KR102337523B1 - 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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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

성막 공정에서 선택적으로 막을 형성하는 것을 가능하게 한다.
(a) 처리 가스의 흡착에 선택성을 주는 인히비터층을 일부에 포함하는 기판을 수용하는 처리실에 처리 가스를 공급하고, 기판에 선택적으로 막을 형성하는 공정; (b)기판이 존재하지 않는 처리실 내에 인히비터층에 포함되는 성분을 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 공정; 및 (c) 처리실 내의 클리닝 가스의 잔류 성분을 제거하는 공정을 수행하는 기술이 제공된다.

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 개시(開示)는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판을 처리하는 처리실 내에 클리닝 가스를 공급하여 처리실 내에 부착된 부생성물 등을 제거하는 클리닝 공정이 수행되는 경우가 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).
1. 일본 특개 2001-345278호 공보
클리닝 공정이 수행된 후에 처리실 내에 클리닝 가스의 잔류 성분이 남는 경우가 있다. 클리닝 가스가 기판 상에 생성된 인히비터층에 포함되는 성분을 포함하는 경우에는, 처리실 내에 클리닝 가스의 잔류 성분이 남아있으면 성막 처리 공정에서 선택적으로 막을 형성하지 못할 우려가 있다.
본 개시는 성막 공정에서 선택적으로 막을 형성하는 것을 가능하게 하는 기술을 제공한다.
일 형태에 따르면, (a) 처리 가스의 흡착에 선택성을 주는 인히비터층을 일부에 포함하는 기판을 수용하는 처리실에 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판에 선택적으로 막을 형성하는 공정; (b) 상기 기판이 존재하지 않는 상기 처리실 내에 상기 인히비터층에 포함되는 성분을 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 공정; 및 (c) 상기 처리실 내의 상기 클리닝 가스의 잔류 성분을 제거하는 공정을 수행하는 기술이 제공된다.
본 개시에 따르면, 성막 공정에서 선택적으로 막을 형성할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 형태에 따른 매엽식(枚葉式)의 기판 처리 장치의 개략 구성도.
도 2는 본 개시의 일 형태에 따른 기판 처리 공정의 순서를 도시하는 흐름도.
도 3은 도 2에서의 성막 공정의 상세를 도시하는 흐름도.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 일 형태에서의 성막 공정 전후의 웨이퍼의 표면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 5a 내지 도 5c는 참고예에서의 성막 공정 전후의 웨이퍼의 표면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 6은 본 개시의 다른 형태에서의 기판 처리 장치의 처리실의 개략 외관 사시도.
도 7은 본 개시의 다른 형태에서의 기판 처리 장치에서의 요부(要部)의 개략 구성도.
도 8은 본 개시의 다른 형태에서의 성막 공정, 클리닝 공정 및 클리닝 가스 잔류 성분 제거 공정의 흐름도.
이하, 본 개시의 일 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
이하의 설명에서 예로 드는 기판 처리 장치는 반도체 장치의 제조 공정에서 이용되는 것으로, 처리 대상이 되는 기판에 대하여 소정의 프로세스 처리를 수행하도록 구성된 것이다. 처리 대상이 되는 기판은 예컨대 반도체 장치(반도체 디바이스)가 제작되는 반도체 기판으로서의 실리콘 웨이퍼(이하, 단순히 「웨이퍼」라고 부른다.)다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 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 부르는 경우)가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 단어를 사용한 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. 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 사용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우와 같은 의미다. 웨이퍼에 대하여 수행하는 소정의 프로세스 처리(이하, 단순히 「처리」라고 부르는 경우도 있다.)로서는 예컨대 산화 처리, 확산 처리, 어닐링 처리, 에칭 처리, 프리클리닝 처리, 챔버 클리닝 처리, 성막 처리 등이 있다. 본 형태에서는 특히 성막 처리를 수행하는 경우를 예로 든다.
<본 개시의 일 형태>
우선 본 개시의 일 형태에 대해서 주로 도 1 내지 도 4b를 참조하면서 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
이하, 본 형태에 따른 기판 처리 장치의 구성에 대해서 설명한다. 여기서는 처리 대상이 되는 웨이퍼에 대하여 1매씩 처리를 수행하는 매엽식의 기판 처리 장치를 예로 든다. 도 1은 본 형태에 따른 매엽식의 기판 처리 장치의 개략 구성도다.
(처리 용기)
도 1에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(100)는 처리 용기(202)를 구비한다. 처리 용기(202)는 예컨대 횡단면(橫斷面)이 원형이며 편평한 밀폐 용기로서 알루미늄(Al)이나 스텐레스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성된다. 처리 용기(202)는 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b)로 구성된다. 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b) 사이에는 칸막이 판(204)이 설치된다.
처리 용기(202) 내에는 웨이퍼(200)에 대한 처리가 수행되는 처리 공간인 처리실(201)과, 웨이퍼(200)를 처리실(201)에 반송할 때 웨이퍼(200)가 통과하는 반송 공간(203)이 형성된다.
상부 용기(202a)의 내부의 외주 단연(端緣) 근방에는 배기 버퍼실(209)이 설치된다. 배기 버퍼실(209)은 처리실(201) 내의 가스를 측방(側方) 주위를 향하여 배출할 때의 버퍼 공간으로서 기능하는 것이다. 그렇기 때문에 배기 버퍼실(209)은 처리실(201)의 측방 외주를 둘러싸도록 설치된 공간을 가진다. 즉 배기 버퍼실(209)은 처리실(201)의 외주측에 평면시 링 형상[원환(圓環) 형상]으로 형성된 공간을 포함한다.
하부 용기(202b)의 측면에는 게이트 밸브(205)에 인접한 기판 반입출구(206)가 설치되고, 웨이퍼(200)는 기판 반입출구(206)를 개재하여 미도시의 반송실 사이를 이동한다. 하부 용기(202b)의 저부(底部)에는 리프트 핀(207)이 복수 설치된다. 또한 하부 용기(202b)는 접지(接地)된다.
(기판 지지부)
처리실(201) 내에는 웨이퍼(200)를 지지하는 기판 지지부(210)가 설치된다. 기판 지지부(210)는 웨이퍼(200)를 재치하는 기판 재치면(211)을 포함하는 기판 재치대(212)를 구비한다. 기판 재치대(212)는 기판 재치면(211) 상의 웨이퍼(200)의 온도를 조정하는 히터(213)와, 웨이퍼(200) 등에 바이어스가 걸리도록 하기 위한 바이어스 전극(220)을 내장한다. 또한 기판 재치대(212)에는 리프트 핀(207)이 관통하는 관통공(214)이 리프트 핀(207)과 대응하는 위치에 각각 설치된다.
기판 재치대(212)에 내장된 바이어스 전극(220)에는 인가하는 바이어스 전압을 조정하기 위한 임피던스 조정부(270) 및 임피던스 조정 전원(271)이 각각 개별로 접속된다.
기판 재치대(212)는 샤프트(217)에 의해 지지된다. 샤프트(217)는 처리 용기(202)의 저부를 관통하고, 또한 처리 용기(202)의 외부에서 승강부(218)에 접속된다.
승강부(218)는 샤프트(217)를 지지하는 지지축(218a)과, 지지축(218a)을 승강시키거나 회전시키는 작동부(218b)를 주로 포함한다. 작동부(218b)는 예컨대 승강을 실현하기 위한 모터를 포함하는 승강 기구(218c)와, 지지축(218a)을 회전시키기 위한 톱니바퀴 등의 회전 기구(218d)를 포함한다.
승강부(218)에는 승강부(218)의 일부로서 작동부(218b)에 승강 및 회전을 지시하기 위한 지시부(218e)를 설치해도 좋다. 지시부(218e)는 컨트롤러(260)에 전기적으로 접속된다. 지시부(218e)는 컨트롤러(260)의 지시에 기초하여 작동부(218b)를 제어한다.
승강부(218)를 작동시켜서 샤프트(217) 및 기판 재치대(212)를 승강시키는 것에 의해 기판 재치면(211) 상에 재치되는 웨이퍼(200)를 승강시키는 것이 가능하도록 이루어진다. 또한 샤프트(217)의 하단부의 주위는 벨로즈(219)에 의해 피복되고, 처리 용기(202) 내는 기밀하게 보지(保持)된다.
기판 재치대(212)는 웨이퍼(200) 반송 시에는 기판 재치면(211)이 기판 반입출구(206)에 대향하는 위치(웨이퍼 반송 위치)까지 하강하고, 웨이퍼(200) 처리 시에는 도 1에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내의 처리 위치(웨이퍼 처리 위치)가 될 때까지 상승한다. 구체적으로는 기판 재치대(212)를 웨이퍼 반송 위치까지 하강시켰을 때는 리프트 핀(207)의 상단부가 기판 재치면(211)의 상면으로부터 돌출하여 리프트 핀(207)이 웨이퍼(200)를 하방으로부터 지지하도록 이루어진다. 또한 기판 재치대(212)를 웨이퍼 처리 위치까지 상승시켰을 때는 리프트 핀(207)은 기판 재치면(211)의 상면으로부터 매몰하여 기판 재치면(211)이 웨이퍼(200)를 하방에서 지지하도록 이루어진다.
(샤워 헤드)
처리실(201)의 상부(가스 공급 방향 상류측)에는 가스 분산 기구로서의 샤워 헤드(230)가 설치된다. 샤워 헤드(230)의 덮개(231)에는 가스 도입구(241)가 설치된다. 상기 가스 도입구(241)는 후술하는 가스 공급계가 연통하도록 구성된다. 가스 도입구(241)로부터 도입되는 가스는 샤워 헤드(230)의 버퍼 공간(232)에 공급된다.
샤워 헤드(230)의 덮개(231)는 도전성이 있는 금속으로 형성되고, 버퍼 공간(232) 또는 처리실(201) 내에서 플라즈마를 생성하기 위한 전극으로서 이용된다. 덮개(231)와 상부 용기(202a) 사이에는 절연 블록(233)이 설치되고, 덮개(231)와 상부 용기(202a) 사이를 절연한다.
샤워 헤드(230)는 가스 도입구(241)를 개재하여 가스 공급계로부터 공급되는 가스를 분산시키기 위한 분산판(234)을 구비한다. 이 분산판(234)의 상류측이 버퍼 공간(232)이며, 하류측이 처리실(201)이다. 분산판(234)에는 복수의 관통공(234a)이 설치된다. 분산판(234)은 기판 재치면(211)과 대향하도록 배치된다.
(플라즈마 생성부)
샤워 헤드(230)의 덮개(231)에는 정합기(251), 고주파 전원(252)이 접속된다. 그리고 고주파 전원(252), 정합기(251)로 임피던스를 조정하는 것에 의해 샤워 헤드(230), 처리실(201)에 플라즈마가 생성되도록 이루어진다.
(가스 공급계)
샤워 헤드(230)의 덮개(231)에는 가스 도입구(241)와 연통하도록 공통 가스 공급관(242)이 접속된다. 공통 가스 공급관(242)은 가스 도입구(241)를 개재하여 샤워 헤드(230) 내의 버퍼 공간(232)에 연통한다. 또한 공통 가스 공급관(242)에는 제1 가스 공급관(243a)과 제2 가스 공급관(244a)과 제3 가스 공급관(245a)과 제4 가스 공급관(249a)과 제5 가스 공급관(250a)이 접속된다.
이들 중 제1 가스 공급관(243a)을 포함하는 원료 가스 공급계(243)로부터는 처리 가스 중 하나인 원료 가스가 주로 공급되고, 제2 가스 공급관(244a)을 포함하는 반응 가스 공급계(244)로부터는 주로 처리 가스 중 다른 하나인 반응 가스가 공급된다. 제3 가스 공급관(245a)을 포함하는 퍼지 가스 공급계(245)로부터는, 웨이퍼(200)를 처리할 때는 주로 퍼지 가스로서의 불활성 가스가 공급되고, 샤워 헤드(230)나 처리실(201)을 클리닝할 때는 클리닝 가스가 주로 공급된다. 제4 가스 공급관(249a)을 포함하는 인히비터층 형성 가스 공급계(249)로부터는 인히비터층 형성 가스가 주로 공급된다. 제5 가스 공급관(250a)을 포함하는 클리닝 가스 잔류 성분 제거 가스 공급계(이하, 단순히 「잔류 성분 제거 가스 공급계」라고 부르는 경우도 있다.)(250)로부터는 클리닝 가스 잔류 성분 제거 가스(이하, 단순히 「잔류 성분 제거 가스」라고 부르는 경우도 있다.)가 주로 공급된다. 또한 가스 공급계로부터 공급되는 가스에 대해서는 원료 가스를 제1 가스, 반응 가스를 제2 가스, 불활성 가스를 제3 가스, 클리닝 가스[처리실(201)용]를 제4 가스, 인히비터층 형성 가스를 제5 가스, 잔류 성분 제거 가스를 제6 가스라고 부르는 경우도 있다.
이와 같이 공통 가스 공급관(242)에는 제1 가스 공급관(243a), 제2 가스 공급관(244a), 제3 가스 공급관(245a), 제4 가스 공급관(249a) 및 제5 가스 공급관(250a)이 접속된다. 이에 의해 공통 가스 공급관(242)은 처리 가스로서의 원료 가스(제1 가스) 또는 반응 가스(제2 가스), 퍼지 가스로서의 불활성 가스(제3 가스) 또는 클리닝 가스(제4 가스), 인히비터층 형성 가스(제5 가스), 잔류 성분 제거 가스(제6 가스)를 샤워 헤드(230)의 버퍼 공간(232)을 통해서 처리실(201)에 선택적으로 공급하게 된다. 즉 공통 가스 공급관(242)은 처리실(201)에 처리 가스, 퍼지 가스 또는 클리닝 가스, 인히비터층 형성 가스, 잔류 성분 제거 가스를 공급하는 「제1 공급관」으로서 기능한다.
(원료 가스 공급계)
제1 가스 공급관(243a)에는 상류 방향부터 순서대로 원료 가스 공급원(243b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(243c) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치된다. 그리고 제1 가스 공급관(243a)으로부터는 원료 가스가 MFC(243c), 밸브(243d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
원료 가스(제1 가스)는 처리 가스 중 하나이며, 예컨대 제1 원소로서의 실리콘(Si) 원소를 포함하는 가스다. 구체적으로는 디클로로실란(SiH2Cl2, dichlorosilane: DCS) 가스나 테트라에톡시실란(Si(OC2H5)4, Tetraethoxysilane: TEOS) 가스 등이 이용된다. 이하의 설명에서는 DCS 가스를 이용한 예에 대해서 설명한다.
주로 제1 가스 공급관(243a), MFC(243c), 밸브(243d)에 의해 원료 가스 공급계(243)가 구성된다. 또한 원료 가스 공급계(243)는 원료 가스 공급원(243b), 후술하는 제1 불활성 가스 공급계를 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 원료 가스 공급계(243)는 처리 가스 중 하나인 원료 가스를 공급하기 때문에 처리 가스 공급계 중 하나에 해당된다.
제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d)보다 하류측에는 제1 불활성 가스 공급관(246a)의 하류단이 접속된다. 제1 불활성 가스 공급관(246a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(246b), MFC(246c) 및 밸브(246d)가 설치된다. 그리고 제1 불활성 가스 공급관(246a)으로부터는 불활성 가스가 MFC(246c), 밸브(246d), 제1 가스 공급관(243a)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
불활성 가스는 원료 가스의 캐리어 가스로서 작용하는 것으로 원료와는 반응하지 않는 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 예컨대 질소(N2) 가스를 이용할 수 있다. 또한 N2 가스 외에 예컨대 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스를 이용할 수 있다.
주로 제1 불활성 가스 공급관(246a), MFC(246c) 및 밸브(246d)에 의해 제1 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한 제1 불활성 가스 공급계는 불활성 가스 공급원(246b), 제1 가스 공급관(243a)을 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 제1 불활성 가스 공급계는 원료 가스 공급계(243)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
(반응 가스 공급계)
제2 가스 공급관(244a)의 상류에는 상류 방향부터 순서대로 반응 가스 공급원(244b), MFC(244c) 및 밸브(244d)가 설치된다. 그리고 제2 가스 공급관(244a)으로부터는 반응 가스가 MFC(244c), 밸브(244d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
반응 가스(제2 가스)는 처리 가스 중 다른 하나이며, 원료 가스가 함유하는 제1 원소(예컨대 Si)와는 다른 제2 원소(예컨대 질소)를 포함하는 가스다. 구체적으로는 예컨대 N 함유 가스인 암모니아(NH3) 가스가 이용된다.
주로 제2 가스 공급관(244a), MFC(244c), 밸브(244d)에 의해 반응 가스 공급계(244)가 구성된다. 또한 반응 가스 공급계(244)는 반응 가스 공급원(244b), 후술하는 제2 불활성 가스 공급계를 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 반응 가스 공급계(244)는 처리 가스 중 하나인 반응 가스를 공급하기 때문에 처리 가스 공급계 중 다른 하나에 해당된다.
제2 가스 공급관(244a)의 밸브(244d)보다 하류측에는 제2 불활성 가스 공급관(247a)의 하류단이 접속된다. 제2 불활성 가스 공급관(247a)에는 상류 방향부터 순서대로 불활성 가스 공급원(247b), MFC(247c) 및 밸브(247d)가 설치된다. 그리고 제2 불활성 가스 공급관(247a)으로부터는 불활성 가스가 MFC(247c), 밸브(247d), 제2 가스 공급관(244a)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
불활성 가스는 반응 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용하는 것이다. 구체적으로는 예컨대 N2 가스를 이용할 수 있다. 또한 N2 가스 외에 예컨대 He 가스, Ne 가스, Ar 가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
주로 제2 불활성 가스 공급관(247a), MFC(247c) 및 밸브(247d)에 의해 제2 불활성 가스 공급계가 구성된다. 또한 제2 불활성 가스 공급계는 불활성 가스 공급원(247b), 제2 가스 공급관(244a)을 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 제2 불활성 가스 공급계는 반응 가스 공급계(244)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
(퍼지 가스 공급계)
제3 가스 공급관(245a)에는 상류 방향부터 순서대로 퍼지 가스 공급원(245b), MFC(245c) 및 밸브(245d)가 설치된다. 그리고 제3 가스 공급관(245a)으로부터는 기판 처리 공정에서는 퍼지 가스로서의 불활성 가스가 MFC(245c), 밸브(245d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 또한 처리 공간 클리닝 공정에서는 필요에 따라 클리닝 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서의 불활성 가스가 MFC(245c), 밸브(245d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
퍼지 가스 공급원(245b)으로부터 공급되는 불활성 가스는 기판 처리 공정에서는 처리 용기(202)나 샤워 헤드(230) 내에 잔류하는 가스를 퍼지하는 퍼지 가스로서 작용한다. 또한 처리 공간 클리닝 공정에서는 클리닝 가스의 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 작용해도 좋다. 구체적으로는 불활성 가스로서 예컨대 N2 가스를 이용할 수 있다. 또한 N2 가스 외에 예컨대 He 가스, Ne 가스, Ar가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
주로 제3 가스 공급관(245a), MFC(245c), 밸브(245d)에 의해 퍼지 가스 공급계(245)가 구성된다. 또한 퍼지 가스 공급계(245)는 퍼지 가스 공급원(245b), 후술하는 처리 공간 클리닝 가스 공급계(248)를 포함시켜서 생각해도 좋다.
(처리 공간 클리닝 가스 공급계)
제3 가스 공급관(245a)의 밸브(245d)보다 하류측에는 처리 공간 클리닝 가스 공급관(248a)의 하류단이 접속된다. 처리 공간 클리닝 가스 공급관(248a)에는 상류 방향부터 순서대로 처리 공간 클리닝 가스 공급원(248b), MFC(248c) 및 밸브(248d)가 설치된다. 그리고 제3 가스 공급관(245a)은 처리 공간 클리닝 공정에서는 클리닝 가스가 MFC(248c), 밸브(248d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
처리 공간 클리닝 가스 공급원(248b)으로부터 공급되는 클리닝 가스(제4 가스)는 처리 공간 클리닝 공정에서는 샤워 헤드(230)나 처리 용기(202)에 부착된 부생성물 등을 제거하는 클리닝 가스로서 작용한다. 구체적으로는 클리닝 가스로서 예컨대 3불화질소(NF3) 가스, 불화수소(HF) 가스, 3불화염소(ClF3) 가스, 불소(F2) 가스등의 F 함유 가스가 이용된다. 이하의 설명에서는 NF3 가스를 이용한 예에 대해서 설명한다.
주로 처리 공간 클리닝 가스 공급관(248a), MFC(248c) 및 밸브(248d)에 의해 처리 공간 클리닝 가스 공급계(248)가 구성된다. 또한 처리 공간 클리닝 가스 공급계(248)는 처리 공간 클리닝 가스 공급원(248b), 제3 가스 공급관(245a)을 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 처리 공간 클리닝 가스 공급계(248)는 퍼지 가스 공급계(245)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
(인히비터층 형성 가스 공급계)
제4 가스 공급관(249a)에는 상류 방향부터 순서대로 인히비터층 형성 가스 공급원(249b), MFC(249c) 및 밸브(249d)가 설치된다. 그리고 제4 가스 공급관(249a)으로부터는 인히비터층 형성 가스가 MFC(249c), 밸브(249d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
인히비터층 형성 가스(제5 가스)은 후술하는 성막 공정에서 공급되는 DCS의 웨이퍼(200)에의 흡착을 저해하는 인히비터층을 웨이퍼(200) 상에 형성하는 가스다. 구체적으로는 인히비터층 형성 가스로서 예컨대 4불화탄소(CF4) 가스, NF3 가스, F2 가스 등의 F 함유 가스가 이용된다. 이하의 설명에서는 CF4 가스를 이용한 예에 대해서 설명한다.
(클리닝 가스 잔류 성분 제거 가스 공급계)
제5 가스 공급관(250a)에는 상류 방향부터 순서대로 클리닝 가스 잔류 성분 제거 가스 공급원(이하, 단순히 「잔류 성분 제거 가스 공급원」이라고 부르는 경우도 있다.)(250b), MFC(250c) 및 밸브(250d)가 설치된다. 그리고 제5 가스 공급관(250a)으로부터는 잔류 성분 제거 가스가 MFC(250c), 밸브(250d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다.
잔류 성분 제거 가스 공급원(250b)으로부터 공급되는 잔류 성분 제거 가스(제6 가스)는 클리닝 공정 종료 후에 처리실(201) 내에 남아있는 클리닝 가스의 잔류 성분 제거 가스다. 구체적으로는 잔류 성분 제거 가스로서 예컨대 수소(H2) 가스를 이용할 수 있다.
(배기계)
배기 배관(222)은 배기 버퍼실(209)의 상면 또는 측방에 설치된 배기구(221)를 개재하여 배기 버퍼실(209) 내에 접속된다. 이에 의해 배기 배관(222)은 처리실(201) 내와 연통된다.
배기 배관(222)에는 배기 버퍼실(209)에 연통하는 처리실(201) 내를 소정의 압력으로 제어하는 압력 제어기인 APC(Automatic Pressure Controller) 밸브(223)가 설치된다. APC 밸브(223)는 개도(開度) 조정 가능한 밸브체(미도시)를 포함하고, 후술하는 컨트롤러(260)로부터의 지시에 따라 배기 배관(222)의 컨덕턴스를 조정한다. 이하, 배기 배관(222)에 설치된 APC 밸브(223)를 단순히 밸브(223)라고 부르는 경우도 있다.
또한 배기 배관(222)에서 APC 밸브(223)의 하류측에는 진공 펌프(224)가 설치된다. 진공 펌프(224)는 배기 배관(222)을 개재하여 배기 버퍼실(209) 및 이에 연통하는 처리실(201)의 분위기를 배기한다. 이에 의해 배기 배관(222)은 처리실(201)로부터의 가스 배기를 수행하는 배기 배관으로서 기능하게 된다.
주로 배기 배관(222), APC 밸브(223) 및 진공 펌프(224)에 의해 가스 배기계가 구성된다.
(컨트롤러)
기판 처리 장치(100)는 기판 처리 장치(100)의 각(各) 부(部)의 동작을 제어하는 제어부로서의 컨트롤러(260)를 포함한다. 컨트롤러(260)는 연산부(261) 및 기억부(262)를 적어도 포함한다. 컨트롤러(260)는 전술한 각 구성에 접속되고, 상위 장치나 사용자의 지시에 따라 기억부(262)로부터 프로그램이나 레시피를 호출하고, 그 내용에 따라 각 구성의 동작을 제어한다. 구체적으로는 컨트롤러(260)는 게이트 밸브(205), 승강부(218), 히터(213), 고주파 전원(252), 정합기(251), MFC(243c 내지 250c), 밸브(243d 내지 250d), APC 밸브(223), 임피던스 조정부(270), 임피던스 조정 전원(271), 진공 펌프 (224) 등의 동작을 제어한다.
또한 컨트롤러(260)는 전용의 컴퓨터로서 구성해도 좋고, 범용의 컴퓨터로서 구성해도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]를 준비하고, 그 외부 기억 장치를 이용해서 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것에 의해 본 형태에 따른 컨트롤러(260)를 구성할 수 있다.
또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 외부 기억 장치를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 기억부(262)나 외부 기억 장치는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억부(262) 단체(單體)만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로 반도체 제조 공정의 일 공정으로서 전술한 구성의 기판 처리 장치(100)를 이용하여 웨이퍼(200)에 대한 처리를 수행하는 기판 처리 공정에 대해서 설명한다. 여기서는 기판 처리 공정으로서 웨이퍼(200) 상에 박막을 형성하는 경우를 예로 든다. 특히 본 형태에서는 원료 가스(제1 가스)로서 DCS 가스를 이용하고, 반응 가스(제2 가스)로서 NH3 가스를 이용하고, 이 가스를 교호(交互)적으로 공급하여 웨이퍼(200) 상에 Si 함유막으로서의 SiN(실리콘 질화)막을 형성하는 예에 대해서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(260)에 의해 제어된다.
도 2는 본 형태에 따른 기판 처리 공정의 순서를 도시하는 흐름도다. 도 3은 도 2에서의 성막 공정의 상세를 도시하는 흐름도다.
(기판 반입·가열 공정: S102)
기판 처리 장치(100)에서 기판 처리 공정 시에는 도 2에 도시하는 바와 같이 우선 기판 반입·가열 공정(S102)을 수행한다. 기판 반입·가열 공정(S102)에서는 처리 용기(202) 내에 웨이퍼(200)를 반입한다. 그리고 처리 용기(202) 내에 웨이퍼(200)를 반입하면, 도시하지 않는 진공 반송 로봇을 처리 용기(202) 외로 퇴피시키고, 게이트 밸브(205)를 닫고 처리 용기(202) 내를 밀폐한다. 그 후 기판 재치대(212)를 상승시키는 것에 의해 기판 재치대(212)에 설치된 기판 재치면(211) 상에 웨이퍼(200)를 재치시키고, 또한 기판 재치대(212)를 상승시키는 것에 의해 처리실(201) 내의 처리 위치(웨이퍼 처리 위치)까지 웨이퍼(200)를 상승시킨다.
웨이퍼(200)가 반송 공간(203)에 반입된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼 처리 위치까지 상승하면, APC 밸브(223)를 가동시켜서 배기 버퍼실(209)과 APC 밸브(223)와 진공 펌프(224) 사이를 연통시킨다. APC 밸브(223)는 배기 배관(222)의 컨덕턴스를 조정하는 것에 의해 진공 펌프(224)에 의한 배기 버퍼실(209)의 배기 유량을 제어하고, 배기 버퍼실(209)에 연통하는 처리실(201)을 소정의 압력으로 유지한다.
또한 웨이퍼(200)를 기판 재치대(212) 상에 재치할 때는 기판 재치대(212)의 내부에 매립된 히터(213)에 전력을 공급하여 웨이퍼(200)의 표면이 소정의 처리 온도가 되도록 제어된다. 이때 히터(213)의 온도는 미도시의 온도 센서에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(213)로의 통전 상태를 제어하는 것에 의해 조정된다.
이와 같이 하여 기판 반입·가열 공정(S102)에서는 처리실(201) 내를 소정의 처리 압력이 되도록 제어하는 것과 함께, 웨이퍼(200)의 표면 온도가 소정의 처리 온도가 되도록 제어한다. 여기서 소정의 처리 온도, 처리 압력이란 후술하는 인히비터층 형성 공정(S104), 성막 공정(S106)에서 막 등을 형성 가능한 처리 온도, 처리 압력이다. 구체적으로는 처리 온도는 실온 이상 1,000℃ 이하, 바람직하게는 실온 이상 800℃ 이하, 처리 압력은 10Pa 내지 2,000Pa로 하는 것이 생각된다. 이 처리 온도, 처리 압력은 후술하는 인히비터층 형성 공정(S104), 성막 공정(S106)에서도 유지된다.
(인히비터층 형성 공정: S104)
기판 반입·재치 공정(S102) 후에는 인히비터층 형성 공정(S104)을 수행한다. 인히비터층 형성 공정(S104)에서는 인히비터층 형성 가스 공급계(249)로부터 처리실(201) 내에 인히비터층 형성 가스(제5 가스)로서 CF4 가스를 공급한다.
여기서 도 4a 및 도 5a에 도시되듯이, 웨이퍼(200)는 웨이퍼(200)의 a영역의 표면에는 F가 흡착 가능한 구성이며, 웨이퍼(200)의 b영역의 표면에는 F가 흡착하지 않는 구성이다. 예컨대 b영역 상에는 미도시의 마스크가 설치되고, a영역 상에는 미도시의 마스크가 설치되지 않는 구성이다. a영역, b영역은 예컨대 실리콘으로 구성된다.
따라서 웨이퍼(200)에 대하여 CF4 가스가 공급되면, a영역의 Si와 CF4 가스가 반응하는 것에 의해 a영역에는 F 종단(SiF 종단)된 인히비터층이 형성된다(도 4a 참조). 또한 인히비터층이 형성된 후의 a영역의 최표면에 존재하는 원자에 착안한 경우, a영역은 F 종단된 표면을 포함한다고 할 수 있다.
CF4 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후, 밸브(249d)를 닫고 CF4 가스의 공급을 정지한다.
(성막 공정: S106)
인히비터층 형성 공정(S104) 후에는 다음으로 성막 공정(S106)을 수행한다. 이하, 도 3을 참조하여 성막 공정(S106)에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한 성막 공정(S106)은 다른 처리 가스를 교호적으로 공급하는 공정을 반복하는 사이클릭 처리다.
(제1 처리 가스 공급 공정: S202)
도 8에 도시된 (a) 공정에 상당하는 성막 공정(S106)에서는 우선 제1 처리 가스(원료 가스) 공급 공정(S202)을 수행한다. 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서는 원료 가스 공급계(243)로부터 인히비터층을 일부에 포함하는 웨이퍼(200)를 수용하는 처리실(201)에 원료 가스(제1 가스)로서 DCS 가스를 공급한다. 처리실(201) 내에 공급된 DCS 가스는 웨이퍼 처리 위치에 있는 웨이퍼(200)의 면상(面上)에 도달한다. 이에 의해 인히비터층을 포함하지 않는 웨이퍼(200)의 b영역의 표면에는 염소(Cl)을 포함하는 Si 함유막이 형성된다. Cl을 포함하는 Si 함유막은 b영역의 표면으로의 DCS의 물리 흡착이나, DCS의 일부가 분해된 물질의 화학 흡착이나, DCS의 열분해에 의한 Si의 퇴적 등에 의해 형성된다. Si 함유막은 예컨대 처리 용기(202) 내의 압력, DCS 가스의 유량, 기판 재치대(212)의 온도, 처리실(201)의 통과에 걸리는 시간 등에 따라 소정의 두께 및 소정의 분포로 형성된다.
제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서는 인히비터층을 포함하는 웨이퍼(200)의 a영역의 표면으로의 Si 함유막의 형성을 억제하면서 인히비터층을 포함하지 않는 웨이퍼(200)의 b영역의 표면에 Si 함유막을 선택적으로 형성하는 것이 가능하다. 이러한 Si 함유막의 선택적인 형성이 가능해지는 것은 a영역에 존재하는 F 종단된 인히비터층이 a영역의 표면으로의 Si 함유막의 형성(Si의 흡착)을 저해하는 요인, 즉 인히비터(inhibitor)로서 작용하기 때문이다. 이와 같이 인히비터층은 처리 가스의 흡착을 저해하는 등 처리 가스의 흡착에 선택성을 주는 것이다.
DCS 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후, 밸브(243d)를 닫고 DCS 가스의 공급을 정지한다. 또한 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서는 APC 밸브(223)에 의해 처리실(201)의 압력이 소정 압력이 되도록 제어된다.
(퍼지 공정: S204)
제1 처리 가스 공급 공정(S202) 후에는 다음으로 퍼지 가스 공급계(245)로부터 N2 가스를 공급하고, 처리실(201) 및 샤워 헤드(230)의 퍼지를 수행한다. 이에 의해 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서 웨이퍼(200)에 결합되지 못한 DCS 가스는 진공 펌프(224)에 의해 처리실(201)로부터 제거된다.
(제2 처리 가스 공급 공정: S206)
퍼지 공정(S204) 후에는 다음으로 반응 가스 공급계(244)로부터 처리실(201) 내에 반응 가스(제2 가스)로서 NH3 가스를 공급한다. 이에 의해 웨이퍼(200)의 b영역의 표면에 형성된 Si 함유막의 적어도 일부가 질화(개질)된다. Si 함유막이 개질되는 것에 의해 b영역의 표면에 Si 및 N을 포함하는 막, 즉 SiN막이 형성된다(도 4b 참조). SiN막을 형성할 때 Si 함유막에 포함되어 있었던 Cl 등의 불순물은 NH3 가스에 의한 Si 함유막의 개질 반응의 과정에서 적어도 Cl을 포함하는 가스 상(狀) 물질을 구성하고, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 이에 의해 SiN막은 제1 처리 가스 공급 공정(S202)에서 형성된 Si 함유막에 비해 Cl 등의 불순물이 적은 막이 된다. 또한 a영역의 표면은 제2 처리 가스 공급 공정(S206)을 실시할 때도 개질되지 않고 유지된다. 즉 a영역의 표면은 개질(NH 종단)되지 않고 F 종단된 상태에서 안정적으로 유지된다.
또한 NH3 가스는 정합기(251) 및 고주파 전원(252)에 의해 플라즈마 상태가 되고, 웨이퍼(200)의 면상에 조사(照射)해도 좋다. 또한 NH3 가스를 공급할 때 바이어스 전극(220)에 전압을 인가해서 웨이퍼(200)에 바이어스가 걸리도록 해도 좋다. 이때 바이어스 전극(220)으로의 인가 전압을 임피던스 조정부(270)로 조정한다.
그리고 소정 시간이 경과한 후, 밸브(244d)를 닫고 NH3 가스의 공급을 정지한다. 또한 제2 처리 가스 공급 공정(S206)에서도 전술한 제1 처리 가스 공급 공정(S202)과 마찬가지로 APC 밸브(223)에 의해 처리실(201)의 압력이 소정 압력이 되도록 제어된다.
(퍼지 공정: S208)
제2 처리 가스 공급 공정(S206) 후에는 퍼지 공정(S208)을 실행한다. 퍼지 공정(S208)에서의 각 부의 동작은 전술한 퍼지 공정(S204)의 경우와 마찬가지이므로 여기서는 그 설명을 생략한다.
(판정 공정: S210)
퍼지 공정(S208)이 종료되면, 계속해서 컨트롤러(260)는 전술한 일련의 처리(S202 내지 S208)를 1사이클로 하고, 그 1사이클을 소정 횟수(n cycle) 실시했는지의 여부를 판정한다. 그리고 소정 횟수 실시하지 않았으면, 제1 처리 가스 공급 공정(S202) 내지 퍼지 공정(S208)의 1사이클을 반복한다. 한편, 소정 횟수 실시했을 때는 성막 공정(S106)을 종료한다.
이와 같이 성막 공정(S106)에서는 제1 처리 가스 공급 공정(S202) 내지 퍼지 공정(S208)의 각 공정을 순차 수행하는 것에 의해, 도 4b에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(200)의 a영역 및 b영역 중 b영역의 표면에 SiN막을 선택적으로 형성할 수 있다. 그리고 이들의 각 공정을 1사이클로 하고, 그 1사이클을 소정 횟수 반복하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 면상에 형성되는 SiN막이 원하는 막 두께로 제어된다.
(기판 반출 공정: S108)
이상과 같은 성막 공정(S106) 종료 후, 기판 처리 장치(100)에서는 도 2에 도시하는 바와 같이 기판 반출 공정(S108)을 수행한다. 기판 반출 공정(S108)에서는 전술한 기판 반입·가열 공정(S102)과 반대의 순서로 처리 완료된 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 외로 반출한다.
(판정 공정: S110)
기판 반출 공정(S108)이 종료되면, 기판 처리 장치(100)에서는 전술한 일련의 처리(S102 내지 S108)를 1사이클로 하고, 그 1사이클을 소정 횟수 실시했는지의 여부, 즉 성막 공정(S106)에서 처리한 웨이퍼(200)가 소정의 매수에 도달했는지의 여부를 판정한다. 그리고 소정 횟수 실시하지 않았으면, 처리한 웨이퍼(200)가 소정의 매수에 도달하지 않았으므로 기판 반입·가열 공정(S102) 내지 기판 반출 공정(S108)의 1사이클을 반복한다. 즉 미처리의 웨이퍼(200)가 있다면, 기판 반입·가열 공정(S102)과 마찬가지의 순서로 다음으로 대기하는 미처리의 웨이퍼(200)를 처리 용기(202) 내에 반입한다. 그 후, 반입된 웨이퍼(200)에 대해서는 성막 공정(S106)이 실행된다. 한편, 소정 횟수 실시했을 때는 기판 처리 공정을 종료한다.
기판 처리 공정이 종료되면, 처리 용기(202) 내는 웨이퍼(200)가 존재하지 않는 상태가 된다.
(3) 처리실의 클리닝 공정
다음으로 반도체 장치의 제조 방법의 일 공정으로서 기판 처리 장치(100)의 처리 용기(202) 내에 대한 클리닝 처리를 수행하는 공정에 대해서 설명한다.
전술한 기판 처리 공정을 반복 수행하면, 처리 용기(202) 내[특히 처리실(201) 내]에서는 부생성물 등이 불필요한 반응물이 벽면에 부착될 우려가 있다. 그렇기 때문에 기판 처리 장치(100)는 소정의 타이밍(예컨대 소정 횟수의 기판 처리 공정을 실행한 후, 소정 매수의 웨이퍼(200)를 처리한 후, 전회의 클리닝 처리로부터 소정의 시간이 경과한 후 등)으로 처리실(201)의 클리닝 공정을 수행한다.
도 8에 도시된 (b) 공정에 상당하는 처리실(201)의 클리닝 공정에서는 밸브(243d 내지 247d, 249d, 250d)를 닫힘(閉)으로 한 상태에서 밸브(248d)를 열림(開) 상태로 한다. 이렇게 하는 것에 의해 웨이퍼(200)가 존재하지 않는 상태의 처리실(201)에는 처리 공간 클리닝 가스 공급원(248b)으로부터 제3 가스 공급관(245a) 및 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 클리닝 가스가 공급된다. 본 형태에서는 클리닝 가스로서 인히비터층에 포함되는 성분인 F 분자를 포함하는 NF3 가스가 공급된다. 그리고 공급된 NF3 가스는 버퍼 공간(232) 내나 처리실(201) 내의 부착물(반응 부생성물 등)을 제거한다.
이에 의해 처리실(201) 내에서는 예컨대 부생성물 등이 벽면에 부착된 경우에도 소정의 타이밍으로 수행하는 클리닝 처리에 의해 그 부생성물 등이 제거된다.
소정의 시간이 경과하고 처리실(201) 내의 클리닝이 완료된 후, 밸브(248d)를 닫고 처리실(201) 내로의 NF3 가스의 공급을 각각 정지한다. 그리고 성막 처리의 퍼지 공정과 마찬가지의 처리 순서에 의해 처리실(201) 내를 퍼지한다(애프터 퍼지).
(4) 클리닝 가스 잔류 성분 제거 공정
다음으로 반도체 장치의 제조 방법의 일 공정으로서 기판 처리 장치(100)의 처리실(201) 내에 잔류하는 클리닝 가스의 잔류 성분을 제거하는 공정에 대해서 설명한다.
전술한 처리실(201)의 클리닝 공정을 수행하면, NF3 가스의 잔류 성분인 N 분자나 F 분자가 처리실(201) 내에 남을 우려가 있다. 처리실(201) 내에 N 분자나 F 분자가 남아있으면, 성막 공정에서 인히비터층을 일부에 포함하는 웨이퍼(200)에 선택적으로 막을 형성할 때 처리실(201) 내에 수용된 웨이퍼(200) 상의 인히비터층을 포함하지 않는 부분에 이들 분자가 부착될 경우가 있다(도 5a 및 도 5b 참조).
전술한 바와 같이 NF3 가스가 포함하는 F 분자는 인히비터층에 포함되는 성분이며, 웨이퍼(200) 상의 SiN막의 형성을 저해하는 인히비터로서 작용한다. 따라서 처리실(201) 내에 잔류하는 F 분자가 웨이퍼(200) 상의 인히비터층을 포함하지 않는 부분에 부착된 경우에는 의도하지 않은 부분으로 SiN막이 형성되지 않을 우려가 있다(도 5c 참조). 이와 같이 처리실(201) 내에 인히비터층에 포함되는 성분을 포함하는 클리닝 가스의 잔류 성분이 존재하면, 성막 공정에서 선택적으로 막을 형성할 수 없게 될 경우가 있다.
이로부터 본 형태에서는 성막 처리 공정에서 선택적으로 막을 형성하기 위해서 처리실(201)의 클리닝 공정을 수행한 후에 처리실(201) 내에 있는 클리닝 가스의 잔류 성분을 제거하는 클리닝 가스 잔류 성분 제거 공정(이하, 단순히 「잔류 성분 제거 공정」이라고 부르는 경우도 있다.)을 수행한다.
구체적으로는, 도 8에 도시된 (c) 공정에 상당하는 잔류 성분 제거 공정에서는 잔류 성분 제거 가스 공급계(250)로부터 처리실(201) 내에 잔류 성분 제거 가스(제6 가스)로서 H2 가스를 공급한다. 그리고 정합기(251) 및 고주파 전원(252)을 이용하여 처리실(201) 내에 고주파 전력 등을 공급한다. 이에 의해 처리실(201) 내의 H2 가스를 플라즈마화하고 수소 플라즈마를 생성시킨다.
수소 플라즈마가 생성되면, 수소 분자는 활성화되어 처리실(201) 내나 샤워 헤드(230) 내에 존재하는 NF3 가스의 잔류 성분인 F 분자와 반응하여 불화수소(HF)가 발생한다. 그 후 배기 버퍼실(209) 및 배기 배관(222)을 개재하여 HF를 처리 용기(202) 외로 배기하고, 클리닝 가스의 잔류 성분을 제거한다.
또한 성막 공정에서 바이어스 전극(220)에 전압이 인가되는 경우에는 잔류 성분 제거 공정에서 발생한 수소 플라즈마는 바이어스 방향을 따르도록 규제되므로, 웨이퍼(200)의 면상에 집중하기 쉬운 상태가 된다. 이에 대하여 NF3 가스의 잔류 성분인 F 분자는 히터(213)로부터 떨어진 각부(角部) 등, 웨이퍼(200)보다 상방에 있는 온도가 낮은 개소에 흡착하기 쉬운 성질을 가진다. 따라서 처리실(201) 내의 F 분자를 효율적으로 제거하기 위해서는 수소 플라즈마를 웨이퍼(200)의 면상으로부터 상방에 이동시키는 것이 바람직하다. 바꿔 말하면, 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 웨이퍼(200)의 면상(제1 위치)보다 상방(上方)의 위치(제2 위치)에 수소 플라즈마를 생성하는 것이 바람직하다.
수소 플라즈마를 제2 위치에 생성하는 방법으로서 예컨대 바이어스 전극(220)으로의 전압의 인가를 정지하는 것을 들 수 있다. 바이어스 전극(220)으로의 전압의 인가가 정지되면, 수소 플라즈마를 구성하는 수소 분자의 이동 방향이 규제되지 않고, 수소 분자가 등방(等方)적으로 확산되어 제2 위치에도 도달할 수 있기 때문이다.
이와 같이 잔류 성분 제거 공정을 수행하여 클리닝 가스의 잔류 성분인 F 분자를 제거하는 것에 의해 그 후에 수행되는 성막 공정에서 선택적으로 막을 형성하는 것이 가능해진다.
(5) 본 형태에 따른 효과
본 형태에 따르면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 갖는다.
(a) 본 형태에서는 반도체 장치의 제조 방법의 일 공정으로서 클리닝 가스의 잔류 성분을 제거하는 잔류 성분 제거 공정을 수행한다. 따라서 인히비터층에 포함되는 성분을 포함하는 클리닝 가스의 잔류 성분을 제거할 수 있다. 이에 의해 성막 공정에서 인히비터로서 작용하는 클리닝 가스의 잔류 성분이 웨이퍼(200) 상에 부착되는 것을 막을 수 있으므로 선택적으로 막을 형성하는 것이 가능해진다.
(b) 본 형태에서는 잔류 성분 제거 공정에서 처리실(201) 내에 수소 함유 가스의 플라즈마를 발생시키므로 수소 분자를 활성화시킬 수 있다. 이에 의해 효율적으로 클리닝 가스의 잔류 성분을 제거할 수 있다.
(c) 본 형태에서는 잔류 성분 제거 공정에서 생성되는 수소 함유 가스의 플라즈마의 위치는 성막 공정에서 생성되는 처리 가스의 플라즈마의 위치보다도 상방의 위치에 있다. 이에 의해 클리닝 가스의 잔류 성분이 흡착하기 쉬운 웨이퍼(200)보다 상방의 개소에 수소 함유 가스의 플라즈마를 생성시킬 수 있으므로 보다 효율적으로 클리닝 가스의 잔류 성분을 제거할 수 있다.
<본 개시의 다른 형태>
이상으로, 본 개시의 형태를 구체적으로 설명했지만 본 개시는 전술한 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
(a) 전술한 형태에서는, 도 8에 도시된 (a) 공정에 상당하는 성막 공정, 도 8에 도시된 (b) 공정에 상당하는 처리실의 클리닝 공정, 도 8에 도시된 (c) 공정에 상당하는 잔류 성분 제거 공정이 수행되는 순서에 대해 특히 한정하지 않았다. 하지만 도 8에 도시하는 바와 같이 (a) 공정을 반복 수행하는 것에 의해 처리실(201) 내에 부착된 부생성물 등을 (b) 공정을 수행하여 제거한다. 그리고 (b) 공정을 수행한 후의 처리실(201) 내에 잔류하는 클리닝 가스의 잔류 성분을 (c) 공정을 수행하여 제거한다. 이와 같이 (c) 공정에서 클리닝 가스의 잔류 성분을 제거하는 것에 의해 다음으로 수행되는 (a) 공정에서 인히비터로서 작용하는 클리닝 가스의 잔류 성분이 웨이퍼(200) 상에 부착되는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 따라서 (b) 공정, (c) 공정, (a) 공정 순으로 수행하면 보다 확실하게 선택적으로 막을 형성하는 것이 가능해진다.
(b) 또한 전술한 형태에서는 인히비터층 형성 가스로서 F 함유 가스를 예로 들었지만 본 개시는 이에 한정되지 않고, 예컨대 Cl 함유 가스를 이용할 수 있다. 이 경우에는 웨이퍼(200)의 a영역에는 Cl 종단된 인히비터층이 형성되므로 클리닝 가스도 Cl 함유 가스가 이용된다.
(c) 또한 전술한 형태에서는 처리실(201) 내에서 인히비터층을 형성하는 공정을 수행하는 것을 예로 들었지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 즉 별도의 기판 처리 장치에서 인히비터층의 형성이 수행된 웨이퍼를 처리실(201) 내에 반입해서 성막 처리를 수행해도 좋다. 이렇게 하는 것에 의해 공장의 사양에 맞춰서 반도체 장치를 제조하는 것이 가능해진다.
(d) 또한 전술한 형태에서는 수소 플라즈마를, 웨이퍼(200)의 면상인 제1 위치보다 상방에 위치하는 제2 위치에 생성하는 방법으로서 바이어스 전극(220)로의 전압의 인가를 정지하는 것을 예로 들었다. 하지만 본 개시가 이에 한정되지 않는다. 예컨대 링 바이어스 전극(300)을 이용해도 좋다.
도 6에 도시하는 바와 같이 링 바이어스 전극(300)은 처리실(201)의 외주면을 복수 회 권회(卷回)하도록 형성된다. 따라서 링 바이어스 전극(300)에 전압을 인가하는 것에 의해 링 바이어스 전극(300)에 대응하는 위치의 처리실(201)의 내벽면에 수소 플라즈마를 생성할 수 있다. 링 바이어스 전극(300)을 웨이퍼(200)의 면상(제1 위치)보다 상방의 위치(제2 위치)에서 설치하는 것에 의해 수소 플라즈마가 제2 위치에 생성되므로, 웨이퍼(200)의 면상보다 상방의 내벽면에 링 형상으로 흡착하는 클리닝 가스의 잔류 성분을 효율적으로 제거할 수 있다.
또한 링 바이어스 전극(300)으로의 인가 전압은 링 바이어스 전극(300)에 접속된 미도시의 임피던스 조정부로 조정되도록 구성된다. 또한 성막 공정에서 바이어스 전극(220)에 전압이 인가되는 경우에는 바이어스 전극(220)으로의 전압의 인가를 정지하고 나서 링 바이어스 전극(300)에 전압을 인가하는 것이 바람직하다.
(e) 또한 수소 플라즈마를, 웨이퍼(200)의 면상인 제1 위치보다 상방에 위치하는 제2 위치에 생성하는 방법으로서 도 7에 도시하는 바와 같이 스위칭 기구(400)를 이용하여 2개의 바이어스 전극(401, 402) 사이에 인가의 절체를 수행해도 좋다(도 7 참조).
바이어스 전극(401)으로부터 바이어스 전극(402)에 인가를 절체하고, 웨이퍼(200)의 면상의 위치(제1 위치)보다 상방의 위치(제2 위치)에 수소 플라즈마의 수소 분자가 생성되도록 한다. 이와 같이 스위칭 기구(400)를 사용하는 것에 의해 처리실(201) 내의 상방의 개소에 흡착된 클리닝 가스의 잔류 성분을 효율적으로 제거할 수 있다.
(f) 또한 전술한 형태에서는 기판 처리 공정에서 원료 가스(제1 가스)로서 DCS 가스를 이용하고, 반응 가스(제2 가스)로서 NH3 가스를 이용하고, 이 가스를 교호적으로 공급하여 웨이퍼 상에 SiN막을 형성하는 경우를 예로 들었지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 즉 성막 처리에 이용하는 처리 가스는 DCS 가스나 NH3 가스 등에 한정되지 않고, 다른 종류의 가스를 이용하여 다른 종류의 박막을 형성해도 상관없다. 또한 3종류 이상의 처리 가스를 이용하는 경우에도 본 개시를 적용하는 것이 가능하다.
(g) 또한 전술한 형태에서는 잔류 성분 제거 공정에서 이용되는 수소 플라즈마가 처리실(201) 내에서 생성되는 경우를 예로 들어 설명했지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 예컨대 미도시의 처리실(201)의 외부에 설치된 리모트 플라즈마 유닛에서 수소 플라즈마를 생성해도 좋다.
(h) 또한 전술한 형태에서는 처리 가스의 흡착에 선택성을 주는 인히비터층으로서, 성막 공정에서 공급되는 DCS에 포함되는 Si의 흡착을 저해하는 예에 대해서 설명했지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 즉 인히비터층 대신에, DCS에 포함되는 Si의 흡착을 촉진하는 프로모터층이 이용되어도 좋다. 또한 이 경우에는 프로모터층을 포함하지 않는 웨이퍼(200)의 표면상에서 DCS에 포함되는 Si의 흡착이 저해된다.
100: 기판 처리 장치 200: 웨이퍼(기판)
201: 처리실 260: 컨트롤러

Claims (22)

  1. (a) 처리 가스의 흡착에 선택성을 주는 인히비터층을 일부에 포함하는 기판을 수용하는 처리실에 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판에 선택적으로 막을 형성하는 공정;
    (b) 상기 기판이 존재하지 않는 상기 처리실 내에 상기 인히비터층에 포함되는 성분을 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 공정; 및
    (c) 상기 처리실 내의 상기 클리닝 가스의 잔류 성분을 제거하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    상기 처리실에는 상기 기판을 지지하는 기판 지지부가 설치되고,
    상기 기판 지지부에는 바이어스 전극이 구비되고,
    상기 (a)공정에서는 상기 바이어스 전극에 전압을 인가하여 제1 위치에 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하고,
    상기 (c)공정에서는 상기 바이어스 전극으로의 인가를 정지하여 제2 위치에 상기 잔류 성분 제거 가스의 플라즈마를 생성하고,
    상기 제2 위치는 상기 제1 위치보다 상기 처리실의 상방(上方)의 위치인 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 공정과 상기 (c) 공정과 상기 (a) 공정을 이 순서대로 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인히비터층에 포함되는 성분은 불소 또는 염소를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (c) 공정은 상기 처리실 내에서 상기 잔류 성분 제거 가스의 플라즈마를 생성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제4항에 있어서,
    상기 잔류 성분 제거 가스는 수소 함유 가스인 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 (c) 공정은 상기 처리실 내에서 상기 잔류 성분 제거 가스의 플라즈마를 생성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 잔류 성분 제거 가스는 수소 함유 가스인 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 인히비터층에 포함되는 성분은 불소 또는 염소를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 (c) 공정은 상기 처리실 내에서 상기 잔류 성분 제거 가스의 플라즈마를 생성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서,
    상기 잔류 성분 제거 가스는 수소 함유 가스인 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 공정은 상기 처리실 내에서 상기 잔류 성분 제거 가스의 플라즈마를 생성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제17항에 있어서,
    상기 잔류 성분 제거 가스는 수소 함유 가스인 반도체 장치의 제조 방법.
  21. 처리 가스의 흡착에 선택성을 주는 인히비터층을 일부에 포함하는 기판을 수용하는 처리실;
    상기 처리실에 상기 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계;
    상기 기판이 존재하지 않는 상기 처리실 내에 상기 인히비터층에 포함되는 성분을 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급계;
    상기 처리실 내의 상기 클리닝 가스의 잔류 성분 제거 가스를 공급하는 클리닝 가스 잔류 성분 제거 가스 공급계; 및
    (a) 상기 기판이 수용된 상기 처리실에 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판에 선택적으로 막을 형성하는 공정; (b) 상기 기판이 존재하지 않는 상기 처리실 내에 상기 클리닝 가스를 공급하는 공정; 및 (c) 상기 처리실 내의 상기 클리닝 가스의 잔류 성분을 제거하는 공정을 수행하도록 상기 처리 가스 공급계, 상기 클리닝 가스 공급계 및 상기 클리닝 가스 잔류 성분 제거 가스 공급계를 제어하도록 구성되는 제어부
    를 포함하고,
    상기 처리실에는 상기 기판을 지지하는 기판 지지부가 설치되고,
    상기 기판 지지부에는 바이어스 전극이 구비되고,
    상기 제어부는,
    상기 (a)공정에서는 상기 바이어스 전극에 전압을 인가하여 제1 위치에 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하고,
    상기 (c)공정에서는 상기 바이어스 전극으로의 인가를 정지하여 제2 위치에 상기 잔류 성분 제거 가스의 플라즈마를 생성하고,
    상기 제2 위치는 상기 제1 위치보다 상기 처리실의 상방의 위치이도록 제어하는 기판 처리 장치.
  22. (a) 처리 가스의 흡착에 선택성을 주는 인히비터층을 일부에 포함하는 기판을 수용하는 처리실에 상기 처리 가스를 공급하여 상기 기판에 선택적으로 막을 형성하는 단계;
    (b) 상기 기판이 존재하지 않는 상기 처리실 내에 상기 인히비터층에 포함되는 성분을 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 단계; 및
    (c) 상기 처리실 내의 상기 클리닝 가스의 잔류 성분을 제거하는 단계
    를 포함하고,
    상기 처리실에는 상기 기판을 지지하는 기판 지지부가 설치되고,
    상기 기판 지지부에는 바이어스 전극이 구비되고,
    상기 (a)공정에서는 상기 바이어스 전극에 전압을 인가하여 제1 위치에 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하고,
    상기 (c)공정에서는 상기 바이어스 전극으로의 인가를 정지하여 제2 위치에 상기 잔류 성분 제거 가스의 플라즈마를 생성하고,
    상기 제2 위치는 상기 제1 위치보다 상기 처리실의 상방의 위치이도록 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램을 기록한 기록 매체.
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