KR20230044316A - 기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램 - Google Patents

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

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KR20230044316A
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다케오 하나시마
기요히사 이시바시
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

(a) 표면에 오목부가 마련된 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과, (b) 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 기판 상에 막을 형성하는 공정을 갖고, (a)에서는, 기판에 대하여 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건보다도, 원료 가스의 자기 분해를 억제 가능한 처리 조건으로 한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
본 개시는, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판에 대하여 원료 가스나 반응 가스를 공급하여, 기판 상에 막을 형성하는 기판 처리 공정이 행하여지는 경우가 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2014-208883호 공보
본 개시는, 기판 상에 형성되는 막의 성막 레이트를 저하시키지 않고, 단차 피복성(스텝 커버리지)를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 양태에 의하면,
(a) 표면에 오목부가 마련된 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과,
(b) 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정
을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 갖고,
(a)에서는, 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 최초로 상기 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 2회째 이후에 상기 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건보다도, 상기 원료 가스의 자기 분해를 억제 가능한 처리 조건으로 하는 기술이 제공된다.
본 개시에 의하면, 기판 상에 형성되는 막의 성막 레이트를 저하시키지 않고, 스텝 커버리지를 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 개시의 일 양태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 종단면도로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 양태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 양태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러(121)의 개략 구성도이며, 컨트롤러(121)의 제어계를 블록도로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 양태에서의 성막 시퀀스를 나타내는 흐름도이며, 원료 가스, 반응 가스 및 불활성 가스의 공급 타이밍과 원료 가스 분압의 추이를 도시하는 도면이다.
도 5의 (a)는, 본 개시의 일 양태에서의 성막 시퀀스의 스텝 A의 초기 단계에서, 오목부 내에 초기층이 형성된 후의 웨이퍼(200)의 표면에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (b)는, 본 개시의 일 양태에서의 성막 시퀀스의 스텝 A에서, 오목부 내에 제1층이 형성된 후의 웨이퍼(200)의 표면에서의 단면 부분 확대도이다.
<본 개시의 일 양태>
이하, 본 개시의 일 양태에 대해서, 주로 도 1 내지 도 4를 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 도면은, 모두 모식적인 것이며, 도면 상의 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은, 현실의 것과 반드시 일치하는 것은 아니다. 또한, 복수의 도면의 상호간에 있어서도, 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은 반드시 일치하는 것은 아니다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시하는 바와 같이, 처리로(202)는 온도 조정기(가열부)로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판에 지지됨으로써 수직으로 거치되어 있다. 히터(207)는, 가스를 열로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원상으로 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되며, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)과 동심원상으로 매니폴드(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스강(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성되며, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부는, 반응관(203)의 하단부에 걸림 결합하고 있어, 반응관(203)을 지지하도록 구성되어 있다. 매니폴드(209)와 반응관(203)의 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 마련되어 있다. 반응관(203)은 히터(207)와 마찬가지로 수직으로 거치되어 있다. 주로, 반응관(203)과 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 통 중공부에는 처리실(201)이 형성된다. 처리실(201)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수용 가능하게 구성되어 있다. 이 처리실(201) 내에서 웨이퍼(200)에 대한 처리가 행해진다.
처리실(201) 내에는, 제1 내지 제3 공급부로서의 노즐(249a 내지 249c)이, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 각각 마련되어 있다. 노즐(249a 내지 249c)을, 각각 제1 내지 제3 노즐이라고도 칭한다. 노즐(249a 내지 249c)은, 예를 들어 석영 또는 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되어 있다. 노즐(249a 내지 249c)에는, 가스 공급관(232a 내지 232c)이 각각 접속되어 있다. 노즐(249a 내지 249c)은 각각 다른 노즐이며, 노즐(249b, 249c) 각각은, 노즐(249a)에 인접해서 마련되어 있다.
가스 공급관(232a 내지 232c)에는, 가스류의 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로 컨트롤러(MFC)(241a 내지 241c) 및 개폐 밸브인 밸브(243a 내지 243c)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232d)이 접속되어 있다. 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232e)이 접속되어 있다. 가스 공급관(232d, 232e)에는, 가스류의 상류측부터 순서대로 MFC(241d, 241e) 및 밸브(243d, 243e)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(232a 내지 232e)은, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 노즐(249a 내지 249c)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에서의 평면으로 보아 원환상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 배열 방향 상방을 향해서 직립되도록 각각 마련되어 있다. 즉, 노즐(249a 내지 249c)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 각각 마련되어 있다. 평면으로 보아, 노즐(249a)은, 처리실(201) 내에 반입되는 웨이퍼(200)의 중심을 사이에 두고 후술하는 배기구(231a)와 일직선 상에 대향하도록 배치되어 있다. 노즐(249b, 249c)은, 노즐(249a)과 배기구(231a)의 중심을 통과하는 직선 L을, 반응관(203)의 내벽(웨이퍼(200)의 외주부)을 따라 양측 사이에 끼워 넣도록 배치되어 있다. 직선 L은, 노즐(249a)과 웨이퍼(200)의 중심을 통과하는 직선이기도 하다. 즉, 노즐(249c)은, 직선 L을 사이에 두고 노즐(249b)과 반대측에 마련되어 있다고 할 수도 있다. 노즐(249b, 249c)은, 직선 L을 대칭 축으로 해서 선 대칭으로 배치되어 있다. 노즐(249a 내지 249c)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250a 내지 250c)이 각각 마련되어 있다. 가스 공급 구멍(250a 내지 250c)은, 각각이 평면으로 보아 배기구(231a)와 대향(대면)하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급 구멍(250a 내지 250c)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되어 있다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 원료 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(232b)으로부터는, 반응 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 또한, 반응 가스는, 원료 가스와는 분자 구조(화학 구조)가 다른 물질이다.
가스 공급관(232d, 232e)으로부터는, 불활성 가스가 각각 MFC(241d, 241e), 밸브(243d, 243e), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 또한, 가스 공급관(232c)으로부터는, 불활성 가스가, MFC(241c), 밸브(243c), 노즐(249c)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 불활성 가스는, 퍼지 가스, 캐리어 가스, 희석 가스 등으로서 작용한다.
주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해 원료 가스 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해 반응 가스 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232c 내지 232e), MFC(241c 내지 241e), 밸브(243c 내지 243e)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다.
또한, 원료 가스 및 반응 가스 각각 혹은 양쪽을 성막 가스라고도 칭하고, 원료 가스 공급계 및 반응 가스 공급계 각각 혹은 양쪽을, 성막 가스 공급계라고도 칭한다.
상술한 각종 가스 공급계 중, 어느 것, 혹은 모든 가스 공급계는, 밸브(243a 내지 243e)나 MFC(241a 내지 241e) 등이 집적되어 이루어지는 집적형 가스 공급 시스템(248)으로서 구성되어 있어도 된다. 집적형 가스 공급 시스템(248)은, 가스 공급관(232a 내지 232e) 각각에 대하여 접속되어, 가스 공급관(232a 내지 232e) 내에의 각종 가스의 공급 동작, 즉, 밸브(243a 내지 243e)의 개폐 동작이나 MFC(241a 내지 241e)에 의한 유량 조정 동작 등이, 후술하는 컨트롤러(121)에 의해 제어되도록 구성되어 있다. 집적형 가스 공급 시스템(248)은, 일체형, 혹은 분할형의 집적 유닛으로서 구성되어 있고, 가스 공급관(232a 내지 232e) 등에 대하여 집적 유닛 단위로 착탈을 행할 수 있어, 집적형 가스 공급 시스템(248)의 메인터넌스, 교환, 증설 등을 집적 유닛 단위로 행하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
반응관(203)의 측벽 하방에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기구(231a)가 마련되어 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 배기구(231a)는, 평면으로 보아, 웨이퍼(200)를 사이에 두고 노즐(249a 내지 249c)(가스 공급 구멍(250a 내지 250c))과 대향(대면)하는 위치에 마련되어 있다. 배기구(231a)는, 반응관(203)의 측벽의 하부로부터 상부를 따라, 즉, 웨이퍼 배열 영역을 따라 마련되어 있어도 된다. 배기구(231a)에는 배기관(231)이 접속되어 있다. 배기관(231)은, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있다. 배기관(231)에는, 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 통해서, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. APC 밸브(244)는, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함해서 생각해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되며, 원반상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220b)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)의 하방에는, 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되며, 시일 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출(반송)하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다.
매니폴드(209)의 하방에는, 시일 캡(219)을 강하시켜 보트(217)를 처리실(201) 내로부터 반출한 상태에서, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 셔터(219s)가 마련되어 있다. 셔터(219s)는, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되며, 원반상으로 형성되어 있다. 셔터(219s)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220c)이 마련되어 있다. 셔터(219s)의 개폐 동작(승강 동작이나 회동 동작 등)은, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 제어된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를, 수평 자세이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜 다단으로 지지하도록, 즉, 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성된다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되는 단열판(218)이 다단으로 지지되어 있다.
반응관(203) 내에는, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 정도를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 된다. 온도 센서(263)는, 반응관(203)의 내벽을 따라 마련되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는, CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 통해서 CPU(121a)와 데이터 교환 가능하게 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 단순히 프로그램이라고도 한다. 또한, 프로세스 레시피를, 단순히 레시피라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우는, 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보유되는 메모리 영역(워크 에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(241a 내지 241e), 밸브(243a 내지 243e), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 온도 센서(263), 히터(207), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 셔터 개폐 기구(115s) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 레시피를 판독하는 것이 가능하게 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, MFC(241a 내지 241e)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243e)의 개폐 동작, APC 밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 셔터 개폐 기구(115s)에 의한 셔터(219s)의 개폐 동작 등을 제어하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는, 외부 기억 장치(123)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 외부 기억 장치(123)는, 예를 들어 HDD 등의 자기 디스크, CD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 SSD 등의 반도체 메모리 등을 포함한다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 단순히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체라는 말을 사용한 경우는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터에의 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용해서 행해도 된다.
(2) 기판 처리 공정
상술한 기판 처리 장치를 사용하여, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판으로서의 웨이퍼(200)에 대하여 처리를 행하는 시퀀스 예, 즉, 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 성막 시퀀스 예에 대해서, 주로 도 4를 사용해서 설명한다. 또한, 본 양태에서는, 웨이퍼(200)로서, 그 표면에 트렌치나 홀 등의 오목부가 마련된 실리콘 기판(실리콘 웨이퍼)을 사용하는 예에 대해서 설명한다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 양태에서의 성막 시퀀스에서는,
표면에 오목부가 마련된 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스를 공급하는 스텝 A와,
웨이퍼(200)에 대하여 반응 가스를 공급하는 스텝 B
를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회, n은 1 이상의 정수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 막을 형성한다.
또한, 본 양태에서의 성막 시퀀스에서는,
스텝 A에서, 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스를 복수회(m회, m은 2 이상의 정수)로 분할해서 공급하고, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건보다도, 원료 가스의 자기 분해를 억제 가능한 처리 조건으로 한다. 또한, 도 4는, 일례로서, 스텝 A에서, 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스를 3회로 분할해서 단속적으로 공급하는 경우(m=3으로 할 경우)를 나타내고 있다.
본 명세서에서는, 상술한 성막 시퀀스를, 편의상 이하와 같이 나타내는 경우도 있다. 이하의 변형예나 다른 양태의 설명에서도 마찬가지의 표기를 사용한다.
(원료 가스×m→반응 가스)×n
또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 스텝 A와, 스텝 B를 교대로 n회(n은 1 이상의 정수) 행할 때, 그들 사이에 처리실(201) 내를 퍼지하는 스텝을 끼우도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 원료 가스를 m회(m은 1 이상의 정수)로 분할해서 간헐 공급할 때도, 그들 사이에 처리실(201) 내를 퍼지하는 스텝을 끼우도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우의 성막 시퀀스는, 이하와 같이 나타낼 수 있다.
[(원료 가스→퍼지)×m→반응 가스→퍼지]×n
또한, 도 4에서는, 본 양태에서의 성막 시퀀스의 일례로서, 원료 가스, 반응 가스 및 불활성 가스 각각의 가스의 공급 타이밍의 일례와, 거기에 수반하는 원료 가스 분압의 추이의 일례를 나타내고 있다.
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우는, 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우는, 웨이퍼 그 자체의 표면을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성된 소정의 층 등의 표면을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 경우는, 웨이퍼 그 자체의 표면에 소정의 층을 직접 형성하는 것을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성되어 있는 층 등의 위에 소정의 층을 형성하는 것을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 동의이다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)된 후, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어서, 매니폴드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 그 후, 도 1에 도시하는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은, O링(220b)을 개재해서 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태로 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
보트 로드가 종료된 후, 처리실(201) 내, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)으로 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)에서 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 처리 온도로 되도록, 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 정도가 피드백 제어된다(온도 조정). 또한, 회전 기구(267)에 의한 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 처리실(201) 내의 배기, 웨이퍼(200)의 가열 및 회전은 모두, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행해진다.
(성막 처리)
그 후, 이하의 스텝 A, B를 순차 실행한다.
[스텝 A]
본 스텝에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급한다. 구체적으로는, 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스를 공급하는 스텝 a1과, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간인 처리실(201) 내를 퍼지하는 스텝 a2를 교대로 복수회(m회, m은 2 이상의 정수) 반복한다.
스텝 a1에서는, 밸브(243a)를 개방하여, 가스 공급관(232a) 내에 원료 가스를 흘린다. 원료 가스는, MFC(241a)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스가 공급된다(원료 가스 공급). 이때, 밸브(243c 내지 243e)를 개방하여, 노즐(249a 내지 249c) 각각을 통해서 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급한다. 또한, 이하에 나타내는 몇 가지의 방법에서는, 처리실(201) 내에의 불활성 가스의 공급을 불실시로 하도록 해도 된다.
스텝 a2에서는, 밸브(243a)를 닫아, 처리실(201) 내에의 원료 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때, 밸브(243c 내지 243e)를 개방하여, 처리실(201) 내에 퍼지 가스로서 불활성 가스를 공급하고, 배기구(231a)로부터 배기하여, 처리실(201) 내를 불활성 가스로 퍼지한다(퍼지).
원료 가스로서, 예를 들어 후술하는 클로로실란 가스를 사용하는 경우, 후술하는 처리 조건 하에서 스텝 a1, a2를 교대로 소정 횟수 반복해서, 웨이퍼(200)에 대하여 클로로실란 가스를 복수회로 분할해서 공급함으로써, 하지로서의 웨이퍼(200)의 최표면 상에, 제1층으로서, 소정의 두께의 염소(Cl)를 포함하는 실리콘(Si) 함유층이 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, 웨이퍼(200)의 최표면에의, 클로로실란 가스의 분자의 물리 흡착이나 화학 흡착, 클로로실란 가스의 일부가 분해한 물질의 분자의 물리 흡착이나 화학 흡착, 클로로실란 가스의 열분해에 의한 Si의 퇴적 등에 의해 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, 클로로실란 가스의 분자나 클로로실란 가스의 일부가 분해된 물질의 분자의 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)이어도 되고, Cl을 포함하는 Si의 퇴적층이어도 된다. 웨이퍼(200)의 최표면에 상술한 화학 흡착층이나 상술한 퇴적층이 형성되는 경우, 웨이퍼(200)의 최표면에는, 클로로실란 가스에 포함되는 Si가 흡착되게 된다. 본 명세서에서는, Cl을 포함하는 Si 함유층을, 단순히 Si 함유층이라고도 칭한다.
원료 가스로서는, 예를 들어 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막을 구성하는 주 원소로서의 Si를 포함하는 실란계 가스를 사용할 수 있다. 실란계 가스로서는, 예를 들어 Si 및 할로겐을 포함하는 가스, 즉, 할로실란 가스를 사용할 수 있다. 할로겐에는, 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I) 등이 포함된다. 할로실란 가스로서는, 예를 들어 Si 및 Cl을 포함하는 클로로실란 가스를 사용할 수 있다.
원료 가스로서는, 예를 들어 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 테트라클로로실란(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스, 옥타클로로트리실란(Si3Cl8, 약칭: OCTS) 가스 등의 클로로실란 가스를 사용할 수 있다. 원료 가스로서는, 이것들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
원료 가스로서는, 클로로실란 가스 외에, 예를 들어 테트라플루오로실란(SiF4) 가스, 디플루오로실란(SiH2F2) 가스 등의 플루오로실란 가스나, 테트라브로모실란(SiBr4) 가스, 디브로모실란(SiH2Br2) 가스 등의 브로모실란 가스나, 테트라요오도실란(SiI4) 가스, 디요오도실란(SiH2I2) 가스 등의 요오도실란 가스를 사용할 수도 있다. 원료 가스로서는, 이것들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
원료 가스로서는, 이들 외에, 예를 들어 Si 및 아미노기를 포함하는 가스, 즉, 아미노실란 가스를 사용할 수도 있다. 아미노기란, 암모니아, 제1급 아민 또는 제2급 아민으로부터 수소(H)를 제거한 1가의 관능기이며, -NH2, -NHR, -NR2와 같이 나타낼 수 있다. 또한, R은 알킬기를 나타내고, -NR2의 2개의 R은, 동일하여도 되고, 달라도 된다.
원료 가스로서는, 예를 들어 테트라키스(디메틸아미노)실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭: 4DMAS) 가스, 트리스(디메틸아미노)실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS) 가스, 비스(디에틸아미노)실란(Si[N(C2H5)2]2H2, 약칭: BDEAS) 가스, 비스(tert-부틸아미노)실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS) 가스, (디이소프로필아미노)실란(SiH3[N(C3H7)2], 약칭: DIPAS) 가스 등의 아미노실란 가스를 사용할 수도 있다. 원료 가스로서는, 이것들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
불활성 가스로서는, 예를 들어 질소(N2) 가스나, 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 크세논(Xe) 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다. 불활성 가스로서는, 이것들 중 1개 이상을 사용할 수 있다. 이 점은, 후술하는 각 스텝에서도 마찬가지이다.
[스텝 B]
스텝 A가 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1층으로서의 Si 함유층에 대하여 반응 가스를 공급한다.
구체적으로는, 밸브(243b)를 개방하여, 가스 공급관(232b) 내에 반응 가스를 흘린다. 반응 가스는, MFC(241b)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 반응 가스가 공급된다(반응 가스 공급). 이때, 밸브(243c 내지 243e)를 개방하여, 노즐(249a 내지 249c) 각각을 통해서 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급한다. 또한, 이하에 나타내는 몇 가지의 방법에서는, 처리실(201) 내에의 불활성 가스의 공급을 불실시로 하도록 해도 된다.
반응 가스로서, 예를 들어 후술하는 질화 가스를 사용하는 경우, 후술하는 처리 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 질화 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si 함유층의 적어도 일부가 질화(개질)된다. 결과로서, 하지로서의 웨이퍼(200)의 최표면 상에, 제2층으로서, Si 함유층이 질화되어 이루어지는 층, 즉, Si 및 N을 포함하는 층으로서 실리콘 질화층(SiN층)이 형성된다. SiN층을 형성할 때, Si 함유층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, 질화 가스에 의한 Si 함유층의 개질 반응의 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하여, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이에 의해, SiN층은, 스텝 A에서 형성된 Si 함유층에 비하여 Cl 등의 불순물이 적은 층으로 된다.
제2층으로서의 SiN층이 형성된 후, 밸브(243b)를 닫아, 처리실(201) 내에의 질화 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 A에서의 퍼지와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지).
반응 가스로서는, 예를 들어 질화 가스(질화제)인 질소(N) 및 수소(H) 함유 가스를 사용할 수 있다. N 및 H 함유 가스는, N 함유 가스이며, H 함유 가스이기도 하다. N 및 H 함유 가스는, N-H 결합을 갖는 것이 바람직하다.
반응 가스로서는, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스, 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등의 질화수소계 가스를 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 이것들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
반응 가스로서는, 이들 외에, 예를 들어 질소(N), 탄소(C) 및 수소(H) 함유 가스를 사용할 수도 있다. N, C 및 H 함유 가스로서는, 예를 들어 아민계 가스나 유기 히드라진계 가스를 사용할 수 있다. N, C 및 H 함유 가스는, N 함유 가스이며, C 함유 가스이며, H 함유 가스이며, N 및 C 함유 가스이기도 하다.
반응 가스로서는, 예를 들어 모노에틸아민(C2H5NH2, 약칭: MEA) 가스, 디에틸아민((C2H5)2NH, 약칭: DEA) 가스, 트리에틸아민((C2H5)3N, 약칭: TEA) 가스 등의 에틸아민계 가스나, 모노메틸아민(CH3NH2, 약칭: MMA) 가스, 디메틸아민((CH3)2NH, 약칭: DMA) 가스, 트리메틸아민((CH3)3N, 약칭: TMA) 가스 등의 메틸아민계 가스나, 모노메틸히드라진((CH3)HN2H2, 약칭: MMH) 가스, 디메틸히드라진((CH3)2N2H2, 약칭: DMH) 가스, 트리메틸히드라진((CH3)2N2(CH3)H, 약칭: TMH) 가스 등의 유기 히드라진계 가스 등을 사용할 수 있다. 반응 가스로서는, 이것들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
[소정 횟수 실시]
상술한 스텝 A, B를 비동시에, 즉, 동기시키지 않고 행하는 사이클을 소정 횟수(n회, n은 1 이상의 정수) 행함으로써, 웨이퍼(200)의 표면 상에, 막으로서, 예를 들어 실리콘 질화막(SiN막)을 형성할 수 있다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1사이클당 형성되는 SiN층의 두께를 원하는 막 두께보다도 얇게 하여, SiN층을 적층함으로써 형성되는 SiN막의 두께가 원하는 두께로 될 때까지, 상술한 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 또한, 반응 가스로서, N, C 및 H 함유 가스를 사용하는 경우, 제2층으로서, 예를 들어 실리콘 탄질화층(SiCN층)을 형성할 수도 있고, 상술한 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 웨이퍼(200)의 표면 상에, 막으로서, 예를 들어 실리콘 탄질화막(SiCN막)을 형성할 수도 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 양태에서는, 스텝 A에서 원료 가스를 복수회(m회, m은 2 이상의 정수)로 분할해서 공급하는 것이 바람직하다. 이때, 즉, 스텝 A에서 원료 가스를 복수회로 분할해서 간헐적으로 펄스 공급할 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건보다도, 원료 가스의 자기 분해(기상 분해)를 억제 가능한 처리 조건으로 하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건보다도, 원료 가스의 중간체의 생성을 억제 가능한 처리 조건으로 하는 것이 바람직하다.
또한 예를 들어, 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 원료 가스의 자기 분해를 억제 가능한 처리 조건으로 하고, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 원료 가스가 자기 분해하는 처리 조건으로 하는 것이 바람직하다.
또한 예를 들어, 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 원료 가스의 중간체의 생성을 억제 가능한 처리 조건으로 하고, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 원료 가스의 중간체가 생성되는 처리 조건으로 하는 것이 바람직하다.
또한 예를 들어, 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스의 공급 계속 시간을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스의 공급 계속 시간보다도 짧게 하는 것이 바람직하다.
또한 예를 들어, 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스의 공급 유량을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스의 공급 유량보다도 작게 하는 것이 바람직하다.
또한 예를 들어, 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스를 공급하는 때 캐리어 가스로서 불활성 가스를 공급하고, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 캐리어 가스의 공급 유량을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 캐리어 가스의 공급 유량보다도 크게 하는 것이 바람직하다.
또한 예를 들어, 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스의 분압을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스의 분압보다도 낮게 하는 것이 바람직하다.
또한 예를 들어, 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 웨이퍼(200)가 존재하는 공간의 압력, 즉, 처리실(201) 내의 압력을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력보다도 낮게 하는 것이 바람직하다.
또한, 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력 이상의 압력으로 할 수도 있다. 단, 이 경우, 최초로 원료 가스를 공급할 때 처리실(201) 내에 공급하는 불활성 가스의 공급 유량을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때 처리실(201) 내에 공급하는 불활성 가스의 공급 유량보다도 크게 함으로써, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스의 분압을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스의 분압보다도 낮게 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 스텝 A에서 원료 가스를 복수회(m회, m은 2 이상의 정수)로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건보다도, 원료 가스의 자기 분해를 억제 가능한 처리 조건으로 함으로써, 스텝 A의 초기 단계, 즉, 원료 가스 공급 초기에 있어서, 원료 가스의 자기 분해를 억제하면서, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 오목부 내의 전역에 걸쳐 균일하게 흡착시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 원료 가스 공급 초기에, 오목부 내의 최표면에서의 초기 흡착 사이트의 전역에 걸쳐, 균일하게, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 흡착시키는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 오목부 내의 최표면에, 초기층으로서, 오목부 내의 전역에 걸쳐 균일한 두께를 갖는 Si 함유층, 즉, 높은 스텝 커버리지를 갖는 Si 함유층을 형성하는 것이 가능하게 된다. 이 층은, 연속층으로 되는 경우도 있고, 불연속층으로 되는 경우도 있다. 어느 경우에든, 높은 스텝 커버리지를 갖는 층이 된다.
이와 같이, 오목부 내의 최표면과 접하는 영역에, 초기층으로서, 균일성이 우수하고, 높은 스텝 커버리지를 갖는 Si 함유층을 형성함으로써, 그 후에 처리 조건을 변경한 경우에도, 그 후에 형성되는 Si 함유층은, 초기층에서의 높은 균일성과, 높은 스텝 커버리지를 이어받는 경향이 있어, 계속해서, 높은 균일성과 높은 스텝 커버리지를 갖는 층이 된다.
또한, 스텝 A에서 원료 가스를 복수회(m회, m은 2 이상의 정수)로 분할해서 공급하고, 그 때, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건보다도, 원료 가스의 자기 분해를 허용하는 처리 조건으로 함으로써, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때 원료 가스의 자기 분해 억제 정도를 완화시키면서, 예를 들어 원료 가스의 자기 분해를 허용하면서, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를, 오목부 내의 전역에 걸쳐 효율적으로 흡착시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 초기층이 형성된 오목부 내의 표면 상에, 비교적 높은 형성 레이트로 Si 함유층을 형성하는 것이 가능하게 된다. 이 때 형성되는 Si 함유층은, 초기층으로서 높은 스텝 커버리지를 갖는 Si 함유층을 형성한 후이기 때문에, 초기층의 특성이나 상태를 이어받는 경향이 있어, 계속해서, 높은 스텝 커버리지를 갖게 된다.
이에 의해, Si 함유층의 형성 레이트를 저하시키지 않고, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 오목부 내의 전역에 걸쳐 균일하고 컨포멀한 제1층(Si 함유층)을 형성하는 것이 가능하게 된다. 결과로서, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 성막 레이트를 저하시키지 않고, 스텝 커버리지를 향상시키는 것이 가능하게 되어, 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 오목부 내의 전역에 걸쳐 균일하고 컨포멀한 막을 형성하는 것이 가능하게 된다.
또한, 이유에 대해서는 후술하지만, 스텝 A에서 원료 가스를 복수회(m회, m은 2 이상의 정수)로 분할해서 공급할 때, m≥2인 경우에, 최초로(1회째에) 원료 가스를 공급하는 스텝 a1 후에 행하는 처리실(201) 내를 퍼지하는 스텝 a2의 시간을, 마지막으로(m회째에) 원료 가스를 공급하는 스텝 a1 후에 행하는 처리실(201) 내를 퍼지하는 스텝 a2의 시간보다도 짧게 하는 것이 바람직하다.
또한, 스텝 A에서 원료 가스를 복수회(m회, m은 2 이상의 정수)로 분할해서 공급할 때, m≥3인 경우에, 2회째에 원료 가스를 공급하는 스텝 a1 후에 행하는 처리실(201) 내를 퍼지하는 스텝 a2의 시간을, 마지막으로(m회째에) 원료 가스를 공급하는 스텝 a1 후에 행하는 처리실(201) 내를 퍼지하는 스텝 a2의 시간보다도 짧게 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 1회째 내지 m-1회째 각각에서의, 원료 가스를 공급하는 스텝 a1 후에 행하는 처리실(201) 내를 퍼지하는 스텝 a2의 시간을, 마지막으로(m회째에) 원료 가스를 공급하는 스텝 a1 후에 행하는 처리실(201) 내를 퍼지하는 스텝 a2의 시간보다도 짧게 하는 것이 바람직하다.
또한, 스텝 A에서 원료 가스를 복수회(m회, m은 2 이상의 정수)로 분할해서 공급할 때, 마지막으로(m회째에) 원료 가스를 공급하는 스텝 a1 후에 행하는 처리실(201) 내를 퍼지하는 스텝 a2의 시간을, 복수회 행하는 스텝 a2의 각 시간 중, 가장 길게 하는 것이 바람직하다.
이하에, 원료 가스로서, 예를 들어 클로로실란 가스를 사용하고, 반응 가스로서, 예를 들어 N 및 H 함유 가스를 사용하는 경우의 상술한 각 스텝에서의 처리 조건을 예시한다. 또한, 본 명세서에서의 「1 내지 100Pa」과 같은 수치 범위의 표기는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 예를 들어 「1 내지 100Pa」이란 「1Pa 이상 100Pa 이하」를 의미한다. 다른 수치 범위에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 본 명세서에서의 처리 온도란 웨이퍼(200)의 온도를 의미하고, 처리 압력이란 처리실(201) 내의 압력을 의미한다. 또한, 가스 공급 유량: 0sccm이란, 그 가스를 공급하지 않는 케이스를 의미한다. 이들은, 이하의 설명에서도 마찬가지이다.
스텝 A에서 1회째에 스텝 a1을 행할 때의 처리 조건으로서는,
클로로실란 가스 공급 유량: 1 내지 500sccm, 바람직하게는 1 내지 200sccm
클로로실란 가스 공급 계속 시간: 1 내지 20초, 바람직하게는 1 내지 10초
불활성 가스 공급 유량: 500 내지 30000sccm, 바람직하게는 1000 내지 20000sccm
처리 온도: 250 내지 800℃, 바람직하게는 600 내지 700℃
처리 압력: 1 내지 2666Pa, 바람직하게는 1 내지 1333Pa, 보다 바람직하게는 1 내지 100Pa
클로로실란 가스 분압: 0.00003 내지 1333Pa, 바람직하게는 0.00005 내지 222Pa, 보다 바람직하게는 0.00005 내지 17Pa
이 예시된다.
스텝 A에서 2회째 이후에 스텝 a1을 행할 때의 처리 조건으로서는,
클로로실란 가스 공급 유량: 1 내지 2000sccm, 바람직하게는 10 내지 1000sccm
클로로실란 가스 공급 계속 시간: 5 내지 40초, 바람직하게는 10 내지 30초
불활성 가스 공급 유량: 0 내지 20000sccm, 바람직하게는 500 내지 10000sccm
처리 압력: 1 내지 2666Pa, 바람직하게는 67 내지 1333Pa
클로로실란 가스 분압: 0.00005 내지 2666Pa, 바람직하게는 0.06 내지 889Pa
이 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 A에서 1회째의 스텝 a1을 행할 때의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
스텝 A에서 1회째 내지 m-1회째에 스텝 a2를 행할 때의 처리 조건으로서는,
불활성 가스 공급 유량: 1000 내지 20000sccm
불활성 가스 공급 계속 시간: 1 내지 20초, 바람직하게는 1 내지 10초
가 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 A에서 1회째의 스텝 a1을 행할 때의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
스텝 A에서 최후(m회째)에 스텝 a2를 행할 때의 처리 조건으로서는,
불활성 가스 공급 유량: 1000 내지 30000sccm
불활성 가스 공급 계속 시간: 5 내지 60초, 바람직하게는 10 내지 30초
가 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 A에서 1회째의 스텝 a1을 행할 때의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한, 스텝 A에서 최후(m회째)에 스텝 a2를 행할 때는, 처리실(201) 내에의 불활성 가스의 공급과, 처리실(201) 내에의 불활성 가스의 공급을 정지한 상태에서의 처리실(201) 내의 배기를 복수회 반복하도록 해도 된다. 즉, 스텝 A에서 최후(m회째)에 스텝 a2를 행할 때는, 사이클 퍼지를 행하도록 해도 된다.
스텝 B에서의 처리 조건으로서는,
N 및 H 함유 가스 공급 유량: 1 내지 20000sccm, 바람직하게는 1000 내지 10000sccm
N 및 H 함유 가스 공급 계속 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
불활성 가스 공급 유량: 0 내지 20000sccm, 바람직하게는 500 내지 10000sccm
처리 압력: 1 내지 4000Pa, 바람직하게는 1 내지 3000Pa
이 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 A에서 1회째의 스텝 a1을 행할 때의 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
웨이퍼(200) 상에의 원하는 두께의 막 형성이 완료된 후, 노즐(249a 내지 249c) 각각으로부터, 퍼지 가스로서의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하여, 배기구(231a)로부터 배기한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물 등이 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).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 매니폴드(209)의 하단이 개구된다. 그리고, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가, 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 보트 언로드 후에는 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 개재해서 셔터(219s)에 의해 시일된다(셔터 클로즈). 처리가 끝난 웨이퍼(200)는, 반응관(203)의 외부로 반출된 후, 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 본 양태에 의한 효과
본 양태에 의하면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(a) 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건보다도, 원료 가스의 자기 분해를 억제 가능한 처리 조건으로 함으로써, 원료 가스 공급 초기에 있어서, 원료 가스의 자기 분해를 억제하면서, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를, 오목부 내의 전역에 걸쳐 균일하게 흡착시키는 것이 가능하게 된다. 그 후에는 그때까지보다 원료 가스의 자기 분해 억제 정도를 완화시키면서, 예를 들어 원료 가스의 자기 분해를 허용하면서, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 오목부 내의 전역에 걸쳐 효율적으로 흡착시키는 것이 가능하게 된다. 이들의 결과, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 성막 레이트를 저하시키지 않고, 스텝 커버리지를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 향상시켜, 예를 들어 오목부 내의 상부 측면, 중부 측면, 하부 측면, 저부간에 있어서, 막의 두께 변동을 작게 하는 것이 가능하게 된다.
(b) 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건보다도, 원료 가스의 중간체의 생성을 억제 가능한 처리 조건으로 함으로써, 원료 가스 공급 초기에 있어서, 원료 가스의 중간체의 생성을 억제하면서, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 오목부 내의 전역에 걸쳐 균일하게 흡착시키는 것이 가능하게 된다. 그 후에는 그때까지보다 원료 가스의 중간체 생성의 억제 정도를 완화시키면서, 예를 들어 원료 가스의 중간체의 생성을 허용하면서, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 오목부 내의 전역에 걸쳐 효율적으로 흡착시키는 것이 가능하게 된다. 이들의 결과, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 성막 레이트를 저하시키지 않고, 스텝 커버리지를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(c) 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 원료 가스의 자기 분해를 억제 가능한 처리 조건으로 하고, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 원료 가스가 자기 분해하는 처리 조건으로 함으로써, 원료 가스 공급 초기에 있어서, 원료 가스의 중간체의 생성을 억제하면서, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 오목부 내의 전역에 걸쳐 균일하게 흡착시키는 것이 가능하게 된다. 그 후에는 원료 가스를 자기 분해시키면서, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 오목부 내의 전역에 걸쳐 효율적으로 흡착시키는 것이 가능하게 된다. 이들의 결과, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 성막 레이트를 저하시키지 않고, 스텝 커버리지를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 이 방법에 의하면, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자의 오목부 내에의 흡착 효율을 높일 수 있어, 성막 레이트를 보다 높이는 것이 가능하게 된다.
(d) 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 원료 가스의 중간체의 생성을 억제 가능한 처리 조건으로 하고, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 원료 가스의 중간체가 생성되는 처리 조건으로 함으로써, 원료 가스 공급 초기에 있어서, 원료 가스의 중간체의 생성을 억제하면서, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 오목부 내의 전역에 걸쳐 균일하게 흡착시키는 것이 가능하게 된다. 그 후에는 원료 가스의 중간체를 생성시키면서, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 오목부 내의 전역에 걸쳐 효율적으로 흡착시키는 것이 가능하게 된다. 이들의 결과, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 성막 레이트를 저하시키지 않고, 스텝 커버리지를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 이 방법에 의하면, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자의 오목부 내에의 흡착 효율을 높일 수 있어, 성막 레이트를 보다 높이는 것이 가능하게 된다.
(e) 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스의 공급 계속 시간을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스의 공급 계속 시간보다도 짧게 함으로써, 원료 가스 공급 초기에 있어서, 원료 가스의 자기 분해를 억제하는 것이 가능하게 된다. 그 후에는 원료 가스의 자기 분해 억제 정도를 완화시키면서, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 오목부 내에 흡착시키는 시간을 상대적으로 길게 하는 것이 가능하게 된다. 이들의 결과, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 성막 레이트를 저하시키지 않고, 스텝 커버리지를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(f) 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스의 공급 유량을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스의 공급 유량보다도 작게 함으로써, 원료 가스 공급 초기에 있어서, 원료 가스의 자기 분해를 억제하는 것이 가능하게 된다. 그 후에는 원료 가스의 자기 분해 억제 정도를 완화시키면서, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 오목부 내에 흡착시킬 때의 원료 가스의 공급 유량을 상대적으로 크게 하는 것이 가능하게 된다. 이들의 결과, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 성막 레이트를 저하시키지 않고, 스텝 커버리지를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(g) 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스를 공급할 때 캐리어 가스로서 불활성 가스를 공급하고, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 캐리어 가스의 공급 유량을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 캐리어 가스의 공급 유량보다도 크게 함으로써, 원료 가스 공급 초기에 있어서, 원료 가스의 자기 분해를 억제하는 것이 가능하게 된다. 그 후에는 원료 가스의 자기 분해 억제 정도를 완화시키면서, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 오목부 내에 흡착시킬 때의 캐리어 가스의 공급 유량을 상대적으로 작게 함으로써, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 오목부 내의 전역에 걸쳐 효율적으로 흡착시키는 것이 가능하게 된다. 이들의 결과, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 성막 레이트를 저하시키지 않고, 스텝 커버리지를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(h) 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스의 분압을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스의 분압보다도 낮게 함으로써, 원료 가스 공급 초기에 있어서, 원료 가스의 자기 분해를 억제하는 것이 가능하게 된다. 그 후에는 원료 가스의 자기 분해 억제 정도를 완화시키면서, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 오목부 내에 흡착시킬 때의 원료 가스의 분압을 상대적으로 크게 함으로써, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 오목부 내의 전역에 걸쳐 효율적으로 흡착시키는 것이 가능하게 된다. 이들의 결과, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 성막 레이트를 저하시키지 않고, 스텝 커버리지를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(i) 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 웨이퍼(200)가 존재하는 공간의 압력(처리실(201) 내의 압력)을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력보다도 낮게 함으로써, 원료 가스 공급 초기에 있어서, 원료 가스의 자기 분해를 억제하는 것이 가능하게 된다. 그 후에는 원료 가스의 자기 분해 억제 정도를 완화시키면서, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 오목부 내에 흡착시킬 때의 처리실(201) 내의 압력을 상대적으로 크게 함으로써, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 오목부 내의 전역에 걸쳐 효율적으로 흡착시키는 것이 가능하게 된다. 이들의 결과, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 성막 레이트를 저하시키지 않고, 스텝 커버리지를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력 이상의 압력으로 할 수도 있다. 이 경우, 최초로 원료 가스를 공급할 때 처리실(201) 내에 공급하는 불활성 가스의 공급 유량을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때 처리실(201) 내에 공급하는 불활성 가스의 공급 유량보다도 크게 함으로써, 최초로 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스의 분압을, 2회째 이후에 원료 가스를 공급할 때의 원료 가스의 분압보다도 낮게 할 수 있으며, 상술한 효과와 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하게 된다.
(j) 스텝 A에서는, 스텝 a1과 스텝 a2를 교대로 복수회 반복함으로써, 원료 가스 공급 도중에 중간체가 생긴 경우에도, 중간체를 효율적으로 제거하면서, 원료 가스에 포함되는 원자 또는 분자를 오목부 내에 흡착시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 과잉의 중간체의 생성에 기인하는 성막 저해를 억제하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 성막 레이트를 저하시키지 않고, 스텝 커버리지를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(k) 이상 설명한 바와 같이, 본 양태에 의하면, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 스텝 커버리지를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 본 양태에 의하면, 적어도 70％의 스텝 커버리지를 얻을 수 있다. 또한, 예를 들어 본 양태에서의 상술한 어느 것의 방법에 의하면, 80％ 이상의 스텝 커버리지를 얻을 수도 있다. 또한, 예를 들어 본 양태에서의 상술한 어느 것의 방법에 의하면, 85％ 이상의 스텝 커버리지를 얻을 수도 있다. 또한, 예를 들어 본 양태에서의 상술한 어느 것의 방법에 의하면, 90％ 이상의 스텝 커버리지를 얻을 수도 있다.
(l) 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회(m회, m은 2 이상의 정수)로 분할해서 공급하고, 그 때, 최초(1회째)로 행하는 스텝 a2의 시간을, 최후(m회째)에 행하는 스텝 a2의 시간보다도 짧게 함으로써, 전체적인 퍼지 시간을 단축시켜, 성막 레이트의 저하를 억제하는 것이 가능하게 된다.
(m) 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회(m회, m은 2 이상의 정수)로 분할해서 공급하고, 그 때, m≥3인 경우에, 2회째에 행하는 스텝 a2의 시간을, 최후(m회째) 에 행하는 스텝 a2의 시간보다도 짧게 함으로써, 전체적인 퍼지 시간을 단축시켜, 성막 레이트의 저하를 억제하는 것이 가능하게 된다. 이 경우, 1회째 내지 m-1회째 각각에서 행하는 스텝 a2의 시간을, 최후(m회째)에 행하는 스텝 a2의 시간보다도 짧게 할 수도 있으며, 이에 의해, 전체적인 퍼지 시간을 단축시켜, 성막 레이트의 저하를 억제하는 것이 가능하게 된다.
(n) 스텝 A에서는, 원료 가스를 복수회(m회, m은 2 이상의 정수)로 분할해서 공급하고, 그 때, 복수회 행하는 스텝 a2 중, 최후(m회째)에 행하는 스텝 a2의 시간을 가장 길게 함으로써, 전체적인 퍼지 시간을 단축시켜, 성막 레이트의 저하를 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 스텝 A에서, 복수회 행하는 스텝 a1 중, 최후(m회째)에 행하는 스텝 a1이 종료된 후의, 처리실(201) 내에서의 원료 가스의 잔류를 충분히 억제하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 그 후에 스텝 B를 행할 때에 있어서, 처리실(201) 내에서의 원료 가스와 반응 가스의 혼합을 회피하여, 파티클의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 막질을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 스텝 A에서, 원료 가스를 복수회(m회, m은 2 이상의 정수)로 분할해서 공급할 때, 최후(m회째)에 행하는 스텝 a2의 종료 직후에, 처리실(201) 내에 반응 가스가 공급된다. 그 때문에, 처리실(201) 내에 잔류한 원료 가스와, 처리실(201) 내에 공급된 반응 가스의 혼합에 의한 파티클의 발생을 피하기 위해서, 최후(m회째)에 행하는 스텝 a2는 충분히 행할 필요가 있다. 이에 반해, 1회째 내지 m-1회째 각각에서 행하는 스텝 a2의 종료 직후에는, 처리실(201) 내에 원료 가스가 공급된다. 그 때문에, 처리실(201) 내에 잔류한 원료 가스와, 처리실(201) 내에 공급된 원료 가스가 혼합될 가능성은 있지만, 비록 그것들이 혼합된 경우에도, 그것들은 동일한 물질끼리이므로, 파티클이 발생하지 않는다. 그 때문에, 1회째 내지 m-1회째 각각에서 행하는 스텝 a2에서는, 최후(m회째)에 행하는 스텝 a2보다도 퍼지 시간을 단축시키는 것이 가능하게 된다.
(o) 상술한 효과는, 상술한 각종 원료 가스, 상술한 반응 가스, 상술한 각종 불활성 가스를 사용하는 경우에도 마찬가지로 얻을 수 있다. 단, 상술한 효과는, 원료 가스로서 할로실란 가스를 사용하는 경우에 현저하게 얻어지게 된다. 또한, 상술한 효과는, 원료 가스로서 클로로실란 가스를 사용하는 경우에 특히 현저하게 얻어지게 된다.
<본 개시의 다른 양태>
이상, 본 개시의 양태를 구체적으로 설명했다. 그러나, 본 개시는 상술한 양태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들어, 반응 가스로서는, 상술한 N 및 H 함유 가스나, N, C 및 H 함유 가스 외에, 예를 들어 에틸렌(C2H4) 가스, 아세틸렌(C2H2) 가스, 프로필렌(C3H6) 가스 등의 탄소(C) 함유 가스나, 디보란(B2H6) 가스, 트리클로로보란(BCl3) 가스 등의 붕소(B) 함유 가스나, 산소(O2) 가스, 오존(O3) 가스, 플라스마 여기된 O2 가스(O2 *), O2 가스+수소(H2) 가스, 수증기(H2O 가스), 과산화수소(H2O2) 가스, 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스 등의 산소(O) 함유 가스 등을 사용할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 「O2 가스+H2 가스」와 같은 2개의 가스의 병기 기재는, H2 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 의미하고 있다. 혼합 가스를 공급하는 경우는, 2개의 가스를 공급관 내에서 혼합(프리믹스)시킨 후, 처리실(201) 내에 공급하도록 해도 되고, 2개의 가스를 다른 공급관으로부터 따로따로 처리실(201) 내에 공급하여, 처리실(201) 내에서 혼합(포스트 믹스)시키도록 해도 된다. 반응 가스로서는, 이것들 중 1개 이상을 사용할 수 있다. 또한, 이것들은, 각각 분자 구조(화학 구조)가 다른 가스이며, 후술하는 제1 반응 가스나 제2 반응 가스나 제3 반응 가스로서 사용할 수 있다.
그리고, 이하에 나타내는 성막 시퀀스에 의해, 기판 상에, SiN막이나 SiCN막 외에, 실리콘 산질화막(SiON막), 실리콘 산탄화막(SiOC막), 실리콘 산탄질화막(SiOCN막), 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막), 실리콘 붕질화막(SiBN막), 실리콘 산화막(SiO막) 등의 Si를 포함하는 막을 형성하는 경우에도, 본 개시를 적용할 수 있다. 원료 가스, 반응 가스를 공급할 때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 양태의 각 스텝에서의 그것들과 마찬가지로 할 수 있다. 이들 경우에도, 상술한 양태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
[(원료 가스→퍼지)×m→반응 가스→퍼지]×n
[(원료 가스→퍼지)×m→제1 반응 가스→퍼지→제2 반응 가스→퍼지]×n
[(원료 가스→퍼지)×m→제1 반응 가스→퍼지→제2 반응 가스→퍼지→제3 반응 가스→퍼지]×n
또한 예를 들어, 원료 가스로서, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등의 금속 원소를 포함하는 원료 가스를 사용하여, 상술한 성막 시퀀스에 의해, 기판 상에, 알루미늄 질화막(AlN막), 티타늄 질화막(TiN막), 하프늄 질화막(HfN막), 지르코늄 질화막(ZrN막), 탄탈 질화막(TaN막), 몰리브덴 질화막(MoN), 텅스텐 질화막(WN), 알루미늄 산화막(AlO막), 티타늄 산화막(TiO막), 하프늄 산화막(HfO막), 지르코늄 산화막(ZrO막), 탄탈 산화막(TaO막), 몰리브덴 산화막(MoO), 텅스텐 산화막(WO), 티타늄산 질화막(TiON막), 티타늄 알루미늄 탄질화막(TiAlCN막), 티타늄 알루미늄 탄화막(TiAlC막), 티타늄 탄질화막(TiCN막) 등의 금속 원소를 포함하는 막을 형성하는 경우에도, 본 개시를 적용할 수 있다. 또한, 이들 원료 가스는 각각, 분자 구조(화학 구조)가 다른 가스이며, 상술한 원료 가스로서 작용하는 것 이외에, 상술한 제1 반응 가스나 제2 반응 가스나 제3 반응 가스로서 작용하는 경우도 있다. 원료 가스, 반응 가스를 공급할 때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 양태의 각 스텝에서의 그것들과 마찬가지로 할 수 있다. 이러한 경우에도, 상술한 양태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
각 처리에 사용되는 레시피는, 처리 내용에 따라 개별로 준비하여, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 통해서 기억 장치(121c) 내에 저장해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 각 처리를 개시할 때, CPU(121a)가, 기억 장치(121c) 내에 저장된 복수의 레시피 중에서, 처리 내용에 따라 적정한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 1대의 기판 처리 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 막을 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한, 오퍼레이터의 부담을 저감할 수 있어, 조작 미스를 회피하면서, 각 처리를 신속하게 개시할 수 있게 된다.
상술한 레시피는, 새롭게 작성하는 경우에 한하지 않고, 예를 들어 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 변경함으로써 준비해도 된다. 레시피를 변경하는 경우는, 변경 후의 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 레시피를 기록한 기록 매체를 통해서 기판 처리 장치에 인스톨해도 된다. 또한, 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여, 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 직접 변경해도 된다.
상술한 양태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 예에 대해서 설명했다. 본 개시는 상술한 양태에 한정되지 않고, 예를 들어 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 양태에서는, 핫월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 예에 대해서 설명했다. 본 개시는 상술한 양태에 한정되지 않고, 콜드월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도 적합하게 적용할 수 있다.
이러한 기판 처리 장치를 사용하는 경우에도, 상술한 양태나 변형예에서의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에서 각 처리를 행할 수 있으며, 상술한 양태나 변형예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
상술한 양태나 변형예는, 적절히 조합해서 사용할 수 있다. 이때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 양태나 변형예에서의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
[실시예]
실시예로서, 상술한 기판 처리 장치를 사용하여, 도 4에 도시하는 성막 시퀀스에 의해, 표면에 오목부가 마련된 웨이퍼 상에, 막으로서 SiN막을 형성하여, 제1 평가 샘플을 제작했다. 제1 평가 샘플 제작 시에는, 원료 가스로서 HCDS 가스를 사용하고, 반응 가스로서 NH3 가스를 사용했다. 처리 조건은, 상술한 양태에 기재된 처리 조건 범위 내의 소정의 조건으로 했다.
비교예로서, 상술한 기판 처리 장치를 사용하여, HCDS 가스를 공급하는 스텝과, NH3 가스를 공급하는 스텝을 비동시에 행하는 사이클을 복수회 행함으로써, 표면에 오목부가 마련된 웨이퍼 상에, 막으로서 SiN막을 형성하여, 제2 평가 샘플을 제작했다. 제2 평가 샘플 제작 시에는, HCDS 가스를 공급하는 스텝에서는, 1사이클당 HCDS 가스 공급 계속 시간을, 실시예에서의 1사이클당 HCDS 가스 공급 계속 시간의 합계 시간과 동일한 시간으로 했다. 다른 처리 조건은, 상술한 실시예의 HCDS 가스를 복수회 공급하는 스텝에서, 2회째에 HCDS 가스를 공급하는 스텝에서의 처리 조건과 마찬가지로 했다. NH3 가스를 공급하는 스텝에서의 처리 조건을 포함하여, 다른 처리 조건은, 실시예에서의 처리 조건과 마찬가지로 했다.
그리고, 실시예의 제1 평가 샘플의 오목부 내에서의 SiN막의 스텝 커버리지, 및 비교예의 제2 평가 샘플의 오목부 내에서의 SiN막의 스텝 커버리지를 각각 측정했다. 그 결과, 비교예의 제2 평가 샘플에서의 SiN막의 스텝 커버리지는 90％ 미만이었던 것에 반해, 실시예의 제1 평가 샘플에서의 SiN막의 스텝 커버리지는 90％ 이상으로, 비교예의 제2 평가 샘플에서의 SiN막의 스텝 커버리지를 상회하는 것을 확인할 수 있었다.
200: 웨이퍼(기판)

Claims (20)

  1. (a) 표면에 오목부가 마련된 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 공정과,
    (b) 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 공정
    을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정을 갖고,
    (a)에서는, 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 최초로 상기 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 2회째 이후에 상기 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건보다도, 상기 원료 가스의 자기 분해를 억제 가능한 처리 조건으로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, (a)에서는, 최초로 상기 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 2회째 이후에 상기 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건보다도, 상기 원료 가스의 중간체의 생성을 억제 가능한 처리 조건으로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, (a)에서는, 최초로 상기 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 상기 원료 가스의 자기 분해를 억제 가능한 처리 조건으로 하고, 2회째 이후에 상기 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 상기 원료 가스가 자기 분해하는 처리 조건으로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, (a)에서는, 최초로 상기 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 상기 원료 가스의 중간체의 생성을 억제 가능한 처리 조건으로 하고, 2회째 이후에 상기 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 상기 원료 가스의 중간체가 생성되는 처리 조건으로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, (a)에서는, 최초로 상기 원료 가스를 공급할 때의 상기 원료 가스의 공급 계속 시간을, 2회째 이후에 상기 원료 가스를 공급할 때의 상기 원료 가스의 공급 계속 시간보다도 짧게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, (a)에서는, 최초로 상기 원료 가스를 공급할 때의 상기 원료 가스의 공급 유량을, 2회째 이후에 상기 원료 가스를 공급할 때의 상기 원료 가스의 공급 유량보다도 작게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, (a)에서는, 또한, 캐리어 가스를 공급하고, 최초로 상기 원료 가스를 공급할 때의 상기 캐리어 가스의 공급 유량을, 2회째 이후에 상기 원료 가스를 공급할 때의 상기 캐리어 가스의 공급 유량보다도 크게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, (a)에서는, 최초로 상기 원료 가스를 공급할 때의 상기 원료 가스의 분압을, 2회째 이후에 상기 원료 가스를 공급할 때의 상기 원료 가스의 분압보다도 낮게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, (a)에서는, 최초로 상기 원료 가스를 공급할 때의 상기 기판이 존재하는 공간의 압력을, 2회째 이후에 상기 원료 가스를 공급할 때의 상기 기판이 존재하는 공간의 압력보다도 낮게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, (a)에서는, 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판이 존재하는 공간을 퍼지하는 공정을 교대로 복수회 반복하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, (a)에서는, 최초로 상기 원료 가스를 공급하는 공정 후에 행하는 상기 기판이 존재하는 공간을 퍼지하는 공정의 시간을, 마지막으로 상기 원료 가스를 공급하는 공정 후에 행하는 상기 기판이 존재하는 공간을 퍼지하는 공정의 시간보다도 짧게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, (a)에서는, 2회째에 상기 원료 가스를 공급하는 공정 후에 행하는 상기 기판이 존재하는 공간을 퍼지하는 공정의 시간을, 마지막으로 상기 원료 가스를 공급하는 공정 후에 행하는 상기 기판이 존재하는 공간을 퍼지하는 공정의 시간보다도 짧게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서, (a)에서는, 상기 기판이 존재하는 공간을 퍼지하는 공정 중, 마지막으로 상기 원료 가스를 공급하는 공정 후에 행하는 상기 기판이 존재하는 공간을 퍼지하는 공정의 시간을 가장 길게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 원료 가스는 할로실란 가스를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 원료 가스는 클로로실란 가스를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정에서는, 80％ 이상의 스텝 커버리지가 얻어지도록 (a)와 (b)를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정에서는, 85％ 이상의 스텝 커버리지가 얻어지도록 (a)와 (b)를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정에서는, 90％ 이상의 스텝 커버리지가 얻어지도록 (a)와 (b)를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 기판이 처리되는 처리실과,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판을 가열하는 히터와,
    상기 처리실 내에서, (a) 표면에 오목부가 마련된 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 처리와, (b) 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 처리를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 막을 형성하는 처리를 행하게 하고, (a)에서는, 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 최초로 상기 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 2회째 이후에 상기 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건보다도, 상기 원료 가스의 자기 분해를 억제 가능한 처리 조건으로 하도록, 상기 원료 가스 공급계, 상기 반응 가스 공급계 및 상기 히터를 제어하는 것이 가능하게 구성되는 제어부
    를 갖는, 기판 처리 장치.
  20. 기판 처리 장치의 처리실 내에서,
    (a) 표면에 오목부가 마련된 기판에 대하여 원료 가스를 공급하는 수순과,
    (b) 상기 기판에 대하여 반응 가스를 공급하는 수순
    을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 기판 상에 막을 형성하는 수순과,
    (a)에서, 상기 기판에 대하여 상기 원료 가스를 복수회로 분할해서 공급하고, 최초로 상기 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건을, 2회째 이후에 상기 원료 가스를 공급할 때의 처리 조건보다도, 상기 원료 가스의 자기 분해를 억제 가능한 처리 조건으로 하는 수순
    을 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는, 프로그램.
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