KR100865581B1 - Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus - Google Patents

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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명은 기판과의 계면에 산화막이 형성되지 않도록 하여 기판상에 신뢰성이 높은 금속원자를 포함하는 막을 형성할 수 있도록 한다. According to the present invention, an oxide film is not formed at an interface with the substrate so that a film containing highly reliable metal atoms can be formed on the substrate.

기판상에 제1 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정과, 상기 제1 금속원자를 포함한 막이 형성된 기판에 대해 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정을 포함하며, 상기 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정에서는, 상기 기판상에 형성된 상기 제1 금속원자를 포함하는 막의 적어도 일부를 산화시켜 산화물을 형성하고 이 산화물을 실질적으로 소멸시킨다. Forming a film containing a first metal atom on the substrate, and forming a film including a second metal atom on the substrate on which the film including the first metal atom is formed, the second metal atom being included. In the step of forming a film, at least a part of the film including the first metal atom formed on the substrate is oxidized to form an oxide and substantially eliminate the oxide.

Si기판, High-K막, 계면층, 산화막, 게르마늄 Si substrate, High-K film, interfacial layer, oxide film, germanium

Description

반도체장치의 제조방법 및 기판처리장치{SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}Method for manufacturing semiconductor device and substrate processing device {SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 기판상에 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 반도체장치의 제조방법 및 기판처리장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a substrate processing apparatus for forming a film containing metal atoms on a substrate.

반도체 제조공정의 하나로서, 기판(실리콘 웨이퍼나 유리 등을 베이스로 하고 미세한 전기회로의 패턴이 형성된 피처리기판)의 표면에 소정의 성막처리를 하는 CVD(chemical vapor deposition)공정이 있다. 이 공정은 기밀(氣密)한 처리실에 기판을 장전하고, 처리실 내에 설치된 가열수단에 의해 기판을 가열하고, 성막 가스를 기판상에 도입하면서 화학반응을 일으켜 기판상에 설치된 미세한 전기회로의 패턴(pattern)상에 균일하게 박막을 형성하는 것이다. 이 패턴상에 형성되는 박막으로는 반도체 트랜지스터의 게이트 절연막이 있다. As one of the semiconductor manufacturing processes, there is a chemical vapor deposition (CVD) process in which a film is formed on a surface of a substrate (a substrate to be processed based on a silicon wafer, glass, or the like, on which a fine electric circuit pattern is formed). This process loads the substrate into an airtight processing chamber, heats the substrate by means of heating provided in the processing chamber, and chemically reacts while introducing the deposition gas onto the substrate, thereby forming a pattern of a fine electric circuit installed on the substrate ( pattern to form a thin film uniformly. The thin film formed on this pattern is a gate insulating film of a semiconductor transistor.

반도체 트랜지스터의 게이트 절연막의 특성으로는, 실리콘기판(Si기판)과의 계면(界面)이 전기적으로 원활(smooth)하여 캐리어(carrier)의 이동도가 열화(劣化)하지 않는 것이 중요하다. 계면에서의 특성은 SiO₂막이 뛰어나기 때문에, 이것이 게이트 절연막에 일관되게 사용되어 왔다. 그러나 게이트 SiO₂막이 3㎚ 이하가 되면 직접 터널 리크 전류가 흘러 절연막으로서 동작하지 않게 된다. 이에 반해, SiO₂보다 고유전율(高誘電率)의 금속원자를 포함하는 재료를 사용하면 게이트 절연막을 두껍게 할 수 있어 직접 터널 리크 전류를 억제할 수 있게 된다. As a characteristic of the gate insulating film of the semiconductor transistor, it is important that the interface with the silicon substrate (Si substrate) is electrically smooth and the mobility of the carrier does not deteriorate. Since the characteristics at the interface are excellent in the SiO2 film, it has been used consistently in the gate insulating film. However, when the gate SiO2 film is 3 nm or less, a direct tunnel leak current flows and does not operate as an insulating film. On the other hand, the use of a material containing a higher dielectric constant metal atom than SiO 2 can make the gate insulating film thicker and can directly suppress the tunnel leakage current.

이러한 게이트 절연막을 형성하는 성막장치로서, 성막원료에 유기화학재료를 사용하여 고유전율막이나 그 실리케이트 막을 형성하는 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)장치나 2종류 이상의 원료가스를 교대로 흘려 원자층 레벨의 박막을 형성하는 ALD(atomic layer deposition)장치가 있다. As a film forming apparatus for forming such a gate insulating film, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) apparatus for forming a high dielectric constant film or a silicate film using an organic chemical material as a film forming material or an atomic layer level by alternately flowing two or more kinds of source gases. There is an ALD (atomic layer deposition) apparatus for forming a thin film of.

금속원자를 포함하는 재료로 형성된 고유전율 게이트 절연막(이하 High-k막이라 칭함)의 최대의 문제점은 Si기판과의 계면에서의 전기적 특성이 나빠 트랜지스터로서의 성능이나 신뢰성 측면에서 만족할 만한 것을 얻을 수 없다는 점이다. 따라서 이를 만족시키기 위해서는, High-k막의 하지(下地)에 극히 얇은 0.5∼1㎚의 저유전율의 SiO2 막을 형성시키지 않으면 안 된다. The biggest problem of the high dielectric constant gate insulating film (hereinafter referred to as High-k film) formed of a material containing metal atoms is that the electrical characteristics at the interface with the Si substrate are poor, and therefore, satisfactory in terms of performance and reliability as a transistor cannot be obtained. Is the point. Therefore, in order to satisfy this, an extremely thin SiO 2 film having a low dielectric constant of 0.5 to 1 nm must be formed on the base of the high-k film.

그러나, 통상 Si기판상에 High-k막을 형성할 때, 기판이 산화 분위기에 노출된다는 것과, High-k막 속을 확산한 산소가 Si 기판 표면까지 도달하기 때문에, SiO2 막은 전술한 0.5∼1㎚보다 두꺼워지는 경우가 흔히 있다. However, when a high-k film is usually formed on a Si substrate, since the substrate is exposed to an oxidizing atmosphere and oxygen diffused in the high-k film reaches the surface of the Si substrate, the SiO 2 film is 0.5 to 1 described above. It is often thicker than nm.

또한, Hf산화막(HfO2) 또는 Zr산화막(ZrO2)과 같은 고유전율 물질은, 실리콘(Si)상에서 안정하지만, 실리콘이 산화막으로 확산해 불량한 실리케이트 층을 형성하여 실효(實效) 유전율이 떨어지고 신뢰성이 저하한다는 문제가 있었다. In addition, high dielectric constant materials such as Hf oxide (HfO 2 ) or Zr oxide (ZrO 2 ) are stable on silicon (Si), but silicon diffuses into the oxide film to form a poor silicate layer, resulting in poor effective dielectric constant and reliability. There was a problem that this degraded.

본 발명의 과제는 전술한 종래 기술의 문제점을 해소하고 기판과의 계면에 산화막이 형성되지 않도록 하고 기판상에 신뢰성의 높은 금속원자를 포함하는 막을 형성할 수 있는 반도체 장치의 제조방법 및 기판처리장치를 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus which can solve the above-mentioned problems of the prior art and prevent the formation of an oxide film at the interface with the substrate and form a film containing highly reliable metal atoms on the substrate. To provide.

본 발명은 기판상에 제1금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정과, 상기 제1 금속원자를 포함하는 막을 형성한 기판에 대하여 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정을 가지며, 상기 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정에서는 상기 기판상에 형성된 상기 제1 금속원자를 포함하는 막의 적어도 일부를 산화시켜 산화물을 형성하고, 그 산화물을 실질적으로 소멸시키는 반도체장치의 제조방법이다. The present invention has a step of forming a film containing a first metal atom on a substrate, and a step of forming a film containing a second metal atom with respect to a substrate on which a film containing the first metal atom is formed, wherein the second In the step of forming a film containing metal atoms, at least a part of the film containing the first metal atoms formed on the substrate is oxidized to form an oxide, and a method of manufacturing a semiconductor device that substantially eliminates the oxide.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서 기판상에 형성한 산화물의 소멸 원리를 도시한 설명도. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows the extinction principle of the oxide formed on the board | substrate in embodiment of this invention.

도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서 클러스터(cluster)형 기판처리장치의 개략적인 평면도. 2 is a schematic plan view of a cluster type substrate processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서 매엽형 전처리 장치를 설명하는 개략적인 단면도. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a sheet type pretreatment apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서 매엽형 High-k 성막장치의 개략적인 단면도. 4 is a schematic cross-sectional view of a sheet type high-k film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention.

도 5는 게르마늄 기판과 Hf 산화막 간의 계면층 두께가 실리콘 기판과 Hf 산화막 간의 계면층 두께보다 얇은 것을 도시한 도면. FIG. 5 shows that the interface layer thickness between the germanium substrate and the Hf oxide film is thinner than the interface layer thickness between the silicon substrate and the Hf oxide film.

도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 종형장치의 개략적인 구성도. Fig. 6 is a schematic configuration diagram of a vertical type device in a second embodiment of the present invention.

<부호의 설명> <Description of the code>

10 : Si(기판) 12 : Ge 박막(제1 금속원자를 포함하는 막) 10: Si (substrate) 12: Ge thin film (film including a first metal atom)

14　: Hf 막(제2 금속원자를 포함하는 막의 구성 원소) 14 ′: Hf film (constituent elements of the film containing a second metal atom)

15　: 계면 16　: High-k 막(제2 금속원자를 포함하는 막) 15 ': Interface 16': High-k film (membrane containing second metal atom)

본 발명자는 Si 등의 기판과 High-k 막 등의 금속원자를 포함하는 막과의 계면에 바람직하지 않은 산화막이 형성되는 점에 대하여 연구한 결과, 다음과 같은 게르마늄(Ge)의 특성에 착안했다. As a result of studying the formation of an undesirable oxide film at the interface between a substrate such as Si and a film containing metal atoms such as a high-k film, the present inventors have focused on the following characteristics of germanium (Ge). .

(1) Ge 산화물인 GeO는 열적으로 불안정하여 승화하기 쉽다는 것. (1) GeO, which is a Ge oxide, is thermally unstable and easy to sublimate.

(2) Ge 기판에 금속산화물인 HfO2나 ZrO2를 형성할 때 Ge 기판은 산화되지만, 도 5(a)에 도시한 바와 같이, Ge기판과 HfO2(금속산화막)의 계면에 GeO2 층이 거의 형성되지 않기 때문에, 형성될 Hf-Ge-산소, Hf-산소-Ge 결합이 승화하기 쉽다는 것. (2) When forming HfO 2 or ZrO 2 , which are metal oxides, on the Ge substrate, the Ge substrate is oxidized, but as shown in Fig. 5 (a), GeO 2 is formed at the interface between the Ge substrate and HfO 2 (metal oxide film). Since little layer is formed, Hf-Ge-oxygen, Hf-oxygen-Ge bond to be formed is easy to sublimate.

한편, 도 5는 투과형 전자현미경(TEM)에 의한 화상단면도이다. (a)는 Ge 기판상에 HfO2를 형성한 경우 (HfO2/Ge), (b)는 Si 기판상에 HfO2를 형성한 경우(HfO2/Si)에 형성되는 계면층을 나타내고 있다. HfO2/Si에 있어서는 1㎚ 이하 두께의 계면층을 볼 수 있는 데 반해, HfO2/Ge에 있어서는 1∼2개의 원자층만의 계면층을 볼 수 있다. [K. Kita. et al “Further　　 EOT Scaling of Ge/HfO2 over Si/HfO2 MOS Systems” International Workshop on Gate Insulator (IWGI), Tokyo, 2003, 186-191(2003)]. 5 is an image sectional view by a transmission electron microscope (TEM). (a) shows the case where HfO 2 is formed on a Ge substrate (HfO 2 / Ge), and (b) shows the interface layer formed when HfO 2 is formed (HfO 2 / Si) on a Si substrate. In HfO 2 / Si, an interface layer having a thickness of 1 nm or less can be seen, whereas in HfO 2 / Ge, an interface layer of only one or two atomic layers can be seen. [K. Kita. et al “Further EOT Scaling of Ge / HfO 2 over Si / HfO 2 MOS Systems” International Workshop on Gate Insulator (IWGI), Tokyo, 2003, 186-191 (2003)].

위에서 알 수 있는 바와 같이, Si 기판과 같은 기판상에 미리 Ge 층과 같은 제1 금속원자를 포함하는 막을 형성하면, 기판 표면은 직접 산소와 접촉하지 않으므로 기판 표면이 산화되지 않고, 또한 기판　상에 High-k 막과 같은 제2 금속원자를 포함하는 막을 성막할 경우라도 제2 금속원자를 포함하는 막을 성막할 때 수반되는 산화에 의해 기판상에 형성되는 제1 금속원자를 포함하는 산화물을 승화시켜 계면으로부터 소멸시킬 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성했다. As can be seen above, when a film containing a first metal atom, such as a Ge layer, is formed on a substrate such as a Si substrate in advance, the substrate surface is not in direct contact with oxygen, so that the substrate surface is not oxidized, and also on the substrate. Even when a film containing a second metal atom, such as a high-k film, is formed, the oxide containing the first metal atom formed on the substrate is sublimed by oxidation associated with the film formation of the film containing the second metal atom. The present invention was completed by discovering that it can be extinguished from the interface.

이하 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described.

도 2는 본 발명의 반도체 장치의 제조방법을 실시하기 위한 제1 실시형태에 있어서, 클러스터(cluster)형의 기판처리장치의 개요를 나타내는 평면도이다. 한편, 본 발명이 적용되는 기판처리장치에서는, 웨이퍼 등의 기판을 반송하는 캐리어로서 FOUP(front opening unified pod. 이하, "포드"라고 한다)(357)가 사용되고 있다. FIG. 2 is a plan view showing an outline of a cluster type substrate processing apparatus in a first embodiment for carrying out the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. FIG. On the other hand, in the substrate processing apparatus to which the present invention is applied, a front opening unified pod (hereinafter referred to as " pod ") 357 is used as a carrier for transporting a substrate such as a wafer.

도 2에 도시한 바와 같이, 기판처리장치는 진공하에서 사용되는 제1 반송실(341)을 구비하고 있고, 제1 반송실(341)의 광체(筐體)는 평면에서 볼 때 칠각형의 상자 모양으로 형성되어 있다. 제1 반송실(341)에는 2매의 웨이퍼를 동시에 이재(移載)하는 제1 웨이퍼 이재기(移載機)(343)가 설치되어 있다. As shown in FIG. 2, the substrate processing apparatus is provided with the 1st conveyance chamber 341 used under vacuum, and the hull of the 1st conveyance chamber 341 is a hexagonal box shape in plan view. It is formed. The 1st wafer transfer machine 343 which transfers two wafers simultaneously in the 1st conveyance chamber 341 is provided.

광체의 7장의 측벽 중, 도면 아래쪽의 1장의 측벽에는 기판의 반입 및 반출 에 사용되는 로드록실(load lock chamber： 예비실)(344, 345)이 각각 게이트 밸브(371, 372)를 개재하여 연결되어 있고, 로드록실(344, 345)은 각각 부압(負壓)에 견디는 로드록실 구조로 구성되어 있다. Of the seven side walls of the housing, load lock chambers (344, 345) used for loading and unloading the substrate are connected to one side wall at the bottom of the drawing via the gate valves 371 and 372, respectively. The load lock chambers 344 and 345 each have a load lock chamber structure that withstands negative pressure.

로드록실(344, 345)에는 거의 대기압 하에서 사용되는 제2 반송실(346)이 게이트 밸브(348, 349)를 개재하여 연결되어 있다. 제2 반송실(346)에는 웨이퍼를 이재하는 제2 웨이퍼 이재기(347)가 설치되어 있다. 제2 웨이퍼 이재기(347)는 제2 반송실(346)에 설치된 리니어 액추에이터(linear actuator)(373)에 의해 좌우 방향으로 왕복 이동되도록 구성되어 있다. 제2 반송실(346)의 좌측에는 웨이퍼의 위치 어긋남을 맞추는 얼라이너(aligner) 장치(350)가 설치되어 있다. The second transfer chamber 346 used under substantially atmospheric pressure is connected to the load lock chambers 344 and 345 via the gate valves 348 and 349. The second transfer chamber 346 is provided with a second wafer transfer machine 347 for transferring wafers. The second wafer transfer machine 347 is configured to reciprocate in the horizontal direction by a linear actuator 373 provided in the second transfer chamber 346. The left side of the 2nd conveyance chamber 346 is provided with the aligner apparatus 350 which aligns the position shift of a wafer.

제2 반송실(346)의 광체에는 웨이퍼를 제2 반송실(346)에 대해 반입 반출하기 위한 IO 스테이지(354)가 설치된다. 이 IO 스테이지(354)(3대의 스테이지)에 포드(357)가 재치(載置)된다. IO 스테이지(354)에 재치된 3개의 포드(357)는, 이에 대응한 3개의 웨이퍼 반입 반출구(356)를 개폐하는 3개의 게이트 밸브(351∼353)를 각각 개폐함으로써, 포드(357)에 대한 웨이퍼 출입이 가능하게 된다. An IO stage 354 is provided in the housing of the second transfer chamber 346 to carry the wafer in and out of the second transfer chamber 346. The pod 357 is mounted on this IO stage 354 (three stages). The three pods 357 mounted to the IO stage 354 open and close the three gate valves 351 to 353 respectively for opening and closing the three wafer loading / unloading outlets 356 corresponding thereto, to the pods 357. It is possible to enter and exit the wafer.

도 2에 도시한 바와 같이, 광체의 나머지 6장의 측벽 중, 상방의 4장의 측벽에는, 웨이퍼에 요구되는 처리, 예를 들면 웨이퍼상에 제1 금속 원자로서의 Ge를 포함하는 막, 즉 Ge 에피택셜(epitaxial) 층이나 Ge 막을 형성하는 제1 처리로(處理爐)〔전(前)처리장치(364)〕와, 웨이퍼에 요구되는 처리, 예를 들면 Ge막을 형성한 웨이퍼에 대하여 제2 금속원자를 포함하는 막, 즉 High-k 막을 형성하는 제2 처리로〔High-k 성막장치(361)〕와, 웨이퍼에 요구되는 처리, 예를 들면 막을 치밀화 하는 제3 처리로〔RTP(Rapid Thermal Process)장치(363)〕와, 웨이퍼에 요구되는 처리, 예를 들면 실리콘 전극 또는 메탈 전극을 형성하는 제4 처리로〔전극형성장치(362)〕가 각각 인접하여 연결되어 있다. As shown in Fig. 2, among the remaining six sidewalls of the ore, four upper sidewalls have a process required for the wafer, for example, a film containing Ge as the first metal atom on the wafer, that is, the Ge epitaxial layer. A second metal atom for the first processing furnace (pretreatment apparatus 364) for forming an (epitaxial) layer or a Ge film, and for a process required for the wafer, for example, a wafer in which a Ge film is formed. A film containing a film, i.e., a second process for forming a high-k film (High-k film forming apparatus 361), and a process required for the wafer, for example, a third process for densifying the film [RTP (Rapid Thermal Process) Device 363] and a fourth process for forming a silicon electrode or a metal electrode (e.g., electrode forming apparatus 362) are adjacently connected to each other.

광체에 있어서 나머지 대향하는 2장의 측벽에는, 제1 쿨링 유닛(374)과 제2 쿨링 유닛(375)이 각각 연결되어 있고, 제1 쿨링 유닛(374) 및 제2 쿨링 유닛(375)은 어느 것이나 모두 처리가 완료된 웨이퍼를 냉각하도록 구성되어 있다. The first cooling unit 374 and the second cooling unit 375 are connected to the two remaining side walls of the housing, respectively, and any of the first cooling unit 374 and the second cooling unit 375 is either. All are configured to cool the processed wafer.

다음으로, 도 3을 참조하여 전술한 전처리장치(364)를 설명한다. 이것은 웨이퍼(200)의 표면에 제1 금속원자로서의 Ge를 포함하는 막, 즉, Ge 에피택셜 층이나 Ge막을 형성하는 매엽식(枚葉式) 장치이다. Next, the preprocessor 364 described above will be described with reference to FIG. 3. This is a single sheet type apparatus which forms a film containing Ge as the first metal atom, that is, a Ge epitaxial layer or a Ge film, on the surface of the wafer 200.

전처리장치(364)에 있어서 Si 웨이퍼(200)상에 게르마늄 층을 에피택셜 성장시키려면, 웨이퍼(200)를 처리실(201)내로 반입하고, 처리실(201)내에 반입된 웨이퍼(200)에 샤워 헤드(240)를 개재하여 성막 가스(Ge원소를 포함하는 가스)와 캐리어 가스의 혼합 가스를 공급하여 웨이퍼(200)상에 에피택셜층을 형성하고, 처리된 웨이퍼(200)를 처리실(201)밖으로 반출한다. 이러한 전체 공정 중에, 처리용기(223)의 하방으로부터 처리실(201) 내에 항상 N2 퍼지 가스(purge gas)를 공급한다. Ge원자를 포함하는 가스로는, 예를 들면 GeH4를 사용한다. In order to epitaxially grow a germanium layer on the Si wafer 200 in the pretreatment device 364, the wafer 200 is loaded into the processing chamber 201, and a shower head is placed in the wafer 200 carried in the processing chamber 201. The epitaxial layer is formed on the wafer 200 by supplying a mixed gas of a deposition gas (gas containing a Ge element) and a carrier gas via the 240, and the processed wafer 200 is moved out of the processing chamber 201. Export. During this entire process, N 2 purge gas is always supplied into the process chamber 201 from below the process vessel 223. As a gas containing Ge atoms, for example, GeH 4 is used.

웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 반입할 때, 승강 및 회전이 가능한 히터 유닛(251)은 웨이퍼가 반송 가능한 기판반송 위치〔도 3에 있어서 처리실(201)의 저부(低部)까지 강하한 위치〕에 있어서 웨이퍼(200)가 가열 가능한 상태이고, 처리 용기(223)의 게이트 밸브(384)(도 2 참조)는 열려 있다. 웨이퍼(200)는 제1 웨이퍼 이재기(343)에 의해 제1 반송실(341)로부터 처리실(201)에 반송구(250)를 개재하여 반입되고, 복수의 지지핀(도시하지 않음)에 의해 지지된다. 게이트 밸브(384)는 웨이퍼 반입 후에 닫힌다. 환상(環狀) 버퍼로(路)(249)를 개재하여 배기구(235)로 처리실(201)내부가 배기된다. When the wafer 200 is brought into the processing chamber 201, the heater unit 251 capable of lifting and rotating is lowered to a substrate transfer position (the bottom of the processing chamber 201 in FIG. 3) in which the wafer can be transferred. Position], the wafer 200 can be heated, and the gate valve 384 (see FIG. 2) of the processing container 223 is open. The wafer 200 is carried in from the first transfer chamber 341 to the processing chamber 201 via the transfer port 250 by the first wafer transfer machine 343 and supported by a plurality of support pins (not shown). do. Gate valve 384 is closed after wafer loading. The inside of the processing chamber 201 is exhausted to the exhaust port 235 via the annular buffer path 249.

웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 반입한 후, 히터 유닛(251) 및 서셉터(suscepter)(217)는 기판반송 위치로부터 기판처리 위치(도 3의 위치)까지 상승하는데, 기판처리 위치에 도달하기 전에 웨이퍼(200)는 지지핀으로부터 서셉터(217)상에 이재 되고, 히터 유닛(251)에 설치된 리플렉터(252)를 갖는 히터(207)에 의해 서셉터(217)를 사이에 두고 웨이퍼(200)가 직접 가열된다. 기판처리 위치에서 서셉터(217)상에 이재된 웨이퍼(200)는 샤워 헤드(240)에 근접하여 대면한다. 이 상태에서 필요에 따라 히터 유닛(251)을 회전시켜서 웨이퍼(200)를 회전시킨다. After bringing the wafer 200 into the processing chamber 201, the heater unit 251 and the susceptor 217 rise from the substrate transport position to the substrate processing position (the position of FIG. 3), but the substrate processing position Before reaching, the wafer 200 is transferred from the support pin onto the susceptor 217, and the wafer is interposed between the susceptor 217 by a heater 207 having a reflector 252 installed in the heater unit 251. 200 is directly heated. The wafer 200 deposited on the susceptor 217 at the substrate processing position faces the shower head 240 in close proximity. In this state, the heater unit 251 is rotated as needed to rotate the wafer 200.

그리고, 제1 가스 공급구로서의 가스 공급구(232)로부터 화살표에 도시한 바와 같이, 성막 가스(원료 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스)를 처리용기(223)의 상부로부터 도입한다. 도입된 성막 가스는 분산판(245)에서 분산되고, 그리고 샤워 헤드(240)에서 샤워 상태가 되어, 필요에 따라 회전하는 웨이퍼(200)의 표면에 공급된다. 웨이퍼(200)의 표면에 공급된 성막 가스는 웨이퍼(200)의 외주에 설치된 커버링(248)위를 직경 바깥쪽 방향으로 흘러, 환상 버퍼로(249)로 배출되어, 배기구(235)를 통해 처리실(1)밖으로 배기된다. 이 과정에서 웨이퍼(200)상에 소정의 막두께인 에피택셜층이 형성된다. 웨이퍼 에지부의 성막 가스 흐름이나 성막 가스 농도분포의 제어는 커버링(248)에 의해 제어된다. As shown by an arrow from the gas supply port 232 serving as the first gas supply port, film forming gas (mixed gas of raw material gas and carrier gas) is introduced from the upper portion of the processing container 223. The introduced deposition gas is dispersed in the dispersion plate 245, and showered in the shower head 240, and supplied to the surface of the rotating wafer 200 as necessary. The deposition gas supplied to the surface of the wafer 200 flows outward in a radial direction on the covering 248 provided on the outer circumference of the wafer 200, and is discharged to the annular buffer passage 249 and through the exhaust port 235. (1) Exhaust out. In this process, an epitaxial layer having a predetermined film thickness is formed on the wafer 200. Control of the deposition gas flow and the deposition gas concentration distribution at the wafer edge portion is controlled by the covering 248.

에피택셜층 형성 후 히터 유닛(251)은 반송 위치까지 강하한다. 강하할 때 지지핀은 다시 웨이퍼(200)를 밀어 올려 서셉터(217)와 웨이퍼(200) 사이에 반송을 위한 간격을 만든다. 웨이퍼(200)는 반송구(250)로부터 제1 웨이퍼 이재기(343)에 의하여 제1 반송실(341)로 운반된다. After the epitaxial layer is formed, the heater unit 251 descends to the transport position. When falling, the support pin pushes up the wafer 200 again to create a gap for conveyance between the susceptor 217 and the wafer 200. The wafer 200 is transported from the transfer port 250 to the first transfer chamber 341 by the first wafer transfer machine 343.

전처리장치(364)는 제1 제어장치(225)를 구비하고, 제1 제어장치(225)에 의해 전술한 히터 유닛(251)의 승강 및 회전, 히터(207)의 가열에 의한 웨이퍼 온도, 성막 가스 유량, 처리실 내의 압력을 제어하도록 되어 있다. The pretreatment device 364 includes a first control device 225, which is lifted and rotated by the heater unit 251 described above by the first control device 225, wafer temperature by heating the heater 207, and film formation. The gas flow rate and the pressure in the processing chamber are controlled.

다음으로, 도 4를 참조하여 전술한 High-k 성막장치(361)의 개략을 설명한다. High-k 성막장치(361)는 매엽식 장치이며, 성막공정에서는 ALD 법을 사용하여 웨이퍼 표면에 제2 금속원자를 함유하는 막으로서의 High-k 막을 형성한다. Next, with reference to FIG. 4, the outline of the high-k film-forming apparatus 361 mentioned above is demonstrated. The high-k film-forming apparatus 361 is a sheet type apparatus, and in the film-forming process, a high-k film as a film containing a second metal atom is formed on the wafer surface using the ALD method.

도 4는 그와 같은 매엽식 장치를 나타낸 개략적인 종단면도(縱斷面圖)이다. 동도에 도시한 바와 같이 매엽식 장치는 처리실(101)을 구비한다. 처리실(101)은 알루미늄(Al) 등의 금속으로 구성된다. 이 처리실(101) 내부에, 서셉터(102)에 의해 상부가 덮힌 중공(中空) 히터 유닛(118)이 설치되어 있다. 히터 유닛(118)의 내부에는 히터(103)가 설치되고, 히터(103)에 의해 서셉터(102) 상에 재치되는 웨이퍼(200)가 가열된다. 서셉터(102)상에 재치되는 웨이퍼(200)는, 예를 들면 Si 웨이퍼, 유리 등이다. 4 is a schematic longitudinal cross-sectional view of such a sheet type device. As shown in FIG. 1, the sheet type device includes a processing chamber 101. The processing chamber 101 is made of metal such as aluminum (Al). The hollow heater unit 118 in which the upper part was covered by the susceptor 102 is provided in this process chamber 101. The heater 103 is provided inside the heater unit 118, and the wafer 200 mounted on the susceptor 102 is heated by the heater 103. The wafer 200 mounted on the susceptor 102 is, for example, a Si wafer, glass, or the like.

처리실(101)내부의 서셉터(102) 상방에, 다수의 구멍(108)을 갖는 샤워 플레이트(106)가 설치되고, 서셉터(102)에 재치되는 웨이퍼(200)상에 샤워 상태로 가스 를 공급하도록 되어 있다. 샤워 플레이트(106)로 통하는 처리실(101)의 상부에는, 제2 금속원자를 포함하는 가스를 공급하는 제2 공급구로서의 원료가스 공급관(105)과, 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급관(111)과, 산소원자를 포함하는 가스를 공급하는 제3 공급구로서의 산소 함유 가스 공급관(112)이 접속되어 있다. 또한, 처리실(101)에 배기관(107)이 접속되고, 그 배기관(107)에는 처리실(101) 내부를 배기하는 진공펌프(108a)가 설치되어 있다. Above the susceptor 102 in the processing chamber 101, a shower plate 106 having a plurality of holes 108 is provided, and gas is showered on the wafer 200 mounted on the susceptor 102. It is supposed to supply. A raw material gas supply pipe 105 serving as a second supply port for supplying a gas containing a second metal atom, and a cleaning gas supply pipe 111 for supplying a cleaning gas to the upper portion of the processing chamber 101 leading to the shower plate 106. And an oxygen-containing gas supply pipe 112 as a third supply port for supplying a gas containing an oxygen atom. In addition, an exhaust pipe 107 is connected to the processing chamber 101, and a vacuum pump 108a for exhausting the inside of the processing chamber 101 is provided in the exhaust pipe 107.

상기 원료가스 공급관(105)은 기화기(129)에 접속되어 있고, 기화기(129)에는 액체원료공급관(105a)이 접속되어 있다. 액체원료공급관(105a)은 액체유량제어기(LMFC)(128)를 개재하여 원료탱크(109)에 접속되어 있다. 원료탱크(109)에는 제2 금속원자를 포함하는 액체의 유기금속원료(이하 MO 원료)(110)가 봉입(封入)된다. 상기 MO 원료(110)는 압송가스에 의해 액체원료공급관(105a) 내부에 압출되고, LMFC(128)를 개재하여 기화기(129)로 보내진다. 기화기(129)로 보내진 MO 원료는 유량제어기(MFC)(130)로 유량제어된 반송 가스와 혼합되어 기화되고, 제2 금속원자를 포함하는 가스, 즉 MO 원료가스로서 원료가스 공급관(105)을 개재하여 처리실(101) 내부로 공급된다. 이 원료가스 공급관(105)의 기화기(129)보다 하류측에는 밸브(141)가 설치되고, 상기 밸브(141)보다 상류측에는 밸브(142)를 개재하여 벤트 라인(145)이 접속되고, 상기 밸브(141)보다 하류측에는 밸브(143)를 개재하여 퍼지 라인(146)이 접속되어 있다. The source gas supply pipe 105 is connected to a vaporizer 129, and a liquid raw material supply pipe 105a is connected to the vaporizer 129. The liquid raw material supply pipe 105a is connected to the raw material tank 109 via a liquid flow controller (LMFC) 128. The raw material tank 109 is filled with a liquid organic metal raw material (hereinafter referred to as MO raw material) 110 containing a second metal atom. The MO raw material 110 is extruded into the liquid raw material supply pipe 105a by a pressurized gas, and is sent to the vaporizer 129 via the LMFC 128. The MO raw material sent to the vaporizer 129 is mixed with the flow gas controlled by the flow controller (MFC) 130 and vaporized, and the raw material gas supply pipe 105 is used as the gas containing the second metal atom, that is, the MO raw material gas. It is supplied into the process chamber 101 via the intervening process. A valve 141 is provided downstream from the vaporizer 129 of the source gas supply pipe 105, and a vent line 145 is connected to a valve upstream of the valve 141 via a valve 142. The purge line 146 is connected downstream from the 141 via the valve 143.

성막 전에 밸브(141, 142)는 닫혀져 있다. 또한 밸브(143)는 항상 열려 있고, 퍼지 라인(146)으로부터 처리실(101) 내부에 항상 퍼지 가스가 공급된다. 한 편, 원료가스 공급관(105)의 MO 원료가 통과하는 배관계통에는, 기화한 MO 원료가 다시 액화하지 않도록 가열하는 히터(113)가 설치되어 있다. Before the film formation, the valves 141 and 142 are closed. In addition, the valve 143 is always open, and purge gas is always supplied from the purge line 146 into the process chamber 101. On the other hand, in the piping system through which the MO raw material of the source gas supply pipe 105 passes, the heater 113 which heats so that vaporized MO raw material will not liquefy again is provided.

또한 반송 가스는 MO 원료의 기화 유무에 관계없이 기화기(129)에 항상 공급되도록 되어 있다. MO 원료를 기화하지 않는 경우, 즉 처리실(101) 내에 MO 원료가스를 도입하지 않는 경우에는 기화기(129) 내의 원료 공급변(弁)을 봉지(封止)하고, 밸브(141)를 닫고, 밸브(142)를 열면, 반송 가스가 벤트 라인(145)으로 배출된다. 항상 개방되어 있는 밸브(143)에 의한 퍼지 라인(146)으로부터의 퍼지에 의해, 원료가스 공급관(105)의 밸브(141)보다 하류부분에 남아있는 MO 원료가스를 퍼지한다. In addition, the carrier gas is always supplied to the vaporizer 129 regardless of the vaporization of the MO raw material. When the MO raw material is not vaporized, that is, when the MO raw material gas is not introduced into the processing chamber 101, the raw material supply valve in the vaporizer 129 is sealed, the valve 141 is closed, and the valve is closed. When 142 is opened, carrier gas is discharged to vent line 145. The purge from the purge line 146 by the valve 143 which is always open purges the MO source gas remaining in the downstream portion from the valve 141 of the source gas supply pipe 105.

상기 클리닝 가스 공급관(111)은 클리닝 가스, 예를 들면 ClF3를 처리실(101) 내에 공급하도록 되어 있다. 상기 클리닝 가스 공급관(111)으로부터 클리닝 가스를 처리실(101) 내에 공급함으로써 처리실(101) 내부에 퇴적된 제2 금속원자를 포함하는 막을 클리닝하도록 되어 있다. The cleaning gas supply pipe 111 is configured to supply a cleaning gas, for example, ClF 3, into the processing chamber 101. The cleaning gas is supplied from the cleaning gas supply pipe 111 into the processing chamber 101 to clean the film containing the second metal atoms deposited in the processing chamber 101.

상기 산소 함유 가스 공급관(112)은 고주파전원(126)으로부터 공급되는 전력으로 플라즈마를 발생시키는 리모트 플라즈마 유닛(127)을 구비한다. 이 리모트 플라즈마 유닛(127)에 플라즈마원용(源用)가스와 산소를 도입하여 산소를 활성화하고, 이 활성화된 산소(리모트 플라즈마 산소)를 활성 산소원자를 포함하는 가스로서 처리실(101) 내에 공급하도록 되어 있다. The oxygen-containing gas supply pipe 112 includes a remote plasma unit 127 for generating a plasma with power supplied from the high frequency power supply 126. A plasma source gas and oxygen are introduced into the remote plasma unit 127 to activate oxygen, and the activated oxygen (remote plasma oxygen) is supplied into the processing chamber 101 as a gas containing an active oxygen atom. It is.

제어장치(125)는 LMFC(128), MFC(130), 기화기(129), 가스 공급관(105, 111, 112) 또는 벤트 라인(145), 퍼지 라인(146)에 설치된 도시한 밸브(141∼143), 또는 도시하지 않은 밸브군(群), 히터(103, 113), 진공펌프(108a), 고주파전원(126), 리모트 플라즈마 유닛(127) 등에 접속되어 있고, 액체나 가스의 유량제어, 기화기(129) 제어, 밸브 군의 개폐 동작, 히터(103, 113)의 온도조절, 진공펌프(108a)나 리모트 플라즈마 유닛(127)의 기동· 정지 등의 제어를 하게 되어 있다. 전술한 제1 제어장치(225)와 제2 제어장치(125)로부터 본 발명의 제어 수단이 구성된다. The control device 125 is shown in the valves 141 to LMFC 128, MFC 130, vaporizer 129, gas supply pipes 105, 111, 112 or vent line 145, purge line 146. 143 or the valve group (not shown), the heaters 103 and 113, the vacuum pump 108a, the high frequency power supply 126, the remote plasma unit 127, and the like. The control of the vaporizer 129, the opening / closing operation of the valve group, the temperature control of the heaters 103 and 113, the starting and stopping of the vacuum pump 108a and the remote plasma unit 127 are controlled. The control means of this invention is comprised from the 1st control apparatus 225 and the 2nd control apparatus 125 mentioned above.

MO 원료로는, 예를 들면, Hf[OC(CH3)2CH2OCH3]4[이하 Hf-(MMP)4로 약칭함. 단, MMP는 메틸메톡시프로폭시(methylmethoxypropoxy)임] 또는　 Zr[OC(CH3)2CH2OCH3]4[이하, Zr-(MMP)4로 약칭함]를 사용한다. 이들을 사용하면 High-k 막으로서의 Hf원자를 포함하는 막(HfO2) 또는 Zr 원자를 포함하는 막(ZrO2)이 웨이퍼(200)상에 형성된다. 또한 압송가스, 반송 가스, 퍼지 가스로는, 예를 들면 불활성 가스인 N2나 Ar이나 He를 사용한다. 또한 플라즈마 원용 가스에로는, 예를 들면 Ar을 사용한다. MO material as, for example, abbreviated as Hf [OC (CH 3) 2 CH 2 OCH 3] 4 [ hereinafter Hf- (MMP) 4. However, MMP is methylmethoxypropoxy] or Zr [OC (CH 3 ) 2 CH 2 OCH 3 ] 4 [hereinafter abbreviated as Zr- (MMP) 4 ] is used. When these are used, a film (HfO 2 ) containing Hf atoms as a high-k film or a film (ZrO 2 ) containing Zr atoms is formed on the wafer 200. As the pressurized gas, the carrier gas, or the purge gas, for example, N 2 , Ar, or He, which is an inert gas, is used. As the plasma source gas, for example, Ar is used.

다음으로, 전술한 것과 같은 구성의 기판처리장치를 사용하여 Si 기판상에 High-k 막을 성막하는 방법에 대해서 설명한다. 여기에서는 도 1에 도시한 본 발명의 원리를 적용한 성막공정을 채용한다. Next, a method of forming a high-k film on a Si substrate using a substrate processing apparatus having the same configuration as described above will be described. Here, the film forming process to which the principle of the present invention shown in FIG. 1 is applied is employed.

도 1의 성막공정을 설명한다. 도 1(a)에 도시한 바와 같이, 먼저 Si 기판(10) 상에 제1 금속원자를 포함하는 막으로서 Ge 원자를 포함하는 막, 예를 들면 Ge의 박막(12)을 형성한다. 다음으로, 도 1(b)에 도시한 바와 같이, Ge 박막(12)을 형성한 Si 기판(10) 상에 제2 금속원자를 포함하는 막으로서의 High-k 막, 예를 들면 HfO2 막의 구성 원소인 Hf 막(14)을 형성한다. 이때 Hf 막을 형성하는 것이 아니라 Hf를 포함하는 원료를 흡착시키도록 해도 좋다. 이 과정에서 계면에 Hf-Ge 결합이 형성된다. 다음으로, 도 1(c)에 도시한 바와 같이, Hf-Ge 결합을 형성한 Si 기판(10)상에 리모트 플라즈마 산소(RPO:O＊로 나타냄)를 공급하여 Hf 막(14) 및 Ge 박막(12) 및 Hf-Ge 결합을 산화시킨다. 한편, (b)에 있어서, Hf를 포함하는 원료를 흡착시킨 경우는, 리모트 플라즈마 산소에 의해 성막반응을 발생시킴과 동시에 Ge 박막(12), Hf-Ge 결합을 산화시키게 된다. 상기 (b)와 (c)를 반복함으로써 도 1(d)에 도시한 바와 같이, Si 기판(10) 상에 제2 금속원자를 포함하는 막인 High-k 막(16)을 형성한다. The film forming process of FIG. 1 will be described. As shown in FIG. 1A, first, a film containing Ge atoms, for example, a Ge thin film 12, is formed on the Si substrate 10 as a film containing a first metal atom. Next, as shown in Fig. 1 (b), the structure of the high-k film, for example, the HfO 2 film, as the film containing the second metal atom on the Si substrate 10 on which the Ge thin film 12 is formed. An Hf film 14 that is an element is formed. At this time, the Hf film may be adsorbed instead of forming the Hf film. In this process, Hf-Ge bond is formed at the interface. Next, as shown in Fig. 1 (c), the Hf film 14 and the Ge thin film are supplied by supplying remote plasma oxygen (represented by RPO: O * ) on the Si substrate 10 on which the Hf-Ge bond is formed. (12) and the Hf-Ge bond is oxidized. On the other hand, in (b), when the raw material containing Hf is made to adsorb | suck, a film-forming reaction will generate | occur | produce by remote plasma oxygen, and the Ge thin film 12 and Hf-Ge bond will be oxidized. By repeating the above (b) and (c), as shown in Fig. 1 (d), a high-k film 16, which is a film containing a second metal atom, is formed on the Si substrate 10.

여기에서 Si 기판(10) 상에 소정 두께의 High-k 막(16)을 형성하기 위해서는 전술한 바와 같이 상기(b)와 (c)를 반복하지만. 이 때 Si 기판 표면이 산화 분위기에 노출되는 것을 피하지 못하므로 어떠한 대책을 강구하지 않으면 Si 기판 표면에 저유전율의 SiO2이 형성되고 만다. 또한 High-k 막 속에 확산한 산소가 Si 기판 표면까지 도달하여 SiO2가 형성되고 만다. 또한 불량한 실리케이트 부분(HfO2와 SiO2의 결합물, 예를 들면 HfSiO4)도 형성되어 버린다. Here, in order to form the high-k film 16 having a predetermined thickness on the Si substrate 10, the above (b) and (c) are repeated. At this time, the surface of the Si substrate is not avoided to be exposed to an oxidizing atmosphere. Therefore, without taking any countermeasures, low dielectric constant SiO 2 is formed on the surface of the Si substrate. In addition, oxygen diffused in the high-k film reaches the surface of the Si substrate and SiO 2 is formed. In addition, a poor silicate portion (a combination of HfO 2 and SiO 2 , for example HfSiO 4 ) is also formed.

그러나 본 성막공정에서는, 기판 표면에 형성된 Ge 박막에 의하여 기판 표면이 직접 산소분위기에 노출되지 않게 되어 있어, Si 기판 표면은 산화되지 않으며 기판 표면에 SiO2는 형성되지 않는다. 또한, High-k 막 속에 확산한 리모트 플라즈마 산소 O＊는Si 기판 표면까지 도달하기 전에 Ge 박막을 산화하여 승화성 GeO를 형성하고, 이 GeO를 승화시킨다. 따라서 High-k 막 속에 확산한 산소가 Si 기판 표면까지 도달하여 SiO2가 형성되는 일이 없다. 또한 리모트 플라즈마 산소 O＊는 전술한 Hf-Ge 결합을 산화시켜 승화성 Hf-Ge-O 또는 승화성의 Hf-O-Ge의 산소를 포함하는 결합물(산화물)을 형성하고, 이들의 결합물도 승화시킨다. 따라서 Si와의 계면(15)에 SiO2나 불량한 실리케이트 부분이 형성되지 않는다. 또한 계면(15)에 SiO2가 형성되지 않음으로써 불량한 실리케이트 막도 형성되지 않는다. 그 결과 Si 기판과의 계면(15)에 SiO2나 불량한 실리케이트 부분이 거의 존재하지 않는 High-k 막(HfO2)이 Si 기판상에 형성된다. However, in this film formation process, the substrate surface is not directly exposed to the oxygen atmosphere by the Ge thin film formed on the substrate surface, so that the Si substrate surface is not oxidized and SiO 2 is not formed on the substrate surface. In addition, the remote plasma oxygen O * diffused in the high-k film oxidizes the Ge thin film to form a sublimable GeO before reaching the surface of the Si substrate, thereby sublimating the GeO. Therefore, oxygen diffused in the high-k film does not reach the surface of the Si substrate and SiO 2 is not formed. In addition, the remote plasma oxygen O * oxidizes the aforementioned Hf-Ge bond to form a conjugate (oxide) containing oxygen of sublimable Hf-Ge-O or sublimable Hf-O-Ge, and the combination thereof is also sublimed. Let's do it. Therefore, SiO 2 or poor silicate portion is not formed at the interface 15 with Si. In addition, since no SiO 2 is formed at the interface 15, no poor silicate film is formed. As a result, a high-k film (HfO 2 ) having almost no SiO 2 or poor silicate portions at the interface 15 with the Si substrate is formed on the Si substrate.

상기 공정(b) 및 공정(c)을 반복함으로써 원하는 막 두께의 High-k 막(HfO2 막)이 형성된다. 이 High-k 막 아래의 Si와의 계면(15)에는 지극히 얇은 SiO2 막이 존재할 뿐이다. By repeating the steps (b) and (c), a high-k film (HfO 2 ) having a desired film thickness Film) is formed. At the interface 15 with Si under this high-k film, extremely thin SiO 2 There is only a film.

한편, 상기 도 1의 공정(a)에서 Ge 박막(12)을 형성하는 경우, Ge 박막(12)은 Si 기판(10) 상에 에피택셜층으로 형성하거나 또는 아모르포스(amorphous) 층으로 형성해도 된다. 예를 들면, Ge 박막 내에 전기회로 패턴을 형성할 경우에는, Ge 박막을 에피택셜층으로서 형성하고, 공정(c)에서 Ge 박막을 산화할 경우 Ge 박막을 부분적으로 산화하도록 하여, 비산화 부분 내에 형성되어 있는 전기회로 패턴을 확보하고, 그 패턴 상에는 HfO2 막을 형성한다. 이에 반하여, 전기회로 패턴을 형성하지 않는 경우에는, Ge 박막을 아모르포스층으로 형성하여 Ge 박막을 모든 두께에 걸쳐 산화하도록 하는 것도 가능하다. Meanwhile, in the case of forming the Ge thin film 12 in the process (a) of FIG. 1, the Ge thin film 12 may be formed as an epitaxial layer or an amorphous layer on the Si substrate 10. do. For example, when the electrical circuit pattern is formed in the Ge thin film, the Ge thin film is formed as an epitaxial layer, and when the Ge thin film is oxidized in step (c), the Ge thin film is partially oxidized, so that the Ge thin film is partially in the non-oxidized portion. The formed electrical circuit pattern is secured, and an HfO 2 film is formed on the pattern. On the other hand, when the electrical circuit pattern is not formed, it is also possible to form the Ge thin film as an amorphous layer so that the Ge thin film is oxidized over all thicknesses.

여기에서 Ge 에피택셜층을 부분적으로 산화하여 승화하는 경우에는, 불가피하게 잔존하는 극히 얇은 GeO2막(예를 들면 1∼2원자층)만 남도록 승화시킨다. 또한 아모르포스 Ge박막의 전부를 산화하여 승화시킬 경우에는, HfO2 막의 신뢰성을 확보하기 위해 필요한 극히 얇은 0.5∼1㎚의 SiO2 막을 Si 계면(15)에 남기고 소멸시키도록 제어한다. In the case where the Ge epitaxial layer is partially oxidized and sublimed, it is inevitably sublimed so that only an extremely thin GeO 2 film (for example, 1-2 atomic layers) remains. In addition, in the case where all of the amorphous Ge thin film is oxidized and sublimed, HfO 2 The ultrathin 0.5-1 nm SiO 2 film necessary for ensuring the reliability of the film is left to disappear at the Si interface 15.

이하 도 2 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 2 to 4 will be described in detail.

우선 도 2에 있어서, HF 세정하여 표면의 산화막을 제거한 Si 웨이퍼(200)를 포드(357)에 세트하고 로드록실(344)을 대기압으로 한 후, 포드(357)의 게이트 밸브(351)와 로드록실(344)의 대기(大氣)측 게이트 밸브(348)를 개방하고, 제2 웨이퍼 이재기(347)를 사용해 웨이퍼(200)를 포드(357)로부터 로드록실(344)로 반송한다. 다음으로, 로드록실(344)의 대기측의 게이트 밸브(348)를 닫고, 로드록실(344)을 진공으로 하고, 제1 반송실(341)측의 게이트 밸브(371)를 열어 제1 웨이퍼 이재기(343)를 사용하여 전처리장치(364)로 반송한다. First, in Fig. 2, the Si wafer 200 in which the oxide film on the surface is removed by HF cleaning is set in the pod 357, and the load lock chamber 344 is set to atmospheric pressure, and then the gate valve 351 and the rod of the pod 357 are loaded. The atmospheric side gate valve 348 of the lock chamber 344 is opened, and the wafer 200 is transferred from the pod 357 to the load lock chamber 344 using the second wafer transfer machine 347. Next, the gate valve 348 on the atmospheric side of the load lock chamber 344 is closed, the load lock chamber 344 is vacuumed, and the gate valve 371 on the first transfer chamber 341 side is opened to open the first wafer transfer machine. 343 is used to convey to the pretreatment device 364.

도 3에 도시한 전처리장치(364)에서는 처리실(201) 내부에서 다음과 같이 웨이퍼(200) 상에 Ge 에피택셜 층을 형성한다. In the pretreatment apparatus 364 shown in FIG. 3, a Ge epitaxial layer is formed on the wafer 200 in the processing chamber 201 as follows.

제어장치(225)의 제어로써 처리실(201)의 웨이퍼(200)의 온도가 처리 온도로 안정화된 후, 가스 공급구(232)로부터 유량 제어된 GeH4 가스가 처리실(201) 내에 도입되고 배기구(235)에 의해 배기됨으로써, HF 세정한 웨이퍼(200)상에 Ge 에피택셜층을 형성한다. 이 때 웨이퍼 온도는 300∼400℃이며 처리실 내 압력은 10∼500Pa이다. GeH4 유량은 10∼200sccm(분압으로 1∼10% 정도), 희석 H2 가스 유량은 0.5∼5slm이다. 또한 Si 웨이퍼(200) 상에 형성하는 Ge 에피택셜 층은 10∼20Å 정도(수개의 원자층)로 극히 얇게 한다. Ge 에피택셜 층의 두께를 이처럼 수개의 원자층으로 극히 얇게 하는 것은, 이후에 수행할 High-k 막의 성막시 Ge를 포함하는 산화물을 형성하고, 이를 승화시켜 실질적으로 소멸시킨 후에도 평탄한 실리콘기판과 High-k 막의 계면을 형성할 수 있도록 하기 위해서이다. After the temperature of the wafer 200 of the processing chamber 201 is stabilized to the processing temperature by the control of the controller 225, the flow rate controlled GeH 4 gas from the gas supply port 232 is introduced into the processing chamber 201 and the exhaust port ( By exhausting by 235, the Ge epitaxial layer is formed on the HF-cleaned wafer 200. At this time, the wafer temperature is 300 to 400 ° C and the pressure in the processing chamber is 10 to 500 Pa. The flow rate of GeH 4 is 10 to 200 sccm (about 1 to 10% at partial pressure), and the dilute H 2 gas flow rate is 0.5 to 5 slm. In addition, the Ge epitaxial layer formed on the Si wafer 200 is made extremely thin by about 10-20 micrometers (a few atomic layers). This thinning of the epitaxial layer of Ge with a few atomic layers is such that the formation of an oxide containing Ge during the formation of a high-k film to be performed later, followed by sublimation to substantially extinguish it, results in a flat silicon substrate and high This is to allow formation of an interface of the -k film.

다음으로, 전처리장치(364)의 게이트 밸브(384)를 열고 제1 웨이퍼 이재기(343)를 사용해 전처리장치(364)로부터 Ge 에피택셜층을 형성한 Si 웨이퍼를 제1 반송실(341)로 반출한다. 반출 후, 게이트 밸브(384)를 닫고, High-k 성막장치(361)의 게이트 밸브(381)을 열어, 제1 웨이퍼 이재기(343)를 사용해 Si 웨이퍼를 High-k 성막장치(361)로 반입한다. Next, the gate valve 384 of the pretreatment apparatus 364 is opened, and the Si wafer which formed the Ge epitaxial layer from the pretreatment apparatus 364 using the 1st wafer transfer machine 343 is carried out to the 1st transfer chamber 341. do. After unloading, the gate valve 384 is closed, the gate valve 381 of the high-k deposition apparatus 361 is opened, and the Si wafer is brought into the high-k deposition apparatus 361 using the first wafer transfer device 343. do.

도 4에 도시한 High-k 성막장치(361)에서는, 반입된 Ge 에피택셜층이 형성된 웨이퍼(200)를 히터 유닛(118)의 서셉터(102) 상에 올려놓고 200∼500℃、예를 들면 250℃로 가열한다. 여기에서는 다음 4개의 공정을 1사이클로 하여 제어장치(125)의 제어로써 이 사이클을 반복함으로써 ALD 법에 의해 High-k 막을 웨이 퍼(200)상에 성막한다. 그 때의 압력은 5∼100Pa로 한다. 또한 반송 N2는 항상 흐르도록 한다. 그 유량은 1slm이다. In the high-k deposition apparatus 361 shown in FIG. 4, the wafer 200 on which the Ge epitaxial layer is formed is placed on the susceptor 102 of the heater unit 118, and 200-500 ° C. For example, it is heated to 250 ° C. In this case, the high-k film is formed on the wafer 200 by the ALD method by repeating this cycle under the control of the control device 125 with the following four processes as one cycle. The pressure at that time shall be 5-100 Pa. Also conveyed to N 2 is always flowing. The flow rate is 1 slm.

공정 1에서는, 기화기(129)를 개재하여 원료가스 공급관(105)으로부터 처리실(101) 내의 웨이퍼(200)상으로 MO 원료(Hf 원료)로서 예를 들면 Hf[N(CH3)2]4〔테트라키스 디메틸 아미노 하프늄 : tetrakis dimethyl amino hafnium： TDMAH로 약칭함〕을 기화시킨 원료가스를 처리실(101) 내에 공급함으로써, 이 Hf 원료를 웨이퍼(200)의 표면에 형성한 Ge 에피택셜 층의 상면에 흡착시킨다. 이때 Si와의 계면에 Hf-Ge 결합이 형성된다. 기화기(129)에는 원료탱크(109) 내의 TDMAH를 압송가스 N2로써 액체원료공급관(105a)에서 압출해 액체인 상태로　 반송하고, 100∼1000sccm의 반송 가스 N2와 함께 기화기(129) 내에서 기화시킨다. In step 1, for example, Hf [N (CH 3 ) 2 ] 4 [as a MO raw material (Hf raw material) from the source gas supply pipe 105 to the wafer 200 in the processing chamber 101 via the vaporizer 129. Tetrakis dimethyl amino hafnium: abbreviated as TDMAH] was supplied to the process chamber 101 by supplying the raw material gas vaporized to the upper surface of the Ge epitaxial layer formed on the surface of the wafer 200. Adsorb. At this time, Hf-Ge bond is formed at the interface with Si. In the vaporizer 129, TDMAH in the raw material tank 109 is extruded from the liquid raw material supply pipe 105a as the pressurized gas N 2 and conveyed in a liquid state, and the vaporized gas 129 is provided in the vaporizer 129 together with the carrier gas N 2 of 100 to 1000 sccm. Vaporize.

공정 2에서는 기화기(129) 내 원료의 공급변(弁)를 봉지하고, MO 원료(Hf 원료)가스의 공급을 중지하고, 밸브(141)를 닫고, 밸브(142)를 열고, 반송 가스 N2를 벤트 라인(145)으로 배출한다. 동시에 밸브(143)를 개방하고 퍼지 라인(146)으로부터의 퍼지 가스 N2에 의해, 원료가스 공급관(105)의 밸브(141)보다 하류부분에 남아있는 MO 원료가스를 퍼지함과 동시에, 처리실(101)내를 퍼지 한다. 이에 의하여 원료가스 공급관(105) 내, 샤워 플레이트(106) 및 처리실(101) 내의 접촉 가스 공간을 퍼지 한다. Step 2, seal the supply side (弁) within the raw material vaporizer 129, and stops the supply of the MO material (Hf raw material) gas, close the valve 141, opening the valve 142, the carrier gas N 2 To the vent line 145. At the same time, the valve 143 is opened and the purge gas N 2 from the purge line 146 purges the MO raw material gas remaining in the downstream portion than the valve 141 of the raw material gas supply pipe 105, and at the same time, the processing chamber ( 101) purge me. Thereby, the contact gas space in the source gas supply pipe 105, the shower plate 106, and the process chamber 101 is purged.

공정 3에서는, 리모트 플라즈마 유닛(127)에서 활성화된 리모트 플라즈마 산 소를 Ar과 함께 산소 함유 가스공급관(112)으로부터 처리실(101) 내부로 공급한다. 이것에 의하여 Ge 에피택셜층의 상면에 흡착시킨 Hf 원료와 리모트 플라즈마 산소를 반응시켜 HfO2 막을 웨이퍼(200) 상에 형성한다. In step 3, the remote plasma oxygen activated by the remote plasma unit 127 is supplied from the oxygen-containing gas supply pipe 112 to the process chamber 101 together with Ar. As a result, the Hf raw material adsorbed on the upper surface of the Ge epitaxial layer and the remote plasma oxygen are reacted to form an HfO 2 film on the wafer 200.

이 HfO2 막을 성막할 때, 리모트 플라즈마 산소의 공급량이나 공급 시간 등을 제어장치(125)에 의해 제어하고, 웨이퍼(200) 상에 형성한 Ge 에피택셜층을 부분적으로 산화시킨다. 이에 따라 GeO가 형성됨과 동시에 Si와 계면의 Ge-금속 결합이 산화하여 금속-Ge-산소, 금속-산소-Ge 결합이 형성된다. 이들 GeO 및 결합물 등의 Ge를 포함하는 산화물은 웨이퍼 온도의 250℃에서 승화하고, 진공펌프(108a)에 의해 배기관(107)으로부터 처리실(101) 밖으로 배출된다. 이때의 산소유량은 0.5∼1.5slm, Ar유량은 0.5∼1.5slm이다. In forming the HfO 2 film, the supply amount, supply time, and the like of the remote plasma oxygen are controlled by the controller 125 to partially oxidize the Ge epitaxial layer formed on the wafer 200. As a result, GeO is formed and at the same time, the Ge-metal bonds at the interface with Si are oxidized to form metal-Ge-oxygen and metal-oxygen-Ge bonds. Oxides containing Ge, such as these GeO and combinations, are sublimed at 250 ° C of the wafer temperature and discharged from the exhaust pipe 107 out of the processing chamber 101 by the vacuum pump 108a. At this time, the oxygen flow rate is 0.5 to 1.5 slm, and the Ar flow rate is 0.5 to 1.5 slm.

공정 4에서는 리모트 플라즈마 산소의 공급을 중지하고 퍼지 라인(146)으로부터 공급되는 퍼지 가스 N2에 의해 처리실(101)내의 접촉 가스 공간을 퍼지 한다. 또한 이때 활성종(活性種)으로 되지 않는 Ar만을 리모트 플라즈마 유닛(127)으로부터 산소 함유 가스 공급관(112) 내로 흘려 산소 함유 가스 공급관(112) 내부 및 처리실(101) 내부의 접촉 가스 공간을 퍼지 한다. In step 4, the supply of the remote plasma oxygen is stopped and the contact gas space in the processing chamber 101 is purged by the purge gas N2 supplied from the purge line 146. At this time, only Ar which does not become active species flows from the remote plasma unit 127 into the oxygen-containing gas supply pipe 112 to purge the contact gas space inside the oxygen-containing gas supply pipe 112 and the process chamber 101. .

전술한 공정1∼4를 1사이클이라고 생각할 경우, 이 사이클을 반복함으로써 웨이퍼(200) 상에 소정 두께의 HfO2 막이 형성된다. 이 High-k 막과 Si 웨이퍼와의 사이의 계면에 형성되는 Ge를 포함하는 산화물은 상기 승화에 의해 실질적으로 소멸하고, Si 웨이퍼 표면은 Ge 막에 의해 차단되어 있기 때문에, SiO₂나 불량한 실 리케이트 부분이 계면에 존재하지 않고, 계면에는 극히 얇은 GeO₂ 막(예를 들면 1∼2 원자층)이 존재할 뿐이며, High-k 막은 높은 신뢰성을 충분히 만족하는 막질(膜質)을 보유한다. 성막이 종료한 후 웨이퍼(200)를 처리실(101)로부터 반출한다. When the processes 1 to 4 described above are considered as one cycle, the HfO 2 film having a predetermined thickness is formed on the wafer 200 by repeating this cycle. Since the oxide containing Ge formed at the interface between the high-k film and the Si wafer is substantially extinguished by the sublimation, and the Si wafer surface is blocked by the Ge film, SiO 2 or poor silicate. The portion does not exist at the interface, and only an extremely thin GeO2 film (for example, 1 to 2 atomic layers) exists at the interface, and the high-k film has a film quality sufficiently satisfying high reliability. After the film formation is completed, the wafer 200 is taken out of the processing chamber 101.

다음으로, 게이트 밸브(383)을 열어 제1 웨이퍼 이재기(343)를 사용해 제3 처리로〔RTP 장치(363)〕에 HfO2 막을 형성한 웨이퍼(200)를 반송하고 PDA(post-deposition anneal)를 수행하여 High-k 막을 치밀화한다. Next, the gate valve 383 is opened, and the wafer 200 having the HfO 2 film formed on the [RTP apparatus 363] in the third processing furnace is transferred using the first wafer transfer machine 343, and a PDA (post-deposition anneal) Densify the High-k membrane by performing

마지막으로, 게이트 밸브(382)를 열어 제1 웨이퍼 이재기(343)를 사용해 제4 처리로인 전극형성장치(362)에 웨이퍼(200)를 반송하고, 폴리실리콘 전극 또는 금속전극을 High-k 막상에 성막한다. 이것에 의하여 전기회로에 접속되는 큰 용량을 갖는 콘덴서가 형성된다. Finally, the gate valve 382 is opened and the wafer 200 is conveyed to the electrode forming apparatus 362, which is the fourth processing furnace, using the first wafer transfer machine 343, and the polysilicon electrode or the metal electrode is formed on a high-k film. To the tabernacle. As a result, a capacitor having a large capacitance connected to the electric circuit is formed.

전술한 일련의 공정이 끝나면, 제1 웨이퍼 이재기(343)를 사용해 웨이퍼(200)를 제1 쿨링 유닛(374)으로 반송하고, 냉각 후에는 로드록실(345)에 반송하고, 진공실측 게이트 밸브(372)를 닫아 로드록실(345)에 질소를 도입하여 대기압으로 하고, 대기측의 게이트 밸브(349)를 열어 제2 웨이퍼 이재기(347)를 사용해 제2 반송실(346)을 개재하여 포드(357)로 웨이퍼를 되돌린다. After the above-described series of steps, the wafer 200 is transferred to the first cooling unit 374 using the first wafer transfer machine 343, and after cooling, the wafer 200 is transferred to the load lock chamber 345, and the vacuum chamber side gate valve ( 372 is closed to introduce nitrogen into the load lock chamber 345 to atmospheric pressure, and the gate valve 349 on the atmospheric side is opened to open the pod 357 via the second transfer chamber 346 using the second wafer transfer machine 347. To return the wafer.

전술한 바와 같이 제1 실시 형태에 따르면, 웨이퍼상에 HfO2 막을 형성할 때, HfO2 막을 성막하기 전에 웨이퍼 상에 형성된 Ge 에피택셜층의 적어도 일부를 산화시켜 Ge를 포함하는 산화물을 형성하고, 이 저유전율의 Ge를 포함하는 산화물을 승화시킴으로 등가산화막(EOT： equivalent oxide thickness)의 저감이 가능하 게 된다. 또한 계면에는 1∼2 원자층의 극히 얇은 GeO2 막이 존재할 뿐이고, 그것이 Si 기판 표면에 만든 SiO2의 경우처럼 0.5∼1㎚보다 두꺼워지는 일은 없고, Ge 산화막의 두께를 가능한 한 얇게 할 수 있기 때문에, 계면층 물질의 유전율 상승도 가능하게 된다. 또한 HfO2나 ZrO2는 Ge 층을 개재하여 Si 표면과 차단되어 있어, 실리콘이 HfO2나 ZrO2 막으로 확산하여 불량한 실리케이트 층을 형성하여 실효 유전율을 떨어뜨려 신뢰성을 저하시키는 문제도 발생하지 않는다. According to the first embodiment as described above, at the time of forming second film HfO on the wafer, by oxidizing at least a portion of the Ge epitaxial layer formed on the wafer prior to the film formation HfO 2 film to form an oxide containing Ge, Sublimation of the oxide containing Ge having a low dielectric constant makes it possible to reduce the equivalent oxide thickness (EOT). In addition, there is only a very thin GeO 2 film of 1 to 2 atomic layers at the interface, and it is not thicker than 0.5 to 1 nm as in the case of SiO 2 formed on the surface of the Si substrate, and the thickness of the Ge oxide film can be made as thin as possible. In addition, the dielectric constant of the interfacial layer material can be increased. In addition, HfO 2 or ZrO 2 is blocked from the Si surface through the Ge layer, so that silicon is HfO 2 or ZrO 2. Diffusion to the film forms a poor silicate layer, thereby lowering the effective dielectric constant and lowering the reliability.

또한, 제1 실시 형태에서는 활성 산소 원자를 생성하기 위하여 리모트 플라즈마 유닛(127)에서 생성한 리모트 플라즈마 산소를 사용하고 있다. 리모트 플라즈마 산소를 대신하여 오존을 사용해도 되지만, 오존 생성장치는 규모가 커지기 때문에 초기 투자비, 운영비가 커지는 단점이 있다. 또한 다이렉트 플라즈마 방식의 산소 플라즈마를 사용하는 것도 가능하지만 웨이퍼에 플라즈마 손상을 줄 가능성이 있다. 리모트 플라즈마 산소를 사용할 경우에는 그러한 문제가 없어 바람직하다. In the first embodiment, the remote plasma oxygen generated by the remote plasma unit 127 is used to generate active oxygen atoms. Ozone may be used in place of remote plasma oxygen, but the ozone generating device has a disadvantage in that the initial investment and operating costs are increased due to the larger size. It is also possible to use an oxygen plasma of a direct plasma method, but there is a possibility of damaging the plasma to the wafer. In the case of using remote plasma oxygen, such a problem is preferable.

또한 제1 실시 형태에서는 High-k 막은 ALD 법에 의해 금속을 포함하는 가스의 도입, 배기, 활성 산소의 도입, 배기를 반복함으로써 형성되고 있다. High-k 막의 형성을 MOCVD 법에 의한 연속적인 성막방법으로 수행할 수 있으나 그 경우 승화한 GeO, 금속-Ge-산소 또는 금속-산소-Ge 결합 등 Ge를 포함하는 산화물이 MOCVD 법에 의한 성막 중 막 속으로 침투한다고 생각된다. 제1 실시 형태와 같은 ALD 법에 의한 성막에 의하면 그러한 문제를 해결할 수 있다. 한편, ALD 법을 대신하여, MOCVD 법에 의한 수개의 원자층의 성막과 활성 산소의 도입을 반복하는 순환 적(cyclic) MOCVD 성막법으로 수행해도 된다. In the first embodiment, the high-k film is formed by repeating the introduction of gas, exhaust gas, introduction of active oxygen, and exhaust of a gas containing a metal by the ALD method. The formation of a high-k film can be performed by a continuous film forming method by MOCVD, but in this case, oxides containing Ge, such as sublimated GeO, metal-Ge-oxygen or metal-oxygen-Ge bonds, are formed during the film forming by MOCVD. It is thought to penetrate into the membrane. According to the film formation by the ALD method like 1st Embodiment, such a problem can be solved. In place of the ALD method, on the other hand, it may be carried out by a cyclic MOCVD film formation method in which several atomic layers are formed by MOCVD and introduction of active oxygen is repeated.

한편, 전술한 제1 실시 형태에서는 처리로에서 1∼2매 정도의 기판을 동시에 처리하는 매엽식 장치를 사용한 경우에 대해 설명했으나, 처리로는 이에 한정되지 않고, 예를 들면 다수매의 기판을 동시에 처리하는 종형(縱型)장치라도 무방하다. On the other hand, in the above-described first embodiment, a case has been described in which a sheet type apparatus that simultaneously processes one or two substrates in a processing furnace is used. However, the processing is not limited to this, and for example, a plurality of substrates are used. It may be a vertical type device which processes simultaneously.

도 6은 그러한 배치(batch) 처리를 하는 종형장치, 특히 전처리장치와 High-k 성막장치를 겸비한 종형장치를 사용한 제2 실시 형태의 개략 구조를 나타낸다. 여기에서는 종형장치에 의하여, 전처리에서는 Ge의 아모르포스층을 형성하고, High-k 막의 성막에서는 ALD 법에 의해 성막하는 경우에 대해 설명한다. 또한 종형장치에서는 허용 가능한 하 규모가 큰 오존 시스템을 채용하고 있다. Fig. 6 shows a schematic structure of a second embodiment using a vertical type apparatus for performing such a batch treatment, in particular a vertical type apparatus having both a pretreatment apparatus and a High-k film forming apparatus. Here, the case where a amorphous device of Ge is formed in the pretreatment by a vertical device, and the film is formed by the ALD method in the formation of a high-k film is described. In addition, the vertical device adopts a large allowable ozone system.

종형 CVD장치는 히터(40)와 반응관(13)을 구비하고 있다. 히터(40)는 4 존(zone) 또는 5존으로 분할되어, 반응관(13) 내부를 가열하도록 되어 있다. 반응관(13)은 히터(40)의 안쪽에 설치되고, 노구(爐口) 프렌지(frange)(17) 상에 입설(立設)되어 있다. 노구 프렌지(17)의 한 쪽에 가스 공급구(11)가 연통(連通)되고, 또한 다른 쪽에 가스 배기구(60)가 접속되어 있다. 가스 배기구(60)에는 진공펌프가 접속되어 있다. 노구 프렌지(17)의 하단은 씰 캡(seal cap)(21)에 의해 기밀하게 폐쇄되고, 씰 캡(21)에 보트(boat)(20)가 입설되어 반응관(13) 내로 삽입된다. 보트(20)에는 처리될 복수 매의 웨이퍼(200)가 수평 다단으로 장전된다. 웨이퍼 장전 매수는 예를 들면 50∼150매이다. The vertical CVD apparatus is provided with the heater 40 and the reaction tube 13. The heater 40 is divided into 4 zones or 5 zones so as to heat the inside of the reaction tube 13. The reaction tube 13 is installed inside the heater 40, and is placed on the furnace flange 17. The gas supply port 11 is connected to one side of the furnace port flange 17, and the gas exhaust port 60 is connected to the other side. A vacuum pump is connected to the gas exhaust port 60. The lower end of the furnace mouth flange 17 is hermetically closed by a seal cap 21, and a boat 20 is placed in the seal cap 21 and inserted into the reaction tube 13. The boat 20 is loaded with a plurality of wafers 200 to be processed in a horizontal multi-stage. The number of wafer loaded sheets is, for example, 50 to 150 sheets.

도시하지 않은 보트 엘리베이터에 의해 보트(20)를 하강시켜 보트(20)에 웨이퍼(200)를 장전하고, 보트 엘리베이터에 의해 보트(20)를 반응관(13) 내부로 삽 입한다. 씰 캡(21)이 노구 프렌지(17) 하단을 완전히 밀폐한 후, 반응관(13) 내를 진공펌프에 의해 배기한다. 보트(20)는 회전기구(50)에 의해 자유자재로 회전하도록 설치된다. The boat 20 is lowered by a boat elevator (not shown) to load the wafer 200 into the boat 20, and the boat 20 is inserted into the reaction tube 13 by the boat elevator. After the seal cap 21 completely seals the lower end of the furnace port flange 17, the inside of the reaction tube 13 is evacuated by a vacuum pump. The boat 20 is installed to rotate freely by the rotation mechanism 50.

가스 공급구(11)로부터 처리 가스를 반응관(13) 내부에 공급하면서, 가스 배기구(60)로 배출한다. 반응관(13) 내부를 소정의 온도로 가열하고, 웨이퍼(200) 표면에 원하는 막을 성막한다. 웨이퍼의 면내(面內) 및 면간(面間)의 균일성은 히터(40)의 각 존의 온도조정, 또는 회전기구(50)를 채용함으로써 유지된다. 성막완료 후 가스 공급구(11)로부터 불활성 가스를 도입하고, 반응관(13) 내부를 불활성 가스로 치환하여 상압(常壓)으로 복귀시키고, 보트(20)를 하강시켜 보트(20)로부터 성막 완료 후의 웨이퍼(200)를 인출낸다. The process gas is supplied from the gas supply port 11 into the reaction tube 13 while being discharged to the gas exhaust port 60. The inside of the reaction tube 13 is heated to a predetermined temperature, and a desired film is formed on the surface of the wafer 200. The uniformity of in-plane and inter-plane of the wafer is maintained by adjusting the temperature of each zone of the heater 40 or by employing the rotating mechanism 50. After the completion of the film formation, an inert gas is introduced from the gas supply port 11, the inside of the reaction tube 13 is replaced with an inert gas to return to normal pressure, and the boat 20 is lowered to form the film from the boat 20. The wafer 200 after completion is taken out.

상기 가스 공급구(11)에 접속되는 가스 공급계는, 전처리부(70)와 High-k 성막부(80)로 구성되어 있다. 전처리부(70)는, Ge 층을 형성하기 위한 가스를 공급하기 위한 가스 공급부이며, Ge를 포함하는 가스(예를 들면 GeH4)의 가스원으로부터의 가스 유량을 제어하는 유량제어장치(72), 희석 가스로서의 H2의 가스원으로부터의 가스 유량을 제어하는 유량제어장치(72a)를 갖는다. 이것에 의해 전처리부(70)는 Ge를 포함하는 가스와 희석 가스(H2)의 혼합 가스를 가스 공급구(11)로 공급할 수 있게 되어 있다. The gas supply system connected to the gas supply port 11 is composed of a pretreatment unit 70 and a high-k deposition unit 80. The pretreatment unit 70 is a gas supply unit for supplying a gas for forming a Ge layer, and flow control device 72 for controlling the flow rate of gas from a gas source of a gas containing Ge (for example, GeH 4 ). And a flow rate control device 72a for controlling the gas flow rate from the gas source of H 2 as the dilution gas. As a result, the pretreatment unit 70 can supply the mixed gas of the gas containing Ge and the diluent gas H 2 to the gas supply port 11.

High-k 성막부(80)는 High-k 막을 형성하기 위한 원료가스를 공급하기 위한 가스 공급부로서, 항상 흘리는 퍼지용 불활성 가스 N2를 유량 제어하는 유량제어장 치(90)를 갖는다. 또한 MO 원료를 Ar으로 압송하는 원료탱크(81)와, 압송되는 원료를 유량 제어하는 액체유량제어장치(LMFC：liquid mass flow controller)(82)와, 유량 제어된 원료를 기화하는 기화기(84)를 갖는다. 또한 활성 산소원자를 공급하기 위해 설치되고, 산소O2와 캐리어 가스 N2의 혼합 가스가 공급되어 오존 O3를 발생하는 오존 발생기(86)와, 오존 O3의 유량을 측량하는 유량제어측량장치(MFM： mass flow meter)(88)를 갖는다. 이것에 의해 High-k 성막부(80)는 N2 가스, MO 원료가스, 오존 O3을 선택적으로 공급할 수 있게 되어 있다. 한편, 가스 공급구(11)는 전처리부(70)로부터의 혼합 가스와, High-k 성막부(80)로부터의 N2 가스, MO 원료가스 또는 오존 O3를 공급하는 공용(共用) 공급구로 구성되어 있다. 공급구는 공급하는 가스마다 별도로 설치하도록 해도 된다. High-k film forming unit 80 has a High-k as a gas supply part for supplying the raw material gas for forming a film, always it has a purge flow control section to control the flow rate of the inert gas N 2 for the value 90 for passing. In addition, a raw material tank 81 for feeding MO raw materials to Ar, a liquid flow controller (LMFC: liquid mass flow controller) 82 for controlling the flow rate of the raw materials to be fed, and a vaporizer 84 for vaporizing the flow-controlled raw materials Has In addition, an ozone generator 86 which is installed to supply active oxygen atoms, is supplied with a mixed gas of oxygen O 2 and carrier gas N 2 to generate ozone O 3 , and a flow control surveying device that measures the flow rate of ozone O 3 . (MFM: mass flow meter) 88 is provided. As a result, the high-k deposition portion 80 is N 2. Gas, MO source gas, and ozone O 3 can be selectively supplied. On the other hand, the gas supply port 11 is a common supply port for supplying the mixed gas from the pretreatment unit 70 and the N 2 gas, MO source gas, or ozone O 3 from the high-k deposition unit 80. Consists of. The supply port may be provided separately for each gas to be supplied.

전술한 종형장치를 이용해서 High-k 막을 다음과 같이 형성한다. The high-k film is formed as follows using the above-described vertical device.

먼저 전처리부(70)의 유량제어장치(72)로 유량제어된 GeH4와 유량제어장치(72a)로 유량 제어된 희석 가스 H2를 가스 공급구(11)로부터 반응관(13) 내부에 공급하고, HF 세정하여 표면의 산화막을 제거한 각 웨이퍼(200) 상에 수개 원자층의 얇은 아모르포스의 게르마늄 층을 형성한다. 그 두께는 10∼20Å 정도(수개 원자층)로 극히 얇게 한다. 이 때의 성막조건을 예시하면, 반응관 내부 온도300∼500℃、반응관 내부 압력10∼1000Pa, GeH4 유량500∼2000sccm이다. First, the flow rate-controlled diluent gas H 2 is supplied into the reaction tube 13 from the gas supply port 11 by GeH 4 flow-controlled by the flow rate control device 72 of the pretreatment unit 70 and the flow rate control device 72a. Then, a thin amorphous amorphous germanium layer of several atomic layers is formed on each wafer 200 from which the oxide film on the surface is removed by HF cleaning. The thickness is extremely thin, about 10 to 20 micrometers (a few atomic layers). The film formation conditions at this time are exemplified by the reaction tube internal temperature of 300 to 500 ° C, the reaction tube internal pressure of 10 to 1000 Pa, and the GeH 4 flow rate of 500 to 2000 sccm.

각 Si 웨이퍼(200) 상에 Ge층을 형성하고 반응관(13) 내부를 퍼지한 후, 동일한 장치를 사용하여, High-k 성막부(80)로부터 제1 실시 형태와 마찬가지로, ALD 법의 4개의 공정에 의해 Hf 원료, 퍼지용 N2 가스, 오존 O3, 퍼지용 N2 가스를 교대로 흘려 High-k 막(HfO2)을 각 웨이퍼(200) 상에 성막시킨다. 이 때 각 공정에 공통되는 처리조건은 반응관 내부 온도 100∼400℃、반응관 내부 압력 10∼1000Pa이다. 또한 항상 흘리는 퍼지 가스 N2유량은 500∼2000slm이다. After forming a Ge layer on each Si wafer 200 and purging the inside of the reaction tube 13, using the same apparatus, from the High-k film-forming part 80 as in the first embodiment, 4 of the ALD method was used. Hf raw materials, purge N 2 gas, ozone O 3 , and purge N 2 gas are alternately flown by two processes to form a high-k film (HfO 2 ) on each wafer 200. The processing conditions common to each step at this time are the reaction tube internal temperature of 100 to 400 ° C and the reaction tube internal pressure of 10 to 1000 Pa. It is also always a purge gas flow rate of N 2 is passed through 500~2000slm.

공정 1에서는 Ar가스에 의해 원료탱크(8l)로부터 압송(壓送)된 액체의 MO 원료 TDMAH를 LMFC(82)를 개재하여 기화기(84)에 공급하여 기화시켜, 반응관(13) 내부에 공급하면서 가스 배기구(60)로부터 배기함으로써, 표면에 Ge 박막층이 형성된 각 웨이퍼(200) 상에 Hf 원료를 흡착시킨다. 이때 흘리는 TDMAH의 유량은 500∼2000sccm, Ar 유량은 500∼2000sccm이다. In step 1, MO raw material TDMAH, which is liquid conveyed from the raw material tank 8l by Ar gas, is supplied to the vaporizer 84 through the LMFC 82 to be vaporized, and supplied into the reaction tube 13. While exhausting from the gas exhaust port 60, Hf raw material is adsorbed onto each wafer 200 having a Ge thin film layer formed on its surface. At this time, the flow rate of TDMAH is 500 to 2000 sccm, and the Ar flow rate is 500 to 2000 sccm.

공정 2에서는 Hf 원료의 공급을 중지하고, 반응관(13) 내부에 잔류한 가스를 가스 배기구(60)로 배기한다. In step 2, the supply of the Hf raw material is stopped, and the gas remaining in the reaction tube 13 is exhausted to the gas exhaust port 60.

공정 3에서는 산소 O2가 캐리어 가스 N2와 혼합되어 오존 발생기(86)에 의해 오존화되고, MFM(88)을 통해 반응관(13) 내부에 공급되고 가스 배기구(60)를 통해 배기함으로써, 웨이퍼(200) 표면에 흡착시킨 Hf 원료와 오존 O3를 반응시켜 HfO2 막을 웨이퍼(200) 상에 형성한다. In step 3, oxygen O 2 is mixed with the carrier gas N 2 and ozonated by the ozone generator 86, supplied into the reaction tube 13 through the MFM 88, and exhausted through the gas exhaust port 60, The Hf raw material adsorbed on the surface of the wafer 200 reacts with ozone O 3 to form an HfO 2 film on the wafer 200.

이 HfO 막을 성막할 때, 오존 O₃의 공급량이나 공급 시간 등을 제어하여, 각 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ge 박막의 전부를(전 두께에 걸쳐) 산화시킨다. 오존의 공급에 의해 Si와의 계면의 Ge-금속의 결합이 산화하고, 금속-Ge-산소, 금속-산소-Ge 결합 등의 산화물이 형성된다. 이들 산화물은 웨이퍼 온도의 100∼400℃에서 승화하고, 진공펌프에 의해 배기구(60)로부터 반응관(13) 밖으로 배출된다. 이 때 O3 유량은 0.5∼5slm이다. In forming the HfO film, the supply amount of ozone O 3, the supply time, and the like are controlled to oxidize all of the Ge thin films formed on the respective wafers 200 (over the entire thickness). By the supply of ozone, the bonds of Ge-metals at the interface with Si are oxidized, and oxides such as metal-Ge-oxygen and metal-oxygen-Ge bonds are formed. These oxides sublimate at 100-400 degreeC of wafer temperature, and are discharged out of the reaction tube 13 from the exhaust port 60 by the vacuum pump. At this time, the O 3 flow rate is 0.5 to 5 slm.

공정 4에서는 오존 O3의 공급을 중지하고, 반응관(13) 내부에 잔류한 가스를 배기구(60)로부터 배기한다. 공정 1∼공정 4를 반복함으로써 소정의 막후의 HfO2 막을 웨이퍼(200)상에 형성한다. In step 4, the supply of ozone O 3 is stopped and the gas remaining in the reaction tube 13 is exhausted from the exhaust port 60. By repeating steps 1 to 4, a HfO 2 film behind a predetermined film is formed on the wafer 200.

제2 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로 각 웨이퍼(200) 상에 미리 게르마늄 층을 형성하고, 이것을 HfO2 막을 형성할 때 산화시킴으로써 승화성 게르마늄을 포함하는 산화물을 형성하고, 이곳을 승화시켜 계면으로부터 소멸시킴으로써 계면에서의 등가 산화막을 저감할 수 있게 된다. 따라서 웨이퍼와의 계면에 SiO2나 불량한 실리케이트 부분이 형성되는 것을 미연에 방지하고 신뢰성이 높은 금속원자를 포함하는 막을 많은 매수의 웨이퍼 상에 동시에 형성할 수 있다. 다만 제2 실시 형태에서는, Ge 박막의 전부를 산화하여 승화시키기 때문에, 웨이퍼와의 계면에서의 HfO2 막의 전기적 특성을 안정시켜 높은 신뢰성을 얻기 위하여는 HfO2 막 아래에 0.5∼1㎚인 SiO2 막이 남도록 제어할 필요가 있다. Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, a germanium layer is formed on each wafer 200 in advance, and when the HfO 2 film is formed, the germanium layer is oxidized to form an oxide containing sublimable germanium to sublimate it. By dissipating from the interface, the equivalent oxide film at the interface can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the formation of SiO 2 or poor silicate at the interface with the wafer, and to form a film containing a highly reliable metal atom on a large number of wafers at the same time. However, in the second embodiment, since all of the Ge thin films are oxidized and sublimed, HfO 2 at the interface with the wafer. In order to stabilize the electrical properties of the film and to obtain high reliability, SiO 2 having a thickness of 0.5 to 1 nm under the HfO 2 film It is necessary to control the film to remain.

이러한 제2 실시 형태에서는 전처리와 High-k 성막을 동일한 장치로 형성하 도록 하고 있으나, 제1 실시 형태처럼 별도의 장치로 형성하도록 하더라도 무방하다. 또한 종형장치에서 Ge의 에피택셜층을 형성하고, 매엽장치에서 ALD 법에 의해 High-k 성막하더라도 무방하다. 또한 오존 시스템 대신 리모트 플라즈마 유닛 시스템을 채용해도 무방하다. In the second embodiment, the pretreatment and the high-k deposition are formed in the same device. However, the second embodiment may be formed in a separate device as in the first embodiment. In addition, an epitaxial layer of Ge may be formed in the vertical device, and high-k deposition may be performed by the ALD method in the sheet forming device. In addition, a remote plasma unit system may be employed instead of the ozone system.

본 발명의 바람직한 형태를 부기하면 아래와 같다. Preferred embodiments of the present invention are as follows.

제1 발명은, 기판상에 제1 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정과, 상기 제1 금속원자를 포함하는 막을 형성한 기판에 대하여 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정을 포함하며, 상기 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정에서는, 상기 기판상에 형성된 상기 제1 금속원자를 포함하는 막의 적어도 일부를 산화시켜서 산화물을 형성하고 그 산화물을 실질적으로 소멸시키는 것인 반도체장치의 제조방법이다. The first invention includes a step of forming a film containing a first metal atom on a substrate, and a step of forming a film containing a second metal atom with respect to the substrate on which the film including the first metal atom is formed, In the step of forming a film containing the second metal atom, at least a portion of the film including the first metal atom formed on the substrate is oxidized to form an oxide and substantially eliminate the oxide. Way.

제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정에서는 산화성 분위기가 되는 것은 피할 수 없지만, 미리 기판 표면에 제1 금속원자를 포함하는 막을 형성함으로써 기판 표면이 직접 산화되어 기판상에 기판 원소의 산화막이 형성되지는 않는다. In the process of forming a film containing the second metal atoms, it is inevitable to be in an oxidizing atmosphere. However, by forming a film containing the first metal atoms on the substrate surface in advance, the substrate surface is directly oxidized to form an oxide film of the substrate element on the substrate. It doesn't work.

또한 제1 금속원자를 포함하는 막이 산화되어 형성되는 제1 금속원자를 포함하는 산화물은, 승화성의 산화물이 되어 승화한다. 또한 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정에서, 제2 금속-제1 금속의 결합물이 형성되지만 그 제2 금속-제1 금속의 결합물이 산화되어 형성되는 제2 금속-제 1 금속-산소 및 제2 금속-산소-제1 금속의 산소를 포함하는 결합물도 승화성의 산화물이 되어 승화한다. 따라서 기판상에 제1 금속원자를 포함하는 산화물이 형성되지는 않는다. The oxide containing the first metal atom, which is formed by oxidizing the film containing the first metal atom, becomes a sublimable oxide and sublimes. Further, in the process of forming a film containing the second metal atom, the second metal-first metal is formed by the combination of the second metal-first metal, but the combination of the second metal-first metal is oxidized. The combination containing oxygen and oxygen of the second metal-oxygen-first metal also becomes a sublimable oxide and sublimes. Therefore, no oxide containing the first metal atom is formed on the substrate.

즉 기판상에 형성되는 산화물을 실질적으로 소멸시켜, 기판상에 기판과의 계면에 실질적으로 산화막이 존재하지 않는 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성할 수 있다. In other words, the oxide formed on the substrate can be substantially dissipated, thereby forming a film containing a second metal atom on which the oxide film does not substantially exist at the interface with the substrate.

본 발명의 제1 금속원자는 게르마늄 등의 반(半)금속 원소[유사금속 원소, 메탈로이드(metalloid)라고도 칭함]를 구성하는 원자를 포함한다. 또한 본 발명에서 기판상에 형성되는 산화물을 실질적으로 소멸시킨다는 것은, 소정의 산화막 또는 제거하기 곤란한 산화막을 남기고 소멸시키는 것을 말한다. The first metal atom of the present invention contains atoms constituting a semimetal element such as germanium (also called a pseudometal element or metalloid). In addition, in this invention, to substantially extinguish the oxide formed on a board | substrate means to extinguish leaving a predetermined | prescribed oxide film or the oxide film which is difficult to remove.

제2 발명은, 제1 발명에 있어서, 상기 제1 금속원자를 포함하는 막은 게르마늄을 포함하는 막으로서, 상기 제1 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정에서는 기판상에 게르마늄을 포함하는 막을 수개의 원자층으로 형성하는 것인 반도체장치의 제조방법이다. According to a second invention, in the first invention, the film containing the first metal atom is a film containing germanium. In the step of forming the film containing the first metal atom, a film containing germanium is formed on the substrate. It is a manufacturing method of a semiconductor device formed by an atomic layer.

게르마늄의 산화물, 특히 일산화 게르마늄(GeO)은 열적으로 불안정하여 승화하기 쉽다. 또한 게르마늄 기판에 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하면, 게르마늄 기판과 제2 금속원자를 포함하는 막과의 계면에 열적으로 안정한 이산화 게르마늄(GeO2) 막은 거의 형성되지 않는다. 본 발명과 같이, 미리 기판상에 형성하는 제1 금속을 포함하는 막을 게르마늄 막으로 하면, 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정에서, 일산화 게르마늄이나 제2 금속-게르마늄―산소, 제2 금속-산소-게르마늄 결합과 같이 승화성이 높은 산화물이 형성된다. 이들 산화물이 승화함으로써 기판상에 형성되는 산화물을 실질적으로 소멸시킬 수 있다. 또한 기판상에 형성 하는 게르마늄 막의 두께를 수개의 원자층으로 하면, 기판 표면에서 산화물을 소멸시킨 후도 평탄한 계면을 형성할 수 있다. The oxides of germanium, in particular germanium monoxide (GeO), are thermally unstable and easy to sublimate. In addition, when a film containing a second metal atom is formed on the germanium substrate, a germanium dioxide (GeO 2 ) film that is thermally stable at the interface between the germanium substrate and the film containing the second metal atom is hardly formed. As in the present invention, when the film containing the first metal formed on the substrate in advance is a germanium film, the germanium monoxide, the second metal-germanium-oxygen, and the second metal are formed in the step of forming a film containing the second metal atom. Highly sublimable oxides are formed, such as oxygen-germanium bonds. By sublimation of these oxides, the oxides formed on the substrate can be substantially eliminated. If the thickness of the germanium film formed on the substrate is several atomic layers, a flat interface can be formed even after the oxide is extinguished on the substrate surface.

제3의 발명은, 제1의 발명에 있어서, 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정에서는 활성 산소원자를 포함하는 가스를 사용하는 것인 반도체장치의 제조방법이다. In a third aspect of the invention, in the first aspect of the invention, in the step of forming a film containing the second metal atom, a gas containing an active oxygen atom is used.

제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정에서, 활성 산소원자, 예를 들면 리모트 플라즈마 산소나 오존을 포함하는 가스를 사용하면, 비활성 산소원자, 예를 들면 IPA(isopropyl alcohol), N2O 등을 포함하는 가스를 사용한 경우에 비하여 낮은 온도에서 산화막을 실질적으로 소멸시킬 수 있다. In the process of forming a film containing the second metal atom, when an active oxygen atom, for example, a gas containing remote plasma oxygen or ozone, is used, an inert oxygen atom, for example, IPA (isopropyl alcohol), N 2 O, or the like The oxide film can be substantially extinguished at a low temperature as compared with the case of using a gas containing the gas.

제4의 발명은, 제3의 발명에 있어서, 활성 산소원자를 포함하는 가스는, 리모트 플라즈마 형성 장치에 의해 생성하는 것인 반도체장치의 제조방법이다. In a fourth aspect of the invention, in the third aspect, a gas containing an active oxygen atom is produced by a remote plasma forming apparatus.

활성 산소원자를 포함하는 가스를 사용하여 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 경우, 특히 기판상에서 직접적으로 산소 플라즈마를 형성하면 기판에 손상을 주게 되지만, 본 발명과 같이 리모트 플라즈마 형성 장치를 사용하여 기판으로부터 떨어진 원격부에서 활성 산소원자를 포함하는 가스를 생성하면 그러한 문제는 없어진다. In the case of forming a film including the second metal atom by using a gas containing an active oxygen atom, the formation of the oxygen plasma directly on the substrate, in particular, damages the substrate. This problem is eliminated by producing a gas containing active oxygen atoms at a remote part away from the substrate.

제5의 발명은, 제3의 발명에 있어서, 제2 금속원자를 포함하는 막은, ALD 법에 의해 제2 금속원자를 포함하는 가스의 도입, 배기, 활성 산소의 도입, 배기를 반복함에 의해 형성되는 것인 반도체장치의 제조방법이다. In the third invention, in the third invention, the film containing the second metal atom is formed by repeating the introduction, the exhaust, the introduction of the active oxygen, and the exhaust of the gas containing the second metal atom by the ALD method. It is a manufacturing method of a semiconductor device.

제2 금속원자를 포함하는 막을 형성할 경우, 특히 MOCVD의 연속적인 성막방법을 수행하면, 기판상에서 승화한 일산화 게르마늄이나, 제2 금속-게르마늄―산소나, 제2 금속-산소-게르마늄 등의 산화물이, 제2 금속막을 포함하는 막의 형성 중에 막 속으로 침투할 가능성이 있다. 그러나 본 발명과 같이, 제2 금속원자를 포함하는 막의 형성을, 제2 금속을 포함하는 가스의 도입과 활성 산소원자를 포함하는 가스의 도입 사이에, 불활성 가스 퍼지, 진공 등의 배기를 반복하는 간헐적 성막방법으로 수행하면 배기를 반복할 때마다 승화한 산화물이 배기되므로 그러한 문제는 없어진다. In the case of forming a film containing a second metal atom, in particular, when a continuous film deposition method of MOCVD is performed, an oxide such as germanium monoxide sublimed on the substrate, a second metal-germanium-oxygen, or a second metal-oxygen-germanium There is a possibility of penetration into the film during formation of the film including the second metal film. However, as in the present invention, the formation of the film containing the second metal atom is repeated between the introduction of the gas containing the second metal and the introduction of the gas containing the active oxygen atom, and the evacuation of an inert gas purge, vacuum or the like. By performing the intermittent film formation method, such a problem is eliminated because the sublimed oxide is exhausted every time the exhaust is repeated.

제6의 발명은, 기판을 처리하는 처리실과, 처리실 내에 제1 금속원자를 포함하는 가스를 공급하는 제1 공급구와, 처리실 내에 제2 금속원자를 포함하는 가스를 공급하는 제2 공급구와, 처리실 내에 활성 산소원자를 포함하는 가스를 공급하는 제3 공급구와, 처리실 내부를 배기하는 배기구와, 기판에 대해 제1 금속원자를 포함하는 가스를 상기 제1 공급구로부터 공급함에 의해 기판상에 제1 금속원자를 포함하는 막을 형성하고, 그 후 제1 금속원자를 포함하는 막이 형성된 기판에 대해 상기 제2 공급구로부터의 제2 금속원자를 포함하는 가스의 공급, 잔류 가스의 상기 배기구로부터의 배기, 상기 제3 공급구로부터의 활성 산소원자를 포함하는 가스의 공급, 잔류 가스의 상기 배기구로부터의 배기를 반복함으로써, 기판상에 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하도록 제어하는 제어 수단을 포함하는 기판처리장치다. A sixth invention includes a processing chamber for processing a substrate, a first supply port for supplying a gas containing a first metal atom into the processing chamber, a second supply port for supplying a gas containing a second metal atom into the processing chamber, and a processing chamber A third supply port for supplying a gas containing active oxygen atoms therein; an exhaust port for exhausting the inside of the processing chamber; and a gas containing a first metal atom to the substrate from the first supply port; Forming a film comprising a metal atom, and then supplying a gas containing a second metal atom from the second supply port to the substrate on which the film including the first metal atom is formed, exhaust of the residual gas from the exhaust port, The film containing the second metal atom on the substrate is formed by repeating the supply of the gas containing the active oxygen atom from the third supply port and the exhaust of the residual gas from the exhaust port. Jangchida substrate processing including a control means for controlling so as to sex.

상기 제1 공급구 내지 제3 공급구는 동일한 처리실에 설치되어 있거나, 또는 그 외에, 제1 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 처리실과 제2 금속원자를 포함하 는 막을 형성하는 처리실이 별도로 설치되어, 제1 공급구 내지 제3 공급구가 이들 다른 처리실에 대응해 설치되어 있어도 무방하다. The first supply port to the third supply port are provided in the same processing chamber, or in addition, a processing chamber for forming a film containing a first metal atom and a processing chamber for forming a film containing a second metal atom are separately provided. The first supply port to the third supply port may be provided corresponding to these other processing chambers.

제어 수단은, 제1 공급구로부터 제1 금속원자를 포함하는 가스를 처리실에 공급하여, 미리 기판상에 제1 금속원자를 포함하는 막을 형성시킨다. 그 후, 제2 공급구로부터 제2 금속원자를 포함하는 가스를 처리실에 공급하고, 제1 금속원자를 포함하는 막이 형성된 기판상에 제2 금속원자를 포함하는 가스를 흡착시킨다. 그리고 잔류하는 제2 금속원자를 포함하는 가스를 배기구로부터 배기시킨다. 제어 수단은, 제3 공급구로부터 활성 산소를 처리실에 공급하여, 제1 금속-산소결합, 또는 제2 금속-제1 금속-산소, 또는 제2 금속-산소-제1 금속 결합과 같이 모두 승화성이 높은 산화물을 형성하고, 이들 산화물을 승화시킴으로써 기판상에 형성되는 산화물을 실질적으로 소멸시킨다. 동시에, 기판상에 흡착시킨 제2 금속원자와 반응시켜 기판상에 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성한다. 그리고 승화한 산화물을 포함한 잔류 가스를 배기구로부터 배기시킨다. 제어 수단은 전술한 제2 금속원자를 포함하는 가스의 공급, 배기, 활성 산소원자를 포함하는 가스의 공급, 배기를 반복함으로써, 기판상에 소정 두께의 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성시킨다. The control means supplies a gas containing the first metal atom from the first supply port to the processing chamber to form a film containing the first metal atom on the substrate in advance. Thereafter, the gas containing the second metal atom is supplied to the processing chamber from the second supply port, and the gas containing the second metal atom is adsorbed onto the substrate on which the film containing the first metal atom is formed. The gas containing the remaining second metal atoms is exhausted from the exhaust port. The control means supplies active oxygen from the third supply port to the process chamber, so that both the first metal-oxygen bond, or the second metal-first metal-oxygen, or the second metal-oxygen-first metal bond are multiplied. Oxides having high chemical conversion are formed and the oxides formed on the substrate are substantially destroyed by sublimation of these oxides. At the same time, it reacts with the second metal atom adsorbed on the substrate to form a film containing the second metal atom on the substrate. The residual gas containing the sublimed oxide is then exhausted from the exhaust port. The control means forms a film containing a second metal atom having a predetermined thickness on the substrate by repeating the above-described supply, exhaust of the gas containing the second metal atom, supply of the gas containing the active oxygen atom, and exhaust.

전술한 제어 수단에 의한 제어에 의해 기판상에 형성되는 산화물을 실질적으로 소멸시켜, 이 산화물이 소멸한 기판상에 금속원자를 포함하는 막을 형성할 수 있다. By controlling by the control means described above, the oxide formed on the substrate can be substantially dissipated, thereby forming a film containing metal atoms on the substrate on which the oxide has been extinguished.

본 발명에 따르면 기판과의 계면에서 산화막을 제거할 수 있으므로 기판상에 신뢰성이 높은 금속원자를 포함하는 막을 형성할 수 있다. According to the present invention, since the oxide film can be removed at the interface with the substrate, a film containing highly reliable metal atoms can be formed on the substrate.

Claims (6)

기판 상에 제1 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정과, Forming a film comprising a first metal atom on the substrate; 상기 제1 금속원자를 포함하는 막이 형성된 기판 상에 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정을 포함하며, Forming a film including a second metal atom on the substrate on which the film including the first metal atom is formed; 상기 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정에서는, 상기 기판상에 형성된 상기 제1 금속원자를 포함하는 막의 적어도 일부를 산화시켜 산화물을 형성하고, 그 산화물을 실질적으로 소멸시키는 것인 반도체장치의 제조방법. In the step of forming a film containing the second metal atom, at least a portion of the film including the first metal atom formed on the substrate is oxidized to form an oxide, and the oxide is substantially destroyed. Manufacturing method. 제 1항에 있어서, 상기 제1 금속원자를 포함하는 막은 게르마늄을 포함하는 막이고, 상기 제1 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정에서는, 상기 기판상에 게르마늄을 포함하는 막을 수개의 원자층으로 형성하는 것인 반도체장치의 제조방법. 2. The film of claim 1, wherein the film containing the first metal atoms is a film containing germanium, and in the step of forming a film containing the first metal atoms, a film containing germanium on the substrate is formed into several atomic layers. A method of manufacturing a semiconductor device. 제 1항에 있어서, 상기 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성하는 공정은, 활성 산소원자를 포함하는 가스를 사용하는 것인 반도체장치의 제조방법. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming the film containing the second metal atom uses a gas containing an active oxygen atom. 제 3항에 있어서, 상기 활성 산소원자를 포함하는 가스는, 리모트 플라즈마 형성 장치에 의해 생성되는 것인 반도체장치의 제조방법. 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the gas containing the active oxygen atom is generated by a remote plasma forming apparatus. 제 3항에 있어서, 상기 제2 금속원자를 포함하는 막은, ALD 법에 의해 상기 제2 금속원자를 포함하는 가스의 도입, 배기, 활성 산소원자를 포함하는 가스의 도입, 배기를 반복함으로써 형성되는 것인 반도체장치의 제조방법. 4. The film of claim 3, wherein the film containing the second metal atoms is formed by repeating the introduction, the exhaust, the introduction of the gas containing the active oxygen atoms, and the exhaust of the gas containing the second metal atoms by the ALD method. The manufacturing method of a semiconductor device. 기판을 처리하는 처리실과,A processing chamber for processing a substrate, 상기 처리실 내에 제1 금속원자를 포함하는 가스를 공급하는 제1 공급구와, A first supply port for supplying a gas containing a first metal atom into the processing chamber; 상기 처리실 내에 제2 금속원자를 포함하는 가스를 공급하는 제2 공급구와, A second supply port for supplying a gas containing a second metal atom into the processing chamber; 상기 처리실 내에 활성 산소원자를 포함하는 가스를 공급하는 제3 공급구와, A third supply port for supplying a gas containing an active oxygen atom into the processing chamber; 상기 처리실 내를 배기하는 배기구와, An exhaust port for exhausting the inside of the processing chamber; 상기 기판에 대하여 상기 제1 금속원자를 포함하는 가스를 상기 제1 공급구로부터 공급함에 의해 상기 기판상에 상기 제1 금속원자를 포함하는 막을 형성하고, 그 후 상기 제1 금속원자를 포함하는 막이 형성된 기판에 대하여 상기 제2 공급구로부터 상기 제2 금속원자를 포함하는 가스의 공급, 상기 배기구로부터의 배기, 상기 제3 공급구로부터의 상기 활성 산소원자를 포함하는 가스의 공급, 상기 배기구로부터의 배기를 반복함으로써, 상기 기판상에 상기 제2 금속원자를 포함하는 막을 형성할 수 있도록 제어하는 제어 수단을 포함하는 기판처리장치. The film containing the first metal atom is formed on the substrate by supplying a gas containing the first metal atom to the substrate from the first supply port, and then the film including the first metal atom is formed. Supply of the gas containing the second metal atom to the formed substrate from the second supply port, exhaust from the exhaust port, supply of gas containing the active oxygen atom from the third supply port, from the exhaust port And control means for controlling to form a film including the second metal atom on the substrate by repeating the exhaust.
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