KR20230146453A - 성막 방법 및 처리 장치 - Google Patents

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boron
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기와무 이토
야마토 도네가와
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

오목부에 대한 질화붕소막의 매립 특성을 개선할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 성막 방법은, 오목부를 갖는 기판을 준비하는 공정과, 상기 기판에 붕소 함유 가스와 질소 함유 가스를 포함하는 제1 가스를 공급하고, 상기 오목부에 질화붕소막을 성막하는 공정과, 상기 기판에 붕소 함유 가스를 포함하지 않고 질소 함유 가스를 포함하는 제2 가스를 공급하고, 상기 질화붕소막을 열처리하는 공정을 갖는다.

Description

성막 방법 및 처리 장치{FILM FORMING METHOD AND PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 성막 방법 및 처리 장치에 관한 것이다.
성막 스텝과 에칭 스텝을 교대로 반복하고, 기판의 표면에 형성된 오목부에 막을 매립하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2019-33230호 공보
본 개시는, 오목부에 대한 질화붕소막의 매립 특성을 개선할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 성막 방법은, 오목부를 갖는 기판을 준비하는 공정과, 상기 기판에 붕소 함유 가스와 질소 함유 가스를 포함하는 제1 가스를 공급하고, 상기 오목부에 질화붕소막을 성막하는 공정과, 상기 기판에 붕소 함유 가스를 포함하지 않고 질소 함유 가스를 포함하는 제2 가스를 공급하고, 상기 질화붕소막을 열처리하는 공정을 갖는다.
본 개시에 의하면, 오목부에 대한 질화붕소막의 매립 특성을 개선할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 관한 성막 방법을 나타내는 흐름도
도 2는 실시 형태에 관한 성막 방법을 도시하는 단면도
도 3은 실시 형태에 관한 처리 장치를 도시하는 개략도
도 4는 열처리의 전후에 있어서의 질화붕소막의 막 두께 변화율을 도시하는 도면
도 5는 열처리의 전후에 있어서의 질화붕소막의 B/N 비율을 도시하는 도면
도 6은 열처리의 전후에 있어서의 질화붕소막의 표면 조도(RMS)를 도시하는 도면
이하, 첨부의 도면을 참조하면서, 본 개시의 한정적이지 않은 예시의 실시 형태에 대해서 설명한다. 첨부의 전체 도면 중, 동일하거나 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일하거나 또는 대응하는 참조 부호를 붙여, 중복되는 설명을 생략한다.
(성막 방법)
도 1 및 도 2를 참조하여, 실시 형태에 관한 성막 방법에 대해서 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 실시 형태에 관한 성막 방법은, 준비 공정 S10과, 질화붕소막 성막 공정 S20과, 열처리 공정 S30을 갖는다.
준비 공정 S10에서는, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 표면에 오목부(102)를 갖는 기판(101)을 준비한다. 기판(101)은, 예를 들어 실리콘 기판 등의 반도체 기판이어도 된다. 오목부(102)는, 예를 들어 트렌치, 홀이어도 된다. 오목부(102)의 표면에는, 예를 들어 산화 실리콘막, 질화 실리콘막 등의 절연막이 형성되어 있어도 된다.
질화붕소막 성막 공정 S20은, 준비 공정 S10의 후에 행해진다. 질화붕소막 성막 공정 S20에서는, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 기판(101)에 붕소 함유 가스와 질소 함유 가스를 포함하는 제1 가스를 공급하고, 오목부(102)에 질화붕소막(103)을 성막한다. 질화붕소막 성막 공정 S20에서는, 붕소 풍부한 질화붕소막(103)을 성막한다. 붕소 풍부한 질화붕소막(103)이란, 막 중에 질화의 여지가 남겨진 질화붕소막(103)을 의미한다. 붕소 풍부한 질화붕소막(103)은, 막 중에 미결합손(댕글링 본드)을 갖는 붕소를 포함한다. 오목부(102)에 질화붕소막(103)을 성막하면, 오목부(102)에 간극(104)이 발생하는 경우가 있다. 간극(104)은, 예를 들어 공극(보이드), 심(이음매)이다.
질화붕소막 성막 공정 S20은, 기판(101)을 제1 온도로 유지하는 것을 포함해도 된다. 제1 온도는, 300℃ 이하가 바람직하다. 이 경우, 막 중에 미결합손을 갖는 붕소를 많이 포함하는 질화붕소막(103)을 성막할 수 있다. 또한, 표면 조도가 작은 질화붕소막(103)을 성막하기 쉽다. 제1 온도는, 235℃ 이하가 보다 바람직하다. 이 경우, 막 중에 미결합손을 갖는 붕소를 특히 많이 포함하는 질화붕소막(103)을 성막할 수 있다.
제1 가스에 포함되는 붕소 함유 가스로서는, 예를 들어 디보란(B2H6) 가스를 들 수 있다. 제1 가스에 포함되는 질소 함유 가스로서는, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스를 들 수 있다. 질화붕소막(103)을 성막하는 방법은, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 원자층 퇴적(Atomic Layer Deposition: ALD), 화학 기상 퇴적(Chemical Vapor Deposition: CVD)에 의해 질화붕소막(103)을 성막할 수 있다. 또한, 제1 가스는, 붕소 함유 가스 및 질소 함유 가스와는 다른 가스, 예를 들어 불활성 가스를 포함해도 된다. 불활성 가스로서는, 예를 들어 질소(N2) 가스, 아르곤(Ar) 가스를 들 수 있다.
열처리 공정 S30은, 질화붕소막 성막 공정 S20의 후에 행해진다. 열처리 공정 S30에서는, 기판(101)에 붕소 함유 가스를 포함하지 않고 질소 함유 가스를 포함하는 제2 가스를 공급하고, 질화붕소막(103)을 열처리한다. 이에 의해, 붕소의 미결합손이 제2 가스에 포함되는 질소 함유 가스의 질소와 결합하여 질화된다. 이 때문에, 질화붕소막(103)의 체적이 증가하여 팽창된다. 그 결과, 질화붕소막(103)에 의해 간극(104)이 매립되고, 간극(104)이 소실된다. 즉, 오목부(102)에 대한 질화붕소막(103)의 매립 특성을 개선할 수 있다. 도 2의 (c)에 있어서는, 질화붕소막(103) 중, 체적이 증가하기 전의 부분을 부호 103a로 나타내고, 팽창된 부분을 부호 103b로 나타낸다. 또한, 붕소의 미결합손의 수가 감소하므로, 질화붕소막(103)의 막질이 향상된다.
열처리 공정 S30은, 기판(101)을 제2 온도로 유지하는 것을 포함해도 된다. 제2 온도는, 제1 온도보다 높은 온도이다. 제2 온도는, 550℃ 이상이 바람직하다. 이 경우, 붕소의 미결합손과 질소 함유 가스의 질소와의 결합이 촉진된다.
열처리 공정 S30은, 기판(101)을 제2 가스로부터 생성되는 플라스마에 노출시키는 것을 포함해도 된다. 이 경우, 플라스마를 사용하지 않는 경우보다 저온에서 붕소의 미결합손이 질소 함유 가스의 질소와 결합하여 질화된다. 예를 들어, 질화붕소막 성막 공정 S20과 동일한 온도로 열처리 공정 S30을 행할 수 있다.
열처리 공정 S30은, 질화붕소막 성막 공정 S20과 동일한 처리 용기 내에서 행해도 되고, 질화붕소막 성막 공정 S20과 다른 처리 용기 내에서 행해도 된다.
제2 가스에 포함되는 질소 함유 가스로서는, 예를 들어 암모니아 가스를 들 수 있다. 또한, 제2 가스는, 질소 함유 가스와는 다른 가스, 예를 들어 불활성 가스를 포함해도 된다. 불활성 가스로서는, 예를 들어 질소 가스, 아르곤 가스를 들 수 있다.
이상에 의해, 오목부(102)에 질화붕소막(103)을 매립할 수 있다.
실시 형태에 관한 성막 방법에 의하면, 먼저 질화붕소막 성막 공정 S20에 있어서, 기판(101)에 붕소 함유 가스와 질소 함유 가스를 포함하는 제1 가스를 공급하고, 오목부(102)에 질화붕소막(103)을 형성한다. 이어서, 열처리 공정 S30에 있어서, 기판(101)에 붕소 함유 가스를 포함하지 않고 질소 함유 가스를 포함하는 제2 가스를 공급하고, 질화붕소막(103)을 열처리한다. 이에 의해, 질화붕소막 성막 공정 S20에 있어서 성막된 질화붕소막(103) 중의 미결합손을 갖는 붕소가, 열처리 공정 S30에 있어서 공급되는 제2 가스에 포함되는 질소 함유 가스의 질소와 결합하여 질화된다. 이 때문에, 질화붕소막(103)의 체적이 증가하여 팽창된다. 그 결과, 질화붕소막(103)에 의해 간극(104)이 매립되어, 간극(104)이 소실된다. 즉, 오목부(102)에 대한 질화붕소막(103)의 매립 특성을 개선할 수 있다. 또한, 붕소의 미결합손의 수가 감소하므로, 질화붕소막(103)의 막질이 향상된다.
상기의 실시 형태에서는, 질화붕소막 성막 공정 S20과 열처리 공정 S30을 1회씩 행하는 경우를 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 질화붕소막 성막 공정 S20과 열처리 공정 S30을 복수회 반복함으로써, 오목부(102)를 매립해도 된다. 이 경우, 비교적 얇은 질화붕소막(103)을 성막할 때마다 질화붕소막(103)의 질화가 행해지므로, 붕소의 미결합손이 남기 어렵다. 이 때문에, 질화붕소막(103)의 막질이 향상된다.
(처리 장치)
도 3을 참조하여, 실시 형태에 관한 성막 방법을 실시 가능한 처리 장치의 일례에 대해서 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 처리 장치(1)는, 복수매의 기판 W에 대하여 한번에 처리를 행하는 배치식의 장치이다. 기판 W는, 예를 들어 반도체 웨이퍼이다.
처리 장치(1)는, 처리 용기(10)와, 가스 공급부(30)와, 배기부(40)와, 가열부(50)와, 제어부(90)를 구비한다.
처리 용기(10)는 내부를 감압 가능하다. 처리 용기(10)는, 내부에 기판 W를 수용한다. 처리 용기(10)는, 하단이 개방된 천장이 있는 원통 형상의 내부관(11)과, 하단이 개방되어 내부관(11)의 외측을 덮는 천장이 있는 원통 형상의 외부관(12)을 갖는다. 내부관(11) 및 외부관(12)은, 석영 등의 내열 재료에 의해 형성되어 있고, 동축상으로 배치되어 이중관 구조로 되어 있다.
내부관(11)의 천장은, 예를 들어 평탄하게 되어 있다. 내부관(11)의 일측에는, 그 길이 방향(상하 방향)을 따라서 가스 노즐을 수용하는 수용부(13)가 형성되어 있다. 예를 들어, 내부관(11)의 측벽의 일부를 외측을 향하여 돌출시켜서 볼록부(14)를 형성하고, 볼록부(14) 내를 수용부(13)로서 형성하고 있다.
수용부(13)에 대향시켜서 내부관(11)의 반대측의 측벽에는, 그 길이 방향(상하 방향)을 따라서 직사각 형상의 개구(15)가 형성되어 있다.
개구(15)는 내부관(11) 내의 가스를 배기할 수 있도록 형성된 가스 배기구이다. 개구(15)의 길이는, 보트(16)의 길이와 동일하거나, 또는, 보트(16)의 길이 보다 길고 상하 방향으로 각각 연장되도록 하여 형성되어 있다.
처리 용기(10)의 하단은, 예를 들어 스테인리스강에 의해 형성되는 원통 형상의 매니폴드(17)에 의해 지지되어 있다. 매니폴드(17)의 상단에는 플랜지(18)가 형성되어 있고, 플랜지(18) 상에 외부관(12)의 하단을 설치하여 지지하도록 되어 있다. 플랜지(18)와 외부관(12)의 하단 사이에는 O링 등의 시일 부재(19)를 개재시켜서 외부관(12) 내를 기밀 상태로 하고 있다.
매니폴드(17)의 상부의 내벽에는, 원환상의 지지부(20)가 마련되어 있고, 지지부(20) 상에 내부관(11)의 하단을 설치하여 지지하도록 되어 있다. 매니폴드(17)의 하단의 개구에는, 덮개(21)가 O링 등의 시일 부재(22)를 통하여 기밀하게 설치되어 있고, 처리 용기(10)의 하단의 개구, 즉, 매니폴드(17)의 개구를 기밀하게 막도록 되어 있다. 덮개(21)는, 예를 들어 스테인리스강에 의해 형성된다.
덮개(21)의 중앙부에는, 자성 유체 시일(23)을 통하여 보트(16)를 회전 가능하게 지지하는 회전축(24)을 관통시켜서 마련되어 있다. 회전축(24)의 하부는, 보트 엘리베이터로 이루어지는 승강 기구(25)의 암(25A)에 회전 가능하게 지지되어 있다.
회전축(24)의 상단에는 회전 플레이트(26)가 마련되어 있고, 회전 플레이트(26) 상에 석영제의 보온대(27)를 통하여 기판 W를 보유 지지하는 보트(16)가 적재되도록 되어 있다. 따라서, 승강 기구(25)를 승강시킴으로써 덮개(21)와 보트(16)는 일체로서 상하 이동하고, 보트(16)를 처리 용기(10) 내에 대하여 삽입 분리할 수 있게 되어 있다. 보트(16)는 처리 용기(10) 내에 수용 가능하고, 복수매(예를 들어 50매 내지 150매)의 기판 W를 상하 방향으로 간격을 두고 대략 수평하게 유지한다.
가스 공급부(30)는, 전술한 성막 방법에서 사용되는 각종의 처리 가스를 처리 용기(10) 내에 도입 가능하게 구성된다. 가스 공급부(30)는, 붕소 함유 가스 공급부(31)와, 질소 함유 가스 공급부(32)를 갖는다.
붕소 함유 가스 공급부(31)는, 처리 용기(10) 내에 붕소 함유 가스 공급관(31a)을 구비함과 함께, 처리 용기(10)의 외부에 붕소 함유 가스 공급 경로(31b)를 구비한다. 붕소 함유 가스 공급 경로(31b)에는, 가스의 유통 방향의 상류측으로부터 하류측을 향하여 순서대로, 붕소 함유 가스원(31c), 매스 플로 컨트롤러(31d), 붕소 함유 가스용 밸브(31e)가 마련되어 있다. 이에 의해, 붕소 함유 가스원(31c)의 붕소 함유 가스는, 붕소 함유 가스용 밸브(31e)에 의해 공급 타이밍이 제어됨과 함께, 매스 플로 컨트롤러(31d)에 의해 소정의 유량으로 조정된다. 붕소 함유 가스는, 붕소 함유 가스 공급 경로(31b)로부터 붕소 함유 가스 공급관(31a)에 유입하여, 붕소 함유 가스 공급관(31a)으로부터 처리 용기(10) 내로 토출된다.
질소 함유 가스 공급부(32)는, 처리 용기(10) 내에 질소 함유 가스 공급관(32a)을 구비함과 함께, 처리 용기(10)의 외부에 질소 함유 가스 공급 경로(32b)를 구비한다. 질소 함유 가스 공급 경로(32b)에는, 가스의 유통 방향의 상류측으로부터 하류측을 향하여 순서대로, 질소 함유 가스원(32c), 매스 플로 컨트롤러(32d), 질소 함유 가스용 밸브(32e)가 마련되어 있다. 이에 의해, 질소 함유 가스원(32c)의 질소 함유 가스는, 질소 함유 가스용 밸브(32e)에 의해 공급 타이밍이 제어됨과 함께, 매스 플로 컨트롤러(32d)에 의해 소정의 유량으로 조정된다. 질소 함유 가스는, 질소 함유 가스 공급 경로(32b)로부터 질소 함유 가스 공급관(32a)에 유입하여, 질소 함유 가스 공급관(32a)으로부터 처리 용기(10) 내로 토출된다.
붕소 함유 가스 공급부(31) 및 질소 함유 가스 공급부(32)는, 각각 붕소 함유 가스 공급관(31a) 및 질소 함유 가스 공급관(32a)에 불활성 가스를 도입하는 도시하지 않은 불활성 가스 공급 경로를 구비하고 있어도 된다. 불활성 가스 공급 경로에는, 가스의 유통 방향의 상류측으로부터 하류측을 향하여 순서대로, 모두 도시하지 않은 불활성 가스원, 매스 플로 컨트롤러, 불활성 가스용 밸브가 마련되어 있어도 된다.
각 가스 공급관(붕소 함유 가스 공급관(31a), 질소 함유 가스 공급관(32a))은, 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 각 가스 공급관은, 매니폴드(17)에 고정된다. 각 가스 공급관은, 내부관(11)의 근방 위치를 연직 방향을 따라서 직선상으로 연장됨과 함께, 매니폴드(17) 내에 있어서 L자상으로 굴곡되어 수평 방향으로 연장됨으로써, 매니폴드(17)를 관통하고 있다. 각 가스 공급관끼리는, 내부관(11)의 둘레 방향을 따라서 나란히 마련되고, 서로 동일한 높이로 형성되어 있다.
붕소 함유 가스 공급관(31a)에 있어서 내부관(11)에 위치하는 부위에는, 복수의 붕소 함유 가스 토출구(31f)가 마련된다. 질소 함유 가스 공급관(32a)에 있어서 내부관(11)에 위치하는 부위에는, 복수의 질소 함유 가스 토출구(32f)가 마련된다. 각 토출구(붕소 함유 가스 토출구(31f), 질소 함유 가스 토출구(32f))는, 각각의 가스 공급관의 연장 방향을 따라서 소정의 간격마다 형성된다. 각 토출구는, 수평 방향을 향하여 가스를 방출한다. 각 토출구끼리의 간격은, 예를 들어 보트(16)에 보유 지지되는 기판 W의 간격과 동일하게 설정된다. 각 토출구의 높이 방향의 위치는, 상하 방향으로 인접하는 기판 W 사이의 중간 위치로 설정되어 있다. 이에 의해, 각 토출구는 인접하는 기판 W 사이의 대향면에 가스를 효율적으로 공급할 수 있다.
가스 공급부(30)는, 복수 종류의 가스를 혼합하여 1개의 공급관으로부터 혼합한 가스를 토출해도 된다. 각 가스 공급관(붕소 함유 가스 공급관(31a), 질소 함유 가스 공급관(32a))은, 서로 다른 형상이나 배치여도 된다. 가스 공급부(30)는, 붕소 함유 가스, 질소 함유 가스, 불활성 가스 외에, 다른 가스를 공급하는 구성이어도 된다.
배기부(40)는, 내부관(11) 내로부터 개구(15)를 통하여 배출되고, 내부관(11)과 외부관(12) 사이의 공간 P1을 통하여 배기 포트(41)로부터 배출되는 가스를 배기한다. 배기 포트(41)는 매니폴드(17)의 상부의 측벽이며, 지지부(20)의 상방에 형성되어 있다. 배기 포트(41)에는, 배기 통로(42)가 접속되어 있다. 배기 통로(42)에는, 가스의 유통 방향의 상류측으로부터 하류측을 향하여 순서대로, 압력 조정 밸브(43) 및 진공 펌프(44)가 마련되어 있다. 배기부(40)는, 제어부(90)의 동작에 기초하여 압력 조정 밸브(43) 및 진공 펌프(44)를 동작하여, 진공 펌프(44)에 의해 처리 용기(10) 내의 가스를 흡인하면서, 압력 조정 밸브(43)에 의해 처리 용기(10) 내의 압력을 조정한다.
가열부(50)는, 외부관(12)의 직경 방향 외측에 있어서 외부관(12)을 둘러싸는 원통 형상의 히터(51)를 갖는다. 히터(51)는 처리 용기(10)의 측 주위 전체를 가열함으로써, 처리 용기(10) 내에 수용된 각 기판 W를 가열한다.
제어부(90)는, 1 이상의 프로세서(91), 메모리(92), 도시하지 않은 입출력 인터페이스 및 전자 회로를 갖는 컴퓨터를 적용할 수 있다. 프로세서(91)는, CPU, ASIC, FPGA, 복수의 디스크리트 반도체로 이루어지는 회로 등의 그 중 1개 또는 복수를 조합한 것이다. 메모리(92)는 휘발성 메모리, 불휘발성 메모리(예를 들어, 콤팩트 디스크, DVD, 하드 디스크, 플래시 메모리 등)를 포함하고, 처리 장치(1)를 동작시키는 프로그램, 기판 처리의 프로세스 조건 등의 레시피를 기억하고 있다. 프로세서(91)는, 메모리(92)에 기억된 프로그램 및 레시피를 실행함으로써, 처리 장치(1)의 각 구성을 제어하여 전술한 성막 방법을 실시한다.
(처리 장치의 동작)
처리 장치(1)에 있어서 실시 형태에 관한 성막 방법을 실시하는 경우의 동작에 대해서 설명한다.
먼저, 제어부(90)는, 승강 기구(25)를 제어하여, 복수매의 기판 W를 보유 지지한 보트(16)를 처리 용기(10) 내에 반입하고, 덮개(21)에 의해 처리 용기(10)의 하단의 개구를 기밀하게 막고, 밀폐한다. 각 기판 W는, 표면에 오목부(102)를 갖는 기판(101)이다.
계속해서, 제어부(90)는, 질화붕소막 성막 공정 S20을 실행하도록, 가스 공급부(30), 배기부(40) 및 가열부(50)를 제어한다. 구체적으로는, 먼저, 제어부(90)는, 배기부(40)를 제어하여 처리 용기(10) 내를 소정의 압력으로 감압하고, 가열부(50)를 제어하여 기판 온도를 소정의 온도로 조정하여 유지한다. 소정의 온도는, 예를 들어 300℃ 이하이다. 이어서, 제어부(90)는, 가스 공급부(30)를 제어하여 처리 용기(10) 내에 붕소 함유 가스와 질소 함유 가스를 포함하는 제1 가스를 공급한다. 이에 의해, 오목부(102)에 붕소 풍부한 질화붕소막(103)이 성막된다.
계속해서, 제어부(90)는, 열처리 공정 S30을 실행하도록, 가스 공급부(30), 배기부(40) 및 가열부(50)를 제어한다. 구체적으로는, 먼저, 제어부(90)는, 배기부(40)를 제어하여 처리 용기(10) 내를 소정의 압력으로 감압하고, 가열부(50)를 제어하여 기판 온도를 소정의 온도로 조정하여 유지한다. 소정의 온도는, 예를 들어 550℃ 이상이다. 이어서, 제어부(90)는 가스 공급부(30)를 제어하여 처리 용기(10) 내에 붕소 함유 가스를 포함하지 않고 질소 함유 가스를 포함하는 제2 가스를 공급한다. 이에 의해, 붕소의 미결합손이 제2 가스에 포함되는 질소 함유 가스의 질소와 결합하여 질화된다. 이 때문에, 질화붕소막(103)의 체적이 증가하여 팽창된다. 그 결과, 질화붕소막(103)에 의해 간극(104)이 매립되고, 간극(104)이 소실된다. 즉, 오목부(102)에 대한 질화붕소막(103)의 매립 특성을 개선할 수 있다. 또한, 붕소의 미결합손의 수가 감소하므로, 질화붕소막(103)의 막질이 향상된다.
계속해서, 제어부(90)는 처리 용기(10) 내를 대기압으로 승압함과 함께, 처리 용기(10) 내를 반출 온도로 강온시킨 후, 승강 기구(25)를 제어하여 보트(16)를 처리 용기(10) 내로부터 반출한다.
이상에 의해, 처리 장치(1)에 있어서 실시 형태에 관한 성막 방법에 의해, 오목부(102)에 질화붕소막(103)을 매립할 수 있다.
(실험 결과)
먼저, 실시 형태에 관한 성막 방법에 있어서의 열처리 공정 S30에 의해 질화붕소막의 체적이 증가하는 것을 확인하기 위해 행한 실험 A, B에 대해서 설명한다.
실험 A에서는, 먼저 전술한 처리 장치(1)에 있어서, 이하에 나타내는 조건 A1로 질화붕소막 성막 공정 S20을 실행하고, 실리콘 기판 상에 질화붕소막을 성막하였다. 이어서, 분광 엘립소미터에 의해, 성막된(열처리의 전의) 질화붕소막의 막 두께를 측정하였다. 이어서, 전술한 처리 장치(1)에 있어서, 이하에 나타내는 조건 A2에서 열처리 공정 S30을 실행하고, 질화붕소막에 열처리를 실시하였다. 이어서, 분광 엘립소미터에 의해, 열처리된 후의 질화붕소막의 막 두께를 측정하였다. 또한, 열처리의 전후에 있어서의 질화붕소막의 막 두께 변화율을 산출하였다. 막 두께 변화율은, 이하의 수식에 의해 산출하였다.
막 두께 변화율=(열처리의 후의 막 두께-열처리의 전의 막 두께)/열처리의 전의 막 두께
(조건 A1)
성막 방법: CVD
제1 가스: 붕소 함유 가스+질소 함유 가스+불활성 가스
붕소 함유 가스: 디보란 가스
질소 함유 가스: 암모니아 가스
불활성 가스: 질소 가스
기판 온도: 235℃
(조건 A2)
제2 가스: 질소 함유 가스+불활성 가스
질소 함유 가스: 암모니아 가스
불활성 가스: 질소 가스
기판 온도: 600℃
실험 B에서는, 먼저 전술한 처리 장치(1)에 있어서, 이하에 나타내는 조건 B1에서 질화붕소막 성막 공정 S20을 실행하고, 실리콘 기판 상에 질화붕소막을 성막하였다. 이어서, 분광 엘립소미터에 의해, 성막된(열처리의 전의) 질화붕소막의 막 두께를 측정하였다. 이어서, 전술한 처리 장치(1)에 있어서, 이하에 나타내는 조건 B2에서 열처리 공정 S30을 실행하고, 질화붕소막에 열처리를 실시하였다. 이어서, 분광 엘립소미터에 의해, 열처리된 후의 질화붕소막의 막 두께를 측정하였다. 또한, 열처리의 전후에 있어서의 질화붕소막의 막 두께 변화율을 산출하였다. 막 두께 변화율은, 이하의 수식에 의해 산출하였다.
막 두께 변화율=(열처리의 후의 막 두께-열처리의 전의 막 두께)/열처리의 전의 막 두께
(조건 B1)
성막 방법: CVD
제1 가스: 붕소 함유 가스+질소 함유 가스+불활성 가스
붕소 함유 가스: 디보란 가스
질소 함유 가스: 암모니아 가스
불활성 가스: 질소 가스
기판 온도: 300℃
(조건 B2)
제2 가스: 질소 함유 가스+불활성 가스
질소 함유 가스: 암모니아 가스
불활성 가스: 질소 가스
기판 온도: 700℃
도 4는, 열처리의 전후에 있어서의 질화붕소막의 막 두께 변화율을 도시하는 도면이다. 도 4 중, 좌측의 막대 그래프는 실험 A에 있어서 성막된 질화붕소막의 열처리의 전후에 있어서의 막 두께 변화율[％]을 나타내고, 우측의 막대 그래프는 실험 B에 있어서 성막된 질화붕소막의 열처리의 전후에 있어서의 막 두께 변화율[％]을 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실험 A에 있어서 성막된 질화붕소막의 막 두께 변화율은 24.3％이며, 실험 B에 있어서 성막된 질화붕소막의 막 두께 변화율은 12.8％였다. 이 결과로부터, 질화붕소막 성막 공정 S20 및 열처리 공정 S30을 이 순서대로 행함으로써, 질화붕소막의 체적을 크게 할 수 있는 것이 나타내어졌다. 또한, 질화붕소막의 막 두께 변화율은, 실험 A가 실험 B보다 크다. 이 결과로부터, 질화붕소막 성막 공정 S20에 있어서, 기판 온도를 235℃로 설정함으로써, 기판 온도를 300℃로 설정하는 것보다도 질화붕소막의 막 두께 변화율을 크게 할 수 있는 것이 나타내어졌다.
다음으로, 실시 형태에 관한 성막 방법에 있어서의 질화붕소막 성막 공정 S20에 있어서의 기판 온도의 차이가, 질화붕소막에 포함되는 붕소의 질화의 진행 정도에 미치는 영향을 확인하기 위해 행한 실험 C, D에 대해서 설명한다.
실험 C에서는, 먼저 전술한 처리 장치(1)에 있어서, 이하에 나타내는 조건 C1에서 질화붕소막 성막 공정 S20을 실행하고, 실리콘 기판 상에 질화붕소막을 성막하였다. 이어서, X선 광전자 분광(X-ray photoelectron spectroscopy: XPS)에 의해, 성막된(열처리의 전의) 질화붕소막의 조성을 측정하였다. 이어서, 전술한 처리 장치(1)에 있어서, 이하에 나타내는 조건 C2에서 열처리 공정 S30을 실행하고, 질화붕소막에 열처리를 실시하였다. 이어서, XPS에 의해, 열처리된 후의 질화붕소막의 조성을 측정하였다. 또한, 열처리의 전과 후의 각각에 대하여 질화붕소막의 막 중의 질소 농도에 대한 붕소 농도의 비율(이하 「B/N 비율」이라고 말함)을 산출하였다.
(조건 C1)
성막 방법: CVD
제1 가스: 붕소 함유 가스+질소 함유 가스+불활성 가스
붕소 함유 가스: 디보란 가스
질소 함유 가스: 암모니아 가스
불활성 가스: 질소 가스
기판 온도: 300℃
(조건 C2)
제2 가스: 질소 함유 가스+불활성 가스
질소 함유 가스: 암모니아 가스
불활성 가스: 질소 가스
기판 온도: 700℃
실험 D에서는, 먼저 전술한 처리 장치(1)에 있어서, 이하에 나타내는 조건 D1에서 질화붕소막 성막 공정 S20을 실행하고, 실리콘 기판 상에 질화붕소막을 성막하였다. 이어서, XPS에 의해, 성막된(열처리의 전의) 질화붕소막의 조성을 측정하였다. 이어서, 전술한 처리 장치(1)에 있어서, 이하에 나타내는 조건 D2에서 열처리 공정 S30을 실행하고, 질화붕소막에 열처리를 실시하였다. 이어서, XPS에 의해, 열처리된 후의 질화붕소막의 조성을 측정하였다. 또한, 열처리의 전과 후의 각각에 대하여 질화붕소막의 B/N 비율을 산출하였다.
(조건 D1)
성막 방법: CVD
제1 가스: 붕소 함유 가스+질소 함유 가스+불활성 가스
붕소 함유 가스: 디보란 가스
질소 함유 가스: 암모니아 가스
불활성 가스: 질소 가스
기판 온도: 550℃
(조건 D2)
제2 가스: 질소 함유 가스+불활성 가스
질소 함유 가스: 암모니아 가스
불활성 가스: 질소 가스
기판 온도: 700℃
도 5는, 열처리의 전후에 있어서의 질화붕소막의 B/N 비율을 도시하는 도면이다. 도 5 중, 좌측의 막대 그래프는 실험 C에 있어서 성막된 질화붕소막의 열처리의 전후에 있어서의 B/N 비율을 나타내고, 우측의 막대 그래프는 실험 D에 있어서 성막된 질화붕소막의 열처리의 전후에 있어서의 B/N 비율을 나타낸다.
도 5에 도시된 바와 같이, 실험 C에 있어서 성막된 질화붕소막의 B/N 비율은, 열처리의 전이 4.4이며, 열처리의 후가 1.2였다. 또한, 실험 D에 있어서 성막된 질화붕소막의 B/N 비율은, 열처리의 전이 1.9이며, 열처리의 후가 1.3이었다. 이 결과로부터, 질화붕소막 성막 공정 S20 및 열처리 공정 S30을 이 순서대로 행함으로써, 질화붕소막의 막 중의 보론을 질화시킬 수 있는 것이 나타내어졌다. 또한, 열처리의 전후에 있어서의 질화붕소막의 B/N 비율의 변화율은, 실험 C가 실험 D보다 크다. 이 결과로부터, 질화붕소막 성막 공정 S20에 있어서, 기판 온도를 300℃로 설정함으로써, 기판 온도를 550℃로 설정하는 것보다도 질화붕소막의 B/N 비율의 변화율을 크게 할 수 있는 것이 나타내어졌다.
다음으로, 실시 형태에 관한 성막 방법에 있어서의 질화붕소막 성막 공정 S20에 있어서의 기판 온도의 차이가, 질화붕소막의 표면 조도에 미치는 영향을 확인하기 위해 행한 실험 E, F에 대해서 설명한다.
실험 E에서는, 먼저 전술한 처리 장치(1)에 있어서, 전술한 조건 C1에서 질화붕소막 성막 공정 S20을 실행하고, 실리콘 기판 상에 질화붕소막을 성막하였다. 이어서, 성막된(열처리의 전의) 질화붕소막의 표면 형상을 주사 전자 현미경(scanning electron microscope: SEM)에 의해 측정함으로써, 질화붕소막의 표면 조도(RMS)의 값을 산출하였다. 이어서, 전술한 처리 장치(1)에 있어서, 전술한 조건 C2에서 열처리 공정 S30을 실행하고, 질화붕소막에 열처리를 실시하였다. 이어서, 열처리된 후의 질화붕소막의 표면 형상을 SEM에 의해 측정함으로써, 질화붕소막의 표면 조도(RMS)의 값을 산출하였다.
실험 F에서는, 먼저 전술한 처리 장치(1)에 있어서, 전술한 조건 D1에서 질화붕소막 성막 공정 S20을 실행하고, 실리콘 기판 상에 질화붕소막을 성막하였다. 성막된(열처리의 전의) 질화붕소막의 표면 형상을 SEM에 의해 측정함으로써, 질화붕소막의 표면 조도(RMS)의 값을 산출하였다. 이어서, 전술한 처리 장치(1)에 있어서, 전술한 조건 D2에서 열처리 공정 S30을 실행하고, 질화붕소막에 열처리를 실시하였다. 이어서, 열처리된 후의 질화붕소막의 표면 형상을 SEM에 의해 측정함으로써, 질화붕소막의 표면 조도(RMS)의 값을 산출하였다.
도 6은, 열처리의 전후에 있어서의 질화붕소막의 표면 조도(RMS)를 도시하는 도면이다. 도 6 중, 좌측의 막대 그래프는 실험 E에 있어서 성막된 질화붕소막의 열처리의 전후에 있어서의 RMS[nm]를 나타내고, 우측의 막대 그래프는 실험 F에 있어서 성막된 질화붕소막의 열처리의 전후에 있어서의 RMS[nm]를 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 실험 E에 있어서 성막된 질화붕소막의 RMS는, 열처리의 전이 0.26이며, 열처리의 후가 0.64였다. 또한, 실험 F에 있어서 성막된 질화붕소막의 RMS는, 열처리의 전이 2.34이며, 열처리의 후가 2.56이었다. 이 결과로부터, 질화붕소막 성막 공정 S20에 있어서, 기판 온도를 300℃로 설정함으로써, 기판 온도를 550℃로 설정하는 것보다도 질화붕소막의 표면 조도를 작게 할 수 있는 것이 나타내어졌다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기의 실시 형태는, 첨부된 청구범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.

Claims (8)

  1. 오목부를 갖는 기판을 준비하는 공정과,
    상기 기판에 붕소 함유 가스와 질소 함유 가스를 포함하는 제1 가스를 공급하고, 상기 오목부에 질화붕소막을 성막하는 공정과,
    상기 기판에 붕소 함유 가스를 포함하지 않고 질소 함유 가스를 포함하는 제2 가스를 공급하고, 상기 질화붕소막을 열처리하는 공정
    을 갖는, 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질화붕소막을 성막하는 공정은, 상기 기판을 제1 온도로 유지하는 것을 포함하고,
    상기 질화붕소막을 열처리하는 공정은, 상기 기판을 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 유지하는 것을 포함하는, 성막 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 온도는, 300℃ 이하이고,
    상기 제2 온도는, 550℃ 이상인, 성막 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 질화붕소막을 열처리하는 공정은, 상기 기판을 상기 제2 가스로부터 생성되는 플라스마에 노출시키는 것을 포함하는, 성막 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 질화붕소막을 열처리하는 공정은, 상기 질화붕소막의 체적을 증가시키는 것을 포함하는, 성막 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 질화붕소막을 성막하는 공정과 상기 질화붕소막을 열처리하는 공정을 복수회 반복하는, 성막 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 붕소 함유 가스는, 디보란 가스이며,
    상기 질소 함유 가스는, 암모니아 가스인, 성막 방법.
  8. 처리 용기와, 가스 공급부와, 제어부를 구비하는 처리 장치이며,
    상기 제어부는,
    오목부를 갖는 기판을 상기 처리 용기 내에 수용하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 붕소 함유 가스와 질소 함유 가스를 포함하는 제1 가스를 공급하고, 상기 오목부에 질화붕소막을 성막하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 붕소 함유 가스를 포함하지 않고 질소 함유 가스를 포함하는 제2 가스를 공급하고, 상기 질화붕소막을 열처리하는 공정
    을 실행하도록 상기 가스 공급부를 제어하도록 구성되는,
    처리 장치.
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