KR20150012202A - 성막 방법 - Google Patents

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KR20150012202A
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유 와무라
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기판을 처리실 내에 반입하여 상기 기판 상에 질화막을 성막하는 성막 처리를 행하여, 상기 성막 처리가 종료된 후 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출할 때까지를 1운전으로 하고, 상기 1운전을 복수회 반복하여 복수매의 상기 기판을 계속적으로 성막 처리하는 성막 방법이 제공된다. 상기 성막 방법에서는 상기 1운전이 소정 횟수 연속적으로 행해지고, 상기 처리실 내에 산화 가스를 공급하여 상기 처리실 내가 산화된다.

Description

성막 방법{FILM FORMING METHOD}
본 출원은 2013년 7월 24일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 2013-153338호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이고, 일본 특허 출원 2013-153338호의 전체 내용을 여기에 원용한다.
본 발명은 성막 방법에 관한 것이다.
일본 특허 출원 공개 제2005-79543호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 종래부터, 처음에 피처리 기판 상에 CVD에 의해 Ti막을 성막하고, 계속해서 Ti막의 표면을 산화하고, 마지막으로 Ti막 표면을 질화 처리하여 TiN막을 성막하는 성막 방법이 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재된 성막 방법에서는, TiCl4과 NH3을 원료 가스로서 사용하여 TiN막을 성막하는 저온 성막 프로세스에 있어서, 질화 처리에 의해 Ti막 표면의 Ti-Cl 결합이 Ti-N 결합으로 치환될 때, 질화 반응의 발생보다도 Cl2 가스나 HCl 가스에 Ti막 표면이 노출되는 쪽의 영향이 크고, Ti막 표면이 에칭되어 막 박리가 발생한다는 문제점을 해결하기 위해, Ti막을 성막 후에 표면을 산화하고 Ti-Cl을 Ti-O 결합으로 치환하여 염소를 탈리시키고 있다. Ti-O 결합은 Ti-N 결합과 비교하여 안정되므로, 염소의 탈리에 의해 발생하는 Cl2 가스나 HCl 가스에 대한 내식성이 커, 이들 가스에 의한 부식을 발생하기 어렵게 할 수 있다. 따라서, 막 중에 잔류하는 염소 농도가 높아지는 저온의 Ti 성막이라도, 그 후에 성막되는 TiN막 등의 다른 막과의 사이의 막 박리를 방지할 수 있다. 또한, 산화 후에는 Ti-O 결합에 의해 막의 저항이 높아지지만, 계속해서 행해지는 질화 처리 또는 TiN 성막에 의해 Ti-O 결합을 Ti-N 결합으로 치환하므로 문제는 없다.
또한, 일본 특허 출원 공개 제2012-184499호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 기판을 수용한 처리실에 TiCl4 가스를 공급한 후, 처리실에 NH3 가스를 공급하는 사이클을 복수회 행하여 기판에 TiN막을 형성한 후, 처리실에 산소 함유 가스를 공급하여, TiON막을 성막하는 반도체 장치의 제조 방법이 알려져 있다.
이와 같이, 일본 특허 출원 공개 제2005-79543호 공보 및 일본 특허 출원 공개 제2012-184499호 공보에 기재된 발명에 있어서는, TiN막 또는 TiON막의 성막에 있어서, 기판 상에 산화막을 형성하기 위해 산화 공정이 필요에 따라서 사용된다.
그런데, 최근, TiN막은 캐패시터의 전극 등에 이용되는 경우가 많아， 막 저항을 저감시키기 위해, 500℃ 이상의 고온의 성막 프로세스에서 형성되는 경우가 많다. 이러한 고온의 성막 프로세스에서는, 저온의 성막 프로세스와 비교하여, 어닐의 효과에 의해 입경이 커지기 쉽고, 또한 불순물도 탈리되기 쉬워, 저저항의 막을 성막할 수 있다.
그러나, 그와 같은 고온의 프로세스에서는, 입경이 커진 결과, 처리실 내의 서셉터나 내벽에 성막된 막으로부터 박리되어 파티클로 되는 것이나, 처리실 내의 서셉터나 내벽에 성막된 막의 응력이 커져 버려, 마찬가지로 박리되어 파티클로 되는 것이 증가한다는 새로운 문제가 발생하였다. 그와 같은 파티클이 웨이퍼 상에 적재되어 버리면, 이물질로 되고, 그 위에 성막을 더 행하면, 막의 품질이 열화된다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 챔버 내에서의 파티클의 발생을 억제하면서 질화막을 형성하는 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태에 관한 성막 방법이 제공되고, 상기 성막 방법은 기판을 처리실 내에 반입하여 상기 기판 상에 질화막을 성막하는 성막 처리를 행하여, 상기 성막 처리가 종료된 후 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출할 때까지를 1운전으로 하고, 상기 1운전을 복수회 반복하여 복수매의 상기 기판을 계속적으로 성막 처리하는 성막 방법이다. 상기 성막 방법에서는, 상기 1운전이 소정 횟수 연속적으로 행해지고, 상기 처리실 내에 산화 가스를 공급하여 상기 처리실 내가 산화된다.
본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법에 따르면, 질화막을 성막할 때의 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태체 및 실시예에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태 및 실시예로 제한되지 않고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고, 상술한 실시예에 다양한 변형 및 치환을 추가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치의 일례의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치의 일례의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치의 일례의 상면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치의 일례의 서셉터의 동심원을 따른 챔버의 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치의 일례의 천장면이 설치되어 있는 영역을 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 1운전의 처리 플로우를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 처리 플로우의 일례를 도시한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예 1에 관한 성막 방법의 실시 결과를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예 2에 관한 성막 방법의 실시 결과를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예 3에 관한 성막 방법의 실시 결과를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태 2에 관한 성막 방법을 실시 가능한 CVD를 사용한 TiN 성막 장치의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태 3에 관한 성막 방법을 실시 가능한 열처리 장치의 일례의 개략 구성도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하면서, 본 발명의 한정적이지 않은 예시의 실시 형태에 대해 설명한다. 첨부의 전체 도면 중, 동일하거나 또는 대응하는 부재 또는 부품에 대해서는, 동일하거나 또는 대응하는 참조 부호를 부여하여, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도면은 부재 혹은 부품간의 상대비를 나타내는 것을 목적으로 하지 않고, 따라서, 구체적인 치수는 이하의 한정적이지 않은 실시 형태에 비추어, 당업자에 의해 결정되어야 하는 것이다.
〔실시 형태 1〕
(성막 장치)
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치의 일례의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치의 일례의 사시도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치의 일례의 상면도이다.
우선, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 성막 방법을 실시하는 데 적합한 성막 장치에 대해 설명한다. 도 1부터 도 3까지를 참조하면, 이 성막 장치는 대략 원형의 평면 형상을 갖는 편평한 챔버(1)와, 이 챔버(1) 내에 설치되어, 챔버(1)의 중심에 회전 중심을 갖는 서셉터(2)를 구비하고 있다. 챔버(1)는 바닥이 있는 원통 형상을 갖는 용기 본체(12)와, 용기 본체(12)의 상면에 대해, 예를 들어 O링 등의 시일 부재(13)(도 1)를 통해 기밀하게 착탈 가능하게 배치되는 천장판(11)을 갖고 있다.
챔버(1)는 웨이퍼(W)에 성막 처리를 행하기 위한 처리실이다. 챔버(1)는 다양한 재료로 구성되어도 되지만, 예를 들어 알루미늄(Al)으로 구성되어도 된다.
서셉터(2)는 중심부에서 원통 형상의 코어부(21)에 고정되고, 이 코어부(21)는 연직 방향으로 연신되는 회전축(22)의 상단부에 고정되어 있다. 회전축(22)은 챔버(1)의 저부(14)를 관통하여, 그 하단부가 회전축(22)(도 1)을 연직축 주위로 회전시키는 구동부(23)에 설치되어 있다. 회전축(22) 및 구동부(23)는, 상면이 개방된 통 형상의 케이스체(20) 내에 수납되어 있다. 이 케이스체(20)는 그 상면에 설치된 플랜지 부분이 챔버(1)의 저부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있고, 케이스체(20)의 내부 분위기와 외부 분위기의 기밀 상태가 유지되어 있다.
서셉터(2)의 표면부에는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 회전 방향(주위 방향)을 따라서 복수(도시한 예에서는 5매)의 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)(W)를 적재하기 위한 원 형상의 오목부(24)가 형성되어 있다. 또한, 도 3에는 편의상 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼(W)를 도시한다. 이 오목부(24)는 웨이퍼(W)의 직경보다도 약간, 예를 들어 4㎜ 큰 내경과, 웨이퍼(W)의 두께와 대략 동등한 깊이이거나, 또는 웨이퍼(W)의 두께보다도 큰 깊이를 갖고 있다. 따라서, 웨이퍼(W)가 오목부(24)에 수용되면, 웨이퍼(W)의 표면과 서셉터(2)의 표면[웨이퍼(W)가 적재되지 않는 영역]이 동일한 높이로 된다. 오목부(24)의 저면에는 웨이퍼(W)의 이면을 지지하여 웨이퍼(W)를 승강시키기 위한, 예를 들어 3개의 승강 핀이 관통하는 관통 구멍(모두 도시하지 않음)이 형성되어 있다. 서셉터(2)는 다양한 재료로 구성되어도 되지만, 예를 들어 석영으로 구성되어도 된다.
도 2 및 도 3은 챔버(1) 내의 구조를 설명하는 도면이고, 설명의 편의상, 천장판(11)의 도시를 생략하고 있다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 서셉터(2)의 상방에는, 각각 예를 들어 석영을 포함하는 반응 가스 노즐(31), 반응 가스 노즐(32), 분리 가스 노즐(41, 42) 및 산화 가스 노즐(92)이 챔버(1)의 주위 방향[서셉터(2)의 회전 방향(도 3의 화살표 A)]으로 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 도시한 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 시계 방향[서셉터(2)의 회전 방향]으로 산화 가스 노즐(92), 분리 가스 노즐(41), 반응 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42) 및 반응 가스 노즐(32)이 이 순서로 배열되어 있다. 이들 노즐(31, 32, 41, 42, 92)은 각 노즐(31, 32, 41, 42, 92)의 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 41a, 42a, 92a)(도 3)를 용기 본체(12)의 외주벽에 고정함으로써, 챔버(1)의 외주벽으로부터 챔버(1) 내에 도입되고, 용기 본체(12)의 반경 방향을 따라서 서셉터(2)에 대해 수평으로 연신되도록 설치되어 있다.
상술한 노즐(31, 32, 41, 42, 92) 중, 반응 가스 노즐(31), 반응 가스 노즐(32), 분리 가스 노즐(41, 42)은 TiN막의 성막 프로세스가 한창일 때에 사용되는 노즐이지만, 산화 가스 노즐(92)은 성막 프로세스가 행해지고 있지 않을 때에 사용되는 노즐이다. 따라서, 산화 가스 노즐(92)은, 성막 프로세스에는 직접 관여하고 있지 않으므로, 상술한 노즐(31, 32, 41, 42, 92)의 배치 순서로 한정되지 않고, 임의의 위치에 배치가 가능하다. 보다 상세하게는, 웨이퍼(W)가 반출되어 서셉터(2) 상에 웨이퍼(W)가 적재되어 있지 않은 상태에서, 서셉터(2)에 대해 산화 가스를 공급하는 노즐이므로, 서셉터(2)의 표면을 산화할 수 있는 한, 다양한 위치에 배치할 수 있다. 또한, 산화 가스 노즐(92)의 사용 방법도 포함한 본 실시 형태에 관한 성막 방향의 상세한 내용은 후술한다.
본 실시 형태에 있어서는, 반응 가스 노즐(31)은 도시하지 않은 배관 및 유량 제어기 등을 통해 염화티탄(TiCl4) 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 반응 가스 노즐(32)은, 도시하지 않은 배관 및 유량 제어기 등을 통해 암모니아의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 모두 도시하지 않은 배관 및 유량 제어 밸브 등을 통해 분리 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 분리 가스로서는, 헬륨(He)이나 아르곤(Ar) 등의 희가스나 질소(N2) 가스 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, N2 가스를 사용하는 것으로 한다. 또한, 산화 가스 노즐(92)은 도시하지 않은 배관 및 유량 제어기 등을 통해, 산화 가스의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 산화 가스는, 예를 들어 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O)을 포함하는 가스가 사용된다. 또한, 산화 가스 노즐(92) 부근에 플라즈마 발생기를 설치하여, 상술한 산소(O2), 오존(O3), 물(H2O)을 포함하는 가스를 플라즈마화한 플라즈마화 산화 가스를 사용해도 된다.
반응 가스 노즐(31, 32)에는 서셉터(2)를 향해 개방되는 복수의 가스 토출 구멍(33)이 반응 가스 노즐(31, 32)의 길이 방향을 따라서, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다. 반응 가스 노즐(31)의 하방 영역은, TiCl4 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1)이 된다. 반응 가스 노즐(32)의 하방 영역은 제1 처리 영역(P1)에 있어서 웨이퍼(W)에 흡착된 TiCl4 가스를 질화시키는 제2 처리 영역(P2)이 된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 챔버(1) 내에는 2개의 볼록 형상부(4)가 형성되어 있다. 볼록 형상부(4)는 분리 가스 노즐(41, 42)과 함께 분리 영역(D)을 구성하기 위해, 서셉터(2)를 향해 돌출되도록 천장판(11)의 이면에 설치되어 있다. 또한, 볼록 형상부(4)의 상세에 대해서는 후술한다. 또한, 볼록 형상부(4)는 정상부가 원호 형상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고, 본 실시 형태에 있어서는 내원호가 돌출부(5)(후술)에 연결되고, 외원호가 챔버(1)의 용기 본체(12)의 내주면을 따르도록 배치되어 있다.
도 4는 반응 가스 노즐(31)로부터 반응 가스 노즐(32)까지 서셉터(2)의 동심원을 따른 챔버(1)의 단면을 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 천장판(11)의 이면에 볼록 형상부(4)가 설치되어 있으므로, 챔버(1) 내에는 볼록 형상부(4)의 하면인 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)과, 이 천장면(44)의 주위 방향 양측에 위치하는, 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 존재한다. 천장면(44)은 정상부가 원호 형상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고 있다. 또한, 도시한 바와 같이, 볼록 형상부(4)에는 주위 방향 중앙에 있어서, 반경 방향으로 연신되도록 형성된 홈부(43)가 형성되고, 분리 가스 노즐(42)이 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 다른 하나의 볼록 형상부(4)에도 마찬가지로 홈부(43)가 형성되고, 여기에 분리 가스 노즐(41)이 수용되어 있다. 또한, 높은 천장면(45)의 하방의 공간에 반응 가스 노즐(31, 32)이 각각 설치되어 있다. 이들 반응 가스 노즐(31, 32)은 천장면(45)으로부터 이격되어 웨이퍼(W)의 근방에 설치되어 있다. 또한, 도 4에 있어서, 반응 가스 노즐(31)이 설치되는 높은 천장면(45)의 하방의 공간(481)과, 반응 가스 노즐(32)이 설치되는 높은 천장면(45)의 하방의 공간(482)을 도시한다.
또한, 볼록 형상부(4)의 홈부(43)에 수용되는 분리 가스 노즐(42)에는 서셉터(2)를 향해 개방되는 복수의 가스 토출 구멍(42h)(도 4 참조)이 분리 가스 노즐(42)의 길이 방향을 따라서, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다. 도시는 생략하지만, 이 점은 분리 가스 노즐(41)도 마찬가지이다.
천장면(44)은 좁은 공간인 분리 공간(H)을 서셉터(2)에 대해 형성하고 있다. 분리 가스 노즐(42)의 토출 구멍(42h)으로부터 N2 가스가 공급되면, 이 N2 가스는 분리 공간(H)을 통해 공간(481) 및 공간(482)을 향해 흐른다. 이때, 분리 공간(H)의 용적은 공간(481 및 482)의 용적보다도 작기 때문에, N2 가스에 의해 분리 공간(H)의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 할 수 있다. 즉, 공간(481 및 482) 사이에 압력이 높은 분리 공간(H)이 형성된다. 또한, 분리 공간(H)으로부터 공간(481 및 482)으로 흘러나오는 N2 가스가, 제1 영역(P1)으로부터의 TiCl4 가스와, 제2 영역(P2)으로부터의 NH3 가스에 대한 카운터 플로우로서 작용한다. 따라서, 제1 영역(P1)으로부터의 TiCl4 가스와, 제2 영역(P2)으로부터의 NH3 가스가 분리 공간(H)에 의해 분리된다. 따라서, 챔버(1) 내에 있어서 TiCl4 가스와 NH3 가스가 혼합되어, 반응하는 것이 억제된다.
또한, 서셉터(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이(h1)는, 성막 시의 챔버(1) 내의 압력, 서셉터(2)의 회전 속도, 공급하는 분리 가스(N2 가스)의 공급량 등을 고려하여, 분리 공간(H)의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 하기에 적합한 높이로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 천장판(11)의 하면에는, 서셉터(2)를 고정하는 코어부(21)의 외주를 둘러싸는 돌출부(5)(도 2 및 도 3)가 설치되어 있다. 이 돌출부(5)는, 본 실시 형태에 있어서는 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 중심측의 부위와 연속되어 있고, 그 하면이 천장면(44)과 동일한 높이로 형성되어 있다.
앞서 참조한 도 1은 도 3의 I-Ｉ'선을 따른 단면도이고, 천장면(45)이 형성되어 있는 영역을 도시하고 있다.
한편, 도 5는 천장면(44)이 형성되어 있는 영역을 도시하는 단면도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부[챔버(1)의 외측 테두리측의 부위]에는 서셉터(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡되는 굴곡부(46)가 형성되어 있다. 이 굴곡부(46)는 볼록 형상부(4)와 마찬가지로 분리 영역(D)의 양측으로부터 반응 가스가 침입하는 것을 억제하고, 양 반응 가스의 혼합을 억제한다. 부채형의 볼록 형상부(4)는 천장판(11)에 설치되어, 천장판(11)이 용기 본체(12)로부터 제거되도록 되어 있으므로, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12) 사이에는 약간 간극이 있다. 굴곡부(46)의 내주면과 서셉터(2)의 외측 단부면의 간극 및 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)의 간극은, 예를 들어 서셉터(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이와 동일한 치수로 설정되어 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 용기 본체(12)의 내주벽은 분리 영역(D)에 있어서는 굴곡부(46)의 외주면과 접근하여 수직면으로 형성되어 있다. 그러나, 도 1에 도시한 바와 같이 분리 영역(D) 이외의 부위에 있어서는, 예를 들어 서셉터(2)의 외측 단부면과 대향하는 부위로부터 저부(14)에 걸쳐서 외측으로 오목하게 되어 있다. 이하, 설명의 편의상, 대략 직사각형의 단면 형상을 갖는 오목한 부분을 배기 영역(E)으로 기재한다. 구체적으로는, 제1 처리 영역(P1)에 연통하는 배기 영역을 제1 배기 영역(E1)으로 기재하고, 제2 처리 영역(P2)에 연통하는 영역을 제2 배기 영역(E2)으로 기재한다. 이들 제1 배기 영역(E1) 및 제2 배기 영역(E2)의 저부에는, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 각각 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)가 형성되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)는 각각 배기관(630)을 통해 진공 배기 수단인, 예를 들어 진공 펌프(640)에 접속되어 있다. 또한 도 1 중, 압력 제어기(650)가 도시되어 있다.
도 1 및 도 5에 도시한 바와 같이, 서셉터(2)와 챔버(1)의 저부(14) 사이의 공간에는 가열 수단인 히터 유닛(7)이 설치되어, 서셉터(2)를 통해 서셉터(2) 상의 웨이퍼(W)가, 프로세스 레시피에서 결정된 온도(예를 들어, 610℃)로 가열된다. 히터 유닛(7)은 오목부(24)에 웨이퍼(W)가 적재되어 있는 성막 프로세스 중에는 오목부(24)에 적재된 웨이퍼(W)가 소정 온도로 되도록 가열한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 서셉터(2)의 주연 부근의 하방측에는 서셉터(2)의 상방 공간으로부터 배기 영역(E1, E2)에 이르기까지의 분위기와 히터 유닛(7)이 놓여 있는 분위기를 구획하여, 서셉터(2)의 하방 영역으로의 가스의 침입을 억제하기 위해, 링 형상의 커버 부재(71)가 설치되어 있다. 이 커버 부재(71)는 서셉터(2)의 외측 테두리부 및 외측 테두리부보다도 외주측을, 하방측으로부터 면하도록 설치된 내측 부재(71a)와, 이 내측 부재(71a)와 챔버(1)의 내벽면 사이에 설치된 외측 부재(71b)를 구비하고 있다. 외측 부재(71b)는 분리 영역(D)에 있어서 볼록 형상부(4)의 외측 테두리부에 형성된 굴곡부(46)의 하방에서 굴곡부(46)와 근접하여 설치되고, 내측 부재(71a)는 서셉터(2)의 외측 테두리부 하방(및 외측 테두리부보다도 약간 외측 부분의 하방)에 있어서, 히터 유닛(7)을 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싸고 있다.
히터 유닛(7)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 중심 근처의 부위에 있어서의 저부(14)는, 서셉터(2)의 하면의 중심부 부근에 있어서의 코어부(21)에 접근하도록 상방측으로 돌출되어 돌출부(12a)를 이루고 있다. 이 돌출부(12a)와 코어부(21) 사이는 좁은 공간으로 되어 있고, 또한 저부(14)를 관통하는 회전축(22)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(22)의 간극이 좁게 되어 있고, 이들 좁은 공간은 케이스체(20)에 연통하고 있다. 그리고 케이스체(20)에는 퍼지 가스인 N2 가스를 좁은 공간 내에 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 설치되어 있다. 또한 챔버(1)의 저부(14)에는, 히터 유닛(7)의 하방에 있어서 주위 방향으로 소정의 각도 간격으로, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 복수의 퍼지 가스 공급관(73)이 설치되어 있다[도 5에는 하나의 퍼지 가스 공급관(73)을 도시함]. 또한, 히터 유닛(7)과 서셉터(2) 사이에는 히터 유닛(7)이 설치된 영역으로의 가스의 침입을 억제하기 위해, 외측 부재(71b)의 내주벽[내측 부재(71a)의 상면]으로부터 돌출부(12a)의 상단부와의 사이를 주위 방향에 걸쳐서 덮는 덮개 부재(7a)가 설치되어 있다. 덮개 부재(7a)는, 예를 들어 석영으로 제작할 수 있다.
또한, 챔버(1)의 천장판(11)의 중심부에는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있고, 천장판(11)과 코어부(21) 사이의 공간(52)에 분리 가스인 N2 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 이 공간(52)에 공급된 분리 가스는, 돌출부(5)와 서셉터(2)의 좁은 간극(50)을 통해 서셉터(2)의 웨이퍼 적재 영역측의 표면을 따라서 주연을 향해 토출된다. 공간(50)은 분리 가스에 의해 공간(481) 및 공간(482)보다도 높은 압력으로 유지될 수 있다. 따라서, 공간(50)에 의해 제1 처리 영역(P1)에 공급되는 TiCl4 가스와 제2 처리 영역(P2)에 공급되는 NH3 가스가 중심 영역(C)을 통해 혼합되는 것이 억제된다. 즉, 공간(50)[또는 중심 영역(C)]은 분리 공간(H)[또는 분리 영역(D)]과 마찬가지로 기능할 수 있다.
또한, 챔버(1)의 측벽에는, 도 2, 도 3에 도시한 바와 같이 외부의 반송 아암(10)과 서셉터(2) 사이에서 기판인 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 이 반송구(15)는, 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐된다. 또한, 웨이퍼 적재 영역인 오목부(24)에서는, 이 반송구(15)에 대향하는 위치에서 반송 아암(10)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해진다. 따라서, 서셉터(2)의 하방측에 있어서 전달 위치에 대응하는 부위에, 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어올리기 위한 전달용 승강 핀 및 그 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 성막 장치에는 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터를 포함하는 제어부(100)가 형성되어 있다. 이 제어부(100)의 메모리 내에는 후술하는 성막 방법을 제어부(100)의 제어 하에 성막 장치에 실시시키는 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은 후술하는 성막 방법을 실행하도록 스텝군이 짜여 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 매체(102)에 기억되고, 소정의 판독 장치에 의해 기억부(101)로 판독되어, 제어부(100) 내에 인스톨된다.
(성막 방법)
다음에, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법에 대해, 도 6 및 도 7을 참조하면서 설명한다. 이하의 설명에서는, 상술한 성막 장치를 사용하는 경우를 예로 든다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 1운전의 처리 플로우를 도시한 도면이다. 본 실시 형태에 관한 성막 방법에서는, 웨이퍼(W)가 챔버(1) 내로 반입되어, 챔버(1) 내에서 웨이퍼(W)의 성막 처리가 행해지고, 성막 처리 완료의 웨이퍼(W)가 챔버(1) 밖으로 반출된 일련의 동작을 하나의 처리 단위로 하고, 이것을 1운전 또는 1런이라고 칭하는 것으로 한다. 본 실시 형태에 관한 성막 방법에서는 1운전을 소정 횟수 연속해서 행하고, 연속적으로 성막 처리를 소정 횟수 반복한 후, 챔버(1) 내에 웨이퍼(W)가 존재하지 않는 상태에서, 챔버(1) 내에 산화 가스를 공급하여 챔버(1) 내의 산화 처리를 행한다. 이에 의해, 챔버(1) 내에 TiN막의 파티클이 발생하는 것을 억제하기 위해, 1운전의 내용보다도 연속 운전에 관련되는 내용이 주체이지만, 파티클의 발생 요인 등은 성막 처리의 내용에 관련되어 있으므로, 우선, 성막 처리의 내용 일례에 대해 설명한다.
우선, 스텝 S100(도 6)에 있어서, 웨이퍼(W)가 서셉터(2) 상에 적재된다. 구체적으로는, 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하여, 외부로부터 반송 아암(10)(도 3)에 의해 반송구(15)(도 2 및 도 3)를 통해 웨이퍼(W)를 서셉터(2)의 오목부(24) 내로 전달한다. 이 전달은 오목부(24)가 반송구(15)에 대향하는 위치에 정지했을 때에, 오목부(24)의 저면의 관통 구멍을 통해 진공 용기(1)의 저부측으로부터 도시하지 않은 승강 핀이 승강함으로써 행해진다. 이와 같은 웨이퍼(W)의 전달을, 서셉터(2)를 간헐적으로 회전시켜 행하고, 서셉터(2)에 5개의 오목부(24) 내에 각각 웨이퍼(W)를 적재한다.
계속해서 게이트 밸브를 폐쇄하여, 진공 펌프(640)에 의해 도달 가능 진공도까지 진공 용기(1) 내를 배기한 후, 스텝 S110에서, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터 N2 가스를 소정의 유량으로 공급하고, 분리 가스 공급관(51) 및 퍼지 가스 공급관(72, 72)으로부터도 N2 가스를 소정의 유량으로 공급한다. 이에 수반하여, 압력 제어 수단(650)(도 1)에 의해 진공 용기(1) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 제어한다. 계속해서, 서셉터(2)를 시계 방향으로, 예를 들어 240rpm의 회전 속도로 회전시키면서, 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를, 예를 들어 610℃로 가열한다.
이 후, 스텝 S120에 있어서, 반응 가스 노즐(31)(도 2 및 도 3)로부터 TiCl4 가스를 공급하고, 반응 가스 노즐(32)로부터 NH3 가스를 공급한다. 서셉터(2)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)는 제1 처리 영역(P1), 분리 영역(D)[분리 공간(H)], 제2 처리 영역(P2) 및 분리 영역(D)[분리 공간(H)]을 이 순서대로 통과해 간다(도 3 참조). 우선, 제1 처리 영역(P1)에 있어서, 반응 가스 노즐(31)로부터의 TiCl4 가스가 웨이퍼(W)에 흡착된다. 다음에, 웨이퍼(W)가 N2 가스 분위기로 되어 있는 분리 공간(H)[분리 영역(D)]을 통해 제2 처리 영역(P2)에 이르면, 웨이퍼(W)에 흡착된 TiCl4 가스가 반응 가스 노즐(32)로부터의 NH3 가스와 반응하여, 웨이퍼(W)에 TiN막이 성막된다. 또한, 부생성물로서 NH4Cl이 생성되고, 이것이 기상 중에 방출되어, 분리 가스 등과 함께 배기된다. 그리고, 웨이퍼(W)는 분리 영역(D)[N2 가스 분위기의 분리 공간(H)]에 이른다.
이 사이, 반응 가스 노즐(31)로부터의 TiCl4 가스와, 반응 가스 노즐(32)로부터의 NH3 가스의 공급이, 소정의 시간 행해졌는지 여부가 판정된다(스텝 S130). 소정의 시간은 성막하려고 하는 TiN막의 막 두께 등에 기초하여 결정할 수 있다.
소정의 시간이 경과하지 않은 경우(스텝 S130:아니오)에는, TiN막의 성막(스텝 S120)이 계속되고, 경과한 경우(스텝 S130:예)에는, 다음의 스텝 S140으로 진행한다.
스텝 S140에서는 서셉터(2)의 회전과 반응 가스 노즐(32)로부터의 NH3 가스의 공급은 계속되고, 반응 가스 노즐(31)로부터의 TiCl4 가스의 공급이 정지된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)는 N2 가스(분리 가스)와 NH3 가스에 순서대로 노출되게 된다. 성막된 TiN막 중에는, 미반응의 TiCl4이나, TiCl4의 분해에 의해 발생한 염소(Cl)가 잔존하고 있을 가능성이 있다. 미반응의 TiCl4이 NH3 가스와 반응하여 TiN이 생성되고, 또한 잔존하고 있는 Cl가 NH3 가스에 의해 NH4Cl으로 되어 막 중으로부터 탈리된다. 이로 인해, 성막된 TiN막 중의 불순물이 저감되어, TiN막의 막질이 향상되고, 따라서 저항률을 저하시킬 수 있다.
스텝 S140의 개시 후, 반응 가스 노즐(32)로부터의 NH3 가스의 공급이 소정의 시간 행해졌는지 여부가 판정된다(스텝 S150). 여기서의 소정의 시간도 또한, 후술하는 바와 같은 실험 및 그 결과에 기초하여 결정할 수 있다.
소정의 시간이 경과하지 않은 경우(스텝 S150:아니오)에는 스텝 S140이 계속되고, 경과한 경우(스텝 S150:예)에는 다음의 스텝 S160으로 진행한다.
스텝 S160에 있어서는, 스텝 S120의 시간과 스텝 S140의 시간의 총계 시간이 소정의 시간에 도달하였는지가 판정된다. 소정의 시간에 도달하지 않은 경우에는(스텝 S160: 아니오), 스텝 S63으로 돌아가, TiN이 더욱 성막된다. 소정의 시간에 도달한 경우에는(스텝 S160:예), TiCl4 가스 및 NH3 가스의 공급을 정지하여, 성막을 종료한다.
스텝 S170에서는, 웨이퍼(W)가, 챔버(1)로부터 반출된다. 반출은 웨이퍼(W)의 챔버(1) 내로의 반입과 역의 수순으로 행해진다. 구체적으로는, 서셉터(2) 상에 적재된 웨이퍼(W)의 하나가 반송구(15)에 대향하는 위치에 이르렀을 때에, 도시하지 않은 승강 핀이 상승하고, 외부로부터 반송 아암(10)(도 3)이 챔버(1) 내에 진입하고, 상승한 웨이퍼(W)에 액세스하여, 웨이퍼(W)를 챔버(1) 밖으로 반출한다. 그리고, 이 동작을, 서셉터(2)를 간헐적으로 회전시켜 모든 웨이퍼(W)에 대해 행하고, 웨이퍼(W)를 전부 반출하면, 1운전이 종료한다.
이 이후는, 동일한 1운전의 동작을 반복함으로써, 연속적으로 웨이퍼(W)를 성막 처리하는 것이 가능해진다.
이상의 1운전의 처리 플로우이지만, 이 성막 처리 중, 웨이퍼(W)가 적재되어 있는 서셉터(2)에도, 웨이퍼(W)와 마찬가지로 TiN막이 성막되게 된다. 웨이퍼(W)는 소정의 막 두께로 TiN막이 성막되면, 성막 처리가 종료되어 챔버(1)로부터 반출되지만, 서셉터(2) 상에는 1운전이 연속해서 행해지는 한, 서셉터(2) 상에 TiN막이 퇴적되어 가게 된다. 즉, 서셉터(2) 상에는 웨이퍼(W)보다도 훨씬 두꺼운 막 두께로 TiN막이 성막된다.
이러한 서셉터(2) 상의 TiN막은 두께를 증가시킴에 따라서 막의 응력이 높아진다. 또한, TiN막의 성막 처리는 500℃ 이상의, 예를 들어 550℃, 610℃ 등의 고온에서 행해지므로, 어닐 효과에 의해, 저온 프로세스의 경우보다도, 입경이 큰 TiN막이 성막된다. 이와 같은 요인으로부터, 500℃ 이상의 TiN막의 성막 프로세스에서는, 서셉터(2)로부터 TiN막의 일부가 파편으로 되어 탈리되고, 이것이 파티클(이물질, 티끌)로 되어 웨이퍼(W) 상에 적재되어 버린다는 문제가 발생했다. 또한, 이들 파티클은 서셉터(2) 상만으로부터가 아니라, TiN막이 성막되는 챔버(1)의 내면 전체로부터 발생하고 있는 것도 생각된다.
따라서, 실시 형태 1에 관한 성막 방법에서는 1운전을 소정 횟수 연속적으로 행한 후, 챔버(1) 내에 웨이퍼(W)가 존재하지 않는 상태에서, 챔버(1) 내에 산화 가스를 공급하는 산화 공정을 행한다. 이러한 산화 공정을 행함으로써, 서셉터(2)의 표면에 성막된 TiN막의 표면이 산화되어, 극히 얇은 TiO막(또는 TiON막)이 형성되고, 다음에 성막된 TiN막과의 결정성을 분단시킬 수 있다. 또한, 얇은 TiO막을 사이에 둠으로써, TiN막의 스트레스를 완화할 수 있어, 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 즉, TiN막의 1운전을 소정 횟수 연속할 때마다, 챔버(1) 내를 산화하는 산화 공정을 사이에 두도록 하면, 서셉터(2) 상에 성막된 TiN막을 산화 공정마다 분단할 수 있어, 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 이에 의해, 전체적으로 연속 운전 가능한 운전 횟수를 증가시킬 수 있어, 전체적인 스루풋을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 7에 있어서, 실리콘 산화막 SiO2 상에 TiN막이 성막되어 있지만, 최하단의 TiN막의 기둥 형상 결정의 표면에, 극히 얇은 TiO막(또는 TiON막)이 형성되어 있다. 이에 의해, 최하단의 TiN막은 하부로부터 2단째의 기둥 형상 결정의 TiN막과는 결정적으로 분단되어, 기둥 형상 결정이 연속적으로 두껍게 형성되는 것을 방지하고 있다. 또한, 하부로부터 2단째의 TiN막의 기둥 형상 결정의 표면에도, 극히 얇은 TiO막(또는 TiON막)이 형성되어 있고, 이 상단에 하부로부터 3단째의 TiN막이 형성된 경우라도, 하부로부터 2단째의 TiN막과 하부로부터 3단째의 TiN막의 결정성을 분단할 수 있다. 이와 같이, TiN막을 두께 방향으로 분단함으로써, TiN막 내에 발생하는 응력도 완화시킬 수 있고, TiN막의 표면으로부터 TiN막의 파편이 유리되어 파티클로 되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 산화 가스의 공급은, 도 2, 도 3에 도시한 산화 가스 노즐(92)로부터 행하도록 해도 된다. 상술한 바와 같이, 챔버(1) 내에서 가장 두껍게 TiN막이 성막되는 개소는 서셉터(2)의 표면이므로, 서셉터(2)의 표면에 산화 가스를 공급하기 위해, 서셉터(2) 표면 부근에서 서셉터(2)에 대향시켜 산화 가스를 공급하는 것이 가장 효과적이다. 따라서, 도 2, 도 3에 도시한 바와 같이, 산화 가스 노즐(92)은, 서셉터(2)에 대해서는 성막 시에 사용하는 반응 가스 노즐(31, 32) 및 분리 가스 노즐(41, 42)과 동일한 배치 관계이고, 또한 반응 가스 노즐(31, 32) 및 분리 가스 노즐(41, 42)의 방해가 되지 않는 임의의 개소에 설치된다. 도 2, 도 3에 도시하는 예에 있어서는, 제2 처리 영역 P2 내에서, 반응 가스 노즐(32)로부터 이격된 위치에 배치되어 있다. 이와 같이, 성막 시와 대략 동일한 조건으로 산화 가스를 서셉터(2) 상에 공급하면, 챔버(1) 내의 다른 개소에 약간 성막되어 있는 TiN막도, 성막 시와 동일 정도의 비율로 산화 가스가 공급되므로, 적절한 레벨로 산화가 행해진다고 생각된다.
또한, 서셉터(2)의 표면 상의 TiN막의 표면에 형성되는 TiO막은 막이라고 부를 수 없을 정도의 박층, 즉 TiN막의 표면을 산화하는 레벨로 충분하다. TiO막은 상단과 하단의 TiN막의 결정의 연속성을 분단할 수 있으면, 그 역할을 충분히 달성할 수 있으므로, TiN막의 기둥 형상 결정의 표면을 가볍게 산화할 수 있으면 충분하다. 따라서, 길게 산화 공정을 설치할 필요도 없어, 전체의 스루풋을 저하시킬 우려도 없다고 해도 된다.
또한, 산화 가스 노즐(92)로부터 공급되는 산화 가스는 서셉터(2) 상의 TiN막의 산화가 가능하면, O2 가스, O3 가스, H2O 가스 등, 용도에 따라서 다양한 산화 가스를 사용할 수 있고, 또한 이들을 플라즈마화한 가스를 사용해도 된다. 단, 비용적인 것을 고려하면, O2 가스가 가장 저렴하므로, O2 가스를 산화 가스로서 사용하도록 해도 된다.
다음에, 도 8을 사용하여, 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 처리 플로우에 대해 설명한다. 도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 성막 방법의 처리 플로우의 일례를 도시한 도면이다.
스텝 S200에서는 코팅 공정이 행해진다. 코팅 공정에서는 웨이퍼(W)를 챔버(1) 내에 반입하지 않은 상태에서, 서셉터(2)의 표면에, TiN막을 성막하는 공정이다. TiN막은 반사성의 막이므로, 석영의 서셉터(2)의 표면이 노출된 상태에서는, 온도의 평형 상태를 만들 수 없다. 따라서, 웨이퍼(W)로의 성막을 개시하기 전에, 서셉터(2)의 표면에 TiN막을 성막하여, 전체가 TiN막으로 덮여 평형 상태를 유지하는 것이 가능해진 상태에서 성막을 개시한다. 구체적으로는, 도 6의 스텝 S110 내지 S130의 처리를 행함과 함께, 스텝 S130의 소정 시간을 코팅용 시간으로 변경하면 된다. 또한, 서셉터(2)의 회전수나, 챔버(1) 내의 온도, 압력 등도, 성막 시에는 다른 것으로 해도 된다. 또한, 코팅 공정은 연속 운전의 최초에 1회 행하면 충분하고, 이후, 연속적인 운전 중에는 행할 필요가 없다.
스텝 S210에서는 성막 처리의 1운전이 실시된다. 구체적으로는, 도 6에서 설명한 1운전의 처리 플로우가 행해진다. 1운전을 종료하면, 스텝 S220으로 진행한다. 또한, 1운전은 웨이퍼(W)가 챔버(1) 내에 반입되고, 성막 처리가 종료되어 웨이퍼(W)가 챔버(1) 밖으로 반출될 때까지를 의미하므로, 1운전의 실시 후에는, 챔버(1) 내에는 웨이퍼(W)는 존재하지 않는다.
스텝 S220에서는 1운전을 연속적으로 행하는 횟수가, 소정 횟수에 도달하였는지 여부가 판정된다. 소정 횟수는 서셉터(2)의 표면 상에 성막된 TiN막의 결정성을 분단하고 싶은 막 두께에 맞추어 설정되어도 되지만, 예를 들어 10회 등의, 5 내지 20회의 범위 내가 되도록 설정해도 된다. 당연히, 이 횟수는 성막 프로세스에서 형성하는 TiN막의 막 두께와 관련되어 있으므로, 실제의 성막 프로세스와의 관계에서, 적절한 횟수로 설정할 수 있다.
스텝 S220에서, 1운전의 연속 운전 횟수가 소정 횟수에 도달하고 있지 않은 경우에는, 스텝 S210으로 돌아가, 1운전을 연속해서 행한다. 소정 횟수에 도달할 때까지는, 스텝 S210의 1운전을 반복하게 된다.
스텝 S220에서, 1운전의 연속 운전 횟수가 소정 횟수에 도달하고 있다고 판정된 경우에는, 스텝 S230으로 진행한다.
스텝 S230에서는 산화 공정이 행해진다. 웨이퍼(W)가 반입되어 있지 않은 상태에서, 산화 가스 노즐(92)(도 2, 도 3 참조)로부터, O2 가스, O3 가스, H2O 가스 등의 산화 가스가 공급되어, 서셉터(2)의 표면이 산화된다. 이에 의해, 기둥 형상 결정을 이루는 TiN막의 표면이 산화되어, 극히 얇은 산화막이 서셉터(2)의 표면에 형성된 TiN막의 표면에 형성된다.
또한, 산화 공정에 있어서는, 성막 시와 마찬가지로, 서셉터(2)를 회전시킨 상태에서 행하는 것이 바람직하다. 서셉터(2)의 표면 전체에 TiN막이 성막되어 있으므로, 서셉터(2)의 표면 전체에 산화 가스를 공급하여, 표면 전체를 산화할 필요가 있기 때문이다. 그러나, 서셉터(2)의 회전 속도는, 성막 시와 같이, 120rpm, 240rpm 등의 고속으로 할 필요는 없고, 1 내지 12rpm 정도, 예를 들어 6rpm으로 해도 된다. 이는, 서셉터(2)의 표면 전체에 산화 가스를 골고루 퍼지게 할 필요가 있으므로, 필요 이상으로 고속 회전시키는 것보다도, 저속으로 회전시킨 쪽이 산화 가스와의 접촉이 확실하기 때문이다. 또한, 유량에 대해서도, 대량으로 산화 가스를 공급할 필요는 없고, 예를 들어 10slm 이하의 9slm, 1slm 등의 유량으로 해도 된다. 또한, 산화 공정의 시간도, 필요 이상으로 길게 행할 필요는 없고, 120초 이하의 60초, 30초 등의 시간이어도 된다. 서셉터(2)의 표면 전체를 조금만 산화하면 되므로, 저유량, 단시간, 저속 회전으로 산화 공정을 행할 수 있다. 이에 의해, 본래의 성막 공정에 큰 로스 타임을 부여하지 않고, 서셉터(2) 상의 TiN막의 결정성을 분단하여, 막 스트레스를 저감시켜 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 산화 공정을 행해야 할 소정 시간이 경과하면, 스텝 S240으로 진행한다.
스텝 S240에서는 성막 처리의 1운전이 실시된다. 도 6에서 설명한 처리 플로우가 다시 실행되게 된다. 여기서, 산화 공정을 행해야 할 연속 운전 횟수의 카운트는 리셋되고, 또한 1부터 카운트가 개시된다.
스텝 S250에서는 1운전의 연속 운전 횟수가, 산화 공정을 실시하는 소정 횟수에 도달했는지 여부가 판정된다. 스텝 S250에 있어서, 산화 공정을 실시해야 할 소정 횟수에 도달하고 있지 않다고 판단되면, 스텝 S260으로 진행한다.
스텝 S260에서는 전체적인 연속 운전 횟수가, 전체 운전 횟수에 도달했는지 여부가 판정된다. 성막 처리의 연속 운전 횟수는, 예를 들어 1000회(1000런), 1500런, 800런 등의 챔버(1) 내의 클리닝을 행할 때까지의 횟수로 설정된다. 즉, 총 연속 운전 횟수는 클리닝을 행하지 않고 성막 처리의 연속 운전을 계속하는 횟수를 의미한다.
여기서, 파티클의 발생이 많으면, 이를 해소하기 위해 챔버(1) 내의 클리닝을 행할 수밖에 없다. 본 실시 형태에 관한 성막 방법에 있어서는, 소정 횟수의 연속 운전 사이에 산화 공정을 도입한 것에 의해, 파티클의 발생을 억제하고 있으므로, 클리닝을 행하는 간격을 길게 할 수 있다. 따라서, 총 연속 운전 횟수를 많이 설정할 수 있어, 스루풋을 높일 수 있다.
스텝 S260에서 지금까지의 총 운전 횟수가, 설정된 전체 운전 횟수에 도달하고 있던 경우에는, 처리 플로우를 종료한다. 한편, 지금까지의 총 운전 횟수가 설정된 전체 운전 횟수에 도달하고 있지 않은 경우에는, 스텝 S240으로 돌아가, 성막 처리의 1운전이 실시된다.
이후, 스텝 S240, S250, S260을 반복하여, 스텝 S250에서, S230의 산화 공정 실시 후의 1운전의 연속 운전 횟수가 소정 횟수에 도달한 경우에는, 스텝 S230으로 돌아가, 산화 공정이 실행된다. 산화 공정이 실행되면, 카운트는 리셋되어, 스텝 S240부터 1운전을 다시 연속적으로 실시함과 함께, 전체의 연속 운전 횟수의 카운트는 축적해 간다.
그리고, S260에서 전체의 연속 운전 횟수가 설정된 전체 운전 횟수에 도달한 단계(예를 들어, 1000런)에서 처리 플로우를 종료한다. 이 후는 챔버(1) 내가, 불소계의 가스, 예를 들어 ClF3 가스를 사용하여 클리닝 처리되게 된다.
이와 같이, 연속 성막 처리의 운전을 소정 횟수 실시한 후, 챔버(1) 내의 서셉터(2)를 산화하는 산화 공정을 도입함으로써, 파티클의 발생을 억제하여, 총 런수를 증가시킬 수 있다.
또한, 이들 런수의 카운트 및 처리는 제어부(100)에서 행하도록 해도 된다.
또한, 도 8에 있어서는, 산화 공정을 실시하는 연속 운전의 횟수를, 전체 연속 운전을 통해 일정한 예를 들어 설명하였지만, 이를, 단계에 따라서 변화시키도록 해도 된다. 예를 들어, 500런까지는 10회의 성막 처리에 대해, 1회 산화 공정을 넣지만, 500런 이후는 8회의 성막 처리에 대해, 1회 산화 공정을 넣는 설정으로 해도 된다. 예를 들어, 런수가 증가함에 따라서, 산화 공정의 횟수를 증가시킨 쪽이 좋은 경우에는, 그와 같은, 연속 운전 중에 있어서의 소정 횟수의 설정 변경을 행하도록 해도 된다. 이에 의해, 다양한 프로세스에 적합한 조건 설정을 행할 수 있어, 파티클 발생의 억제와 런수의 가일층 증가를 도모할 수 있다.
(실시예)
다음에, 실시 형태 1에 관한 성막 방법을 실시한 실시예에 대해 설명한다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예 1에 관한 성막 방법의 실시 결과를 도시한 도면이다. 도 9a는 본 발명의 실시예 1에 관한 성막 방법의 실시 결과를 도시한 그래프이다. 실시예 1에 있어서는, 조건 1 내지 5를 설정하여, 산화 공정을 도입한 성막 방법을 실시하였다. 구체적으로는, 산화의 조건을 조건 1 내지 5까지 설정하여, 10 내지 20런(10회전의 1운전)마다 1회, 서셉터를 산화하는 산화 공정을 행하였다. 각 조건은 이하와 같다. 또한, 유량은 산화 가스 유량, 회전 속도는 서셉터의 회전 속도, 압력은 챔버 내의 압력, 시간은 산화 공정의 시간을 의미한다.
조건1:유량 9slm, 회전 속도 6rpm, 압력 2Torr, 시간 60sec
조건2:유량 9slm, 회전 속도 6rpm, 압력 2Torr, 시간 30sec
조건3:유량1slm, 회전 속도 6rpm, 압력 2Torr, 시간 30sec
조건4:유량 9slm, 회전 속도 120rpm, 압력 2Torr, 시간 30sec
조건5:유량1slm, 회전 속도 120rpm, 압력 2Torr, 시간 30sec
도 9a에 있어서, 세로의 막대 그래프가 파티클의 발생수를 나타내고, 가로가 런수를 나타내고 있다. 또한, 도 9a에 있어서, 파선이 산화 공정을 실행한 타이밍이지만, 조건 1 내지 5의 어떤 경우에 있어서도, 파티클수가 서서히 증가해 왔을 때에, 산화 공정을 행하면, 다음의 운전에 있어서, 파티클수가 격감하고 있는 것이 나타나 있다. 이와 같이, 적절한 타이밍에서 산화 공정을 행함으로써, 파티클의 발생을 확실하게 억제할 수 있는 것이 나타나 있다.
한편, 도 9a의 파티클의 감소 정도로부터, 각 조건끼리에서 산화 공정의 효과를 비교하면, 조건 3의 산화 공정의 후가 가장 파티클수가 감소하고 있어, 가장 파티클 효과가 높은 것을 알 수 있다. 조건 3은 산화 가스의 유량이 1slm이고 9slm보다도 저유량, 회전 속도는 120rpm보다도 훨씬 느린 6rpm, 시간은 60sec보다도 짧은 30sec이다. 따라서, 저유량, 저속 회전, 단시간에 산화 공정을 행하는 것이 효과적이고, 비용과 스루풋의 관점에서도 바람직한 결과가 나와 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 실시예 1의 결과로부터, 본 실시 형태에 관한 성막 방법에 있어서의 산화 가스 유량은 1 내지 10slm, 바람직하게는 1 내지 9slm, 더욱 바람직하게는 1 내지 5slm으로 해도 된다. 또한, 서셉터의 회전 속도는 1 내지 240rpm의 범위, 바람직하게는 1 내지 120rpm의 범위, 보다 바람직하게는 1 내지 20rpm의 범위, 더욱 바람직하게는 1 내지 6rpm으로 해도 된다. 또한, 시간은 1 내지 120sec의 범위, 바람직하게는 1 내지 60sec의 범위, 보다 바람직하게는 1 내지 30sec의 범위로 해도 된다.
도 9b는 실시예 1에 관한 성막 방법의 실시 결과의 서셉터 상의 TiN막의 SEM(주사형 전자 현미경)에 의한 단면 사진이다. 도 9b에 도시한 바와 같이, 조건 1 내지 5 부근에서는 TiN막의 기둥 형상 결정이 분단되어 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 서셉터 상의 TiN막을 적절한 타이밍에서 산화함으로써, TiN막의 결정성을 얇은 TiO막(또는 TiON막)에 의해 분단할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예 2에 관한 성막 방법의 실시 결과를 도시한 도면이다. 실시예 2에 있어서는, TiN막의 성막 공정을 행한 후, 산화 공정을 어닐과 함께 행하고, TiN막의 스트레스의 변화를 산화 공정 전후에 있어서 비교한 결과를 나타내고 있다. 또한, 산화 공정은 산화 가스를 O2 가스로 하고 산화 시간을 300sec, 600sec, 1095sec로 한 것, 산화 가스를 O3 가스로 하고 산화 시간을 300sec, 600sec로 한 것, 산화 가스를 플라즈마로 하고 산화 시간을 300sec로 한 것에 대해 각각 행하였다. 또한, 어닐 온도는 모두 300℃이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 어떤 경우에 있어서도, 성막 직후의 B보다도, 산화 후의 A의 쪽이 TiN막의 스트레스는 작게 되어 있다. 따라서, TiN막의 표면을 산화함으로써, TiN막의 스트레스가 완화되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 10 내의 결과를 비교하면, 산화 가스로서 O3 가스를 사용한 경우는, 스트레스의 저감 폭이 크다. 따라서, 산화력이 강한 산화 가스를 사용하면, 스트레스의 저감 효과가 커지는 것을 알 수 있다. 따라서, 산화 가스로서, 보다 산화력이 큰 산화 가스를 사용하도록, 예를 들어 O3 가스를 사용하도록 해도 된다. 단, 산화 가스에 무엇을 선택할지는, 이와 같은 스트레스 저감 효과 외에, 비용 등도 고려할 필요가 있으므로, 용도에 따라서 적절히 선택해도 된다.
도 11은 실시예 3에 관한 성막 방법의 실시 결과를 도시한 도면이다. 실시예 3에 있어서는, 산화 공정을 행하는 것에 의한 TiN막의 스트레스로의 영향을 측정하였다. 도 11에 있어서, 가장 좌측은 TiN막을 100㎚ 성막한 경우의 스트레스를 나타내고 있다. 또한, 좌측으로부터 2번째는 TiN막을 50㎚ 성막한 경우의 스트레스를 나타내고 있다. 또한, 좌측으로부터 3번째는 TiN막을 50㎚ 성막하여, 일단 챔버로부터 반출하고, 그 위에 TiN막을 50㎚ 더 성막하여, 합계 100㎚ 성막한 경우의 스트레스를 나타내고 있다. 이들 산화 공정을 거치지 않는 TiN막의 경우, 총 스트레스는 1.43㎬ 또는 1.42㎬이고, 전부 대략 동일한 결과가 얻어졌다.
한편, 우측의 3개의 값은 50㎚의 TiN막의 표면을 산화한 경우의 스트레스 변화의 결과를 나타내고 있다. 우측으로부터 3번째는 산화 공정을 행하지 않은 50㎚의 막 두께의 TiN막이고, 이 막의 스트레스는 좌측으로부터 2번째와 마찬가지로, 1.43㎬이다.
우측으로부터 2번째의 값은 50㎚의 TiN막의 표면을, O3 가스를 사용하여 300℃에서 어닐하여 산화한 경우의 TiN막의 스트레스이고, 스트레스가 0.96㎬로 되어, 대폭으로 감소하고 있다.
가장 우측의 값은 표면이 산화된 50㎚의 TiN막 상에 50㎚의 TiN막을 성막하고, 그 후에 막 전체의 스트레스를 측정한 결과이다. 이 수치는 1.22㎬이고, 우측으로부터 2번째의 결과보다는 높지만, 우측으로부터 3번째의 산화 공정을 거치지 않은 50㎚의 TiN막보다도 작은 값으로 되어 있다.
따라서, 이들의 결과로부터, TiN막을 산화 어닐함으로써, TiN막의 스트레스를 저감시킬 수 있고, TiN막 사이에 산화 어닐한 얇은 TiO막(또는 TiON막)을 사이에 두면, TiN막만을 성막한 막보다도 스트레스를 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 실시예의 결과로부터, 실시 형태 1에 관한 성막 방법에 따르면, TiN막의 스트레스를 완화시킬 수 있어, 파티클의 발생을 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
〔실시 형태 2〕
실시 형태 1에 있어서, 본 발명에 관한 성막 방법을 ALD 성막 장치에 적용한 예를 들어 설명하였지만, 본 발명에 관한 성막 방법은 다른 성막 장치에도 적절하게 적용할 수 있다.
실시 형태 2에 있어서는, 본 발명에 관한 성막 방법을, CVD(Chemical Vapor Deposition) 성막 장치에 적용한 예에 대해 설명한다.
도 12는 본 발명의 실시 형태 2에 관한 성막 방법을 실시 가능한 CVD를 사용한 TiN 성막 장치(216)의 일례를 도시하는 단면도이다. 이 성막 장치는 기밀하게 구성된 대략 원통 형상의 챔버(231)를 갖고 있고, 그 중에는 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(232)가 원통 형상의 지지 부재(233)에 의해 지지된 상태로 배치되어 있다. 서셉터(232)의 외측 테두리부에는 반도체 웨이퍼(W)를 가이드하기 위한 가이드 링(234)이 설치되어 있다. 또한, 서셉터(232)에는 히터(235)가 매립되어 있고, 이 히터(235)는 전원(236)으로부터 급전됨으로써 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다. 전원(236)에는 컨트롤러(237)가 접속되어 있고, 이에 의해 도시하지 않은 온도 센서의 신호에 따라서 히터(235)의 출력이 제어된다.
챔버(231)의 천장벽(231a)에는 샤워 헤드(240)가 설치되어 있다. 이 샤워 헤드에는 다수의 가스 토출 구멍(240a 및 240b)이 교대로 형성되어 있다. 가스 토출 구멍(240a)에는 TiCl4원(251)이 배관(243) 및 그곳으로부터 분기한 배관(241)을 통해 접속되어 있고, 가스 토출 구멍(240b)에는 NH3원(249)이 배관(244) 및 그곳으로부터 분기한 배관(242)을 통해 접속되어 있다. 즉, 샤워 헤드(240)는 매트릭스 타입이고, 반응 가스인 TiCl4 가스 및 NH3 가스가 교대로 형성된 다른 토출 구멍으로부터 토출되고, 토출 후에 혼합되는 포스트 믹스 방식이 채용되어 있다.
또한, 배관(243)에는 산화 가스인 O2원(252)에 접속된 배관(245)이 접속되어 있고, 밸브(253)를 전환함으로써, 배관(241) 및 토출 구멍(240a)을 통해 산화 가스인 O2 가스가 챔버(231) 내에 공급된다. 한편, 배관(244)에는 N2원(250)에 접속된 배관(246)이 접속되어 있고, 밸브(254)를 전환함으로써, 배관(242) 및 토출 구멍(240b)을 통해 N2 가스가 챔버(231) 내에 공급된다. 또한, N2 가스의 배관(246)은 밸브(255)를 통해 배관(243)에도 접속되어 있다. 또한, 배관(244)에는 MMH원(248)으로부터 연장되는 배관(247)이 접속되어 있고, 배관(244, 242)을 통해 가스 토출 구멍(240b)으로부터 챔버(231) 내로 MMH 가스도 공급 가능하게 되어 있다. 또한, 각 가스원으로부터의 배관에는 모두 밸브(256) 및 매스 플로우 컨트롤러(257)가 설치되어 있다.
챔버(231)의 저벽(231b)에는 배기관(238)이 접속되어 있고, 이 배기관에는 진공 펌프(239)가 접속되어 있다. 그리고, 이 진공 펌프(239)를 작동시킴으로써 챔버(31) 내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있다. 또한, 챔버(231) 내에는 퍼지 가스 공급원으로부터 퍼지 가스로서, 예를 들어 N2 가스가 공급 가능하게 되어 있다.
이와 같은 장치에 의해 TiN막을 성막하기 위해서는, 우선, 챔버(231) 내에 반도체 웨이퍼(W)를 장입하고, 히터(235)에 의해 웨이퍼(W)를 가열하면서 진공 펌프(239)에 의해 진공화하여 고진공 상태로 하고, 계속해서, N2 가스 및 NH3 가스를 소정의 유량비, 예를 들어 N2 가스:50 내지 500SCCM, NH3 가스:200 내지 400SCCM으로 챔버(231) 내에 도입하여 챔버(231) 내를, 예를 들어 1 내지 10Torr로 하여, 프리 어닐을 행한다. 다음에, 챔버(231) 내를 0.1 내지 1Torr로 하고, N2 가스 및 NH3 가스의 유량을 유지한 상태로, TiCl4을, 예를 들어 5 내지 20SCCM의 유량으로 5 내지 20초간 정도 프리 플로우하고, 계속해서 동일 조건으로 TiN막의 성막을 소정 시간 행한다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(231) 내에 장입한 후 성막 종료까지의 사이, 퍼지 가스로서, 예를 들어 N2 가스를 소정량 흘려 두는 것이 바람직하다. 또한, NH3 가스와 MMH 가스를 병용해도 상관없다.
성막 종료 후, NH3 가스 분위기에서의 애프터 어닐을 행한다. 또한, 불활성 가스에 의해 어닐을 행해도 된다. 불활성 가스로서는 N2, Ar, He 등을 사용할 수 있다. 이 불활성 가스의 어닐에 의해, TiN 기둥 형상 결정의 안정화라고 하는 효과가 부가된다. 이 경우의 어닐 시간은 30초간 이하의 단시간으로 충분하다. 그 후, 챔버(231)로부터 반도체 웨이퍼가 반출된다.
실시 형태 2에 관한 CVD를 사용한 TiN 성막 장치에서는, 이상과 같이 하여 TiN막을 성막 처리하는 1운전이 행해진다.
1운전 이외의 처리 플로우에 대해서는, 실시 형태 1에 관한 성막 방법을 그대로 적용할 수 있다. 구체적으로는, 도 8에 있어서 설명한 처리 플로우를 그대로 적용할 수 있다. 또한, 산화 공정에 있어서의 산화 가스의 공급은 O2 가스원(252)으로부터 행한다. 산화 가스로서는, O2 가스 이외에, O3 가스 등 다른 가스를 사용해도 되는 점은, 실시 형태 1에 관한 성막 방법과 마찬가지이다.
또한, 도 8에서 설명한 스텝 S200의 코팅 공정은 필요에 따라서 행하면 되고, 필수는 아니다. 그 밖의 내용에 대해서는, 실시 형태 1과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
실시 형태 2에 관한 성막 방법에 따르면, CVD를 사용한 성막 장치를 사용한 경우에도, 서셉터 상에 성막되는 TiN막의 결정성을 분단하여, 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
〔실시 형태 3〕
본 발명의 실시 형태 3에 관한 성막 방법에 있어서는, 열처리 장치를 사용하여 성막을 행하는 경우에 대해 설명한다.
우선, 실시 형태 3에 관한 성막 방법을 실시 가능한 열처리 장치에 대해 설명한다.
도 13에 본 발명의 실시 형태 3에 관한 성막 방법을 실시 가능한 열처리 장치의 일례의 개략 구성도를 도시한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 반도체 웨이퍼(W)를 한번에 다수매 수용하여 성막 처리를 실시할 수 있는 종형 열처리 장치의 예에 대해 설명한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 종형의 열처리 장치(302)는 길이 방향이 수직인 처리 용기(304)를 갖는다. 처리 용기(304)는, 예를 들어 천장이 있는 외통(306)과, 외통(306)의 내측에 동심적으로 배치된 원통체의 내통(308)을 갖는 2중관 구조로 구성된다.
외통(306) 및 내통(308)은 석영 등의 내열성 재료로 형성된다. 외통(306) 및 내통(308)은 스테인리스 등으로부터 형성되는 매니폴드(310)에 의해, 그 하단부가 유지된다. 매니폴드(310)는 베이스 플레이트(312)에 고정된다. 또한, 매니폴드(310)를 설치하지 않고, 처리 용기(304) 전체를, 예를 들어 석영에 의해 형성하는 구성이어도 된다.
매니폴드(310)의 하단부의 개구부에는, 예를 들어 스테인리스 스틸로 형성되는 원반 형상의 캡부(314)가, O링 등의 시일 부재(316)를 통해 공기 밀봉 가능하게 설치되어 있다. 또한, 캡부(314)의 대략 중심부에는, 예를 들어 자성 유체 시일(318)에 의해 기밀 상태로 회전 가능한 회전축(320)이 삽입 관통되어 있다. 이 회전축(320)의 하단부는 회전 기구(322)에 접속되어 있고, 상단부는, 예를 들어 스테인리스 스틸로 형성되는 테이블(324)이 고정되어 있다.
테이블(324) 상에는, 예를 들어 석영제의 보온통(326)이 설치되어 있다. 또한, 보온통(326) 상에는 지지구로서, 예를 들어 석영제의 웨이퍼 보트(328)가 적재된다.
웨이퍼 보트(328)에는, 예를 들어 50 내지 150매의 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)가, 소정의 간격, 예를 들어 10㎜ 정도의 피치로 수용된다. 웨이퍼 보트(328), 보온통(326), 테이블(324) 및 캡부(314)는, 예를 들어 보트 엘리베이터인 승강 기구(330)에 의해, 처리 용기(304) 내에 일체로 되어 로드, 언로드된다.
매니폴드(310)의 하부에는 처리 용기(304) 내에 처리 가스를 도입하기 위한 가스 도입 수단(332)이 설치된다. 가스 도입 수단(332)은 매니폴드(310)를 기밀하게 관통하도록 설치된 가스 노즐(334)을 갖는다.
또한, 도 13에서는 가스 도입 수단(332)이 1개만 도시되어 있지만, 실제로는 처리 용기(304)의 원통 방향을 따라서, 복수의 가스 도입 수단(332)이 배치된다. 본 실시 형태에 관한 성막 방향을 실시하기 위해서는, TiCl4 가스, NH3 가스 및 O2 가스 등의 산화 가스 중 적어도 3종류의 가스를 처리 용기(304) 내에 도입할 필요가 있으므로, 가스 도입 수단(332)은 적어도 3개는 설치된다. 또한, 가스 노즐(334)로부터 처리 용기(304)로 도입되는 가스는, 도시하지 않은 유량 제어 기구에 의해, 유량 제어된다.
매니폴드(310)의 상부에는 가스 출구(336)가 형성되어 있고, 가스 출구(336)에는 배기계(338)가 연결된다. 배기계(338)는 가스 출구(336)에 접속된 배기 통로(340)와, 배기 통로(340)의 도중에 순차 접속된 압력 조정 밸브(342) 및 진공 펌프(344)를 포함한다. 배기계(338)에 의해, 처리 용기(304) 내의 분위기를 압력 조정하면서 배기할 수 있다.
처리 용기(304)의 외주측에는 처리 용기(304)를 둘러싸도록 하여 웨이퍼(W) 등의 피처리체를 가열하는 히터 장치(348)가 설치된다.
이러한 열처리 장치(302)에서는 웨이퍼(W)를 웨이퍼 보트(328)에 복수매 적재하여, 처리 용기(304)의 캡부(314)를 개폐하고, 승강 기구(330)를 사용하여, 웨이퍼 보트(328)를 처리 용기(304) 내에 반입, 반출한다.
TiN막의 성막은 가스 도입 수단(332)으로부터, 노즐(334)을 통해 처리 용기(304) 내에 도입된다. 또한, 그때, 히터 장치(348)를 사용하여 가열되어, 다수의 웨이퍼(W)에 TiN막이 성막된다.
이와 같이 하여 TiN막을 성막하는 열처리 장치(302)에 있어서도, 실시 형태 1에 있어서 설명한 도 8의 처리 플로우를 적용할 수 있다. 즉, 소정 횟수, 연속적으로 TiN막의 뱃치 성막을 반복하여, 소정 횟수에 도달하면, 웨이퍼 보트(328)에 웨이퍼(W)가 적재되어 있지 않은 상태에서 웨이퍼 보트(328)를 처리 용기(304) 내에 도입하고, 그 상태에서 처리 용기(304) 내에 O2 가스 등의 산화 가스가 가스 도입 수단(332)을 통해 도입되어, 처리 용기(304) 내가 산화된다. 이에 의해, 웨이퍼 보트(328)나, 처리 용기(304) 내의 표면에 형성되어 있던 TiN막이 산화되어, TiN막의 결정성을 분단할 수 있어, 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
그 밖의 내용에 대해서는, 실시 형태 1에 관한 성막 방법과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
실시 형태 3에 관한 성막 방법에 따르면, 열처리 장치를 사용한 TiN막의 성막에 있어서도, 웨이퍼 보트나 처리 용기 내의 TiN막의 결정성을 분단하여, 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 실시 형태 1 내지 3에 있어서는, TiN막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명에 관한 성막 방법은 산화막의 성막 이외이면, 성막의 연속 운전 사이의 적절한 타이밍에서 처리실 내 산화 공정을 행함으로써, 서셉터 등의 처리실 내의 성막의 결정성을 분단할 수 있으면 되므로, 다양한 성막에 응용할 수 있다. 구체적으로는, Ti 이외의 다른 원소를 포함하는 질화막, 예를 들어 TaN막 등의 성막 시에도 적용 가능하다.

Claims (16)

  1. 기판을 처리실 내에 반입하여 상기 기판 상에 질화막을 성막하는 성막 처리를 행하여, 상기 성막 처리가 종료된 후 상기 기판을 상기 처리실 내로부터 반출할 때까지를 1운전으로 하고, 상기 1운전을 복수회 반복하여 복수매의 상기 기판을 계속적으로 성막 처리하는 성막 방법이며,
    상기 1운전을 소정 횟수 연속적으로 행하는 공정과,
    상기 처리실 내에 산화 가스를 공급하여 상기 처리실 내를 산화하는 공정을 포함하는, 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 1운전을 소정 횟수 연속적으로 행하는 공정과, 상기 처리실 내를 산화하는 공정을 1사이클로 하여, 상기 1사이클을 소정 사이클수 반복하는, 성막 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 소정 사이클수 반복한 후, 상기 제1 운전의 소정 횟수를 변경하여 새로운 1사이클로 하는, 성막 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 소정 사이클수 반복한 후, 상기 소정 사이클수를 변경하여 새로운 소정 사이클로 하는, 성막 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 질화막은 TiN막인, 성막 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 산화 가스는 산소, 오존 또는 물을 포함하는 가스, 또는 이들의 플라즈마화 가스인, 성막 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 처리실 내에는 상기 기판을 적재 가능한 서셉터가 설치되고, 상기 서셉터 상에 적재된 상기 기판에 상기 성막 처리를 행하는, 성막 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 서셉터를 회전시키면서 상기 성막 처리를 행하는, 성막 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 서셉터를 회전시키면서 상기 처리실 내를 산화하는 공정을 행하는, 성막 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 처리실 내를 산화하는 공정 중의 상기 서셉터의 회전 속도는 상기 성막 처리 중의 상기 서셉터의 회전 속도보다도 느린, 성막 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 서셉터는 복수의 상기 기판이 적재 가능하고, 상기 1운전으로 복수의 상기 기판의 성막 처리를 행하는, 성막 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 성막 처리는 원자층 성막법 또는 분자층 성막 방법에 의해 행해지는, 성막 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 처리실 내에는 복수의 상기 기판을 연직 방향으로 소정 간격을 두고 상기 기판끼리가 비접촉인 상태로 적재 보유 지지 가능한 웨이퍼 보트가 설치되고, 상기 웨이퍼 보트에 보유 지지된 상기 기판에 상기 성막 처리를 행하는, 성막 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 기판의 상기 처리실 내로의 반입 및 상기 처리실 외로의 반출은, 상기 기판이 상기 웨이퍼 보트 상에 보유 지지된 상태에서, 상기 웨이퍼 보트를 상기 처리실 내로 반입 및 상기 처리실로부터 반출함으로써 행해지는, 성막 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 성막 처리는 기판 온도가 500℃ 이상에서 행해지는, 성막 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 성막 처리는 기판 온도가 550℃ 이상에서 행해지는, 성막 방법.
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