KR20220117153A - 기판 처리 장치, 기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램 - Google Patents

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

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KR20220117153A
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아리토 오가와
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

기판 처리의 기판마다의 균일성을 향상시킬 수 있다.
기판을 처리하는 처리 영역을 포함하는 처리 용기; 제1 가스를 기판에 공급하는 제1 공이 처리 영역의 모든 영역에 걸쳐서 설치된 제1 노즐; 제1 가스와 반응하는 제2 가스를 기판에 공급하는 제2 공이 처리 영역의 모든 영역에 걸쳐서 설치된 제2 노즐; 제1 가스의 흡착을 저해하는 흡착 저해 가스를 기판에 공급하는 제3 공이 처리 영역의 일부에 대응하도록 설치된 제3 노즐; 및 제1 가스, 제2 가스, 흡착 저해 가스를 각각 제1 노즐과 제2 노즐 및 제3 노즐을 개재하여 기판에 공급하는 것이 가능한 가스 공급 시스템을 포함한다.

Description

기판 처리 장치, 기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, SUBSTRATE PROCESSING METHOD, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND PROGRAM}
본 개시(開示)는 기판 처리 장치, 기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
3차원 구조를 가지는 NAND형 플래시 메모리나 DRAM의 워드 라인으로서 예컨대 저(低)저항인 금속막이 이용되는 경우가 있다. 또한 이 금속막과 절연막 사이에 배리어막을 형성하는 경우가 있다(예컨대 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
1. 일본 특개 2011-252221호 공보 2. 일본 특개 2017-069407호 공보
하지만, 기판 상에 막을 형성하는 경우에 기판의 배치 위치에 따라 생성되는 반응 부생성물의 양이 달라져 기판 상에 형성되는 막의 막 두께가 달라지는 경우가 있다.
본 개시는 기판 처리의 기판마다의 균일성을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 형태에 따르면, 기판을 처리하는 처리 영역을 포함하는 처리 용기; 제1 가스를 상기 기판에 공급하는 제1 공(孔)이 상기 처리 영역의 모든 영역에 걸쳐서 설치된 제1 노즐; 상기 제1 가스와 반응하는 제2 가스를 상기 기판에 공급하는 제2 공이 상기 처리 영역의 모든 영역에 걸쳐서 설치된 제2 노즐; 상기 제1 가스의 흡착을 저해하는 흡착 저해 가스를 상기 기판에 공급하는 제3 공이 상기 처리 영역의 일부에 대응하도록 설치된 제3 노즐; 및 상기 제1 가스, 상기 제2 가스, 상기 흡착 저해 가스를 각각 상기 제1 노즐과 상기 제2 노즐 및 상기 제3 노즐을 개재하여 상기 기판에 공급하는 것이 가능한 가스 공급 시스템을 포함하는 기술이 제공된다.
본 개시에 따르면, 기판 처리의 기판마다의 균일성을 향상시킬 수 있다.
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 기판의 처리 영역에 대한 제3 노즐의 공의 배치 위치를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 5는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 시퀀스를 도시하는 도면.
도 6은 기판 상에 4염화티타늄(TiCl4) 가스와 암모니아(NH3) 가스를 공급하여 TiN막을 형성할 때 염화수소(HCl) 가스를 첨가한 경우의 TiCl4 가스와 HCl 가스의 유량비와, NH3 가스와 HCl 가스의 유량비와, TiN막의 성막 레이트의 관계를 비교하여 도시한 도면.
도 7a 내지 도 7c는 본 개시의 일 실시 형태에서의 제3 노즐의 변형예를 도시한 도면.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 일 실시 형태에서의 제3 노즐의 변형예를 도시한 도면.
도 9는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 시퀀스의 변형예를 도시한 도면.
도 10은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 시퀀스의 변형예를 도시한 도면.
도 11은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 시퀀스의 변형예를 도시한 도면.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하면서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 이용되는 도면은 모두 모식적인 것이며, 도면에 도시되는 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은 현실의 것과 반드시 일치하지 않는다. 또한 복수의 도면의 상호간에서도 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은 반드시 일치하지 않는다.
(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 처리 용기를 구성하는 아우터 튜브(203)가 배설(配設)된다. 아우터 튜브(203)는 예컨대 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 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 금속으로 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 처리 용기를 구성하는 이너 튜브(204)가 배설된다. 이너 튜브(204)는 예컨대 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 주로 아우터 튜브(203)와 이너 튜브(204)와 매니폴드(209)에 의해 처리 용기가 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 기판 보지구로서의 보트(217)에 의해 수평 자세로 연직 방향에 다단으로 배열한 상태에서 수용 가능하도록 구성된다. 처리 용기 내인 처리실(201)은 웨이퍼(200)를 복수 매 처리 가능한 처리 영역을 구성한다.
처리실(201) 내에는 제1 노즐로서의 노즐(410), 제2 노즐로서의 노즐(420), 제4 노즐로서의 노즐(430), 제3 노즐로서의 노즐(440)이 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420, 430, 440)은 L자형으로 구성되고, 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 설치된다. 노즐(410, 420, 430, 440)에는 가스 공급관(310, 320, 330, 340)이 각각 접속된다.
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 금속으로 구성되고, 원반 형상으로 형성된다. 씰 캡(219)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 당접하는 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(반송계)로서 구성된다.
보트(217)는 복수 매, 예컨대 25매 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 연직 방향으로 간격을 두고 배열시키도록 구성된다. 보트(217)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성된다. 보트(217)의 하부에는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 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 SiC등의 내열성 재료로 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, 420, 430, 440)과 마찬가지로 L자형으로 구성되고, 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 설치된다.
가스 공급관(310, 320, 330, 340)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(312, 322, 332, 342)가 각각 설치된다. 또한 가스 공급관(310, 320, 330, 340)에는 개폐 밸브인 밸브(314, 324, 334, 344)가 각각 설치된다. 가스 공급관(310, 320, 330, 340)의 밸브(314, 324, 334, 344)의 하류측에는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(510, 520, 530, 540)이 각각 접속된다. 가스 공급관(510, 520, 530, 540)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(512, 522, 532, 542) 및 개폐 밸브인 밸브(514, 524, 534, 544)가 각각 설치된다.
가스 공급관(310, 320, 330, 340)의 선단부(先端部)에는 노즐(410, 420, 430, 440)이 각각 연결 접속된다. 노즐(410, 420, 430, 440)은 L자형의 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420, 430, 440)의 수직부는 이너 튜브(204)의 지름 방향 외향으로 돌출되고, 또한 연직 방향으로 연재되도록 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.
가스 공급관(310)으로부터는 처리 가스로서 할로겐을 포함하는 제1 가스가 MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(320)으로부터는 처리 가스로서 환원 가스로서의 제2 가스가 MFC(322), 밸브(324), 노즐(420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 본 개시에서는 제2 가스를 제1 가스를 환원하여 제1 가스와 반응시키는 반응 가스로서 이용한다.
가스 공급관(330)으로부터는 처리 가스로서, 환원 가스로서 제2 가스와는 다른 제3 가스가 MFC(332), 밸브(334), 노즐(430)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(340)으로부터는 제1 가스에 포함되는 할로겐과 동종의 할로겐을 포함하고, 제1 가스의 흡착을 저해하는 흡착 저해 가스가 MFC(342), 밸브(344), 노즐(440)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 여기서 흡착 저해 가스로서 제1 가스와 제2 가스가 반응하는 것에 의해 발생하는 반응 부생성물과 마찬가지의 성분의 가스를 이용하는 것이 바람직하다.
가스 공급관(510, 520, 530, 540)으로부터는 불활성 가스로서 예컨대 질소(N2) 가스가 각각 MFC(512, 522, 532, 542), 밸브(514, 524, 534, 544), 노즐(410, 420, 430, 440)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 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.
노즐(410, 420, 430, 440)은 처리실(201)의 하부 영역으로부터 처리실(201)의 상부 영역까지 연재되도록 설치된다.
노즐(410, 420, 430)에는 웨이퍼(200)와 대향하는 위치에 제1 공으로서의 가스 공급공(410a), 제2 공으로서의 가스 공급공(420a), 가스 공급공(430a)이 각각 복수 설치된다. 가스 공급공(410a, 420a, 430a)은 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 동일한 개구 피치로 설치된다. 단, 가스 공급공(410a, 420a, 430a)은 전술한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부를 향하여 개구 면적을 서서히 크게 해도 좋다. 이에 의해 가스 공급공(410a, 420a, 430a)으로부터 공급되는 가스의 유량을 보다 균일화하는 것이 가능해진다.
즉 노즐(410, 420, 430)의 가스 공급공(410a, 420a, 430a)은 보트(217)의 하부로부터 상부까지의 높이의 위치에 복수 설치된다. 바꿔 말하면, 노즐(410, 420, 430)에는 각각 제1 가스, 제2 가스, 제3 가스를 웨이퍼(200)에 공급하는 가스 공급공(410a, 420a, 430a)이 웨이퍼(200)를 처리하는 처리 영역의 모든 영역에 걸쳐서 복수 설치된다. 그러므로 노즐(410, 420, 430)의 가스 공급공(410a, 420a, 430a)으로부터 각각 처리실(201) 내에 공급된 제1 가스, 제2 가스, 제3 가스는 보트(217)의 하부로부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200)의 모든 영역에 공급된다. 노즐(410, 420, 430)은 처리실(201)의 하부 영역으로부터 상부 영역까지의 처리 영역에 연재되도록 설치되면 좋지만, 보트(217)의 천장 부근까지 연재되도록 설치되는 것이 바람직하다.
노즐(440)에는 도 3에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(200)를 처리하는 처리 영역의 일부의 영역인 처리 영역의 하부 영역이며, 처리 영역의 하단측의 웨이퍼(200)의 각각에 대응하는 위치에 제3 공으로서의 가스 공급공(440a)이 복수 설치된다. 또한 노즐(440)에는 처리 영역의 일부의 영역인 처리 영역의 상부 영역이며, 처리 영역의 상단측의 웨이퍼(200)의 각각에 대응하는 위치에 제4 공으로서의 가스 공급공(440b)이 복수 설치된다. 즉 가스 공급공(440a)은 처리 영역의 노즐(440)의 하단측에 배치되고, 가스 공급공(440b)은 처리 영역의 노즐(440)의 상단측에 배치된다.
즉 가스 공급공(440a, 440b)은 각각 노즐(440)의, 처리 영역의 일부에 대응하는 위치에 복수 설치되고, 가스 공급공(440a, 440b)으로부터 처리실(201) 내에 공급된 흡착 저해 가스는 보트(217)에 수용된 웨이퍼(200)의 일부에 공급된다.
여기서 제품 기판(제품 웨이퍼, 단순히 웨이퍼라고도 부른다) 상에 처리 가스를 이용하여 성막하는 경우, 처리 영역에서의 상단측과 하단측에서는 처리 영역의 중앙과 비교해서 제품 기판의 수가 적기 때문에 반응 부생성물의 양이 적어진다. 그러므로 처리 영역의 상단측과 하단측의 제품 기판 상에 형성되는 막의 막 두께가 처리 영역의 중앙의 제품 기판 상에 형성되는 막 두께와 비교해서 두꺼워져 기판마다의 균일성이 악화되는 경우가 있다. 또한 보트(217)의 상단측과 하단측에 더미 웨이퍼를 설치한 경우에는 더미 웨이퍼는 제품 기판과 비교해서 표면적이 작기 때문에 처리 영역의 상단측과 하단측에서 반응 부생성물의 양이 적어지고, 처리 영역의 상단측과 하단측의 제품 기판 상에 형성되는 막의 막 두께가 처리 영역의 중앙의 제품 기판 상에 형성되는 막의 막 두께와 비교해서 두꺼워져 기판마다의 균일성이 악화되는 경우가 있다. 또한 이와 같은 현상은 제품 기판의 표면적이 대(大)표면적인 경우에 현저하게 나타난다.
본 개시에 따르면, 이 반응 부생성물의 양이 처리 영역의 다른 영역과 비교해서 적은 영역이며 처리 영역의 상단측과 하단측에 제1 가스와 제2 가스가 반응해서 생성되는 반응 부생성물과 동일 성분을 가지는 가스를 흡착 저해 가스로서 공급한다. 이에 의해 처리 영역의 모든 영역에서의 반응 부생성물의 양을 동등하게 할 수 있다. 따라서 처리 영역의 상단측과 하단측의 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 막 두께를 저감할 수 있고, 웨이퍼(200)에 형성되는 막 두께의 기판마다의 균일성을 향상시킬 수 있고, 막 특성을 균일화시킬 수 있다.
가스 공급공(440a, 440b)은 각각 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 동일한 개구 피치로 설치된다. 또한 가스 공급공(440a)의 개구율은 가스 공급공(440b)의 개구율보다 크게 구성된다. 여기서 개구율이란 가스 공급공(440a, 440b)의 각각의 수, 각각의 크기, 각각의 공의 수와 크기의 곱에 의해 결정된다. 즉 가스 공급공(440a)의 수와 크기 중 어느 하나 또는 양방(兩方)은 가스 공급공(440b)의 수와 크기 중 어느 하나 또는 양방보다 크게 구성된다. 처리 영역의 하단측에는 더미 웨이퍼가 설치되는 경우가 있다. 더미 웨이퍼의 표면적은 제품 기판인 웨이퍼(200)보다 표면적이 작기 때문에 반응 부생성물의 양이 처리 영역의 상단측과 비교해서 적어지고, 처리 영역의 하단측에 배치되는 웨이퍼 상에 형성되는 막의 막 두께가 처리 영역의 상단측에 배치되는 웨이퍼 상에 형성되는 막의 막 두께보다 두꺼워지는 경향이 있다. 그러므로 처리 영역의 하단측에 배치되는 가스 공급공(440a)의 개구율을 처리 영역의 상단측에 배치되는 가스 공급공(440b)의 개구율보다 크게 하고, 처리 영역의 하단측에 공급되는 흡착 저해 가스의 양을 처리 영역의 상단측에 공급되는 흡착 저해 가스의 양과 비교해서 많게 한다.
즉 반응 부생성물의 양이 처리 영역에서의 중앙 부근과 비교해서 적은, 처리 영역에서의 하단측의 웨이퍼(200)와 상단측의 웨이퍼(200)에만 흡착 저해 가스를 공급하도록, 처리 영역에서의 하단측의 웨이퍼(200)에 대응하는 위치와 처리 영역에서의 상단측의 웨이퍼(200)에 대응하는 위치에 각각 가스 공급공(440a)과 가스 공급공(440b)을 설치한다. 그리고 처리 영역에서의 하단측에 상단측의 가스 공급공(440b)에 비해 개구율이 큰 가스 공급공(440a)을 배치하는 것에 의해, 특히 반응 부생성물의 양이 적은 영역에 대하여 흡착 저해 가스가 많이 공급되고, 웨이퍼(200)의 처리 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서 처리 영역의 조밀한 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 막 두께를 저감할 수 있고, 웨이퍼(200)에 형성되는 막 두께의 기판마다의 균일성을 향상시킬 수 있고, 막 특성을 균일화시킬 수 있다.
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 좋다. 처리 가스 공급계는 단순히 가스 공급계라고 불러도 좋다. 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 포함시켜서 생각해도 좋다. 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 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 제2 가스 공급계를 반응 가스 공급계 또는 환원 가스 공급계라고도 부를 수 있다. 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 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 제3 가스 공급계를 환원 가스 공급계라고도 부를 수 있다. 또한 가스 공급관(340)으로부터 흡착 저해 가스를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(340), MFC(342), 밸브(344)에 의해 흡착 저해 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(440)을 흡착 저해 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 주로 가스 공급관(510, 520, 530, 540), MFC(512, 522, 532, 542), 밸브(514, 524, 534, 544)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다.
제1 가스 공급계, 제2 가스 공급계, 제3 가스 공급계 및 흡착 저해 가스 공급계에 의해 제1 가스, 제2 가스, 제3 가스 및 흡착 저해 가스를 각각 노즐(410), 노즐(420), 노즐(430) 및 노즐(440)을 개재하여 웨이퍼(200)에 공급하는 것이 가능한 가스 공급 시스템이 구성된다.
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 내의 예비실(201a) 내에 배치한 노즐(410, 420, 430, 440)을 경유해서 가스를 반송한다. 그리고 노즐(410, 420, 430, 440)의 웨이퍼(200)와 대향되는 위치에 설치된 복수의 가스 공급공(410a, 420a, 430a, 440a, 440b)으로부터 이너 튜브(204) 내에 가스를 분출시킨다. 보다 구체적으로는 노즐(410)의 가스 공급공(410a), 노즐(420)의 가스 공급공(420a), 노즐(430)의 가스 공급공(430a), 노즐(440)의 가스 공급공(440a, 440b)에 의해 웨이퍼(200)의 표면과 평행 방향을 향하여 처리 가스 등을 분출시킨다.
배기공(배기구)(204a)은 이너 튜브(204)의 측벽이며 노즐(410, 420, 430, 440)에 대향한 위치에 형성된 관통공이며, 예컨대 연직 방향으로 가늘고 길게 개설된 슬릿 형상의 관통공이다. 노즐(410, 420, 430, 440)의 가스 공급공(410a, 420a, 430a 440a, 440b),으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 웨이퍼(200)의 표면 상을 흐른 가스는 배기공(204a)을 개재하여 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(203) 사이에 형성된 극간에서 구성된 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 위치에 설치되고, 가스 공급공(410a, 420a, 430a, 440a, 440b)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 근방에 공급된 가스는 수평 방향을 향하여 흐른 뒤, 배기공(204a)을 개재하여 배기로(206) 내에 흐른다. 배기공(204a)은 슬릿 형상의 관통공으로서 구성되는 경우에 한정되지 않고, 복수 개의 공에 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 배기계가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
도 4에 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) 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, 332, 342, 512, 522, 532, 542), 밸브(314, 324, 334, 344, 514, 524, 534, 544), 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 레시피 등을 판독하도록 구성된다. CPU(121a)는 판독한 레시피의 내용을 따르도록 MFC(312, 322, 332, 342, 512, 522, 532, 542)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(314, 324, 334, 344, 514, 524, 534, 544)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 제어하는 것이 가능하도록 구성된다. 즉 CPU(121a)는 본 개시의 일 형태에서의 가스 공급 시스템을 제어 가능하도록 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, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체는 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(123)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
(2) 기판 처리 공정
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 웨이퍼(200)에 대하여 막을 형성하는 공정의 일례에 대해서 도 5를 이용하여 설명한다. 본 공정은 전술한 기판 처리 장치(10)의 처리로(202)를 이용하여 실행된다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어되고, 가스 공급 시스템은 컨트롤러(121)에 의해 제어 가능하도록 구성된다.
본 실시 형태에 의한 기판 처리 공정(반도체 장치의 제조 공정)에서는, (a) 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스를 공급하는 공정; (b) 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급하는 공정; (c) 웨이퍼(200)에 대하여 흡착 저해 가스를 공급하는 공정; (d) 웨이퍼(200)에 대하여 제3 가스를 공급하는 공정; 및 (e) (a)와 (d)를 일부 병행해서 수행한 후 (c)를 수행하고, 그 후 (b)를 수행하는 공정을 수행한다.
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우는 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등과의 적층체」를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 단어를 사용한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면」을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 사용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우와 같은 의미이다.
(웨이퍼 반입)
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시되는 바와 같이 복수 매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)되고 처리 용기 내에 수용된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220)을 개재하여 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)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.
(제1 가스 공급, 제1 스텝)
밸브(314)를 열고 가스 공급관(310) 내에 제1 가스를 흘린다. 제1 가스는 MFC(312)에 의해 유량 조정되어 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(514)를 열고 가스 공급관(510) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘려도 좋다. 또한 노즐(420, 430, 440) 내로의 제1 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(524, 534, 544)를 열고 가스 공급관(520, 530, 540) 내에 불활성 가스를 흘려도 좋다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 3,990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(312)로 제어하는 제1 가스의 공급 유량은 예컨대 0.01slm 내지 7.0slm의 범위 내의 유량으로 한다. 이하에서 히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 300℃ 내지 650℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정해서 수행한다. 또한 본 개시에서의 「1Pa 내지 3,990Pa」와 같은 수치 범위의 표기는 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함되는 것을 의미한다. 따라서 예컨대 「1Pa 내지 3,990Pa」와는 「1Pa 이상 3,990Pa 이하」를 의미한다. 다른 수치 범위에 대해서도 마찬가지이다.
이때 처리 영역의 모든 영역의 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스가 공급된다. 제1 가스로서는 할로겐을 포함하는 가스이며, 예컨대 금속 원소인 티타늄(Ti)과 할로겐인 염소(Cl)를 포함하는 가스인 TiCl4 가스를 이용할 수 있다. 제1 가스로서 TiCl4 가스를 이용한 경우, TiCl4 가스의 공급에 의해 웨이퍼(200)[표면의 하지막(下地膜)] 상에 TiCl4이 흡착되고, Ti 함유층이 형성된다.
(제1 가스와 제3 가스의 공급, 제2 스텝)
제1 가스의 공급 시작으로부터 소정 시간이 경과 후, 밸브(334)를 열고 가스 공급관(330) 내에 환원 가스인 제3 가스를 흘린다. 제3 가스는 MFC(332)에 의해 유량 조정되어 노즐(430)의 가스 공급공(430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(534)를 열고 가스 공급관(530) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘려도 좋다. 또한 노즐(420, 440) 내로의 제1 가스, 제3 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(524, 544)를 열고 가스 공급관(520, 540) 내에 불활성 가스를 흘려도 좋다.
이때 MFC(332)로 제어하는 제3 가스의 공급 유량은 예컨대 0.1slm 내지 5.0slm의 범위 내의 유량으로 한다.
이때 처리 영역의 모든 영역의 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스와 제3 가스가 공급된다. 즉 제1 가스와 제3 가스는 동시에 공급되는 타이밍을 가진다. 여기서 제3 가스로서는 환원 가스이며, 수소(H)를 함유하는 수소 함유 가스인 예컨대 모노실란(SiH4) 가스를 이용할 수 있다.
(제1 가스 공급, 제3 스텝)
제3 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후, 밸브(334)를 닫고 제3 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 정지한다. 이때 노즐(430) 내로의 제1 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(534)를 열고 가스 공급관(530) 내에 불활성 가스를 흘려도 좋다. 또한 노즐(420, 440) 내로의 제1 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(524, 544)를 열고 가스 공급관(520, 540) 내에 불활성 가스를 흘려도 좋다. 이때 처리 영역의 모든 영역의 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스가 공급된다.
(퍼지, 제4 스텝)
제3 가스의 공급을 정지하고 소정 시간이 경과한 후, 밸브(314)를 닫고 제1 가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 웨이퍼(200) 상으로부터 잔류 가스를 제거하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응의 제1 가스나 제3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때 밸브(514, 524, 534, 544)를 열고 퍼지 가스로서의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 웨이퍼(200) 상으로부터 잔류 가스를 제거하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응의 제1 가스나 제3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. MFC(512, 522, 532, 542)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 0.1slm 내지 30slm으로 한다.
(흡착 저해 가스 공급, 제5 스텝)
퍼지를 시작하고 소정 시간이 경과한 후, 밸브(514, 524, 534, 544)를 닫고 불활성 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 정지한다. 이때 밸브(344)를 열고 가스 공급관(340) 내에 흡착 저해 가스를 흘린다. 흡착 저해 가스는 MFC(342)에 의해 유량 조정되어 노즐(440)의 가스 공급공(440a, 440b)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 MFC(342)에서 제어하는 흡착 가스의 공급 유량은 예컨대 0.01slm 내지 1.0slm의 범위 내의 유량으로 한다.
이때 처리 영역의 일부의 웨이퍼(200)이며, 처리 영역의 상단측과 하단측의 웨이퍼(200)에 대하여 흡착 저해 가스가 공급된다. 여기서 흡착 저해 가스로서는 제1 가스에 포함되는 할로겐과 동종의 할로겐을 포함하고, 예컨대 제1 가스인 TiCl4 가스와, 제2 가스인 NH3 가스가 반응하는 것에 의해 발생하는 반응 부생성물인 염화수소(HCl) 가스나 염화암모니아(NH4Cl) 가스 등을 이용할 수 있다. 흡착 저해 가스로서 예컨대 HCl 가스를 이용한 경우, HCl 가스의 공급에 의해 처리 영역의 상단측과 하단측의 웨이퍼(200)(표면의 하지막) 상에 TiCl4 가스의 흡착을 저해하는 HCl이 흡착된다.
이와 같이 흡착 저해 가스로서 제1 가스에 포함되는 할로겐과 동종의 할로겐을 포함하는 가스를 이용하고, 바람직하게는 제1 가스와 제2 가스가 반응하는 것에 의해 생성되는 반응 부생성물과 같은 성분의 가스를 이용하는 것에 의해 흡착 저해 가스가 막 중에 잔류하는 것을 억제할 수 있다.
즉 흡착 저해 가스는 막 중에는 잔류하기 어렵지만, 조건이나 가스의 종류에 따라서는 막 중에 잔류하고, 막의 전기 특성 등의 특성에 영향을 미치는 경우가 있다. 제1 가스와 제2 가스가 반응하는 것에 의해 생성되는 반응 부생성물과 같은 성분의 가스라면, 디바이스를 구성하는 다른 막에 대해서도 영향을 미칠 가능성을 저감할 수 있다. 예컨대 TiN막을 형성할 때 흡착 저해 가스로서 불화수소(HF) 가스를 공급한 경우에 불소(F)이 잔류하고, TiN막의 F 배리어로서의 기능이 저하될 가능성이 있다. 또한 TiN막의 하지가 산화알루미늄(AlO)막이었을 경우에 AlO막에 불소가 확산되고, AlO막의 절연성이 저하될 가능성이 있다. 전술한 바와 같이 흡착 저해 가스로서 제1 가스와 제2 가스가 반응하는 것에 의해 생성되는 반응 부생성물과 같은 성분의 가스라면, 이러한 과제는 발생하기 어려워진다.
또한 노즐(410, 420, 430) 내로의 흡착 저해 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(514, 524, 534)를 열고 가스 공급관(510, 520, 530) 내에 불활성 가스를 흘려도 좋다.
(퍼지, 제6 스텝)
흡착 저해 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후, 밸브(344)를 닫고 흡착 저해 가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여 웨이퍼(200) 상으로부터 잔류 가스를 제거하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 흡착 저해 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때 밸브(514, 524, 534, 544)를 열고 퍼지 가스로서의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 웨이퍼(200) 상으로부터 잔류 가스를 제거하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 흡착 저해 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. MFC(512, 522, 532, 542)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 0.1slm 내지 30slm으로 한다.
(제2 가스 공급, 제7 스텝)
퍼지를 시작하고 소정 시간이 경과한 후, 밸브(514, 524, 534, 544)를 닫고 불활성 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 정지한다. 이때 밸브(324)를 열고 가스 공급관(320) 내에 제2 가스를 흘린다. 제2 가스는 MFC(322)에 의해 유량 조정되어 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스가 공급된다. 또한 이때 동시에 밸브(524)를 열고 가스 공급관(520) 내에 불활성 가스를 흘려도 좋다. 또한 노즐(410, 430, 440) 내로의 제2 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(514, 534, 544)를 열고 가스 공급관(510, 530, 540) 내에 불활성 가스를 흘려도 좋다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 3,990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(322)로 제어하는 제2 가스의 공급 유량은 예컨대 0.1slm 내지 150slm의 범위 내의 유량으로 한다.
이때 처리 영역의 모든 영역의 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스가 공급된다. 여기서 제2 가스로서는 환원 가스이며, 질소(N)과 수소(H)를 포함하는 가스인 예컨대 암모니아(NH3) 가스를 이용할 수 있다. 제2 가스로서 NH3 가스를 이용한 경우, NH3 가스는 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti 함유층의 적어도 일부와 치환 반응한다. 치환 반응 시에는 Ti 함유층에 포함되는 Ti와 NH3 가스에 포함되는 N이 결합되고, 웨이퍼(200) 상에 TiN층이 형성된다. 구체적으로는 웨이퍼(200) 상에 흡착한 TiClx와 NH3이 반응하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 TiN막이 형성된다. 또한 치환 반응 시에는 HCl, NH4Cl, H2 등의 반응 부생성물이 발생한다.
전술한 제5 스텝에 의해 처리 영역의 상단측과 하단측의 웨이퍼(200) 상에는 흡착 저해 가스가 흡착되기 때문에 제2 가스는 제1 가스와 반응하지 않는다. 구체적으로는 제1 가스로서 TiCl4 가스를 공급한 후에 처리 영역의 상단측과 하단측의 웨이퍼(200)에 대하여 흡착 저해 가스로서 HCl을 공급하고, 처리 영역의 상단측과 하단측의 웨이퍼(200) 상에 HCl을 흡착시키는 것에 의해 그 후에 공급되는 제2 가스인 NH3 가스가 TiCl4 가스와 반응하지 않고, 다음 사이클에서의 TiCl4 가스의 흡착도 저해된다. 그러므로 처리 영역의 상단측과 하단측의 웨이퍼(200) 상에는 TiN층은 형성되지 않는다. 따라서 흡착 저해 가스가 공급되는 처리 영역의 상단측과 하단측에서는 웨이퍼(200)의 성막 레이트를 저하시킬 수 있다. 또한 NH3 가스는 일부가 흡착 저해 가스로서의 HCl과 반응하여 NH4Cl이 생성되지만, NH4Cl은 웨이퍼(200) 상에 흡착되지 않고 탈리되기 때문에 막 중에는 잔류하지 않는다. 그러므로 막의 전기적 특성에는 영향이 적다.
(퍼지, 제8 스텝)
제2 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후, 밸브(324)를 닫고 제2 가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 웨이퍼(200) 상으로부터 잔류 가스를 제거하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 막의 형성에 기여한 후의 제2 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때 밸브(514, 524, 534, 534)를 열고 퍼지 가스로서의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용하여 웨이퍼(200) 상으로부터 잔류 가스를 제거하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응의 제2 가스나 전술한 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다. MFC(512, 522, 532, 542)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 0.1slm 내지 30slm으로 한다.
즉 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 막의 형성에 기여한 후의 제2 가스나 전술한 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용한다.
(소정 횟수 실시)
전술한 제1 스텝 내지 제8 스텝을 순서대로 수행하는 사이클을 소정 횟수(N회), 1회 이상 실행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께의 막을 형성한다. 즉 제1 가스 공급과 제3 가스 공급을 일부 병행해서 수행한 후 흡착 저해 가스 공급을 수행하고, 그 후 제2 가스 공급을 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께의 막을 형성한다. 여기서는 예컨대 TiN막이 형성된다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
가스 공급관(510, 520, 530, 540)의 각각으로부터 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하고 배기관(231)으로부터 배기한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되고, 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 씰 캡(219)이 하강되어 아우터 튜브(203)의 하단이 개구된다. 그리고 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 아우터 튜브(203)의 하단으로부터 아우터 튜브(203)의 외부에 반출(보트 언로드)된다. 그 후 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차지).
즉 전술한 바와 같은 기판 처리 장치(10)를 이용하여 복수 매의 웨이퍼(200)를 일괄 처리하는 뱃치(batch) 처리를 수행하는 경우에 처리 영역의 일부에 흡착 저해 가스를 공급하는 것에 의해, 뱃치 처리에서 처리되는 복수 매의 웨이퍼(200)의 웨이퍼(200)마다의 처리 균일성을 향상시킬 수 있다.
(3) 본 개시의 일 형태에 따른 효과
본 개시의 일 형태에 따르면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) 기판 처리의 기판마다의 처리 균일성을 향상시킬 수 있다.
(b) 기판 처리의 기판 면내의 처리 균일성을 향상시킬 수 있다.
(c) 기판 상에 형성되는 막의 특성(전기적 특성)을 균일화시킬 수 있다.
여기서 예로서 (a)의 효과를 얻을 수 있는 메커니즘을 도 6을 이용하여 설명한다. 도 6은 제1 가스로서 예컨대 4염화티타늄(TiCl4) 가스를 이용하고, 제2 가스로서 예컨대 암모니아(NH3) 가스를 공급하고, 금속질화막(예컨대 TiN막)을 형성할 때에 생성되는 반응 부생성물인 염화수소(HCl) 가스를 TiCl4 가스와 NH3 가스에 각각 첨가하여 웨이퍼(200) 상에 TiN막을 형성한 경우의, TiCl4 가스와 HCl 가스의 유량비와, NH3 가스와 HCl 가스의 유량비와, TiN막의 성막 레이트의 관계를 비교해서 도시한 도면이다.
도 6에 도시하는 바와 같이 TiCl4 가스와 NH3 가스에 대한 HCl 가스의 유량을 각각 많게 하는 것에 의해 TiN막의 성막 레이트가 저하되는 것이 확인되었다. 즉 TiCl4 가스와 NH3 가스의 반응 부생성물인 HCl의 생성량이 적은 처리 영역에 HCl을 공급하는 것에 의해 성막 레이트를 저하시킬 수 있고, 처리 영역의 상단과 하단에서 막 두께가 두꺼워졌던 현상을 개선할 수 있고, 기판마다의 막 두께 균일성을 향상시키게 된다.
(4) 그 외의 실시 형태
이상, 본 개시의 실시 형태를 구체적으로 설명했다. 하지만 본 개시는 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
(변형예 1)
도 7a는 전술한 노즐(440)의 변형예를 도시한다. 본 변형예에서는 노즐(440) 대신에 노즐(450)을 이용한다. 노즐(450)은 제1 가스를 공급하는 노즐(410)과, 제2 가스를 공급하는 노즐(420)과, 제3 가스를 공급하는 노즐(430)보다 짧은 길이로 구성된다. 노즐(450)에는 처리 영역의 일부의 웨이퍼(200)이며, 처리 영역의 하단측의 웨이퍼(200)에 대응하는 위치에 흡착 저해 가스를 공급하는 가스 공급공(450a)이 설치된다. 이와 같은 경우에서도 처리 영역의 일부의 웨이퍼(200)이며, 반응 부생성물의 양이 적은 처리 영역의 하단측의 웨이퍼(200)에 대해서만 흡착 저해 가스가 공급되고, 웨이퍼(200)마다의 처리 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서 처리 영역의 하단측의 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 막 두께를 저감할 수 있고, 웨이퍼(200)에 형성되는 막 두께의 기판마다의 균일성을 향상시킬 수 있고, 막 특성을 균일화시킬 수 있다.
(변형예 2)
도 7b는 전술한 노즐(440)의 다른 변형예를 도시한다. 본 변형예에서는 노즐(440) 대신에 노즐(460)을 이용한다. 노즐(460)은 노즐(410, 420, 430)과 대략 같은 길이로 구성되고, 처리 영역의 일부의 웨이퍼(200)이며, 처리 영역의 상단측의 웨이퍼(200)에 대응하는 위치에 흡착 저해 가스를 공급하는 가스 공급공(460a)이 설치된다. 이와 같은 경우에서도 처리 영역의 일부의 웨이퍼(200)이며, 반응 부생성물의 양이 적은 처리 영역의 상단측의 웨이퍼(200)에 대해서만 흡착 저해 가스가 공급되고, 웨이퍼(200)마다의 처리 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서 처리 영역의 상단측의 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 막 두께를 저감할 수 있고, 웨이퍼(200)에 형성되는 막 두께의 기판마다의 균일성을 향상시킬 수 있고, 막 특성을 균일화시킬 수 있다.
(변형예 3)
도 7c는 전술한 노즐(440)의 또 다른 변형예를 도시한다. 본 변형예에서는 노즐(440) 대신에 노즐(470)을 이용한다. 노즐(470)은 처리 영역의 일부의 웨이퍼(200)이며, 처리 영역의 중간 영역의 웨이퍼(200)에 대응하는 위치에 흡착 저해 가스를 공급하는 가스 공급공(470a)이 설치된다. 처리 영역의 중간 영역에서 반응 부생성물의 양이 적고, 처리 영역의 중간 영역에 배치되는 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 막 두께가 상단측, 하단측과 비교해서 두꺼워지는 경우에는, 처리 영역의 일부의 웨이퍼(200)이며, 반응 부생성물의 양이 적고, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 막 두께가 상단측, 하단측과 비교해서 두껍게 형성되는 중간 영역의 웨이퍼(200)에 대하여 흡착 저해 가스가 공급되고, 웨이퍼(200)마다의 처리 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서 처리 영역의 중간 영역의 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 막 두께를 저감할 수 있고, 웨이퍼(200)에 형성되는 막 두께의 기판마다의 균일성을 향상시킬 수 있고, 막 특성을 균일화시킬 수 있다.
(변형예 4)
도 8a는 전술한 노즐(440)의 또 다른 변형예를 도시한다. 본 변형예에서는 노즐(440) 대신에 노즐(480)을 이용한다. 보트(217)에는 처리 영역의 상단측과 하단측에 각각 더미 웨이퍼(200b)가 설치되고, 하단측의 더미 웨이퍼(200b)와 상단측의 더미 웨이퍼(200b) 사이에 대표면적 웨이퍼인 웨이퍼(200a)를 설치한다. 그리고 노즐(480)에는 하단측의 더미 웨이퍼(200b)와 상단측의 더미 웨이퍼(200b)가 설치된 위치에 대응하는 위치에 각각 흡착 저해 가스를 공급하는 가스 공급공(480a, 480b)이 설치된다. 처리 영역의 일부이며, 반응 부생성물의 양이 적은 더미 웨이퍼(200b)에 대응하는 위치에 가스 공급공(480a, 480b)이 설치되는 것에 의해 반응 부생성물의 양이 적은 더미 웨이퍼(200b)에 대하여 흡착 저해 가스가 공급되고, 웨이퍼(200a)의 처리 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서 처리 영역의 더미 웨이퍼(200b) 부근의 웨이퍼(200a) 상에 형성되는 막의 막 두께를 저감할 수 있고, 웨이퍼(200a)에 형성되는 막 두께의 기판마다의 균일성을 향상시킬 수 있고, 막 특성을 균일화시킬 수 있다.
(변형예 5)
도 8b는 전술한 노즐(440)의 또 다른 변형예를 도시한다. 본 변형예에서는 노즐(440) 대신에 노즐(490)을 이용한다. 보트(217)에는 처리 영역에서 더미 웨이퍼(200b)가 조밀하게(또는 더미 웨이퍼의 매수가 비교적 많게) 배치된 영역과, 더미 웨이퍼(200b)가 엉성하게(또는 더미 웨이퍼의 매수가 비교적 적게) 배치된 영역을 포함한다. 그리고 노즐(490)의, 더미 웨이퍼(200b)가 조밀하게 설치된 위치에 대응하는 위치와, 더미 웨이퍼(200b)가 엉성하게 설치된 위치에 대응하는 위치에 각각 흡착 저해 가스를 공급하는 가스 공급공(490a, 490b)을 설치한다.
즉 가스 공급공(490a)은 노즐(490)의, 더미 웨이퍼(200b)가 조밀하게 설치된 위치에 대응하는 위치에 설치되고, 가스 공급공(490b)은 더미 웨이퍼(200b)가 엉성하게 설치된 위치에 대응하는 위치에 설치된다. 가스 공급공(490a)의 개구율은 가스 공급공(490b)의 개구율보다 크게 구성된다. 이와 같이 처리 영역의 일부이며, 반응 부생성물의 양이 적은 더미 웨이퍼(200b)의 소밀(疎密)에 맞춰서 개구율이 다른 가스 공급공(490a, 490b)을 배치한다. 이에 의해 반응 부생성물의 양이 적은 영역에 대하여 흡착 저해 가스가 많이 공급되고, 웨이퍼(200a)의 처리 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서 처리 영역의 더미 웨이퍼(200b) 부근의 웨이퍼(200a) 상에 형성되는 막의 막 두께를 저감할 수 있고, 웨이퍼(200)에 형성되는 막 두께의 기판마다의 균일성을 향상시킬 수 있고, 막 특성을 균일화시킬 수 있다. 또한 개구율이 다른 가스 공급공(490a, 490b)의 배치 위치에 맞춰서 더미 웨이퍼(200b)의 소밀을 조정해도 좋다.
또한 더미 웨이퍼는 비제품 웨이퍼나 베어 웨이퍼 등을 포함하고, 더미 웨이퍼가 설치되는 위치는 전술한 변형예 4, 변형예 5에 한정되지 않는다. 즉 흡착 저해 가스를 공급하는 노즐의, 더미 웨이퍼(200b)가 배치된 위치에 대응하는 위치에 흡착 저해 가스를 공급하는 가스 공급공을 설치한다. 예컨대 더미 웨이퍼(200b)를 처리 영역의 하측에 한꺼번에 배치하는 것과 같은 경우에는 흡착 저해 가스를 공급하는 가스 공급공을, 노즐의 처리 영역의 하측이며 더미 웨이퍼(200b)에 대응하는 위치에 설치한다. 또한 더미 웨이퍼(200b)가 처리 영역에서 분산 배치되는 경우에는 흡착 저해 가스를 공급하는 가스 공급공을 노즐의 처리 영역의 더미 웨이퍼(200b)에 대응하는 위치에 분산시켜서 설치한다. 처리 영역의 일부이며 반응 부생성물의 양이 적은 더미 웨이퍼(200b)에 대응하는 위치에 가스 공급공을 설치하는 것에 의해, 반응 부생성물의 양이 적은 더미 웨이퍼(200b)에 대하여 흡착 저해 가스가 공급되고, 대표면적 웨이퍼인 웨이퍼(200a)의 처리 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서 처리 영역의 더미 웨이퍼(200b) 부근의 웨이퍼(200a) 상에 형성되는 막의 막 두께를 저감할 수 있고, 웨이퍼(200a)에 형성되는 막 두께의 기판마다의 균일성을 향상시킬 수 있고, 막 특성을 균일화시킬 수 있다.
또한 더미 웨이퍼(200b)를 이용하는 경우에 한정되지 않고, 흡착 저해 가스를 공급하는 가스 공급공을, 노즐의 처리 영역에 설치된 제품 기판인 웨이퍼(200)의 밀도가 높은 위치에 대응하는 위치에 설치해도 좋다. 또한 제품 기판인 웨이퍼(200)의 소밀에 맞춰서 흡착 저해 가스를 공급하는 가스 공급공을 배치해도 좋다. 또한 흡착 저해 가스를 공급하는 가스 공급공이 배치된 위치에 대응하는 위치에 웨이퍼(200)를 조밀하게 설치하도록 해도 좋다. 처리 영역의 일부이며 반응 부생성물의 양이 적은 웨이퍼(200)에 대응하는 위치에 흡착 저해 가스를 공급하는 가스 공급공을 설치하는 것에 의해, 반응 부생성물의 양이 적은 웨이퍼(200)에 대하여 흡착 저해 가스가 공급되고, 웨이퍼(200)의 처리 균일성을 향상시킬 수 있다.
(변형예 6)
도 9는 전술한 도 5에 도시하는 기판 처리 시퀀스의 변형예를 도시한다. 본 변형예에서는 흡착 저해 가스를 전술한 제3 스텝의 제1 가스 공급 시에 공급한다. 즉 전술한 제1 스텝과 제2 스텝을 수행한 후, 제3 스텝으로서의 제1 가스 공급과 제5 스텝으로서의 흡착 저해 가스 공급을 동시에 수행하고, 그 후 전술한 제4 스텝과 제7 스텝과 제8 스텝을 이 순서대로 수행하는 사이클을 소정 횟수(N회), 1회 이상 실행한다. 즉 제1 가스의 공급과 제3 가스의 공급을 일부 병행해서 수행한 후, 제1 가스의 공급과 흡착 저해 가스의 공급을 병행해서 수행하고, 그 후 제2 가스의 공급을 수행한다. 이와 같이 예컨대 제1 가스로서 TiCl4 가스 공급의 종반에 흡착 저해 가스로서 HCl 가스 공급을 병행해서 수행하고, TiCl4 가스의 공급 중에 처리 영역의 상단측과 하단측의 웨이퍼(200)에 대하여 흡착 저해 가스로서 HCl 가스를 공급한다. 이에 의해 처리 영역의 상단측과 하단측의 웨이퍼(200) 상에 HCl이 흡착되어 제2 가스로서의 NH3이 TiCl4와 반응하지 않고, 다음 사이클에서의 제1 가스로서의 TiCl4 가스 공급에 의한 TiCl4의 흡착이 저해되고 TiN층이 형성되지 않는다. 그러므로 흡착 저해 가스가 공급되는 처리 영역의 상단측과 하단측에서 웨이퍼(200)의 성막 레이트를 저하시킬 수 있다. 또한 NH3 가스는 흡착 저해 가스로서의 HCl과 반응하여 NH4Cl이 생성되지만, NH4Cl은 웨이퍼(200) 상에 흡착하지 않고 탈리하기 때문에 막 중에는 잔류하지 않는다. 그러므로 막의 전기적 특성에는 영향이 적다. 또한 TiCl4 가스 공급의 종반에 HCl 가스 공급을 병행해서 수행하는 것에 의해 HCl이 Ti 함유층에 함유되는 것을 억제할 수 있다. 따라서 전술한 도 5에 도시하는 기판 처리 시퀀스와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(변형예 7)
도 10은 전술한 도 5에 도시하는 기판 처리 시퀀스의 다른 변형예를 도시한다. 본 변형예에서는 흡착 저해 가스를 전술한 제2 가스 공급 후에 공급한다. 즉 전술한 제1 스텝 내지 제4 스텝을 수행한 후, 제7 스텝과 제8 스텝을 수행하고, 그 후 전술한 제5 스텝과 제6 스텝을 이 순서대로 수행하는 사이클을 소정 횟수(N회), 1회 이상 실행한다. 즉 제1 가스의 공급과 제3 가스의 공급을 일부 병행해서 수행한 후, 제2 가스의 공급을 수행하고, 그 후 흡착 저해 가스의 공급을 수행한다. 이와 같이 예컨대 제2 가스로서 NH3 가스 공급을 수행한 후에 처리 영역의 상단측과 하단측의 웨이퍼(200)에 대하여 흡착 저해 가스로서 HCl 가스를 공급한다. 이에 의해 처리 영역의 상단측과 하단측의 웨이퍼(200) 상에 HCl이 흡착되어 다음 사이클에서의 제1 가스로서의 TiCl4 가스 공급에 의한 TiCl4의 흡착이 저해된다. 따라서 다음 제2 가스로서의 NH3이 TiCl4와 반응하지 않고, TiN층이 형성되지 않는다. 그러므로 흡착 저해 가스가 공급되는 처리 영역의 상단측과 하단측에서는 웨이퍼(200)의 성막 레이트를 저하시킬 수 있다. 이 경우, HCl의 일부는 예컨대 제3 가스로서의 SiH4 가스와 반응하고 NH3 가스 공급까지의 동안에 탈리되고, HCl의 대부분은 NH3 가스 공급 시에 NH3와 반응하여 NH4Cl이 생성되고, NH4Cl은 웨이퍼(200) 상에 흡착되지 않고 탈리된다. 그러므로 막의 전기적 특성에는 영향이 적다. 따라서 전술한 도 5에 도시하는 기판 처리 시퀀스와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(변형예8)
도 11은 전술한 도 5에 도시하는 기판 처리 시퀀스의 또 다른 변형예를 도시한다. 본 변형예에서는 흡착 저해 가스를 제1 가스 공급 후에 가하여 제2 가스 공급 후에도 공급한다. 즉 전술한 제1 스텝 내지 제8 스텝을 수행한 후에 제9 스텝으로서 흡착 저해 가스 공급과 제10스텝으로서 퍼지를 이 순서대로 수행하는 사이클을 소정 횟수(N회), 1회 이상 실행한다. 즉 제1 가스 공급과 제3 가스 공급을 일부 병행해서 수행한 후 흡착 저해 가스 공급을 수행하고, 그 후 제2 가스의 공급을 수행하고, 또한 그 후 흡착 저해 가스 공급을 수행한다. 이와 같이 예컨대 제1 가스로서 TiCl4 가스 공급을 수행한 후에 처리 영역의 상단측과 하단측의 웨이퍼(200)에 대하여 흡착 저해 가스로서 HCl 가스를 공급하고, 또한 제2 가스로서의 NH3 가스 공급을 수행한 후에 처리 영역의 상단측과 하단측의 웨이퍼(200)에 대하여 흡착 저해 가스로서 HCl 가스를 공급한다. 이에 의해 TiCl4 가스 공급 후와 NH3 가스 공급 후에 각각 처리 영역의 상단측과 하단측의 웨이퍼(200) 상에 HCl이 흡착된다. 즉 처리 영역의 상단측과 하단측의 웨이퍼(200) 상에는 HCl이 흡착되기 때문에 NH3이 TiCl4와 반응하지 않고, TiCl4 가스 공급에 의한 TiCl4의 흡착이 저해되기 때문에 TiN층이 형성되지 않는다. 또한 NH3 가스를 공급한 후에 흡착 저해 가스로서의 HCl을 공급하는 것에 의해 NH3과 HCl이 반응하여 NH4Cl이 생성되고, 웨이퍼(200) 상에 흡착되지 않고 탈리되기 때문에 막 중에는 HCl이나 NH4Cl이 잔류하지 않는다. 그러므로 흡착 저해 가스가 공급되는 처리 영역의 상단측과 하단측에서는 웨이퍼(200)의 성막 레이트를 저하시킬 수 있고, 막의 전기적 특성에도 영향이 적다. 이와 같은 경우에서도 전술한 도 5에 도시하는 기판 처리 시퀀스와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서는 제1 가스 공급과 제2 가스 공급과 흡착 저해 가스 공급 사이에서 퍼지를 수행하는 형태를 제시했지만 이에 한정되지 않고, 제1 가스 공급과 제2 가스 공급과 흡착 저해 가스 공급 사이에서 퍼지를 수행하지 않아도 좋다.
또한 상기 실시 형태에서는 웨이퍼(200)에 대하여 TiN막을 형성하는 경우를 이용하여 설명했지만 본 개시는 이에 한정되지 않고, Ti, 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 실리콘(Si) 등의 적어도 1개 이상을 포함하는 막 등을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서는 제1 가스로서 금속 원소와 할로겐을 포함하는 가스인 예컨대 TiCl4 가스를 이용하는 경우를 이용하여 설명했지만 본 개시는 이에 한정되지 않고, 염화알루미늄(AlCl3) 가스, 염화하프늄(HfCl4) 가스, 염화지르코늄(ZrCl4) 가스, 5염화몰리브덴(MoCl5) 가스, 2염화이산화몰리브덴(MoO2Cl2) 가스, 4염화산화몰리브덴(MoOCl4) 가스, 6불화텅스텐(WF6) 가스, 6염화텅스텐(WCl6) 가스, Ru와 할로겐을 포함하는 가스 등을 이용하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다. 또한 제1 가스로서 제14족 원소[예컨대 실리콘(Si), 게르마늄(Ge)]와 할로겐을 포함하는 가스인 예컨대 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스, 염화게르마늄(Ge2Cl6) 가스 등을 이용하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서는 제2 가스로서 환원 가스이며 반응 가스인 N과 H를 포함하는 가스로서 예컨대 NH3 가스를 이용하는 경우를 이용하여 설명했지만 본 개시는 이에 한정되지 않고, 질소(N2)와 수소(H2), 디아젠(N2H2), 트리아젠(N3H3), 히드라진(N2H4), 그 외 아민기(基)를 포함하는 가스 중 적어도 1개 이상을 포함하는 가스 등을 이용하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다. 또한 흡착 저해 가스로서 HCl 가스를 이용한 경우에 HCl과 NH3 가스가 반응하는 것에 의해 NH3Cl이 생성되기 때문에 제2 가스로서 NH3 가스를 이용하는 것이 바람직하다.
또한 상기 실시 형태에서는 제2 가스로서 질소(N)와 수소(H)를 포함하는 가스를 이용하는 경우를 이용하여 설명했지만 본 개시는 이에 한정되지 않고, 질소를 포함하지 않는 환원 가스이어도 좋다. 예컨대 수소(H2) 가스, 중수소(D) 가스, 디실란(Si2H6) 가스, 트리실란(Si3H8) 가스, 모노게르만(GeH4) 가스, 디게르만(Ge2H6) 가스, 트리게르만(Ge3H6) 가스, 모노보란(BH3) 가스, 디보란(B2H6) 가스, 포스핀(PH3) 가스 등 중 적어도 1개 이상을 포함하는 가스를 이용하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다. 이와 같은 질소를 포함하지 않는 환원 가스를 이용하는 것에 의해 질화물이 아닌 막을 형성할 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서는 제3 가스로서 환원 가스이며 수소 함유 가스인 예컨대 SiH4가스를 이용하는 경우를 이용하여 설명했지만 본 개시는 이에 한정되지 않고, 수소(H2) 가스, 디실란(Si2H6) 가스, 트리실란(Si3H8) 가스, 모노보란(BH3) 가스, 디보란(B2H6) 가스, 포스핀 (PH3) 가스 등을 이용하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서는 제1 가스와 제2 가스와 제3 가스와 흡착 저해 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 공정에 대해서 설명했지만 본 개시는 이에 한정되지 않고, 제1 가스와 제2 가스와 흡착 저해 가스를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 공정이어도 좋다. 즉 제3 가스를 이용하지 않고 수행해도 좋다. 이러한 성막이어도 본 개시에 기재된 효과의 일부를 얻을 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서는 흡착 저해 가스로서 할로겐을 포함하는 예컨대HCl 가스를 이용하는 경우를 이용하여 설명했지만 본 개시는 이에 한정되지 않고, 제1 가스와 동종의 할로겐을 포함하는 가스라면 좋고, 예컨대 염화암모니아(NH4Cl) 가스, 염소(Cl2) 가스, 불화수소(HF) 가스, 불소(F2) 가스 등을 이용하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다. 또한 흡착 저해 가스로서 제1 가스와 제2 가스가 반응하는 것에 의해 발생하는 반응 부생성물과 같은 성분의 가스를 이용하는 것이 바람직하다.
또한 상기 실시 형태에서는 금속과 질소를 포함하는 막을 웨이퍼(200) 상에 형성하는 공정을 설명했지만 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 각 가스를 적절히 선택하는 것에 의해 금속막, 제14족 원소를 주성분으로 하는 막, 산화막, 산질화막, 탄화막 등을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 전술한 실시 형태에서는 한 번에 복수 매의 웨이퍼를 처리하는 뱃치식의 종형 장치인 기판 처리 장치를 이용하여 성막하는 예에 대해서 설명했지만 본 개시는 이에 한정되지 않고, 한 번에 1매 또는 여러 매의 웨이퍼를 처리하는 매엽식(枚葉式)의 기판 처리 장치를 이용하여 성막하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다. 매엽 장치의 처리 영역은 매엽 장치의 웨이퍼와 샤워 헤드 등의 가스 공급부 사이이며, 처리 영역의 일부에 흡착 저해 가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
이러한 기판 처리 장치를 이용하는 경우에서도 전술한 실시 형태와 마찬가지의 시퀀스, 처리 조건으로 성막을 수행할 수 있다.
이 각종 박막의 형성에 이용되는 프로세스 레시피(처리 순서나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)는 기판 처리의 내용(형성하는 박막의 막종, 조성비, 막질, 막 두께, 처리 순서, 처리 조건 등)에 따라 각각 개별로 준비하는(복수 준비하는) 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때, 기판 처리의 내용에 따라 복수의 프로세스 레시피 중으로부터 적절한 프로세스 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 기판 처리의 내용에 따라 개별로 준비된 복수의 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체[외부 기억 장치(123)]를 개재하여 기판 처리 장치가 구비하는 기억 장치(121c) 내에 미리 격납(인스톨)해두는 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때, 기판 처리 장치가 구비하는 CPU(121a)가 기억 장치(121c) 내에 격납된 복수의 프로세스 레시피 중으로부터 기판 처리의 내용에 따라 적절한 프로세스 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하는 것에 의해 1대(臺)의 기판 처리 장치로 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적으로 또한 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한 오퍼레이터의 조작 부담(처리 순서나 처리 조건 등의 입력 부담 등)을 저감할 수 있고, 조작 실수를 회피하면서 기판 처리를 신속하게 시작할 수 있게 된다.
또한 본 개시는 예컨대 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피를 변경하는 것으로도 실현할 수 있다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우에는 본 개시에 따른 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 개재하여 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또한 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하여 그 프로세스 레시피 자체를 본 개시에 따른 프로세스 레시피로 변경하는 것도 가능하다.
또한 본 개시는 예컨대 3차원 구조를 가지는 NAND형 플래시 메모리나 DRAM 등의 워드 라인 부분에 이용할 수 있다.
이상, 본 개시의 다양한 전형적인 실시 형태를 설명했지만 본 개시는 그러한 실시 형태에 한정되지 않고, 적절히 조합해서도 이용할 수 있다.
10: 기판 처리 장치 121:컨트롤러
200: 웨이퍼(기판) 201: 처리실

Claims (20)

  1. 기판을 처리하는 처리 영역을 포함하는 처리 용기;
    제1 가스를 상기 기판에 공급하는 제1 공(孔)이 상기 처리 영역의 모든 영역에 걸쳐서 설치된 제1 노즐;
    상기 제1 가스와 반응하는 제2 가스를 상기 기판에 공급하는 제2 공이 상기 처리 영역의 모든 영역에 걸쳐서 설치된 제2 노즐;
    상기 제1 가스의 흡착을 저해하는 흡착 저해 가스를 상기 기판에 공급하는 제3 공이 상기 처리 영역의 일부에 대응하도록 설치된 제3 노즐; 및
    상기 제1 가스, 상기 제2 가스, 상기 흡착 저해 가스를 각각 상기 제1 노즐과 상기 제2 노즐 및 상기 제3 노즐을 개재하여 상기 기판에 공급하는 것이 가능한 가스 공급 시스템
    을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 공은, 상기 제3 노즐의 상기 처리 영역의 하단측의 상기 기판에 대응하는 위치에 설치되는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3 노즐의 상기 처리 영역의 상단측의 상기 기판에 대응하는 위치에는 제4 공이 더 설치되는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 공의 개구율(開口率)은 상기 제4 공의 개구율보다 크게 구성되는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 노즐은 상기 제1 노즐과 상기 제2 노즐보다 짧은 길이로 구성되는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3 공은, 상기 제3 노즐의 상기 처리 영역의 상단측의 상기 기판에 대응하는 위치에 설치되는 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제3 공은, 상기 제3 노즐의 상기 처리 영역의 중간 영역의 상기 기판에 대응하는 위치에 설치되는 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제3 공은, 상기 제3 노즐의 상기 처리 영역의 더미 기판이 설치된 위치에 대응하는 위치에 설치되는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 공은, 상기 제3 노즐의 상기 더미 기판이 조밀하게 또는 매수가 비교적 많게 설치된 위치에 대응하는 위치에 설치되고, 상기 제3 노즐의, 상기 더미 기판이 엉성하게 설치되거나 또는 매수가 비교적 적게 설치된 위치에 대응하는 위치에는 제4 공이 더 설치되는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 공의 개구율은 상기 제4 공의 개구율보다 크게 구성되는 기판 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제3 공은, 상기 제3 노즐의 상기 처리 영역에 설치된 상기 기판의 밀도가 높은 위치에 대응하는 위치에 설치되는 기판 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급 시스템을 제어 가능하도록 구성된 제어부를 포함하는 기판 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기판에 제3 가스를 공급하는 제4 노즐을 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    (a) 상기 기판에 대하여 상기 제1 가스를 공급하는 처리;
    (b) 상기 기판에 대하여 상기 제2 가스를 공급하는 처리;
    (c) 상기 기판에 대하여 상기 흡착 저해 가스를 공급하는 처리;
    (d) 상기 기판에 대하여 상기 제3 가스를 공급하는 처리; 및
    (e) (a)와 (d)를 일부 병행해서 수행한 후 (c)를 수행하고, 그 후 (b)를 수행하는 처리
    를 수행하도록 상기 가스 공급 시스템을 제어 가능하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 기판에 제3 가스를 공급하는 제4 노즐을 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    (a) 상기 기판에 대하여 상기 제1 가스를 공급하는 처리;
    (b) 상기 기판에 대하여 상기 제2 가스를 공급하는 처리;
    (c) 상기 기판에 대하여 상기 흡착 저해 가스를 공급하는 처리;
    (d) 상기 기판에 대하여 상기 제3 가스를 공급하는 처리; 및
    (f) (a)와 (d)를 일부 병행해서 수행한 후, (a)와 (c)를 병행해서 수행하고, 그 후 (b)를 수행하는 처리
    를 수행하도록 상기 가스 공급 시스템을 제어 가능하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 기판에 제3 가스를 공급하는 제4 노즐을 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    (a) 상기 기판에 대하여 상기 제1 가스를 공급하는 처리;
    (b) 상기 기판에 대하여 상기 제2 가스를 공급하는 처리;
    (c) 상기 기판에 대하여 상기 흡착 저해 가스를 공급하는 처리;
    (d) 상기 기판에 대하여 상기 제3 가스를 공급하는 처리; 및
    (g) (a)와 (d)를 일부 병행해서 수행한 후 (b)를 수행하고, 그 후 (c)를 수행하는 처리
    를 수행하도록 상기 가스 공급 시스템을 제어 가능하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    (h) (e) 후에 (c)를 수행하도록 상기 가스 공급 시스템을 제어 가능하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가스는 할로겐을 포함하는 가스이며,
    상기 제2 가스는 환원 가스이며,
    상기 흡착 저해 가스는 할로겐을 포함하는 가스인 기판 처리 장치.
  18. 제1 가스를 공급하는 제1 공이 기판을 처리하는 처리 영역의 모든 영역에 걸쳐서 설치된 제1 노즐과, 상기 제1 가스와 반응하는 제2 가스를 공급하는 제2 공이 상기 처리 영역의 모든 영역에 걸쳐서 설치된 제2 노즐과, 상기 제1 가스의 흡착을 저해하는 흡착 저해 가스를 공급하는 제3 공이 상기 처리 영역의 일부에 대응하도록 설치된 제3 노즐을 구비하는 처리 용기 내에서,
    상기 기판에 대하여 상기 제1 가스를 공급하는 공정;
    상기 기판에 대하여 상기 제2 가스를 공급하는 공정; 및
    상기 기판에 대하여 상기 흡착 저해 가스를 공급하는 공정
    을 포함하는 기판 처리 방법.
  19. 제1 가스를 공급하는 제1 공이 기판을 처리하는 처리 영역의 모든 영역에 걸쳐서 설치된 제1 노즐과, 상기 제1 가스와 반응하는 제2 가스를 공급하는 제2 공이 상기 처리 영역의 모든 영역에 걸쳐서 설치된 제2 노즐과, 상기 제1 가스의 흡착을 저해하는 흡착 저해 가스를 공급하는 제3 공이 상기 처리 영역의 일부에 대응하도록 설치된 제3 노즐을 구비하는 처리 용기 내에서,
    상기 기판에 대하여 상기 제1 가스를 공급하는 공정;
    상기 기판에 대하여 상기 제2 가스를 공급하는 공정; 및
    상기 기판에 대하여 상기 흡착 저해 가스를 공급하는 공정;
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 제1 가스를 공급하는 제1 공이 기판을 처리하는 처리 영역의 모든 영역에 걸쳐서 설치된 제1 노즐과, 상기 제1 가스와 반응하는 제2 가스를 공급하는 제2 공이 상기 처리 영역의 모든 영역에 걸쳐서 설치된 제2 노즐과, 상기 제1 가스의 흡착을 저해하는 흡착 저해 가스를 공급하는 제3 공이 상기 처리 영역의 일부에 대응하도록 설치된 제3 노즐을 구비하는 기판 처리 장치의 처리 용기 내에서,
    상기 기판에 대하여 상기 제1 가스를 공급하는 순서;
    상기 기판에 대하여 상기 제2 가스를 공급하는 순서; 및
    상기 기판에 대하여 상기 흡착 저해 가스를 공급하는 순서;
    를 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
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