KR100606398B1 - Film formation method for semiconductor processing - Google Patents
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Abstract
반도체 처리용의 성막 방법은 피처리 기판(W)을 처리실내에 반입하기 전에 탑재대(32)를 프리코팅으로 피복하는 프리코팅 공정, 및 프리코팅 공정 후, 피처리 기판(W)을 처리실(21)내에 반입하여 피처리 기판(W) 상에 주요막을 형성하는 성막 공정을 포함한다. 프리코팅 공정은 제 1 및 제 2 공정을 여러회 반복함으로써, 복수의 세그먼트막을 적층하여 프리코팅을 형성한다. 제 1 공정에서는 제 1 및 제 2 처리 가스를 처리실(21)내에 공급하여, 탑재대(32) 상에 금속 원소를 포함하는 세그먼트막을 형성한다. 제 2 공정에서는, 금속 원소를 포함하지 않는 제 2 처리 가스를 처리실(21)내에 공급하여, 제 1 공정에서 생성된 세그먼트막을 형성하는 성분 이외의 부 생성물을 배기에 의해 처리실(21)로부터 제거한다.The film forming method for semiconductor processing includes a precoating step of coating the mounting table 32 with a precoating before bringing the substrate W into the processing chamber, and a processing chamber (W) after the precoating step. 21) to form a main film on the substrate W to be processed. In the pre-coating step, the first and second steps are repeated several times, whereby a plurality of segment films are laminated to form a pre-coating. In the first step, the first and second processing gases are supplied into the processing chamber 21 to form a segment film containing a metal element on the mounting table 32. In the second step, the second processing gas containing no metal element is supplied into the processing chamber 21 to remove side products other than the components forming the segment film generated in the first step from the processing chamber 21 by exhaust. .
Description
본 발명은 반도체 처리용의 성막 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판상에 CVD(chemical vapor deposition)에 의해 금속 원소를 포함하는 막을 형성하는 방법에 관한 것이다. 또한, 여기에서, 반도체 처리란, 반도체 웨이퍼나 LCD 기판 등의 피처리 기판상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정 패턴으로 형성함으로써 상기 피처리 기판상에 반도체 장치나, 반도체 장치에 접속되는 배선, 전극 등을 포함하는 구조물을 제조하기 위해 실시되는 다양한 처리를 의미한다.BACKGROUND OF THE
다층 배선 구조를 하는 반도체 장치는, 예컨대, 실리콘 기판 등의 반도체 웨이퍼의 표면에 성막과 패턴 에칭을 반복 실시함으로써 제조된다. 예컨대, 실리콘 기판과 그 위의 배선층과의 접속 부위나 상하 배선층간의 접속 부위에 있어서는, 하지층의 박리 방지, 또는 상하간에 있어서의 재료의 상호 확산을 억제하기 위해 배리어층이 형성된다. 이 배리어층으로서는, 예컨대, 열 CVD에 의해 형성된 TiN막 이 사용된다. TiN막의 하부막으로서 플라즈마 CVD에 의해 얇은 Ti막이 형성되는 경우와, 형성되지 않는 경우가 있다. A semiconductor device having a multilayer wiring structure is manufactured by, for example, repeatedly performing film formation and pattern etching on the surface of a semiconductor wafer such as a silicon substrate. For example, at the connection site between the silicon substrate and the wiring layer thereon, or the connection site between the upper and lower wiring layers, a barrier layer is formed in order to prevent peeling of the underlying layer or to suppress mutual diffusion of the material between the upper and lower sides. As this barrier layer, for example, a TiN film formed by thermal CVD is used. As a lower film of the TiN film, a thin Ti film may be formed by plasma CVD or may not be formed.
도 11은 배리어층을 형성하기 위한 종래의 CVD 장치를 나타내는 개략도이다. 이 장치는, 예컨대, 알루미늄으로 이루어진 진공 처리실(1)을 갖는다. 처리실(1)의 저면에는 배기구(11)가 형성된다. 처리실(1)의 내부에는 반도체 웨이퍼(W)를 수평으로 탑재하기 위한 탑재대(13)가 설치된다. 탑재대(13)는, 예컨대, 질화 알루미늄으로 이루어지며, 히터(12)를 내장한다. 탑재대(13)에 대향하도록, 처리 가스 공급용의 샤워 헤드(15)가 설치된다. 샤워 헤드(15)의 하면에는, 탑재대(13)에 탑재되는 웨이퍼(W)와 대향하는 위치에 다수의 가스 분출 구멍(14)이 형성된다. 성막시에는 탑재대(13)에 탑재한 웨이퍼(W)가 히터(12)에서 가열되는 동시에 샤워 헤드(15)로부터 처리 가스로서 TiCl4 및 NH3이 공급된다. 이 때, 하기 반응식 1의 반응이 일어나, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 TiN의 박막이 형성된다. 11 is a schematic diagram showing a conventional CVD apparatus for forming a barrier layer. This apparatus has, for example, a
이러한 성막 처리를 여러장의 웨이퍼(W)에 대하여 반복 실시하면, TiN은 진공 처리실(1)내의 벽 등에도 부착된다. 특히, 온도가 높은 탑재대(13) 주위에는, 예컨대, 도 12에 도시한 바와 같이 부착물(16)이 서서히 적층된다. 이 때문에 탑재대(13) 표면의 열 방사율이 변화되어, 설정 온도가 동일하더라도 탑재대(13)의 표면 온도에 차이가 발생하고, 웨이퍼면 사이의 막 두께의 균일성이 저하된다. 이 문제를 회피하는 위해, 웨이퍼(W)에 대하여 성막 처리를 실시하기에 앞서, 예컨대, 탑재대(13)의 표면 전체(상면, 하면, 및 측면)에 미리 TiN막을 형성시키는 프리코팅 처리라 불리는 공정이 이루어진다. 이 프리코팅 처리에 의해 형성되는 TiN막(프리코팅: pre-coating)에 대해서는, 예컨대, 0.5μm 이상의 두께가 있으면 상기 문제를 회피할 수 있음이 판명되었다. 또한, 이 프리코팅에 의해, 웨이퍼(W)에 성막을 할 때에, 처리실(1)을 구성하는 알루미늄재나, 탑재대(13)를 구성하는 세라믹재, 예컨대 AlN 중의 Al 등의 금속 불순물에 의해 상기 웨이퍼(W)가 오염되는 것도 억제된다. When the film formation process is repeatedly performed on the plurality of wafers W, TiN is also adhered to the wall or the like in the
종래의 프리코팅 공정은 다음과 같이 실시된다. 우선, 진공 처리실(1)내를 진공 배기하는 동시에 탑재대 온도를 600 내지 700℃까지 가열한다. 탑재대(13)의 온도가 안정되면 진공 처리실(1)내의 압력을 40Pa(0.3 Torr)로 한다. 프리플로우에 의해 가스 유량을 안정시킨 후, 처리 가스로서 TiCl4 가스를, 예컨대, 30 내지 50 sccm 정도의 유량으로, NH3 가스를, 예컨대, 400 sccm 정도의 유량으로 각각 동시에 진공 처리실(1)내에 공급한다. 양 처리 가스의 공급을, 예컨대, 15분 내지 20분 정도 실시한 후, 포스트 나이트라이드 처리를 위해 TiCl4 가스의 공급을 정지하고, NH3 가스만을, 예컨대, 1000 sccm 정도의 유량으로 공급하면서 소정 시간, 예컨대, 수십초 정도 진공 처리실(1)내의 진공 배기를 실시한다. 이에 따라, 탑재대(13)의 표면에는, 예컨대, 0.5 내지 2.0μm 정도의 TiN막(프리코팅)이 형성된다. 그 후, 프리코팅된 탑재대(13) 위에 웨이퍼(W)가 탑재되고, 각 성막법에 의 해 상기 웨이퍼(W)의 표면에, 예컨대, Ti막(18) 및 TiN막(19)이 형성된다(도 13 참조). The conventional precoating process is carried out as follows. First, the inside of the
그러나, 상기 TiN막의 성막법에서는 프리코팅 공정에 있어서 TiCl4 가스로부터 해리되거나, 또는 부생성된 염화물이 진공 처리실(1)내의 금속과 반응하여 금속염화물이 생성된다. 이 금속 염화물은 성막 공정에서 증발하여, 웨이퍼(W) 상의 막내에 도입된다. 상기 막내에 예정되어 있지 않은 금속이 혼입되면, 장치의 전기 특성에 악영향을 주어, 원료에 대한 제품 비율이 낮아진다. 이 때문에, 금속 혼입량은 가능한 한 억제해야 한다. 금속 혼입량의 허용 한계는 장치의 박막화가 진행되면 한층 더 심해진다.However, in the film deposition method of the TiN film, in the pre-coating step, the chloride dissociated from the TiCl 4 gas or by-produced chloride reacts with the metal in the
발명의 요약Summary of the Invention
본 발명의 목적은 반도체 처리용의 성막 방법에 있어서, 처리 용기내의 탑재대에 대한 프리코팅 처리 후에 피처리 기판 상에 형성되는 주요막내에 있어서의 금속 등의 불순물의 총량을 감소시키는 데에 있다.An object of the present invention is to reduce the total amount of impurities such as metal in a main film formed on a substrate to be processed after precoating to a mounting table in a processing container in the film forming method for semiconductor processing.
본 발명의 제 1 관점은 기밀한 처리실내의 탑재대에 탑재된 피처리 기판 상에 금속 원소를 포함하는 막을 형성하기 위한 반도체 처리용 성막 방법으로서,A first aspect of the present invention is a film forming method for semiconductor processing for forming a film containing a metal element on a substrate to be mounted on a mounting table in an airtight processing chamber,
(a) 상기 피처리 기판을 상기 처리실내에 반입하기 전에 상기 탑재대를 프리코팅으로 피복하는 프리코팅 공정, 및(a) a precoating step of coating the mounting table with a precoating before bringing the substrate to be processed into the processing chamber, and
(b) 상기 프리코팅 공정 후, 상기 피처리 기판을 상기 처리실내에 반입하여 상기 피처리 기판상에 주요막을 형성하는 성막 공정을 포함하되, (b) a film forming step of bringing the substrate to be processed into the processing chamber after the precoating step to form a main film on the substrate;
상기 프리코팅 공정이 상기 탑재대를 가열하는 동시에 상기 처리실내를 배기시키면서, 상기 금속 원소를 포함하는 원료 가스를 포함하는 제 1 처리 가스를 상기 처리실내에 공급하여, 상기 탑재대에 상기 금속 원소를 포함하는 세그먼트막을 형성하는 제 1 공정, 및 상기 탑재대를 가열하는 동시에 상기 처리실내를 배기시키면서, 금속 원소를 포함하는 원료 가스를 포함하지 않는 제 2 처리 가스를 상기 처리실내에 공급하여, 상기 제 1 공정에서 생성된 상기 세그먼트막을 형성하는 성분 이외의 부 생성물을 배기에 의해 상기 처리실에서 제거하는 제 2 공정을, 여러회 반복함으로써, 복수의 세그먼트막을 적층하여 상기 프리코팅을 형성하는 공정을 포함하고,The precoating step heats the mounting table and exhausts the inside of the processing chamber, while supplying the first processing gas containing the source gas containing the metal element into the processing chamber to supply the metal element to the mounting table. A first step of forming a segment film to be included and a second processing gas containing no source gas containing a metal element are supplied into the processing chamber while heating the mounting table and evacuating the interior of the processing chamber. And repeating the second step of removing the subproducts other than the components forming the segment film generated in one step from the process chamber by exhausting a plurality of times, thereby stacking a plurality of segment films to form the precoating. ,
상기 성막 공정이, 상기 피처리 기판을 상기 처리실내에 반입하여 상기 탑재대에 탑재하는 공정, 및 상기 탑재대를 가열하는 동시에 상기 처리실내를 배기시키면서, 상기 제 1 및 제 2 처리 가스를 상기 처리실내에 공급하여 상기 피처리 기판 상에 상기 금속 원소를 포함하는 상기 주요막을 형성하는 공정을 포함한다.The said film-forming process carries out the process of carrying out the said 1st and 2nd process gas, carrying in the said process board | substrate into the said process chamber and mounting in the said mounting table, and heating the said mounting table, and exhausting the inside of the said processing chamber. Supplying to the room to form the main film including the metal element on the substrate to be processed.
본 발명의 제 2 관점은 기밀한 처리실내의 탑재대에 탑재된 피처리 기판 상에 금속 원소를 포함하는 막을 형성하기 위해, 상기 처리실에 상기 금속 원소를 포함하는 제 1 처리 가스와 상기 제 1 처리 가스의 분해를 보조하는 제 2 처리 가스를 공급하면서 상기 피처리 기판 상에 상기 금속 원소를 포함하는 막을 형성하기 위한 CVD 방법으로서,A second aspect of the present invention provides a first processing gas containing the metal element and the first treatment in the processing chamber for forming a film containing the metal element on a substrate to be mounted on a mounting table in an airtight processing chamber. A CVD method for forming a film containing the metal element on the substrate to be treated while supplying a second processing gas that assists decomposition of the gas,
(a) 상기 피처리 기판을 상기 처리실내에 반입하기 전에 상기 탑재대를 프리 코팅으로 피복하는 프리코팅 공정, 및(a) a precoating step of coating the mounting table with a pre-coating before bringing the substrate to be processed into the processing chamber, and
(b) 상기 프리코팅 공정 후, 상기 피처리 기판을 상기 처리실내에 반입하여 상기 피처리 기판 상에 주요막을 형성하는 성막 공정을 포함하되,(b) a film forming process of bringing the substrate to be processed into the processing chamber after the precoating process to form a main film on the substrate;
상기 프리코팅 공정은, 상기 탑재대를 가열하는 동시에 상기 처리실내를 배기시키면서, 상기 제 1 및 제 2 처리 가스를 상기 처리실내에 공급하여 상기 탑재대에 상기 금속 원소를 포함하는 세그먼트막을 형성하는 제 1 공정, 및 상기 제 1 처리 가스를 정지시키는 한편, 상기 탑재대를 가열하는 동시에 상기 처리실내를 배기시키면서, 상기 제 2 처리 가스를 상기 처리실내에 공급하여, 상기 제 1 처리 가스의 분해 또는 반응에 의해 생성된 중간체와 상기 제 2 처리 가스를 반응시켜 부 생성물을 생성시키고, 상기 부 생성물을 배기에 의해 상기 처리실로부터 제거하는 제 2 공정을, 여러회 반복함으로써, 복수의 세그먼트막을 적층하여 상기 프리코팅을 형성하는 공정을 포함하며, 여기에서, 상기 제 1 및 제 2 공정에서 실질적으로 공통된 처리 온도 및 처리 압력을 사용하여 상기 부 생성물이 처리 온도 및 처리 압력에서 승화되는 공정이고,The pre-coating step includes: forming a segment film containing the metal element in the mounting table by supplying the first and second processing gases into the processing chamber while heating the mounting table and exhausting the processing chamber. The second process gas is supplied into the process chamber while the first process gas and the first process gas are stopped and the mounting table is heated and the process chamber is evacuated, thereby decomposing or reacting the first process gas. A plurality of segment films are laminated by repeating the second process of reacting the intermediate produced by the second process gas with the second processing gas to remove the secondary product from the treatment chamber by exhausting a plurality of times. A process of forming a coating, wherein treatment temperatures and treatments are substantially common in the first and second processes Using the force and the step at which the by-product sublimed in the process temperature and process pressure,
상기 성막 공정은, 상기 피처리 기판을 상기 처리실내에 반입하여 상기 탑재대에 탑재하는 공정, 및 상기 탑재대를 가열하는 동시에 상기 처리실내를 배기시키면서, 상기 제 1 및 제 2 처리 가스를 상기 처리실내에 공급하여 상기 피처리 기판 상에 상기 금속 원소를 포함하는 상기 주요막을 형성하는 공정을 포함하는 공정이다. The film forming step includes the steps of bringing the substrate to be processed into the processing chamber and mounting the substrate on the mounting table, and heating the mounting table and exhausting the processing chamber while exhausting the first and second processing gases. And a step of forming the main film containing the metal element on the substrate to be processed by supplying it indoors.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 CVD 장치를 나타내는 종단면도이다. 1 is a longitudinal sectional view showing a CVD apparatus according to a first embodiment of the present invention.
도 2의 (A) 내지 (C)는 제 1 실시 형태에 따른 성막 방법을 공정순으로 도시한 도면이다.2A to 2C are diagrams showing the film forming method according to the first embodiment in order of process.
도 3은 제 1 실시 형태에 따른 성막 방법에서 사용되는 프리코팅 처리에 있어서의 가스의 공급 중단 및 압력의 제어를 시계열에 따라 도시한 도면이다.3 is a diagram showing, in time series, control of supply of gas and control of pressure in the precoating process used in the film forming method according to the first embodiment.
도 4는 제 1 실시 형태의 변경예에 따른 성막 방법에서 사용되는 프리코팅 처리에 있어서의 가스의 공급 중단 및 압력의 제어를 시계열에 따라 도시한 도면이다.FIG. 4 is a view showing, in time series, control of supply of gas and control of pressure in the precoating process used in the film forming method according to the modification of the first embodiment.
도 5는 제 1 실시 형태에 따른 성막 방법에 관한 실험 결과를 도시한 도면이다.FIG. 5 is a diagram showing an experiment result regarding the film formation method according to the first embodiment. FIG.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 CVD 장치를 도시한 종단면도이다. 6 is a longitudinal sectional view showing a CVD apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 7은 제 2 실시 형태에 따른 성막 방법에서 사용되는 프리코팅 처리에 있어서의 각 공정의 처리 조건을 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the processing conditions of each process in the precoat process used by the film-forming method which concerns on 2nd Embodiment.
도 8은 제 2 실시 형태에 따른 성막 방법에 있어서의 프리코팅 시퀀스의 반복 회수와 Fe 농도와의 관계를 나타내는 도면이다.FIG. 8 is a diagram showing a relationship between the number of repetitions of the precoating sequence and the Fe concentration in the film forming method according to the second embodiment. FIG.
도 9는 아이들링(장시간 정지) 후의 퍼지 처리에 있어서의 각 공정의 처리 조건을 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the processing conditions of each process in the purge process after idling (long time stop).
도 10은 도 9에 나타낸 퍼지 처리에 관한 실험 결과를 나타내는 도면이다.FIG. 10 is a diagram showing experimental results relating to the purge process shown in FIG. 9. FIG.
도 11은 종래의 CVD 장치를 도시한 개략도이다. 11 is a schematic diagram showing a conventional CVD apparatus.
도 12는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.12 is a view for explaining the problems of the prior art.
도 13은 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.13 is a view for explaining the problems of the prior art.
본 발명자들은 본 발명의 개발 과정에 있어서, 도 11에 도시한 CVD 장치로 실시되는 종래의 성막 방법의 문제점에 대하여 연구하였다. 그 결과, 이하에 설명하는 바와 같은 지견을 얻었다.The present inventors studied the problems of the conventional film formation method performed by the CVD apparatus shown in FIG. 11 in the development process of this invention. As a result, knowledge as described below was obtained.
TiN막의 성막 처리에 있어서, 처리실(1)의 내면 및 샤워 헤드(15)의 표면 등은 탑재대(13)에 비해 온도가 낮기 때문에 TiN막은 붙지 않거나, 또는 거의 붙지 않는다. 단, 샤워 헤드(15)에는 탑재대(13)와의 거리가 짧을 때에는 막이 붙는 경우도 있다. TiN막의 성막 처리에 있어서, TiCl4 가스 또는 TiCl4 가스와 NH3
가스의 혼합 가스를, 예컨대, 15 내지 20분 동안의 장시간 동안 흘린다. 이 경우, TiCl4 가스의 열 분해에 의해, 또는 TiCl4 가스와 NH3 가스와의 반응에 의해 염화수소(HCl)가 생성된다. HCl은 처리실(1) 등의 금속 부분의 표면부와 반응하여 많은 금속 염화물을 생성한다. 이 금속 염화물은 웨이퍼(W)의 성막시에 확산하여 웨이퍼(W) 상의 박막내에 도입되어, 금속 오염량이 증대하는 요인의 하나가 된다.In the film formation process of the TiN film, the inner surface of the
프리코팅시에 금속 화합물이 생성되고, 그 때문에 웨이퍼(W) 상에 성막되는 박막내에 불순물 금속이 도입되는 문제는 TiN막의 성막 프로세스 이외에도 있다. 예컨대, PET(펜타에톡시탄탈)과 O2 가스를 반응시켜서 Ta2O5막을 형성하는 경우에도 미리 프리코팅을 탑재대의 표면에 형성한다. 이 경우, 처리실내의 안정된 금속 염화물이 프리코팅 공정에 있어서 처리 가스와 반응하여, 불안정한 물질이 되어 처리실내에 확산된다. 또한, 이 금속 염화물은 클리닝 공정에서 사용된 ClF3 가스와 처리실(1) 등의 금속 부분의 표면부와의 반응에 의해 생성된 것이라 생각된다.A metal compound is produced during precoating, and therefore, a problem that an impurity metal is introduced into the thin film formed on the wafer W is in addition to the film forming process of the TiN film. For example, even when a Ta 2 O 5 film is formed by reacting PET (pentaethoxy tantalum) with O 2 gas, precoating is formed on the surface of the mount in advance. In this case, the stable metal chloride in the processing chamber reacts with the processing gas in the precoating step to become an unstable substance and diffuse into the processing chamber. In addition, the metal chloride is thought that generated by the reaction with the ClF 3 gas and the processing chamber (1) a surface portion of the metal parts, such as used in the cleaning step.
이하에, 이러한 지견에 따라서 구성된 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 대략 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 중복 설명은 필요한 경우에만 한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, embodiment of this invention comprised according to such knowledge is demonstrated with reference to drawings. In addition, in the following description, the same code | symbol is attached | subjected about the component which has substantially the same function and structure, and the duplicate description is only needed when necessary.
(제 1 실시 형태)(1st embodiment)
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 CVD 장치를 나타내는 개략도이다. 이 장치는, 예컨대, 알루미늄으로 이루어진 원통형의 진공 처리실(21)을 갖는다. 진공 처리실(21)의 저면 중앙에는 배기실(23)을 이루는 오목부가 형성된다. 배기실(23)의 측면은 배기관(24)을 통해서 처리실(21)내를 소정의 진공압으로 유지하기 위한 진공 배기부(25)에 접속된다. 처리실(21)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반출입을 하기 위한 게이트 벨브(26)가 설치된다. 1 is a schematic view showing a CVD apparatus according to a first embodiment of the present invention. This apparatus has, for example, a cylindrical
처리실(21)의 내부에는 배기실(23)의 저면으로부터 상방으로 연장되는 지주(31)에 의해 하방측을 지지받는 원판형의 탑재대(서셉터)(32)가 설치된다. 탑재대(32)는 세라믹재, 예컨대, 질화 알루미늄(AlN)에 의해 구성된다. 탑재대(32)의 상면은 피처리 기판인 웨이퍼(W)보다 약간 크며, 또한 웨이퍼(W)를 대략 수평으 로 탑재할 수 있도록 형성된다. 탑재대(32)의 외연부에는 상면에서 측면에 걸쳐서 탑재대(32)의 표면을 덮는 동시에, 웨이퍼(W)를 가이드하는, 예컨대, 알루미나(Al2O3)로 이루어진 가이드 링(33)이 설치된다. Inside the
탑재대(32)의 내부에는, 예컨대, 저항 가열체를 이용하여 이루어진 히터(34)가 매설된다. 히터(34)는, 예컨대, 처리실(21) 밖에 설치된 전력 공급부(35)에 의해, 각 용도에 따라서 온도 제어된다. 이에 따라, 후술하는 성막 공정에 있어서 웨이퍼(W)의 전면을 균등하게 승온시키고, 또는 프리코팅 공정에 있어서 탑재대 표면을 소정 온도까지 승온시킬 수 있다.In the mounting table 32, a
탑재대(32)에는 게이트 벨브(26)을 통해 진입해 온 반송 아암(도시하지 않음)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 하기 위한 리프트 핀(36)(실제로는, 예컨대, 3개 있음)이 설치된다. 리프트 핀(36)은 탑재대(32)에 대하여 돌출 또는 함몰 가능하다. 리프트 핀(36)의 승강은 이들의 하단부를 지지하는 지지 부재(37)를 통해 승강 기구(38)의 작용에 의해 이루어진다.The
처리실(21)의 천정부에는 절연 부재(41)를 통해 샤워 헤드(4)가 설치된다. 샤워 헤드(4)는 2 계통의 가스가 그 내부에서 서로 혼합되는 것을 방지하면서, 각각이 독립적으로 탑재대(32)를 향해 균일하게 공급되는 포스트 믹스 타입의 구조를 이룬다. 샤워 헤드(4)는, 예컨대, 알루미늄 또는 니켈로 이루어진 3개의 판형 부품(상단부(4a), 중단부(4b), 하단부(4c))을 상하에 중첩한 구성으로 이루어진다. 제 1 가스 공급관(5a)에 접속되는 제 1 유로(42), 및 제 2 가스 공급관(5b)에 접속 되는 제 2 유로(43)가 각 부품(4a, 4b, 4c)에 분할하여 형성된다. 각 부품 사이에는 가스가 확산되는 공간이 마련되고, 그 공간을 통해 하단부(4c)의 하면에 형성된 가스 분출 구멍(44, 45)에 각각 연통된다.The
제 1 및 제 2 가스 공급관(5a, 5b)으로의 가스의 공급은 각각의 상류측에 설치된 가스 공급 기구(50)부터 실시된다. 가스 공급 기구(50)에는 클리닝 가스 공급원(51)과, 성막 가스 공급원(52)과, 제 1 캐리어 가스 공급원(53)과, 암모니아 가스 공급원(54)과, 제 2 캐리어 가스 공급원(55)이 설치된다. 클리닝 가스 공급원(51)은 클리닝 가스, 예컨대, ClF3 가스를 공급한다. 성막 가스 공급원(52)은 성막 성분을 이루는 Ti를 함유하는 처리 가스인 사염화티탄(TiCl4) 가스를 공급한다. 제 1 캐리어 가스 공급원(53)은 TiCl4 가스의 공급시에 캐리어로서 사용되는 가스, 예컨대, 질소(N2) 가스 등의 불활성 가스를 공급한다. 암모니아 가스 공급원(54)은 암모니아(NH3) 가스를 공급한다. 제 2 캐리어 가스 공급원(55)은 NH3 가스의 공급시에 사용되는 캐리어 가스, 예컨대, N2 가스를 공급한다.Supply of the gas to the 1st and 2nd
가스 공급 기구(50)의 배관에는 밸브(V1 내지 V10), 매스플로우 컨트롤러(M 1 내지 M5) 등이 설치된다. 제 1 가스 공급원(5a)으로부터는 처리실(21)을 거치지 않고 직접 배기관(24)에 가스를 배기하기 위한 바이패스로(5c)가 분기된다. 밸브(Va, Vc)를 전환함으로써, 가스가 처리실(21) 또는 바이패스로(5c)에 흐른다. Valves V1 to V10, mass
또한, 후술하는 바와 같이, NH3 가스는 프리코팅 처리에 있어서, "세그먼트 막 형성용 처리 가스"로 사용되는 동시에, "금속 염화물을 제거하기 위한 처리 가스"로서도 사용된다. 또한, TiCl4 가스는 "금속 화합물을 포함하는 처리 가스" 및 "금속과 할로겐 원소를 포함하는 화합물인 처리 가스" 모두에 상당한다.Further, as described later, NH 3 gas is in the pre-coating process, at the same time used as a "segment of film formation process gas", is also used as a "process gas for removing the metal chlorides". In addition, TiCl 4 gas corresponds to both "process gas containing a metal compound" and "process gas which is a compound containing a metal and a halogen element".
샤워 헤드(4)에는 정합기(46)를 통해서 RF(고주파) 전원부(47)가 접속된다. RF 전원부(47)는 성막 처리시에 있어서 웨이퍼(W)에 공급되는 성막 가스를 플라즈마화하여 성막 반응을 촉진시킨다. 승강 기구(38)에 있어서의 구동 제어, 전력 공급부(35)의 출력 제어, 진공 배기부(25)에 있어서의 배기 유량의 조절, 및 가스 공급 기구(50)에 있어서의 가스의 공급 중단 및 유량 조절 등의, 성막 장치를 구성하는 각 부재의 조정은 컴퓨터 등으로 이루어진 제어부(도시하지 않음)에 의해 제어된다. 이들의 제어는 제어부에 미리 준비된 처방에 따라 실시된다. The
다음에, 웨이퍼(W) 표면에 티탄 나이트라이드(TiN)막의 성막을 하는 경우를 예로, 상술한 장치를 이용하여 실시하는 성막 방법에 대하여, 도 2의 (A) 내지 (C) 및 도 3을 참조하여 설명한다. 또한, 도 2의 (A) 내지 (C)에서는 편의상 가이드 링(33)의 도시를 생략한다.Next, in the case where a titanium nitride (TiN) film is formed on the surface of the wafer W, as an example, FIGS. 2A to 2C and FIG. It demonstrates with reference. In addition, in FIG.2 (A)-(C), illustration of the
웨이퍼(W)로의 성막 공정에 앞서, TiCl4 가스 및 NH3 가스를 이용하여 탑재대(32)의 표면에 TiN의 박막을 형성하는 프리코팅 공정이 실시된다. 이 프리코팅 공정은 탑재대(32)의 표면 전체에, 예컨대, TiN막을 형성하는 것이기 때문에, 처리실(21)내에 웨이퍼(W)를 반입하지 않은 상태에서 실시된다. Prior to the deposition process on the wafer W, a pre-coating process of forming a thin film of TiN on the surface of the mounting table 32 using TiCl 4 gas and NH 3 gas is performed. Since this precoating process forms a TiN film | membrane in the whole surface of the mounting table 32, for example, it is performed in the state which does not carry in the wafer W in the
우선, 진공 배기부(25)에 의해 압력 제어 밸브를 전개(全開)로 하여 처리실(21)내를 진공 배기한다. 제 1 및 제 2 캐리어 가스 공급원(53, 55)으로부터 불활성 가스, 예컨대, N2 가스를, 예컨대, 500 sccm의 유량으로 공급한다. 히터(34)에 의해 탑재대(32)를 소정의 온도, 예컨대, 600℃ 내지 700℃ 정도까지 가열한다. 또한, 탑재대(32)의 지주(31)내에 가스 공급 기구(도시하지 않음)부터 시스 가스(sheath gas) N2 가스를, 예컨대, 300 sccm 정도의 유량으로 공급한다. 시스 가스에 의해 지주(31)내를 양압으로 하고, 탑재대(32) 중에 매설된 히터(34)의 취출 배선이 배치되는 지주(31)내에 처리 가스가 들어가지 않도록, 또한 지주(31)내의 배선이나 단자 등이 부식되지 않도록 한다. 이 시스 가스의 공급은 이후 계속해서 이루어진다.First, the
도 3은 제 1 실시 형태에 따른 성막 방법으로 사용되는 프리코팅 처리에 있어서의 가스의 공급 중단 및 압력의 제어를 시계열에 따라 도시한 도면이다.3 is a diagram showing, in time series, control of supply of gas and control of pressure in the pre-coating process used in the film forming method according to the first embodiment.
상기 공정에 의해 처리실(21)내의 온도가 안정화하면, 시각(t1)에 있어서 양쪽 처리 가스의 공급이 ON이 되고, 제 1 가스 공급관(5a)에서는 TiCl4 가스 및 N2 가스의 공급이, 제 2 가스 공급관(5b)에서는 NH3 가스의 공급이 각각 개시된다. 이들 처리 가스의 공급시에 처리실(21)의 진공 배기는 계속된다. TiCl4 가스의 공급에 대해서는 가스 유량의 안정화를 꾀하기 위해, 우선, 시각(t1)으로부터, 예컨대, 1 내지 60초, 여기에서는 10초간 처리실(21)을 거치지 않고 바이패스로(5c)를 통과하여 배기측으로 흘리는 프리플로우가 이루어진다. 그 후, TiCl4 가스는, 밸브(Va, Vb)를 주사하여 가스의 유로 방향을 전환함으로써 시각(t2)에 이를 때까지, 예컨대, 5 내지 90초, 여기에서는 30초간 처리실(21)내에 공급된다. 한편, NH3 가스의 공급에 대해서는 시각(t1)에서 (t2)까지, 예컨대, 10 내지 120초, 여기에서는 40초간 연속하여 처리실(21)내에 공급된다. 따라서, 상기 처리실(21)내에 TiCl4 가스와 NH3 가스가 동시에, 예컨대, 5 내지 120초, 바람직하게는 10 내지 60초 공급된다.When stabilizing the temperature in the
상술한 바와 같은 TiCl4 가스와 NH3 가스의 공급에 의해, 도 2의 (A)에 나타낸 바와 같이, 탑재대(32)의 표면 전체에 제 1 TiN의 프리코팅 박막(세그먼트막)이 형성된다(제 1 공정: 세그먼트막 형성 공정). 여기에서, 시각(t1)에서 시각(t2)에 이르기까지 처리실(21)내의 압력은, 예컨대, 13.3 내지 133.3Pa(0.1 내지 1.0 Torr)로 유지된다. 가스 유량의 범위는, 예컨대, TiCl4 가스가 5 내지 100 sccm, 바람직하게는 30 내지 80sccm 정도이며, NH3 가스가 50 내지 1000sccm, 바람직하게는 200 내지 800sccm 정도이다. 처리 온도는, 예컨대 300 내지 700℃ 정도, 바람직하게는 400 내지 600℃이다. By supplying the TiCl 4 gas and the NH 3 gas as described above, as shown in FIG. 2A, the first TiN precoated thin film (segment film) is formed on the entire surface of the mounting table 32. (1st process: segment film formation process). Here, the pressure in the
이 공정에 있어서는 TiCl4 가스와 NH3 가스가 상술한 반응식 1과 같이 반응하여 탑재대(32)의 표면에 TiN막이 성막된다. 한편, 처리실(21)의 내벽 및 샤워 헤드(4) 등의 표면은 처리 온도보다 저온이다. 이 때문에, 이들 부재상에서는 반응식 1의 반응이 실질적으로 일어나지 않고, 양 처리 가스 모두 가스화 상태로 배기되고, TiN막은 퇴적되지 않는다. 계속해서 시각(t2)에 있어서 TiCl4 가스 및 NH3
가스의 공급을 정지하여, 처리실(21)내를 진공 배기한다. 이 때에는, 예컨대, N2 가스를 공급할 수도 있다. In this step, the TiCl 4 gas and the NH 3 gas react with each other in the same manner as in
그 후, 도 2의 (B)에 도시한 바와 같이, TiCl4 가스의 공급을 정지한 채로, NH3 가스의 공급을, 예컨대, 500 내지 2000 sccm의 유량으로, 예컨대, 1 내지 60초, 바람직하게는 5 내지 20초, 여기에서는 30초 동안 실시한다(제 2 공정: 금속 염화물 제거 공정). 또한, 상세하게는 NH3에 더하여 캐리어 가스로서의 N2 가스도 공급된다. 이 때에도, 처리실(21)의 진공 배기는 계속된다. 이에 따라, 처리실(21)내의 압력을, 예컨대, 133.3 내지 666.5Pa(1 내지 5 Torr)로 한다. 다음으로 NH3의 공급을 정지시키고, 처리실(21)내를 진공 배기하여, 상기 처리실(21)내의 잔류 NH3 가스를 제거한다. 이 때, 예컨대, N2 가스를 공급할 수도 있다. 이상으로 시각(t3)에 이른 시점에서 제 1 사이클이 종료된다.Thereafter, as shown in Fig. 2B, while the supply of TiCl 4 gas is stopped, the supply of NH 3 gas is, for example, at a flow rate of 500 to 2000 sccm, for example, 1 to 60 seconds, preferably Preferably 5 to 20 seconds, here 30 seconds (second process: metal chloride removal process). In detail, N 2 gas as a carrier gas is also supplied in addition to NH 3 . At this time as well, vacuum evacuation of the
그 후, 시각(t1) 내지 (t3)까지의 공정 사이클이 복수회, 예컨대, 10 사이클 이상, 바람직하게는 30 사이클 이상 반복된다. 이에 따라, 세그먼트막이 적층되어, 프리코팅이 형성된다. 또한, 이 사이클 수에 대해서는 제 1 사이클로 형성되는 박막의 막 두께에 의해 적절히 조정된다.Thereafter, the process cycle from time t1 to t3 is repeated a plurality of times, for example, 10 cycles or more, preferably 30 cycles or more. Thereby, the segment film is laminated | stacked and precoat is formed. In addition, about this cycle number, it adjusts suitably by the film thickness of the thin film formed in a 1st cycle.
이와 같이 프리코팅 처리에 있어서의 세그먼트막 형성 공정간에 NH3 가스만을 공급함으로써, 세그먼트막 형성 공정에서 생성되는 염화물 성분이 처리실(21)로부터 제거된다. 여기에서, 처리실(21)내의 염소 성분이 제거되는 메커니즘은 다음 과 같은 것이라 생각된다. 즉, 반응식 1의 반응에 있어서 TiCl4로부터 해리된 TiClx(x는 임의의 자연수이다)의 미반응물이나, 부 생성물로서의 염화물이 처리실내 금속 부재와 반응함으로써 금속 염화물 등이 생긴다. 이 금속 염화물은 NH3 가스에 의해 환원되며, 이 환원 반응에서 생긴 HCl이 NH3와 반응하여 염화 암모늄(NH4Cl)을 생성한다. HCl, NH4Cl 등의 부 생성물이나 TiClx 등의 미반응물 등은 상술한 처리 온도에서 승화되기 때문에, 처리실(2)의 내벽면 등에는 부착되지 않고 그대로 배기된다.Thus, by supplying only NH 3 gas between the segment film forming steps in the precoating process, the chloride component generated in the segment film forming step is removed from the
이상의 공정에서 탑재대(32)의 표면 전체에 프리코팅(소위 사이클 프리코팅)을 실시함으로써, 예컨대, 0.7μm 정도의 막 두께의 TiN막이 탑재대(32)에 성막된다. 그 후, 히터(34)에 의해 탑재대(32)의 온도를 400 내지 700℃ 정도로 유지하여, 처리실(21)내를 진공 배기하는 동시에, 게이트 벨브(26)를 열어, 반송 아암(도시하지 않음)에 의해 웨이퍼(W)를 처리실(21)내에 반입한다. 다음으로, 상기 반송 아암과 리프트 핀(36)과의 협동 작업에 의해 웨이퍼(W)를 탑재대(32)의 상면(프리코팅 위)에 탑재하고, 게이트 벨브(26)를 폐쇄로 하여 웨이퍼(W) 상으로의 성막 처리(성막 공정)로 이행한다. In the above steps, the TiN film having a film thickness of about 0.7 μm is formed on the mounting table 32 by precoating (so-called cycle precoating) on the entire surface of the mounting table 32. Thereafter, the temperature of the mounting table 32 is maintained at about 400 to 700 ° C. by the
성막 공정에서는 처리실(21)을 진공 배기하면서, 도 2의 (C)에 도시한 바와 같이, 탑재대(32)에 탑재된 웨이퍼(W)에 대하여 TiCl4 가스와 NH3 가스를 공급한다. 이 때, 400 내지 700℃ 정도의 처리 온도, 100 내지 1000Pa 정도의 처리 압력을 사 용한다. 이 처리는 원하는 두께의 TiN막을 얻을 수 있을 때까지 계속한다. 구체적으로는, 예컨대, 처리 온도를 680℃, 압력을 667Pa로 하고, 성막 시간에 대해서는 막 두께가 성막 시간에 비례하기 때문에 목표 막 두께에 따라서 적절히 설정된다. 또한, 이 때 필요에 따라 반응성을 높이기 위해, RF 전원(47)으로부터 450kHz 내지 60MHz, 바람직하게는 450kHz 내지 13.56 MHz의 주파수로, 200 내지 1000W, 바람직하게는 200 내지 500W의 RF 전력을 공급하여 처리 가스를 플라즈마화하여 성막을 실시할 수 있다. 이 경우의 처리 온도는 300 내지 700℃ 정도, 바람직하게는 400 내지 600℃이다.In the film formation step, the TiCl 4 gas and the NH 3 gas are supplied to the wafer W mounted on the mounting table 32 as shown in FIG. 2C while evacuating the
웨이퍼(W) 표면으로의 TiN막의 형성 완료 후, TiCl4 및 NH3의 양 처리 가스의 공급을 정지하고, 예컨대, 10초 정도 처리실(21)내의 퍼지를 실시한다. 다음에, NH3 가스를 캐리어 가스인 N2 가스와 함께 처리실(21)내에 공급하여, 웨이퍼(W) 상의 TiN막 표면의 포스트 나이트라이드 처리를 실시한다. 이렇게 해서 소정 매수의 웨이퍼(W)에 대하여 동일 공정으로 반복하여 성막 처리가 이루어진다.After the formation of the TiN film on the surface of the wafer W is completed, the supply of both processing gases of TiCl 4 and NH 3 is stopped and, for example, purging in the
소정 정수의 로트의 웨이퍼(W)를 처리한 후, 처리실(21)내에 부착된 불필요한 성막물을 제거하기 위해, 탑재대(32)의 온도를, 예컨대 200℃로 설정하고, 상기 처리실(21)내에 ClF3 가스를 공급하여 클리닝을 실시한다. 이에 따라, 탑재대(32)의 표면에 형성된 프리코팅도 제거된다. 그 후, 소정 매수 만큼의 웨이퍼(W)에 대하여 다시 성막 공정을 실시하는 경우에는 다시 프리코팅 공정에서 상술한 각 공정을 실시한다.After processing the wafer W of a predetermined integer lot, in order to remove the unnecessary film-formed object adhering in the
본 실시 형태에 따르면, 후술하는 결과에서도 분명한 바와 같이, 처리실(21)이나 샤워 헤드(4) 등의 부품에 사용되는 금속이 웨이퍼(W)에 형성되는 TiN막 중에 도입되는 것을 대폭 억제할 수 있다.According to the present embodiment, as is apparent from the results described later, it is possible to significantly suppress the introduction of metals used in components such as the
종래의 프리코팅에서는 처리 가스인 TiCl4 가스와 NH3 가스를 연속하여 장시간 계속 흘린다. 이 때문에, TiCl4의 분해에 의해 생성되는 TiClx의 미반응물이나 부 생성물로서의 HCl, NH4Cl 등의 염화물이, 처리실(21)내나 프리코팅 내에 존재한다. 이들 염화물은 처리실(21) 내의 금속 부분과 반응하여 금속 염화물이 생성되고, 성막 공정시에 웨이퍼(W) 상의 막 중에 들어가는 것이라 추측된다. In the conventional precoating, TiCl 4 gas and NH 3 gas, which is a processing gas, are continuously flowed continuously for a long time. For this reason, chlorides, such as unreacted material of TiClx and HCl and NH 4 Cl as side products, which are produced by decomposition of TiCl 4 , exist in the
이에 반해, 본 실시 형태에서는 TiCl4 가스와 NH3 가스를 처리실(21) 내에 공급하여 탑재대(32)에 얇은 프리코팅(세그먼트막)을 형성하고, 다음에 NH3 가스를 흘려 금속 염화물을 HCl이나 NH4Cl의 가스로 바꿈으로써 제거한다. 이러한 2개의 공정을 제 1 사이클로 하여, 이것을 수십 사이클 실시하여 원하는 막 두께를 갖는 프리코팅을 형성한다. 이 때문에, 처리실(21)내의 금속 염화물의 생성량이 억제되고, 웨이퍼(W)의 막 중에 혼입되는 금속의 양이 감소된다.In contrast, in the present embodiment, TiCl 4 gas and NH 3 gas are supplied into the
다시 말하면, 본 실시 형태에서는 장시간 연속하여 성막을 하는 것은 아니고, 단시간의 공정으로 이루어진 세그먼트막의 성막과 염화물의 제거(퍼지, 배기)를 반복 실시하여 프리코팅을 형성한다. 따라서, 1 공정당 염화물의 발생량이 억제되고, 처리실(21)내에 잔류하는 염화물도 적다. In other words, in the present embodiment, the film is not formed continuously for a long time, but the film formation of the segment film and the removal of chlorides (purge and exhaust), which are performed for a short time, are repeatedly performed to form precoating. Therefore, the amount of chloride generated per one step is suppressed, and there is less chloride remaining in the
실험에 의해, 종래 방법과 본 발명에서 프리코팅 종료시에 있어서의 처리실(21) 내의 염화물로서의 염소 농도를 비교하였다. 이 실험 결과, 종래 방법에서는 염소 농도가 대략 2 내지 3 원자%로 높았다. 본 실시 형태에서는 염소 농도가 대략 0.1 원자% 정도로 감소하였다. 즉, 본 실시 형태에 의해 금속 염화물의 생성량을 억제할 수 있음이 확인되었다.By experiment, the chlorine concentration as a chloride in the
프리코팅 처리에 있어서, NH3 가스의 공급은 반드시 간헐적으로 할 필요는 없다. 프리코팅 처리에 있어서, N2 가스의 공급은 상술한 실시 형태에 있어서의 시각(t1) 이후에 계속하지 않아도 좋다. 도 4는 이 경우의 일례로서, 도 3을 모방하여 도시한 도면이다. 또한, 유량이나 압력 등의 조건에 대해서는 상술한 실시 형태와 동일하기 때문에 여기에서는 설명을 생략한다.In the precoating treatment, the supply of NH 3 gas is not necessarily intermittent. In the precoating process, the supply of the N 2 gas may not be continued after the time t1 in the above-described embodiment. FIG. 4 is an example of this case, and is a view that mimics FIG. 3. In addition, since conditions, such as a flow volume and a pressure, are the same as that of embodiment mentioned above, description is abbreviate | omitted here.
우선, 처리실(21) 내의 온도가 안정되는 시각(t1)까지 N2 가스에 의한 퍼지를 실시한다. 시각(t1)이 되면 TiC14 가스 및 NH3 가스의 공급을 ON으로 하고, N2
가스의 공급을 OFF로 한다. 시각(t1) 이후에는 NH3 가스를 ON, N2 가스를 OFF로 한 채로 TiC14 가스만 간헐적으로 공급한다. 이 사이클이 소정수, 예컨대, 30 사이클째까지 반복된다. 이러한 방법으로도 시각(t2) 내지 (t3) 사이에 NH3 가스에 의해 처리실내 또는 막 중의 염화물이 제거된다. 또한, 프리코팅의 성막을 반복 실시하기 때문에, 상술한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.First, purge with N 2 gas is performed until the time t1 at which the temperature in the
상기 도 3 또는 도 4를 참조하여 설명한 방법에서는 프리코팅 및 성막의 양 공정에서 모두 TiN막을 성막하는 예를 들고 있다. 프리코팅 및 웨이퍼(W)에 성막하는 막의 종류는 Ti막으로 할 수 있다. Ti막을 성막할 때에는, 처리 가스로서 예컨대, TiCl4 가스 및 수소(H2) 가스가 사용되며, 여기에 더하여 플라즈마용 가스로서 아르곤(Ar) 가스가 사용된다. 구체적으로는, 성막 온도를 700℃, 압력을 133 Pa(1 Torr)로 한 상태에서 처리실(21)내에 상기 3 종류의 가스를 공급한다. 샤워 헤드(4)에 RF 전압을 인가하여, Ar 가스를 플라즈마화함으로써 TiCl4 가스와 H2 가스의 환원 반응이 촉진된다. 이에 따라, 탑재대(32) 또는 웨이퍼(W)의 표면에 Ti막이 성막된다. 이 때의 가스 유량은, 예컨대, TiCl4 가스가 1 내지 200 sccm, H2 가스가 1 내지 2 리터/분, Ar 가스가 1 리터/분 정도이다. In the method described with reference to FIG. 3 or FIG. 4, the TiN film is formed in both the pre-coating and the film forming processes. The kind of film to be formed on the precoat and the wafer W can be a Ti film. In forming the Ti film, for example, TiCl 4 gas and hydrogen (H 2 ) gas are used as the processing gas, and argon (Ar) gas is used as the gas for plasma. Specifically, the above three kinds of gases are supplied into the
상기한 바와 같이 Ti막은 탑재대(32)의 프리코팅이나 웨이퍼(W)의 성막에도 이용할 수 있다. 이 때문에, 본 실시 형태는, 예컨대, TiN막의 프리코팅＋TiN막의 성막, Ti막의 프리코팅＋TiN막의 성막, TiN막의 프리코팅＋Ti막의 성막, Ti막의 프리코팅＋Ti막의 성막의 4 패턴에 적용이 가능하다. TiN막의 성막에 있어서는, TiN막(프리코팅시를 포함함)을 성막하기에 앞서 하부막으로서 Ti막을 형성하도록 할 수 있다. As described above, the Ti film can also be used for precoating the mounting table 32 and for forming the wafer W. Therefore, the present embodiment can be applied to, for example, four patterns of precoating + TiN film formation of a TiN film, precoating + TiN film formation of a Ti film, precoating + Ti film formation of a TiN film, and film formation of a precoating + Ti film of a Ti film. In the formation of the TiN film, the Ti film can be formed as a lower film prior to forming the TiN film (including during precoating).
이들 어느 경우에도 염화물을 제거하기 위해 사용되는 반응 가스는 NH3 가스이며, 도 3 또는 도 4를 참조하여 설명한 방법과 동일 공정을 복수 사이클 반복함으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다. 금속 염화물을 제거하기 위한 가스는 NH3 가스에 한정되지 않고, 할로겐화 암모늄을 생성할 수 있는 가스이면 좋다. 예컨대, 질소와 수소를 포함하는 가스, 예컨대, N2H4 등의 히드라진계 가스를 이용할 수 있다. N2와 H2 가스와 NH3 가스를 적절히 조합하여 공급하고, 이를 플라즈마화할 수도 있다. 어느 경우에나 도 3 또는 도 4를 참조하여 설명한 방법과 동일한 효과를 얻을 수 있다. In any of these cases, the reaction gas used to remove the chloride is NH 3 gas, and the same effect can be obtained by repeating the same process as the method described with reference to FIG. 3 or 4 in a plurality of cycles. The gas for removing the metal chloride is not limited to NH 3 gas, but may be a gas capable of producing ammonium halide. For example, a gas containing nitrogen and hydrogen, for example, a hydrazine-based gas such as N 2 H 4 can be used. N 2 and H 2 gas and NH 3 gas may be appropriately combined and supplied, and this may be converted into plasma. In either case, the same effects as in the method described with reference to FIG. 3 or 4 can be obtained.
본 실시 형태의 효과를 확인하기 위해, 배경 기술에서 설명한 종래의 방법과, 본 실시 형태에 따른 실시예의 방법의 비교 실험을 실시하였다. 이 실험에 있어서, 처리 온도 680℃, 처리 압력 40Pa, TiCl4 가스를 30 내지 50sccm 정도의 유량, NH3 가스를 400sccm 정도의 유량으로 하였다. 종래의 방법에서는 처리 가스를 10분 내지 15분에 걸쳐 계속 흘리면서 웨이퍼 상으로의 성막 처리(프리코팅 처리의 대체로서)를 실시하였다. 본 실시예의 방법에서는 상술한 바와 같이, 복수의 사이클을 반복하여 웨이퍼 상으로의 성막 처리(프리코팅 처리의 대체로서)를 실시하였다. 양 방법 모두 타겟막 두께를 0.7μm로 하였다.In order to confirm the effect of this embodiment, the comparative experiment of the conventional method demonstrated by the background art and the method of the Example which concerns on this embodiment was implemented. In this experiment, the treatment temperature is 680 ℃, processing pressure 40Pa, TiCl 4 gas was 30 to flow rate, NH 3 gas of about 50sccm at a flow rate of about 400sccm. In the conventional method, the film-forming process (as a substitute for the pre-coating process) was performed on the wafer while continuously flowing the processing gas over 10 to 15 minutes. In the method of this embodiment, as described above, a plurality of cycles were repeated to perform the film forming process (as a substitute for the precoating process) on the wafer. Both methods set the target film thickness to 0.7 m.
도 5는 상기 양 방법에 의해 형성된 TiN막 중의 금속 불순물의 양(단위면적당 원자수)를 측정하여 비교한 결과를 나타낸 도면이다. 도 5에 있어서, 흰 막대가 종래 방법을 나타내고, 빗금 막대가 실시예의 방법을 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 실시예의 방법 쪽이 Al, Cr, Fe, Ni, Cu, 총량의 모든 항목에 있어서, 종래의 방법보다 금속 불순물의 양이 적다. 이 결과로부터 본 실시 형태에 따른 성막 방법에 따르면 금속 오염이 경감됨을 알 수 있었다. 상술한 바와 같이 본 실 시 형태에 따른 프리코팅 처리에 의하면 처리실(21)내의 염화물의 양도 저하되기 때문에, 양자간에는 상관 관계가 있는 것으로 추측된다. FIG. 5 shows the results of comparing and measuring the amount of metal impurities (number of atoms per unit area) in the TiN films formed by the above methods. In Fig. 5, the white bar represents the conventional method, and the hatched bar represents the method of the embodiment. As shown in Fig. 5, in the method of the embodiment, the amount of metal impurities is smaller in all items of Al, Cr, Fe, Ni, Cu, and the total amount than in the conventional method. From this result, according to the film-forming method which concerns on this embodiment, it turned out that metal contamination is reduced. As described above, according to the precoating treatment according to the present embodiment, the amount of chloride in the
본 실시 형태는 Ti, TiN막에 한정되지 않고, 성막 성분을 구성하는 금속과 할로겐을 포함하는 금속 화합물의 가스를 이용하여, 기상 반응에 의해 형성되는 다른 박막에도 적용할 수 있다. 예컨대, WF6(6불화 텅스텐) 가스와 H2 가스(SiH4 가스를 이용하여 실시하는 경우도 있음)를 이용하여 W(텅스텐)막을 성막하는 경우에 적용 가능하다. WF6 가스와 SiH2Cl2(디클로로실란) 가스를 이용하여 WSi 2(텅스텐 실리사이드)막을 형성하는 경우에도 적용 가능하다. 또한, TaBr3 또는 TaCl3 가스와 H2 가스를 이용하여 Ta막을 형성하는 경우나, TaBr3 또는 TaCl3 가스와, NH3 또는 NH3 및 H2 가스를 이용하여 TaN막을 형성하는 경우에도 적용 가능하다. The present embodiment is not limited to the Ti and TiN films, but can also be applied to other thin films formed by the gas phase reaction using a gas of a metal compound containing a metal and a halogen constituting the film forming component. For example, it is applicable to the case where a W (tungsten) film is formed using WF 6 (tungsten hexafluoride) gas and H 2 gas (which may be carried out using SiH 4 gas). It is also applicable to forming a WSi 2 (tungsten silicide) film using WF 6 gas and SiH 2 Cl 2 (dichlorosilane) gas. The present invention can also be applied to forming a Ta film using TaBr 3 or TaCl 3 gas and H 2 gas, or to forming a TaN film using TaBr 3 or TaCl 3 gas and NH 3 or NH 3 and H 2 gas. Do.
또한, 본 실시 형태는 금속과 할로겐을 포함하는 금속 화합물의 가스를 이용하는 것에 한정되지 않고, 유기 금속 가스를 이용하여 프리코팅을 형성하는 경우에 대해서도 적용할 수 있다. 예컨대, PET(펜타에톡시탄탈:Ta(OC2H5)5) 및 O2 가스를 이용하여 Ta2O5(산화 탄탈)막을 웨이퍼 상에 성막하는 경우, PET와 O2 가스를 이용하여 프리코팅을 형성한다. 이 경우 PET로부터 해리된 미반응 탄소 화합물이나 C(탄소)를 포함하는 부 생성물이, 처리실내 또는 박막(프리코팅막) 중에 들어가고, 이 C가 프로세스시에 웨이퍼(W)의 표면에 미량이나마 도입된다. 이에, 프리코팅 처리에 있어서, 이미 도 3에 나타낸 시퀀스와 같이, PET와 O2 가스를 동시에 흘리는 공정과, 다음으로 O2 가스만을 흘리는 공정으로 이루어진 사이클을 반복한다. 이에 따라, O2 가스만을 흘리는 기간 동안에, O2 가스가 처리실 또는 상기 탄소 화합물이나 부 생성물 등에 포함되는 C와 반응하여 이산화탄소가 되어 C를 배출시킬 수 있다. In addition, this embodiment is not limited to using the gas of the metal compound containing a metal and a halogen, It is applicable also to the case where precoat is formed using organic metal gas. For example, when a Ta 2 O 5 (tantalum oxide) film is formed on a wafer using PET (pentaethoxy tantalum: Ta (OC 2 H 5 ) 5 ) and O 2 gas, it is free by using PET and O 2 gas. Form a coating. In this case, an unreacted carbon compound or a side product containing C (carbon) dissociated from PET enters the processing chamber or a thin film (pre-coated film), and this C is introduced into the surface of the wafer W in a small amount during the process. . Thus, in the pre-coating process, as in the sequence already shown in Fig. 3, the cycle consisting of the step of simultaneously flowing the PET and O 2 gas and the step of only flowing the O 2 gas are repeated. Accordingly, during the period of flowing only the O 2 gas, the O 2 gas can react with C contained in the treatment chamber or the carbon compound, the secondary product, and the like to form carbon dioxide, thereby discharging C.
(제 2 실시 형태)(2nd embodiment)
도 6은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 CVD 장치를 나타내는 개략도이다. 이 장치는 웨이퍼 상에 Ta2O5막을 성막하도록 구성된다. 이하에서는, 금속 원소를 포함하는 원료 가스인 PET 및 O2 가스를 이용하여 탑재대에 프리코팅을 형성하고, 그 후 웨이퍼 상에 Ta2O5막을 성막하는 경우에, 웨이퍼에 대한 금속 오염을 감소시키는 방법에 대하여 설명한다. 이 방법은 프리코팅을 형성함에 있어서, PET 및 O2 가스를 동시에 처리실내에 공급하고, 계속해서 불활성 가스, 예컨대, N2(질소 가스)에 의해 처리실내를 퍼지하고, 마지막으로 처리실내를 진공 배기하는 일련의 공정을 여러회 반복하는 방법이다. 6 is a schematic view showing a CVD apparatus according to a second embodiment of the present invention. The apparatus is configured to deposit a Ta 2 O 5 film on the wafer. Hereinafter, in the case where pre-coating is formed on the mounting table using PET and O 2 gas, which is a raw material gas containing a metal element, and then a Ta 2 O 5 film is formed on the wafer, metal contamination on the wafer is reduced. The method to make it shall be demonstrated. In forming the precoating, this method simultaneously supplies PET and O 2 gas into the process chamber, then purges the process chamber with an inert gas such as N 2 (nitrogen gas), and finally vacuums the process chamber. It is a method which repeats a series of process to exhaust many times.
도 6에 도시한 성막 장치에 있어서, PET는 상온에서 액체이기 때문에, PET의 공급원(61)으로부터 액체로 유출되어 기화기(62)에 의해 기화되어 처리실(21)내에 공급된다. O2 가스는 공급원(63)으로부터 공급된다. 진공 처리실(21)을 바이패스하기 위해, 하류측이 배기관(24)에 접속된 바이패스로(5c)가 설치된다. 밸브(Vb, Vc)를 전환함으로써, 제 2 가스 공급관(5b)를 흐르는 PET 가스 및 N2 가스가 처리실(21)내에 공급되는 상태와 처리실(21)을 우회하여 배기되는 상태와의 사이에 전환된다.In the film forming apparatus shown in FIG. 6, since the PET is a liquid at normal temperature, the PET flows out of the liquid from the
Ta2O5막은 PET의 열분해반응에 의해 생성되기 때문에, 도 1에서 사용한 플라즈마 발생용의 정합기(46) 및 RF 전원부(47)는 설치되어 있지 않다. 기타 부분에 대해서는 도 1과 동일한 부호의 것은 동일 부분을 나타내고 있고, 각 부분을 설명하면 도 1의 구조 설명과 중복되기 때문에, 설명을 생략한다. Since the Ta 2 O 5 film is produced by the thermal decomposition reaction of PET, the
피처리 기판을 가열하기 위해, 탑재대에 설치된 저항 발열 히터 대신에, 공지된 램프에 의한 가열 구조를 채용할 수 있다. 이 경우, 탑재대의 하방에 설치된 램프로 이루어진 가열원에 의해 탑재대가 가열된다. 또한, 램프 가열 방식을 채용하는 경우에는, 탑재대의 재질로서는, 예컨대, 두께 7mm 정도의 SiC(탄화규소)가 바람직하다.In order to heat the substrate to be processed, a heating structure by a known lamp can be adopted instead of the resistance heating heater provided in the mounting table. In this case, the mounting table is heated by a heating source consisting of a lamp provided below the mounting table. In addition, when employing a lamp heating method, SiC (silicon carbide) having a thickness of about 7 mm is preferable as the material of the mounting table.
다음에, 제 2 실시 형태에 따른 성막 방법에 대하여 설명한다. 도 7은 제 2 실시 형태에 따른 성막 방법에 있어서의 프리코팅 공정시의 가스의 유량 등을 나타내는 설명도이다. 도 7에 있어서, "5a:"는 제 1 가스 공급관(5a)를 통해서 가스가 흐르는 것을 의미한다. "5b:"는 제 2 가스 공급관(5b)를 통해서 가스가 흐르는 것을 의미한다. "5c:"는 바이패스로(5c)를 통해서 가스가 흐르는 것을 의미한다. 또한, 이하의 공정 S1 내지 S5에 있어서, 처리실(21)의 진공 배기는 계속된다. Next, the film forming method according to the second embodiment will be described. It is explanatory drawing which shows the flow volume of the gas etc. at the time of the precoat process in the film-forming method which concerns on 2nd Embodiment. In Fig. 7, "5a:" means that the gas flows through the first
우선, 공정 S1에 있어서, 탑재대의 온도가 445℃에 가열되고, 제 1 가스 공 급관(5a)에서 N2 가스가 처리실(21)내에 공급되어 프리코팅 공정이 이루어진다. 계속되는 공정 S2에 있어서 상기 N2 가스의 유량이 1000sccm에서 600sccm로 감소되는 동시에, O2 가스가 처리실(21)내에 400sccm의 유량으로 공급된다. 한편, 공정 S1 및 S2에 있어서, 제 2 공급관(5b)으로부터는 PET 가스 및 N2 가스가 프리플로우되어, 처리실(21)을 통하지 않고 바이패스로(5c)를 통해서 배기된다. First, in step S1, the temperature of the mounting table is heated to 445 ° C, and the N 2 gas is supplied into the
이 경우, 공정 S1의 PET의 프리플로우는 유량 관리 90mg± 15(10 내지 15) mg의 유량계 허용 오차로 실시된다. 한편, 공정 S2의 PET의 프리플로우는 유량 관리 90mg± 5(3 내지 10)mg의 유량계 허용 오차로 실시되며, 따라서, 보다 안정하게 처리실내에 PET를 공급할 수 있다. 공정 S2의 PET의 프리플로우는 한 번에, 소정 시간, 예컨대 20초 이상, 바람직하게는 30초 이상으로 할 수 있다. In this case, the preflow of PET in step S1 is carried out with a flowmeter tolerance of 90 mg ± 15 (10 to 15) mg of flow control. On the other hand, the preflow of PET in the step S2 is carried out with a flowmeter tolerance of 90 mg ± 5 (3 to 10) mg of the flow control, and therefore, the PET can be more stably supplied to the process chamber. The preflow of PET in step S2 can be performed at a predetermined time, for example, 20 seconds or more, preferably 30 seconds or more.
그 후, 공정 S3(세그먼트막을 형성하는 공정)에 있어서 제 1 가스 공급관(5a)으로부터의 N2 가스의 공급이 정지되는 동시에, 제 2 가스 공급관(5b)을 흘러서 플리플로우 되어 있던 PET 가스 및 N2 가스가 처리실(21)내에 공급된다. 이와 같이 성막전에 프리플로우를 실시함으로써, 공정 S3의 스타트 시점에서 안정된 유량으로 처리 가스를 공급할 수 있다. 또한, 공정 S1 내지 S3에 이를 때까지 처리실(21)내의 가스 유량을 일정(예컨대, 전체 유량이 1000sccm)하게 해 둠으로써, 처리실(21)의 내압의 변화에 기인한 탑재대(32)의 온도, 웨이퍼 온도의 변동을 억제할 수 있다.Subsequently, in step S3 (step of forming a segment film), the supply of the N 2 gas from the first
여기에서, 공정 S3의 시간을 다음과 같이 변경함으로써, 퇴적된 세그먼트막(Ta2O5막)의 막 두께를 조정할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 공정 S3의 시간을 58초, 71초, 141초, 281초로 설정하면, 각각 세그먼트막의 막 두께는 대략 5.2nm, 6.5nm, 13nm, 26nm이 된다.Here, the film thickness of the deposited segment film (Ta 2 O 5 film) can be adjusted by changing the time of step S3 as follows. In this embodiment, when the time of process S3 is set to 58 second, 71 second, 141 second, and 281 second, the film thickness of a segment film will be about 5.2 nm, 6.5 nm, 13 nm, and 26 nm, respectively.
또한, 공정 S1 내지 S3에 있어서, 처리실(21)내의 압력은 대략 13.3 내지 1333 Pa, 바람직하게는 대략 39.9 내지 667 Pa의 범위내에서 변경 설정할 수 있다. 또한, 처리 온도는 대략 300 내지 800℃, 바람직하게는 대략 350 내지 500℃의 범위내에서 변경 설정할 수 있다.In addition, in the process S1 to S3, the pressure in the
그 후 공정 S4에 있어서 PET 가스 및 O2 가스의 공급을 정지시키고, N2 가스만을 공급하여 퍼지를 실시한다. 또한, 공정 S5에 있어서 N2 가스의 공급을 멈추고 모든 가스를 정지시켜, 처리실내를 진공 배기한다. 또한, 공정 S4에서는 제 1 및 제 2 공급관(5a, 5b)의 하나 이상의 공급관으로부터 N2 가스가 처리실(21) 내에 도입되어 퍼지 배기된다. 이상의 공정 S1 내지 S5를 실시함으로써 탑재대(32)로의 한 번의 프리코팅 시퀀스가 종료된다. 이후 필요 회수만큼 공정 S1 내지 S5 또는 공정 S2 내지 S5의 사이클을 반복한다. 이에 따라, 세그먼트막이 적층되어, 프리코팅이 형성된다. 또한, 이 사이클수에 대해서는 제 1 사이클로 형성되는 박막의 막 두께에 의해 적절히 조정된다. Thereafter, in step S4, the supply of the PET gas and the O 2 gas is stopped, and only the N 2 gas is supplied to purge. Further, in step S5, the supply of the N 2 gas is stopped and all the gases are stopped to evacuate the inside of the processing chamber. Further, the step S4 in the first and second supply pipes (5a, 5b) is N 2 gas from at least one supply line is purged is introduced into the
이상의 처리에 의해, 탑재대(32)가 Ta2O5막으로 이루어진 프리코팅에 의해 피복된다. 그 후, 히터(34)에 의해 탑재대(32)의 온도를 유지하면서, 처리실(21)내를 진공 배기하는 동시에, 게이트 벨브(26)를 열어, 반송 아암(도시하지 않음)에 의해 웨이퍼(W)를 처리실(21)내에 반입한다. 다음에, 상기 반송 아암과 리프트 핀(36)과의 협동 작업에 의해 웨이퍼(W)를 탑재대(32)의 상면(프리코팅 위)에 탑재하고, 게이트 벨브(26)를 폐쇄로 하여 웨이퍼(W) 상으로의 성막 처리(성막 공정)로 이행한다.By the above processing, the mounting table 32 is covered by a precoat made of a Ta 2 O 5 film. Thereafter, while maintaining the temperature of the mounting table 32 by the
성막 공정에서는 처리실(21)을 진공 배기하면서, 탑재대(32)에 탑재된 웨이퍼(W)에 대하여 PET와 O2 가스를 공급한다. 이에 따라, 웨이퍼(W) 상에 원하는 두께의 Ta2O5막을 형성한다. 이 때, 처리 조건으로서는, 상술한 프리코팅 처리의 공정(3)과 동일 조건을 사용할 수 있다. In the film forming process, PET and O 2 gas are supplied to the wafer W mounted on the mounting table 32 while evacuating the
이러한 실시 형태에 따르면, 프리코팅 공정을 실시한 후에 웨이퍼에 대하여 성막 처리를 실시하면, 웨이퍼에 성막된 박막중의 금속 오염 농도를 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 실험에 의해, 도 7의 프리코팅 사이클(시퀀스)를 소정 회수 실시하여 프리코팅된 탑재대를 이용하여, 웨이퍼에 Ta2O5막을 성막하여, 상기 박막중의 금속 오염 농도를 측정하였다.According to this embodiment, if the film formation process is performed on the wafer after the precoating step, the metal contamination concentration in the thin film formed on the wafer can be reduced. By experiment, a Ta 2 O 5 film was formed on the wafer by using a precoated mounting table subjected to a predetermined number of precoating cycles (sequence) in FIG. 7, and the metal contamination concentration in the thin film was measured.
도 8은 그 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 도 8에 있어서, 횡축은 프리코팅 사이클(시퀀스)의 반복 회수를 나타내며, 세로축은 Ta2O5막 중의 단위 면적당 철의 원자수를 나타낸다. "×"는 프리코팅의 목표막 두께가 90nm이고, 프리코팅 시퀀스의 반복 회수를 4회 및 7회로 했을 때의 결과를 나타낸다. "△"는 프리코팅 의 목표막 두께가 대략 210nm이고, 프리코팅 시퀀스의 반복 회수를 8회, 16회 및 32회로 했을 때의 결과를 나타낸다. "○"는 프리코팅의 목표막 두께가 대략 170nm이고, 프리코팅 시퀀스의 반복 회수를 26회 및 32회로 했을 때의 결과를 나타낸다. 8 is a graph showing the results of the experiment. In Fig. 8, the axis of abscissas shows the number of repetitions of the precoating cycle (sequence), and the axis of ordinates shows the number of atoms of iron per unit area in the Ta 2 O 5 film. "X" represents the result when the target film thickness of the precoat is 90 nm and the number of repetitions of the precoating sequence is performed four times and seven times. Indicates a result when the target film thickness of the pre-coating is approximately 210 nm and the number of repetitions of the pre-coating sequence is 8, 16 and 32 times. Indicates the result when the target film thickness of the pre-coating is approximately 170 nm and the number of repetitions of the pre-coating sequence is 26 and 32 times.
예컨대, "△"로 나타내는 데이타에 대해서는 상기 시퀀스를 8회 반복하는 경우에는, 한 번의 시퀀스에 의해 성막되는 프리코팅의 막 두께는 대략 26nm(210nm/8)이다. 상기 시퀀스를 16회 반복하는 경우에는, 한 번의 시퀀스에 의해 성막되는 프리코팅의 막 두께는 대략 13nm(210nm/16)이다. 상기 시퀀스를 32회 반복하는 경우에는 한 번의 시퀀스에 의해 성막되는 프리코팅의 막 두께는 대략 6.5nm(210nm/32)이다. For example, when the sequence is repeated eight times with respect to data represented by "Δ", the film thickness of the precoat formed by one sequence is approximately 26 nm (210 nm / 8). In the case where the sequence is repeated 16 times, the film thickness of the precoat formed by one sequence is approximately 13 nm (210 nm / 16). In the case where the sequence is repeated 32 times, the film thickness of the precoat formed by one sequence is approximately 6.5 nm (210 nm / 32).
도 8의 결과로부터 분명한 바와 같이, 박막 중에 도입되는 철의 농도(오염량)은 프리코팅 시퀀스의 회수를 많게 함으로써 감소되며, 프리코팅 시퀀스의 회수와 강한 상관 관계가 있다. 또한, 도 8에서는 철의 농도를 나타내지만, 알루미늄 및 구리에 대해서도 동일한 결과가 얻어진다. As is apparent from the results of FIG. 8, the concentration of iron (contamination amount) introduced into the thin film is reduced by increasing the number of precoating sequences, and has a strong correlation with the number of precoating sequences. In addition, although the iron concentration is shown in FIG. 8, the same result is obtained also about aluminum and copper.
반도체 장치의 디자인 규격(패턴의 선폭)은 해마다 엄격해 지고 있고, 이에 따라 허용되는 금속 오염(금속 오염량)도 감소되어야 한다. 현상의 금속 오염량의 기준은 1.0E＋11(원자수/cm2) 레벨이며, 이로부터 판단하면 프리코팅 시퀀스의 반복 회수는 13회 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15회 이상이 된다. 그러나, 이 금속 오염량의 기준은 사용자측의 요망에 의해 변경되는 것이며, 도 8에 나타낸 바와 같이, 프리코팅 시퀀스의 반복 회수가 4회 이상에 있어서 분명히 효과가 확인 되고 있다.The design specification of the semiconductor device (line width of the pattern) is becoming stricter year by year, so that the allowable metal contamination (metal contamination) must also be reduced. The basis of the amount of metal contamination in the development is 1.0E + 11 (atomic number / cm 2 ), and judging therefrom, the number of repetitions of the precoating sequence is preferably 13 or more times, more preferably 15 or more times. However, the standard of this metal contamination amount is changed by the request of the user side, and as shown in FIG. 8, the effect is confirmed clearly when the number of repetitions of a precoat sequence is four or more times.
프리코팅은 상술한 바와 같이 열 방사율의 변화를 피하여 웨이퍼간(면간)에서의 막 두께의 균일성을 유지하는 데에 있어서, 어느 정도의 두께가 필요하다. Ta2O5막에 있어서는 이 두께가 90nm 정도이다. 따라서, 프리코팅 처리를 최단으로 종료시키기 위해서는, 각 프리코팅 시퀀스로 형성되는 세그먼트막의 두께를, 90nm을 반복 회수로 나눈 값으로 한다. 예컨대, 반복 회수가 4회이면, 세그먼트막의 두께는 대략 22.5nm으로 한다. 또한, 반복 회수가 15회이면, 세그먼트막의 두께를 대략 6nm으로 한다. 단, 각 프리코팅 시퀀스로 형성되는 세그먼트막의 두께는 임의로 설정 가능하다. As described above, the precoating requires a certain amount of thickness to maintain the uniformity of the film thickness between wafers (surface to surface) by avoiding a change in thermal emissivity. In the Ta 2 O 5 film, this thickness is about 90 nm. Therefore, in order to finish precoating at the shortest, the thickness of the segment film formed by each precoating sequence is set to the value obtained by dividing 90 nm by the number of repetitions. For example, if the number of repetitions is four times, the thickness of the segment film is approximately 22.5 nm. If the number of repetitions is 15, the thickness of the segment film is approximately 6 nm. However, the thickness of the segment film formed by each precoat sequence can be set arbitrarily.
상기 프리코팅 시퀀스를 여러회 반복함으로써 웨이퍼의 막 중의 금속 오염량이 감소되는 이유에 대해서는 다음과 같은 메커니즘을 생각할 수 있다. 즉, Ta2O5막은 PET의 열분해에 의해 성막된다. 동시에 도입되는 O2 가스는 보조 가스이며, Ta2O5막의 막질, 반응 속도 등에는 관계되지만, Ta2O5막 생성의 화학 반응식에는 나타나지 않는다. 이 화학 반응식은 다음과 같이 나타내어진다. PET는 우선, 반응식 11과 같이 열 분해된다.The following mechanism can be considered for the reason that the amount of metal contamination in the film of a wafer is reduced by repeating the said precoat sequence several times. That is, the Ta 2 O 5 film is formed by thermal decomposition of PET. The O 2 gas introduced at the same time is an auxiliary gas and is related to the film quality of the Ta 2 O 5 film, the reaction rate, and the like, but does not appear in the chemical reaction formula for Ta 2 O 5 film production. This chemical scheme is represented as follows. PET is first thermally decomposed as in
또한, 열 분해가 진행되면 상기 C2H5OH는 반응식 12와 같이 분해된다.In addition, when thermal decomposition proceeds, the C 2 H 5 OH is decomposed as in
다음에, 처리실(21)내에 금속 염화물, 예컨대, FeCl3이 존재했다고 하면, 상기 식 중에서 중간 생성물로서 표시되는 에틸 알콜과 반응식 13과 같이 반응하여 에톡시화물을 생성한다.Next, if a metal chloride, such as FeCl 3, is present in the
이 에톡시화물은 처리실(21)내의 처리 온도에 의해 용이하게 기화되어 배기된다. 이 때문에, 프리코팅이 이루어지는 동안에, 후속하는 웨이퍼의 성막시에 금속 오염의 원인이 되는 금속 염화물을 감소시킬 수 있다. Ta2O5막의 프리코팅시에서는 TiN막의 프리코팅시와는 달리, 프리코팅 처리중에는 금속 염화물이 생성되지 않는다. 한편, 처리실(21)내에는 정기적으로 할로겐을 포함하는 클리닝 가스, 예컨대, ClF3 가스에 의해 클리닝된다. 이 점에서, 상기 금속 염화물은 이 클리닝시에 생성된 것이라 추측된다.This ethoxylate is easily vaporized and exhausted by the processing temperature in the
금속 에톡시화물이 기화되어 배기된다 하더라도 프리코팅 동안에 생성되어, 처리실(21)내를 떠돌거나, 처리실의 내벽에 부착되는 것은 피할 수 없다. 이에, 도 7에 도시한 바와 같이, 한 번의 프리코팅 시퀀스 중에서 공정 S3에 있어서의 상기 반응에 계속해서, 미반응물이나 에톡시화물을 포함하는 부 생성물을 공정 S4의 N2 퍼지에 의해 배출한다. 또한, 바람직하게는, 공정 S5에서 N2 퍼지의 체류 부분까 지도 단절시킴으로써, 보다 한층 금속 오염량을 감소시킬 수 있다. 또한, 공정 S1 내지 S4에 있어서, 처리실(21)의 진공 배기는 계속되고 있기 때문에, 공정 S5를 실시하지 않을 수 있다. 또한, 공정 S3에서 흘리는 가스는 N2 가스에 한정되지 않고 다른 불활성 가스, 예컨대 Ar일 수 있다.Even if the metal ethoxylate is vaporized and exhausted, it is generated during the precoating to float in the
웨이퍼를 연속 처리한 후, 다음 로트의 처리가 개시될 때까지 시간이 비는 경우가 있다. 이 시간이 비어 있는 상태를 아이들링이라 하고, 아이들링 후에 처리가 재개되면 웨이퍼의 막 중에 있어서의 금속 오염량이 많아질 수 있다. 이 원인으로서는, 배기계로부터 알콜 등이 처리실(21)내에 역확산되는 것을 생각할 수 있다. 즉, 처리실(21)의 배기계에 있어서 배기관(24)의 상류측부터 순차적으로 압력 조정용의 스로틀 밸브, 미반응물, 부 생성물을 포착하기 위한 트랩, 진공 펌프가 설치된다. 아이들링 중, 처리실(21)내는 불활성 가스, 예컨대, N2 가스에 의해 퍼지되지만, 트랩에 포착된 부 생성물중의 알콜 등이 처리실(21)내에 역확산되어, 상기 반응식 13에 나타내는 에톡시화물이 생성될 가능성이 있다. After continuous processing of the wafer, the time may be delayed until the processing of the next lot is started. A state where this time is empty is called idling, and when the processing is resumed after idling, the amount of metal contamination in the film of the wafer may increase. As the cause, it is conceivable that alcohol or the like is diffused back into the
이에, 아이들링 후에 프로세스를 재개할 때에는, 상술한 사이클 프리코팅을 실시하면, 상기 프로세스시에 성막된 웨이퍼의 막 중의 금속 오염량을 감소시킬 수 있다. 또한, 이 경우, 도 9에 나타내는 타임 테이블에 따라서, 퍼지와 진공 배기를 반복 실시하여도 효과적이다. 도 9에 있어서, "5a:", "5b:", "5c:"는 도 7에서 설명한 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 이하의 공정 S11 내지 S15에 있어서, 처리실(21)의 진공 배기는 계속된다.Therefore, when resuming the process after idling, the above-described cycle precoating can reduce the amount of metal contamination in the film of the wafer formed during the process. In this case, purge and vacuum evacuation may also be effective according to the time table shown in FIG. 9. In FIG. 9, "5a:", "5b:", and "5c:" have the same meanings as described in FIG. In the following steps S11 to S15, vacuum evacuation of the
공정 S11은 아이들링에 들어가기 직전에 웨이퍼에 대하여 실시된 Ta2O5막의 성막 공정이다. 공정 S12은 아이들링 중(상황에 따라서 유동적이지만, 예컨대, 3600초)의 시간대를 나타낸다. 다음에, 공정 S13에 있어서 다음 로트의 처리 개시를 위한 준비에 들어가고, 여기에서 O2 가스 및 N2 가스를 처리실(21)내에 공급하여 제 1 퍼지가 실시된다. 계속해서, 공정 S14에 있어서 공정 S13 보다 적은 N2 가스를 처리실(21)내에 공급하여 제 2 퍼지가 실시된다. 그 후에 공정 S15에 있어서 진공 배기가 이루어진다. 이 공정 S13 내지 공정 S15는 필요에 따라 반복되며, 즉 소정 회수의 사이클 퍼지가 실시되며, 그 후 다음 로트 웨이퍼의 Ta2O5막의 성막 처리가 실시된다.Step S11 is a film forming step of the Ta 2 O 5 film formed on the wafer immediately before entering the idling. Step S12 represents a time zone during idling (flowing depending on the situation, but for example, 3600 seconds). Next, in step S13, preparation for the start of processing of the next lot is started, and O 2 gas and N 2 gas are supplied into the
또한, 공정 S12 및 공정 S14에서는 제 1 및 제 2 공급관(5a, 5b)의 하나 이상의 공급관으로부터 N2 가스가 처리실(21)내에 도입되어 퍼지 배기된다. 또한 공정 S13에 있어서는, PET 가스를 제외하고는 공정 S11의 웨이퍼로의 성막 처리시와 모두 동일 조건에서 처리실(21)내의 환경이 갖춰진다. 이는, 계속해서 실시되는 다음 로트 웨이퍼에 대한 성막 처리시의 처리실(21)내의 환경에 근접하는 컨디셔닝(환경 조정)도 겸하고 있다. 도 9에 나타내는 사이클 퍼지의 회수는 한 번으로는 그다지 효과가 없고, 3회 이상은 필요하다.In addition, the step S12 and step S14 in the first and the N 2 gas supply pipe from the second one or more of the supply pipes (5a, 5b) is spread is introduced into the
도 9에 나타내는 사이클 퍼지의 효과를 확인하기 위한 실험을 실시하였다. 기준예로서, 아이들링 전에 있어서 웨이퍼에 대하여 Ta2O5막의 성막 처리를 실시하 고, 즉 공정 S11의 종료 후의 웨이퍼의 박막 중의 A1, Fe 및 Cu의 농도를 조사하였다. 비교예로서, 장기 아이들링 상태 후에, 요컨대 공정 S12의 종료 시점에서 동일 처리를 실시하여 마찬가지로 웨이퍼의 박막 중의 상기 금속의 농도를 조사하였다. 실시예로서, 아이들링 후에 도 9에 나타내는 공정 S13 내지 공정 S15의 공정(사이클 퍼지)을 5회 반복하고(그 사이 간격은 5분임), 그 후에 동일한 처리를 실시하여 마찬가지로 웨이퍼의 박막 중의 상기 금속의 농도를 조사하였다.The experiment for confirming the effect of the cycle purge shown in FIG. 9 was performed. As a reference example, the Ta 2 O 5 film was formed on the wafer before idling, that is, the concentrations of A1, Fe and Cu in the thin film of the wafer after the end of step S11 were examined. As a comparative example, after a long idling state, that is, the same treatment was performed at the end of step S12, and the concentration of the metal in the thin film of the wafer was similarly examined. As an example, after idling, the process (cycle purge) of steps S13 to S15 shown in FIG. 9 is repeated five times (the interval between them is five minutes), and then the same treatment is performed to similarly remove the metal in the thin film of the wafer. The concentration was investigated.
도 10은 이 실험의 결과를 나타내는 데이타이다. 이 결과에 따르면, 실시예에 있어서의 금속 오염량은 Al, Fe 및 Cu 어디에서도 아이들링전의 데이타로 거의 복귀한다. 이 이유로서, 상술한 에톡시화물의 생성에 더하여, 하기 사항이 별도의 요인으로 작용하고 있는 것은 아닌가 추찰된다. 즉, 도 9의 공정 S13에 있어서의 처리실(21)내의 압력이, 그 전후의 공정 S12 및 공정 S14에 있어서의 압력과 크게 다르다. 이 압력의 급격한 변동과 동시에 이루어지는 배기에 의해, 금속 오염의 근원인 금속 염화물 등이 처리실(21)내의 부품에서 떼어져서 배기된다. 이 때문에, 그 후에 실시되는 성막 처리에 있어서, 막 중에 도입되는 불순물 금속의 양이 저하된다.10 is data showing the results of this experiment. According to this result, the amount of metal contamination in the Examples almost returned to the data before idling in any of Al, Fe, and Cu. For this reason, in addition to the production of the ethoxylate described above, it is inferred that the following matters act as other factors. That is, the pressure in the
또한, 제 2 실시 형태에 있어서, 상술한 설명에서는 제 1 처리 가스로서 PET(제 2 처리 가스는 산소임)를 사용하여 산화 탄탈막을 형성하는 방법을 예시하고 있다. 그러나, 제 2 실시 형태는 다른 유기 금속 소스 가스인 금속 알콕사이드를 사용하는 성막 방법, 예컨대, Ta(OC2H5)5, Si(OC2H5 )4를 제 1 처리 가스로 사용하 여, 각각 Ta2O5막, TEOS-SiO2막을 형성하는 방법에도 적용할 수 있다. 이들 방법에 있어서, 제 2 처리 가스로서 O2, O3, H2O 등의 산소함유 가스가 사용 가능해진다. In addition, in 2nd Embodiment, the above-mentioned description demonstrates the method of forming a tantalum oxide film using PET (2nd process gas is oxygen) as a 1st process gas. However, the second embodiment uses a deposition method using a metal alkoxide, which is another organic metal source gas, such as Ta (OC 2 H 5 ) 5 , Si (OC 2 H 5 ) 4 , as the first processing gas, The present invention can also be applied to a method of forming a Ta 2 O 5 film and a TEOS-SiO 2 film, respectively. In these methods, it is an oxygen-containing gas, such as a second process gas O 2, O 3, H 2 O can be used.
이상 설명한 바와 같이, 제 1 및 제 2 실시 형태에 따르면, 처리실내에 프리코팅 처리를 실시한 후에 피처리 기판상에 형성되는 막 중에 포함되는, 예컨대, 금속 등의 불순물의 총량을 감소시킬 수 있다.As described above, according to the first and second embodiments, it is possible to reduce the total amount of impurities, such as metals, included in the film formed on the substrate to be processed after the precoating treatment is performed in the processing chamber.
즉, 제 1 및 제 2 실시 형태에 따르면, 프리코팅 처리의 제 1 공정에 있어서, 처리 가스로부터 해리된 물질 중 미반응된 것이나, 처리실내에 존재하거나, 또는 박막 중에 들어간 부 생성물 등을 제 2 공정에서 처리실로부터 배출시킨다. 이 때문에, 나중의 성막 공정에 있어서 피처리 기판에 형성되는 막 조성의 순도가 향상된다.That is, according to the first and second embodiments, in the first step of the precoating treatment, unreacted ones of the substances dissociated from the processing gas, secondary products or the like that are present in the processing chamber or entered into the thin film are second. It is discharged from the process chamber in the process. For this reason, the purity of the film composition formed in a to-be-processed board | substrate in a later film-forming process improves.
예컨대, 제 2 실시 형태는 처리 가스로서 PET 및 O2 가스를 이용하여 산화 탄탈막을 형성하는 경우에 적용된다. 이 경우, 실시 형태에 따라서, 반응 가스인 산소 가스를 이용하여 프리코팅 처리의 제 2 공정을 실시함으로써, 프리코팅이나 처리실내의 탄소를 제거할 수 있다. 또한, 장기 아이들링 상태에 있던 처리실에서 산화 탄탈막을 형성하는 경우, 실시 형태에 따라, 프리코팅 처리의 제 2 공정에서 불활성 가스를 공급함으로써 처리실내의 금속 화합물을 제거할 수 있다. For example, the second embodiment is applied to the case where a tantalum oxide film is formed using PET and O 2 gas as the processing gas. In this case, according to the embodiment, by performing the second step of the pre-coating treatment using the oxygen gas which is the reaction gas, the carbon in the pre-coating or the treatment chamber can be removed. In the case where the tantalum oxide film is formed in the processing chamber in a long idling state, according to the embodiment, the metal compound in the processing chamber can be removed by supplying an inert gas in the second step of the pre-coating treatment.
한편, 제 1 실시 형태에 따르면, 프리코팅 처리의 제 1 공정에 있어서, 처리 가스로부터 해리된 미반응 할로겐화물이나, 막 중에 들어간 부 생성물로서의 할로겐화물이 생성된다. 이들 할로겐화물은, 제 2 공정에서, 예컨대, NH3 가스에 의해 환원되고, 이 환원 반응에서 분리한 할로겐화물을 가스 상태로 처리실로부터 배출한다. 이 때문에, 나중의 성막 공정에서 피처리 기판에 형성하는 막이 금속 오염될 우려가 경감된다.On the other hand, according to the first embodiment, in the first step of the pre-coating treatment, unreacted halides dissociated from the processing gas or halides as side products in the film are produced. These halides are reduced by, for example, NH 3 gas in the second step, and the halides separated in the reduction reaction are discharged from the processing chamber in the gas state. For this reason, the possibility of metal contamination of the film | membrane formed in a to-be-processed substrate in a later film-forming process is reduced.
예컨대, TiN막의 성막을 하는 경우에는 처리 가스로서 NH3 및 TiCl4를 이용할 수 있다. 이 경우, 제 1 공정에서 생긴 TiClx나 HCl 등을 제 2 공정에서 처리실로부터 제거할 수 있다. 결과적으로 성막 공정에서 얻어지는 TiN막으로의 금속 염화물의 혼입량이 감소된다.For example, when forming a TiN film, NH 3 and TiCl 4 can be used as the processing gas. In this case, TiCl x , HCl, etc. generated in the first step can be removed from the processing chamber in the second step. As a result, the amount of metal chlorides incorporated into the TiN film obtained in the film forming process is reduced.
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