KR20240038582A - 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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KR20240038582A
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마사히로 타카하시
히데키 호리타
아츠시 모리야
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

기판의 요부 내에 원하는 두께 분포를 가지는 막을 형성하는 것이 가능한 기술을 제공한다.
(a) 기판에 대하여 소정 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 제1 가스를 공급하는 공정; (b) 상기 기판이 존재하는 공간으로부터 상기 제1 가스를 제거하는 공정; (c) (a)와 (b)를 포함하는 사이클을 제1 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하고, 표면이 할로겐 종단된 제1 층을 형성하는 공정; (d) 상기 제1 층이 형성된 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 함유하는 제2 가스를 공급하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하는 제2 층을 형성하는 공정; 및 (e) (c)와 (d)를 포함하는 사이클을 제2 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하는 막을 형성하는 공정을 포함한다.

Description

기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 프로그램 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, PROGRAM AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시(開示)는 기판 처리 방법, 반도체 장치의 제조 방법, 프로그램 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서 성막 공정과 에칭 공정을 반복 수행하여 막을 형성하는 성막 처리가 수행되는 경우가 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).
1. 일본 특개 2019-160962호 공보
하지만 종래의 처리에서는 예컨대 표면에 요부(凹部)가 형성되는 기판에 대하여 요부 내에 원하는 두께 분포를 가지는 막을 형성하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.
본 개시는 예컨대 기판의 요부 내에 원하는 두께 분포를 가지는 막을 형성하는 것이 가능한 기술을 제공하는 데 있다.
본 개시의 일 형태에 따르면, (a) 기판에 대하여 소정 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 제1 가스를 공급하는 공정; (b) 상기 기판이 존재하는 공간으로부터 상기 제1 가스를 제거하는 공정; (c) (a)와 (b)를 포함하는 사이클을 제1 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하고, 표면이 할로겐 종단된 제1 층을 형성하는 공정; (d) 상기 제1 층이 형성된 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 함유하는 제2 가스를 공급하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하는 제2 층을 형성하는 공정; 및 (e) (c)와 (d)를 포함하는 사이클을 제2 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하는 막을 형성하는 공정을 수행하는 기술이 제공된다.
본 개시에 따르면, 예컨대 기판의 요부 내에 원하는 두께 분포를 가지는 막을 형성하는 것이 가능한 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형(縱型) 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 종단면도(縱斷面圖)로 도시하는 도면.
도 2는 본 개시의 일 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면.
도 3은 본 개시의 일 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러(121)의 개략 구성도이며, 컨트롤러(121)의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 4는 본 개시의 일 형태에서의 처리 시퀀스를 도시하는 도면.
도 5a는 요부(300)가 설치된 웨이퍼(200)의 표면에서의 단면 부분 확대도.
도 5b는 요부(300) 내에 제1 층을 형성한 후의 웨이퍼(200)의 표면에서의 단면 부분 확대도.
도 5c는 요부(300) 내에 제2 층을 형성한 후의 웨이퍼(200)의 표면에서의 단면 부분 확대도.
도 5d은 요부(300) 내의 전체가 막(308)으로 매립된 후의 웨이퍼(200)의 표면에서의 단면 부분 확대도.
<본 개시의 일 형태>
이하, 본 개시의 일 형태에 대해서 주로 도 1 내지 도 4, 도 5a 내지 도 5D를 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 상호 간에서도 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은 반드시 일치하지 않는다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시하는 바와 같이 처리로(202)는 온도 조정기(가열부)로서의 히터(207)를 포함한다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보지판(保持板)에 지지되는 것에 의해 수직으로 설치된다. 히터(207)는 가스를 열로 활성화[여기(勵起)]시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는 히터(207)와 동심원 형상으로 반응관(203)이 배설(配設)된다. 반응관(203)은 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색(閉塞)되고 하단이 개구(開口)된 원통 형상으로 형성된다. 반응관(203)의 하방(下方)에는 반응관(203)과 동심원 형상으로 매니폴드(209)가 배설된다. 매니폴드(209)는 예컨대 스텐레스강(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 매니폴드(209)의 상단부는 반응관(203)의 하단부에 계합(係合)되고, 반응관(203)을 지지하도록 구성된다. 매니폴드(209)와 반응관(203) 사이에는 씰 부재로서의 O링(220a)이 설치된다. 반응관(203)은 히터(207)와 마찬가지로 수직으로 설치된다. 주로 반응관(203)과 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 통중공부(筒中空部)에는 처리실(201)이 형성된다. 처리실(201)은 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수용 가능하도록 구성된다. 이 처리실(201) 내에서 웨이퍼(200)에 대한 처리가 수행된다.
처리실(201) 내에는 제1 공급부, 제2 공급부로서의 노즐(249a, 249b)이 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 각각 설치된다. 노즐(249a, 249b)을 각각 제1 노즐, 제2 노즐이라고도 부른다. 노즐(249a, 249b)은 예컨대 석영 또는 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성된다. 노즐(249a, 249b)에는 가스 공급관(232a, 232b)이 각각 접속된다. 노즐(249a, 249b)은 각각 다른 노즐이며, 인접해서 설치된다.
가스 공급관(232a, 232b)에는 가스 흐름의 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a, 241b) 및 개폐 밸브인 밸브(243a, 243b)가 각각 설치된다. 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다 하류측에는 가스 공급관(232c, 232d)이 각각 접속된다. 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다 하류측에는 가스 공급관(232e)이 접속된다. 가스 공급관(232c 내지 232e)에는 가스 흐름의 상류측부터 순서대로 MFC(241c 내지 241e) 및 밸브(243c 내지 243e)가 각각 설치된다. 가스 공급관(232a 내지 232e)은 예컨대 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 노즐(249a, 249b)은 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 평면시에서 원환 형상의 공간에 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 배열 방향 상방(上方)을 향하여 상승[立上]하도록 각각 설치된다. 즉 노즐(249a, 249b)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 각각 설치된다. 가스 공급공(250a, 250b)은 각각이 평면시에서 웨이퍼(200)의 중심을 향하여 개구되고, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하도록 이루어진다. 가스 공급공(250a, 250b)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치된다.
가스 공급관(232a)으로부터는 소정 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 제1 가스가 MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(232b)으로부터는 제1 가스가 함유하는 소정 원소와 같은 소정 원소를 함유하는 제2 가스가 MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(232c)으로부터는 에칭 가스가 MFC(241c), 밸브(243c), 노즐(249a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(232d, 232e)으로부터는 불활성 가스가 각각 MFC(241d, 241e), 밸브(243d, 243e), 가스 공급관(232a, 232b), 노즐(249a, 249b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 불활성 가스는 퍼지 가스, 캐리어 가스, 희석 가스 등으로서 작용한다.
주로 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해 제1 가스 공급계가 구성된다. 주로 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해 제2 가스 공급계가 구성된다. 주로 가스 공급관(232c), MFC(241c), 밸브(243c)에 의해 에칭 가스 공급계가 구성된다. 주로 가스 공급관(232d, 232e), MFC(241d, 241e), 밸브(243d, 243e)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다.
제2 가스는 원료 가스(성막 가스)로서 작용하기 때문에, 제2 가스 공급계를 원료 가스(성막 가스) 공급계라고도 부른다. 또한 제1 가스는 성막 저해 가스로서 작용하기 때문에, 제1 가스 공급계를 성막 저해 가스 공급계라고도 부른다.
전술한 각종 공급계 중 어느 하나 또는 모든 공급계는 밸브(243a 내지 243e)나 MFC(241a 내지 241e) 등이 집적되어 이루어지는 집적형 공급 시스템(248)이 구성되어도 좋다. 집적형 공급 시스템(248)은 가스 공급관(232a 내지 232e)의 각각에 대하여 접속되고, 가스 공급관(232a 내지 232e) 내로의 각종 물질(각종 가스)의 공급 동작, 즉 밸브(243a 내지 243e)의 개폐 동작이나 MFC(241a 내지 241e)에 의한 유량 조정 동작 등이 후술하는 컨트롤러(121)에 의해 제어되도록 구성된다. 집적형 공급 시스템(248)은 일체형 또는 분할형의 집적 유닛으로서 구성되고, 가스 공급관(232a 내지 232e) 등에 대하여 집적 유닛 단위로 탈착을 수행할 수 있고, 집적형 공급 시스템(248)의 메인터넌스, 교환, 증설 등을 집적 유닛 단위로 수행하는 것이 가능하도록 구성된다.
반응관(203)의 측벽 하방에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기구(231a)가 설치된다. 배기구(231a)는 반응관(203)의 측벽의 하부로부터 상부를 따라, 즉 웨이퍼 배열 영역을 따라 설치되어도 좋다. 배기구(231a)에는 배기관(231)이 접속된다. 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 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속된다. APC 밸브(244)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 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브의 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성된다. 주로 배기관(231), APC 밸브(244), 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 예컨대 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 원반 형상으로 형성된다. 씰 캡(219)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 당접(當接)되는 씰 부재로서의 O링(220b)이 설치된다. 씰 캡(219)의 하방에는 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치된다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 예컨대 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 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 반응관(203)의 외부에 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 씰 캡(219)을 승강시키는 것에 의해 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출(반송)하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다. 반송 장치는 처리실(201) 내에 웨이퍼(200)를 제공하는 제공 장치로서 기능한다.
매니폴드(209)의 하방에는 씰 캡(219)을 강하시켜 보트(217)를 처리실(201) 내로부터 반출한 상태에서 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 개체로서의 셔터(219s)가 설치된다. 셔터(219s)는 예컨대 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 원반 형상으로 형성된다. 셔터(219s)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 당접하는 씰 부재로서의 O링(220c)이 설치된다. 셔터(219s)의 개폐 동작[승강 동작이나 회동(回動) 동작 등]은 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 제어된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는 복수 매, 예컨대 25매 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 연직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉 간격을 두고 웨이퍼(200)의 면에 대하여 수직 방향으로 배열시키도록 구성된다. 보트(217)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성된다. 보트(217)의 하부에는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되는 단열판(218)이 다단으로 지지된다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치된다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태를 조정하는 것에 의해 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 된다. 온도 센서(263)는 반응관(203)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 버스(121e)를 개재하여 CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(121)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속된다. 또한 컨트롤러(121)에는 외부 기억 장치(123)를 접속하는 것이 가능하도록 이루어진다.
기억 장치(121c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(121c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 기록되고 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리에서의 각 순서를 컨트롤러(121)에 의해 기판 처리 장치에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 또한 프로세스 레시피를 단순히 레시피라고도 부른다. 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우 또는 그것들의 양방(兩方)을 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(241a 내지 241e), 밸브(243a 내지 243e), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 온도 센서(263), 히터(207), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 셔터 개폐 기구(115s) 등에 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 레시피를 판독하는 것이 가능하도록 구성된다. CPU(121a)는 판독한 레시피의 내용을 따르도록 MFC(241a 내지 241e)에 의한 각종 물질(각종 가스)의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243e)의 개폐 동작, APC 밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 셔터 개폐 기구(115s)에 의한 셔터(219s)의 개폐 동작 등을 제어하는 것이 가능하도록 구성된다.
컨트롤러(121)는 외부 기억 장치(123)에 기록되고, 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 외부 기억 장치(123)는 예컨대 HDD 등의 자기(磁氣) 디스크, CD 등의 광(光) 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 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우 또는 그것들의 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(123)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
(2) 기판 처리 공정
전술한 기판 처리 장치를 이용하여 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서 기판으로서의 웨이퍼(200) 상에 막을 형성하는 처리 시퀀스의 예에 대해서, 주로 도 4, 도 5a 내지 도 5d를 이용하여 설명한다. 본 형태에서는 일례로서 웨이퍼(200)의 표면에 요부(300)가 형성된 경우에 대해서 설명한다. 본 명세서에서 「요부」란 트렌치나 홀뿐만 아니라, 횡공(橫孔)이나 관통공 등, 개구에 대하여 내부의 표면적이 큰 구조 전반을 포함하는 것으로 한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 형태에서의 처리 시퀀스에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 소정 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 제1 가스를 공급하는 스텝A; 처리실(201) 내로부터 제1 가스를 제거하는 스텝B; 스텝A와 스텝B를 포함하는 사이클을 제1 소정 횟수(n회, n은 1 이상의 정수) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에, 소정 원소를 함유하고 표면이 할로겐 종단된 제1 층(304)을 형성하는 스텝C; 제1 층(304)이 형성된 웨이퍼(200)에 대하여 소정 원소를 함유하는 제2 가스를 공급하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 원소를 함유하는 제2 층(306)을 형성하는 스텝D; 및 스텝C와 스텝D를 포함하는 사이클을 제2 소정 횟수(m회, m은 1 이상의 정수) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정 원소를 함유하는 막(308)을 형성하는 스텝E를 수행한다. 또한 도 4에 기재되는 A 내지 E는 각각 스텝A 내지 스텝E를 가리킨다.
또한 이하에서는 막(308)으로서 실리콘(Si)막을 형성하는 예에 대해서 설명한다.
본 명세서에서는 전술한 처리 시퀀스를 편의상 다음과 같이 나타내는 경우도 있다. 이하의 변형예나 다른 형태 등의 설명에서도 마찬가지의 표기를 이용한다.
[(제1 가스 → 퍼지)×n → 제2 가스]×m
또한 도 4나 이하에 나타내는 처리 시퀀스와 같이, 제2 가스를 공급하는 스텝을 수행한 후에 퍼지를 수행하는 스텝을 더 수행하도록 해도 좋다. 본 형태에서는 일례로서 이 경우에 대해서 설명한다.
[(제1 가스 → 퍼지)×n → 제2 가스 → 퍼지]×m
본 명세서에서 이용하는 「웨이퍼」라고 하는 용어는 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막과의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 이용하는 「웨이퍼의 표면」이라는 단어는 웨이퍼 그 자체의 표면을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성된 소정의 층 등의 표면을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 경우는 웨이퍼 그 자체의 표면 상에 소정의 층을 직접 형성하는 것을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성되는 층 등의 상에 소정의 층을 형성하는 것을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 사용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우와 같은 의미다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동시켜지고, 매니폴드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 그 후, 도 1에 도시하는 바와 같이 복수 매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220b)을 개재하여 매니폴드(209)의 하단을 밀봉한 상태가 된다.
웨이퍼(200)로서는 예컨대 단결정 실리콘(Si)웨이퍼를 이용할 수 있다. 또한 웨이퍼(200)의 표면에는, 도 5a 내지 도 5d에 도시하는 바와 같이 요부(300)가 설치된다. 요부(300) 내의 표면[최표면(最表面)], 즉 요부(300)의 내벽의 표면의 재질은 특히 제한은 없고, 예컨대 단결정 Si(단결정 Si 웨이퍼 그 자체), 실리콘막(Si막), 게르마늄막(Ge막), 실리콘게르마늄막(SiGe막), 실리콘탄화막(SiC막), 실리콘질화막(SiN막), 실리콘탄질화막(SiCN막), 실리콘산화막(SiO막), 실리콘산질화막(SiON), 실리콘산탄화막(SiOC막), 실리콘산탄질화막(SiOCN막), 실리콘붕질화막(SiBN막), 실리콘붕탄질화막(SiBCN막), 붕질화막(BN막) 등을 들 수 있고, 예컨대 이들 중 적어도 어느 하나인 경우가 있다.
(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. 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 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태가 피드백 제어된다. 또한 회전 기구(267)에 의한 웨이퍼(200)의 회전을 시작한다. 처리실(201) 내의 배기, 웨이퍼(200)의 가열 및 회전은 모두 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
그 후, 스텝A 내지 스텝E를 이 순서대로 실행하고, 웨이퍼(200) 상으로의 성막 처리를 수행한다. 본 명세서에서는 웨이퍼(200)의 표면에 설치된 요부(300) 내로의 성막 처리를 매립 처리라고도 부른다. 이하, 이 각 스텝에 대해서 설명한다.
[스텝A]
스텝A에서는 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스를 공급한다.
구체적으로는 밸브(243a)를 열고 가스 공급관(232a) 내에 제1 가스를 흘린다. 제1 가스는 MFC(241a)에 의해 유량 조정되어 노즐(249a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스가 공급된다(제1 가스 공급). 이때 밸브(243d, 243e)를 열고 노즐(249a, 249b)의 각각을 개재하여 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급해도 좋다.
본 스텝에서의 처리 조건은 예컨대 다음과 같다.
처리 온도: 300℃ 내지 600℃, 바람직하게는 400℃ 내지 500℃
처리 압력: 1kPa 내지 100kPa, 바람직하게는 20kPa 내지 50kPa
제1 가스 공급 유량: 0.1slm 내지 1slm, 바람직하게는 0.2slm 내지 0.5slm
제1 가스 공급 시간: 1분 내지 10분, 바람직하게는 3분 내지 6분
불활성 가스 공급 유량(가스 공급관마다): 0slm 내지 0.5slm
또한 본 명세서에서의 「300℃ 내지 600℃」와 같은 수치 범위의 표기는 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함되는 것을 의미한다. 따라서 예컨대 「300℃ 내지 600℃」란 「300℃ 이상 600℃ 이하」를 의미한다. 다른 수치 범위에 대해서도 마찬가지이다. 또한 본 명세서에서의 처리 온도란 웨이퍼(200)의 온도 또는 처리실(201) 내의 온도를 의미하고, 처리 압력이란 처리실(201) 내의 압력을 의미한다. 또한 공급 유량에 0slm이 포함되는 경우, 0slm이란 그 가스를 공급하지 않는 경우를 의미한다. 이것들은 이하의 설명에서도 마찬가지다.
전술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스로서 예컨대 소정 원소로서의 Si와 할로겐 원소로서의 염소(Cl)을 포함하고, Si-Cl 결합을 포함하는 클로로실란계 가스를 공급하는 것에 의해, 상기 가스의 분자에 포함되는 Si-Cl 결합의 일부를 웨이퍼(200)의 표면과 반응시키고, 상기 가스를 웨이퍼(200)의 표면에 흡착시킬 수 있다. 또한 전술한 조건 하에서는 웨이퍼(200)의 표면에 흡착된 제1 가스의 분자에 포함되는 Si-Cl 결합이며, 웨이퍼(200)의 표면과 반응하지 않은 나머지 Si-Cl 결합을 그대로 보지시키고, 웨이퍼(200)의 표면에 할로겐 종단인 Cl 종단(Si-Cl 종단)을 형성할 수 있다. 또한 제1 가스의 웨이퍼(200)의 표면으로의 흡착은 미결합수를 가지게 된 Si가 표면과 반응하는 것에 의해, 화학 흡착하는 경우 외에, Si-Cl 결합을 보지한 제1 가스가 표면에 물리 흡착되는 경우를 포함해도 좋다.
웨이퍼(200)의 표면에 제1 가스를 흡착시킨 후, 밸브(243a)를 닫고 처리실(201) 내로의 제1 가스의 공급을 정지한다.
제1 가스로서는 예컨대 소정 원소로서의 Si와 할로겐 원소를 포함하는 할로실란계 가스를 이용할 수 있다. 할로겐에는 예컨대 Cl, 불소(F), 브롬(Br), 요오드(I) 등이 포함된다. 할로실란계 가스로서는 예컨대 Si 및 Cl을 포함하는 전술한 클로로실란계 가스를 이용할 수 있다.
제1 가스로서는 예컨대 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스, 테트라클로로실란(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 헥사클로로디실란 가스(Si2Cl6, 약칭: HCDS) 가스, 옥타클로로트리실란(Si3Cl8, 약칭: OCTS) 가스 등의 클로로실란계 가스를 이용할 수 있다. 제1 가스로서는 이들 중 1개 이상을 이용할 수 있다.
제1 가스로서는 클로로실란계 가스 외에, 테트라플루오로실란(SiF4) 가스, 디플루오로실란(SiH2F2) 가스, 헥사플루오로디실란(Si2F6, 약칭: HFDS) 가스, 옥타플루오로트리실란(Si3F8) 가스 등의 플루오로실란계 가스나, 테트라브로모실란(SiBr4) 가스 등의 브로모실란계 가스, 헥사브로모디실란(Si2Br6, 약칭: HBDS) 가스, 옥타브로모트리실란(Si3Br8) 가스 등의 브로모실란계 가스나, 테트라요오드실란(SiI4, 약칭: STI) 가스, 디요오드실란(SiH2I2) 가스, 헥사요오드디실란(Si2I6, 약칭: HIDS) 가스, 옥타요오드트리실란(Si3I8) 가스 등의 요오드실란계 가스도 이용할 수 있다. 제1 가스로서는 이들 중 1개 이상을 이용할 수 있다.
불활성 가스로서는 예컨대 질소(N2) 가스나, 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 크세논(Xe) 가스 등의 희(希)가스를 이용할 수 있다. 불활성 가스로서는 이들 중 1개 이상을 이용할 수 있다. 이 점은 후술하는 각 스텝에서도 마찬가지다.
[스텝B]
스텝B에서는 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 상태 물질 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급한다.
구체적으로는 밸브(243d, 243e)를 열고 가스 공급관(232a, 232b) 내에 불활성 가스를 흘린다. 불활성 가스는 MFC(241d, 241e)에 의해 유량 조정되어 노즐(249a, 249b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기구(231a)로부터 배기된다. 노즐(249a, 249b)로부터 공급되는 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내가 퍼지된다(퍼지).
본 스텝에서의 처리 조건은 예컨대 다음과 같다.
처리 압력: 10Pa 내지 100Pa
불활성 가스 공급 유량(가스 공급관마다): 0.1slm 내지 1slm
불활성 가스 공급 시간: 1초 내지 120초, 바람직하게는 1초 내지 60초
다른 처리 조건은 스텝A에서의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
[스텝C(사이클의 소정 횟수 실시)]
전술한 스텝A, 스텝B를 비동시에, 즉 동기시키지 않고 수행하는 사이클을 제1 소정 횟수(n회, n은 1 이상의 정수) 수행하는 것에 의해, 하지(下地)로서의 웨이퍼(200)의 최표면 상에 제1 층(304)으로서, 예컨대 표면이 할로겐 종단(Cl 종단)된 소정 원소(Si)를 함유하는 층이 형성된다.
본 스텝에서는 예컨대 요부(300) 내면의 일부에서의 제1 층(304)의 밀도를, 요부(300) 내면의 다른 부분에서의 제1 층(304)의 밀도보다 높게 할 수 있다. 구체적으로는 예컨대 1사이클 당의 제1 가스의 공급 유량을 적게 하거나, 제1 가스의 공급 시간을 짧게 하는 것에 의해 제1 가스가 요부(300) 내면의 저부(底部) 근방에 도달하는 것을 억제하고, 제1 가스의 공급이 요부(300) 내면의 개구부 근방에 대하여 한정되도록 한다. 이와 같이 하는 것에 의해, 예컨대 개구부 근방에서의 제1 층(304)의 밀도를, 저부 근방에서의 제1 층(304)의 밀도보다 높게 하는 것이 용이해진다(도 5b 참조). 이때 제1 소정 횟수를 2회 이상, 즉 전술한 사이클을 2회 이상 수행하는 것에 의해, 이 제1 층(304)의 밀도의 조정을 한층 더 용이하게 수행할 수 있다. 본 명세서에서 요부(300) 내면에서의 「층의 밀도」란 예컨대 요부(300) 내면에서의 단위 면적 당의 Cl 등이 결합된(즉 Cl 등으로 종단된) Si 등의 흡착 개수 또는 요부(300) 내면에서의 단위면적당의 층의 평균적인 두께와 같은 의미라고도 생각할 수 있다.
또한 본 스텝에서는 1사이클 당의 스텝A의 실행 시간(제1 가스의 공급 시간)이나 제1 가스 공급 유량을 조정하는 것에 의해, 요부(300) 내면의 개구부 근방에 형성되는 제1 층(304)의 밀도에 대한 저부 근방에 형성되는 제1 층(304)의 밀도의 비율을 원하는 크기로 할 수 있다. 구체적으로는 예컨대 1사이클 당의 스텝A의 실행 시간을 소정의 시간으로부터 짧게 하는 방향으로 조정하거나, 스텝A에서의 제1 가스의 공급 유량을 소정의 유량으로부터 감소시키는 방향으로 조정하는 것에 의해, 요부(300) 내면의 개구부 근방에 형성되는 제1 층(304)의 밀도에 대한 저부 근방에 형성되는 제1 층(304)의 밀도의 비율을 작게 하도록 제어할 수 있다.
[스텝D]
스텝D에서는 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급한다.
구체적으로는 밸브(243b)를 열고 가스 공급관(232b) 내에 제2 가스를 흘린다. 제1 가스는 MFC(241b)에 의해 유량 조정되어 노즐(249b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스가 공급된다(제2 가스 공급). 이때 밸브(243d, 243e)를 열고 노즐(249a, 249b)의 각각을 개재하여 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급해도 좋다.
본 스텝에서의 처리 조건은 예컨대 다음과 같다.
처리 온도: 400℃ 내지 600℃, 바람직하게는 450℃ 내지 550℃
처리 압력: 10Pa 내지 500Pa, 바람직하게는 50Pa 내지 100Pa
제2 가스 공급 유량: 1slm 내지 5slm, 바람직하게는 2slm 내지 4slm
제2 가스 공급 시간: 10분 내지 120분, 바람직하게는 30분 내지 90분
다른 처리 조건은 스텝A에서의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
전술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스로서 예컨대 소정 원소로서의 Si를 포함하는 실란계 가스를 공급하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 제2 층(306)으로서의 Si 함유층이 형성된다. 구체적으로는 예컨대 요부(300) 내면에서 제2 층(306)은 개구부 근방에서의 밀도가 저부 근방에서의 밀도보다 낮아지도록 형성된다(도 5c 참조). 제2 층(306)이 이러한 밀도 분포로 형성되는 것은, 제1 층(304)의 표면에 존재하는 Cl 종단이, 제2 가스에 포함되는 Si 원자의 제1 층(304)의 표면으로의 흡착을 저해하는 요인, 즉 인히비터로서 작용하기 때문이다.
제2 층이 형성된 후, 밸브(243b)를 닫고 처리실(201) 내로의 제2 가스의 공급을 정지한다. 그리고 스텝B에서의 퍼지와 마찬가지의 처리 순서, 처리 조건에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 상태 물질 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다(퍼지).
제2 가스로서는 예컨대 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막을 구성하는 주원소로서의 Si를 포함하는 전술한 실란계 가스를 이용할 수 있다. 실란계 가스로서는 예컨대 모노실란(SiH4) 가스, 디실란(Si2H6) 가스 등의 Si를 함유하고 할로겐을 비함유로 하는 가스를 이용할 수 있다. 제2 가스로서는 이들 중 1개 이상을 이용할 수 있다.
[스텝E(성막 처리 및 사이클의 소정 횟수 실시)]
전술한 스텝C, 스텝D를 비동시에, 즉 동기시키지 않고 수행하는 사이클을 제2 소정 횟수(m회, m은 1 이상의 정수) 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 제2 층(306)이 적층되어 이루어지는 막(308)으로서 예컨대 Si막이 형성된다. 전술한 바와 같이, 예컨대 요부(300) 내면에서 인히비터 효과를 가지는 제1 층(304)은 개구부 근방에서의 밀도가 저부 근방에서의 밀도보다 높기 때문에, 막(308)은 요부(300) 내면의 저부로부터 개구부를 향하여 바텀업(bottom up) 성장하고, 요부(300) 내를 막(308)에 의해 매립할 수 있다(도 5d 참조). 이에 의해 요부(300) 내에 보이드 프리(void-free)이고 또한 심리스(seamless)의 막(308)을 형성할 수 있고, 매립 특성을 향상시킬 수 있다.
전술한 스텝D에서는 예컨대 제1 층(304)의 표면에 존재하는 Cl 종단에서의 Cl 원자(할로겐 원자)의 적어도 일부가 제1 층(304)의 표면으로부터 탈리(脫離)하는 경우가 있다. 이에 의해 제1 층(304)의 인히비터 효과가 불충분해지고, 막(308)의 보텀업(bottom-up) 성장이 저해되는 경우가 있다. 이때 제2 소정 횟수를 2회 이상, 즉 전술한 사이클을 2회 이상 수행하는 것에 의해, 표면이 Cl 종단된 제1 층(304)을 다시 형성할 수 있다. 이에 의해 제1 층(304)의 인히비터 효과를 유지할 수 있고, 막(308)의 보텀업 성장을 계속할 수 있다. 이에 의해 요부(300) 내에 보이드 프리의, 또한 심리스의 막(308)을 형성할 수 있고, 매립 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 스텝D에서 제1 층(304)의 표면에서 Cl 원자(할로겐 원자)가 탈리된 경우, 탈리된 Cl 원자와 결합했었던 제1 층(304)을 구성하는 Si 원자(소정 원소의 원자)는, 그대로 막(308)을 구성하는 Si 원자(소정 원소의 원자)로 간주할 수 있다.
전술한 스텝D를 예컨대 제2 가스가 기상(氣相) 분해(열 분해)하는 조건 하에서 수행하는 것에 의해, 제2 가스에 포함되는 Si를 웨이퍼(200) 상에 다중으로 퇴적시킨다. 이에 의해 막(308)의 형성 속도를 향상시킬 수 있다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
스텝E가 종료되면, 노즐(249a, 249b)의 각각으로부터 퍼지 가스로서의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 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).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되고, 매니폴드(209)의 하단이 개구된다. 그리고 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부에 반출(보트 언로드)된다. 보트 언로드 후에는 셔터(219s)가 이동시켜지고, 매니폴드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 개재하여 셔터(219s)에 의해 밀봉된다(셔터 클로즈). 처리 완료된 웨이퍼(200)는 반응관(203)의 외부에 반출된 후, 보트(217)로부터 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 본 형태에 따른 효과
본 형태에 따르면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과가 얻어진다.
(a) 제1 층(304)의 표면에 존재하는 Cl 종단은 제2 층(306)의 형성을 저해하는 인히비터로서 작용하기 때문에, 예컨대 웨이퍼(200)의 표면에 요부(300)가 형성된 경우에는, 요부(300) 내의 제1 층(304)의 밀도 분포를 조정하는 것에 의해 제2 층(306)의 두께 분포를 제어할 수 있다. 결과적으로 요부(300) 내에 원하는 두께 분포의 막(308)을 형성하는 것이 가능해진다.
제1 가스가 제2 가스와 마찬가지로 Si를 포함하기 때문에, 제1 가스가 Si를 포함하지 않는 경우에 비해 막(308)의 형성 속도를 향상시키는 것이 가능해진다.
(b) 스텝C에서는 요부(300) 내면에서, 제1 층(304)의 밀도가 개구부 근방측이 저부 근방보다 높기 때문에, 막(308)은 요부(300) 내면의 저부로부터 개구부를 향하여 보텀업 성장하고, 요부(300) 내를 막(308)에 의해 매립할 수 있다. 이에 의해 요부(300) 내에 보이드 프리의, 또한 심리스의 막(308)을 형성할 수 있고, 매립 특성을 향상시킬 수 있다.
(c) 제1 가스로서 H 비함유 가스를 이용하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 표면이 H 종단된 층이 형성되는 것을 억제할 수 있다. H 종단에서의 H 원자는 예컨대 Cl 종단에서의 Cl 원자에 비해 층으로부터 탈리되기 쉽기 때문에, 웨이퍼(200) 상에 표면이 H 종단된 층이 형성된 경우에는 제1 층(304)에서의 인히비터 효과를 발휘시키는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 제1 가스로서 H 비함유 가스를 이용하는 것에 의해 표면이 H 종단된 층이 형성되는 것을 억제할 수 있으므로, 제1 층(304)에서의 인히비터 효과를 충분히 발휘시킬 수 있다.
(d) 제1 가스로서 1분자 중에 Si 원자끼리의 결합(Si-Si 결합)을 포함하지 않는 가스를 이용하는 것에 의해 제1 가스가 스텝A에서 열분해하는 것을 억제할 수 있다. 제1 가스가 열분해한 경우에는 스텝A에서 제1 가스에 포함되고, 또한 웨이퍼(200)에 흡착된 Si가 미결합수를 가지는 상태가 되기 쉽다. 스텝D에서는 이 미결합수에 제2 가스에 포함되는 Si가 결합될 수 있으므로, 제1 층(304)의 인히비터 효과가 발휘되지 않는 경우가 있다. 제1 가스로서 1분자 중에 Si 원자끼리의 결합을 포함하지 않는 가스를 이용하는 것에 의해 제1 층(304)의 인히비터 효과를 충분히 발휘시킬 수 있다.
(e) 스텝C 후, 적어도 스텝D를 시작할 때까지의 동안, 웨이퍼(200)에 대하여 Cl 종단과 반응하는 제1 가스 및 제2 가스 중 어느 하나의 가스와도 다른 가스의 공급을 불실시로 하는 것에 의해, 제1 층(304)의 표면에 존재하는 Cl 종단에서의 Cl 원자의 탈리를 억제할 수 있다. 이에 의해 제1 층(304)은 표면에서의 Cl 종단의 존재를 유지하기 때문에 스텝D에서 인히비터 효과를 발휘할 수 있다.
(4) 변형예
본 형태에서의 기판 처리 시퀀스는 이하에 나타내는 변형예와 같이 변경할 수 있다. 이 변형예는 임의로 조합할 수 있다. 특별히 설명이 없는 한, 각 변형예의 각 스텝에서의 처리 순서, 처리 조건은 전술한 기판 처리 시퀀스의 각 스텝에서의 처리 순서, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
(변형예 1)
이하에 나타내는 처리 시퀀스와 같이, 성막 처리(스텝E)를 수행한 후에 웨이퍼(200)에 대하여 막(308)을 에칭 가능한 에칭 가스를 공급하는 처리(스텝F)를 수행하고, 또한 스텝E를 수행하도록 해도 좋다. 이하에 나타내는 p, q는 모두 1 이상의 정수를 가리킨다.
[(제1 가스 → 퍼지)×n → 제2 가스 → 퍼지]×m → 에칭 가스 → [(제1 가스 → 퍼지)×p → 제2 가스 → 퍼지]×q
[스텝F]
스텝F에서는 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 막(308)을 에칭하는 작용을 가지는 에칭 가스를 공급하여 막(308)의 일부를 에칭(제거) 한다.
구체적으로는 밸브(243c)를 열고 가스 공급관(232c) 내에 에칭 가스를 흘린다. 에칭 가스는 MFC(241c)에 의해 유량 조정되어 노즐(249a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 에칭 가스가 공급된다(에칭 가스 공급). 이때 밸브(243d, 243e)를 열고 노즐(249a, 249b)의 각각을 개재하여 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급해도 좋다.
본 스텝에서의 처리 조건은 예컨대 다음과 같다.
처리 온도: 200℃ 내지 800℃, 바람직하게는 300℃ 내지 600℃
처리 압력: 10kPa 내지 100kPa, 바람직하게는 20kPa 내지 50kPa
에칭 가스 공급 유량: 0.01slm 내지 10slm, 바람직하게는 0.1slm 내지 5slm
에칭 가스 공급 시간: 1분 내지 60분, 바람직하게는 10분 내지 30분
다른 처리 조건은 스텝A에서의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 한다.
에칭 가스로서는 예컨대 염소(Cl2) 가스, 불소(F2) 가스, 3불화염소(ClF3) 가스, 염화수소(HCl) 가스, 불화수소(HF) 가스 등의 할로겐 함유 가스를 이용할 수 있다. 에칭 가스로서는 이들 중 1개 이상을 이용할 수 있다.
본 변형예에서도 전술한 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
스텝C와 스텝D를 포함하는 사이클을 반복하는 것에 의해, 요부(300)의 내부가 막(308)에 의해 완전히 매립되기 전에 요부(300)의 개구부 근방이 막(308)에 의해 폐색되는, 이른바 오버행(overhang) 상태가 되는 경우가 있다. 이때 요부(300) 내에 깊이 방향으로 연장되는 보이드나 심이 발생하는 경우가 있다. 본 변형예에서 전술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 에칭 가스를 공급하는 것에 의해, 요부(300) 내의 개구부 근방에 형성된 막(308)의 일부를 우선적으로(선택적으로) 제거할 수 있다. 이에 의해 예컨대 요부(300) 내에 매립된 막(308) 중에 보이드나 심이 형성되기 전에 오버행 상태를 해소시켜서, 스텝C와 스텝D를 포함하는 사이클을 계속시킬 수 있다. 또한 예컨대 요부(300) 내에 매립된 막(308) 중에 보이드나 심이 형성된 경우에 이것들을 소실시킬 수 있다. 막(308) 중에 형성된 보이드나 심을 소실시킨 후, 스텝E를 더 수행하는 것에 의해, 요부(300) 내에 보이드 프리 또한 심리스의 막(308)을 확실하게 형성하고, 매립 특성을 한층 더 향상시킬 수 있다.
또한 스텝E를 수행한 후에 스텝F를 수행하고, 그 후 스텝E를 더 수행하는 사이클을 복수 회 수행해도 좋다. 이에 의해 요부(300) 내에 보이드 프리 또한 심리스의 막(308)을 한층 더 확실하게 형성하고, 매립 특성을 한층 더 향상시킬 수 있다.
(변형예 2)
스텝E에서는 요부(300) 내면의 저부 근방에 대하여 막(308)을 형성하는 스텝C 및 스텝D 사이클 중에서의 제1 소정 횟수보다, 요부(300) 내면의 개구부 근방에 대하여 막(308)을 형성하는 스텝C 및 스텝D 사이클 중에서의 제1 소정 횟수를 더 적게 해도 좋다. 요부(300)의 내부에서의 성막 처리(매립 처리)가 진행하면, 요부(300)의 애스펙트비(요부의 깊이/요부의 폭)가 점차로 작아지기 때문에, 요부(300)의 저부로부터 개구부에 걸쳐서 고밀도로 제1 층(304)이 형성되기 쉬워진다. 이에 의해 요부(300) 내의 모든 영역에서 제2 층(306)의 형성 속도가 저하되고, 매립 처리의 생산성이 저하되는 경우가 있다. 또한 요부(300)의 저부로부터 개구부에 걸쳐서 고밀도로 제1 층(304)이 형성된 상태에서 수행되는 매립 처리에서는, 개구부 근방에서의 막(308)의 두께가 저부 근방에서의 막(308)의 두께보다 크게 되는 경우가 있어, 요부(300) 내에 보이드 등이 발생하고, 매립 처리의 생산성이 저하되는 경우가 있다. 본 변형예에서 요부(300) 내면의 저부 근방에 대한 막(308) 형성 시, 예컨대 매립 처리의 초기(스텝E에서의 최초의 소정 사이클 수 사이)에서의 사이클에서의 제1 소정 횟수보다, 요부(300) 내면의 개구부 근방에 대한 막(308) 형성 시, 예컨대 매립 처리의 중기 또는 종기(스텝E에서의 최후의 소정 사이클 수 사이)에서의 사이클에서의 제1 소정 횟수를 더 적게 하는 것에 의해, 제1 층(304)을 요부(300) 내면에 원하는 밀도 분포로 형성할 수 있다. 이에 의해 막(308)의 매립 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 매립 처리의 진행 시기에 따라, 스텝C에서의 1사이클 당의 제1 가스의 공급 유량을 적게 하거나, 제1 가스의 공급 시간을 짧게 하는 것으로도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
<본 개시의 다른 형태>
이상, 본 개시의 형태를 구체적으로 설명했다. 하지만 본 개시는 전술한 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
전술한 형태에서는 스텝E에서 막(308)을 요부(300) 내의 저부로부터 개구부를 향하여 서서히 형성하는 보텀업 성장을 예로 들어서 설명했지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예컨대 요부(300) 내면에 대하여 컨포멀(conformal)로 막(308)을 형성해도 좋다. 이러한 경우에서도 전술한 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
전술한 형태에서는 스텝C에서 요부(300) 내면의 개구부 근방에서의 제1 층(304)의 밀도를, 저부 근방에서의 제1 층(304)의 밀도보다 높게 하는 경우를 예로 들어서 설명했지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 이 이외의 원하는 형태에서 요부(300) 내에서의 제1 층(304)의 밀도(조밀) 분포를 조정해도 좋다. 이러한 경우에서도 전술한 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 특히 예컨대 막(308)을 보텀업 성장시키거나, 컨포멀로 형성시키는 경우에 현저한 효과가 얻어진다.
전술한 형태에서는 특별히 설명하지 않았지만, 요부(300)의 애스펙트비가 커질수록 오버행 상태가 되기 쉽고, 요부(300) 내에 보이드 등이 발생하게 된다. 본 개시는 요부(300)의 애스펙트비가 큰, 구체적으로는 10 이상인 경우에 전술한 매립 특성의 효과를 현저하게 얻을 수 있다.
전술한 형태에서는 제1 층(304)의 표면이 Cl 종단된 경우를 예로 들어서 설명했지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예컨대 제1 층(304)의 표면이 F 종단, Br 종단 또는 I 종단 되어도 좋다. 이러한 경우에서도 전술한 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
전술한 형태에서는 제1 가스로서 Si를 소정 원소로서 포함하는 실란계 가스를 예로 들어서 설명했지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예컨대 제1 가스로서 붕소(B), 게르마늄(Ge), 비소(As) 등의 반금속 원소를 소정 원소로서 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 또한 제1 가스로서 티타늄(Ti)을 포함하는 4염화티타늄(TiCl4) 가스, 지르코늄(Zr)을 포함하는 4염화지르코늄(ZrCl4) 가스, 하프늄(Hf)을 포함하는 4염화하프늄(HfCl4) 등의 금속 원소를 소정 원소로서 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 이러한 경우에서도 전술한 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
각 처리에 이용되는 레시피는 처리 내용에 따라 개별로 준비하고, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 개재하여 기억 장치(121c) 내에 기록하고 격납해두는 것이 바람직하다. 그리고 각 처리를 시작할 때, CPU(121a)가 기억 장치(121c) 내에 기록되고 격납된 복수의 레시피 중으로부터 처리 내용에 따라 적절한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의해 1대(臺)의 기판 처리 장치로 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 막을 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한 오퍼레이터의 부담을 저감할 수 있고, 조작 실수를 회피하면서 각 처리를 신속히 시작할 수 있게 된다.
전술한 레시피는 새로 작성하는 경우에 한정되지 않고, 예컨대 기판 처리 장치에 이미 인스톨된 기존의 레시피를 변경하는 것에 의해 준비해도 좋다. 레시피를 변경하는 경우에는 변경 후의 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 레시피를 기록한 기록 매체를 개재하여 기판 처리 장치에 인스톨해도 좋다. 또한 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여, 기판 처리 장치에 이미 인스톨된 기존의 레시피를 직접 변경해도 좋다.
전술한 형태에서는 한 번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치(batch)식의 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 예에 대해서 설명했다. 본 개시는 전술한 형태에 한정되지 않고, 예컨대 한 번에 1매 또는 여러 매의 기판을 처리하는 매엽식(枚葉式)의 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다. 또한 전술한 형태에서는 핫 월형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 예에 대해서 설명했다. 본 개시는 전술한 형태에 한정되지 않고, 콜드 월형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
이 기판 처리 장치를 이용하는 경우에서도 전술한 형태나 변형예에서의 처리 순서, 처리 조건과 마찬가지의 처리 순서, 처리 조건으로 각 처리를 수행할 수 있고, 전술한 형태나 변형예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
전술한 형태나 변형예는 적절히 조합해서 이용할 수 있다. 이때의 처리 순서, 처리 조건은 예컨대 전술한 형태의 처리 순서, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
200: 웨이퍼(기판) 304: 제1 층
306: 제2 층 308: 막

Claims (20)

  1. (a) 기판에 대하여 소정 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 제1 가스를 공급하는 공정;
    (b) 상기 기판이 존재하는 공간으로부터 상기 제1 가스를 제거하는 공정;
    (c) (a)와 (b)를 포함하는 사이클을 제1 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하고, 표면이 할로겐 종단된 제1 층을 형성하는 공정;
    (d) 상기 제1 층이 형성된 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 함유하는 제2 가스를 공급하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하는 제2 층을 형성하는 공정; 및
    (e) (c)와 (d)를 포함하는 사이클을 제2 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하는 막을 형성하는 공정
    을 포함하는 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (d)에서는 상기 할로겐 종단(終端)은 상기 제2 가스에 포함되는 상기 소정 원소의 원자가 상기 제1 층의 표면에 흡착되는 것을 저해하는 기판 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 소정 횟수는 2회 이상인 기판 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판은 표면에 요부(凹部)가 설치되고,
    상기 제2 소정 횟수는 (e)에서 상기 요부 내가 상기 막에 의해 매립되는 횟수인 기판 처리 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    (d)에서는 상기 할로겐 종단에서의 할로겐 원자의 적어도 일부가 상기 제1 층으로부터 탈리(脫離)되는 기판 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    (c) 후, 적어도 (d)를 시작할 때까지의 동안, 상기 기판에 대하여 상기 할로겐 종단과 반응하고 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스 중 어느 가스와도 다른 가스의 공급을 불실시로 하는 기판 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가스는 수소 비함유 가스인 기판 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가스는 1분자 중에 상기 소정 원소의 원자끼리의 결합을 포함하지 않는 가스인 기판 처리 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 표면에 요부가 설치되고,
    (c)에서는 상기 요부 내면의 일부에서의 상기 제1 층의 밀도를, 상기 요부 내면의 다른 부분에서의 상기 제1 층의 밀도보다 높게 하는 기판 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    (c)에서는 상기 요부 내면의 개구부(開口部) 근방에서의 상기 제1 층의 밀도를, 상기 요부 내면의 저부(底部) 근방에서의 상기 제1 층의 밀도보다 높게 하는 기판 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 소정 횟수는 2회 이상인 기판 처리 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    (e)에서는 상기 요부 내면의 저부 근방에 대하여 상기 막 형성을 수행하는 사이클 중의 (c)에서의 상기 제1 소정 횟수보다, 상기 요부 내면의 개구부 근방에 대하여 상기 막 형성을 수행하는 사이클 중의 (c)에서의 상기 제1 소정 횟수를 더 적게 하는 기판 처리 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    (a)의 실행 시간은, 상기 요부 내면의 개구부 근방에 형성되는 상기 제1 층의 밀도에 대한 상기 요부 내면의 저부 근방에 형성되는 상기 제1 층의 밀도의 비율이 원하는 크기가 되는 시간인 기판 처리 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    (a)에서의 상기 제1 가스의 공급 유량은, 상기 요부 내면의 개구부 근방에 형성되는 상기 제1 층의 밀도에 대한 상기 요부 내면의 저부 근방에 형성되는 상기 제1 층의 밀도의 비율이 원하는 크기가 되는 공급 유량인 기판 처리 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    (d)를 상기 제2 가스가 기상(氣相) 분해하는 조건 하에서 수행하는 기판 처리 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    (f) 상기 막이 형성된 상기 기판에 에칭 가스를 공급하는 것에 의해 상기 막의 일부를 제거하는 공정을 더 포함하는 기판 처리 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    (f) 후에 (e)를 더 실행하고,
    (e)와 (f)를 포함하는 사이클을 복수 회 실행하는 기판 처리 방법.
  18. (a) 기판에 대하여 소정 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 제1 가스를 공급하는 공정;
    (b) 상기 기판이 존재하는 공간으로부터 상기 제1 가스를 제거하는 공정;
    (c) (a)와 (b)를 포함하는 사이클을 제1 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하고, 표면이 할로겐 종단된 제1 층을 형성하는 공정;
    (d) 상기 제1 층이 형성된 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 함유하는 제2 가스를 공급하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하는 제2 층을 형성하는 공정; 및
    (e) (c)와 (d)를 포함하는 사이클을 제2 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하는 막을 형성하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  19. (a) 기판에 대하여 소정 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 제1 가스를 공급하는 단계;
    (b) 상기 기판이 존재하는 공간으로부터 상기 제1 가스를 제거하는 단계;
    (c) (a)와 (b)를 포함하는 사이클을 제1 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하고, 표면이 할로겐 종단된 제1 층을 형성하는 단계;
    (d) 상기 제1 층이 형성된 상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 함유하는 제2 가스를 공급하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하는 제2 층을 형성하는 단계; 및
    (e) (c)와 (d)를 포함하는 사이클을 제2 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하는 막을 형성하는 단계
    를 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
  20. 기판에 대하여 소정 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급계;
    상기 기판이 존재하는 공간으로부터 상기 제1 가스를 제거하는 배기계;
    상기 기판에 대하여 상기 소정 원소를 함유하는 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급계; 및
    (a) 상기 기판에 대하여 상기 제1 가스를 공급하는 처리와, (b) 상기 기판이 존재하는 공간으로부터 상기 제1 가스를 제거하는 처리와, (c) (a)와 (b)를 포함하는 사이클을 제1 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하고, 표면이 할로겐 종단된 제1 층을 형성하는 처리와, (d) 상기 제1 층이 형성된 상기 기판에 대하여 상기 제2 가스를 공급하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하는 제2 층을 형성하는 처리와, (e) (c)와 (d)를 포함하는 사이클을 제2 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 함유하는 막을 형성하는 처리를 수행시키도록, 상기 제1 가스 공급계, 상기 배기계 및 상기 제2 가스 공급계를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
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