KR20220100932A - 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

성막 방법 및 성막 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20220100932A
KR20220100932A KR1020227019931A KR20227019931A KR20220100932A KR 20220100932 A KR20220100932 A KR 20220100932A KR 1020227019931 A KR1020227019931 A KR 1020227019931A KR 20227019931 A KR20227019931 A KR 20227019931A KR 20220100932 A KR20220100932 A KR 20220100932A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
film
gas
substrate
supplying
source gas
Prior art date
Application number
KR1020227019931A
Other languages
English (en)
Inventor
다츠히코 다니무라
도루 가나자와
도시유키 이케우치
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 filed Critical 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Publication of KR20220100932A publication Critical patent/KR20220100932A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45529—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations specially adapted for making a layer stack of alternating different compositions or gradient compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/401—Oxides containing silicon
    • C23C16/402—Silicon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/405—Oxides of refractory metals or yttrium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4408—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber by purging residual gases from the reaction chamber or gas lines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C23C16/45548—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02164—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon oxide, e.g. SiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02175—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal
    • H01L21/02181—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal the material containing hafnium, e.g. HfO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/022—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being a laminate, i.e. composed of sublayers, e.g. stacks of alternating high-k metal oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H01L21/02208—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si
    • H01L21/02219—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound comprising silicon and nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

성막 방법은, 제1 원소를 포함하는 제1 원료 가스를 기판에 공급하여 흡착시키는 서브스텝과, 반응 가스를 기판에 공급하는 서브스텝을 갖는 단위막을 성막하는 조작을 복수회 행하여 제1 막을 성막하는 것과, 제2 원소를 포함하는 제2 원료 가스를 기판에 공급하여 흡착시키는 서브스텝과, 반응 가스를 기판에 공급하는 서브스텝을 갖는 단위막을 성막하는 조작을 적어도 1회 행하여, 기판에 제2 막을 성막하는 것을 갖고, 제1 막을 성막하는 것 및 제2 막을 성막하는 것을, 1회씩 행하거나, 또는 복수회 반복함으로써 혼합막을 성막한다. 제2 막을 성막하는 것은, 제2 원료 가스를 공급하는 서브스텝에 앞서 실시되는, 제1 원료 가스를 기판에 공급하여 흡착시켜 제2 원료 가스의 흡착을 억제하는 서브스텝을 더 갖는다.

Description

성막 방법 및 성막 장치
본 개시는, 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
2종류 이상의 화합물을 포함하는 혼합막을 제조하는 기술로서, 각 화합물을 원자층 퇴적법(Atomic Layer Deposition; ALD)이나 분자층 퇴적법(Molecular Layer Deposition; MLD)을 사용하여 기판 상에 교호로 형성하는 것이 알려져 있다(또한, 이하의 설명에서는 ALD는 MLD도 포함하는 것으로 하여 설명함).
예를 들어, 특허문헌 1에는, 기판 상에 ALD에 의해 ZrO2막을 성막하는 공정과, ALD에 의해 SiO2막을 성막하는 공정을 교호로 반복하여 ZrO2와 SiO2의 혼합막을 성막하는 기술이 제안되어 있다. 구체적으로는, ZrO2막을 성막하는 공정은, 처리 용기 내에 Zr 원료 가스와 산화 가스를 교호로 x회 공급함으로써 행해지고, SiO2막을 성막하는 공정은, Si 원료 가스와 산화 가스를 교호로 y회 공급함으로써 행해진다. 그리고, 이러한 ZrO2막을 성막하는 공정과, SiO2막을 성막하는 공정을 교호로 z 사이클 반복함으로써, 혼합막을 성막한다. 이 기술에서는, x와 y의 횟수에 의해 ZrO2와 SiO2의 비율을 조정하고, z에 의해 막 두께를 조정한다.
일본 특허 공개 제2010-67958호 공보
본 개시는, 2 이상의 막의 혼합막을, ALD를 사용하여 성막하는 경우에, 막 두께나 조성의 균일성에 영향을 주지 않고, 원하는 막 조성으로 조정할 수 있는 성막 방법 및 성막 장치를 제공한다.
본 개시의 일 양태에 관한 성막 방법은, 제1 원소를 포함하는 제1 원료 가스를 기판에 공급하여 흡착시키는 서브스텝과, 반응 가스를 상기 기판에 공급하여 상기 제1 원료 가스와 반응시키는 서브스텝을 갖는 상기 기판에 단위막을 성막하는 조작을 복수회 행하여, 상기 기판에 상기 제1 원소를 포함하는 제1 막을 성막하는 것과, 상기 제1 원소와는 다른 제2 원소를 포함하는 제2 원료 가스를 상기 기판에 공급하여 흡착시키는 서브스텝과, 반응 가스를 상기 기판에 공급하여 상기 제2 원료 가스와 반응시키는 서브스텝을 갖는 상기 기판에 단위막을 성막하는 조작을 적어도 1회 행하여, 상기 기판에 상기 제2 원소를 포함하는 제2 막을 성막하는 것을 갖고, 상기 제1 막을 성막하는 것 및 상기 제2 막을 성막하는 것을, 1회씩 행하거나, 또는 복수회 반복함으로써 혼합막을 성막하고, 상기 제2 막을 성막하는 것은, 상기 제2 원료 가스를 공급하기에 앞서 실시되는, 상기 제1 원료 가스를 상기 기판에 공급하여 흡착시켜 상기 제2 원료 가스의 흡착을 억제하는 서브스텝을 더 갖는다.
본 개시에 의하면, 2 이상의 막의 혼합막을, ALD를 사용하여 성막하는 경우에, 막 두께나 조성의 균일성에 영향을 주지 않고, 원하는 막 조성으로 조정할 수 있는 성막 방법 및 성막 장치가 제공된다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 성막 방법을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 성막 방법의 가스 공급 타이밍을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 3은 종래의 성막 방법의 가스 공급 타이밍을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 4는 실시 형태의 성막 방법 및 종래의 성막 방법에서 AOX막과 BOX막의 혼합막을 성막한 경우의 AOX막의 반복 비율(X/(X+Y))과 원소 B의 농도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 제2 실시 형태에 관한 성막 방법을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 6은 제2 실시 형태에 관한 성막 방법의 가스 공급 타이밍을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 7은 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 성막 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시 형태에 대하여 설명한다.
<성막 방법>
먼저, 성막 방법의 실시 형태에 대하여 설명한다.
[제1 실시 형태]
도 1은 제1 실시 형태에 관한 성막 방법을 개략적으로 나타내는 플로차트, 도 2는 제1 실시 형태에 관한 성막 방법의 가스 공급 타이밍을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 실시 형태에 관한 성막 방법은, 처리 용기 내에 기판을 수용한 상태에서 행해지고, 기판 상에 ALD에 의해 원소 A를 포함하는 제1 막을 성막하는 공정 ST1과, 기판 상에 ALD에 의해 원소 B를 포함하는 제2 막을 성막하는 공정 ST2를 1 사이클로 하고, 교호로 1 이상의 미리 정해진 사이클(Z 사이클) 행한다. 이에 의해, 제1 막과 제2 막의 비율이 조정된 원하는 막 두께의 혼합막이 성막된다. 제1 막과 제2 막은 서로 다른 재료이며, 사이클 수인 Z는 성막하려고 하는 혼합막의 막 두께에 따라서 적절히 설정된다.
제1 막 및 제2 막은, 전형적으로는 화합물막이며, 예를 들어 산화물막, 질화물막, 탄화물막 등이다. 단, 제1 막 및 제2 막 중 한쪽이 화합물막이고 다른 쪽이 단체막이어도 된다. 이들 막에 포함되는 원소로서는, 금속 원소 또는 반금속 원소가 바람직하다. 예를 들어, Mg, Al, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, In, Sn, Sb, Te, Ba, La, Hf, Ta, W, Re를 들 수 있다. 제1 막의 원소 및 제2 막의 원소는, 상기 군에서 선택된 것을 사용할 수 있다.
도 2의 타이밍 차트는, 제1 막 및 제2 막으로서 산화물막을 형성하는 경우를 예로 들어 나타내는 것이다.
제1 막을 성막하는 공정 ST1은, 원소 A를 포함하는 제1 원료 가스를 공급하는 서브스텝 SS1과, 반응 가스로서 산화 가스를 공급하는 서브스텝 SS2를 갖는다. 서브스텝 SS1에서 처리 용기 내에 공급된 제1 원료 가스는 기판 상에 흡착되고, 서브스텝 SS2에서 공급된 산화 가스가 제1 원료 가스와 반응하여 기판 상에 제1 막인 AOX막의 단위막이 형성된다. 서브스텝 SS1과 서브스텝 SS2 후에는, 각각 퍼지 가스에 의해 처리 용기 내를 퍼지하는 서브스텝 SS3 및 SS4가 행해진다. 원소 A를 포함하는 제1 원료 가스를 공급하는 서브스텝 SS1과 산화 가스를 공급하는 서브스텝 SS2를, 퍼지하는 서브스텝 SS3 및 SS4를 사이에 두고 복수 사이클(X 사이클) 반복한다. 이에 의해, 소정의 막 두께의 AOX막이 성막된다.
제1 막인 AOX막으로서는, 상술한 원소 중에서 선택된 어느 것의 원소를 포함하는 산화막을 사용할 수 있다. 이러한 산화막으로서, 예를 들어 고유전막(High-k막)인 HfO2막, ZrO2막, La2O3막, Y2O3막 등을 적합하게 사용할 수 있다. 이들 중에서는 특히 HfO2막이 바람직하다.
제1 원료 가스는, 금속 A를 포함하는 막을 성막할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않고, 유기 화합물이어도 되고 무기 화합물이어도 된다. HfO2막을 성막하는 경우를 예로 들면, 예를 들어 테트라키스디메틸아미노하프늄(Hf[N(CH3)2]4: TDMAH)이나 트리(디메틸아미노)시클로펜타디에닐하프늄과 같은 유기 하프늄 화합물, 및 염화 하프늄(HfCl4) 등을 사용할 수 있다.
산화 가스로서는, ALD에 의해 산화막을 성막할 때에 일반적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, O2 가스, O3 가스, H2O 가스, NO2 가스로 이루어지는 군에서 선택되는 가스를 사용할 수 있다.
처리 용기의 퍼지를 행하기 위한 퍼지 가스로서는, 불활성 가스, 예를 들어 N2 가스나, Ar 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다. 퍼지 가스는 퍼지를 행하는 타이밍에만 공급해도 되지만, 도 2에 나타내는 바와 같이, 성막 처리 시에 상시 공급하는 것이 바람직하다.
제2 막을 성막하는 공정 ST2는, 원소 B를 포함하는 제2 원료 가스를 처리 용기에 공급하는 서브스텝 SS11과, 반응 가스로서 산화 가스를 공급하는 서브스텝 SS12를 갖는다. 이 점은 상기 공정 ST1과 마찬가지이다. 서브스텝 SS11에서 공급된 제2 원료 가스는 기판 상에 흡착되고, 서브스텝 SS12에서 공급된 산화 가스가 제2 원료 가스와 반응한다. 단, 공정 ST2는, 이들에 더하여, 서브스텝 SS11에 앞서 행해지는, 원소 A를 포함하는 제1 원료 가스를 기판 표면에 흡착시키는 서브스텝 SS13을 갖는다. 이 서브스텝 SS13은, 원소 B를 포함하는 제2 원료 가스의 흡착을 억제하기 위하여 행해진다.
서브스텝 SS13, SS11, 및 SS12 후에는, 각각 처리 용기 내를 퍼지하는 서브스텝 SS14, SS15, 및 SS16이 행해진다. 원소 A를 포함하는 제1 원료를 기판 표면에 흡착시키는 서브스텝 SS13, 원소 B를 포함하는 제2 원료 가스를 처리 용기에 공급하는 서브스텝 SS11, 산화 가스를 공급하는 서브스텝 SS12를, 퍼지하는 서브스텝 SS14, SS15, 및 SS16을 사이에 두고 1 사이클 또는 복수 사이클(Y 사이클) 행한다. 이에 의해, 소정의 막 두께의 BOX막이 성막된다. AOX막 중에 원소 B를 소량 첨가하는 경우에는, 전형적으로는 Y=1이다.
제2 막인 BOX막으로서는, 상술한 원소 중에서 선택된 어느 것의 원소를 포함하는 산화막을 사용할 수 있다. 제1 막인 AOX막이 High-k막(예를 들어 HfO2막)인 경우, 제2 막인 BOX막으로서, 예를 들어 SiO2막을 적합하게 사용할 수 있다. High-k막(예를 들어 HfO2막)에 Si를 소량 첨가함으로써, High-k막을 안정화시킬 수 있다. 이 때문에, High-k막에 Si를 소량 첨가할 목적으로, BOX막으로서 SiO2막을 성막하여 High-k막과 SiO2막의 혼합막을 성막한다. 또한, HfO2막에 Si를 소량 첨가함으로써 강유전성이 발현된다는 점에서, HfO2막과 소량의 SiO2막의 혼합막은 강유전체 메모리에 적용하는 것이 가능해진다.
제2 원료 가스는, 원소 B를 포함하는 막을 성막할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않고, 유기 화합물이어도 되고 무기 화합물이어도 된다. SiO2막을 성막하는 경우를 예로 들면, 예를 들어 실란계 화합물(모노실란(SiH4), 디실란(Si2H6) 등), 염화 실란계 화합물(디클로로실란(DCS; SiH2Cl2) 등), 아미노실란계 화합물(DMAS(디메틸아미노실란) 등)을 적합하게 사용할 수 있다.
공정 ST2의 산화 가스는, 제1 막의 성막 시와 마찬가지로 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 O2 가스, O3 가스, H2O 가스, NO2 가스로 이루어지는 군에서 선택되는 가스를 사용할 수 있다. 퍼지 가스도, 제1 막의 성막 공정 ST1의 경우와 마찬가지인, N2 가스 등의 불활성 가스를 사용할 수 있고, 도 2에 나타내는 바와 같이 성막 처리 시에 상시 공급하는 것이 바람직하다.
제1 막을 성막하는 공정 ST1과 제2 막을 성막하는 공정 ST2를 실시할 때의 온도나 처리 용기 내의 압력은, 사용하는 원료 가스나 산화 가스에 따라서 적절히 설정된다. 원료 가스로서 트리(디메틸아미노)시클로펜타디에닐하프늄 및 아미노실란을 사용하고, 산화 가스로서 오존을 사용하여, HfO2막과 SiO2막의 혼합막을 성막하는 경우에는, 온도를 250 내지 500℃, 압력을 100 내지 1000Pa의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 막을 성막하는 공정 ST1과 제2 막을 성막하는 공정 ST2는 동일한 처리 용기 내에서 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 도 2에서는, 성막 처리 중, 퍼지 가스가 상시 공급되고, 제1 원료 가스, 제2 원료 가스, 산화 가스(반응 가스)가 공급되고 있지 않을 때에 퍼지가 실시되도록 한 경우를 나타내지만, 퍼지를 실시할 때에만 퍼지 가스를 공급하도록 해도 된다.
종래, ALD에 의해 혼합막을 성막하는 경우, 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 제1 막을 성막할 때의 ALD의 사이클 수 x와, 제2 막을 성막할 때의 ALD의 사이클 수 y에 의해 혼합막의 비율을 조정하여, 막 조성의 제어를 행하고 있었다. 그 상태를 도 2와 비교하여 도 3에 나타내면, 제1 막의 성막은, 제1 원료 가스의 공급(SS1)과 산화 가스의 공급(SS2)을 교호로 X 사이클 행하는 본 실시 형태와 마찬가지인 공정 ST1에 의해 행하고, 제2 막의 성막(ST2')도, 제2 원료 가스의 공급(SS11)과 산화 가스의 공급(SS12)을 교호로 Y 사이클 행하고 있었다.
특허문헌 1과 마찬가지인 도 3의 방법에서는, 제2 막의 원소 B의 농도를 극단적으로 낮게 하고자 하는 경우, X와 Y의 비율을 예를 들어 30:1과 같이 극단적으로 함으로써 달성하는 것이 가능하다. 그러나, ALD에서는 각 막의 성막 시에 있어서의 원료 가스의 흡착량은, 원료 가스가 셀프 리미트를 일으키는 흡착량 미만으로 제어할 수는 없기 때문에, X와 Y의 비율을 30:1과 같이 극단적으로 하면, 1세트의 막 수가 31로 매우 많아져 버린다. 이 때문에, 혼합막의 두께를 얇게 할 수 없는 점, 및 원소의 확산이 불충분해져 원소 B의 농도가 막 두께 방향으로 불균일해지기 쉬운 점이 문제가 된다.
그래서 본 실시 형태에서는, 제2 막을 성막하는 공정 ST2에서, 원소 B를 포함하는 제2 원료 가스를 처리 용기에 공급하기 전에, 원소 A를 포함하는 제1 원료 가스를 기판 표면에 흡착시키는 서브스텝 SS13을 실시하여, 원소 B를 포함하는 제2 원료 가스의 흡착을 억제한다. 즉, 기판 상에 먼저 제1 원료 가스를 흡착시킴으로써, 원소 B를 포함하는 제2 원료 가스의 흡착이 제1 원료 가스에 의해 저해되어 억제되어, 제2 원료 가스의 흡착량 자체를 저감시킬 수 있다. 이 때문에, 막 두께를 두껍게 하지 않고, 또한 원소 B의 농도가 불균일해지지 않고, 원소 B의 농도가 매우 낮은 혼합막을 성막할 수 있다. 즉, 제1 막 및 제2 막의 혼합막을 ALD에 의해 성막하는 경우에, 막 두께나 조성의 균일성에 영향을 주지 않고, 원하는 막 조성으로 조정할 수 있다.
또한, 원소 B를 포함하는 제2 원료 가스의 흡착을 저해하는 저해 가스로서, 다른 쪽의 막인 제1 막의 성막에 사용하는 제1 원료 가스를 사용하므로, 가스의 공급계를 증가시킬 필요가 없고, 또한 막 중의 불순물을 증가시킬 일도 없다.
이와 같이, 원소 A를 포함하는 제1 원료 가스를, 원소 B를 포함하는 제2 원료 가스의 흡착을 저해하는 흡착 저해제로서 사용하는 경우에는, 제1 원료 가스와 제2 원료 가스가 실질적으로 반응하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 제1 원료 가스의 흡착 저해 효과는, 제1 원료 가스의 분자량, 원소 A의 크기, 전기적 특성 등에 따라 변화되므로, 제1 원료 가스와 제2 원료 가스의 조합에 따라서 적절히 조건 설정을 행하여 원소 B의 농도를 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 공정 ST2에서 흡착 저해 가스로서 사용된 제1 원료 가스는, 제1 막인 AOX막의 일부로서 기여한다.
본 실시 형태의 성막 방법은, 원소 B의 농도가 극단적으로 낮은 경우의 농도 제어에 유효하고, 그 경우에는 제2 막의 사이클 수 Y는 전형적으로는 1회이지만, 사이클 수 Y를 복수로 해도 된다. 또한, 그 경우에는 그 복수회의 모두에서 서브스텝 SS13을 실시할 필요는 없고, 적어도 1회 실시하면 된다.
다음으로, 본 실시 형태의 효과를 파악한 실험 결과에 대하여 설명한다.
여기서는, 실제로 종래의 방법과 본 실시예의 방법에서 AOX막과 BOX막의 혼합막을 성막한 경우의 혼합막 중의 B 농도를 구하였다. 구체적으로는, 원소 A로서 Hf를 사용하고, 원소 B로서 Si를 사용하여, HfO2막과 SiO2막의 혼합막을 성막하였다. 이때, Hf 원료 가스로서 트리(디메틸아미노)시클로펜타디에닐하프늄을 사용하고, Si 원료 가스로서 아미노실란 화합물을 사용하고, 산화 가스로서 오존을 사용하고, 퍼지 가스로서 N2 가스를 사용하였다. 또한, 온도를 250 내지 500℃, 압력을 100 내지 1000Pa의 범위로 하였다. 도 4는, 이때의 AOX막의 반복 비율(X/(X+Y))을 횡축에 취하고, 종축에 혼합막 중의 원소 B의 농도(at％)를 취하여 이들의 관계를 나타내는 도면이다. 실선으로 연결한 ●로 나타내는 플롯은 종래의 방법의 경우이고, ■로 나타내는 플롯은 본 실시 형태의 방법의 경우이다. 종래의 방법에서는, AOX막의 반복 비율이 클수록 원소 B의 농도는 감소하는데, 반복 비율이 0.95(X=19, Y=1)에서도 원소 B의 농도가 10at％ 정도로 높은 값이다. 따라서, 원소 B의 농도를 수％ 정도까지 낮추려고 하면, 반복 비율을 끝없이 1에 접근시킬(즉, 사이클 수 X를 끝없이 증가시킬) 필요가 있음을 알 수 있다. 이에 반해, 본 실시 형태의 경우의 플롯은, 제1 막의 사이클 수 X=6, 제2 막의 사이클 수 Y=1인 경우에, AOX막의 반복 비율이 0.857로 작은 값이지만, 그럼에도 불구하고 원소 B의 농도가 2at％로 작은 값을 나타내었다. 종래의 방법에서는, 반복 비율이 동일한 0.857에서, 원소 B의 농도가 20at％ 정도로 되어 있어, 본 실시 형태에 의해, 낮은 반복 비율에서도 원소 B의 농도를 낮출 수 있음을 알 수 있다.
[제2 실시 형태]
도 5는 제2 실시 형태에 관한 성막 방법을 개략적으로 나타내는 플로차트, 도 6은 제2 실시 형태에 관한 성막 방법의 가스 공급 타이밍을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 제2 실시 형태는, 기판 상에 ALD에 의해 원소 A를 포함하는 제1 막을 성막하는 공정 ST1과, 기판 상에 ALD에 의해 원소 B를 포함하는 제2 막을 성막하는 공정 ST2a를 1 사이클로 하고, 교호로 1 이상의 소정 사이클(Z 사이클) 행한다. 이에 의해, 제1 실시 형태와 마찬가지로 제1 막과 제2 막의 비율이 조정된 소정 막 두께의 혼합막이 성막된다.
도 6의 타이밍 차트는, 제1 실시 형태의 도 2와 마찬가지로 제1 막 및 제2 막으로서 산화물막을 형성하는 경우를 예로 들어 나타내는 것이다.
제1 막을 성막하는 공정 ST1은, 제1 실시 형태에 관한 성막 방법과 완전히 마찬가지로 행해진다. 한편, 제2 막을 성막하는 공정 ST2a는, 제1 실시 형태에 관한 성막 방법의 공정 ST2와 마찬가지로, 원소 A를 포함하는 제1 원료를 기판 표면에 흡착시키는 서브스텝 SS13과, 원소 B를 포함하는 제2 원료 가스를 공급하는 서브스텝 SS11과, 반응 가스로서 산화 가스를 공급하는 서브스텝 SS12를 갖는다. 그러나 본 실시 형태에서는, 공정 ST2a는, 이에 더하여 제1 원료를 기판 표면에 흡착시키는 서브스텝 SS13 후, 제2 원료 가스를 공급하는 서브스텝 SS11을 실시하기 전에, 흡착된 제1 원료를 불충분하게 산화시키는 서브스텝 SS17을 더 갖는다. 이 점에서 공정 ST2a는 공정 ST2와는 다르다. 이 서브스텝 SS17은, 제2 원료 가스의 흡착 사이트를 조정하는 공정으로서 실시된다.
서브스텝 SS13, SS17, SS11, 및 SS12 후에는, 각각 처리 용기 내를 퍼지하는 서브스텝 SS14, SS18, SS15, 및 SS16이 행해진다. 서브스텝 SS13, 서브스텝 SS17, 서브스텝 SS11, 서브스텝 SS12를, 퍼지 SS14, SS18, SS15, 및 SS16을 사이에 두고 1 사이클 또는 복수 사이클(Y 사이클) 행한다. 이에 의해, 소정의 막 두께의 BOX막이 성막된다. 제1 실시 형태의 성막 방법과 마찬가지로, AOX막 중에 B를 소량 첨가하는 경우에는, 전형적으로는 Y=1이다.
흡착된 제1 원료를 불충분하게 산화시키는 서브스텝 SS17은, 서브스텝 SS13에서 흡착된 제1 원료의 제2 원료에 대한 흡착 저해 효과를 조정하는 역할을 갖는다. 서브스텝 SS13에서 제1 원료를 흡착시킨 후, 계속하여 서브스텝 SS11을 실시하였을 때에는, 제2 원료의 흡착량이 너무 적은 경우도 발생한다. 그러나, 서브스텝 SS17에 의해 불충분하게 산화시킴으로써, 산화되어 있지 않은 부분을 제2 원료의 흡착 사이트로 할 수 있어, 제2 원료의 흡착량을 조정할 수 있다. 여기서, 「불충분하게 산화시키는」이란, 공정 ST1에 있어서, 서브스텝 SS1에서 공급된 제1 원료 가스를, 서브스텝 SS2에서 산화시킬 때의 조건보다도 산화의 정도를 저감시킨 조건에서 산화시키는 것을 말한다. 불충분하게 산화시키는 서브스텝 SS17은, 산화 가스의 도입 시간, 산화 가스의 공급량·농도, 산화 가스의 종류 등 중 적어도 1종을 조정함으로써 행해진다. 구체적으로는, 산화 가스의 도입 시간, 산화 가스의 공급량·농도를 서브스텝 SS2의 경우보다도 저감시키는 것, 산화 가스의 도입 시간을 서브스텝 SS2의 경우보다도 짧게 하는 것, 산화 가스를 산화력이 약한 것으로 함으로써 불충분한 산화가 실현된다. 이때, 이들 산화 조건에 의해 산화의 정도를 조정할 수 있고, 그에 의해 제2 원료의 흡착량을 조정할 수 있다.
<성막 장치>
다음으로, 상기 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 성막 방법을 실시하기 위한 성막 장치에 대하여 설명한다.
도 7은 상기 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 성막 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
성막 장치(100)는, 처리 용기인 챔버(1)와, 서셉터(기판 지지 부재)(2)와, 샤워 헤드(3)와, 배기부(4)와, 가스 공급 기구(5)와, 제어부(6)를 갖는다.
챔버(1)는, 알루미늄 등의 금속에 의해 구성되고, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 챔버(1)의 측벽에는 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 단순히 웨이퍼라 기재한다.)(W)를 반입출하기 위한 반입출구(11)가 형성되고, 반입출구(11)는 게이트 밸브(12)로 개폐 가능하게 되어 있다. 챔버(1)의 본체 상에는, 단면이 직사각 형상을 이루는 원환상의 배기 덕트(13)가 마련되어 있다. 배기 덕트(13)에는, 내주면을 따라서 슬릿(13a)이 형성되어 있다. 또한, 배기 덕트(13)의 외벽에는 배기구(13b)가 형성되어 있다.
서셉터(2)는, 챔버(1) 내에서 기판인 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 것이며, 웨이퍼(W)에 대응한 크기의 원판상을 이루고, 지지 부재(23)에 지지되어 있다. 이 서셉터(2)는, 예를 들어 니켈 등으로 구성되어 있고, 석영의 커버로 덮이는 경우도 있다. 또한, 내부에 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(21)가 매립되어 있다. 히터(21)는 히터 전원(도시하지 않음)으로부터 급전되어 발열하도록 되어 있다. 그리고, 서셉터(2)의 상면의 웨이퍼 적재면 근방에 마련된 열전대(도시하지 않음)의 온도 신호에 의해 히터(21)의 출력을 제어함으로써, 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 제어하도록 되어 있다. 서셉터(2)는, 예를 들어 300 내지 450℃로 온도 제어된다.
서셉터(2)에는, 웨이퍼 적재면의 외주 영역, 및 서셉터(2)의 측면을 덮도록 알루미나 등의 세라믹스로 이루어지는 커버 부재(22)가 마련되어 있다.
서셉터(2)를 지지하는 지지 부재(23)는, 서셉터(2)의 저면 중앙으로부터 챔버(1)의 저벽에 형성된 구멍부를 관통하여 챔버(1)의 하방으로 연장되고, 그 하단이 승강 기구(24)에 접속되어 있다. 서셉터(2)는, 승강 기구(24)에 의해 지지 부재(23)를 통하여, 도 1에서 나타내는 처리 위치와, 그 하방의 일점쇄선으로 나타내는 웨이퍼의 반송이 가능한 반송 위치 사이에서 승강 가능하게 되어 있다. 또한, 지지 부재(23)의 챔버(1)의 하방 위치에는, 플랜지부(25)가 설치되어 있고, 챔버(1)의 저면과 플랜지부(25) 사이에는, 챔버(1) 내의 분위기를 외기와 구획하고, 서셉터(2)의 승강 동작에 수반하여 신축하는 벨로우즈(26)가 마련되어 있다.
챔버(1)의 저면 근방에는, 승강판(27a)으로부터 상방으로 돌출되도록 3개(2개만 도시)의 웨이퍼 지지 핀(27)이 마련되어 있다. 웨이퍼 지지 핀(27)은, 챔버(1)의 하방에 마련된 핀 승강 기구(28)에 의해 승강판(27a)을 통하여 승강 가능하게 되어 있고, 반송 위치에 있는 서셉터(2)에 마련된 관통 구멍(2a)에 삽입 관통되어 서셉터(2)의 상면에 대하여 돌출 함몰 가능하게 되어 있다. 웨이퍼 지지 핀(27)의 승강에 의해, 웨이퍼 반송 기구(도시하지 않음)와 서셉터(2) 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해진다.
샤워 헤드(3)는, 예를 들어 알루미늄으로 이루어지고, 서셉터(2)에 대향하도록 마련되어 있으며, 가스 도입 부재로서 기능한다. 샤워 헤드(3)는, 본체부(31)와, 가스 도입부(32)와, 샤워 플레이트(33)를 갖고 있다. 본체부(31)는, 중앙에 가스 확산 공간(34)이 되는 오목부가 형성된 대략 원판상을 이루고, 그 외연부에는 상방으로 연장되는 플랜지가 형성된 원통 형상을 이루는 설치 부재(31a)가 마련되어 있다. 설치 부재(31a)의 플랜지 부분은 배기 덕트(13)의 상면에 지지되고, 설치 부재(31a)의 플랜지 부분과 배기 덕트(13) 사이는 시일 링(15)으로 기밀하게 시일되어 있다. 샤워 플레이트(33)는, 본체부(31)의 아래에 설치되어 있고, 그 상면에 의해 가스 확산 공간(34)이 규정된다. 샤워 플레이트(33)에는, 가스 확산 공간(34)으로부터의 가스를 토출하는 복수의 가스 토출 구멍(35)이 형성되어 있다. 가스 도입부(32)는, 본체부(31)의 상부 중앙에 마련되어 있고, 그 내부에, 가스 확산 공간(34)으로 이어지는 하부 가스 유로(32a)와, 하부 가스 유로(32a)로 이어지는 3개의 상부 가스 유로(32b, 32c, 32d)가 형성되어 있다. 서셉터(2)가 처리 위치에 존재하는 상태에서는, 샤워 플레이트(33)와 서셉터(2) 사이에 처리 공간 S가 형성된다.
배기부(4)는, 배기 덕트(13)의 배기구(13b)에 접속된 배기 배관(41)과, 배기 배관(41)에 접속된, 압력 제어 밸브(APC)(42)와, 진공 펌프를 갖는 배기 기구(43)를 구비하고 있다. 처리 시에는, 챔버(1) 내의 가스는 슬릿(13a)을 통하여 배기 덕트(13)에 이르고, 배기 덕트(13)로부터 배기부(4)의 배기 기구(43)에 의해 배기 배관(41)을 통하여 배기된다.
가스 공급 기구(5)는, 원소 A를 포함하는 제1 원료 가스를 공급하는 제1 원료 가스 공급원(1st Pre)(51)과, 원소 B를 포함하는 제2 원료 가스를 공급하는 제2 원료 가스 공급원(2nd Pre)(52)과, 산화 가스를 공급하는 산화 가스 공급원(OX)(53)을 갖고 있다. 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스는, 상술한 바와 같이 원소 A 및 원소 B에 따라서 적절히 선택된다. 또한, 산화 가스로서는 상술한 O2 가스 등을 사용할 수 있다. 제1 원료 가스 공급원(1st Pre)(51)으로부터는 제1 가스 공급 배관(54)이 연장되고, 제2 원료 가스 공급원(2nd Pre)(52)으로부터는 제2 가스 공급 배관(55)이 연장되고, 산화 가스 공급원(53)으로부터는 제3 가스 공급 배관(56)이 연장되어 있고, 이들 배관은, 각각 샤워 헤드(3)의 가스 도입부(32)에 마련된 상부 가스 유로(32b, 32c, 32d)에 접속되어 있다.
제1 가스 공급 배관(54), 제2 가스 공급 배관(55), 및 제3 가스 공급 배관(56)에는 각각 매스 플로 컨트롤러와 같은 유량 제어기(57, 58, 89)가 마련되고, 또한 유량 제어기(57, 58, 59)의 하류 측에 각각 고속 밸브(61, 62, 63)가 마련되어 있다.
제1 원료 가스, 제2 원료 가스, 산화 가스는, 제1 가스 공급 배관(54), 제2 가스 공급 배관(55), 및 제3 가스 공급 배관(56)으로부터 샤워 헤드(3)를 통하여 처리 공간 S로 공급된다. 이들의 공급은, 고속 밸브(61, 62, 63)를 전환함으로써 간헐적으로 행할 수 있고, ALD 성막이 가능하게 되어 있다.
또한, 제1 가스 공급 배관(54), 제2 가스 공급 배관(55), 및 제3 가스 공급 배관(56)의 고속 밸브(61, 62, 63)의 하류 측에는, 각각 퍼지 가스 배관(71, 72, 73)이 접속되어 있다. 이들 퍼지 가스 배관(71, 72, 73)으로부터, 제1 가스 공급 배관(54), 제2 가스 공급 배관(55), 및 제3 가스 공급 배관(56)에 퍼지 가스로서 예를 들어 N2 가스가 공급된다. 퍼지 가스 배관(71, 72, 73)에는, 각각 밸브(74, 75, 76)가 마련되어 있다. 퍼지 가스는, 퍼지 가스 배관(71, 72, 73)으로부터 제1 내지 제3 가스 공급 배관(54, 55, 56)을 거쳐 샤워 헤드(3)에 이르고, 샤워 헤드(3)로부터 처리 공간 S로 공급된다. 퍼지 가스는, 성막 중 상시 카운터 플로로서 공급되어, 챔버(1) 내의 퍼지에 제공된다.
제어부(6)는, 각 구성부, 구체적으로는 유량 제어기(57, 58, 59), 고속 밸브(61, 62, 63), 히터(21)의 전원, 승강 기구(24), 핀 승강 기구(28), 배기 기구(43) 등을 제어한다. 제어부(6)는, 컴퓨터(CPU)를 갖는 주제어부와, 입력 장치, 출력 장치, 표시 장치, 및 기억 장치를 갖고 있다. 기억 장치에는, 성막 장치(100)에서 실행되는 처리의 파라미터나, 성막 장치(100)에서 실행되는 처리를 제어하기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장된 기억 매체를 갖고 있다. 주제어부는, 기억 매체에 기억되어 있는 소정의 처리 레시피를 호출하고, 그 처리 레시피에 기초하여 성막 장치(100)에 소정의 처리를 행하도록 제어한다. 특히, 제어부(6)는, 밸브(74, 75, 76)를 개방 상태로 제어하여 퍼지 가스를 상시 공급하는 상태로 하고, 고속 밸브(61, 62, 63)를 제어함으로써, 상기 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 관한 성막 방법을 실현한다.
이상과 같이 구성된 성막 장치(100)에서는, 제어부(6)에 의해, 서셉터(2)와 샤워 헤드(3)의 갭을 조정하고, 히터(21)에 의해 서셉터(2)의 온도가 미리 정해진 온도로 가열되도록 제어하고, 상기 제1 실시 형태, 제2 실시 형태의 성막 방법을 실현하는 도 2 또는 도 6의 시퀀스로 각 가스를 공급하도록 가스 공급 기구(5) 및 배기 기구(4)를 제어한다. 이에 의해, 상기 제1 막 및 제2 막의 혼합막이 성막된다.
<다른 적용>
이상, 실시 형태에 대하여 설명하였는데, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기의 실시 형태는, 첨부의 특허 청구의 범위 및 그 요지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 반응 가스로서 산화 가스를 사용하여, 제1 막 및 제2 막 모두 산화막으로서 혼합막을 성막하였지만, 제1 막 및 제2 막을 성막할 때의 반응 가스로서 질화 가스나 탄화 가스 등의 다른 반응 가스를 사용하여 질화막이나 탄화막 등의 다른 화합물막을 성막해도 된다. 또한, 제1 막 및 제2 막을 별개의 반응 가스를 사용하여 성막하고, 산화막과 질화막 등, 양자를 다른 종류의 화합물로 해도 된다. 또한, 상술한 바와 같이, 어느 한쪽의 막을 성막할 때의 반응 가스로서 환원 가스를 사용하여 금속막으로 하고, 제1 막과 제2 막을 화합물막과 금속막의 조합으로 해도 된다.
또한, 상기 제2 실시 형태에서는, 제2 막을 성막하는 공정에 있어서, 제1 원료를 기판 표면에 흡착시키는 공정 후에, 제2 원료의 흡착 사이트를 조정할 목적으로, 흡착된 제1 원료를 불충분하게 산화시키는 공정을 실시하는 예를 나타냈지만, 산화에 한정되지 않고, 다른 반응 가스를 사용하여 불충분하게 반응시키는 공정이어도 된다.
또한, 상기 성막 장치는 예시에 지나지 않으며, ALD 성막이 가능한 것이라면 성막 장치의 구조는 특별히 한정되지 않고, 예시한 매엽식의 성막 장치 외에, 복수의 기판에 대하여 일괄하여 성막을 행하는 배치식의 성막 장치를 적용할 수도 있다.
더욱이, 상기 실시 형태에서는, 기판의 예로서 반도체 웨이퍼를 나타냈지만, 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, FPD(플랫 패널 디스플레이)에 사용되는 유리 기판이나, 세라믹 기판 등의 다른 기판이어도 된다.
1: 챔버
2: 서셉터
3: 샤워 헤드
4: 배기부
5: 가스 공급 기구
6: 제어부
51: 제1 원료 가스 공급원
52: 제2 원료 가스 공급원
53: 산화 가스 공급원
54, 55, 56: 가스 공급 배관
61, 62, 64: 고속 밸브
71, 72, 73: 퍼지 가스 배관
100: 성막 장치
W: 반도체 웨이퍼(기판)

Claims (12)

  1. 제1 원소를 포함하는 제1 원료 가스를 기판에 공급하여 흡착시키는 서브스텝과, 반응 가스를 상기 기판에 공급하여 상기 제1 원료 가스와 반응시키는 서브스텝을 갖는 상기 기판에 단위막을 성막하는 조작을 복수회 행하여, 상기 기판에 상기 제1 원소를 포함하는 제1 막을 성막하는 것과,
    상기 제1 원소와는 다른 제2 원소를 포함하는 제2 원료 가스를 상기 기판에 공급하여 흡착시키는 서브스텝과, 반응 가스를 상기 기판에 공급하여 상기 제2 원료 가스와 반응시키는 서브스텝을 갖는 상기 기판에 단위막을 성막하는 조작을 적어도 1회 행하여, 상기 기판에 상기 제2 원소를 포함하는 제2 막을 성막하는 것
    을 갖고,
    상기 제1 막을 성막하는 것 및 상기 제2 막을 성막하는 것을, 1회씩 행하거나, 또는 복수회 반복함으로써 혼합막을 성막하고,
    상기 제2 막을 성막하는 것은, 상기 제2 원료 가스를 공급하기에 앞서 실시되는, 상기 제1 원료 가스를 상기 기판에 공급하여 흡착시켜 상기 제2 원료 가스의 흡착을 억제하는 서브스텝을 더 갖는, 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 원료 가스를 공급하는 서브스텝, 상기 제2 원료 가스를 공급하는 서브스텝, 및 상기 반응 가스를 공급하는 서브스텝을 행한 후에, 각각 상기 처리 용기 내에 퍼지 가스를 공급하여 상기 처리 용기 내를 퍼지하는 서브스텝을 실시하는, 성막 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 막 및 상기 제2 막은 화합물막인, 성막 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 원소 및 상기 제2 원소는, Mg, Al, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, In, Sn, Sb, Te, Ba, La, Hf, Ta, W, Re로 이루어지는 군에서 선택된 것인, 성막 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 막을 성막하는 것은, 상기 제1 원료 가스를 상기 기판에 공급하여 흡착시키는 서브스텝 후, 상기 제2 원료 가스를 공급하는 서브스텝 전에 실시되는, 상기 기판에 흡착된 상기 제1 원료 가스를 반응 가스에 의해 불충분하게 반응시키는 서브스텝을 더 갖는, 성막 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 막을 성막할 때에 사용하는 반응 가스 및 상기 제2 막을 성막할 때에 사용하는 반응 가스는 산화 가스이며, 상기 제1 막 및 상기 제2 막으로서 산화물막을 성막하는, 성막 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 막을 성막하는 것은, 상기 제1 원료 가스를 상기 기판에 공급하여 흡착시키는 서브스텝 후, 상기 제2 원료 가스를 공급하는 서브스텝 전에 실시되는, 상기 기판에 흡착된 상기 제1 원료 가스를 산화 가스에 의해 불충분하게 산화시키는 서브스텝을 더 갖는, 성막 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 불충분하게 산화시키는 서브스텝은, 산화 가스의 도입 시간, 산화 가스의 공급량·농도, 및 산화 가스의 종류 중 적어도 1종을 조정함으로써 행해지는, 성막 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 막을 구성하는 산화막은 High-k막이고, 상기 제2 막을 구성하는 산화막은 SiO2막인, 성막 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 막을 구성하는 산화막인 High-k막은, HfO2막인, 성막 방법.
  11. 기판이 수용되는 처리 용기와,
    상기 처리 용기에서 기판을 지지하는 기판 지지 부재와,
    상기 처리 용기 내에, 적어도 제1 원료 가스, 제2 원료 가스, 및 반응 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    상기 처리 용기 내를 배기하는 배기 기구와,
    상기 기판을 가열하는 가열 기구와,
    제어부
    를 갖고,
    상기 제어부는,
    제1 원소를 포함하는 제1 원료 가스를 기판에 공급하여 흡착시키는 서브스텝과, 반응 가스를 상기 기판에 공급하여 상기 제1 원료 가스와 반응시키는 서브스텝을 갖는 상기 기판에 단위막을 성막하는 조작을 복수회 행하여, 상기 기판에 상기 제1 원소를 포함하는 제1 막을 성막하는 것과,
    상기 제1 원소와는 다른 제2 원소를 포함하는 제2 원료 가스를 상기 기판에 공급하여 흡착시키는 서브스텝과, 반응 가스를 상기 기판에 공급하여 상기 제2 원료 가스와 반응시키는 서브스텝을 갖는 상기 기판에 단위막을 성막하는 조작을 적어도 1회 행하여, 상기 기판에 상기 제2 원소를 포함하는 제2 막을 성막하는 것
    을 1회씩 실시시키거나, 또는 복수회 반복 실시시키고,
    상기 제2 막을 성막하는 것을 실행시킬 때, 상기 제2 원료 가스를 공급하는 서브스텝에 앞서 실시되는, 상기 제1 원료 가스를 상기 기판에 공급하여 흡착시켜 상기 제2 원료 가스의 흡착을 억제하는 서브스텝을 더 갖도록, 상기 가스 공급 기구, 상기 가열 기구, 상기 배기 기구를 제어하는, 성막 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가스 공급 기구는, 상기 처리 용기 내에 퍼지 가스를 공급하고,
    상기 제어부는, 상기 제1 원료 가스를 공급하는 서브스텝, 상기 제2 원료 가스를 공급하는 서브스텝, 및 상기 반응 가스를 공급하는 서브스텝을 행한 후에, 각각 상기 처리 용기 내에 퍼지 가스를 공급하여 상기 처리 용기 내를 퍼지하는 서브스텝을 실시하도록 제어하는, 성막 장치.
KR1020227019931A 2019-11-20 2020-10-28 성막 방법 및 성막 장치 KR20220100932A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2019-209627 2019-11-20
JP2019209627A JP7249930B2 (ja) 2019-11-20 2019-11-20 成膜方法および成膜装置
PCT/JP2020/040444 WO2021100427A1 (ja) 2019-11-20 2020-10-28 成膜方法および成膜装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220100932A true KR20220100932A (ko) 2022-07-18

Family

ID=75965993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227019931A KR20220100932A (ko) 2019-11-20 2020-10-28 성막 방법 및 성막 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US12018370B2 (ko)
JP (1) JP7249930B2 (ko)
KR (1) KR20220100932A (ko)
WO (1) WO2021100427A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010067958A (ja) 2008-08-11 2010-03-25 Tokyo Electron Ltd 成膜方法および成膜装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100400246B1 (ko) * 2000-12-29 2003-10-01 주식회사 하이닉스반도체 고집적 디램용 셀 커패시터의 제조방법
JP2007266464A (ja) 2006-03-29 2007-10-11 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置の製造方法
WO2011093203A1 (ja) 2010-01-29 2011-08-04 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置及び半導体装置
JP6049395B2 (ja) 2011-12-09 2016-12-21 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラム
JP5956972B2 (ja) * 2012-12-21 2016-07-27 東京エレクトロン株式会社 成膜方法
TWI778118B (zh) * 2017-09-05 2022-09-21 美商應用材料股份有限公司 來自次氧化物的自對準結構
US10843618B2 (en) * 2017-12-28 2020-11-24 Lam Research Corporation Conformality modulation of metal oxide films using chemical inhibition
US10443126B1 (en) * 2018-04-06 2019-10-15 Applied Materials, Inc. Zone-controlled rare-earth oxide ALD and CVD coatings

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010067958A (ja) 2008-08-11 2010-03-25 Tokyo Electron Ltd 成膜方法および成膜装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021082728A (ja) 2021-05-27
JP7249930B2 (ja) 2023-03-31
US12018370B2 (en) 2024-06-25
US20220396874A1 (en) 2022-12-15
WO2021100427A1 (ja) 2021-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7883581B2 (en) Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device
US8367566B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device and method for processing substrate
KR101912995B1 (ko) 금속막의 스트레스 저감 방법 및 금속막의 성막 방법
US7884034B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus
KR101312461B1 (ko) 반도체 처리용의 배치 ｃｖｄ 방법과 장치 및, 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체
KR101521466B1 (ko) 가스 공급 장치, 열처리 장치, 가스 공급 방법 및 열처리 방법
KR102145658B1 (ko) 가스 공급 장치, 가스 공급 방법 및 성막 방법
US20180112312A1 (en) Film forming apparatus and film forming method
JP2016145409A (ja) タングステン膜の成膜方法
KR20180121828A (ko) 성막 방법 및 성막 장치
KR102331294B1 (ko) 성막 방법 및 성막 장치
US20200208260A1 (en) Method of Forming RuSi Film and Film and Film-Forming Apparatus
JP2007048926A (ja) Ｗ系膜の成膜方法、ゲート電極の形成方法、半導体装置の製造方法およびコンピュータ読取可能な記憶媒体
KR20170110518A (ko) 질화막의 형성 방법 및 기억 매체
JP2018080349A (ja) ＴｉＮ系膜およびその形成方法
KR20220100932A (ko) 성막 방법 및 성막 장치
US11551933B2 (en) Substrate processing method and substrate processing apparatus
KR102536220B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록매체
US20140308820A1 (en) Method of depositing silicon oxide film and silicon nitride film and method of manufacturing semiconductor device
KR102639411B1 (ko) 성막 방법, 성막 장치 및 반도체 장치의 제조 방법
JP2018188724A (ja) 成膜方法および成膜装置
KR102307267B1 (ko) 성막 방법 및 성막 장치
KR20230112056A (ko) 성막 방법 및 텅스텐막
JP2020172673A (ja) 基板処理装置及び基板処理方法
JP2021110030A (ja) 成膜方法、成膜装置、および半導体装置の製造方法