KR101060633B1 - 반도체 디바이스의 제조 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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히로노부 미야
카즈히로 히라하라
요시타카 하마다
아츠히코 스다
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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

적어도 1매의 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과, 제1 원료인 금속 화합물 또는 규소 화합물, 제2 원료인 산소 원자를 포함하는 산화 원료, 및 제3 원료인 원자상(原子狀) 수소를 상기 처리실 내에 소정 회수를 반복적으로 공급하여 상기 기판 표면에 금속 산화막 또는 규소 산화막을 형성하는 공정과, 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정을 포함하되, 상기 제2 원료와 상기 제3 원료를 상기 처리실 내에 공급함으로써 상기 기판 표면의 반응 사이트를 OH기로 치환하는 것인 반도체 디바이스의 제조 방법이 개시되어 있다.
Figure R1020087018387
산화 원료, 원자상 수소, 금속 산화막, 규소 산화막

Description

반도체 디바이스의 제조 방법 및 기판 처리 장치{METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 박막의 형성 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법 및 기판 처리 장치에 관하여, 특히, 반도체 집적회로의 제조 방법에 있어서, 반도체 웨이퍼(wafer)(이하 웨이퍼라고 함)에 ALD(Atomic Layer Deposition)법에 의해 산화막을 형성하는 기술에 관한 것이다.
최근, 반도체 DRAM 디바이스의 고밀도화, 다층 배선화에 따라, 저온에서의 성막이 요구되고 또한, 표면의 평탄성, 요부(凹部) 매립성, 스텝 커버리지(step coverage)성이 뛰어나고 또한 유전율(k)이 큰 커패시터(capacitor) 재료가 요망되어 왔다. 종래의 Si3N4(k=7)에 비하여 유전율이 큰 커패시터 재료로서는 HfO2(k=30), ZrO2(k=25) 등의 재료가 사용된다. HfO2의 성막 방법으로서는, 스퍼터(sputter)법, MOCVD(Metal organic CVD)법, ALD(Atomic layer deposition)법 등이 있는데, 저온에서 성막할 수 있고 스텝 커버리지(coverage)〔단차피복성(段差被覆性)〕가 양호한 ALD법이 최근에 주목되어 활발한 개발이 진행되고 있다.
그러나, 이들 재료를 교대로 반응실에 흘려 HfO2 막을 형성하는 경우의 문제 점으로서, 트렌치(trench, 홈) 구조를 갖는 패턴 웨이퍼(pattern wafer)를 사용하면 웨이퍼 중앙부에 있어서 막 두께가 저하하여 단차 피복성이 나빠지거나, 1 배치(batch) 내에 있어서 패턴 웨이퍼의 장전 매수에 따라 HfO2 막의 피복성이 저하(로딩 효과라고 부름)하는 문제가 있었다. 단차 피복성이나 로딩(loading) 효과를 개선하기 위하여 하프늄(hafnium) 원료의 공급량을 증대하거나 공급 시간을 증대하면 단차 피복성이나 로딩 효과는 개선되지만, 성막 시간의 증대를 초래하여 스루풋(throughput)이 악화하거나, 원료 소비량의 증대에 따라 원료에 소요되는 비용이 증대하여 COO(Cost of ownership：1매 당 제조 원가)의 악화를 초래해 왔다.
ALD 성막 방법에서 사용되는 금속재료로서는 적절한 화학 안정성과 높은 반응성을 갖는 것이 바람직하고, 유기 화합물로서는 3급 알콕시드(alkoxide)나 2급 알콕시드{MHn〔OCR1R2R3〕m-n이나 MHn〔NR4R5〕m-n ：단, M은 알루미늄 원자, 티탄 원자, 지르코늄(zirconium) 원자, 하프늄 원자, 탄탈 원자, 루테늄(ruthenium) 원자, 이리듐(iridium) 원자 또는 규소 원자를 포함하는 금속을 나타내고, m은 상기 금속의 안정가수(安定價數), n은 0~2의 정수(M이 규소 이외의 원자인 경우에는 0을 나타낸다), Rl~R5는 탄소수 1로부터 4의 중간에 에테르(ether) 결합을 포함해도 무방한 알킬기(alkyl group)이다}를 배위자(配位子)로서 갖는 것이 바람직하다.
예를 들면 하프늄 원료로서는 Hf(O-tBu)4{Tetra-ter-butoxyhafnium：Hf〔OC(CH3)3〕4}, Hf(MMP)4{Tetrakis(1-methoxy-2-methyl-propoxy)hafnium：Hf〔 OC(CH3)2CH2OCH)3〕4}, TDEAHf{Tetrakis(diethylamino)hafnium：Hf〔N(C2H5)2〕4}, TEMAH{Tetrakis(ethylmethylamino)hafnium：Hf〔N(CH3)(C2H5)〕4}등 Hf의 유기계 재료나 HfCl4 등의 염화물 재료가 사용된다. 또한, 예를 들면 규소의 경우에는, 상기 배위자 이외에, 2개까지이면, 수소도 바람직한 배위자이다. 또한, 산화재(酸化材)로서는 오존(O3)이나 플라즈마 여기(勵起)된 산소 등이 사용된다.
또한, HfO2 막과 마찬가지로 SiO2 막을 ALD 성막으로 형성하는 경우에도 실리콘 원료로서는, Si(MMP)4{Tetrakis(1-methoxy-2-methyl-propoxy)Silicon：Si〔OC(CH3)2CH2OCH3〕4}나 TDMAS{Tris(ethylmethylamino)silicon：SiH〔N(CH3)2〕3} 등의 Si의 유기계 재료나 SiCl4 등의 염화물 재료가 검토되고 있었는데, HfO2 막과 마찬가지로 트렌치(홈)부에서의 단차 피복성이 나쁘거나, 로딩 효과의 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 주된 목적은, 금속 산화물의 박막 형성에 있어서 상술한 바와 같은 스텝 커버리지(coverage)나 로딩 효과의 문제점을 배제하고, 저온에서 단시간으로 금속 화합물을 웨이퍼(단차) 표면에 흡착시켜, 표면 평탄성, 스텝 커버리지(요부 매립성)가 뛰어나고, 로딩 효과가 없는 금속 산화물의 박막 형성 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 하나의 형태에 따르면,
적어도 1매의 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과,
제1 원료인 금속 화합물 또는 규소 화합물, 제2 원료인 산소 원자를 포함하는 산화 원료, 및 제3 원료인 원자상(原子狀) 수소를 상기 처리실 내에 소정 회수를 반복적으로 공급하여 상기 기판 표면에 금속 산화막 또는 규소 산화막을 형성하는 공정과,
상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정,
을 포함하되, 상기 제2 원료와 상기 제3 원료를 상기 처리실 내에 공급함으로써 상기 기판 표면의 반응 사이트를 OH기로 치환하는 것인 반도체 디바이스의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면,
적어도 1매의 기판을 처리하는 처리실과,
제1 원료인 금속 화합물 또는 규소 화합물을 상기 처리실 내에 공급하는 제1 공급계와,
제2 원료인 산소 원자를 포함하는 산화 원료를 상기 처리실 내에 공급하는 제2 공급계와,
제3 원료인 원자상 수소를 상기 처리실 내에 공급하는 제3 공급계와,
상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와,
상기 제1 공급계, 상기 제2 공급계, 제3 공급계를 제어하여, 상기 제1 원료, 상기 제2 원료, 상기 제3 원료를 상기 처리실 내에 소정 회수 반복적으로 공급시키고, 상기 제2 원료와 상기 제3 원료를 상기 처리실 내에 공급함으로써 상기 기판 표면의 반응 사이트를 OH기로 치환하도록 하는 제어부,
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
도 1A는 성막 메커니즘을 설명하기 위한 개략도로서, 특히 HfCl4의 Cl기가 기판 상의 OH기와 반응하는 모양을 모식적으로 나타내는 도면.
도 1B는 성막 메커니즘을 설명하기 위한 개략도로서, 특히 HfClx의 Cl이 OH로 치환되는 모양을 모식적으로 나타내는 도면.
도 2는 성막 메커니즘을 설명하기 위한 개략도.
도 3은 성막 메커니즘을 설명하기 위한 개략도.
도 4는 성막 메커니즘을 설명하기 위한 개략도.
도 5는 산화막의 프로세스 시퀀스(실시예)를 설명하기 위한 개략도.
도 6은 산화막의 프로세스 시퀀스(비교예)를 설명하기 위한 개략도.
도 7은 본 실시예에 따른 기판 처리 장치의 개관도.
도 8은 본 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도.
도 9는 본 실시예에 따른 기판 처리 장치의 처리로의 구성도.
도 10은 본 실시예에 따른 기판 처리 장치의 처리로의 단면도.
본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, HfO2 막 성막시의 기판 상에 대한 원료 흡착에 대하여 검토해 본다.
M. A. Alam과 M. L. Green은 HfC14와 H2O의 반응계에 있어서 HfO2의 성막속도를 아래의 수학식 (1), (2)로 나타냈다. (Journal of Applied PhySics, Vol.94,2003)
dNHfO/dC=KCOVNOH
dNOH/dC=K2(N0-NSiOH)＋(αCOV－1)KCOVNOH
여기에서, NHfO는 ALD 반응 후에 단위 면적 당 퇴적한 HfO2 막의 총량, C는 ALD의 사이클수, KCOV는 HfCl4와 반응하는 히드록실기(hydroxy group：-OH)의 수, NOH는 히드록실기의 표면 농도, K2는 새롭게 Si와 결합하는 히드록실기의 속도 정수를 나타내고 있다.
또한, R. L. Puurunen(Journal of Applied PhySics, Vol.95,2004)은 도 1에 나타내는 바와 같이, 최초의 First Half-reaction에서 HfCl4의 Cl기가 기판 상의 OH기와 반응하여 HfClx가 흡착하고, Second Half－reaction에서 HfClx의 Cl이 OH로 치환하는 모델을 제안하고 있다. 이와 같이 흡착 반응은 기판 상에 OH기가 존재하고 있음으로써 진행된다고 생각된다.
그러나, 산화제로서 H2O를 사용한 경우에는 반응실벽에 H2O가 부착하여 용이하게 반응실로부터 배출시킬 수 없다는 문제가 있다. 반응실 내의 온도가 50℃인 경우에는, 진공 배기하는 것만으로는 20%의 OH가 탈리(脫離)할 뿐이며, 온도가 175℃의 경우에는 진공 배기하는 것만으로는 50%의 OH가 탈리하고, 12시간 동안의 진공 배기에 의해서도 15%의 OH가 잔류한다는 보고도 있다. 이와 같이 반응실 내로부 터 H2O를 탈리시키기 어렵다는 특징을 가지고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, H2O를 반응실 내에 과잉으로 공급한 경우에 잔류하는 H2O의 영향을 배제하기 위하여, H2O를 사용하지 않고 원자상 수소(수소 플라즈마)와 O3에 의해 기판 표면을 OH화하도록 한다.
ALD 성막을 수행하는 경우의 기판 표면은 HF 처리에 의해 수소 종단된 불활성인 표면으로 되어 있다. 수소 종단된 표면의 연구는 1980년대 후반부터 1990년대에 걸쳐 활발한 연구가 추진되었다. 1% HF로 에칭(etching)한 Si 표면은 AT&T의 Chabal 등의 XPS(x-ray photoelectron spectroscopy)에 의한 연구에 의하여, 댕글링 본드(dangling bond：미결합수)의 대부분이 수소 종단되어 화학적으로 안정된 표면으로 되어 있는 것이 밝혀져 있다. 그러나, Hf(NMeEt)4나 Si(NMeEt)3와 같은 유기물 원료는 극성이 없는 수소 종단된 기판 표면에는 흡착하기 어렵고, H2O를 흘려서 OH-종단된 기판 표면은 극성을 가져 흡착하기 쉽다.
규소 산화물의 형성 프로세스를 검토하기 위해 이하에서 성막 모델로서 TDMAS{Tris(dimethylamino)silane：SiH〔N(CH3)2〕3}를 예를 들어 설명한다.
도 2는 TDMAS와 H2O를 사용한 경우의 성막 모델을 나타내고 있다. H2O 분자는 해리(解離)하여 1 분자에 2개의 댕글링 본드를 차지하고 있다. 하나는 Si-OH이며, 다른 하나는 Si-H이다. TDMAS 공급 공정에서는 Si-OH 사이트에 TDMAS가 흡착하 여 N(Me)2가 탈리한다. 흡착한 TDMAS 분자의 N(Me)2는 다음의 H2O 공급 공정에서 OH로 치환된다.
한편, TDMAS와 O3를 사용한 경우의 성막 모델을 도 3에 나타낸다. 성막 초기의 기판 표면은 도 2(2)로서, Si 표면은 Si-H 및 Si-OH이다. TDMAS 공급 공정에서는 Si-OH 사이트에 TDMAS가 흡착하여 N(Me)2가 탈리한다. 활성화 산소 원자 O*는 기판 표면에 흡착한 TDMAS 분자인 N(Me)2기를 탈리시킨다. 그와 동시에 N(Me)2기가 떨어져나간 곳은 Si-O-Si 결합이 형성되거나, 댕글링 본드가 남는다. 다음에 TDMAS를 반응실에 공급하면 댕글링 본드 부분에 TDMAS가 흡착하여 N(Me)2기를 탈리시킨다. 이와 같이 TDMAS와 오존의 반응에 있어서는 Si-O-Si 결합이 오존의 공급 시간의 증대와 함께 증대하는 경향을 가져, Si-O-Si 결합이 발생하면, 그 이후의 성장이 저해될 우려도 있다.
그래서 본 발명자들은, H2O를 직접 반응실에 흘리지 않고, 원자상 수소(수소 플라즈마)와 오존을 교대로 반응실에 공급하여 성막하는 방법을 생각했다. 도 4는 TDMAS와 원자상 수소(수소 플라즈마)와 오존을 사용한 경우의 성막 모델을 나타내고 있다. 초기 표면은 TDMAS와 오존의 반응에서 사용한 것과 같이 Si-H 및 Si-OH이다. TDMAS를 흘리면 도 4(2)와 같이 TDMAS가 흡착하여 N(Me)2가 탈리한다. 그 후의 오존 공급 공정에서는 N(Me)2가 탈리하여, 다음에 원자상 수소(수소 플라즈마)를 공급하면 공정(3)과 같이 OH 종단된다. 다음 공정(4)에서 다시 TDMAS가 공급되면 OH 종단부에 TDMAS가 흡착하여 N(Me)2기를 탈리시킨다.
이와 같이 원자상 수소(수소 플라즈마)와 오존을 개별적으로 흘림으로써 종래의 H2O를 사용한 프로세스에 비하여 반응실 내에 H2O가 잔류하지 않고, 또한 오존에 비하여 기판 표면을 OH 종단할 수 있기 때문에 TDMAS가 흡착하기 쉽다는 이점이 있다.
다음에 ALD법에 의해 웨이퍼 표면에 산화막을 형성하는 공정에 대해서 설명한다.
도 5에 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서의 처리 시퀀스를 나타냈다.
제1 스텝에서는 먼저 반응실 내에 금속 유기 화합물 원료인 TDMAS를 흘려, Si 기판 표면에 흡착시킨다. 제2 스텝에서는 불활성 가스로 퍼지(purge)를 수행하여 반응실 내의 잔류 Si원료를 반응실 외부로 배출한다. 제3 스텝에서 제2 원료 가스인 오존을 흘려 기판에 흡착한 제1 원료 가스 TDMAS의 디메틸아민(dimethylamine)N(Me)2 기를 탈리시킨다.
제4 스텝에서는 불활성 가스에 의해 반응실 내를 퍼지하고, 제5 스텝에서 원자상 수소(수소 플라즈마)를 반응실 내에 공급한다. 원자상 수소(수소 플라즈마)에 의해 기판 표면은 Si-OH로 치환된다. 제6 스텝에서 불활성 가스에 의해 반응실 내를 퍼지한다. 이들 제1 스텝으로부터 제6 스텝을 소정 회수 반복한다. 그 결과, 기판 표면에 규소 산화막(SiO2)이 형성된다.
한편, 상술한 처리 시퀀스(도 5)에 있어서, 제2 원료인 산화제 공급 후의 퍼지 공정을 생략하는 것도 가능하고, 제2 원료인 산화제와 제3 원료인 원자상 수소(수소 플라즈마)를 바꿔 넣는 것도 가능하다.
또한, 상술한 처리 시퀀스(도 5)에 있어서는, 규소 산화막을 포함하여, Al2O3, TiO2, ZrO2, HfO2, Ta2O5, RuO2, IrO2로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 하나로 이루어지는 금속 산화막을 형성하는 것도 가능하다.
이 경우, 제1 스텝에서 사용되는 제1 원료는, 바람직하게는 알루미늄 원자, 티탄 원자, 지르코늄 원자, 하프늄 원자, 탄탈 원자, 루테늄 원자, 이리듐 원자 또는 규소 원자를 포함하는 유기 화합물이나, 상기 원자의 염화물로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나의 원료이며, 더욱 바람직하게는 MHn〔OCR1R2R3〕m-n, MHn〔NR4R5〕m-n이다. 단, M은 알루미늄 등 상기에 기재한 금속을 나타내고, m은 상기 금속의 안정가수, n은 0~2의 정수(M이 규소 이외의 원자인 경우에는 0을 나타낸다), Rl~R5는 수소 또는 탄소수 1부터 4 사이에서 에테르 결합을 포함해도 되는 알킬기(alkyl group)이다.
또한, 제3 스텝에서 사용되는 제2 원료는, 오존(O3) 이외에도, 과산화수소(H2O2), 산소 또는 원자상 산소로부터 선택된 원료이어도 되며, 제5 스텝에서 사용되는 제3 원료는, 수소 플라즈마 이외에도, 탈리 수소를 포함하는 원료이어도 된다. 또한 제2, 제4, 제6 스텝에서 사용되는 불활성 가스는, 바람직하게는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 질소(N2)를 사용한다.
또한, 주로 제1~제6 스텝에서 구성되는 규소 산화막 또는 금속 산화막의 형성 공정에서는, 가스가 공급되는 반응실 내의 온도를 바람직하게는 20℃ 이상, 700℃ 이하로 하고, 반응실 내의 압력을 바람직하게는 1 Pa 이상, 10,000 Pa 이하로 한다.
여기에서, 도 5의 시퀀스 비교예로서, 도 3의 성막 모델에 따른 ALD법의 SiO2막 프로세스 시퀀스를 도 6에 나타낸다.
하나의 사이클은 4 공정이고, 제1 스텝에서는 먼저 반응실 내에 규소 화합물 원료인 TDMAS를 흘려, Si기판 표면에 그 원료를 흡착시킨다. 제2 스텝에서는 불활성 가스에 의해 퍼지를 수행하여 반응실 내의 잔류 Si원료를 반응실 외부로 배출한다. 제3 스텝에서는 산화재가 흘러, Si기판 표면에 흡착한 Si원료와 O3의 반응에 의하여 SiO2를 형성한다. 제4 스텝에서는 불활성 가스에 의해 반응실 내가 퍼지되고, 반응실 내의 잔류 오존은 반응실 외부로 배출된다. 각각의 스텝 시간은 일례로서 제1 스텝(Si원료 공급 공정)은 1~30초, 제2 스텝(퍼지 공정)은 5~15초, 제3 스텝(O3 공급 공정)은 5~60초, 제4 스텝(퍼지 공정)은 5~15초이다.
다음에, 도 7, 도 8을 사용하여, 반도체 디바이스의 제조 방법에 있어서의 처리 공정을 수행하는 기판 처리 시스템에 적용되는 반도체 제조 장치(이하, 단순히 처리 장치라고 함)에 대하여 설명한다. 도 7은, 본 발명의 바람직한 실시예인 처리 장치의 경사 투시도를 나타내고 있다. 또한, 도 8은 도 7에 나타내는 처리 장치의 측면 투시도이다.
도 7 및 도 8에 나타나 있는 바와 같이, 실리콘 등으로 이루어지는 웨이퍼(기판)(200)를 수납한 웨이퍼 캐리어(wafer carrier)로서의 카세트(110)가 사용되고 있는 본 발명의 처리장치(101)는, 광체(筐體)(111)를 구비하고 있다. 광체(111)의 정면벽(111a)의 하방에는 유지보수할 수 있도록 설치된 개구부로서의 정면 유지보수구(103)가 개설되고, 이 정면 유지보수구(103)를 개폐하는 정면 유지보수문(104)이 세워져 있다. 유지보수문(104)에는, 카세트 반입 반출구(기판 수용기 반입 반출구)(112)가 광체(111) 내외를 연통(連通)하도록 개설되어 있고, 카세트 반입 반출구(112)는 프론트 셔터(기판 수용기 반입 반출구 개폐 기구)(113)에 의해 개폐되도록 되어 있다. 카세트 반입 반출구(112)의 광체(111) 내측에는 카세트 스테이지[기판 수용기 수도대(受渡臺)](114)가 설치되어 있다. 카세트(110)는 카세트 스테이지(114) 상에 공정 내 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 반입되고, 또한, 카세트 스테이지(114) 상으로부터 반출되도록 되어 있다.
카세트 스테이지(114)는 공정 내 반송 장치에 의해, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)가 수직 자세로 되고, 카세트(110)의 웨이퍼 출입구가 위쪽 방향을 향하도록 재치(載置)된다. 카세트 스테이지(114)는 카세트(110)를 광체 후방으로 오른쪽 세로 방향으로 90°회전시켜, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)가 수평 자세가 되고, 카세트(110)의 웨이퍼 출입구가 광체 후방을 향해 동작 가능하도록 구성되어 있다.
광체(111) 내의 전후방향의 중앙부에는, 카세트 선반(기판 수용기 재치 선 반)(105)이 설치되어 있고, 카세트 선반(105)은 복수단 복수열에서 복수개의 카세트(110)를 보관하도록 구성되어 있다. 카세트 선반(105)에는 웨이퍼 이재 기구(125)의 반송 대상이 되는 카세트(110)가 수납되는 이재 선반(123)이 설치되어 있다. 또한, 카세트 스테이지(114)의 상방에는 예비 카세트 선반(107)이 설치되어, 예비적으로 카세트(110)를 보관하도록 구성되어 있다.
카세트 스테이지(114)와 카세트 선반(105)의 사이에는, 카세트 반송장치(기판 수용기 반송 장치)(118)가 설치되어 있다. 카세트 반송 장치(118)는 카세트(110)를 보지(保持)한 상태로 승강할 수 있는 카세트 엘리베이터(기판 수용기 승강 기구)(118a)와 반송 기구로서의 카세트 반송 기구(기판 수용기 반송 기구)(118b)로 구성되어 있고, 카세트 엘리베이터(118a)와 카세트 반송 기구(118b)의 연속 동작에 의해, 카세트 스테이지(114), 카세트 선반(105), 예비 카세트 선반(107) 사이에서, 카세트(110)를 반송하도록 구성되어 있다.
카세트 선반(105)의 후방에는, 웨이퍼 이재 기구(기판 이재 기구) (125)가 설치되어 있고, 웨이퍼 이재 기구(125)는 웨이퍼(200)를 수평 방향으로 회전 내지 직동(直動)시킬 수 있는 웨이퍼 이재 장치(기판 이재 장치)(125a) 및 웨이퍼 이재 장치(125a)를 승강시키기 위한 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(기판 이재 장치 승강 기구)(125b)로 구성되어 있다. 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b)는 내압 광체(111)의 우측 단부에 설치되어 있다. 이들, 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b) 및 웨이퍼 이재 장치(125a)의 연속 동작에 의해, 웨이퍼 이재 장치(125a)의 트위저(tweezer：기판 보지체)(125c)를 웨이퍼(200)의 재치부로 하여, 보트(기판 보지 구)(217)에 대하여 웨이퍼(200)를 장전(charging) 및 탈장(discharging)하도록 구성되어 있다.
도 9에 나타나 있는 바와 같이, 광체(111)의 후부 상방에는, 처리로(202)가 설치되어 있다. 처리로(202)의 하단부는 노구(爐口) 셔터(노구 개폐 기구)(147)에 의해 개폐되도록 구성되어 있다.
처리로(202)의 하방에는 보트(217)를 처리로(202)에 승강시키는 승강기구로서의 보트 엘리베이터(기판 보지구 승강 기구)(115)가 설치되고, 보트 엘리베이터(115)의 승강대에 연결된 연결구로서의 암(arm)(128)에는 덮개로서의 씰 캡(seal cap)(219)이 수평으로 설치되어 있고, 씰 캡(219)은 보트(217)를 수직으로 지지하여, 처리로(202)의 하단부를 폐색할 수 있도록 구성되어 있다.
보트(217)는 복수 개의 보지 부재(部材)를 구비하고 있으며, 복수 매(예를 들면, 50매~150매 정도)의 웨이퍼(200)를 그 중심을 일치시켜 수직 방향으로 정렬시킨 상태에서, 각각 수평으로 보지하도록 구성되어 있다.
도 8에 나타나 있는 바와 같이, 카세트 선반(105)의 상방에는, 청정 분위기인 클린 에어(clean air)를 공급하도록 공급 팬(fan) 및 방진 필터로 구성된 클린 유닛(134a)이 설치되어 있어 클린 에어를 상기 광체(111)의 내부에 유통시킬 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b) 및 보트 엘리베이터(115) 측과 반대측인 광체(111)의 좌측 단부에는, 클린 에어를 공급하도록 공급 팬 및 방진 필터로 구성된 클린 유닛(도시하지 않음)이 설치되어 있고, 도시하지 않은 상기 클린 유닛으로부터 뿜어낸 클린 에어는, 웨이퍼 이재 장치(125a), 보트(217)를 유통한 후에, 도시하지 않은 배기 장치에 흡입되어, 광체(111) 외부로 배기되도록 되어 있다.
다음에, 상술한 처리 장치의 동작에 대해서 설명한다.
도 7 및 도 8에 나타나 있는 바와 같이, 카세트(110)가 카세트 스테이지(114)에 공급되기에 앞서, 카세트 반입 반출구(112)가 프론트 셔터(113)에 의해 개방된다. 그 후, 카세트(110)는 카세트 반입 반출구(112)로부터 반입되고, 카세트 스테이지(114) 위에 웨이퍼(200)가 수직 자세로서, 카세트(110)의 웨이퍼 출입구가 위를 향하도록 재치된다. 그 후, 카세트(110)는 카세트 스테이지(114)에 의해, 카세트(110) 내의 웨이퍼(200)가 수평 자세가 되고, 카세트(110)의 웨이퍼 출입구가 광체 후방을 향하도록, 광체 후방에서 오른쪽 세로 방향으로 90°회전된다.
다음에, 카세트(110)는 카세트 선반(105) 내지 예비 카세트 선반(107)의 지정된 선반 위치로 카세트 반송 장치(118)에 의해 자동적으로 반송되고 수도(受渡)되어, 일시적으로 보관된 후, 카세트 선반(105) 내지 예비 카세트 선반(107)으로부터 카세트 반송 장치(118)에 의해 이재 선반(123)에 이재되거나 또는 직접 이재 선반(123)에 반송된다.
카세트(110)가 이재 선반(123)에 이재되면, 웨이퍼(200)는 카세트(110)로부터 웨이퍼 이재 장치(125a)의 트위저(125c)에 의해 웨이퍼 출입구를 통하여 픽업(pickup)되고, 이재실(124) 후방에 있는 보트(217)에 장전(charging)된다. 보트(217)에 웨이퍼(200)를 수도한 웨이퍼 이재 장치(125a)는 카세트(110)로 되돌아 가고, 다음의 웨이퍼(110)를 보트(217)에 장전한다.
미리 지정된 매수의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전되면, 노구 셔터(147)에 의해 닫혀져 있던 처리로(202)의 하단부가, 노구 셔터(147)에 의해 개방된다. 이어서, 웨이퍼(200) 군(群)을 보지한 보트(217)는 씰 캡(219)이 보트 엘리베이터(115)에 의해 상승됨으로써, 처리로(202) 내에 반입(loading)되어 간다. 로딩 후에는, 처리로(202)에서 웨이퍼(200)에 임의의 처리가 수행된다. 처리 후에는, 상술한 것과 반대의 순서로, 웨이퍼(200) 및 카세트(110)는 광체(111)의 외부로 반출된다.
다음에, 도 9,　10을 이용하여, 상술한 기판 처리 장치에 적용되는 처리로(202)에 대하여 설명한다.
도 9는 본 실시 형태에서 적합하게 사용되는 종형 기판 처리로의 개략 구성도로서, 처리로(202) 부분을 종단면으로 나타내고, 도 10은 처리로(202) 부분을 A-A선 단면도로 나타낸다.
가열 장치(가열 수단)인 히터(207) 내측에, 기판인 웨이퍼(200)를 처리하는 반응 용기로서의 반응관(203)이 설치되고, 이 반응관(203)의 하단에는, 예를 들면 스테인리스 등에 의한 매니폴드(manifold)(209)가 기밀(氣密) 부재인 O링(220)을 개재하고, 하단 개구는 덮개인 씰 캡(219)에 의해 기밀하게 폐색되고, 적어도, 반응관(203), 매니폴드(209) 및 씰 캡(219)에 의해 처리실(201)을 형성하고 있다. 씰 캡(219)에는 보트 지지대(218)를 개재하여 기판 보지 부재(기판 보지 수단)인 보트(217)가 입설(立設)되고, 보트 지지대(218)는 보트를 보지하는 보지체로 되어 있다. 그리고, 보트(217)는 처리실(201)에 삽입된다. 보트(217)에는 배치(batch) 처 리되는 복수의 웨이퍼(200)가 수평 자세로 관축(管軸)방향으로 다단으로 적재된다. 히터(207)는 처리실(201)에 삽입된 웨이퍼(200)를 소정의 온도로 가열한다.
처리실(201)에는 복수의 종류, 여기에서는 4 종류의 처리 가스를 공급하는 공급 경로로서의 3 개의 가스 공급 경로(제1 가스 공급 경로, 제2 가스 공급 경로, 제3 가스 공급 경로)가 설치되어 있다. 제1 가스 공급 경로에는 상류 방향으로부터 순차적으로 TDMAS를 공급하기 위한 원료 공급 유닛(액체 원료 탱크, 액체 유량 제어장치, 액체 원료 기화기를 포함함)(15), 개폐변인 제1 밸브(31)를 개재하여, 캐리어 가스(carrier gas)를 공급하는 제1 캐리어 가스 공급관(51)이 합류되어 있다. 제1 가스 공급 경로인 TDMAS 공급관은 히터(22)로 덮여 가열할 수 있도록 되어 있다. 이 캐리어 가스 공급관(51)에는 상류 방향으로부터 순차적으로 유량 제어장치(유량 제어 수단)인 매스 플로 컨트롤러(mass flow controller)(41) 및 개폐밸브인 밸브(32)가 설치되어 있다. 또한, 제1 가스 공급 경로의 선단부에는, 처리실(201)을 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 하부로부터 상부 내벽에 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라서, 제1 노즐(11)이 설치되고, 제1 노즐(11)의 측면에는 가스를 공급하는 공급공인 제1 가스 공급공이 설치되어 웨이퍼에 원료를 공급할 수 있는 구조로 되어 있다. 이 제1 가스 공급공은, 하부로부터 상부에 걸쳐 각각 동일한 개구 면적을 가지며, 또한 동일한 개구 피치(pitch)로 설치되어 있다.
제2 가스 공급 경로에는 상류 방향으로부터 순차적으로 오존을 공급하기 위한 원료 공급 유닛(16)과, 이 공급 유닛에 오존을 발생시키기 위한 원료인 산소 공 급관(53) 및 퍼지 가스로서 질소 공급관(54)이 접속되어 있다. 원료 유량을 제어하기 위한 매스 플로 컨트롤러(43)와 개폐변인 밸브(34)를 개재하여, 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관(52)이 합류되어 있다. 이 캐리어 가스 공급관(52)에는 상류 방향으로부터 순차적으로 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(42) 및 개폐변인 밸브(33)가 설치되어 있다. 또한, 제2 가스 공급 경로의 선단부에는, 처리실(201)을 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 하부로부터 상부 내벽에 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라, 제2 노즐(12)이 설치되고, 제2 노즐(12)의 측면에는 가스를 공급하는 공급공인 제2 가스 공급공이 설치되어 있다.
제3 가스 공급 경로에는 상류 방향으로부터 순차적으로 수소를 공급하기 위한 원료 공급관(55)과, 이 원료의 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(44) 및 개폐변인 밸브(35)가 설치되어 있다. 퍼지 가스로서 질소 공급관(56)이 퍼지 가스 유량을 제어하기 위한 매스 플로 컨트롤러(45)와 개폐변인 밸브(36)를 개재하여, 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관(56)이 합류되어 있다. 또한, 제3 가스 공급 경로의 선단부에는, 처리실(201)을 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에, 반응관(203)의 하부로부터 상부 내벽에 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라, 플라즈마를 발생하기 위한 전극(330, 331)과 함께 버퍼실(321) 내에 설치되어 있다. 제3 노즐(13)의 측면에는 가스를 공급하는 공급공이 설치되고 버퍼실 내에 원료인 수소를 공급한다. 전극(330, 331)은 고주파 전원(333)과 동조 유닛(332)과 연결되어 있어 버퍼실 내에서 플라즈마를 발생시킨다. 버퍼실 내에서는 전극(330, 331)은 전극으로부터의 오염을 방지하기 위하여 보호관(318, 319)으로 덮여 있다. 버퍼실(321) 내에서 발생한 원자상 수소는(수소 플라즈마) 버퍼실가스 배출공(322)을 통하여 처리실(201) 내에 공급된다.
처리실(201)은 가스를 배기하는 배기관인 가스 배기관(231)에 의해 밸브(243)를 개재하여 배기 장치(배기 수단)인 진공 펌프(19)에 접속되고, 진공 배기되도록 되어 있다. 한편, 이 밸브(243)는 밸브를 개폐하여 처리실(201)의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 할 수 있고, 또한 밸브의 개방 정도를 조절하여 압력 조정을 할 수 있도록 되어 있는 개폐밸브이다. 가스 배기관(231)은 히터(21)에 의해 덮여 가열 가능하도록 되어 있다.
반응관(203) 내의 중앙부에는, 복수 매의 웨이퍼(200)를 다단으로 동일 간격으로 재치하는 보트(217)가 설치되어 있고, 이 보트(217)는 도시하지 않은 보트 엘리베이터 기구에 의하여 반응관(203)에 출입할 수 있도록 되어 있다. 또한, 처리의 균일성을 향상하기 위하여 보트(217)를 회전하기 위한 보트 회전 기구(267)가 설치되어 있으며, 보트 회전 기구(267)를 구동함으로써, 보트 지지대(218)에 지지된 보트(217)를 회전하도록 되어 있다.
기판 처리 장치에는 제어부(제어 수단)의 한 예로서 컨트롤러(300)가 구비되어 있다. 컨트롤러(300)는 원료 공급 유닛(15, 16), 히터(21, 22), 매스 플로우 컨트롤러(41, 42, 43, 44, 45), 밸브(31, 32, 33, 34, 35, 36, 243), 히터(207), 진공 펌프(19), 보트 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 고주파 전원(333), 동 조 유닛(332) 등과 접속되어 있다. 컨트롤러(300)에 의해, 원료 공급 유닛(15, 16)의 동작, 히터(21, 22)의 온도 조정, 매스 플로우 컨트롤러(41, 42, 43, 44, 45)의 유량 조정, 밸브(31, 32, 33, 34, 35, 36, 243)의 개폐 동작, 압력 조정 동작, 히터(207)의 온도 조정, 진공 펌프(19)의 기동 및 정지, 보트 회전 기구(267)의 회전 속도 조절, 보트 엘리베이터(115)의 승강 동작, 고주파 전원(333)의 동작, 동조 유닛(332)의 동작 등이 제어된다.
다음에, 상술한 처리로(202)를 사용한 성막 처리예에 대하여 설명한다.
한편, 본 실시 형태의 처리로(202)에서는, SiO2와 같은 규소 산화막이나 HfO2와 같은 금속 산화막이 성막된다. 그 재료로서 SiO2용으로서는 TDMAS[Tris(dimethylamino)silane, SiH(NMe2)3], HfO2용으로서는, TEMAH[Tetrakis(methyethylamino)hafnium, Hf(NEtMe)4] TDEAH[Tetrakis(diethylamino)hafnium, Hf(NEt2)4], 등의 아미노계 원료 등이 사용된다. 한편, Me는 메틸기(CH3), Et는 에틸기(C2H5)를 각각 나타내고 있다. 또한, 금속 화합물로서 알루미늄 원자, 티탄 원자, 지르코늄 원자, 하프늄 원자, 탄탈 원자, 루테늄 원자, 이리듐 원자를 포함하는 유기 화합물이나, 상기 원자의 염화물로부터 선택된 원료도 사용할 수 있다.
이하에서는, ALD법을 사용한 성막 처리예에 있어서, 반도체 디바이스 제조 공정의 하나인, TDMAS와 오존과 원자상 수소를 사용하여 SiO2막을 성막하는 예를 토대로 설명한다.
ALD(Atomic Layer Deposition)법은, 일정 성막 조건(온도, 시간 등) 하에서, 성막에 사용하는 복수 종류의 원료가 되는 반응성 가스를 1 종류씩 교대로 기판 상에 공급하고, 1 원자 단위로 기판 상에 흡착시켜, 표면 반응을 이용하여 성막을 수행하는 방법이다. 이 때, 막 두께의 제어는, 반응성 가스를 공급하는 사이클 수로 제어한다(예를 들면, 성막 속도가 1Å/사이클이라고 하면, 20Å의 막을 형성하는 경우, 20사이클 수행한다).
ALD법에서는, 예를 들면 SiO2막을 형성하는 경우, 대략 200~600℃의 저온에서 고품질의 성막이 가능하다.
먼저, 상술한 바와 같이 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전하고, 처리실(201)에 반입한다. 보트(217)를 처리실(201)에 반입한 후, 후술하는 스텝을 순차적으로 실행한다.
<스텝 1>
밸브(243)를 ‘open’으로 하고 펌프(19)에 의해 처리실 내를 진공 배기한 후, 밸브(31)를 ‘open’으로 하여 제1 가스를 처리실 내에 공급한다. 제1 가스인 TDMAS는 액체 재료이기 때문에 액체 원료 공급 유닛(15)에서 기화되고 유량 제어된다. 일정 시간 밸브(31)를 ‘open’으로 하여 원료를 처리실 내에 공급하여 제1 원료를 기판 상에 흡착시킨다. 이 때 처리실(201) 내의 압력은 1~10,000 Pa로 하며, 바람직하게는 26-266 Pa의 범위로서, 예를 들면 66 Pa로 유지한다. 이 후, 밸 브(31)를 ‘close’로 한다.
<스텝 2>
그 후, 처리실 내의 제1 원료를 배출(purge)하기 위하여 캐리어 가스가 캐리어 가스 공급관(51)으로부터 흐르고, 매스 플로우 컨트롤러(41)에 의해 유량 조정된다. 이 때 처리실(201) 내의 압력은 1~10,000 Pa로 하고, 바람직하게는 26~266 Pa의 범위로서, 예를 들면 66 Pa로 유지한다.
<스텝 3>
밸브(34)를 ‘open’으로 하여 제2 가스를 처리실 내에 공급한다. 제2 가스인 오존은 오존 공급 유닛(16)에서 유량 제어된다. 일정 시간 밸브(34)를 ‘open’으로 하여 원료를 처리실 내에 공급한다. 이 때 처리실(201) 내의 압력은 1~10,000 Pa로 하고, 바람직하게는 26~266 Pa의 범위로서, 예를 들면 66 Pa로 유지한다. 그 후, 밸브(34)를 ‘close’로 한다.
<스텝 4>
그 후, 처리실 내의 제2 원료를 배출(purge)하기 위하여 캐리어 가스를 캐리어 가스 공급관(52)으로부터 흘리고, 매스 플로우 컨트롤러(42)에 의해 유량 조정한다. 이 때 처리실(201) 내의 압력은 1~10,000 Pa로 하고, 바람직하게는 26~266 Pa의 범위로서, 예를 들면 66 Pa로 유지한다.
<스텝 5>
밸브(35)를 ‘open’으로 하여 제3 가스를 반응실 내에 공급한다. 제3 가스인 수소는, 버퍼실 내에 설치된 전극에 의해 원자상 수소(수소 플라즈마)로 발생된다. 이 때 전극에 인가되는 고주파로서는 일반적으로 13.56 MHz의 주파수가 사용된다. 수소 유량은 매스 플로우 컨트롤러(44)로 유량 제어된다. 일정시간 밸브(35)를 ‘open’으로 하여 원료를 반응실 내에 공급하여 제3 원료를 공급한다. 이 때 처리실(201) 내의 압력은 1~10,000 Pa로 하고, 바람직하게는 26~266 Pa의 범위로서, 예를 들면 66 Pa로 유지한다. 이 후, 밸브(35)를 ‘close’로 한다.
<스텝 6>
그 후, 반응실 내의 제3 원료를 배출(purge)하기 위하여 캐리어 가스가 캐리어 가스 공급관(56)으로부터 흐르고, 매스 플로우 컨트롤러(45)에 의하여 유량 조정된다. 이 때 처리실(201) 내의 압력은 1~10,000 Pa로 하고, 바람직하게는 26~266 Pa의 범위로서, 예를 들면 66 Pa로 유지한다.
스텝 1로부터 스텝 6을 원하는 막 두께로 성막될 때까지 반복한 후, 처리실(201) 내를 진공으로 배기하여 원료 가스를 배출하고, 그 후, 퍼지 가스에 의해 대기압으로 되돌린다. 스텝 2, 4, 6이나 원하는 두께의 막을 형성한 후에는 불활성 가스를, 바람직하게는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 또는 질소(N2)를 사용한다. 처리실(201) 내를 대기압으로 되돌리면, 보트(217)를 처리실(201)로부터 반출한다.
이상과 같이, 복수의 처리 기판을 다단으로 배치하여 반응실 속에 재치하고, 제1 원료(금속 화합물 원료)를 공급한 후에 제2 원료(산화 원료)를 공급하고, 그 다음에 제3 원료(원자상 수소)를 교대로 공급하는 ALD(Atomic Layer Deposition)법에 의해, 산화막을 성막함으로써, 금속 화합물 원료의 흡착을 촉진하여 표면 평탄성이 좋고, 스텝 커버리지가 양호한 금속 산화막을 얻을 수 있다.
한편, 상기 성막 처리에서는, 스텝 4의 퍼지 공정을 생략하는 것도 가능하며, 스텝 3과 스텝 5를 바꾸는 것도 가능하다.
또한, 여기에서는, SiO2막을 형성하는 경우를 예시했는데, SiO2막을 포함하여, Al2O3, TiO2, ZrO2, HfO2, Ta2O5, RuO2, IrO2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나로 이루어진 금속 산화막도 형성할 수 있다.
이 경우, 스텝 1에서 처리실(201)에 공급되는 원료는, 바람직하게는 알루미늄 원자, 티탄 원자, 지르코늄 원자, 하프늄 원자, 탄탈 원자, 루테늄 원자, 이리듐 원자 또는 규소 원자를 포함하는 유기 화합물이나, 상기 원자의 염화물로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나의 원료로서, 더욱 바람직하게는 MHn〔OCR1R2R3〕m-n, MHn〔NR4R5〕m-n이다. 단, M은 알루미늄 등의 상기에 기재한 금속을 나타내며, m은 상기 금속의 안정가수, n은 0~2의 정수(M이 규소 이외의 원자인 경우에는 0을 나타냄), R1~R5는 수소 또는 탄소수 1부터 4 사이에서 에테르 결합을 포함해도 되는 알킬기이다.
또한, 스텝 3에서 처리실(201)에 공급되는 원료는, 오존(O3) 이외에도, 과산화 수소(H2O2), 산소 또는 원자상 산소로부터 선택된 원료이어도 되며, 스텝 5에서 처리실(201)에 공급되는 원료는 수소 플라즈마 이외에도 탈리 수소를 포함하는 원료이어도 무방하다.
또한, 주로 스텝 1~6으로 구성되는 규소 산화막 또는 금속 산화막의 형성 공정에서는, 가스가 공급되는 처리실(201) 내의 온도를 바람직하게는 20℃ 이상, 700℃ 이하로 하고, 처리실(201) 내의 압력을 바람직하게는 1 Pa 이상, 10,000 Pa 이하로 한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명했는데, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면,
적어도 1매의 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과,
제1 원료인 금속 화합물 또는 규소 화합물과, 제2 원료인 산소 원자를 포함하는 산화 원료와, 제3 원료인 원자상 수소를, 상기 처리실 내에 소정 회수를 반복적으로 공급하여 상기 기판 표면에 금속 산화막 또는 규소 산화막을 형성하는 공정과,
상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정,
을 포함하되,상기 제2 원료와 상기 제3 원료를 상기 처리실 내에 공급함으로써 상기 기판 표면의 반응 사이트를 OH기로 치환하는 것인 반도체 디바이스의 제조 방법이 제공된다.
바람직하게는,
상기 제2 원료와 상기 제3 원료를 상기 처리실 내에 공급함으로써 상기 기판 표면의 반응 사이트를 OH기로 치환한다.
바람직하게는,
상기 금속 산화막 또는 규소 산화막을 형성하는 공정에서는,
상기 제1 원료, 제2 원료, 제3 원료를 상기 처리실 내에 공급할 때마다, 각 각 상기 처리실 내를 불활성 가스에 의해 퍼지한다.
바람직하게는,
상기 금속 산화막 또는 규소 산화막을 형성하는 공정에서는,
상기 제1 원료와 상기 제3 원료를 상기 처리실 내에 공급할 때마다, 각각 상기 처리실 내를 퍼지 가스에 의해 퍼지하고,
상기 제2 원료를 상기 처리실 내에 공급한 후에는, 상기 처리실 내를 퍼지 가스에 의해 퍼지하지 않는다.
바람직하게는,
상기 금속 산화막 또는 규소 산화막을 형성하는 공정에서는,
상기 제1~제3 원료를, 상기 제1 원료, 상기 제2 원료, 상기 제3 원료의 순서로, 상기 처리실 내에 공급한다.
바람직하게는,
상기 금속 산화막 또는 규소 산화막을 형성하는 공정에서는,
상기 제1~제3 원료를, 상기 제1 원료, 상기 제3 원료, 상기 제2 원료의 순서로, 상기 처리실 내에 공급한다.
바람직하게는,
상기 금속 산화막 또는 규소 산화막은, Al2O3, TiO2, ZrO2, HfO2, Ta2O5, RuO2, 1rO2, SiO2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나로 이루어지는 막이다.
바람직하게는,
상기 제1 원료는 금속 화합물 또는 규소 화합물로서 알루미늄 원자, 티탄 원자, 지르코늄 원자, 하프늄 원자, 탄탈 원자, 루테늄 원자, 이리듐 원자 또는 규소 원자를 포함하는 유기 화합물이나, 상기 원자의 염화물로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나의 원료이다.
더욱 바람직하게는,
상기 제1 원료가, MHn〔OCR1R2R3〕m-n, MHn〔NR4R5〕m-n이다.
단, M은 상기에 기재한 금속을 나타내며, m은 상기 금속의 안정가수, n는 0~2의 정수(M가 규소 이외의 원자인 경우에는 0을 나타냄), R1~R5는 수소 또는 탄소수 1에서 4 사이에서 에테르 결합을 포함해도 무방한 알킬기이다.
바람직하게는,
상기 제2 원료는 오존(O3), 과산화 수소(H2O2), 산소 또는 원자상 산소로부터 선택된 원료이다.
바람직하게는,
상기 제3 원료는, 탈리 수소를 포함하는 원료 또는 수소 플라즈마로부터 선택된 원료이다.
바람직하게는,
상기 불활성 가스로서 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 질소(N2)를 사용한다.
바람직하게는,
상기 금속 산화막 또는 규소 산화막을 형성하는 공정에서는,
상기 처리실 내의 온도를 20℃ 이상, 700℃ 이하로 한다.
바람직하게는,
상기 금속 산화막 또는 규소 산화막을 형성하는 공정에서는,
상기 처리실 내의 압력을 1 Pa 이상, 10,000 Pa 이하로 한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시 형태에 따르면,
적어도 1매의 기판을 처리하는 처리실과,
제1 원료인 금속 화합물 또는 규소 화합물을 상기 처리실 내에 공급하는 제1 공급계와,
제2 원료인 산소 원자를 포함하는 산화 원료를 상기 처리실 내에 공급하는 제2 공급계와,
제3 원료인 원자상 수소를 상기 처리실 내에 공급하는 제3 공급계와,
상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와,
상기 제1 공급계, 상기 제2 공급계, 제3 공급계를 제어하여, 상기 제1 원료, 상기 제2 원료, 상기 제3 원료를 상기 처리실 내에 소정 회수 반복적으로 공급시키고, 상기 제2 원료와 상기 제3 원료를 상기 처리실 내에 공급함으로써 상기 기판 표면의 반응 사이트를 OH기로 치환하도록 하는 제어부,
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
한편, 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서를 포함하는 2006년 7월 20일 제출한 일본 특허 출원 제2006-198753호의 개시 내용 전체는, 본 국제 출원에서 지정한 지정국, 또는 선택한 선택국의 국내 법령이 허락하는 한, 그대로 인용하여 여기에 삽입한다.
여러 가지의 전형적인 실시 형태를 제시하고 설명했는데, 본 발명은 그러한 실시 형태에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위는 청구 범위에 의해서만 한정된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 금속 산화물의 박막 형성에 있어서 상술한 바와 같은 스텝 커버리지나 로딩 효과의 문제점을 배제하여, 저온에서 단시간에 금속 화합물을 웨이퍼(단차) 표면에 흡착시켜, 표면의 평탄성, 스텝 커버리지(요부 매립성)가 뛰어나며, 로딩 효과가 없는 금속 산화물의 박막 형성 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법 및 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
그 결과, 본 발명은 반도체 집적회로의 제조 방법에 있어서, 반도체 웨이퍼에 ALD법에 의하여 산화막을 형성하는 기술에 특히 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (15)

  1. 적어도 1매의 기판을 처리실 내에 반입하는 공정과,
    제1 원료인 금속 화합물 또는 규소 화합물, 제2 원료인 산소 원자를 포함하는 산화 원료, 및 제3 원료인 원자상(原子狀) 수소를 상기 처리실 내에 소정 회수를 반복적으로 공급하여 상기 기판 표면에 금속 산화막 또는 규소 산화막을 형성하는 공정과,
    상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출하는 공정
    을 포함하되,
    상기 제2 원료와 상기 제3 원료를 상기 처리실 내에 공급함으로써 상기 기판 표면의 반응 사이트를 OH기로 치환하는 것인 반도체 디바이스의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화막 또는 규소 산화막을 형성하는 공정에서는,
    상기 제1 원료, 제2 원료, 제3 원료를 상기 처리실 내에 공급할 때마다, 각각 상기 처리실 내를 불활성 가스에 의해 퍼지하는 것인 반도체 디바이스의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화막 또는 규소 산화막을 형성하는 공정에서는,
    상기 제1 원료 및 상기 제3 원료를 상기 처리실 내에 공급할 때마다, 각각 상기 처리실 내를 퍼지 가스에 의해 퍼지하고,
    상기 제2 원료를 상기 처리실 내에 공급한 후에는, 상기 처리실 내를 퍼지 가스에 의해 퍼지하지 않는 것인 반도체 디바이스의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화막 또는 규소 산화막을 형성하는 공정에서는,
    상기 제1 원료, 제2 원료 및 제3 원료를, 상기 제1 원료, 상기 제2 원료, 상기 제3 원료의 순서로, 상기 처리실 내에 공급하는 것인 반도체 디바이스의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화막 또는 규소 산화막을 형성하는 공정에서는,
    상기 제1 원료, 제2 원료 및 제3 원료를, 상기 제1 원료, 상기 제3 원료, 상기 제2 원료의 순서로, 상기 처리실 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화막 또는 규소 산화막은, Al2O3, TiO2, ZrO2, HfO2, Ta2O5, RuO2, IrO2, SiO2로 이루어지는 군에서 선택되는 하나로 이루어지는 막인 반도체 디바이스의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 원료는, 금속 화합물 또는 규소 화합물로서, 알루미늄 원자, 티탄 원자, 지르코늄 원자, 하프늄 원자, 탄탈 원자, 루테늄 원자, 이리듐 원자 또는 규소 원자를 포함하는 유기 화합물이나, 상기 원자의 염화물로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나의 원료인 반도체 디바이스의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 원료는, MHn〔OCR1R2R3〕m-n, MHn〔NR4R5〕m-n인 반도체 디바이스의 제조 방법.[단, M은 청구항 8에 기재한 금속을 나타내고, m은 상기 금속의 안정가수, n은 0~2의 정수(M이 규소 이외의 원자인 경우에는 0을 나타냄), Rl~R5는 수소 또는 탄소수 1부터 4 사이에서 에테르 결합을 포함해도 무방한 알킬기이다]
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 원료는 오존, 과산화수소, 산소 또는 원자상 산소로부터 선택된 원료인 반도체 디바이스의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제3 원료는, 탈리(脫離) 수소를 포함하는 원료 또는 수소 플라즈마로부터 선택된 원료인 반도체 디바이스의 제조 방법.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 불활성 가스로서 헬륨, 네온, 아르곤, 질소를 사용하는 것인 반도체 디바이스의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화막 또는 규소 산화막을 형성하는 공정에서는,
    상기 처리실 내의 온도를 20℃ 이상, 700℃ 이하로 하는 것인 반도체 디바이스의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화막 또는 규소 산화막을 형성하는 공정에서는,
    상기 처리실 내의 압력을 1 Pa 이상, 10000 Pa 이하로 하는 것인 반도체 디바이스의 제조 방법.
  15. 적어도 1매의 기판을 처리하는 처리실과,
    제1 원료인 금속 화합물 또는 규소 화합물을 상기 처리실 내에 공급하는 제1 공급계와,
    제2 원료인 산소 원자를 포함하는 산화 원료를 상기 처리실 내에 공급하는 제2 공급계와,
    제3 원료인 원자상 수소를 상기 처리실 내에 공급하는 제3 공급계와,
    상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와,
    상기 제1 공급계, 상기 제2 공급계, 제3 공급계를 제어하여, 상기 제1 원료, 상기 제2 원료, 상기 제3 원료를 상기 처리실 내에 소정 회수 반복적으로 공급시키고, 상기 제2 원료와 상기 제3 원료를 상기 처리실 내에 공급함으로써 상기 기판 표면의 반응 사이트를 OH기로 치환하도록 하는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
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