KR20240081351A - 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents
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Abstract
산화되기 어려운 SiCN막을 형성할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 성막 방법은, 규소 원자와 탄소 원자를 포함하는 환상 구조를 분자 중에 갖는 원료 가스를 기판에 공급하여, 상기 기판에 상기 원료 가스를 흡착시키는 공정과, 질화 가스를 포함하는 분위기 중에서 상기 기판을 열처리하여, 상기 기판에 흡착된 상기 원료 가스를 열질화하는 공정과, 수소 플라스마에 상기 기판을 노출시켜, 열질화된 상기 원료 가스를 개질하는 공정을 갖는다.
본 개시의 일 양태에 의한 성막 방법은, 규소 원자와 탄소 원자를 포함하는 환상 구조를 분자 중에 갖는 원료 가스를 기판에 공급하여, 상기 기판에 상기 원료 가스를 흡착시키는 공정과, 질화 가스를 포함하는 분위기 중에서 상기 기판을 열처리하여, 상기 기판에 흡착된 상기 원료 가스를 열질화하는 공정과, 수소 플라스마에 상기 기판을 노출시켜, 열질화된 상기 원료 가스를 개질하는 공정을 갖는다.
Description
본 개시는, 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
암모니아 가스와 실란계 가스와 탄화수소 가스를 사용하여, 실란계 가스를 간헐적으로 공급하도록 하여 실리콘 질화막을 성막하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
본 개시는, 산화되기 어려운 SiCN막을 형성할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 성막 방법은, 규소 원자와 탄소 원자를 포함하는 환상 구조를 분자 중에 갖는 원료 가스를 기판에 공급하여, 상기 기판에 상기 원료 가스를 흡착시키는 공정과, 질화 가스를 포함하는 분위기 중에서 상기 기판을 열처리하여, 상기 기판에 흡착된 상기 원료 가스를 열질화하는 공정과, 수소 플라스마에 상기 기판을 노출시켜, 열질화된 상기 원료 가스를 개질하는 공정을 갖는다.
본 개시에 따르면, 산화되기 어려운 SiCN막을 형성할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 관한 성막 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 도 1의 성막 방법에 관련된 타이밍 차트이다.
도 3은 도 1의 성막 방법에 관련된 타이밍 차트이다.
도 4는 도 1의 성막 방법에 사용되는 원료 가스의 일례의 구조식을 도시하는 도면이다.
도 5는 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시하는 개략도이다.
도 6은 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시하는 개략도이다.
도 7은 SiCN막의 GPC를 도시하는 도면이다.
도 8은 SiCN막의 막 조성을 도시하는 도면이다.
도 9는 SiCN막의 밀도를 도시하는 도면이다.
도 10은 SiCN막의 WER을 도시하는 도면이다.
도 11은 SiCN막의 결합 상태를 도시하는 도면이다.
도 12는 SiCN막의 결합 상태를 도시하는 도면이다.
도 13은 SiCN막의 결합 상태를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 성막 방법에 관련된 타이밍 차트이다.
도 3은 도 1의 성막 방법에 관련된 타이밍 차트이다.
도 4는 도 1의 성막 방법에 사용되는 원료 가스의 일례의 구조식을 도시하는 도면이다.
도 5는 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시하는 개략도이다.
도 6은 실시 형태에 관한 성막 장치를 도시하는 개략도이다.
도 7은 SiCN막의 GPC를 도시하는 도면이다.
도 8은 SiCN막의 막 조성을 도시하는 도면이다.
도 9는 SiCN막의 밀도를 도시하는 도면이다.
도 10은 SiCN막의 WER을 도시하는 도면이다.
도 11은 SiCN막의 결합 상태를 도시하는 도면이다.
도 12는 SiCN막의 결합 상태를 도시하는 도면이다.
도 13은 SiCN막의 결합 상태를 도시하는 도면이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하면서, 본 개시의 한정적이지 않은 예시의 실시 형태에 대하여 설명한다. 첨부의 전체 도면 중, 동일하거나 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일하거나 또는 대응하는 참조 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
〔성막 방법〕
도 1 내지 도 4를 참조하여, 실시 형태에 관한 성막 방법에 대하여 설명한다. 도 1은 실시 형태에 관한 성막 방법을 나타내는 흐름도이다. 실시 형태에 관한 성막 방법은, 준비 공정 S1과, 퍼지 공정 S2와, 흡착 공정 S3과, 퍼지 공정 S4와, 열질화 공정 S5와, 판정 공정 S6과, 퍼지 공정 S7과, 개질 공정 S8과, 판정 공정 S9를 갖는다. 도 2는 도 1의 성막 방법에 관련된 타이밍 차트이며, 퍼지 공정 S2부터 열질화 공정 S5에 있어서의 가스 및 RF 전력의 공급의 타이밍을 나타낸다. 도 3은 도 1의 성막 방법에 관련된 타이밍 차트이며, 퍼지 공정 S7부터 개질 공정 S8에 있어서의 가스 및 RF 전력의 공급의 타이밍을 나타낸다. 도 4는 도 1의 성막 방법에 사용되는 원료 가스의 일례의 구조식을 도시하는 도면이다.
준비 공정 S1은, 기판을 준비하는 것을 포함한다. 기판은, 예를 들어 실리콘 웨이퍼여도 된다. 기판은, 표면에 트렌치, 홀 등의 오목부를 가져도 된다. 기판은, 표면에 실리콘 질화막 등의 하지막을 가져도 된다.
퍼지 공정 S2는, 준비 공정 S1의 후에 실시된다. 퍼지 공정 S2는, 도 2에 나타나는 바와 같이, 기판의 표면에 불활성 가스를 공급하여, 기판의 표면을 퍼지하는 것을 포함한다. 불활성 가스는, 예를 들어 질소(N2) 가스여도 된다. 불활성 가스는, 헬륨(He) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스여도 된다.
흡착 공정 S3은, 퍼지 공정 S2의 후에 실시된다. 흡착 공정 S3은, 도 2에 나타나는 바와 같이, 원료 가스를 기판의 표면에 공급하여, 기판의 표면에 원료 가스를 흡착시키는 것을 포함한다. 원료 가스는, 규소(Si) 원자와 탄소(C) 원자를 포함하는 환상 구조를 분자 중에 갖는 환상 구조 탄화 규소 화합물이다. 원료 가스는, 예를 들어 규소 원자와 탄소 원자로 이루어지는 사원환 구조를 분자 중에 가져도 된다. 원료 가스는, 염소(Cl) 등의 할로겐의 치환기를 분자 중에 가져도 된다. 원료 가스의 일례로서는, 도 4의 구조식으로 나타내지는 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄(Si2C2Cl4H4)을 들 수 있다. 흡착 공정 S3은, 도 2에 나타나는 바와 같이, 퍼지 공정 S2보다도 적은 유량으로 불활성 가스를 기판의 표면에 공급하는 것을 포함해도 된다. 불활성 가스는, 퍼지 공정 S2에서 사용되는 불활성 가스와 동일해도 된다. 흡착 공정 S3은, 예를 들어 기판을 300℃ 이상 700℃ 이하의 온도로 유지하는 것을 포함해도 된다.
퍼지 공정 S4는, 흡착 공정 S3의 후에 실시된다. 퍼지 공정 S4는, 도 2에 나타나는 바와 같이, 기판의 표면에 불활성 가스를 공급하여, 기판의 표면을 퍼지하는 것을 포함한다. 불활성 가스는, 퍼지 공정 S2에서 사용되는 불활성 가스와 동일해도 된다.
열질화 공정 S5는, 퍼지 공정 S4의 후에 실시된다. 열질화 공정 S5는, RF 전력을 공급하지 않고, 질화 가스를 포함하는 분위기 중에서 기판을 열처리하여, 흡착 공정 S3에 있어서 기판의 표면에 흡착된 원료 가스를 열질화하는 것을 포함한다. 이에 의해, 기판의 표면에 SiCN막이 형성된다. 질화 가스는, 원료 가스를 질화하기 위한 가스이다. 질화 가스는, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스여도 된다. 질화 가스는, 히드라진(N2H4) 가스여도 된다. 열질화 공정 S5는, 도 2에 나타나는 바와 같이, 퍼지 공정 S2보다도 적은 유량으로 불활성 가스를 기판의 표면에 공급하는 것을 포함해도 된다. 불활성 가스는, 퍼지 공정 S2에서 사용되는 불활성 가스와 동일해도 된다. 열질화 공정 S5는, 예를 들어 기판을 300℃ 이상 700℃ 이하의 온도로 유지하는 것을 포함한다.
판정 공정 S6은, 열질화 공정 S5의 후에 실시된다. 판정 공정 S6은, 퍼지 공정 S2부터 열질화 공정 S5를 설정 횟수 실시하였는지 여부를 판정하는 것을 포함한다. 실시 횟수가 설정 횟수에 도달하지 않은 경우(판정 공정 S6의 "아니오"), 퍼지 공정 S2부터 열질화 공정 S5를 다시 실시한다. 실시 횟수가 설정 횟수에 도달한 경우(판정 공정 S6의 "예"), 퍼지 공정 S7로 진행한다. 이와 같이, 실시 횟수가 설정 횟수에 도달할 때까지 퍼지 공정 S2부터 열질화 공정 S5를 이 순서로 행하는 처리를 복수 회 반복한다.
퍼지 공정 S7은, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판의 표면에 불활성 가스를 공급하여, 기판의 표면을 퍼지하는 것을 포함한다. 불활성 가스는, 퍼지 공정 S2에서 사용되는 불활성 가스와 동일해도 된다.
개질 공정 S8은, 퍼지 공정 S7의 후에 실시된다. 개질 공정 S8은, 수소 플라스마에 기판을 노출시켜, 열질화된 원료 가스를 개질하는 것을 포함한다. 개질 공정 S8은, 도 3에 도시된 바와 같이, 수소 가스를 기판에 공급함과 함께 RF 전력을 공급함으로써, 수소 플라스마를 생성하는 것을 포함해도 된다. 개질 공정 S8은, 도 3에 도시된 바와 같이, 수소 가스와 동시에 불활성 가스를 공급하는 것을 포함해도 된다. 수소 가스와 불활성 가스의 유량비는, 예를 들어 5:95 내지 100:0의 범위 내여도 된다. 개질 공정 S8은, 예를 들어 기판을 300℃ 이상 700℃ 이하의 온도로 유지하는 것을 포함한다.
판정 공정 S9는, 개질 공정 S8의 후에 실시된다. 판정 공정 S9는, 퍼지 공정 S2부터 개질 공정 S8을 설정 횟수 실시하였는지 여부를 판정하는 것을 포함한다. 실시 횟수가 설정 횟수에 도달하지 않은 경우(판정 공정 S9의 "아니오"), 퍼지 공정 S2부터 개질 공정 S8을 다시 실시한다. 실시 횟수가 설정 횟수에 도달한 경우(판정 공정 S9의 "예"), 처리를 종료한다. 이와 같이, 실시 횟수가 설정 횟수에 도달할 때까지 퍼지 공정 S2부터 개질 공정 S8을 이 순서로 행하는 처리를 복수 회 반복한다.
이상에 설명한 실시 형태에 관한 성막 방법에 의하면, 규소 원자와 탄소 원자를 포함하는 환상 구조를 분자 중에 갖는 원료 가스의 공급과 해당 원료 가스의 열질화에 의해 SiCN막을 형성하는 도중에, SiCN막을 수소 플라스마에 노출시킴으로써 SiCN막을 개질한다. 이에 의해, 산화되기 어려운 SiCN막을 형성할 수 있다.
〔성막 장치〕
도 5 및 도 6을 참조하여, 실시 형태에 관한 성막 장치(100)에 대하여 설명한다. 도 5 및 도 6은 실시 형태에 관한 성막 장치(100)를 도시하는 개략도이다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 성막 장치(100)는, 주로, 처리 용기(1)와, 가스 공급부(20)와, 플라스마 생성부(30)와, 배기부(40)와, 가열부(50)와, 제어부(90)를 구비한다.
처리 용기(1)는, 하단이 개구된 천장이 있는 종형의 통체 형상을 갖는다. 처리 용기(1)의 전체는, 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 처리 용기(1) 내의 상단 근방에는 천장판(2)이 마련되고, 천장판(2)의 하측의 영역이 밀봉된다. 천장판(2)은 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 처리 용기(1)의 하단의 개구에는, 통체 형상으로 성형된 금속제의 매니폴드(3)가 시일 부재(4)를 통해 연결된다. 시일 부재(4)는, 예를 들어 O링이어도 된다.
매니폴드(3)는 처리 용기(1)의 하단을 지지한다. 매니폴드(3)의 하방으로부터 보트(5)가 처리 용기(1) 내에 삽입된다. 보트(5)는, 복수매(예를 들어 25매 내지 150매)의 기판(W)을 상하 방향을 따라서 간격을 두고 대략 수평으로 보유 지지한다. 기판(W)은, 예를 들어 반도체 웨이퍼여도 된다. 보트(5)는, 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 보트(5)는 예를 들어 3개의 지주(6)를 갖고, 지주(6)에 형성된 홈에 의해 복수매의 기판(W)이 지지된다.
보트(5)는, 보온통(7)을 통해 회전대(8) 상에 적재된다. 보온통(7)은, 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 보온통(7)은 매니폴드(3)의 하단의 개구로부터의 방열을 억제한다. 회전대(8)는 회전축(10) 상에 지지된다. 매니폴드(3)의 하단의 개구는, 덮개(9)에 의해 개폐된다. 덮개(9)는, 예를 들어 스테인리스강 등의 금속 재료에 의해 형성된다. 회전축(10)은 덮개(9)를 관통한다.
회전축(10)의 관통부에는, 자성 유체 시일(11)이 마련된다. 자성 유체 시일(11)은 회전축(10)을 기밀하게 밀봉하며, 또한 회전 가능하게 지지한다. 덮개(9)의 주변부와 매니폴드(3)의 하단 사이에는, 처리 용기(1) 내의 기밀성을 유지하기 위한 시일 부재(12)가 마련된다. 시일 부재(12)는, 예를 들어 O링이어도 된다.
회전축(10)은, 예를 들어 보트 엘리베이터 등의 승강 기구에 지지된 암(13)의 선단에 설치된다. 암(13)이 승강함으로써, 보트(5), 보온통(7), 회전대(8) 및 덮개(9)가 회전축과 일체로 승강하여, 처리 용기(1) 내에 대하여 삽탈된다.
가스 공급부(20)는 처리 용기(1) 내에 각종 가스를 공급한다. 가스 공급부(20)는, 예를 들어 4개의 가스 노즐(21, 22, 23, 24)을 갖는다. 가스 공급부(20)는 다른 가스 노즐을 더 가져도 된다.
가스 노즐(21)은 매니폴드(3)의 측벽을 내측으로 관통하여 상방으로 굴곡되어 수직으로 신장되는 L자 형상을 갖는다. 가스 노즐(21)은, 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 가스 노즐(21)은 원료 가스의 공급원(21s)과 접속된다. 가스 노즐(21)은 수직 부분이 처리 용기(1) 내에 마련된다. 가스 노즐(21)의 수직 부분에는, 보트(5)의 기판 지지 범위에 대응하는 상하 방향의 길이에 걸쳐서 복수의 가스 구멍(21a)이 간격을 두고 마련된다. 가스 구멍(21a)은, 예를 들어 처리 용기(1)의 중심 CT에 배향하고, 처리 용기(1)의 중심 CT를 향하여 수평 방향으로 원료 가스를 토출한다. 원료 가스는, 규소 원자와 탄소 원자를 포함하는 환상 구조를 분자 중에 갖는 환상 구조 탄화 규소 화합물이다. 원료 가스는, 예를 들어 규소 원자와 탄소 원자로 이루어지는 사원환 구조를 분자 중에 가져도 된다. 원료 가스는, 염소 등의 할로겐의 치환기를 분자 중에 가져도 된다. 원료 가스의 일례로서는, 도 4의 구조식으로 나타내지는 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄을 들 수 있다.
가스 노즐(22)은, 매니폴드(3)의 측벽을 내측으로 관통하여 상방으로 굴곡되어 수직으로 신장되는 L자 형상을 갖는다. 가스 노즐(22)은 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 가스 노즐(22)은 질화 가스의 공급원(22s)과 접속된다. 가스 노즐(22)은 수직 부분이 처리 용기(1) 내에 마련된다. 가스 노즐(22)의 수직 부분에는, 보트(5)의 기판 지지 범위에 대응하는 상하 방향의 길이에 걸쳐서 복수의 가스 구멍(22a)이 간격을 두고 마련된다. 가스 구멍(22a)은 예를 들어 처리 용기(1)의 중심 CT에 배향하고, 처리 용기(1)의 중심 CT를 향하여 수평 방향으로 질화 가스를 토출한다. 질화 가스는, 원료 가스를 질화하기 위한 가스이다. 질화 가스는, 예를 들어 암모니아 가스여도 된다. 질화 가스는, 히드라진 가스여도 된다.
가스 노즐(23)은 매니폴드(3)의 측벽을 내측으로 관통하여 상방으로 굴곡되어 수직으로 신장되는 L자 형상을 갖는다. 가스 노즐(23)은 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 가스 노즐(23)은 수소 가스의 공급원(23s)과 접속된다. 가스 노즐(23)은 수직 부분이 후술하는 플라스마 생성 공간(P)에 마련된다. 가스 노즐(23)의 수직 부분에는, 보트(5)의 기판 지지 범위에 대응하는 상하 방향의 길이에 걸쳐서 복수의 가스 구멍(23a)이 간격을 두고 마련된다. 가스 구멍(23a)은, 예를 들어 처리 용기(1)의 중심 CT에 배향하고, 처리 용기(1)의 중심 CT를 향하여 수평 방향으로 수소 가스를 토출한다. 가스 노즐(23)은 또한 불활성 가스의 공급원(도시하지 않음)과 접속되어도 된다. 불활성 가스는, 예를 들어 질소 가스여도 된다. 불활성 가스는, 헬륨 가스, 아르곤 가스 등의 희가스여도 된다.
가스 노즐(24)은 매니폴드(3)의 측벽을 관통하여 수평하게 신장되는 직관 형상을 갖는다. 가스 노즐(24)은 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 가스 노즐(24)은 불활성 가스의 공급원(24s)과 접속된다. 가스 노즐(24)은 선단 부분이 처리 용기(1) 내에 마련된다. 가스 노즐(24)은 선단 부분이 개구되어 있고, 개구로부터 처리 용기(1) 내에 불활성 가스를 공급한다. 불활성 가스는, 예를 들어 질소 가스여도 된다. 불활성 가스는, 헬륨 가스, 아르곤 가스 등의 희가스여도 된다.
플라스마 생성부(30)는 처리 용기(1)의 측벽의 일부에 마련된다. 플라스마 생성부(30)는 가스 노즐(23)로부터 공급되는 수소 가스로부터 플라스마를 생성한다. 플라스마 생성부(30)는 플라스마 구획벽(32)과, 한 쌍의 플라스마 전극(33)과, 급전 라인(34)과, RF 전원(35)과, 절연 보호 커버(36)를 갖는다.
플라스마 구획벽(32)은 처리 용기(1)의 외벽에 기밀하게 용접된다. 플라스마 구획벽(32)은 예를 들어 석영에 의해 형성된다. 플라스마 구획벽(32)은 단면 오목형을 이루고, 처리 용기(1)의 측벽에 형성된 개구(31)를 덮는다. 개구(31)는 보트(5)에 지지되는 모든 기판(W)을 상하 방향으로 커버할 수 있도록, 상하 방향으로 가늘고 길게 형성된다. 플라스마 구획벽(32)에 의해 규정됨과 함께 처리 용기(1) 내와 연통되는 내측 공간인 플라스마 생성 공간(P)에는 가스 노즐(23)이 배치된다. 가스 노즐(21) 및 가스 노즐(22)은 플라스마 생성 공간(P)의 외부의 처리 용기(1)의 내측벽을 따른 기판(W)에 가까운 위치에 마련된다.
한 쌍의 플라스마 전극(33)은 각각 가늘고 긴 형상을 갖고, 플라스마 구획벽(32)의 양측의 벽의 외면에, 상하 방향을 따라서 대향하여 배치된다. 각 플라스마 전극(33)의 하단에는, 급전 라인(34)이 접속된다.
급전 라인(34)은 각 플라스마 전극(33)과 RF 전원(35)을 전기적으로 접속한다. 급전 라인(34)은 예를 들어 일단이 각 플라스마 전극(33)의 짧은 변의 측부인 하단에 접속되고, 타단이 RF 전원(35)과 접속된다.
RF 전원(35)은, 각 플라스마 전극(33)의 하단에 급전 라인(34)을 통해 전기적으로 접속된다. RF 전원(35)은, 한 쌍의 플라스마 전극(33)에 예를 들어 13.56MHz의 RF 전력을 공급한다. 이에 의해, 플라스마 구획벽(32)에 의해 규정된 플라스마 생성 공간(P)에, RF 전력이 공급된다.
절연 보호 커버(36)는 플라스마 구획벽(32)의 외측에, 해당 플라스마 구획벽(32)을 덮도록 설치된다. 절연 보호 커버(36)의 내측 부분에는, 냉매 통로(도시하지 않음)가 마련된다. 냉매 통로에 냉각된 질소 가스 등의 냉매를 흘림으로써, 플라스마 전극(33)이 냉각된다. 플라스마 전극(33)과 절연 보호 커버(36) 사이에, 플라스마 전극(33)을 덮도록 실드(도시하지 않음)가 마련되어도 된다. 실드는, 예를 들어 금속 등의 양도체에 의해 형성되고, 전기적으로 접지된다.
배기부(40)는 개구(31)에 대향하는 처리 용기(1)의 측벽 부분에 형성된 배기구(41)에 마련된다. 배기구(41)는 보트(5)에 대응하여 상하로 가늘고 길게 형성된다. 처리 용기(1)의 배기구(41)에 대응하는 부분에는, 배기구(41)를 덮도록 단면 U자 형상으로 성형된 커버 부재(42)가 설치된다. 커버 부재(42)는 처리 용기(1)의 측벽을 따라 상방으로 연장된다. 커버 부재(42)의 하부에는, 배기 배관(43)이 접속된다. 배기 배관(43)에는, 가스의 유통 방향의 상류로부터 하류를 향하여 차례로, 압력 조정 밸브(44) 및 진공 펌프(45)가 마련된다. 배기부(40)는 제어부(90)의 제어에 기초하여 압력 조정 밸브(44) 및 진공 펌프(45)를 동작시켜, 진공 펌프(45)에 처리 용기(1) 내의 가스를 흡인하면서, 압력 조정 밸브(44)에 의해 처리 용기(1) 내의 압력을 조정한다.
가열부(50)는 히터(51)를 포함한다. 히터(51)는 처리 용기(1)의 직경 방향 외측에 있어서 처리 용기(1)를 둘러싸는 원통 형상을 갖는다. 히터(51)는 처리 용기(1)의 측주위 전체를 가열함으로써, 처리 용기(1) 내에 수용된 각 기판(W)을 가열한다.
제어부(90)는 예를 들어 성막 장치(100)의 각 부의 동작을 제어한다. 제어부(90)는 예를 들어 컴퓨터여도 된다. 또한, 성막 장치(100)의 각 부의 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은, 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는, 예를 들어 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 하드 디스크, 플래시 메모리, DVD여도 된다.
〔성막 장치의 동작〕
실시 형태에 관한 성막 방법을 성막 장치(100)에 있어서 실시하는 경우의 성막 장치(100)의 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 제어부(90)는 암(13)을 상승시켜 복수매의 기판(W)을 보유 지지한 보트(5)를 처리 용기(1) 내에 반입하고, 덮개(9)에 의해 처리 용기(1)의 하단의 개구를 기밀하게 폐색하여 밀폐한다. 계속해서, 제어부(90)는 처리 용기(1) 내가 설정 압력이 되도록 배기부(40)를 제어하고, 기판(W)이 설정 온도가 되도록 가열부(50)를 제어한다. 설정 온도는, 예를 들어 300℃ 이상 700℃ 이하의 온도여도 된다.
다음으로, 제어부(90)는 퍼지 공정 S2를 실시하도록 성막 장치(100)의 각 부를 제어한다. 예를 들어, 제어부(90)는 기판(W)을 설정 온도로 유지한 상태에서, 가스 노즐(24)로부터 처리 용기(1) 내에 불활성 가스를 공급하도록 가스 공급부(20) 및 가열부(50)를 제어한다. 이에 의해, 기판(W)의 표면이 퍼지된다.
다음으로, 제어부(90)는 흡착 공정 S3을 실시하도록 성막 장치(100)의 각 부를 제어한다. 예를 들어, 제어부(90)는 기판(W)을 설정 온도로 유지한 상태에서, 가스 노즐(21)로부터 처리 용기(1) 내에 원료 가스를 공급하도록 가스 공급부(20) 및 가열부(50)를 제어한다. 이에 의해, 기판(W)의 표면에 원료 가스가 흡착된다. 제어부(90)는 가스 노즐(21)로부터 처리 용기(1) 내에 원료 가스를 공급한 후에, 처리 용기(1) 내로의 원료 가스의 공급 및 처리 용기(1) 내로부터의 원료 가스의 배출을 정지한 상태를 유지하도록 가스 공급부(20), 배기부(40) 및 가열부(50)를 제어해도 된다. 이 경우, 기판(W)의 표면에 대한 원료 가스의 흡착이 촉진된다. 흡착 공정 S3의 시간은, 예를 들어 60초여도 된다.
다음으로, 제어부(90)는 퍼지 공정 S4를 실시하도록 성막 장치(100)의 각 부를 제어한다. 예를 들어, 제어부(90)는 기판(W)을 설정 온도로 유지한 상태에서, 가스 노즐(24)로부터 처리 용기(1) 내에 불활성 가스를 공급하도록 가스 공급부(20) 및 가열부(50)를 제어한다. 이에 의해, 기판(W)의 표면이 퍼지된다.
다음으로, 제어부(90)는 열질화 공정 S5를 실시하도록 성막 장치(100)의 각 부를 제어한다. 예를 들어, 제어부(90)는 기판(W)을 설정 온도로 유지한 상태에서, 가스 노즐(22)로부터 처리 용기(1) 내에 질화 가스를 공급하도록 가스 공급부(20) 및 가열부(50)를 제어한다. 이에 의해, 질화 가스의 분위기 중에서 기판(W)이 열처리되어, 기판(W)의 표면에 흡착된 원료 가스가 열질화된다. 열질화 공정 S5의 시간은, 예를 들어 60초여도 된다.
다음으로, 제어부(90)는 판정 공정 S6을 실시한다. 예를 들어, 제어부(90)는 퍼지 공정 S2부터 열질화 공정 S5를 설정 횟수 실시하였는지 여부를 판정한다. 실시 횟수가 설정 횟수에 도달하지 않은 경우, 제어부(90)는 퍼지 공정 S2부터 열질화 공정 S5를 다시 실시하도록 성막 장치(100)의 각 부를 제어한다. 실시 횟수가 설정 횟수에 도달한 경우, 퍼지 공정 S7으로 진행한다. 이와 같이, 제어부(90)는 실시 횟수가 설정 횟수에 도달할 때까지 퍼지 공정 S2부터 열질화 공정 S5을 이 순서로 행하는 처리를 반복하도록 성막 장치(100)의 각 부를 제어한다.
다음으로, 제어부(90)는 퍼지 공정 S7을 실시하도록 성막 장치(100)의 각 부를 제어한다. 예를 들어, 제어부(90)는 기판(W)을 설정 온도로 유지한 상태에서, 가스 노즐(24)로부터 처리 용기(1) 내에 불활성 가스를 공급하도록 가스 공급부(20) 및 가열부(50)를 제어한다. 이에 의해, 기판(W)의 표면이 퍼지된다.
다음으로, 제어부(90)는 개질 공정 S8을 실시하도록 성막 장치(100)의 각 부를 제어한다. 예를 들어, 제어부(90)는 기판(W)을 설정 온도로 유지한 상태에서, 가스 노즐(23)로부터 수소 가스를 공급함과 함께, RF 전원(35)으로부터 한 쌍의 플라스마 전극(33)에 RF 전력을 공급하도록 가스 공급부(20), 플라스마 생성부(30) 및 가열부(50)를 제어한다. 이에 의해, 수소 플라스마에 기판(W)이 노출되어, 열질화된 원료 가스가 개질된다. 개질 공정 S8의 시간은, 예를 들어 5초 이상 180초 이하여도 된다.
다음으로, 제어부(90)는 판정 공정 S9를 실시한다. 예를 들어, 제어부(90)는 퍼지 공정 S2부터 개질 공정 S8을 설정 횟수 실시하였는지 여부를 판정한다. 실시 횟수가 설정 횟수에 도달하지 않은 경우, 제어부(90)는 퍼지 공정 S2부터 개질 공정 S8을 다시 실시하도록 성막 장치(100)의 각 부를 제어한다. 실시 횟수가 설정 횟수에 도달한 경우, 처리를 종료한다. 이와 같이, 제어부(90)는 실시 횟수가 설정 횟수에 도달할 때까지 퍼지 공정 S2부터 개질 공정 S8을 이 순서로 행하는 처리를 반복하도록 성막 장치(100)를 제어한다.
다음으로, 제어부(90)는 처리 용기(1) 내를 대기압으로 승압하고, 처리 용기(1) 내를 반출 온도로 강온시킨 후, 암(13)을 하강시켜 보트(5)를 처리 용기(1) 내로부터 반출시킨다. 이상에 의해, 복수매의 기판(W)에 대한 처리가 종료된다.
〔실시예〕
실시 형태에 관한 성막 방법에 의해 형성되는 SiCN막의 막 특성을 평가한 실시예에 대하여 설명한다.
<실시예 1>
실시예 1에서는, 실시 형태에 관한 성막 방법에 의해 SiCN막을 형성하고, 형성한 SiCN막의 1사이클당의 성막량인 GPC(Growth Per Cycle)를 측정하였다.
도 7은 SiCN막의 GPC를 도시하는 도면이다. 도 7에 있어서, 횡축은 기판 온도[℃]를 나타내고, 종축은 SiCN막의 GPC[Å/사이클]를 나타낸다.
도 7에 나타나는 바와 같이, SiCN막의 GPC는, 기판 온도가 430℃인 경우에 약 0.5Å/사이클이고, 기판 온도가 550℃인 경우에 약 0.75Å/사이클이고, 기판 온도가 630℃인 경우에 약 1.5Å/사이클인 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 플라스마를 사용하지 않는 열질화 프로세스에 있어서, 430℃ 이상 630℃ 이하의 비교적 저온의 온도 범위에서 SiCN막을 형성할 수 있다는 것이 나타났다. 이것은, 열질화된 SiCN막이 수소 플라스마에 노출됨으로써, 표면에 존재하는 -NH 표면의 말단의 H가 탈리되어, H의 탈리에 의해 활성화 에너지가 낮아져, 기판이 수소 플라스마에 노출되지 않는 경우와 비교하여 SiN 결합 형성이 용이해지기 때문이라고 생각된다.
<실시예 2>
실시예 2에서는, 실시 형태에 관한 성막 방법에 의해 SiCN막을 형성하고, X선 광전자 분광(XPS: X-ray Photoelectron Spectroscopy)법에 의해, 형성한 SiCN막의 막 조성을 측정하였다. 실시예 2에서는, 성막 장치(100)의 처리 용기(1) 내에 기판을 수용하고, 퍼지 공정 S2부터 판정 공정 S9를 실시하였다. 실시예 2에서는, 퍼지 공정 S2부터 판정 공정 S9를 실시할 때의 기판 온도를 450℃, 550℃, 630℃의 3조건으로 하고, 각각에 있어서 개질 공정 S8의 시간을 0초, 30초, 60초의 3조건으로 하였다.
도 8은 SiCN막의 막 조성을 도시하는 도면이다. 도 8은 각 조건에서 형성된 SiCN막에 포함되는 규소(Si), 산소(O), 탄소(C) 및 질소(N)의 비율[at％]을 나타낸다.
도 8에 나타나는 바와 같이, 기판 온도가 450℃, 550℃, 630℃의 어느 경우도, 개질 공정 S8이 있는 경우, 개질 공정 S8이 없는 경우(개질 공정 S8의 시간이 0초인 경우)보다도 SiCN막 중의 산소의 비율이 낮은 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 열질화된 SiCN막이 수소 플라스마에 노출됨으로써, SiCN막이 안정화되어, 산화되기 어려운 SiCN막이 형성된다고 생각된다.
도 8에 나타나는 바와 같이, 기판 온도가 450℃인 경우, 개질 공정 S8의 시간을 30초로부터 60초로 길게 함으로써, SiCN막 중의 산소의 비율이 낮아지고, 질소의 비율이 높아지는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 기판 온도가 450℃인 경우, 개질 공정 S8의 시간을 변경함으로써, SiCN막의 막 조성을 조정할 수 있다고 생각된다.
도 8에 나타나는 바와 같이, 기판 온도가 630℃인 경우, 개질 공정 S8의 시간을 30초로부터 60초로 길게 해도 SiCN막 중의 규소, 산소, 탄소 및 질소의 비율이 거의 변화하지 않는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 기판 온도가 630℃인 경우, 개질 공정 S8의 시간이 짧아도 SiCN막이 안정화되어, 산화되기 어려운 SiCN막이 형성된다고 생각된다.
<실시예 3>
실시예 3에서는, 실시예 2와 동일한 조건에서 형성된 SiCN막의 밀도를 측정하였다.
도 9는 SiCN막의 밀도를 도시하는 도면이다. 도 9에 있어서, 횡축은 개질 공정 S8의 시간[초]을 나타내고, 종축은 SiCN막의 밀도[g/cm3]를 나타낸다. 도 9에 있어서, 동그라미 표시는 기판 온도가 450℃인 경우의 결과를 나타내고, 삼각 표시는 기판 온도가 550℃인 경우의 결과를 나타내고, 사각 표시는 기판 온도가 630℃인 경우의 결과를 나타낸다.
도 9에 나타나는 바와 같이, 기판 온도가 450℃, 550℃, 630℃의 어느 경우도, 개질 공정 S8이 있는 경우, 개질 공정 S8이 없는 경우보다도 SiCN막의 밀도가 높은 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 열질화된 SiCN막이 수소 플라스마에 노출됨으로써, SiCN막이 고밀도화된다고 생각된다.
<실시예 4>
실시예 4에서는, 실시예 2와 동일한 조건에서 형성된 SiCN막의 WER(Wet Etching Rate)을 측정하였다. 실시예 4에서는, SiCN막이 형성된 기판을 50％의 불화수소산(HF)에 침지시켰을 때의 SiCN막의 에칭 속도를 WER로 하였다.
도 10은 SiCN막의 WER을 도시하는 도면이다. 도 10에 있어서, 횡축은 개질 공정 S8의 시간[초]을 나타내고, 종축은 SiCN막의 WER[Å/min]을 나타낸다. 도 10에 있어서, 동그라미 표시는 기판 온도가 450℃인 경우의 결과를 나타내고, 삼각 표시는 기판 온도가 550℃인 경우의 결과를 나타내고, 사각 표시는 기판 온도가 630℃인 경우의 결과를 나타낸다.
도 10에 나타나는 바와 같이, 기판 온도가 450℃, 550℃에서는, 개질 공정 S8이 있는 경우, 개질 공정 S8이 없는 경우보다도 SiCN막의 WER이 작은 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 열질화된 SiCN막이 수소 플라스마에 노출됨으로써, 불화수소산에 대한 에칭 내성이 향상된다고 생각된다.
<실시예 5>
실시예 5에서는, 푸리에 변환 적외 분광(FTIR: Fourier Transform Infrared Spectroscopy)법에 의해, 실시예 2와 동일한 조건에서 형성된 SiCN막의 결합 상태를 측정하였다.
도 11은, SiCN막의 결합 상태를 도시하는 도면이며, 기판 온도가 450℃인 경우의 SiCN막의 FTIR 스펙트럼을 나타낸다. 도 11에 있어서, 횡축은 파수[cm-1]를 나타내고, 종축은 흡광도를 나타낸다. 도 11에 있어서, 개질 공정 S8의 시간이 60초, 30초, 0초인 결과를 각각 실선, 파선, 일점쇄선으로 나타낸다.
도 11에 나타나는 바와 같이, 개질 공정 S8이 없는 경우에는 Si-CH3 결합에서 유래되는 피크가 나타나 있는 것에 비해, 개질 공정 S8이 있는 경우에는 Si-CH3 결합에서 유래되는 피크가 거의 나타나 있지 않은 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 열질화된 SiCN막이 수소 플라스마에 노출됨으로써, 말단기가 제거된다고 생각된다.
도 11에 나타나는 바와 같이, 개질 공정 S8이 없는 경우에는 Si-O 결합에서 유래되는 피크가 나타나 있는 것에 비해, 개질 공정 S8이 있는 경우에는 Si-O 결합에서 유래되는 피크가 나타나 있지 않은 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 열질화된 SiCN막이 수소 플라스마에 노출됨으로써, 대기 중에서의 산화가 억제된다고 생각된다.
도 11에 나타나는 바와 같이, 개질 공정 S8이 없는 경우에는 Si-N 결합에서 유래되는 피크가 나타나 있지 않은 것에 비해, 개질 공정 S8이 있는 경우에는 Si-N 결합에서 유래되는 피크가 나타나 있는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 열질화된 SiCN막이 수소 플라스마에 노출됨으로써, Si-N 결합이 증가한다고 생각된다.
도 12는, SiCN막의 결합 상태를 도시하는 도면이며, 기판 온도가 550℃인 경우의 SiCN막의 FTIR 스펙트럼을 나타낸다. 도 12에 있어서, 횡축은 파수[cm-1]를 나타내고, 종축은 흡광도를 나타낸다. 도 12에 있어서, 개질 공정 S8의 시간이 60초, 30초, 0초인 결과를 각각 실선, 파선, 일점쇄선으로 나타낸다.
도 12에 나타나는 바와 같이, 개질 공정 S8의 시간이 30초인 경우, 기판 온도를 450℃로부터 550℃로 높게 함으로써, Si-N 결합에서 유래되는 피크가 커지는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 개질 공정 S8의 시간이 30초인 경우, 기판 온도를 450℃로부터 550℃로 높게 함으로써, Si-N 결합이 증가한다고 생각된다.
도 12에 나타나는 바와 같이, 개질 공정 S8이 없는 경우, 기판 온도가 450℃인 경우와 마찬가지의 FTIR 스펙트럼인 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 열질화된 SiCN막이 수소 플라스마에 노출되지 않는 경우, SiCN막이 대기 중에서 산화되기 쉽다고 생각된다.
도 13은, SiCN막의 결합 상태를 도시하는 도면이며, 기판 온도가 630℃인 경우의 SiCN막의 FTIR 스펙트럼을 나타낸다. 도 13에 있어서, 횡축은 파수[cm-1]를 나타내고, 종축은 흡광도를 나타낸다. 도 12에 있어서, 개질 공정 S8의 시간이 60초, 30초, 0초인 결과를 각각 실선, 파선, 일점쇄선으로 나타낸다.
도 13에 나타나는 바와 같이, 개질 공정 S8이 있는 경우, 개질 공정 S8이 없는 경우보다도 Si-N 결합에서 유래되는 피크가 큰 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 열질화된 SiCN막이 수소 플라스마에 노출됨으로써, Si-N 결합이 증가한다고 생각된다.
도 13에 나타나는 바와 같이, 기판 온도가 630℃인 경우, 개질 공정 S8이 없는 경우에도, Si-CH3 결합에서 유래되는 피크가 거의 나타나 있지 않고, Si-N 결합에서 유래되는 피크가 나타나 있는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 기판 온도가 630℃인 경우, 기판 온도가 450℃, 550℃인 경우보다도 개질 공정 S8이 SiCN막의 결합 상태에 미치는 영향이 작다고 생각된다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기의 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 취지를 일탈하는 일 없이, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
상기의 실시 형태에서는, 성막 장치가 복수의 기판에 대하여 한 번에 처리를 행하는 배치식의 장치인 경우를 설명하였지만, 본 개시는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 성막 장치는 기판을 1매씩 처리하는 매엽식의 장치여도 된다.
Claims (6)
- 규소 원자와 탄소 원자를 포함하는 환상 구조를 분자 중에 갖는 원료 가스를 기판에 공급하여, 상기 기판에 상기 원료 가스를 흡착시키는 공정과,
질화 가스를 포함하는 분위기 중에서 상기 기판을 열처리하여, 상기 기판에 흡착된 상기 원료 가스를 열질화하는 공정과,
수소 플라스마에 상기 기판을 노출시켜, 열질화된 상기 원료 가스를 개질하는 공정
을 갖는, 성막 방법. - 제1항에 있어서,
상기 흡착시키는 공정과, 상기 열질화하는 공정과, 상기 개질하는 공정을 이 순서로 행하는 처리를 복수 회 반복하는,
성막 방법. - 제1항에 있어서,
상기 흡착시키는 공정과 상기 열질화하는 공정을 이 순서로 복수 회 반복한 후에 상기 개질하는 공정을 행하는 처리를 복수 회 반복하는,
성막 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료 가스는, 규소 원자와 탄소 원자로 이루어지는 사원환 구조를 분자 중에 갖는,
성막 방법. - 제4항에 있어서,
상기 원료 가스는, 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄인,
성막 방법. - 처리 용기와,
상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급부와,
제어부
를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 처리 용기 내에 있어서,
규소 원자와 탄소 원자를 포함하는 환상 구조를 분자 중에 갖는 원료 가스를 기판에 공급하여, 상기 기판에 상기 원료 가스를 흡착시키는 공정과,
질화 가스를 포함하는 분위기 중에서 상기 기판을 열처리하여, 상기 기판에 흡착된 상기 원료 가스를 열질화하는 공정과,
수소 플라스마에 상기 기판을 노출시켜, 열질화된 상기 원료 가스를 개질하는 공정
을 행하도록 상기 가스 공급부를 제어하는,
성막 장치.
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