KR101742061B1 - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 컴퓨터 프로그램 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일함수를 조정할 수 있고, 낮은 일함수의 값을 가지는 도전성의 박막을 형성한다.
처리실에 수용된 기판에 대하여 제1 원소를 포함하는 할로겐계 원료 가스를공급하고 배기하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소를 포함하는 층을 형성하는 제1 공정; 상기 기판에 대하여 제2 원소를 포함하고 상기 할로겐계 원료 가스와 반응하는 제1 반응 가스를 공급하고 배기하여, 상기 기판 상의 상기 제1 원소를 포함하는 층의 흡착 사이트의 일부와 상기 제1 반응 가스를 반응시키는 것에 의해, 상기 기판 상의 상기 제1 원소를 포함하는 층의 흡착 사이트를 잔류시킨 상태에서, 상기 기판 상에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 포함하는 층을 형성하는 제2 공정; 및 상기 기판에 대하여 상기 제2 원소의 동족 원소이며 상기 제2 원소보다 전기 음성도가 낮은 원소인 제3 원소를 포함하고 상기 할로겐계 원료 가스와 반응하고 상기 제1 반응 가스와 반응하지 않는 제2 반응 가스를 공급하고 배기하여, 상기 기판 상에 잔류한 상기 흡착 사이트와 상기 제2 반응 가스를 반응시키는 것에 의해 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 층을 형성하는 제3 공정; 을 포함하고, 상기 제1 공정, 상기 제2 공정 및 상기 제3 공정을 순서대로 수행하는 사이클을 미리 지정된 횟수 수행하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 컴퓨터 프로그램{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND COMPUTER PROGRAM}
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
최근의 LSI 제조 공정에서 트랜지스터는 실리콘(Si) 상에 유전율이 4를 초과하는 고유전율 막을 형성하고 이 고유전율막 상에 도전성의 박막을 한층 더 형성하여 트랜지스터의 임계값 전압을 제어하는 것인 게이트 스택 구조로 이루어진다. 이 구조에서는 트랜지스터의 소비 전력을 제어하기 위해서 각종 도전성의 박막이 게이트 전극으로서 사용된다. 이 도전성의 박막은 그 박막 고유의 일함수(Work Function: WF)를 가진다. 이 일함수를 조정하는 것에 의해 트랜지스터의 임계값 전압을 제어할 수 있다. 메탈 게이트 전극으로서는 금속질화막[예컨대 티타늄 질화막(TiN막)] 등을 들 수 있다(특허문헌 1 참조).
1. 일본 특개 2011-6783호 공보
최근에는 용도에 따라 일함수의 값을 다양하게 조정할 수 있는 도전성 박막을 포함하는 전극이 요구되는 경우가 있다. 특히 종래 이용된 티타늄 질화막보다 일함수의 값이 낮은 도전성의 박막이 요구되는 경우가 있다.
본 발명의 목적은 일함수를 조정할 수 있고, 낮은 일함수의 값을 가지는 도전성의 박막을 형성할 수 있는 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 처리실에 수용된 기판에 대하여 제1 원소를 포함하는 할로겐계 원료 가스를공급하고 배기하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소를 포함하는 층을 형성하는 제1 공정; 상기 기판에 대하여 제2 원소를 포함하고 상기 할로겐계 원료 가스와 반응하는 제1 반응 가스를 공급하고 배기하여, 상기 기판 상의 상기 제1 원소를 포함하는 층의 흡착 사이트의 일부와 상기 제1 반응 가스를 반응시키는 것에 의해, 상기 기판 상의 상기 제1 원소를 포함하는 층의 흡착 사이트를 잔류시킨 상태에서, 상기 기판 상에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 포함하는 층을 형성하는 제2 공정; 및 상기 기판에 대하여 상기 제2 원소의 동족 원소이며 상기 제2 원소보다 전기 음성도가 낮은 원소인 제3 원소를 포함하고 상기 할로겐계 원료 가스와 반응하고 상기 제1 반응 가스와 반응하지 않는 제2 반응 가스를 공급하고 배기하여, 상기 기판 상에 잔류한 상기 흡착 사이트와 상기 제2 반응 가스를 반응시키는 것에 의해 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 층을 형성하는 제3 공정; 을 포함하고, 상기 제1 공정, 상기 제2 공정 및 상기 제3 공정을 순서대로 수행하는 사이클을 미리 지정된 횟수 수행하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 일함수를 조정할 수 있고, 낮은 일함수의 값을 가지는 도전성의 박막을 형성할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 원소와 전기음성도와 일함수의 관계를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도(縱斷面圖)로 도시하는 도면.
도 3은 도 1의 A-A선 단면도.
도 4는 도 1에 도시하는 기판 처리 장치가 포함하는 컨트롤러의 구성을 도시하는 블록도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에서의 성막 시퀀스의 타임 차트를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에서의 성막 시퀀스의 타임 차트를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에서의 성막 시퀀스의 타임 차트를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제4 실시 형태에서의 성막 시퀀스의 타임 차트를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에서의 등가 산화막 두께(EOT)와 실효 일함수(eWF)의 관계를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에서의 TiPN막의 SIMS의 데이터를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 다른 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
MOSFET의 특성을 나타내는 중요한 파라미터로서 임계값 전압(스레숄드 전압, Vth)이 있다. 이 임계값 전압은 전극의 일함수에 의해 결정된다. 전극의 일함수는 전극을 구성하는 금속막에 의해 튜닝(조정, 변조)할 수 있다. 트랜지스터에서 P형 트랜지스터와 N형 트랜지스터에서 요구되는 일함수의 값이 다르고, P형 트랜지스터에서는 5.0eV 이상, N형 트랜지스터에서는 4.3eV 이하가 요구된다. 또한 트랜지스터의 대기(待機) 전력을 억제하기 위해서 미드갭 부근의 일함수(약4.6eV)를 가지는 도전성의 박막이 요구되고 있다. 또한 채널 재료가 실리콘(Si)으로부터 실리콘게르마늄(SiGe), 게르마늄(Ge)으로 변화하고 있으며, 종래보다 낮은 일함수를 가지는 도전성의 박막이 요구된다. 또한 용도에 따라서는 그 외의 값이 요구되는 경우도 있다. 이러한 경우에 같은 원소 조성을 포함하는 1개의 막으로 일함수를 조정할 수 있는 것이 바람직하다.
이러한 요구에 대응하기 위해서는 예컨대 하프늄 산화막(HfO막) 상의 일함수가 4.6eV 이하이며 일함수의 값을 변조 가능한 도전성의 박막이 필요하다. 메탈 게이트 전극의 일 예인 티타늄 질화막(TiN막)은 높은 신뢰성, 낮은 저항률, 양호한 단차 피복성 등 많은 장점이 있지만, HfO막 상에서의 일함수가 약 4.8eV로 전술한 요구에 비해 높다.
여기서 물질의 일함수는 그 물질을 조성하는 원소의 전기음성도(電氣陰性度)와 상관성이 있으며, 폴링(Pauling)의 전기음성도를 Χ, 일함수를 W로 하면, 식 1과 같은 관계가 있다.
[식 1]
W=2.27Χ+0.34
도 1[T.Kurihara, Report of graduation work, Kochi University of Technology, Japan, 2002에서 인용함]에 도시되듯이, 전기음성도가 큰 원소일수록 일함수가 커지고, 전기음성도가 작은 원소일수록 일함수가 작아진다. TiN막의 일함수가 높은 요인 중 하나는 전기음성도가 3.04로 높은 질소(N)를 함유하는 영향일 것으로 생각된다.
발명자들은 예의 연구하여 전기음성도가 높은 N을 동족 원소이며 전기음성도가 낮은 원소로 일부 또는 모두 치환하는 방법을 고안했다. N의 동족 원소(15족)인 원소를 이용하는 것에 의해 도전성의 박막을 조성하는(구성하는) 원소 중 금속 원소 이외의 원소가 N만인 경우의 도전성의 박막과 유사한 물성(성질)을 가지는 도전성의 박막을 형성하는 것이 가능하며, N보다 전기음성도가 낮은 원소를 이용하는 것에 의해 일함수의 저하 및 일함수의 변조를 도모하는 것이 가능하다는 사실을 발견했다. N의 동족 원소이며 N보다 전기음성도가 낮은 원소로서는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi)를 들 수 있다. 선택 조건으로서는 N을 치환한 막을 조성하는 금속 원소의 전기음성도와의 차이가 커질 수 있는 전기음성도를 가지는 원소를 선택하는 것이라고 생각된다. 예컨대 TiN막의 N을 치환하는 경우에는 P(전기음성도: 2.19)를 선택하는 것이 바람직하다. 인화티타늄 막(TiP막)은 융점이 높은 도전성의 고체이며, TiN막에 비해 낮은 일함수를 가질 것으로 추측된다.
전술한 바와 같이 발명자들은 예컨대 TiN막에서 전기음성도가 높은 N을 동족 원소이며 전기음성도가 낮은 P로 일부 또는 모두 치환하는 것에 의해, TiN막이 가지는 장점을 살리면서 일함수의 값의 저하, 변조를 도모할 수 있다는 사실을 발견했다. TiN막에서 전기음성도가 높은 N을 동족 원소이며 전기음성도가 낮은 P로 일부 치환하는 것에 의해 인화티타늄 질화막(TiPN막)이 형성된다. 상세한 내용은 이하에 설명한다.
<본 발명의 제1 실시 형태>
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 도 2 및 도 3을 이용하여 설명한다. 기판 처리 장치(10)는 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정인 기판 처리 공정에서 사용되는 장치의 일 예로서 구성된다.
(1) 처리로의 구성
처리로(202)에는 가열 수단(가열 기구, 가열계)으로서의 히터(207)가 설치된다. 히터(207)는 상방(上方)이 폐색(閉塞)된 원통 형상으로 형성된다.
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 내열성 재료 등[예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화실리콘(SiC)]으로 이루어지고, 상단이 폐색되고 하단이 개구(開口)된 원통 형상으로 형성된다.
반응관(203)의 하단에는 스텐레스 등의 금속 재료로 이루어지는 매니폴드(209)가 설치된다. 매니폴드(209)는 통 형상으로 형성되고, 그 하단 개구는 스텐레스 등의 금속 재료로 이루어지는 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)에 의해 기밀하게 폐색된다. 반응관(203)과 매니폴드(209) 사이 및 매니폴드(209)와 씰 캡(219) 사이에는 각각 씰 부재로서의 O링(220)이 설치된다. 주로 반응관(203), 매니폴드(209) 및 씰 캡(219)에 의해 처리 용기가 구성되고, 이 처리 용기의 내부에 처리실(201)이 형성된다. 처리실(201)은 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 수직 방향에 다단으로 정렬한 상태에서 수용 가능하도록 구성된다.
씰 캡(219)의 처리실(201)과 반대측에는 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. 즉 보트 엘리베이터(115)는 보트(217), 즉 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다.
기판 보지구(保持具)로서의 보트(217)는 복수, 예컨대 25매 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향에 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉 간격을 두고 배열시키도록 구성된다. 보트(217)는 내열성 재료 등(예컨대 석영이나 SiC)으로 이루어진다. 보트(217)의 하부에는 내열성 재료 등(예컨대 석영이나 SiC)으로 이루어지는 단열판(218)이 수평 자세로 다단으로 지지된다. 이 구성에 의해 히터(207)로부터의 열이 씰 캡(219)측에 전달되기 어렵도록 이루어진다. 단, 본 실시 형태는 전술한 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. 히터(207)는 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200)를 소정의 온도로 가열할 수 있다.
처리실(201) 내에는 노즐(410, 420)이 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420)에는 가스 공급 라인으로서의 가스 공급관(310, 320)이 각각 접속된다. 또한 가스 공급관(320)에는 가스 공급관(330)이 접속된다. 이와 같이 처리실(201) 내에 복수 종류의 가스(처리 가스, 원료)를 공급할 수 있도록 구성된다.
가스 공급관(310, 320, 330)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(312, 322, 332) 및 개폐 밸브인 밸브(314, 324, 334)가 각각 설치된다. 가스 공급관(310, 320)의 선단부(先端部)에는 노즐(410, 420)이 각각 연결(접속)된다. 노즐(410, 420)은 L자형의 롱 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420)의 수직부는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200) 사이에 형성되는 원환 형상[圓環狀]의 공간에 반응관(203)의 내벽을 따라 상방[웨이퍼(200)의 적재 방향 상방]을 향하여 상승[立上]하도록[즉 웨이퍼 배열 영역의 일단측(一端側)부터 타단측(他端側)을 향하여 상승하도록] 설치된다. 즉 노즐(410, 420)은 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 설치된다.
노즐(410, 420)의 측면에는 가스를 공급하는(분출시키는) 가스 공급공(410a, 420a)이 각각 설치된다. 가스 공급공(410a, 420a)은 반응관(203)의 중심을 향하도록 각각 개구된다. 이 가스 공급공(410a, 420a)은 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 같은 개구 피치로 설치된다.
이와 같이 본 실시 형태에서의 가스 공급의 방법은 반응관(203)의 내벽과 적재된 복수 매의 웨이퍼(200)의 단부에 의해 정의되는 원환 형상의 세로로 긴 공간 내, 즉 원통 형상의 공간 내에 배치된 노즐(410, 420)을 경유하여 가스를 반송하고, 노즐(410, 420)에 각각 개구된 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 웨이퍼(200)의 근방에서 처음으로 반응관(203) 내에 가스를 분출시켜서, 반응관(203) 내에서의 가스의 주된 흐름을 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향, 즉 수평 방향으로 한다. 이러한 구성으로 하는 것에 의해 각 웨이퍼(200)에 균일하게 가스를 공급할 수 있어, 각 웨이퍼(200)에 형성되는 박막의 막 두께를 균일하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한 각 웨이퍼(200)의 표면 상을 흐른 가스, 즉 반응 후에 잔류하는 가스(잔류 가스)는 배기구, 즉 후술하는 배기관(231)의 방향을 향하여 흐르지만, 이 잔류 가스가 흐르는 방향은 배기구의 위치에 따라 적절히 특정되고, 수직 방향으로 한정되지 않는다.
또한 가스 공급관(310, 320, 330)에는 캐리어 가스를 공급하기 위한 캐리어 가스 공급관(510, 520, 530)이 각각 접속된다. 캐리어 가스 공급관(510, 520, 530)에는 MFC(512, 522, 532) 및 밸브(514, 524, 534)가 각각 설치된다.
상기 구성에서의 일 예로서 가스 공급관(310)으로부터는 처리 가스로서 원료 가스가 MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 원료 가스로서는 예컨대 할로겐계 원료 가스(할로겐계 원료, 할로겐화물)이며, 예컨대 제1 원소로서의 금속 원소인 티타늄(Ti)을 포함하는 Ti 함유 원료인 4염화티타늄(TiCl4)이 이용된다. Ti는 천이(遷移) 금속 원소에 분류된다. 할로겐화물은 제17족 원소인 할로겐을 포함하는 화합물이며, 불소(F)를 포함하는 불화물, 염소(Cl)를 포함하는 염화물, 브롬(Br)을 포함하는 취화물, 요오드(I)를 포함하는 옥화물, 아스타틴(At)을 포함하는 아스타틴화물이 있다. TiCll4은 Cl을 포함하는 염화물이다.
가스 공급관(320)으로부터는 처리 가스로서 원료 가스와 반응하는 제1 반응 가스가 MFC(322), 밸브(324), 노즐(420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 제1 반응 가스로서는 예컨대 제2 원소로서의 질소(N)를 포함하는 N함유 가스인 암모니아(NH3)가 이용된다. NH3은 질화·환원제로서 작용한다.
가스 공급관(330)으로부터는 처리 가스로서 원료 가스와 반응하는 제2 반응 가스가 MFC(332), 밸브(334), 가스 공급관(320), 노즐(420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 제2 반응 가스로서는 예컨대 제3 원소로서 제2 원소의 질소(N)와 동족인(제15족 원소) 인(P)을 포함하는 P함유 가스인 수소화 인(포스핀, PH3)이 이용된다. PH3은 첨가제(도핑제)로서도 작용한다.
캐리어 가스 공급관(510, 520, 530)으로부터는 불활성 가스로서 예컨대 질소(N2) 가스가 각각 MFC(512, 522, 532), 밸브(514, 524, 534), 노즐(410, 420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
여기서 본 명세서에서 원료 가스(처리 가스)란 기체 상태의 원료, 예컨대 상온 상압 하에서 액체 상태 또는 고체 상태인 원료를 기화 또는 승화하는 것에 의해 얻어지는 가스나, 상온 상압 하에서 기체 상태인 원료 등을 말한다. 본 명세서에서 「원료」라는 단어를 이용한 경우는 「액체 상태인 액체 원료」, 「고체 상태인 고체 원료」, 「기체 상태인 원료 가스」, 또는 그 복합을 의미하는 경우가 있다. TiCl4 등과 같이, 상온 상압 하에서 액체 상태인 액체 원료나 상온 상압 하에서 고체 상태인 고체 원료를 이용하는 경우에는 액체 원료나 고체 원료를 기화기, 버블러 또는 승화기 등의 시스템에 의해 기화 또는 승화하여 원료 가스(TiCl4가스 등)로서 공급한다.
가스 공급관(310, 320, 330)으로부터 전술한 바와 같은 처리 가스를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(310, 320, 330), MFC(312, 322, 332), 밸브(314, 324, 334)에 의해 처리 가스 공급계가 구성된다. 노즐(410, 420)을 처리 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 처리 가스 공급계를 단순히 가스 공급계라고도 칭할 수 있다.
가스 공급관(310)으로부터 처리 가스로서 할로겐계 원료 가스를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(310), MFC(312), 밸브(314)에 의해 할로겐계 원료 가스 공급계가 구성된다. 노즐(410)을 할로겐계 원료 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 할로겐계 원료 가스로서 Ti 함유 가스(Ti소스)를 흘리는 경우, 할로겐계 원료 가스 공급계를 Ti 함유 가스 공급계라고도 칭할 수 있다. Ti 함유 가스 공급계를 Ti 함유 원료 공급계라고도 칭할 수 있고, 단순히 Ti 원료 공급계라고도 칭할 수 있다. 가스 공급관(310)으로부터 TiCl4가스를 흘리는 경우, Ti 함유 가스 공급계를 TiCl4가스 공급계라고도 칭할 수 있다. TiCl4가스 공급계를 TiCl4공급계라고도 칭할 수 있다.
가스 공급관(320, 330)으로부터 처리 가스로서 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 각각 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(320, 330), MFC(322, 332), 밸브(324, 334)에 의해 반응 가스 공급계가 형성된다. 노즐(420)을 반응 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
가스 공급관(320)으로부터 제1 반응 가스로서 질화·환원제를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(320), MFC(322), 밸브(324)에 의해 질화·환원제 공급계가 구성된다. 노즐(420)을 질화·환원제 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 질화·환원제로서 N함유 가스(N소스)을 흘리는 경우, 질화·환원제 공급계를 N함유 가스 공급계라고도 칭할 수 있다. 가스 공급관(320)으로부터 NH3가스를 흘리는 경우, N함유 가스 공급계를 NH3가스 공급계라고도 칭할 수 있다. NH3가스 공급계를 NH3공급계라고도 칭할 수 있다.
가스 공급관(330)으로부터 제2 반응 가스로서 P함유 가스를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(330), MFC(332), 밸브(334)에 의해 P함유 가스 공급계가 구성된다. P함유 가스로서 PH3가스를 흘리는 경우, P함유 가스 공급계를 PH3가스 공급계라고도 칭할 수 있다. PH3가스 공급계를 PH3공급계라고도 칭할 수 있다.
또한 주로 캐리어 가스 공급관(510, 520, 530), MFC(512, 522, 532), 밸브(514, 524, 534)에 의해 캐리어 가스 공급계가 구성된다. 캐리어 가스로서 불활성 가스를 흘리는 경우, 캐리어 가스 공급계를 불활성 가스 공급계라고도 칭할 수 있다. 이 불활성 가스는 퍼지 가스로서도 작용하기 때문에 불활성 가스 공급계를 퍼지 가스 공급계라고도 칭할 수 있다.
매니폴드(209)에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치된다. 배기관(231)은 노즐(410, 420)과 마찬가지로 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 설치된다. 배기관(231)은 도 3에 도시하는 바와 같이 평면시에서 웨이퍼(200)를 개재하여 노즐(410, 420)과 대향하는 위치에 설치된다. 이 구성에 의해 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 근방에 공급된 가스는 수평 방향, 즉 웨이퍼(200)의 표면과 평행한 방향을 향하여 흐른 뒤, 하방(下方)을 향하여 흐르고 배기관(231)으로부터 배기된다. 처리실(201) 내에서의 가스의 주된 흐름이 수평 방향에 향하는 흐름이 된다는 것은 전술한 바와 같다.
배기관(231)에는 상류측부터 순서대로 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245), 처리실(201) 내의 압력을 제어하는 압력 제어기(압력 제어부)로서의 APC(Auto Pressure Controller)밸브(243), 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속된다. APC밸브(243)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 밸브의 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성된다. APC밸브(243)는 배기계의 배기 유로의 일부를 구성하고, 압력 조정부로서 기능할 뿐만 아니라, 배기계의 배기 유로를 폐색하거나 밀폐하는 것이 가능한 배기 유로 개폐부, 즉 배기 밸브로서도 기능한다. 또한 배기관(231)에는 배기 가스 중의 부생성물이나 미반응의 원료 가스 등을 포착하는 트랩 장치나 배기 가스 중에 포함되는 부식성 성분이나 유독 성분 등을 제해(除害)하는 제해 장치가 접속되는 경우가 있다. 주로 배기관(231), APC밸브(243), 압력 센서(245)에 의해 배기계, 즉 배기 라인이 구성된다. 또한 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 트랩 장치나 제해 장치를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
반응관(203) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전량을 조정하는 것에 의해 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성된다. 온도 센서(263)는 노즐(410, 420)과 마찬가지로 L자형으로 구성되고, 반응관(203)의 내벽을 따라 설치된다.
도 4에 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 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속된다.
기억 장치(121c)는 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 경우에는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. 또한 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(312, 322, 332, 512, 522, 532), 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534), APC밸브(243), 압력 센서(245), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 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 레시피에 따라서 MFC(312, 322, 332, 512, 522, 532)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534)의 개폐 동작, APC밸브(243)의 개폐 동작 및 APC밸브(243)에 의한 압력 센서(245)에 기초하는 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 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, MO 등의 광자기 디스크, USB메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]를 준비하고, 이 외부 기억 장치(123)를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것 등에 의해 본 실시 형태의 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
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 기판 상에 예컨대 게이트 전극을 구성하는 금속막을 형성하는 공정의 제1 실시 형태에 대하여 도 5를 이용하여 설명한다. 금속막을 형성하는 공정은 전술한 기판 처리 장치(10)의 처리로(202)를 이용하여 실행된다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 실시 형태의 바람직한 성막 시퀀스(단순히 시퀀스라고도 부른다)는 웨이퍼(200)에 대하여 제1 원소(예컨대 Ti)를 포함하는 할로겐계 원료 가스(예컨대 TiCl4가스), 제2 원소(예컨대 N)를 포함하는 제1 반응 가스(예컨대 NH3가스) 및 제2 원소의 동족 원소인 제3 원소(예컨대 P)를 포함하는 제2 반응 가스(예컨대 PH3가스)를 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스적으로) 소정 횟수 공급하여, 웨이퍼(200) 상에 제1 원소, 제2 원소 및 제3 원소를 포함하는 막(예컨대 Ti 함유 금속막인 TiPN막)을 형성한다.
바람직하게는 웨이퍼(200)에 대하여 제1 원소(예컨대 Ti)를 포함하는 할로겐계 원료 가스(예컨대 TiCl4가스)를 공급하고 배기하는 공정; 웨이퍼(200)에 대하여 제2 원소(예컨대 N)를 포함하는 제1 반응 가스(예컨대 NH3가스)를 공급하는 공정(또는 공급하고 배기하는 공정); 및 웨이퍼(200)에 대하여 제2 원소의 동족 원소인 제3 원소(예컨대 P)를 포함하는 제2 반응 가스(예컨대 PH3가스)를 공급하고 배기하는 공정;을 순서대로 소정 횟수(n회) 수행한다.
구체적으로는 도 5에 도시하는 시퀀스와 같이 TiCl4가스, NH3가스 및 PH3가스를 이 순서대로 시분할하여 흘리는 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하는 것에 의해 인 질화티타늄 막(TiPN막)을 형성한다. TiPN막을 P가 첨가(도프)된 TiN막, P를 포함하는 TiN막(P함유 TiN막)이라고도 칭할 수 있다. 또한 도 5에 도시하는 시퀀스를 편의상 다음 식 2와 같이 나타낸다. 또한 이하의 설명에서도 편의상 같은 표기를 이용한다.
[식 2]
(TiCl4→NH3→PH3)×n⇒TiPN
본 명세서에서 「처리(또는 공정, 사이클, 스텝 등이라고 부른다)를 소정 횟수 수행한다」란 이 처리 등을 1회 또는 복수 회 수행하는 것을 의미한다. 즉 처리를 1회 이상 수행하는 것을 의미한다. 도 5는 각 처리(사이클)를 n사이클 반복하는 예를 도시한다. 각 처리 등을 수행하는 횟수는 최종적으로 형성되는 TiPN막에서 요구되는 막 두께에 따라 적절히 선택된다. 즉 전술한 각 처리를 수행하는 횟수는 목표로 하는 막 두께에 따라 결정된다.
또한 본 명세서에서 「시분할」이란 시간적으로 분할(separate)되는 것을 의미한다. 예컨대 본 명세서에서 각 처리를 시분할하여 수행한다란 각 처리를 비동기, 즉 동기시키지 않고 수행하는 것을 의미한다. 바꿔 말하면, 각 처리를 간헐적(펄스적) 또한 교호(交互)적으로 수행하는 것을 의미한다. 즉 각 처리에서 공급되는 처리 가스는 서로 혼합되지 않도록 공급되는 것을 의미한다. 각 처리를 복수 회 수행하는 경우에는 각 처리에서 공급되는 처리 가스는 서로 혼합되지 않도록 교호적으로 공급된다.
또한 본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 이용한 경우는 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등의 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」라고 기재한 경우에는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)에 대하여 소정의 가스를 직접 공급한다」라는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되는 층이나 막 등에 대하여, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면에 대하여 소정의 가스를 공급한다」라는 것을 의미하는 경우가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라고 기재한 경우에는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면) 상에 소정의 층(또는 막)을 직접 형성한다」라는 것을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성되는 층이나 막 등의 상, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면 상에 소정의 층(또는 막)을 형성한다」라는 것을 의미하는 경우가 있다.
또한 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 이용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 이용한 경우와 마찬가지이며, 그 경우, 상기 설명에서 「웨이퍼」를 「기판」으로 치환해서 생각하면 좋다.
또한 본 명세서에서 「금속막」(메탈 막)이라는 용어는 금속 원자를 포함하는 도전성의 물질로 구성되는 막(단순히 도체막이라고도 부른다)을 의미하고, 이에는 도전성의 금속질화막(메탈나이트라이드 막), 도전성의 금속산화막(메탈옥사이드 막), 도전성의 금속산질화막(메탈옥시나이트라이드 막), 도전성의 금속산탄화막(메틸옥시카바이드 막), 도전성의 금속복합막, 도전성의 금속합금막, 도전성의 금속 실리사이드 막(메탈실리사이드 막), 도전성의 금속탄화막(메탈카바이드 막), 도전성의 금속탄질화막(메탈카보나이트라이드 막) 등이 포함된다. 또한 TiPN막은 도전성의 금속질화막이다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 도 2에 도시되는 바와 같이 복수 매의 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 매니폴드(209)의 하단 개구를 폐색한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여, APC밸브(243)가 피드백 제어된다(압력 조정). 진공 펌프(246)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료할 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전량이 피드백 제어된다(온도 조정). 또한 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료할 때까지의 동안은 계속해서 수행된다. 계속해서 회전 기구(267)에 의해 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전을 시작한다. 또한 회전 기구(267)에 의한 보트(217) 및 웨이퍼(200)의 회전은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
(TiPN막 형성 스텝)
계속해서 TiPN막을 형성하는 스텝을 설명한다. TiPN막 형성 스텝은 이하에 설명하는 TiCl4가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, NH3가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, PH3가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝을 포함한다.
(TiCl4가스 공급 스텝)
밸브(314)를 열고 가스 공급관(310) 내에 TiCl4가스를 흘린다. 가스 공급관(310) 내를 흐른 TiCl4가스는 MFC(312)에 의해 유량 조정되어 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 웨이퍼(200)에 대하여 TiCl4가스가 공급된다. 즉 웨이퍼(200)의 표면은 TiCl4가스에 폭로된다. 이때 동시에 밸브(514)를 열고 캐리어 가스 공급관(510) 내에 N2가스를 흘린다. 캐리어 가스 공급관(510) 내를 흐른 N2가스는 MFC(512)에 의해 유량 조정되어 TiCl4가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 노즐(420) 내로의 TiCl4가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(524, 534)를 열고 캐리어 가스 공급관(520, 530) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 가스 공급관(320, 330), 노즐(420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 N2가스는 밸브(524, 534) 중 어느 일방(一方)만을 열고 캐리어 가스 공급관(520, 530) 중 어느 일방에만 N2가스를 흘려도 좋다.
처리실(201) 내의 압력은 APC밸브(243)를 적절히 조정하여 예컨대 1Pa 내지 70,000Pa, 바람직하게는 1Pa 내지 1,333Pa, 예컨대 20Pa 내지 50Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(312)로 제어하는 TiCl4가스의 공급 유량은 예컨대 0.05slm 내지 2slm, 바람직하게는 0.15slm 내지 1slm, 예컨대 0.45slm으로 한다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 각각 예컨대 1slm 내지 20slm, 바람직하게는 5slm 내지 15slm, 예컨대 7slm으로 한다. TiCl4가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간[조사(照射) 시간]은 예컨대 0.01초 내지 60초, 바람직하게는 1초 내지 30초, 예컨대 3초로 한다. 이때 히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 250℃ 내지 600℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도이며, 바람직하게는 300℃ 내지 550℃, 예컨대 380℃로 설정한다. 600℃ 이상에서는 써멀 버짓(thermal budget)의 영향이 있고, 250℃ 이하에서는 불순물이 다량 발생하고 그 불순물이 막 중에 취입(取入)되는 경우가 있다. 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 TiCl4가스와 N2가스만이며, TiCl4가스의 공급에 의해 웨이퍼(200)[표면의 하지막(下地膜)]의 최표면 상에 예컨대 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 Ti 함유층이 형성된다.
Ti 함유층은 Ti층이어도 좋고, Cl을 포함하는 Ti층이어도 좋고, TiCl4의 흡착층이어도 좋고, 그것들의 적어도 2개를 포함하는 복합층이어도 좋다.
Ti층은 Ti에 의해 구성되는 연속적인 층 외에 불연속적인 층도 포함한다. 즉 Ti층은 Ti에 의해 구성되는 1원자층 미만 내지 수원자층 정도의 두께의 Ti퇴적층을 포함한다.
Cl을 포함하는 Ti층이란 Ti에 의해 구성되어 Cl을 포함하는 연속적인 층 외에 불연속적인 층이나, 이들이 중접되어 이루어지는 Cl을 포함하는 Ti박막도 포함하는 총칭이다. Ti에 의해 구성되고 Cl을 포함하는 연속적인 층을 Cl을 포함하는 Ti박막이라고 부르는 경우도 있다. Cl을 포함하는 Ti층을 구성하는 Ti는 Cl과의 결합이 완전히 분리되지 않은 것 외에 Cl과의 결합이 완전히 분리된 것도 포함한다.
TiCl4의 흡착층은 TiCl4분자로 구성되는 연속적인 흡착층 외에 불연속적인 흡착층도 포함한다. 즉 TiCl4의 흡착층은 TiCl4분자로 구성되는 1분자층 또는 1분자층 미만의 두께의 흡착층을 포함한다. TiCl4의 흡착층을 구성하는 TiCl4분자는 Ti와 Cl의 결합이 일부 분리된 것도 포함한다. 즉 TiCl4의 흡착층은 TiCl4의 물리 흡착층이어도 좋고, TiCl4의 화학 흡착층이어도 좋고, 그 양방(兩方)을 포함해도 좋다.
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. Cl을 포함하는 Ti 함유층은 Cl을 포함하는 Ti층과 TiCl4의 흡착층의 양방을 포함할 수 있다. 단, Cl을 포함하는 Ti 함유층에 대해서는 「1원자층」, 「수원자층」 등의 표현을 이용하여 나타낸다.
(잔류 가스 제거 스텝)
Ti 함유층이 형성된 후, 밸브(314)를 닫고 TiCl4가스의 공급을 정지한다. 이때 APC밸브(243)는 연 상태로 하고 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Ti 함유층의 형성에 기여한 후의 TiCl4가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 즉 Ti 함유층이 형성된 웨이퍼(200)가 존재하는 공간에 잔류하는 미반응 또는 Ti 함유층의 형성에 기여한 후의 TiCl4가스를 제거한다. 이때 밸브(514, 524, 534)는 연 상태로 하여 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Ti 함유층의 형성에 기여한 후의 TiCl4가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 향상시킬 수 있다.
이때 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 스텝에서 악영향이 발생하지 않는다. 처리실(201) 내에 공급하는 N2가스의 유량을 대유량으로 할 필요는 없고, 예컨대 반응관(203)[처리실(201)]의 용적과 같은 정도의 양의 N2가스를 공급하는 것에 의해 그 후의 스텝에서 악영향이 발생하지 않을 정도의 퍼지를 수행할 수 있다. 이와 같이 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않는 것에 의해 퍼지 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 N2가스의 소비도 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
(NH3가스 공급 스텝)
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(324)를 열고 가스 공급관(320) 내에 NH3가스를 흘린다. 가스 공급관(320) 내를 흐른 NH3가스는 MFC(322)에 의해 유량 조정되어 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 NH3가스가 공급된다. 즉 웨이퍼(200)의 표면은 NH3가스에 폭로된다. 이때 동시에 밸브(524)를 열고 캐리어 가스 공급관(520) 내에 N2가스를 흘린다. 캐리어 가스 공급관(520) 내를 흐른 N2가스는 MFC(522)에 의해 유량 조정되어 NH3가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 노즐(410) 내 및 가스 공급관(330) 내로의 NH3가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(514, 534)를 열고 캐리어 가스 공급관(510, 530) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 가스 공급관(310, 330, 320), 노즐(410, 420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
NH3가스를 흘릴 때에는 APC밸브(243)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 70,000Pa, 바람직하게는 1Pa 내지 1,330Pa, 예컨대 50Pa 내지 100Pa로 한다. MFC(322)로 제어하는 NH3가스의 공급 유량은 예컨대 1slm 내지 20slm, 바람직하게는 1slm 내지 10slm, 예컨대 7.5slm으로 한다. NH3가스의 공급 유량은 다음 PH3가스 공급 스텝에서 층 중에 취입하는 인(P)의 농도에 따라 적절히 변경한다. 인(P) 농도의 결정 요인 중 하나로서 웨이퍼(200)의 표면에 잔재하는 흡착 사이트의 양을 들 수 있다. 흡착 사이트의 양이 많을수록 많은 P를 취입할 수 있다. 즉 Ti 함유층과 치환 반응을 수행하는 NH3가스의 양에 따라 NH3가스의 치환 반응 후에 잔류하는 흡착 사이트의 양이 결정되기 때문에 NH3가스의 공급 유량이 P농도의 파라미터 중 하나가 된다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 각각 예컨대 1slm 내지 20slm, 바람직하게는 5slm 내지 15slm, 예컨대 7slm으로 한다. NH3가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 0.01초 내지 300초, 바람직하게는 1초 내지 60초, 예컨대 15초로 한다. 이때의 히터(207)의 온도는 TiCl4가스 공급 스텝과 마찬가지의 온도로 설정한다.
이때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 NH3가스와 N2가스만이다. NH3가스는 TiCl4가스 공급 스텝에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti 함유층의 일부(즉 Ti 함유층의 흡착 사이트)와 치환 반응한다. 이에 의해 웨이퍼(200) 상에 Ti와 N을 포함하는 층(이하, 단순히 TiN층이라고도 부른다)이 형성된다. 웨이퍼(200) 상에는 TiN층과 Ti 함유층의 치환 반응이 일어나지 않은 흡착 사이트의 양방이 존재한다.
(잔류 가스 제거 스텝)
TiN층이 형성된 후, 밸브(324)를 닫고 NH3가스의 공급을 정지한다. 이때 APC밸브(243)는 연 상태로 하고 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiN층 형성에 기여한 후의 NH3가스나 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 즉 TiN층이 형성된 웨이퍼(200)가 존재하는 공간에 잔류하는 미반응 또는 TiN층 형성에 기여한 후의 NH3가스를 제거한다. 이때 밸브(514, 524, 534)는 연 상태로 하여 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiN층 형성에 기여한 후의 NH3가스나 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
이때 TiCl4가스 공급 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지로 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다.
(PH3가스 공급 스텝)
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(334)를 열고 가스 공급관(330) 내에PH3가스를 흘린다. 가스 공급관(330) 내를 흐른 PH3가스는 MFC(332)에 의해 유량 조정되어 가스 공급관(320) 내에 흐르고, 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 PH3가스가 공급된다. 즉 웨이퍼(200)의 표면은 PH3가스에 폭로된다. 이때 동시에 밸브(534)를 열고 캐리어 가스 공급관(530) 내에 N2가스를 흘린다. 캐리어 가스 공급관(530) 내를 흐른 N2가스는 MFC(532)에 의해 유량 조정되어 PH3가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 노즐(410) 내 및 가스 공급관(310, 320) 내로의 PH3가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(514, 524)를 열고 캐리어 가스 공급관(510, 520) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 가스 공급관(310, 320), 노즐(410, 420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
PH3가스를 흘릴 때에는 APC밸브(243)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 70,000Pa, 바람직하게는 1Pa 내지 1,330Pa, 예컨대 50Pa 내지 100Pa로 한다. 또한 PH3가스의 공급 압력(분압)을 제어하는 것에 의해 PH3가스가 웨이퍼(200)에 충돌하는 횟수를 증감할 수 있고, PH3가스의 분해 정도를 제어할 수 있기 때문에 반응성을 제어하는 것이 가능해진다. 예컨대 PH3가스의 공급 압력을 높이면, PH3가스가 웨이퍼(200)에 충돌하는 횟수가 증가하기 때문에 PH3가스의 분해가 한층 더 진행되어 반응성이 높아진다. 따라서 같은 가스 공급 시간이어도 Ti 함유층의 흡착 사이트와의 반응을 촉진할 수 있다.
MFC(332)로 제어하는 PH3가스의 공급 유량은 예컨대 1slm 내지 20slm, 바람직하게는 1slm 내지 10slm, 예컨대 7.5slm으로 한다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 각각 예컨대 1slm 내지 20slm, 바람직하게는 5slm 내지 15slm, 예컨대 7slm으로 한다. PH3가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 0.01초 내지 300초, 바람직하게는 1초 내지 60초, 예컨대 15초로 한다. PH3가스의 공급 농도는 예컨대 0.5% 내지 10%, 바람직하게는 1% 내지 5%, 예컨대 1%로 한다. 10% 이하의 농도로 하는 것에 의해 PH3가스의 과잉 자기분해(自己分解)를 억제할 수 있고, 0.5% 이상으로 하는 것에 의해 PH3가스의 웨이퍼(200)로의 흡착 부족을 억제할 수 있다. 이때의 히터(207)의 온도는 TiCl4가스 공급 스텝과 마찬가지의 온도로 설정한다.
이때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 PH3가스와 N2가스만이다. PH3가스는 TiCl4가스 공급 스텝에서 형성된 Ti 함유층의 흡착 사이트의 적어도 일부와 치환 반응한다. 이때 NH3가스 공급 스텝에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 TiN층과도 치환 반응하는 경우도 있다. 이에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정의 조성비를 가지는 Ti, N, P를 포함하는 층(이하, 단순히 TiPN층이라고도 부른다)이 형성된다. 또한 TiPN층은 잔류하는 Cl 등을 불순물로서 포함해도 좋다.
(잔류 가스 제거 스텝)
TiPN층이 형성된 후, 밸브(334)를 닫고 PH3가스의 공급을 정지한다. 이때 APC밸브(243)는 연 상태로 하고 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiN층 형성에 기여한 후의 PH3가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 즉 TiPN층이 형성된 웨이퍼(200)가 존재하는 공간에 잔류하는 미반응 또는 TiPN층 형성에 기여한 후의 PH3가스나 부생성물을 제거한다. 이때 밸브(514, 524, 534)는 연 상태로 하여 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiPN층 형성에 기여한 후의 PH3가스나 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 향상시킬 수 있다.
이때 TiCl4가스 공급 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지로 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다.
(소정 횟수 실시)
전술한 TiCl4가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, NH3가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, PH3가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝을 순서대로 수행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 것에 의해, 즉 TiCl4가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, NH3가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, PH3가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝의 처리를 1사이클로 하여, 이 처리를 n사이클(n은 1 이상의 정수)만 실행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께(예컨대 0.1nm 내지 10nm)의 TiPN막을 형성한다. 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
(퍼지 및 대기압 복귀)
소정 막 두께의 TiPN막을 형성한 후, 밸브(514, 524, 534)를 열고 가스 공급관(510, 520, 530)의 각각으로부터 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 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)
보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되어 매니폴드(209)의 하단이 개구된다. 그리고 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 처리실(201)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차지).
또한 상기 예에서는 NH3가스 공급 스텝과 PH3가스 공급 스텝 사이에 잔류 가스 제거 스텝을 수행하는 예에 대하여 설명했지만, NH3가스와 PH3가스는 현저하게 반응하지 않기 때문에 잔류 가스 제거 스텝을 수행하지 않고, 밸브(324)를 닫고 NH3가스의 공급을 정지한 후, 곧 밸브(334)를 열고 PH3가스의 공급을 시작해도 좋다. 잔류 가스 제거 스텝을 생략하는 것에 의해 처리에 소요되는 시간을 단축할 수 있어, 스루풋을 향상시키는 것이 가능해진다.
(3) 본 실시 형태에 의한 효과
본 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시 형태에서는 N함유 가스 및 N과 동족 원소이며 N보다 전기음성도가 낮은 P를 포함하는 P함유 가스를 이용하여 TiPN막을 형성할 때, TiCl4가스의 공급→잔류 가스 제거→NH3가스의 공급→(잔류 가스 제거→)PH3가스의 공급→잔류 가스 제거라는 사이클을 1사이클로 하여 소정 사이클 수행하는 것에 의해 TiPN막을 형성하기 때문에 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
(1) N의 동족 원소(15족, 즉 V족)인 P를 이용하기 때문에 도전성의 박막을 조성하는(구성하는) 원소 중 금속 원소 이외의 원소가 N만인 경우의 도전성의 박막과 유사한 물성(성질)을 가지는 도전성의 박막을 형성할 수 있다.
(2) N보다 전기음성도가 낮은 P를 이용하기 때문에 TiN막보다 일함수가 낮은 막인 TiPN막을 형성할 수 있다.
(3) N 및 P라는 2종류의 원소를 이용하여 금속막으로서 TiPN막을 형성하기 때문에 P농도(또는 N농도)를 제어하는 것에 의해 TiPN막의 일함수를 튜닝할 수 있다.
(4) Ti 함유층의 형성 후, PH3가스보다 먼저 NH3가스를 흘리기 때문에 NH3가스의 폭로량에 따라 TiPN막 중에 취입되는 양(P농도)을 조정할 수 있어 TiPN막의 일함수를 튜닝할 수 있다.
<본 발명의 제2 실시 형태>
본 실시 형태에서는 NH3가스와 PH3가스의 공급 순서를 제1 실시 형태와는 반대로 하고, 도 6 및 식 3에 나타내는 바와 같이 TiCl4가스, PH3가스, NH3가스의 순서대로 각 가스를 시분할하여 소정 횟수(n회) 공급하는 것에 의해 TiPN막을 형성한다.
[식 3]
(TiCl4→PH3→NH3)×n⇒TiPN
즉 TiPN막 형성 스텝에서 TiCl4가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, PH3가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, NH3가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝을 순서대로 시분할하여 수행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 것에 의해, 즉 TiCl4가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, PH3가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, NH3가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝의 처리를 1사이클로 하여, 이 처리를 n사이클(n은 1 이상의 정수)만 실행하는 것에 의해 TiPN막을 형성한다. 각 스텝에서의 처리 순서, 처리 조건은 제1 실시 형태와 실질적으로 마찬가지이므로 상세한 설명은 생략한다. 또한 PH3가스 공급 스텝과 NH3가스 공급 스텝 사이의 잔류 가스 제거 스텝은 제1 실시 형태와 마찬가지의 이유에 의해 생략 가능하며, 그것에 의해 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한 Ti 함유층을 형성한 후 NH3가스보다 먼저 PH3가스를 흘리기 때문에, PH3가스의 폭로량(공급 유량)을 주된 파라미터로서 TiPN막 중에 취입되는 P의 양(TiPN막의 P농도)을 조정할 수 있다. 예컨대 PH3가스의 폭로량을 많게 하면 TiPN막의 P농도를 높게 할 수 있다. 즉 PH3가스의 폭로량을 조정(제어)하는 것에 의해 TiPN막의 P농도를 제어(조정)하는 것이 가능해진다.
바람직하게는 웨이퍼(200) 상에 제1 원소(예컨대 Ti), 제2 원소(예컨대 N) 및 제3 원소(예컨대 P)를 포함하는 막(예컨대 TiPN막)을 형성할 때, 웨이퍼(200)에 대하여 제1 원소를 포함하는 할로겐계 원료 가스(예컨대 TiCl4가스)를 공급하고 배기하는 공정; 웨이퍼(200)에 대하여 제2 원소의 동족 원소인 제3 원소를 포함하는 제2 반응 가스(예컨대 PH3가스)를 공급하고 배기하는 공정; 및 웨이퍼(200)에 대하여 제2 원소를 포함하는 제1 반응 가스(예컨대 NH3가스)를 공급하는 공정(또는 공급하고 배기하는 공정);을 순서대로 소정 횟수(n회) 수행한다.
본 실시 형태에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
(1) N의 동족 원소(15족)인 P를 이용하기 때문에 도전성의 박막을 조성하는(구성하는) 원소 중 금속 원소 이외의 원소가 N만인 경우의 도전성의 박막과 유사한 물성(성질)을 가지는 도전성의 박막을 형성할 수 있다.
(2) N보다 전기음성도가 낮은 P를 이용하기 때문에 TiN막보다 일함수가 낮은 막인 TiPN막을 형성할 수 있다.
(3) N 및 P라는 2종류의 원소를 이용하여 금속막으로서 TiPN막을 형성하기 때문에 P농도(또는 N농도)를 제어하는 것에 의해 TiPN막의 일함수를 튜닝할 수 있다.
(4) Ti 함유층의을 형성한 후 NH3가스보다 먼저 PH3가스를 흘리기 때문에, PH3가스의 폭로량에 따라(즉 PH3가스의 폭로량을 주된 파라미터로 하여) TiPN막 중에 취입되는 P의 양(TiPN막의 P농도)을 조정할 수 있다. 즉 TiPN막의 일함수를 튜닝할 수 있다.
<본 발명의 제3 실시 형태>
본 실시 형태에서는 도 7 및 식 4와 같이, 우선 TiCl4가스, NH3가스를 각 1회씩 시분할하여 공급하는 처리를 1사이클로 하여 이 사이클을 소정 횟수(n1회) 수행하는 것에 의해 TiN막을 형성하고, 다음으로 TiCl4가스, PH3가스를 각 1회씩 시분할하여 공급하는 처리를 1사이클로 하여 이 사이클을 소정 횟수(n2회) 수행하는 것에 의해 TiP막을 형성하고, TiN막의 형성과 TiP막의 형성을 1사이클로 하여 소정 횟수(n3회) 수행하는 것에 의해 TiPN막을 형성한다. 제1 실시 형태와 마찬가지의 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략하고, 제1 실시 형태와 다른 부분에 대하여 이하에 설명한다.
[식 4]
[(TiCl4→NH3)×n1→(TiCl4→PH3)×n2]×n3⇒TiPN
본 실시 형태의 바람직한 시퀀스에서는 웨이퍼(200)에 대하여 제1 원소(예컨대 Ti)를 포함하는 할로겐계 원료 가스(예컨대 TiCl4가스)를 공급하고 배기하는 공정과, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 원소(예컨대 N)를 포함하는 제1 반응 가스(예컨대 NH3가스)를 공급하는 공정(또는 공급하고 배기하는 공정)을 순서대로 소정 횟수(n1회) 수행하여, Ti와 N을 포함하는 막(예컨대 TiN막)을 형성하는 공정; 및 웨이퍼(200)에 대하여 제1 원소(예컨대 Ti)를 포함하는 할로겐계 원료 가스(예컨대 TiCl4가스)를 공급하고 배기하는 공정과, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 원소의 동족 원소인 제3 원소(예컨대 P)를 포함하는 제2 반응 가스(예컨대 PH3가스)를 공급하고 배기하는 공정을 순서대로 소정 횟수(n2회) 수행하여, Ti와 P를 포함하는 막(예컨대 TiP막)을 형성하는 공정;을 순서대로 소정 횟수(n3회) 수행하여, 웨이퍼(200) 상에 Ti, N, P를 포함하는 막(예컨대 TiPN막)을 형성한다.
본 실시 형태에서는 TiPN막 형성 스텝에서 TiN막 형성 스텝과 TiP막 형성 스텝을 소정 횟수(n3회) 수행하는 것에 의해 TiPN막을 형성한다. TiN막 형성 스텝에서는 TiCl4가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, NH3가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝을 순서대로 수행하는 처리를 1사이클로 하여 소정 횟수(n1회) 수행하는 것에 의해 TiN막을 형성한다. TiP막 형성 스텝에서는 TiCl4가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, PH3가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝을 순서대로 수행하는 처리를 1사이클로 하여 소정 횟수(n2회) 수행하는 것에 의해 TiP막을 형성한다. 각 스텝에서의 처리 순서, 처리 조건은 제1 실시 형태와 실질적으로 마찬가지이다.
본 실시 형태에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
(1) N의 동족 원소(15족)인 P를 이용하기 때문에 도전성의 박막을 조성하는(구성하는) 원소 중 금속 원소 이외의 원소가 N만인 경우의 도전성의 박막과 유사한 물성(성질)을 가지는 도전성의 박막을 형성할 수 있다.
(2) N보다 전기음성도가 낮은 P를 이용하기 때문에 TiN막보다 일함수가 낮은 막인 TiPN막을 형성할 수 있다.
(3) N 및 P라는 2종류의 원소를 이용하여 금속막으로서 TiPN막을 형성하기 때문에 P농도(또는 N농도)를 제어하는 것에 의해 TiPN막의 일함수를 튜닝할 수 있다.
(4) TiN막을 형성한 후에 TiP막을 형성하기 때문에 TiN막을 시드(종)막으로서 TiP막의 성장을 촉진할 수 있다.
<본 발명의 제4 실시 형태>
본 실시 형태에서는 도 8 및 식 5와 같이 NH3가스와 PH3가스를 동시에 공급하는 타이밍을 가지는 점에서 제1 실시 형태와 다르다. 제1 실시 형태와 마찬가지의 부분에 대해서는 상세한 설명은 생략하고, 제1 실시 형태와 다른 부분에 대하여 설명한다. 또한 식 5 중 「NH3+PH3」이란 NH3과 PH3을 동시 공급하는 것을 의미한다.
[식 5]
(TiCl4→NH3+PH3)×n⇒TiPN
본 실시 형태의 바람직한 시퀀스에서는 웨이퍼(200)에 대하여 제1 원소(예컨대 Ti)를 포함하는 할로겐계 원료 가스(예컨대 TiCl4가스)를 공급하고 배기하는 공정; 및 웨이퍼(200)에 대하여 제2 원소(예컨대 N)를 포함하는 제1 반응 가스(예컨대 NH3가스) 및 제2 원소의 동족 원소인 제3 원소(예컨대 P)를 포함하는 제2 반응 가스(예컨대 PH3가스)를 동시에 공급하는 공정;을 순서대로 소정 횟수(n회) 수행하여 웨이퍼(200) 상에 Ti, N, P를 포함하는 막(예컨대 TiPN막)을 형성한다.
본 실시 형태에서는 TiPN막 형성 스텝에서 TiCl4가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, NH3가스 및 PH3가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝을 순서대로 수행하는 처리를 1사이클로 하여, 이 사이클을 소정 횟수(n회) 수행하는 것에 의해 TiPN막을 형성한다.
또한 본 명세서에서 복수의 가스를 「동시에 공급한다」란 복수의 가스가 함께 공급되는 타이밍이 있으면 좋고, 공급을 시작하는 타이밍 및 공급을 정지하는 타이밍은 같아도 좋고 달라도 좋다. 즉 편방(片方)의 가스를 먼저 흘리기 시작해도 좋고, 편방의 가스를 먼저 정지해도 좋다. 예컨대 도 8에서는 공급을 시작하는 타이밍 및 공급을 정지하는 타이밍의 양방을 같은 타이밍으로 한 예를 도시한다.
(TiPN막 형성 스텝)
이하에서는 TiPN막을 형성하는 스텝을 설명한다. TiPN막 형성 스텝은 이하에 설명하는 TiCl4가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, NH3가스 및 PH3가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝을 포함한다. TiCl4가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝에서의 처리 순서, 처리 조건은 제1 실시 형태와 실질적으로 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
(NH3가스 및 PH3가스 공급 스텝)
TiCl4가스 공급 스텝에서 Ti 함유층을 형성하고, 잔류 가스 제거 스텝에서 처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(324, 334)를 열고 가스 공급관(320, 330) 내에 NH3가스, PH3가스를 흘린다. 가스 공급관(320) 내를 흐른 NH3가스는 MFC(322)에 의해 유량 조정된다. 가스 공급관(330) 내를 흐른 PH3가스는 MFC(332)에 의해 유량 조정되어 가스 공급관(320) 내에 공급된다. 가스 공급관(320) 내를 흐른 NH3가스 및 PH3가스는 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 NH3가스 및 PH3가스가 공급된다. 즉 웨이퍼(200)의 표면은 NH3가스 및 PH3가스에 폭로된다. 이때 동시에 밸브(524, 534)를 열고 캐리어 가스 공급관(520, 530) 내에 N2가스를 흘린다. 캐리어 가스 공급관(520) 내를 흐른 N2가스는 MFC(522)에 의해 유량 조정된다. 캐리어 가스 공급관(530) 내를 흐른 N2가스는 MFC(532)에 의해 유량 조정되어 가스 공급관(330) 내에 공급된다. 캐리어 가스 공급관(520, 530) 내를 흐른 N2가스는 NH3가스 및 PH3가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 노즐(410) 내로의 NH3가스 및 PH3가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(514)를 열고 캐리어 가스 공급관(510) 내에 N2가스를 흘린다. N2가스는 가스 공급관(310), 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
NH3가스를 흘릴 때에는 APC밸브(243)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 70,000Pa, 바람직하게는 1Pa 내지 1,330Pa, 예컨대 50Pa 내지 100Pa의 범위 내의 압력으로 한다. PH3가스를 흘릴 때에는 APC밸브(243)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 70,000Pa, 바람직하게는 1Pa 내지 1,330Pa, 예컨대 50Pa 내지 100Pa로 한다. 또한 PH3가스의 공급 압력(분압)을 제어하는 것에 의해 PH3가스가 웨이퍼(200)에 충돌하는 횟수를 증감시킬 수 있어 PH3가스의 분해 정도를 제어할 수 있기 때문에 반응성을 제어하는 것이 가능해진다. 예컨대 PH3가스의 공급 압력을 높이면, PH3가스가 웨이퍼(200)에 충돌하는 횟수가 증가하기 때문에 PH3가스의 분해가 보다 진행되어 반응성이 높아진다. 따라서 같은 가스 공급 시간이어도 Ti 함유층의 흡착 사이트와의 반응을 촉진할 수 있다.
MFC(322)로 제어하는 NH3가스의 공급 유량은 예컨대 1slm 내지 20slm, 바람직하게는 1slm 내지 10slm, 예컨대 7.5slm으로 한다. NH3가스의 공급 유량은 층중에 취입하는 인(P)의 농도에 따라 적절히 변경한다. 예컨대 P농도를 높일 때에는 NH3가스의 공급 유량을 적게 하는 것에 의해 N에 의한 흡착 사이트의 소비를 줄이고, P가 치환 반응을 수행할 수 있는 흡착 사이트를 늘린다. MFC(332)로 제어하는 PH3가스의 공급 유량은 예컨대 1slm 내지 20slm, 바람직하게는 1slm 내지 10slm, 예컨대 7.5slm으로 한다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 N2가스의 공급 유량은 각각 예컨대 1slm 내지 20slm, 바람직하게는 5slm 내지 15slm, 예컨대 7slm으로 한다.
NH3가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 0.01초 내지 300초, 바람직하게는 1초 내지 60초, 예컨대 15초로 한다. PH3가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 0.01초 내지 300초, 바람직하게는 1초 내지 60초, 예컨대 15초로 한다.
PH3가스의 공급 농도는 예컨대 0.5% 내지 10%, 바람직하게는 1% 내지 5%, 예컨대 1%로 한다. 10% 이하의 농도로 하는 것에 의해 PH3가스의 과잉 자기분해를 억제할 수 있고, 0.5% 이상으로 하는 것에 의해 PH3가스의 웨이퍼(200)에의 흡착 부족을 억제할 수 있다. 이때의 히터(207)의 온도는 TiCl4가스 공급 스텝과 마찬가지의 온도로 설정한다.
이때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 NH3가스, PH3가스, N2가스만이다. NH3가스 및 PH3가스는 TiCl4가스 공급 스텝에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti 함유층의 일부(즉 Ti 함유층의 흡착 사이트)와 각각 치환 반응한다. 웨이퍼(200) 상에 소정의 조성비를 가지는 TiPN층이 형성된다. 또한 이때 주된 반응이 아니지만 NH3가스의 중간체와 PH3가스가 반응하여 흡착 사이트와 반응하고, TiPN층에 취입되는 경우도 있다. 또한 NH3가스에 의한 흡착 사이트로의 치환 반응 시, P가 취입되는 경우도 있다. TiPN층은 잔류하는 Cl을 불순물로서 포함해도 좋다. NH3가스와 PH3가스를 다른 노즐로부터 공급하면, NH3가스와 PH3가스에서 웨이퍼(200)의 면내(面內) 분포가 달라져 면내 막 두께 균일성이 악화되는 경우가 있지만, 이와 같이 NH3가스와 PH3가스를 동시에 공급[사전 혼합(premix)]하는 것에 의해 면내 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다.
(잔류 가스 제거 스텝)
TiPN층이 형성된 후, 밸브(324, 334)를 닫고 NH3가스 및 PH3가스의 공급을 정지한다. 이때 APC밸브(243)는 연 상태로 하고 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiPN층 형성에 기여한 후의 NH3가스 및 PH3가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 즉 TiPN층이 형성된 웨이퍼(200)가 존재하는 공간에 잔류하는 미반응 또는 TiPN층 형성에 기여한 후의 NH3가스 및 PH3가스를 제거한다. 이때 밸브(514, 524, 534)는 연 상태로 하여 N2가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiPN층 형성에 기여한 후의 NH3가스 및 PH3가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 향상시킬 수 있다.
이때 TiCl4가스 공급 스텝 후의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지로 처리실(201) 내에 잔류하는 가스를 완전히 배제하지 않아도 좋고, 처리실(201) 내를 완전히 퍼지하지 않아도 좋다.
(소정 횟수 실시)
전술한 TiCl4가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, NH3가스 및 PH3가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝을 순서대로 시분할하여 수행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수) 수행하는 것에 의해, 즉 TiCl4가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝, NH3가스 및 PH3가스 공급 스텝, 잔류 가스 제거 스텝의 처리를 1사이클로 하여 이 처리를 n사이클(n은 1 이상의 정수)만 실행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께(예컨대 0.1nm 내지 10nm)의 TiPN막을 형성한다. 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
(1) N의 동족 원소(15족)인 P를 이용하기 때문에 도전성의 박막을 조성하는(구성하는) 원소 중 금속 원소 이외의 원소가 N만인 경우의 도전성의 박막과 유사한 물성(성질)을 가지는 도전성의 박막을 형성할 수 있다.
(2) N보다 전기음성도가 낮은 P를 이용하기 때문에 TiN막보다 일함수가 낮은 막인 TiPN막을 형성할 수 있다.
(3) N 및 P라는 2종류의 원소를 이용하여 금속막으로서 TiPN막을 형성하기 때문에 P농도(또는 N농도)를 제어하는 것에 의해 TiPN막의 일함수를 튜닝할 수 있다.
(4) NH3가스와 PH3가스를 동시에 공급하는 것에 의해 NH3가스의 중간체와 PH3가스가 반응하거나, NH3가스와 흡착 사이트의 치환 반응 시에 P가 취입되는 경우가 있어, TiPN막 중의 P농도를 높일 수 있다.
(5) NH3가스와 PH3가스를 동시에 공급[사전 혼합(premix)]하는 것에 의해 웨이퍼 면내의 균일성을 향상시킬 수 있다.
(6) NH3가스와 PH3가스를 동시에 공급[사전 혼합(premix)]하는 것에 의해 스루풋을 향상시킬 수 있다.
<본 발명의 제5 실시 형태>
본 실시 형태에서는 식 6과 같이 제1 실시 형태에서의 TiPN막 형성 스텝과 마찬가지의 처리(n1사이클의 처리를 수행한다)에 의해 TiPN막을 형성한 후, 제3 실시 형태에서의 TiN막 형성 스텝과 마찬가지의 처리에 의해 TiN막을 형성(n2사이클의 처리를 수행한다)하고, TiPN막 형성 스텝과 TiN막 형성 스텝을 소정 횟수(n3사이클의 처리) 수행하는 것에 의해, 웨이퍼(200) 상에 TiPN막을 형성한다. 각 스텝에서의 처리 순서, 처리 조건은 제1 실시 형태 및 제3 실시 형태와 실질적으로 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
[식 6]
[(TiCl4→NH3→PH3)×n1→(TiCl4→NH3)×n2]×n3⇒TiPN
본 실시 형태의 바람직한 시퀀스에서는 웨이퍼(200)에 대하여 제1 원소(예컨대 Ti)를 포함하는 할로겐계 원료 가스(예컨대 TiCl4가스)를 공급하고 배기하는 공정과, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 원소(예컨대 N)를 포함하는 제1 반응 가스(예컨대 NH3가스)를 공급하는 공정(또는 공급하고 배기하는 공정)과, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 원소의 동족 원소인 제3 원소(예컨대 P)를 포함하는 제2 반응 가스(예컨대 PH3가스)를 공급하고 배기하는 공정을 순서대로 소정 횟수(n1회) 수행하여, Ti, P, N을 포함하는 제1 막(예컨대 제1 TiPN막)을 형성하는 공정; 및 웨이퍼(200)에 대하여 제1 원소(예컨대 Ti)를 포함하는 할로겐계 원료 가스(예컨대 TiCl4가스)를 공급하고 배기하는 공정과, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 원소(예컨대 N)를 포함하는 제1 반응 가스(예컨대 NH3가스)를 공급하는 공정(또는 공급하고 배기하는 공정)을 순서대로 소정 횟수(n2회) 수행하여, Ti와 N을 포함하는 막(예컨대 TiN막)을 형성하는 공정;을 순서대로 소정 횟수(n3회) 수행하여, 웨이퍼(200) 상에 Ti, N, P를 포함하는 제2 막(예컨대 제2 TiPN막)을 형성한다.
본 실시 형태에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
(1) N의 동족 원소(15족)인 P를 이용하기 때문에 도전성의 박막을 조성하는(구성하는) 원소 중 금속 원소 이외의 원소가 N만인 경우의 도전성의 박막과 유사한 물성(성질)을 가지는 도전성의 박막을 형성할 수 있다.
(2) N보다 전기음성도가 낮은 P를 이용하기 때문에 TiN막보다 일함수가 낮은 막인 TiPN막을 형성할 수 있다.
(3) N 및 P라는 2종류의 원소를 이용하여 금속막으로서 TiPN막을 형성하기 때문에 P농도(또는 N농도)를 제어하는 것에 의해 TiPN막의 일함수를 튜닝할 수 있다.
(4) 제1 TiPN막을 형성할 때에는 Ti 함유층의 형성 후, PH3가스보다 먼저 NH3가스를 흘리기 때문에 PH3가스의 폭로량에 따라(즉 PH3가스의 폭로량을 주된 파라미터로 하여) TiPN막 중에 취입되는 양(P농도)을 조정할 수 있다. 즉 TiPN막의 일함수를 튜닝할 수 있다.
(5) 제1 TiPN막 형성 스텝 후에 TiN막 형성 스텝을 수행하는 것에 의해 TiPN막 중에 취입되는 양(TiPN막의 P농도)을 보다 적게 할 수 있다.
(6) 제1 TiPN막 형성 스텝 후에 TiN막 형성 스텝을 수행하는 것에 의해 TiPN층을 TiN층에서 피복할 수 있어, 산화하기 쉬운 P의 최표면으로의 노출을 방지하여 표면산화에 의해 저항률이 높아지는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 실시예의 데이터를 도 9, 도 10에 도시한다. 도 9는 본 발명에 의해 형성된 TiPN막의 실효 일함수의 데이터(사각형) 및 비교예로서의 TiN막의 데이터(마름모꼴)이다. 도 10은 본 발명에 의해 형성된 TiPN막의 SIMS(2차 이온 질량 분석법)의 데이터다.
본 실시예에서는 제1 실시 형태의 시퀀스를 이용하고, 그 프로세스 조건은 다음과 같다.
히터 온도: 380℃, 처리실 내의 압력: 60Pa, TiCl4가스의 공급 유량: 0.01cc, TiCl4가스의 공급 시간: 2초, NH3가스의 공급 유량: 300cc, NH3가스의 공급 시간: 20초, PH3가스의 공급 유량: 300cc(1% He희석), PH3가스의 공급 시간: 20초, 사이클 수: 200회
도 9에 도시하는 바와 같이 TiPN막, TiN막 모두 SiO2기판 상에 형성된 High-k막(고유전율 절연막)으로서의 하프늄산화막(HfO2막) 상에 형성했다. TiN막의 실효 일함수(eWF)는 4.68eV인 것에 반해 TiPN막의 eWF는 4.41eV이며, 0.27eV의 저하가 확인되었다.
또한 도 10에 도시하는 바와 같이 얻어진 TiPN막을 SIMS에서 해석한 결과, 깊이 2nm의 막 두께에서 염소(Cl) 농도가 0.12%, 산소(O) 농도가 6.42%, 인(P) 농도가 1.42%이며, TiN막 중에 P가 포함된다는 결과를 얻을 수 있었다.
<다른 실시 형태>
본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 갖가지 변경이 가능하다.
예컨대 제1 내지 제5 실시 형태에서는 식 2 내지 식 6의 시퀀스에 대하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 예컨대 다음과 같은 시퀀스 등에도 적용 가능하다.
[식 7]
(NH3→TiCl4→PH3)×n⇒TiPN
[식 8]
(NH3→PH3→TiCl4)×n⇒TiPN
[식 9]
(PH3→NH3→TiCl4)×n⇒TiPN
[식 10]
(PH3→TiCl4→NH3)×n⇒TiPN
[식 11]
(NH3+PH3→TiCl4)×n⇒TiPN
[식 12]
(TiCl4→NH3→TiCl4→PH3)×n⇒TiPN
[식 13]
(TiCl4→PH3→TiCl4→NH3)×n⇒TiPN
[식 14]
[(TiCl4→PH3)×n1→(TiCl4→NH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 15]
[(TiCl4→NH3+PH3)×n1→(TiCl4→NH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 16]
[(TiCl4→NH3)×n1→(TiCl4→PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 17]
[(NH3→TiCl4→PH3)×n1→(TiCl4→NH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 18]
[(NH3→PH3→TiCl4)×n1→(TiCl4→NH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 19]
[(PH3→NH3→TiCl4)×n1→(TiCl4→NH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 20]
[(PH3→TiCl4→NH3)×n1→(TiCl4→NH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 21]
[(NH3+PH3→TiCl4)×n1→(TiCl4→NH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 22]
[(TiCl4→NH3→TiCl4→PH3)×n1→(TiCl4→NH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 23]
[(TiCl4→PH3→TiCl4→NH3)×n1→(TiCl4→NH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 24]
[(TiCl4→NH3)×n1→(TiCl4→NH3→PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 25]
[(TiCl4→NH3)×n1→(TiCl4→NH3+PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 26]
[(TiCl4→NH3)×n1→(NH3→TiCl4→PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 27]
[(TiCl4→NH3)×n1→(NH3→PH3→TiCl4)×n2]×n3⇒TiPN
[식 28]
[(TiCl4→NH3)×n1→(PH3→NH3→TiCl4)×n2]×n3⇒TiPN
[식 29]
[(TiCl4→NH3)×n1→(PH3→TiCl4→NH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 30]
[(TiCl4→NH3)×n1→(NH3+PH3→TiCl4)×n2]×n3⇒TiPN
[식 31]
[(TiCl4→NH3)×n1→(TiCl4→NH3→TiCl4→PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 32]
[(TiCl4→NH3)×n1→(TiCl4→PH3→TiCl4→NH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 33]
[(TiCl4→NH3→PH3)×n1→(TiCl4→PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 34]
[(TiCl4→NH3+PH3)×n1→(TiCl4→NH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 35]
[(NH3→TiCl4→PH3)×n1→(TiCl4→PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 36]
[(NH3→PH3→TiCl4)×n1→(TiCl4→PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 37]
[(PH3→NH3→TiCl4)×n1→(TiCl4→PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 38]
[(PH3→TiCl4→NH3)×n1→(TiCl4→PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 39]
[(NH3+PH3→TiCl4)×n1→(TiCl4→PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 40]
[(TiCl4→NH3→TiCl4→PH3)×n1→(TiCl4→PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 41]
[(TiCl4→PH3→TiCl4→NH3)×n1→(TiCl4→PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 42]
[(TiCl4→PH3)×n1→(TiCl4→NH3→PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 43]
[(TiCl4→PH3)×n1→(TiCl4→NH3+PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 44]
[(TiCl4→PH3)×n1→(NH3→TiCl4→PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 45]
[(TiCl4→PH3)×n1→(NH3→PH3→TiCl4)×n2]×n3⇒TiPN
[식 46]
[(TiCl4→PH3)×n1→(PH3→NH3→TiCl4)×n2]×n3⇒TiPN
[식 47]
[(TiCl4→PH3)×n1→(PH3→TiCl4→NH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 48]
[(TiCl4→PH3)×n1→(NH3+PH3→TiCl4)×n2]×n3⇒TiPN
[식 49]
[(TiCl4→PH3)×n1→(TiCl4→NH3→TiCl4→PH3)×n2]×n3⇒TiPN
[식 50]
[(TiCl4→PH3)×n1→(TiCl4→PH3→TiCl4→NH3)×n2]×n3⇒TiPN
전술한 실시 형태에서는 TiPN막을 형성할 때, 할로겐계 원료 가스인 Ti 함유 원료 가스로서 TiCl4을 이용하는 예에 대하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 예컨대 4불화티타늄(TiF4), 4취화티타늄(TiBr4), 4옥화티타늄(TiI4) 등도 적용 가능하다.
전술한 실시 형태에서는 금속 원소로서 티타늄(Ti)을 이용하는 예에 대하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 코발트(Co), 이트륨(Y), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo) 등을 이용하는 것도 가능하며, 그 경우, 할로겐계 원료 가스로서는 탄탈(Ta) 함유 가스, 텅스텐(W) 함유 가스, 하프늄(Hf) 함유 가스, 지르코늄(Zr) 함유 가스, 알루미늄(Al) 함유 가스, 코발트(Co) 함유 가스, 이트륨(Y) 함유 가스, 루테늄(Ru) 함유 가스, 몰리브덴(Mo) 함유 가스 등을 이용하는 것도 가능하다.
Ti 함유막인 TiPN막을 형성하는 예에 대하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 할로겐계 원료 가스를 이용하여 형성하는 금속막이라면 적용 가능하며, 예컨대 탄탈(Ta) 함유막인 인화탄탈질화막(TaPN막), 텅스텐(W) 함유막인 인화텅스텐질화막(WPN막), 하프늄(Hf) 함유막인 인화하프늄질화막(HfPN막), 지르코늄(Zr) 함유막인 인화지르코늄질화막(ZrPN막), 알루미늄(Al) 함유막인 인화알루미늄질화막(AlPN막), 코발트(Co) 함유막인 인화코발트질화막(CoPN막), 이트륨(Y) 함유막인 인화이트륨질화막(YPN막), 루테늄(Ru) 함유막인 인화루테늄질화막(RuPN막), 몰리브덴(Mo) 함유막인 인화몰리브덴질화막(MoPN막) 등의 금속막이나 이들의 복합막이어도 적용 가능하다.
전술한 금속막을 형성하는 경우에는 할로겐계 원료 가스로서 5염화탄탈(TaCl5), 4불화탄탈(TaF4), 4취화탄탈(TaBr4), 4옥화탄탈(TaI4), 6염화텅스텐(WCl6), 6불화텅스텐(WF6), 6취화텅스텐(WBr6), 6옥화텅스텐(WI6), 4염화하프늄(HfCl4), 4불화하프늄(HfF4), 4취화하프늄(HfBr4), 4옥화하프늄(HfI4), 4염화지르코늄(ZrCl4), 4불화지르코늄(ZrF4), 4취화지르코늄(ZrBr4), 4옥화지르코늄(ZrI4), 3염화알루미늄(AlCl3), 3불화알루미늄(AlF3), 3취화알루미늄(A1Br3), 3옥화알루미늄(AlI3), 2염화코발트(CoCl2), 2불화코발트(CoF2), 2취화코발트(CoBr2), 2옥화코발트(CoI2), 3염화이트륨(YCl3), 3불화이트륨(YF3), 3취화이트륨(YBr3), 3옥화이트륨(YI3), 3염화루테늄(RuCl3), 3불화루테늄(RuF3), 3취화루테늄(RuBr3), 3옥화루테늄(RuI3) 등의 할로겐화물을 이용하는 것이 가능하다.
질화·환원제로서는 NH3가스의 이외에도 질소(N2), 아산화질소(N2O), 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, N3H8가스, 모노메틸히드라진(CH6N2), 디메틸 히드라진(C2H8N2), 모노메틸아민[(CH3)NH2], 디메틸아민[(CH3)2NH], 트리메틸아민[(CH3)3N], 모노에틸아민(CH3CH2NH2), 디에틸아민[(C2H5)2NH], 트리에틸아민[(C2H5)3N] 등을 이용하는 것도 가능하다.
N의 동족 원소인 제3 원소로서는 P 외에도 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi)을 이용하는 것도 가능하여 그 경우, 제2 반응 가스로서는 P함유 가스인 수소화 인(포스핀, PH3)의 이외에도 비소(As) 함유 가스인 수소화 비소(아르신, AsH3), 안티몬(Sb) 함유 가스인 수소화 안티몬(스티빈, SbH3), 비스무트(Bi) 함유 가스인 수소화 비스무트(비스무틴, BiH3) 등을 이용하는 것도 가능하다.
불활성 가스로서는 N2가스 외에도 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 크세논(Xe) 가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
전술한 실시 형태나 각 변형예나 각 응용예 등은 적절히 조합하여 이용할 수 있다. 또한 이때의 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 같은 처리 조건으로 할 수 있다.
이들 각종 박막의 형성에 이용되는 프로세스 레시피(처리 순서나 처리 조건등이 기재된 프로그램)는 기판 처리의 내용(형성하는 박막의 막종, 조성비, 막질, 막 두께, 처리 순서, 처리 조건 등)에 따라 각각 개별로 준비(복수 준비)하는 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때, 기판 처리의 내용에 따라 복수의 프로세스 레시피 중으로부터 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)해두는 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때, 기판 처리 장치가 구비하는 CPU(121a)가 기억 장치(121c) 내에 격납된 복수의 프로세스 레시피 중으로부터 기판 처리의 내용에 따라 적절한 프로세스 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이렇게 구성하는 것에 의해 1대(臺)의 기판 처리 장치로 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적으로 또한 재현성 좋게 형성할 수 있다. 또한 오퍼레이터의 조작 부담(처리 순서나 처리 조건 등의 입력 부담 등)을 저감할 수 있고, 조작 오류를 회피하면서 기판 처리를 신속히 시작할 수 있다.
전술한 프로세스 레시피는 신규 작성하는 경우에 한정되지 않고, 예컨대 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피를 변경하는 것에 의해서도 실현된다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우에는 본 발명에 따른 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 개재하여 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또는 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하여 그 프로세스 레시피 자체를 본 발명에 따른 프로세스 레시피에 변경하는 것도 가능하다.
전술한 실시 형태에서는 한 번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치(batch)식의 종형(縱型) 장치인 기판 처리 장치로서, 1개의 반응관 내에 처리 가스를 공급하는 노즐이 입설(立設)되고, 반응관의 하부에 배기구가 설치된 구조를 가지는 처리로를 이용하여 성막하는 예에 대하여 설명했지만, 다른 구조를 가지는 처리로를 이용하여 성막하는 경우에도 본 발명을 적용 가능하다. 예컨대 동심원 형상의 단면을 포함하는 2개의 반응관(외측의 반응관을 아우터 튜브, 내측의 반응관을 이너 튜브라고 칭한다)을 포함하고, 이너 튜브 내에 입설된 노즐로부터 아우터 튜브의 측벽이며 기판을 개재하여 노즐과 대향하는 위치(선 대칭의 위치)에 개구하는 배기구에 처리 가스가 흐르는 구조를 가지는 처리로를 이용하여 성막하는 경우에도 본 발명을 적용 가능하다. 또한 처리 가스는 이너 튜브 내에 입설된 노즐로부터 공급되지 않고, 이너 튜브의 측벽에 개구하는 가스 공급구로부터 공급되어도 좋다. 이때 아우터 튜브에 개구하는 배기구는 처리실 내에 적층하여 수용된 복수 매의 기판이 존재하는 높이에 따라 개구해도 좋다. 또한 배기구의 형상은 구멍[穴] 형상이어도 좋고, 슬릿 형상이어도 좋다.
전술한 실시 형태에서는 한 번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치식의 종형 장치인 기판 처리 장치를 이용하여 성막하는 예에 대하여 설명했지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 한 번에 1매 또는 수 매의 기판을 처리하는 매엽식(枚葉式)의 기판 처리 장치를 이용하여 성막하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다. 또한 전술한 실시 형태에서는 핫 월형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 예에 대하여 설명했지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 콜드 월형의 처리로를 포함하는 기판 처리 장치를 이용하여 박막을 성막하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다. 이 경우에도 처리 조건은 예컨대 전술한 실시 형태와 마찬가지의 처리 조건으로 할 수 있다.
예컨대 도 11에 도시하는 처리로(302)를 구비한 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 경우에도 본 발명은 바람직하게 적용할 수 있다. 처리로(302)는 처리실(301)을 형성하는 처리 용기(303)와, 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 샤워 헤드(303s)와, 1매 또는 수 매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 지지하는 지지대(317)와, 지지대(317)를 하방으로부터 지지하는 회전축(355)과, 지지대(317)에 설치된 히터(307)를 구비한다. 샤워 헤드(303s)의 인렛(가스 도입구)에는 전술한 원료 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332a)와, 전술한 반응 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332b)가 접속된다. 가스 공급 포트(332a)에는 전술한 실시 형태의 원료 가스 공급계와 마찬가지의 원료 가스 공급계가 접속된다. 가스 공급 포트(332b)에는 전술한 실시 형태의 반응 가스 공급계와 같은 반응 가스 공급계가 접속된다. 샤워 헤드(303s)의 아웃렛(가스 배출구)에는 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 가스 분산판이 설치된다. 처리 용기(303)에는 처리실(301) 내를 배기하는 배기 포트(331)가 설치된다. 배기 포트(331)에는 전술한 실시 형태의 배기계와 마찬가지의 배기계가 접속된다.
또한 예컨대 도 12에 도시하는 처리로(402)를 구비한 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 경우에도 본 발명은 바람직하게 적용할 수 있다. 처리로(402)는 처리실(401)을 형성하는 처리 용기(403)와, 1매 또는 수 매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 지지하는 지지대(417)와, 지지대(417)를 하방으로부터 지지하는 회전축(455)과, 처리 용기(403)의 웨이퍼(200)를 향하여 광 조사를 수행하는 램프 히터(407)와, 램프 히터(407)의 광을 투과시키는 석영창(403w)을 구비한다. 처리 용기(403)에는 전술한 원료 가스를 공급하는 가스 공급 포트(432a)와, 전술한 반응 가스를 공급하는 가스 공급 포트(432b)가 접속된다. 가스 공급 포트(432a)에는 전술한 실시 형태의 원료 가스 공급계와 마찬가지의 원료 가스 공급계가 접속된다. 가스 공급 포트(432b)에는 전술한 실시 형태의 반응 가스 공급계와 마찬가지의 반응 가스 공급계가 접속된다. 처리 용기(403)에는 처리실(401) 내를 배기하는 배기 포트(431)가 설치된다. 배기 포트(431)에는 전술한 실시 형태의 배기계와 마찬가지의 배기계가 접속된다.
이 기판 처리 장치를 이용하는 경우에도 전술한 실시 형태나 변형예와 마찬가지의 시퀀스, 처리 조건으로 성막을 수행할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 부기(附記)한다.
〔부기1〕
본 발명의 일 형태에 의하면,
기판을 처리실에 수용하는 공정;
상기 기판에 대하여 제1 원소를 포함하는 할로겐계 원료 가스, 제2 원소를 포함하는 제1 반응 가스 및 제2 원소의 동족 원소인 제3 원소를 포함하는 제2 반응 가스를 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스적으로) 소정 횟수 공급하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 공정; 및
상기 기판을 상기 처리실로부터 반출하는 공정;
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법 또는 기판 처리 방법이 제공된다.
〔부기2〕
부기1에 기재된 방법으로서,
상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 공정에서는,
상기 기판에 대하여 상기 할로겐계 원료 가스를 공급하고 배기하는 공정;
상기 기판에 대하여 상기 제1 반응 가스를 공급하고 배기하는 공정; 및
상기 기판에 대하여 상기 제2 반응 가스를 공급하고 배기하는 공정;
을 순서대로 소정 횟수 수행한다.
〔부기3〕
부기1에 기재된 방법으로서,
상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 공정은,
상기 기판에 대하여 상기 할로겐계 원료 가스를 공급하고 배기하는 공정;
상기 기판에 대하여 상기 제1 반응 가스를 공급하는 공정; 및
상기 기판에 대하여 상기 제2 반응 가스를 공급하고 배기하는 공정;
을 순서대로 소정 횟수 수행한다.
〔부기4〕
부기1에 기재된 방법으로서,
상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 공정에서는,
(a) 상기 기판에 대하여 상기 할로겐계 원료 가스를 공급하고 배기하는 공정과. 상기 기판에 대하여 상기 제1 반응 가스를 공급하고 배기하는 공정을 순서대로 소정 횟수 수행하여, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 포함하는 제1 막을 형성하는 공정; 및
(b) 상기 기판에 대하여 상기 할로겐계 원료 가스를 공급하고 배기하는 공정과, 상기 기판에 대하여 상기 제2 반응 가스를 공급하고 배기하는 공정을 순서대로 소정 횟수 수행하여, 상기 제1 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 제2 막을 형성하는 공정;
을 순서대로 소정 횟수 수행한다.
〔부기5〕
부기1에 기재된 방법으로서,
상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 공정에서는,
(a) 상기 기판에 대하여 상기 할로겐계 원료 가스를 공급하고 배기하는 공정과, 상기 기판에 대하여 상기 제1 반응 가스를 공급하고 배기하는 공정과, 상기 기판에 대하여 상기 제2 반응 가스를 공급하고 배기하는 공정을 순서대로 소정 횟수 수행하여, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 제1 막을 형성하는 공정; 및
(b) 상기 기판에 대하여 상기 할로겐계 원료 가스를 공급하고 배기하는 공정과, 상기 기판에 대하여 상기 제1 반응 가스를 공급하고 배기하는 공정을 순서대로 소정 횟수 수행하여, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 포함하는 제2 막을 형성하는 공정;
을 순서대로 소정 횟수 수행한다.
〔부기6〕
부기1에 기재된 방법으로서,
상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 공정에서는,
(a) 상기 기판에 대하여 상기 할로겐계 원료 가스를 공급하고 배기하는 공정과, 상기 기판에 대하여 상기 제1 반응 가스를 공급하는 공정과, 상기 기판에 대하여 상기 제2 반응 가스를 공급하고 배기하는 공정을 순서대로 소정 횟수 수행하여, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 제1 막을 형성하는 공정; 및
(b) 상기 기판에 대하여 상기 할로겐계 원료 가스를 공급하고 배기하는 공정과, 상기 기판에 대하여 상기 제1 반응 가스를 공급하고 배기하는 공정을 순서대로 소정 횟수 수행하여, 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 포함하는 제2 막을 형성하는 공정;
을 순서대로 소정 횟수 수행한다.
〔부기7〕
부기1 내지 부기6 중 어느 하나에 기재된 방법으로서 바람직하게는,
상기 제1 원소는 금속 원소다.
〔부기8〕
부기7에 기재된 방법으로서 바람직하게는,
상기 금속 원소는 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 코발트(Co), 이트륨(Y), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo)으로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되고, 상기 할로겐계 원료 가스는 티타늄(Ti) 함유 가스, 탄탈(Ta) 함유 가스, 텅스텐(W) 함유 가스, 하프늄(Hf) 함유 가스, 지르코늄(Zr) 함유 가스, 알루미늄(Al) 함유 가스, 코발트(Co) 함유 가스, 이트륨(Y) 함유 가스, 루테늄(Ru) 함유 가스, 몰리브덴(Mo) 함유 가스로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
〔부기9〕
부기8에 기재된 방법으로서 바람직하게는,
상기 할로겐계 원료 가스는 4불화티타늄(TiF4), 4취화티타늄(TiBr4), 4옥화티타늄(TiI4), 5염화탄탈(TaCl5), 4불화탄탈(TaF4), 4취화탄탈(TaBr4), 4옥화탄탈(TaI4), 6염화텅스텐(WCl6), 6불화텅스텐(WF6), 6취화텅스텐(WBr6), 6옥화텅스텐(WI6), 4염화하프늄(HfCl4), 4불화하프늄(HfF4), 4취화하프늄(HfBr4), 4옥화하프늄(HfI4), 4염화지르코늄(ZrCl4), 4불화지르코늄(ZrF4), 4취화지르코늄(ZrBr4), 4옥화지르코늄(ZrI4), 3염화알루미늄(AlCl3), 3불화알루미늄(AlF3), 3취화알루미늄(A1Br3), 3옥화알루미늄(AlI3), 2염화코발트(CoCl2), 2불화코발트(CoF2), 2취화코발트(CoBr2), 2옥화코발트(CoI2), 3염화이트륨(YCl3), 3불화이트륨(YF3), 3취화이트륨(YBr3), 3옥화이트륨(YI3), 3염화루테늄(RuCl3), 3불화루테늄(RuF3), 3취화루테늄(RuBr3), 3옥화루테늄(RuI3)으로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
〔부기10〕
부기7 내지 부기9 중 어느 하나에 기재된 방법으로서 바람직하게는,
상기 기판에 형성되는 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막 중에 포함되는 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소의 농도를 제어(조정, 튜닝)하는 것에 의해, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막의 일함수가 원하는 값이 되도록 조정(제어, 변조, 튜닝)한다.
〔부기11〕
부기10에 기재된 방법으로서 바람직하게는,
상기 기판에 대하여 공급하는 상기 제2 반응 가스의 양을 제어(조정, 튜닝)하는 것에 의해 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막 중에 포함되는 상기 제3 원소의 농도를 제어(조정, 튜닝)한다.
〔부기12〕
부기11에 기재된 방법으로서 바람직하게는,
상기 기판에 대하여 상기 제2 반응 가스를 공급할 때, 상기 제2 반응 가스의 공급 압력을 제어(조정, 튜닝)하는 것에 의해 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막 중에 포함되는 상기 제3 원소의 농도를 제어(조정, 튜닝)한다.
〔부기13〕
부기1 내지 12 중 어느 하나에 기재된 방법으로서 바람직하게는,
상기 제2 원소 및 상기 제3 원소는 15족 원소다.
〔부기14〕
부기13에 기재된 방법으로서 바람직하게는,
상기 제3 원소는 제2 원소보다 전기음성도가 낮은 원소다.
〔부기15〕
부기14에 기재된 방법으로서 바람직하게는,
상기 제2 원소는 질소(N)이고, 상기 제1 반응 가스는 질소(N) 함유 가스다.
〔부기16〕
부기15에 기재된 방법으로서 바람직하게는,
상기 제3 원소는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi)로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 상기 제2 반응 가스는 인(P) 함유 가스, 비소(As) 함유 가스, 안티몬(Sb) 함유 가스, 비스무트(Bi) 함유 가스로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
〔부기17〕
부기16에 기재된 방법으로서 바람직하게는,
상기 제2 반응 가스는 수소화인(포스핀, PH3), 수소화비소(아르신, AsH3), 수소화안티몬(스티빈, SbH3), 수소화비스무트(비스무틴, BiH3)로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
〔부기18〕
부기17에 기재된 방법으로서 바람직하게는,
상기 제1 반응 가스는 암모니아(NH3)이고, 상기 제3 원소는 인(P)이고, 상기 제2 반응 가스는 수소화인(포스핀, PH3)이다.
〔부기19〕
부기14에 기재된 방법으로서,
상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 공정에서는,
상기 기판에 대하여 상기 할로겐계 원료 가스를 공급하고 배기하는 공정;
상기 기판에 대하여 상기 제2 반응 가스를 공급하고 배기하는 공정; 및
상기 기판에 대하여 상기 제1 반응 가스를 공급하고 배기하는 공정;
을 순서대로 소정 횟수 수행한다.
〔부기20〕
부기14에 기재된 방법으로서,
상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 공정에서는,
상기 기판에 대하여 상기 할로겐계 원료 가스를 공급하고 배기하는 공정;
상기 기판에 대하여 상기 제2 반응 가스를 공급하는 공정; 및
상기 기판에 대하여 상기 제1 반응 가스를 공급하고 배기하는 공정;
을 순서대로 소정 횟수 수행한다.
〔부기21〕
본 발명의 다른 형태에 의하면,
기판을 처리실에 수용하는 공정;
상기 기판에 대하여 제1 원소를 포함하는 할로겐계 원료 가스와, 제2 원소를 포함하는 제1 반응 가스 및 제2 원소의 동족 원소인 제3 원소를 포함하는 제2 반응 가스의 혼합 가스를 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스적으로) 소정 횟수 공급하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 공정; 및
상기 기판을 상기 처리실로부터 반출하는 공정;
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법 또는 기판 처리 방법이 제공된다.
〔부기22〕
부기21에 기재된 방법으로서 바람직하게는,
상기 제1 반응 가스 및 상기 제2 반응 가스는 사전혼합(premix)한 상태에서 상기 기판에 대하여 공급한다.
〔부기23〕
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실;
상기 처리실에 제1 원소를 포함하는 할로겐계 원료 가스, 제2 원소를 포함하는 제1 반응 가스 및 제2 원소의 동족 원소인 제3 원소를 포함하는 제2 반응 가스를 공급하는 가스 공급계; 및
상기 가스 공급계를 제어하여 상기 처리실에 수용된 기판에 대하여 상기 할로겐계 원료 가스, 상기 제1 반응 가스 및 상기 제2 반응 가스를 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스적으로) 소정 횟수 공급하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 처리를 수행하도록 구성되는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
〔부기24〕
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 수용하는 처리실;
상기 처리실에 제1 원소를 포함하는 할로겐계 원료 가스, 제2 원소를 포함하는 제1 반응 가스 및 제2 원소의 동족 원소인 제3 원소를 포함하는 제2 반응 가스를 공급하는 가스 공급계; 및
상기 가스 공급계를 제어하여 상기 처리실에 수용된 기판에 대하여 상기 할로겐계 원료 가스와, 상기 제1 반응 가스 및 상기 제2 반응 가스의 혼합 가스를 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스적으로) 소정 횟수 공급하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하도록 구성되는 제어부;
를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
〔부기25〕
부기24에 기재된 기판 처리 장치로서 바람직하게는,
상기 가스 공급계는 상기 처리실에 접속되어 상기 처리실에 상기 할로겐계 원료 가스를 공급하는 할로겐계 원료 가스 공급관과, 상기 처리실에 접속되어 상기 처리실에 상기 제1 반응 가스 및 상기 제2 반응 가스를 공급하는 단일 반응 가스 공급관을 포함한다.
〔부기26〕
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 처리실에 수용하는 순서;
상기 기판에 대하여 제1 원소를 포함하는 할로겐계 원료 가스, 제2 원소를 포함하는 제1 반응 가스 및 제2 원소의 동족 원소인 제3 원소를 포함하는 제2 반응 가스를 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스적으로) 소정 횟수 공급하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 순서; 및
상기 기판을 상기 처리실로부터 반출하는 순서;
를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램, 또는 상기 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
〔부기27〕
본 발명의 또 다른 형태에 의하면,
기판을 처리실에 수용하는 단계;
상기 기판에 대하여 제1 원소를 포함하는 할로겐계 원료 가스와, 제2 원소를 포함하는 제1 반응 가스 및 제2 원소의 동족 원소인 제3 원소를 포함하는 제2 반응 가스의 혼합 가스를 시분할하여(비동기, 간헐적, 펄스적으로) 소정 횟수 공급하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 단계; 및
상기 기판을 상기 처리실로부터 반출하는 단계;
를 실행시키기 위해서 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램, 또는 상기 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
10: 기판 처리 장치 200: 웨이퍼
201: 처리실 202: 처리로

Claims (13)

  1. 처리실에 수용된 기판에 대하여 제1 원소를 포함하는 할로겐계 원료 가스를공급하고 배기하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소를 포함하는 층을 형성하는 제1 공정;
    상기 기판에 대하여 제2 원소를 포함하고 상기 할로겐계 원료 가스와 반응하는 제1 반응 가스를 공급하고 배기하여, 상기 기판 상의 상기 제1 원소를 포함하는 층의 흡착 사이트의 일부와 상기 제1 반응 가스를 반응시키는 것에 의해, 상기 기판 상의 상기 제1 원소를 포함하는 층의 흡착 사이트를 잔류시킨 상태에서, 상기 기판 상에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 포함하는 층을 형성하는 제2 공정; 및
    상기 기판에 대하여 상기 제2 원소의 동족 원소이며 상기 제2 원소보다 전기 음성도가 낮은 원소인 제3 원소를 포함하고 상기 할로겐계 원료 가스와 반응하고 상기 제1 반응 가스와 반응하지 않는 제2 반응 가스를 공급하고 배기하여, 상기 기판 상에 잔류한 상기 흡착 사이트와 상기 제2 반응 가스를 반응시키는 것에 의해 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 층을 형성하는 제3 공정;
    을 포함하고,
    상기 제1 공정, 상기 제2 공정 및 상기 제3 공정을 순서대로 수행하는 사이클을 미리 지정된 횟수 수행하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 원소 및 상기 제3 원소는 15족 원소인 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 원소는 질소이고, 상기 제3 원소는 인, 비소, 안티몬, 비스무트로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 원소인 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 공정에서는, 상기 기판에 대하여 공급하는 상기 제2 반응 가스의 양을 조정하는 것에 의해 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막 중에 포함되는 상기 제3 원소의 농도를 조정하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 공정에서는, 상기 기판에 대하여 상기 제2 반응 가스를 공급할 때, 상기 제2 반응 가스의 공급 압력을 조정하는 것에 의해 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막 중에 포함되는 상기 제3 원소의 농도를 조정하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 처리실에 수용된 기판에 대하여 제1 원소를 포함하는 할로겐계 원료 가스를 공급하고 배기하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소를 포함하는 층을 형성하는 제1 공정;
    상기 기판에 대하여 제2 원소를 포함하고 상기 할로겐계 원료 가스와 반응하는 제1 반응 가스를 공급하고 상기 기판 상의 상기 제1 원소를 포함하는 층의 흡착 사이트의 일부와 상기 제1 반응 가스를 반응시키는 것에 의해, 상기 기판 상의 상기 제1 원소를 포함하는 층의 흡착 사이트를 잔류시킨 상태에서, 상기 기판 상에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 포함하는 층을 형성하는 제2 공정; 및
    상기 기판에 대하여 상기 제2 원소의 동족 원소이며 상기 제2 원소보다 전기 음성도가 낮은 원소인 제3 원소를 포함하고 상기 할로겐계 원료 가스와 반응하고 상기 제1 반응 가스와 반응하지 않는 제2 반응 가스를 공급하고 배기하여, 상기 기판 상에 잔류한 상기 흡착 사이트와 상기 제2 반응 가스를 반응시키는 것에 의해, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 층을 형성하는 제3 공정;
    을 포함하고,
    상기 제1 공정, 상기 제2 공정 및 상기 제3 공정을 순서대로 수행하는 사이클을 미리 지정된 횟수 수행하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 기판을 수용하는 처리실;
    상기 처리실에 제1 원소를 포함하는 할로겐계 원료 가스, 제2 원소를 포함하고 상기 할로겐계 원료 가스와 반응하는 제1 반응 가스 및 상기 제2 원소의 동족 원소이며 상기 제2 원소보다 전기 음성도가 낮은 원소인 제3 원소를 포함하는 제2 반응 가스를 공급하는 가스 공급계;
    상기 처리실 내를 배기하는 배기계; 및
    상기 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하여 상기 처리실에 수용된 기판에 대하여 상기 할로겐계 원료 가스를 공급하고 배기하여 상기 기판 상에 상기 제1 원소를 포함하는 층을 형성하는 제1 처리와, 상기 처리실에 수용된 기판에 대하여 상기 제1 반응 가스를 공급하고 배기하여 상기 기판 상의 상기 제1 원소를 포함하는 층의 흡착 사이트의 일부와 상기 제1 반응 가스를 반응시키는 것에 의해, 상기 기판 상의 상기 제1 원소를 포함하는 층의 흡착 사이트를 잔류시킨 상태에서, 상기 기판 상에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 포함하는 층을 형성하는 제2 처리와, 상기 처리실에 수용된 기판에 대하여 상기 제2 반응 가스를 공급하고 배기하여 상기 기판 상에 잔류한 상기 흡착 사이트와 상기 제2 반응 가스를 반응시키는 것에 의해, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 층을 형성하는 제3 처리를 순서대로 수행하는 사이클을 미리 지정된 횟수 수행하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 처리를 수행하도록 구성되는 제어부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  13. 기판을 기판 처리 장치의 처리실에 수용하는 단계;
    상기 기판에 대하여 제1 원소를 포함하는 할로겐계 원료 가스를 공급하고 배기하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소를 포함하는 층을 형성하는 제1 단계와, 상기 기판에 대하여 제2 원소를 포함하고 상기 할로겐계 원료 가스와 반응하는 제1 반응 가스를 공급하고 배기하여, 상기 기판 상의 상기 제1 원소를 포함하는 층의 흡착 사이트의 일부와 상기 제1 반응 가스를 반응시키는 것에 의해, 상기 기판 상의 상기 제1 원소를 포함하는 층의 흡착 사이트를 잔류시킨 상태에서, 상기 기판 상에 상기 제1 원소 및 상기 제2 원소를 포함하는 층을 형성하는 제2 단계와, 상기 기판에 대하여 상기 제2 원소의 동족 원소이며 상기 제2 원소보다 전기 음성도가 낮은 원소인 제3 원소를 포함하고 상기 할로겐계 원료 가스와 반응하고 상기 제1 반응 가스와 반응하지 않는 제2 반응 가스를 공급하고 배기하여, 상기 기판 상에 잔류한 상기 흡착 사이트와 상기 제2 반응 가스를 반응시키는 것에 의해, 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 층을 형성하는 제3 단계를 수행하되, 상기 제1 단계, 상기 제2 단계 및 상기 제3 단계를 순서대로 수행하는 사이클을 미리 지정된 횟수 수행하여, 상기 기판 상에 상기 제1 원소, 상기 제2 원소 및 상기 제3 원소를 포함하는 막을 형성하는 단계; 및
    상기 기판을 상기 처리실로부터 반출하는 단계;
    를 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 기록 매체에 기록된 프로그램.
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