KR20220072796A - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 프로그램 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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

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KR20220072796A
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아츠로 세이노
아리토 오가와
유타카 마츠노
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

본 발명은, 피복률을 향상시킬 수 있다. (a) 기판을 처리실에 수용하는 공정과, (b) 기판에 대하여 수소와 산소를 포함하는 제1 가스를 공급하는 공정과, (c) 기판에 대하여 질소와 수소를 포함하는 제2 가스를 공급하는 공정과, (d) 기판에 대하여 할로겐 원소를 포함하는 제3 가스를 공급하는 공정과, (e) 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하고, (f) (b)와 (c)를 행하는 공정과, (g) (f) 후에, (d)와 (e)를 행함으로써, 상기 기판에 대하여 막을 형성하는 공정을 포함한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 프로그램 및 기판 처리 장치{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, METHOD OF PROCESSING SUBSTRATE, PROGRAM, AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 프로그램 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
3차원 구조를 갖는 NAND형 플래시 메모리나 DRAM의 워드 라인으로서 예를 들어 저저항의 텅스텐(W)막이 사용되고 있다. 또한, 이 W막과 절연막 사이에 배리어막으로서, 예를 들어 질화티타늄(TiN)막이 사용되는 경우가 있다(예를 들어 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
일본 특허 공개 제2011-66263호 공보 국제 공개 제2019/058608호 팸플릿
그러나, TiN막을 성막할 때, 박막으로는 연속막으로 되기 어려워, 섬상으로 성장해버려서 피복률이 낮아져버리는 경우가 있다.
본 개시는, 피복률을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 양태에 의하면,
(a) 기판을 처리 용기에 수용하는 공정과,
(b) 상기 기판에 대하여 수소와 산소를 포함하는 제1 가스를 공급하는 공정과,
(c) 상기 기판에 대하여 질소와 수소를 포함하는 제2 가스를 공급하는 공정과,
(d) 상기 기판에 대하여 할로겐 원소를 포함하는 제3 가스를 공급하는 공정과,
(e) 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정
을 갖고,
(f) (b)와 (c)를 행하는 공정과,
(g) (f) 후에, (d)와 (e)를 행함으로써, 상기 기판에 대하여 막을 형성하는 공정을 갖는 기술이 제공된다.
본 개시에 의하면, 피복률을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 2는 도 1에서의 A-A선 개략 횡단면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 5의 (A) 내지 도 5의 (D)는, 도 4에 도시하는 기판 처리 시퀀스에서의 기판 표면의 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 시퀀스의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 7의 (A) 내지 도 7의 (D)는, 도 6에 도시하는 기판 처리 시퀀스에서의 기판 표면의 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 8의 (A) 내지 도 8의 (D)는, 도 6에 도시하는 기판 처리 시퀀스에서의 기판 표면의 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 시퀀스의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 10의 (A) 내지 도 10의 (D)는, 도 9에 도시하는 기판 처리 시퀀스에서의 기판 표면의 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 시퀀스의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 12의 (A) 및 도 12의 (B)는 본 개시의 다른 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 처리로의 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 13의 (A)는, 도 4에 도시하는 기판 처리 시퀀스와 도 9에 도시하는 기판 처리 시퀀스에 의해, 베어 기판 상과, 산화막이 형성된 기판 상에 각각 형성된 TiN막의 막 두께를 비교해서 도시한 도면이다. 도 13의 (B)는, 도 4에 도시하는 기판 처리 시퀀스에 의해, 베어 기판 상과, 산화막이 형성된 기판 상에 각각 형성된 TiN막의 성막 레이트와, 전공정을 행하지 않고 성막 공정을 행한 경우의, 베어 기판 상과, 산화막이 형성된 기판 상에 각각 형성된 TiN막의 성막 레이트를 비교해서 도시한 도면이다.
도 14의 (A)는, 도 4에 도시하는 기판 처리 시퀀스에 의해, 베어 기판 상, 산화막이 형성된 기판 상에 각각 TiN막을 형성한 경우의 제1 가스 공급 시간과 TiN막의 막 두께의 관계를 도시한 도면이다. 도 14의 (B)는, 도 6에 도시하는 기판 처리 시퀀스에 의해, 베어 기판 상, 산화막이 형성된 기판 상에 각각 TiN막을 형성한 경우의, 전공정에서의 사이클수와 TiN막의 막 두께의 관계를 도시한 도면이다.
이하, 도 1 내지 5를 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 도면은 모두 모식적인 것이며, 도면에 도시되는, 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은, 현실의 것과 반드시 일치하는 것은 아니다. 또한, 복수의 도면의 상호간에 있어서도, 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은 반드시 일치하는 것은 아니다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
기판 처리 장치(10)는, 가열 수단(가열 기구, 가열계)으로서의 히터(207)가 마련된 처리로(202)를 구비한다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판으로서의 히터 베이스(도시하지 않음)에 지지됨으로써 수직으로 거치되어 있다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원상으로 처리 용기를 구성하는 아우터 튜브(203)가 배치되어 있다. 아우터 튜브(203)는, 예를 들어 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 아우터 튜브(203)의 하방에는, 아우터 튜브(203)와 동심원상으로, 매니폴드(인렛 플랜지)(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스(SUS) 등의 금속으로 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부와, 아우터 튜브(203) 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 마련되어 있다. 매니폴드(209)가 히터 베이스에 지지됨으로써, 아우터 튜브(203)는 수직으로 거치된 상태로 된다.
아우터 튜브(203)의 내측에는, 처리 용기를 구성하는 이너 튜브(204)가 배치되어 있다. 이너 튜브(204)는, 예를 들어 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 주로, 아우터 튜브(203)와, 이너 튜브(204)와, 매니폴드(209)에 의해 처리 용기가 구성되어 있다. 처리 용기의 통 중공부(이너 튜브(204)의 내측)에는 처리실(201)이 형성되어 있다.
처리실(201)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 연직 방향으로 다단으로 배열한 상태에서 수용 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 노즐(410, 420, 430)이 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(410, 420, 430)에는, 가스 공급관(310, 320, 330)이 각각 접속되어 있다. 단, 본 실시 형태의 처리로(202)는, 상술한 형태에 한정되지 않는다.
가스 공급관(310, 320, 330)에는, 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(312, 322, 332)가 각각 마련되어 있다. 또한, 가스 공급관(310, 320, 330)에는, 개폐 밸브인 밸브(314, 324, 334)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(310, 320, 330)의 밸브(314, 324, 334)의 하류측에는, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(510, 520, 530)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(510, 520, 530)에는, 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(512, 522, 532) 및 개폐 밸브인 밸브(514, 524, 534)가 각각 마련되어 있다.
가스 공급관(310, 320, 330)의 선단부에는 노즐(410, 420, 430)이 각각 연결 접속되어 있다. 노즐(410, 420, 430)은, L자형의 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(410, 420, 430)의 수직부는, 이너 튜브(204)의 직경 방향 외향으로 돌출되고 또한 연직 방향으로 연장되도록 형성되어 있는 채널 형상(홈 형상)의 예비실(201a)의 내부에 마련되어 있고, 예비실(201a) 내에서 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 상방(웨이퍼(200)의 배열 방향 상방)을 향해서 마련되어 있다.
노즐(410, 420, 430)은, 처리실(201)의 하부 영역으로부터 처리실(201)의 상부 영역까지 연장되도록 마련되어 있고, 웨이퍼(200)와 대향하는 위치에 각각 복수의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)이 마련되어 있다. 이에 의해, 노즐(410, 420, 430)의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)으로부터 각각 웨이퍼(200)에 처리 가스를 공급한다. 이 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)은, 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되고, 각각 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 마련되어 있다. 단, 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)은, 상술한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부를 향해서 개구 면적을 점차 크게 해도 된다. 이에 의해, 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)으로부터 공급되는 가스의 유량을 보다 균일화하는 것이 가능하게 된다.
노즐(410, 420, 430)의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)은, 후술하는 보트(217)의 하부로부터 상부까지의 높이의 위치에 복수 마련되어 있다. 그 때문에, 노즐(410, 420, 430)의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된 처리 가스는, 보트(217)의 하부로부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200)의 전역에 공급된다. 노즐(410, 420, 430)은, 처리실(201)의 하부 영역으로부터 상부 영역까지 연장되도록 마련되어 있으면 되지만, 보트(217)의 천장 부근까지 연장되도록 마련되어 있는 것이 바람직하다.
가스 공급관(310)으로부터는, 처리 가스로서, 수소(H)와 산소(O)를 포함하는 제1 가스가, MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(320)으로부터는, 처리 가스로서, 질소(N)와 H를 포함하는 제2 가스가, MFC(322), 밸브(324), 노즐(420)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 본 개시에서는, 제2 가스를, 후술하는 제3 가스와 반응시키는 반응 가스로서도 사용한다. 또한, 제2 가스를 환원 가스라고 칭할 수도 있다.
가스 공급관(330)으로부터는, 처리 가스로서, 할로겐 원소를 포함하는 제3 가스가, MFC(332), 밸브(334), 노즐(430)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(510, 520, 530)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어 N2 가스가, 각각 MFC(512, 522, 532), 밸브(514, 524, 534), 노즐(410, 420, 430)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 이하, 불활성 가스로서 N2 가스를 사용하는 예에 대해서 설명하는데, 불활성 가스로서는, N2 가스 이외에, 예를 들어 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 크세논(Xe) 가스 등의 희가스를 사용해도 된다.
주로, 가스 공급관(310, 320, 330), MFC(312, 322, 332), 밸브(314, 324, 334), 노즐(410, 420, 430)에 의해 처리 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410, 420, 430)만을 처리 가스 공급계라고 생각해도 된다. 처리 가스 공급계는 단순히 가스 공급계라고 칭해도 된다. 가스 공급관(310)으로부터 제1 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(310), MFC(312), 밸브(314)에 의해 제1 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410)을 제1 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 또한, 가스 공급관(320)으로부터 제2 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(320), MFC(322), 밸브(324)에 의해 제2 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(420)을 제2 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 또한, 가스 공급관(330)으로부터 제3 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(330), MFC(332), 밸브(334)에 의해 제3 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(430)을 제3 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 가스 공급관(320)으로부터 반응 가스로서 제2 가스를 공급하는 경우, 제2 가스 공급계를 반응 가스 공급계라고 칭할 수도 있다. 또한, 주로, 가스 공급관(510, 520, 530), MFC(512, 522, 532), 밸브(514, 524, 534)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다.
본 실시 형태에서의 가스 공급의 방법은, 이너 튜브(204)의 내벽과, 복수매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원환상의 세로로 긴 공간 내의 예비실(201a) 내에 배치한 노즐(410, 420, 430)을 경유해서 가스를 반송하고 있다. 그리고, 노즐(410, 420, 430)의 웨이퍼와 대향하는 위치에 마련된 복수의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)으로부터 이너 튜브(204) 내에 가스를 분출시키고 있다. 보다 상세하게는, 노즐(410)의 가스 공급 구멍(410a), 노즐(420)의 가스 공급 구멍(420a), 노즐(430)의 가스 공급 구멍(430a)에 의해, 웨이퍼(200)의 표면과 평행 방향을 향해서 처리 가스 등을 분출시키고 있다.
배기 구멍(배기구)(204a)은, 이너 튜브(204)의 측벽이며 노즐(410, 420, 430)에 대향한 위치에 형성된 관통 구멍이며, 예를 들어 연직 방향으로 가늘고 길게 개설된 슬릿상의 관통 구멍이다. 노즐(410, 420, 430)의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 웨이퍼(200)의 표면 상을 흐른 가스는, 배기 구멍(204a)을 통해서 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(203) 사이에 형성된 간극으로 구성된 배기로(206) 내에 흐른다. 그리고, 배기로(206) 내에 흐른 가스는, 배기관(231) 내에 흘러, 처리로(202) 밖으로 배출된다.
배기 구멍(204a)은, 복수의 웨이퍼(200)와 대향하는 위치에 마련되어 있고, 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 근방에 공급된 가스는, 수평 방향을 향해서 흐른 후, 배기 구멍(204a)을 통해서 배기로(206) 내에 흐른다. 배기 구멍(204a)은, 슬릿상의 관통 구멍으로서 구성되는 경우에 한하지 않고, 복수개의 구멍에 의해 구성되어 있어도 된다.
매니폴드(209)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 마련되어 있다. 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 접속되어 있다. APC 밸브(243)는, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있다. 주로, 배기 구멍(204a), 배기로(206), 배기관(231), APC 밸브(243) 및 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함해서 생각해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)은, 매니폴드(209)의 하단에 연직 방향 하측으로부터 맞닿아지도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 SUS 등의 금속으로 구성되고, 원반상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220b)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)에서의 처리실(201)의 반대측에는, 웨이퍼(200)를 수용하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 시일 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 아우터 튜브(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 연직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 보트(217) 및 보트(217)에 수용된 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송계)로서 구성되어 있다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 연직 방향으로 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성된다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성되는 단열판(218)이, 수평 자세로 다단(도시하지 않음)으로 지지되어 있다. 이 구성에 의해, 히터(207)로부터의 열이 시일 캡(219)측에 전해지기 어렵게 되어 있다. 단, 본 실시 형태는 상술한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 보트(217)의 하부에 단열판(218)을 마련하지 않고, 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성되는 통 형상의 부재로서 구성된 단열 통을 마련해도 된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 이너 튜브(204) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있어, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전량을 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는, 노즐(410, 420, 430)과 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있고, 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 마련되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는, CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스를 통해서, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하게 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법에서의 각 공정(각 스텝)을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피, 제어 프로그램 등을 총칭하여, 단순히 프로그램이라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우에는, 프로세스 레시피 단체만을 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 보유되는 메모리 영역(워크 에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O포트(121d)는, 상술한 MFC(312, 322, 332, 512, 522, 532), 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534), 압력 센서(245), APC 밸브(243), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 레시피 등을 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, MFC(312, 322, 332, 512, 522, 532)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534)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)에의 웨이퍼(200)의 수용 동작 등을 제어하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는, 외부 기억 장치(예를 들어, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(123)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 단순히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 컴퓨터에의 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용해서 행해도 된다.
(2) 기판 처리 공정
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 표면에 산화막이 형성된 웨이퍼(200)에 대하여 막을 형성하는 공정의 일례에 대해서, 도 4 및 도 5를 사용해서 설명한다. 본 공정은, 상술한 기판 처리 장치(10)의 처리로(202)를 사용해서 실행된다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에 의한 기판 처리 공정(반도체 장치의 제조 공정)에서는,
(a) 웨이퍼(200)를 처리 용기에 수용하는 공정과,
(b) 웨이퍼(200)에 대하여 H와 O를 포함하는 제1 가스를 공급하는 공정과,
(c) 웨이퍼(200)에 대하여 N과 H를 포함하는 제2 가스를 공급하는 공정과,
(d) 웨이퍼(200)에 대하여 할로겐 원소를 포함하는 제3 가스를 공급하는 공정과,
(e) 웨이퍼(200)에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정
을 갖고,
(f) (b)와 (c)를 행하는 공정과,
(g) (f) 후에, (d)와 (e)를 행함으로써, 웨이퍼(200)에 대하여 막을 형성하는 공정을 갖는다.
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등의 적층체」를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우에는, 「웨이퍼 그 자체의 표면」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면」을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 동의이다.
(웨이퍼 반입)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시하고 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)되어, 처리 용기 내에 수용된다. 즉, 표면에 산화막이 형성된 웨이퍼(200)를 처리 용기에 수용한다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은, O링(220)을 개재해서 아우터 튜브(203)의 하단 개구를 폐색한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은, 압력 센서(245)에서 측정되어, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(243)가 피드백 제어된다(압력 조정). 진공 펌프(246)는, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내가 원하는 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전량이 피드백 제어된다(온도 조정). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행하여진다.
[전공정](제1 가스 공급)
밸브(314)를 개방하여, 가스 공급관(310) 내에 제1 가스를 흘린다. 제1 가스는, MFC(312)에 의해 유량 조정되어, 노즐(410)의 가스 공급 구멍(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(514)를 개방하여, 가스 공급관(510) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘려도 된다. 또한, 노즐(420, 430) 내에의 제1 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(524, 534)를 개방하여, 가스 공급관(520, 530) 내에 불활성 가스를 흘려도 된다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 3990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(312)로 제어하는 제1 가스의 공급 유량은, 예를 들어 0.01 내지 1slm의 범위 내의 유량으로 한다. 이하에서, 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 300 내지 600℃의 범위 내의 온도로 되는 온도로 설정해서 행한다. 또한, 본 개시에서의 「1 내지 3990Pa」과 같은 수치 범위의 표기는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 예를 들어 「1 내지 3990Pa」이란, 「1Pa 이상 3990Pa 이하」를 의미한다. 다른 수치 범위에 대해서도 마찬가지이다.
이때, 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스가 공급되게 된다. 제1 가스로서는, H와 O를 포함하는 가스인, 예를 들어 수증기(H2O 가스)를 사용할 수 있다. 제1 가스로서 H2O 가스를 사용한 경우, H2O 가스의 공급에 의해, 도 5의 (A)에 도시하는 바와 같이, 표면에 산화막으로서의 SiO2막이 형성된 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 상에 H2O 분자가 1분자층 물리 흡착된다. 여기서, H2O 분자가 복수층 적층되면, 후술하는 제2 가스 공급에 의해, 제2 가스가, 복수층 중, 표면에서 반응하여 OH기가 생성되어버린다. 즉, 하층 부분에 H2O 분자가 존재하기 때문에, OH기가 웨이퍼(200) 표면에 흡착되지 않아, 웨이퍼(200)의 표면이 OH 종단으로 되지 않을 경우가 있다. 그 때문에, 1분자층의 H2O 분자가 웨이퍼(200) 상에 물리 흡착되는 조건에서, 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스를 공급한다. 즉, 제1 가스 공급은, 1분자층의 H2O 분자를 웨이퍼(200) 상에 물리 흡착시키는 분위기에서 실행한다. H2O 분자는, 온도가 높아짐에 따라서 웨이퍼(200)로부터 탈리하기 쉬워진다. 이 때문에, 본 공정에서의 온도를, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 H2O의 비점 이상의 가능한 한 낮은 온도로 한다. 예를 들어, 제1 가스 공급 시에서의 온도를, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 H2O의 비점 이상이며 후술하는 성막 공정에서의 성막 온도와 동일한 온도로 되도록 설정해서 행한다. 이에 의해, H2O 분자를 웨이퍼(200) 상에 물리 흡착시킬 수 있다.
(제2 가스 공급)
제1 가스의 공급을 개시하고 나서 소정 시간 경과 후에 밸브(314)를 닫아, 제1 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 정지한다. 이때 밸브(324)를 개방하여, 가스 공급관(320) 내에 제2 가스를 흘린다. 즉, 제1 가스의 공급 후에 퍼지 가스를 공급하지 않고 제2 가스의 공급을 개시한다. 이에 의해, 웨이퍼(200) 상에 물리 흡착된 H2O 분자의 양이 줄어드는 것을 억제할 수 있다. 제2 가스는, MFC(322)에 의해 유량 조정되어, 노즐(420)의 가스 공급 구멍(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스가 공급된다. 또한, 이때 동시에 밸브(524)를 개방하여, 가스 공급관(520) 내에 불활성 가스를 흘려도 된다. 또한, 노즐(410, 430) 내에의 제2 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(514, 534)를 개방하여, 가스 공급관(510, 530) 내에 불활성 가스를 흘려도 된다. 또한, 제1 가스의 공급 후, 제2 가스의 공급 전에, 퍼지 가스를 공급해도 된다. 퍼지 가스를 공급함으로써, 기상 중의 H2O 가스와 제2 가스의 반응을 억제할 수 있다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 3990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(322)로 제어하는 제2 가스의 공급 유량은, 예를 들어 0.1 내지 30slm의 범위 내의 유량으로 한다. 제2 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은, 예를 들어 0.01 내지 600초의 범위 내의 시간으로 한다.
이때, 웨이퍼에 대하여 제2 가스가 공급되게 된다. 여기서, 제2 가스로서는, N과 H를 포함하는 가스인, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다. 제2 가스는, 웨이퍼(200) 상의 H2O 분자와 반응하는 조건에서 웨이퍼(200)에 대하여 공급한다. 즉, 제2 가스 공급은, 웨이퍼(200) 상에 물리 흡착된 H2O 분자와 반응시키는 분위기에서 실행한다. 제2 가스로서 NH3 가스를 사용한 경우의 반응에 대해서, 도 5의 (B)에 나타내었다. NH3 가스는, 도 5의 (B)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(200) 상에 흡착된 H2O 분자와 반응하여, 암모늄(NH4 +)과 수산화물 이온(OH-)을 생성한다. 본 공정에서의 온도를, 제2 가스가 웨이퍼(200) 상의 H2O 분자와 반응하는 조건이며, 예를 들어 제2 가스 공급 시에서의 온도를, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 후술하는 성막 공정에서의 성막 온도와 동일한 온도로 되도록 설정해서 행한다. 그리고, 제2 가스인 NH3가, 웨이퍼(200) 상에 물리 흡착된 H2O로부터 H를 분리하여, 웨이퍼(200) 상에 OH 종단을 형성한다. 즉, 제2 가스의 공급에 의해, 웨이퍼(200)의 표면은, OH기가 흡착되어 OH기로 종단된다. 또한, 본 개시에 있어서, 「종단」이나 「흡착」이란, 웨이퍼(200) 표면의 모두가 덮여 있지 않은 상태도 포함할 수 있다. 가스의 공급 조건이나, 웨이퍼(200)의 표면 상태에 따라, 웨이퍼(200)의 표면 모두가 덮이지 않을 경우가 있다. 또한, 자기 제한적으로, 반응이 정지함으로써 모두가 덮이지 않을 경우가 있다.
[성막 공정]
상술한 전공정을 행한 후, 퍼지를 행하여, 이하의 제1 스텝 내지 제4 스텝을 복수회 행한다. 즉, 전공정을 행한 후, 처리실(201) 내에 N2 가스 등의 퍼지 가스를 공급하고 나서, 이하의 제1 스텝 내지 제4 스텝을 반복해서 행한다. 즉, 퍼지에 의해 기상 중의 제1 가스나 제2 가스나 반응 부생성물을 제거한 후, 웨이퍼(200) 상에 OH기가 흡착된 상태에서, OH기가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여, 이하의 제1 스텝 내지 제4 스텝을 복수회 행한다. 전공정 후, 성막 공정 전에, 퍼지 가스를 공급해서 퍼지를 행함으로써, 처리실(201) 내에 존재하는 반응 부생성물이나 여분의 가스를 제거할 수 있어, 성막 공정에서 형성되는 막의 특성을 향상시킬 수 있다.
(제3 가스 공급, 제1 스텝)
밸브(334)를 개방하여, 가스 공급관(330) 내에 제3 가스를 흘린다. 제3 가스는, MFC(332)에 의해 유량 조정되어, 노즐(430)의 가스 공급 구멍(430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(534)를 개방하여, 가스 공급관(530) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘려도 된다. 이때, 노즐(410, 420) 내에의 제3 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(514, 524)를 개방하여, 가스 공급관(510, 520) 내에 불활성 가스를 흘려도 된다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 3990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(332)로 제어하는 제3 가스의 공급 유량은, 예를 들어 0.1 내지 3.0slm의 범위 내의 유량으로 한다. 이하에서, 히터(207)의 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들어 300 내지 600℃의 범위 내의 온도로 되는 온도로 설정해서 행한다. 제3 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은, 예를 들어 0.01 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다.
이때, OH기가 흡착된 웨이퍼(200), 즉, 표면이 OH기에 의해 종단된 웨이퍼(200)에 대하여 제3 가스가 공급되게 된다. 여기서, 제3 가스로서는, 예를 들어 티타늄(Ti)을 포함하고, 할로겐 원소를 포함하는 가스인 사염화티타늄(TiCl4) 가스를 사용할 수 있다. 제3 가스로서 TiCl4 가스를 사용한 경우, 도 5의 (C)와 같이 된다. 즉, 도 5의 (B)에 도시하는 바와 같이 OH기가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여 TiCl4 가스가 공급됨으로써, 도 5의 (C)에 도시하는 바와 같이, TiCl4 가스에 포함되는 할로겐(Cl)과, 웨이퍼(200) 상에 존재하는 OH기가 반응하여, TiClx(x는 4보다 작음)가 웨이퍼(200) 상에 흡착된다. 즉, 웨이퍼(200) 상에 TiCl4보다도 분자 사이즈가 작은 TiClx가 흡착되기 때문에, TiCl4가 흡착되는 경우에 비하여, 입체 장해의 크기(분자량)를 저감할 수 있다. 즉, 입체 장해에 의한 TiCl4의 흡착 저해를 억제할 수 있어, 분자 사이즈가 작은 TiClx의 흡착량을 증가시킬 수 있다. 바꿔 말하면, OH기가 흡착된 웨이퍼(200)에 대하여 TiCl4 가스가 공급됨으로써, 웨이퍼(200) 상의 Ti 원소의 흡착량을 증가시킬 수 있어, 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 상에 흡착되는 Ti 원소의 흡착 밀도를 증가시킬 수 있고, Ti 원소의 함유율이 높은 Ti 함유층을 형성할 수 있다. 또한, 이때, 염산(HCl)이나 H2O 등의 반응 부생성물이 생긴다. 이들 반응 부생성물의 대부분은, 웨이퍼(200) 상으로부터 탈리한다. 결과로서, 하지의 SiO2막이나, SiO2막 상에 형성되는 TiN막 중에서의 불순물의 잔류를 억제할 수 있다.
(퍼지, 제2 스텝)
제3 가스의 공급을 개시하고 나서 소정 시간 경과 후로서 예를 들어 0.1 내지 10초 후에 밸브(334)를 닫아, 제3 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 채로 두어, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 웨이퍼(200) 상으로부터 잔류 가스를 제거하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응의 제3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때, 밸브(514, 524, 534)를 개방하여, 퍼지 가스로서의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용하여, 웨이퍼(200) 상으로부터 잔류 가스를 제거하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응의 제3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 0.1 내지 30slm으로 한다.
(반응 가스 공급, 제3 스텝)
퍼지를 개시하고 나서 소정 시간 경과 후로서 예를 들어 0.1 내지 10초 후에 밸브(514, 524, 534)를 닫아, 불활성 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 정지한다. 이때 밸브(324)를 개방하여, 가스 공급관(320) 내에 반응 가스를 흘린다. 반응 가스는, MFC(322)에 의해 유량 조정되어, 노즐(420)의 가스 공급 구멍(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 반응 가스가 공급된다. 또한, 이때 동시에 밸브(524)를 개방하여, 가스 공급관(520) 내에 불활성 가스를 흘려도 된다. 또한, 노즐(410, 430) 내의 반응 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(514, 534)를 개방하여, 가스 공급관(510, 530) 내에 불활성 가스를 흘려도 된다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 3990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(322)로 제어하는 반응 가스의 공급 유량은, 예를 들어 0.1 내지 30slm의 범위 내의 유량으로 한다. 반응 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은, 예를 들어 0.01 내지 30초의 범위 내의 시간으로 한다.
이때, 웨이퍼에 대하여 반응 가스가 공급되게 된다. 여기서, 반응으로서는, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스로서 NH3 가스를 사용한 경우의 반응에 대해서, 도 5의 (D)에 나타내었다. NH3 가스는, 도 5의 (D)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti 함유층의 적어도 일부와 치환 반응한다. 치환 반응 시에는, Ti 함유층에 포함되는 Ti와 NH3 가스에 포함되는 N이 결합하여, 웨이퍼(200) 상에 TiN층이 형성된다. 구체적으로는, 웨이퍼(200) 상에 흡착된 TiClx와 NH3가 반응함으로써, 표면에 산화막이 형성된 웨이퍼(200) 상에 TiN막이 형성되어, TiN막의 피복률을 향상시킬 수 있다. 또한, 치환 반응 시에는, HCl, 염화암모늄(NH4Cl), H2 등의 반응 부생성물이 생긴다.
(퍼지, 제4 스텝)
반응 가스의 공급을 개시하고 나서 소정 시간 경과 후로서 예를 들어 0.01 내지 60초 후에 밸브(324)를 닫아, 반응 가스의 공급을 정지한다. 이때, 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 채로 두어, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 웨이퍼(200) 상으로부터 잔류 가스를 제거하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 막의 형성에 기여한 후의 반응 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때, 밸브(514, 524, 534)를 개방하여, 퍼지 가스로서의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용하여, 웨이퍼(200) 상으로부터 잔류 가스를 제거하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응의 반응 가스나 상술한 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 0.1 내지 30slm으로 한다.
즉, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 막의 형성에 기여한 후의 반응 가스나 상술한 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용한다.
(소정 횟수 실시)
전공정을 행한 후에, 상술한 제1 스텝 내지 제4 스텝을 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수(N회), 1회 이상 실행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께의 막을 형성한다. 여기에서는, 예를 들어 TiN막이 형성된다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
가스 공급관(510 내지 530) 각각으로부터 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하여, 배기관(231)으로부터 배기한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용하여, 이에 의해 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(애프터 퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(웨이퍼 반출)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 아우터 튜브(203)의 하단이 개구된다. 그리고, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 아우터 튜브(203)의 하단으로부터 아우터 튜브(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 그 후, 처리가 끝난 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 본 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) 막의 피복률을 향상시킬 수 있어, 이 막 상에 형성되는 금속 함유막의 저항률을 저감시킬 수 있다.
(b) 막을 연속적으로 성장시킬 수 있다. 여기서 연속적이란, 막의 재료의 결정이 이어져 있는 것, 결정의 간격이 작은 것 등을 의미한다.
(c) 기판 상에 형성되는 막의 특성을 향상시킬 수 있다.
(d) 특히, 산화막 상에 형성되는 막의 피복률을 향상시킬 수 있다.
(e) 특히, 산화막 상에 형성되는 막을 연속적으로 성장시킬 수 있다.
(4) 다른 실시 형태
이상, 본 개시의 실시 형태를 구체적으로 설명하였다. 그러나, 본 개시는 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
상기 실시 형태에서는, 전공정으로서 제1 가스 공급과 제2 가스 공급을 이 순서대로 1회씩 행하는 예에 대해서 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 복수회 반복해서 행해도 되고, 전공정에서의 가스 공급의 순서를 바꿔도 되어, 제2 가스 공급 후에 제1 가스 공급을 행한 경우에도 적용할 수 있다.
(변형예 1)
도 6은, 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 시퀀스의 변형예를 나타낸다. 본 변형예에서는, 전공정으로서, 상술한 제1 가스 공급과 제2 가스 공급을 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수(M회) 실행한다. 즉, 성막 공정을 행하기 전에, 전공정으로서, 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스를 공급하는 공정과, 제2 가스를 공급하는 공정을 순서대로 행하는 사이클을 복수회 행한다. 이때, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 제1 가스 공급과 제2 가스 공급 사이에 퍼지 가스를 공급하지 않는다. 이 경우에도, 상술한 도 4에 도시하는 기판 처리 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
제1 가스로서 H2O 가스를, 제2 가스 및 반응 가스로서 NH3 가스를, 제3 가스로서 TiCl4 가스 사용한 경우의 반응에 대해서, 도 7의 (A) 내지 도 7의 (D) 및 도 8의 (A) 내지 도 8의 (D)에 도시하였다. H2O 가스의 공급에 의해, 도 7의 (A)에 도시하는 바와 같이, 표면에 SiO2막이 형성된 웨이퍼(200) 상에, H2O 분자가 1분자층 물리 흡착된다. 그리고, NH3 가스의 공급에 의해, 도 7의 (B)에 도시하는 바와 같이, NH3 가스가, 웨이퍼(200) 상에 흡착된 H2O 분자와 반응하여, 암모늄(NH4 +)과 수산화물 이온(OH-)을 생성하여, 웨이퍼(200) 상에 OH 종단을 형성한다. 그리고, 2회째 이후의 H2O 가스의 공급에 의해, 도 7의 (C)에 도시하는 바와 같이, H2O 분자는, 웨이퍼(200) 상의 OH기가 흡착되어 있지 않은 빈 사이트에 흡착된다. 그리고, 2회째 이후의 NH3 가스의 공급에 의해, 도 7의 (D)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(200) 상에 물리 흡착된 H2O와 NH3가 반응하여, NH4 +와 OH-가 생성되어, 웨이퍼 상의 빈 사이트에 OH 종단이 형성된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 흡착되어 있는 OH기의 일부와 NH3가 반응한 경우에는, NHx(여기서, x는 2 이하이며, 예를 들어 NH2를 생성함)와 H2O가 생성되어, NH2가 웨이퍼(200) 상에 흡착된다. 즉, 웨이퍼(200) 상에 NHx 종단이 형성되어, 웨이퍼(200) 상에 OH 종단과 NH 종단이 형성된다. 여기서, OH 종단이나 NH 종단에는, TiClx가 흡착되기 쉽기 때문에, 본 변형예와 같이, 전공정으로서 제1 가스 공급과 제2 가스 공급을 반복해서 행함으로써, 웨이퍼(200) 상의 OH 종단과 NH 종단을 증가시킬 수 있다. 그리고, 도 8의 (B) 및 도 8의 (C)에 도시하는 바와 같이, 분자 사이즈가 작은 TiClx의 흡착량을 증가시킬 수 있어, 입체 장해에 의한 TiCl4의 흡착 저해를 억제하여 TiClx의 흡착을 촉진할 수 있다. 그리고, NH3 가스의 공급에 의해 TiN막의 피복률을 향상시킬 수 있어, 하지의 SiO2막이나, SiO2막 상에 형성되는 TiN막 중에서의 불순물의 잔류를 억제할 수 있다.
(변형예 2)
도 9는, 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 시퀀스의 다른 변형예를 나타낸다. 본 변형예에서는, 전공정으로서, 제2 가스를 공급한 후에, 제1 가스를 공급하고, 그 후에 퍼지를 행하여, 상술한 성막 공정을 행한다. 즉, 성막 공정을 행하기 전에, 전공정으로서, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급하는 공정과, 제1 가스를 공급하는 공정을 이 순서대로 각각 1회 행한다. 이때, 제2 가스 공급과 제1 가스 공급 사이에 퍼지 가스를 공급하지 않는다. 이 경우에도, 상술한 도 4에 도시하는 기판 처리 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
제1 가스로서 H2O 가스를, 제2 가스 및 반응 가스로서 NH3 가스를, 제3 가스로서 TiCl4 가스 사용한 경우의 반응에 대해서, 도 10의 (A) 내지 도 10의 (D)에 도시하였다. 도 10의 (A)에 도시하는 바와 같이, 표면에 산화막으로서의 SiO2막이 형성된 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 NH3가 물리 흡착되거나, NH2가 화학 흡착된다. 그리고, 도 10의 (B)에 도시하는 바와 같이, NH3나 NH2가 흡착된 웨이퍼(200) 상에 H2O 가스를 물리 흡착시키는 분위기에서 공급함으로써, 빈 사이트에 H2O가 물리 흡착된다. 또한, NH3와 H2O가 반응하여, NH4 +와 OH-가 생성되어, 웨이퍼(200) 상에 OH 종단이 형성된다. 또한, NH2와 H2O가 반응하여, NHx +와 OH-가 생성되어, 웨이퍼(200) 상에 OH 종단이 형성된다. 그리고, TiCl4 가스의 공급에 의해, 도 10의 (C)에 도시하는 바와 같이, 분자 사이즈가 작은 TiClx의 흡착량을 증가시킬 수 있어, 입체 장해에 의한 TiCl4의 흡착 저해를 억제하여, TiClx의 흡착을 촉진할 수 있다. 그리고, NH3 가스의 공급에 의해, 도 10의 (D)에 도시하는 바와 같이, TiN막의 피복률을 향상시킬 수 있어, 하지의 SiO2막이나, SiO2막 상에 형성되는 TiN막 중에서의 불순물의 잔류를 억제할 수 있다.
(변형예 3)
도 11은, 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 시퀀스의 다른 변형예를 나타낸다. 본 변형예에서는, 전공정으로서, 상술한 제2 가스 공급과 제1 가스 공급을 순서대로 행하는 사이클을 소정 횟수(M회) 실행한 후에, 퍼지를 행하고, 그 후에 상술한 성막 공정을 행한다. 즉, 성막 공정을 행하기 전에, 전공정으로서, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급하는 공정과, 제1 가스를 공급하는 공정을 순서대로 행하는 사이클을 복수회 행한다. 이때, 제2 가스 공급과 제1 가스 공급 사이에 퍼지 가스를 공급하지 않는다. 이 경우에도, 상술한 도 4에 도시하는 기판 처리 시퀀스와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
제1 가스로서 H2O 가스를, 제2 가스 및 반응 가스로서 NH3 가스를, 제3 가스로서 TiCl4 가스를 사용한 경우, 표면에 산화막으로서의 SiO2막이 형성된 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 NH3가 물리 흡착되거나, NH2가 화학 흡착된다. 그리고, NH3나 NH2가 흡착된 웨이퍼(200) 상에 H2O 가스를 물리 흡착시키는 분위기에서 공급함으로써, NH3와 H2O가 반응하여, NH4 +와 OH-가 생성되어, 웨이퍼(200) 상에 OH 종단이 형성된다. 또한, NH2와 H2O가 반응하여, NHx +와 OH-가 생성되어, 웨이퍼(200) 상에 OH 종단이 형성된다.
그리고, 2회째 이후의 NH3 가스의 공급에 의해, 웨이퍼(200) 상에 형성된 OH기와 NH3가 반응하여, NH2와 H2O가 생성되고, NH2가 웨이퍼(200) 상에 화학 흡착된다. 즉, 웨이퍼(200) 상에 NHx 종단이 형성된다. 그리고, 2회째 이후의 H2O 가스의 공급에 의해 NH2와 H2O가 반응하여, NHx +와 OH-가 생성되어, 웨이퍼(200) 상에 OH 종단이 형성된다. 또한, OH 종단이 형성되어 있지 않은 웨이퍼(200) 상의 빈 사이트에 H2O가 물리 흡착된다. 그리고, 물리 흡착된 H2O와 NH3가 반응하여, NH4 +와 OH-가 생성되어, 웨이퍼 상의 빈 사이트에 OH 종단이 형성된다. 본 변형예와 같이, 제2 가스 공급과 제1 가스 공급을 반복해서 복수회 행함으로써, 웨이퍼(200) 상의 OH 종단을 증가시킬 수 있어, 분자 사이즈가 작은 TiClx의 흡착량을 증가시킬 수 있다. 즉, 입체 장해에 의한 TiCl4의 흡착 저해를 억제하여, TiClx의 흡착을 촉진할 수 있다. 그리고, NH3 가스의 공급에 의해 TiN막의 피복률을 향상시킬 수 있어, 결과적으로 하지의 SiO2막이나, SiO2막 상에 형성되는 TiN막 중에서의 불순물의 잔류를 억제할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 전공정에서 사용하는 제2 가스로서, 성막 공정에서 사용하는 반응 가스와 동일한 NH3 가스를 사용하는 경우를 사용해서 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되는 것은 아니라, 성막 공정에서 사용하는 반응 가스와 다른 가스를 사용해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 전공정과 성막 공정 사이에 퍼지를 행하는 형태를 나타냈지만, 이것에 한정하는 것은 아니며, 전공정과 성막 공정 사이에 퍼지를 행하지 않아도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 제1 가스 공급과 제2 가스 공급 사이에 퍼지를 행하지 않는 형태를 나타냈지만, 이것에 한정하는 것은 아니며, 제1 가스 공급과 제2 가스 공급 사이에 퍼지를 행해도 된다. 이에 의해, 처리실(201) 내에 존재하는, 기상 중의 제1 가스와 제2 가스의 반응을 억제할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 표면에 산화막으로서 실리콘(Si)을 포함하는 SiO2막이 형성된 웨이퍼(200)에 대하여, 전공정과 성막 공정을 행하는 경우를 사용해서 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되는 것은 아니며, Si, 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 지르코늄(Zr), Ti, 하프늄(Hf)의 적어도 하나 이상을 포함하는 산화막이 형성된 웨이퍼(200)를 사용하는 경우에도 적합하게 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 전공정에서, H와 O를 포함하는 제1 가스로서 예를 들어 H2O 가스를 사용하는 경우를 사용해서 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되는 것은 아니며, 제1 가스로서, H2와 O2, H2O, 과산화수소(H2O2)의 적어도 하나 이상을 포함하는 가스를 사용하는 경우에도 적합하게 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 전공정에서, N과 H를 포함하는 제2 가스로서 예를 들어 NH3 가스를 사용하는 경우를 사용해서 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되는 것은 아니며, 제2 가스로서, NH3, N2와 H2, 디아젠(N2H2), 트리아젠(N3H3), 히드라진(N2H4), 그 밖의 아민기를 포함하는 가스의 적어도 하나 이상을 포함하는 가스를 사용하는 경우에도 적합하게 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 성막 공정에서, 할로겐 원소를 포함하는 제3 가스로서 예를 들어 할로겐 원소로서 Cl을 포함하는 TiCl4 가스를 사용하는 경우를 사용해서 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되는 것은 아니며, 할로겐 원소로서 Cl 또는 불소(F)를 포함하고, Ti, Zr, Hf 등의 제4족 원소, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등의 제6족 원소의 적어도 하나 이상을 포함하는 가스를 사용하는 경우에도 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 할로겐 원소로서 Cl 또는 F를 포함하고, Si 등의 제14족 원소, Al 등의 제13족 원소, 탄탈(Ta) 등의 제5족 원소의 적어도 하나 이상을 포함하는 가스를 사용하는 경우에도 적합하게 적용할 수 있다.
예를 들어, 제3 가스로서, 사염화규소(SiCl4) 가스, 오염화몰리브덴(MoCl5) 가스, 염화알루미늄(AlCl3) 가스, 이염화이산화몰리브덴(MoO2Cl2) 가스, 육불화텅스텐(WF6) 가스 등의 MBy 가스를 사용하는 경우에도 적합하게 적용할 수 있다. 이 경우, 웨이퍼(200) 상에 형성된 OH기에, 제3 가스에 포함되는 할로겐 원소의 수보다도 작고, 분자 사이즈가 작은 MBx(x는 y보다도 작음)의 흡착량을 증가시킬 수 있어, 입체 장해에 의한 MBy의 흡착 저해를 억제해서 MBx의 흡착을 촉진할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식 종형 장치인 기판 처리 장치를 사용해서 성막하는 예에 대해서 설명했지만, 본 개시는 이것에 한정되지 않고, 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식 기판 처리 장치를 사용해서 성막하는 경우에도 적합하게 적용할 수 있다.
예를 들어, 도 12의 (A)에 도시하는 처리로(302)를 구비한 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 본 개시는 적합하게 적용할 수 있다. 처리로(302)는, 처리실(301)을 형성하는 처리 용기(303)와, 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 샤워 헤드(303s)와, 1매 또는 수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 지지하는 지지대(317)와, 지지대(317)를 하방으로부터 지지하는 회전축(355)과, 지지대(317)에 마련된 히터(307)를 구비하고 있다. 샤워 헤드(303s)의 인렛(가스 도입구)에는, 상술한 제1 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332a)와, 상술한 제2 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332b)와, 상술한 제3 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332c)가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332a)에는, 상술한 실시 형태의 제1 가스 공급계와 마찬가지의 제1 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332b)에는, 상술한 실시 형태의 제2 가스 공급계와 마찬가지의 제2 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(332c)에는, 상술한 제3 가스 공급계와 마찬가지의 제3 가스 공급계가 접속되어 있다. 샤워 헤드(303s)의 아웃렛(가스 배출구)에는, 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 가스 분산판이 마련되어 있다. 처리 용기(303)에는, 처리실(301) 내를 배기하는 배기 포트(331)가 마련되어 있다. 배기 포트(331)에는, 상술한 실시 형태의 배기계와 마찬가지의 배기계가 접속되어 있다.
또한 예를 들어, 도 12의 (B)에 도시하는 처리로(402)를 구비한 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 본 개시는 적합하게 적용할 수 있다. 처리로(402)는, 처리실(401)을 형성하는 처리 용기(403)와, 1매 또는 수매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 지지하는 지지대(417)와, 지지대(417)를 하방으로부터 지지하는 회전축(455)과, 처리 용기(403)의 웨이퍼(200)를 향해서 광조사를 행하는 램프 히터(407)와, 램프 히터(407)의 광을 투과시키는 석영창(403w)을 구비하고 있다. 처리 용기(403)에는, 상술한 제1 가스를 공급하는 가스 공급 포트(432a)와, 상술한 제2 가스를 공급하는 가스 공급 포트(432b)와, 상술한 제3 가스를 공급하는 가스 공급 포트(432c)가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432a)에는, 상술한 실시 형태의 제1 가스 공급계와 마찬가지의 제1 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432b)에는, 상술한 실시 형태의 제2 가스 공급계와 마찬가지의 제2 가스 공급계가 접속되어 있다. 가스 공급 포트(432c)에는, 상술한 실시 형태의 제3 가스 공급계와 마찬가지의 제3 가스 공급계가 접속되어 있다. 처리 용기(403)에는, 처리실(401) 내를 배기하는 배기 포트(431)가 마련되어 있다. 배기 포트(431)에는, 상술한 실시 형태의 배기계와 마찬가지의 배기계가 접속되어 있다.
이러한 기판 처리 장치를 사용하는 경우에도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 시퀀스, 처리 조건에서 성막을 행할 수 있다.
이러한 각종 박막의 형성에 사용되는 프로세스 레시피(처리 수순이나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)는, 기판 처리의 내용(형성하는 박막의 막종, 조성비, 막질, 막 두께, 처리 수순, 처리 조건 등)에 따라, 각각 개별로 준비하는(복수 준비하는) 것이 바람직하다. 그리고, 기판 처리를 개시할 때, 기판 처리의 내용에 따라, 복수의 프로세스 레시피 중에서 적정한 프로세스 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 기판 처리의 내용에 따라 개별로 준비된 복수의 프로세스 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체(외부 기억 장치(123))를 통해서, 기판 처리 장치가 구비하는 기억 장치(121c) 내에 미리 저장(인스톨)해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 기판 처리를 개시할 때, 기판 처리 장치가 구비하는 CPU(121a)가, 기억 장치(121c) 내에 저장된 복수의 프로세스 레시피 중에서, 기판 처리의 내용에 따라 적정한 프로세스 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이렇게 구성함으로써, 1대의 기판 처리 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적이면서 또한 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한, 오퍼레이터의 조작 부담(처리 수순이나 처리 조건 등의 입력 부담 등)을 저감할 수 있어, 조작 미스를 회피하면서, 기판 처리를 신속하게 개시할 수 있게 된다.
또한, 본 개시는, 예를 들어 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피를 변경함으로써도 실현할 수 있다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우에는, 본 개시에 관한 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 당해 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 통해서 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또한 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하여, 그 프로세스 레시피 자체를 본 개시에 관한 프로세스 레시피로 변경하거나 하는 것도 가능하다.
또한, 본 개시는, 예를 들어 3차원 구조를 갖는 NAND형 플래시 메모리나 DRAM 등의 워드 라인 부분에 사용할 수 있다.
이상, 본 개시의 다양한 전형적인 실시 형태를 설명해 왔지만, 본 개시는 그러한 실시 형태에 한정되지 않으며, 적절히 조합해서 사용할 수도 있다.
이하, 실시예에 대해서 설명한다.
[실시예 1]
베어 웨이퍼(Si 기판)인 샘플 1, 샘플 3과, 표면에 SiO2막이 형성된 웨이퍼인 샘플 2, 샘플 4를 준비하여, 샘플 1 내지 4에 대하여 각각 하기에 나타내는 성막 처리를 행하였다.
샘플 1은, 상술한 기판 처리 장치(10)를 사용하여, 상술한 도 4의 기판 처리 시퀀스에 의해, 전공정 후에 성막 공정을 소정 횟수 행하여, 베어 웨이퍼 상에 TiN막을 형성한 것이다. 즉, 베어 웨이퍼에 대하여 제1 가스 공급과 제2 가스 공급을 행한 후에, 성막 공정을 복수회 행한 것이다. 처리 조건은, 상술한 양태에 기재한 처리 조건 범위 내의 소정의 조건으로 하였다.
샘플 2는, 상술한 기판 처리 장치(10)를 사용하여, 상술한 도 4의 기판 처리 시퀀스에 의해, 전공정 후에 성막 공정을 소정 횟수 행하여, SiO2막이 형성된 웨이퍼 상에 TiN막을 형성한 것이다. 즉, SiO2막이 형성된 웨이퍼에 대하여 제1 가스 공급과 제2 가스 공급을 행한 후에, 성막 공정을 복수회 행한 것이다. 처리 조건은, 상술한 양태에 기재한 처리 조건 범위 내의 소정의 조건이며, 샘플 1에서의 처리 조건과 공통의 조건으로 하였다.
샘플 3은, 상술한 기판 처리 장치(10)를 사용하여, 상술한 도 9의 기판 처리 시퀀스에 의해, 전공정 후에 성막 공정을 소정 횟수 행하여, 베어 웨이퍼 상에 TiN막을 형성한 것이다. 즉, 베어 웨이퍼에 대하여 제2 가스 공급과 제1 가스 공급을 행한 후에, 성막 공정을 복수회 행한 것이다. 처리 조건은, 상술한 양태에 기재한 처리 조건 범위 내의 소정의 조건으로 하였다.
샘플 4는, 상술한 기판 처리 장치(10)를 사용하여, 상술한 도 9의 기판 처리 시퀀스에 의해, 전공정 후에 성막 공정을 교대로 소정 횟수 행하여, SiO2막이 형성된 웨이퍼 상에 TiN막을 형성한 것이다. 즉, SiO2막이 형성된 웨이퍼에 대하여 제2 가스 공급과 제1 가스 공급을 행한 후에, 성막 공정을 복수회 행한 것이다. 처리 조건은, 상술한 양태에 기재한 처리 조건 범위 내의 소정의 조건이며, 샘플 3에서의 처리 조건과 공통의 조건으로 하였다.
도 13의 (A)는, 샘플 1 내지 4에 형성된 TiN막의 막 두께를 비교해서 도시한 도면이다. 여기에서는, TiN막의 막 두께를 Ti의 검출량으로 환산하고 있다. 즉, Ti의 검출량이 많을수록, TiN막의 막 두께가 두꺼워지고, TiN막의 막 두께가 두꺼울수록, 연속성이 있는 막인 것을 나타내고 있다.
도 13의 (A)에 도시하는 바와 같이, 베어 웨이퍼 상에 형성된 TiN막과 비교하여, SiO2막이 형성된 웨이퍼 상에 형성된 TiN막쪽이, 막 두께가 작고, 연속성이 있는 막이 형성되기 어려운 것으로 확인되었다. 또한, 도 13의 (A)에 도시하는 바와 같이, 샘플 3의 제2 가스를 먼저 공급한 경우와 비교하여, 샘플 1의 제1 가스를 먼저 공급한 쪽이, 베어 웨이퍼 상에 형성된 TiN막의 막 두께가 두꺼워지고, 연속성이 있는 막이 형성되는 것으로 확인되었다.
[실시예 2]
베어 웨이퍼인 샘플 1, 샘플 3과, 표면에 SiO2막이 형성된 웨이퍼인 샘플 2, 샘플 4를 준비하여, 샘플 1 내지 4에 대하여 각각 하기에 나타내는 성막 처리를 행하였다.
샘플 1과 샘플 2는, 상술한 기판 처리 장치(10)를 사용하여, 상술한 도 4의 기판 처리 시퀀스에 의해, 전공정 후에 성막 공정을 소정 횟수 행하여, 베어 웨이퍼 상과, 표면에 SiO2막이 형성된 웨이퍼 상에 각각 TiN막을 형성한 것이다.
샘플 3과 샘플 4는, 상술한 기판 처리 장치(10)를 사용하여, 상술한 도 4의 기판 처리 시퀀스에서의 전공정을 행하지 않고, 상술한 성막 공정을 행하여, 베어 웨이퍼 상과, 표면에 SiO2막이 형성된 웨이퍼 상에 각각 TiN막을 형성한 것이다.
도 13의 (B)는 샘플 1 내지 4의 웨이퍼 상에 형성된 Ti의 성막 레이트를 비교해서 도시한 도면이다.
도 13의 (B)의 샘플 1 내지 4에 나타내고 있는 바와 같이, 베어 웨이퍼 상에 형성된 Ti의 성막 레이트와 비교하여, 표면에 SiO2막이 형성된 웨이퍼 상에 형성된 Ti의 성막 레이트쪽이, 성막 레이트가 느리고, 연속성이 있는 막이 형성되기 어려운 것으로 확인되었다. 또한, 도 13의 (B)의 샘플 2와 샘플 4에 나타내고 있는 바와 같이, 표면에 SiO2막이 형성된 웨이퍼 상이어도, 성막 공정 전에 전공정을 행함으로써, Ti의 성막 레이트가 빨라지고, 연속성이 있는 막이 형성되기 쉬워지는 것으로 확인되었다. 즉, 산화막이 형성된 웨이퍼에 대하여 전공정을 행한 후에 성막 공정을 행함으로써, 성막 레이트가 빨라지고, 연속성이 있는 막이 형성되는 것으로 확인되었다.
[실시예 3]
베어 웨이퍼인 샘플 1, 샘플 3과, 표면에 SiO2막이 형성된 웨이퍼인 샘플 2, 샘플 4를 준비하여, 샘플 1 내지 4에 대하여 각각 하기에 나타내는 성막 처리를 행하였다.
샘플 1과 샘플 2는, 상술한 기판 처리 장치(10)를 사용하여, 상술한 도 4의 기판 처리 시퀀스에 의해 전공정 후에 성막 공정을 소정 횟수 행하여, 베어 웨이퍼 상과, SiO2막이 형성된 웨이퍼 상에 각각 TiN막을 형성한 것이다. 즉, 제1 가스 공급과 제2 가스 공급 후에, 성막 공정을 소정 횟수 행한 것이다.
샘플 3과 샘플 4는, 상술한 기판 처리 장치(10)를 사용하여, 상술한 도 6의 기판 처리 시퀀스에 의해 전공정을 소정 횟수 행한 후에, 성막 공정을 소정 횟수 행하여, 베어 웨이퍼 상과, SiO2막이 형성된 웨이퍼 상에 각각 TiN막을 형성한 것이다. 즉, 제1 가스 공급과 제2 가스 공급을 소정 횟수 행한 후에, 성막 공정을 소정 횟수 행한 것이다.
도 14의 (A)는, 제1 가스의 공급 시간과 TiN막의 막 두께의 관계를 도시한 도면이며, 도 14의 (B)는, 사이클수와 TiN막의 막 두께의 관계를 도시한 도면이다.
도 14의 (A)에 도시하는 바와 같이, 전공정에서의 제1 가스의 공급 시간을 길게 함으로써, 베어 웨이퍼 상과, 표면에 SiO2막이 형성된 웨이퍼 상에 각각 TiN막의 막 두께를 약간 증가시켜서 형성할 수 있어, 얇은 연속성이 있는 막을 형성할 수 있어, 피복률이 향상되는 것으로 확인되었다. 또한, 도 14의 (B)에 도시하는 바와 같이, 전공정에서의 제1 가스 공급과 제2 가스 공급의 사이클수를 많게 함으로써, 베어 웨이퍼 상과, 표면에 SiO2막이 형성된 웨이퍼 상에 각각 TiN막의 막 두께를 약간 증가시켜서 형성할 수 있어, 얇은 연속성이 있는 막을 형성할 수 있어, 피복률이 향상되는 것으로 확인되었다.
즉, 전공정에서의 제1 가스의 공급 시간을 길게 하거나 또는 전공정에서의 제1 가스 공급과 제2 가스 공급의 사이클수를 많게 함으로써, 웨이퍼(200) 상에의 TiCl4의 흡착을 촉진시킬 수 있어, 연속성이 있는 TiN막을 형성할 수 있는 것으로 확인되었다. 즉, TiN막의 피복률을 향상시켜, TiN막 표면에 형성되는 금속 함유막을 저저항화하는 것이 가능하게 되는 것으로 확인되었다.
10: 기판 처리 장치
121: 컨트롤러
200: 웨이퍼(기판)
201: 처리실

Claims (20)

  1. (a) 처리실 내의 기판에 대하여 수소와 산소를 포함하는 제1 가스를 공급하는 공정과,
    (b) 상기 기판에 대하여 질소와 수소를 포함하는 제2 가스를 공급하는 공정과,
    (c) 상기 기판에 대하여 할로겐 원소를 포함하는 제3 가스를 공급하는 공정과,
    (d) 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정
    을 포함하고,
    (e) (a)와 (b)를 행하는 공정과,
    (f) (e) 후에, (c)와 (d)를 행함으로써, 상기 기판에 대하여 막을 형성하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, (e)에서는, (a) 후에 (b)를 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, (e)에서는, (a)와 (b)를 복수회 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, (a)는, 상기 제1 가스를 상기 기판에 대하여 물리 흡착시키는 분위기에서 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서, (a)는, 상기 제1 가스를 상기 기판에 대하여 물리 흡착시키는 분위기에서 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서, (a)는, 상기 제1 가스를 상기 기판에 대하여 물리 흡착시키는 분위기에서 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, (b)는, 상기 제2 가스를 상기 기판에 흡착된 상기 제1 가스와 반응시키는 분위기에서 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제2항에 있어서, (b)는, 상기 제2 가스를 상기 기판에 흡착된 상기 제1 가스와 반응시키는 분위기에서 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제3항에 있어서, (b)는, 상기 제2 가스를 상기 기판에 흡착된 상기 제1 가스와 반응시키는 분위기에서 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, (e)에서는, (b) 후에 (a)를 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, (e)에서는, (b)와 (a)를 복수회 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서, (a)는, 상기 제1 가스를 상기 기판에 대하여 물리 흡착시키는 분위기에서 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, (a)에서는, 표면에 산화막이 형성된 기판을 상기 처리실에 수용하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 산화막은, Si, Al, Ge, Ga, Zr, Ti, Hf의 적어도 하나 이상을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 가스는, H2와 O2, H2O, H2O2의 적어도 하나 이상을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제2 가스는, NH3, N2와 H2, N2H2, N3H3, N2H4, 그 밖의 아민기를 포함하는 가스의 적어도 하나 이상을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 제3 가스는, 상기 할로겐 원소로서 Cl 또는 F를 포함하고, Ti, Zr, Hf 등의 제4족 원소, Mo, W 등의 제6족 원소의 적어도 하나 이상을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  18. (a) 처리실 내의 기판에 대하여 수소와 산소를 포함하는 제1 가스를 공급하는 공정과,
    (b) 상기 기판에 대하여 질소와 수소를 포함하는 제2 가스를 공급하는 공정과,
    (c) 상기 기판에 대하여 할로겐 원소를 포함하는 제3 가스를 공급하는 공정과,
    (d) 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정
    을 포함하고,
    (e) (a)와 (b)를 행하는 공정과,
    (f) (e) 후에, (c)와 (d)를 행함으로써, 상기 기판에 대하여 막을 형성하는 공정
    을 포함하는 기판 처리 방법.
  19. (a) 처리실 내의 기판에 대하여 수소와 산소를 포함하는 제1 가스를 공급시키는 수순과,
    (b) 상기 기판에 대하여 질소와 수소를 포함하는 제2 가스를 공급시키는 수순과,
    (c) 상기 기판에 대하여 할로겐 원소를 포함하는 제3 가스를 공급시키는 수순과,
    (d) 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급시키는 수순
    을 포함하고,
    (e) (a)와 (b)를 행하게 하는 수순과,
    (f) (e) 후에, (c)와 (d)를 행함으로써, 상기 기판에 대하여 막을 형성시키는 수순
    을 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
  20. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 처리실 내에 수소와 산소를 포함하는 제1 가스, 질소와 수소를 포함하는 제2 가스, 할로겐 원소를 포함하는 제3 가스 및 반응 가스를 공급하는 가스 공급계와,
    (a) 상기 처리실 내의 기판에 대하여 수소와 산소를 포함하는 제1 가스를 공급하는 처리와,
    (b) 상기 기판에 대하여 질소와 수소를 포함하는 제2 가스를 공급하는 처리와,
    (c) 상기 기판에 대하여 할로겐 원소를 포함하는 제3 가스를 공급하는 처리와,
    (d) 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 처리
    를 포함하고,
    (e) (a)와 (b)를 행하는 처리와,
    (f) (e) 후에, (c)와 (d)를 행함으로써, 상기 기판에 대하여 막을 형성하는 처리
    를 행하게 하도록, 상기 가스 공급계를 제어하는 것이 가능하게 구성되는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
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