KR20230044317A - 기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 프로그램 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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

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아리토 오가와
코에이 쿠리바야시
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

금속 함유막의 전기적 특성, 스루풋 중 적어도 어느 하나를 향상시킬 수 있다.
(a) 기판을 처리 용기에 수용하는 공정; (b)기판에 대하여 금속 함유 가스를 공급하는 공정; (c)기판에 대하여 제1 환원 가스를 공급하는 공정; 및 (d) 기판에 대하여 제1 환원 가스와는 다른 제2 환원 가스를 공급하는 공정을 포함하고, (b)와 (c)와 (d)를 1회 이상 수행하는 것에 의해 기판 상에 금속 함유막을 형성한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기록 매체 및 기판 처리 장치
본 개시(開示)는 반도체 장치의 제조 방법, 기록 매체 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
3차원 구조를 가지는 NAND형 플래시 메모리나 DRAM의 워드 라인으로서 예컨대 저(低)저항인 텅스텐(W)막이 이용된다. 또한 이 W막과 절연막 사이에 배리어막으로서 예컨대 질화티타늄(TiN)막이 이용되는 경우가 있다(예컨대 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
1. 일본 특개 2011-66263호 공보 2. 국제공개 제2019/058608호 팸플릿
하지만 3차원 구조의 NAND형 플래시 메모리의 고층화에 따라 에칭이 곤란해져 있기 때문에 워드라인의 박막화가 과제가 되고 있다. 이 과제를 해결하기 위해서 전술한 바와 같은 TiN막과 W막을 이용하는 대신에 몰리브덴(Mo)막을 형성해서 이용하는 경우가 있다. 하지만 저저항이고 이물(異物)이 적은 Mo막을 형성하기 위해서는 대유량의 H2 가스를 장시간 흘릴 필요가 있다. 이 때문에 스루풋의 저하가 과제가 되고 있다.
본 개시는 금속 함유막의 전기적 특성, 스루풋 중 적어도 어느 하나를 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 형태에 따르면, (a) 기판을 처리 용기에 수용하는 공정; (b) 상기 기판에 대하여 금속 함유 가스를 공급하는 공정; (c) 상기 기판에 대하여 제1 환원 가스를 공급하는 공정; 및 (d) 상기 기판에 대하여 상기 제1 환원 가스와는 다른 제2 환원 가스를 공급하는 공정을 포함하고, (b)와 (c)와 (d)를 1회 이상 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 금속 함유막을 형성하는 기술이 제공된다.
본 개시에 따르면, 금속 함유막의 전기적 특성, 스루풋 중 적어도 어느 하나를 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 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 4는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정을 도시하는 도면.
도 5는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면.
도 6은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면.
도 7의 (a) 및 도 7의 (B)는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면.
도 8은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면.
도 9의 (a) 및 도 9의 (B)는 본 개시의 다른 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 처리로의 개략을 도시하는 종단면도.
이하, 도 1 내지 도 4를 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 반응관(반응 용기, 처리 용기)을 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 반응 용기를 구성하는 이너 튜브(204)가 배설된다. 이너 튜브(204)는 예컨대 석영, 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 용기(반응 용기)가 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 지지구로서의 보트(217)에 의해 수평 자세로 연직 방향에 다단으로 배열한 상태에서 수용 가능하도록 구성된다.
처리실(201) 내에는 노즐(410, 420, 430)이 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420, 430)에는 가스 공급관(310, 320, 330)이 각각 접속된다. 단, 본 실시 형태의 처리로(202)는 전술한 형태에 한정되지 않는다.
가스 공급관(310, 320, 330)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(312, 322, 332)가 각각 설치된다. 또한 가스 공급관(310, 320, 330)에는 개폐 밸브인 밸브(314, 324, 334)가 각각 설치된다. 가스 공급관(310, 320, 330)의 밸브(314, 324, 334)의 하류측에는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(510, 520, 530)이 각각 접속된다. 가스 공급관(510, 520, 530)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(512, 522, 532) 및 개폐 밸브인 밸브(514, 524, 534)가 각각 설치된다.
가스 공급관(310, 320, 330)의 선단부(先端部)에는 노즐(410, 420, 430)이 각각 연결 접속된다. 노즐(410, 420, 430)은 L자형의 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420, 430)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.
노즐(410, 420, 430)은 처리실(201)의 하부 영역으로부터 처리실(201)의 상부 영역까지 연재되도록 설치되고, 웨이퍼(200)와 대향되는 위치에 각각 복수의 가스 공급공(410a, 420a, 430a)이 설치된다. 이에 의해 노즐(410, 420, 430)의 가스 공급공(410a, 420a, 430a)으로부터 각각 웨이퍼(200)에 처리 가스를 공급한다. 이 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.
노즐(410, 420, 430)의 가스 공급공(410a, 420a, 430a)은 후술하는 보트(217)의 하부로부터 상부까지의 높이의 위치에 복수 설치된다. 그렇기 때문에 노즐(410, 420, 430)의 가스 공급공(410a, 420a, 430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된 처리 가스는 보트(217)의 하부로부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200)의 모든 영역에 공급된다. 노즐(410, 420, 430)은 처리실(201)의 하부 영역으로부터 상부 영역까지 연재되도록 설치되면 좋지만, 보트(217)의 천장 부근까지 연재되도록 설치되는 것이 바람직하다.
가스 공급관(310)으로부터는 처리 가스로서 금속 원소를 포함하는 원료 가스(금속 함유 가스)가 MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(320)으로부터는 처리 가스로서 제1 환원 가스가 MFC(322), 밸브(324), 노즐(420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(330)으로부터는 처리 가스로서 제1 환원 가스와는 다른 제2 환원 가스가 MFC(332), 밸브(334), 노즐(430)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(510, 520, 530)으로부터는 불활성 가스로서 예컨대 질소(N2) 가스가 각각 MFC(512, 522, 532), 밸브(514, 524, 534), 노즐(410, 420, 430)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.
주로 가스 공급관(310)으로부터 원료 가스를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(310), MFC(312), 밸브(314)에 의해 원료 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410)을 원료 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 원료 가스 공급계를 금속 함유 가스 공급계라고도 부를 수 있다. 또한 가스 공급관(320)으로부터 제1 환원 가스를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(320), MFC(322), 밸브(324)에 의해 제1 환원 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(420)을 제1 환원 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 가스 공급관(330)으로부터 제2 환원 가스를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(330), MFC(332), 밸브(334)에 의해 제2 환원 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(430)을 제2 환원 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 금속 함유 가스 공급계와 제1 환원 가스 공급계와 제2 환원 가스 공급계를 처리 가스 공급계라고도 부를 수 있다. 또한 노즐(410, 420, 430)을 처리 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 주로 가스 공급관(510, 520, 530), MFC(512, 522, 532), 밸브(514, 524, 534)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다.
본 실시 형태에서의 가스 공급의 방법은, 이너 튜브(204)의 내벽과 복수 매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원환(圓環) 형상의 세로로 긴 공간 내의 예비실(201a) 내에 배치한 노즐(410, 420, 430)을 경유해서 가스를 반송한다. 그리고 노즐(410, 420, 430)의 웨이퍼와 대향되는 위치에 설치된 복수의 가스 공급공(410a, 420a, 430a)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)에 의해 웨이퍼(200)의 표면과 평행 방향을 향하여 원료 가스 등을 분출시킨다.
배기공(배기구)(204a)은 이너 튜브(204)의 측벽이며 노즐(410, 420, 430)에 대향된 위치에 형성된 관통공이며, 예컨대 연직 방향으로 가늘고 길게 개설(開設)된 슬릿 형상의 관통공이다. 노즐(410, 420, 430)의 가스 공급공(410a, 420a, 430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어 웨이퍼(200)의 표면상을 흐른 가스는 배기공(204a)을 개재하여 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(203) 사이에 형성된 극간[배기로(206) 내]에 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)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.
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 당접되는 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(반송 기구, 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 더미 기판(218)이 수평 자세로 다단으로 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 더미 기판(218)을 설치하지 않고, 석영이나 SiC 등의 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)과 마찬가지로 L자형으로 구성되고, 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 설치된다.
도 3에 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 있게 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, 512, 522, 532), 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534), 압력 센서(245), APC 밸브(243), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 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, 512, 522, 532)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534)의 개폐 동작, APC 밸브(243)의 개폐 동작 및 APC 밸브(243)에 의한 압력 센서(245)에 기초하는 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 보트(217)에의 웨이퍼(200)의 수용 동작 등을 제어하도록 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 양방(兩方)을 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) 상에 예컨대 3DNAND의 컨트롤 게이트 전극으로서 이용되는 몰리브덴(Mo)을 함유하는 Mo 함유막을 형성하는 공정의 일례에 대해서 도 4를 이용하여 설명한다. Mo 함유막을 형성하는 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 제어된다.
본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정(반도체 장치의 제조 공정)에서는, (a) 웨이퍼(200)를 처리 용기 내인 처리실(201)에 수용하는 공정; (b)웨이퍼(200)에 대하여 금속 함유 가스를 공급하는 공정; (c)웨이퍼(200)에 대하여 제1 환원 가스를 공급하는 공정; 및 (d)웨이퍼(200)에 대하여 제2 환원 가스를 공급하는 공정을 포함하고, (b)와 (c)와 (d)를 1회 이상 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 금속 함유막으로서 Mo 함유막을 형성한다.
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우는 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등의 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 의미다.
(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 용기에 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 측정되어, 이 측정된 압력 정보에 기초하여, APC 밸브(243)가 피드백 제어된다(압력 조정). 진공 펌프(246)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한 처리실(201) 내가 원하는 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 공정]
(금속 함유 가스 공급)
밸브(314)를 열고 가스 공급관(310) 내에 원료 가스인 금속 함유 가스를 흘린다. 금속 함유 가스는 MFC(312)에 의해 유량 조정되어 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 금속 함유 가스가 공급된다. 이때 동시에 밸브(514)를 열고 가스 공급관(510) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(510) 내를 흐른 불활성 가스는 MFC(512)에 의해 유량 조정되어 금속 함유 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 노즐(420, 430) 내로의 금속 함유 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(524, 534)를 열고 가스 공급관(520, 530) 내에 불활성 가스를 흘린다. 불활성 가스는 가스 공급관(320, 330), 노즐(420, 430)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 3,990Pa의 범위 내의 압력이며, 예컨대 1,000Pa로 한다. MFC(312)로 제어하는 금속 함유 가스의 공급 유량은 예컨대 0.1slm 내지 1.0slm, 바람직하게는 0.3slm 내지 0.9slm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 0.1slm 내지 20slm의 범위 내의 유량으로 한다. 이때 히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 300℃ 내지 650℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다. 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」란 「1Pa 이상 3,990Pa 이하」를 의미한다. 다른 수치 범위에 대해서도 마찬가지다.
이때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 금속 함유 가스와 불활성 가스만이다. 여기서 금속 함유 가스로서는 예컨대 금속 원소로서의 몰리브덴(Mo)을 포함하는 몰리브덴(Mo) 함유 가스를 이용할 수 있다. Mo 함유 가스로서는 Mo와 산소(O)와 염소(Cl)를 포함하는 예컨대 이산화2염화몰리브덴(MoO2Cl2) 가스, 4염화산화몰리브덴(MoOCl4) 가스를 이용할 수 있다. Mo 함유 가스의 공급에 의해 웨이퍼(200)[표면의 하지막(下地膜)] 상에 Mo 함유층이 형성된다. Mo 함유층은 Cl이나 O를 포함하는 Mo층이어도 좋고, MoO2Cl2(또는 MoOCl4)의 흡착층이어도 좋고, 그것들의 양방을 포함해도 좋다.
[제2 공정]
(잔류 가스 제거)
금속 함유 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 1초 내지 60초 후에 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫고 금속 함유 가스의 공급을 정지한다. 즉 금속 함유 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은 예컨대 1초 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 금속 함유층 형성에 기여한 후의 금속 함유 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 즉 처리실(201) 내를 퍼지한다. 이때 밸브(514, 524, 534)는 연 상태로 하여 불활성 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 금속 함유층 형성으로 기여한 후의 금속 함유 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 향상시킬 수 있다.
[제3 공정]
(제1 환원 가스와 제2 환원 가스의 동시 공급)
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(324, 334)를 동시에 열어 가스 공급관(320, 330) 내에 각각 제1 환원 가스와 제2 환원 가스를 흘린다. 제1 환원 가스는 MFC(322)에 의해 유량 조정되어 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 제2 환원 가스는 MFC(332)에 의해 유량 조정되어 노즐(430)의 가스 공급공(430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 제1 환원 가스와 제2 환원 가스가 동시에 공급된다. 이때 밸브(514, 524, 534)는 연 상태로 하여 가스 공급관(510, 520, 530) 내로의 불활성 가스의 공급을 유지한다. 가스 공급관(510, 520, 530) 내를 흐른 불활성 가스는 MFC(512, 522, 532)에 의해 각각 유량 조정된다. 가스 공급관(520) 내를 흐른 불활성 가스는 제1 환원 가스와 함께 가스 공급관(320), 노즐(420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 가스 공급관(530) 내를 흐른 불활성 가스는 제2 환원 가스와 함께 가스 공급관(330), 노즐(430)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 가스 공급관(510) 내를 흐른 불활성 가스는 가스 공급관(310), 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기되고, 노즐(410) 내로의 제1 환원 가스, 제2 환원 가스의 침입을 방지한다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 13,300Pa의 범위 내의 압력이며, 예컨대 10,000Pa로 한다. MFC(322)로 제어하는 제1 환원 가스의 공급 유량은 예컨대 1slm 내지 50slm, 바람직하게는 15slm 내지 30slm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(332)로 제어하는 제2 환원 가스의 공급 유량은 예컨대 0.1slm 내지 1.0slm, 바람직하게는 0.1slm 내지 0.5slm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 0.1slm 내지 30slm의 범위 내의 유량으로 한다. 이때 히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 300℃ 내지 650℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다.
이때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 제1 환원 가스와 제2 환원 가스와 불활성 가스다. 즉 웨이퍼(200)에 대하여 제1 환원 가스와 제2 환원 가스가 동시에 공급된다. 바꿔 말하면, 제1 환원 가스와 제2 환원 가스는 동시에 공급되는 타이밍을 가진다.
여기서 제1 환원 가스로서는 예컨대 수소(H)로 구성되는 가스인 수소(H2) 가스, 중수소(D2)를 이용할 수 있다. 또한 제2 환원 가스로서는 예컨대 수소(H)와 다른 원소를 포함하는 가스인 포스핀(PH3) 가스를 이용할 수 있다. 제2 환원 가스로서 제1 환원 가스보다 환원 작용이 더 높은 가스를 이용한다. 또한 제2 환원 가스는 제1 환원 가스보다 표준 생성 깁스 에너지의 부(負)의 값이 큰 화합물의 가스다. 이하에서는 제1 환원 가스로서 H2 가스, 제2 환원 가스로서 PH3 가스를 이용한 경우를 예로 들어 설명한다. 웨이퍼(200)에 대하여, H2 가스와 PH3 가스의, 2종류의 다른 환원 가스를 동시 공급하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상의 금속 함유층으로서의 Mo 함유층에 포함되는 산소(O)나 염소(Cl)나 MoO2Cl2의 흡착층이 H2이나 PH3와 반응하고, Mo 함유층이나 MoO2Cl2의 흡착층으로부터 O나 Cl이 환원되고, O나 Cl이 제거되어서 수증기(H2O)나 염화수소(HCl)나 염소(Cl2)나 4염화폴로늄(POCl4) 등의 반응 부생성물로서 처리실(201) 내로부터 배출된다.
여기서 MoO2Cl2 가스와 PH3 가스는 화학 반응이 일어나기 쉽다. 즉 표준 생성 깁스 에너지의 부의 값이 클수록 반응이 일어나기 쉽고, POCl4와 같은 가스를 생성하기 쉽다. POCl4는 탈리하기 쉽고, 막에 흡착하기 어려운 성질이 있다. 즉 PH3 가스를 공급하는 것에 의해 반응 부생성물로서 막으로부터 탈리하기 쉽고 막에 흡착하기 어려운 POCl4를 생성할 수 있다.
즉 Mo 함유층이나 MoO2Cl2의 흡착층의 O나 Cl을 H2나 PH3와 반응시켜 웨이퍼(200) 상에 MoCl 종단(終端)을 형성하고, H2O나 HCl이나 POCl4 등의 반응 부생성물로서 처리실(201) 내로부터 배출시킨다. 그리고 웨이퍼(200) 상에 Mo를 포함하고 Cl과 O를 실질적으로 포함하지 않는 Mo 함유층이 형성된다.
[제4 공정]
(제1 환원 가스 공급)
제1 환원 가스와 제2 환원 가스의 동시 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 1초 내지 1,200초 후에 가스 공급관(330)의 밸브(334)를 닫고 제2 환원 가스의 공급을 정지한다. 즉 제1 환원 가스와 제2 환원 가스를 동시에 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은 예컨대 1초 내지 1,200초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때 밸브(514, 524, 534)는 연 상태로 하여 가스 공급관(510, 520, 530) 내로의 불활성 가스의 공급을 유지한다. 가스 공급관(510, 520, 530) 내를 흐른 불활성 가스는 MFC(512, 522, 532)에 의해 각각 유량 조정된다. 가스 공급관(520) 내를 흐른 불활성 가스는 제1 환원 가스와 함께 가스 공급관(320), 노즐(420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 가스 공급관(510, 530) 내를 흐른 불활성 가스는 가스 공급관(310, 330), 노즐(410, 430)을 개재하여 처리실(201) 내에 각각 공급되고 배기관(231)으로부터 배기되고, 노즐(410, 430) 내로의 제1 환원 가스의 침입을 방지한다.
이때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 제1 환원 가스와 불활성 가스다. 즉 웨이퍼(200)에 대하여 제1 환원 가스와 불활성 가스가 공급된다.
[제5 공정]
(잔류 가스 제거)
제1 환원 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 1초 내지 1,200초 후에 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫고 제1 환원 가스의 공급을 정지한다. 그리고 전술한 제2 공정과 같은 처리 순서에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 금속 함유층의 형성에 기여한 후의 제1 환원 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 즉 처리실(201) 내를 퍼지한다.
즉 제1 환원 가스의 공급과 제2 환원 가스의 공급을 동시에 시작하고, 제2 환원 가스의 공급을 정지한 후에 제1 환원 가스의 공급을 정지한다.
즉, 제1 환원 가스의 공급과 제2 환원 가스의 공급을 일부 병행하여 수행하고, 웨이퍼(200)에 대한 제2 환원 가스의 공급 시간을 제1 환원 가스의 공급 시간보다 짧게 한다. 바꿔 말하면, 제2 환원 가스의 공급 시간보다 제1 환원 가스의 공급 시간을 길게 한다.
여기서 제2 환원 가스로서 PH3 가스를 이용하는 경우, PH3 가스의 공급 시간을 길게 하면 반응 부생성물인 POCl4의 생성량이 많아지고, Mo 함유층 중의 P 함유량이 증가해버린다. 따라서 H2 가스의 공급 시간을 PH3 가스의 공급 시간보다 길게 설정한다. 이에 의해 반응 부생성물인 POCl4을 제거하여 POCl4의 잔류를 억제하고, Mo 함유층 중의 인(P) 함유량을 저감할 수 있다.
(소정 횟수 실시)
전술한 제1 공정 내지 제5 공정을 순서대로 수행하는 사이클을 적어도 1회 이상[소정 횟수(n회)] 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께의 금속 함유막을 형성한다. 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 여기서 금속 함유 가스가 Mo 함유 가스인 경우, 금속 함유막으로서의 Mo 함유막을 형성하게 된다. 또한 Mo 함유막은 몰리브덴을 주성분으로 하는 막이다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
가스 공급관(510, 520, 530)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 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) Mo 함유막의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
(b) 이물(부생성물 등)이 저감된, 저저항의 Mo 함유막을 형성할 수 있다.
(c) 생산성(스루풋)을 향상시킬 수 있다.
(4) 그 외의 실시 형태
다음으로 전술한 실시 형태에서의 기판 처리 공정의 변형예에 대해서 구체적으로 설명한다. 이하의 변형예에서는 전술한 실시 형태와 제1 환원 가스와 제2 환원 가스의 공급 타이밍이 다르다. 이하의 변형예에서는 전술한 실시 형태와 다른 점만 구체적으로 설명한다.
(변형예 1)
본 변형예에서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 전술한 제1 공정인 금속 함유 가스 공급과, 전술한 제2 공정인 잔류 가스 제거 후에 제3 공정으로서 제2 환원 가스의 공급을 시작하고, 제2 환원 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 1초 내지 20초 후에 제4 공정으로서 제1 환원 가스의 공급을 시작한다. 그리고 제1 환원 가스와 제2 환원 가스가 동시 공급되고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 1초 내지 20초 후에 제2 환원 가스의 공급을 정지하고, 제5 공정으로서 제2 환원 가스의 공급을 정지하고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 1초 내지 120초 후에 제1 환원 가스의 공급을 정지한다. 그리고 제6 공정으로서 잔류 가스의 제거를 수행하고, 제1 공정 내지 제6 공정을 순서대로 수행하는 사이클을 적어도 1회 이상[소정 횟수(n회)] 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께의 금속 함유막을 형성한다. 또한 본 변형예에서도 웨이퍼(200)에 대한 제2 환원 가스의 공급 시간을 제1 환원 가스의 공급 시간보다 짧게 한다.
즉 제2 환원 가스의 공급을 시작한 후에 제1 환원 가스의 공급을 시작하고, 제1 환원 가스의 공급과 제2 환원 가스의 공급을 일부 병행하여 수행하고, 제2 환원 가스의 공급을 정지한 후에 제1 환원 가스의 공급을 정지한다. 이와 같이 제2 환원 가스를 제1 환원 가스보다 먼저 공급하는 것에 의해, 금속 함유 가스 분자의 흡착층이나, 금속 함유 가스에 포함되는 금속 이외의 원소를 포함하는 금속 함유층으로부터 금속 이외의 원소를 제거하고, 제1 환원 가스로 환원하기 쉬운 상태의 막을 형성해둘 수 있다. 바꿔 말하면, 제1 환원 가스로 희석되지 않은 제2 환원 가스가 공급되기 때문에 금속 함유 가스 분자의 흡착층과 제2 환원 가스 분자의 접촉 확률을 향상시킬 수 있고, 제1 환원 가스로 환원하기 쉬운 상태의 막을 형성해둘 수 있다. 또한 제2 환원 가스의 공급을 정지한 후에 제1 환원 가스의 공급을 정지하는 것에 의해 반응 부생성물의 잔류를 억제할 수 있다. 이러한 경우에도 전술한 도 4에 도시하는 시퀀스와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 여기서 금속 함유 가스가 MoO2Cl2 가스인 경우, MoO2Cl2의 흡착층이나, Cl이나 O를 포함하는 Mo 함유층으로부터 O와 Cl을 제거하고, 제1 환원 가스로 환원하기 쉬운 상태의 막을 형성해둘 수 있다.
(변형예 2)
본 변형예에서는 도 6에 도시하는 바와 같이 전술한 제1 공정인 금속 함유 가스 공급과, 전술한 제2 공정인 잔류 가스 제거 후에 제3 공정으로서 제1 환원 가스의 공급을 시작하고, 제1 환원 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 1초 내지 60초 후에 제4 공정으로서 제2 환원 가스의 공급을 시작한다. 그리고 제1 환원 가스와 제2 환원 가스가 동시 공급되고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 1초 내지 60초 후에 제2 환원 가스의 공급을 정지하고, 제5 공정으로서 제2 환원 가스의 공급을 정지하고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 1초 내지 60초 후에 제1 환원 가스의 공급을 정지한다. 즉 제1 환원 가스 공급 중에 제2 환원 가스의 공급을 시작하고, 제2 환원 가스의 공급을 정지한다. 즉 제1 환원 가스의 공급을 수행하는 동안에 제2 환원 가스의 공급을 수행한다. 바꿔 말하면, 제1 환원 가스의 공급을 시작한 후에 제2 환원 가스의 공급을 시작하고, 제2 환원 가스의 공급을 정지한 후에 제1 환원 가스의 공급을 정지한다. 그리고 제6 공정으로서 잔류 가스의 제거를 수행하고, 제1 공정 내지 제6 공정을 순서대로 수행하는 사이클을 적어도 1회 이상[소정 횟수(n회)] 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께의 금속 함유막을 형성한다. 또한 본 변형예에서도 웨이퍼(200)에 대한 제2 환원 가스의 공급 시간은 제1 환원 가스의 공급 시간보다 짧아지게 된다.
즉 제1 환원 가스의 공급을 시작한 후에 제2 환원 가스의 공급을 시작하고, 제1 환원 가스의 공급과 제2 환원 가스의 공급을 일부 병행하여 수행하고, 제2 환원 가스의 공급을 정지한 후에 제1 환원 가스의 공급을 정지한다. 이와 같이 제2 환원 가스의 공급을 정지한 후에 제1 환원 가스의 공급을 정지하는 것에 의해 반응 부생성물의 잔류를 억제할 수 있다. 이와 같은 경우에서도 전술한 도 4에 도시하는 시퀀스와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(변형예 3)
본 변형예에서는, 도 7의 (a) 및 도 7의 (B)에 도시하는 바와 같이 제1 공정인 금속 함유 가스 공급과, 전술한 제2 공정인 잔류 가스 제거와, 제3 공정으로서 제2 환원 가스의 공급을 수행한 후에 제4 공정으로서 제1 환원 가스의 공급과, 제5 공정으로서 잔류 가스의 제거를 수행한다. 그리고 제1 공정 내지 제5 공정을 순서대로 수행하는 사이클을 적어도 1회 이상[소정 횟수(n회)] 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께의 금속 함유막을 형성한다. 즉 제2 환원 가스의 공급과 제1 환원 가스의 공급을 병행해서 수행하지 않고 따로따로 수행한다. 또한 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제2 환원 가스의 공급과 제1 환원 가스의 공급은 연속해서 수행해도 좋고, 도 7의 (B)에 도시하는 바와 같이 제2 환원 가스의 공급과 제1 환원 가스의 공급 사이에 잔류 가스의 제거를 수행해서 처리실(201) 내를 퍼지해도 좋다. 또한 본 변형예에서도 웨이퍼(200)에 대한 제2 환원 가스의 공급 시간을 제1 환원 가스의 공급 시간보다 짧게 한다.
즉 제2 환원 가스의 공급을 제1 환원 가스의 공급보다 먼저 시작하고, 제2 환원 가스의 공급을 수행한 후에 제1 환원 가스의 공급을 수행한다. 여기서 제1 환원 가스로서 H2 가스, 제2 환원 가스로서 PH3 가스를 이용하는 경우에 대해서 설명한다. 이와 같이 PH3 가스 공급을 수행한 후에 H2 가스 공급을 수행하는 것에 의해 MoO2Cl2의 흡착층이나, Cl이나 O를 포함하는 Mo 함유층으로부터 O와 Cl을 제거하고, H2 가스로 환원하기 쉬운 상태의 막을 형성해둘 수 있다. 또한 PH3 가스가 H2 가스에 의해 희석되어 전술한 반응이 억제되는 것을 억제할 수 있다. 또한 PH3 가스의 공급을 정지한 후에 H2 가스의 공급을 정지하는 것에 의해 반응 부생성물인 POCl4의 잔류를 억제할 수 있다. 또한 도 7의 (B)와 같이, 제2 환원 가스의 공급과 제1 환원 가스의 공급 사이에서 어느 가스도 공급하지 않는 타이밍(배기 공정)을 설치하는 것에 의해, 처리실 중에 존재하는 부생성물이나 여분의 제2 환원 가스를 제거하는 것이 가능해지고, Mo 함유층과 H2 분자의 반응 확률을 높이는 것이 가능해진다. 이와 같은 경우에서도 전술한 도 4에 도시하는 시퀀스와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(변형예 4)
본 변형예에서는 도 8에 도시하는 바와 같이 제1 공정인 금속 함유 가스 공급과, 전술한 제2 공정인 잔류 가스 제거를 수행한 후 제3 공정으로서 제2 환원 가스를 공급하는 공정과, 제4 공정으로서 잔류 가스를 제거하는 공정을 수행하고, 전술한 제1 공정 내지 제4 공정을 순서대로 수행하는 사이클을 적어도 1회 이상[소정 횟수(n회)] 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께의 금속 함유막을 형성한다. 즉 전술한 제1 환원 가스의 공급을 수행하지 않는다. 금속 함유 가스로서 MoO2Cl2을 이용하고, 제2 환원 가스로서 PH3을 이용하는 경우, PH3 가스를 공급하는 것에 의해 MoO2Cl2의 흡착층이나, Cl이나 O를 포함하는 Mo 함유층으로부터 O와 Cl을 제거하고, 전술한 도 4에 도시하는 시퀀스와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서는 금속 함유 가스(Mo 함유 가스)로서 MoO2Cl2 가스를 이용하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다.
또한 상기 실시 형태에서는 제1 환원 가스로서 H2 가스를 이용하는 경우를 예로 들어 설명했지만 본 개시는 이에 한정되지 않고, 예컨대 중수소(D2), 활성화된 수소를 포함하는 수소 가스 등의 다른 환원 가스를 이용할 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서는 제2 환원 가스로서 PH3 가스를 이용하는 경우를 예로 들어 설명했지만 본 개시는 이것에 한정되지 않고, 예컨대 모노실란(SiH4) 가스, 디실란(Si2H6) 가스, 트리실란(Si3H8) 가스, 테트라 실란(Si4H10) 등의 실란계 가스, 모노보란(BH3), 디보란(B2H6) 등의 보란계 가스 등의 다른 환원 가스를 이용할 수 있다. 이러한 가스를 이용하는 것에 의해도 Mo 함유 가스의 환원력을 향상시키는 것이 가능해진다. 한편, PH3 가스를 이용한 경우에 생성되는 POCl4의 같은 탈리하기 쉬운 부생성물을 얻지 못해 Mo막의 특성이 악화될 우려가 있다. 이 때문에 제2 환원 가스로서는 PH3 가스가 바람직하다.
또한 상기 실시 형태에서는 한 번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치(batch)식의 종형 장치인 기판 처리 장치를 이용하여 성막하는 예에 대해서 설명했지만 본 개시는 이에 한정되지 않고, 한 번에 1매 또는 여러 매의 기판을 처리하는 매엽식(枚葉式)의 기판 처리 장치를 이용하여 성막하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
예컨대 도 9의 (A)에 도시하는 처리로(302)를 구비한 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 경우에도 본 개시는 바람직하게 적용할 수 있다. 처리로(302)는 처리실(301)을 형성하는 처리 용기(303)와, 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 샤워 헤드(303s)와, 1매 또는 여러 매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 지지하는 지지구로서의 지지대(317)와, 지지대(317)를 하방으로부터 지지하는 회전축(355)과, 지지대(317)에 설치된 히터(307)를 구비한다. 샤워 헤드(303s)의 인렛(가스 도입구)에는 전술한 금속 함유 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332a)와, 전술한 제1 환원 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332b)와, 전술한 제2 환원 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332c)가 접속된다. 가스 공급 포트(332a)에는 전술한 실시 형태의 금속 함유 가스 공급계와 같은 가스 공급계가 접속된다. 가스 공급 포트(332b)에는 전술한 실시 형태의 제1 환원 가스 공급계와 마찬가지의 가스 공급계가 접속된다. 가스 공급 포트(332c)에는 전술한 제2 환원 가스 공급계와 마찬가지의 가스 공급계가 접속된다. 샤워 헤드(303s)의 아웃렛(가스 배출구)에는 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 가스 분산판이 설치된다. 처리 용기(303)에는 처리실(301) 내를 배기하는 배기 포트(331)가 설치된다. 배기 포트(331)에는 전술한 실시 형태의 배기계와 마찬가지의 배기계가 접속된다.
또한 예컨대 도 9의 (B)에 도시하는 처리로(402)를 구비한 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 경우에도 본 개시는 바람직하게 적용할 수 있다. 처리로(402)는 처리실(401)을 형성하는 처리 용기(403)와, 1매 또는 여러 매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 지지하는 지지구로서의 지지대(417)와, 지지대(417)를 하방으로부터 지지하는 회전축(455)과, 처리 용기(403)의 웨이퍼(200)를 향하여 광 조사를 수행하는 램프 히터(407)와, 램프 히터(407)의 광을 투과시키는 석영 창(403w)을 구비한다. 처리 용기(403)에는 전술한 금속 함유 가스를 공급하는 가스 공급 포트(432a)와, 전술한 제1 환원 가스를 공급하는 가스 공급 포트(432b)와, 전술한 제2 환원 가스를 공급하는 가스 공급 포트(432c)가 접속된다. 가스 공급 포트(432a)에는 전술한 실시 형태의 금속 함유 가스 공급계와 마찬가지의 가스 공급계가 접속된다. 가스 공급 포트(432b)에는 전술한 실시 형태의 제1 환원 가스 공급계와 마찬가지의 가스 공급계가 접속된다. 가스 공급 포트(432c)에는 전술한 실시 형태의 제2 환원 가스 공급계와 마찬가지의 가스 공급계가 접속된다. 처리 용기(403)에는 처리실(401) 내를 배기하는 배기 포트(431)가 설치된다. 배기 포트(431)에는 전술한 실시 형태의 배기계와 마찬가지의 배기계가 접속된다.
이 기판 처리 장치를 이용하는 경우에도 전술한 실시 형태와 마찬가지의 시퀀스, 처리 조건으로 성막을 수행할 수 있다.
이러한 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 실현된다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우에는 본 개시에 따르는 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.
이상, 본 개시의 실시 형태를 구체적으로 설명했다. 하지만 본 개시는 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
10: 기판 처리 장치 121: 컨트롤러
200: 웨이퍼(기판) 201: 처리실

Claims (19)

  1. (a) 기판을 처리 용기에 수용하는 공정;
    (b) 상기 기판에 대하여 금속 함유 가스를 공급하는 공정;
    (c) 상기 기판에 대하여 제1 환원 가스를 공급하는 공정; 및
    (d) 상기 기판에 대하여 상기 제1 환원 가스와는 다른 제2 환원 가스를 공급하는 공정
    을 포함하고,
    (b)와 (c)와 (d)를 1회 이상 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 금속 함유막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (c)와 (d)를 일부 병행하여 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (c)와 (d)를 동시에 시작하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    (d)를 종료한 후에 (c)를 종료하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (d)를 시작한 후에 (c)를 시작하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    (d)를 종료한 후에 (c)를 종료하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (c)를 시작한 후에 (d)를 시작하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    (d)를 종료한 후에 (c)를 종료하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (d)는 (c)를 수행하는 동안에 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    (d)를 수행한 후에 (c)를 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    (c)의 시간은 (d)의 시간보다 긴 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 함유 가스는 몰리브덴과 산소와 염소를 포함하는 가스이며,
    상기 제1 환원 가스는 수소로 구성되는 가스이며,
    상기 제2 환원 가스는 수소와 다른 원소를 포함하는 가스인 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 금속 함유 가스는 2염화이산화몰리브덴 가스인 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 제1 환원 가스는 수소 가스인 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제2 환원 가스는 포스핀 가스인 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제2 환원 가스는 포스핀 가스인 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제2 환원 가스는 포스핀 가스인 반도체 장치의 제조 방법.
  18. (a) 기판 처리 장치의 처리 용기에 기판을 수용하는 단계;
    (b) 상기 기판에 대하여 금속 함유 가스를 공급하는 단계;
    (c) 상기 기판에 대하여 제1 환원 가스를 공급하는 단계; 및
    (d) 상기 기판에 대하여 상기 제1 환원 가스와는 다른 제2 환원 가스를 공급하는 단계
    를 포함하고,
    (b)와 (c)와 (d)를 1회 이상 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 금속 함유막을 형성하는 처리를 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  19. 처리 용기;
    상기 처리 용기 내에 기판을 수용하는 반송계;
    상기 처리 용기 내에 금속 함유 가스를 공급하는 금속 함유 가스 공급계;
    상기 처리 용기 내에 제1 환원 가스를 공급하는 제1 환원 가스 공급계;
    상기 처리 용기 내에 상기 제1 환원 가스와는 다른 제2 환원 가스를 공급하는 제2 환원 가스 공급계;
    상기 처리 용기 내를 배기하는 배기계; 및
    (a) 상기 기판을 상기 처리 용기에 수용하는 처리와,
    (b) 상기 기판에 대하여 상기 금속 함유 가스를 공급하는 처리와,
    (c) 상기 기판에 대하여 상기 제1 환원 가스를 공급하는 처리와,
    (d) 상기 기판에 대하여 상기 제2 환원 가스를 공급하는 처리를 포함하고,
    (b)와 (c)와 (d)를 1회 이상 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 금속 함유막을 형성하는 처리를 수행하도록, 상기 반송계, 상기 금속 함유 가스 공급계, 상기 제1 환원 가스 공급계, 상기 제2 환원 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
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