KR101610628B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 - Google Patents

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저온 영역에서 HF에 대한 내성이 높고 유전율이 낮은 박막을 높은 생산성으로 형성한다.
기판에 대하여 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 공정; 및 기판에 대하여 질소, 탄소 및 산소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 공정;을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 기판 상에 소정 원소와, 산소와, 탄소 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 막을 형성하는 공정을 포함한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, AND NON-TRANSITORY COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM}
본 발명은 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
트랜지스터의 미세화와 함께, 게이트 전극의 사이드 월 스페이서(SWS) 등을 구성하는 절연막 등의 박막에는 성막 온도의 저온화, 불화수소(HF)에 대한 내성의 향상, 유전율의 저하가 요구되고 있다. 그렇기 때문에 절연막으로서 실리콘막(Si막)에 산소(O) 및 탄소(C)를 첨가한 실리콘 산탄화막(SiOC막)이나, Si막에 O 및 질소(N)를 첨가한 실리콘 산질화막(SiON막)이나, Si막에 O, C 및 N을 첨가한 실리콘 산탄질화막(SiOCN막) 등의 채택이 검토되고 있다.
전술한 절연막은 높은 스텝 커버리지 특성[단차(段差) 피복성]이 요구되고 있기 때문에 복수 종의 처리 가스를 교호(交互)적으로 공급하는 교호 공급법에 의해 형성되는 경우가 많다. 예컨대 실리콘 소스(실리콘 함유 가스), 산소 소스(산소 함유 가스), 카본 소스(탄소 함유 가스), 질소 소스(질소 함유 가스)를 이용하여 이들 4개의 소스를 기판에 대하여 순서대로 공급하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 기판 상에 SiOCN막을 형성할 수 있다. 하지만 4개의 소스를 별도로 공급하는 전술의 방법으로는 1사이클당의 소요 시간이 길어져 성막 처리의 생산성이 저하하는 경우가 있다. 또한 전술의 방법으로는 막 중의 C농도를 증가시키는 것이 곤란하여 HF 내성을 향상시키는 것이 곤란하다.
본 발명의 목적은 저온 영역에서 HF에 대한 내성이 높고 유전율이 낮은 박막을 높은 생산성으로 형성하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판에 대하여 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 공정; 및
상기 기판에 대하여 질소, 탄소 및 산소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 공정;
을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소와, 산소와, 탄소 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실;
상기 처리실 내에 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계;
상기 처리실 내에 질소, 탄소 및 산소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계; 및
상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소와, 산소와, 탄소 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 막을 형성하도록 상기 원료 가스 공급계 및 상기 반응 가스 공급계를 제어하도록 구성되는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 순서;
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소, 탄소 및 산소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 순서;
를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소와, 산소와, 탄소 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 막을 형성하는 순서를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 의하면, 저온 영역에서 HF에 대한 내성이 높고 유전율이 낮은 박막을 높은 생산성으로 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형(縱型) 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종(縱)단면도로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 4는 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 5의 (a)는 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이며, 도 5의 (b) 및 도 5의 (c)는 그 변형예를 도시하는 도면.
도 6은 제2 실시 형태의 제1 시퀀스에서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 7은 제2 실시 형태의 제2 시퀀스에서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 8의 (a)는 제2 실시 형태의 제1 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이며, 도 8의 (b)는 제2 실시 형태의 제2 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면.
도 9는 제3 실시 형태의 제1 시퀀스에서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 10은 제3 실시 형태의 제1 시퀀스에서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이며, 도 10의 (a)는 논 플라즈마로 성막을 수행하는 시퀀스예를 도시하고, 도 10의 (b)는 플라즈마를 이용하여 성막을 수행하는 시퀀스예를 도시하는 도면.
도 11은 제3 실시 형태의 제2 시퀀스에서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 12는 제3 실시 형태의 제2 시퀀스에서의 가스 공급 및 플라즈마 파워 공급의 타이밍을 도시하는 도면이며, 도 12의 (a)는 논 플라즈마로 성막을 수행하는 시퀀스예를 도시하고, 도 12의 (b)는 플라즈마를 이용하여 성막을 수행하는 시퀀스예를 도시하는 도면.
도 13은 제4 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 14의 (a)는 제4 실시 형태의 성막 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이며, 도 14의 (b) 및 도 14의 (c)는 그 변형예를 도시하는 도면.
도 15는 제5 실시 형태의 제1 시퀀스에서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 16의 (a)는 제5 실시 형태의 제1 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이며, 도 16의 (b)는 그 변형예를 도시하는 도면.
도 17은 제5 실시 형태의 제2 시퀀스에서의 성막 플로우를 도시하는 도면.
도 18의 (a)는 제5 실시 형태의 제2 시퀀스에서의 가스 공급의 타이밍을 도시하는 도면이며, 도 18의 (b)는 그 변형예를 도시하는 도면.
<본 발명의 제1 실시 형태>
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 도 1 내지 도 3을 이용하여 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
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 지지되는 것에 의해 수직으로 설치된다. 히터(207)는 후술하는 바와 같이 가스를 열로 활성화[여기(勵起)]시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는 히터(207)와 동심원 형상으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 반응관(203)이 배설(配設)된다. 반응관(203)은 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 이루어지고, 상단이 폐색(閉塞)되고 하단이 개구(開口)된 원통 형상으로 형성된다. 반응관(203)의 통중공부(筒中空部)에는 처리실(201)이 형성되고, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향에 다단으로 정렬한 상태에서 수용 가능하도록 구성된다.
처리실(201) 내에는 노즐(249a 내지 249d)이 반응관(203)의 하부를 관통하도록 설치된다. 노즐(249a 내지 249d)에는 가스 공급관(232a 내지 232d)이 각각 접속된다. 가스 공급관(232c)에는 가스 공급관(232e)이 접속되고, 가스 공급관(232d)에는 가스 공급관(232f)이 접속된다. 이와 같이 반응관(203)에는 4개의 노즐(249a 내지 249d)과, 6개의 가스 공급관(232a 내지 232f)이 설치되고, 처리실(201) 내에 복수 종류, 여기서는 6종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성된다.
단, 본 실시 형태에 따른 처리로(202)는 전술한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 반응관(203)의 하방(下方)에 반응관(203)을 지지하는 금속제의 매니폴드를 설치하고, 각 노즐을 매니폴드의 측벽을 관통하도록 설치해도 좋다. 이 경우, 매니폴드에 후술하는 배기관(231)을 더 설치해도 좋다. 이 경우에도 배기관(231)을 매니폴드가 아닌 반응관(203)의 하부에 설치해도 좋다. 이와 같이 처리로(202)의 노구부(爐口部)를 금속제로 하고, 이 금속제의 노구부에 노즐 등을 설치해도 좋다.
가스 공급관(232a 내지 232f)에는 상류 방향부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(241a 내지 241f)(MFC) 및 개폐 밸브인 밸브(243a 내지 243f)가 각각 설치된다. 가스 공급관(232a 내지 232d)의 밸브(243a 내지 243d)보다 하류측에는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(232g 내지 232j)이 각각 접속된다. 가스 공급관(232g 내지 232j)에는 상류 방향부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(241g 내지 241j) 및 개폐 밸브인 밸브(243g 내지 243j)가 각각 설치된다.
가스 공급관(232a, 232b, 232d)의 선단부(先端部)에는 전술한 노즐(249a, 249b, 249d)이 각각 접속된다. 노즐(249a, 249b, 249d)은 도 2에 도시하는 바와 같이 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 원환 형상의 공간에 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방(上方)을 향하여 상승[立上]하도록 각각 설치된다. 즉 노즐(249a, 249b, 249d)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 각각 설치된다. 노즐(249a, 249b, 249d)은 L자형의 롱 노즐로서 각각 구성되고, 그들의 각 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되고, 그들의 각 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측(一端側)으로부터 타단측(他端側)을 향하여 상승하도록 설치된다. 노즐(249a, 249b, 249d)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(250a, 250b, 250d)이 각각 설치된다. 가스 공급공(250a, 250b, 250d)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 각각 개구되고, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하도록 이루어진다. 가스 공급공(250a, 250b, 250d)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치된다.
가스 공급관(232c)의 선단부에는 전술한 노즐(249c)이 접속된다. 노즐(249c)은 가스 분산 공간인 버퍼실(237) 내에 설치된다. 버퍼실(237)은 도 2에 도시하는 바와 같이 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에서의 원환 형상의 공간에, 또한 반응관(203) 내벽의 하부로부터 상부에 걸치는 부분에 웨이퍼(200)의 적재 방향을 따라 설치된다. 즉 버퍼실(237)은 웨이퍼 배열 영역의 측방의 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치된다. 버퍼실(237)의 웨이퍼(200)와 인접하는 벽의 단부에는 가스를 공급하는 가스 공급공(250e)이 설치된다. 가스 공급공(250e)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 개구되고, 웨이퍼(200)를 향하여 가스를 공급하는 것이 가능하도록 이루어진다. 가스 공급공(250e)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각이 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치된다.
노즐(249c)은 버퍼실(237)의 가스 공급공(250e)이 설치된 단부와 반대측의 단부에 반응관(203)의 내벽의 하부로부터 상부를 따라 웨이퍼(200)의 적재 방향 상방을 향하여 상승하도록 설치된다. 즉 노즐(249c)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치된다. 노즐(249c)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 반응관(203)의 하부 측벽을 관통하도록 설치되고, 그 수직부는 적어도 웨이퍼 배열 영역의 일단측으로부터 타단측을 향하여 상승하도록 설치된다. 노즐(249c)의 측면에는 가스를 공급하는 가스 공급공(250c)이 설치된다. 가스 공급공(250c)은 버퍼실(237)의 중심을 향하도록 개구된다. 가스 공급공(250c)은 가스 공급공(250e)과 마찬가지로 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치된다. 버퍼실(237) 내와 처리실(201) 내의 차압이 작은 경우, 복수의 가스 공급공(250c)의 개구 면적 및 개구 피치를 상류측(하부)으로부터 하류측(상부)에 걸쳐서 각각 동일하게 하면 좋다. 또한 버퍼실(237) 내와 처리실(201) 내와의 차압이 큰 경우, 가스 공급공(250c)의 개구 면적을 상류측으로부터 하류측을 향하여 서서히 크게 하거나, 가스 공급공(250c)의 개구 피치를 상류측으로부터 하류측을 향하여 서서히 작게 하면 좋다.
가스 공급공(250c)의 각각의 개구 면적이나 개구 피치를 상류측으로부터 하류측에 걸쳐서 전술과 같이 조절하는 것에 의해, 가스 공급공(250c)의 각각으로부터 유속의 차이는 있지만 유량이 거의 같은 양인 가스를 분출시키는 것이 가능해진다. 그리고 이들 복수의 가스 공급공(250c)의 각각으로부터 분출하는 가스를 일단 버퍼실(237) 내에 도입하는 것에 의해 버퍼실(237) 내에서 가스의 유속 차이의 균일화를 수행하는 것이 가능해진다. 복수의 가스 공급공(250c)의 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출한 가스는 버퍼실(237) 내로 각 가스의 입자 속도가 완화된 후, 복수의 가스 공급공(250e)으로부터 처리실(201) 내에 분출한다. 복수의 가스 공급공(250c)의 각각으로부터 버퍼실(237) 내에 분출한 가스는 가스 공급공(250e)의 각각으로부터 처리실(201) 내에 분출할 때에는 균일한 유량과 유속을 가지는 가스가 된다.
이와 같이 본 실시 형태에서는 반응관(203)의 내벽과, 적재된 복수의 웨이퍼(200)의 단부[외주(外周)]로 정의되는 원환 형상으로 세로로 길게 연장된 공간 내, 즉 원통 형상의 공간 내에 배치한 노즐(249a 내지 249d) 및 버퍼실(237)을 경유하여 가스를 반송한다. 그리고 노즐(249a 내지 249d) 및 버퍼실(237)에 각각 개구된 가스 공급공(250a 내지 250e)으로부터 웨이퍼(200)의 근방에서 처음 반응관(203) 내에 가스를 분출시킨다. 그리고 반응관(203) 내에서의 가스의 주된 흐름을 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉 수평 방향으로 한다. 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급할 수 있어, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 박막의 막 두께를 균일하게 하는 것이 가능해진다. 웨이퍼(200)의 표면 상을 흐른 가스, 즉 반응 후의 잔류 가스는 배기구, 즉 후술하는 배기관(231)의 방향을 향하여 흐른다. 단, 이 잔류 가스가 흐르는 방향은 배기구의 위치에 의해 적절히 특정되고, 수직 방향으로 한정되지 않는다.
가스 공급관(232a)으로부터는 소정 원소를 포함하는 원료 가스로서 예컨대 소정 원소로서의 실리콘(Si)과 할로겐 원소로서의 염소(Cl)를 포함하는 클로로실란계 원료 가스가 MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(233a)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
클로로실란계 원료 가스란 기체 상태의 클로로실란계 원료, 예컨대 상온 상압 하에서 액체 상태인 클로로실란계 원료를 기화하는 것에 의해 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 클로로실란계 원료 등을 말한다. 클로로실란계 원료란 할로겐기로서의 클로로기를 포함하는 실란계 원료이며, 적어도 Si 및 Cl을 포함하는 원료다. 클로로실란계 원료는 할로겐화물의 일종이라고도 할 수 있다. 본 명세서에서 「원료」라는 단어를 이용한 경우는 「액체 상태인 액체 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는 그 양방(兩方)을 의미하는 경우가 있다. 따라서 본 명세서에서 「클로로실란계 원료」라는 단어를 이용한 경우는 「액체 상태인 클로로실란계 원료」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 클로로실란계 원료 가스」를 의미하는 경우, 또는 그 양방을 의미하는 경우가 있다. 클로로실란계 원료로서는 예컨대 헥사클로로디실란(Si2Cl6, 약칭: HCDS)을 이용할 수 있다. HCDS와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료를 이용하는 경우는 액체 원료를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하고, 원료 가스(HCDS가스)로서 공급한다.
가스 공급관(232b)으로부터는 질소(N), 탄소(C) 및 산소(O)를 포함하는 반응 가스로서 예컨대 이소시아네이트계 가스가 MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
이소시아네이트계 가스란 기체 상태의 이소시아네이트, 예컨대 상온 상압 하에서 액체 상태인 이소시아네이트를 기화하는 것에 의해 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 이소시아네이트 등을 말한다. 이소시아네이트란 그 조성식 중(1분자 중)에 이소시아네이트기(基), 즉 그 화학 구조식 중에 -N=C=O라는 부분 구조를 가지는 화합물이며, R-N=C=O라는 화학식으로 나타내어지는 화합물이다. 여기서 R은 리간드(리건드)를 나타낸다. 이소시아네이트계 가스는 N, C 및 O의 3원소를 포함하고, Si를 포함하지 않기 때문에 Si비함유의 가스라고도 할 수 있고, 또한 Si 및 금속을 포함하지 않기 때문에 Si 및 금속 비함유의 가스라고도 할 수 있다. 이소시아네이트계 가스는 질소 함유 가스(질소 소스), 탄소 함유 가스(카본 소스), 산소 함유 가스(산소 소스), 수소 함유 가스이기도 하다. 본 명세서에서 「이소시아네이트」라는 단어를 이용한 경우는 「액체 상태인 이소시아네이트」를 의미하는 경우, 「기체 상태인 이소시아네이트계 가스」를 의미하는 경우, 또는 그 양방을 의미하는 경우가 있다. 이소시아네이트계 가스로서는 예컨대 수소(H), N, C, O의 4원소만으로 구성되고, H-N=C=O라는 화학식으로 나타내어지는 이소시안산(HNCO) 가스를 이용할 수 있다. HNCO가 기체 상태인 경우에는 HNCO를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하지 않고, 이소시아네이트계 가스(HNCO가스)로서 공급할 수 있다. 이에 대하여 상온 상압 하에서 액체 상태인 이소시아네이트를 이용하는 경우에는 액체 상태의 이소시아네이트를 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하고, 이소시아네이트계 가스로서 공급한다.
가스 공급관(232c)으로부터는 산화 가스(산소 함유 가스)가 MFC(241c), 밸브(243c), 노즐(249c), 버퍼실(237)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 산화 가스로서는 예컨대 산소(O2) 가스를 이용할 수 있다.
가스 공급관(232e)으로부터는 질화 가스(질소 함유 가스)가 MFC(241e), 밸브(243e), 가스 공급관(232c), 노즐(249c), 버퍼실(237)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 질화 가스로서는 예컨대 암모니아(NH3) 가스를 이용할 수 있다.
가스 공급관(232d)으로부터는 탄소(C)를 포함하는 가스(탄소 함유 가스)로서 예컨대 탄화수소계 가스가 MFC(241d), 밸브(243d), 노즐(249d)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 탄소 함유 가스로서는 예컨대 프로필렌(C3H6) 가스를 이용할 수 있다.
가스 공급관(232f)으로부터는 질소(N) 및 탄소(C)를 포함하는 가스로서 예컨대 아민계 가스가 MFC(241f), 밸브(243f), 가스 공급관(232d), 노즐(249d)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
아민계 가스란 기체 상태인 아민, 예컨대 상온 상압 하에서 액체 상태인 아민을 기화하는 것에 의해 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 아민 등의 아민기를 포함하는 가스다. 아민계 가스는 에틸아민, 메틸아민, 프로필아민, 이소프로필아민, 부틸아민, 이소부틸아민 등의 아민을 포함한다. 아민이란 암모니아(NH3)의 H원자를 알킬기 등의 탄화수소기로 치환한 형태의 화합물의 총칭이다. 아민은 C원자를 포함하는 리간드로서 알킬기 등의 탄화수소기를 포함한다. 아민계 가스는 C, N 및 H의 3원소를 포함하고, Si를 포함하지 않기 때문에 Si비함유의 가스라고도 할 수 있고, 또한 Si 및 금속을 포함하지 않기 때문에 Si 및 금속 비함유의 가스라고도 할 수 있다. 아민계 가스는 질소 함유 가스(질소 소스), 탄소 함유 가스(카본 소스), 수소 함유 가스이기도 하다. 아민계 가스는 아민기를 구성하는 C, N 및 H의 3원소만으로 구성되는 물질이라고도 할 수 있다. 본 명세서에서 「아민」이라는 단어를 이용한 경우는 「액체 상태인 아민」을 의미하는 경우, 「기체 상태인 아민계 가스」를 의미하는 경우, 또는 그 양방을 의미하는 경우가 있다. 아민계 가스로서는 예컨대 그 조성식 중(1분자 중), 즉 그 화학 구조식 중에서의 C원자를 포함하는 리간드(에틸기)의 수가 3이며, 그 조성식 중에서 N원자의 수보다 C원자의 수가 더 많은 트리에틸아민[(C2H5)3N, 약칭: TEA] 가스를 이용할 수 있다. TEA와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 아민을 이용하는 경우에는 액체 상태의 아민을 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하고, 아민계 가스(TEA가스)로서 공급한다.
가스 공급관(232g 내지 232j)으로부터는 불활성 가스로서 예컨대 질소(N2) 가스가 각각 MFC(241g 내지 241j), 밸브(243g 내지 243j), 가스 공급관(232a 내지 232d), 노즐(249a 내지 249d), 버퍼실(237)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
각 가스 공급관으로 전술과 같은 가스를 각각 흘릴 경우, 주로 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계, 즉 클로로실란계 원료 가스 공급계가 구성된다. 노즐(249a)을 클로로실란계 원료 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 원료 가스 공급계를 원료 공급계라고도 칭할 수 있고, 클로로실란계 원료 가스 공급계를 클로로실란계 원료 공급계라고도 칭할 수 있다.
또한 주로 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해 질소, 탄소 및 산소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계, 즉 이소시아네이트계 가스 공급계가 구성된다. 노즐(249b)을 이소시아네이트계 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 반응 가스 공급계를 이소시아네이트 공급계라고도 칭할 수 있다.
또한 주로 가스 공급관(232c), MFC(241c), 밸브(243c)에 의해 산화 가스(산소 함유 가스) 공급계가 구성된다. 노즐(249c), 버퍼실(237)을 산화 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 주로 가스 공급관(232e), MFC(241e), 밸브(243e)에 의해 질화 가스(질소 함유 가스) 공급계가 구성된다. 가스 공급관(232c)에서의 가스 공급관(232e)과의 접속부보다 하류측, 노즐(249c), 버퍼실(237)을 질화 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 주로 가스 공급관(232d), MFC(241d), 밸브(243d)에 의해 탄소 함유 가스 공급계로서의 탄화수소계 가스 공급계가 구성된다. 노즐(249d)을 탄화수소계 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 주로 가스 공급관(232f), MFC(241f), 밸브(243f)에 의해 질소 및 탄소 함유 가스 공급계로서의 아민계 가스 공급계가 구성된다. 가스 공급관(232d)에서의 가스 공급관(232f)과의 접속부보다 하류측, 노즐(249d)을 아민계 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
또한 주로 가스 공급관(232g 내지 232j), MFC(241g 내지 241j), 밸브(243g 내지 243j)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다. 가스 공급관(232a 내지 232d)에서의 가스 공급관(232g 내지 232j)과의 접속부보다 하류측, 노즐(249a 내지 249d), 버퍼실(237)을 불활성 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 불활성 가스 공급계는 퍼지 가스 공급계로서도 기능한다.
버퍼실(237) 내에는 도 2에 도시하는 바와 같이 도전체로 이루어지고, 가늘고 긴 구조를 포함하는 2개의 봉 형상 전극(269, 270)이 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 웨이퍼(200)의 적층 방향을 따라 배설된다. 봉 형상 전극(269, 270)의 각각은 노즐(249c)과 평행하게 설치된다. 봉 형상 전극(269, 270)의 각각은 상부로부터 하부에 걸쳐서 전극 보호관(275))에 의해 피복되는 것에 의해 보호된다. 봉 형상 전극(269, 270) 중 어느 일방(一方)은 정합기(272)를 개재하여 고주파 전원(273)에 접속되고, 타방(他方)은 기준 전위인 어스에 접속된다. 정합기(272)를 개재하여 고주파 전원(273)으로부터 봉 형상 전극(269, 270) 사이에 고주파 전력을 인가하는 것에 의해 봉 형상 전극(269, 270) 사이의 플라즈마 생성 영역(224)에 플라즈마가 생성된다. 주로 봉 형상 전극(269, 270), 전극 보호관(275))에 의해 플라즈마 발생기(플라즈마 발생부)로서의 플라즈마원(源)이 구성된다. 정합기(272), 고주파 전원(273)을 플라즈마원에 포함시켜서 생각해도 좋다. 플라즈마원은 후술하는 바와 같이 가스를 플라즈마로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서 기능한다.
전극 보호관(275))은 봉 형상 전극(269, 270)의 각각을 버퍼실(237) 내의 분위기와 격리된 상태에서 버퍼실(237) 내에 삽입할 수 있는 구조로 이루어진다. 전극 보호관(275))의 내부의 산소 농도가 외기(外氣)[대기(大氣)]의 산소 농도와 같은 정도이면, 전극 보호관(275)) 내에 각각 삽입된 봉 형상 전극(269, 270)은 히터(207)에 의한 열로 산화된다. 전극 보호관(275))의 내부에 질소 가스 등의 불활성 가스를 미리 충전하거나, 전극 보호관(275))의 내부를 불활성 가스 퍼지 기구를 이용하여 질소 가스 등의 불활성 가스로 퍼지하는 것에 의해, 전극 보호관(275))의 내부의 산소 농도를 저감시켜 봉 형상 전극(269, 270)의 산화를 방지할 수 있다.
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. APC밸브(244)는 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것에 의해 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 수행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성된 밸브다. 주로 배기관(231), APC밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
반응관(203)의 하방에는 반응관(203)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)은 반응관(203)의 하단에 수직 방향 하측으로부터 당접(當接)되도록 구성된다. 씰 캡(219)은 예컨대 스텐레스(SUS) 등의 금속으로 이루어지고, 원반 형상으로 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 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치된다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 씰 캡(219)을 관통하여 보트(217)에 접속된다. 회전 기구(267)는 보트(217)를 회전시키는 것에 의해 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성된다. 씰 캡(219)은 반응관(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 씰 캡(219)을 승강시키는 것에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는 복수, 예컨대 100매 내지 150매의 웨이퍼(200)를 수평 자세에서, 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉 간격을 두고 배열 시키도록 구성된다. 보트(217)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어진다. 보트(217)의 하부에는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 단열판(218)이 수평 자세로 다단으로 지지되고, 히터(207)로부터의 열이 씰 캡(219)측에 전달되기 어렵도록 구성된다. 단, 본 실시 형태는 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 보트(217)의 하부에 단열판(218)을 설치하지 않고, 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 이루어지는 통 형상의 부재로서 구성된 단열통을 설치해도 좋다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치된다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전 상태를 조정하는 것에 의해 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성된다. 온도 센서(263)는 노즐(249a 내지 249d)과 마찬가지로 L자형으로 구성되고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치된다.
도 3에 도시하는 바와 같이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는 CPU(121a)(Central Processing Unit), RAM(121b)(Random Access Memory), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스(121e)를 개재하여 CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(121)에는 예컨대 터치패널 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 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(121)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 이용한 경우는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)는 CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(121d)는 전술한 MFC(241a 내지 241j), 밸브(243a 내지 243j), 압력 센서(245), APC밸브(244), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 고주파 전원(273), 정합기(272), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속된다.
CPU(121a)는 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. CPU(121a)는 판독한 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 MFC(241a 내지 241j)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243j)의 개폐 동작, APC밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 고주파 전원(273)의 전력 공급, 정합기(272)에 의한 임피던스 조정 동작, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작 등을 제어하도록 구성된다.
컨트롤러(121)는 전용의 컴퓨터로서 구성되는 경우에 한정되지 않고, 범용의 컴퓨터로서 구성되어도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치(123)[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光)디스크, MO등의 광자기 디스크, USB메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리)를 준비하고, 이와 같은 외부 기억 장치(123)를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(121)를 구성할 수 있다. 단, 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 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 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 전술한 기판 처리 장치의 처리로를 이용하여 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 기판 상에 박막을 성막하는 시퀀스예에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는 기판에 대하여 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 공정; 및 기판에 대하여 N, C 및 O를 포함하는 반응 가스를 공급하는 공정;을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 기판 상에 소정 원소를 포함하는 산탄질화막을 형성한다.
원료 가스를 공급하는 공정에서는 소정 원소를 포함하는 제1층을 형성하고, 반응 가스를 공급하는 공정에서는 소정 원소를 포함하는 제1층과 반응 가스를 반응시키는 것에 의해 제1층을 개질하고, 제2층으로서 소정 원소를 포함하는 산탄질화층을 형성한다.
「원료 가스를 공급하는 공정과, 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행한다」라 원료 가스를 공급하는 공정과, 반응 가스를 공급하는 공정을 교호적으로 또는 동시에 수행하는 사이클을 1사이클로 한 경우, 이 사이클을 1회 또는 복수 회 수행하는 것을 의미한다. 즉 이 사이클을 1회 이상 수행하는 것을 의미한다. 바꿔 말하면, 원료 가스를 공급하는 공정과, 반응 가스를 공급하는 공정을 교호적으로 또는 동시에 수행하는 사이클을 1회 수행, 또는 복수 회 반복하는 것을 의미한다. 단, 이 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
이하, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 대하여 도 4, 도 5의 (a)를 이용하여 설명한다.
도 4, 도 5의 (a)에 도시하는 성막 시퀀스에서는 웨이퍼(200)에 대하여 Si를 포함하는 원료 가스로서 클로로실란계 원료 가스(HCDS가스)를 공급하는 공정; 및 웨이퍼(200)에 대하여 N, C 및 O를 포함하는 반응 가스로서 이소시아네이트계 가스(HNCO가스)를 공급하는 공정;을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 Si를 포함하는 산탄질화막으로서 실리콘 산탄질화막(SiOCN막)을 형성한다.
도 4, 도 5의 (a)는 원료 가스를 공급하는 공정과, 반응 가스를 공급하는 공정을 교호적으로 소정 횟수 수행하는 예를 도시한다.
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 이용한 경우는 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등과의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우, 즉 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함시켜서 웨이퍼라고 칭하는 경우가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 단어를 이용한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면(最表面)」을 의미하는 경우가 있다.
따라서 본 명세서에서 「웨이퍼에 대하여 소정의 가스를 공급한다」고 기재한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되는 층이나 막 등에 대하여, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」는 것을 의미하는 경우가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」고 기재한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면) 상에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성한다」는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되는 층이나 막 등의 상, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」는 것을 의미하는 경우가 있다.
본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 이용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 이용한 경우와 마찬가지이다. 그 경우, 상기 설명에서 「웨이퍼」를 「기판」으로 치환해서 생각하면 좋다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시하는 바와 같이 복수의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220)을 개재하여 반응관(203)의 하단을 밀봉한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내의 압력, 즉 웨이퍼(200)가 존재하는 공간의 압력이 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이 때 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC밸브(244)가 피드백 제어된다(압력 조정). 진공 펌프(246)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 사이는 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 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). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 사이는 계속해서 수행된다. 계속해서 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 시작한다. 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 사이는 계속해서 수행된다.
(SiOCN막 형성 공정)
그 후, 다음 2개의 스텝, 즉 스텝1a 및 스텝2a를 순차 실행한다.
[스텝1a](HCDS가스 공급)
밸브(243a)를 열고 가스 공급관(232a) 내에 HCDS가스를 흘린다. HCDS가스는 MFC(241a)에 의해 유량 조정되어 가스 공급공(250a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS가스가 공급된다. 이 때 동시에 밸브(243g))를 열고 가스 공급관(232g) 내에 N2가스 등의 불활성 가스를 흘린다. N2가스는 MFC(241g)에 의해 유량 조정되어 HCDS가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때 노즐(249b 내지 249d), 버퍼실(237) 내로의 HCDS가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(243h 내지 243j)를 열고 가스 공급관(232h 내지 232j) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 가스 공급관(232b 내지 232d), 노즐(249b 내지 249d), 버퍼실(237)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때 APC밸브(244)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 13,300Pa, 바람직하게는 20Pa 내지 1,330Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(241a)로 제어하는 HCDS가스의 공급 유량은 예컨대 1sccm 내지 1,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241g 내지 241j)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 각각 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. HCDS가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간[조사(照射) 시간]은 예컨대 1초 내지 120초, 바람직하게는 1초 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이 때 히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 250℃ 내지 700℃, 바람직하게는 300℃ 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350℃ 내지 600℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다.
웨이퍼(200)의 온도가 250℃ 미만이 되면, 웨이퍼(200) 상에 HCDS가 화학 흡착하기 어려워져 실용적인 성막 속도를 얻지 못하는 경우가 있다. 웨이퍼(200)의 온도를 250℃ 이상으로 하는 것에 의해 이를 해소하는 것이 가능해진다. 웨이퍼(200)의 온도를 300℃ 이상, 또한 350℃ 이상으로 하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 HCDS를 보다 충분히 흡착시키는 것이 가능해지고, 보다 충분한 성막 속도를 얻을 수 있다.
웨이퍼(200)의 온도가 700℃를 초과하면, CVD반응이 강해지는[기상(氣相) 반응이 지배적이게 되는] 것에 의해 막 두께 균일성이 악화되기 쉬워져 그 제어가 곤란해진다. 웨이퍼(200)의 온도를 700℃ 이하로 하는 것에 의해 막 두께 균일성의 악화를 억제할 수 있어 그 제어가 가능해진다. 특히 웨이퍼(200)의 온도를 650℃ 이하, 또한 600℃ 이하로 하는 것에 의해 표면 반응이 지배적이게 되고, 막 두께 균일성을 확보하기 쉬워져, 그 제어가 용이해진다.
따라서 웨이퍼(200)의 온도는 250℃ 내지 700℃, 바람직하게는 300℃ 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350℃ 내지 600℃의 범위 내의 온도로 하는 것이 좋다.
전술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 HCDS가스를 공급하는 것에 의해 웨이퍼(200)[표면의 하지막(下地膜)] 상에 제1층으로서 예컨대 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 Cl을 포함하는 Si함유층이 형성된다. 제1층은 HCDS가스의 흡착층이어도 좋고, Cl을 포함하는 Si층이어도 좋고, 그 양방을 포함해도 좋다.
Cl을 포함하는 Si층과는 Si에 의해 구성되고 Cl을 포함하는 연속적인 층 외에 불연속적인 층이나, 이들이 중첩되어 이루어지는 Cl을 포함하는 Si박막도 포함하는 총칭이다. Si에 의해 구성되고 Cl을 포함하는 연속적인 층을 Cl을 포함하는 Si박막이라고 부르는 경우도 있다. Cl을 포함하는 Si층을 구성하는 Si는 Cl과의 결합이 완전히 끊이지 않은 것 외에 Cl과의 결합이 완전히 끊긴 것도 포함한다.
HCDS가스의 흡착층은 HCDS가스의 가스 분자가 연속적인 화학 흡착층 외에 불연속적인 화학 흡착층도 포함한다. 즉 HCDS가스의 흡착층은 HCDS분자로 구성되는 1분자층 또는 1분자층 미만의 두께의 화학 흡착층을 포함한다. HCDS가스의 흡착층을 구성하는 HCDS분자는 Si와 Cl의 결합이 일부 끊긴 것도 포함한다.
여기서 1원자층 미만의 두께의 층이란 불연속적으로 형성되는 원자층을 의미하고, 1원자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 원자층을 의미한다. 1분자층 미만의 두께의 층이란 불연속적으로 형성되는 분자층을 의미하고, 1분자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 분자층을 의미한다.
HCDS가스가 자기분해(自己分解)(열분해)하는 조건 하, 즉 HCDS의 열분해 반응이 발생하는 조건 하에서는 웨이퍼(200) 상에 Si가 퇴적하는 것에 의해 Cl을 포함하는 Si층이 형성된다. HCDS가스가 자기분해(열분해)하지 않는 조건 하, 즉 HCDS의 열분해 반응이 발생하지 않는 조건 하에서는 웨이퍼(200) 상에 HCDS가스가 흡착하는 것에 의해 HCDS가스의 흡착층이 형성된다. 웨이퍼(200) 상에 HCDS가스의 흡착층을 형성하는 것보다 Cl을 포함하는 Si층을 형성하는 것이 성막 레이트를 더 높일 수 있어 바람직하다.
웨이퍼(200) 상에 형성되는 제1층의 두께가 수원자층을 초과하면, 후술하는 스텝2a에서의 개질의 작용이 제1층 전체에 전달되지 않는다. 또한 웨이퍼(200) 상에 형성 가능한 제1층의 두께의 최소값은 1원자층 미만이다. 따라서 제1층의 두께는 1원자층 미만 내지 수원자층 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한 제1층의 두께를 1원자층 이하, 즉 1원자층 또는 1원자층 미만으로 하는 것에 의해, 후술하는 스텝2a에서의 개질 반응의 작용을 상대적으로 높일 수 있어, 스텝2a에서의 개질 반응에 소요되는 시간을 단축할 수 있다. 스텝1a에서의 제1층 형성에 소요되는 시간도 단축할 수 있다. 결과적으로 1사이클당의 처리 시간을 단축할 수 있어, 토탈에서의 처리 시간을 단축하는 것도 가능해진다. 즉 성막 레이트를 높이는 것도 가능해진다. 또한 제1층의 두께를 1원자층 이하로 하는 것에 의해 막 두께 균일성의 제어성을 높이는 것도 가능해진다.
(잔류 가스 제거)
제1층이 형성된 후, 밸브(243a)를 닫고, HCDS가스의 공급을 정지한다. 이 때 APC밸브(244)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1층 형성에 기여한 후의 HCDS가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때 밸브(243g 내지 243j)는 연 상태로 하여 불활성 가스로서의 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1층 형성으로 기여한 후의 HCDS가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
이 때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 수행되는 스텝2a에서 악영향이 발생하지 않는다. 이 때 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양을 공급하는 것에 의해 스텝2a에서 악영향이 발생하지 않는 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 N2가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
원료 가스로서는 HCDS가스 외에 테트라클로로실란, 즉 실리콘테트라클로라이드(SiCl4, 약칭: STC) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3, 약칭: TCS) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2, 약칭: DCS) 가스, 모노클로로실란(SiH3Cl, 약칭: MCS) 가스 등의 클로로실란계 원료 가스를 이용해도 좋다. 또한 (에틸메틸아미노)실란(SiH3[N(CH3)(C2H5)]) 가스, (디메틸아미노)실란(SiH3[N(CH3)2]) 가스, (디에틸피페리디노)실란(SiH3[NC5H8(C2H5)2]) 가스, 비스(디에틸아미노)실란(SiH2[N(C2H5)2]2, 약칭: BDEAS) 가스, 비스(터셔리부틸아미노)실란(SiH2[NH(C4H9)]2, 약칭: BTBAS) 가스, 비스(디에틸피페리디노)실란(SiH2[NC5H8(C2H5)2]2, 약칭: BDEPS) 가스, 트리스(디에틸아미노)실란(SiH[N(C2H5)2]3, 약칭: 3DEAS) 가스, 트리스(디메틸아미노)실란(SiH[N(CH3)2]3, 약칭: 3DMAS) 가스, 테트라키스(디에틸아미노)실란(Si[N(C2H5)2]4, 약칭: 4DEAS) 가스, 테트라키스(디메틸아미노)실란(Si[N(CH3)2]4, 약칭: 4DMAS) 가스 등의 아미노실란계 원료 가스를 이용해도 좋다.
불활성 가스로서는 N2가스 외에 Ar가스, He가스, Ne가스, Xe가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
[스텝2a](HNCO가스 공급)
스텝1a가 종료되고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(243b)를 열고 가스 공급관(232b) 내에 HNCO가스를 흘린다. HNCO가스는 MFC(241b)에 의해 유량 조정되어 가스 공급공(250b)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때 웨이퍼(200)에 대하여 열로 활성화된 HNCO가스가 공급된다. 이 때 동시에 밸브(243h)를 열고 가스 공급관(232h) 내에 불활성 가스로서의 N2가스를 흘린다. N2가스는 MFC(241h)에 의해 유량 조정되어 HNCO가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때 노즐(249a, 249c, 249d), 버퍼실(237) 내로의 HNCO가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(243g, 243i, 243j)를 열고 가스 공급관(232g, 232i, 232j) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 가스 공급관(232a, 232c, 232d), 노즐(249a, 249c, 249d), 버퍼실(237)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때 APC밸브(244)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 13,300Pa, 바람직하게는 500Pa 내지 5,000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력을 이와 같은 비교적 높은 압력대로 하는 것에 의해 HNCO가스를 논 플라즈마로 열적으로 활성화시키는 것이 가능해진다. HNCO가스를 열로 활성화시켜서 공급하는 것에 의해 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, 후술하는 개질을 소프트하게 수행할 수 있다. MFC(241b)로 제어하는 HNCO가스의 공급 유량은 예컨대 1sccm 내지 2,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241g 내지 241j)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 각각 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 이 때 처리실(201) 내에서의 HNCO가스의 분압은 0.01Pa 내지 12,667Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 열로 활성화시킨 HNCO가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 1초 내지 120초, 바람직하게는 1초 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이 때의 히터(207)의 온도는 스텝1a와 같이 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 250℃ 내지 700℃, 바람직하게는 300℃ 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350℃ 내지 600℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다.
전술한 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 HNCO가스를 공급하는 것에 의해 스텝1a에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1층과 HNCO가스가 반응한다. 즉 제1층에 포함되는 할로겐 원소(할로겐기)의 원자인 Cl(클로로기)과, HNCO가스에 포함되는 리간드(H)를 반응시킬 수 있다. 이에 의해 HNCO의 H와 반응시킨 제1층의 Cl을 제1층으로부터 분리시키는[인발(引拔)하는] 것과 함께, 제1층의 Cl과 반응시킨 HNCO의 H를 HNCO로부터 분리시킬 수 있다. 그리고 H가 분리한 HNCO가스의 N과, 제1층에 포함되는 Si를 결합시킬 수 있다. 즉 HNCO가스를 구성하는 N이며 H가 제외되어 미결합수(댕글링 본드)를 가지게 된 N과, 제1층에 포함되어 미결합수를 가지게 된 Si, 또는 미결합수를 가지고 있었던 Si를 결합시켜서 Si-N결합을 형성하는 것이 가능해진다. 또한 이 때 HNCO가스에 포함되는 C와, 초기층에 포함되는 Si를 결합시켜서 Si-C결합을 형성하거나, HNCO가스에 포함되는 O와, 초기층에 포함되는 Si를 결합시켜서 Si-O결합을 형성하는 것이 가능해지는 경우도 있다.
이 일련의 반응에 의해 제1층 중으로부터 Cl이 탈리되는 것과 함께, 제1층 중에 N성분, C성분, O성분이 새로 취입(取入)되어, 제1층은 Si, O, C 및 N을 포함하는 제2층, 즉 실리콘 산탄질화층(SiOCN층)으로 변화한다(개질된다). 제2층은 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 층이 된다. 제2층은 예컨대 Si성분의 비율과 C성분의 비율이 비교적 많은 층, 즉 Si리치이며, 또한 C리치의 층이 된다.
제2층으로서의 SiOCN층을 형성할 때, 제1층에 포함되어 있었던 Cl이나, HNCO가스에 포함되어 있었던 H는 HNCO가스에 의한 제1층의 개질 반응의 과정에서 예컨대 염소(Cl2) 가스나 수소(H2) 가스나 염화수소(HCl) 가스 등의 가스상 물질을 구성하고, 배기관(231)을 개재하여 처리실(201) 내로부터 배출된다. 즉 제1층 중의 Cl 등의 불순물은 제1층 중으로부터 인발되거나 탈리되는 것에 의해 제1층으로부터 분리된다. 이에 의해 제2층은 제1층에 비해 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다.
(잔류 가스 제거)
제2층이 형성된 후, 밸브(243b)를 닫고, HNCO가스의 공급을 정지한다. 이 때 APC밸브(244)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2층 형성에 기여한 후의 HNCO가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때 밸브(243g 내지 243j)는 연 상태로 하여 불활성 가스로서의 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2층 형성으로 기여한 후의 HNCO가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
이 때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 수행되는 스텝1a에서 악영향이 발생하지 않는다. 이 때 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양을 공급하는 것에 의해 스텝1a에서 악영향이 발생하지 않는 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 N2가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
이소시아네이트계 가스로서는 HNCO가스 외에 메틸이소시아네이트(C2H3NO) 가스, 클로로메틸이소시아네이트(C2H2ClNO) 가스, 이소시아네이트 초산 메틸(C4H5NO3) 가스, (이소시아네이트메틸) 카르밤산 메틸(C4H6N2O3) 가스, (이소시아네이트메틸) 포스폰산 디에틸(C6H12NO4P) 가스 등의 메틸계 이소시아네이트 가스나, 에틸이소시아네이트(C3H5NO) 가스, 2-클로로에틸이소시아네이트(C3H4ClNO) 가스, 이소시아네이트 초산 에틸(C5H7NO3) 가스 등의 에틸계 이소시아네이트 가스나, 프로필이소시아네이트(C4H7NO) 가스, (3-클로로프로필)이소시아네이트(C4H6ClNO) 가스, 1,1-디메틸프로필이소시아네이트(C6H11NO) 가스, 3-(트리에톡시시릴)프로필이소시아네이트(C10H21NO4Si) 가스 등의 프로필계 이소시아네이트 가스나, 부틸이소시아네이트(C5H9NO) 가스, Tert-부틸이소시아네이트(C5H9NO) 가스, 이소시안산 n-부틸(C5H9NO) 가스 등의 부틸계 이소시아네이트 가스 등을 바람직하게 이용할 수 있다. 이와 같이 이소시아네이트계 가스로서는 그 조성식 중(1분자 중), 즉 그 화학 구조식 중에 -N=C=O라는 부분 구조를 가지는 가스라면 좋고, 리간드로서 메틸기나 에틸기나 부틸기 등의 알킬기를 포함하는 유기계의 가스이어도 바람직하게 이용할 수 있다.
불활성 가스로서는 N2가스 외에 Ar가스, He가스, Ne가스, Xe가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
(소정 횟수 실시)
전술한 스텝1a 및 스텝2a를 1사이클로 하여, 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 것에 의해, 즉 스텝1a 및 스텝2a를 교호적으로 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiOCN막을 형성할 수 있다. 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 즉 1사이클당 형성하는 SiOCN층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하여 전술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
이 때 각 스텝에서의 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어하는 것에 의해 SiOCN층에서의 각 원소 성분, 즉 Si성분, O성분, C성분, N성분의 비율, 즉 Si농도, O농도, C농도, N농도를 미조정할 수 있어, SiOCN막의 조성비를 보다 치밀하게 제어할 수 있다.
사이클을 복수 회 수행하는 경우, 적어도 2사이클째 이후의 각 스텝에서 「웨이퍼(200)에 대하여 소정의 가스를 공급한다」고 기재한 부분은 「웨이퍼(200) 상에 형성되는 층에 대하여, 즉 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」는 것을 의미하고, 「웨이퍼(200) 상에 소정의 층을 형성한다」고 기재한 부분은 「웨이퍼(200) 상에 형성되는 층 상, 즉 적층체로서의 웨이퍼(200)의 최표면 상에 소정의 층을 형성한다」는 것을 의미한다. 이 점은 전술한 바와 같다. 이 점은 후술하는 각 변형예, 다른 실시 형태에서도 마찬가지이다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
소정 조성 및 소정 막 두께의 SiOCN막을 형성하는 성막 처리가 이루어지면, 밸브(243g 내지 243j)를 열고 가스 공급관(232g 내지 232j)의 각각으로부터 불활성 가스로서의 N2가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되어(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
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 언로드)된다. 그 후, 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)에 의해 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 갖는다.
(a) 본 실시 형태에 의하면, 웨이퍼(200)에 대하여 소정 원소를 포함하는 원료 가스로서 예컨대 클로로실란 원료계 가스인 HCDS가스를 공급하는 공정과, 웨이퍼(200)에 대하여 N, C 및 O를 포함하는 반응 가스로서 예컨대 이소시아네이트계 가스인 HNCO가스를 공급하는 공정을 교호적으로 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막을 형성할 수 있다. 이에 의해 SiOCN막을 형성할 때의 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다. 즉 종래의 성막 시퀀스에서는 SiOCN막을 형성할 때에 Si를 포함하는 가스, O를 포함하는 가스, C를 포함하는 가스, N을 포함하는 가스의 4종류의 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 교호적으로 공급할 필요가 있다. 이에 대하여 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는 HCDS가스, HNCO가스의 2종류의 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 교호적으로 공급하는 것에 의해 SiOCN막을 형성할 수 있다. 이에 의해 가스의 공급 제어를 단순화할 수 있고, 1사이클당의 가스 공급의 공정수도 삭감할 수 있어, 성막 시의 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한 성막에 필요한 가스의 종류가 적어지는 것에 의해 가스 공급계의 구성을 간소화시켜 노즐의 개수를 저감할 수 있고, 이에 의해 장치 비용을 저감시켜 메인터넌스를 용이하게 하는 것이 가능해진다.
(b) 본 실시 형태에 의하면, 웨이퍼(200)에 대하여 소정 원소를 포함하는 원료 가스로서 예컨대 클로로실란계 가스인 HCDS가스를 공급하는 공정과, 웨이퍼(200)에 대하여 N, C 및 O를 포함하는 반응 가스로서 예컨대 이소시아네이트계 가스인 HNCO가스를 공급하는 공정을 교호적으로 소정 횟수 수행하였기 때문에, 웨이퍼(200) 상에 Si리치이며, 또한 C리치인 SiOCN막을 형성할 수 있다. 즉 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는 Si를 포함하는 가스, O를 포함하는 가스, C를 포함하는 가스, N을 포함하는 가스의 4종류의 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 교호적으로 공급하는 성막 시퀀스와 비교해서 SiOCN막을 형성하는 과정에서 웨이퍼(200) 상으로의 Si 및 C의 고정을 충분히 수행할 수 있고, 또한 이들의 원소의 웨이퍼(200) 상으로부터의 탈리를 충분히 억제할 수 있어, 결과적으로 C농도가 높은 SiOCN막을 형성할 수 있다.
(c) 본 실시 형태에 의하면, 반응 가스를 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력을 제어하는 것에 의해 SiOCN막 중의 C농도 등을 미조정하는 것이 가능해진다. 예컨대 스텝2a에서 HNCO가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력을 스텝1a에서 HCDS가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력보다 크게 하는 것에 의해 SiOCN막 중의 C농도를 한층 더 높일 수 있다. 또한 예컨대 스텝2a에서 HNCO가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력을 스텝1a에서 HCDS가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급할 때의 처리실(201) 내의 압력 이하의 압력으로 설정하는 것에 의해 SiOCN막 중의 C농도의 증가량을 적절하게 억제할 수 있다.
(d) 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 의하면, 스텝2a에서 제1층과, N, C 및 O를 포함하는 반응 가스로서 예컨대 이소시아네이트계 가스인 HNCO가스를 반응시키는 것에 의해, 제1층 중으로부터 Cl 등의 불순물을 인발하거나 탈리시킬 수 있다. 결과적으로 SiOCN막 중의 불순물 농도를 저감시킬 수 있어, SiOCN막의 HF에 대한 내성을 한층 더 향상시키는 것이 가능해진다.
(e) 본 실시 형태에 의하면, 반응 가스로서 N, C, O 및 H의 4원소로 구성되고 Si 및 금속 비함유의 이소시아네이트계 가스인 HNCO가스를 이용하는 것에 의해 형성하는 SiOCN막 중의 불순물 농도를 저감시키는 것이 가능해진다. 즉 반응 가스로서 HNCO가스를 이용하는 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는 반응 가스로서 예컨대 하프늄(Hf), C, N 및 H의 4원소로 구성되는 테트라키스에틸메틸아미노하프늄(Hf[N(C2H5)(CH3)]4, 약칭: TEMAH) 가스 등을 이용하는 성막 시퀀스와 비교해서 반응 가스와 제1층의 반응에 의해 형성되는 제2층 중으로의 불순물 원소의 혼입 확률을 저감시킬 수 있어, 형성하는 SiOCN막 중의 불순물 농도를 저감시키는 것이 가능해진다.
(f) 본 실시 형태에 의하면, 반응 가스로서 N, C, O 및 H의 4원소로 구성되고 Si 및 금속 비함유의 이소시아네이트계 가스인 HNCO가스를 이용하는 것에 의해, 또한 HCDS가스와 HNCO가스를 웨이퍼(200)에 대하여 교호적으로 공급하는 성막 시퀀스를 채택하는 것에 의해, SiOCN막을 형성할 때의 반응 제어성, 특히 조성 제어성을 향상시키는 것이 가능해진다. 즉 반응 가스로서 HNCO가스를 이용하는 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는 반응 가스로서 예컨대 Hf, C, N 및 H의 4원소로 구성되는 TEMAH가스 등을 이용하는 성막 시퀀스와 비교해서 반응 가스와 제1층을 반응시켜서 제2층을 형성할 때의 반응 제어성, 특히 조성 제어성을 향상시킬 수 있다. 또한 HCDS가스, HNCO가스의 2종류의 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 교호적으로 공급하는 본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는 Si를 포함하는 가스, O를 포함하는 가스, C를 포함하는 가스, N을 포함하는 가스의 4종류의 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 교호적으로 공급하는 성막 시퀀스와 비교해서 SiOCN막을 형성하는 과정에서의 반응 제어성, 특히 조성 제어성을 향상시킬 수 있다. 이에 의해 SiOCN막의 조성 제어를 용이하게 수행할 수 있어, 그 결과, 형성하는 SiOCN막의 에칭 내성을 향상시키거나, 유전율을 조정하는 것이 가능해진다.
(g) 본 실시 형태에 의하면, 반응 가스로서 이소시아네이트계 가스인 HNCO가스를 이용하는 것에 의해 SiOCN막의 웨이퍼(200) 면내(面內) 및 웨이퍼(200) 면간(面間)에서의 막 두께 균일성을 각각 향상시킬 수 있다. 즉 -N=C=O라는 부분 구조를 가지는 이소시아네이트계 가스는 예컨대 Hf, C, N 및 H의 4원소로 구성되는 TEMAH가스 등과 비교해서 제1층에 대하여 높은 반응성을 포함하기 때문에, 반응 가스로서 HNCO가스를 이용하는 본 실시 형태의 성막 시퀀스는 반응 가스와 제1층의 반응을 웨이퍼(200) 면내 및 웨이퍼(200) 면간에 걸쳐서 확실하게 또한 균일하게 수행할 수 있다. 그 결과, SiOCN막의 웨이퍼(200) 면내 및 웨이퍼(200) 면간에서의 막 두께 균일성을 각각 향상시키는 것이 가능해진다.
이들의 작용 효과는 소정 원소를 포함하는 원료 가스로서 HCDS가스 이외의 전술한 다른 클로로실란계 원료 가스를 이용하는 경우나, 전술한 아미노실란계 원료 가스를 이용하는 경우에도 마찬가지로 가질 수 있다. 또한 이들의 작용 효과는 N, C 및 O를 포함하는 반응 가스로서 HNCO가스 이외가 전술한 다른 이소시아네이트계 가스를 이용하는 경우에도 마찬가지로 가질 수 있다.
(변형예)
도 4, 도 5의 (a)에 도시한 전술한 성막 시퀀스에서는 스텝1a 및 스텝2a를 교호적으로 수행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 예에 대하여 설명하였다. 단, 본 실시 형태는 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 스텝1a 및 스텝2a를 동시에 수행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행해도 좋다. 도 5의 (b)는 스텝1a 및 스텝2a를 동시에 수행하는 사이클을 복수 회(n회) 수행하는 예를 도시하고, 도 5의 (c)는 스텝1a 및 스텝2a를 동시에 수행하는 사이클을 1회 수행하는 예를 도시한다. 도 5의 (b)에 도시하는 성막 시퀀스에서는 주로 사이클의 실시 횟수를 조정하는 것에 의해, 또한 도 5의 (c)에 도시하는 성막 시퀀스에서는 주로 사이클의 실시 시간(가스 공급 시간)을 조정하는 것에 의해, SiOCN막의 막 두께를 제어할 수 있다. 이 경우의 처리 조건도 도 4, 도 5의 (a)에 도시한 전술의 성막 시퀀스에서의 처리 조건과 마찬가지의 처리 조건으로 하면 좋다.
HCDS가스와 HNCO가스를 동시에 공급해도 전술한 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다. 단, 전술한 실시 형태와 같이, HCDS가스의 공급과 HNCO가스의 공급을 그들의 사이에 처리실(201) 내의 퍼지를 개재하여 교호적으로 수행하는 것이 HCDS가스와 HNCO가스를 표면 반응이 지배적인 조건 하에서 적절하게 반응시킬 수 있고, 막 두께 제어의 제어성을 높일 수 있어 바람직하다.
<본 발명의 제2 실시 형태>
다음으로 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.
전술한 제1 실시 형태에서는 스텝1a 및 스텝2a를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 기판 상에 SiOCN막을 형성하는 예에 대하여 설명하였다. 본 실시 형태에서는 전술한 스텝1a 및 스텝2a와 마찬가지로 수행하는 스텝1b 및 스텝2b와 더불어 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 스텝3b를 더 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 기판 상에 SiOCN막, SiON막 또는 SiOC막을 형성하는 예에 대하여 설명한다.
(제1 시퀀스)
우선 본 실시 형태의 제1 시퀀스에 대하여 도 6, 도 8의 (a)를 이용하여 설명한다.
본 실시 형태의 제1 시퀀스에서는 웨이퍼(200)에 대하여 Si를 포함하는 원료 가스로서 클로로실란계 원료 가스(HCDS가스)를 공급하는 공정; 웨이퍼(200)에 대하여 N, C 및 O를 포함하는 반응 가스로서 이소시아네이트계 가스(HNCO가스)를 공급하는 공정; 및 웨이퍼(200)에 대하여 산화 가스(O2가스)를 공급하는 공정;을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막, SiON막 또는 SiOC막을 형성한다.
본 시퀀스와 제1 실시 형태의 성막 시퀀스의 차이점은 스텝1a 및 스텝2a와 마찬가지로 수행하는 스텝1b 및 스텝2b와 더불어 스텝3b를 더 포함하는 점뿐이며, 그 외는 제1 실시 형태의 성막 시퀀스와 마찬가지이다. 이하, 본 실시 형태의 스텝3b에 대하여 설명한다.
[스텝3b](O2가스 공급)
스텝2b가 종료되고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(243c)를 열고 가스 공급관(232c) 내에 O2가스를 흘린다. O2가스는 MFC(241c)에 의해 유량 조정되어 가스 공급공(250c)으로부터 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이 때 봉 형상 전극(269, 270) 사이에 고주파 전력을 인가하지 않는 것에 의해 버퍼실(237) 내에 공급된 O2가스는 열로 활성화되어 가스 공급공(250e)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때 웨이퍼(200)에 대하여 열로 활성화된 O2가스가 공급된다. 이 때 동시에 밸브(243i)를 열고 가스 공급관(232i) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 O2가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때 노즐(249a, 249b, 249d) 내로의 O2가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(243g, 243h, 243j)를 열고 가스 공급관(232g, 232h, 232j) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 가스 공급관(232a, 232b, 232d), 노즐(249a, 249b, 249d)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때 APC밸브(244)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 3,000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력을 이와 같은 비교적 높은 압력대로 하는 것에 의해 O2가스를 논 플라즈마로 열적으로 활성화시키는 것이 가능해진다. O2가스는 열로 활성화시켜서 공급하는 것이 비교적 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어 후술하는 산화를 비교적 소프트하게 수행할 수 있다. 처리실(201) 내에서의 O2가스의 분압은 예컨대 0.01Pa 내지 2,970Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(241c)로 제어하는 O2가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241g 내지 241j)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 각각 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 열로 활성화시킨 O2가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 1초 내지 120초, 바람직하게는 1초 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이 때의 히터(207)의 온도는 스텝1b 및 스텝2b와 마찬가지로 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 250℃ 내지 700℃, 바람직하게는 300℃ 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350℃ 내지 600℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다.
이 때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 처리실(201) 내의 압력을 높이는 것에 의해 열적으로 활성화된 O2가스이며, 처리실(201) 내에는 HCDS가스도 HNCO가스도 흘리지 않는다. 따라서 O2가스는 기상 반응을 일으키지 않고, 활성화된 O2가스는 스텝2b에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제2층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해 제2층은 산화되어 Si, O, C 및 N을 포함하는 제3층(SiOCN층), Si, O 및 N을 포함하는 제3층(SiON층), 또는 Si, O 및 C를 포함하는 제3층(SiOC층)으로 변화한다(개질된다). 제3층은 예컨대 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 층이 된다.
O2가스를 열로 활성화시켜서 처리실(201) 내에 흘리는 것에 의해 제2층을 열 산화하여 제3층으로 개질(변화)시킬 수 있다. 이 때 제2층에 O성분을 부가하면서 제2층에서의 C성분이나 N성분의 적어도 일부를 탈리시키는(인발하는) 것에 의해 제2층을 제3층으로 개질시킨다. 이 때 O2가스에 의한 열 산화의 작용에 의해 제2층에서의 Si-O결합이 증가하는 한편, Si-C결합, Si-N결합, Si-Si결합은 감소하고, 제2층에서의 C성분, N성분, Si성분의 비율은 각각 감소한다. 특히 C성분이나 N성분에 대해서는 그 대부분을 탈리시키는 것에 의해 불순물 수준에까지 감소시킬 수 있다. 예컨대 제2층에서의 C성분의 비율을 불순물 수준에까지 감소시키도록 개질을 수행하는 것에 의해 제2층을 SiON층으로 변화시킬 수 있다. 또한 예컨대 제2층에서의 N성분의 비율을 불순물 수준에까지 감소시키도록 개질을 수행하는 것에 의해 제2층을 SiOC층으로 변화시킬 수 있다. 또한 예컨대 제2층에서의 C성분 및 N성분의 비율을 불순물 수준에까지 감소시키기 전에 개질을 정지하는 것에 의해 제2층을 제2층보다 C성분 및 N성분의 비율이 적은 SiOCN층으로 변화시킬 수 있다. 즉 O농도를 증가시키는 방향으로, 또한 C농도, N농도, Si농도를 감소시키는 방향으로 조성비를 변화시키면서 제2층을 제3층으로 개질시킬 수 있다. 또한 이 때 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어하는 것에 의해 제3층에서의 O성분의 비율, 즉 O농도를 미조정할 수 있어, 제3층의 조성비를 보다 치밀하게 제어할 수 있다.
이 때 제2층의 산화 반응은 포화시키지 않는 것이 바람직하다. 예컨대 스텝1b 및 스텝2b에서 1원자층 미만 내지 수원자층의 두께의 제2층을 형성한 경우에는 그 제2층의 일부를 산화시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 1원자층 미만 내지 수원자층의 두께의 제2층 전체를 산화시키지 않도록 제2층의 산화 반응이 불포화가 되는 조건 하에서 산화를 수행한다.
제2층의 산화 반응을 불포화로 하기 위해서는 스텝3b에서의 처리 조건을 전술한 처리 조건으로 하면 좋다. 또한 스텝3b에서의 처리 조건을 다음 처리 조건으로 하는 것에 의해 제2층의 산화 반응을 불포화로 하는 것이 용이해진다.
웨이퍼 온도: 500℃ 내지 650℃
처리실 내 압력: 133Pa 내지 2,666Pa
O2가스 분압: 33Pa 내지 2,515Pa
O2가스 공급 유량: 1,000sccm 내지 5,000sccm
N2가스 공급 유량: 300sccm 내지 3,000sccm
O2가스 공급 시간: 6초 내지 60초
(잔류 가스 제거)
제3층이 형성된 후, 밸브(243c)를 닫고, O2가스의 공급을 정지한다. 이 때 APC밸브(244)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제3층 형성에 기여한 후의 O2가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때 밸브(243g 내지 243j)는 연 상태로 하여 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제3층 형성으로 기여한 후의 O2가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
이 때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다. 리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 수행되는 스텝1b에서 악영향이 발생하지 않는다. 이 때 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양을 공급하는 것에 의해 스텝1b에서 악영향이 발생하지 않는 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 N2가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
산화 가스(산소 함유 가스)로서는 O2가스 외에 아산화질소(N2O) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 오존(O3) 가스, 수소(H2) 가스+산소(O2) 가스, H2가스+O3가스, 수증기(H2O) 가스, 일산화탄소(CO) 가스, 이산화탄소(CO2) 가스 등을 이용해도 좋다. 불활성 가스로서는 N2가스 외에 Ar가스, He가스, Ne가스, Xe가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
(소정 횟수 실시)
전술한 스텝1b 내지 스텝3b를 1사이클로 하여, 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiOCN막, SiON막 또는 SiOC막을 성막할 수 있다. 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 즉 1사이클당 형성하는 SiOCN층, SiON층 또는 SiOC층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하여 전술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
(제2 시퀀스)
다음으로 본 실시 형태의 제2 시퀀스에 대하여 도 7, 도 8의 (b)를 이용하여 설명한다.
본 실시 형태의 제2 시퀀스에서는 웨이퍼(200)에 대하여 Si를 포함하는 원료 가스로서 클로로실란계 원료 가스(HCDS가스)를 공급하는 공정과, 웨이퍼(200)에 대하여 N, C 및 O를 포함하는 반응 가스로서 이소시아네이트계 가스(HNCO가스)를 공급하는 공정을 교호적으로 소정 횟수 수행하는 공정; 및 웨이퍼(200)에 대하여 산화 가스(O2가스)를 공급하는 공정;을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막, SiON막 또는 SiOC막을 형성한다.
도 8의 (b)는 전술한 스텝1b 및 스텝2b를 1세트로 하여 이 세트를 2회 수행한 후, 스텝3b를 수행하고, 이를 1사이클로 하여, 이 사이클을 n회 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiOCN막, SiON막 또는 SiOC막을 성막하는 예를 도시한다. 본 시퀀스와 제1 시퀀스의 차이점은 전술한 스텝1b 및 스텝2b를 1세트로 하여 이 세트를 복수 회 반복한 후, 스텝3b를 수행하는 점뿐이며, 그 외는 제1 시퀀스와 마찬가지로 수행할 수 있다. 또한 본 시퀀스에서의 처리 조건도 전술한 제1 시퀀스와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
(본 실시 형태에 따른 효과)
본 실시 형태의 성막 시퀀스에 의하면, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 갖는다. 또한 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 의하면, 웨이퍼(200)에 대하여 산화 가스로서 예컨대 O2가스를 공급하는 스텝3b를 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 제1 실시 형태에서 형성하는 SiOCN막보다 O성분이 많고 C성분이나 N성분이 적은 SiOCN막을 형성하는 것이 가능해진다. 또한 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 의하면, C성분이나 N성분의 비율을 불순물 수준에까지 감소시키는 것에 의해 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에서는 형성할 수 없는 SiON막이나 SiOCN막을 형성하는 것도 가능해진다. 또한 SiOCN막, SiON막 또는 SiOC막의 조성비를 전술과 같이 미조정하는 것이 가능해진다. 이들의 작용 효과는 산화 가스로서 O2가스 이외의 전술한 다른 산소 함유 가스를 이용하는 경우에도 마찬가지로 가질 수 있다.
<본 발명의 제3 실시 형태>
다음으로 본 발명의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다.
전술한 제1 실시 형태에서는 스텝1a 및 스텝2a를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 기판 상에 SiOCN막을 형성하는 예에 대하여 설명하였다. 본 실시 형태에서는 전술한 스텝1a 및 스텝2a와 마찬가지로 수행하는 스텝1c 및 스텝2c와 더불어 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 스텝3c를 더 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 기판 상에 SiOCN막 또는 SiON막을 형성하는 예에 대하여 설명한다.
(제1 시퀀스)
우선 본 실시 형태의 제1 시퀀스에 대하여 도 9, 도 10을 이용하여 설명한다.
본 실시 형태의 제1 시퀀스에서는 웨이퍼(200)에 대하여 Si를 포함하는 원료 가스로서 클로로실란계 원료 가스(HCDS가스)를 공급하는 공정; 웨이퍼(200)에 대하여 N, C 및 O를 포함하는 반응 가스로서 이소시아네이트계 가스(HNCO가스)를 공급하는 공정; 및 웨이퍼(200)에 대하여 질화 가스(NH3가스)를 공급하는 공정;을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막 또는 SiON막을 형성한다.
본 시퀀스와 제1 실시 형태의 성막 시퀀스의 차이점은 스텝1a 및 스텝2a와 마찬가지로 수행하는 스텝1c 및 스텝2c와 더불어 스텝3c를 더 포함하는 점뿐이며, 그 외는 제1 실시 형태의 성막 시퀀스와 마찬가지이다. 이하, 본 실시 형태의 스텝3c에 대하여 설명한다.
[스텝3c](NH3가스 공급)
스텝2c가 종료되고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(243e)를 열고 가스 공급관(232e) 내에 NH3가스를 흘린다. NH3가스는 MFC(241e)에 의해 유량 조정되어 가스 공급관(232c) 내를 흐르고, 가스 공급공(250c)으로부터 버퍼실(237) 내에 공급된다. 이 때 봉 형상 전극(269, 270) 사이에 고주파 전력을 인가하지 않는 것에 의해 버퍼실(237) 내에 공급된 NH3가스는 열로 활성화되어, 가스 공급공(250e)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다[도 10의 (a) 참조] 또한 이 때 봉 형상 전극(269, 270) 사이에 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 개재하여 고주파 전력을 인가하는 것에 의해 버퍼실(237) 내에 공급된 NH3가스는 플라즈마 여기되어, 활성종으로서 가스 공급공(250e)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다[도 10의 (b) 참조]. 이 때 웨이퍼(200)에 대하여 열 또는 플라즈마로 활성화된 NH3가스가 공급된다. 이 때 동시에 밸브(243i)를 열고 가스 공급관(232i) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 NH3가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때 노즐(249a, 249b, 249d) 내로의 NH3가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(243g, 243h, 243j)를 열고 가스 공급관(232g, 232h, 232j) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 가스 공급관(232a, 232b, 232d), 노즐(249a, 249b, 249d)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
NH3가스를 플라즈마 여기하지 않고 열로 활성화시켜서 흘릴 때에는 APC밸브(244)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 3,000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력을 이와 같은 비교적 높은 압력대로 하는 것에 의해 NH3가스를 논 플라즈마로 열적으로 활성화시키는 것이 가능해진다. NH3가스는 열로 활성화시켜서 공급하는 것이 비교적 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어, 후술하는 질화를 비교적 소프트하게 수행할 수 있다. 처리실(201) 내에서의 NH3가스의 분압은 예컨대 0.01Pa 내지 2,970Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(241e)로 제어하는 NH3가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241g 내지 241j)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 각각 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 열로 활성화시킨 NH3가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 1초 내지 120초, 바람직하게는 1초 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이 때의 히터(207)의 온도는 스텝1c 및 스텝2c와 마찬가지로 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 250℃ 내지 700℃, 바람직하게는 300℃ 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350℃ 내지 600℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다.
NH3가스를 플라즈마 여기하는 것에 의해 활성종으로서 흘릴 때에는 APC밸브(244)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 100Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내에서의 NH3가스의 분압은 예컨대 0.01Pa 내지 100Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(241e)로 제어하는 NH3가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241g 내지 241j)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 각각 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. NH3가스를 플라즈마 여기하는 것에 의해 얻어진 활성종을 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 1초 내지 120초, 바람직하게는 1초 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이 때의 히터(207)의 온도는 스텝1c 및 스텝2c와 마찬가지로 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 250℃ 내지 700℃, 바람직하게는 300℃ 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350℃ 내지 600℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다. 고주파 전원(273)으로부터 봉 형상 전극(269, 270) 사이에 인가하는 고주파 전력은 예컨대 50W 내지 1,000W의 범위 내의 전력이 되도록 설정한다.
이 때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 처리실(201) 내의 압력을 높이는 것에 의해 열적으로 활성화된 NH3가스, 또는 NH3가스를 플라즈마 여기하는 것에 의해 얻어진 활성종이며, 처리실(201) 내에는 HCDS가스도 HNCO가스도 흘리지 않는다. 따라서 NH3가스는 기상 반응을 일으키지 않고, 활성화된 또는 활성종이 된 NH3가스는 스텝2c에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제2층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해 제2층은 질화되어 Si, O, C 및 N을 포함하는 제3층(SiOCN층), 또는 Si, O 및 N을 포함하는 제3층(SiON층)으로 개질된다. 제3층은 예컨대 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 층이 된다.
제3층을 형성하는 공정에서는 질화 가스에 의해 제2층을 질화시키는 것에 의해 제2층을 개질한다. 즉 제2층의 질화에 의해 제2층에 N을 더 공급한다. 또한 제2층의 질화에 의해 제2층에 포함되는 C의 적어도 일부를 제2층으로부터 분리시킨다(인발한다). 즉 제3층의 N농도는 제2층의 N농도보다 높아지고, 제3층의 C농도는 제2층의 C농도보다 낮아진다.
도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이 NH3가스를 열로 활성화시켜서 처리실(201) 내에 흘리는 것에 의해 제2층을 열 질화하여 제3층으로 개질(변화)시킬 수 있다. 이 때 제2층에서의 N성분의 비율을 증가시키면서 활성화된 NH3가스의 에너지에 의해 제2층에서의 C성분의 적어도 일부를 탈리시키는(인발하는) 것에 의해 제2층을 제3층으로 개질시킨다. 이 때 NH3가스에 의한 열 질화의 작용에 의해 제2층에서의 Si-N결합이 증가하는 한편, Si-C결합, Si-O결합, Si-Si결합은 감소하고, 제2층에서의 C성분, O성분, Si성분의 비율은 각각 감소한다. 특히 C성분에 대해서는 그 대부분을 탈리시키는 것에 의해 불순물 수준에까지 감소시킬 수 있다. 예컨대 제2층에서의 C성분의 비율을 불순물 수준에까지 감소시키도록 개질을 수행하는 것에 의해 제2층을 SiON층으로 변화시킬 수 있다. 또한 예컨대 제2층에서의 C성분의 비율을 불순물 수준에까지 감소시키기 전에 개질을 정지하는 것에 의해 제2층을 제2층보다 C성분의 비율이 적은 SiOCN층으로 변화시킬 수 있다. 즉 N농도를 증가시키는 방향으로, 또한 C농도, O농도, Si농도를 감소시키는 방향으로 조성비를 변화시키면서 제2층을 제3층으로 개질시킬 수 있다. 또한 이 때 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어하는 것에 의해 제3층에서의 N성분의 비율, 즉 N농도를 미조정할 수 있어, 제3층의 조성비를 보다 치밀하게 제어할 수 있다.
또한 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이 NH3가스를 플라즈마 여기하는 것에 의해 얻어진 활성종을 처리실(201) 내에 흘리는 것에 의해 제2층을 플라즈마 질화하여 제3층으로 개질(변화)시킬 수 있다. 이 때 제2층에서의 N성분의 비율을 증가시키면서 활성종의 에너지에 의해 제2층에서의 C성분의 적어도 일부를 탈리시키는(인발하는) 것에 의해 제2층을 제3층으로 개질(변화)시킨다. 이 때 NH3가스에 의한 플라즈마 질화의 작용에 의해 제2층에서의 Si-N결합이 증가하는 한편, Si-C결합, Si-O결합, Si-Si결합은 감소하고, 제2층에서의 C성분, O성분, Si성분의 비율은 각각 감소한다. 특히 C성분에 대해서는 그 대부분을 탈리시키는 것에 의해 불순물 수준에까지 감소시키거나 실질적으로 소멸시킬 수 있다. 예컨대 제2층에서의 C성분의 비율을 불순물 수준에까지 감소시키거나, 실질적으로 소멸시킬 때까지 개질을 수행하는 것에 의해 제2층을 SiON층으로 변화시킬 수 있다. 또한 예컨대 제2층에서의 C성분의 비율을 불순물 수준에까지 감소시키기 전에 개질을 정지하는 것에 의해 제2층을 제2층보다 C성분의 비율이 적은 SiOCN층으로 변화시킬 수 있다. 즉 N농도를 증가시키는 방향으로, 또한 C농도, O농도, Si농도를 감소시키는 방향으로 조성비를 변화시키면서 제2층을 제3층으로 개질시킬 수 있다. 또한 이 때 처리실(201) 내의 압력이나 가스 공급 시간 등의 처리 조건을 제어하는 것에 의해 제3층에서의 N성분의 비율, 즉 N농도를 미조정할 수 있어, 제3층의 조성비를 보다 치밀하게 제어할 수 있다.
이 때 제2층의 질화 반응은 포화시키지 않는 것이 바람직하다. 예컨대 스텝1c 및 스텝2c에서 1원자층 미만 내지 수원자층의 두께의 제2층을 형성한 경우에는 그 제2층의 일부를 질화시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 1원자층 미만 내지 수원자층의 두께의 제2층 전체를 질화시키지 않도록 제2층의 질화 반응이 불포화가 되는 조건 하에서 질화를 수행한다.
제2층의 질화 반응을 불포화로 하기 위해서는 스텝3c에서의 처리 조건을 전술한 처리 조건으로 하면 좋다. 또한 스텝3c에서의 처리 조건을 다음 처리 조건으로 하는 것에 의해 제2층의 질화 반응을 불포화로 하는 것이 용이해진다.
〔NH3가스를 열로 활성화시켜서 흘릴 때〕
웨이퍼 온도: 500℃ 내지 650℃
처리실 내 압력: 133Pa 내지 2,666Pa
NH3가스 분압: 33Pa 내지 2,515Pa
NH3가스 공급 유량: 1,000sccm 내지 5,000sccm
N2가스 공급 유량: 300sccm 내지 3,000sccm
NH3가스 공급 시간: 6초 내지 60초
〔NH3가스를 플라즈마로 활성화시켜서 흘릴 때〕
웨이퍼 온도: 500℃ 내지 650℃
처리실 내 압력: 33Pa 내지 80Pa
NH3가스 분압: 17Pa 내지 75Pa
NH3가스 공급 유량: 1,000sccm 내지 5,000sccm
N2가스 공급 유량: 300sccm 내지 1,000sccm
NH3가스 공급 시간: 6초 내지 60초
(잔류 가스 제거)
제3층이 형성된 후, 밸브(243e)를 닫고, NH3가스의 공급을 정지한다. 이 때 APC밸브(244)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제3층 형성에 기여한 후의 NH3가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때 밸브(243g 내지 243j)는 연 상태로 하여 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제3층 형성으로 기여한 후의 NH3가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
이 때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 수행되는 스텝1c에서 악영향이 발생하지 않는다. 이 때 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양을 공급하는 것에 의해 스텝1c에서 악영향이 발생하지 않는 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 N2가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
질화 가스(질소 함유 가스)로서는 NH3가스 외에 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8가스, 이들의 화합물을 포함하는 가스 등을 이용해도 좋다. 불활성 가스로서는 N2가스 외에 Ar가스, He가스, Ne가스, Xe가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
(소정 횟수 실시)
전술한 스텝1c 내지 스텝3c를 1사이클로 하여, 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiOCN막 또는 SiON막을 성막할 수 있다. 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 즉 1사이클당 형성하는 SiOCN층 또는 SiON층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하여 전술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
(제2 시퀀스)
다음으로 본 실시 형태의 제2 시퀀스에 대하여 도 11, 도 12를 이용하여 설명한다.
본 실시 형태의 제2 시퀀스에서는 웨이퍼(200)에 대하여 Si를 포함하는 원료 가스로서 클로로실란계 원료 가스(HCDS가스)를 공급하는 공정과, 웨이퍼(200)에 대하여 N, C 및 O를 포함하는 반응 가스로서 이소시아네이트계 가스(HNCO가스)를 공급하는 공정을 교호적으로 소정 횟수 수행하는 공정; 및 웨이퍼(200)에 대하여 질화 가스(NH3가스)를 공급하는 공정;을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막 또는 SiON막을 형성한다.
도 12는 전술한 스텝1c 및 스텝2c를 1세트로 하여 이 세트를 2회 수행한 후, 스텝3c를 수행하고, 이를 1사이클로 하여, 이 사이클을 n회 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiOCN막 또는 SiON막을 성막하는 예를 도시한다. 본 시퀀스와 제1 시퀀스의 차이점은 전술한 스텝1c 및 스텝2c를 1세트로 하여 이 세트를 복수 회 반복한 후, 스텝3c를 수행하는 점뿐이며, 그 외는 제1 시퀀스와 마찬가지로 수행할 수 있다. 또한 본 시퀀스에서의 처리 조건도 전술한 제1 시퀀스와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
(본 실시 형태에 따른 효과)
본 실시 형태의 성막 시퀀스에 의하면, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 갖는다. 또한 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 의하면, 웨이퍼(200)에 대하여 질화 가스로서 예컨대 NH3가스를 공급하는 스텝3c를 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 제1 실시 형태에서 형성하는 SiOCN막보다 N성분이 많고 C성분이 적은 SiOCN막을 형성하는 것이 가능해진다. 또한 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 의하면, C성분의 비율을 감소시키거나, 실질적으로 소멸시키는 것에 의해 제1 실시 형태의 성막 시퀀스에서는 형성할 수 없는 SiON막을 형성하는 것도 가능해진다. 또한 SiOCN막 또는 SiON막의 조성비를 전술과 같이 미조정하는 것이 가능해진다. 이들의 작용 효과는 질화 가스로서 NH3가스 이외의 전술한 다른 질소 함유 가스를 이용하는 경우에도 마찬가지로 가질 수 있다.
<본 발명의 제4 실시 형태>
다음으로 본 발명의 제4 실시 형태에 대하여 설명한다.
전술한 제1 실시 형태에서는 스텝1a 및 스텝2a를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 기판 상에 SiOCN막을 형성하는 예에 대하여 설명하였다. 본 실시 형태에서는 전술한 스텝1a 및 스텝2a와 마찬가지로 수행하는 스텝1d 및 스텝3d 사이에 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 스텝2d를 수행하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 기판 상에 SiOCN막을 형성하는 예에 대하여 설명한다.
이하, 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 대하여 도 13, 도 14의 (a)를 이용하여 설명한다.
본 실시 형태의 성막 시퀀스에서는 웨이퍼(200)에 대하여 Si를 포함하는 원료 가스로서 클로로실란계 원료 가스(HCDS가스)를 공급하는 공정; 웨이퍼(200)에 대하여 탄소 함유 가스(C3H6가스)를 공급하는 공정; 및 웨이퍼(200)에 대하여 N, C 및 O를 포함하는 반응 가스로서 이소시아네이트계 가스(HNCO가스)를 공급하는 공정;을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막을 형성한다.
본 시퀀스와 제1 실시 형태의 성막 시퀀스의 차이점은 스텝1a 및 스텝2a와 마찬가지로 수행하는 스텝1d 및 스텝3d 사이에 스텝2d를 수행하는 점과, 스텝2a와 마찬가지로 수행하는 스텝3d에서 제1층 상에 C함유층이 형성된 층과 HNCO가스를 반응시키는 것에 의해 제1층 상에 C함유층이 형성된 층을 개질하는 점뿐이며, 그 외는 제1 실시 형태의 성막 시퀀스와 마찬가지이다. 이하, 본 실시 형태의 스텝2d 및 스텝3d에 대하여 설명한다.
[스텝2d](C3H6가스 공급)
스텝1d가 종료되고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(243d)를 열고 가스 공급관(232d) 내에 C3H6가스를 흘린다. C3H6가스는 MFC(241d)에 의해 유량 조정되고, 가스 공급공(250d)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 처리실(201) 내에 공급된 C3H6가스는 열로 활성화되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때 웨이퍼(200)에 대하여 열로 활성화된 C3H6가스가 공급된다. 이 때 동시에 밸브(243j)를 열고 가스 공급관(232j) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 C3H6가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때 노즐(249a 내지 249c), 버퍼실(237) 내로의 C3H6가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(243g 내지 243i)를 열고 가스 공급관(232g 내지 232i) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 가스 공급관(232a 내지 232c), 노즐(249a 내지 249c), 버퍼실(237)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때 APC밸브(244)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 6,000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(241d)로 제어하는 C3H6가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241g 내지 241j)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 각각 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 이 때 처리실(201) 내에서의 C3H6가스의 분압은 예컨대 0.01Pa 내지 5,941Pa의 범위 내의 압력으로 한다. C3H6가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 1초 내지 200초, 바람직하게는 1초 내지 120초, 보다 바람직하게는 1초 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이 때의 히터(207)의 온도는 스텝1d와 마찬가지로 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 250℃ 내지 700℃, 바람직하게는 300℃ 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350℃ 내지 600℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다. C3H6가스는 열로 활성화시켜서 공급하는 것이 소프트한 반응을 발생시킬 수 있어 후술하는 C함유층의 형성이 용이해진다.
이 때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 열적으로 활성화된 C3H6가스이며, 처리실(201) 내에는 HCDS가스는 흘리지 않는다. 따라서 C3H6가스는 기상 반응을 일으키지 않고, 활성화된 상태에서 웨이퍼(200)에 대하여 공급되어, 이 때 스텝1d에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제1층 상에 1원자층 미만의 두께의 C함유층, 즉 불연속적인 C함유층이 형성된다. 이에 의해 Si, Cl, C를 포함하는 층, 즉 제1층 상에 C함유층이 형성된 층(이하, C함유층이 형성된 제1층이라고도 부른다)이 형성된다. 단, 조건에 따라서는 제1층의 일부와 C3H6가스가 반응하고, 제1층이 개질(탄화)되어, Si, Cl 및 C를 포함하는 층으로서 Cl을 포함하는 실리콘 탄화층(Cl을 포함하는 SiC층)이 형성되는 경우도 있다.
제1층 상에 형성하는 C함유층은 C층이어도 좋고, 탄소 함유 가스(C3H6가스)의 화학 흡착층, 즉 C3H6이 분해한 물질(CxHy)의 화학 흡착층이어도 좋다. 여기서 C층은 C에 의해 구성되는 불연속적인 층으로 할 필요가 있다. 또한 CxHy의 화학 흡착층은 CxHy분자가 불연속적인 화학 흡착층으로 할 필요가 있다. 제1층 상에 형성하는 C함유층을 연속적인 층으로 한 경우, 예컨대 CxHy의 제1층 상으로의 흡착 상태를 포화 상태로 하여 제1층 상에 CxHy가 연속적인 화학 흡착층을 형성한 경우, 제1층의 표면 전체가 CxHy의 화학 흡착층에 의해 피복된다. 이 경우, C함유층이 형성된 제1층의 표면에 Si 및 Cl이 존재하지 않게 되어, 그 결과, C함유층이 형성된 제1층의 후술하는 스텝3d에서의 개질 반응이 곤란해지는 경우가 있다. 전술과 같은 처리 조건 하에서는 N, C 및 O를 포함하는 반응 가스(HNCO가스)는 Si나 Cl과는 반응하지만, C와는 반응하기 어렵기 때문이다. 후술하는 스텝3d에서 원하는 개질 반응을 발생시키기 위해서는 CxHy의 제1층 상으로의 흡착 상태를 불포화 상태로 하여 C함유층이 형성된 제1층의 표면에 Si 및 Cl이 노출한 상태로 할 필요가 있다.
CxHy의 제1층 상으로의 흡착 상태를 불포화 상태로 하기 위해서는 스텝2d에서의 처리 조건을 전술한 처리 조건으로 하면 좋다. 또한 스텝2d에서의 처리 조건을 다음 처리 조건으로 하는 것에 의해 CxHy의 제1층 상으로의 흡착 상태를 불포화 상태로 하는 것이 용이해진다.
웨이퍼 온도: 500℃ 내지 650℃
처리실 내 압력: 133Pa 내지 5,332Pa
C3H6가스 분압: 33Pa 내지 5,177Pa
C3H6가스 공급 유량: 1,000sccm 내지 10,000sccm
N2가스 공급 유량: 300sccm 내지 3,000sccm
C3H6가스 공급 시간: 6초 내지 200초
(잔류 가스 제거)
제1층 상에 C함유층이 형성된 후, 밸브(243d)를 닫고, C3H6가스의 공급을 정지한다. 이 때 APC밸브(244)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 C함유층 형성에 기여한 후의 C3H6가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때 밸브(243g 내지 243j)는 연 상태로 하여 불활성 가스로서의 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 C함유층 형성으로 기여한 후의 C3H6가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
이 때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 수행되는 스텝3d에서 악영향이 발생하지 않는다. 이 때 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양을 공급하는 것에 의해 스텝3d에서 악영향이 발생하지 않는 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 N2가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
탄소 함유 가스로서는 C3H6가스 이외에 아세틸렌(C2H2) 가스나 에틸렌(C2H4) 가스 등의 탄화수소계의 가스를 이용해도 좋다. 탄소 함유 가스는 탄소원(카본 소스)으로서 작용한다. 탄소 함유 가스로서 N을 포함하지 않는 탄화수소계의 가스를 이용하는 것에 의해 SiOCN막의 N성분의 증가를 억제하면서 C성분의 비율을 증가시키는 방향으로 제어하는 것이 용이해진다.
[스텝3d](HNCO가스 공급)
스텝2d가 종료되고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여 HNCO가스를 공급하는 스텝3d를 수행한다. 스텝3d는 제1 실시 형태의 스텝2a와 마찬가지로 수행한다.
스텝2a와 같은 순서, 같은 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 HNCO가스를 공급하는 것에 의해 스텝2d에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 C함유층이 형성된 제1층과 HNCO가스가 반응한다. 즉 C함유층이 형성된 제1층의 노출면에 존재하는 할로겐기(Cl)와 HNCO에 포함되는 리간드(H)를 반응시킬 수 있다. 이 때 발생하는 반응은 제1 실시 형태의 스텝2a에서의 제1층과 HNCO가스의 반응과 마찬가지이다.
이 일련의 반응에 의해 C함유층이 형성된 제1층은 Si, O, C 및 N을 포함하는 제2층, 즉 SiOCN층으로 변화된다(개질된다). 제2층은 예컨대 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 층이 된다. C함유층이 형성된 제1층 중에 HNCO에 포함되어 있었던 N성분, C성분, O성분이 새로 취입된다는 점은 제1 실시 형태의 스텝2a와 마찬가지이다. 또한 제2층이 Cl 등의 불순물이 적은 층이 된다는 점도 제1 실시 형태의 스텝2a와 마찬가지이다.
(잔류 가스 제거)
그 후, 제1 실시 형태의 스텝2a와 같은 순서, 같은 조건에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 반응에 기여한 후의 HNCO가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다는 점은 제1 실시 형태의 스텝2a와 마찬가지이다.
(소정 횟수 실시)
전술한 스텝1d 내지 스텝3d를 1사이클로 하여, 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiOCN막을 성막할 수 있다. 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 즉 1사이클당 형성하는 SiOCN층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하여 전술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
(본 실시 형태에 따른 효과)
본 실시 형태의 성막 시퀀스에 의하면, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 갖는다. 또한 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 의하면, 스텝1d를 수행하여 웨이퍼(200) 상에 제1층을 형성한 후, 웨이퍼(200)에 대하여 탄소 함유 가스로서 예컨대 C3H6가스를 공급하는 스텝2d와, 웨이퍼(200)에 대하여 N, C 및 O를 포함하는 반응 가스로서 예컨대 이소시아네이트계 가스인 HNCO가스를 공급하는 스텝3d를 수행하는 것에 의해, 즉 1사이클 중에 2종류의 카본 소스(더블 카본 소스)를 이용하여 성막을 수행하는 것에 의해 SiOCN막 중에 HNCO가스에 포함되어 있었던 C성분뿐만 아니라 C3H6가스에 포함되어 있었던 C성분을 새로 첨가하는 것이 가능해진다. 즉 1사이클 중에 1종류의 카본 소스(싱글 카본 소스)를 이용하여 성막을 수행하는 경우보다 SiOCN막 중의 C농도를 높이는 것이 가능해진다. 이와 같은 작용 효과는 탄소 함유 가스로서 C3H6가스 이외가 전술한 다른 탄소 함유 가스를 이용하는 경우에도 마찬가지로 가질 수 있다.
(변형예)
도 14의 (a)에 도시한 성막 시퀀스에서는 C3H6가스를 공급하는 공정을 HCDS가스를 공급하는 공정과 HNCO가스를 공급하는 공정 사이에서 수행하는 예에 대하여 설명하였다. 단, 본 실시 형태는 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 도 14의 (b)에 도시하는 바와 같이 HCDS가스를 공급하는 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행해도 좋다. 또한 예컨대 도 14의 (c)에 도시하는 바와 같이 HNCO가스를 공급하는 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행해도 좋다. 즉 HCDS가스나 HNCO가스의 공급 정지 기간에 C3H6가스를 공급할 뿐만 아니라 HCDS가스나 HNCO가스의 공급 기간에 C3H6가스를 공급해도 좋다. 단, HCDS가스를 공급하는 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행하는 것보다 HNCO가스를 공급하는 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행하는 것이 처리실(201) 내에서의 HCDS가스와 C3H6가스의 기상 반응을 회피할 수 있고, 즉 처리실(201) 내에서의 파티클의 발생을 억제할 수 있어 바람직하다.
<본 발명의 제5 실시 형태>
다음으로 본 발명의 제5 실시 형태에 대하여 설명한다.
전술한 제1 실시 형태에서는 스텝1a 및 스텝2a를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 기판 상에 SiOCN막을 형성하는 예에 대하여 설명하였다. 본 실시 형태에서는 전술한 스텝1a 및 스텝2a와 마찬가지로 수행하는 스텝1e 및 스텝2e에 또한 기판에 대하여 N 및 C를 포함하는 가스로서 아민계 가스를 공급하는 스텝3e를 더 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 기판 상에 SiOCN막을 형성하는 예에 대하여 설명한다.
(제1 시퀀스)
우선 본 실시 형태의 제1 시퀀스에 대하여 도 15, 도 16의 (a)를 이용하여 설명한다.
본 실시 형태의 제1 시퀀스에서는 웨이퍼(200)에 대하여 Si를 포함하는 원료 가스로서 클로로실란계 원료 가스(HCDS가스)를 공급하는 공정; 웨이퍼(200)에 대하여 N, C 및 O를 포함하는 반응 가스로서 이소시아네이트계 가스(HNCO가스)를 공급하는 공정; 및 웨이퍼(200)에 대하여 N 및 C를 포함하는 가스로서 아민계 가스(TEA가스)를 공급하는 공정;을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막을 형성한다.
본 시퀀스와 제1 실시 형태의 성막 시퀀스의 차이점은 스텝1a 및 스텝2a와 마찬가지로 수행하는 스텝1e 및 스텝2e와 더불어 스텝3e를 더 포함하는 점뿐이며, 그 외는 제1 실시 형태의 성막 시퀀스와 마찬가지이다. 이하, 본 실시 형태의 스텝3e에 대하여 설명한다.
[스텝3e](TEA가스 공급)
스텝2e가 종료되고 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(243f)를 열고 가스 공급관(232f) 내에 TEA가스를 흘린다. TEA가스는 MFC(241f)에 의해 유량 조정되어 가스 공급관(232d) 내를 흐르고, 가스 공급공(250d)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 처리실(201) 내에 공급된 TEA가스는 열로 활성화되어, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때 웨이퍼(200)에 대하여 열로 활성화된 TEA가스가 공급된다. 이 때 동시에 밸브(243j)를 열고 가스 공급관(232j) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 TEA가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때 노즐(249a 내지 249c), 버퍼실(237) 내로의 TEA가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(243g 내지 243i)를 열고 가스 공급관(232g 내지 232i) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 가스 공급관(232a 내지 232c), 노즐(249a 내지 249c), 버퍼실(237)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때 APC밸브(244)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 6,000Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(241e)로 제어하는 TEA가스의 공급 유량은 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(241g 내지 241j)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 각각 예컨대 100sccm 내지 10,000sccm의 범위 내의 유량으로 한다. 이 때 처리실(201) 내에서의 TEA가스의 분압은 예컨대 0.01Pa 내지 5,941Pa의 범위 내의 압력으로 한다. TEA가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 1초 내지 200초, 바람직하게는 1초 내지 120초, 보다 바람직하게는 1초 내지 60초의 범위 내의 시간으로 한다. 이 때의 히터(207)의 온도는 스텝1e 및 스텝2e와 마찬가지로 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 250℃ 내지 700℃, 바람직하게는 300℃ 내지 650℃, 보다 바람직하게는 350℃ 내지 600℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다.
이 때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 열적으로 활성화된 TEA가스이며, 처리실(201) 내에는 HCDS가스도 HNCO가스도 흘리지 않는다. 따라서 TEA가스는 기상 반응을 일으키지 않고, 활성화된 TEA가스는 스텝2e에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 제2층의 적어도 일부와 반응한다. 이에 의해 제2층은 Si, O, C 및 N을 포함하는 제3층(SiOCN층)으로 개질된다. 제3층은 예컨대 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 층이 된다. 제3층의 조성비는 제2층의 조성비와 다른 것이 된다. 예컨대 제3층은 제2층보다 C농도, N농도가 높은 층이 된다.
제3층을 형성하는 공정에서는 제2층과 TEA가스를 반응시켜서 제2층을 개질한다. 즉 TEA가스에 포함되어 있었던 N 및 C를 제2층에 부가하는 것에 의해 개질 후의 제2층, 즉 제3층의 N성분 및 C성분은 각각 증가한다. TEA가스를 열로 활성화시켜서 처리실(201) 내에 흘리는 것에 의해 제2층으로부터의 C성분의 탈리(인발) 작용을 완화시킬 수 있어, 제3층의 C성분의 비율을 증가시키는 방향으로 제어하는 것이 용이해진다.
이 때 제2층의 개질 반응은 포화시키지 않는 것이 바람직하다. 예컨대 스텝1e 및 스텝2e에서 1원자층 미만 내지 수원자층의 두께의 제2층을 형성한 경우에는 그 제2층의 일부를 개질시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 1원자층 미만 내지 수원자층의 두께의 제2층 전체를 개질시키지 않도록 제2층의 개질 반응이 불포화가 되는 조건 하에서 개질을 수행한다.
제2층의 개질 반응을 불포화로 하기 위해서는 스텝3e에서의 처리 조건을 전술한 처리 조건으로 하면 좋다. 또한 스텝3e에서의 처리 조건을 다음 처리 조건으로 하는 것에 의해 제2층의 개질 반응을 불포화로 하는 것이 용이해진다.
웨이퍼 온도: 500℃ 내지 650℃
처리실 내 압력: 133Pa 내지 5,332Pa
TEA가스 분압: 33Pa 내지 5,177Pa
TEA가스 공급 유량: 1,000sccm 내지 10,000sccm
N2가스 공급 유량: 300sccm 내지 3,000sccm
TEA가스 공급 시간: 6초 내지 200초
(잔류 가스 제거)
제3층이 형성된 후, 밸브(243f)를 닫고, TEA가스의 공급을 정지한다. 이 때 APC밸브(244)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제3층 형성에 기여한 후의 TEA가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때 밸브(243g 내지 243j)는 연 상태로 하여 불활성 가스로서의 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제3층 형성으로 기여한 후의 TEA가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
이 때 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다. 처리실(201) 내에 잔류하는 가스가 미량이면, 그 후에 수행되는 스텝1e에서 악영향이 발생하지 않는다. 이 때 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량도 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양을 공급하는 것에 의해 스텝1e에서 악영향이 발생하지 않는 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 N2가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
아민계 가스로서는 예컨대 TEA 외에 디에틸아민[(C2H5)2NH, 약칭: DEA], 모노에틸아민(C2H5NH2, 약칭: MEA) 등을 기화한 에틸아민계 가스, 트리메틸아민[(CH3)3N, 약칭: TMA], 디메틸아민[(CH3)2NH, 약칭: DMA], 모노메틸아민(CH3NH2, 약칭: MMA) 등을 기화한 메틸아민계 가스, 트리프로필아민[(C3H7)3N, 약칭: TPA], 디프로필아민[(C3H7)2NH, 약칭: DPA], 모노프로필아민(C3H7NH2, 약칭: MPA) 등을 기화한 프로필아민계 가스, 트리이소프로필아민([(CH3)2CH]3N, 약칭: TIPA), 디이소프로필아민([(CH3)2CH]2NH, 약칭: DIPA), 모노이소프로필아민[(CH3)2CHNH2, 약칭: MIPA] 등을 기화한 이소프로필아민계 가스, 트리부틸아민[(C4H9)3N, 약칭: TBA], 디부틸아민[(C4H9)2NH, 약칭: DBA], 모노부틸아민(C4H9NH2, 약칭: MBA) 등을 기화한 부틸아민계 가스, 또는 트리이소부틸아민([(CH3)2CHCH2]3N, 약칭: TIBA), 디이소부틸아민([(CH3)2CHCH2]2NH, 약칭: DIBA), 모노이소부틸아민[(CH3)2CHCH2NH2, 약칭: MIBA] 등을 기화한 이소부틸아민계 가스를 바람직하게 이용할 수 있다. 즉 아민계 가스로서는 예컨대 (C2H5)xNH3-x, (CH3)xNH3-x, (C3H7)xNH3-x, [(CH3)2CH]xNH3-x, (C4H9)xNH3-x, [(CH3)2CHCH2]xNH3-x(식 중, x는 1 내지 3의 정수)을 기화한 가스 중 적어도 1종류의 가스를 바람직하게 이용할 수 있다.
아민계 가스는 질소 소스로서 작용하는 것과 함께 카본 소스로서도 작용한다. N 및 C를 포함하는 가스로서 아민계 가스를 이용하는 것에 의해 SiOCN막의 C성분 및 N성분의 비율을 증가시키는 방향으로 제어하는 것이 용이해진다.
아민계 가스 대신에 N 및 C를 포함하는 가스로서 유기 히드라진 화합물을 포함하는 가스, 즉 유기 히드라진계 가스를 이용해도 좋다. 유기 히드라진계 가스란 유기 히드라진을 기화한 가스 등의 히드라진기를 포함하는 가스이며, C, N 및 H를 포함하는 가스를 말한다. 즉 유기 히드라진계 가스는 Si비함유의 가스이며, 또한 Si 및 금속 비함유의 가스다. 유기 히드라진계 가스로서는 예컨대 모노메틸히드라진[(CH3)HN2H2, 약칭: MMH], 디메틸히드라진[(CH3)2N2H2, 약칭: DMH], 트리메틸히드라진[(CH3)2N2(CH3)H, 약칭: TMH] 등을 기화한 메틸히드라진계 가스나, 에틸히드라진[(C2H5)HN2H2, 약칭: EH] 등을 기화한 에틸히드라진계 가스를 바람직하게 이용할 수 있다. 예컨대 MMH와 같이 상온 상압 하에서 액체 상태인 유기 히드라진을 이용하는 경우에는 액체 상태인 유기 히드라진을 기화기나 버블러 등의 기화 시스템에 의해 기화하여 유기 히드라진계 가스, 즉 N 및 C를 포함하는 가스(MMH가스)로서 공급한다. 유기 히드라진 화합물을 포함하는 가스를 단순히 유기 히드라진 화합물 가스, 또는 유기 히드라진 가스라고도 부를 수 있다.
(소정 횟수 실시)
전술한 스텝1e 내지 스텝3e를 1사이클로 하여, 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiOCN막을 성막할 수 있다. 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 즉 1사이클당 형성하는 SiOCN층의 두께를 원하는 막 두께보다 작게 하여 전술한 사이클을 원하는 막 두께가 될 때까지 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
(제2 시퀀스)
다음으로 본 실시 형태의 제2 시퀀스에 대하여 도 17, 도 18의 (a)를 이용하여 설명한다.
본 실시 형태의 제2 시퀀스에서는 웨이퍼(200)에 대하여 Si를 포함하는 원료 가스로서 클로로실란계 원료 가스(HCDS가스)를 공급하는 공정과, 웨이퍼(200)에 대하여 N, C 및 O를 포함하는 반응 가스로서 이소시아네이트계 가스(HNCO가스)를 공급하는 공정을 교호적으로 소정 횟수 수행하는 공정; 및 웨이퍼(200)에 대하여 N 및 C를 포함하는 가스로서 아민계 가스(TEA가스)를 공급하는 공정;을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막을 형성한다.
도 18의 (a)는 전술한 스텝1e 및 스텝2e를 1세트로 하여 이 세트를 2회 수행한 후, 스텝3e를 수행하고, 이를 1사이클로 하여, 이 사이클을 n회 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiOCN막을 성막하는 예를 도시한다. 본 시퀀스가 제1 시퀀스의 차이점은 전술한 스텝1e 및 스텝2e를 1세트로 하여 이 세트를 복수 회 반복한 후, 스텝3e를 수행하는 점뿐이며, 그 외는 제1 시퀀스와 마찬가지로 수행할 수 있다. 또한 본 시퀀스에서의 처리 조건도 전술한 제1 시퀀스와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
(본 실시 형태에 따른 효과)
본 실시 형태의 성막 시퀀스에 의하면, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 갖는다. 또한 본 실시 형태의 성막 시퀀스에 의하면, 웨이퍼(200)에 대하여 N 및 C를 포함하는 가스로서 예컨대 아민계 가스인 TEA가스를 공급하는 스텝3e를 수행하여 TEA가스에 포함되어 있었던 N 및 C를 제2층에 부가하는 것에 의해 N성분 및 C성분이 증가한 SiOCN막을 형성할 수 있다. 또한 TEA가스를 플라즈마 여기하지 않고 열로 활성화시켜서 공급하는 것에 의해 제2층으로부터의 C성분의 탈리(인발) 작용을 비교적 완화시킬 수 있어, SiOCN막의 C성분의 비율을 증가시키는 방향으로 제어하는 것이 용이해진다.
(변형예)
전술한 제1 및 제2 시퀀스에서는 HNCO가스를 공급하는 스텝2e를 수행한 후에 TEA가스를 공급하는 스텝3e를 수행하는 예에 대하여 설명하였다. 단, 본 실시 형태는 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 즉 스텝3e를 스텝2e보다 먼저 수행해도 좋다. 도 16의 (b)는 스텝1e, 스텝3e, 스텝2e를 이 순서대로 수행하는 사이클을 1사이클로 하여, 이 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 예를 도시한다. 또한 도 18의 (b)는 스텝1e 및 스텝3e를 1세트로 하여 이 세트를 복수 회 반복한 후, 스텝2e를 수행하고, 이를 1사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수 수행하는 예를 도시한다.
스텝1e 다음에 스텝3e를 수행하는 것에 의해 스텝1e에서 형성된 제1층과 TEA가스가 반응한다. 이에 의해 제1층은 Si, Cl, C 및 N을 포함하는 층(Cl을 포함하는 SiCN층)으로 변화한다(개질된다). Cl을 포함하는 SiCN층은 예컨대 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 층이 된다. 또한 Cl을 포함하는 SiCN층은 Si성분의 비율과 C성분의 비율이 비교적 많은 층, 즉 Si리치이며, 또한 C리치의 층이 된다.
또한 스텝3e 다음에 스텝2e를 수행하는 것에 의해 스텝3e에서 형성된 Cl을 포함하는 SiCN층과 HNCO가스가 반응한다. 이에 의해 Cl을 포함하는 SiCN층은 Si, O, C 및 N을 포함하는 제2층, 즉 SiOCN층으로 변화한다(개질된다).
따라서 스텝1e, 스텝3e, 스텝2e를 이 순서대로 수행하는 사이클을 1사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수 수행하거나, 또는 스텝1e 및 스텝3e를 1세트로 하여 이 세트를 복수 회 반복한 후, 스텝2e를 수행하고, 이를 1사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정 조성 및 소정 막 두께의 SiOCN막을 형성할 수 있다.
<본 발명의 다른 실시 형태>
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하였다. 단, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 갖가지 변경이 가능하다.
예컨대 전술한 실시 형태에서 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막이나 SiOC막을 형성할 때, HCDS가스를 공급하는 공정, HNCO가스를 공급하는 공정, NH3가스를 공급하는 공정, TEA가스를 공급하는 공정 중 적어도 어느 하나의 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행해도 좋다. 이와 같이 하는 것에 의해 SiOCN막이나 SiOC막의 C성분을 증가시키는 것이 용이해진다.
HCDS가스를 공급하는 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행하는 경우, C3H6가스의 공급을 HCDS가스의 공급 기간 중 적어도 일부의 기간에 수행해도 좋고, HCDS가스의 공급 정지 기간(공급 시작 전 기간 및/또는 공급 정지 후의 기간)에 수행해도 좋고, 또는 이들 양방의 기간에 수행해도 좋다. 또한 HNCO가스를 공급하는 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행하는 경우, C3H6가스의 공급을 HNCO가스의 공급 기간 중 적어도 일부의 기간에 수행해도 좋고, HNCO가스의 공급 정지 기간에 수행해도 좋고, 또는 이들 양방의 기간에 수행해도 좋다. 또한 NH3가스를 공급하는 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행하는 경우, C3H6가스의 공급을 NH3가스의 공급 기간 중 적어도 일부의 기간에 수행해도 좋고, NH3가스의 공급 정지 기간에 수행해도 좋고, 또는 이들 양방의 기간에 수행해도 좋다. 또한 TEA가스를 공급하는 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행하는 경우, C3H6가스의 공급을 TEA가스의 공급 기간 중 적어도 일부의 기간에 수행해도 좋고, TEA가스의 공급 정지 기간에 수행해도 좋고, 또는 이들 양방의 기간에 수행해도 좋다.
단, HCDS가스를 공급하는 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행하는 것보다 HNCO가스를 공급하는 공정이나, NH3가스를 공급하는 공정이나, TEA가스를 공급하는 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행하는 것이 처리실(201) 내에서의 HCDS가스와 C3H6가스의 기상 반응을 회피할 수 있어 바람직하다. 즉 HCDS가스를 공급하는 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행하는 것보다 HNCO가스를 공급하는 공정이나, NH3가스를 공급하는 공정이나, TEA가스를 공급하는 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행하는 것이 처리실(201) 내에서의 파티클의 발생을 억제할 수 있어 바람직하다.
또한 NH3가스를 공급하는 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행하는 것보다 HNCO가스를 공급하는 공정이나, TEA가스를 공급하는 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행하는 것이 SiOCN막이나 SiOC막의 C성분의 비율을 증가시키는 것이 용이해져 바람직하다. 즉 NH3가스를 공급하는 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행하는 것보다 HNCO가스를 공급하는 공정이나, TEA가스를 공급하는 공정에서 C3H6가스를 공급하는 공정을 수행하는 것이 SiOCN막이나 SiOC막의 조성비 제어의 제어성을 높일 수 있어 바람직하다.
전술한 실시 형태에서는 Si, O, C 및 N을 포함하는 제2층을 형성할 때에 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 원료 가스를 공급하고, 그 후, 반응 가스를 공급하는 예에 대하여 설명하였다. 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 예컨대 이들의 가스의 공급 순서는 반대이어도 좋다. 즉 반응 가스를 공급하고, 그 후, 원료 가스를 공급해도 좋다. 즉 원료 가스 및 반응 가스 중 일방의 가스를 공급하고, 그 후, 타방의 가스를 공급해도 좋다. 가스의 공급 순서를 바꾸는 것에 의해 형성되는 박막의 막질이나 조성비를 변화시키는 것이 가능해진다.
전술한 실시 형태에서는 각 시퀀스에서 제1층을 형성할 때에 클로로실란계 원료 가스를 이용하는 예에 대하여 설명하였다. 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 예컨대 클로로실란계 원료 가스 대신에 클로로기 이외의 할로겐계의 리간드를 가지는 실란계 원료 가스를 이용해도 좋다. 예컨대 클로로실란계 원료 가스 대신에 플루오르실란계 원료 가스를 이용해도 좋다. 여기서 플루오르실란계 원료 가스란 기체 상태의 플루오르실란계 원료, 예컨대 상온 상압 하에서 액체 상태인 플루오르실란계 원료를 기화하는 것에 의해 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 플루오르실란계 원료 등을 말한다. 또한 플루오르실란계 원료란 할로겐기로서의 플루오르기를 포함하는 실란계 원료이며, 적어도 실리콘(Si) 및 불소(F)를 포함하는 원료다. 즉 여기서 말하는 플루오르실란계 원료는 할로겐화물의 일종이라고도 할 수 있다. 플루오르실란계 원료 가스로서는 예컨대 테트라플루오르실란, 즉 실리콘 테트라플루오라이드(SiF4) 가스나, 헥사플루오르디실란(Si2F6) 가스 등의 불화실리콘 가스를 이용할 수 있다. 이 경우, 각 시퀀스에서 제1층을 형성할 때에 웨이퍼(200)에 대하여 플루오르실란계 원료 가스를 공급한다. 이 경우, 제1층은 Si 및 F를 포함하는 층, 즉 F를 포함하는 Si함유층이 된다.
또한 전술한 실시 형태에서는 각 시퀀스에서 웨이퍼(200) 상에 한 번에 1종류의 박막(단막)을 형성하는 예에 대하여 설명하였다. 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 예컨대 전술한 각 시퀀스를 적절히 조합하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 한 번에 2종류 이상의 박막의 적층막을 형성할 수 있다. 예컨대 제1, 제4, 제5 실시 형태의 성막 시퀀스와, 제2, 제3 실시 형태의 성막 시퀀스를 인시츄로 교호적으로 소정 횟수(1회 이상) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 SiOCN막과 SiON막이 교호적으로 적층된 적층막이나, SiOCN막과 SiOC막이 교호적으로 적층된 적층막을 형성할 수 있다.
또한 전술한 실시 형태의 기법에 의해 형성한 SiOCN막, SiON막 또는 SiOC막을 사이드 월 스페이서로서 사용하는 것에 의해 리크 전류가 적고, 가공성이 뛰어난 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능해진다.
또한 전술한 실시 형태의 기법에 의해 형성한 SiOCN막, SiON막 또는 SiOC막을 하드 마스크나 에치 스톱퍼층으로서 사용하는 것에 의해 가공성이 뛰어난 디바이스 형성 기술을 제공하는 것이 가능해진다.
또한 전술한 실시 형태에 의하면, 저온 영역에서도 플라즈마를 이용하지 않고, 이상적 양론비의 SiOCN막, SiON막 또는 SiOC막을 형성할 수 있다. 또한 플라즈마를 이용하지 않고 SiOCN막, SiON막 또는 SiOC막을 형성할 수 있기 때문에 예컨대 DPT의 SADP막 등, 플라즈마 데미지를 염려하는 공정에 대한 적응도 가능해진다.
또한 전술한 실시 형태에서는 박막으로서 반도체 원소인 Si를 포함하는 반도체계 박막을 형성하는 예에 대하여 설명하였다. 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 예컨대 박막으로서 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등의 금속 원소를 포함하는 금속계 박막을 형성하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
예컨대 Ti를 포함하는 금속계 박막으로서 티탄산탄질화막(TiOCN막), 티탄산질화막(TiON막), 티탄산탄화막(TiOC막)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 티타늄테트라클로라이드(TiCl4) 등의 Ti 및 클로로기를 포함하는 가스나, 티타늄테트라플루오라이드(TiF4) 등의 Ti 및 플루오르기를 포함하는 가스나, 테트라키스에틸메틸아미노티타늄(Ti[N(C2H5)(CH3)]4, 약칭: TEMAT) 등의 Ti 및 아미노기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 반응 가스, 산화 가스, 질화 가스, 탄소 함유 가스, N 및 C를 포함하는 가스로서는 전술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 이 때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예컨대 Zr을 포함하는 금속계 박막으로서 지르코늄산탄질화막(ZrOCN막), 지르코늄산질화막(ZrON막), 지르코늄산탄화막(ZrOC막)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 지르코늄테트라클로라이드(ZrCl4) 등의 Zr 및 클로로기를 포함하는 가스나, 지르코늄테트라플루오라이드(ZrF4) 등의 Zr 및 플루오르기를 포함하는 가스나, 테트라키스에틸메틸아미노지르코늄(Zr[N(C2H5)(CH3)]4, 약칭: TEMAZ) 등의 Zr 및 아미노기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 반응 가스, 산화 가스, 질화 가스, 탄소 함유 가스, N 및 C를 포함하는 가스로서는 전술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 이 때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예컨대 Hf를 포함하는 금속계 박막으로서 하프늄산탄질화막(HfOCN막), 하프늄산질화막(HfON막), 하프늄산탄화막(HfOC막)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 하프늄테트라클로라이드(HfCl4) 등의 Hf 및 클로로기를 포함하는 가스나, 하프늄 테트라플루오라이드(HfF4) 등의 Hf 및 플루오르기를 포함하는 가스나, 테트라키스에틸메틸아미노하프늄(Hf[N(C2H5)(CH3)]4, 약칭: TEMAH) 등의 Hf 및 아미노기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 반응 가스, 산화 가스, 질화 가스, 탄소 함유 가스, N 및 C를 포함하는 가스로서는 전술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 이 때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예컨대 Ta를 포함하는 금속계 박막으로서 탄탈산탄질화막(TaOCN막), 탄탈산질화막(TaON막), 탄탈산탄화막(TaOC막)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 탄탈펜타클로라이드(TaCl5) 등의 Ta 및 클로로기를 포함하는 가스나, 탄탈펜타플루오라이드(TaF5) 등의 Ta 및 플루오르기를 포함하는 가스나, 펜타에톡시탄탈(Ta(OC2H5)5, 약칭: PET) 등의 Ta 및 에톡시기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 반응 가스, 산화 가스, 질화 가스, 탄소 함유 가스, N 및 C를 포함하는 가스로서는 전술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 이 때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예컨대 Al을 포함하는 금속계 박막으로서 알루미늄산탄질화막(AlOCN막), 알루미늄산질화막(AlON막), 알루미늄산탄화막(AlOC막)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 알루미늄트리클로라이드(AlCl3) 등의 Al 및 클로로기를 포함하는 가스나, 알루미늄트리플루오라이드(AlF3) 등의 Al 및 플루오르기를 포함하는 가스나, 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3, 약칭: TMA) 등의 Al 및 메틸기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 반응 가스, 산화 가스, 질화 가스, 탄소 함유 가스, N 및 C를 포함하는 가스로서는 전술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 이 때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
또한 예컨대 Mo를 포함하는 금속계 박막으로서 몰리브덴산탄질화막(MoOCN막), 몰리브덴산질화막(MoON막), 몰리브덴산탄화막(MoOC막)을 형성하는 경우에는 원료 가스로서 몰리브덴펜타클로라이드(MoCl5) 등의 Mo 및 클로로기를 포함하는 가스나, 몰리브덴펜타플로라이드(MoF5) 등의 Mo 및 플루오르기를 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 반응 가스, 산화 가스, 질화 가스, 탄소 함유 가스, N 및 C를 포함하는 가스로서는 전술한 실시 형태와 마찬가지의 가스를 이용할 수 있다. 이 때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 반도체계 박막뿐만 아니라 금속계 박막의 성막에도 적용할 수 있고, 이 경우에도 전술한 실시 형태와 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.
전술한 박막의 형성에 이용되는 프로세스 레시피(처리 순서나 처리 조건이 기재된 프로그램)는 기판 처리의 내용(형성하는 박막의 막종, 조성비, 막질, 막 두께 등)에 따라 각각 개별로 준비(복수 준비)하는 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때, 기판 처리의 내용에 따라 복수의 프로세스 레시피 중에서 적절한 프로세스 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 기판 처리의 내용에 따라 개별로 준비된 복수의 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체[외부 기억 장치(123)]를 개재하여 기판 처리 장치가 구비하는 기억 장치(121c) 내에 미리 격납(인스톨)하는 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때, 기판 처리 장치가 구비하는 CPU(121a)가 기억 장치(121c) 내에 격납된 복수의 프로세스 레시피 중에서 기판 처리의 내용에 따라 적절한 프로세스 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하는 것에 의해 1대(臺)의 기판 처리 장치에서 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적으로 또한 재현성 좋게 형성할 수 있다. 또한 오퍼레이터의 조작 부담(처리 순서나 처리 조건의 입력 부담 등)을 저감할 수 있어, 조작 오류를 회피하면서 기판 처리를 신속하게 시작할 수 있다.
전술한 프로세스 레시피는 신규 작성하는 경우에 한정되지 않고, 예컨대 기판 처리 장치에 이미 인스톨된 기존의 프로세스 레시피를 변경하는 것에 의해 준비해도 좋다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우에는 변경 후의 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 개재하여 기판 처리 장치에 인스톨해도 좋다. 또한 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여 기판 처리 장치에 이미 인스톨된 기존의 프로세스 레시피를 직접 변경해도 좋다.
전술한 실시 형태에서는 한 번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치(batch)식의 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 예에 대하여 설명하였다. 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 예컨대 한 번에 1매 또는 여러 매의 기판을 처리하는 매엽식(枚葉式)의 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다. 또한 전술한 실시 형태에서는 핫 월형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 예에 대하여 설명하였다. 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 콜드 월형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
전술한 각 실시 형태나 각 변형예나 각 응용예 등은 적절히 조합하여 이용할 수 있다.
<본 발명의 바람직한 형태>
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기(附記)한다.
(부기1)
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판에 대하여 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 공정; 및
상기 기판에 대하여 질소, 탄소 및 산소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 공정;
을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 막(상기 소정 원소를 포함하는 탄화막, 질화막 또는 산탄질화막)을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(부기2)
부기1의 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 소정 원소를 포함하는 제1층을 형성하고,
상기 반응 가스를 공급하는 공정에서는 상기 제1층과 상기 반응 가스를 반응시키는 것에 의해 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층(상기 소정 원소를 포함하는 산탄질화층)을 형성한다.
(부기3)
부기1 또는 부기2의 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 반응 가스는 이소시아네이트기를 포함하는 가스[그 조성식 중(1분자 중), 즉 그 화학 구조식 중에 -N=C=O라는 부분 구조를 가지는 가스]이다.
(부기4)
부기1 내지 부기3 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 원료 가스는 상기 소정 원소 및 할로겐기(할로겐 리간드)를 포함하는 가스, 또는 상기 소정 원소 및 아미노기(아미노 리간드)를 포함하는 가스다.
(부기5)
부기1 내지 부기4 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 소정 원소 및 할로겐기를 포함하거나 상기 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제1층을 형성하고,
상기 반응 가스를 공급하는 공정에서는 상기 제1층에 포함되는 할로겐기 또는 아미노기와, 상기 반응 가스의 리간드를 반응시킨다.
(부기6)
부기5의 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 반응 가스를 공급하는 공정에서는 상기 제1층으로부터 할로겐기 또는 아미노기를 분리시키는 것과 함께 상기 반응 가스로부터 상기 리간드를 분리시킨다.
(부기7)
부기6의 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 반응 가스를 공급하는 공정에서는 할로겐기 또는 아미노기가 분리한 상기 제1층의 상기 소정 원소의 원자와, 상기 리간드가 분리한 상기 반응 가스에 포함되는 하나의 원소의 원자(예컨대 질소 원자)를 결합시킨다.
(부기8)
부기1 내지 부기7 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 박막을 형성하는 공정에서는 상기 원료 가스를 공급하는 공정과 상기 반응 가스를 공급하는 공정을 교호적으로 소정 횟수(1회 이상) 수행한다.
(부기9)
부기1 내지 부기7 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 박막을 형성하는 공정에서는 상기 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 반응 가스를 공급하는 공정을 동시에 소정 횟수(1회 이상) 수행한다.
(부기10)
부기1 내지 부기9 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 사이클은 상기 기판에 대하여 산화 가스(예컨대 열로 활성화한 산화 가스)를 공급하는 공정을 더 포함하고,
상기 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 막(상기 소정 원소를 포함하는 산탄질화막), 상기 소정 원소, 산소 및 질소를 포함하는 막(상기 소정 원소를 포함하는 산질화막), 또는 상기 소정 원소, 산소 및 탄소를 포함하는 막(상기 소정 원소를 포함하는 산탄화막)을 형성한다.
(부기11)
부기2의 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 사이클은 상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고,
상기 산화 가스를 공급하는 공정에서는 상기 제2층을 산화하여, 제3층으로서 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 층(상기 소정 원소를 포함하는 산탄질화층), 상기 소정 원소, 산소 및 질소를 포함하는 층(상기 소정 원소를 포함하는 산질화층), 또는 상기 소정 원소, 산소 및 탄소를 포함하는 층(상기 소정 원소를 포함하는 산탄화층)을 형성한다.
(부기12)
부기1 내지 부기9 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 사이클은 상기 기판에 대하여 질화 가스(예컨대 열 또는 플라즈마로 활성화한 질화 가스)를 공급하는 공정을 더 포함하고,
상기 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 막(상기 소정 원소를 포함하는 산탄질화막), 또는 상기 소정 원소, 산소 및 질소를 포함하는 막(상기 소정 원소를 포함하는 산질화막)을 형성한다.
(부기13)
부기2의 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 사이클은 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고,
상기 질화 가스를 공급하는 공정에서는 상기 제2층을 질화하여, 제3층으로서 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 층(상기 소정 원소를 포함하는 산탄질화층), 또는 상기 소정 원소, 산소 및 질소를 포함하는 층(상기 소정 원소를 포함하는 산질화층)을 형성한다.
(부기14)
부기1 내지 부기9 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 사이클은 상기 기판에 대하여 탄소 함유 가스(예컨대 탄화수소계 가스)를 공급하는 공정을 더 포함한다.
(부기15)
부기1 내지 부기9 중 어느 하나의 반도체 장치의 제조 방법으로서 바람직하게는,
상기 사이클은 상기 기판에 대하여 질소 및 탄소를 포함하는 가스(예컨대 아민계 가스 또는 유기 히드라진계 가스)를 공급하는 공정을 더 포함한다.
(부기16)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판에 대하여 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 공정; 및
상기 기판에 대하여 질소, 탄소 및 산소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 공정;
을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소를 포함하는 산탄질화막, 산질화막 또는 산탄화막을 형성하는 공정을 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.
(부기17)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실;
상기 처리실 내에 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계;
상기 처리실 내에 질소, 탄소 및 산소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계; 및
상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 처리와 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 막(상기 소정 원소를 포함하는 산탄질화막)을 형성하도록 상기 원료 가스 공급계 및 상기 반응 가스 공급계를 제어하도록 구성되는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(부기15)
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 순서; 및
상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소, 탄소 및 산소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 순서;
를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 막(상기 소정 원소를 포함하는 산탄질화막)을 형성하는 순서를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램 및 상기 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
121: 컨트롤러(제어부) 200: 웨이퍼(기판)
201: 처리실 202: 처리로
203: 반응관 207: 히터
231: 배기관 232a 내지 232j: 가스 공급관

Claims (17)

  1. 기판에 대하여 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 공정; 및
    상기 기판에 대하여 질소, 탄소 및 산소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 공정;
    을 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소와, 산소와, 탄소 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 소정 원소를 포함하는 제1층을 형성하고,
    상기 반응 가스를 공급하는 공정에서는 상기 제1층과 상기 반응 가스를 반응시키는 것에 의해 상기 제1층을 개질하여, 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 제2층을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응 가스는 이소시아네이트기(基)를 포함하는 가스인 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스는 상기 소정 원소 및 할로겐기를 포함하는 가스, 또는 상기 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 가스인 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원료 가스를 공급하는 공정에서는 상기 소정 원소 및 할로겐기를 포함하거나 상기 소정 원소 및 아미노기를 포함하는 제1층을 형성하고,
    상기 반응 가스를 공급하는 공정에서는 상기 제1층에 포함되는 할로겐기 또는 아미노기와, 상기 반응 가스의 리간드를 반응시키는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반응 가스를 공급하는 공정에서는 상기 제1층으로부터 할로겐기 또는 아미노기를 분리시키는 것과 함께, 상기 반응 가스로부터 상기 리간드를 분리시키는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반응 가스를 공급하는 공정에서는 할로겐기 또는 아미노기가 분리한 상기 제1층의 상기 소정 원소의 원자와, 상기 리간드가 분리한 상기 반응 가스에 포함되는 하나의 원소의 원자를 결합시키는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 막을 형성하는 공정에서는 상기 원료 가스를 공급하는 공정과 상기 반응 가스를 공급하는 공정을 교호(交互)적으로 1회 이상 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 막을 형성하는 공정에서는 상기 원료 가스를 공급하는 공정과 상기 반응 가스를 공급하는 공정을 동시에 1회 이상 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 사이클은 상기 반응 가스를 공급하는 공정 후에 상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고,
    상기 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 막, 상기 소정 원소, 산소 및 질소를 포함하는 막, 또는 상기 소정 원소, 산소 및 탄소를 포함하는 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 사이클은 상기 기판에 대하여 산화 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고,
    상기 산화 가스를 공급하는 공정에서는 상기 제2층을 산화하여, 제3층으로서 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 층, 상기 소정 원소, 산소 및 질소를 포함하는 층, 또는 상기 소정 원소, 산소 및 탄소를 포함하는 층을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 사이클은 상기 반응 가스를 공급하는 공정 후에 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고,
    상기 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 막, 또는 상기 소정 원소, 산소 및 질소를 포함하는 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 사이클은 상기 기판에 대하여 질화 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고,
    상기 질화 가스를 공급하는 공정에서는 상기 제2층을 질화하여, 제3층으로서 상기 소정 원소, 산소, 탄소 및 질소를 포함하는 층, 또는 상기 소정 원소, 산소 및 질소를 포함하는 층을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 사이클은 상기 기판에 대하여 탄소 함유 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고, 상기 탄소 함유 가스를 공급하는 공정은, 상기 원료 가스를 공급하는 공정과 동시에, 상기 원료 가스를 공급하는 공정과 상기 반응 가스를 공급하는 공정 사이에, 또는 상기 반응 가스를 공급하는 공정과 동시에 수행되는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 사이클은 상기 기판에 대하여 질소 및 탄소를 포함하는 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고, 상기 질소 및 탄소를 포함하는 가스를 공급하는 공정은, 상기 반응 가스를 공급하는 공정 후에, 또는 상기 원료 가스를 공급하는 공정과 상기 반응 가스를 공급하는 공정 사이에 수행되는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 기판을 수용하는 처리실;
    상기 처리실 내에 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계;
    상기 처리실 내에 질소, 탄소 및 산소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급계; 및
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 원료 가스를 공급하는 처리와, 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 반응 가스를 공급하는 처리를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소와, 산소와, 탄소 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 막을 형성하도록 상기 원료 가스 공급계 및 상기 반응 가스 공급계를 제어하도록 구성되는 제어부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  17. 처리실 내의 기판에 대하여 소정 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 순서; 및
    상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 질소, 탄소 및 산소를 포함하는 반응 가스를 공급하는 순서;
    를 포함하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 상기 기판 상에 상기 소정 원소와, 산소와, 탄소 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 막을 형성하는 순서를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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