KR20230138885A - 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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KR20230138885A
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Abstract

처리 용기 내에 부착된 적층막의 막 박리의 발생을 억제하는 기술을 제공한다. (a) 처리 용기 내의 기판 상에, 질소, 산소 및 소정 원소를 함유하는 제1 막과, 질소를 함유하고 제1 막과는 조성이 다른 제2 막이 적층되어 이루어지는 적층막을 형성하는 공정과, (b) (a)에 있어서 처리 용기 내에 부착된 적층막에 있어서의 제2 막의 조성을 제1 막의 조성에 가깝게 하는 개질 처리를 행하는 공정을 구비한다.

Description

기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 프로그램 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD, SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD, PROGRAM, AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 프로그램 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 처리 용기 내의 기판 상에 제1 막과 제2 막이 적층되어 이루어지는 적층막을 형성하는 공정이 행해지는 경우가 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2021-193748호 공보
그러나, 기판 상에 적층막을 형성할 때에, 처리 용기 내에도 적층막이 형성되어 부착되고, 처리 용기 내에 부착된 적층막에 있어서의 제1 막과 제2 막의 막 스트레스 차에 기인하여 막 박리가 발생하는 경우가 있다.
본 개시의 목적은, 처리 용기 내에 부착된 적층막의 막 박리의 발생을 억제하는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 개시의 일 양태에 의하면,
(a) 처리 용기 내의 기판 상에, 질소, 산소 및 소정 원소를 함유하는 제1 막과, 질소를 함유하고 상기 제1 막과는 조성이 다른 제2 막이 적층되어 이루어지는 적층막을 형성하는 공정과,
(b) (a)에 있어서 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 적층막에 있어서의 상기 제2 막의 조성을 상기 제1 막의 조성에 가깝게 하는 개질 처리를 행하는 공정
을 구비하는 기술이 제공된다.
본 개시에 의하면, 처리 용기 내에 부착된 적층막의 막 박리의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
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 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 양태의 기판 처리 공정에서의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 개시의 일 양태에 있어서의 제1 막의 처리 시퀀스의 예를 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 개시의 일 양태에 있어서의 제2 막의 처리 시퀀스의 예를 나타내는 도면이다.
도 7의 (a)는, 웨이퍼(200)의 표면에 있어서의 단면 부분 확대도이다. 도 7의 (b)는, 웨이퍼(200) 상에 제1 막을 형성한 후의 웨이퍼(200)의 표면에 있어서의 단면 부분 확대도이다. 도 7의 (c)는, 제1 막 상에 제2 막을 형성한 후의 웨이퍼(200)의 표면에 있어서의 단면 부분 확대도이다.
도 8은, 제1 막과 제2 막이 교대로 적층되어 이루어지는 적층막이 부착된 처리 용기 내벽의 단면 부분 확대도이다.
도 9는, 적층막에 있어서의 각 막이 갖는 막 스트레스의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
<본 개시의 일 양태>
이하, 본 개시의 일 양태에 대하여, 주로, 도 1 내지 도 8을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서 사용되는 도면은, 모두 모식적인 것이며, 도면에 도시된, 각 요소의 치수의 관계, 각 요소의 비율 등은, 현실의 것과는 반드시 일치하지는 않는다. 또한, 복수의 도면의 상호간에 있어서도, 각 요소의 치수의 관계, 각 요소의 비율 등은 반드시 일치하지는 않는다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시한 바와 같이, 처리로(202)는 온도 조정기(가열부)로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 지지판에 지지됨으로써 수직으로 설치되어 있다. 히터(207)는, 가스를 열로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(열 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 재료로 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)과 동심원형으로, 매니폴드(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스강(SUS) 등의 금속 재료로 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부는, 반응관(203)의 하단부에 걸림 결합하고 있고, 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 설치되어 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) 내, 즉, 이 처리 용기 내에서 웨이퍼(200)에 대한 처리가 행해진다.
처리실(201) 내에는, 제1 공급부, 제2 공급부로서의 노즐(249a, 249b)이, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 각각 마련되어 있다. 노즐(249a, 249b)을 제1 노즐, 제2 노즐이라고도 칭한다. 노즐(249a, 249b)은, 예를 들어 석영 또는 SiC 등의 내열성 재료로 구성되어 있다. 노즐(249a, 249b)에는, 가스 공급관(232a, 232b)이 접속되어 있다. 노즐(249a, 249b)은 각각 다른 노즐이며, 인접해서 마련되어 있다.
가스 공급관(232a, 232b)에는, 가스류의 상류측으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로 컨트롤러(MFC)(241a, 241b) 및 개폐 밸브인 밸브(243a, 243b)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232f)이 접속되어 있다. 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232c 내지 232e)이 접속되어 있다. 가스 공급관(232c 내지 232f)에는, 가스류의 상류측으로부터 순서대로 MFC(241c 내지 241f) 및 밸브(243c 내지 243f)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(232a 내지 232f)은, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료로 구성되어 있다.
도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 노즐(249a, 249b)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에 있어서의 평면에서 볼 때 원환상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라서, 웨이퍼(200)의 배열 방향 상방을 향해 입상하도록 각각 마련되어 있다. 즉, 노즐(249a, 249b)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 각각 마련되어 있다. 가스 공급 구멍(250a, 250b)은, 각각이, 평면에서 볼 때 웨이퍼(200)의 중심을 향해 개구되어 있으며, 웨이퍼(200)를 향해 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급 구멍(250a, 250b)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되어 있다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 반도체 원소 또는 금속 원소를 함유하는 원료 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통해 처리실(201) 내로 공급된다.
가스 공급관(232b)으로부터는, 산소(O) 함유 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내로 공급된다.
가스 공급관(232c)으로부터는, 탄소(C) 및 붕소(B) 중 적어도 어느 것을 함유하는 소정 원소 함유 가스가, MFC(241c), 밸브(243c), 노즐(249a)을 통해 처리실(201) 내로 공급된다.
가스 공급관(232d)으로부터는, 질소(N) 함유 가스가, MFC(241d), 밸브(243d), 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내로 공급된다.
가스 공급관(232e, 232f)으로부터는, 불활성 가스가, 각각 MFC(241e, 241f), 밸브(243e, 243f), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 통해 처리실(201) 내로 공급된다. 불활성 가스는, 퍼지 가스, 캐리어 가스, 희석 가스 등으로서 작용한다.
주로, 가스 공급관(232a 내지 232d), MFC(241a 내지 241d), 밸브(243a 내지 243d)에 의해, 처리 가스 공급계(원료 가스 공급계, 질소 함유 가스 공급계, 산소 함유 가스 공급계, 소정 원소 함유 가스 공급계)가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232e, 232f), MFC(241e, 241f), 밸브(243e, 243f)에 의해, 불활성 가스 공급계가 구성된다.
상술한 각종 가스 공급계 중, 어느 것, 혹은 모든 가스 공급계는, 밸브(243a 내지 243f), MFC(241a 내지 241f) 등이 집적되어 이루어지는 집적형 가스 공급 시스템(248)으로서 구성되어 있어도 된다. 집적형 가스 공급 시스템(248)은, 가스 공급관(232a 내지 232f)의 각각에 대하여 접속되고, 가스 공급관(232a 내지 232f) 내로의 각종 가스의 공급 동작, 즉, 밸브(243a 내지 243f)의 개폐 동작이나 MFC(241a 내지 241f)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 232f) 등에 대하여 집적 유닛 단위로 착탈을 행할 수 있어, 집적형 가스 공급 시스템(248)의 메인터넌스, 교환, 증설 등을, 집적 유닛 단위로 행하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
반응관(203)의 측벽 하방에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기구(231a)가 마련되어 있다. 배기구(231a)는, 반응관(203)의 측벽의 하부로부터 상부를 따라서, 즉, 웨이퍼 배열 영역을 따라서 마련되어 있어도 된다. 배기구(231a)에는 배기관(231)이 접속되어 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 통해, 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 포함시켜 생각해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구(爐口) 덮개로서의 시일 캡(219)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료로 구성되고, 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 재료로 구성되고, 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 재료로 구성되고, 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.
기판을 지지하는 지지구로서의 보트(217)는, 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를, 수평 자세로, 또한, 서로 중심을 일치시킨 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜 다단으로 지지하도록 구성되어 있다. 즉, 보트(217)는, 복수매의 웨이퍼(200)를, 수평 자세로, 또한, 수직 방향으로 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성된다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성되는 단열판(218)이 다단으로 지지되어 있다. 보트(217)는, 복수매의 웨이퍼(200)를 각각 지지할 수 있도록 구성되어 있다.
반응관(203) 내에는, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에 대한 통전 상태를 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(Cen tral 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 통해 CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다. 또한, 컨트롤러(121)에는, 외부 기억 장치(123)를 접속하는 것이 가능하게 되어 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 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 처리에 있어서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 의해, 기판 처리 장치에 실행시키고, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 단순히 프로그램이라고도 한다. 또한, 프로세스 레시피를, 단순히 레시피라고도 한다. 본 명세서에 있어서 프로그램이라고 하는 단어를 사용한 경우에는, 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그것들의 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 241f), 밸브(243a 내지 243f), 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 판독하여 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 레시피를 판독하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, MFC(241a 내지 241g)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243g)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 가능하도록 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 명세서에 있어서 기록 매체라고 하는 단어를 사용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그것들의 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터에 대한 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여 행하도록 해도 된다.
(2) 기판 처리 공정
상술한 기판 처리 장치를 사용하여, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 처리 용기 내의 기판으로서의 웨이퍼(200) 상에 제1 막과 제2 막이 적층되어 이루어지는 적층막을 형성하고, 처리 용기 내에 부착된 적층막에 있어서의 제2 막의 조성을 제1 막의 조성에 가깝게 하는 개질 처리를 행하는 처리 시퀀스의 예에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 형태에 있어서의 처리 시퀀스에서는,
처리 용기 내의 웨이퍼(200) 상에, N, O 및 소정 원소를 함유하는 제1 막과, N을 함유하고 제1 막과는 조성이 다른 제2 막이 적층되어 이루어지는 적층막을 형성하는 스텝 A와,
스텝 A에 있어서 처리 용기 내에 부착된 적층막에 있어서의 제2 막의 조성을 제1 막의 조성에 가깝게 하는 개질 처리를 행하는 스텝 B
를 행한다.
본 형태에서는, 스텝 A에서, 웨이퍼(200) 상에, 예를 들어 원료 가스, N 함유 가스, O 함유 가스 및 소정 원소 함유 가스를 공급하여 제1 막을 형성하고(제1 막 성막 처리), 원료 가스 및 N 함유 가스를 공급하여 제2 막을 형성하고(제2 막 성막 처리), 제1 막과 제2 막의 적층막을 형성한다. 또한, 스텝 B에서, 예를 들어 O 함유 가스를 공급하고, 처리 용기 내에 부착된 적층막에 있어서의 제2 막의 조성을 제1 막의 조성에 가깝게 하는 개질 처리를 행한다.
본 형태에 있어서의 스텝 A의 제1 막 성막 처리에서는, 도 5에 도시한 처리 시퀀스와 같이,
처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스를 공급하는 스텝 A1과,
처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대하여 소정 원소 함유 가스를 공급하는 스텝 A2와,
처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대하여 O 함유 가스를 공급하는 스텝 A3과,
처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대하여 N 함유 가스를 공급하는 스텝 A4
를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회, n은 1 이상의 정수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 제1 막을 형성한다.
본 형태에 있어서의 스텝 A의 제2 막 성막 처리에서는, 도 6에 도시한 처리 시퀀스와 같이,
처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스를 공급하는 스텝 a1과,
처리 용기 내의 웨이퍼(200)에 대하여 N 함유 가스를 공급하는 스텝 a2
를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(m회, m은 1 이상의 정수) 행함으로써, 제1 막 상에 제2 막을 형성한다.
본 명세서에서는, 상술한 처리 시퀀스를, 편의상, 이하와 같이 나타내는 경우도 있다. 이하의 다른 양태나 변형예 등의 설명에 있어서도, 마찬가지의 표기를 사용한다.
제1 막 성막 처리: (원료 가스→ 소정 원소 함유 가스→ O 함유 가스→ N 함유 가스)×n
제2 막 성막 처리: (원료 가스→ N 함유 가스)×m
본 명세서에 있어서 사용하는 「웨이퍼」라고 하는 단어는, 웨이퍼 바로 그자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에 있어서 사용하는 「웨이퍼의 표면」이라고 하는 단어는, 웨이퍼 바로 그 자체의 표면을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성된 소정의 층 등의 표면을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에 있어서 「웨이퍼 상에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 경우에는, 웨이퍼 바로 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 명세서에 있어서 「기판」이라고 하는 단어를 사용한 경우도, 「웨이퍼」라고 하는 단어를 사용한 경우와 동일한 의미이다.
(2-1) 성막 처리
우선, 웨이퍼(200) 상에 제1 막을 형성하는 제1 막 성막 처리의 시퀀스 예에 대하여 설명하고, 다음으로, 제1 막 상에 제2 막을 형성하는 제2 막 성막 처리의 시퀀스 예에 대하여 설명한다.
(웨이퍼 차지)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)된다. 그 후, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈).
(보트 로드)
그 후, 도 1에 도시한 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내로 반입된다(보트 로드). 이 상태에서, 시일 캡(219)은, O링(220b)을 통해 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)이 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가, 원하는 처리 온도가 되도록, 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록, 온도 센서(263)가 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에 대한 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 또한, 회전 기구(267)에 의한 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 진공 펌프(246)의 가동, 웨이퍼(200)의 가열 및 회전은, 어느 것이나, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행해진다.
(제1 막 성막 처리)
그 후, 다음 스텝 A1 내지 A4를 순차 실행한다.
[스텝 A1]
스텝 A1에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 원료 가스를 공급한다.
구체적으로는, 밸브(243a)를 개방하고, 가스 공급관(232a) 내로 원료 가스를 흘린다. 원료 가스는, MFC(241a)에 의해 유량 조정되고, 노즐(249a)을 통해 처리실(201) 내로 공급되고, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)의 측방으로부터, 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스가 공급된다(원료 가스 공급). 이때, 밸브(243e, 243f)를 개방하고, 노즐(249a, 249b)의 각각을 통해 처리실(201) 내로 불활성 가스를 공급한다. 또한, 이하에 나타내는 몇몇 방법에 있어서는, 처리실(201) 내로의 불활성 가스의 공급을 불실시로 하도록 해도 된다.
본 스텝에 있어서의 처리 조건으로서는,
처리 온도: 250 내지 800℃, 바람직하게는 400 내지 700℃
처리 압력: 1 내지 2666Pa, 바람직하게는 67 내지 1333Pa
원료 가스 공급 유량: 0.01 내지 2slm, 바람직하게는 0.1 내지 1slm
원료 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
불활성 가스 공급 유량(가스 공급관마다): 0 내지 10slm이 예시된다.
또한, 본 명세서에 있어서의 「250 내지 800℃」와 같은 수치 범위의 표기는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 예를 들어 「250 내지 800℃」란 「250℃ 이상 800℃ 이하」를 의미한다. 다른 수치 범위에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 본 명세서에 있어서의 처리 온도란 웨이퍼(200)의 온도 또는 처리실(201) 내의 온도임을 의미하고, 처리 압력이란 처리실(201) 내의 압력임을 의미한다. 또한, 가스 공급 유량: 0slm이란, 그 가스를 공급하지 않는 케이스를 의미한다. 이들은, 이하의 설명에 있어서도 마찬가지이다.
상술한 처리 조건하에서 웨이퍼(200)에 대하여 원료 가스로서, 예를 들어 클로로실란계 가스를 공급함으로써, 하지(下地)로서의 웨이퍼(200)의 최표면 상에, Cl을 포함하는 Si 함유층이 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, 웨이퍼(200)의 최표면으로의, 클로로실란계 가스의 분자의 물리 흡착이나 화학 흡착, 클로로실란계 가스의 일부가 분해된 물질의 분자의 물리 흡착이나 화학 흡착, 클로로실란계 가스의 열분해에 의한 Si의 퇴적 등에 의해 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, 클로로실란계 가스의 분자나 클로로실란계 가스의 일부가 분해된 물질의 분자의 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)이어도 되고, Cl을 포함하는 Si의 퇴적층이어도 된다. 본 명세서에서는, Cl을 포함하는 Si 함유층을, 단순히 Si 함유층이라고도 칭한다. 또한, 상술한 처리 조건하에서는, 웨이퍼(200)의 최표면 상으로의 클로로실란계 가스의 분자나 클로로실란계 가스의 일부가 분해된 물질의 분자의 물리 흡착이나 화학 흡착이 지배적으로(우선적으로) 발생하고, 클로로실란계 가스의 열분해에 의한 Si의 퇴적은 근소하게 발생하거나, 혹은 거의 발생하지 않게 된다. 즉, 상술한 처리 조건하에서는, Si 함유층은, 클로로실란계 가스의 분자나 클로로실란계 가스의 일부가 분해된 물질의 분자의 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)을 압도적으로 많이 포함하게 되고, Cl을 포함하는 Si의 퇴적층을 근소하게 포함하거나, 혹은 거의 포함하지 않게 된다.
Si 함유층이 형성된 후, 밸브(243a)를 폐쇄하고, 처리실(201) 내로의 원료 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때, 밸브(243e, 243f)를 개방한 채로 하고, 처리실(201) 내로 불활성 가스를 공급하고, 배기구(231a)로부터 배기하여, 처리실(201) 내를 불활성 가스로 퍼지한다(퍼지).
퍼지에 있어서의 처리 조건으로서는,
처리 압력: 1 내지 20Pa
불활성 가스 공급 유량(가스 공급관마다): 0.05 내지 20slm
불활성 가스 공급 시간: 1 내지 200초, 바람직하게는 1 내지 40초
가 예시된다. 다른 처리 조건은, 원료 가스를 공급할 때에 있어서의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
원료 가스로서는, 예를 들어 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막을 구성하는 주 원소로서의 실리콘(Si)을 포함하는 실란계 가스를 사용할 수 있다. 실란계 가스로서는, 예를 들어 할로겐 및 Si를 포함하는 가스, 즉, 할로실란계 가스를 사용할 수 있다. 할로겐에는, 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I) 등이 포함된다. 할로실란계 가스로서는, 예를 들어 Cl 및 Si를 포함하는 상술한 클로로실란계 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: 4CS) 가스, 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스, 옥타클로로트리실란(Si3Cl8, 약칭: OCTS) 가스 등의 클로로실란계 가스를 사용할 수 있다. 원료 가스로서는, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
원료 가스로서는, 클로로실란계 가스 외에, 예를 들어 테트라플루오로실란(SiF4) 가스, 디플루오로실란(SiH2F2) 가스 등의 플루오로실란계 가스나, 테트라브로모실란(SiBr4) 가스, 디브로모실란(SiH2Br2) 가스 등의 브로모실란계 가스나, 테트라요오도실란(SiI4) 가스, 디요오드실란(SiH2I2) 가스 등의 요오도실란계 가스를 사용할 수도 있다. 원료 가스로서는, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
원료 가스로서는, 이들 외에, 예를 들어 아미노기 및 Si를 포함하는 가스, 즉, 아미노실란계 가스를 사용할 수도 있다. 아미노기란, 암모니아, 제1급 아민 또는 제2급 아민으로부터 수소(H)를 제거한 1가의 관능기이며, -NH2, -NHR, -NR2와 같이 표시할 수 있다. 또한, R은 알킬기를 나타내고, -NR2의 2개의 R은, 동일해도 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 아미노실란계 가스를 사용할 수도 있다. 원료 가스로서는, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
이러한 점은, 후술하는 스텝 a1에 있어서도 마찬가지이다.
불활성 가스로서는, 예를 들어 질소(N2) 가스나, 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 크세논(Xe) 가스, 크립톤(Kr) 가스, 라돈(Rn) 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다. 불활성 가스로서는, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다. 이 점은, 후술하는 각 스텝에 있어서도 마찬가지이다.
[스텝 A2]
스텝 A1이 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si 함유층에 대하여, 소정 원소 함유 가스를 공급한다.
구체적으로는, 밸브(243c)를 개방하고, 가스 공급관(232c) 내로 소정 원소 함유 가스를 흘린다. 소정 원소 함유 가스는, MFC(241c)에 의해 유량 조정되고, 노즐(249a)을 통해 처리실(201) 내로 공급되고, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)의 측방으로부터, 웨이퍼(200)에 대하여 소정 원소 함유 가스가 공급된다(소정 원소 함유 가스 공급). 이때, 밸브(243e, 243f)를 개방한 채로 하고, 노즐(249a, 249b)의 각각을 통해 처리실(201) 내로 불활성 가스를 공급해도 된다.
본 스텝에 있어서의 처리 조건으로서는,
처리 압력: 1 내지 4000Pa, 바람직하게는 1 내지 3000Pa
소정 원소 함유 가스 공급 유량: 0.1 내지 10slm
소정 원소 함유 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
가 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 A1에서 원료 가스를 공급할 때에 있어서의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
상술한 조건하에서 웨이퍼(200)에 대하여 소정 원소 함유 가스로서, 예를 들어 탄소(C) 함유 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 Si 함유층의 적어도 일부가 탄화(개질)된다. 결과적으로, 하지로서의 웨이퍼(200)의 최표면 상에 Si 함유층이 탄화되어 이루어지는 층, 즉, Si 및 C를 포함하는 층으로서, 실리콘 탄화층(SiC층)이 형성된다. SiC층을 형성할 때, Si 함유층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, 소정 원소 함유 가스에 의한 Si 함유층의 개질 반응의 과정에 있어서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하고, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이에 의해, SiC층은, Si 함유층에 비하여, Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
SiC층이 형성된 후, 밸브(243c)를 폐쇄하고, 처리실(201) 내로의 소정 원소 함유 가스의 공급을 정지하고, 스텝 A1에 있어서의 퍼지와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지).
소정 원소 함유 가스로서는, 예를 들어 C 함유 가스를 사용할 수 있다. C 함유 가스로서는, 예를 들어 프로필렌(C3H6) 가스, 에틸렌(C2H4) 가스, 아세틸렌(C2H2) 가스 등의 탄화수소계 가스를 사용할 수 있다. 소정 원소 함유 가스로서는, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
[스텝 A3]
스텝 A2가 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 SiC층에 대하여, O 함유 가스를 공급한다.
구체적으로는, 밸브(243b)를 개방하고, 가스 공급관(232b) 내로 O 함유 가스를 흘린다. O 함유 가스는, MFC(241b)에 의해 유량 조정되고, 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내로 공급되고, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)의 측방으로부터, 웨이퍼(200)에 대하여 O 함유 가스가 공급된다(O 함유 가스 공급). 이때, 밸브(243e, 243f)를 개방한 채로 하고, 노즐(249a, 249b)의 각각을 통해 처리실(201) 내로 불활성 가스를 공급해도 된다.
본 스텝에 있어서의 처리 조건으로서는,
처리 압력: 1 내지 4000Pa, 바람직하게는 1 내지 3000Pa
O 함유 가스 공급 유량: 0.1 내지 10slm
O 함유 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
가 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 A1에서 원료 가스를 공급할 때에 있어서의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
상술한 조건하에서 웨이퍼(200)에 대하여 O 함유 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 SiC층의 적어도 일부가 산화(개질)된다. 결과적으로, 하지로서의 웨이퍼(200)의 최표면 상에 SiC층이 산화되어 이루어지는 층, 즉, Si, O 및 C를 포함하는 층으로서, 실리콘산탄화층(SiOC층)이 형성된다. SiOC층을 형성할 때, SiC층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, O 함유 가스에 의한 SiC층의 개질 반응의 과정에 있어서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하고, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이에 의해, SiOC층은, SiC층에 비하여, Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
SiOC층이 형성된 후, 밸브(243b)를 폐쇄하고, 처리실(201) 내로의 O 함유 가스의 공급을 정지하고, 스텝 A1에 있어서의 퍼지와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지).
O 함유 가스로서는, 예를 들어 산소(O2) 가스, 오존(O3) 가스, 수증기(H2O 가스), 일산화질소(NO) 가스, 아산화질소(N2O) 가스 등을 사용할 수 있다. O 함유 가스로서는, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다. 이 점은, 후술하는 스텝 b에 있어서도 마찬가지이다.
[스텝 A4]
스텝 A3이 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 SiOC층에 대하여, N 함유 가스를 공급한다.
구체적으로는, 밸브(243d)를 개방하고, 가스 공급관(232d) 내로, N 함유 가스를 흘린다. N 함유 가스는, MFC(241d)에 의해 유량 조정되고, 노즐(249b)을 통해 처리실(201) 내로 공급되고, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)의 측방으로부터, 웨이퍼(200)에 대하여, N 함유 가스가 공급된다(N 함유 가스 공급). 이때, 밸브(243e, 243f)를 개방한 채로 하고, 노즐(249a, 249b)의 각각을 통해 처리실(201) 내로 불활성 가스를 공급해도 된다.
본 스텝에 있어서의 처리 조건으로서는,
처리 압력: 1 내지 4000Pa, 바람직하게는 1 내지 3000Pa
N 함유 가스 공급 유량: 0.1 내지 10slm
N 함유 가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
가 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 A1에서 원료 가스를 공급할 때에 있어서의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
상술한 조건하에서 웨이퍼(200)에 대하여 N 함유 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 SiOC층의 적어도 일부가 질화(개질)된다. 결과적으로, 하지로서의 웨이퍼(200)의 최표면 상에, SiOC층이 질화되어 이루어지는 층, 즉, Si, O, C 및 N을 포함하는 층으로서, 실리콘산탄질화층(SiOCN층)이 형성된다. SiOCN층을 형성할 때, SiOC층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, N 함유 가스에 의한 SiOC층의 개질 반응의 과정에 있어서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하고, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이에 의해, SiOCN층은, SiOC층에 비하여, Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
SiOCN층이 형성된 후, 밸브(243d)를 폐쇄하고, 처리실(201) 내로의 N 함유 가스의 공급을 정지하고, 스텝 A1에 있어서의 퍼지와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지).
N 함유 가스로서는, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스, 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등의 질화수소계 가스를 사용할 수 있다. N 함유 가스로서는, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다. 이 점은, 후술하는 스텝 a2에 있어서도 마찬가지이다.
[사이클의 소정 횟수 실시]
상술한 스텝 A1 내지 A4를 비동시에, 즉, 동기시키지 않고 행하는 사이클을 소정 횟수(n회, n은 1 이상의 정수) 행함으로써, 웨이퍼(200)의 표면을 하지로 하여, 이 하지 상에 제1 막으로서, O, N, 소정 원소로서 예를 들어 C 및 반도체 원소로서 예를 들어 Si를 함유하는 소정의 두께의 예를 들어 실리콘산탄질화막(SiOCN막)을 형성할 수 있다(도 7의 (a), 도 7의 (b) 참조). 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1사이클당 형성되는 SiOCN층의 두께를 원하는 막 두께보다도 얇게 하고, SiOCN층을 적층함으로써 형성되는 SiOCN막의 두께가 원하는 두께가 될 때까지, 상술한 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
(제2 막 성막 처리)
그 후, 다음 스텝 a1, a2를 순차 실행한다.
[스텝 a1]
스텝 a1에서는, 상술한 스텝 A1에 있어서의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에 의해, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 막에 대하여, 원료 가스를 공급한다(원료 가스 공급). 이에 의해, 제1 막 상에 Si 함유층이 형성된다. Si 함유층이 형성된 후, 처리실(201) 내로의 원료 가스의 공급을 정지하고, 스텝 A1에 있어서의 퍼지와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지).
[스텝 a2]
스텝 a1이 종료된 후, 상술한 스텝 A1에 있어서의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에 의해, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상의 제1 막 상에 형성된 Si 함유층에 대하여, N 함유 가스를 공급한다(N 함유 가스 공급). 이에 의해, 제1 막 상에 형성된 Si 함유층의 적어도 일부가 질화(개질)된다. 결과적으로, 하지로서의 제1 막 상에, 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, N 함유 가스에 의한 SiN층의 개질 반응의 과정에 있어서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하고, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이에 의해, SiN층은, Si 함유층에 비하여, Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
SiN층이 형성된 후, 처리실(201) 내로의 N 함유 가스의 공급을 정지하고, 스텝 A1에 있어서의 퍼지와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지).
[사이클의 소정 횟수 실시]
상술한 스텝 a1, a2를 비동시에, 즉, 동기시키지 않고 행하는 사이클을 소정 횟수(m회, m은 1이상의 정수) 행함으로써, 제1 막의 표면을 하지로 하여, 이 하지 상에 제2 막으로서, N 및 반도체 원소로서 예를 들어 Si를 함유하는 소정의 두께의 예를 들어 실리콘질화막(SiN막)을 형성할 수 있다(도 7의 (c) 참조). 제2 막은, 제1 막이 함유하는 O 및 소정 원소를 실질적으로 함유하지 않는 막이며, 제1 막과는 성분 및 조성이 다르다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1사이클당 형성되는 SiN층의 두께를 원하는 막 두께보다도 얇게 하고, SiN층을 적층함으로써 형성되는 SiN막의 두께가 원하는 두께가 될 때까지, 상술한 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
상술한 처리 수순, 처리 조건에 의해 형성되는 제2 막의 두께는, 제2 막의 하지가 되는 제1 막의 두께보다도 얇은 두께로 형성되게 된다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
웨이퍼(200) 상으로 원하는 두께의, 제1 막과 제2 막이 적층되어 이루어지는 적층막을 형성하는 처리가 완료된 후, 노즐(249a, 249b)의 각각으로부터 퍼지 가스로서 불활성 가스를 처리실(201) 내로 공급하고, 배기구(231a)로부터 배기한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 퍼지되고, 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)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되고, 매니폴드(209)의 하단이 개구된다. 그리고, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가, 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출된다(보트 언로드). 보트 언로드의 후에는 셔터(219s)가 이동되고, 매니폴드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 통해 셔터(219s)에 의해 시일된다(셔터 클로즈).
(웨이퍼 디스차지)
웨이퍼 냉각 후, 취출 가능한 소정의 온도가 될 때까지 냉각된 처리가 끝난 웨이퍼(200)는, 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
이와 같이 하여, 웨이퍼(200) 상에 제1 막과 제2 막이 적층되어 이루어지는 적층막을 형성하는 처리가 종료된다. 이 처리는, 소정 횟수(1회 이상) 행해지게 된다.
(2-2) 적층막의 개질 처리
상술한 제1 막 성막 처리와 제2 막 성막 처리를 행하면, 제1 막과 제2 막의 적층막이, 처리 용기 내의 부재의 표면, 예를 들어 반응관(203)의 내벽면이나 보트(217)의 표면 등에도 부착된다. 도 8에, 제1 막 성막 처리, 제2 막 성막 처리를 교대로 반복함으로써, 제1 막과 제2 막이 교대로 적층되어 이루어지는 적층막이 부착된 처리 용기 내벽, 즉, 반응관(203)의 내벽 단면 부분 확대도를 모식적으로 나타낸다. 제1 막과 제2 막은, 막에 발생하는 스트레스(응력)가 다르기 때문에, 적층막을 형성하는 처리를 행함으로써, 제1 막과 제2 막의 막 스트레스 차에 기인하여 적층막에 크랙이 발생하고, 막이 부재의 표면으로부터 박리되어, 노내에 이물(파티클)을 발생시키는 경우가 있다. 그래서, 적층막을 형성한 후, 소정의 타이밍에, 처리 용기 내에 부착된 적층막을 개질하고, 제1 막과 제2 막의 막 스트레스의 차를 작게 (완화)하는 메인터넌스 처리를 행한다.
이하, 처리 용기 내에 부착된 적층막의 개질 처리에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서도, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
(빈 보트 로드)
셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 그 후, 표면에 제2 막이 부착되어 있는 빈 보트(217), 즉, 웨이퍼(200)를 지지하지 않는 보트(217)가, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져, 표면에 제2 막이 부착되어 있는 처리 용기 내, 즉, 처리실(201) 내로 반입된다(빈 보트 로드). 이 상태에서, 시일 캡(219)은, O링(220b)를 통해 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태로 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
빈 보트 로드가 종료된 후, 처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한, 처리실(201) 내가 원하는 처리 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)에 대한 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 또한, 회전 기구(254)에 의한 빈 보트(217)의 회전을 개시한다. 진공 펌프(246)의 가동, 처리실(201) 내의 가열, 보트(217)의 회전은, 모두, 적층막의 개질 처리가 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행해진다. 또한, 보트(217)는 회전시키지 않아도 된다.
(개질 처리)
그 후, 다음 스텝 b를 실행한다.
[스텝 b]
스텝 b에서는, 상술한 스텝 A3에 있어서의 처리 수순과 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리 용기 내의 적층막에 대하여, 예를 들어 O 함유 가스를 공급한다(O 함유 가스 공급). 이에 의해, 처리 용기 내의 적층막에 대하여 산화 처리가 행해진다. 산화 처리의 종료 후, 처리실(201) 내로의 원료 가스의 공급을 정지하고, 스텝 A1에 있어서의 퍼지와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지).
본 스텝에 있어서의 처리 조건으로서는,
처리 온도: 300 내지 750℃, 바람직하게는 500 내지 650℃
처리 압력: 30 내지 1200Pa, 바람직하게는 1000 내지 1200Pa
O 함유 가스 공급 유량: 1 내지 10slm, 바람직하게는 3 내지 6slm
O 함유 가스 공급 시간: 10 내지 60분, 바람직하게는 20 내지 40분
이 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 A1에서 원료 가스를 공급할 때에 있어서의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
상술한 조건하에서 처리 용기 내의 적층막에 대하여 O 함유 가스를 공급함으로써, 적층막에 있어서의 제1 막(SiOCN막)과 제2 막(SiN막) 중 어느 막의 적어도 일부가 산화(개질)된다. 구체적으로는, 처리 용기 내에 O 함유 가스를 공급함으로써, 제2 막을 산화시키고, 실리콘산질화막(SiON막)에 개질시킴과 함께, 제1 막을 산화시키고, 제1 막 중에, O를 더 도입시켜 O 농도가 높은(산소가 풍부한) SiOCN막으로 개질시킨다. 이와 같이 하여, 제2 막의 조성을 제1 막의 조성에 가깝게 함으로써, 제1 막과 제2 막의 막 스트레스 차를 작게 할 수 있다.
처리 온도가 300℃ 미만이 되면, O 함유 가스의 활성화가 불충분해져서, 개질(산화) 처리의 진행이 곤란해지는 경우가 있다. 처리 온도를 300℃ 이상으로 함으로써, O 함유 가스의 활성화가 충분해져서, 개질(산화) 처리를 진행시킬 수 있다. 처리 온도를 500℃ 이상으로 함으로써, O 함유 가스를 더욱 활성화시켜, 개질(산화) 처리를 효율적으로 행할 수 있다.
처리 온도가 750℃를 초과하면, O 함유 가스의 활성화가 과잉이 되어, 개질(산화) 처리의 진행이 곤란해지는 경우가 있다. 처리 온도를 750℃ 이하로 함으로써, O 함유 가스의 활성을 적정하게 억제하고, 개질(산화) 처리를 진행시킬 수 있다. 처리 온도를 650℃ 이하로 함으로써, O 함유 가스의 활성을 보다 적정하게 억제하여, 개질(산화) 처리를 효율적으로 행할 수 있다.
처리 압력이 30Pa 미만이 되면, O 함유 가스의 활성화가 불충분해져서, 개질(산화) 처리의 진행이 곤란해지는 경우가 있다. 처리 압력을 30Pa 이상으로 함으로써, O 함유 가스의 활성화가 충분해져서, 개질(산화) 처리를 진행시킬 수 있다. 처리 압력을 1000Pa 이상으로 함으로써, O 함유 가스를 더욱 활성화시켜, 개질(산화) 처리를 효율적으로 행할 수 있다.
처리 압력이 1200Pa를 초과하면, O 함유 가스의 활성화가 과잉으로 되어, 개질(산화) 처리의 진행이 곤란해지는 경우가 있다. 처리 압력을 1200Pa 이하로 함으로써, O 함유 가스의 활성을 적정하게 억제하여, 개질(산화) 처리를 진행시킬 수 있다.
O 함유 가스 공급 유량이 1slm 미만이 되면, 개질(산화) 처리의 진행이 곤란해지는 경우가 있다. O 함유 가스 공급 유량을 1slm 이상으로 함으로써, 개질(산화) 처리를 진행시킬 수 있다. O 함유 가스 공급 유량을 3slm 이상으로 함으로써, 개질(산화) 처리를 효율적으로 행할 수 있다.
O 함유 가스 공급 유량이 10slm을 초과하면, 개질(산화) 처리가 과잉으로 진행되는 경우가 있다. 또한, 가스 비용의 증가를 초래해버리는 경우가 있다. O 함유 가스 공급 유량을 10slm 이하로 함으로써, 개질(산화) 처리의 과잉의 진행을 억제할 수 있어, 가스 비용의 증가를 회피할 수 있다. O 함유 가스 공급 유량을 6slm 이하로 함으로써, 개질(산화) 처리의 과잉의 진행을 보다 적정하게 억제할 수 있어, 가스 비용의 증가를 보다 확실하게 회피할 수 있다.
O 함유 가스 공급 시간이 10분 미만이 되면, 개질(산화) 처리의 진행이 곤란해지는 경우가 있다. O 함유 가스 공급 시간을 10분 이상으로 함으로써, 개질(산화) 처리를 진행시킬 수 있다. O 함유 가스 공급 시간을 20분 이상으로 함으로써, 개질(산화) 처리를 효율적으로 행할 수 있다.
O 함유 가스 공급 시간이 60분을 초과하면, 개질(산화) 처리가 과잉으로 진행되는 경우가 있다. 또한, 생산성의 저하를 초래하는 경우가 있다. O 함유 가스 공급 시간을 60분 이하로 함으로써, 개질(산화) 처리의 과잉의 진행을 억제할 수 있어, 생산성의 저하를 회피할 수 있다. O 함유 가스 공급 시간을 40분 이하로 함으로써, 개질(산화) 처리의 과잉의 진행을 보다 적정하게 억제할 수 있어, 생산성의 저하를 보다 확실하게 회피할 수 있다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
처리 용기 내의 적층막에 대한 개질(산화) 처리가 완료된 후, 노즐(249a, 249b)의 각각으로부터 퍼지 가스로서 불활성 가스를 처리실(201) 내로 공급하고, 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).
(빈 보트 언로드)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되고, 매니폴드(209)의 하단이 개구된다. 그리고, 빈 보트(217)가 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출된다(보트 언로드). 보트 언로드의 후에는 셔터(219s)를 이동시킬 수 있어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 통해 셔터(219s)에 의해 시일된다(셔터 클로즈).
이와 같이 하여, 처리 용기 내에 부착된 제1 막과 제2 막이 적층되어 이루어지는 적층막의 개질 처리가 종료된다. 이 처리는, 제1 막 성막 처리와 제2 막 성막 처리를 각각 1회 행할 때마다 행하도록 해도 되고, 제1 막 성막 처리와 제2 막 성막 처리를 각각 2회 이상(복수회) 행할 때마다 행하도록 해도 된다.
(3) 본 형태에 의한 효과
본 형태에 의하면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(a) 스텝 B에 있어서, 처리 용기 내에 부착된 적층막에 있어서의 제2 막의 조성을 제1 막의 조성에 가깝게 하는 개질 처리를 행함으로써, 제1 막과 제2 막의 막 스트레스 차를, 스텝 B를 행하기 전의 제1 막과 제2 막의 막 스트레스 차보다도 작게 할 수 있다. 이에 의해, 처리 용기 내에 부착된 적층막이 박리되기 어려워져, 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 결과적으로, 웨이퍼(200) 상에 형성하는 막의 품질을 향상시켜서, 수율을 대폭으로 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 막 박리의 발생을 억제함으로써, 클리닝 처리의 빈도를 낮출 수 있어, 기판 처리 장치의 다운 타임을 단축시키는 것이 가능해진다. 클리닝 처리의 빈도가 낮아짐으로써, 그 후에 행해지는 제1 막 성막 처리에 있어서, 처리 용기의 내벽 등으로부터 탈리한 클레이닝 가스의 성분이, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막 중에 혼입되어, 그 막질을 저하시키는 것을 회피할 수 있다.
(b) 스텝 B에 있어서, O 함유 가스를 처리 용기 내에 공급하여 개질(산화) 처리를 행함으로써, 제1 막과 제2 막의 각각의 막에 있어서의 막 스트레스를 저감시킬 수 있다. 구체적으로는, 제1 막보다도 큰 막 스트레스를 갖는 제2 막의 막 스트레스를 보다 크게 감소시킬 수 있으므로, 제1 막과 제2 막의 막 스트레스 차를 작게 할 수 있다. 또한, 스텝 B에 있어서, 제1 막에 포함되는 O를 함유하는 가스(O 함유 가스)를 사용하여 개질(산화) 처리를 행함으로써, 처리 용기 내에 공급하는 가스의 오염(contamination)의 발생을 방지할 수 있다.
(c) 제2 막의 두께를, 제1 막의 두께보다도 얇은 두께로 형성함으로써, 제1 막을 층간 절연막, 제2 막을 캡막으로서 사용할 수 있다.
(d) 스텝 A(제1 막 성막 처리와 제2 막 성막 처리를 각각)를 1회 행할 때마다, 스텝 B(개질 처리)를 행하는 경우에는, 제1 막과 제2 막의 막 스트레스 차를 이 용기 내에 부착된 적층막에 있어서의 제1 막과 제2 막의 막 스트레스 차를 확실하게 작게 할 수 있다.
(e) 스텝 A(제1 막 성막 처리와 제2 막 성막 처리)를 2회 이상 행할 때마다, 스텝 B(개질 처리)를 행하는 경우에는, 스루풋을 실질적으로 저하시키지 않고, 처리 용기 내에 부착된 적층막에 있어서의 제1 막과 제2 막의 막 스트레스 차를 작게 할 수 있다
(f) 스텝 A를 처리 용기 내에 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)를 수용한 상태에서 행하고, 스텝 B를, 처리 용기 내에 웨이퍼(200)를 지지하지 않는 보트(217)를 수용한 상태에서 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성한 적층막에 악영향을 주지 않고, 보트(217)나 처리 용기 내에 부착된 적층막에 있어서의 제1 막과 제2 막의 막 스트레스 차를 작게 할 수 있다.
<본 개시의 다른 양태>
이상, 본 개시의 양태를 구체적으로 설명하였지만, 본 개시는 상술한 양태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
상술한 양태에서는, 제1 막, 제2 막으로서, 반도체 원소(Si)를 함유하는 막을 형성하는 예를 설명하였지만, 본 개시는 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 제1 막, 제2 막으로서, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 탄탈(Ta), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등의 금속 원소를 함유하는 막을 형성하는 경우에도, 본 개시를 적용할 수 있다. 이 경우에 있어서도, 상술한 양태에 있어서의 효과와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
상술한 양태에서는, 소정의 원소로서 C를 사용하고, 소정의 원소를 함유하는 제1 막으로서 SiOCN막을 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 개시는 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 소정의 원소로서 B를 사용하고, 소정 원소 함유 가스로서, 예를 들어 디보란(B2H6) 가스, 트리클로로보란(BCl3) 가스 등의 B 함유 가스를 사용하고, 제1 막으로서 실리콘 붕산 질화막(SiBON막)을 형성하는 경우에도, 본 개시를 적용할 수 있다. 또한, 예를 들어 소정의 원소로서 C 및 B를 함유하는 가스를 사용하고, 제1 막으로서 실리콘붕산탄질화막(SiBOCN막)을 형성하는 경우에도, 본 개시를 적용할 수 있다. 이들 경우에 있어서도, 상술한 양태에 있어서의 효과와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
상술한 양태에서는, 동일한 웨이퍼(200) 상에 제1 막과 제2 막이 적층하여 이루어지는 적층막을 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 개시는 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 제1 막, 제2 막을, 각각 다른 웨이퍼(200) 상에 형성하는 경우에도, 본 개시를 적용할 수 있다. 이 경우에 있어서도, 상술한 양태에 있어서의 효과와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
각 처리에 사용되는 레시피는, 처리 내용에 따라 개별로 준비하고, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 통해 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 장치로 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 막을, 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한, 오퍼레이터의 부담을 저감시킬 수 있어, 조작 미스를 회피하면서, 각 처리를 신속히 개시할 수 있게 된다.
상술한 레시피는, 새롭게 작성하는 경우에 한정되지 않고, 예를 들어 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 변경함으로써 준비해도 된다. 레시피를 변경하는 경우에는, 변경 후의 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 레시피를 기록한 기록 매체를 통해 기판 처리 장치에 인스톨해도 된다. 또한, 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하고, 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 직접 변경해도 된다.
상술한 양태에서는, 한 번에 복수매의 기판을 처리하는 배치식 기판 처리 장치를 사용하여 막을 형성하는 예에 대하여 설명하였다. 본 개시는 상술한 양태에 한정되지 않고, 예를 들어 한 번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식 기판 처리 장치를 사용하여 막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 양태에서는, 핫월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용하여 막을 형성하는 예에 대하여 설명하였다. 본 개시는 상술한 양태에 한정되지 않고, 콜드월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다.
이와 같은 기판 처리 장치를 사용하는 경우에 있어서도, 상술한 양태와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에서 각 처리를 행할 수 있어, 상술한 양태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
상술한 양태는, 적절히 조합하여 사용할 수 있다. 이때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 양태의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
[실시예]
상술한 양태에 있어서의 기판 처리 장치를 사용하여, 이하의 제1 처리를 행함으로써, 복수매의 웨이퍼 상에 SiOCN막과 SiN막이 적층되어 이루어지는 적층막을 형성하였다. 또한, 이하의 제2 처리를 행함으로써, 복수매의 웨이퍼 위에 상술한 적층막을 형성하고, 적층막에 산화(개질) 처리를 실시하였다. SiOCN막에 있어서는, 원료 가스로서 HCDS 가스를, 소정 원소 함유 가스로서 C3H6 가스를, O 함유 가스로서 O2 가스를, N 함유 가스로서 NH3 가스를 사용하였다. SiN막에 있어서는, 원료 가스, N 함유 가스로서, SiOCN막과 마찬가지로, 각각 HCDS 가스, NH3 가스를 사용하였다. 산화(개질) 처리에서는, O 함유 가스로서 O2 가스를 사용하였다. 다른 처리 조건은, 상술한 양태에 있어서의 처리 조건 범위 내의 공통의 조건으로 하였다.
제1 처리: (원료 가스→ 소정 원소 함유 가스→ O 함유 가스→N 함유 가스)×n→(원료 가스→ N 함유 가스)×m
제2 처리: (원료 가스→ 소정 원소 함유 가스→ O 함유 가스→ N 함유 가스)×n→(원료 가스→ N 함유 가스)×m→ O 함유 가스
제1 처리를 행함으로써 형성된 적층막에 있어서의 SiN막을 샘플 1, SiOCN막을 샘플 2로 하였다. 제2 처리를 행함으로써 적층막에 있어서의 SiN막이 산화되어 개질된 SiON막을 샘플 3, O가 더욱 도입된 SiOCN막을 샘플 4로 하였다.
샘플 1 내지 4에 있어서의 막 스트레스를 각각 측정하였다. 그 결과를 도 9에 나타낸다. 횡축은, 각 샘플을 나타내고 있다. 종축은 막 스트레스[MPa]를 나타내고 있다. 종축에 있어서의 정(正)의 스트레스는 인장 스트레스를, 부(負)의 스트레스는 압축 스트레스를 의미하고 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 샘플 1 내지 4에 있어서의 막 스트레스는, 순서대로, 800MPa, 280MPa, 250MPa, 230MPa 정도 크기의 각각 인장 스트레스가 되는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 적층막에 산화 처리를 실시하여, SiN막을 SiON막으로 개질함으로써, 막 스트레스가 대폭으로 저하(800MPa 정도→ 250MPa 정도)되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 적층막에 산화 처리를 실시하여, SiOCN막에, O를 더욱 도입시킴으로써, 막 스트레스가 저하(280MPa 정도→ 230MPa 정도)되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 적층막에 산화 처리를 실시하여, SiN막을 SiON막으로 개질하고, SiOCN막의 조성에 가깝게 함으로써, SiON막(샘플 3)과 SiOCN막(샘플 4)의 막 스트레스 차를, 산화 처리를 실시하기 전의 SiN막(샘플 1)과 SiO CN막(샘플 2)의 막 스트레스 차보다도 작게 할 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 샘플 1 내지 4의 막 조성비, 즉, 각 막 중에 포함되는 Si, O, C, N 등의 농도를, XPS(X선 광전자 분광법)에 의해 측정하였다. 샘플 3(SiON막)은, 샘플 1(SiN막)과 비교하여, O 농도는 높고, Si 농도는 낮고, N 농도는 낮아지는 것이 확인되었다. 샘플 4(SiOCN막)는, 샘플 2(SiOCN막)와 비교하여, O 농도는 높고, Si 농도 및 C 농도는 낮고, N 농도는 변화 없음이 확인되었다. 샘플 2(SiOCN막)는, 샘플 1(SiN막)과 비교하여, O 농도는 높고, Si 농도는 낮고, N 농도는 낮은 것이 확인되었다. 샘플 4(SiOCN막)는, 샘플 3(SiON막)과 비교하여, O 농도는 높고, Si 농도는 거의 동등하며, C 농도는 높고, N 농도는 낮은 것이 확인되었다.
또한, 샘플 3(SiON막)과 샘플 4(SiOCN막)에 있어서의 Si 농도의 차는, 샘플 1(SiN막)과 샘플 2(SiOCN막)에 있어서의 Si 농도의 차와 비교하여 작아지는 것이 확인되었다. 샘플 3(SiON막)과 샘플 4(SiOCN막)에 있어서의 O 농도의 차는, 샘플 1(SiN막)과 샘플 2(SiOCN막)에 있어서의 O 농도의 차와 비교하여 작아지는 것이 확인되었다. 샘플 3(SiON막)과 샘플 4(SiOCN막)에 있어서의 C 농도의 차는, 샘플 1(SiN막)과 샘플 2(SiOCN막)에 있어서의 C 농도의 차와 비교하여 작아지는 것이 확인되었다. 샘플 3(SiON막)과 샘플 4(SiOCN막)에 있어서의 N 농도의 차는, 샘플 1(SiN막)과 샘플 2(SiOCN막)에 있어서의 N 농도의 차와 비교하여 작아지는 것이 확인되었다.
또한, 샘플 1(SiN막)에서는, N 농도>Si 농도>O 농도이며, 개질 후의 샘플 3(SiON막)에서는, Si 농도>N 농도>O 농도임이 확인되었다. 이와 같이, 샘플 1(SiN막)과 샘플 3(SiON막)에서는, N 농도와 Si 농도의 순위가 역전되었다. 또한, 샘플 2(SiOCN막)에서는, Si 농도>O 농도>N 농도>C 농도이며, 개질 후의 샘플 4(SiOCN막)도, 이 순위는 바뀌지 않고, Si 농도> O 농도>N 농도>C 농도임이 확인되었다.
이상과 같이, 적층막에 있어서의 SiN막 및 SiOCN막 중 어느 막도, 산화 처리를 실시함으로써, O 농도가 높아지는 것이 확인되었다. 예를 들어, 적층막에 있어서의 SiOCN막(샘플 2)은, 산화 처리를 실시함으로써, O 농도가 28at％로부터 31at％로 상승하였음이 확인되고, 적층막에 있어서의 SiN막(샘플 1)은, 산화 처리를 실시함으로써, O 농도가 3at％로부터 21at％로 상승하였음이 확인되었다. 또한, 산화 처리를 실시함으로써, 산화 처리 후의 각 막의 Si, O, C 및 N의 각 농도의 차는, 산화 처리 전의 각 막의 각각과 비교하여 작아지는 것이 확인되었다. 이와 같이, 산화 처리에 의하면, 샘플 1(SiN막)의 조성은, 샘플 2(SiOCN막)의 조성에 가깝게 하도록 개질되었음이 확인되었다.
200: 웨이퍼
201: 처리실

Claims (20)

  1. (a) 처리 용기 내의 기판 상에, 질소, 산소 및 소정 원소를 함유하는 제1 막과, 질소를 함유하고 상기 제1 막과는 조성이 다른 제2 막이 적층되어 이루어지는 적층막을 형성하는 공정과,
    (b) (a)에 있어서 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 적층막에 있어서의 상기 제2 막의 조성을 상기 제1 막의 조성에 가깝게 하는 개질 처리를 행하는 공정
    을 갖는 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개질 처리는, 산소 함유 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 산화 처리인, 기판 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    (b)를 행한 후의 상기 제1 막과 상기 제2 막의 막 스트레스 차는,
    (b)를 행하기 전의 상기 제1 막과 상기 제2 막의 막 스트레스 차보다 작은, 기판 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 막 및 상기 제2 막의 각각은, 반도체 원소 및 금속 원소 중 적어도 어느 것을 더 함유하는, 기판 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소정 원소는 탄소 및 붕소 중 적어도 어느 것인, 기판 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 막은 SiOCN막 또는 SiBON막인, 기판 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 막은 SiN막인, 기판 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    (b)를 행한 후의 상기 제1 막에 있어서의 산소 농도는, (b)를 행하기 전의 상기 제1 막에 있어서의 산소 농도보다 높은, 기판 처리 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    (a)에서는, 상기 제2 막을, 상기 제1 막의 두께보다 얇은 두께로 형성하는, 기판 처리 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    (a)를 1회 행할 때마다 (b)를 행하는, 기판 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    (a)를 2회 이상 행할 때마다 (b)를 행하는, 기판 처리 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    (a)를, 상기 처리 용기 내에 기판을 지지한 지지구를 수용한 상태에서 행하고,
    (b)를, 상기 처리 용기 내에 (a)가 종료된 후의 기판을 지지하지 않는 상기 지지구를 수용한 상태에서 행하는, 기판 처리 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    (b)를 행하기 전의 상기 제2 막은, 산소 및 상기 소정 원소 중 어느 것도 함유하지 않는, 기판 처리 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    (b)를 행한 후의 상기 제1 막과 상기 제2 막에 있어서의 질소 농도의 차는, (b)를 행하기 전의 상기 제1 막과 상기 제2 막에 있어서의 질소 농도의 차보다 작은, 기판 처리 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    (b)를 행한 후의 상기 제1 막과 상기 제2 막에 있어서의 산소 농도의 차는, (b)를 행하기 전의 상기 제1 막과 상기 제2 막에 있어서의의 산소 농도의 차보다 작은, 기판 처리 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    (b)를 행한 후, 상기 제1 막과 상기 제2 막에 있어서의 상기 소정 원소의 농도의 차는 (b)를 행하기 전의 상기 제1 막과 상기 제2 막에 있어서의 상기 소정 원소의 농도의 차보다 작은, 기판 처리 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제2 막은 실리콘을 더 함유하고, (b)를 행하기 전의 상기 제2 막에 있어서의 실리콘 농도는 질소 농도보다 낮고, (b)를 행한 후의 상기 제2 막에 있어서의 실리콘 농도는 질소 농도보다 높은, 기판 처리 방법.
  18. (a) 처리 용기 내의 기판 상에 질소, 산소 및 소정 원소를 함유하는 제1 막과, 질소를 함유하고 상기 제1 막과는 조성이 다른 제2 막이 적층되어 이루어지는 적층막을 형성하는 공정과,
    (b) (a)에 있어서, 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 적층막에 있어서의 상기 제2 막의 조성을 상기 제1 막의 조성에 가깝게 하는 개질 처리를 행하는 공정
    을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  19. (a) 기판 처리 장치의 처리 용기 내의 기판 상에, 질소, 산소 및 소정 원소를 함유하는 제1 막과, 질소를 함유하고 상기 제1 막과는 조성이 다른 제2 막이 적층되어 이루어지는 적층막을 형성하는 수순과,
    (b) (a)에 있어서, 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 적층막에 있어서의 상기 제2 막의 조성을 상기 제1 막의 조성에 가깝게 하는 개질 처리를 행하는 수순
    을 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는, 기록 매체에 기록된 프로그램.
  20. 기판을 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 질소 함유 가스, 산소 함유 가스, 및 소정 원소 함유 가스를 공급하는 처리 가스 공급계와,
    상기 처리 용기 내에 있어서, (a) 상기 처리 용기 내의 기판 상에, 질소, 산소 및 소정 원소를 함유하는 제1 막과, 질소를 함유하고 상기 제1 막과는 조성이 다른 제2 막이 적층되어 이루어지는 적층막을 형성하는 처리와, (b) (a)에 있어서 상기 처리 용기 내에 부착된 상기 적층막에 있어서의 상기 제2 막 조성을 상기 제1 막 조성에 가깝게 하는 개질 처리를 행하는 처리를 행하도록, 상기 처리 가스 공급계를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부
    를 갖는 기판 처리 장치.
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