KR20210093337A - 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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KR20210093337A
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히로히사 야마자키
켄이치 스자키
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

기판 상에 형성되는 금속산화막의 막 두께 균일성을 향상시키는 기술을 제공한다.
(a) 처리실 내의 기판에 대하여 금속 함유 가스를 공급하는 공정; 및 (b) 처리실 내의 기판에 대하여 산소 함유 가스의 유속을 7.0m/s 이상 8.5m/s 이하로 하고 산소 함유 가스의 분압을 9.0Pa 이상 12.0Pa 이하로 하여 산소 함유 가스를 공급하는 공정을 포함하는 기술이 제공된다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
본 개시(開示)는 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
최근 반도체 디바이스의 미세화, 고밀도화에 따라 게이트 절연막으로서 금속산화막[고유전율(High-k) 절연막]이 이용되기 시작했다. 또한 DRAM 커패시터의 용량을 증대시키기 위해서 커패시터 절연막으로의 금속산화막의 적용도 진행되고 있다. 이들 금속산화막에는 저온에서의 성막이 요구되고, 또한 표면의 평탄성, 요부(凹部) 매입성, 스텝 커버리지성이 뛰어나고, 또한 이물(異物)이 적은 성막 방법이 요구되고 있다. 금속산화막을 형성하는 기법 중 하나로서 처리실 내에 공급하는 처리 가스의 흐름을 분산시켜서 기판 상에 지르코늄산화막 등의 박막을 형성하는 방법이 있다(예컨대 특허문헌 1).
1. 일본 특개 2014-67783호 공보
하지만 처리 가스의 흐름을 분산시키면 기판의 중심에 충분한 양의 처리 가스를 공급하지 못하는 경우가 있어 막 두께 균일성이 악화되는 경우가 있다. 본 개시의 목적은 기판 상에 형성되는 금속산화막의 막 두께 균일성을 향상시키는 기술을 제공하는 데 있다.
본 개시의 일 형태에 따르면, (a) 처리실 내의 기판에 대하여 금속 함유 가스를 공급하는 공정; 및 (b) 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스의 유속을 7.0m/s 이상 8.5m/s 이하로 하고 상기 산소 함유 가스의 분압을 9.0Pa 이상 12.0Pa 이하로 하여 상기 산소 함유 가스를 공급하는 공정을 포함하는 기술이 제공된다.
본 개시에 따르면, 기판 상에 형성되는 금속산화막의 막 두께 균일성을 향상시키는 기술을 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 개시의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도(縱斷面圖)로 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 A-A선을 따른 개략적인 횡단면도(橫斷面圖).
도 3은 도 1에 도시하는 기판 처리 장치가 포함하는 컨트롤러의 구성을 도시하는 블록도.
도 4는 본 개시의 실시 형태에서의 성막 시퀀스를 도시하는 도면.
도 5는 종래와 본 개시의 실시 형태에서의 웨이퍼 면내(面內)와 평균 막 두께와의 관계를 도시하는 도면.
<본 개시의 일 실시 형태>
이하, 본 개시의 일 실시 형태에 대해서 도 1 내지 도 5를 참조하면서 설명한다. 기판 처리 장치(10)는 반도체 장치의 제조 공정에서 사용되는 장치의 일례로서 구성된다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
기판 처리 장치(10)는 가열 수단(가열 기구, 가열계)으로서의 히터(207)가 설치된 처리로(202)를 구비한다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보지판(保持板)으로서의 히터 베이스(미도시)에 지지되는 것에 의해 수직으로 설치된다.
히터(207)의 내측에는 히터(207)와 동심원 형상으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 아우터 튜브(203)가 배설(配設)된다. 아우터 튜브(203)는 예컨대 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색(閉塞)되고 하단이 개구(開口)된 원통 형상으로 형성된다. 아우터 튜브(203)의 하방(下方)에는 아우터 튜브(203)와 동심원 형상으로, 매니폴드(인렛 플랜지)(209)가 배설된다. 매니폴드(209)는 예컨대 스텐레스(SUS) 등의 금속에 의해 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 매니폴드(209)의 상단부와, 아우터 튜브(203) 사이에는 씰 부재로서의 O링(미도시)이 설치된다. 매니폴드(209)가 히터 베이스에 지지되는 것에 의해 아우터 튜브(203)는 수직으로 설치된 상태가 된다.
아우터 튜브(203)의 내측에는 반응 용기를 구성하는 이너 튜브(204)가 배설된다. 이너 튜브(204)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 주로 아우터 튜브(203)와 이너 튜브(204)와 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 통중공부(筒中空部)[이너 튜브(204)의 내측]에는 처리실(201)이 형성된다.
처리실(201)은 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 연직 방향에 다단으로 배열된 상태로 수용 가능하도록 구성된다.
처리실(201) 내에는 노즐(410, 420, 430, 440)이 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420, 430, 440)에는 가스 공급관(310, 320, 330, 340)이 각각 접속된다. 단, 본 실시 형태의 처리로(202)는 전술한 형태에 한정되지 않는다. 노즐 등의 개수는 필요에 따라 적절히 변경된다.
가스 공급관(310, 320, 330, 340)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(312, 322, 332, 342),개폐 밸브인 밸브(314, 324, 334, 344)가 각각 설치된다. 가스 공급관(310, 320, 330, 340)의 밸브(314, 324, 334, 344)의 하류측에는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(510, 520, 530, 540)이 각각 접속된다. 가스 공급관(510, 520, 530, 540)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(512, 522, 532, 542) 및 개폐 밸브인 밸브(514, 524, 534, 544)가 각각 설치된다.
노즐(410, 420, 430, 440)은 L자형의 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420, 430, 440)의 수직부는 이너 튜브(204)의 지름 방향 외향으로 돌출되고, 또한 연직 방향으로 연재되도록 형성된 채널 형상(홈[溝] 형상)의 예비실(201a)의 내부에 설치되고, 예비실(201a) 내에서 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 상방(上方)[웨이퍼(200)의 배열 방향 상방]을 향하여 설치된다.
노즐(410, 420, 430, 440)은 처리실(201)의 하부 영역으로부터 처리실(201)의 상부 영역까지 연재되도록 설치되고, 웨이퍼(200)와 대향되는 위치에 각각 복수의 가스 공급공(410a, 420a, 430a, 440a)이 설치된다. 이에 의해 노즐(410, 420, 430, 440)의 가스 공급공(410a, 420a, 430a, 440a)으로부터 각각 웨이퍼(200)에 처리 가스를 공급한다. 이 가스 공급공(410a, 420a, 430a, 440a)은 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 동일한 개구 피치로 설치된다. 단, 가스 공급공(410a, 420a, 430a, 440a)은 전술한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부를 향하서 개구 면적을 서서히 크게 해도 좋다. 이에 의해 가스 공급공(410a, 420a, 430a, 440a)으로부터 공급되는 가스의 유량을 보다 균일화하는 것이 가능해진다.
노즐(410, 420, 430, 440)의 가스 공급공(410a, 420a, 430a, 440a)은 후술하는 보트(217)의 하부로부터 상부까지의 높이의 위치에 복수 설치된다. 그렇기 때문에 노즐(410, 420, 430)의 가스 공급공(410a, 420a, 430a, 440a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된 처리 가스는 보트(217)의 하부로부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200), 즉 보트(217)에 수용된 웨이퍼(200)의 모든 영역에 공급된다. 노즐(410, 420, 430, 440)은 처리실(201)의 하부 영역으로부터 상부 영역까지 연재되도록 설치되면 좋지만, 보트(217)의 천장 부근까지 연재되도록 설치되는 것이 바람직하다.
가스 공급관(310)으로부터는 처리 가스로서 금속 함유 가스(금속 함유 원료 가스)가 MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 금속 함유 가스로서는 유기계 원료이며, 예컨대 지르코늄(Zr)을 포함하는 테트라키스에틸메틸아미노지르코늄{TEMAZ, Zr[N(CH3)C2H5]4}을 이용할 수 있다. TEMAZ는 상온상압에서 액체이며, 미도시의 기화기로 기화해서 기화 가스인 TEMAZ 가스로서 이용된다.
가스 공급관(320 내지 340)으로부터는 산화 가스로서 산소 함유 가스(산소 함유 가스, O 함유 가스)가 MFC(322, 332, 342), 밸브(324, 334, 344), 노즐(420, 430, 440)을 개재하여 가스 공급공(410a, 420a, 430a, 440a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다. 산소 함유 가스로서는 예컨대 오존(O3) 등이 이용된다.
주로 가스 공급관(310, 320, 330, 340), MFC(312, 322, 332, 342), 밸브(314, 324, 334, 344), 노즐(410, 420, 430, 440)에 의해 처리 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410, 420, 430, 440)만을 처리 가스 공급계로 생각해도 좋다. 처리 가스 공급계를 단순히 가스 공급계라고도 부를 수 있다. 가스 공급관(310)으로부터 금속 함유 가스를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(310), MFC(312), 밸브(314)에 의해 금속 함유 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410)을 금속 함유 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 가스 공급관(320, 330, 340)으로부터 산소 함유 가스를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(320), MFC(322), 밸브(324), 가스 공급관(330), MFC(332), 밸브(334), 가스 공급관(340), MFC(342), 밸브(344)에 의해 산소 함유 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(420, 430, 440)을 산소 함유 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 산소 함유 가스 공급계는 O3 가스 공급계라고도 부른다. 또한 주로 가스 공급관(510, 520, 530, 540), MFC(512, 522, 532, 542), 밸브(514, 524, 534, 544)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다. 불활성 가스 공급계를 퍼지 가스 공급계, 희석 가스 공급계 또는 캐리어 가스 공급계라고도 부를 수 있다.
본 실시 형태에서의 가스 공급의 방법은 이너 튜브(204)의 내벽과 복수 매의 웨이퍼(200)의 단부에 의해 정의되는 원환(圓環) 형상의 세로로 긴 공간 내, 즉 원통 형상의 공간 내의 예비실(201a) 내에 배치한 노즐(410, 420, 430, 440)을 경유해서 가스를 반송한다. 그리고 노즐(410, 420, 430, 440)의 웨이퍼와 대향되는 위치에 설치된 복수의 가스 공급공(410a, 420a, 430a, 440a)으로부터 이너 튜브(204) 내에 가스를 분출시킨다.
배기공(배기구)(204a)은 이너 튜브(204)의 측벽이며 노즐(410, 420, 430, 440)에 대향된 위치, 즉 예비실(201a)과는 180℃ 반대측의 위치에 형성된 관통공이며, 예컨대 연직 방향으로 가늘고 길게 개설(開設)된 슬릿 형상의 관통공이다. 그렇기 때문에 노즐(410, 420, 430, 440)의 가스 공급공(410a, 420a, 430a, 440a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되어, 웨이퍼(200)의 표면상을 흐른 가스, 즉 잔류하는 가스(잔류 가스)는 배기공(204a)을 개재하여 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(203) 사이에 형성된 극간으로 이루어지는 배기로(206) 내에 흐른다. 그리고 배기로(206) 내에 흐른 가스는 배기관(231) 내에 흐르고, 처리로(202) 외로 배출된다.
배기공(204a)은 복수의 웨이퍼(200)와 대향되는 위치[바람직하게는 보트(217)의 상부로부터 하부와 대향되는 위치]에 설치되고, 가스 공급공(410a, 420a, 430a, 440a)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 근방에 공급된 가스는 수평 방향, 즉 웨이퍼(200)의 표면과 평행 방향을 향하여 흐른 뒤, 배기공(204a)을 개재하여 배기로(206) 내에 흐른다. 즉 처리실(201)에 잔류하는 가스는 배기공(204a)을 개재하여 웨이퍼(200)의 주면에 대하여 평행하게 배기된다. 또한 배기공(204a)은 슬릿 형상의 관통공으로서 구성되는 경우에 한정되지 않고, 복수 개의 공에 의해 구성되어도 좋다.
매니폴드(209)에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치된다. 배기관(231)에는 상류측부터 순서대로 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245), APC(Auto Pressure Controller) 밸브(231a), 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속된다. APC 밸브(231a)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 밸브의 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있다. 주로 배기공(204a), 배기로(206), 배기관(231), APC 밸브(231a) 및 압력 센서(245)에 의해 배기계, 즉 배기 라인이 구성된다. 또한 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다.
매니폴드(209)의 하방에는 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구(爐口) 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)은 매니폴드(209)의 하단에 연직 방향 하측으로부터 당접(當接)되도록 구성된다. 씰 캡(219)은 예컨대 SUS 등의 금속에 의해 구성되고, 원반 형상으로 형성된다. 씰 캡(219)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 당접되는 씰 부재로서의 O링(미도시)이 설치된다. 씰 캡(219)에서의 처리실(201)의 반대측에는 웨이퍼(200)를 수용하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치된다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 씰 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속된다. 회전 기구(267)는 보트(217)를 회전시키는 것에 의해 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성된다. 씰 캡(219)은 아우터 튜브(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 연직 방향으로 승강되도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 씰 캡(219)을 승강시키는 것에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 보트(217) 및 보트(217)에 수용된 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는 복수 매, 예컨대 25매 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로, 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 연직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉 간격을 두고 배열시키도록 구성된다. 보트(217)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성된다. 보트(217)의 하부에는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되는 단열판(218)이 수평 자세로 다단(미도시)으로 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 재료에 의해 구성되는 통 형상의 부재로서 구성된 단열통을 설치해도 좋다.
이너 튜브(204) 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, 430, 440)과 마찬가지로 L자형으로 구성되고, 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 설치된다.
제어부(제어 수단)인 컨트롤러(280)는 CPU(Central Processing Unit)(280a), RAM(Random Access Memory)(280b), 기억 장치(280c), I/O 포트(280d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(280b), 기억 장치(280c), I/O 포트(280d)는 내부 버스를 개재하여 CPU(280a)과 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(280)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(282)가 접속된다.
기억 장치(280c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(280c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피등이 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 반도체 장치의 제조 방법에서의 각 공정(각 스텝)을 컨트롤러(280)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피, 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우 또는 프로세스 레시피 및 제어 프로그램의 조합을 포함하는 경우가 있다. RAM(280b)은 CPU(280a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(280d)는 전술한 MFC(312, 322, 332, 342, 512, 522, 532, 542), 밸브(314, 324, 334, 344, 514, 524, 534, 544), 압력 센서(245), APC 밸브(231a), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속된다.
CPU(280a)은 기억 장치(280c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(282)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(280c)로부터 레시피 등을 판독하도록 구성된다. CPU(280a)은 판독한 레시피의 내용을 따르도록 MFC(312, 322, 332, 342, 512, 522, 532, 542)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(314, 324, 334, 344, 514, 524, 534, 544)의 개폐 동작, APC 밸브(231a)의 개폐 동작 및 APC 밸브(231a)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, 보트(217)로의 웨이퍼(200)의 수용 동작 등을 제어하도록 구성된다.
컨트롤러(280)는 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](283)에 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(280c)나 외부 기억 장치(283)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체는 기억 장치(280c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(283) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(283)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
(2) 기판 처리 공정
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 기판에 대하여 금속 함유 가스와 산소 함유 가스를 공급해서 기판 상에 금속산화막을 형성하는 성막 공정을 수행하는 시퀀스 예에 대해서 도 4를 이용하여 설명한다. 성막 공정은 전술한 기판 처리 장치(10)의 처리로(202)를 이용해서 실행된다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에서는 기판으로서 복수의 웨이퍼(200)가 적재된 상태에서 수용된 처리실(201)을 소정 온도로 가열하면서 처리실(201)에, 노즐(410)에 개구되는 복수의 가스 공급공(410a)으로부터 원료 가스로서 TEMAZ 가스를 공급하는 공정과, 노즐(420, 430, 440)에 개구되는 가스 공급공(420a, 430a, 440a)으로부터 반응 가스를 공급하는 공정을 소정 횟수(n회) 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 Zr 및 O를 포함하는 지르코늄산화막(ZrO막)을 형성한다.
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. 또한 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 사용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우와 같은 의미이다.
(웨이퍼 반입)
복수 매의 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)한다. 구체적으로는 복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시되는 바와 같이 복수 매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링을 개재하여 반응관(203)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 APC 밸브(231a)가 피드백 제어된다(압력 조정). 진공 펌프(246)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한 처리실(201) 내가 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). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.
[성막 공정]
웨이퍼(200) 상에 금속산화막으로서 고유전율 산화막인 ZrO막을 형성하는 스텝을 실행한다.
(TEMAZ 가스 공급 스텝)
밸브(314)를 열고 가스 공급관(310) 내에 처리 가스로서 원료 가스인 TEMAZ 가스를 흘린다. TEMAZ 가스는 MFC(312)에 의해 유량 조정되고, 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 TEMAZ 가스가 공급된다. 이때 동시에 밸브(514)를 열고 가스 공급관(510) 내에 N2 가스를 흘린다. 가스 공급관(510) 내를 흐른 N2 가스는 MFC(512)에 의해 유량 조정된다. N2 가스는 TEMAZ 가스와 함께 노즐(410)의 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
또한 노즐(420, 430, 440) 내로의 TEMAZ 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(524, 534, 544)를 열고 가스 공급관(520, 530, 540) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 가스 공급관(320, 330, 340), 노즐(420, 430, 440)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
이때 APC 밸브(231a)를 적절히 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 20Pa 내지 500Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 본 명세서에서 「20Pa 내지 500Pa」와 같은 수치 범위의 표기는 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함되는 것을 의미한다. 따라서 예컨대 「20Pa 내지 500Pa」란 20Pa 이상 500Pa 이하를 의미한다. 그 외의 수치 범위에 대해서도 마찬가지이다. MFC(312)로 제어하는 TEMAZ 가스의 공급 유량은 예컨대 0.1g/분 내지 5.0g/분의 범위 내의 유량으로 한다. 웨이퍼(200)를 TEMAZ에 노출하는 시간, 즉 가스 공급 시간[조사(照射) 시간]은 예컨대 10초 내지 300초간의 범위 내의 시간으로 한다. 이때 히터 유닛(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 150℃ 내지 300℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다. TEMAZ 가스의 공급에 의해 웨이퍼(200) 상에 Zr 함유층이 형성된다. Zr 함유층에는 TEMAZ 가스에 유래되는 유기물[탄소(C), 수소(H), 질소(N) 등]이 잔류 원소로서 근소하게 잔류한다.
(잔류 가스 제거 스텝)
TEMAZ 가스를 소정 시간 공급한 후, 밸브(314)를 닫고 TEMAZ 가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(231a)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하여 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 반응에 기여한 후의 TEMAZ 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때 밸브(524, 534, 544)는 연 상태로 하여 N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 반응에 기여한 후의 TEMAZ 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.
(O3 가스 공급 스텝)
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(324, 334, 344)를 열고 가스 공급관(320, 330, 340) 내에 산소 함유 가스인 O3 가스를 흘린다. O3 가스는 MFC(322, 332, 342)에 의해 유량 조정되어 노즐(420, 430, 440)의 가스 공급공(420a, 430a, 440a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 O3 가스가 공급된다. 이때 동시에 밸브(524, 534, 544)를 열고 가스 공급관(520, 530, 540) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(520, 530, 540) 내를 흐른 N2 가스는 MFC(522, 532 542)에 의해 유량 조정되어 O3 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 이때 노즐(410) 내로의 O3 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(514)를 열고 가스 공급관(510) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 가스 공급관(310) 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.
O3 가스를 흘릴 때는 APC 밸브(231a)를 적절히 조정해서 처리실(201) 내의 압력은 예컨대 110Pa로 한다. MFC(322, 332, 342)로 제어하는 3개의 노즐(420, 430, 440)로부터 공급하는 O3 가스의 총 공급 유량은 예컨대 70slm으로 한다. MFC(322, 332, 342) 및 APC 밸브(231a)로 제어하는 O3 가스의 웨이퍼(200)의 중심부에서의 유속은 예컨대 7.0m/s 내지 8.5m/s의 범위 내의 유속으로 한다. O3 가스의 분압은 예컨대 9.0Pa[처리실(201) 내의 압력의 약 8.0%] 내지 12.0Pa[처리실(201) 내의 압력의 약 11.0%], 보다 바람직하게는 11.0Pa[처리실(201) 내의 압력의 10.0%]의 압력으로 한다. 오존 발생기로부터 처리실(201) 내에 공급되는 O3 가스의 농도는 예컨대 150g/Nm3 내지 300g/Nm3, 보다 바람직하게는 250g/Nm3로 한다. O3 가스의 농도가 150g/Nm3 미만이면 가스의 농도가 낮아서 막 중의 불순물(C, 카본)의 농도가 많아져 막질이 저하되는 경우가 있다. 또한 O3 가스의 농도가 300g/Nm3을 초과하면, 가스의 농도가 높아져 형성되는 ZrO층의 하지(下地)까지 산화되는 경우가 있다. 구체적으로는 DRAM 커패시터의 경우, 하지는 TiN막(티타늄질화막)이며, TiN막으로 구성되는 전극이 산화되면 TiO, TiON의 경계면의 산화막이 증가하기 때문에 EOT(등가산화 막 두께)이 증가하는 것이나, 이상 산화에 의해 응력이 발생해 TiN 전극이 무너지는 경우가 있다. 또한 Logic의 게이트 산화막의 경우, 하지는 Si막(실리콘막)이 되고, Si 경계면이 산화되면 SiO막이 증가하기 때문에 EOT가 증가하는 경우가 있다. O3 가스의 농도를 150g/Nm3 내지 300g/Nm3로 하는 것에 의해 막 중의 불순물의 농도가 높아지는 것을 억제하여 막질을 저하시키지 않고, 또한 형성되는 막의 하지까지 산화시키지 않고 ZrO막을 형성하는 것이 가능해진다. O3 가스에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간, 즉 가스 공급 시간(조사 시간)은 예컨대 30초 내지 120초간의 범위 내의 시간으로 한다. 이때의 히터 유닛(207)의 온도는 스텝(S101)과 마찬가지의 온도로 한다. O3 가스의 공급에 의해 웨이퍼(200) 상에 형성된 Zr 함유층이 산화되어 ZrO층이 형성된다. 이때 ZrO층에는 TEMAZ 가스에 유래되는 유기물[탄소(C), 수소(H), 질소(N) 등]이 근소하게 잔류한다.
또한 본 실시 형태에서는 3개의 노즐(420, 430, 440)을 이용해서 O3 가스를 공급하지만 노즐의 개수는 한정되지 않고, 예컨대 1개의 노즐로 O3 가스를 공급해도 상관없다.
O3 가스 공급의 처리 조건으로서 특히 O3 가스의 유속을 7.0m/s 내지 8.5m/s의 범위 내의 소정의 유속으로 하고, O3 가스의 분압을 9.0Pa[처리실(201)의 압력의 약 8.0%] 내지 12.0Pa[처리실의 압력의 약 11.0%]의 범위 내의 소정의 분압으로서 O3 가스 공급 스텝을 실행하는 것에 의해 웨이퍼의 중앙부까지 도달하는 O3 가스의 공급량이 충분해져 웨이퍼 면내에서의 산화가 충분히 수행되고, 웨이퍼 면내에서의 막 두께 균일성을 향상시킬 수 있다. 도 5에 웨이퍼 면내의 웨이퍼의 중앙부로부터 에지부까지의 사이에서의 같은 거리의 원주상 각각에서 복수 점의 막 두께를 측정하고, 그것들을 평균하여 얻어진 평균 막 두께를 도시한다. 도 5의 실선(602)로 도시하는 종래의 기법에 의한 평균 막 두께에 비해, 실선(601)로 도시하는 본 실시 형태의 기법에 의한 평균 막 두께에서는 평균 막 두께가 가장 작은 위치[실선(601)에서는 웨이퍼의 중앙부]에서의 막 두께와 평균 막 두께가 가장 큰 위치[실선(601)에서는 웨이퍼의 에지부]에서의 막 두께와의 막 두께 차이(ΔThickness)가 작게 이루어진다. 즉 도 5로부터 고유전율 산화막인 ZrO막의 웨이퍼의 면내 막 두께 균일성을 향상시키는 것이 가능해짐을 알 수 있다.
또한 O3 가스의 유속이 7.0m/s미만이면, 웨이퍼의 중앙부에 도달하는 O3 가스의 공급량이 부족하여 웨이퍼의 중앙부에서의 막 두께가 얇아지고, 웨이퍼 면내 막 두께 균일성이 소정의 분포가 되지 않는 경우가 있다. 또한 O3 가스의 유속이 8.5m/s를 초과하면, 노즐의 가스 공급공에 가스의 소용돌이가 발생하기 쉬워지기 때문에 웨이퍼의 에지 부분에서의 막 두께가 두꺼워져 웨이퍼 면내 막 두께 균일성이 소정의 분포가 되지 않는 경우가 있다. O3 가스의 분압이 9.0Pa 미만이면 산화가 불충분해지기 때문에 웨이퍼 면내 막 두께 균일성이 소정의 분포가 되지 않는 경우가 있다. 또한 O3 가스의 분압이 12.0Pa를 초과하면 성막 시에 하지 과산화에 의해, 특히 웨이퍼의 에지 부분에서의 막 두께가 두꺼워져 웨이퍼 면내 막 두께 균일성이 소정의 분포가 되지 않는 경우가 있다.
(잔류 가스 제거 스텝)
ZrO층이 형성된 후, 밸브(324)를 닫고 O3 가스의 공급을 정지한다. 그리고 O3 가스 공급 스텝 전의 잔류 가스 제거 스텝과 마찬가지의 처리 순서에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 ZrO층 형성에 기여한 후의 O3 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다.
(소정 횟수 실시)
전술한 스텝을 순서대로 수행하는 사이클을 1회 이상[소정 횟수(n회)] 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께의 ZrO막이 형성된다. 전술한 사이클은 복수 회 반복하는 것이 바람직하다. 이와 같이 ZrO막을 형성하는 경우에는 TEMAZ 가스와 O3 가스를 서로 혼합하지 않도록(시분할하여) 교호(交互)적으로 웨이퍼(200)에 대하여 공급한다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
성막 스텝이 종료되면, 밸브(514, 524, 534, 544)를 열고 가스 공급관(510, 520, 530, 540)의 각각으로부터 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(애프터 퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(웨이퍼 반출)
그 후, 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되어 반응관(203)의 하단이 개구된다. 그리고 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 반응관(203)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부에 반출(보트 언로드)된다. 그 후 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차지).
이상, 본 개시의 실시 형태에 대해서 구체적으로 설명했다. 하지만 본 개시는 전술한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한지 변경이 가능하다.
전술한 실시 형태에서는 고유전율 산화막으로서 ZrO막을 예시하지만, 이에 한정되지 않고, ZrO의 결합 에너지보다 낮은 또는 Zr 염화물의 증기압보다 높은 산화물(혼합 산화물을 포함한다)이면 좋다. 예컨대 고유전율 산화물로서 ZrOy, HfOy, AlxOy, HfSixOy, HfAlxOy, ZrSiOy, ZrAlOy, TixOy, TaxOy(x 및 y는 0보다 큰 정수 또는 소수이다.)가 이용된 경우에도 마찬가지로 적용 가능하다. 즉 지르코늄산화막, 하프늄산화막, 알루미늄산화막, 티타늄산화막, 탄탈산화막, 니오브산화막에도 적용가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 유기계 원료로서 TEMAZ를 예시하지만 이에 한정되지 않고, 그 외의 원료도 적용 가능하다. 예컨대 테트라키스에틸메틸아미노하프늄{Hf[N(CH3)CH2CH3]4, TEMAH} 등의 유기계 Hf 원료(유기계 Hf 원료를 포함하는 하프늄 함유 가스), 트리메틸알루미늄[(CH3)3Al, TMA] 등의 유기계 Al 원료(유기계 Al 원료를 포함하는 알루미늄 함유 가스), 트리스디메틸아미노실란{SiH[N(CH3)2]3, TDMAS} 등의 유기계 Si 원료(유기계 Si 원료를 포함하는 실리콘 함유 가스), 테트라키스디메틸아미노티타늄{Ti[N(CH3)2]4, TDMAT} 등의 유기계 Ti 원료(유기계 Ti 원료를 포함하는 티타늄 함유 가스), 펜타키스디메틸아미노탄탈{Ta[N(CH3)2]5, PDMAT} 등의 유기계 Ta 원료(유기계 Ta 원료를 포함하는 탄탈 함유 가스), 트리스디메틸아미노터셔리부틸이미노니오브{(tert-C4H9)N=Nb[N(C2H5)2]3, TBTDEN} 등의 유기계 Nb 원료(유기계 Nb 원료를 포함하는 니오브 함유 가스) 등도 적용 가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 성막 공정에서 O3 가스를 사용하는 예를 제시하지만 이에 한정되지 않고, 산소 함유 가스라면 기타의 원료도 적용 가능하다. 예컨대 산소(O2), O2 플라즈마, 수증기(H2O), 과산화수소(H2O2), 아산화질소(N2O) 등도 적용 가능하다.
또한 불활성 가스로서는 N2 가스 외에 Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.
이들 각종 박막의 형성에 이용되는 프로세스 레시피(처리 순서나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)는 기판 처리 등의 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 처리 등을 시작할 때, 기판 처리 등의 내용에 따라 복수의 프로세스 레시피 등의 중으로부터 적절한 프로세스 레시피 등을 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 기판 처리 등의 내용에 따라 개별로 준비된 복수의 프로세스 레시피 등을 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피 등을 기록한 기록 매체[외부 기억 장치(283)]를 개재하여 기판 처리 장치가 구비하는 기억 장치(280c) 내에 미리 격납(인스톨)해두는 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때 기판 처리 장치가 구비하는 CPU(280a)이 기억 장치(280c) 내에 격납된 복수의 프로세스 레시피 등의 중으로부터 기판 처리의 내용에 따라 적절한 프로세스 레시피 등을 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하는 것에 의해 1대(臺)의 기판 처리 장치로 다양한 막종, 조성비, 막질, 막 두께의 박막을 범용적으로 또한 재현성 좋게 형성할 수 있게 된다. 또한 오퍼레이터의 조작 부담(처리 순서나 처리 조건 등의 입력 부담 등)을 저감할 수 있고, 조작 실수를 회피하면서 기판 처리를 신속하게 시작할 수 있게 된다.
또한 본 개시는 예컨대 기존의 기판 처리 장치의 프로세스 레시피 등을 변경하는 것으로도 실현된다. 프로세스 레시피 등을 변경하는 경우에는 본 개시에 따른 프로세스 레시피 등을 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피 등을 기록한 기록 매체를 개재하여 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또한 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하고, 그 프로세스 레시피 등의 자체를 본 개시에 따른 프로세스 레시피 등에 변경하는 것도 가능하다.
10: 기판 처리 장치 280: 컨트롤러
200: 웨이퍼(기판) 201: 처리실

Claims (14)

  1. (a) 처리실 내의 기판에 대하여 금속 함유 가스를 공급하는 공정; 및
    (b) 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스의 유속을 7.0m/s 이상 8.5m/s 이하로 하고 상기 산소 함유 가스의 분압을 9.0Pa 이상 12.0Pa 이하로 하여 산소 함유 가스를 공급하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (a)와 (b)를 소정 횟수 반복 수행하는 것에 의해 상기 기판 상에 금속산화막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    (a)와 (b) 사이에 상기 처리실을 배기하는 공정을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    (b) 후에 상기 처리실을 배기하는 공정을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    (a)와 (b)를 소정 횟수 수행한 후에 상기 처리실 내에 불활성 가스를 공급하는 공정을 수행하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    (b)에서는 상기 산소 함유 가스의 농도를 150g/Nm3 이상 300g/Nm3 이하로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속 함유 가스는 지르코늄 함유 가스, 하프늄 함유 가스, 알루미늄 함유 가스, 실리콘 함유 가스, 티타늄 함유 가스, 탄탈 함유 가스 및 니오브 함유 가스 중 어느 하나인 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 산소 함유 가스는 오존, 산소, 산소 플라즈마, 수증기, 과산화수소 및 아산화질소 중 어느 하나인 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    (b)에서는 상기 산소 함유 가스는 처리실 내에 설치되는 복수 개의 노즐로부터 공급되는 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 금속산화막은 고유전율 산화막인 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 기판은 연직 방향에 다단으로 복수 매, 기판 보지구(保持具)에 보지되고,
    복수 매의 상기 기판 상에 상기 금속산화막이 형성되는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 기판 상에 형성되는 상기 금속산화막의 하지(下地)에는 티타늄질화막 또는 실리콘막이 형성되는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 기판을 처리하는 처리실;
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 금속 함유 가스를 공급하는 금속 함유 가스 공급계;
    상기 처리실 내의 기판에 대하여 산소 함유 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급계;
    상기 처리실 내를 배기하는 배기계;
    상기 처리실 내의 압력을 조정하는 압력 조정부; 및
    (a) 상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 금속 함유 가스를 공급하는 처리와, (b) 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 상기 산소 함유 가스의 유속을 7.0m/s 이상 8.5m/s 이하로 하고 상기 산소 함유 가스의 분압을 9.0Pa 이상 12.0Pa 이하로 하여 상기 산소 함유 가스를 공급하는 처리를 수행하는 것이 가능하도록, 상기 금속 함유 가스 공급계, 상기 산소 함유 가스 공급계, 상기 배기계 및 상기 압력 조정부를 제어하도록 구성되는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  14. (a) 기판 처리 장치의 처리실 내의 기판에 대하여 금속 함유 가스를 공급하는 순서; 및
    (b) 상기 처리실 내의 상기 기판에 대하여 산소 함유 가스의 유속을 7.0m/s 이상 8.5m/s 이하로 하고 상기 산소 함유 가스의 분압을 9.0Pa 이상 12.0Pa 이하로 하여 상기 산소 함유 가스를 공급하는 순서
    를 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4704894B2 (ja) * 2005-11-16 2011-06-22 国立大学法人京都大学 成膜方法及び成膜装置
JP5423205B2 (ja) * 2008-08-29 2014-02-19 東京エレクトロン株式会社 成膜装置
WO2012060379A1 (ja) * 2010-11-04 2012-05-10 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置
WO2012066977A1 (ja) * 2010-11-19 2012-05-24 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置
EP2770526B1 (en) * 2013-02-22 2018-10-03 IMEC vzw Oxygen monolayer on a semiconductor
JP6128969B2 (ja) * 2013-06-03 2017-05-17 株式会社日立国際電気 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
JP6602332B2 (ja) * 2017-03-28 2019-11-06 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014067783A (ja) 2012-09-25 2014-04-17 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理方法

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