예컨대 25매 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 연직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉 간격을 두고 배열시키도록 구성된다. 보트(217)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성된다. 보트(217)의 하부에는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되는 단열판(218)이 수평 자세로 다단(미도시)으로 지지된다. 이 구성에 의해 히터(207)로부터의 열이 씰 캡(219)측에 전달되기 어렵도록 이루어진다. 단, 본 실시 형태는 전술한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 보트(217)의 하부에 단열판(218)을 설치하지 않고, 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되는 통 형상의 부재로서 구성된 단열통을 설치해도 좋다.
도 2에 도시하는 바와 같이 이너 튜브(204) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전량을 조정하는 것에 의해 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성된다. 온도 센서(263)는 노즐(410 및 420)과 마찬가지로 L자형으로 구성되고, 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 설치된다.
도 3에 도시하는 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 구성된다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스를 개재하여 CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(121)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속된다.
기억 장치(121c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(121c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 반도체 장치의 제조 방법에서의 각 공정(각 스텝)을 컨트롤러(121)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피, 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우 또는 프로세스 레시피 및 제어 프로그램의 조합을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은 CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(121d)는 전술한 MFC(312, 322, 512, 522), 밸브(314, 324, 514, 524), 압력 센서(245), APC 밸브(243), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속된다.
CPU(121a)는 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피 등을 판독하도록 구성된다. CPU(121a)는 판독한 프로세스 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, 보트(217)로의 웨이퍼(200)의 수용 동작 등을 제어하도록 구성된다.
컨트롤러(121)는 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](123)에 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이것들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체는 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(123)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
(2) 성막 처리
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 공정의 일례에 대해서 도 4를 이용하여 설명한다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에서는, 기판으로서의 복수의 웨이퍼(200)가 적재된 상태에서 수용된 처리실(201)을 소정 온도로 가열하면서 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 노즐(410)의 개구되는 복수의 가스 공급공(410a)으로부터 원료 가스로서 TMA 가스를 공급하는 공정 및 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 노즐(420)의 개구되는 복수의 가스 공급공(420a)으로부터 반응 가스로서 O3 가스를 공급하는 공정을 비동시에 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 Al 및 O를 포함하는 막으로서 알루미늄산화막(AlO막)을 형성하는 공정을 포함하고, O3 가스를 공급하는 공정에서는, 처리실(201) 내의 압력이 안정되지 않은 상태에서 처리실(201) 내에 O3 가스의 공급(반응 가스 공급 서브 공정)과 처리실(201) 내로부터의 O3 가스의 배기(반응 가스 배기 서브 공정)를 소정 횟수 반복 수행한다.
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우는 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막과의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 단어를 사용한 경우는 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 경우는 웨이퍼 그 자체의 표면상에 소정의 층을 직접 형성하는 것을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성되는 층 등의 상에 소정의 층을 형성하는 것을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 사용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우와 같은 의미이다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시하는 바와 같이 복수 매의 웨이퍼(200)가 수용된 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220b)을 개재하여 매니폴드(209)의 하단을 밀봉한 상태가 된다.
(압력 및 온도 조정)
처리실(201) 내, 즉 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)이 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 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전량이 피드백 제어된다(온도 조정). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다. 계속해서 회전 기구(267)에 의해 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 시작한다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
[AlO막 형성 공정]
계속해서 원료 가스 공급 스텝(원료 가스를 공급하는 공정), 잔류 가스 제거 스텝(잔류 가스를 제거하는 공정), 반응 가스 공급 스텝(반응 가스를 공급하는 공정), 잔류 가스 제거 스텝(잔량 가스를 제거하는 공정)을 이 순서로 비동시에 소정 횟수(n회) 수행하는 것에 의해 AlO막을 형성하는 스텝(AlO막을 형성하는 공정)이 수행된다. 반응 가스 공급 스텝에서는 반응 가스 공급 서브 스텝(반응 가스 공급 서브 공정) 및 잔류 가스 제거 서브 스텝(반응 가스 배기 서브 공정)을 이 순서로 소정 횟수(m회) 반복 수행한다. AlO막 형성 공정의 1사이클을 도 5에 도시한다.
[TMA 가스 공급 스텝(스텝: S10)]
밸브(314)를 열고 가스 공급관(310) 내에 원료 가스인 TMA 가스를 흘린다. TMA 가스는 MFC(312)에 의해 유량 조정되어 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 TMA 가스가 공급된다. 이때 동시에 밸브(514)를 열고 가스 공급관(510) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘려도 좋다. 가스 공급관(510) 내를 흐른 N2 가스는 MFC(512)에 의해 유량 조정되어 TMA 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 이때 노즐(420) 내로의 TMA 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(524)를 열고 가스 공급관(520) 내에 N2 가스를 흘려도 좋다. N2 가스는 가스 공급관(320), 노즐(420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 1,000Pa, 바람직하게는 1Pa 내지 100Pa, 보다 바람직하게는 10Pa 내지 50Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력을 1,000Pa 이하로 하는 것에 의해 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있는 것과 함께, 노즐(410) 내에서 TMA 가스가 자기분해(自己分解)하여 노즐(410)의 내벽에 퇴적되는 것을 억제할 수 있다. 처리실(201) 내의 압력을 1Pa 이상으로 하는 것에 의해 웨이퍼(200) 표면에서의 TMA 가스의 반응 속도를 높일 수 있고, 실용적인 성막 속도를 얻는 것이 가능해진다. 또한 본 명세서에서는 수치의 범상에서 예컨대 1Pa 내지 1,000Pa라고 기재한 경우는 1Pa 이상 1,000Pa 이하를 의미한다. 즉 수치의 범위 내에는 1Pa 및 1,000Pa가 포함된다. 압력뿐만 아니라, 유량, 시간, 온도 등 본 명세서에 기재되는 모든 수치에 대해서도 마찬가지이다.
MFC(312)로 제어하는 TMA 가스의 공급 유량은 예컨대 10sccm 내지 2,000sccm, 바람직하게는 50sccm 내지 1,000sccm, 보다 바람직하게는 100sccm 내지 500sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 유량을 2,000sccm 이하로 하는 것에 의해 후술하는 잔류 가스 제거를 바람직하게 수행할 수 있는 것과 함께, 노즐(410) 내에서 TMA 가스가 자기분해하여 노즐(410)의 내벽에 퇴적되는 것을 억제할 수 있다. 유량을 10sccm 이상으로 하는 것에 의해 웨이퍼(200) 표면에서의 TMA 가스의 반응 속도를 높일 수 있는 실용적인 성막 속도를 얻는 것이 가능해진다.
MFC(512)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은 예컨대 1slm 내지 30slm, 바람직하게는 1slm 내지 20slm, 보다 바람직하게는 1slm 내지 10slm의 범위 내의 유량으로 한다.
TMA 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은 예컨대 1초 내지 60초, 바람직하게 1초 내지 20초, 보다 바람직하게는 2초 내지 15초의 범위 내로 한다.
히터(207)는 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 200℃ 내지 600℃, 바람직하게는 400℃ 내지 550℃, 보다 바람직하게는 450℃ 내지 550℃의 범위 내가 되도록 가열한다. 온도를 600℃ 이하로 하는 것에 의해 TMA 가스가 과잉 열분해를 억제하면서 성막 속도를 적절하게 얻을 수 있고, 불순물이 막 내에 취입(取入)되어 저항률이 높아지는 것이 억제된다. 또한 TMA 가스의 열분해는 상기 처리에 가까운 조건 하에서는 450℃ 정도로 시작하기 때문에 550℃ 이하의 온도로 가열된 처리실(201) 내에서 본 개시를 이용하면 보다 유효하다. 한편, 온도가 400℃ 이상인 것에 의해 반응성이 높고 효율적인 막 형성이 가능하다.
전술한 조건 하에서 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 TMA 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 최표면(最表面)에 Al 함유층이 형성된다. Al 함유층은 Al층 외에 C 및 H를 포함할 수 있다. Al 함유층은 웨이퍼(200)의 최표면에 TMA가 물리 흡착하거나, TMA의 일부가 분해된 물질이 화학 흡착하거나, TMA가 열분해하는 것에 의해 Al이 퇴적되는 것 등에 의해 형성된다. 즉 Al 함유층은 TMA나 TMA의 일부가 분해된 물질의 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)이어도 좋고, Al의 퇴적층(Al층)이어도 좋다.
[잔류 가스 제거 스텝(스텝: S11)]
Al 함유층이 형성된 후, 밸브(314)를 닫고 TMA 가스의 공급을 정지한다. 이때 APC 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Al 함유층 형성에 기여한 후의 TMA 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 밸브(514, 524)는 연 상태에서 N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Al 함유층 형성으로 기여한 후의 TMA 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. 또한 밸브(514, 524)로부터의 N2 가스는 잔류 가스 제거 스텝 동안 상시 계속해서 흘려도 좋고, 단속적(펄스적)으로 공급해도 좋다.
이때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 수행되는 스텝에서 악영향은 거의 발생하지 않는다. 처리실(201) 내에 공급하는 불활성 가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양을 공급하는 것에 의해 그 후의 스텝에서 악영향이 거의 발생하지 않는 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 이와 같이 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해 퍼지 시간을 단축하고, 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 불활성 가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
다음으로 반응 가스를 공급하는 공정(반응 가스 공급 스텝)에서 반응 가스 공급 서브 스텝(S12) 및 잔류 가스 제거 서브 스텝(S13)을 반복 수행한다.
[반응 가스 공급 서브 스텝(스텝: S12)]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(324)를 열고 가스 공급관(320) 내에 반응 가스인 O3 가스를 흘린다. O3 가스는 MFC(322)에 의해 유량 조정되어 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 즉 웨이퍼(200)는 O3 가스에 폭로된다. 이때 밸브(524)를 열고 가스 공급관(520) 내에 N2 가스를 흘려도 좋다. N2 가스는 MFC(522)에 의해 유량 조정되어 O3 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 노즐(410) 내로의 O3 가스의 침입을 방지(역류를 방지)하기 위해서 밸브(514)를 열고 가스 공급관(510) 내에 N2 가스를 흘려도 좋다. N2 가스는 가스 공급관(510), 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 처리실(201) 내의 압력이 안정되지 않은 상태에서 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 O3 가스를 공급한다. O3 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간(O3 가스 공급 시간)은 예컨대 0.01초 내지 5초가 바람직하고, 0.01초 내지 3초가 보다 바람직하다. O3 가스 공급 시간이 0.01초 미만이면, O3 가스가 웨이퍼(200)의 에지에 회입(回入)되어 웨이퍼(200) 중앙까지의 O3 가스의 공급량이 부족해진다. 또한 O3 가스 공급 시간이 5초를 초과하면, O3 가스의 공급 시간이 길어지는 것과 함께 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력까지 내리는 데 시간이 걸려 스루풋이 저하된다. O3 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간을 0.01초 이상 5초 이하로 하는 것에 의해 O3 가스가 웨이퍼(200)의 에지로의 회입을 억제할 수 있고, 또한 처리실(201) 내의 압력이 안정되기 전에 다음 공정의 잔류 가스 제거 서브 스텝을 수행할 수 있기 때문에 처리실(201) 내의 압력을 낮게 할 때까지의 시간을 단축할 수 있고, 스루풋의 향상을 도모할 수 있다. MFC(322)로 제어하는 O3 가스의 공급 유량은 예컨대 5slm 내지 40slm, 바람직하게는 5slm 내지 30slm, 보다 바람직하게는 10slm 내지 20slm의 범위 내의 유량으로 한다. 그 외의 처리 조건은 전술한 원료 가스 공급 스텝과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
O3 가스는 원료 가스 공급 스텝에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Al 함유층의 적어도 일부와 반응한다. Al 함유층은 산화되고, 금속산화층으로서 Al과 O를 포함하는 알루미늄 산화층(AlO층)이 형성된다. 즉 Al 함유층은 AlO층으로 개질된다.
[잔류 가스 제거 서브 스텝(스텝: S13)]
반응 가스 공급 서브 스텝을 소정 횟수(m회) 수행했다고 판단되기 전은 다음으로 밸브(324)를 닫고 O3 가스의 공급을 정지한다. 이때 APC 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Al 함유층 형성에 기여한 후의 O3 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하고, 처리실(201) 내를 감압한다. 이때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 완전히 배제하지 않아도 좋다는 점은 원료 가스 공급 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지이다.
진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하는 시간(진공 배기 시간)은 예컨대 0.05초 내지 9초가 바람직하고, 0.5초 내지 5초가 보다 바람직하다. 진공 배기 시간이 0.05미만이면 처리실(201) 내의 압력을 소정의 압력까지 충분히 내리지 못하고, 또한 9초를 초과하면 진공 배기하는 시간이 지나치게 길어져서 스루풋이 저하된다. 또한 진공 배기 시간을 0.05초 내지 9초, 보다 바람직하게는 0.5초 내지 5초로 하는 것에 의해 단시간으로 처리실(201) 내의 압력을 충분히 내리는 것이 가능해지고, 진공 배기하는 시간이 지나치게 길어지지 않고 스루풋의 저하를 억제할 수 있다.
전술한 O3 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간(공급 시간)과, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하는 시간(배기 시간)의 비율(공급 시간: 배기 시간)은 1:2 내지 1:5의 범위 내인 것이 바람직하다. 공급 시간: 배기 시간이 1:5 이하인 것에 의해 배기 시간이 지나치게 길어지지 않고, 스루풋의 저하를 억제할 수 있다.
전술한 반응 가스 공급 서브 스텝(반응 가스 공급 공정) 및 잔류 가스 제거 서브 스텝(반응 가스 배기 공정)을 이 순서로 반복하고, 반응 가스 공급 서브 스텝을 소정 횟수(m회) 수행했다고 판단된 후에는 다음 잔류 가스 제거 스텝(S14)이 수행된다.
또한 소정 횟수(m회, 도 5 중에서는 6회) 수행되는 반응 가스 공급 서브 스텝에서는 도 5에 도시하는 바와 같이 처리실(201) 내의 압력이 안정되지 않고 상승하는 상태에서 처리실(201) 내에 O3 가스를 공급하고, 처리실(201) 내의 압력이 일정해지기 전에 처리실(201) 내로의 O3 가스의 공급을 정지한다. 또한 도 5 중의 2점 쇄선은 종래의 반도체 장치의 제조 방법과 같이 처리실(201) 내의 압력이 안정된 후에도 처리실(201) 내에 O3 가스를 공급한 경우의 압력을 나타낸다.
다음으로 처리실(201) 내에 O3 가스를 공급한 경우에서의, 처리실(201) 내의 압력(Fumace Pressure), 노즐(420) 내의 압력(Nozzle Inside Pressure) 및 처리실(201) 내의 O3 가스의 유속(Gas Velocity)과, 처리실(201) 내에 O3 가스를 공급하는 시간의 관계를 도 6에 도시한다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 처리실(201) 내에 O3 가스를 공급하기 시작한 직후에서는 노즐(420) 내의 압력과 처리실(201) 내의 압력 차이가 크고, 처리실(201) 내의 O3 가스의 유속도 커진다. O3 가스를 공급하는 시간의 경과와 함께, 처리실(201) 내의 O3 가스의 유속도 저하되고, 처리실(201) 내의 압력이 일정해지는 것에 의해 처리실(201) 내의 O3 가스의 유속이 일정해진다.
본 실시 형태에서는 반응 가스 공급 서브 스텝에서 처리실(201) 내의 압력이 안정되지 않은 상태에서 O3 가스를 공급하고, 처리실(201) 내의 압력이 일정해지기 전에 처리실(201) 내로의 O3 가스의 공급을 정지한다. 예컨대 도 6에 도시하는 A의 범위로 O3 가스의 공급 및 정지를 수행한다. 그리고 전술한 반응 가스 공급 서브 스텝과, 잔류 가스 제거 서브 스텝을 각각 반복 수행한다. 한편, 종래의 반도체 장치의 제조 방법에서는 처리실(201) 내의 압력이 일정해진 후에도 처리실(201) 내에 O3 가스를 공급하고, 소정의 시간이 경과한 후에 처리실(201) 내로의 O3 가스의 공급을 정지한다. 예컨대 도 6에 도시하는 B의 범위에서 O3 가스의 공급 및 정지를 수행한다. 따라서 본 실시 형태에서는 종래의 반도체 장치의 제조 방법에 비해 1사이클 당의 O3 가스의 평균 유속을 높일 수 있기 때문에 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200) 표면의 중앙부에 보다 많은 O3 가스가 도달한다. 이에 의해 웨이퍼(200) 표면의 단부와 중앙부의 막 두께의 차이를 보다 작게 할 수 있기 때문에 웨이퍼(200) 상에 형성되는 AlO막의 면내 막 두께 균일성을 높일 수 있다.
[잔류 가스 제거 스텝(스텝: S14)]
AlO층이 형성된 후, 밸브(324)를 닫고 O3 가스의 공급을 정지한다. 그리고 원료 가스 공급 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지의 처리 순서에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 AlO층의 형성에 기여한 후의 O3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 완전히 배제하지 않아도 좋다는 점은 원료 가스 공급 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지이다.
〔소정 횟수 실시〕
전술한 원료 가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, 반응 가스 공급 스텝 및 잔류 가스 공급 스텝을 순서대로 수행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수: n회) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 AlO막이 형성된다. 이 사이클의 횟수는 최종적으로 형성하는 AlO막에서 요구되는 막 두께에 따라 적절히 선택되지만, 이 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. AlO막의 두께(막 두께)는 예컨대 3nm 내지 150nm, 바람직하게는 40nm 내지 100nm, 보다 바람직하게는 60nm 내지 80nm으로 한다. 150nm 이하로 하는 것에 의해 표면 거칠기를 작게 할 수 있고, 3nm 이상으로 하는 것에 의해 하지막과의 응력 차이에 기인하는 막 박리의 발생을 억제할 수 있다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
성막 스텝이 종료되면, 밸브(514, 524)를 열고 가스 공급관(310, 320)의 각각으로부터 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(애프터 퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 N2 가스로 치환되고(N2 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력은 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되고, 매니폴드(209)의 하단이 개구되는 것과 함께, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 처리 완료된 웨이퍼(200)는 반응관(203)의 외부에 반출된 후, 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
전술한 실시 형태에서는, 반응 가스를 공급하는 스텝에서, 처리실 내의 압력이 안정되지 않은 상태에서 처리실 내의 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 서브 스텝과 처리실 내의 반응 가스를 배기하는 반응 가스 배기 서브 스텝을 소정 횟수 반복 수행한다. 이에 의해 처리실 내의 압력이 안정된 평형 상태가 아니기 때문에, 유속이 큰 반응 가스를 처리실 내의 기판에 공급할 수 있다. 또한 처리실 내의 압력이 안정되지 않은 상태에서 반응 가스의 공급을 분할 또한 반복 수행한다. 그 결과, 종래의 반도체 장치의 제조 방법에 비해 1사이클 당의 반응 가스의 평균 유속을 크게 할 수 있기 때문에 처리실 내의 기판 표면의 중앙부에 보다 많은 반응 가스가 도달한다. 이에 의해 기판 표면의 단부와 중앙부의 막 두께의 차이를 보다 작게 할 수 있기 때문에 기판 상에 형성되는 막의 면내 막 두께 균일성을 높일 수 있다.
예컨대 전술한 실시 형태에서는 Al 함유 가스로서 TMA 가스를 이용하는 예에 대해서 설명했지만 이에 한정되지 않고, 예컨대 염화알루미늄(AlCl3) 등을 이용해도 좋다. O 함유 가스로서는 O3 가스를 이용하는 예에 대해서 설명했지만 이에 한정되지 않고, 예컨대 산소(O2), 물(H2O), 과산화수소(H2O2), O2 플라즈마와 수소(H2) 플라즈마의 조합 등도 적용 가능하다. 불활성 가스로서는 N2 가스를 이용하는 예에 대해서 설명했지만 이에 한정되지 않고, 예컨대 Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희(希)가스를 이용해도 좋다.
또한 전술한 실시 형태에서는 기판 상에 AlO막을 형성하는 예에 대해서 설명했다. 하지만 본 개시는 이 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 처리 온도로 노즐 내에서 자기분해하여 노즐 내벽에 퇴적물로서 부착되고, 또한 퇴적물이 성막 사이클 내에서 박리되는 밀착성을 가지는 막종에 대하여 유효하다. 또한 원료 가스를 공급할 때 동시에 불활성 가스 등으로 희석하는 원료 가스를 이용하여 막을 형성하는 막종에 대해서도 이용할 수 있고, 예컨대 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y), La(란탄), 스트론튬(Sr), 실리콘(Si)을 포함하는 막이며, 이들 원소의 적어도 1개를 포함하는 질화막, 탄질화막, 산화막, 산탄화막, 산질화막, 산탄질화막, 붕질화막, 붕탄질화막, 금속 원소 단체막 등에도 적용 가능하다.
성막 처리에 이용되는 레시피(처리 순서나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)는 처리 내용(형성 또는 제거하는 막의 종류, 조성비, 막질, 막 두께, 처리 순서, 처리 조건 등)에 따라 개별로 준비하고, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 개재하여 기억 장치(121c) 내에 격납해두는 것이 바람직하다. 그리고 처리를 시작할 때, CPU(121a)가 기억 장치(121c) 내에 격납된 복수의 레시피 중으로부터 처리 내용에 따라 적절한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의해 1대의 기판 처리 장치로 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 막을 재현성 좋게 형성할 수 있게 되고, 각각의 경우에 적절한 처리를 수행할 수 있게 된다. 또한 오퍼레이터의 부담(처리 순서나 처리 조건 등의 입력 부담 등)을 저감할 수 있고, 조작 실수를 회피하면서 처리를 신속하게 시작할 수 있게 된다.
전술한 레시피는 새롭게 작성하는 경우에 한정되지 않고, 예컨대 기판 처리 장치에 이미 인스톨된 기존의 레시피를 변경하는 것에 의해 준비해도 좋다. 레시피를 변경하는 경우에는 변경 후의 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 레시피를 기록한 기록 매체를 개재하여 기판 처리 장치에 인스톨해도 좋다. 또한 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여 기판 처리 장치에 이미 인스톨된 기존의 레시피를 직접 변경해도 좋다.
또한 전술한 실시 형태나 변형예 등은 적절히 조합해서 이용할 수 있다. 또한 이때의 처리 순서, 처리 조건은 전술한 실시 형태나 변형예 등의 처리 순서, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
또한 본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허출원 및 기술 규격은 개개의 문헌, 특허출원 및 기술 규격이 참조에 의해 취입되는 것이 구체적 또한 개개로 기재된 경우와 같은 정도로 본 명세서 중에 참조에 의해 취입된다.
10: 기판 처리 장치
121: 컨트롤러
200: 웨이퍼(기판) 201: 처리실
410: 노즐(제1 노즐) 420: 노즐(제2 노즐)
200: 웨이퍼(기판) 201: 처리실
410: 노즐(제1 노즐) 420: 노즐(제2 노즐)
Claims (12)
- 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정 및 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스와는 분자 구조가 다른 반응 가스를 공급하는 공정을 비동시에 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정
을 포함하고,
상기 반응 가스를 공급하는 공정에서는, 상기 처리실 내의 압력이 안정되지 않은 상태에서 상기 처리실 내의 상기 기판에 대한 상기 반응 가스의 공급과 상기 처리실 내로부터의 상기 반응 가스의 배기를 소정 횟수 반복 수행하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 가스의 공급에서는 상기 처리실 내에 상기 반응 가스를 0.01초 이상 5초 이하의 범위 내에서 공급하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 가스의 배기에서는 상기 처리실 내를 0.05초 이상 9초 이하의 범위 내에서 배기하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 원료 가스는 알루미늄을 포함하는 금속 함유 가스이며, 상기 반응 가스는 산소 함유 가스인 반도체 장치의 제조 방법. - 기판을 처리하는 처리실;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스와는 분자 구조가 다른 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계;
상기 처리실 내를 배기하는 배기계; 및
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 처리와 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하는 처리를 비동시에 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 막을 형성하는 처리를 수행하고, 상기 반응 가스를 공급하는 처리에서는, 상기 처리실 내의 압력이 안정되지 않은 상태에서 상기 처리실 내의 상기 기판에 대한 상기 반응 가스의 공급과 상기 처리실 내로부터의 상기 반응 가스의 배기를 소정 횟수 반복 수행하도록, 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부
를 포함하는 기판 처리 장치. - 제5항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 반응 가스의 공급에서는 상기 처리실 내에 상기 반응 가스를 0.01초 이상 5초 이하의 범위에서 공급하도록 상기 반응 가스 공급계에 제어 신호를 출력하는 것이 가능한 기판 처리 장치. - 제5항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 반응 가스의 배기에서는 상기 처리실 내를 0.05초 이상 9초 이하의 범위 내에서 배기하도록 상기 배기계에 제어 신호를 출력하는 것이 가능한 기판 처리 장치. - 제5항에 있어서,
상기 원료 가스는 알루미늄을 포함하는 금속 함유 가스이며, 상기 반응 가스는 산소 함유 가스인 기판 처리 장치. - 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 단계와 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스와는 분자 구조가 다른 반응 가스를 공급하는 단계를 비동시에 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 막을 형성하는 단계
를 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램으로서,
상기 반응 가스를 공급하는 단계에서는, 상기 처리실 내의 압력이 안정되지 않은 상태에서 상기 처리실 내의 기판에 대한 상기 반응 가스의 공급과 상기 처리실 내로부터의 상기 반응 가스의 배기를 소정 횟수 반복 수행하는 단계를 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램. - 제9항에 있어서,
상기 반응 가스의 공급에서는 상기 처리실 내에 상기 반응 가스를 0.01초 이상 5초 이하의 범위 내에서 공급하는 프로그램. - 제9항에 있어서,
상기 반응 가스의 배기에서는 상기 처리실 내를 0.05초 이상 9초 이하의 범위 내에서 배기하는 프로그램. - 제9항에 있어서,
상기 원료 가스는 알루미늄을 포함하는 금속 함유 가스이며, 상기 반응 가스는 산소 함유 가스인 프로그램.
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