KR20240005996A - 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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Abstract

기판을 처리실 내에 준비하는 공정과, 처리실 내의 기판에 대하여, 제1 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 제2 공급부로부터 제1 처리 가스를 공급하고, 제2 공급부와 기판의 중심을 통과하는 직선을 사이에 두고 제1 공급부와 반대측에 마련된 제3 공급부로부터 불활성 가스를 공급하여, 기판 상에 막을 형성하는 공정을 갖고, 막을 형성하는 공정에서는, 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량의 밸런스를 제어한다.

Description

기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치, 및 프로그램{SUBSTRATE PROCESSING METHOD, SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD, SUBSTRATE PROCESSING DEVICE, AND PROGRAM}
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치, 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 상에 막을 형성하는 처리가 행하여지는 경우가 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2010-118462호 공보
본 발명의 목적은, 기판 상에 형성되는 막의 기판 면내 막 두께 분포를 제어하는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면,
기판을 처리실 내에 준비하는 공정과,
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여, 제1 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 제2 공급부로부터 제1 처리 가스를 공급하고, 상기 제2 공급부와 상기 기판의 중심을 통과하는 직선을 사이에 두고 상기 제1 공급부와 반대측에 마련된 제3 공급부로부터 불활성 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정
을 갖고, 상기 막을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량의 밸런스를 제어함으로써, 상기 막의 기판 면내 막 두께 분포를 조정하는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 기판 상에 형성되는 막의 기판 면내 막 두께 분포를 제어하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 일부의 개략 구성도이며, 처리로의 일부를 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 4의 (a), (b)는 각각, 본 발명의 일 실시 형태의 성막 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 5의 (a), (b)는 각각, 종형 처리로의 변형예를 도시하는 횡단면도이며, 반응관, 버퍼실 및 노즐 등을 부분적으로 발출해서 도시하는 도면이다.
도 6의 (a), (b)는 각각, 기판 상에 형성된 막의 기판 면내 막 두께 분포의 측정 결과를 도시하는 도면이다.
도 7의 (a), (b)는 각각, 기판 상에 형성된 막의 기판 면내 막 두께 분포의 측정 결과를 도시하는 도면이다.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 도 1 내지 도 3, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)를 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시한 바와 같이, 처리로(202)는, 가열 기구(온도 조정부)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 구성되고, 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 스테인리스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 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) 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 행하여진다.
처리실(201) 내에는, 제1 내지 제3 공급부로서의 노즐(249a 내지 249c)이, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 각각 마련되어 있다. 노즐(249a 내지 249c)에는, 가스 공급관(232a 내지 232c)이 각각 접속되어 있다. 노즐(249a 내지 249c)은, 각각 다른 노즐이며, 노즐(249a, 249c) 각각은, 노즐(249b)에 인접해서 마련되어 있다.
가스 공급관(232a 내지 232c)에는, 가스류의 상류측부터 차례로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a 내지 241c) 및 개폐 밸브인 밸브(243a 내지 243c)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(232a 내지 232c)의 밸브(243a 내지 243c)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232d 내지 232f)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232d 내지 232f)에는, 가스류의 상류측부터 차례로 MFC(241d 내지 241f) 및 밸브(243d 내지 243f)가 각각 마련되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 노즐(249a 내지 249c)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 평면으로 보아 원환상의 공간에, 반응관(203)의 내벽 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(249b)은 처리실(201) 내에 반입되는 웨이퍼(200)의 중심을 사이에 두고 후술하는 배기구(231a)와 일직선 상에 대향하도록 배치되어 있다. 노즐(249a, 249c)은, 노즐(249b)과 배기구(231a)의 중심을 통과하는 직선 L을, 반응관(203)의 내벽(웨이퍼(200)의 외주부)을 따라 양측으로부터 사이에 두도록 배치되어 있다. 직선 L은, 노즐(249b)과 웨이퍼(200)의 중심을 통과하는 직선이기도 하다. 노즐(249c)은, 직선 L을 사이에 두고 노즐(249a)과 반대측에 마련되어 있다고 할 수도 있다. 노즐(249a, 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(232b)으로부터는, 제1 처리 가스(원료 가스)로서, 예를 들어 기판 상에 형성하려고 하는 막을 구성하는 주 원소(소정 원소)로서의 실리콘(Si)을 포함하는 가스, 즉, 실란계 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 실란계 가스로서는, 예를 들어 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I) 등의 할로겐 원소를 포함하는 할로실란계 가스를 사용할 수 있다. 할로실란계 가스로서는, 예를 들어 Si 및 Cl을 포함하는 클로로실란계 가스를 사용할 수 있고, 예를 들어 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232a, 232c)으로부터는, 상술한 제1 처리 가스와는 분자 구조가 다른 제2 처리 가스(반응 가스)로서, 예를 들어 질화제로서의 질소(N) 함유 가스가, 각각 MFC(241a, 241c), 밸브(243a, 243c), 노즐(249a, 249c)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. N 함유 가스로서는, 예를 들어 질소(N) 및 수소(H)의 2 원소로 구성되는 가스인 질화수소계 가스를 사용할 수 있다. 질화수소계 가스로서는, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스를 사용할 수 있다.
가스 공급관(232d 내지 232f)으로부터는, 불활성 가스로서, 예를 들어 질소(N2) 가스가, 각각 MFC(241d 내지 241f), 밸브(243d 내지 243f), 가스 공급관(232a 내지 232c), 노즐(249a 내지 249c)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. N2 가스는, 퍼지 가스, 캐리어 가스, 희석 가스 등으로서 작용하고, 또한 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 웨이퍼 면내 막 두께 분포를 제어하는 막 두께 분포 제어 가스로서 작용한다.
주로, 가스 공급관(232d), MFC(241d), 밸브(243d)에 의해, 노즐(249a)로부터 불활성 가스를 공급하는 제1 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해, 노즐(249b)로부터 제1 처리 가스를 공급하는 제2 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232f), MFC(241f), 밸브(243f)에 의해, 노즐(249c)로부터 불활성 가스를 공급하는 제3 공급계가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a), 및 가스 공급관(232c), MFC(241c), 밸브(243c) 중 적어도 어느 것에 의해, 노즐(249a, 249c) 중 적어도 어느 것으로부터 제2 처리 가스를 공급하는 제4 공급계가 구성된다.
상술한 각종 공급계 중, 어느 것, 혹은 모든 공급계는, 밸브(243a 내지 243f)나 MFC(241a 내지 241f) 등이 집적되어 이루어지는 집적형 공급 시스템(248)으로서 구성되어 있어도 된다. 집적형 공급 시스템(248)은, 가스 공급관(232a 내지 232f) 각각에 대하여 접속되어, 가스 공급관(232a 내지 232f) 내에의 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 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 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 도시한 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 측벽 하부로부터 상부를 따라, 즉, 웨이퍼 배열 영역을 따라 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 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 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, 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 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.
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) 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, 간단히 프로그램이라고도 한다. 또한, 프로세스 레시피를, 간단히 레시피라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우에는, 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 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 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, MFC(241a 내지 241f)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243f)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 제어하도록 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 메모리 등의 반도체 메모리 등을 포함한다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 간단히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체라는 말을 사용한 경우에는, 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, 기판 상에 막을 형성하는 기판 처리 시퀀스 예, 즉, 성막 시퀀스 예에 대해서, 도 4의 (a), 도 4의 (b)를 사용해서 설명한다. 이하의 설명에서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는,
기판으로서의 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 준비하는 스텝과,
처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 제1 공급부로서의 노즐(249a)로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급하고, 제2 공급부로서의 노즐(249b)로부터 제1 처리 가스로서 HCDS 가스를 공급하고, 노즐(249b)과 웨이퍼(200)의 중심을 통과하는 직선 L을 사이에 두고 노즐(249a)과 반대측에 마련된 제3 공급부로서의 노즐(249c)로부터 불활성 가스로서 N2 가스를 공급하여, 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 스텝
을 행한다. 상술한 막을 형성하는 스텝에서는, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량의 밸런스를 제어함으로써, 막의 웨이퍼 면내 막 두께 분포(이하, 간단히 면내 막 두께 분포라고도 칭함)를 조정한다.
도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 도시하는 성막 시퀀스에서는, 일례로서, 상술한 막을 형성하는 스텝에서,
처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 노즐(249a)로부터 N2 가스를 공급하고, 노즐(249b)로부터 HCDS 가스를 공급하고, 노즐(249c)로부터 N2 가스를 공급하는 스텝 1과,
처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 제2 처리 가스로서 NH3 가스를 공급하는 스텝 2
를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회, n은 1 이상의 정수) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에, 막으로서, Si 및 N을 포함하는 막, 즉, 실리콘 질화막(SiN막)을 형성하는 경우를 나타내고 있다.
또한, 도 4의 (a)에 도시하는 성막 시퀀스에서는, 유량 밸런스 제어의 일례로서, 상술한 스텝 1에서, 웨이퍼(200)에 대하여 노즐(249b)로부터 HCDS 가스를 공급할 때, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 동일하게 하는 경우를 나타내고 있다.
또한, 도 4의 (b)에 도시하는 성막 시퀀스에서는, 유량 밸런스 제어의 다른 예로서, 상술한 스텝 1에서, 웨이퍼(200)에 대하여 노즐(249b)로부터 HCDS 가스를 공급할 때, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 다르게 하는 경우를 나타내고 있다.
이하의 설명에서는, 일례로서, 웨이퍼(200)로서, 표면에 요철 구조가 형성되어 있지 않은 표면적이 작은 베어 기판, 즉, 베어 웨이퍼를 사용하여, 상술한 성막 시퀀스 및 유량 제어에 의해, SiN막의 면내 막 두께 분포를 조정하는 예에 대해서 설명한다. 본 명세서에서는, 웨이퍼(200)의 중앙부에서 가장 두껍고, 외주부(주연부)에 가까워짐에 따라서 점차 얇아지는 막의 면내 막 두께 분포를, 중앙 볼록 분포라고도 칭한다. 또한, 웨이퍼(200)의 중앙부에서 가장 얇고, 외주부에 가까워짐에 따라서 점차 두꺼워지는 막의 면내 막 두께 분포를, 중앙 오목 분포라고도 칭한다. 또한, 웨이퍼(200)의 중앙부로부터 외주부에 걸쳐서 막 두께 변화가 적은 평탄한 막의 면내 막 두께 분포를, 플랫 분포라고도 칭한다. 베어 웨이퍼 상에 중앙 볼록 분포를 갖는 막을 형성할 수 있으면, 표면에 미세한 요철 구조가 형성된 표면적이 큰 패턴 웨이퍼(프로덕트 웨이퍼) 상에, 플랫 분포를 갖는 막을 형성하는 것이 가능하게 된다.
본 명세서에서는, 도 4의 (a)나 도 4의 (b)에 도시하는 성막 시퀀스를, 편의상, 이하와 같이 나타내는 경우도 있다. 이하의 변형예 등의 설명에서도, 마찬가지의 표기를 사용한다.
(HCDS→NH3)×n ⇒ SiN
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우에는, 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 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면 상에 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)되면, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어서, 매니폴드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 그 후, 도 1에 도시한 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 상태가 된다. 이들 동작에 의해 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 준비된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
웨이퍼(200)가 처리실(201) 내에 준비된 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)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다. 또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 성막 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. 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 행하여진다.
(성막 스텝)
그 후, 다음의 스텝 1, 2를 순차 실행한다.
[스텝 1]
이 스텝에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 노즐(249a)로부터 N2 가스를 공급하고, 노즐(249b)로부터 HCDS 가스를 공급하고, 노즐(249c)로부터 N2 가스를 공급한다.
구체적으로는, 밸브(243b)를 개방하여, 가스 공급관(232b) 내에 HCDS 가스를 흘린다. HCDS 가스는, MFC(241b)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스가 공급된다. 또한, 이때 밸브(243d, 243f)를 개방하여, 가스 공급관(232d, 232f) 내에 N2 가스를 각각 흘린다. N2 가스는, MFC(241d, 241f)에 의해 각각 유량 조정되어, 가스 공급관(232a, 232c), 노즐(249a, 249c) 각각을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 N2 가스가 공급된다. N2 가스는, 처리실(201) 내에서 HCDS 가스와 혼합되게 된다. 이때 밸브(243e)를 개방하여, 가스 공급관(232e) 내에 N2 가스를 흘리게 해도 된다. N2 가스는 MFC(241e)에 의해 유량 조정되어, 가스 공급관(232b) 내, 노즐(249b) 내에서 HCDS 가스와 혼합되어 처리실(201) 내에 공급되어, 배기구(231a)로부터 배기된다.
웨이퍼(200)에 대하여 HCDS 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)의 표면 상에, 제1 층으로서, Cl을 포함하는 Si 함유층이 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유층은, 웨이퍼(200)의 표면에, HCDS가 물리 흡착되거나, HCDS의 일부가 분해한 물질이 화학 흡착되거나, HCDS가 열분해해서 Si가 퇴적되거나 하는 것 등에 의해 형성된다. 즉, Cl을 포함하는 Si 함유층은, HCDS나 HCDS의 일부가 분해한 물질의 흡착층(물리 흡착층이나 화학 흡착층)이어도 되고, Cl을 포함하는 Si의 퇴적층(Si층)이어도 된다. 이하, Cl을 포함하는 Si 함유층을, 간단히 Si 함유층이라고도 칭한다.
본 스텝에서는, 웨이퍼(200)에 대하여 노즐(249b)로부터 HCDS 가스를 공급할 때, 노즐(249a, 249c) 각각을 통해서 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. 이때, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량의 밸런스를 제어한다. 이에 의해, 이하에 설명하는 바와 같이, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 제1 층의 웨이퍼 면내 두께 분포(이하, 간단히 면내 두께 분포라고도 칭함)를 자유롭게 조정하는 것이 가능하게 된다.
예를 들어, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(200)에 대하여 노즐(249b)로부터 HCDS 가스를 공급할 때, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 동일하게 한다. HCDS 가스 공급 시의 N2 가스의 유량 밸런스를 이렇게 제어함으로써, 웨이퍼(200)의 중앙부에 공급되는 HCDS 가스의 농도, 즉 분압(공급량)을 높게(많게) 하는 방향으로, 또한 웨이퍼(200)의 외주부에 공급되는 HCDS 가스의 농도, 즉 분압(공급량)을 낮게(적게) 하는 방향으로, 각각 제어하는 것이 가능하게 된다. 결과로서, 베어 웨이퍼로서 구성된 웨이퍼(200) 상에 형성되는 제1 층의 면내 두께 분포를, 중앙 볼록 분포로 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 동일하게 하는 경우에, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 각각의 유량을, 노즐(249b)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 크게 해도 된다. HCDS 가스 공급 시의 N2 가스의 유량 밸런스를 이렇게 제어함으로써, 베어 웨이퍼로서 구성된 웨이퍼(200) 상에 형성되는 제1 층의 면내 두께 분포를 중앙 볼록 분포로 하는 것이, 확실하게 가능하게 된다.
또한 예를 들어, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(200)에 대하여 노즐(249b)로부터 HCDS 가스를 공급할 때, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 다르게 한다. 즉, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량 및 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량 중 한쪽 유량을, 다른 쪽 유량보다도 크게 한다. 도 4의 (b)는 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 하는 예를 나타내고 있다. HCDS 가스 공급 시의 N2 가스의 유량 밸런스를 이렇게 제어함으로써, 웨이퍼(200)의 중앙부에 공급되는 HCDS 가스의 농도, 즉 분압(공급량)을 낮게(적게) 하는 방향으로, 또한 웨이퍼(200)의 외주부에 공급되는 HCDS 가스의 농도, 즉 분압(공급량)을 높게(많게) 하는 방향으로, 각각 제어하는 것이 가능하게 된다. 결과로서, 베어 웨이퍼로서 구성된 웨이퍼(200) 상에 형성되는 제1 층의 면내 두께 분포를, 중앙 볼록 분포에서 플랫 분포에 접근시키거나, 나아가, 중앙 오목 분포에 접근시키거나 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 하는 경우에, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249b)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 크게 해도 된다. HCDS 가스 공급 시의 N2 가스의 유량 밸런스를 이렇게 제어함으로써, 베어 웨이퍼로서 구성된 웨이퍼(200) 상에 형성되는 제1 층의 면내 두께 분포를, 중앙 볼록 분포에서 플랫 분포에 접근시키거나, 나아가, 중앙 오목 분포에 접근시키거나 하는 것이, 확실하게 가능하게 된다.
또한, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 하는 경우에, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249b)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 작게 해도 된다. HCDS 가스 공급 시의 N2 가스의 유량 밸런스를 이렇게 제어함으로써, 베어 웨이퍼로서 구성된 웨이퍼(200) 상에 형성되는 제1 층의 면내 두께 분포를, 중앙 볼록 분포에서 플랫 분포에 접근시키거나, 나아가, 중앙 오목 분포에 접근시키거나 하는 것이, 확실하게 가능하게 된다.
또한, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 하는 경우에, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249b)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 크게 함과 함께, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249b)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 작게 해도 된다. HCDS 가스 공급 시의 N2 가스의 유량 밸런스를 이렇게 제어함으로써, 베어 웨이퍼로서 구성된 웨이퍼(200) 상에 형성되는 제1 층의 면내 두께 분포를, 중앙 볼록 분포에서 플랫 분포에 접근시키거나, 나아가, 중앙 오목 분포에 접근시키거나 하는 것이, 보다 확실하게 가능하게 된다.
또한, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 하는 경우에, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 제로로 해도 된다. 즉, 노즐(249a)로부터의 N2 가스의 공급을 불실시로 해도 된다. HCDS 가스 공급 시의 N2 가스의 유량 밸런스를 이렇게 제어함으로써, 베어 웨이퍼로서 구성된 웨이퍼(200) 상에 형성되는 제1 층의 면내 두께 분포를, 중앙 볼록 분포에서 플랫 분포에 접근시키거나, 나아가, 중앙 오목 분포에 접근시키거나 하는 것이, 확실하게 가능하게 된다.
또한, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 하는 경우에, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249b)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 크게 함과 함께, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 제로로 해도 된다. HCDS 가스 공급 시의 N2 가스의 유량 밸런스를 이렇게 제어함으로써, 베어 웨이퍼로서 구성된 웨이퍼(200) 상에 형성되는 제1 층의 면내 두께 분포를, 중앙 볼록 분포에서 플랫 분포에 접근시키거나, 나아가, 중앙 오목 분포에 접근시키거나 하는 것이, 보다 확실하게 가능하게 된다.
웨이퍼(200) 상에 원하는 면내 두께 분포를 갖는 제1 층이 형성된 후, 밸브(243b)를 닫아, 처리실(201) 내에의 HCDS 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때, 밸브(243d 내지 243f)를 개방하여, 노즐(249a 내지 249c)을 통해서 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. 노즐(249a 내지 249c)로부터 공급되는 N2 가스는, 퍼지 가스로서 작용하여, 이에 의해, 처리실(201) 내가 퍼지된다(퍼지 스텝).
[스텝 2]
스텝 1이 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200), 즉, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 층에 대하여 NH3 가스를 공급한다.
구체적으로는, 밸브(243a)를 개방하여, 가스 공급관(232a) 내에 NH3 가스를 흘린다. NH3 가스는, MFC(241a)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스가 공급된다. 또한, 이때, 밸브(243e, 243f)를 개방하여, 노즐(249b, 249c) 각각을 통해서 처리실(201) 내에 N2 가스를 공급한다. 노즐(249b, 249c)로부터의 N2 가스의 공급은 불실시로 해도 된다.
웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 층의 적어도 일부가 질화(개질)된다. 제1 층이 개질됨으로써, 웨이퍼(200) 상에 Si 및 N을 포함하는 제2 층, 즉, SiN층이 형성된다. 제2 층을 형성할 때, 제1 층에 포함되어 있던 Cl 등의 불순물은, NH3 가스에 의한 제1 층의 개질 반응의 과정에서, 적어도 Cl을 포함하는 가스 상태 물질을 구성하여, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이에 의해, 제2 층은, 제1 층에 비하여 Cl 등의 불순물이 적은 층으로 된다.
웨이퍼(200) 상에 제2 층이 형성된 후, 밸브(243a)를 닫아, 처리실(201) 내에의 NH3 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 1의 퍼지 스텝과 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다.
[소정 횟수 실시]
상술한 스텝 1, 2를 교대로, 즉, 동기시키지 않고 비동시에 행하는 사이클을 1회 이상(n회) 행함으로써, 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiN막을 형성할 수 있다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 상술한 사이클을 1회 행할 때 형성되는 제2 층의 두께를 원하는 막 두께보다도 얇게 하여, 제2 층을 적층함으로써 형성되는 SiN막의 막 두께가 원하는 막 두께로 될 때까지, 상술한 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 따르면, 스텝 1에서 형성되는 제1 층의 면내 두께 분포를 조정함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiN막의 면내 막 두께 분포를 자유롭게 조정하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 스텝 1에서 형성되는 제1 층의 면내 두께 분포를 중앙 볼록 분포로 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiN막의 면내 막 두께 분포를 중앙 볼록 분포로 하는 것이 가능하게 된다. 또한 예를 들어, 스텝 1에서 형성되는 제1 층의 면내 두께 분포를 플랫 분포로 하거나 중앙 오목 분포로 하거나 함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiN막의 면내 막 두께 분포를 플랫 분포로 하거나 중앙 오목 분포로 하거나 하는 것이 가능하게 된다.
스텝 1에서의 처리 조건으로서는,
HCDS 가스 공급 유량: 100 내지 2000sccm
N2 가스 공급 유량(가스 공급관(232a)): 0 내지 10000sccm
N2 가스 공급 유량(가스 공급관(232c)): 0 내지 10000sccm
가스 공급 시간: 1 내지 120초, 바람직하게는 1 내지 60초
처리 온도: 250 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350 내지 600℃
처리 압력: 1 내지 2666Pa, 바람직하게는 67 내지 1333Pa
이 예시된다.
또한, 본 명세서에서의 「250 내지 700℃」와 같은 수치 범위의 표기는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 「250 내지 700℃」란 「250℃ 이상 700℃ 이하」를 의미한다. 다른 수치 범위에 대해서도 마찬가지이다.
스텝 2에서의 처리 조건으로서는,
NH3 가스 공급 유량: 100 내지 10000sccm
N2 가스 공급 유량(가스 공급관마다): 0 내지 10000sccm
이 예시된다. 다른 처리 조건은, 스텝 1에서의 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
제1 처리 가스로서는, HCDS 가스 외에, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 테트라클로로실란(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 옥타클로로트리실란(Si3Cl8, 약칭: OCTS) 가스 등의 클로로실란계 가스를 사용할 수 있다. 또한, 이들 가스 대신에 테트라플루오로실란(SiF4) 가스, 테트라브로모실란(SiBr4) 가스, 테트라요오도실란(SiI4) 가스 등을 사용할 수 있다. 즉, 클로로실란계 가스 대신에 플루오로실란계 가스, 브로모실란계 가스, 요오도실란계 가스 등의 할로실란계 가스를 사용할 수 있다.
제2 처리 가스로서는, NH3 가스 외에, 예를 들어 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8 가스 등의 질화수소계 가스를 사용할 수 있다.
불활성 가스로서는, N2 가스 외에, Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
성막 스텝이 종료된 후, 노즐(249a 내지 249c) 각각으로부터 퍼지 가스로서의 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하여, 배기구(231a)로부터 배기한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 퍼지되어, 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).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
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 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(a) 스텝 1에서 노즐(249b)로부터 HCDS 가스를 공급할 때, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 동일하게 함으로써, 베어 웨이퍼로서 구성된 웨이퍼(200) 상에 SiN막을 형성한 경우에, 이 막의 면내 막 두께 분포가 중앙 볼록 분포로 되는 컨디션을 만들어 내는 것이 가능하게 된다.
또한, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 동일하게 하는 경우에, 각각의 유량을, 노즐(249b)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 크게 함으로써, 이 막의 면내 막 두께 분포가 중앙 볼록 분포로 되는 컨디션을, 확실하게 만들어 내는 것이 가능하게 된다.
(b) 스텝 1에서 노즐(249b)로부터 HCDS 가스를 공급할 때, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 다르게 함으로써, 예를 들어 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 함으로써, 베어 웨이퍼로서 구성된 웨이퍼(200) 상에 SiN막을 형성한 경우에, 이 막의 면내 막 두께 분포가 중앙 볼록 분포와 중앙 오목 분포 사이의 어느 것의 분포로 되는 컨디션을 만들어 내는 것이 가능하게 된다.
또한, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 다르게 하는 경우에, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 하고, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249b)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 크게 함으로써, SiN막의 면내 막 두께 분포가 중앙 볼록 분포와 중앙 오목 분포 사이의 어느 것의 분포로 되는 컨디션을, 확실하게 만들어 내는 것이 가능하게 된다.
또한, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 다르게 하는 경우에, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 하고, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249b)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 작게 함으로써, SiN막의 면내 막 두께 분포가 중앙 볼록 분포와 중앙 오목 분포 사이의 어느 것의 분포로 되는 컨디션을, 확실하게 만들어 내는 것이 가능하게 된다.
또한, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 다르게 하는 경우에, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 하고, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249b)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 크게 함과 함께, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249b)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 작게 함으로써, SiN막의 면내 막 두께 분포가 중앙 볼록 분포와 중앙 오목 분포 사이의 어느 것의 분포로 되는 컨디션을, 보다 확실하게 만들어 내는 것이 가능하게 된다.
또한, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 다르게 하는 경우에, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 하고, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 제로로 함으로써, SiN막의 면내 막 두께 분포가 중앙 볼록 분포와 중앙 오목 분포 사이의 어느 것의 분포로 되는 컨디션을, 확실하게 만들어 내는 것이 가능하게 된다.
또한, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 다르게 하는 경우에, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 하고, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249b)로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 크게 함과 함께, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 제로로 함으로써, SiN막의 면내 막 두께 분포가 중앙 볼록 분포와 중앙 오목 분포 사이의 어느 것의 분포로 되는 컨디션을, 보다 확실하게 만들어 내는 것이 가능하게 된다.
(c) 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 스텝 1에서 노즐(249b)로부터 HCDS 가스를 공급할 때, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량의 밸런스를 제어함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiN막의 면내 막 두께 분포를 자유롭게 조정하는 것이 가능하게 된다. 베어 웨이퍼 상에 중앙 볼록 분포를 갖는 막을 형성할 수 있으면, 표면에 미세한 요철 구조가 형성된 표면적이 큰 패턴 웨이퍼 상에 플랫 분포를 갖는 막을 형성하는 것이 가능하게 된다.
또한, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 면내 막 두께 분포는 웨이퍼(200)의 표면적에 의존하는데, 이것은, 소위 로딩 효과에 의한 것으로 생각된다. 본 실시 형태에서의 기판 처리 장치와 같이 웨이퍼(200)의 외주부측으로부터 중앙부측을 향해서 HCDS 가스를 흘리는 경우, 성막 대상의 웨이퍼(200)의 표면적이 커질수록, HCDS 가스가 웨이퍼(200)의 외주부에서 다량으로 소비되어, 그 중앙부에 도달하기 어려워진다. 그 결과, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 면내 막 두께 분포가, 중앙 오목 분포로 된다. 본 실시 형태에 따르면, 웨이퍼(200)로서 표면적이 큰 패턴 웨이퍼를 사용하는 경우에도, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 면내 막 두께 분포를 중앙 오목 분포에서 플랫 분포로 교정하거나, 나아가, 중앙 볼록 분포로 교정하거나 하는 등, 자유롭게 제어하는 것이 가능하게 된다.
(d) 적어도 노즐(249b)을, 바람직하게는 노즐(249a 내지 249c)을, 적어도 평면으로 보아 배기구(231a)와 대향하도록 각각 배치함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiN막의 면내 막 두께 분포의 제어성을 높이는 것이 가능하게 된다. 또한, 노즐(249a, 249c)을 직선 L을 대칭 축으로 해서 선 대칭으로 배치함으로써, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiN막의 면내 막 두께 분포의 제어성을 더욱 높이는 것이 가능하게 된다.
(e) 상술한 효과는, HCDS 가스 이외의 제1 처리 가스를 사용하는 경우나, NH3 가스 이외의 제2 처리 가스를 사용하는 경우나, N2 가스 이외의 불활성 가스를 사용하는 경우에도, 마찬가지로 얻을 수 있다.
(4) 변형예
본 실시 형태에서의 성막 스텝은, 도 4의 (a)나 도 4의 (b)에 도시하는 양태에 한정되지 않고, 이하에 나타내는 변형예와 같이 변경할 수 있다. 이들 변형예는 임의로 조합할 수 있다. 특별히 설명이 없는 한, 각 변형예의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 기판 처리 시퀀스의 각 스텝에서의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
(변형예 1)
스텝 1에서, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 다르게 할 때, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 하도록 해도 된다. 본 변형예에서도, 도 4의 (b)에 도시하는 성막 시퀀스와 마찬가지로, 베어 웨이퍼로서 구성된 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiN막의 면내 막 두께 분포를, 중앙 볼록 분포와 중앙 오목 분포 사이의 어느 것의 분포로 하는 것이 가능하게 된다.
(변형예 2)
스텝 2에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 노즐(249a)로부터 N2 가스를 공급하고, 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급하고, 노즐(249c)로부터 N2 가스를 공급하도록 해도 된다. 그리고, 웨이퍼(200)에 대하여 노즐(249b)로부터 NH3 가스를 공급할 때, 노즐(249a)로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 노즐(249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량의 밸런스를 제어하도록 해도 된다. 이에 의해, 스텝 2를 행함으로써 웨이퍼(200) 상에 형성되는 제2 층의 웨이퍼 면내 조성 분포, 즉, 성막 스텝을 행함으로써 웨이퍼(200) 상에 형성되는 SiN막의 웨이퍼 면내 조성 분포를 제어하는 것이 가능하게 된다.
(변형예 3)
제1 처리 가스로서, 할로실란계 가스 외에, 모노실란(SiH4, 약칭: MS) 가스, 디실란(Si2H6, 약칭: DS) 가스 등의 수소화규소 가스나, 트리스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS) 가스, 비스디에틸아미노실란(Si[N(C2H5)2]2H2, 약칭: BDEAS) 가스 등의 아미노실란계 가스를 사용해도 된다.
또한, 제2 처리 가스로서, 예를 들어 트리에틸아민((C2H5)3N, 약칭: TEA) 가스와 같은 아민계 가스나, 산소(O2) 가스, 수증기(H2O 가스), 오존(O3) 가스, 플라스마 여기된 O2 가스(O2 *), O2 가스+수소(H2) 가스와 같은 산소(O) 함유 가스(산화제)나, 프로필렌(C3H6) 가스와 같은 탄소(C) 함유 가스나, 트리클로로보란(BCl3) 가스와 같은 붕소(B) 함유 가스를 사용해도 된다.
그리고, 예를 들어 이하에 나타내는 성막 시퀀스에 의해, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 산질화막(SiON막), 실리콘 산탄화막(SiOC막), 실리콘 탄질화막(SiCN막), 실리콘 산탄질화막(SiOCN막), 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막), 실리콘 붕질화막(SiBN막), 실리콘 산화막(SiO막), 실리콘막(Si막) 등을 형성하도록 해도 된다. 이하의 성막 시퀀스에 있어서, 노즐(249b)로부터 제1 처리 가스(HCDS 가스, 3DMAS 가스, BDEAS 가스, DCS 가스, MS 가스 등)를 공급할 때, 혹은, 노즐(249b)로부터 제2 처리 가스(NH3 가스, O2 가스, TEA 가스, C3H6 가스, BCl3 가스 등)를 공급할 때, 노즐(249a, 249c)로부터 공급하는 N2 가스의 유량 밸런스를, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 도시하는 성막 시퀀스나 상술한 변형예와 마찬가지로 제어한다. 이에 의해, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 도시하는 성막 시퀀스나 상술한 변형예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(HCDS→NH3→O2)×n ⇒ SiON
(HCDS→TEA→O2)×n ⇒ SiOC(N)
(HCDS→C3H6→NH3)×n ⇒ SiCN
(HCDS→C3H6→NH3→O2)×n ⇒ SiOCN
(HCDS→C3H6→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBCN
(HCDS→BCl3→NH3)×n ⇒ SiBN
(HCDS→O2+H2)×n ⇒ SiO
(3DMAS→O3)×n ⇒ SiO
(BDEAS→O2 *)×n ⇒ SiO
(DCS→NH3)×n ⇒ SiN
(DCS→DS)×n→MS ⇒ Si
<다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였다. 단, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
상술한 실시 형태에서는, 노즐(249a 내지 249c)이 인접(근접)해서 마련되어 있는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 양태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 노즐(249a, 249c)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 평면으로 보아 원환상의 공간 중, 노즐(249b)로부터 이격된 위치에 마련되어 있어도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 제1 내지 제3 공급부가 노즐(249a 내지 249c)에 의해 구성되어, 처리실(201) 내에 3개의 노즐이 마련되는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 양태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 내지 제3 공급부 중 적어도 어느 것의 공급부가 2개 이상의 노즐에 의해 구성되어 있어도 된다. 또한, 처리실(201) 내에 제1 내지 제3 공급부 이외의 노즐을 새롭게 마련하여, 이 노즐을 사용해서 N2 가스나 각종 처리 가스를 또한 공급하도록 해도 된다. 처리실(201) 내에 노즐(249a 내지 249c) 이외의 노즐을 마련하는 경우, 이 새롭게 마련하는 노즐은, 평면으로 보아 배기구(231a)와 대향하는 위치에 형성해도 되고, 대향하지 않는 위치에 마련해도 된다. 즉, 새롭게 마련하는 노즐은, 노즐(249a 내지 249c)로부터 이격된 위치이며, 예를 들어 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 평면으로 보아 원환상의 공간 중, 웨이퍼(200)의 외주를 따라 노즐(249a 내지 249c)과 배기구(231a) 사이의 중간 위치, 혹은 그 중간 위치의 근방의 위치에 마련해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 기판 상에 주 원소로서 Si를 포함하는 막을 형성하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 양태에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은 Si 외에, 게르마늄(Ge), B 등의 반금속 원소를 주 원소로서 포함하는 막을 기판 상에 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 이트륨(Y), 란탄(La), 스트론튬(Sr), 알루미늄(Al) 등의 금속 원소를 주 원소로서 포함하는 막을 기판 상에 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다.
예를 들어, 제1, 제2 처리 가스로서, 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 가스나 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3, 약칭: TMA) 가스를 사용하여, 이하에 나타내는 성막 시퀀스에 의해, 기판 상에, 티타늄 질화막(TiN막), 티타늄산 질화막(TiON막), 티타늄 알루미늄 탄질화막(TiAlCN막), 티타늄 알루미늄 탄화막(TiAlC막), 티타늄 탄질화막(TiCN막), 티타늄 산화막(TiO막) 등을 형성하는 경우에도, 본 발명을 적합하게 적용할 수 있다.
(TiCl4→NH3)×n ⇒ TiN
(TiCl4→NH3→O2)×n ⇒ TiON
(TiCl4→TMA→NH3)×n ⇒ TiAlCN
(TiCl4→TMA)×n ⇒ TiAlC
(TiCl4→TEA)×n ⇒ TiCN
(TiCl4→H2O)×n ⇒ TiO
기판 처리에 사용되는 레시피는, 처리 내용에 따라서 개별로 준비하여, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 통해서 기억 장치(121c) 내에 저장해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 처리를 개시할 때, CPU(121a)가, 기억 장치(121c) 내에 저장된 복수의 레시피 중에서, 기판 처리의 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 피하면서, 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 경우에는, 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 변경하도록 해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 제1 내지 제3 공급부로서의 제1 내지 제3 노즐(노즐(249a 내지 249c))이 반응관의 내벽을 따르도록 처리실 내에 마련되어 있는 예에 대해서 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 5의 (a)에 종형 처리로의 단면 구조를 도시하는 바와 같이, 반응관의 측벽에 버퍼실을 마련하고, 이 버퍼실 내에, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 구성의 제1 내지 제3 노즐을, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 배치로 마련하도록 해도 된다. 도 5의 (a)에서는, 반응관의 측벽에 공급용 버퍼실과 배기용 버퍼실을 마련하고, 각각을, 웨이퍼를 사이에 두고 대향하는 위치에 배치한 예를 도시하고 있다. 또한, 공급용 버퍼실과 배기용 버퍼실 각각은, 반응관의 측벽 하부로부터 상부를 따라, 즉, 웨이퍼 배열 영역을 따라 마련되어 있다. 또한, 도 5의 (a)에서는, 공급용 버퍼실을 복수(3개)의 공간으로 칸막이하여, 각각의 공간에 각 노즐을 배치한 예를 도시하고 있다. 버퍼실의 3개의 공간의 배치는, 제1 내지 제3 노즐의 배치와 마찬가지가 된다. 제1 내지 제3 노즐이 배치되는 각각의 공간을, 제1 내지 제3 버퍼실이라고 칭할 수도 있다. 제1 노즐 및 제1 버퍼실, 제2 노즐 및 제2 버퍼실, 제3 노즐 및 제3 버퍼실을, 각각 제1 공급부, 제2 공급부, 제3 공급부라고 생각할 수도 있다. 또한 예를 들어, 도 5의 (b)에 종형 처리로의 단면 구조를 도시하는 바와 같이, 도 5의 (a)와 마찬가지의 배치로 버퍼실을 마련하여, 버퍼실 내에 제2 노즐을 마련하고, 이 버퍼실의 처리실과의 연통부를 양측으로부터 사이에 둠과 함께 반응관의 내벽을 따르도록 제1, 제3 노즐을 마련하도록 해도 된다. 제1 노즐, 제2 노즐 및 버퍼실, 제3 노즐을, 각각 제1 공급부, 제2 공급부, 제3 공급부라고 생각할 수도 있다. 도 5의 (a), 도 5의 (b)에서 설명한 버퍼실이나 반응관 이외의 구성은, 도 1에 도시하는 처리로의 각 부의 구성과 마찬가지이다. 이들 처리로를 사용한 경우에도, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 성막 처리를 행할 수 있고, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
상술한 실시 형태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 예에 대해서 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 예를 들어 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 핫월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 예에 대해서 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 콜드월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 막을 형성하는 경우에도, 적합하게 적용할 수 있다.
이러한 기판 처리 장치를 사용하는 경우에도, 상술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 시퀀스, 처리 조건에서 성막을 행할 수 있고, 이것들과 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 상술한 실시 형태나 변형예 등은, 적절히 조합해서 사용할 수 있다. 이때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 실시 형태의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
[실시예]
실시예 1로서, 도 1에 도시하는 기판 처리 장치를 사용하여, 상술한 실시 형태에서의 스텝 1, 2를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 베어 웨이퍼 상에 SiN막을 형성하였다. 스텝 1에서 제2 공급부로부터 HCDS 가스를 공급할 때, 제3 공급부로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 제1 공급부로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 하고, 제1 공급부로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 제로로 하였다. 제3 공급부로부터 공급하는 N2 가스의 유량은, 제2 공급부로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 작게 하였다. 다른 처리 조건은, 상술한 실시 형태에서의 처리 조건 범위 내의 소정의 조건으로 하였다.
실시예 2로서, 도 1에 도시하는 기판 처리 장치를 사용하여, 상술한 실시 형태에서의 스텝 1, 2를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 베어 웨이퍼 상에 SiN막을 형성하였다. 스텝 1에서 제2 공급부로부터 HCDS 가스를 공급할 때, 제3 공급부로부터 공급하는 N2 가스의 유량을, 제1 공급부로부터 공급하는 N2 가스의 유량보다도 크게 하고, 제1 공급부로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 제로로 하였다. 제3 공급부로부터 공급하는 N2 가스의 유량은, 제2 공급부로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 크게 하였다. 다른 처리 조건은, 실시예 1에서의 처리 조건과 마찬가지로 하였다.
실시예 3으로서, 도 1에 도시하는 기판 처리 장치를 사용하여, 상술한 실시 형태에서의 스텝 1, 2를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 베어 웨이퍼 상에 SiN막을 형성하였다. 스텝 1에서 제2 공급부로부터 HCDS 가스를 공급할 때, 제1 공급부로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 제3 공급부로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 동일하게 하였다. 제1 공급부 및 제3 공급부로부터 공급하는 N2 가스의 유량은, 각각 제2 공급부로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 작게 하였다. 다른 처리 조건은, 실시예 1에서의 처리 조건과 마찬가지로 하였다.
실시예 4로서, 도 1에 도시하는 기판 처리 장치를 사용하여, 상술한 실시 형태에서의 스텝 1, 2를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 베어 웨이퍼 상에 SiN막을 형성하였다. 스텝 1에서 제2 공급부로부터 HCDS 가스를 공급할 때, 제1 공급부로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 제3 공급부로부터 공급하는 N2 가스의 유량을 동일하게 하였다. 제1 공급부 및 제3 공급부로부터 공급하는 N2 가스의 유량은, 각각 제2 공급부로부터 공급하는 HCDS 가스의 유량보다도 크게 하였다. 다른 처리 조건은, 실시예 1에서의 처리 조건과 마찬가지로 하였다.
그리고, 실시예 1 내지 4의 SiN막의 면내 막 두께 분포를 각각 측정하였다. 도 6의 (a), 도 6의 (b), 도 7의 (a), 도 7의 (b)는, 차례로, 실시예 1 내지 4의 SiN막의 면내 막 두께 분포의 측정 결과를 나타내고 있다. 이들 도면의 횡축은, 각각 막 두께의 측정 위치, 즉, 웨이퍼의 중심으로부터의 거리(mm)를 나타내고 있다. 또한, 이들 도면의 종축은, 각각 측정 위치에서의 SiN막의 막 두께(Å)를 나타내고 있다.
도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 실시예 1의 SiN막의 면내 막 두께 분포는, 중앙 볼록 분포와 중앙 오목 분포 사이의 분포이며, 약한 중앙 오목 분포가 되는 것을 확인하였다. 또한, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 실시예 2의 SiN막의 면내 막 두께 분포는, 중앙 볼록 분포와 중앙 오목 분포 사이의 분포이며, 실시예 1보다도 강한 중앙 오목 분포가 되는 것을 확인하였다. 또한, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 실시예 3의 SiN막의 면내 막 두께 분포는, 면내 전체에서 보면 약한 중앙 오목 분포가 되지만, 면내의 중앙부에서는 약한 중앙 볼록 분포가 되는 것을 확인하였다. 또한, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 실시예 4의 SiN막의 면내 막 두께 분포는, 강한 중앙 볼록 분포가 되는 것을 확인하였다.
이상의 결과로부터, 스텝 1에서 제2 공급부로부터 HCDS 가스를 공급할 때, 제1 공급부로부터 공급하는 N2 가스의 유량과, 제3 공급부로부터 공급하는 N2 가스의 유량의 밸런스를 제어함으로써, 웨이퍼 상에 형성되는 SiN막의 면내 막 두께 분포를 자유롭게 조정할 수 있는 것을 알았다.
200: 웨이퍼(기판)
249a: 노즐(제1 공급부)
249b: 노즐(제2 공급부)
249c: 노즐(제3 공급부)

Claims (21)

  1. 기판을 처리실 내에 준비하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여, 제1 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 제2 공급부로부터 막을 구성하는 주 원소를 포함하는 제1 처리 가스를 공급하고, 상기 제2 공급부와 상기 기판의 중심을 통과하는 직선을 사이에 두고 상기 제1 공급부와 반대측에 마련된 제3 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 평면에서 보아 상기 기판의 중심을 사이에 두고 상기 제2 공급부와 대향하도록 배치된 배기구로부터 이들 가스를 배기하여, 상기 기판 상에 상기 주 원소를 포함하는 막을 형성하는 공정
    을 갖고, 상기 막을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량의 밸런스를 제어함으로써, 상기 막의 기판 면내 막 두께 분포를 조정하고,
    상기 막을 구성하는 주 원소는 실리콘(Si)을 포함하는, 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 막을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을 다르게 하는, 기판 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 막을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량 및 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량 중 한쪽 유량을, 다른 쪽 유량보다도 크게 하는, 기판 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 막을 형성하는 공정에서는, 상기 한쪽 유량을, 상기 제1 처리 가스의 유량보다도 크게 하는, 기판 처리 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 막을 형성하는 공정에서는, 상기 다른 쪽 유량을, 상기 제1 처리 가스의 유량보다도 작게 하는, 기판 처리 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 막을 형성하는 공정에서는, 상기 한쪽 유량을, 상기 제1 처리 가스의 유량보다도 크게 함과 함께, 상기 다른 쪽 유량을, 상기 제1 처리 가스의 유량보다도 작게 하는, 기판 처리 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 막을 형성하는 공정에서는, 상기 한쪽 유량을, 상기 제1 처리 가스의 유량보다도 크게 함과 함께, 상기 다른 쪽 유량을 제로로 하는, 기판 처리 방법.
  8. 제3항에 있어서, 상기 막을 형성하는 공정에서는, 상기 다른 쪽 유량을 제로로 하는, 기판 처리 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 막을 형성하는 공정에서는,
    상기 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을 동일하게 함으로써, 베어 기판 상에 상기 막을 형성한 경우에, 상기 막의 기판 면내 막 두께 분포가 중앙 볼록 분포로 되는 컨디션을 만들어 내고,
    상기 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을 다르게 함으로써, 베어 기판 상에 상기 막을 형성한 경우에, 상기 막의 기판 면내 막 두께 분포가 중앙 볼록 분포와 중앙 오목 분포 사이의 어느 것의 분포로 되는 컨디션을 만들어 내는, 기판 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을 동일하게 하는 경우에, 각각의 유량을, 상기 제1 처리 가스의 유량보다도 크게 하는, 기판 처리 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을 다르게 하는 경우에, 한쪽 유량을, 다른 쪽 유량보다도 크게 하고, 상기 한쪽 유량을, 상기 제1 처리 가스의 유량보다도 크게 하는, 기판 처리 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을 다르게 하는 경우에, 한쪽 유량을, 다른 쪽 유량보다도 크게 하고, 상기 다른 쪽 유량을, 상기 제1 처리 가스의 유량보다도 작게 하는, 기판 처리 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을 다르게 하는 경우에, 한쪽 유량을, 다른 쪽 유량보다도 크게 하고, 상기 한쪽 유량을, 상기 제1 처리 가스의 유량보다도 크게 함과 함께, 상기 다른 쪽 유량을, 상기 제1 처리 가스의 유량보다도 작게 하는, 기판 처리 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을 다르게 하는 경우에, 한쪽 유량을, 다른 쪽 유량보다도 크게 하고, 상기 한쪽 유량을, 상기 제1 처리 가스의 유량보다도 크게 함과 함께, 상기 다른 쪽 유량을 제로로 하는, 기판 처리 방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량을 다르게 하는 경우에, 한쪽 유량을, 다른 쪽 유량보다도 크게 하고, 상기 다른 쪽 유량을 제로로 하는, 기판 처리 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 막을 형성하는 공정에서는, 또한 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여, 상기 제1 처리 가스와는 분자 구조가 다른 제2 처리 가스를 공급하고, 상기 배기구로부터 배기하는, 기판 처리 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 막을 형성하는 공정에서는,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여, 상기 제1 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 상기 제2 공급부로부터 상기 제1 처리 가스를 공급하고, 상기 제3 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 상기 배기구로부터 이들 가스를 배기하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여, 상기 제2 처리 가스를 공급하여 상기 배기구로부터 배기하는 공정
    을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행하는, 기판 처리 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제2 처리 가스를 공급하여 상기 배기구로부터 배기하는 공정에서는, 상기 제1 공급부 및 상기 제3 공급부 중 적어도 어느 것으로부터 상기 제2 처리 가스를 공급하고 상기 배기구로부터 배기하는, 기판 처리 방법.
  19. 기판을 처리실 내에 준비하는 공정과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여, 제1 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 제2 공급부로부터 막을 구성하는 주 원소를 포함하는 제1 처리 가스를 공급하고, 상기 제2 공급부와 상기 기판의 중심을 통과하는 직선을 사이에 두고 상기 제1 공급부와 반대측에 마련된 제3 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 평면에서 보아 상기 기판의 중심을 사이에 두고 상기 제2 공급부와 대향하도록 배치된 배기구로부터 이들 가스를 배기하여, 상기 기판 상에 상기 주 원소를 포함하는 막을 형성하는 공정
    을 갖고, 상기 막을 형성하는 공정에서는, 상기 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량의 밸런스를 제어함으로써, 상기 막의 기판 면내 막 두께 분포를 조정하고,
    상기 막을 구성하는 주 원소는 실리콘(Si)을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 기판이 처리되는 처리실과,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여, 제1 공급부로부터 불활성 가스를 공급하는 제1 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 제2 공급부로부터 막을 구성하는 주 원소를 포함하는 제1 처리 가스를 공급하는 제2 공급계와,
    상기 처리실 내의 기판에 대하여, 상기 제2 공급부와 상기 처리실 내의 기판의 중심을 통과하는 직선을 사이에 두고 상기 제1 공급부와 반대측에 마련된 제3 공급부로부터 불활성 가스를 공급하는 제3 공급계와,
    평면에서 보아 상기 처리실 내의 기판의 중심을 사이에 두고 상기 제2 공급부와 대향하도록 배치된 배기구로부터 상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와,
    상기 처리실 내에 준비된 기판에 대하여, 상기 제1 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 상기 제2 공급부로부터 상기 제1 처리 가스를 공급하고, 상기 제3 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 상기 배기구로부터 이들 가스를 배기하여, 상기 기판 상에 상기 주 원소를 포함하는 막을 형성하는 처리를 행하게 하고, 상기 막을 형성하는 처리에서는, 상기 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량의 밸런스를 제어함으로써, 상기 막의 기판 면내 막 두께 분포를 조정하도록, 상기 제1 공급계, 상기 제2 공급계, 상기 제3 공급계 및 상기 배기계를 제어하는 것이 가능하게 구성되는 제어부
    를 갖고,
    상기 막을 구성하는 주 원소는 실리콘(Si)을 포함하는 기판 처리 장치.
  21. 처리실 내에 기판을 준비하는 수순과,
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여, 제1 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 제2 공급부로부터 막을 구성하는 주 원소를 포함하는 제1 처리 가스를 공급하고, 상기 제2 공급부와 상기 기판의 중심을 통과하는 직선을 사이에 두고 상기 제1 공급부와 반대측에 마련된 제3 공급부로부터 불활성 가스를 공급하고, 평면에서 보아 상기 기판의 중심을 사이에 두고 상기 제2 공급부와 대향하도록 배치된 배기구로부터 이들 가스를 배기하여, 상기 기판 상에 상기 주 원소를 포함하는 막을 형성하는 수순과,
    상기 막을 형성하는 수순에 있어서, 상기 제1 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량과, 상기 제3 공급부로부터 공급하는 불활성 가스의 유량의 밸런스를 제어함으로써, 상기 막의 기판 면내 막 두께 분포를 조정하는 수순
    을 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키고,
    상기 막을 구성하는 주 원소는 실리콘(Si)을 포함하는, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록된 프로그램.
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