KR20200035346A - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체 - Google Patents
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Abstract
캔틸레버 구조 센서를 제조하는 데 있어서 가동 전극에 대하여 웨트 에칭의 선택성을 가지도록 고웨트 에칭 레이트의 희생막의 형성을 목적으로 한다.
제어 전극, 대좌 및 대향 전극을 피복하도록 형성되고 불순물을 함유한 희생막을 포함하는 기판을 기판 재치부에 재치하고, 상기 기판을 가열하고, 가열 후 상기 기판에 플라즈마 상태의 산소 함유 가스를 공급하여, 상기 희생막으로부터 상기 불순물을 탈리시켜서 개질 희생막으로 개질하는 기술을 제공한다.
제어 전극, 대좌 및 대향 전극을 피복하도록 형성되고 불순물을 함유한 희생막을 포함하는 기판을 기판 재치부에 재치하고, 상기 기판을 가열하고, 가열 후 상기 기판에 플라즈마 상태의 산소 함유 가스를 공급하여, 상기 희생막으로부터 상기 불순물을 탈리시켜서 개질 희생막으로 개질하는 기술을 제공한다.
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 기록 매체에 관한 것이다.
최근 반도체 장치의 하나로서 MEMS 기술을 이용한 센서가 생산되고 있다. 그 중 하나가 캔틸레버 구조다. 캔틸레버 구조를 채택한 스위치의 제조 방법에 대해서는 예컨대 특허문헌 1이나 특허문헌 2에 기재되어 있다. 여기서는 드라이 에칭으로 가동 전극을 형성하고, 그 후 가동 전극의 하방(下方)에 형성된 희생막을 웨트 에칭하는 방법이 개시되어 있다.
캔틸레버 구조에서의 가동 전극은 드라이 에칭에 의해 형성된다. 발명자가 예의 연구한 결과, 드라이 에칭에 의해 가동 전극을 구성하는 재질이 열화된다는 문제를 발견했다.
열화에 의해 가동 전극의 웨트 에칭 레이트가 저하되면, 희생막의 웨트 에칭 레이트에 근접한다는 문제가 있다. 따라서 희생막을 웨트 에칭할 때 가동 전극도 웨트 에칭되는 것이 염려된다.
본 기술은 캔틸레버 구조 센서를 제조하는 데 있어서 가동 전극에 대하여 웨트 에칭의 선택성을 가지도록 고웨트 에칭 레이트의 희생막 형성을 목적으로 한다.
제어 전극, 대좌(臺座) 및 대향 전극을 피복하도록 형성되고 불순물을 함유한 희생막을 포함하는 기판을 기판 재치부에 재치하고, 상기 기판을 가열하고, 가열 후 상기 기판에 플라즈마 상태의 산소 함유 가스를 공급하여, 상기 희생막으로부터 상기 불순물을 탈리시켜서 개질 희생막으로 개질하는 기술을 제공한다.
본 기술에 따르면, 캔틸레버 구조 센서를 제조하는 데 있어서 가동 전극에 대하여 웨트 에칭의 선택성을 가지도록 고웨트 에칭 레이트의 희생막을 형성할 수 있다.
도 1a 내지 도 1f는 기판의 구성을 설명하는 설명도.
도 2a 내지 도 2d는 기판의 구성을 설명하는 설명도.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성예를 도시하는 설명도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 컨트롤러를 설명하는 설명도.
도 5는 본 발명의 실시 형태에서의 희생막의 상태를 설명하는 설명도.
도 6은 본 발명의 실시 형태에서의 희생막의 개질 상태를 설명하는 설명도.
도 7은 본 발명의 실시 형태에서의 희생막의 상태를 설명하는 설명도.
도 2a 내지 도 2d는 기판의 구성을 설명하는 설명도.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성예를 도시하는 설명도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 컨트롤러를 설명하는 설명도.
도 5는 본 발명의 실시 형태에서의 희생막의 상태를 설명하는 설명도.
도 6은 본 발명의 실시 형태에서의 희생막의 개질 상태를 설명하는 설명도.
도 7은 본 발명의 실시 형태에서의 희생막의 상태를 설명하는 설명도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
본 실시 형태에서 처리하는 기판의 구성에 대해서 도 1a 내지 도 2d를 이용하여 설명한다. 도 1a 내지 도 2d에서는 캔틸레버 구조를 채택한 MEMS 스위치의 제조 방법을 설명한다. 제조하는 데 있어서는 도 1a의 상태의 기판에 대하여, 도 1b부터 도 1f의 순서로 처리하고, 또한 도 2a부터 도 2d의 순서대로 처리한다.
도 1a에 도시된 기판(100)을 설명한다. 여기서는 기판(100) 상에 제어 전극(101), 대좌(102), 대향 전극(103)이 형성된다. 제어 전극(101)은 후술하는 가동 전극(111)을 제어하고, 대좌(102)는 가동 전극(111)을 지지하고, 대향 전극(103)은 가동 전극(111)과 쌍을 이루는 전극이다. 상세는 후술한다.
도 1b는 기판(100), 제어 전극(101), 대좌(102), 대향 전극(103) 상에 희생막(104)을 형성한 상태다. 가동 전극(111)을 가동 가능하도록 하기 위해서 희생막(104)은 후 공정에서 제거된다. 희생막(104)의 형성 방법은 후술한다.
도 1c는 희생막(104) 상에 레지스트(105)를 형성하고, 또한 패턴(106)을 형성한 상태다.
도 1d는 패턴(106)에 맞춰서 희생막(104)을 드라이 에칭한 상태다. 이에 의해 대좌(102)의 표면이 노출되도록 공(107)이 형성된다. 드라이 에칭에서는 기지(旣知)의 플라즈마 에칭을 수행한다.
도 1e는 레지스트(105)를 제거한 상태다. 레지스트(105)는 기지의 플라즈마 애싱으로 제거된다.
도 1f는 대좌(102) 및 희생막(104) 상에 폴리실리콘 막(108)을 형성한 상태의 도면이다. 폴리실리콘 막(108)은 후에 가공되어 가동 전극(111)이 된다. 폴리실리콘 막(108)은 대좌(102)와 전기적으로 접속된다.
계속해서 도 2a부터 도 2d를 설명한다. 도 2a는 도 1f의 후의 처리 상태다. 여기서는 폴리실리콘 막(108) 상에 레지스트(109)를 형성하고, 또한 패턴(110)을 형성한 상태다.
도 2b는 패턴(110)에 맞춰서 폴리실리콘 막(108)을 드라이 에칭한 상태다. 이에 의해 폴리실리콘 막(108)은 가동 전극(111)의 형상으로 가공된다. 에칭에서는 기지의 플라즈마 에칭을 수행한다.
도 2c는 레지스트(109)를 제거한 상태다. 레지스트(109)는 기지의 플라즈마 애싱으로 제거된다.
도 2d는 희생막(104)을 웨트 에칭으로 제거한 상태의 도면이다. 이에 의해 가동 전극(111)과 제어 전극(101), 대향 전극(103)을 이간시킨다.
다음으로 이상 설명한 MEMS 스위치의 제조 방법에 관해서 발명자가 발견한 문제점을 설명한다. 이 방법에서는 예컨대 도 2a부터 도 2b에 걸쳐서 폴리실리콘 막(108)을 플라즈마 에칭하거나, 또는 도 2b부터 도 2c에 걸쳐서 레지스트(109)를 플라즈마 애싱으로 제거하는 공정이 존재한다. 이때 폴리실리콘 막(108)이 플라즈마에 노출되어 손상을 받아서 열화되고, 그 결과 강도가 저하되는 등의 문제가 있다.
열화된 폴리실리콘 막(108)은 웨트 에칭 레이트가 높아진다는 문제가 있다. 그렇기 때문에 희생막(104)과 가동 전극(111)의 웨트 에칭 레이트가 근접해진다. 그렇게 되면 희생막(104)을 웨트 에칭할 때 폴리실리콘 막(108)의 열화 부분도 에칭된다. 그러한 상태에서 가동 전극(111)에 전력을 공급하면 열화 부분에 전력이 집중하거나, 또는 전력이 흐르기 어려워지는 등의 문제가 있다.
그것을 해결하기 위해서 희생막(104)과 가동 전극(111)의 웨트 에칭 레이트에 차이가 나도록 웨트 에칭의 선택성을 갖게 할 필요가 있다. 그래서 본 실시 형태에서는 가공 후의 폴리실리콘 막(108)보다 고(高)웨트 에칭 레이트를 가지는 희생막(104)을 형성한다.
다음으로 도 3을 이용하여 희생막(104)을 형성하는 기판 처리 장치(200)의 일례에 대해서 설명한다.
(챔버)
우선 챔버를 설명한다. 기판 처리 장치(200)는 챔버(202)를 포함한다. 챔버(202)는 예컨대 횡단면(橫斷面)이 원형이며 편평한 밀폐 용기로서 구성된다. 또한 챔버(202)는 예컨대 알루미늄(Al)이나 스텐레스(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성된다. 챔버(202) 내에는 기판으로서의 실리콘 기판 등의 기판(100)을 처리하는 처리 공간(205)과, 기판(100)을 처리 공간(205)에 반송할 때 기판(100)이 통과하는 반송 공간(206)이 형성된다. 챔버(202)는 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b)로 구성된다. 상부 용기(202a)와 하부 용기(202b) 사이에는 칸막이 판(208)이 설치된다. 여기서 처리되는 기판(100)은 도 1a에 도시되는 상태다. 그렇기 때문에 기판(100)에는 제어 전극(101), 대좌(102), 대향 전극(103)이 형성된다.
하부 용기(202b)의 측면에는 게이트 밸브(149)에 인접한 기판 반입출구(148)가 설치되고, 기판(100)은 기판 반입출구(148)를 개재하여 미도시의 진공 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.
처리 공간(205)을 구성하는 처리실은 예컨대 후술하는 기판 재치대(212)와 샤워 헤드(230)로 구성된다. 처리 공간(205) 내에는 기판(100)이 재치되는 기판 재치부(210)가 설치된다. 기판 재치부(210)는 기판(100)을 재치하는 기판 재치면(211)과, 기판 재치면(211)을 표면에 가지는 기판 재치대(212), 기판 재치대(212)에 내포된 가열원으로서의 히터(213)를 주로 포함한다. 기판 재치대(212)에는 리프트 핀(207)이 관통하는 관통공(214)이 리프트 핀(207)과 대응하는 위치에 각각 설치된다. 히터(213)에는 히터(213)의 온도를 제어하는 온도 제어부(220)가 접속된다.
기판 재치대(212)는 샤프트(217)에 의해 지지된다. 샤프트(217)의 지지부는 챔버(202)의 저벽(底壁)에 설치된 구멍(215)을 관통하고, 또한 지지판(216)을 개재하여 챔버(202)의 외부에서 승강 기구(218)에 접속된다. 승강 기구(218)를 작동시켜서 샤프트(217) 및 기판 재치대(212)를 승강시키는 것에 의해 기판 재치면(211) 상에 재치되는 기판(100)을 승강시키는 것이 가능하도록 이루어진다. 또한 샤프트(217) 하단부의 주위는 벨로즈(219)에 의해 피복된다. 챔버(202) 내는 기밀하게 보지(保持)된다.
기판 재치대(212)는 기판(100) 반송 시에는 기판 재치면(211)이 기판 반입출구(148)와 대향하는 위치까지 하강하고, 기판(100) 처리 시에는 도 3에서 도시되는 바와 같이 기판(100)이 처리 공간(205) 내의 처리 위치가 될 때까지 상승한다.
구체적으로는 기판 재치대(212)를 기판 반송 위치까지 하강시켰을 때는 리프트 핀(207)의 상단부가 기판 재치면(211)의 상면으로부터 돌출하여 리프트 핀(207)이 기판(100)을 하방으로부터 지지하도록 이루어진다. 또한 기판 재치대(212)를 기판 처리 위치까지 상승시켰을 때에는 리프트 핀(207)은 기판 재치면(211)의 상면으로부터 매몰하여 기판 재치면(211)이 기판(100)을 하방으로부터 지지하도록 이루어진다.
처리실 상부(상류측)에는 샤워 헤드(230)가 설치된다. 샤워 헤드(230)는 덮개(231)를 포함한다. 덮개(231)는 플랜지(232)를 포함하고, 플랜지(232)는 상부 용기(202a) 상에 지지된다. 또한 덮개(231)는 위치 결정부(233)를 포함한다. 위치 결정부(233)가 상부 용기(202a)에 감합(勘合)되는 것에 의해 덮개(231)가 고정된다.
샤워 헤드(230)는 버퍼 공간(234)을 포함한다. 버퍼 공간(234)은 덮개(231)와 위치 결정부(233)로 구성되는 공간을 말한다. 버퍼 공간(234)과 처리 공간(205)은 연통된다. 버퍼 공간(234)에 공급된 가스는 버퍼 공간 내(234)에서 확산하고, 처리 공간(205)에 균일하게 공급된다. 여기서는 버퍼 공간(234)과 처리 공간(205)을 다른 구성으로 하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 버퍼 공간(234)을 처리 공간(205)에 포함시켜도 좋다.
처리 공간(205)은 주로 상부 용기(202a), 기판 처리 포지션에서의 기판 재치대(212)의 상부 구조로 구성된다. 처리 공간(205)을 구성하는 구조를 처리실이라고 부른다. 또한 처리실은 처리 공간(205)을 구성하는 구조라면 좋고, 상기 구조에 한정되지 않는다는 것은 말할 필요도 없다.
반송 공간(206)은 주로 하부 용기(202b), 기판 처리 포지션에서의 기판 재치대(212)의 하부 구조로 구성된다. 반송 공간(206)을 구성하는 구조를 반송실이라고 부른다. 반송실은 처리실의 하방에 배치된다. 또한 반송실은 반송 공간(206)을 구성하는 구조라면 좋고, 상기 구조에 한정되지 않는다는 것은 말할 필요도 없다.
(가스 공급부)
계속해서 가스 공급부를 설명한다. 공통 가스 공급관(242)에는 제1 가스 공급관(243a), 제2 가스 공급관(247a), 제3 가스 공급관(249a)이 접속된다.
제1 가스 공급관(243a)을 포함하는 제1 가스 공급계(243)로부터는 제1 처리 가스가 주로 공급되고, 제2 가스 공급관(247a)을 포함하는 제2 가스 공급계(247)로부터는 주로 제2 처리 가스가 공급되고, 제3 가스 공급관(249a)을 포함하는 제3 가스 공급계(249)로부터는 주로 불활성 가스가 공급된다.
(제1 가스 공급계)
제1 가스 공급관(243a)의 상류에는 상류 방향부터 순서대로 제1 가스 공급원(243b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(243c) 및 개폐 밸브인 밸브(243d)가 설치된다. 제1 처리 가스를 플라즈마 상태로 하기 위해서는 밸브(243d)의 하류에 플라즈마 생성부로서의 리모트 플라즈마 유닛(RPU)(243e)을 설치한다.
그리고 제1 가스 공급관(243a)으로부터는 제1 가스가 MFC(243c), 밸브(243d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 제1 처리 가스는 RPU(243e)에 의해 플라즈마 상태가 된다.
제1 처리 가스는 처리 가스 중 하나이며, 산소 함유 가스다. 산소 함유 가스로서는 예컨대 산소(O2) 가스가 이용된다.
주로 제1 가스 공급관(243a), MFC(243c), 밸브(243d), RPU(243e)에 의해 제1 가스 공급계(243)가 구성된다. 또한 제1 가스 공급계(243)는 제1 가스 공급원(243b), 후술하는 수소 함유 가스 공급계를 포함시켜서 생각해도 좋다.
제1 가스 공급관(243a)의 밸브(243d)보다 하류측에는 수소 함유 가스 공급관(245a)의 하류단이 접속된다. 수소 함유 가스 공급관(245a)에는 상류 방향부터 순서대로 수소 함유 가스 공급원(245b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(245c) 및 개폐 밸브인 밸브(245d)가 설치된다. 그리고 수소 함유 가스 공급관(245a)으로부터는 수소 함유 가스가 MFC(245c), 밸브(245d), 제1 가스 공급관(243a), RPU(243e)을 개재하여 샤워 헤드(230) 내에 공급된다. 후술하는 바와 같이 수소 함유 가스를 공급하는 것에 의해 희생막(104)을 수소 종단(終端)시킨다.
수소 함유 가스는 예컨대 수소(H2) 가스나 물(H2O) 가스를 이용할 수 있다.
주로 수소 함유 가스 공급관(245a), MFC(245c) 및 밸브(245d)에 의해 수소 함유 가스 공급계가 구성된다. 또한 수소 함유 가스 공급계는 수소 함유 가스 공급원(245b), 제1 가스 공급관(243a), RPU(243e)을 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 수소 함유 가스 공급계는 제1 가스 공급계(243)에 포함시켜서 생각해도 좋다.
(제2 가스 공급계)
제2 가스 공급관(247a)에는 상류 방향부터 순서대로 제2 가스 공급원(247b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(247c) 및 개폐 밸브인 밸브(247d)가 설치된다.
제2 가스 공급관(247a)으로부터 제2 원소를 함유하는 가스(이하, 「제2 처리 가스」)가 매스 플로우 컨트롤러(247c), 밸브(247d), 공통 가스 공급관(242)을 개재하여 샤워 헤드(230)에 공급된다.
제2 처리 가스는 실리콘(Si)을 포함하는 처리 가스다. 즉 제2 처리 가스는 실리콘 함유 가스라고도 부른다. 실리콘 함유 가스로서 예컨대 디실란(Si2H6)이 이용된다.
주로 제2 가스 공급관(247a), 매스 플로우 컨트롤러(247c), 밸브(247d)에 의해 제2 가스 공급계(247)(실리콘 함유 가스 공급계라고도 부른다.)가 구성된다.
(제3 가스 공급계)
제3 가스 공급관(249a)에는 상류 방향부터 순서대로 제3 가스원(249b), 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(249c) 및 개폐 밸브인 밸브(249d)가 설치된다.
제3 가스원(249b)은 불활성 가스원이다. 불활성 가스는 예컨대 질소(N2) 가스다.
주로 제3 가스 공급관(249a), 매스 플로우 컨트롤러(249c), 밸브(249d)에 의해 제3 가스 공급계(249)가 구성된다.
불활성 가스원(249b)으로부터 공급되는 불활성 가스는 기판 처리 공정에서는 챔버(202)나 샤워 헤드(230) 내에 멈춘 가스를 퍼지하는 퍼지 가스로서 작용한다. 후술하는 가열 공정에서 공급해도 좋다.
(배기부)
챔버(202)의 분위기를 배기하는 배기부는 처리 공간(205)의 분위기를 배기하는 처리공간 배기부(261)로 주로 구성된다.
배기부(261)는 처리 공간(205)에 접속되는 배기관(261a)을 포함한다. 배기관(261a)은 처리 공간(205)에 연통하도록 설치된다. 배기관(261a)에는 처리 공간(205) 내를 소정의 압력으로 제어하는 압력 제어기인 APC(Auto Pressure Controller)(261c), 처리 공간(205)의 압력을 계측하는 압력 검출부(261d)가 설치된다. APC(261c)은 개도(開度) 조정 가능한 밸브체(미도시)를 포함하고, 후술하는 컨트롤러(280)로부터의 지시에 따라 배기관(261a)의 컨덕턴스를 조정한다. 또한 배기관(261a)에서 APC(261c)의 상류측에는 밸브(261b)가 설치된다. 배기관(261)과 밸브(261b), APC(261c), 압력 검출부(261d)를 총칭하여 처리공간 배기부(261)라고 부른다.
배기관(261a)의 하류측에는 DP(Dry Pump. 드라이 펌프)(278)가 설치된다. DP(278)는 배기관(261a)을 개재하여 처리 공간(205)의 분위기를 배기한다.
(컨트롤러)
기판 처리 장치(200)는 기판 처리 장치(200)의 각(各) 부(部)의 동작을 제어하는 컨트롤러(280)를 포함한다. 컨트롤러(280)는 도 4에 도시하는 바와 같이 연산부(CPU)(280a), 일시 기억부(280b), 기억부(280c), 송수신부(280d)를 적어도 포함한다. 컨트롤러(280)는 송수신부(280d)를 개재하여 기판 처리 장치(200)의 각 구성에 접속되고, 상위 컨트롤러나 사용자의 지시에 따라 기억부(280c)로부터 프로그램이나 레시피를 호출하고, 그 내용에 따라 각 구성의 동작을 제어한다. 또한 컨트롤러(280)는 전용의 컴퓨터로서 구성해도 좋고, 범용의 컴퓨터로서 구성해도 좋다. 예컨대 전술한 프로그램을 격납한 외부 기억 장치(282)[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리(USB Flash Drive)나 메모리 카드 등의 반도체 메모리]를 준비하고, 외부 기억 장치(282)를 이용하여 범용의 컴퓨터에 프로그램을 인스톨하는 것에 의해 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(280)를 구성할 수 있다. 또한 컴퓨터에 프로그램을 공급하기 위한 수단은 외부 기억 장치(282)를 개재하여 공급하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용해도 좋고, 상위 장치(270)로부터 송수신부(283)를 개재하여 정보를 수신하고, 외부 기억 장치(282)를 개재하지 않고 프로그램을 공급해도 좋다. 또한 키보드나 터치패널 등의 입출력 장치(281)를 이용하여 컨트롤러(280)에 지시를 해도 좋다.
또한 기억부(280c)나 외부 기억 장치(282)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억부(280c) 단체(單體)만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(282) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다.
(기판 처리 공정)
다음으로 반도체 제조 공정을 설명한다. 여기서는 희생막(104)을 형성하는 공정과, 희생막(104)을 개질하는 공정을 설명한다.
(희생막 형성 공정)
여기서는 일반적인 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 형성한다. 예컨대 일반적인 병행 평판 플라즈마 방식의 기판 처리 장치를 사용한다. 따라서 희생막을 형성하는 기판 처리 장치의 설명은 생략한다.
우선 플라즈마 CVD 장치에 기판(100)을 반입한다. 기판(100)은 도 1a에 도시된 상태다. 그렇기 때문에 기판(100)에는 제어 전극(101), 대좌(102), 대향 전극(103)이 형성된다.
기판(100) 반입 후, 기판(100)을 소정 온도로 가열하고 처리실에 실리콘 함유 가스와 산소 함유 가스를 공급한다. 실리콘 함유 가스는 탄소 성분이나 보론 성분 등의 불순물을 포함한다. 실리콘 함유 가스로서 예컨대 오르소규산테트라에틸[Si(OC2H5)4. TEOS라고도 부른다.] 가스가 이용된다. 산소 함유 가스로서 예컨대 산소(O2) 가스가 이용된다.
처리실에 공급된 TEOS 가스와 O2 가스는 서로 반응하고, 기판(100)의 일부, 제어 전극(101), 대좌(102), 대향 전극(103) 상에 희생막(104)이 형성된다. 도 5에 도시되는 바와 같이 형성되는 희생막(104)은 TEOS 가스에 포함되는 실리콘 및 탄소 성분과, O2 가스의 산소 성분을 포함하는 탄소 함유 SiO2막이다. 또한 실리콘 함유 가스로서 실리콘 성분 및 보론 성분을 포함하는 가스를 이용해도 좋다. 이 경우, 도 5에서는 탄소 성분 대신에 보론 성분을 포함하는 보론 함유 SiO2막이 형성된다.
소정 시간이 경과하고 소망 막 두께의 탄소 함유 SiO2막이 형성되면 각 처리 가스의 공급을 정지한다.
(희생막의 개질 공정)
계속해서 희생막(104)의 개질 공정에 대해서 설명한다. 희생막(104)의 개질 공정에서는 도 3에 도시된 기판 처리 장치(200)를 이용한다. 이하, 구체예를 설명한다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
(기판 반입 재치 공정)
기판 재치대(212)를 기판(100)의 반송 위치(반송 포지션)까지 하강시켜 기판 재치대(212)의 관통공(214)에 리프트 핀(207)을 관통시킨다. 그 결과, 리프트 핀(207)이 기판 재치대(212) 표면보다 소정의 높이만큼만 돌출된 상태가 된다. 이들의 동작과 병행하여 반송 공간(206)의 분위기를 배기하고, 인접하는 진공 반송실(미도시)과 같은 압력, 또는 인접하는 진공 반송실의 압력보다 낮은 압력으로 한다. 또한 여기서는 전술한 탄소등의 불순물을 함유한 희생막(104)이 형성된 기판(100)이 반입된다.
계속해서 게이트 밸브(149)를 열고 반송 공간(206)을 인접하는 진공 반송실과 연통시킨다. 그리고 이 진공 반송실로부터 미도시의 진공 반송 로봇을 이용하여 기판(100)을 반송 공간(206)에 반입한다.
(기판 처리 포지션 이동 공정)
소정 시간이 경과한 후, 기판 재치대(212)를 상승시켜 기판 재치면(211) 상에 기판(100)을 재치하고, 또한 도 3에 도시되는 바와 같이 기판 처리 포지션까지 상승시킨다.
(가열 공정)
기판 재치대(212)가 기판 처리 포지션에게 이동하면, 배기관(262)을 개재하여 처리실의 분위기를 배기하여 처리 공간(205)의 압력을 조정한다. 소정의 압력으로 조정하면서 기판(100)의 온도가 소정의 온도, 예컨대 500℃ 내지 600℃로 가열한다.
불순물을 함유한 상태에서 가열하는 것에 의해 희생막(104) 중의 Si-Si나, Si-O의 결합도를 높인다. 결합도를 높이는 것에 의해 SiO2막의 골격이 확립된다. 가열할 때 제3 가스 공급계로부터 불활성 가스를 공급한다. 불활성 가스를 공급하는 대신에 제1 가스 공급계로부터 O2 가스를 공급해도 좋다.
(개질 공정)
소정 시간 기판(100)을 가열하면, 가열 상태를 유지하면서 제1 가스 공급계(243)로부터 플라즈마 상태의 O2 가스를 공급한다. O2 가스는 RPU(243e)에 의해 플라즈마 상태로 변질된다.
도 6에 도시되는 바와 같이 산소 성분을 포함하는 산소 함유 가스를 플라즈마 상태로 하여 희생막(104)에 조사(照射)한다. 조사된 플라즈마 중의 산소 성분과, 희생막(104) 중의 탄소 성분이 반응하여 탄소 성분이 탈리된다. 그 때 탄소 성분이 탈리된 부분이 공공(空孔)(112)이 된다. 이와 같이 하여 희생막(104)은 공공(112)을 포함하는 막인 개질 희생막(113)으로 개질된다. 산소 함유 가스는 희생막을 개질하는 성질을 가지므로 개질 가스라고도 부른다.
개질 희생막(113)은 공공(112)을 내포하므로, 고웨트 에칭 레이트를 실현할 수 있다. 따라서 개질 희생막은 후에 형성하는 가동 전극에 대하여 에칭의 선택성을 가질 수 있다.
또한 탈리된 탄소 성분은 플라즈마 중의 산소 성분과 반응하여 CO2 가스가 되고 배기된다.
다음으로 비교예로서 가열 공정을 수행하지 않고 개질 공정을 수행하는 경우를 설명한다. 개질 공정에서는 기판(100)을 가열하는 것과 함께 산소 함유 가스로 플라즈마 처리한다. 이와 같이 처리하는 것에 의해 SiO2막 중의 탄소 성분을 탈리시킨다. 탄소 성분이 탈리된 후 도 6과 마찬가지로 공공이 형성된다.
공공의 형성과 병행하여 기판(100)이 가열되므로, SiO2막은 공공이 형성된 후에도 가열된다. 그러나 기판(100)을 가열하면 각 성분의 결합도가 높아지기 때문에 막이 수축된다. 또한 비교예에서는 희생막 중에 공공이 형성된다. 이상의 점에서 공공을 형성하면서 가열을 계속하면 희생막이 현저하게 수축되어 변형된다. 이 경우 개질 희생막(113)의 웨트 에칭 레이트가 낮아진다는 문제가 있다.
또한 희생막이 변형되면, 그 위에 형성되는 폴리실리콘 막은 변형된 희생막의 형상에 맞춰서 형성된다. 그렇기 때문에 폴리실리콘 막의 하면이 요철(凹凸)이 될 우려가 있다. 그러한 상태에서 가동 전극(111)에 전력을 공급하면, 전력이 요철 부분에 집중하거나, 또는 전력이 흐르기 어려워지는 등의 문제가 있다.
이에 대해 본 실시 형태에서는 가열 공정에서 결합도를 높여서 SiO2막의 골격을 확립하고 있으므로, 공공이 형성된 상태에서 가열해도 막이 수축되지 않으므로 변형되지 않는다. 그렇기 때문에 고웨트 에칭 레이트를 실현할 수 있다. 또한 희생막(104) 상에 요철이 없는 폴리실리콘 막을 형성할 수 있다.
[소수(疎水) 가공 공정]
소정 시간 O2 플라즈마를 조사하면, 밸브(243d)를 닫힘으로 하여 O2 플라즈마의 공급을 정지하는 함께, 밸브(245d)를 열림으로 하여 H2 플라즈마를 공급한다. 수소 함유 가스 공급계(245)로부터 공급된 수소는 RPU(243e)에서 플라즈마 상태가 된다.
기판(100) 상에 공급된 H2 플라즈마는 개질 희생막(113)의 표면의 Si 성분, O 성분과 반응하여 개질 희생막(113)의 표면이 수소 종단된다. 수소 종단되는 것에 의해 개질 희생막(113) 표면에 소수성을 가지게 한다.
이와 같이 소수성을 가지게 하는 것에 의해 대기 중의 수분이 개질 희생막(113) 내부의 공공(112)에 침투되는 것을 억제한다. 또한 여기서 말하는 대기란 예컨대 기판(100)을 다음 기판 처리 장치에 이동할 때 등에서 접촉하는 대기를 말한다.
여기서 개질 희생막(113) 내부에 수분이 침투한 경우를 설명한다. 도 1a 내지 도 2d에서 설명했듯이 희생막(104)을 웨트 에칭할 때까지 다양한 공정이 존재한다. 그 중 예컨대 폴리실리콘 막(108)을 형성하는 공정에서는 기판(100)을 가열 처리하지만 그 때 희생막(104) 중의 수분이 열팽창하여 희생막(104)이 변형되거나 파괴될 우려가 있다.
희생막(104)이 변형되거나 하면, 전술한 바와 같이 폴리실리콘 막(108)의 하면이 요철이 될 우려가 있다. 그러한 상태에서 가동 전극(111)에 전력을 공급하면 전력이 요철 부분에 집중되거나, 또는 전력이 흐르기 어려워지는 등의 문제가 있다.
한편, 본 실시 형태와 같이 수소 종단하면 개질 희생막(113) 내부에 수분이 침투하지 않으므로 희생막(104)의 변형 등을 억제할 수 있다. 즉 가동 전극(111)에 전력을 공급한 경우에 전력이 요철 부분에 집중되거나, 또는 전력이 흐르기 어려워지는 것을 억제할 수 있다.
보다 바람직하게는 수소 함유 가스를 공급하는 대신에 제2 가스 공급계(247)로부터 실리콘 함유 가스를 공급하는 것과 함께 제1 가스 공급계(243)로부터 산소 함유 가스를 공급하여, 도 7과 같이 개질 희생막(113) 상에 커버막인 SiO2막(114)을 형성하는 것이 바람직하다.
일반적으로 알려져 있듯이, 수소 종단을 한 경우 폴리실리콘 등의 밀착성이 낮다. 그렇기 때문에 개질 희생막(113) 상에 폴리실리콘 막(108)을 형성하기 어렵다. 한편, SiO2막이라면 SiO2막 중의 실리콘이나 산소 성분과 폴리실리콘이 결합되기 쉬우므로 폴리실리콘 막(108)을 용이하게 형성할 수 있다.
소정 시간 경과하고, 개질 희생막(113) 표면이 수소 종단되면, 또는 원하는 막 두께의 커버막이 형성되면 각 처리 가스의 공급을 정지한다.
(기판 반출 공정)
원하는 막 두께의 희생막이 형성되면 기판 재치대(212)를 하강시켜 기판(100)을 반송 포지션에 이동시킨다. 반송 포지션에 이동시킨 후 반송 공간(206)으로부터 기판(100)을 반출한다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명했지만 본 발명은 전술한 각 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
예컨대 전술한 각 실시 형태에서는 기판 처리 장치가 수행하는 성막 처리에서 제1 원소 함유 가스(제1 처리 가스)로서 산소 가스를 이용하여 개질하는 경우를 설명했지만, 희생막 중의 불순물과 반응하여 탈리되는 성질을 가지면 좋고, 예컨대 물(H2O) 가스이어도 좋다.
100: 기판
101: 제어 전극
102: 대좌 103: 대향 전극
104: 희생막 200: 기판 처리 장치
280: 컨트롤러
102: 대좌 103: 대향 전극
104: 희생막 200: 기판 처리 장치
280: 컨트롤러
Claims (21)
- 제어 전극, 대좌(臺座) 및 대향 전극을 피복하도록 형성되고 불순물을 함유한 희생막을 포함하는 기판을 처리실 내의 기판 재치부에 재치하는 공정;
상기 기판을 가열하는 공정; 및
상기 가열하는 공정 후, 상기 기판에 플라즈마 상태의 산소 함유 가스를 공급하여, 상기 희생막으로부터 상기 불순물을 탈리시켜서 개질 희생막으로 개질하는 공정
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 가열하는 공정에서는 상기 산소 함유 가스를 공급하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제2항에 있어서,
상기 개질하는 공정 후, 상기 개질 희생막 상에 수소 함유 가스를 공급하여 상기 개질 희생막을 종단하는 공정을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제3항에 있어서,
상기 수소 함유 가스는 플라즈마 상태인 반도체 장치의 제조 방법. - 제4항에 있어서,
상기 개질 희생막을 종단하는 공정은 상기 개질 희생막 공정과 같은 처리실에서 연속해서 수행되는 반도체 장치의 제조 방법. - 제3항에 있어서,
상기 개질 희생막을 종단하는 공정은 상기 개질 희생막 공정과 같은 처리실에서 연속해서 수행되는 반도체 장치의 제조 방법. - 제2항에 있어서,
상기 개질하는 공정 후, 상기 개질 희생막 상에 산소 함유 가스와 실리콘 함유 가스를 공급하여 커버막을 형성하는 공정을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 개질 희생막을 종단하는 공정은 상기 개질 희생막 공정과 같은 처리실에서 연속해서 수행되는 반도체 장치의 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 커버막을 형성한 후, 상기 커버막 상에 실리콘 함유막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 커버막을 형성한 후, 상기 커버막 상에 실리콘 함유막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 가열하는 공정에서는 불활성 가스를 공급하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 개질하는 공정 후, 상기 개질 희생막 상에 수소 함유 가스를 공급하여 상기 개질 희생막을 종단하는 공정을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 개질하는 공정 후, 상기 개질 희생막 상에 산소 함유 가스와 실리콘 함유 가스를 공급하여 커버막을 형성하는 공정을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 개질하는 공정 후, 상기 개질 희생막 상에 수소 함유 가스를 공급하여 상기 개질 희생막을 종단하는 공정을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제14항에 있어서,
상기 수소 함유 가스는 플라즈마 상태인 반도체 장치의 제조 방법. - 제14항에 있어서,
상기 개질 희생막을 종단하는 공정은 상기 개질 희생막 공정과 같은 처리실에서 연속해서 수행되는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 개질하는 공정 후, 상기 개질 희생막 상에 산소 함유 가스와 실리콘 함유 가스를 공급하여 커버막을 형성하는 공정을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제17항에 있어서,
상기 개질 희생막을 종단하는 공정은 상기 기판을 상기 기판 재치부에 재치한 상태에서 수행되는 반도체 장치의 제조 방법. - 제17항에 있어서,
상기 커버막을 형성한 후, 상기 커버막 상에 실리콘 함유막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제어 전극, 대좌, 대향 전극을 피복하도록 형성되고, 불순물을 함유한 희생막을 포함하는 기판을 재치하는 기판 재치부;
상기 기판을 가열하는 히터; 및
상기 기판을 가열하는 처리와, 그 후 상기 희생막으로부터 상기 불순물을 탈리시켜서 개질 희생막으로 개질하도록 상기 기판에 플라즈마 상태의 산소 함유 가스를 공급하는 처리를 수행하는 제어부
를 포함하는 기판 처리 장치. - 제어 전극, 대좌 및 대향 전극을 피복하도록 형성되고 불순물을 함유한 희생막을 포함하는 기판을 기판 재치부에 재치하는 단계;
상기 기판을 가열하는 단계; 및
상기 가열하는 단계 후, 상기 기판에 플라즈마 상태의 산소 함유 가스를 공급하여 상기 희생막으로부터 상기 불순물을 탈리시켜서 개질 희생막으로 개질하는 단계
를 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램을 기록하는 기록 매체.
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