KR20220164417A - 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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가츠마사 야마구치
츠바사 요코이
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

하지층에 대한 대미지를 억제하면서, 하지층 상에 몰리브덴막을 형성할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 성막 방법은, 절연막이 형성된 기판을 준비하는 공정과, 상기 기판을 제1 온도로 가열한 상태에서 상기 기판에 몰리브덴 함유 가스 및 환원 가스를 공급하여 상기 절연막 상에 제1 몰리브덴막을 형성하는 공정과, 상기 기판을 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열한 상태에서 상기 기판에 몰리브덴 함유 가스 및 환원 가스를 공급하여 상기 제1 몰리브덴막 상에 제2 몰리브덴막을 형성하는 공정을 갖는다.

Description

성막 방법 및 성막 장치{FILM FORMING METHOD AND FILM FORMING APPARATUS}
본 개시는, 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼의 표면에 배선 패턴을 형성하기 위해 혹은 배선간 등의 오목부나 콘택트용의 오목부를 매립하기 위해, 금속 혹은 금속 화합물을 퇴적시켜 박막을 형성하는 것이 행해지고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 반도체 웨이퍼에 텅스텐 함유 가스와 환원 가스를 교호로 공급함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면에 형성된 매립 구멍에 텅스텐막을 형성하는 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2003-193233호 공보
본 개시는, 하지층에 대한 대미지를 억제하면서, 하지층 상에 몰리브덴막을 형성할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 성막 방법은, 절연막이 형성된 기판을 준비하는 공정과, 상기 기판을 제1 온도로 가열한 상태에서 상기 기판에 몰리브덴 함유 가스 및 환원 가스를 공급하여 상기 절연막 상에 제1 몰리브덴막을 형성하는 공정과, 상기 기판을 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열한 상태에서 상기 기판에 몰리브덴 함유 가스 및 환원 가스를 공급하여 상기 제1 몰리브덴막 상에 제2 몰리브덴막을 형성하는 공정을 갖는다.
본 개시에 의하면, 하지층에 대한 대미지를 억제하면서, 하지층 상에 몰리브덴막을 형성할 수 있다.
도 1은 실시 형태의 성막 방법의 일례를 나타내는 흐름도.
도 2는 실시 형태의 성막 방법의 일례를 도시하는 공정 단면도.
도 3은 실시 형태의 성막 방법을 실시하는 성막 장치의 일례를 도시하는 도면.
도 4는 몰리브덴막의 막 중 산소 농도의 측정 결과를 도시하는 도면.
도 5는 몰리브덴막의 비저항의 측정 결과를 도시하는 도면.
도 6은 MoO2Cl2 가스 및 H2 가스를 사용하여 몰리브덴막을 형성할 때의 각종 반응의 깁스 에너지의 변화량의 해석 결과를 도시하는 도면.
이하, 첨부의 도면을 참조하면서, 본 개시의 한정적이지 않은 예시의 실시 형태에 대하여 설명한다. 첨부의 전체 도면 중, 동일하거나 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일하거나 또는 대응하는 참조 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
〔몰리브덴(Mo)막〕
몰리브덴막은, 저저항의 막이며, 불소 비함유 가스를 사용하여 형성할 수 있기 때문에, MOSFET 게이트 전극, 소스ㆍ드레인과의 콘택트, 메모리의 워드선 등에 대한 적용이 주목받고 있다.
몰리브덴막은, 예를 들어 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법, 화학 기상 퇴적(CVD: Chemical Vapor Deposition)법에 의해 형성된다. ALD법, CVD법에 의해 하지층, 예를 들어 NAND 메모리의 블록 산화막 상에 몰리브덴막을 형성하는 경우, 이산화이염화몰리브덴(MoO2Cl2) 가스 등의 몰리브덴 함유 가스와 수소(H2) 가스 등의 환원 가스가 하지층에 공급된다. 이때, 성막의 처리 단계에서는, 하지층의 표면이 노출되어 있기 때문에, 하지층의 표면이 환원 가스에 노출된다. 그 때문에, 하지층에 포함되는 산소가 환원 가스에 의해 빠져나가, 하지층의 특성이 열화되는 경우가 있다.
그래서, 본 개시는, 하지층에 대한 대미지를 억제하면서, 하지층 상에 몰리브덴막을 형성할 수 있는 기술을 제공한다.
〔성막 방법〕
도 1 및 도 2를 참조하여, 실시 형태의 성막 방법의 일례에 대하여 설명한다. 도 1은 실시 형태의 성막 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다. 도 2는 실시 형태의 성막 방법의 일례를 도시하는 공정 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실시 형태의 성막 방법은, 기판을 준비하는 공정 S1과, 제1 몰리브덴막을 형성하는 공정 S2와, 제2 몰리브덴막을 형성하는 공정 S3을 이 순으로 실시함으로써, 기판에 몰리브덴막을 형성하는 것을 포함한다. 몰리브덴막은, 예를 들어 NAND 메모리의 워드선으로서 이용할 수 있다.
기판을 준비하는 공정 S1은, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 절연막(101)이 형성된 기판(100)을 준비하는 것을 포함한다. 기판(100)은, 예를 들어 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼이다. 절연막(101)은, 예를 들어 NAND 메모리의 블록 산화막이어도 되고, 예를 들어 알루미늄 산화물(AlO) 등의 금속 산화물에 의해 형성된다.
제1 몰리브덴막을 형성하는 공정 S2는, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 절연막(101) 상에 제1 몰리브덴막(102)을 형성하는 것을 포함한다. 제1 몰리브덴막(102)은, 후술하는 제2 몰리브덴막(103)보다 막 중 산소 농도가 높은 막이다. 제1 몰리브덴막(102)은, 예를 들어 ALD법, CVD법에 의해, 기판 온도를 제1 온도로 조정한 상태에서, 기판(100)에 몰리브덴 함유 가스 및 환원 가스를 공급함으로써, 절연막(101) 상에 형성된다. 제1 온도는, 후술하는 제2 몰리브덴막(103)을 형성하는 공정 S2에 있어서의 기판 온도보다 낮은 온도이다. 몰리브덴 함유 가스는, 예를 들어 MoO2Cl2 가스이다. 환원 가스는, 예를 들어 H2 가스이다.
제2 몰리브덴막을 형성하는 공정 S3은, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 제1 몰리브덴막(102) 상에 제2 몰리브덴막(103)을 형성하는 것을 포함한다. 제2 몰리브덴막(103)은, 제1 몰리브덴막(102)보다 막 중 산소 농도가 낮은 막이다. 제2 몰리브덴막(103)은, 예를 들어 ALD법, CVD법에 의해, 기판 온도를 제2 온도로 조정한 상태에서, 기판(100)에 몰리브덴 함유 가스 및 환원 가스를 공급함으로써, 제1 몰리브덴막(102) 상에 형성된다. 제2 온도는, 제1 온도보다 높은 온도이다. 제1 온도와 제2 온도의 온도차는, 예를 들어 20℃ 내지 300℃이다. 몰리브덴 함유 가스는, 제1 몰리브덴막을 형성하는 공정 S2에서 사용되는 몰리브덴 함유 가스와 동일해도 되고, 예를 들어 MoO2Cl2 가스이다. 단, 몰리브덴 함유 가스는, 제1 몰리브덴막을 형성하는 공정 S2에서 사용되는 몰리브덴 함유 가스와 달라도 된다. 환원 가스는, 제1 몰리브덴막을 형성하는 공정 S2에서 사용되는 환원 가스와 동일해도 되고, 예를 들어 H2 가스이다. 단, 환원 가스는, 제1 몰리브덴막을 형성하는 공정 S2에서 사용되는 환원 가스와 달라도 된다.
이상에 설명한 바와 같이, 실시 형태의 성막 방법에 의하면, 절연막(101) 상에 제1 온도에서 제1 몰리브덴막(102)을 형성한 후, 제1 몰리브덴막(102) 상에 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 제2 몰리브덴막(103)을 형성한다. 즉, 절연막(101) 상에 몰리브덴막을 형성할 때, 초기 단계에서는 상대적으로 낮은 온도에서 몰리브덴막을 형성한다. 이에 의해, 절연막(101)의 표면이 노출된 초기 단계에 있어서의 환원 가스에 의한 환원력이 약해진다. 그 때문에, 환원 가스에 의한 절연막(101) 중의 산소의 빠져나감이 억제된다. 그 결과, 절연막(101) 중의 산소의 빠져나감에 기인하는 절연막(101)의 특성의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 제2 몰리브덴막을 형성하는 공정 S3에서는, 제1 몰리브덴막을 형성하는 공정 S2보다 높은 온도에서 몰리브덴막을 형성하므로, 환원 가스에 의한 환원력이 강해지지만, 절연막(101)의 표면이 제1 몰리브덴막(102)으로 덮여 있다. 그 때문에, 환원 가스에 의한 절연막(101) 중의 산소의 빠져나감이 억제된다. 그 결과, 절연막(101) 중의 산소의 빠져나감에 기인하는 절연막(101)의 특성의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 제2 몰리브덴막(103)은, 제1 몰리브덴막(102)에 비해 막 중 산소 농도가 낮기 때문에, 제1 몰리브덴막(102)에 비해 저저항이다. 그 때문에, 제1 몰리브덴막(102)을 얇게 형성하고, 제2 몰리브덴막(103)을 두껍게 형성함으로써, 저저항의 몰리브덴막(제1 몰리브덴막(102)과 제2 몰리브덴막(103)의 적층막)을 형성할 수 있다.
또한, 실시 형태의 성막 방법에 의하면, MoO2Cl2 가스 및 H2 가스를 사용한 ALD법, CVD법에 의해, 제1 몰리브덴막(102) 및 제2 몰리브덴막(103)을 형성한다. 즉, 불소 비함유 가스를 사용하여 몰리브덴막을 형성한다. 그 때문에, 몰리브덴막을 형성할 때 노출되어 있는 막(예를 들어, SiO2막)이 불소에 의한 대미지를 받는 것을 억제할 수 있다.
〔성막 장치〕
도 3을 참조하여, 실시 형태의 성막 방법을 실시 가능한 성막 장치의 일례에 대하여 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 성막 장치(1)는, 복수의 기판에 대하여 한 번에 처리를 행하는 배치식의 장치이다.
성막 장치(1)는, 처리 용기(10), 가스 공급부(30), 배기부(40), 가열부(50), 제어부(80) 등을 갖는다.
처리 용기(10)는, 내부를 감압 가능하다. 처리 용기(10)는, 기판(100)을 수용한다. 기판(100)은, 예를 들어 반도체 웨이퍼이다. 처리 용기(10)는, 내부관(11), 외부관(12) 등을 포함한다. 내부관(11)은, 하단이 개방된 천장이 있는 원통 형상을 갖는다. 외부관(12)은, 하단이 개방되어 내부관(11)의 외측을 덮는 천장이 있는 원통 형상을 갖는다. 내부관(11) 및 외부관(12)은, 석영 등의 내열성 재료에 의해 형성되어 있고, 동축상으로 배치되어 2중관 구조로 되어 있다.
내부관(11)의 천장은, 예를 들어 평탄하게 되어 있다. 내부관(11)의 일측에는, 그 긴 쪽 방향(상하 방향)을 따라 가스 노즐을 수용하는 수용부(13)가 형성되어 있다. 수용부(13)는, 내부관(11)의 측벽의 일부를 외측으로 향하게 하여 돌출시켜 형성된 볼록부(14) 내의 영역이다.
수용부(13)에 대향시켜 내부관(11)의 반대측의 측벽에는, 그 긴 쪽 방향(상하 방향)을 따라 직사각 형상의 개구(15)가 형성되어 있다.
개구(15)는, 내부관(11) 내의 가스를 배기할 수 있도록 형성된 가스 배기구이다. 개구(15)의 길이는, 보트(16)의 길이와 동일하거나, 또는, 보트(16)의 길이보다 길게 상하 방향으로 각각 연장되도록 하여 형성되어 있다.
처리 용기(10)의 하단은, 예를 들어 스테인리스강에 의해 형성되는 원통 형상의 매니폴드(17)에 의해 지지되어 있다. 매니폴드(17)의 상단에는 플랜지(18)가 형성되어 있고, 플랜지(18) 상에 외부관(12)의 하단을 설치하여 지지하도록 되어 있다. 플랜지(18)와 외부관(12)과의 하단 사이에는 O링 등의 시일 부재(19)를 개재시켜 외부관(12) 내를 기밀 상태로 하고 있다.
매니폴드(17)의 상부의 내벽에는, 원환상의 지지부(20)가 마련되어 있고, 지지부(20) 상에 내부관(11)의 하단을 설치하여 지지하도록 되어 있다. 매니폴드(17)의 하단의 개구에는, 덮개체(21)가 O링 등의 시일 부재(22)를 통해 기밀하게 설치되어 있어, 처리 용기(10)의 하단의 개구, 즉, 매니폴드(17)의 개구를 기밀하게 폐색하도록 되어 있다. 덮개체(21)는, 예를 들어 스테인리스강에 의해 형성된다.
덮개체(21)의 중앙부에는, 자성 유체 시일(23)을 통해 보트(16)를 회전 가능하게 지지하는 회전축(24)이 관통시켜 마련되어 있다. 회전축(24)의 하부는, 보트 엘리베이터로 이루어지는 승강 기구(25)의 암(25A)에 회전 가능하게 지지되어 있다.
회전축(24)의 상단에는 회전 플레이트(26)가 마련되어 있고, 회전 플레이트(26) 상에 석영제의 보온대(27)를 통해 기판(100)을 보유 지지하는 보트(16)가 적재되도록 되어 있다. 따라서, 승강 기구(25)를 승강시킴으로써 덮개체(21)와 보트(16)는 일체로서 상하 이동하고, 보트(16)를 처리 용기(10) 내에 대하여 삽입 분리할 수 있도록 되어 있다. 보트(16)는, 처리 용기(10) 내에 수용 가능하고, 복수(예를 들어, 50 내지 150매)의 기판(100)을 상하 방향으로 간격을 두고 대략 수평으로 보유 지지한다.
가스 공급부(30)는, 가스 노즐(31)을 포함한다. 가스 노즐(31)은, 예를 들어 석영제이다. 가스 노즐(31)은, 내부관(11) 내에 그 긴쪽 방향을 따라서 마련되고, 그 기단이 L자상으로 굴곡되어 매니폴드(17)를 관통하도록 하여 지지되어 있다. 가스 노즐(31)은, 그 긴 쪽 방향을 따라서 복수의 가스 구멍(32)을 갖고, 복수의 가스 구멍(32)으로부터 각종 처리 가스를 수평 방향으로 토출한다. 복수의 가스 구멍(32)은, 예를 들어 보트(16)에 지지되는 기판(100)의 간격과 동일한 간격으로 배치된다. 각종 처리 가스는, 실시 형태의 성막 방법에 있어서 사용되는 가스, 예를 들어 몰리브덴 함유 가스, 환원 가스 등을 포함한다.
또한, 도 3의 예에서는, 가스 공급부(30)가 1개의 가스 노즐(31)을 포함하는 경우를 설명하였지만 가스 노즐의 수는 한정되지 않는다. 예를 들어, 가스 공급부(30)는, 복수의 가스 노즐을 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 각종 처리 가스는, 동일한 가스 노즐로부터 토출되어도 되고, 다른 가스 노즐로부터 토출되어도 된다.
배기부(40)는, 내부관(11) 내로부터 개구(15)를 통해 배출되어, 내부관(11)과 외부관(12) 사이의 공간 P1을 통해 가스 출구(41)로부터 배출되는 가스를 배기한다. 가스 출구(41)는, 매니폴드(17)의 상부의 측벽이며, 지지부(20)의 상방에 형성되어 있다. 가스 출구(41)에는, 배기 통로(42)가 접속되어 있다. 배기 통로(42)에는, 압력 조정 밸브(43) 및 진공 펌프(44)가 순차적으로 개재 마련되어, 처리 용기(10) 내를 배기할 수 있도록 되어 있다.
가열부(50)는, 외부관(12)의 주위에 마련되어 있다. 가열부(50)는, 예를 들어 베이스 플레이트(28) 상에 마련되어 있다. 가열부(50)는, 외부관(12)을 덮도록 원통 형상을 갖는다. 가열부(50)는, 예를 들어 발열체를 포함하여, 처리 용기(10) 내의 기판(100)을 가열한다.
제어부(80)는, 성막 장치(1)의 각 부의 동작을 제어하도록 구성된다. 제어부(80)는, 예를 들어 컴퓨터여도 된다. 성막 장치(1)의 각 부의 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은, 기억 매체(90)에 기억되어 있다. 기억 매체(90)는, 예를 들어 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 하드 디스크, 플래시 메모리, DVD 등이어도 된다.
〔성막 장치의 동작〕
성막 장치(1)에 있어서 실시 형태의 성막 방법을 실시하는 경우의 동작의 일례에 대하여 설명한다.
먼저, 제어부(80)는, 승강 기구(25)를 제어하여, 절연막(101)이 형성된 복수의 기판(100)을 보유 지지한 보트(16)를 처리 용기(10) 내에 반입하고, 덮개체(21)에 의해 처리 용기(10)의 하단의 개구를 기밀하게 폐색하여, 밀폐한다.
계속해서, 제어부(80)는, 제1 몰리브덴막을 형성하는 공정 S2를 실행하도록, 가스 공급부(30), 배기부(40), 가열부(50) 등을 제어한다. 구체적으로는, 먼저, 제어부(80)는, 배기부(40)를 제어하여 처리 용기(10) 내를 소정의 압력으로 감압하고, 가열부(50)를 제어하여 기판 온도를 제1 온도로 안정화시킨다. 다음으로, 제어부(80)는, 가스 공급부(30)를 제어하여 처리 용기(10) 내에 몰리브덴 함유 가스와 환원 가스를 교호로 반복하여 공급한다. 이에 의해, 절연막(101) 상에 제1 몰리브덴막(102)이 형성된다. 또한, 몰리브덴 함유 가스의 공급과 환원 가스의 공급 사이에, 퍼지 가스의 공급을 행해도 된다.
계속해서, 제어부(80)는, 제2 몰리브덴막을 형성하는 공정 S3을 실행하도록, 가스 공급부(30), 배기부(40), 가열부(50) 등을 제어한다. 구체적으로는, 먼저, 제어부(80)는, 배기부(40)를 제어하여 처리 용기(10) 내를 소정의 압력으로 감압하고, 가열부(50)를 제어하여 기판 온도를 제2 온도로 안정화시킨다. 다음으로, 제어부(80)는, 가스 공급부(30)를 제어하여 처리 용기(10) 내에 몰리브덴 함유 가스와 환원 가스를 교호로 반복하여 공급한다. 이에 의해, 제1 몰리브덴막(102) 상에 제2 몰리브덴막(103)이 형성된다. 또한, 몰리브덴 함유 가스의 공급과 환원 가스의 공급 사이에, 퍼지 가스의 공급을 행해도 된다.
계속해서, 제어부(80)는, 승강 기구(25)를 제어하여, 보트(16)를 처리 용기(10) 내로부터 반출한다.
이상에 의해, 성막 장치(1)에 있어서 실시 형태의 성막 방법에 의해 절연막(101) 상에 몰리브덴막(제1 몰리브덴막(102) 및 제2 몰리브덴막(103))을 형성할 수 있다.
〔실험 결과〕
(막 중 산소 농도)
기판 온도를 변경하여 몰리브덴막을 형성하였을 때의 몰리브덴막의 막 중 산소 농도의 변화를 확인한 실험 결과에 대하여 설명한다.
먼저, 절연막인 AlO막이 형성된 기판을 530℃로 가열한 상태에서, 몰리브덴 함유 가스인 MoO2Cl2 가스 및 환원 가스인 H2 가스를 사용한 ALD법에 의해, AlO막 상에 몰리브덴막(저온 몰리브덴막)을 형성하였다.
또한, AlO막이 형성된 기판을 580℃로 가열한 상태에서, MoO2Cl2 가스 및 H2 가스를 사용한 ALD법에 의해, AlO막 상에 몰리브덴막(고온 몰리브덴막)을 형성하였다.
다음으로, 2차 이온 질량 분석(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)에 의해, 형성한 몰리브덴막의 막 중 산소 농도를 측정하였다.
도 4는 몰리브덴막의 막 중 산소 농도의 측정 결과를 도시하는 도면이다. 도 4 중, 횡축은 몰리브덴막의 두께 방향의 위치[㎚]를 나타내고, 종축은 몰리브덴막의 막 중 산소 농도[atoms/㎤]를 나타낸다. 도 4 중, 파선은 저온 몰리브덴막(530℃에서 형성된 몰리브덴막)의 결과를 나타내고, 실선은 고온 몰리브덴막(580℃에서 형성된 몰리브덴막)의 결과를 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 저온 몰리브덴막은 고온 몰리브덴막보다 막 중 산소 농도가 높음을 알 수 있다. 이 결과로부터, 몰리브덴막을 형성할 때의 온도를 낮게 함으로써, 몰리브덴막의 막 중 산소 농도가 높아지는 것으로 나타났다.
(비저항)
기판 온도를 변경하여 몰리브덴막을 형성하였을 때의 몰리브덴막의 비저항의 변화를 확인한 실험 결과에 대하여 설명한다.
먼저, AlO막이 형성된 기판을 530℃로 가열한 상태에서, MoO2Cl2 가스 및 H2 가스를 사용한 ALD법에 의해, AlO막 상에 몰리브덴막(저온 몰리브덴막)을 형성하였다. 형성한 저온 몰리브덴막의 막 두께는, 8㎚, 17㎚이다.
또한, AlO막이 형성된 기판을 580℃로 가열한 상태에서, MoO2Cl2 가스 및 H2 가스를 사용한 ALD법에 의해, AlO막 상에 몰리브덴막(고온 몰리브덴막)을 형성하였다. 형성한 고온 몰리브덴막의 막 두께는, 11㎚, 13㎚, 17㎚, 21㎚이다.
또한, AlO막이 형성된 기판에, 저온 몰리브덴막 및 고온 몰리브덴막을 이 순으로 형성함으로써 몰리브덴 적층막을 형성하였다. 형성한 몰리브덴 적층막의 합계의 막 두께는, 19.5㎚이다.
다음으로, 비저항 측정기에 의해, 형성한 몰리브덴막의 비저항을 측정하였다.
도 5는 몰리브덴막의 비저항의 측정 결과를 도시하는 도면이다. 도 5 중, 횡축은 몰리브덴막의 막 두께[㎚]를 나타내고, 종축은 몰리브덴막의 비저항[μΩ·㎝]을 나타낸다. 도 5 중, 동그라미 표시는 고온 몰리브덴막(580℃에서 형성된 몰리브덴막)의 결과를 나타내고, 삼각 표시는 저온 몰리브덴막(530℃에서 형성된 몰리브덴막)의 결과를 나타낸다. 또한, 마름모형 표시는 몰리브덴 적층막(530℃에서 형성된 몰리브덴막과 580℃에서 형성된 몰리브덴막의 적층막)의 결과를 나타낸다.
도 5에 도시된 바와 같이, 몰리브덴막의 막 두께가 13㎚ 이상인 경우, 저온 몰리브덴막과 고온 몰리브덴막 사이에서, 비저항에 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 몰리브덴 적층막과, 저온 몰리브덴막 및 고온 몰리브덴막 사이에서, 비저항에 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 이들 결과로부터, AlO막과 고온 몰리브덴막 사이에 저온 몰리브덴막을 삽입해도 비저항이 악화되지 않는 것으로 나타났다.
〔시뮬레이션 결과〕
몰리브덴 함유 가스로서 MoO2Cl2 가스, 환원 가스로서 H2 가스를 사용하여 몰리브덴막을 형성할 때의 각종 반응의 깁스 에너지의 변화량 ΔG를 시뮬레이션에 의해 해석하였다. 깁스 에너지의 변화량 ΔG를 산출함으로써, 자발적인 반응의 진행 정도를 판단할 수 있다. 구체적으로는, ΔG<0의 경우, 자발적인 반응이 진행된다고 판단할 수 있고, ΔG의 절댓값이 클수록 자발적인 반응이 진행되기 쉽다고 판단할 수 있다. 또한, ΔG=0의 경우, 평형 상태에 있다고 판단할 수 있다. 또한, ΔG>0의 경우, 자발적인 반응이 진행되지 않는다고 판단할 수 있다.
도 6은 MoO2Cl2 가스 및 H2 가스를 사용하여 몰리브덴막을 형성할 때의 각종 반응의 깁스 에너지의 변화량의 해석 결과를 도시하는 도면이다. 도 6 중, 횡축은 온도[℃]를 나타내고, 종축은 깁스 에너지의 변화량[kJ/mol]을 나타낸다. 도 6에 있어서, 실선은, 이하의 식 (1)로 나타내어지는 반응, 즉, 몰리브덴(Mo)이 퇴적되는 반응에서의 해석 결과를 나타낸다. 파선은, 이하의 식 (2)로 나타내어지는 반응, 즉, 이산화몰리브덴(MoO2)이 퇴적되는 반응에서의 해석 결과를 나타낸다.
Figure pat00001
Figure pat00002
도 6에 도시된 바와 같이, 온도가 0℃ 내지 1000℃인 경우, 식 (1)로 나타내어지는 반응 및 식 (2)로 나타내어지는 반응에 있어서의 깁스 에너지의 변화량이 0보다 작은 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 식 (1)로 나타내어지는 반응 및 식 (2)로 나타내어지는 반응은, 모두 자발적으로 진행된다고 판단할 수 있다.
또한, 식 (1)에 나타내어지는 반응에서는 온도를 낮출수록 깁스 에너지의 변화량의 절댓값이 작아지는 것에 반해, 식 (2)에 나타내어지는 반응에서는 온도를 낮출수록 깁스 에너지의 변화량의 절댓값이 커지는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 온도를 낮춤으로써, 식 (2)로 나타내어지는 반응이 진행되기 쉬워진다고 판단할 수 있다. 바꾸어 말하면, 온도를 낮춤으로써, MoO2가 퇴적되는 반응이 진행되기 쉬워져, 막 중 산소 농도가 높은 몰리브덴막이 형성된다고 판단할 수 있다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 성막 장치가 복수의 기판에 대하여 한 번에 처리를 행하는 배치식의 장치인 경우를 설명하였지만, 본 개시는 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 성막 장치는 기판을 1매씩 처리하는 매엽식의 장치여도 된다. 또한, 예를 들어 성막 장치는 처리 용기 내의 회전 테이블 상에 배치한 복수의 기판을 회전 테이블에 의해 공전시켜, 제1 가스가 공급되는 영역과 제2 가스가 공급되는 영역을 순번대로 통과시켜 기판에 대하여 처리를 행하는 세미 배치식의 장치여도 된다. 또한, 예를 들어 성막 장치는 1개의 처리 용기 내에 복수의 적재대를 구비한 복수 매엽 성막 장치여도 된다.

Claims (6)

  1. 절연막이 형성된 기판을 준비하는 공정과,
    상기 기판을 제1 온도로 가열한 상태에서 상기 기판에 몰리브덴 함유 가스 및 환원 가스를 공급하여 상기 절연막 상에 제1 몰리브덴막을 형성하는 공정과,
    상기 기판을 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열한 상태에서 상기 기판에 몰리브덴 함유 가스 및 환원 가스를 공급하여 상기 제1 몰리브덴막 상에 제2 몰리브덴막을 형성하는 공정을
    갖는, 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 몰리브덴막은, 상기 제2 몰리브덴막보다 막 중 산소 농도가 높은, 성막 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 절연막은, 블록 산화막에 의해 형성되는, 성막 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰리브덴 함유 가스는, MoO2Cl2 가스인, 성막 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환원 가스는, H2 가스인, 성막 방법.
  6. 기판을 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 처리 용기 내의 기판을 가열하는 가열부와,
    제어부를
    구비하고,
    상기 제어부는,
    절연막이 형성된 기판을 제1 온도로 가열하고, 상기 처리 용기 내에 몰리브덴 함유 가스 및 환원 가스를 공급하여 상기 기판에 형성된 절연막 상에 제1 몰리브덴막을 형성하는 공정과,
    상기 기판을 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하고, 상기 처리 용기 내에 상기 몰리브덴 함유 가스 및 상기 환원 가스를 공급하여 상기 제1 몰리브덴막 상에 제2 몰리브덴막을 형성하는 공정을
    실행하도록 상기 가스 공급부 및 상기 가열부를 제어하도록 구성되는, 성막 장치.
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