KR20240056552A - 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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KR20240056552A
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

하지막의 산화를 억제하면서, 하지막 상에 형성되는 금속 함유막의 특성을 향상시킬 수 있다. (a) 금속 함유막이 형성된 기판에 대해서, 금속 원소를 함유하는 금속 함유 가스를 공급하는 공정과, (b) 기판에 대해서 환원 가스를 공급하는 공정과, (c) 기판에 대해서 산소 원자를 함유하는 산소 함유 가스와 환원 가스를 공급하는 공정과, (d) (a)와 (b)를 포함하는 사이클을 제1 횟수 반복하는 공정과, (e) (d) 후, (a)와 (c)를 포함하는 사이클을 제2 횟수 반복하는 공정을 포함한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체
본 개시는, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 처리실 내에 수용된 기판 상에 막을 형성하는 성막 처리가 행해지는 경우가 있다(예를 들어 특허문헌 1을 참조).
국제 공개 제2006/134930호
그러나, 하지막 상에 금속 원소를 함유하는 금속 함유막을 형성할 때, 하지막이 산화되어, 금속 함유막 중에 불순물이 포함되어 버리는 경우가 있다.
본 개시는, 하지막의 산화를 억제하면서, 하지막 상에 형성되는 금속 함유막의 특성을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 양태에 의하면,
(a) 금속 함유막이 형성된 기판에 대해서, 금속 원소를 함유하는 금속 함유 가스를 공급하는 공정과,
(b) 상기 기판에 대해서 환원 가스를 공급하는 공정과,
(c) 상기 기판에 대해서 산소 원자를 함유하는 산소 함유 가스와 상기 환원 가스를 공급하는 공정과,
(d) (a)와 (b)를 포함하는 사이클을 제1 횟수 반복하는 공정과,
(e) (d) 후, (a)와 (c)를 포함하는 사이클을 제2 횟수 반복하는 공정
을 포함하는 기술이 제공된다.
본 개시에 의하면, 하지막의 산화를 억제하면서, 하지막 상에 형성되는 금속 함유막의 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략을 도시하는 종단면도이다.
도 2는 도 1에서의 A-A선 개략 횡단면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정을 도시하는 도면이다.
도 5의 (A)는, 기판 상의 오목부 내에 금속 함유막을 형성하기 전의 상태를 나타내는 기판의 단면을 도시하는 도면이며, 도 5의 (B)는, 기판 상의 오목부 내에 형성된 산화막을 에칭한 상태를 나타내는 기판의 단면을 도시하는 도면이며, 도 5의 (C)는, 기판 상의 오목부 내에 제1 금속 함유막을 형성한 상태를 나타내는 기판의 단면을 도시하는 도면이며, 도 5의 (D)는, 기판 상의 오목부 내에 제2 금속 함유막을 형성한 상태를 나타내는 기판의 단면을 도시하는 도면이며, 도 5의 (E)는, 기판 상의 오목부 내에 금속 함유막을 형성한 상태를 나타내는 기판의 단면을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면이다.
이하, 도 1 내지 4, 도 5의 (A) 내지 도 5의 (E)를 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 도면은 모두 모식적인 것이며, 도면에 도시되는 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은, 현실의 것과 반드시 일치하는 것은 아니다. 또한, 복수의 도면의 상호간에 있어서도, 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은 반드시 일치하는 것은 아니다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
기판 처리 장치(10)는, 가열 수단(가열 기구, 가열계)으로서의 히터(207)가 마련된 처리로(202)를 구비한다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판으로서의 히터 베이스(도시하지 않음)에 지지됨으로써 수직으로 거치되어 있다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원상으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 아우터 튜브(203)가 배치되어 있다. 아우터 튜브(203)는, 예를 들어 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되며, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 아우터 튜브(203)의 하방에는, 아우터 튜브(203)와 동심원상으로 매니폴드(인렛 플랜지)(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스(SUS) 등의 금속으로 구성되며, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부와, 아우터 튜브(203)의 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 마련되어 있다. 매니폴드(209)가 히터 베이스에 지지됨으로써, 아우터 튜브(203)는 수직으로 거치된 상태로 된다.
아우터 튜브(203)의 내측에는, 반응 용기를 구성하는 이너 튜브(204)가 배치되어 있다. 이너 튜브(204)는, 예를 들어 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 구성되며, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 주로, 아우터 튜브(203)와, 이너 튜브(204)와, 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성되어 있다. 처리 용기의 통 중공부(이너 튜브(204)의 내측)에는 처리실(201)이 형성되어 있다.
처리실(201)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 연직 방향으로 다단으로 배열한 상태에서 수용 가능하게 구성되어 있다.
처리실(201) 내에는, 노즐(410, 420, 430, 440)이 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(410, 420, 430, 440)에는, 가스 공급관(310, 320, 330, 340)이 각각 접속되어 있다. 단, 본 실시 형태의 처리로(202)는 상술한 형태에 한정되지 않는다.
가스 공급관(310, 320, 330, 340)에는, 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로 컨트롤러(MFC)(312, 322, 332, 342) 및 개폐 밸브인 밸브(314, 324, 334, 344)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(310, 320, 330, 340)의 밸브(314, 324, 334, 344)의 하류측에는, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(510, 520, 530, 540)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(510, 520, 530, 540)에는, 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(512, 522, 532, 542) 및 개폐 밸브인 밸브(514, 524, 534, 544)가 각각 마련되어 있다.
가스 공급관(310, 320, 330, 340)의 선단부에는 노즐(410, 420, 430, 440)이 각각 연결 접속되어 있다. 노즐(410, 420, 430, 440)은, L자형의 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 마련되어 있다. 노즐(410, 420, 430, 440)의 수직부는, 이너 튜브(204)의 직경 방향 외향으로 돌출되고, 또한 연직 방향으로 연장되도록 형성되어 있는 채널 형상(홈 형상)의 예비실(201a)의 내부에 마련되어 있고, 예비실(201a) 내에서 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 상방(웨이퍼(200)의 배열 방향 상방)을 향해서 마련되어 있다.
노즐(410, 420, 430, 440)은, 처리실(201)의 하부 영역으로부터 처리실(201)의 상부 영역까지 각각 연장되도록 마련되어 있고, 웨이퍼(200)와 대향하는 위치에 각각 복수의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a, 440a)이 마련되어 있다. 이에 의해, 노즐(410, 420, 430, 440)의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a, 440a)으로부터 각각 웨이퍼(200)에 처리 가스를 공급한다. 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a, 440a)은, 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되고, 각각 동일한 개구 면적을 갖고, 또한 동일한 개구 피치로 마련되어 있다. 단, 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a, 440a)은 상술한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부를 향해서 개구 면적을 서서히 크게 해도 된다. 이에 의해, 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a, 440a)으로부터 공급되는 가스의 유량을 보다 균일화하는 것이 가능해진다.
노즐(410, 420, 430, 440)의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a, 440a)은, 후술하는 보트(217)의 하부로부터 상부까지의 높이의 위치에 복수 마련되어 있다. 그 때문에, 노즐(410, 420, 430, 440)의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a, 440a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된 처리 가스는, 보트(217)의 하부부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200)의 전역에 공급된다. 노즐(410, 420, 430, 440)은, 처리실(201)의 하부 영역으로부터 상부 영역까지 연장되도록 마련되어 있으면 되지만, 보트(217)의 천장 부근까지 연장되도록 마련되어 있는 것이 바람직하다.
가스 공급관(310)으로부터는, 처리 가스로서, 금속 원소를 포함하는 원료 가스인 금속 함유 가스가, MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(320)으로부터는, 처리 가스로서 환원 가스가, MFC(322), 밸브(324), 노즐(420)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(330)으로부터는, 처리 가스로서, 산소 원자(O)를 포함하는 가스인 산소 함유 가스가, MFC(332), 밸브(334), 노즐(430)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(340)으로부터는, 처리 가스로서, 할로겐 원소를 포함하는 가스인 할로겐 함유 가스가, MFC(342), 밸브(344), 노즐(440)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(510, 520, 530, 540)으로부터는, 불활성 가스가, 각각 MFC(512, 522, 532, 542), 밸브(514, 524, 534, 544), 노즐(410, 420, 430, 440)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다.
불활성 가스로서는, 예를 들어 질소(N2) 가스나, 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 크세논(Xe) 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다. 불활성 가스로서는, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다. 이 점은, 후술하는 다른 불활성 가스에서도 마찬가지이다.
주로, 가스 공급관(310, 320, 330, 340), MFC(312, 322, 332, 342), 밸브(314, 324, 334, 344), 노즐(410, 420, 430, 440)에 의해 처리 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410, 420, 430, 440)만을 처리 가스 공급계라고 생각해도 된다. 처리 가스 공급계는 단순히 가스 공급계라고 칭해도 된다. 가스 공급관(310)으로부터 금속 함유 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(310), MFC(312), 밸브(314)에 의해 금속 함유 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410)을 금속 함유 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 또한, 가스 공급관(320)으로부터 환원 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(320), MFC(322), 밸브(324)에 의해 환원 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(420)을 환원 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 또한, 가스 공급관(330)으로부터 산소 함유 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(330), MFC(332), 밸브(334)에 의해 산소 함유 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(430)을 산소 함유 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 또한, 가스 공급관(340)으로부터 할로겐 함유 가스를 흘리는 경우, 주로, 가스 공급관(340), MFC(342), 밸브(344)에 의해 할로겐 함유 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(440)을 할로겐 함유 가스 공급계에 포함해서 생각해도 된다. 또한 주로, 가스 공급관(510, 520, 530, 540), MFC(512, 522, 532, 542), 밸브(514, 524, 534, 544)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다. 불활성 가스 공급계는 희가스 공급계라고 칭해도 된다.
본 실시 형태에서의 가스 공급의 방법은, 이너 튜브(204)의 내벽과, 복수매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원환상의 세로로 긴 공간 내의 예비실(201a) 내에 배치한 노즐(410, 420, 430, 440)을 경유해서 가스를 반송하고 있다. 그리고 노즐(410, 420, 430, 440)의 웨이퍼와 대향하는 위치에 마련된 복수의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a, 440a)으로부터 이너 튜브(204) 내에 가스를 분출시키고 있다. 보다 상세하게는, 노즐(410)의 가스 공급 구멍(410a), 노즐(420)의 가스 공급 구멍(420a), 노즐(430)의 가스 공급 구멍(430a), 노즐(440)의 가스 공급 구멍(440a)에 의해, 웨이퍼(200)의 표면과 평행 방향을 향해서 처리 가스 등을 분출시키고 있다.
배기 구멍(배기구)(204a)은, 이너 튜브(204)의 측벽으로 노즐(410, 420, 430, 440)에 대향한 위치에 형성된 관통 구멍이며, 예를 들어 연직 방향으로 가늘고 길게 개설된 슬릿 형상의 관통 구멍이다. 노즐(410, 420, 430, 440)의 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a, 440a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 웨이퍼(200)의 표면 상을 흐른 가스는, 배기 구멍(204a)을 통해서 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(203)의 사이에 형성된 간극으로 구성된 배기로(206) 내에 흐른다. 그리고 배기로(206) 내에 흐른 가스는, 배기관(231) 내에 흘러, 처리로(202) 밖으로 배출된다.
배기 구멍(204a)은, 복수의 웨이퍼(200)와 대향하는 위치에 마련되어 있고, 가스 공급 구멍(410a, 420a, 430a, 440a)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 근방에 공급된 가스는, 수평 방향을 향해서 흐른 후, 배기 구멍(204a)을 통해서 배기로(206) 내에 흐른다. 배기 구멍(204a)은 슬릿 형상의 관통 구멍으로서 구성되는 경우에 한정되지 않고, 복수 개의 구멍에 의해 구성되어 있어도 된다.
매니폴드(209)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 마련되어 있다. 배기관(231)에는, 상류측부터 순서대로 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245), APC(Auto Pressure Controller) 밸브(243), 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. APC 밸브(243)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 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있다. 주로, 배기 구멍(204a), 배기로(206), 배기관(231), APC 밸브(243) 및 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, 매니폴드(209)의 하단에 연직 방향 하측으로부터 맞닿아지도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 SUS 등의 금속으로 구성되며, 원반상으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220b)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)에서의 처리실(201)의 반대측에는, 웨이퍼(200)를 수용하는 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, 아우터 튜브(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 연직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 보트(217) 및 보트(217)에 수용된 웨이퍼(200)를, 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송계)로서 구성되어 있다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를, 수평 자세이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 연직 방향으로 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성된다. 보트(217)의 하부는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성되는 통 형상의 부재로서 구성된 단열 통(218)에 지지되어 있다. 이 구성에 의해, 히터(207)로부터의 열이 시일 캡(219)측에 전해지기 어렵게 되어 있다. 단, 본 실시 형태는 상술한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 단열 통(218)을 마련하지 않고, 보트(217)의 하부에, 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성되는 단열판이 수평 자세로 다단(도시하지 않음)으로 지지되도록 해도 된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 이너 튜브(204) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전량을 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 되도록 구성되어 있다. 온도 센서(263)는, 노즐(410, 420, 430, 440)과 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있고, 이너 튜브(204)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 버스를 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 프로그램, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법(기판 처리 방법)의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법(기판 처리 방법)에서의 각 공정(각 스텝)을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피, 제어 프로그램 등을 총칭하여, 단순히 프로그램이라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우는, 프로세스 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 프로세스 레시피 및 제어 프로그램의 조합을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보유되는 메모리 영역(워크 에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(312, 322, 332, 342, 512, 522, 532, 542), 밸브(314, 324, 334, 344, 514, 524, 534, 544), 압력 센서(245), APC 밸브(243), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 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 레시피 등을 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, MFC(312, 322, 332, 342, 512, 522, 532, 542)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(314, 324, 334, 344, 514, 524, 534, 544)의 개폐 동작, APC 밸브(243)의 개폐 동작 및 APC 밸브(243)에 의한 압력 센서(245)에 기초하는 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 보트(217)에의 웨이퍼(200)의 수용 동작 등을 제어하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는, 외부 기억 장치(예를 들어, 자기 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)(123)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 단순히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 컴퓨터에의 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용하여 행해도 된다.
(2) 기판 처리 공정(기판 처리 방법)
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 하지막으로서의 금속 원소를 함유하는 금속 함유막(300)이 형성된 웨이퍼(200) 상에, 금속 원소를 함유하는 금속 함유막(600)을 형성하는 공정의 일례에 대해서, 도 4를 사용하여 설명한다. 금속 함유막(300)이 형성된 웨이퍼(200) 상에 금속 함유막(600)을 형성하는 공정은, 상술한 기판 처리 장치(10)의 처리로(202)를 사용하여 실행된다. 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 양태에 의한 기판 처리 공정(반도체 장치의 제조 공정)에서는,
(a) 금속 함유막이 형성된 웨이퍼(200)에 대해서, 금속 원소를 함유하는 금속 함유 가스를 공급하는 공정과,
(b) 웨이퍼(200)에 대해서 환원 가스를 공급하는 공정과,
(c) 웨이퍼(200)에 대해서 산소 원자를 함유하는 산소 함유 가스와 상기 환원 가스를 공급하는 공정과,
(d) (a)와 (b)를 포함하는 사이클을 제1 횟수 반복하는 공정과,
(e) (d) 후, (a)와 (c)를 포함하는 사이클을 제2 횟수 반복하는 공정
을 갖는다.
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우는, 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등의 적층체」를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우는, 「웨이퍼 그 자체의 표면」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면」을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 동의이다.
(웨이퍼 반입)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시하고 있는 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서, 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)되어, 처리 용기에 수용된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220)을 개재해서 아우터 튜브(203)의 하단 개구를 폐색한 상태로 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)으로 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은, 압력 센서(245)에서 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(243)가 피드백 제어된다(압력 조정). 진공 펌프(246)는, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다.
또한, 처리실(201) 내가 원하는 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 통전량이 피드백 제어된다(온도 조정). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 행해진다.
여기서, 하지막이 되는 금속 함유막(300)으로서, 금속 원소이며, 전이 금속(전이 원소)인, 예를 들어 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 코발트(Co)의 적어도 하나 이상을 포함하는 막을 사용할 수 있다. 금속 함유막(300)은, 금속 배선으로서 사용할 수 있고, 금속 함유막(300)은, 배선층의 최하층의 금속 배선 M1이어도 되고, 중간층의 금속 배선 My이어도 된다(y는 자연수).
예를 들어, 도 5의 (A)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(200) 상에 금속 함유막(300)이 형성되고, 금속 함유막(300) 상에 절연막(400)이 형성되고, 절연막(400)에, 트렌치나 홀 등의 오목부(400a)가 형성된 웨이퍼(200) 상의, 오목부(400a) 내에, 금속 원소를 함유하는 금속 함유막(600)을 매립해서 형성할 때, 오목부(400a) 내의, 금속 함유막(300)의 표면에 자연 산화막인 금속 산화막(500)이 형성되어 버리는 경우가 있다. 특히, W, Mo, Cu, Co 등의 전이 금속은 산화되기 쉬워, 표면에 금속 산화막(500)이 형성되어 버리는 경우가 있다. 금속 산화막(500)이 형성되어 제거되지 않고 남아 버리면, 금속 함유막(300)과 오목부(400a) 내에 매립된 금속 함유막(600)의 사이의 콘택트 저항이 증대할 가능성이 있다. 금속 함유막(600)의 일례로서 루테늄(Ru)막을 형성하는 경우, Ru막의 저저항 특장을 살리기 위해서는 콘택트 저항의 저감이 필수로 된다.
그래서, 본 양태에 의한 기판 처리 공정(반도체 장치의 제조 공정)에서는, 오목부(400a) 내에 금속 함유막(600)을 형성하기 전에, 동일 처리실(201) 내에서, 웨이퍼(200)에 대해서 할로겐 원소를 함유하는 할로겐 함유 가스를 공급하여, 금속 산화막(500)의 적어도 일부를 제거하는 프리 트리트먼트 공정을 행한다. 즉, 프리 트리트먼트 공정과 성막 공정을 동일 처리실 내(in-situ)에서 연속해서 행한다. 즉, 후술하는 프리 트리트먼트 공정에 의해, 금속 산화막(500)을 제거한 후에, 동일 처리실(201) 내에서 후술하는 성막 공정을 행하여, 금속 함유막(600)을 형성한다.
A. 프리 트리트먼트 공정
(할로겐 함유 가스 공급, 스텝 S1)
밸브(344)를 개방하여, 가스 공급관(340) 내에 할로겐 함유 가스를 흘린다. 할로겐 함유 가스는, MFC(342)에 의해 유량 조정되어, 노즐(440)의 가스 공급 구멍(440a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대해서 할로겐 함유 가스가 공급된다. 이때 동시에 밸브(544)를 개방하여, 가스 공급관(540) 내에 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(540) 내를 흐른 불활성 가스는, MFC(542)에 의해 유량 조정되어, 할로겐 함유 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 노즐(410, 420, 430) 내에의 할로겐 함유 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(514, 524, 534)를 개방하여, 가스 공급관(510, 520, 530) 내에 불활성 가스를 흘린다. 불활성 가스는, 가스 공급관(310, 320, 330), 노즐(410, 420, 430)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 3990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(342)로 제어하는 할로겐 함유 가스의 공급 유량은, 예를 들어 0.05 내지 20slm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(512, 522, 532, 542)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 0.1 내지 50slm의 범위 내의 유량으로 한다. 또한, 본 개시에서의 「1 내지 3990Pa」과 같은 수치 범위의 표기는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 예를 들어 「1 내지 3990Pa」이란 「1Pa 이상 3990Pa 이하」를 의미한다. 다른 수치 범위에 대해서도 마찬가지이다.
이때 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는 할로겐 함유 가스와 불활성 가스만이다. 할로겐 함유 가스는, 금속 함유막(300) 상에 형성된 금속 산화막(500)의 적어도 일부와 치환 반응한다. 즉, 금속 산화막(500) 중의 O가, 할로겐 원소와 반응하여, 금속 산화막(500)으로부터 탈리하고, 반응 부생성물로서 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉, 금속 산화막(500)의 적어도 일부가 제거(에칭)된다.
할로겐 함유 가스로서는, 예를 들어 웨이퍼(200) 상의 오목부(400a) 내에 형성된 금속 산화막(500)만을 선택적으로 에칭하는 것이 가능한 가스가 사용된다. 할로겐 함유 가스로서는, 할로겐 원소인 예를 들어 1개 이상의 염소(Cl) 원자와, 1개 이상의 산소(O) 원자를 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 즉, 할로겐 함유 가스로서, 분자 구조가 MOxCly인 옥시할로겐화물을 사용할 수 있다. 여기서, M은, 예를 들어 인(P), 황(S), 탄소(C)의 적어도 하나 이상을 포함한다. 옥시할로겐화물로서는, 예를 들어 옥시염화인(POCl3), 염화티오닐(SOCl2), 이염화카르보닐(COCl2) 가스 등을 사용할 수 있다. 할로겐 함유 가스로서는, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
이와 같이 할로겐 함유 가스로서 옥시할로겐화물을 사용한 경우, 금속 산화막(500) 중의 O가 Cl이나 O와 반응해서, 금속 산화막(500)으로부터 탈리하여, 도 5의 (B)에 도시하는 바와 같이, 금속 산화막(500)만을 선택적으로 에칭할 수 있다. 예를 들어 실리콘 산화(SiO2)막으로 형성된 절연막(400)을 에칭하지 않고 금속 산화막(500)만을 선택적으로 에칭할 수 있다. 즉, 할로겐 함유 가스는, 금속 산화막(500)을 에칭하는 에칭 가스라고 칭할 수도 있다.
(잔류 가스 제거(배기), 스텝 S2)
할로겐 함유 가스의 공급을 개시하고 나서 소정 시간 경과 후이며 예를 들어 1 내지 600초 후에, 가스 공급관(340)의 밸브(344)를 닫아, 할로겐 함유 가스의 공급을 정지한다. 즉, 할로겐 함유 가스를 웨이퍼(200)에 대해서 공급하는 시간은, 예를 들어 1 내지 600초로 한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 채로 두고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 금속 산화막(500)의 에칭에 기여한 후의 할로겐 함유 가스를 처리실(201) 내로부터 배제(웨이퍼(200)가 존재하는 공간을 배기)한다. 즉, 처리실(201) 내를 퍼지한다. 이때 밸브(514, 524, 534, 544)는 개방한 채로 두고, 불활성 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 에칭에 기여한 후의 할로겐 함유 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
또한, 상술한 프리 트리트먼트 공정은, 금속 산화막의 제거 공정, 프리 에칭 공정 또는 프리 클리닝 공정이라고 칭할 수도 있다.
B. 금속 함유막 형성 공정(성막 공정)
[제1 금속 함유막 형성 공정]
(금속 함유 가스 공급, 스텝 S11)
밸브(314)를 개방하여, 가스 공급관(310) 내에, 원료 가스인 금속 함유 가스를 흘린다. 금속 함유 가스는, MFC(312)에 의해 유량 조정되어, 노즐(410)의 가스 공급 구멍(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(514)를 개방하여, 가스 공급관(510) 내에 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(510) 내를 흐른 불활성 가스는, MFC(512)에 의해 유량 조정되어, 금속 함유 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 노즐(420, 430, 440) 내에의 금속 함유 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(524, 534, 544)를 개방하여, 가스 공급관(520, 530, 540) 내에 불활성 가스를 흘린다. 불활성 가스는, 가스 공급관(320, 330, 340), 노즐(420, 430, 440)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 3990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(312)로 제어하는 금속 함유 가스의 공급 유량은, 예를 들어 0.05 내지 1slm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(512, 522, 532, 542)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 0.1 내지 50slm의 범위 내의 유량으로 한다.
이때 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는 금속 함유 가스와 불활성 가스만이다. 즉, 도 5의 (B)에 도시하는 바와 같이, 금속 산화막(500)이 제거된 웨이퍼(200)에 대해서, 금속 함유 가스가 공급되어, 웨이퍼(200)(표면의 절연막(400) 및 오목부(400a) 내) 상에 금속 함유층이 형성된다. 금속 함유층은, 다른 원소를 포함하는 금속층이어도 되고, 금속 함유 가스의 흡착층이어도 된다.
금속 함유 가스로서는, 금속 원소로서, 예를 들어 전이 금속(전이 원소)을 함유하는 가스를 사용할 수 있고, 바람직하게는 백금족 원소이며, 제8족 원소를 함유하는 가스를 사용할 수 있다. 금속 함유 가스로서는, 예를 들어 루테늄(Ru)을 포함하는 Ru 함유 가스를 사용할 수 있다. 이와 같이, 전이 금속이며, 백금족 원소이며, 제8족 원소를 함유하는 가스를 사용함으로써, 저저항의 금속 함유막을 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 금속 함유 가스로서, 금속 원소와 카르보닐기를 포함하는 가스를 사용할 수 있다. 이에 의해, 성막 레이트를 향상시킬 수 있다.
금속 함유 가스로서는, 예를 들어 비스에틸시클로펜타디에닐루테늄(Ru(C2H5C5H4)2), 부틸루테노센(Ru(C5H5)(C4H9C5H4), 트리스2,4옥탄디오나토루테늄(Ru[CH3COCHCO(CH2)3CH3]3), 2,4디메틸펜타디에닐에틸시클로펜타디에닐루테늄(Ru(C2H5C5H4)((CH3)C5H5)), Ru(C7H8)(C7H11O2), 디카르보닐비스(5-메틸-2,4-헥산디케토네이트)루테늄(II)(C16H22O6Ru), 트리루테늄도데카카르보닐(Ru3(CO)12), η4-2,3-디메틸부타디엔루테늄트리카르보닐((DMBD)Ru(CO)3), η4-부타디엔루테늄트리카르보닐((BD)Ru(CO3)), η4-1,3-시클로헥사디엔루테늄트리카르보닐((CHD)Ru(CO)3), 비스(시클로펜타디에닐루테늄디카르보닐(C14H10O4Ru2)), 트리카르보닐디클로로루테늄(II)([Ru(CO)3Cl2]2) 등의 유기 금속 재료를 기화시킨 가스 등을 사용할 수 있다. 금속 함유 가스로서는, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
여기서, 금속 함유 가스로서, 예를 들어 Ru 함유 가스를 사용한 경우, 웨이퍼(200) 상의 오목부(400a) 내에 Ru 함유층이 형성된다. Ru 함유층은, 다른 원소를 포함하는 Ru층이어도 되고, Ru 함유 가스의 흡착층이어도 되고, 그들 양쪽을 포함하고 있어도 된다.
(잔류 가스 제거, 스텝 S12)
금속 함유 가스의 공급을 개시하고 나서 소정 시간 경과 후이며 예를 들어 1 내지 120초 후에, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫아, 금속 함유 가스의 공급을 정지한다. 즉, 금속 함유 가스를 웨이퍼(200)에 대해서 공급하는 시간은, 예를 들어 1 내지 120초로 한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 개방한 채로 두어, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 금속 함유층 형성에 기여한 후의 금속 함유 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 즉, 처리실(201) 내를 퍼지한다. 이때 밸브(514, 524, 534, 544)는 개방한 채로 두어, 불활성 가스의 처리실(201) 내에의 공급을 유지한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 금속 함유층 형성에 기여한 후의 금속 함유 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
(환원 가스 공급, 스텝 S13)
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(324)를 개방하여, 가스 공급관(320 내에 환원 가스를 흘린다. 환원 가스는, MFC(322)에 의해 유량 조정되어, 노즐(420)의 가스 공급 구멍(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대해서 환원 가스가 공급된다. 이때 동시에 밸브(524)를 개방하여, 가스 공급관(520 내에 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(520) 내를 흐른 불활성 가스는, MFC(522)에 의해 유량 조정된다. 불활성 가스는 환원 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 노즐(410, 430, 440) 내에의 환원 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(514, 534, 544)를 개방하여, 가스 공급관(510, 530, 540) 내에 불활성 가스를 흘린다. 불활성 가스는, 가스 공급관(310, 330, 340), 노즐(410, 430, 440)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 5 내지 15000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(322)로 제어하는 환원 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 100slm, 바람직하게는 15 내지 50slm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(512 내지 542)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 0.1 내지 50slm의 범위 내의 유량으로 한다.
여기서, 본 스텝에서의 처리실(201) 내의 압력인 웨이퍼(200)가 존재하는 공간의 압력(전압)을, 후술하는 스텝 S23에서의 웨이퍼(200)가 존재하는 공간의 압력(전압)보다 높게 한다. 즉, 본 스텝에서의 처리실(201) 내의 압력을, 후술하는 스텝 S23에서의 처리실(201) 내의 압력보다 높게 한다.
환원 가스 공급 시의 처리실(201) 내의 압력을 높게 함으로써, 막 중의 리간드가 제거되기 쉬워진다. 여기서, 리간드를 제거하기 위해서, 상술한 스텝 S12의 잔류 가스 제거 시에 있어서, 고압으로 퍼지를 행하면, 처리실(201) 내의 압력을 원래의 압력으로 되돌리는데 시간이 걸려 버린다. 본 스텝에서의 환원 가스 공급 시에 있어서 처리실(201) 내의 압력을 높게 함으로써, 퍼지 시에 있어서 처리실(201) 내의 압력을 높게 하는 것보다 짧은 시간에 리간드를 제거(퍼지)하는 효과가 얻어진다.
또한, 기판 처리 공정에서의 전체 공정의 환원 가스 공급 시에 있어서 처리실(201) 내의 압력을 고압으로 하면, 금속 함유 가스 공급과 환원 가스 공급의 사이에서, 저압에서 고압으로의 압력 조정의 시간이 필요해진다. 본 개시에서는, 전체 공정 중, 전반의 제1 금속 함유막 형성 공정에서의 환원 가스 공급 시에 처리실(201) 내를 고압화하고, 후반의 제2 금속 함유막 형성 공정에서의 환원 가스 공급 시에 처리실(201) 내를 저압화함으로써, 금속 함유 가스 공급과 환원 가스 공급의 사이의 압력 조정 시간을 단축시킬 수 있다. 즉, 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 스텝에서의 환원 가스의 분압을, 후술하는 스텝 S23에서의 환원 가스의 분압보다 높게 하도록 해도 된다. 또한, 본 스텝에서의, 처리실(201) 내의 압력, 및 환원 가스의 분압 중 적어도 어느 것을 소정 사이클(제1 횟수)마다 변화시키도록 해도 된다. 바꾸어 말하면, 제1 금속 함유막 형성 공정의 사이클수(제1 횟수)를 거듭할 때마다, 본 스텝의 환원 가스 공급 시의 처리실(201) 내의 압력, 및 환원 가스의 분압 중 적어도 어느 것을 변화시켜도 된다. 구체적으로는, 본 스텝에서의, 처리실(201) 내의 압력, 및 환원 가스의 분압 중 적어도 어느 것을 소정 사이클(제1 횟수)마다 작게 하도록 해도 된다.
이때 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는, 환원 가스와 불활성 가스만이다.
환원 가스로서는, 예를 들어 수소(H) 함유 가스인 수소(H2) 가스, 중수소(D2) 가스, 활성화한 수소를 포함하는 가스 등을 사용할 수 있다. 환원 가스로서는, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
여기서, 환원 가스로서 H2 가스를 사용한 경우, H2 가스는, 스텝 S11에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 금속 함유층의 적어도 일부와 치환 반응한다. 예를 들어, 금속 함유 가스로서, 금속 원소와 카르보닐기를 포함하는 가스를 사용한 경우, 금속 함유층 중의 O 등이 H2와 반응하여, 금속 함유층으로부터 탈리하고, 수증기(H2O) 등의 반응 부생성물로서 처리실(201) 내로부터 배출된다. 그리고 웨이퍼(200) 상에 금속 원소를 포함하고 O가 저감된 금속 함유층이 형성된다.
(잔류 가스 제거, 스텝 S14)
금속 함유층을 형성한 후, 밸브(324)를 닫아, 환원 가스의 공급을 정지한다. 그리고 상술한 스텝 S12와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 금속 함유층의 형성에 기여한 후의 환원 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 즉, 처리실(201) 내를 퍼지한다.
(소정 횟수 실시)
상기한 스텝 S11 내지 스텝 S14를 순서대로 행하는 사이클을 적어도 1회 이상(제1 횟수(소정 횟수)(n회)) 행함으로써, 도 5의 (C)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(표면의 절연막(400), 오목부(400a) 내, 즉 오목부(400a) 내의 금속 함유막(300)) 상에, 소정의 두께의 제1 금속 함유막(600a)을 형성한다. 상술한 사이클은, 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 금속 함유막(300)의 표면 산화층의 양을 저감하고, 계면의 산화층의 성장이 억제된 제1 금속 함유막(600a)을 형성할 수 있다.
[제2 금속 함유막 형성 공정]
(금속 함유 가스 공급, 스텝 S21)
밸브(314)를 개방하여, 가스 공급관(310) 내에 금속 함유 가스를 흘린다. 또한, 본 스텝에서 사용되는 금속 함유 가스는, 상술한 제1 금속 함유막 형성 공정에서 사용된 금속 함유 가스와 동일한 가스이어도 되고, 다른 종류의 금속 함유 가스이어도 된다. 금속 함유 가스는, MFC(312)에 의해 유량 조정되어, 노즐(410)의 가스 공급 구멍(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대해서 금속 함유 가스가 공급된다. 이때 동시에 밸브(514)를 개방하여, 가스 공급관(510) 내에 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(510) 내를 흐른 불활성 가스는, MFC(512)에 의해 유량 조정되어, 금속 함유 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 노즐(420, 430, 440) 내에의 금속 함유 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(524, 523, 544)를 개방하여, 가스 공급관(520, 530, 540) 내에 불활성 가스를 흘린다. 불활성 가스는, 가스 공급관(320, 330, 340), 노즐(420, 430, 440)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 3990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(312)로 제어하는 금속 함유 가스의 공급 유량은, 예를 들어 0.05 내지 1slm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(512, 522, 532, 542)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 0.1 내지 50slm의 범위 내의 유량으로 한다.
이때 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는 금속 함유 가스와 불활성 가스만이다. 즉, 도 5의 (C)에 도시하는 바와 같은 제1 금속 함유막(600a)에 대해서 금속 함유 가스가 공급되어, 웨이퍼(200)(표면의 제1 금속 함유막(600a)) 상에 금속 함유층이 형성된다. 금속 함유층은, 다른 원소를 포함하는 금속층이어도 되고, 금속 함유 가스의 흡착층이어도 된다.
(잔류 가스 제거, 스텝 S22)
금속 함유 가스의 공급을 개시하고 나서 소정 시간 경과 후이며 예를 들어 1 내지 120초 후에, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫아, 금속 함유 가스의 공급을 정지한다. 그리고 상술한 스텝 S12와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 금속 함유층 형성에 기여한 후의 금속 함유 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 즉, 처리실(201) 내를 퍼지한다.
(환원 가스 공급과 산소 함유 가스의 동시 공급, 스텝 S23)
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(324, 334)를 개방하여, 가스 공급관(320) 내에 환원 가스를, 가스 공급관(330) 내에 미량의 산소 함유 가스를 흘린다. 또한, 제2 금속 함유막 형성 공정에서 사용되는 환원 가스는, 상술한 제1 금속 함유막 형성 공정에서 사용된 환원 가스와 동일한 가스이어도 되고, 다른 종류의 환원 가스이어도 된다. 환원 가스는, MFC(322)에 의해 유량 조정되어, 노즐(420)의 가스 공급 구멍(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 산소 함유 가스는, MFC(332)에 의해 유량 조정되어, 노즐(430)의 가스 공급 구멍(430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대해서, 환원 가스와 산소 함유 가스가 동시에 공급된다. 즉, 환원 가스의 공급 개시와 동시에, 산소 함유 가스의 공급을 개시한다. 이때 또한 동시에 밸브(524, 534)를 개방하여, 가스 공급관(520, 530) 내에 각각 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(520, 530) 내를 흐른 불활성 가스는, MFC(522, 532)에 의해 유량 조정된다. 불활성 가스는 환원 가스, 산소 함유 가스와 각각 함께 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때, 노즐(410, 440) 내에의 환원 가스와 산소 함유 가스의 침입을 방지하기 위해서, 밸브(514, 544)를 개방하여, 가스 공급관(510, 540) 내에 불활성 가스를 흘린다. 불활성 가스는, 가스 공급관(310, 340), 노즐(410, 440)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되어, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여, 처리실(201) 내의 압력을, 예를 들어 1 내지 13000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(322)로 제어하는 환원 가스의 공급 유량은, 예를 들어 1 내지 100slm, 바람직하게는 5 내지 50slm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(332)로 제어하는 산소 함유 가스의 공급 유량은, 예를 들어 0.01 내지 10slm, 바람직하게는 0.1 내지 5slm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(512, 522, 532, 542)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은, 각각 예를 들어 0.1 내지 50slm의 범위 내의 유량으로 한다.
이때 처리실(201) 내에 흘리고 있는 가스는, 환원 가스와 산소 함유 가스와 불활성 가스만이다. 즉, 환원 가스와 산소 함유 가스를 병행해서 공급한다. 환원 가스와 산소 함유 가스는, 금속 함유 가스를 분해하여, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 금속 함유막(600a)의 적어도 일부와 치환 반응한다.
여기서, 환원 가스의 공급 개시와 동시에, 산소 함유 가스의 공급을 개시함으로써, 금속 함유 가스의 분해 효과를 높일 수 있다. 즉, 본 스텝을 행함으로써, 금속 함유 가스 중의 유기 리간드를 제거할 수 있다. 또한, 환원 가스의 공급 정지와 동시에, 산소 함유 가스의 공급을 정지함으로써, 산소 원자를 환원 가스에 의해 환원해서 배기하는 것이 가능하게 되어, 금속 함유막(300)의 산화를 억제할 수 있다. 또한, 산소 함유 가스와 환원 가스를 병행해서 공급함으로써, 금속 함유 가스의 분해와 금속 함유막의 산화 억제 양쪽의 효과를 얻을 수 있다.
산소 함유 가스로서는, 산소(O) 원자를 함유하는 가스인 예를 들어 산소(O2) 가스, 오존(O3) 가스, 플라스마 여기된 O2(O2 *) 가스, O2 가스+수소(H2) 가스, 수증기(H2O 가스), 과산화수소(H2O2) 가스, 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스 등을 사용할 수 있다. 산소 함유 가스로서는, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
예를 들어, 금속 함유 가스로서, 금속 원소와 카르보닐기를 포함하는 가스를, 환원 가스로서 H2 가스를, 산소 함유 가스로서 O2 가스를 사용한 경우, 제1 금속 함유막(600a) 중의 유기 리간드가, H2나 O2와 반응하여, 제1 금속 함유막(600a)으로부터 탈리하여, 수증기(H2O) 등의 반응 부생성물로서 처리실(201) 내로부터 배출된다. 그리고 웨이퍼(200) 상에 금속 원소를 포함하고 불순물을 실질적으로 포함하지 않는 금속 함유층이 형성된다.
(잔류 가스 제거, 스텝 S24)
이어서, 밸브(324, 334)를 닫아, 환원 가스와 산소 함유 가스의 공급을 동시에 정지한다. 즉, 환원 가스의 공급 정지 타이밍과, 산소 함유 가스의 공급 정지 타이밍을 동시로 한다. 이와 같이 환원 가스의 공급 정지와 동시에, 산소 함유 가스의 공급을 정지함으로써, 산소 원자를 환원 가스에 의해 환원해서 배기하는 것이 가능하게 되어, 제1 금속 함유막(600a)의 산화를 억제할 수 있다. 그리고 상술한 스텝 S12와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 혹은 금속 함유층의 형성에 기여한 후의 환원 가스나 산소 함유 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 즉, 처리실(201) 내를 퍼지한다.
(소정 횟수 실시)
즉, 상기한 제1 금속 함유막 형성 공정 후, 스텝 S21 내지 스텝 S24를 순서대로 행하는 사이클을 적어도 1회 이상(제2 횟수(m회)) 행함으로써, 도 5의 (D)에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1 금속 함유막(600a) 상에 소정의 두께의 제2 금속 함유막(600b)을 형성하여, 금속 함유막(600)으로 개질된다. 즉, 도 5의 (E)에 도시하는 바와 같이, 금속 함유막(300) 상에 금속 함유막(600)을 형성할 수 있다. 상술한 사이클은, 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
가스 공급관(510 내지 540) 각각으로부터 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하여, 배기관(231)으로부터 배기한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용하여, 이에 의해 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되고, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(애프터 퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(웨이퍼 반출)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 아우터 튜브(203)의 하단이 개구된다. 그리고 처리가 끝난 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 아우터 튜브(203)의 하단으로부터 아우터 튜브(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 그 후, 처리가 끝난 웨이퍼(200)는, 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
즉, 본 개시에서의 기판 처리 공정에서는, 제1 금속 함유막 형성 공정에 의해, 표면에 금속 함유막(300)이 형성된 웨이퍼(200) 상에, 금속 함유막(300) 상의 계면의 산화층 성장이 억제된 제1 금속 함유막(600a)을 형성한다. 그리고 그 후에 연속해서 제2 금속 함유막 형성 공정을 행함으로써, 제1 금속 함유막(600a) 중의 유기 리간드 등의 불순물이 저감된 제2 금속 함유막(600b)을 형성한다. 이에 의해, 하지막인 금속 함유막(300) 상에, 금속 함유막(300)의 산화를 억제하면서, 막 중의 불순물이 제거된 금속 함유막(600)을 형성하는 것이 가능해진다.
(3) 본 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) 제1 금속 함유막 형성 공정에 의해, 금속 함유막(300) 상의 계면의 산화층 성장이 억제된 금속 함유막을 형성할 수 있다.
(b) 제2 금속 함유막 형성 공정에 의해, 금속 함유 가스 중의 유기 리간드를 제거할 수 있고, 금속 함유 가스의 분해 촉진에 의해, 막 중의 불순물이 저감된 금속 함유막을 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 금속 함유 가스의 분해 촉진에 의해, 성막 속도를 향상시킬 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.
(c) 그리고 제1 금속 함유막 형성 공정에서의 사이클수(제1 금속 함유막(600a)의 막 두께)와 제2 금속 함유막 형성 공정에서의 사이클수(제2 금속 함유막(600b)의 막 두께)를 적정화함으로써 산화층의 억제와, 막 중의 불순물의 저감이 양립해서 개선되는 금속 함유막(600)을 형성할 수 있다.
(d) 또한, 성막 공정 전에, 프리 트리트먼트 공정을 행함으로써, 금속 함유막(300)과 오목부(400a) 내에 매립된 금속 함유막(600)의 사이의 콘택트 저항을 저감할 수 있다.
(4) 다른 실시 형태
이상, 본 개시의 실시 형태를 구체적으로 설명하였다. 그러나, 본 개시는 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다. 또한, 이하의 변형예에서는, 상술한 실시 형태와 다른 점만 상세하게 설명한다.
(변형예 1)
도 6은 상술한 도 4에 도시하는 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면이다.
본 변형예에서는, 상술한 기판 처리 공정과 제2 금속 함유막 형성 공정이 다르다. 즉, 본 변형예에서는, 상술한 제2 금속 함유막 형성 공정의 스텝 S23에서의 환원 가스의 공급 개시 타이밍과, 산소 함유 가스의 공급 개시 타이밍을 다르게 하고, 또한, 환원 가스의 공급 종료 타이밍과, 산소 함유 가스의 공급 종료 타이밍을 다르게 한다. 구체적으로는, 환원 가스의 공급을 개시한 후에, 산소 함유 가스의 공급을 개시하고, 산소 함유 가스의 공급을 정지한 후에, 환원 가스의 공급을 정지한다. 즉, 산소 함유 가스와 환원 가스를 병행해서 공급하는 타이밍을 갖는다. 그리고 산소 함유 가스와 환원 가스를 병행해서 공급하는 타이밍에서의 처리실(201) 내의 압력을, 병행하여 공급하지 않고 환원 가스만을 공급하는 타이밍에서의 처리실(201) 내의 압력에 비해서 높게 한다.
이와 같이, 환원 가스를 산소 함유 가스보다 먼저 공급함으로써, 금속 함유막(300)의 산화가 억제된다. 또한, 산소 함유 가스의 공급을 정지한 후에, 환원 가스의 공급을 정지함으로써, 산소 원자가 처리실(201) 내에 잔류되어 버리는 것을 억제할 수 있다. 또한, 산소 함유 가스와 환원 가스를 병행해서 공급하는 타이밍을 가짐으로써, 금속 함유 가스의 분해와 금속 함유막의 산화 억제 양쪽의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이 경우에도, 상술한 도 4에 도시한 기판 처리 공정과 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(변형예 2)
도 7은 상술한 도 4에 도시하는 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면이다.
본 변형예에서는, 상술한 기판 처리 공정과 제2 금속 함유막 형성 공정이 다르다. 즉, 본 변형예에서는, 상술한 제2 금속 함유막 형성 공정의 스텝 S23에서의 환원 가스의 공급 개시 타이밍과, 산소 함유 가스의 공급 개시 타이밍을 다르게 한다. 구체적으로는, 환원 가스의 공급을 개시한 후에, 산소 함유 가스의 공급을 개시하고, 산소 함유 가스의 공급 정지와 동시에, 환원 가스의 공급을 정지한다. 즉, 산소 함유 가스와 환원 가스를 병행해서 공급하는 타이밍을 갖는다. 그리고 산소 함유 가스와 환원 가스를 병행해서 공급하는 타이밍에서의 처리실(201) 내의 압력을, 병행하여 공급하지 않고 환원 가스만을 공급하는 타이밍에서의 처리실(201) 내의 압력에 비해서 높게 한다.
이와 같이, 환원 가스를 산소 함유 가스보다 먼저 공급함으로써, 금속 함유막(300)의 산화가 억제된다. 또한, 환원 가스의 공급 정지와 동시에, 산소 함유 가스의 공급을 정지함으로써, 산소 원자를 환원 가스에 의해 환원해서 배기하는 것이 가능하게 되어, 금속 함유막(300)의 산화를 억제할 수 있다. 또한, 산소 함유 가스와 환원 가스를 병행해서 공급하는 타이밍을 가짐으로써, 금속 함유 가스의 분해와 금속 함유막의 산화 억제 양쪽의 효과를 얻을 수 있다. 또한 이 경우에도, 상술한 도 4에 도시한 기판 처리 공정과 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(변형예 3)
도 8은 상술한 도 4에 도시하는 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면이다.
본 변형예에서는, 상술한 기판 처리 공정과 제2 금속 함유막 형성 공정이 다르다. 즉, 본 변형예에서는, 상술한 제2 금속 함유막 형성 공정의 스텝 S23에서의 환원 가스의 공급 개시와 동시에, 산소 함유 가스의 공급을 개시하고, 환원 가스의 공급 종료 타이밍과, 산소 함유 가스의 공급 종료 타이밍을 다르게 한다. 즉, 환원 가스의 공급 개시와 동시에, 산소 함유 가스의 공급을 개시하고, 산소 함유 가스의 공급을 정지한 후에, 환원 가스의 공급을 정지한다. 즉, 산소 함유 가스와 환원 가스를 병행해서 공급하는 타이밍을 갖는다. 그리고 산소 함유 가스와 환원 가스를 병행해서 공급하는 타이밍에서의 처리실(201) 내의 압력을, 병행하여 공급하지 않고 환원 가스만을 공급하는 타이밍에서의 처리실(201) 내의 압력에 비해서 높게 한다.
이와 같이, 환원 가스의 공급 개시와 동시에 산소 함유 가스의 공급을 개시함으로써, 금속 함유 가스의 분해 효과를 높일 수 있다. 또한, 산소 함유 가스의 공급을 정지한 후에, 환원 가스의 공급을 정지함으로써, 산소 원자가 처리실(201) 내에 잔류되어 버리는 것을 억제할 수 있다. 또한, 산소 함유 가스와 환원 가스를 병행해서 공급하는 타이밍을 가짐으로써, 금속 함유 가스의 분해와 금속 함유막의 산화 억제 양쪽의 효과를 얻을 수 있다. 또한 이 경우에도, 상술한 도 4에 도시한 기판 처리 공정과 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(변형예 4)
도 9는 상술한 도 4에 도시하는 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면이다.
본 변형예에서는, 상술한 기판 처리 공정과 제2 금속 함유막 형성 공정이 다르다. 즉, 본 변형예에서는, 상술한 제2 금속 함유막 형성 공정의 스텝 S23에서의 환원 가스의 공급 개시 타이밍과, 산소 함유 가스의 공급 개시 타이밍을 다르게 하고, 또한, 환원 가스의 공급 종료 타이밍과, 산소 함유 가스의 공급 종료 타이밍을 다르게 한다. 구체적으로는, 환원 가스의 공급을 개시한 후에, 산소 함유 가스의 공급을 개시하고, 환원 가스의 공급을 정지한 후에, 산소 함유 가스의 공급을 정지한다. 즉, 산소 함유 가스와 환원 가스를 병행해서 공급하는 타이밍을 갖는다. 그리고 산소 함유 가스와 환원 가스를 병행해서 공급하는 타이밍에서의 처리실(201) 내의 압력을, 병행하여 공급하지 않고 환원 가스만 또는 산소 함유 가스만을 공급하는 타이밍에서의 처리실(201) 내의 압력에 비해서 높게 한다.
이와 같이, 환원 가스를 산소 함유 가스보다 먼저 공급함으로써, 금속 함유막(300)의 산화가 억제된다. 또한, 환원 가스의 공급을 정지한 후에, 산소 함유 가스의 공급을 정지함으로써, 산화막이 표면에 형성된 금속 함유막을 형성할 수 있다. 또한, 산소 함유 가스와 환원 가스를 병행해서 공급하는 타이밍을 가짐으로써, 금속 함유 가스의 분해와 금속 함유막의 산화 억제 양쪽의 효과를 얻을 수 있다. 또한 이 경우에도, 상술한 도 4에 도시한 기판 처리 공정과 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(변형예 5)
도 10은 상술한 도 4에 도시하는 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면이다.
본 변형예에서는, 상술한 기판 처리 공정과 제2 금속 함유막 형성 공정이 다르다. 즉, 본 변형예에서는, 제2 금속 함유막 형성 공정의 스텝 S23에서의 환원 가스의 공급 개시 타이밍과, 산소 함유 가스의 공급 개시 타이밍을 다르게 하고, 또한, 환원 가스의 공급 종료 타이밍과, 산소 함유 가스의 공급 종료 타이밍을 다르게 한다. 구체적으로는, 산소 함유 가스의 공급을 개시한 후에, 환원 가스의 공급을 개시하고, 산소 함유 가스의 공급을 정지한 후에, 환원 가스의 공급을 정지한다. 즉, 산소 함유 가스와 환원 가스를 병행해서 공급하는 타이밍을 갖는다. 그리고 산소 함유 가스와 환원 가스를 병행해서 공급하는 타이밍에서의 처리실(201) 내의 압력을, 병행하여 공급하지 않고 환원 가스만 또는 산소 함유 가스만을 공급하는 타이밍에서의 처리실(201) 내의 압력에 비해서 높게 한다.
이와 같이, 산소 함유 가스를 환원 가스보다 먼저 공급함으로써, 금속 함유 가스의 분해 효과를 높일 수 있다. 또한, 산소 함유 가스의 공급을 정지한 후에, 환원 가스의 공급을 정지함으로써, 산소 원자가 처리실(201) 내에 잔류되어 버리는 것을 억제할 수 있다. 또한, 산소 함유 가스와 환원 가스를 병행해서 공급하는 타이밍을 가짐으로써, 금속 함유 가스의 분해와 금속 함유막의 산화 억제 양쪽의 효과를 얻을 수 있다. 또한 이 경우에도, 상술한 도 4에 도시한 기판 처리 공정과 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(변형예 6)
도 11은 상술한 도 4에 도시하는 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면이다.
본 변형예에서는, 상술한 기판 처리 공정과 제1 금속 함유막 형성 공정에서의 가스 공급의 순번이 다르다. 즉, 제1 금속 함유막 형성 공정에서, 상술한 스텝 S13에서의 환원 가스 공급부터 개시한다. 즉, 스텝 S11에서의 금속 함유 가스 공급 전에, 스텝 S13에서의 환원 가스 공급을 행한다.
프리 트리트먼트 공정 후에는, 웨이퍼(200) 상에 할로겐 함유 가스가 흡착되어 있을 가능성이 있다. 본 변형예와 같이, 프리 트리트먼트 공정 후에, 제1 금속 함유막 형성 공정을 환원 가스 공급부터 개시함으로써, 웨이퍼(200) 상에 흡착되어 있는 할로겐 원소를 제거할 수 있다. 예를 들어, 할로겐 함유 가스로서 Cl을 함유하는 가스를, 환원 가스로서 H2 가스를 사용한 경우에, H2 가스는, 웨이퍼(200) 상에 흡착된 Cl과 반응하여, 웨이퍼(200) 상으로부터 Cl을 탈리하고, 염화수소(HCl)나 염소(Cl2) 등의 반응 부생성물로서 처리실(201) 내로부터 배출된다.
또한, 환원 가스로서 H 함유 가스를 사용한 경우에, 프리 트리트먼트 공정 후에, 환원 가스 공급부터 개시함으로써, 금속 함유막(300)의 표면을 H 종단으로 시킬 수 있어, 금속 함유막(300)의 산화를 억제할 수 있다. 이것은, 프리 트리트먼트 공정을 행하지 않는 경우에도 유효하다. 구체적으로는, 환원 가스로서 H2 가스를 사용한 경우에, H2 가스는, 웨이퍼(200) 상에 흡착된 O와 반응하여, 웨이퍼(200) 상으로부터 O를 탈리하고, 수증기(H2O) 등의 반응 부생성물로서 처리실(201) 내로부터 배출되어, 웨이퍼(200) 상에 흡착된 O를 제거할 수 있어, 하지막으로서의 금속 함유막(300)의 산화를 억제할 수 있다. 또한 이 경우에도, 상술한 도 4에 도시한 기판 처리 공정과 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(변형예 7)
도 12는 상술한 도 4에 도시하는 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면이다.
본 변형예에서는, 상술한 도 4에 도시하는 기판 처리 공정과 프리 트리트먼트 공정이 다르다. 본 변형예에서의 프리 트리트먼트 공정에서는, 스텝 S1에서의 할로겐 함유 가스의 공급과, 스텝 S2에서의 잔류 가스 제거(배기)를 소정 횟수 반복해서 행한다. 즉, 사이클릭 처리를 행한다. 이에 의해, 상술한 도 4에 도시한 기판 처리 공정과 마찬가지의 효과가 얻어짐과 함께, 반응 부생성물의 잔류를 억제하고, 반응 부생성물의 배출을 촉진할 수 있다.
(변형예 8)
도 13은 상술한 도 4에 도시하는 기판 처리 공정의 변형예를 도시하는 도면이다.
본 변형예에서는, 상술한 도 4에 도시하는 제1 금속 함유막 형성 공정과 제2 금속 함유막 형성 공정의 사이에서, 처리실(201) 내에 퍼지 가스로서의 불활성 가스를 공급하는 공정과, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 공정을 소정 횟수 반복해서 행한다. 이에 의해, 상술한 도 4에 도시한 기판 처리 공정과 마찬가지의 효과가 얻어짐과 함께, 반응 부생성물의 잔류를 억제하고, 반응 부생성물의 배출을 촉진할 수 있다.
또한, 상술한 양태에서는, 웨이퍼(200) 상에 소정의 막을 형성시키는 예에 대해서 설명하였지만, 본 개시는, 막종은 특별히 한정되지 않는다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식 종형 장치인 기판 처리 장치를 사용하여 성막하는 예에 대해서 설명하였지만, 본 개시는 이것에 한정되지 않고, 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식 기판 처리 장치를 사용하여 성막하는 경우에도 적합하게 적용할 수 있다.
기판 처리에 사용되는 레시피(처리 수순이나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)는, 처리 내용(형성하는 막의 막종, 조성비, 막질, 막 두께, 처리 수순, 처리 조건 등)에 따라서 개별로 준비하여, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 통해서 기억 장치(121c) 내에 저장해 두는 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 개시할 때, CPU(121a)가, 기억 장치(121c) 내에 저장된 복수의 레시피 중에서, 처리 내용에 따라 적정한 레시피를 적절하게 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 1대의 기판 처리 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 막을 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한, 오퍼레이터의 부담(처리 수순이나 처리 조건 등의 입력 부담 등)을 저감할 수 있어, 조작 미스를 회피하면서, 기판 처리를 신속하게 개시할 수 있게 된다.
상술한 프로세스 레시피는, 새롭게 작성하는 경우에 한정되지 않고, 예를 들어 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 변경함으로써 준비해도 된다. 레시피를 변경하는 경우는, 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.
10: 기판 처리 장치
121: 컨트롤러
200: 웨이퍼(기판)
201: 처리실

Claims (31)

  1. (a) 금속 함유막이 형성된 기판에 대해서, 금속 원소를 함유하는 금속 함유 가스를 공급하는 공정과,
    (b) 상기 기판에 대해서 환원 가스를 공급하는 공정과,
    (c) 상기 기판에 대해서 산소 원자를 함유하는 산소 함유 가스와 상기 환원 가스를 공급하는 공정과,
    (d) (a)와 (b)를 포함하는 사이클을 제1 횟수 반복하는 공정과,
    (e) (d) 후, (a)와 (c)를 포함하는 사이클을 제2 횟수 반복하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, (c)에서는, 상기 환원 가스의 공급 개시 타이밍과, 상기 산소 함유 가스의 공급 개시 타이밍을 다르게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, (c)에서는, 상기 환원 가스의 공급을 개시한 후에, 상기 산소 함유 가스의 공급을 개시하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, (c)에서는, 상기 환원 가스의 공급 개시와 동시에, 상기 산소 함유 가스의 공급을 개시하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, (c)에서는, 상기 산소 함유 가스의 공급을 개시한 후에, 상기 환원 가스의 공급을 개시하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, (c)에서는, 상기 환원 가스의 공급 종료 타이밍과, 상기 산소 함유 가스의 공급 종료 타이밍을 다르게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, (c)에서는, 상기 산소 함유 가스의 공급을 정지한 후에, 상기 환원 가스의 공급을 정지하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, (c)에서는, 상기 산소 함유 가스의 공급 정지와 동시에, 상기 환원 가스의 공급을 정지하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, (c)에서는, 상기 환원 가스의 공급을 정지한 후에, 상기 산소 함유 가스의 공급을 정지하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, (c)에서는, 상기 산소 함유 가스와 상기 환원 가스를 병행해서 공급하는 타이밍을 갖는, 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, (d)에서 행하는 (b)에서의 상기 기판이 존재하는 공간의 압력을,
    (e)에서 행하는 (c)에서의 상기 기판이 존재하는 공간의 압력보다 높게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, (d)에서 행하는 (b)에서의 상기 환원 가스의 분압을,
    (e)에서 행하는 (c)에서의 상기 환원 가스의 분압보다 높게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, (d)에서 행하는 (b)에서의, 상기 기판이 존재하는 공간의 압력, 및 상기 환원 가스의 분압 중 적어도 어느 것을 상기 제1 횟수마다 변화시키는, 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, (d)에서 행하는 (b)에서의, 상기 기판이 존재하는 공간의 압력, 및 상기 환원 가스의 분압 중 적어도 어느 것을 상기 제1 횟수마다 작게 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, (d)에서는, (b)부터 개시하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 함유막 상에 산화막이 형성되고,
    (f) (d) 전에, 상기 기판에 대해서 할로겐 원소를 함유하는 할로겐 함유 가스를 공급하여, 상기 산화막의 적어도 일부를 제거하는 공정을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, (f)에서는, 상기 할로겐 함유 가스의 공급과, 상기 기판이 존재하는 공간의 배기를 반복하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 할로겐 함유 가스에 포함되는 할로겐 원소는 염소인, 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 할로겐 함유 가스는, 또한 산소를 포함하는 가스인, 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 할로겐 함유 가스는, POCl3, SOCl2, COCl2의 적어도 하나 이상을 포함하는 가스인, 반도체 장치의 제조 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 함유막에 포함되는 금속 원소는 전이 금속인, 반도체 장치의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 전이 금속은, W, Mo, Cu, Co의 적어도 하나 이상인, 반도체 장치의 제조 방법.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 함유 가스는, 카르보닐기를 포함하는 가스인, 반도체 장치의 제조 방법.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 함유 가스에 포함되는 금속 원소는 전이 금속인, 반도체 장치의 제조 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 금속 함유 가스에 포함되는 금속 원소는 백금족 원소인, 반도체 장치의 제조 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 금속 함유 가스에 포함되는 금속 원소는 제8족 원소인, 반도체 장치의 제조 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 금속 함유 가스에 포함되는 금속 원소는 Ru인, 반도체 장치의 제조 방법.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, (d)와 (e)의 사이에, 상기 기판이 존재하는 공간에의 퍼지 가스의 공급과 상기 기판이 존재하는 공간의 배기를 반복하는 공정을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
  29. (a) 금속 함유막이 형성된 기판에 대해서, 금속 원소를 함유하는 금속 함유 가스를 공급하는 공정과,
    (b) 상기 기판에 대해서 환원 가스를 공급하는 공정과,
    (c) 상기 기판에 대해서 산소 원자를 함유하는 산소 함유 가스와 상기 환원 가스를 공급하는 공정과,
    (d) (a)와 (b)를 포함하는 사이클을 제1 횟수 반복하는 공정과,
    (e) (d) 후, (a)와 (c)를 포함하는 사이클을 제2 횟수 반복하는 공정
    을 포함하는 기판 처리 방법.
  30. 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 금속 원소를 함유하는 금속 함유 가스를 공급하는 금속 함유 가스 공급계와,
    상기 처리 용기 내에 환원 가스를 공급하는 환원 가스 공급계와,
    상기 처리 용기 내에 산소 원자를 함유하는 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급계와,
    (a) 상기 처리 용기 내의 금속 함유막이 형성된 기판에 대해서, 상기 금속 함유 가스를 공급하는 처리와,
    (b) 상기 기판에 대해서 상기 환원 가스를 공급하는 처리와,
    (c) 상기 기판에 대해서 상기 산소 함유 가스와 상기 환원 가스를 공급하는 처리와,
    (d) (a)와 (b)를 포함하는 사이클을 제1 횟수 반복하는 처리와,
    (e) (d) 후, (a)와 (c)를 포함하는 사이클을 제2 횟수 반복하는 처리
    를 행하게 하도록, 상기 금속 함유 가스 공급계, 상기 환원 가스 공급계 및 상기 산소 함유 가스 공급계를 제어하는 것이 가능하게 구성되는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  31. (a) 금속 함유막이 형성된 기판에 대해서, 금속 원소를 함유하는 금속 함유 가스를 공급하는 수순과,
    (b) 상기 기판에 대해서 환원 가스를 공급하는 수순과,
    (c) 상기 기판에 대해서 산소 원자를 함유하는 산소 함유 가스와 상기 환원 가스를 공급하는 수순과,
    (d) (a)와 (b)를 포함하는 사이클을 제1 횟수 반복하는 수순과,
    (e) (d) 후, (a)와 (c)를 포함하는 사이클을 제2 횟수 반복하는 수순
    을 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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