KR101304365B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 - Google Patents

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유신 타카사와
츠카사 카마쿠라
요시노부 나카무라
료타 사사지마
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

저유전율, 저(低)에칭 레이트, 고(高)절연성의 특성을 구비하는 절연막을 형성한다. 처리 용기 내의 가열된 기판에, 소정 원소 함유 가스와, 탄소 함유 가스와, 질소 함유 가스를 공급하는 것으로, 소정 원소를 포함하는 소정두께의 탄질화층을 형성하는 공정 및 상기 처리 용기 내의 가열된 기판에, 소정 원소 함유 가스와, 산소 함유 가스를 공급하는 것으로, 소정 원소를 포함하는 소정 두께의 산화층을 형성하는 공정을 교호적으로 반복하는 것으로, 상기 기판 상에, 탄질화층과 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 소정 막 두께의 산탄질화막을 형성한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, METHOD OF PROCESSING SUBSTRATE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND NON-TRANSITORY COMPUTER READABLE RECORDING MEDIUM}
본 발명은, 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정 중에, 실리콘 웨이퍼 등의 웨이퍼 상에 실리콘 산화막(SiO2막, 이하, 단순히 SiO막이라고도 함)이나 실리콘 질화막(Si3N4막, 이하, 단지 SiN막이라고도 함) 등의 실리콘 절연막을 형성하는 공정이 있다. 실리콘 산화막은, 절연성, 저(低)유전성 등이 우수하여, 절연막이나 층간(層間)막으로서 널리 이용된다. 또한, 실리콘 질화막은, 절연성, 내식성, 유전성, 막 스트레스 제어성 등이 우수하여, 절연막이나 마스크막, 전하 축적막, 스트레스 제어막으로서 널리 이용된다. 또한, 이들의 절연막에 카본(C)을 첨가하는 기술도 알려져 있고(예컨대, 특허문헌 1참조), 이에 의해 절연막의 에칭 내성(耐性)을 향상시킬 수 있다.
1. 일본 특허 공개 제2005-268699호 공보
그러나, 절연막으로 카본을 첨가하면, 절연막의 에칭 내성은 향상되지만, 유전율이 증가하고, 리크(leak) 내성이 열화해버린다. 즉, 각각의 절연막에는 각 장단점이 있으며, 종래에는 저(低)유전율, 저(低)에칭 레이트, 고(高)절연성의 특성을 구비하는 막은 없었다.
따라서 본 발명의 목적은, 저유전율, 저에칭 레이트, 고절연성의 특성을 구비하는 절연막을 형성할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태에 의하면, (a) 처리 용기 내의 가열된 기판에 소정 원소를 함유하는 가스, 탄소 함유 가스 및 질소 함유 가스를 공급하여 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 단계; (b) 상기 처리 용기 내의 상기 가열된 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스 및 산소 함유 가스를 공급하여 상기 소정 원소를 포함하는 산화층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 교호적(交互的)으로 반복하여, 상기 기판 상에 상기 탄질화층과 상기 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 산탄질화막을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면, (a) 처리 용기 내의 가열된 기판에, 소정 원소를 함유하는 가스, 탄소 함유 가스 및 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 단계; (b) 상기 처리 용기 내의 상기 가열된 기판에, 상기 소정 원소를 함유하는 가스 및 산소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 산화층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 산탄질화막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리 용기; 상기 처리 용기 내의 상기 기판을 가열하는 히터; 상기 처리 용기 내의 기판에 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 소정 원소 함유 가스 공급계; 상기 처리 용기 내의 기판에 탄소 함유 가스를 공급하는 탄소 함유 가스 공급계; 상기 처리 용기 내의 기판에 질소 함유 가스를 공급하는 질소 함유 가스 공급계; 상기 처리 용기 내의 기판에 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급계; 및 (a) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스, 상기 탄소 함유 가스 및 상기 질소 함유 가스를 공급하여 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 처리, (b) 상기 처리 용기 내의 상기 가열된 기판에 소정 원소를 함유하는 가스 및 상기 산소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 산화층을 형성하는 처리 및 (c) 상기 (a) 처리 및 상기 (b) 처리를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에 상기 탄질화층과 상기 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 산탄질화막을 형성하는 처리를 수행하도록, 상기 히터, 상기 소정 원소 함유 가스 공급계, 상기 탄소 함유 가스 공급계, 상기 질소 함유 가스 공급계 및 상기 산소 함유 가스 공급계를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 저유전율, 저에칭 레이트, 고절연성의 특성을 구비하는 절연막을 형성할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형(縱型) 처리로(處理爐)의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도(縱斷面圖)로 도시하는 도면.
도 2는 본 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리 로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면.
도 3은 본 실시 형태의 제1시퀀스에 있어서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 4는 본 실시 형태의 제1시퀀스에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 5는 본 실시 형태의 제2시퀀스에 있어서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 6은 본 실시 형태의 제2시퀀스에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 7은 본 실시 형태의 제1시퀀스의 응용예에 있어서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 8은 본 실시 형태의 제1시퀀스의 응용예에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 9는 본 실시 형태의 제2시퀀스의 응용예에 있어서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 10은 본 실시 형태의 제2시퀀스의 응용예에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 11은 본 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도.
이하에 본 발명의 실시의 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1은, 본 실시의 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 종단면도로 도시하고, 도 2는 본 실시의 형태에서 바람직하게 이용되는 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 처리로(202)는 가열 수단(가열 기구)으로서의 히터(207)를 포함한다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보지판(保持板)으로서의 히터 베이스(도시되지 않음)에 지지되어서 수직으로 설치된다. 또한, 히터(207)는, 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화시키는 활성화 기구로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원상으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 반응관(203)이 배설된다. 반응관(203)은, 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색(閉塞)하고 하단이 개구한 원통 형상으로 형성된다. 반응관(203)의 통중공부(筒中空部)에는 처리실(201)이 형성되고, 처리실(201)은 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세에서 수직 방향으로 다단으로 정렬한 상태로 수용 가능하도록 구성된다.
처리실(201) 내에는, 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d)이 반응관(203)의 하부를 관통하도록 설치된다. 제1 노즐(249a), 제2 노즐(249b), 제3 노즐(249c), 제4 노즐(249d)에는, 제1 가스 공급관(232a), 제2 가스 공급관(232b), 제3 가스 공급관(232c), 제4 가스 공급관(232d)이 각각 접속된다. 이와 같이, 반응관(203)에는 4개의 노즐(249a, 249b, 249c, 249d)과, 4개의 가스 공급관(232a, 232b, 232c, 232d)이 설치되어서, 처리실(201) 내에 복수 종류, 여기에서는 4종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성된다.
또한, 반응관(203)의 하방(下方)에, 반응관(203)을 지지하는 금속제의 매니폴드를 설치하고, 각 노즐을 금속제의 매니폴드의 측벽을 관통하도록 설치해도 좋다. 이 경우, 상기 금속제의 매니폴드에, 후술하는 배기관(231)을 더 설치해도 좋다. 또한, 이 경우라도, 배기관(231)을 상기 금속제의 매니폴드가 아니라 반응관(203)의 하부에 설치해도 좋다. 이와 같이, 처리로(202)의 노구부(爐口部)를 금속제로 하여 상기 금속제의 노구부에 노즐 등을 설치해도 좋다.
제1 가스 공급관(232a)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241a, MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(243a)가 설치된다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a)보다도 하류측에는, 제1 불활성 가스 공급관(232e)이 접속된다. 제1 불활성 가스 공급관(232e)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241e) 및 개폐 밸브인 밸브(243e)가 설치된다. 또한, 제1 가스 공급관(232a)의 선단부에는, 전술한 제1 노즐(249a)이 접속된다. 제1 노즐(249a)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에 있어서의 원호상(圓弧狀)의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부에서 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향의 상방을 향해서 입상(立上)으로 설치된다. 즉, 제1 노즐(249a)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방(側方)의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치된다. 제1 노즐(249a)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되며, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향해서 입상으로 설치된다. 제1 노즐(249a)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(供給孔, 250a)이 설치된다. 가스 공급공(250a)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구한다. 상기 가스 공급공(250a)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지고, 동일한 개구 피치로 설치된다. 주로, 제1 가스 공급관(232a), 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a), 제1 노즐(249a)에 의해 제1 가스 공급계가 구성된다. 또한, 주로, 제1 불활성 가스 공급관(232e), 매스 플로우 컨트롤러(241e), 밸브(243e)에 의해 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다.
제2 가스 공급관(232b)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC, 24lb) 및 개폐 밸브인 밸브(243b)가 설치된다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)보다도 하류측에는, 제2 불활성 가스 공급관(232f)이 접속된다. 제2 불활성 가스 공급관(232f)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241f) 및 개폐 밸브인 밸브(243f)가 설치된다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)의 선단부에는, 전술의 제2 노즐(249b)이 접속된다. 제2 노즐(249b)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에 있어서의 원호상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부에서 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 입상으로 설치된다. 즉, 제2 노즐(249b)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따라 설치된다. 제2 노즐(249b)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되어 있고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향해서 입상으로 설치된다. 제2 노즐(249b)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(250b)이 설치된다. 가스 공급공(250b)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구한다. 가스 공급공(250b)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지며, 동일한 같은 개구 피치로 설치된다. 주로, 제2 가스 공급관(232b), 매스 플로우 컨트롤러(24lb), 밸브(243b), 제2 노즐(249b)에 의해 제2 가스 공급계가 구성된다. 또한, 주로, 제2 불활성 가스 공급관(232f), 매스 플로우 컨트롤러(241f), 밸브(243f)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다.
제3 가스 공급관(232c)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC, 241c) 및 개폐 밸브인 밸브(243c)가 설치된다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)보다도 하류측에는, 제3 불활성 가스 공급관(232g)이 접속된다. 제3 불활성 가스 공급관(232g)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241g) 및 개폐 밸브인 밸브(243g)가 설치된다. 또한, 제3 가스 공급관(232c)의 선단부에는, 전술한 제3 노즐(249c)이 접속된다. 제3 노즐(249c)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에 있어서의 원호상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부에서 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 입상으로 설치된다. 즉, 제3 노즐(249c)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따라 설치된다. 제3 노즐(249c)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되며, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측에서 타단측을 향해서 입상으로 설치된다. 제3 노즐(249c)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(250c)이 설치된다. 가스 공급공(250c)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구한다. 가스 공급공(250c)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지며 동일한 개구 피치로 설치된다. 주로, 제3 가스 공급관(232c), 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c), 제3 노즐(249c)에 의해 제3 가스 공급계가 구성된다. 또한, 주로, 제3 불활성 가스 공급관(232g), 매스 플로우 컨트롤러(241g), 밸브(243g)에 의해 제3 불활성 가스 공급계가 구성된다.
제4 가스 공급관(232d)에는 상류 방향으로부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC, 241d) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치된다. 또한, 제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)보다도 하류측에는, 제4 불활성 가스 공급관(232h)이 접속된다. 제4 불활성 가스 공급관(232h)에는, 상류 방향으로부터 순서대로, 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241h) 및 개폐 밸브인 밸브(243h)가 설치된다. 또한, 제4 가스 공급관(232d)의 선단부에는 전술의 제4 노즐(249d)이 접속된다. 제4 노즐(249d)은, 가스 분산 공간인 버퍼실(237) 내에 설치된다.
버퍼실(237)은 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에 있어서의 원호상의 공간에, 반응관(203)의 내벽의 하부에서 상부에 걸친 부분에, 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라 설치된다. 즉, 버퍼실(237)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따라 설치된다. 버퍼실(237)의 웨이퍼(200)와 인접하는 벽의 단부(端部)에는 가스를 공급하는 가스 공급공(250e)이 설치된다. 가스 공급공(250e)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구한다. 가스 공급공(250e)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지고, 동일한 개구 피치로 설치된다.
제4 노즐(249d)은, 버퍼실(237)의 가스 공급공(250e)이 설치된 단부와 반대측의 단부에, 반응관(203)의 내벽의 하부에서 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향해서 입상으로 설치된다. 즉, 제4 노즐(249d)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평으로 둘러싸는 영역에 웨이퍼 배열 영역을 따라 설치된다. 제4 노즐(249d)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되며, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측에서 타단측을 향해서 입상으로 설치된다. 제4 노즐(249d)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(250d)이 설치된다. 가스 공급공(250d)은 버퍼실(237)의 중심을 향하도록 개구한다. 가스 공급공(250d)은, 버퍼실(237)의 가스 공급공(250e)과 마찬가지로, 반응관(203)의 하부에서 상부에 걸쳐 복수 설치된다. 복수의 가스 공급공(250d) 각각의 개구 면적은, 버퍼실(237) 내와 처리실(201) 내의 차압이 작은 경우에는, 상류측(하부)으로부터 하류측(상부)까지, 각각 동일한 개구 면적으로 동일한 개구 피치로 하면 좋지만, 차압이 큰 경우에는 상류측에서 하류측을 향하여 각각 개구 면적을 크게 하거나, 개구 피치를 작게 하면 좋다.
본 실시 형태에서는, 제4 노즐(249d)의 가스 공급공(250d)의 각각의 개구 면적이나 개구 피치를, 상류측에서 하류측에 걸쳐 전술한 바와 같이 조절하는 것으로, 우선 가스 공급공(250d)의 각각을 통하여 유속의 차이는 있지만 유량이 거의 동량(同量)인 가스를 분출시킨다. 그리고 가스 공급공(250d)의 각각을 통하여 분출하는 가스를 일단 버퍼실(237) 내에 도입하고, 버퍼실(237) 내에 있어서 가스의 유속 차이의 균일화를 수행하는 것으로 하였다.
즉, 제4 노즐(249d)의 가스 공급공(250d)의 각각을 통하여 버퍼실(237) 내에 분출한 가스는 버퍼실(237) 내에서 각 가스의 입자 속도가 완화된 후, 버퍼실(237)의 가스 공급공(250e)을 통하여 처리실(201) 내로 분출한다. 이에 의해, 제4 노즐(249d)의 가스 공급공(250d) 각각을 통하여 버퍼실(237) 내에 분출한 가스는, 버퍼실(237)의 가스 공급공(250e)을 통하여 처리실(201) 내에 분출할 때에는, 균일한 유량과 유속을 가진다.
주로, 제4 가스 공급관(232d), 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d), 제4 노즐(249d), 버퍼실(237)에 의해 제4 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제4 가스 공급계에 있어서, 버퍼실(237)은 가스를 웨이퍼(200)를 향해서 공급하는 노즐로서 기능한다. 또한, 주로 제4 불활성 가스 공급관(232h), 매스 플로우 컨트롤러(241h), 밸브(243h)에 의해 제4 불활성 가스 공급계가 구성된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 가스 공급의 방법은, 반응관(203)의 내벽과, 적재된 복수 매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원호상의 종장(縱長)의 공간 내에 배치한 노즐(249a, 249b, 249c, 249d) 및 버퍼실(237)을 경유하여 가스를 반송하고, 노즐(249a, 249b, 249c, 249d) 및 버퍼실(237)에 각각 개구된 가스 공급공(250a, 250b, 250c, 250d, 250e)을 통하여 웨이퍼(200)의 근방에서 처음으로 반응관(203) 내에 가스를 분출시키며, 반응관(203) 내에 있어서의 가스의 주된 흐름은 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉 수평 방향이다. 이러한 구성으로 하여, 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급할 수 있고, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 박막의 막 두께를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 반응 후의 잔류 가스는, 배기구, 즉, 후술하는 배기관(231)의 방향을 향해서 흐르나, 잔류 가스의 흐름의 방향은, 배기구의 위치에 의해 적절히 특정되고, 수직 방향에 한정된 것은 아니다.
제1 가스 공급관(232a)을 통하여, 예컨대, 실리콘 원료 가스, 즉 실리콘(Si)을 함유하는 가스(실리콘 함유 가스)가, 매스 플로우 컨트롤러(241a), 밸브(243a), 제1 노즐(249a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 실리콘 함유 가스로서는, 예컨대 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭:HCD) 가스를 이용할 수 있다. 또한, HCD와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 이용하는 경우는, 액체원료가 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여, 원료 가스로서 공급된다.
제2 가스 공급관(232b)을 통하여, 예컨대 카본(C), 즉 탄소를 함유하는 가스(탄소 함유 가스)가, 매스 플로우 컨트롤러(24lb), 밸브(243b), 제2 노즐(249b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 탄소 함유 가스로서는, 예컨대 프로필렌(C3H6)가스를 이용할 수 있다. 또한, 제2 가스 공급관(232b)을 통하여, 예컨대, 수소(H)를 함유하는 가스(수소 함유 가스)가, 매스 플로우 컨트롤러(24lb), 밸브(243b), 제2 노즐(249b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되어도 좋다. 수소 함유 가스로서는, 예컨대 수소(H2) 가스를 이용할 수 있다.
제3 가스 공급관(232c)을 통하여, 예컨대 질소(N)를 함유하는 가스(질소 함유 가스)가, 매스 플로우 컨트롤러(241c), 밸브(243c), 제3 노즐(249c)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 질소 함유 가스로서는, 예컨대 암모니아(NH3)가스를 이용할 수 있다.
제4 가스 공급관(232d)을 통하여, 예컨대 산소(O)를 함유하는 가스(산소 함유 가스)가, 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d), 제4 노즐(249d), 버퍼실(237)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 산소 함유 가스로서는, 예컨대 산소(O2) 가스를 이용할 수 있다. 또한, 제4 가스 공급관(232d)을 통하여, 예컨대, 붕소, 즉 붕소(B)를 함유하는 가스(붕소 함유 가스)가, 매스 플로우 컨트롤러(241d), 밸브(243d), 제4 노즐(249d)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되어도 좋다. 붕소 함유 가스로서는, 예컨대 3염화붕소(BCl3)가스나 디보란(B2H6)가스를 이용할 수 있다.
불활성 가스 공급관(232e, 232f, 232g, 232h)을 통하여, 예컨대 질소(N2)가스가, 각각 매스 플로우 컨트롤러(241e, 241f, 241g, 241h), 밸브(243e, 243f, 243g, 243h), 가스 공급관(232a, 232b, 232c, 232d), 가스 노즐(249a, 249b, 249c, 249d) 및 버퍼실(237)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
또한, 예컨대 각 가스 공급관을 통하여 전술한 바와 같은 가스를 각각 흘려보내는 경우, 제1 가스 공급계에 의해 원료 가스 공급계, 즉 실리콘 함유 가스 공급계(실란계 가스 공급계)가 구성된다. 또한, 제2 가스 공급계에 의해 탄소 함유 가스 공급계 또는 수소 함유 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제3 가스 공급계에 의해 질소 함유 가스 공급계가 구성된다. 또한, 제4 가스 공급계에 의해 산소 함유 가스 공급계 또는 붕소 함유 가스 공급계가 구성된다. 또한, 원료 가스 공급계를 단순히 원료 공급계라고도 칭한다. 또한, 탄소 함유 가스, 수소 함유 가스, 질소 함유 가스, 산소 함유 가스 및 붕소 함유 가스를 총칭하여 반응 가스라고 칭하는 경우, 탄소 함유 가스 공급계, 수소 함유 가스 공급계, 질소 함유 가스 공급계, 산소 함유 가스 공급계 및 붕소 함유 가스 공급계에 의해 반응 가스 공급계가 구성된다.
버퍼실(237) 내에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 가늘고 긴 구조를 가지는 제1 전극인 제1 봉상(棒狀) 전극(269) 및 제2 전극인 제2 봉상 전극(270)이, 반응관(203)의 하부에서 상부에 걸쳐 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라 배설(排設)된다. 제1 봉상 전극(269) 및 제2 봉상 전극(270)의 각각은, 제4 노즐(249d)과 평행하게 설치된다. 제1 봉상 전극(269) 및 제2 봉상 전극(270)의 각각은, 상부에서 하부에 걸쳐 각 전극을 보호하는 보호관인 전극 보호관(275)에 의해 덮여져서 보호된다. 제1 봉상 전극(269) 및 제2 봉상 전극(270) 중의 어느 일방은 정합기(272)를 개재하여 고주파 전원(273)에 접속되고, 타방은 기준 전위인 어스에 접속된다. 이 결과, 제1 봉상 전극(269) 및 제2 봉상 전극(270) 사이의 플라즈마 생성 영역(224)에 플라즈마가 생성된다. 주로, 제1 봉상 전극(269), 제2 봉상 전극(270), 전극 보호관(275), 정합기(272), 고주파 전원(273)에 의해 플라즈마 발생기(플라즈마 발생부)로서의 플라즈마원(源)이 구성된다. 또한, 플라즈마원은, 후술하는 바와 같이 가스를 플라즈마로 활성화시키는 활성화 기구로서 기능한다.
전극 보호관(275)은, 제1 봉상 전극(269) 및 제2 봉상 전극(270) 각각을 버퍼실(237)의 분위기와 격리한 상태로 버퍼실(237) 내에 삽입할 수 있는 구조이다. 여기서 전극 보호관(275)의 내부가 외기(대기)와 동일 분위기이면, 전극 보호관(275)에 각각 삽입된 제1 봉상 전극(269) 및 제2 봉상 전극(270)은 히터(207)에 의한 열로 산화된다. 따라서 전극보호관(275)의 내부에는 질소 등의 불활성 가스를 충전 또는 퍼지하여, 산소 농도를 충분히 낮게 억제하여, 제1 봉상 전극(269) 또는 제2 봉상 전극(270)의 산화를 방지하기 위한 불활성 가스 퍼지 기구가 설치된다.
반응관(203)에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치된다. 배기관(231)에는 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller)밸브(244)를 개재하여 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속된다. 또한, APC밸브(244)는, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태로 밸브를 개폐하여, 처리실(201) 내의 진공 배기·진공 배기 정지를 수행할 수 있고, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태로 밸브 개도(開度)를 조절하여, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성된 개폐 밸브이다. 진공 펌프(246)를 작동시키면서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 APC밸브(244)의 밸브의 개도를 조절하여서, 처리실(201) 내의 압력이 소정의 압력(진공도)이 되도록 진공 배기할 수 있다. 주로, 배기관(231), APC밸브(244), 진공 펌프(246), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다.
반응관(203)의 하방으로는, 반응관(203)의 하단 개구를 기밀하게 폐색가능한 노구 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)은 반응관(203)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 당접(當接)된다. 씰 캡(219)은 예컨대 스텐레스 등의 금속으로 이루어지고, 원반상(圓盤狀)으로 형성된다. 씰 캡(219)의 상면에는 반응관(203)의 하단과 당접하는 씰 부재로서의 O링(220)이 설치된다. 씰 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는, 보트를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치된다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 씰 캡(219)을 관통하여 후술하는 보트(217)에 접속되고, 보트(217)를 회전시켜서 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성된다. 씰 캡(219)은 반응관(203)의 외부에 수직하게 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강하도록 구성되고, 이에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내에 대하여 반입 반출하는 것이 가능하다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 예컨대 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지고, 복수 매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 서로 중심을 맞춘 상태로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록 구성된다. 또한 보트(217)의 하부에는, 예컨대 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열 부재(218)가 설치되어, 히터(207)로부터의 열이 씰 캡(219)측에 전해지기 어렵게 구성된다. 또한, 단열 부재(218)는, 석영이나 탄화규소 등의 내열성 재료로 이루어지는 복수 매의 단열판과, 이들을 수평 자세로 다단으로 지지하는 단열판 홀더에 의해 구성해도 좋다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에의 통전 상태를 조정하는 것으로, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성된다. 온도 센서(263)는, 노즐(249a, 249b, 249c, 249d)과 마찬가지로 L자형으로 구성되어 있고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치된다.
도 11에 도시한 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는, CPU(Central Processing Unit, 121a), RAM(Random Access Memory, 12lb), 기억 장치(121c), I/O포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(12lb), 기억 장치(121c), I/O포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 개재하고, CPU(121a)와 데이터 교환이 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(121)에는, 예컨대 터치 패널(touch panel) 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속된다.
기억 장치(121c)는, 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이, 독출 가능하게 격납된다. 또한, 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리 공정에 있어서의 각 순서를 컨트롤러(121)에 실행시키고, 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것으로, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 단순히 프로그램이라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 프로그램이라고 하는 말을 이용한 경우는, 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한, RAM(12lb)은, CPU(121a)에 의해 독출된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)로서 구성된다.
I/O포트(121d)는, 전술의 매스 플로우 컨트롤러(241a, 24lb, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h), 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, 243h), 압력 센서(245), APC밸브(244), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 고주파 전원(273), 정합기(272) 등에 접속된다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 독출하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 응하여 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피를 독출하도록 구성된다. 그리고, CPU(121a)는, 독출한 프로세스 레시피의 내용에 따라, 매스 플로우 컨트롤러(241a, 24lb, 241c, 241d, 241e, 241f, 241g, 241h)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a, 243b, 243c, 243d, 243e, 243f, 243g, 243h)의 개폐 동작, APC밸브(244)의 개폐 동작 및 APC밸브(244)에 의한 압력 센서(245)에 기초를 두는 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 기초를 두는 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동·정지, 회전 기구(267)의 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 고주파 전원(273)의 전력 공급, 정합기(272)에 의한 임피던스 조정 동작 등을 제어하도록 구성된다.
또한, 컨트롤러(121)는, 전용의 컴퓨터로서 구성되어 있는 경우에 한하지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어도 좋다. 예컨대, 전술의 프로그램을 격납한 외부 기억 장치(예컨대, 자기 테이프, flexible disk나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD등의 광디스크, MO등의 광자기 디스크, USB메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리, 123)를 준비하고, 이러한 외부 기억 장치(123)를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해, 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(121)를 구성할 수 있다. 또한, 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은, 외부 기억 장치(123)를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여, 외부 기억 장치(123)를 거치지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한, 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 독출 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 기록 매체라고 하는 말을 이용한 경우는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로, 전술의 기판 처리 장치의 처리로를 이용해서 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판 상에 절연막으로서의 실리콘 산탄질화막(SiOCN막)을 성막하는 시퀀스 예에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 발명의 실시 형태에서는, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에, 실리콘 함유 가스, 탄소 함유 가스 및 질소 함유 가스를 공급하여, 소정 두께의 실리콘 탄질화층(SiCN층)을 형성하는 공정 및 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에, 실리콘 함유 가스 및 산소 함유 가스를 공급하여 소정 두께의 실리콘 산화층(SiO층)을 형성하는 공정을 교호적으로 반복하여, 웨이퍼(200) 상에, 실리콘 탄질화층과 실리콘 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 소정 막 두께의 실리콘 산탄질화막(SiOCN막)을 형성한다. 본 실시 형태에서는, 웨이퍼(200) 상에, 실리콘 탄질화층과 실리콘 산화층을 교호적으로 적층하는 것이므로, 이 성막 수법을 라미네이트법이라고도 한다.
또한, 종래의 CVD(Chemical Vapor Deposition)법이나 ALD(Atomic Layer Deposition)법에서는, 예컨대, CVD법의 경우, 형성하는 막을 구성하는 복수의 원소를 포함하는 복수 종류의 가스를 동시에 공급하고, 또한, ALD법의 경우, 형성하는 막을 구성하는 복수의 원소를 포함하는 복수 종류의 가스를 교호적으로 공급한다. 그리고, 가스 공급시의 가스 공급 유량, 가스 공급 시간, 플라즈마 파워 등의 공급 조건을 제어하여 SiO2막이나 Si3N4막을 형성한다. 이들 기술에서는, 예컨대 SiO2막을 형성하는 경우, 막의 조성비가 화학량론 조성인 O/Si≒2이 되도록, 또 예컨대 Si3N4막을 형성하는 경우, 막의 조성비가 화학량론 조성인 N/Si≒1.33가 되도록 하는 것을 목적으로 하여, 공급 조건을 제어한다.
이에 대하여, 본 발명의 실시 형태에서는, 형성하는 막의 조성비가 화학량론 조성 또는 화학량론 조성과는 다른 소정의 조성비가 되도록, 공급 조건을 제어한다. 예컨대, 형성하는 막을 구성하는 복수의 원소 가운데 적어도 하나의 원소가 다른 원소보다도 화학량론 조성에 대하여 과잉이 되도록 하는 것을 목적으로 하여, 공급 조건을 제어한다. 이하, 형성하는 막을 구성하는 복수의 원소의 비율, 즉, 막의 조성비를 제어하면서 성막을 수행하는 시퀀스 예에 대해서 설명한다.
(제1 시퀀스)
우선, 본 실시 형태의 제1 시퀀스에 대해서 설명한다. 도 3은, 본 실시 형태의 제1 시퀀스에 있어서의 성막 플로우를 도시한다. 도 4은, 본 실시 형태의 제1 시퀀스에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시한다.
본 실시 형태의 제1 시퀀스에서는, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 실리콘 함유 가스를 공급하여, 실리콘 함유층을 형성하는 공정과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 탄소 함유 가스를 공급하여, 실리콘 함유층 위에 탄소 함유층을 형성하여 실리콘 및 탄소를 포함하는 층을 형성하는 공정과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 질소 함유 가스를 공급하여, 실리콘 및 탄소를 포함하는 층을 질화하여 실리콘 탄질화층(SiCN층)을 형성하는 공정과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 실리콘 함유 가스를 공급하여, 실리콘 함유층을 형성하는 공정과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 산소 함유 가스를 공급하여, 실리콘 함유층을 산화해서 실리콘 산화층 (SiO층)을 형성하는 공정을 1사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하여, 웨이퍼(200) 상에, 실리콘 탄질화층과 실리콘 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 소정 막 두께의 실리콘 산탄질화막(SiOCN막)을 형성한다. 또한, 본 실시 형태의 제1 시퀀스에서는, 실리콘 탄질화층을 형성하는 공정 및 실리콘 산화층을 형성하는 공정 중의 어느 공정에 있어서도, 실리콘 함유층을 형성하는 공정에서는, CVD반응이 생기는 조건 하에서 웨이퍼(200)에 실리콘 함유 가스를 공급한다.
이하, 본 실시 형태의 제1 시퀀스를 구체적으로 설명한다. 여기서는, 실리콘 함유 가스로서 HCD가스를, 탄소 함유 가스로서 C3H6가스를, 질소 함유 가스로서 NH3가스를, 산소 함유 가스로서 O2가스를 이용하여, 도 3 및 도 4의 성막 시퀀스에 의해, 기판으로서의 웨이퍼(200) 상에 절연막으로서 실리콘 산탄질화막(SiOCN막)을 형성하는 예에 대해서 설명한다.
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차징)되면, 도 1에 도시하는 바와 같이, 복수 매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로딩)된다. 이 상태에서, 씰 캡(219)은 O링(220)을 개재하여 반응관(203)의 하단을 씰링한 상태이다.
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이 때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 측정된 압력 정보에 기초하여 APC밸브(244)가 피드백 제어된다(압력 조정). 또한, 진공 펌프(246)는, 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료할 때까지의 사이에는 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한, 처리실(201) 내가 원하는 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이 때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태가 피드백 제어된다(온도 조정). 계속해서, 회전 기구(267)에 의해 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전이 개시된다. 한편, 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은, 적어도, 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료할 때까지의 사이에는 계속해서 수행된다. 그 후, 후술하는 5개의 스텝을 순차 실행한다.
<SiCN층 형성 공정>
[스텝 1]
제1 가스 공급관(232a)의 밸브(243a) 열어, 제1 가스 공급관(232a) 내에 HCD가스를 흘려보낸다. 제1 가스 공급관(232a) 내를 흐른 HCD가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241a)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 HCD가스는 제1 노즐(249a)의 가스 공급공(250a)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)을 통하여 배기된다. 이 때, 동시에 밸브(243e)를 열고, 불활성 가스 공급관(232e) 내에 N2가스 등의 불활성 가스를 흘려보낸다. 불활성 가스 공급관(232e) 내를 흐른 N2가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241e)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 N2가스는 HCD가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)을 통하여 배기된다.
이 때, APC밸브(244)를 적절하게 조정하여 처리실(201) 내의 압력을, 예컨대 10∼1,000Pa의 범위 내로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241a)에서 제어하는 HCD가스의 공급 유량은, 예컨대 10∼1,000sccm의 범위 내로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241e)에서 제어하는 N2가스의 공급 유량은, 예컨대 200∼2,000sccm의 범위 내로 한다. HCD가스를 웨이퍼(200)에 노출하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예컨대 1∼120초간의 범위 내로 한다. 이 때 히터(207)의 온도는, 처리실(201) 내에서 CVD반응이 생기는 정도의 온도, 즉 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 300∼650℃의 범위 내가 되는 온도로 설정한다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 300℃미만이 되면 웨이퍼(200) 상에 HCD가 흡착하기 어려워진다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가 650℃를 넘으면 CVD반응이 강해져, 균일성이 악화되기 쉬워진다. 따라서, 웨이퍼(200)의 온도는 300∼650℃의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
HCD가스의 공급에 의해, 웨이퍼(200, 표면의 하지막) 상에, 예컨대 1원자층 미만으로부터 수 원자층 정도의 실리콘 함유층이 형성된다. 실리콘 함유층은 HCD가스의 흡착층이여도 좋고, 실리콘층(Si층)이여도 좋고, 그 양방을 포함하여도 좋다. 단, 실리콘 함유층은 실리콘(Si) 및 염소(Cl)를 포함하는 층인 것이 바람직하다. 여기서 실리콘층이란, 실리콘(Si)에 의해 구성되는 연속적인 층 이외에, 불연속인 층이나, 이들을 중첩하여 만드는 실리콘 박막도 포함하는 총칭이다. 또한, Si에 의해 구성되는 연속적인 층을 실리콘 박막이라고 하는 경우도 있다. 또한, 실리콘층을 구성하는 Si는, Cl과의 결합이 완전히 끊어져 있지 않은 것도 포함한다. 또한, HCD가스의 흡착층은, HCD가스 가스 분자가 연속적인 화학 흡착층 이외에, 불연속인 화학 흡착층도 포함한다. 즉, HCD가스의 흡착층은, HCD분자로 구성되는 1분자층 또는 1분자층 미만의 화학흡착층을 포함한다. 또한, HCD가스의 흡착층을 구성하는 HCD(Si2Cl6)분자는, Si와 Cl과의 결합이 일부 잘린 것(SixCly분자)도 포함한다. 즉, HCD의 흡착층은, Si2Cl6분자 및/또는 SixCly분자가 연속적인 화학 흡착층이나 불연속인 화학 흡착층을 포함한다. 또한, 1원자층 미만의 층은 불연속으로 형성되는 원자층을 의미하고, 1원자층의 층은 연속적으로 형성되는 원자층을 의미한다. 또한, 1분자층 미만의 층은 불연속으로 형성되는 분자층을 의미하고, 1분자층의 층은 연속적으로 형성되는 분자층을 의미한다. HCD가스가 자기(自己) 분해(열분해)하는 조건 하, 즉, HCD의 열분해 반응이 생기는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 상에 Si가 퇴적하는 것으로 실리콘층이 형성된다. HCD가스가 자기 분해(열분해)하지 않는 조건 하, 즉, HCD의 열분해 반응이 생기지 않는 조건 하에서는, 웨이퍼(200) 상에 HCD가스가 흡착하는 것으로 HCD가스의 흡착층이 형성된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 HCD가스의 흡착층을 형성하는 것보다도, 웨이퍼(200) 상에 실리콘층을 형성하는 것이 성막 레이트를 높게 할 수 있어서, 바람직하다. 웨이퍼(200) 상에 형성되는 실리콘 함유층의 두께가 수 원자층을 넘으면, 후술하는 스텝 3에서의 질화의 작용이 실리콘 함유층의 전체(全體)에 도달하지 않게 된다. 또한, 웨이퍼(200) 상에 형성 가능한 실리콘 함유층의 최소값은 1원자층 미만이다. 따라서, 실리콘 함유층의 두께는 1원자층 미만으로부터 수 원자층정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1원자층 이하, 즉, 1원자층 또는 1원자층 미만으로 하는 것으로, 후술하는 스텝3에서의 질화 반응의 작용을 상대적으로 높일 수 있어서, 스텝 3의 질화 반응에 필요한 시간을 단축할 수 있다. 스텝 1의 실리콘 함유층 형성에 필요한 시간을 단축할 수도 있다. 결과적으로, 1사이클당 처리 시간을 단축할 수 있ㄴ어서, 토탈 처리 시간을 단축하는 것도 가능해진다. 즉, 성막 레이트를 높게 하는 것도 가능해진다. 또한, 실리콘 함유층의 두께를 1원자층 이하로 하는 것으로, 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능해진다.
실리콘 함유층이 형성된 후, 밸브(243a)를 닫아, HCD가스의 공급을 정지한다. 이 때, 배기관(231)의 APC밸브(244)는 연 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 HCD가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 이 때 밸브(243e)는 연 상태로 하여, N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 실리콘 함유층 형성에 기여한 후의 HCD가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 향상시킨다.
실리콘 함유 가스로서는, 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭:HCD) 가스 이외에, 테트라클로로실란, 즉 실리콘테트라클로라이드(SiCl4, 약칭:STC)가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭:TCS)가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭:DCS)가스, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭:MCS)가스, 모노 실란(SiH4) 가스 등의 무기 원료뿐만 아니라, 아미노 실란계의 테트라키스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭: 4DMAS)가스, 트리스디메틸아미노실란(Si[N(CH3)2]3H, 약칭: 3DMAS)가스, 비스디에틸아미노실란(Si[N(C2H5)2] 2H2, 약칭: 2DEAS)가스, 비스터셔리부틸아미노실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS)가스, 헥사메틸디실라잔((CH3)3SiNHSi(CH3)3, 약칭: HMDS) 가스 등의 유기 원료를 이용해도 좋다. 불활성 가스로서는, N2가스 이외에, Ar가스, He가스, Ne가스, Xe가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
[스텝 2]
스텝 1이 종료하고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 열어, 제2 가스 공급관(232b) 내에 C3H6가스를 흘려보낸다. 제2 가스 공급관(232b) 내를 흐른 C3H6가스는, 매스 플로우 컨트롤러(24lb)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 C3H6가스는 제2 노즐(249b)의 가스 공급공(250b)을 통하여 처리실 내에 공급되고, 배기관(231)을 통하여 배기된다. 또한, 처리실(201) 내에 공급된 C3H6가스는 열에 의해 활성화된다. 이 때 동시에 밸브(243f)를 열어, 불활성 가스 공급관(232f)내에 N2가스를 흘려보낸다. N2가스는 C3H6가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)을 통하여 배기된다.
이 때 APC밸브(244)를 적절하게 조정하여 처리실(201) 내의 압력을, 예컨대 50∼3,000Pa의 범위 내로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(24lb)에서 제어하는 C3H6가스의 공급 유량은, 예컨대 100∼10,000sccm의 범위 내로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241f)에서 제어하는 N2가스의 공급 유량은, 예컨대 200∼2,000sccm의 범위 내로 한다. 이 때, 처리실(201) 내에 있어서의 C3H6가스의 분압은, 6∼2,940Pa의 범위 내로 한다. C3H6가스를 웨이퍼(200)에 노출하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예컨대 1∼120초간의 범위 내로 한다. 이 때의 히터(207)의 온도는, 스텝 1과 마찬가지로 웨이퍼(200)의 온도가 300∼650℃의 범위 내가 되도록 설정한다. 또한, C3H6가스는 열로 활성화시켜서 공급하는 것이, 소프트한 반응을 생기게 할 수 있고, 후술하는 탄소 함유층의 형성이 용이해진다.
이 때, 처리실(201) 내에 흘려보내고 있는 가스는 열적으로 활성화된 C3H6가스이며, 처리실(201) 내에는 HCD가스는 흐르고 있지 않다. 따라서, C3H6가스는 기상(氣相) 반응을 일으지 않고 활성화된 상태에서 웨이퍼(200)에 공급되고, 이 때, 스텝 1에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 실리콘 함유층 상에 1원자층 미만의 탄소 함유층, 즉 불연속인 탄소 함유층이 형성된다. 이에 의해 실리콘 및 탄소를 포함하는 제2 층이 형성된다. 또한, 조건에 따라서는 실리콘 함유층의 일부와 C3H6가스가 반응하여 실리콘 함유층이 개질(탄화)되어서, 실리콘 및 탄소를 포함하는 제2 층이 형성되는 경우도 있다.
실리콘 함유층 상에 형성하는 탄소 함유층은, 탄소층(C층)이여도 좋고, 탄소 함유 가스(C3H6가스)의 화학 흡착층, 즉, C3H6이 분해한 물질(CxHy)의 화학 흡착층이여도 좋다. 여기서, 탄소층은 탄소에 의해 구성되는 불연속인 층으로 할 필요가 있다. 또한, CxHy의 화학 흡착층은 CxHy분자가 불연속인 화학 흡착층으로 할 필요가 있다. 또한, 실리콘 함유층 상에 형성하는 탄소 함유층을 연속적인 층으로 한 경우, 예컨대 CxHy의 실리콘 함유층 상으로의 흡착 상태를 포화 상태로 하여, 실리콘 함유층 상에 CxHy의 연속적인 화학 흡착층을 형성한 경우, 실리콘 함유층의 표면이 전체적으로 CxHy의 화학 흡착층에 의해 덮어진다. 이 경우, 제2 층의 표면에 실리콘이 존재하지 않게 되어, 후술하는 스텝 3에서의 제2 층의 질화 반응이 곤란해진다. 질소는 실리콘과는 결합하지만, 탄소와는 결합하지 않기 때문이다. 후술하는 스텝 3에서 원하는 질화 반응을 생기게 하기 위해서는, CxHy의 실리콘 함유층 상으로의 흡착 상태를 불포화 상태로 하여, 제2 층의 표면에 실리콘이 노출한 상태로 할 필요가 있다.
또한, CxHy의 실리콘 함유층 상으로의 흡착 상태를 불포화 상태로 하기 위해서는, 스텝 2에 있어서의 처리 조건을 전술의 처리 조건으로 하면 좋지만, 스텝 2에 있어서의 처리 조건을 다음 처리 조건으로 하는 것으로, CxHy의 실리콘 함유층상으로의 흡착 상태를 불포화 상태로 하는 것이 용이해진다.
웨이퍼 온도: 500∼630℃
처리실 내 압력: 133∼2,666Pa
C3H6가스 분압: 67∼2,515Pa
C3H6가스 공급 유량: 1,000∼5,000sccm
N2가스 공급 유량: 300∼1,000sccm
C3H6가스 공급 시간: 6∼100초
그 후, 제2 가스 공급관(232b)의 밸브(243b)를 닫아, C3H6가스의 공급을 정지한다. 이 때, 배기관(231)의 APC밸브(244)는 연 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 탄소 함유층 형성에 기여한 후의 C3H6가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 이 때 밸브(243f)는 연 상태로 하여, NC2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 탄소 함유층 형성에 기여한 후의 C3H6가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 향상시킨다.
탄소 함유 가스로서는, 프로필렌(C3H6)가스 이외에, 아세틸렌(C2H2)가스나 에틸렌(C2H4)가스 등을 이용해도 좋다.
[스텝 3]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 열어, 제3 가스 공급관(232c) 내에 NH3가스를 흘려보낸다. 제3 가스 공급관(232c) 내를 흐른 NH3가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241c)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 NH3가스는 제3 노즐(249c)의 가스 공급공(250c)을 통하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)을 통하여 배기된다. 또한, 처리실(201) 내에 공급된 NH3가스는 열에 의해 활성화된다. 이 때 동시에 밸브(243g)를 열어, 불활성 가스 공급관(232g) 내에 N2가스를 흘려보낸다. N2가스는 NH3가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)을 통하여 배기된다.
NH3가스를 열로 활성화해서 흘려보낼 때는, APC밸브(244)를 적절하게 조정해서 처리실(201) 내의 압력을, 예컨대 50∼3,000Pa의 범위 내로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241c)에서 제어하는 NH3가스의 공급 유량은, 예컨대 100∼10,000sccm의 범위 내로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241g)에서 제어하는 N2가스의 공급 유량은, 예컨대 200∼2,000sccm의 범위 내로 한다. 이 때, 처리실(201) 내에 있어서의 NH3가스의 분압은, 6∼2,940Pa의 범위 내로 한다. NH3가스에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예컨대 1∼120초간의 범위 내로 한다. 이 때의 히터(207)의 온도는, 스텝 1과 같이 웨이퍼(200)의 온도가 300∼650℃의 범위 내가 되도록 설정한다. NH3가스는 반응 온도가 높고, 상기와 같은 웨이퍼 온도에서는 반응하기 어려우므로, 처리실(201) 내의 압력을 상기와 같은 비교적 높은 압력으로 하여 열적으로 활성화하는 것을 가능하게 한다. 또한, NH3가스는 열로 활성화시켜서 공급하는 것이, 소프트한 반응을 생기게 할 수 있고, 후술하는 질화를 소프트하게 수행할 수 있다.
이 때, 처리실(201) 내에 흘려보내고 있는 가스는 열적으로 활성화된 NH3가스이며, 처리실(201) 내에는 HCD가스도 C3H6가스도 흐르고 있지 않다. 따라서, NH3가스는 기상 반응을 일으키지 않고, 활성화된 NH3가스는, 스텝 2에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제2 층으로서의 실리콘 및 탄소를 포함하는 층의 일부와 반응한다. 이에 의해 제2 층은 논-플라즈마로 열적으로 질화되고, 실리콘, 탄소 및 질소를 포함하는 제3 층, 즉, 실리콘 탄질화층(SiCN층)으로 변화된다(개질된다).
이 때, 제2 층의 질화 반응은 포화시키지 않도록 한다. 예컨대 스텝 1에서 수원자층의 실리콘층을 형성하고, 스텝 2에서 1원자층 미만의 탄소 함유층을 형성한 경우는, 그 표면층(표면의 1원자층)의 일부를 질화시킨다. 즉, 그 표면층 중의 질화가 발생할 수 있는 영역(실리콘이 노출한 영역)의 일부 또는 전부를 질화 시킨다. 이 경우, 제2 층의 전체를 질화시키지 않도록, 제2 층의 질화 반응이 불포화가 되는 조건 하에서 질화를 수행한다. 또한, 조건에 따라서는 제2 층의 표면층으로부터 아래의 수 층을 질화시킬 수도 있지만, 그 표면층만을 질화시키는 것이, 실리콘 산탄질화막의 조성비의 제어성을 향상시킬 수 있어 바람직하다. 또한, 예컨대 스텝 1에서 1원자층 또는 1원자층 미만의 실리콘층을 형성하고, 스텝 2에서 1원자층 미만의 탄소 함유층을 형성한 경우도, 마찬가지로 그 표면층의 일부를 질화 시킨다. 이 경우도, 제2 층의 전체를 질화시키지 않도록, 제2 층의 질화 반응이 불포화가 되는 조건 하에서 질화를 수행한다.
또한, 제2 층의 질화 반응을 불포화로 하기 위해서는, 스텝 3에 있어서의 처리 조건을 전술의 처리 조건으로 하면 좋지만, 스텝 3에 있어서의 처리 조건을 다음 처리 조건으로 하는 것으로, 제2 층의 질화 반응을 불포화로 하는 것이 용이해진다.
웨이퍼 온도: 500∼630℃
처리실 내 압력: 133∼2,666Pa
NH3가스 분압: 67∼2,515Pa
NH3가스 공급 유량: 1,000∼5,000sccm
N2가스 공급 유량: 300∼1,000sccm
NH3가스 공급 시간: 6∼100초
그 후, 제3 가스 공급관(232c)의 밸브(243c)를 닫아, NH3가스의 공급을 정지한다. 이 때, 배기관(231)의 APC밸브(244)는 연 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 질화에 기여한 후의 NH3가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 또한, 이 때 밸브(243g)는 연 상태로 하여, N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 질화에 기여한 후의 NH3가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 향상시킨다.
질소 함유 가스로서는, 암모니아(NH3) 가스 이외에, 디아진(N2H2)가스, 히드라진(N2H4)가스, N3H8가스 등을 이용해도 좋다.
<SiO층 형성 공정>
[스텝 4]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 스텝 1과 마찬가지로, HCD가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기하여, 스텝 3에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 SiCN층(제3 층) 상에 제4 층으로서의 실리콘 함유층을 형성한다. 실리콘 함유층이 형성된 후, 스텝 1과 마찬가지로, HCD가스의 공급을 정지하고, 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한다. 또한, 스텝 4에서의 각 밸브의 개폐 동작, 처리 조건, 발생시키는 반응, 형성하는 층, 잔류 가스 제거 방법, 사용 가능한 가스 등은, 스텝 1에서의 그것들과 마찬가지이다.
[스텝 5]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243d) 및 제4 불활성 가스 공급관(232h)의 밸브(243h)를 열어, 제4 가스 공급관(232d) 내에 O2가스를 흘려보내고, 제4 불활성 가스 공급관(232h) 내에 N2가스를 흘려보낸다. 제4 불활성 가스 공급관(232h) 내를 흐른 N2가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241h)에 의해 유량 조정된다. 제4 가스 공급관(232d) 내를 흐른 O2가스는, 매스 플로우 컨트롤러(241d)에 의해 유량 조정된다. 유량 조정된 O2가스는 유량 조정된 N2가스와 제4 가스 공급관(232d) 내에서 혼합되어, 제4 노즐(249d)의 가스 공급공(250d)을 통하여 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이 때, 제1 봉상 전극(269) 및 제2 봉상 전극(270) 사이에는 고주파 전력을 인가하지 않는다. 이에 의해, 버퍼실(237) 내에 공급된 O2가스는 열로 활성화되어서, 가스 공급공(250e)을 통하여 웨이퍼(200)를 향해서 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)을 통하여 배기된다. 또한, 이 때 제1 봉상 전극(269) 및 제2 봉상 전극(270) 사이에 고주파 전력을 인가하여, 버퍼실(237) 내에 공급된 O2가스를 플라즈마로 활성화시킬 수도 있다.
O2가스를 열로 활성화해서 흘려보낼 때는, APC밸브(244)를 적절하게 조정해서 처리실(201) 내의 압력을, 예컨대 1∼3,000Pa의 범위 내로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241d)에서 제어하는 O2가스의 공급 유량은, 예컨대 100∼5,000sccm(0.1∼5slm)의 범위 내로 한다. 매스 플로우 컨트롤러(241h)에서 제어하는 N2가스의 공급 유량은, 예컨대 200∼2,000sccm(0.2∼2slm)의 범위 내로 한다. 이 때, 처리실(201) 내에 있어서의 O2가스의 분압은, 6∼2,940Pa의 범위 내로 한다. O2가스에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은, 예컨대 1∼120초 간의 범위 내로 한다. 이 때의 히터(207)의 온도는, 스텝1∼3과 같이 웨이퍼(200)의 온도가 300∼650℃의 범위 내가 되도록 설정한다. O2가스는 상기와 같은 조건 하에서 열적으로 활성화된다. 또한, O2가스는 열로 활성화시켜서 공급하는 것이 소프트한 반응을 발생시키고, 후술하는 산화를 소프트하게 수행할 수 있다.
이 때, 처리실(201) 내에 흘려보내고 있는 가스는 열적으로 활성화된 O2가스이며, 처리실(201) 내에는 HCD가스도 C3H6가스도 NH3가스도 흐르고 있지 않다. 따라서, O2가스는 기상반응을 일으킬 일은 없고, 활성화된 O2가스는, 스텝 4에서 SiCN층(제3 층) 상에 형성된 실리콘 함유층(제4의 층)의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해 실리콘 함유층은 논-플라즈마로 열적으로 산화되어서, 실리콘 및 산소를 포함하는 제5 층, 즉, 실리콘 산화층(SiO2층, 이하, 단순히 SiO층이라고도 함)으로 변화된다(개질된다). 이에 의해, SiCN층 상에 SiO층이 적층되어 이루어지는 실리콘 산탄질화층(SiOCN층)이 형성된다. 이 때, 활성화된 O2가스를, 실리콘 함유층의 적어도 일부와 반응시킬 뿐만 아니라, 그 하층인 SiCN층의 적어도 일부와 반응시켜도 좋다. 즉, 실리콘 함유층의 하층인 SiCN층의 적어도 일부도 논-플라즈마로 열적으로 산화시켜도 좋다.
이 때, 실리콘 함유층의 산화 반응은 포화시키지 않도록 한다. 예컨대 스텝 4에서 수 원자층의 실리콘층을 형성한 경우는, 그 표면층(표면의 1원자층)의 적어도 일부를 산화시킨다. 이 경우, 실리콘층의 전체를 산화시키지 않도록, 실리콘층의 산화 반응이 불포화가 되는 조건 하에서 산화를 수행한다. 또한, 조건에 따라서는 실리콘층의 표면층으로부터의 수 층을 산화시킬 수도 있지만, 그 표면층만을 산화시키는 것이, SiOCN막의 조성비의 제어성을 향상시킬 수 있어 바람직하다. 또한, 예컨대 스텝 4에서 1원자층 또는 1원자층 미만의 실리콘층을 형성한 경우도, 마찬가지로 그 표면층의 일부를 산화시킨다. 이 경우도, 실리콘층의 전체를 산화시키지 않도록, 실리콘층의 산화 반응이 불포화가 되는 조건 하에서 산화를 수행한다. 이 때, 실리콘 함유층의 하층인 SiCN층의 적어도 일부도 산화시키는 경우도, SiCN층의 산화 반응은 포화시키지 않도록 한다. 이 경우, SiCN층의 전체를 산화시키지 않도록, SiCN층의 산화 반응이 불포화가 되는 조건 하에서 산화를 수행한다.
또한, 실리콘 함유층(제4 층)이나 그 하층인 SiCN층(제3 층)의 산화 반응을 불포화로 하기 위해서는, 스텝 5에 있어서의 처리 조건을 전술의 처리 조건으로 하면 좋지만, 스텝5에 있어서의 처리 조건을 다음 처리 조건으로 하는 것으로, 실리콘 함유층이나 SiCN층의 산화 반응을 불포화로 하는 것이 용이해진다.
웨이퍼 온도: 500∼630℃
처리실 내 압력: 133∼2,666Pa
O2가스 분압: 67∼2,515Pa
O2가스 공급 유량: 1,000∼5,000sccm
N2가스 공급 유량: 300∼1,000sccm
O2가스 공급 시간: 6∼100초
그 후, 제4 가스 공급관(232d)의 밸브(243d)를 닫아, O2가스의 공급을 정지한다. 이 때, 배기관(231)의 APC밸브(244)는 연 상태로 하고, 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 산화에 기여한 후의 O2가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때 밸브(243h)는 연 상태로 하여, N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. 이에 의해, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 산화에 기여한 후의 O2가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 향상시킨다.
산소 함유 가스로서는, 산소(O2) 가스 이외에, 수증기(H2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 아산화질소(N2O) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스, 오존(O3) 가스, O3가스+H2가스, O3가스+H2가스 등을 이용해도 좋다.
전술한 스텝1∼5를 1사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수(1회 이상) 수행하여, 웨이퍼(200) 상에 SiCN층과 SiO층이 교호적으로 적층되어, 소정막 두께의 실리콘, 탄소, 질소 및 산소를 포함하는 박막, 즉, 실리콘 산탄질화막(SiOCN막)을 성막할 수 있다. 또한, 전술의 사이클은, 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
이 때, 각 스텝에 있어서의 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어하는 것으로, SiOCN층에 있어서의 각 원소 성분, 즉 실리콘 성분, 산소 성분, 탄소 성분, 질소 성분의 비율, 즉, 실리콘 농도, 산소 농도, 탄소 농도, 질소 농도를 조정할 수 있어서, SiOCN막의 조성비를 제어할 수 있다.
또 이 때, SiCN층 및 SiO층 중 적어도 어느 한 층의 두께를 제어하는 것으로, SiOCN막의 조성비를 제어할 수도 있다. 예컨대, 수 원자층의 두께의 SiCN층과 1원자층 미만의 두께의 SiO층을 교호적으로 적층하도록 하면, SiOCN막의 산소성분에 대한 실리콘 성분, 질소 성분, 탄소 성분의 비율을 리치한 방향으로(산소 성분의 비율을 푸어한 방향으로) 제어할 수 있는 것이 된다. 또한 예컨대, 1원자층 미만의 두께의 SiCN층과 수 원자층의 두께의 SiO층을 교호적으로 적층하도록 하면, SiOCN막의 질소 성분, 탄소 성분에 대한 실리콘 성분, 산소 성분의 비율을 리치한 방향으로(질소 성분, 탄소 성분의 비율을 푸어한 방향으로) 제어할 수 있는 것이 된다. 또한, 처리 조건에 따라서는, 교호적으로 적층하는 SiCN층과 SiO층을 상호 확산시킬 수도 있다.
소정 조성을 포함하는 소정 막 두께의 SiOCN막을 형성하는 성막 처리가 수행되면, N2등의 불활성 가스가 처리실(201) 내에 공급되고 배기되는 것으로, 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지된다(퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스에 치환되어(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되어, 반응관(203)의 하단이 개구되는 것과 함께, 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로딩)된다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차징).
(제2 시퀀스)
다음으로, 본 실시 형태의 제2 시퀀스에 대해서 설명한다. 도 5는, 본 실시 형태의 제2 시퀀스에 있어서의 성막 플로우를 도시하는 도면이다. 도 6은, 본 실시 형태의 제2 시퀀스에 있어서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이다.
전술의 제1 시퀀스에서는, 전술한 스텝1∼5를 1사이클로 하고, 이 사이클을 1회 이상 수행하여, 웨이퍼(200) 상에 1층의 SiCN층과 1층의 SiO층을 교호적으로 적층하여, 소정 막 두께의 SiOCN막을 성막하는 예에 대해서 설명하였다.
이에 대하여, 제2 시퀀스에서는, 전술한 스텝1∼3을 제1 세트로 하고, 상기 제1 세트를 소정 횟수(1회 이상) 수행하여 소정 두께의 SiCN층을 형성하는 공정 및 스텝4∼5를 제2 세트로 하고, 상기 제2 세트를 소정 횟수(1회 이상) 수행하여 소정 두께의 SiO층을 형성하는 공정을 1사이클로 하고, 상기 사이클을 소정 횟수(1회이상) 수행하여, 웨이퍼(200) 상에 1층 이상의 SiCN층과 1층 이상의 SiO층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 소정 막 두께의 SiOCN막을 성막한다. 즉, 제2 시퀀스에서는, 웨이퍼(200) 상에 1층 이상, 예컨대 수 층의 SiCN층과, 1층 이상, 예컨대 수층의 SiO층을 교호적으로 적층하여, 소정 막 두께의 SiOCN막을 성막한다.
보다 구체적으로는, 본 실시 형태의 제2 시퀀스에서는, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 실리콘 함유 가스를 공급하여, 실리콘 함유층을 형성하는 공정, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 탄소 함유 가스를 공급하여, 실리콘 함유층 상에 탄소 함유층을 형성하여, 실리콘 및 탄소를 포함하는 층을 형성하는 공정 및 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 실리콘 및 탄소를 포함하는 층을 질화하여 실리콘 탄질화층을 형성하는 공정을 제 1세트로 하고, 상기 제1 세트를 소정 횟수(x회) 수행하여 소정 두께의 실리콘 탄질화층(SiCN층)을 형성하는 공정; 및
처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 실리콘 함유 가스를 공급하여, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 함유층을 형성하는 공정 및 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 산소 함유 가스를 공급하여, 실리콘 함유층을 산화하여 실리콘 산화층을 형성하는 공정을 제2 세트로 하고, 상기 제2 세트를 소정 횟수(y회) 수행하여 소정 두께의 실리콘 산화층(SiO층)을 형성하는 공정;
을 1사이클로 하고, 상기 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하여, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 탄질화층과 실리콘 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 소정 막 두께의 실리콘 산탄질화막(SiOCN막)을 형성한다.
이 경우에 있어서도, 전술의 사이클은, 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태의 제2 시퀀스라도, 실리콘 탄질화층을 형성하는 공정 및 실리콘 산화층을 형성하는 공정의 어느 공정에 있어서도, 실리콘 함유층을 형성하는 공정에서는, CVD반응이 생기는 조건 하에서 웨이퍼(200)에 실리콘 함유 가스를 공급한다.
또한, 제2 시퀀스와 제1 시퀀스는, SiCN층 형성 공정의 실시 횟수(x) 및 SiO층 형성 공정의 실시 횟수(y)가 다른 뿐이며, 그 외 동작 등은 제1 시퀀스과 같다. 즉, 제2 시퀀스에 있어서의 SiCN층 형성 공정 및 SiO층 형성 공정에 있어서의 각 밸브의 개폐 동작, 처리 조건, 발생시키는 반응, 형성하는 층, 잔류 가스 제거 방법, 사용 가능한 가스 등은, 제1 시퀀스에서의 그것과 같다. 또한, 제2 시퀀스에 있어서의 웨이퍼 차징, 보트 로딩, 압력 조정, 온도 조정, 웨이퍼 회전, 퍼지, 불활성 가스 치환, 대기압 복귀, 보트 언로딩, 웨이퍼 디스차징은, 제1 시퀀스에 있어서의 그것과 마찬가지로 수행한다. 또한, 제2 시퀀스에 있어서의 SiCN층 형성 공정의 실시 횟수(x) 및 SiO층 형성 공정의 실시 횟수(y)가, 각각 1회(x=1, y=1)인 케이스가 제1 시퀀스에 상당한다.
도 6에, 전술한 스텝1∼3을 제 1세트로 하고, 상기 제1 세트를 2회 수행한 후, 스텝 4∼5를 제2 세트로 하고, 상기 제2 세트를 1회 수행하고, 이것을 1사이클로 하고, 상기 사이클을 n회 수행하여, 웨이퍼(200) 상에 2층의 SiCN층과 1층의 SiO층을 교호적으로 적층하여, 소정 막 두께의 SiOCN막을 성막하는 예를 나타낸다.
이와 같이, 전술한 스텝1∼3을 제1 세트로 하고, 상기 제1 세트를 소정 횟수(x회) 수행한 후, 스텝4∼5를 제2 세트로 하고, 상기 제2 세트를 소정 횟수(y회) 수행하고, 이것을 1사이클로 하고, 상기 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하도록 하는 것으로, SiOCN막의 산소 성분에 대한 실리콘 성분, 탄소 성분 및 질소 성분의 비율이나, 탄소 성분, 질소 성분에 대한 실리콘 성분, 산소 성분의 비율을 따라 적절하게 제어할 수 있고, SiOCN막의 조성비의 제어성을 보다 향상시킬 수 있다. 예컨대, 5층의 SiCN층과 1층의 SiO층을 교호적으로 적층하면, SiOCN막의 산소 성분에 대한 실리콘 성분, 질소 성분, 탄소 성분의 비율을 리치한 방향으로(산소 성분의 비율을 푸어한 방향으로) 제어할 수 있다. 또한 예컨대, 1층의 SiCN층과 5층의 SiO층을 교호적으로 적층하면, SiOCN막의 질소 성분, 탄소 성분에 대한 실리콘 성분, 산소 성분의 비율을 리치한 방향으로(질소 성분, 탄소 성분의 비율을 푸어한 방향으로) 제어할 수 있다. 즉, SiCN층 및 SiO층 중 적어도 어느 한 층의 층수, 즉, 세트수(x, y)를 제어하는 것으로, SiOCN막의 조성비를 따라 치밀하게 제어하는 것이 가능해지고, 세트수(x, y)의 조합에 의해, 특정한 원소의 성분의 비율을 미량(예컨대 몇%)로 하는 미량 조성 제어도 가능해진다. 또한, 각 세트수를 늘리는 것으로, 1사이클당 형성하는 SiCN층이나 SiO층의 층 수를 세트수의 수만큼 늘릴 수 있어, 사이클 레이트를 향상시킬 수 있고, 성막 레이트를 향상시키는 것도 가능해진다.
(3) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 갖는다.
본 실시 형태에 의하면, 제1 시퀀스에 있어서, 스텝1∼5를 1사이클로 하고, 이 사이클을 소정 횟수 수행하여, 소정 막 두께의 SiOCN막을 성막하도록 하였으므로, 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiOCN막을 성막 할 수 있다. 또한, 제2 시퀀스에 있어서, 스텝1∼3을 제1 세트로 하고, 상기 제1 세트를 소정 횟수 수행하고, 스텝4∼5를 제2 세트로 하고, 상기 제2 세트를 소정 횟수 수행하고, 이것을 1사이클로 하고, 상기 사이클을 소정 횟수 수행하여, 소정 막 두께의 SiOCN막을 성막하도록 하였으므로, 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiOCN막을 성막할 수 있다.
또한 본 실시 형태에 의하면, SiCN층을 직접 산화시키는 것이 아니고, SiCN층과 SiO층을 교호적으로 적층하여, 라미네이트법에 의해 SiOCN층을 형성하도록 하였으므로, SiCN층을 직접 산화시키는 경우에 있어서의 SiCN층으로부터의 C나 N의 이탈을 방지할 수 있다. 즉, SiCN층 중의 Si-C결합이나 Si-N결합의 결합력보다도, Si-O결합의 결합력이 강하기 때문에, SiCN층을 직접 산화시키는 경우, Si-O결합이 형성되는 과정에 있어서, SiCN층 중의 Si-C결합, Si-N결합이 끊기고, Si와의 결합이 끊긴 C, N이 이탈해버릴 수 있다. 그러나, 웨이퍼 상으로의 SiCN층의 퇴적 및 SiCN층 상으로의 SiO층의 퇴적을 교호적으로 수행하여, SiCN층과 SiO층을 교호적으로 적층하여 SiOCN층을 형성하도록 하는 것으로, SiCN층을 직접 산화시키지 않고 SiOCN층을 형성할 수 있고, SiCN층으로부터의 C나 N의 이탈을 방지할 수 있다. 이에 의해, SiOCN막 중의 C농도나 N농도의 저하를 방지하는 것이 가능해지고, SiOCN막의 조성비 제어의 제어성을 향상시킬 수 있고, 조성비 제어 윈도우를 넓히는 것이 가능하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 스텝 5에 있어서, 실리콘 함유층과 SiCN층과의 적층막에 대하여 산화 처리가 수행되나, 스텝 4에 있어서 SiCN층 상에 형성하는 실리콘 함유층이 주체적으로 산화되고, 이 실리콘 함유층이 SiCN층의 산화를 막는 산화 블록층으로서 기능한다. 이 때, 실리콘 함유층의 하층인 SiCN층의 적어도 일부도 산화시킬 수도 있지만, 이 경우라도, 실리콘 함유층의 산화 블록 효과에 의해, SiCN층의 산화가 억제되어, SiCN층의 산화 반응을 불포화로 하는 것이 용이해지고, SiCN층으로부터의 C나 N의 이탈을 억제하는 것이 가능하다.
또한, SiCN층을 직접 산화시키는 경우, SiCN층으로부터의 C나 N의 이탈을 억제하기 위해서, 산소 함유 가스에 의한 SiCN층의 산화를 불포화에서 멈출 필요가 있지만, 본 실시 형태에서는, 스텝 4에 있어서 SiCN층 상에 형성하는 실리콘 함유층이 SiCN층의 산화를 막는 산화 블록층으로서 기능하므로, 스텝 5에 있어서의 산소 함유 가스에 의한 실리콘 함유층의 산화에 대해서는, 반드시 불포화 영역을 이용할 필요가 없고, 포화 영역을 이용하는 것도 가능하다. 즉, SiCN층으로부터의 C나 N의 이탈을 억제하면서, 실리콘 함유층의 산화 반응을 포화시키는 것도 가능하다. 이 때, 실리콘 함유층의 하층인 SiCN층의 적어도 일부도 산화시킬 수도 있지만, 이 경우라도, 실리콘 함유층의 산화 블록 효과에 의해, SiCN층의 산화가 억제되어, SiCN층의 산화 반응을 불포화로 하는 것이 용이해지고, SiCN층으로부터의 C나 N의 이탈을 억제하는 것이 가능하다. 즉, 본 실시 형태에 의하면, SiCN층으로부터의 C나 N의 이탈을 억제하면서, 스텝 5에 있어서의 산소 함유 가스에 의한 실리콘 함유층의 산화의 산화력을 높일 수 있어서, 보다 균일한 산화 처리가 가능해진다. 그 결과로서, SiOCN막의 성막 레이트를 향상시키면서 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스 중의 어느 것에 있어서도 우수한 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 가지는 SiOCN막을 형성할 수 있다. 그리고, 본 실시 형태의 제1 시퀀스 또는 제2 시퀀스에 의해 형성한 SiOCN막을 절연막으로서 이용한 경우, SiOCN막의 면내에서 균질(均質)한 성능을 제공하는 것이 가능해지고, 반도체 장치의 성능 향상이나 생산 제품 비율의 향상에 공헌하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 각 시퀀스의 각 스텝에 있어서의 처리실 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어하는 것으로, SiOCN막에 있어서의 각 원소 성분, 즉 실리콘 성분, 산소 성분, 탄소 성분, 질소 성분의 비율, 즉, 실리콘 농도, 산소 농도, 탄소 농도, 질소 농도를 조정할 수 있어서, SiOCN막의 조성비를 제어할 수 있다.
그리고, 종래의 CVD법의 경우, 형성하는 박막을 구성하는 복수의 원소를 포함하는 복수 종류의 가스를 동시에 공급한다. 이 경우, 형성하는 박막의 조성비를 제어하기 위해서는, 예컨대 가스 공급시의 가스 공급 유량비를 제어하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 이 경우에 가스 공급시의 기판 온도, 처리실 내 압력, 가스 공급 시간 등의 공급 조건을 제어해도 형성하는 박막의 조성비를 제어할 수는 없다.
또한, ALD법의 경우, 형성하는 박막을 구성하는 복수의 원소를 포함하는 복수 종류의 가스를 교호적으로 공급한다. 이 경우, 형성하는 박막의 조성비를 제어하기 위해서는, 예컨대 각 가스 공급시의 가스 공급 유량, 가스 공급 시간을 제어하는 것을 생각할 수 있다. 또한, ALD법의 경우, 원료 가스의 공급은, 원료 가스의 기판 표면 상으로의 흡착 포화를 목적으로 하기 때문에, 처리실 내의 압력 제어가 필요하지 않다. 즉 원료 가스의 흡착 포화는, 반응 온도에 대하여 원료 가스가 흡착하는 소정 압력 이하로 생기게 하고, 처리실 내의 압력을 그 소정 압력 이하로 하기만 하면, 어떤 압력값으로서도 원료 가스의 흡착 포화가 실현된다. 그 때문에 통상, ALD법에 의해 성막하는 경우, 처리실 내의 압력은 가스 공급량에 대한 기판 처리 장치의 배기 능력에 따른 압력으로 설정된다. 처리실 내 압력을 변화시키도록 하는 경우, 원료 가스의 기판 표면 상으로의 화학 흡착을 저해하거나, CVD반응에 근접하는 것도 생각할 수 있으므로, ALD법에 의한 성막을 적절하게 수행할 수 없다. 또한 ALD법에 의해 소정의 막 두께의 박막을 형성하기 위해서는 ALD반응(흡착 포화, 표면 반응)을 반복하여 수행하기 때문에, 각각의 ALD반응이 포화할 때까지 각각의 ALD반응을 충분히 수행하지 않으면 퇴적이 불충분해지고, 충분한 퇴적 속도가 얻을 수 없게 되어버리는 것도 생각할 수 있다. 따라서, ALD법의 경우, 처리실 내의 압력 제어에 의해 박막의 조성비를 제어하는 것은 생각하기 어렵다.
이에 대하여, 본 실시 형태에서는, 어느 시퀀스에 있어서도, 각 스텝에 있어서의 처리실 내의 압력이나 가스 공급 시간을 제어하는 것에 의해, 박막 조성비를 제어한다. 또한, 바람직하게는, 처리실 내의 압력 또는 압력 및 가스 공급 시간을 제어하는 것에 의해, 박막 조성비를 제어하는 것이 좋다.
각 스텝에 있어서의 처리실 내의 압력을 제어하는 것에 의해, 박막의 조성비를 제어하는 경우, 다른 기판 처리 장치 사이에서의 기차(機差)의 영향을 적게 할 수 있다. 즉, 다른 기판 처리 장치 사이에서도, 마찬가지의 제어에 의해, 마찬가지로 박막의 조성비를 제어하는 것이 가능해진다. 이 경우에, 각 스텝에 있어서의 가스 공급 시간도 제어하면, 박막의 조성비를 미세 조정할 수 있어서, 박막의 조성비 제어의 제어성을 향상시킬 수 있다. 또한, 각 스텝에 있어서의 처리실내의 압력을 제어하는 것에 의해, 성막 레이트를 향상시키면서, 박막의 조성비를 제어하는 것도 가능해진다. 즉, 처리실 내의 압력을 제어하는 것에 의해, 예컨대 각 시퀀스에 있어서의 스텝 1에서 형성하는 실리콘 함유층의 성장 레이트를 향상시키면서, 박막의 조성비를 제어하는 것도 가능해진다. 이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 다른 기판 처리 장치 사이에서도, 마찬가지의 제어에 의해, 마찬가지로 박막의 조성비를 제어 할 수 있을 뿐 아니라, 박막의 조성비 제어의 제어성을 향상시킬 수도 있고, 또한 성막 레이트, 즉 생산성을 향상시킬 수도 있다.
또한, 예컨대 ALD법에 의한 성막에 있어서, 각 스텝에 있어서의 가스 공급 유량이나 가스 공급 시간을 제어하는 것에 의해, 박막의 조성비를 제어하는 경우, 다른 기판 처리 장치 사이에서의 기차의 영향이 커진다. 즉, 다른 기판 처리 장치 사이에서, 마찬가지의 제어를 수행해도, 마찬가지로 박막의 조성비를 제어할 수 없게 된다. 예컨대, 다른 기판 처리 장치 사이에서, 가스 공급 유량, 가스 공급 시간을 동일한 유량값, 시간으로 설정한 경우라도, 기차에 의해 처리실 내의 압력은 동일한 압력값이 되지 않는다. 따라서, 이 경우, 처리실 내의 압력이 기판 처리 장치마다 변하는 것으로, 원하는 조성비 제어를 다른 기판 처리 장치 사이에서 마찬가지로 수행할 수 없게 된다. 또한, 처리실 내의 압력이 기판 처리 장치마다 변하기 때문에, 원료 가스의 기판 표면 상으로의 화학 흡착을 저해하거나, CVD반응에 근접하는 것도 생각할 수 있으므로, ALD법에 의한 성막을 적절하게 수행할 수 없게 되는 경우도 있다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 소정 조성의 실리콘 산탄질화막을 성막할 수 있으므로, 에칭 내성, 유전율, 절연 내성을 제어하는 것이 가능해지고, 실리콘 질화막(SiN막)보다도 유전율이 낮고, 에칭 내성이 우수하고, 절연 내성이 우수한 실리콘 절연막을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태의 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스의 스텝 2, 3, 5에서는, 처리실(201) 내에 공급하는 C3H6가스, NH3가스, O2가스를 각각 열로 활성화시켜서 웨이퍼(200)에 공급한다. 이에 의해, 전술의 반응을 각각 소프트에 발생시킬 수 있어서, 탄소 함유층의 형성, 질화 처리, 산화 처리를 제어성있게 용이하게 수행하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태의 방법에 의해 형성한 실리콘 절연막을, 사이드 월(sidewall) 스페이서로서 사용하는 것에 의해, 리크 전류가 적고, 가공성이 우수한 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태의 방법에 의해 형성한 실리콘 절연막을, 에치스톱퍼로서 사용하는 것에 의해, 가공성이 우수한 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태로 의하면, 플라즈마를 이용하지 않고, 이상적 양론비(量論比)의 실리콘 절연막을 형성할 수 있다. 또한, 플라즈마를 이용하지 않고 실리콘 절연막을 형성할 수 있으므로, 예컨대 DPT의 SADP막 등, 플라즈마 데미지가 우려되는 공정에의 적응도 가능해진다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 전술의 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 변경가능하다.
예컨대, 처리실(201) 내에 버퍼실(237)을 설치하지 않고, 제4 노즐(249d)을 통하여 처리실(201) 내에 O2가스를 직접 공급해도 좋다. 이 경우, 제4노즐(249d)의 가스 공급공(250d)이 반응관(203)의 중심측을 향하도록 하여, 제4 노즐(249d)을 통하여 O2가스가 웨이퍼(200)를 향해서 직접 공급되도록 하는 것도 가능하다. 또한, 제4 노즐(249d)을 설치하지 않고, 버퍼실(237)만을 설치해도 좋다.
또한, 예컨대, 처리실(201) 내에 공급하는 C3H6가스, NH3가스, O2가스를 각각 열로 활성화시키는 경우에 한하지 않고, 예컨대 플라즈마를 이용해서 활성화시켜도 좋다. 이 경우, 예컨대, 전술의 플라즈마 발생기로서의 플라즈마원(源)을 이용하여 각 가스를 플라즈마 여기(勵起)해도 좋다.
또한, 예컨대, 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스의 스텝 5에서는, 산소 함유 가스와 함께 수소 함유 가스를 공급해도 좋다. 가열된 대기압 미만의 압력(감압) 분위기 하에 있는 처리 용기 내에 산소 함유 가스와 수소 함유 가스를 공급하는 것에 의해, 처리 용기 내에서 산소 함유 가스와 수소 함유 가스가 반응하여 원자상(原子狀) 산소 등(O) 등의 산소를 포함하는 산화종이 생성되고, 이 산화종에 의해 산화를 수행할 수 있다. 이 경우, 산소 함유 가스 단체에 의해 산화를 수행하는 경우보다도 산화력, 즉, 산화 레이트를 향상시킬 수 있고, 산화 시간을 단축하는 것이 가능해진다. 이 산화 처리는 논-플라즈마의 감압 분위기 하에서 수행된다. 수소 함유 가스로서는, 예컨대 수소(H2)가스, 암모니아(NH3)가스, 메탄(CH4)가스 등을 이용할 수 있다. 이 경우, 수소 함유 가스는, 전술의 수소 함유 가스 공급계를 통하여 공급하는 것이 된다.
또한 전술의 실시 형태에서는, 웨이퍼 상에 SiCN층을 1층 이상 퇴적시킨 후에, SiO층을 1층 이상 퇴적시키고, 이것을 교호적으로 반복하여, 그 적층에 의해 SiOCN막을 형성하는 예에 대해서 설명했지만, 그 적층의 순번은 반대이여도 좋다. 즉, 웨이퍼 상에 SiO층을 1층 이상 퇴적시킨 후에, SiCN층을 1층 이상 퇴적시키고, 이것을 교호적으로 반복하여, 그 적층에 의해 SiOCN막을 형성해도 좋다.
또한 전술의 실시 형태에서는, 웨이퍼 상에 SiCN층을 1층 이상 퇴적시킨 후에, SiO층을 1층 이상 퇴적시키고 이것을 교호적으로 반복하여, 그 적층에 의해 SiOCN막을 형성하는 예에 대해서 설명했지만, 이들과는 다른 층의 적층에 의해 SiOCN막을 형성해도 좋다.
예컨대, SiOC층을 1층 이상 퇴적시킨 후에, SiN층을 1층이상 퇴적시키고, 이것을 교호적으로 반복하여, 그 적층에 의해 SiOCN막을 형성해도 좋다. 이 경우, 웨이퍼를 수용한 처리 용기 내에 실리콘 함유 가스와, 탄소 함유 가스와, 산소 함유 가스를 공급하여, 소정 두께의 SiOC층을 형성하는 공정 및 처리 용기 내에 실리콘 함유 가스와, 질소 함유 가스를 공급하여, 소정 두께의 SiN층을 형성하는 공정을 교호적으로 반복하여, 웨이퍼 상에, SiOC층과 SiN층을 교호적으로 적층하여, 소정 막 두께의 SiOCN막을 형성하는 것이 된다. 이 경우도, 적층의 순번은 반대이여도 좋다. 즉, SiN층을 1층 이상 퇴적시킨 후에, SiOC층을 1층 이상 퇴적시키고, 이것을 교호적으로 반복하는 것으로, 그 적층에 의해 SiOCN막을 형성해도 좋다.
또한 예컨대, SiON층을 1층 이상 퇴적시킨 후에, SiC층을 1층 이상 퇴적시키고, 이것을 교호적으로 반복하여, 그 적층에 의해 SiOCN막을 형성해도 좋다. 이 경우, 웨이퍼를 수용한 처리 용기 내에 실리콘 함유 가스와, 질소 함유 가스와, 산소 함유 가스를 공급하여, 소정 두께의 SiON층을 형성하는 공정 및 처리 용기 내에 실리콘 함유 가스와, 탄소 함유 가스를 공급하여, 소정 두께의 SiC층을 형성하는 공정을 교호적으로 반복하여, 웨이퍼 상에, SiON층과 SiC층을 교호적으로 적층하여, 소정막 두께의 SiOCN막을 형성하는 것이 된다. 이 경우도, 적층의 순번은 반대이여도 좋다. 즉, SiC층을 1층 이상 퇴적시킨 후에, SiON층을 1층 이상 퇴적시키고, 이것을 교호적으로 반복하는 것으로, 그 적층에 의해 SiOCN막을 형성해도 좋다.
즉, O, C 및 N 중 적어도 하나의 원소와 Si를 포함하는 층을 1층 이상 퇴적시킨 후에, O, C 및 N 중 상기 적어도 하나의 원소 이외의 원소와 Si를 포함하는 층을 1층 이상 퇴적시키고, 이것을 교호적으로 반복하여, 그 적층에 의해 SiOCN막을 형성할 수 있다. 단, SiOC층과 SiN층을 교호적으로 적층하여 SiOCN막을 형성하는 경우나, SiON층과 SiC층을 교호적으로 적층하여 SiOCN막을 형성하는 경우보다도, 본 실시 형태와 같이, SiCN층과 SiO층을 교호적으로 적층하여 SiOCN막을 형성하는 경우가, 제어성 좋게 SiOCN막을 형성할 수 있다.
또한 전술의 실시 형태에서는, SiCN층을 1층 이상 퇴적시킨 후에, SiO층을 1층 이상 퇴적시키고, 이것을 교호적으로 반복하여, 그 적층에 의해 SiOCN막을 형성하는 예에 대해서 설명했지만, SiO층의 대신 보론나이트라이드층 즉 붕질화층(BN층)을 퇴적시키고, SiOCN막 대신에 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막)을 형성하는 것도 가능하다. 즉, 전술의 실시 형태에 있어서의 SiOCN막의 성막수법(라미네이트법)을, SiBCN막의 성막에 응용하는 것도 가능하다. 이 경우, SiCN층을 1층 이상 퇴적시킨 후에, BN층을 1층 이상 퇴적시키고, 이것을 교호적으로 반복하여, 그 적층에 의해 SiBCN막을 형성하는 것이 된다.
이 경우, 구체적으로는, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에, 실리콘 함유 가스와, 탄소 함유 가스와, 질소 함유 가스를 공급하여, 소정 두께의 실리콘 탄질화층(SiCN층)을 형성하는 공정; 및 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에, 붕소 함유 가스와, 질소 함유 가스를 공급하여, 소정 두께의 붕질화층(BN층)을 형성하는 공정;을 교호적으로 반복하여, 웨이퍼(200) 상에, 실리콘 탄질화층과 붕질화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 소정 막 두께의 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막)을 형성한다.
도 7 및 도 8에, 전술의 실시 형태의 제1 시퀀스에 의한 성막을 SiBCN막의 성막에 응용한 시퀀스의 일 예(이하, 응용예의 제1 시퀀스)의 성막 플로우, 가스 공급의 타이밍을 각각 도시한다.
응용예의 제1 시퀀스에서는, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 실리콘 함유 가스를 공급하여, 실리콘 함유층을 형성하는 공정(스텝1)과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 탄소 함유 가스를 공급하여, 실리콘 함유층 상에 탄소 함유층을 형성하여 실리콘 및 탄소를 포함하는 층을 형성하는 공정(스텝2)과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 실리콘 및 탄소를 포함하는 층을 질화하여 실리콘 탄질화층(SiCN층)을 형성하는 공정(스텝3)과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 붕소 함유 가스를 공급하여, 붕소 함유층을 형성하는 공정(스텝4)과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 질소 함유 가스를 공급하여, 붕소 함유층을 질화하여 붕질화층(BN층)을 형성하는 공정(스텝5)을 1사이클로 하고, 상기 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하여, 웨이퍼(200) 상에, 실리콘 탄질화층과 붕질화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 소정 막 두께의 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막)을 형성한다.
또한, 도 9 및 도 10에, 전술의 실시 형태의 제2 시퀀스에 의한 성막을 SiBCN막의 성막에 응용한 시퀀스의 일 예(이하, 응용예의 제2 시퀀스)의 성막 플로우, 가스 공급의 타이밍을 각각 도시한다.
응용예의 제2 시퀀스에서는, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 실리콘 함유 가스를 공급하여, 실리콘 함유층을 형성하는 공정(스텝1)과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 탄소 함유 가스를 공급하여, 실리콘 함유층 상에 탄소 함유층을 형성하여 실리콘 및 탄소를 포함하는 층을 형성하는 공정(스텝2)과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 질소 함유 가스를 공급하는 것으로, 실리콘 및 탄소를 포함하는 층을 질화해서 실리콘 탄질화층을 형성하는 공정(스텝3)을 제 1세트로 하고, 상기 제1 세트를 소정 횟수(x회) 수행하여 정 두께의 실리콘 탄질화층 (SiCN층)을 형성하는 공정; 및 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 붕소함유 가스를 공급하는 것으로, 붕소 함유층을 형성하는 공정(스텝4)과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 질소 함유 가스를 공급하는 것으로, 붕소 함유층을 질화하여 붕질화층을 형성하는 공정(스텝5);를 제2 세트로 하고, 상기 제2 세트를 소정 횟수(y회) 수행하여 소정 두께의 붕질화층(BN층)을 형성하는 공정;을 1사이클로 하고, 상기 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하여, 웨이퍼(200) 상에 실리콘 탄질화층과 붕질화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 소정 막 두께의 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막)을 형성한다.
응용예의 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스의 어느 경우에 있어서도, 전술의 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 또한, 응용예의 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스의 어느 경우에 있어서도, 실리콘 함유층을 형성하는 공정에서는, CVD반응이 생기는 조건 하에서 웨이퍼(200)에 실리콘 함유 가스를 공급하고, 붕소 함유층을 형성하는 공정에서는, CVD반응이 생기는 조건 하에서 웨이퍼(200)에 붕소 함유 가스를 공급한다.
응용예의 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스에서는, 붕소 함유 가스로서, 예컨대 3염화붕소(BCl3)가스나 디보란(B2H6)가스 등을 이용할 수 있다. 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10에서는, 붕소 함유 가스로서, BCl3가스를 이용하는 예를 도시한다. 붕소 함유 가스는, 전술의 붕소 함유 가스 공급계를 통하여 공급하게 된다. 실리콘 함유 가스, 탄소 함유 가스, 질소 함유 가스를 공급할 때의 처리 조건은, 전술의 실시 형태에 있어서의 실리콘 함유 가스, 탄소 함유 가스, 질소 함유 가스를 공급할 때의 처리 조건과 같게 하면 좋고, 붕소 함유 가스를 공급할 때의 처리 조건은, 전술의 실시 형태에 있어서의 탄소 함유 가스를 공급할 때의 처리 조건과 같게 하면 좋다. 또한, 붕소 함유 가스의 공급에 의해, SiCN층 상에 붕소 함유층으로서 붕소층(B층)이나 붕소 함유 가스(예컨대 BCl3가스)의 화학 흡착층, 즉, BCl3가스가 분해한 물질(BClx)의 화학 흡착층이 형성되지만, 이 경우도, 그것들의 흡착 상태를 불포화 상태로 하는 것이 바람직하다.
또한, BClx 등의 SiCN층 상으로의 흡착 상태를 불포화 상태로 하기 위해서는, 붕소 함유 가스를 공급할 때의 처리 조건을 전술한 바와 같은 처리 조건으로 하면 좋지만, 붕소 함유 가스를 공급할 때의 처리 조건을 다음 처리 조건으로 하는 것으로, 더욱 BClx 등의 SiCN층 상으로의 흡착 상태를 불포화 상태로 하는 것이 용이해진다.
웨이퍼 온도: 500∼630℃
처리실 내 압력: 133∼2,666Pa
BCl3가스 분압: 67∼2,515Pa
BCl3가스 공급 유량: 1,000∼5,000sccm
N2가스 공급 유량: 300∼1,000sccm
BCl3가스 공급 시간: 6∼100초
본 응용예에 의하면, 전술의 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다. 예컨대, 응용예의 제1 시퀀스 또는 제2 시퀀스에 있어서, 각 스텝에 있어서의 처리 용기 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어하는 것으로, SiBCN층에 있어서의 각 원소 성분, 즉 실리콘 성분, 붕소 성분, 탄소 성분, 질소 성분의 비율, 즉, 실리콘 농도, 붕소 농도, 탄소 농도, 질소 농도를 조정할 수 있어서, SiBCN막의 조성비를 제어할 수 있다.
또한 예컨대, 응용예의 제1 시퀀스 또는 제2 시퀀스에 있어서, SiCN층 및 BN층 중 적어도 어느 한 층의 두께를 제어하는 것으로, SiBCN막의 조성비를 제어할 수도 있다. 예컨대, 수 원자층의 두께의 SiCN층과 1원자층 미만의 두께의 BN층을 교호적으로 적층하도록 하면, SiBCN막의 붕소 성분에 대한 실리콘 성분, 질소 성분, 탄소 성분의 비율을 리치한 방향으로(붕소 성분의 비율을 푸어한 방향으로) 제어할 수 있는 것이 된다. 또한 예컨대, 1원자층 미만의 두께의 SiCN층과 수 원자층의 두께의 BN층을 교호적으로 적층하도록 하면, SiBCN막의 질소 성분, 탄소 성분에 대한 실리콘 성분, 붕소 성분의 비율을 리치한 방향으로(질소 성분, 탄소 성분의 비율을 푸어한 방향으로) 제어할 수 있는 것이 된다. 또한, 처리 조건에 따라서는, 교호적으로 적층하는 SiCN층과 BN층을 상호 확산시킬 수도 있다.
또한 예컨대, 응용예의 제2 시퀀스에 있어서, SiCN층 및 BN층 중 적어도 어느 한 층의 층 수, 즉, 세트수(x, y)를 제어하는 것으로, SiBCN막의 조성비를 따라 치밀하게 제어할 수도 있다. 예컨대, 5층의 SiCN층과 2층의 BN층을 교호적으로 적층하도록 하면, SiBCN막의 붕소 성분에 대한 실리콘 성분, 질소 성분, 탄소 성분의 비율을 리치한 방향으로(붕소 성분의 비율을 푸어한 방향으로) 제어할 수 있는 것이 된다. 또한 예컨대, 2층의 SiCN층과 5층의 BN층을 교호적으로 적층하도록 하면, SiBCN막의 질소 성분, 탄소 성분에 대한 실리콘 성분, 붕소 성분의 비율을 리치한 방향으로(질소 성분, 탄소 성분의 비율을 푸어한 방향으로) 제어할 수 있는 것이 된다. 또한, 세트수(x, y)의 조합시킴에 따라, 특정한 원소의 성분의 비율을 미량(예컨대 몇%)로 하는 미량 조성 제어도 가능해진다. 또한, 각각의 세트 수를 늘리는 것으로, 1사이클 당 형성하는 SiCN층이나 BN층의 층수를 세트 수의 수만큼 늘릴 수 있어서, 사이클 레이트를 향상시킬 수 있고, 성막 레이트를 향상시키는 것도 가능해진다.
또한 예컨대, 전술의 실시 형태에서는, 산탄질화막으로서, 반도체 원소인 실리콘을 포함하는 실리콘계 절연막(SiOCN막)을 형성하는 예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은, 예컨대 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge) 등의 금속 원소를 포함하는 금속계 박막을 형성할 경우에도 적용할 수 있다.
즉, 본 발명은, 예컨대, 티타늄 산탄질화막(TiOCN막), 지르코늄 산탄질화막(ZrOCN막), 하프늄 산탄질화막(HfOCN막), 탄탈 산탄질화막(TaOCN막), 알루미늄 산탄질화막(AlOCN막), 몰리브덴 산탄질화막(MoOCN막), 텅스텐 산탄질화막(WOCN막), 갈륨 산탄질화막(GaOCN막), 게르마늄 산탄질화막(GeOCN막)이나, 이들을 조합시키거나, 혼합시킨 금속 산탄질화막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다.
이 경우, 전술의 실시 형태에 있어서의 실리콘 원료 가스 대신에, 티타늄 원료 가스, 지르코늄 원료 가스, 하프늄 원료 가스, 탄탈 원료 가스, 알루미늄 원료 가스, 몰리브덴 원료 가스, 텅스텐 원료 가스, 갈륨 원료 가스, 게르마늄 원료 가스 등의 금속 원료 가스(금속 원소 함유 가스)를 이용하고, 전술의 실시 형태와 같은 시퀀스(제1 시퀀스 및 제2 시퀀스)에 의해 성막을 수행할 수 있다.
즉, 이 경우, 예컨대, 제1 시퀀스에서는, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 금속 원소 함유 가스를 공급하여, 금속 원소 함유층을 형성하는 공정(스텝1)과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 탄소 함유 가스를 공급하여, 금속 원소 함유층 위에 탄소 함유층을 형성하여 금속 원소 및 탄소를 포함하는 층을 형성하는 공정(스텝2)과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 질소 함유 가스를 공급하여, 금속 원소 및 탄소를 포함하는 층을 질화하여 금속 탄질화층을 형성하는 공정(스텝3)과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 금속 원소 함유 가스를 공급하여, 금속 원소 함유층을 형성하는 공정(스텝4)과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 산소 함유 가스를 공급하여, 금속 원소 함유층을 산화하여 금속 산화층을 형성하는 공정(스텝5)을 1사이클로 하고, 상기 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하여, 웨이퍼(200) 상에, 금속 탄질화층과 금속 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 소정 막 두께의 금속 산탄질화막을 형성한다.
또한, 이 경우, 예컨대, 제2 시퀀스에서는, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 금속 원소 함유 가스를 공급하여, 금속 원소 함유층을 형성하는 공정(스텝1)과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 탄소 함유 가스를 공급하여, 금속 원소 함유층 상에 탄소 함유층을 형성하여 금속 원소 및 탄소를 포함하는 층을 형성하는 공정(스텝2)과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 질소 함유 가스를 공급하여, 금속 원소 및 탄소를 포함하는 층을 질화하여 금속 탄질화층을 형성하는 공정(스텝3)을 제 1 세트로 하고, 상기 제1 세트를 소정 횟수(x회) 수행하여 소정 두께의 금속 탄질화층을 형성하는 공정; 및 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 금속 원소 함유 가스를 공급하여, 금속 원소 함유층을 형성하는 공정(스텝 4)과, 처리 용기 내의 가열된 웨이퍼(200)에 산소 함유 가스를 공급하여, 금속 원소 함유층을 산화하여 금속 산화층을 형성하는 공정(스텝5)을 제2 세트로 하고, 상기 제2 세트를 소정 횟수(y회) 수행하여 소정 두께의 금속 산화층을 형성하는 공정;을 1사이클로 하고, 상기 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하여, 웨이퍼(200)상에 금속 탄질화층과 금속 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 소정 막 두께의 금속 산탄질화막을 형성한다.
제1 시퀀스 및 제2 시퀀스의 어느 경우에 있어서도, 전술의 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스의 어느 경우에 있어서도, 금속 원소 함유층을 형성하는 공정에서는, CVD반응이 생기는 조건 하에서 웨이퍼(200)에 금속 원소 함유 가스를 공급한다.
예컨대, 금속 산탄질화막으로서 TiOCN막을 형성하는 경우는, Ti를 포함하는 원료로서, 테트라키스에틸메틸아미노티타늄(Ti[N(C2H5)(CH3)]4, 약칭: TEMAT), 테트라키스디메틸아미노티타늄(Ti[N(CH3)2]4, 약칭: TDMAT), 테트라키스디에틸아미노티타늄(Ti[N(C2H5)2]4, 약칭: TDEAT) 등의 유기 원료나, 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 등의 무기 원료를 이용할 수 있다. 탄소 함유 가스나 질소 함유 가스나 산소 함유 가스로서는, 전술의 실시 형태와 같은 가스를 이용할 수 있다. 또한, 이 때의 처리 조건은, 예컨대 전술의 실시 형태와 같은 처리 조건으로 할 수 있지만, 웨이퍼 온도는, 예컨대 100∼500℃의 범위 내의 온도, 처리실 내 압력은, 예컨대 1∼1,000Pa의 범위 내의 압력으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한 예컨대, 금속 산탄 질화막으로서 ZrOCN막을 형성하는 경우는, Zr을 포함하는 원료로서, 테트라키스에틸메틸아미노지르코늄(Zr[N(C2H5)(CH3)]4, 약칭: TEMAZ), 테트라키스디메틸아미노지르코늄(Zr[N(CH3)2]4, 약칭: TDMAZ), 테트라키스디에틸아미노지르코늄(Zr[N(C2H5)2]4, 약칭: TDEAZ) 등의 유기 원료나, 지르코늄테트라클로라이드(ZrCl4) 등의 무기 원료를 이용할 수 있다. 탄소 함유 가스나 질소 함유 가스나 산소 함유 가스로서는, 전술의 실시 형태와 같은 가스를 이용할 수 있다. 또한, 이 때의 처리 조건은, 예컨대 전술의 실시 형태와 같은 처리 조건으로 할 수 있지만, 웨이퍼 온도는, 예컨대 100∼400℃의 범위 내의 온도, 처리실 내 압력은, 예컨대 1∼1,000Pa의 범위 내의 압력으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한 예컨대, 금속 산탄질화막으로서 HfOCN막을 형성하는 경우는, Hf를 포함하는 원료로서, 테트라키스에틸메틸아미노하프늄(Hf[N(C2H5)(CH3)]4, 약칭: TEMAH), 테트라키스디메틸아미노하프늄(Hf[N(CH3)2]4, 약칭: TDMAH), 테트리키스디에틸아미노하프늄(Hf[N(C2H5)2]4, 약칭: TDEAH) 등의 유기 원료나, 하프늄테트라클로라이드(HfCl4) 등의 무기 원료를 이용할 수 있다. 탄소 함유 가스나 질소 함유 가스나 산소 함유 가스로서는, 전술의 실시 형태와 같은 가스를 이용할 수 있다. 또한, 이 때의 처리 조건은, 예컨대 전술의 실시 형태와 같은 처리 조건으로 할 수 있지만, 웨이퍼 온도는, 예컨대 100∼400℃의 범위 내의 온도, 처리실 내 압력은, 예컨대 1∼1,000Pa의 범위 내의 압력으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한 예컨대, 금속 산탄질화막으로서 TaOCN막을 형성하는 경우는, Ta를 포함하는 원료로서, 펜타에톡시탄탈(Ta(O2CH5)5, 약칭: PET), 트리스디에틸아미노터셔리부틸이미노탄탈(Ta(NC(CH3)3)(N(C2H5)2)3, 약칭: TBTDET) 등의 유기 원료나, 탄탈펜타클로라이드(TaCl5), 탄탈펜타플루오라이드(TaF5) 등의 무기 원료를 이용할 수 있다. 탄소 함유 가스나 질소 함유 가스나 산소 함유 가스로서는, 전술의 실시 형태와 같은 가스를 이용할 수 있다. 또한, 이 때의 처리 조건은, 예컨대 전술의 실시 형태와 같은 처리 조건으로 할 수 있지만, 웨이퍼 온도는, 예컨대 100∼500℃의 범위 내의 온도, 처리실 내 압력은, 예컨대 1∼1,000Pa의 범위 내의 압력으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한 예컨대, 금속 산탄질화막으로서 AlOCN막을 형성하는 경우는, Al을 포함하는 원료로서, 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3, 약칭: TMA) 등의 유기 원료나, 트리클로로알루미늄(AlCl3) 등의 무기 원료를 이용할 수 있다. 탄소 함유 가스나 질소 함유 가스나 산소 함유 가스로서는, 전술의 실시 형태와 같은 가스를 이용할 수 있다. 또한, 이 때의 처리 조건은, 예컨대 전술의 실시 형태와 같은 처리 조건으로 할 수 있지만, 웨이퍼 온도는, 예컨대 100∼400℃의 범위 내의 온도, 처리실내압력은, 예컨대 1∼1,000Pa의 범위 내의 압력으로 하는 것이 보다 바람직하다.
이와 같이, 본 발명은 금속 산탄질화막의 성막에도 적용할 수 있고, 이 경우라도 전술의 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명은, 반도체 원소나 금속 원소 등의 소정 원소를 포함하는 산탄질화막을 형성하는 경우에 적용할 수 있다.
또한, 전술의 실시 형태에서는, 한번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치(batch)식의 기판 처리 장치를 이용하여 성막하는 예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 한번에 1매 또는 수 매의 기판을 처리하는 매엽식(每葉式)의 기판 처리 장치를 이용하여 성막하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
또한, 전술의 각 실시 형태나 각 변형예나 각 응용예 등은, 적절히 조합시켜서 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은, 예컨대, 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피를 변경하는 것이라도 실현된다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우는, 본 발명에 따른 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 개재하여 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또한, 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하여, 그 프로세스 레시피 자체를 본 발명에 따른 프로세스 레시피로 변경하는 것도 가능하다.
실시예
(제1 실시예)
전술의 실시 형태에 따른 제1 시퀀스에 의해 조성비를 제어하면서 SiOCN막을 형성하고, 그 SiOCN막의 조성비와 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 측정하였다. 실리콘 함유 가스로서는 HCD가스를, 탄소 함유 가스로서는 C3H6가스를, 질소 함유 가스로서는 NH3가스를, 산소 함유 가스로서는 O2가스를 이용하였다. SiOCN막의 조성비 제어는, 조성비를 제어하는 인자인 압력 및 가스 공급 시간(조사 시간)을 조정하여 수행하였다.
우선 제1 시퀀스의 제2 스텝에 있어서의 처리실 내 압력 및 C3H6가스 공급 시간을 조정하고, 탄소 농도가 약 8atoms%의 SiOCN막을 웨이퍼 상에 형성하였다. 그 때의 처리 조건은 다음과 같이 설정하였다.
<제1 시퀀스(기준 처리 조건)>
(제1 스텝)
처리실 내 온도: 630℃
처리실 내 압력: 133Pa(1Torr)
HCD가스 공급 유량: 0.2slm
HCD가스 조사 시간: 6초
(제2 스텝)
처리실 내 온도: 630℃
처리실 내 압력: 399Pa(3Torr)
C3H6가스 공급 유량: 1slm
C3H6가스 조사 시간: 12초
(제3 스텝)
처리실 내 온도: 630℃
처리실 내 압력: 866Pa(6.5Torr)
NH3가스 공급 유량: 4.5slm
NH3가스 조사 시간: 18초
(제4 스텝)
처리실 내 온도: 630℃
처리실 내 압력: 133Pa(1Torr)
HCD가스 공급 유량: 0.2slm
HCD가스 조사 시간: 6초
(제5 스텝)
처리실 내 온도: 630℃
처리실 내 압력: 133Pa(1Torr)
O2가스 공급 유량: 1slm
O2가스 조사 시간: 18초
이 처리 조건을 기준 처리 조건으로 하고, 각 처리 조건을 조정하는 것으로 탄소 농도가 약 12atoms%의 SiOCN막의 형성을 시험하였다.
결과, 제2 스텝에 있어서의 처리실 내 압력을 399Pa(3Torr)로부터 2394Pa(18Torr)로 하는 것으로, 탄소 농도가 약 12atoms%의 SiOCN막이 얻어지고, 기준 처리 조건에 의해 형성한 SiOCN막보다도 탄소 비율이 높은 SiOCN막의 형성이 가능해지는 것을 확인하였다. 즉, 제2 스텝에 있어서의 처리실 내 압력을 기준 처리 조건에 있어서의 처리실 내 압력보다도 높게 하는 것으로, 탄소 비율이 높은 SiOCN막의 형성이 가능해지는 것을 확인하였다. 또한, 탄소 농도가 상승한 만큼, 질소 농도가 감소하는 것도 확인하였다. 또한, 제2 스텝에 있어서의 처리실 내 압력 이외의 처리 조건은, 기준 처리 조건과 동일하게 하였다. 즉, 그 때의 처리 조건은 다음과 같이 설정하였다.
<제1 시퀀스(C3H6가스 공급시 압력변경)>
(제1 스텝)
처리실 내 온도: 630℃
처리실 내 압력: 133Pa(1Torr)
HCD가스 공급 유량: 0.2slm
HCD가스 조사 시간: 6초
(제2 스텝)
처리실 내 온도: 630℃
처리실 내 압력: 2,394Pa(18Torr)
C3H6가스 공급 유량: 1slm
C3H6가스 조사 시간: 12초
(제3 스텝)
처리실 내 온도: 630℃
처리실 내 압력: 866Pa(6.5Torr)
NH3가스 공급 유량: 4.5slm
NH3가스 조사 시간: 18초
(제4 스텝)
처리실 내 온도: 630℃
처리실 내 압력: 133Pa(1Torr)
HCD가스 공급 유량: 0.2slm
HCD가스 조사 시간: 6초
(제5 스텝)
처리실 내 온도: 630℃
처리실 내 압력: 133Pa(1Torr)
O2가스 공급 유량: 1slm
O2가스 조사 시간: 18초
또한, 제2 스텝에 있어서의 C3H6가스 조사 시간을 12초부터 72초로 하는 것으로도, 탄소 농도가 약 12atoms%의 SiOCN막이 얻어지고, 기준 처리 조건에 의해 형성한 SiOCN막보다도 탄소 비율이 높은 SiOCN막의 형성이 가능해지는 것을 확인하였다. 즉, 제2 스텝에 있어서의 C3H6가스 조사 시간을 기준 처리 조건에 있어서의 C3H6가스 조사 시간보다도 길게 하는 것으로도, 탄소 비율이 높은 SiOCN막의 형성이 가능해지는 것을 확인하였다. 또한, 탄소 농도가 상승한 만큼, 질소 농도가 감소하는 것도 확인하였다. 또한, 제2 스텝에 있어서의 C3H6가스 조사 시간 이외의 처리 조건은, 기준 처리 조건과 동일하게 하였다. 즉, 그 때의 처리 조건은 다음과 같이 설정하였다.
<제1 시퀀스(C3H6가스 조사 시간 변경)>
(제1 스텝)
처리실 내 온도: 630℃
처리실 내 압력: 133Pa(1Torr)
HCD가스 공급 유량: 0.2slm
HCD가스 조사 시간: 6초
(제2 스텝)
처리실 내 온도: 630℃
처리실 내 압력: 399Pa(3Torr)
C3H6가스 공급 유량: 1slm
C3H6가스 조사 시간: 72초
(제3 스텝)
처리실 내 온도: 630℃
처리실 내 압력: 866Pa(6.5Torr)
NH3가스 공급 유량: 4.5slm
NH3가스 조사 시간: 18초
(제4 스텝)
처리실 내 온도: 630℃
처리실 내 압력: 133Pa(1Torr)
HCD가스 공급 유량: 0.2slm
HCD가스 조사 시간: 6초
(제5 스텝)
처리실 내 온도: 630℃
처리실 내 압력: 133Pa(1Torr)
O2가스 공급 유량: 1slm
O2가스 조사 시간: 18초
이 때, 형성한 각각의 SiOCN막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성은 모두 ±1.5%이하가 되어서, 양호한 결과가 얻어졌다. 또한, 웨이퍼 면내 막 두께 균일성은, 웨이퍼 면내에 있어서의 막 두께 분포의 편차의 정도를 나타내고 있고, 그 값이 작을수록 웨이퍼 면내에 있어서의 막 두께 분포 균일성이 양호한 것을 나타내고 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 우수한 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 가지는 SiOCN막을 형성할 수 있는 것을 알 수 있다. 그리고, 실시예에 따른 SiOCN막을 절연막으로서 이용한 경우, SiOCN막의 면내에서 균질한 성능을 제공하는 것이 가능해지고, 반도체 장치의 성능 향상이나 생산 제품 비율의 향상에 공헌할 수 있는 것을 알 수 있다.
(제2 실시예)
전술의 실시 형태에 따른 제2 시퀀스에 의해 조성비를 제어하면서 SiOCN막을 형성하고, 그 SiOCN막의 조성비와 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 측정하였다. 실리콘 함유 가스로서는 HCD가스를, 탄소 함유 가스로서는 C3H6가스를, 질소 함유 가스로서는 NH3가스를, 산소 함유 가스로서는 O2가스를 이용하였다. 각 스텝에 있어서의 처리 조건은, 전술의 제1 실시예의 기준처리 조건의 각 스텝에 있어서의 처리 조건과 같은 처리 조건으로 했다. SiOCN막의 조성비 제어는, 제2 시퀀스에 있어서의 각 세트 수, 즉, SiCN층 형성 공정의 세트수(x)와 SiO층 형성 공정의 세트수(y)를 조정하는 것으로 수행하였다.
결과, 제2 시퀀스에 있어서의 SiCN층 형성 공정의 세트 수(x)를 2회로 하고 SiO층 형성 공정의 세트 수(y)를 1회로 하는 것으로(x=2, y=1), 탄소 농도가 약 16atoms%의 SiOCN막이 얻어지고, 제1 실시예 즉 제1 시퀀스(기준 처리 조건)에 의해 형성한 SiOCN막보다도 탄소 비율이 높은 SiOCN막의 형성이 가능해지는 것을 확인하였다. 또한, SiCN층 형성 공정의 세트 수(x)를 1회로 하고 SiO층 형성 공정의 세트 수(y)를 1회로 하는 케이스(x=1, y=1)가, 제1 시퀀스에 상당한다. 즉, 제2 시퀀스에 있어서의 SiCN층 형성 공정의 세트 수(x)를, 제1 시퀀스에 있어서의 SiCN층 형성 공정의 1사이클 당 실시 횟수(1회)보다도 많게 하는 것으로, 탄소 비율이 높은 SiOCN막의 형성이 가능해지는 것을 확인하였다. 또한, 탄소 농도가 상승한 만큼, 질소 농도가 감소하는 것도 확인하였다. 이 때, 형성한 SiOCN막의 웨이퍼 면내 막 두께 균일성은 ±1.5%이하가 되어, 양호한 결과가 얻어지는 것을 확인하였다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 우수한 웨이퍼 면내 막 두께 균일성을 포함하는 SiOCN막을 형성할 수 있는 것을 알았다. 그리고, 실시예에 따른 SiOCN막을 절연막으로서 이용한 경우, SiOCN막의 면내에서 균질한 성능을 제공하는 것이 가능해지고, 반도체 장치의 성능 향상이나 생산 제품 비율의 향상에 공헌할 수 있는 것을 알았다.
<본 발명이 바람직한 형태>
이하, 본 발명이 바람직한 형태에 대해서 부기(付記)한다.
(부기 1)
본 발명의 1형태에 의하면, (a) 처리 용기 내의 가열된 기판에 소정 원소를 함유하는 가스, 탄소 함유 가스 및 질소 함유 가스를 공급하여 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 단계; (b) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스 및 산소 함유 가스를 공급하여 상기 소정 원소를 포함하는 산화층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에 상기 탄질화층과 상기 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 산탄질화막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 2)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 (a) 단계는 상기 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 공정, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 공정 및 상기 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 포함하는 제1 공정 세트를 소정 횟수 수행하는 단계를 포함하고, 상기 (b) 단계는 상기 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 공정 및 상기 산소 함유 가스를 공급하는 공정을 포함하는 제2 공정 세트를 소정 횟수 수행하는 단계를 포함한다.
(부기 3)
부기 1의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 (a) 단계는, 상기 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하여 상기 소정 원소를 포함하는 제1 소정 원소 함유층을 형성하는 공정, 상기 기판에 상기 탄소 함유 가스를 공급하여 상기 제1 소정 원소 함유층 상에 탄소 함유층을 형성하여, 상기 소정 원소 및 탄소를 포함하는 층을 형성하는 공정 및 상기 기판에 상기 질소 함유 가스를 공급하여 상기 소정 원소 및 탄소를 포함하는 층을 질화하여, 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 공정을 포함하는 제1 공정 세트를 소정 횟수 수행하는 단계를 포함하고, 상기 (b) 단계는, 상기 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하여 상기 소정 원소를 포함하는 제2 소정 원소 함유층을 형성하는 공정 및 상기 기판에 상기 산소 함유 가스를 공급하여 상기 제2 소정 원소 함유층을 산화하여, 상기 소정 원소를 포함하는 산화층을 형성하는 공정을 포함하는 제2 공정 세트를 소정 횟수 수행하는 단계를 포함한다.
(부기 4)
부기 3의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 제1 소정 원소 함유층 및 상기 제2 소정 원소 함유층 각각은, 상기 소정 원소가 연속적인 퇴적층, 상기 소정 원소가 불연속인 퇴적층, 상기 소정 원소를 함유하는 가스의 연속적인 화학 흡착층 및 상기 소정 원소를 함유하는 가스의 불연속인 화학 흡착층 중 적어도 어느 한 층을 포함한다.
(부기 5)
부기 3의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 제1 소정 원소 함유층 및 상기 제2 소정 원소 함유층 각각은, 상기 소정 원소의 연속적인 퇴적층 및 상기 소정 원소의 불연속인 퇴적층 중 적어도 어느 한 층을 형성한다.
(부기 6)
부기 3∼5의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 탄소 함유층은, 상기 탄소 함유 가스의 불연속인 화학 흡착층을 포함한다.
(부기 7)
부기 3∼6의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 (a) 단계는, 상기 소정 원소 및 탄소를 포함하는 층에서의 상기 질소 함유 가스에 의한 질화 반응이 불포화가 되는 조건 하에서, 상기 소정 원소 및 탄소를 포함하는 층을 열적으로 질화하는 공정을 포함한다.
(부기 8)
부기 3∼7의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 (b) 단계는, 상기 제2 소정 원소 함유층에서의 상기 산소 함유 가스에 의한 산화 반응이 불포화가 되는 조건 하에서, 상기 제2 소정 원소 함유층을 열적으로 산화하는 공정을 포함한다.
(부기 9)
부기 3∼8의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 제1 소정 원소 함유층을 형성하는 공정 및 상기 제2 소정 원소 함유층을 형성하는 공정 각각은, CVD반응이 생기는 조건 하에서, 상기 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 공정을 포함한다.
(부기 10)
부기 1∼9의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 소정 원소는 반도체 원소 또는 금속 원소이다.
(부기 11)
부기 1∼10의 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서, 바람직하게는, 상기 소정 원소는 실리콘이다.
(부기 12)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
(a) 처리 용기 내의 가열된 기판에, 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 공정, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정 및 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 포함하는 제1 공정 세트를 소정 횟수 수행하여, 상기 소정 원소를 포함하는 소정 두께의 탄질화층을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 상기 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 공정 및 산소 함유 가스를 공급하는 공정을 포함하는 제2 공정 세트를 소정 횟수 수행하여, 상기 소정 원소를 포함하는 소정 두께의 산화층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 소정 막 두께의 산탄질화막을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 13)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,(a) 처리 용기 내의 가열된 기판에, 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 공정, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정 및 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 수행하여, 소정 원소를 포함하는 소정 두께의 탄질화층을 형성하는 단계; (b) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 상기 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 공정 및 산소 함유 가스를 공급하는 공정을 수행하여, 상기 소정 원소를 포함하는 소정 두께의 산화층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 소정 막 두께의 산탄질화막을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 14)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
(a) 처리 용기 내의 가열된 기판에 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 제1 소정 원소 함유층을 형성하는 공정, 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 탄소 함유 가스를 공급하여, 상기 제1 소정 원소 함유층 상에 탄소 함유층을 형성하여 상기 소정 원소 및 탄소를 포함하는 층을 형성하는 공정 및 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소 및 탄소를 포함하는 층을 질화하여 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 공정을 포함하는 제1 공정 세트를 소정 횟수 수행하여 상기 소정 원소를 포함하는 소정 두께의 탄질화층을 형성하는 단계; (b) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 상기 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 제2 소정 원소 함유층을 형성하는 공정 및 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 산소 함유 가스를 공급하여, 상기 제2 소정 원소 함유층을 산화하여 상기 소정 원소를 포함하는 산화층을 형성하는 공정을 포함하는 제2 공정 세트를 소정 횟수 수행하는 것으로 상기 소정 원소를 포함하는 소정 두께의 산화층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 소정 막 두께의 산탄질화막을 형성하는 단계;
를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 15)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
(a) 처리 용기 내의 가열된 기판에 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 제1 소정 원소 함유층을 형성하는 공정과, 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 탄소 함유 가스를 공급하여, 상기 제1 소정 원소 함유층 상에 탄소 함유층을 형성하여 상기 소정 원소 및 탄소를 포함하는 층을 형성하는 공정 및 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소 및 탄소를 포함하는 층을 질화하여 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 공정을 수행하는 단계;
(b) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 상기 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 제2 소정 원소 함유층을 형성하는 공정 및 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 산소 함유 가스를 공급하여, 상기 제2 소정 원소 함유층을 산화하여 상기 소정 원소를 포함하는 산화층을 형성하는 공정을 수행하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 소정 막 두께의 산탄질화막을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 16)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
(a) 처리 용기 내의 가열된 기판에, 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 공정, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정 및 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 수행하여, 소정 원소를 포함하는 소정 두께의 탄질화층을 형성하는 단계; (b) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 상기 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 공정 및 산소 함유 가스를 공급하는 공정을 수행하여, 상기 소정 원소를 포함하는 소정 두께의 산화층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 소정 막 두께의 산탄질화막을 형성하는 단계;를 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기 17)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리 용기; 상기 처리 용기 내의 상기 기판을 가열하는 히터; 상기 처리 용기 내의 상기 기판에 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 소정 원소 함유 가스 공급계; 상기 처리 용기 내의 상기 기판에 탄소 함유 가스를 공급하는 탄소 함유 가스 공급계; 상기 처리 용기 내의 상기 기판에 질소 함유 가스를 공급하는 질소 함유 가스 공급계; 상기 처리 용기 내의 상기 기판에 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급계; 및 (a) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스, 상기 탄소 함유 가스 및 상기 질소 함유 가스를 공급하여 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 처리, (b) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스 및 상기 산소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 산화층을 형성하는 처리 및 (c) 상기 (a) 처리 및 상기 (b) 처리를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에 상기 탄질화층과 상기 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 산탄질화막을 형성하는 처리를 수행하도록, 상기 히터, 상기 소정 원소 함유 가스 공급계, 상기 탄소 함유 가스 공급계, 상기 질소 함유 가스 공급계 및 상기 산소 함유 가스 공급계를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 18)
본 발명의 더욱 다른 형태에 의하면,
(a) 기판 처리 장치의 처리 용기 내의 가열된 기판에, 소정 원소를 함유하는 가스, 탄소 함유 가스 및 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 순서; (b) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 상기 소정 원소를 함유하는 가스 및 산소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 소정 두께의 산화층을 형성하는 순서; 및 (c) 상기 (a) 순서 및 (b) 순서를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 산탄질화막을 형성하는 순서;를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램이 제공된다.
(부기 19)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면, (a) 기판 처리 장치의 처리 용기 내의 가열된 기판에, 소정 원소를 함유하는 가스, 탄소 함유 가스 및 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 순서; (b) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 상기 소정 원소를 함유하는 가스 및 산소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 소정 두께의 산화층을 형성하는 순서; 및 (c) 상기 (a) 순서 및 (b) 순서를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 산탄질화막을 형성하는 순서;를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 독출 가능한 기록 매체가 제공된다.
(부기 20)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
(a) 처리 용기 내의 가열된 기판에, 소정 원소를 함유하는 가스, 탄소 함유 가스 및 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 붕소 함유 가스 및 질소 함유 가스를 공급하여, 붕질화층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 붕질화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 붕탄질화막을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 21)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
(a) 처리 용기 내의 가열된 기판에, 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 공정, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정 및 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 포함하는 제1 공정 세트를 소정 횟수 수행하여 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 붕소 함유 가스를 공급하는 공정 및 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 포함하는 제2 공정 세트를 소정 횟수 수행하여 붕질화층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 붕질화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 붕탄질화막을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 22)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
(a) 처리 용기 내의 가열된 기판에, 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 공정, 탄소 함유 가스를 공급하는 공정 및 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 수행하여 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 단계; (b) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 붕소 함유 가스를 공급하는 공정 및 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 수행하여, 붕질화층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 붕질화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 붕탄 질화막을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 23)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
(a) 처리 용기 내의 가열된 기판에 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하여, 소정 원소 함유층을 형성하는 공정, 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에 탄소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소 함유층 위에 탄소 함유층을 형성하여, 상기 소정 원소 및 탄소를 포함하는 층을 형성하는 공정 및 상기 기판에 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소 및 탄소를 포함하는 층을 질화하여 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 공정을 포함하는 제1 공정 세트를 소정 횟수 수행하여 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 단계; (b) 상기 기판에 붕소 함유 가스를 공급하여, 붕소 함유층을 형성하는 공정 및 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에 상기 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 붕소 함유층을 질화하여 붕질화층을 형성하는 공정을 포함하는 제2 공정 세트를 소정 횟수 수행하여 소정 두께의 붕질화층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 붕질화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 소정 막 두께의 붕탄 질화막을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 24)
본 발명의 다른 형태에 의하면,
(a) 처리 용기 내의 가열된 기판에 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하여, 소정 원소 함유층을 형성하는 공정, 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에 탄소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소 함유층 상에 탄소 함유층을 형성하여 소정 원소 및 탄소를 포함하는 층을 형성하는 공정 및 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소 및 탄소를 포함하는 층을 질화하여 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 공정을 수행하는 단계; (b) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에 붕소 함유 가스를 공급하여, 붕소 함유층을 형성하는 공정 및 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에 상기 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 붕소 함유층을 질화하여 붕질화층을 형성하는 공정을 수행하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 붕질화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 붕탄질화막을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기 25)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
(a) 처리 용기 내의 가열된 기판에, 소정 원소를 함유하는 가스, 탄소 함유 가스 및 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 붕소 함유 가스 및 질소 함유 가스를 공급하여, 붕질화층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 붕질화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 붕탄질화막을 형성하는 공정을 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기 26)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리 용기;
상기 처리 용기 내의 상기 기판을 가열하는 히터;
상기 처리 용기 내의 상기 기판에 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 소정 원소 함유 가스 공급계;
상기 처리 용기 내의 상기 기판에 탄소 함유 가스를 공급하는 탄소 함유 가스 공급계;
상기 처리 용기 내의 상기 기판에 질소 함유 가스를 공급하는 질소 함유 가스 공급계;
상기 처리 용기 내의 상기 기판에 붕소 함유 가스를 공급하는 붕소 함유 가스 공급계; 및
(a) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스, 상기 탄소 함유 가스 및 상기 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 처리,（ｂ）상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에 상기 붕소 함유 가스 및 상기 질소 함유 가스를 공급하여, 붕질화층을 형성하는 처리, 및 (c) 상기 (a) 처리 및 상기 (b) 처리를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 붕질화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 붕탄질화막을 형성하는 처리를 수행하도록, 상기 히터, 상기 소정 원소 함유 가스 공급계, 상기 탄소 함유 가스 공급계, 상기 질소 함유 가스 공급계 및 상기 붕소 함유 가스 공급계를 제어하는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기 27)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
(a) 기판 처리 장치의 처리 용기 내의 가열된 기판에, 소정 원소를 함유하는 가스, 탄소 함유 가스 및 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 순서; 및 (b) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 붕소 함유 가스 및 질소 함유 가스를 공급하여, 붕질화층을 형성하는 순서; 및 (c) 상기 (a) 순서 및 (b) 순서를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 붕질화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 붕탄질화막을 형성하는 순서;를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램이 제공된다.
(부기 28)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
(a) 기판 처리 장치의 처리 용기 내의 가열된 기판에, 소정 원소를 함유하는 가스, 탄소 함유 가스 및 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 순서; (b) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에, 붕소 함유 가스 및 질소 함유 가스를 공급하여, 붕질화층을 형성하는 순서; 및 (c) (a) 순서 및 (b) 순서를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 붕질화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 붕탄 질화막을 형성하는 순서;를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 독출 가능한 기록 매체가 제공된다.

Claims (20)

  1. (a) 처리 용기 내의 가열된 기판에 소정 원소를 함유하는 가스, 탄소 함유 가스 및 질소 함유 가스를 공급하여 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 처리 용기 내의 상기 가열된 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스 및 산소 함유 가스를 공급하여 상기 소정 원소를 포함하는 산화층을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 교호적(交互的)으로 반복하여, 상기 기판 상에 상기 탄질화층과 상기 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 산탄질화막을 형성하는 단계;
    를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 상기 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 공정, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 공정 및 상기 질소 함유 가스를 공급하는 공정을 포함하는 제1 공정 세트를 1회 이상 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 (b) 단계는 상기 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 공정 및 상기 산소 함유 가스를 공급하는 공정을 포함하는 제2 공정 세트를 1회 이상 수행하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 상기 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하여 상기 소정 원소를 포함하는 제1 소정 원소 함유층을 형성하는 공정, 상기 기판에 상기 탄소 함유 가스를 공급하여 상기 제1 소정 원소 함유층 상에 탄소 함유층을 형성하여, 상기 소정 원소 및 탄소를 포함하는 층을 형성하는 공정 및 상기 기판에 상기 질소 함유 가스를 공급하여 상기 소정 원소 및 탄소를 포함하는 층을 질화하여, 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 공정을 포함하는 제1 공정 세트를 1회 이상 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 (b) 단계는, 상기 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하여 상기 소정 원소를 포함하는 제2 소정 원소 함유층을 형성하는 공정 및 상기 기판에 상기 산소 함유 가스를 공급하여 상기 제2 소정 원소 함유층을 산화하여, 상기 소정 원소를 포함하는 산화층을 형성하는 공정을 포함하는 제2 공정 세트를 1회 이상 수행하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 소정 원소 함유층 및 상기 제2 소정 원소 함유층 각각은, 상기 소정 원소가 연속적인 퇴적층, 상기 소정 원소가 불연속인 퇴적층, 상기 소정 원소를 함유하는 가스의 연속적인 화학 흡착층 및 상기 소정 원소를 함유하는 가스의 불연속인 화학 흡착층 중 적어도 어느 한 층을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 탄소 함유층은, 상기 탄소 함유 가스의 불연속인 화학 흡착층을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 상기 소정 원소 및 탄소를 포함하는 층에서의 상기 질소 함유 가스에 의한 질화 반응이 불포화가 되는 조건 하에서, 상기 소정 원소 및 탄소를 포함하는 층을 열적으로 질화하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 상기 제2 소정 원소 함유층에서의 상기 산소 함유 가스에 의한 산화 반응이 불포화가 되는 조건 하에서, 상기 제2 소정 원소 함유층을 열적으로 산화하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 소정 원소 함유층을 형성하는 공정 및 상기 제2 소정 원소 함유층을 형성하는 공정 각각은, CVD반응이 생기는 조건 하에서, 상기 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 소정 원소는 반도체 원소 또는 금속 원소를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 소정 원소는 실리콘을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. (a) 처리 용기 내의 가열된 기판에, 소정 원소를 함유하는 가스, 탄소 함유 가스 및 질소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 처리 용기 내의 상기 가열된 기판에, 상기 소정 원소를 함유하는 가스 및 산소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 산화층을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 산탄질화막을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  12. 기판을 수용하는 처리 용기;
    상기 처리 용기 내의 상기 기판을 가열하는 히터;
    상기 처리 용기 내의 상기 기판에 소정 원소를 함유하는 가스를 공급하는 소정 원소 함유 가스 공급계;
    상기 처리 용기 내의 상기 기판에 탄소 함유 가스를 공급하는 탄소 함유 가스 공급계;
    상기 처리 용기 내의 상기 기판에 질소 함유 가스를 공급하는 질소 함유 가스 공급계;
    상기 처리 용기 내의 상기 기판에 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급계; 및
    (a) 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스, 상기 탄소 함유 가스 및 상기 질소 함유 가스를 공급하여 상기 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 처리, (b) 상기 처리 용기 내의 상기 가열된 기판에 상기 소정 원소를 함유하는 가스 및 상기 산소 함유 가스를 공급하여, 상기 소정 원소를 포함하는 산화층을 형성하는 처리 및 (c) 상기 (a) 처리 및 상기 (b) 처리를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에 상기 탄질화층과 상기 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 산탄질화막을 형성하는 처리를 수행하도록, 상기 히터, 상기 소정 원소 함유 가스 공급계, 상기 탄소 함유 가스 공급계, 상기 질소 함유 가스 공급계 및 상기 산소 함유 가스 공급계를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 탄질화층의 두께와 상기 산화층의 두께를 다르게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 탄질화층은 수원자층의 두께를 가지고 있고,
    상기 산화층은 1 원자층 미만의 두께를 가지고 있는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 탄질화층은 1 원자층 미만의 두께를 가지고 있고,
    상기 산화층은 수원자층의 두께를 가지고 있는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 탄질화층을 형성하는 공정과 상기 산화층을 형성하는 공정을 교호적으로 반복할 때, 교호적으로 적층되는 상기 탄질화층과 상기 산화층을 상호 확산시키는 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제3항에 있어서,
    상기 제1 공정 세트를 수행하는 횟수와 상기 제2 공정 세트를 수행하는 횟수를 다르게 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 제3항에 있어서,
    상기 제1 공정 세트를 수회 수행하고, 상기 제2 공정 세트를 1회 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 제3항에 있어서,
    상기 제1 공정 세트를 1회 수행하고, 상기 제2 공정 세트를 수회 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 기판 처리 장치의 처리 용기 내의 가열된 기판에, 소정 원소 함유 가스와 탄소 함유 가스와 탄소 함유 가스를 공급하여 소정 원소를 포함하는 탄질화층을 형성하는 순서 및 상기 처리 용기 내의 가열된 상기 기판에 소정 원소 함유 가스와 탄소 함유 가스를 공급하여 소정 원소를 포함하는 산화층을 형성하는 순서를 교호적으로 반복하여, 상기 기판 상에, 상기 탄질화층과 상기 산화층이 교호적으로 적층되어 이루어지는 탄산질화막을 형성하는 순서;
    를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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