KR20220040395A - 반도체 장치의 제조 방법, 프로그램 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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

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KR20220040395A
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substrate
layer
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타쿠야 조다
아리토 오가와
노리카즈 미즈노
쇼고 하야사카
코에이 쿠리바야시
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

평탄성을 가지는 막을 형성할 수 있다.
(a) (a1) 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원소 함유 가스를 공급하는 공정과 (a2) 상기 기판에 대하여 제1 환원 가스를 복수 회 공급하는 공정을 포함하고 (a1)과 (a2)를 순서대로 수행하는 제1층 형성 사이클을 1회 이상 실행하여, 상기 기판에 대하여 제1층을 형성하는 공정; 및 (b) (a)의 후(後)이며, (b1) 상기 기판에 대하여 제2 원소 함유 가스를 공급하는 공정과 (b2) 상기 기판에 대하여 제2 환원 가스를 공급하는 공정을 포함하고 (b1)과 (b2)를 순서대로 수행하는 제2층 형성 사이클을 1회 이상 실행하여, 상기 제1층 상에 제2층을 형성하는 공정을 포함한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법, 프로그램 및 기판 처리 장치{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, PROGRAM AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시(開示)는 반도체 장치의 제조 방법, 프로그램 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
3차원 구조를 가지는 NAND형 플래시 메모리나 DRAM의 워드 라인으로서 예컨대 저저항인 텅스텐(W)막이 이용되고 있다. 또한 이 W막과 절연막 사이에 배리어막으로서 예컨대 질화티타늄(TiN)막이 이용되는 경우가 있다(예컨대 특허문헌 1 및 특허문헌 2참조). TiN막은 W막과 절연막의 밀착성을 높이는 역할을 하고, 이 TiN막 상에 W막을 성장시키는 핵형 성막이 형성되는 경우가 있다.
1. 일본 특개 2011-66263호 공보 2. 국제공개 제2019/058608호 팸플릿
하지만 W막을 형성하는 홈[溝]의 매입(埋入) 폭이 미세하게 이루어져 있어 배리어 막이 평탄하지 않으면 W막의 부피가 감소해 W막의 저저항화가 어려워진다.
본 개시는 평탄성을 가지는 막을 형성하는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 형태에 따르면, (a) (a1) 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원소 함유 가스를 공급하는 공정과 (a2) 상기 기판에 대하여 제1 환원 가스를 복수 회 공급하는 공정을 포함하고 (a1)과 (a2)를 순서대로 수행하는 제1층 형성 사이클을 1회 이상 실행하여, 상기 기판에 대하여 제1층을 형성하는 공정; 및 (b) (a)의 후(後)이며, (b1) 상기 기판에 대하여 제2 원소 함유 가스를 공급하는 공정과 (b2) 상기 기판에 대하여 제2 환원 가스를 공급하는 공정을 포함하고 (b1)과 (b2)를 순서대로 수행하는 제2층 형성 사이클을 1회 이상 실행하여, 상기 제1층 상에 제2층을 형성하는 공정을 포함하는 기술이 제공된다.
본 개시에 따르면, 평탄성을 가지는 막을 형성할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 종형(縱型) 처리로의 개략을 도시하는 종단면도(縱斷面圖).
도 2는 도 1에서의 A-A선 개략 횡단면도(橫斷面圖).
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 4는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정의 시드층 형성 공정을 도시하는 도면.
도 5는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정의 TiN층 형성 공정을 도시하는 도면.
도 6a는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 공정을 이용하여 기판 상에 형성된 TiN막 표면의 TEM 이미지를 도시하는 도면.
도 6b는 비교예에서의 기판 상에 형성된 TiN막 표면의 TEM 이미지를 도시하는 도면.
도 7a 및 도 7b는 본 개시의 다른 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 처리로의 개략을 도시하는 종단면도.
도 8(A) 내지 도 8(D)는 각각 TiN막 중의 TiN층의 비율이 100%, 75%, 50%, 25%인 경우의 Si 기판의 단면을 도시하는 도면.
도 8(E) 내지 도 8(H)는 각각 도 8(A) 내지 도 8(D)에서의 Si 기판 상에 형성된 TiN막의 TEM 이미지를 도시하는 도면.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하면서 설명한다. 또한 이하의 설명에서 이용되는 도면은 모두 모식적인 것이며, 도면에 도시되는 각 요소의 치수의 관계, 각 요소의 비율 등은 현실의 것과 반드시 일치하지 않는다. 또한 복수의 도면의 상호간에서도 각 요소의 치수의 관계, 각 요소의 비율 등은 반드시 일치하지 않는다.
(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 재료로 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 금속으로 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 매니폴드(209)의 상단부와 아우터 튜브(203) 사이에는 씰 부재로서의 O링(220a)이 설치된다. 매니폴드(209)가 히터 베이스로 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 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 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 배열한 상태에서 수용 가능하도록 구성된다.
처리실(201) 내에는 노즐(410, 420, 430)이 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420, 430)에는 가스 공급관(310, 320, 330)이 각각 접속된다. 단, 본 실시 형태의 처리로(202)는 전술한 형태에 한정되지 않는다.
가스 공급관(310, 320, 330)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(312, 322, 332)가 각각 설치된다. 또한 가스 공급관(310, 320, 330)에는 개폐 밸브인 밸브(314, 324, 334)가 각각 설치된다. 가스 공급관(310, 320, 330)의 밸브(314, 324, 334)의 하류측에는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(510, 520, 530)이 각각 접속된다. 가스 공급관(510, 520, 530)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(512, 522, 532) 및 개폐 밸브인 밸브(514, 524, 534)가 각각 설치된다.
가스 공급관(310, 320, 330)의 선단부(先端部)에는 노즐(410, 420, 430)이 각각 연결 접속된다. 노즐(410, 420, 430)은 L자형의 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420, 430)의 수직부는, 이너 튜브(204)의 지름 방향 외향으로 돌출하고 또한 연직 방향으로 연재되도록 형성된 채널 형상(홈 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)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)이 설치된다. 이에 의해 노즐(410, 420, 430)의 가스 공급공(410a, 420a, 430a)으로부터 각각 웨이퍼(200)에 처리 가스를 공급한다. 이 가스 공급공(410a, 420a, 430a)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)은 전술한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부를 향해서 개구 면적을 서서히 크게 해도 좋다. 이에 의해 가스 공급공(410a, 420a, 430a)으로부터 공급되는 가스의 유량을 보다 균일화하는 것이 가능해진다.
노즐(410, 420, 430)의 가스 공급공(410a, 420a, 430a)은 후술하는 보트(217)의 하부로부터 상부까지의 높이의 위치에 복수 설치된다. 그렇기 때문에 노즐(410, 420, 430)의 가스 공급공(410a, 420a, 430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된 처리 가스는 보트(217)의 하부로부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200)의 모든 영역에 공급된다. 노즐(410, 420, 430)은 처리실(201)의 하부 영역으로부터 상부 영역까지 연재되하도록 설치되면 좋지만, 보트(217)의 천장 부근까지 연재되도록 설치되는 것이 바람직하다.
가스 공급관(310)으로부터는 처리 가스로서 제1 원소를 포함하는 원료 가스(제1 원소 함유 가스라고도 부른다)가 MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(320)으로부터는 처리 가스(제3 환원 가스라고도 부른다)가 MFC(322), 밸브(324), 노즐(420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(330)으로부터는 처리 가스로서 환원 가스(제1 환원 가스, 제2 환원 가스)가 MFC(332), 밸브(334), 노즐(430)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다.
가스 공급관(510, 520, 530)으로부터는 불활성 가스로서 예컨대 질소(N2) 가스가 각각 MFC(512, 522, 532), 밸브(514, 524, 534), 노즐(410, 420, 430)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 이하, 불활성 가스로서 N2 가스를 이용하는 예에 대해서 설명하지만 불활성 가스로서는 N2 가스 이외에 예컨대 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 크세논(Xe) 가스 등의 희(希)가스를 이용해도 좋다.
주로 가스 공급관(310, 320, 330), MFC(312, 322, 332), 밸브(314, 324, 334), 노즐(410, 420, 430)에 의해 처리 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410, 420, 430)만을 처리 가스 공급계라고 생각해도 좋다. 처리 가스 공급계는 단순히 가스 공급계라고 불러도 좋다. 가스 공급관(310)으로부터 원료 가스를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(310), MFC(312), 밸브(314)에 의해 원료 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410)을 원료 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 가스 공급관(320)으로부터 Si 함유 가스를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(320), MFC(322), 밸브(324)에 의해 Si 함유 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(420)을 Si 함유 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 가스 공급관(330)으로부터 환원 가스를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(330), MFC(332), 밸브(334)에 의해 환원 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(430)을 환원 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 가스 공급관(330)으로부터 환원 가스로서 N 함유 가스를 공급하는 경우, 환원 가스 공급계를 N 함유 가스 공급계라고도 부를 수 있다. 또한 주로 가스 공급관(510, 520, 530), MFC(512, 522, 532), 밸브(514, 524, 534)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다.
본 실시 형태에서의 가스 공급의 방법은 이너 튜브(204)의 내벽과, 복수 매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원환(圓環) 형상의 세로로 긴 공간 내의 예비실(201a) 내에 배치한 노즐(410, 420, 430)을 경유해서 가스를 반송한다. 그리고 노즐(410, 420, 430)의 웨이퍼와 대향되는 위치에 설치된 복수의 가스 공급공(410a, 420a, 430a)으로부터 이너 튜브(204) 내에 가스를 분출시킨다. 보다 구체적으로는 노즐(410)의 가스 공급공(410a), 노즐(420)의 가스 공급공(420a), 노즐(430)의 가스 공급공(430a)에 의해 웨이퍼(200)의 표면과 평행 방향을 향하여 처리 가스 등을 분출시킨다.
배기공(배기구)(204a)은 이너 튜브(204)의 측벽이며 노즐(410, 420, 430)과 대향되는 위치에 형성된 관통공이며, 예컨대 연직 방향으로 가늘고 길게 개설된 슬릿 형상의 관통공이다. 노즐(410, 420, 430)의 가스 공급공(410a, 420a, 430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 웨이퍼(200)의 표면상을 흐른 가스는 배기공(204a)을 개재하여 이너 튜브(204)가 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 위치에 설치되고, 가스 공급공(410a, 420a, 430a)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 근방에 공급된 가스는 수평 방향을 향하여 흐른 뒤, 배기공(204a)을 개재하여 배기로(206) 내에 흐른다. 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(243), 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속된다. APC 밸브(243)는 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것에 의해 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 수행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브의 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있다. 주로 배기공(204a), 배기로(206), 배기관(231), APC 밸브(243) 및 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 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 금속으로 구성되고, 원반 형상으로 형성된다. 씰 캡(219)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 당접하는 씰 부재로서의 O링(220b)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(반송계)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 간격을 두고 배열시키도록 구성된다. 보트(217)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성된다. 보트(217)의 하부에는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 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 재료로 구성되는 통 형상의 부재로서 구성된 단열통을 설치해도 좋다.
도 2에 도시하는 바와 같이 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)과 마찬가지로 L자형으로 구성되고, 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 설치된다.
도 3에 도시하는 바와 같이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는 CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스를 개재하여 CPU(121a)와 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(121)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속된다.
기억 장치(121c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(121c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 반도체 장치의 제조 방법에서의 각 공정(각 스텝)을 컨트롤러(121)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(121b)은 CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(121d)는 전술한 MFC(312, 322, 332, 512, 522, 532), 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534), 압력 센서(245), APC 밸브(243), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속된다.
CPU(121a)는 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 레시피 등을 판독하도록 구성된다. CPU(121a)는 판독한 레시피의 내용을 따르도록 MFC(312, 322, 332, 512, 522, 532)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(314, 324, 334, 514, 524, 534)의 개폐 동작, APC 밸브(243)의 개폐 동작 및 APC 밸브(243)에 의한 압력 센서(245)에 기초하는 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 보트(217)에의 웨이퍼(200)의 수용 동작 등을 제어하도록 구성된다.
컨트롤러(121)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](123)에 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체는 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(123)를 이용하지 않고 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
(2) 기판 처리 공정
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 웨이퍼(200) 상에 TiN막을 형성하는 공정의 일례에 대해서 도 4 및 도 5를 이용하여 설명한다. TiN막을 형성하는 공정은 전술한 기판 처리 장치(10)의 처리로(202)를 이용하여 실행된다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
본 실시 형태에 의한 기판 처리 공정(반도체 장치의 제조 공정)에서는, (x) 웨이퍼(200)를 처리실(201)에 반입하는 공정; (a) 웨이퍼(200)에 대하여 제1 원소 함유 가스로서 금속 함유 가스를 공급하는 (a1) 공정과 웨이퍼(200)에 대하여 제1 환원 가스를 복수 회 공급하는 (a2) 공정을 포함하고 (a1)와 (a2)를 순서대로 수행하는 제1층 형성 사이클을 1회 이상 실행하여, 웨이퍼(200)에 대하여 시드층인 제1층을 형성하는 공정; 및 (b) (a)의 후(後)이며, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 원소 함유 가스로서 금속 함유 가스를 공급하는 (b1) 공정과 웨이퍼(200)에 대하여 제2 환원 가스를 공급하는 (b2) 공정을 포함하고 (b1)과 (b2)를 순서대로 수행하는 제2층 형성 사이클을 1회 이상 실행하여, 상기 제1층 상에 제2층을 형성하는 공정을 포함한다.
제1층 형성 사이클은, (a3) 웨이퍼(200)에 대하여 제3 환원 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고, (a3)는 (a3)이 수행되는 동안에 시작된다.
또한 제1층 형성 사이클은, (a3) 웨이퍼(200)에 대하여 제3 환원 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고, (a3)는 (a1) 후에도 수행된다.
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우는 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등과의 적층체」를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 단어를 사용한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면」을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 사용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우와 같은 의미이다.
(웨이퍼 반입)
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 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220b)을 개재하여 반응관(203)의 하단 개구를 폐색한 상태가 된다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내, 즉 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 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(243)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.
[제1층(시드층) 형성 공정]
(제1 원소 함유 가스 공급, 제1 스텝)
밸브(314)를 열고 가스 공급관(310) 내에 제1 원소 함유 가스를 흘린다. 제1 원소 함유 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 제1 원소 함유 가스가 공급된다. 이때 동시에 밸브(514)를 열고 가스 공급관(510) 내에 불활성 가스를 흘려도 좋다. 이때 노즐(420, 430) 내로의 제1 원소 함유 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(524, 534)를 열고 가스 공급관(520, 530) 내에 불활성 가스를 흘려도 좋다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 3,990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(312)로 제어하는 제1 원소 함유 가스의 공급 유량은 예컨대 0.1slm 내지 2.0slm의 범위 내의 유량으로 한다. 이하에서 히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 300℃ 내지 550℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정해서 수행한다. 또한 본 개시에서의 「1Pa 내지 3,990Pa」와 같은 수치 범위의 표기는 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함되는 것을 의미한다. 따라서 예컨대 「1Pa 내지 3.990Pa」란 「1Pa 이상 3,990Pa 이하」를 의미한다. 다른 수치 범위에 대해서도 마찬가지이다.
이때 웨이퍼(200)에 대하여 제1 원소 함유 가스가 단독으로 공급된다. 여기서 제1 원소 함유 가스로서는 제1 원소로서 예컨대 티타늄(Ti)을 포함하고, 할로겐을 포함하는 할로겐계 원료(할로겐화물, 할로겐계 티타늄 원료)로서의 4염화티타늄(TiCl4)이 이용된다. 제1 원소 함유 가스의 공급에 의해 웨이퍼(200)[표면의 하지막(下地膜)] 상에 제1 원소 함유층이 형성된다. 여기서 제1 원소 함유 가스가 TiCl4 가스인 경우, Ti 함유층은 Ti 원소를 포함하는 층이다. 또한 Cl을 포함하는 Ti층이어도 좋고, TiCl4의 흡착층이어도 좋고, 그것들의 양방을 포함해도 좋다.
(제1 원소 함유 가스와 제3 환원 가스의 동시 공급, 제2 스텝)
제1 원소 함유 가스의 공급 시작으로부터 소정 시간 경과 후이며 예컨대 0.01초 내지 5초 후에 밸브(324)를 열고 가스 공급관(320) 내에 제3 환원 가스를 흘린다. 제3 환원 가스는 MFC(322)에 의해 유량 조정되어 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(524)를 열고 가스 공급관(520) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘려도 좋다. 이때 노즐(430) 내로의 제1 원소 함유 가스와 제3 환원 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(534)를 열고 가스 공급관(530) 내에 불활성 가스를 흘려도 좋다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 제1 원소 함유 가스와 제3 환원 가스가 동시에 공급된다. 즉 적어도 제1 원소 함유 가스와 제3 환원 가스가 동시에 공급되는 타이밍을 가진다. 바꿔 말하면 제1 원소 함유 가스 공급 중에 웨이퍼(200)에 대하여 제3 환원 가스를 공급하는 공정을 포함한다. 이때 2사이클째 이후의 제1 원소 함유 가스 공급 중에 발생하는 반응 부생성물이 제거되어 제1 원소의 흡착 사이트를 증가시키는 것이 가능해진다. 또한 제3 환원 가스로서는 예컨대 실리콘(Si) 함유 가스가 이용된다. Si 함유 가스로서는 예컨대 실란계 가스 또는 클로로실란계 가스를 이용할 수 있다. 실란계 가스로서는 실란(SiH4)계의 가스를 이용할 수 있다. 또한 클로로실란계 가스로서는 헥사클로로디실란(Si2Cl6)계의 가스를 이용할 수 있다. 여기서 실란계의 가스나 클로로실란계의 가스란 상기 가스의 Si, H, Cl의 수가 다른 가스다. 실란계 가스로서는 예컨대 디실란(Si2H6) 가스, 트리실란(Si3H8) 가스, 테트라실란(Si4H10) 가스 등을 이용할 수 있다. 클로로실란계의 가스로서는 예컨대 모노클로로실란(SiH3Cl) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3) 가스 등을 이용할 수 있다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 130Pa 내지 3,990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(322)로 제어하는 제3 환원 가스의 공급 유량은 예컨대 0.1slm 내지 5slm의 범위 내의 유량으로 한다.
(제3 환원 가스 공급, 제3 스텝)
제1 원소 함유 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 0.01초 내지 10초 후에 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫고 제1 원소 함유 가스의 공급을 정지한다. 이때 노즐(410, 430) 내로의 제3 환원 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(514, 534)를 열고 가스 공급관(510, 530) 내에 불활성 가스를 흘려도 좋다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 제3 환원 가스가 단독으로 공급된다. 이때 또한 2사이클째 이후의 제1 원소 함유 가스 공급 중에 발생하는 반응 부생성물이 제거되어 제1 원소의 흡착 사이트를 증가시키는 것이 가능해진다.
(퍼지, 제4 스텝)
다음으로 퍼지 공정(제4 스텝)으로서 불활성 가스 공급(제4-1 스텝)과, 배기(제4-2 스텝)과, 불활성 가스 공급(제4-3 스텝)을 이 순서대로 수행한다.
<불활성 가스 공급, 제4-1 스텝>
제3 환원 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 0.01초 내지 60초 후에 밸브(324)를 닫고 제3 환원 가스의 공급을 정지한다. 이때 밸브(514, 524, 534)를 열고 불활성 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 시작한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)의 개도는 약 50%에서 풀 오픈으로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1 원소 함유층 형성에 기여한 후의 제1 원소 함유 가스와 제3 환원 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 여기서 제1 원소 함유 가스로서 TiCl4 가스를 이용하고, 제3 환원 가스로서 SiH4 가스를 이용하는 경우, 성장 저해 요인인 HCl이 SiH4와 반응하여 4염화규소(SiCl4)와 H2로서 처리실(201) 내로부터 배출된다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 1slm 내지 10slm으로 한다. 불활성 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은 예컨대 0.1초 내지 10초로 한다.
<배기, 제4-2 스텝>
제4-1 스텝에서의 불활성 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 0.1초 내지 10초 후에 밸브(514, 524, 534)를 닫고 불활성 가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)의 개도는 약 50%에서 풀 오픈인 상태로 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기한다. 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1 원소 함유층 형성에 기여한 후의 제1 원소 함유 가스와 제3 환원 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과가 높아진다. 불활성 가스의 공급을 정지해서 배기하는 시간은 예컨대 2초로 한다.
<불활성 가스 공급, 제4-3 스텝>
제4-2 스텝에서의 배기를 시작하고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 2초 후에 밸브(514, 524, 534)를 열고 불활성 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 시작한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)의 개도는 약 50%에서 풀 오픈인 상태로 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내를 불활성 가스 분위기로 치환한다. 이때 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 3.6slm으로 한다. 불활성 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은 예컨대 2초로 한다.
(제1 환원 가스 공급, 제5 스텝)
다음으로 제1 환원 가스 공급 공정(제5 스텝)으로서 제1 환원 가스 공급(제5-1 스텝)과, 퍼지(제5-2 스텝)를 순서대로 수행하는 사이클을 소정 횟수(예컨대 4회) 수행한다. 즉 제5 스텝에서는 웨이퍼(200)에 대하여 제1 환원 가스를 복수 회 공급한다.
<제1 환원 가스 공급, 제5-1 스텝>
제4-3 스텝에서의 불활성 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 0.1초 내지 10초 후에 밸브(514, 524, 534)를 닫고 불활성 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 정지한다. 이때 밸브(334)를 열고 가스 공급관(330) 내에 제1 환원 가스를 흘린다. 제1 환원 가스는 MFC(332)에 의해 유량 조정되어 노즐(430)의 가스 공급공(430a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 제1 환원 가스가 공급된다. 또한 이때 동시에 밸브(534)를 열고 가스 공급관(530) 내에 불활성 가스를 흘려도 좋다. 또한 노즐(410, 420) 내로의 제1 환원 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(514, 524)를 열고 가스 공급관(510, 520) 내에 불활성 가스를 흘려도 좋다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 1Pa 내지 3,990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(332)로 제어하는 제1 환원 가스의 공급 유량은 예컨대 0.1slm 내지 30slm의 범위 내의 유량으로 한다. 제1 환원 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은 예컨대 0.01초 내지 30초의 범위 내의 시간으로 한다.
이때 웨이퍼에 대하여 제1 환원 가스가 단독으로 공급된다. 여기서 제1 환원 가스로서는 예컨대 질소(N)를 포함하고 수소(H)을 포함하는 가스인 암모니아(NH3) 가스, 디아젠(N2H2) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, 트리아젠(N3H3) 가스를 이용할 수 있다. 제1 환원 가스로서 NH3 가스를 이용하는 경우, NH3 가스는 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti 함유층의 적어도 일부와 치환 반응한다. 치환 반응 시에는 Ti 함유층에 포함되는 Ti와 NH3 가스에 포함되는 N이 결합하여 웨이퍼(200) 상에 TiN층이 형성된다.
<퍼지, 제5-2 스텝>
제1 환원 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 0.01초 내지 60초 후에 밸브(334)를 닫고 제1 환원 가스의 공급을 정지한다. 그리고 퍼지 공정(제5-2 스텝)로서 불활성 가스 공급과 배기를 순서대로 수행한다.
즉 밸브(514, 524, 534)를 열고 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하는 불활성 가스 공급과, 밸브(514, 524, 534)를 닫고 처리실(201) 내로의 불활성 가스의 공급을 정지하고 처리실(201) 내를 배기하는 배기를 순서대로 수행한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1 원소 함유층의 형성에 기여한 후의 제1 환원 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 불활성 가스 공급과 배기를 연속해서 수행하여 처리실(201) 내의 압력을 내리는 것에 의해 제1 환원 가스가, 웨이퍼(200) 상에 흡착하는 미반응의 제1 원소 함유 가스의 분자와 접촉하는 확률을 향상시킬 수 있다.
<소정 횟수 실시>
전술한 제5-1 스텝과 제5-2 스텝을 순서대로 수행하는 사이클을 소정 횟수이며 예컨대 4회 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 제1 원소 함유층을 형성한다. 즉 제1 환원 가스를 복수 회 공급하는 동안에 퍼지 공정을 수행한다. 또한 본 스텝에서의 4회째의 제5-2 스텝은 후술하는 1회째의 제6 스텝과 중복되기 때문에 수행하지 않는다.
(퍼지, 제6 스텝)
다음으로 퍼지 공정(제6 스텝)으로서 불활성 가스 공급(제6-1 스텝)과 배기(제6-2 스텝)를 순서대로 수행하는 사이클을 소정 횟수(예컨대 4회) 수행한다.
<불활성 가스 공급, 제6-1 스텝>
즉 밸브(514, 524, 534)를 열고 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1 원소 함유층의 형성에 기여한 후의 제1 환원 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 여기서 제1 환원 가스로서 NH3 가스를 이용하는 경우, 성장 저해 요인인 HCl이 NH3과 반응하여 NH4Cl로서 처리실(201) 내로부터 배출된다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 0.1slm 내지 50slm으로 한다. 이때의 불활성 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은 예컨대 1초 내지 10초로 한다.
<배기, 제6-2 스텝>
제6-1 스텝에서의 불활성 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후이며 5초 후에 밸브(514, 524, 534)를 닫고 불활성 가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기한다. 불활성 가스의 공급을 정지해서 배기하는 시간은 예컨대 1초 내지 10초로 한다.
<소정 횟수 실시>
전술한 제6-1 스텝과 제6-2 스텝을 순서대로 수행하는 사이클을 소정 횟수이며 예컨대 4회 수행한다. 이에 의해 본 공정에서의 2회째 이후의 제1 스텝에서의 제1 원소 함유 가스를 공급하기 전에 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1 원소 함유층의 형성에 기여한 후의 제1 환원 가스의 농도를 저감시켜, 제1 원소 함유 가스 공급 시에 생성되는 부생성물의 발생량을 저감할 수 있다. 즉 처리실(201) 내의 환경을 초기화할 수 있다.
(제3 환원 가스 공급, 제7 스텝)
다음으로 밸브(324)를 열고 가스 공급관(320) 내에 제3 환원 가스를 흘린다. 제3 환원 가스는 MFC(322)에 의해 유량 조정되고, 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 동시에 밸브(524)를 열고 가스 공급관(520) 내에 불활성 가스를 흘린다.
이때 APC 밸브(243)를 약 풀 오픈으로 한다. MFC(322)로 제어하는 제3 환원 가스의 공급 유량은 예컨대 0.1slm 내지 5slm으로 한다. 이때 동시에 MFC(522)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은 예컨대 0.1slm 내지 5slm으로 한다. 제3 환원 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은 예컨대 0.1초 내지 20초로 한다.
이때 웨이퍼(200)에 대하여 제3 환원 가스와 불활성 가스가 공급된다. 이에 의해 웨이퍼(200) 상의 제1 원소 함유층이, 제3 환원 가스가 포함하는 제3 원소의 함유층이며 결정(結晶) 입자(입자 지름)가 작고 밀도가 높은 제1층에 개질되고, 웨이퍼(200) 상에 제1층이 형성된다. 여기서 제1 원소 함유층이 TiN층이며, 제3 환원 가스가 SiH4 가스인 경우, 웨이퍼(200)의 표면(웨이퍼(200) 상에 형성된 TiN층의 표면)에 제1층으로서 TiSiN층이 형성된다.
(퍼지, 제8 스텝)
다음으로 퍼지 공정(제8 스텝)으로서 불활성 가스 공급(제8-1 스텝)과 배기(제8-2 스텝)와 불활성 가스 공급(제8-3 스텝)을 이 순서대로 수행한다.
<불활성 가스 공급, 제8-1 스텝>
제3 환원 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 0.1초 내지 20초 후에 밸브(324)를 닫고 제3 환원 가스의 공급을 정지한다. 이때 밸브(514, 524, 534)를 열린 상태로 하여 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)의 개도는 약 풀 오픈으로 해서 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1층 형성에 기여한 후의 제3 환원 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. 여기서 성장 저해 요인인 부생성물이 제3 환원 가스와 반응하고, 처리실(201) 내로부터 배출된다. 여기서 제3 환원 가스가 SiH4 가스인 경우, 4염화규소(SiCl4)와 H2로서 처리실(201) 내로부터 배출된다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 1slm 내지 50slm으로 한다. 불활성 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은 예컨대 0.1초 내지 10초로 한다.
<배기, 제8-2 스텝>
제8-1 스텝에서의 불활성 가스의 공급을 시작하고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 0.1초 내지 10초 후에 밸브(514, 524, 534)를 닫고 불활성 가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)의 개도는 풀 오픈으로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기한다. 불활성 가스의 공급을 정지해서 배기하는 시간은 예컨대 0.1초 내지 10초로 한다. 이에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제1층의 형성에 기여한 후의 제3 환원 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과가 높아진다.
<불활성 가스 공급, 제8-3 스텝>
제8-2 스텝에서의 배기를 시작하고 소정 시간이 경과한 후이며 예컨대 5초 후에 밸브(514, 524, 534)를 열고 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)의 개도는 약 풀 오픈으로 해서 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내를 불활성 가스 분위기로 치환한다. 이때 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용한다. MFC(512, 522, 532)로 제어하는 불활성 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 1slm 내지 50slm으로 한다. 불활성 가스를 웨이퍼에 대하여 공급하는 시간은 예컨대 5초로 한다. 이에 의해 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거되어서 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스 분위기로 치환된다. 또한 다음 사이클의 제1 원소 함유 가스의 흡착을 촉진시킬 수 있다.
(소정 횟수 실시)
전술한 제1 스텝 내지 제8 스텝을 순서대로 수행하는 사이클(즉, 제1층 형성 사이클)을 소정 횟수(n회), 1회 이상 수행하는(반복 수행하는) 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정 두께이며 예컨대 약 5Å 이상의 두께의, 시드층인 제1층을 형성한다. 본 공정(제1 스텝 내지 제8 스텝)은 1회 이상 수행하면 효과가 있지만, 바람직하게는 제1층의 두께가 약 5Å 이상이 될 때까지 수행한다. 또한 바람직하게는 약 10Å 이상이 될 때까지 수행한다. 또한 제1층으로서 제1 원소와 제3 원소를 포함하는 경우를 예시했지만, 제3 원소는 포함되지 않는 제1 원소를 포함하는 층이어도 좋다. 여기서 제1 원소 함유 가스로서 TiCl4가스를 이용하고, 제3 환원 가스로서 SiH4 가스를 이용하고, 제1 환원 가스로서 NH3 가스를 이용하는 경우, 제1층으로서 TiSiN층이 형성된다.
[제2층 형성 공정]
전술한 시드층 형성 공정에 의해 시드층으로서 제1층을 형성한 후, 이하의 제9 스텝 내지 제14 스텝을 반복 수행한다. 또한 본 공정에서의 제9 스텝 내지 제14 스텝은 전술한 시드층 형성 공정에서의 제1 스텝 내지 제6 스텝과 각각 마찬가지의 처리 순서이며, 간략화해서 설명한다.
(제2 원소 함유 가스 공급, 제9 스텝)
전술한 시드층 형성 공정의 제1 스텝에서의 제1 원소 함유 가스 공급과 마찬가지의 처리 순서에 의해 제2 원소를 포함하는 제2 원소 함유 가스를 처리실(201) 내에 공급한다. 이때 처리실(201) 내에는 제2 원소 함유 가스가 단독으로 공급된다. 여기서 제2 원소 함유 가스로서는 제2 원소로서 예컨대 티타늄(Ti)을 포함하고, 할로겐을 포함하는 할로겐계 원료(할로겐화물, 할로겐계 티타늄 원료)로서의 4염화티타늄(TiCl4)이 이용된다. TiCl4 가스의 공급에 의해 제1층이 형성된 웨이퍼(200) 상에 제2 원소 함유층이 형성된다.
(제2 원소 함유 가스와 제3 환원 가스의 동시 공급, 제10 스텝)
전술한 시드층 형성 공정의 제2 스텝에서의 제1 원소 함유 가스와 제3 환원 가스의 동시 공급과 마찬가지의 처리 순서에 의해 제3 환원 가스를 처리실(201) 내에 공급한다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 제2 원소 함유 가스와 제3 환원 가스가 동시에 공급된다. 즉 적어도 제2 원소 함유 가스와 제3 환원 가스는 동시에 공급되는 타이밍을 가진다. 바꿔 말하면, 제2 원소 함유 가스 공급 중에 웨이퍼(200)에 대하여 제3 환원 가스를 공급하는 공정을 포함한다. 이때 본 공정에서의 2사이클째 이후의 제2 원소 함유 가스 공급 중에 발생하는 반응 부생성물이 제거되어 제2 원소 등의 원소의 흡착 사이트를 증가시키는 것이 가능해져 피복률 향상에 기여된다.
이때 APC 밸브(243)를 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 130Pa 내지 3,990Pa의 범위 내의 압력으로 한다. 처리실(201) 내의 압력이 130Pa보다 낮으면, 제3 환원으로서 SiH4 가스를 이용하고 제2 원소 함유 가스로서 TiCl4 가스를 이용한 경우, SiH4 가스에 포함되는 Si가 제2 원소 함유층으로서의 Ti 함유층에 진입하고, 성막되는 TiN막에 포함되는 막 중의 Si 함유율이 높아져서 TiSiN막이 되어버릴 가능성이 있다. 처리실(201) 내의 압력이 3,990Pa보다 높을 경우도 마찬가지로, SiH4 가스에 포함되는 Si가 Ti 함유층에 진입하고, 성막되는 TiN막에 포함되는 막 중의 Si 함유율이 높아져서 TiSiN막이 되어버릴 가능성이 있다. 이와 같이 처리실(201) 내의 압력은 지나치게 낮거나 높아도 성막되는 막의 원소 조성이 변화된다.
(제3 환원 가스 공급, 제11 스텝)
전술한 시드층 형성 공정의 제3 스텝에서의 제3 환원 가스 공급과 마찬가지의 처리 순서에 의해 제2 원소 함유 가스의 공급을 정지하고, 처리실(201) 내에 제3 환원 가스를 단독으로 공급한다. 이때 본 공정에서의 2사이클째 이후의 제2 원소 함유 가스 공급 중에 발생하는 반응 부생성물이 제거되어 제2 원소 등의 원소의 흡착 사이트를 증가시키는 것이 가능해지고, 피복률 향상에 기여된다.
(퍼지, 제12 스텝)
전술한 시드층 형성 공정의 제4 스텝에서의 퍼지 공정의 불활성 가스 공급(제4-1 스텝)과 배기(제4-2 스텝)와 불활성 가스 공급(제4-3 스텝)과 각각 마찬가지의 처리 순서에 의해 불활성 가스 공급(제12-1 스텝)과 배기(제12-2 스텝)와 불활성 가스 공급(제12-3 스텝)을 이 순서대로 수행한다.
불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 처리실 내에 잔류하는 미반응 또는 제2 원소 함유층 형성에 기여한 후의 제2 원소 함유 가스와 제3 환원 가스가 처리실(201) 내로부터 배출된다. 또한 제3 환원 가스로서 SiH4 가스를 이용하는 경우, 성장 저해 요인인 반응 부생성물(HCl)이 SiH4와 반응하고, SiCl4과 H2로서 처리실(201) 내로부터 배출된다.
(제2 환원 가스 공급, 제13 스텝)
다음으로 전술한 시드층 형성 공정의 제5 스텝에서의 제1 환원 가스 공급 공정의 제1 환원 가스 공급(제5-1 스텝)과 퍼지(제5-2 스텝)와 각각 마찬가지의 처리 순서에 의해 제2 환원 가스 공급(제13-1 스텝)과 퍼지(제13-2 스텝)를 순서대로 수행하는 사이클을 소정 횟수(예컨대 4회) 수행한다. 즉 퍼지(제13-2 스텝)는 전술한 제5-2 스텝과 마찬가지로 불활성 가스 공급과 배기를 순서대로 수행한다. 제2 환원 가스로서 NH3 가스를 이용한 경우, 웨이퍼(200)에 대하여 NH3 가스를 공급하는 것에 의해 제1층 상에 형성된 Ti 함유층에 포함되는 Ti와 NH3 가스에 포함되는 N이 결합하여 제2층으로서의 TiN층이 형성된다. NH3 가스는 질소 함유 가스라고도 부른다. 그리고 제13-1 스텝과 제13-2 스텝을 순서대로 수행하는 사이클을 소정 횟수 수행하는 것에 의해 제1층 상에 소정의 두께의 제2층을 형성한다. 또한 본 스텝에서의 4회째의 제13-2 스텝은 후술하는 제14 스텝과 중복되기 때문에 수행하지 않는다.
(퍼지, 제14 스텝)
다음으로 전술한 시드층 형성 공정의 제6 스텝에서의 퍼지 공정의 불활성 가스 공급(제6-1 스텝)과 배기(제6-2 스텝)와 각각 마찬가지의 처리 순서에 의해 불활성 가스 공급(제14-1 스텝)과 배기(제14-2 스텝)를 순서대로 수행하는 사이클을 소정 횟수(예컨대 4회) 수행한다.
즉 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 제2층의 형성에 기여한 후의 제2 환원 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 불활성 가스는 퍼지 가스로서 작용한다.
(소정 횟수 실시)
전술한 제9 스텝 내지 제14 스텝을 순서대로 수행하는 사이클(즉, 제2층 형성 사이클)을 소정 횟수(m회), 1회 이상 실행하는 것에 의해 제1층 상에 소정의 두께의 제2층을 형성한다. 또한 m은 n보다 크게 설정된다. 즉 n은 m보다 작다. 즉 제1층 형성 공정에서의 제1 스텝 내지 제8 스텝을 순서대로 수행하는 사이클의 횟수는 제2층 형성 공정에서의 제9 스텝 내지 제14 스텝을 순서대로 수행하는 사이클의 횟수보다 적다. 여기서 제2 원소 함유 가스로서 TiCl4 가스를 이용하고, 제3 환원 가스로서 SiH4 가스를 이용하고, 제2 환원 가스로서 NH3 가스를 이용하는 경우, 제1층으로서의 TiSiN층 상에 소정 두께의 제2층으로서의 TiN층을 형성하여 TiN막이 형성된다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
가스 공급관(510 내지 530)의 각각으로부터 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. 불활성 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).
도 6a는 전술한 기판 처리 공정을 이용하여 웨이퍼(200) 상에 형성된 TiN막을 투과형 전자현미경(TEM)을 이용하여 투영한 TEM 이미지를 도시하는 도면이다. 도 6b는 웨이퍼(200) 상에 시드층을 형성하지 않고 형성된 TiN막 표면의 TEM 이미지를 도시하는 도면이다.
시드층(TiSiN층)을 형성하지 않는 TiN막은 도 6b에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(200) 상으로의 TiCl4의 흡착이 불충분해져 피복률이 악화된다. 이에 대하여, 본 실시 형태에서의 기판 처리 공정에서는 시드층 형성 공정에 의해 시드층을 형성한 후, TiN층 형성 공정에 의해 시드층 상에 TiN층을 형성해서 TiN막을 형성한다. 본 실시 형태에서는 결정 입자가 작고 밀도가 높은 TiSiN층이 형성되고, 그 TiSiN층 상에 TiN층을 형성해서 TiN막을 형성하는 것에 의해, 도 6a에 도시하는 바와 같이 고밀도로 평탄화된 TiN막을 형성할 수 있고, 웨이퍼(200) 상에 TiCl4을 충분히 흡착시켜서 피복률을 향상시킬 수 있다. 즉 TiN막의 표면에 형성되는 W막을 저저항화하는 것이 가능해진다.
(3) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) 밀도가 높고 평탄성을 가지는 막을 형성할 수 있다.
(b) 피복률을 향상시킬 수 있고, 예컨대 밀도가 높고 평탄성을 가지는 TiN막 상에 형성되는 W막의 저항률을 낮출 수 있다.
(c) 성장 저해 요인이 되는 반응 부생성물을 제거하여 Ti 등의 원소의 흡착 사이트를 증가시키는 것이 가능해진다.
또한 상기 실시 형태에서는 웨이퍼(200) 상에 TiN막을 형성하는 경우에 시드층(제1층)으로서 TiSiN층을 형성하는 경우를 이용하여 설명했지만, 본 개시는 이에 한정되지 않고, 질화붕소(BN)막, 질화몰리브덴(MoN)막 등을 형성하는 경우에 각각 시드층으로서 질화규화붕소(BSiN)층, 질화규화몰리브덴(MoSiN)층, 질화알루미늄(AlN)층을 형성해도 좋다. 이러한 경우에도 전술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서는 제1 원소 함유 가스로서 제1 원소로서의 Ti를 포함하는 TiCl4 가스를 이용하는 경우를 이용하여 설명했지만 본 개시는 이에 한정되지 않고, 제1 원소로서의 붕소(B) 또는 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나와 할로겐을 포함하는 가스이며, 예컨대 3염화붕소(BCl3) 가스, 디보란(B2H6) 가스, 몰리브덴디클로라이드디옥시드(MoO2Cl2) 가스, 5염화몰리브덴(MoCl5), 몰리브덴테트라클로라이드옥시드(MoOCl4), 트리메틸알루미늄[(CH3)3Al], 염화알루미늄(AlCl3) 등의 가스를 이용하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
또한 상기 실시 형태에서는 제2 원소 함유 가스로서 제2 원소로서의 Ti를 포함하는 TiCl4 가스를 이용하는 경우를 이용하여 설명했지만 본 개시는 이에 한정되지 않고, 제2 원소로서의 붕소(B) 또는 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나와 할로겐을 포함하는 가스이며, 예컨대 3염화붕소(BCl3) 가스, 디보란(B2H6) 가스, 몰리브덴디클로라이드디옥시드(MoO2Cl2) 가스, 5염화 몰리브덴(MoCl5), 몰리브덴테트라클로라이드옥시드(MoOCl4), 트리메틸알루미늄[(CH3)3Al], 염화알루미늄(AlCl3) 등의 가스를 이용하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
즉 제1 원소 함유 가스의 제1 원소와 제2 원소 함유 가스의 제2 원소는 같은 원소이어도 좋고, 다른 원소이어도 좋다.
또한 상기 실시 형태에서는 시드층 형성 공정에서의 제1 환원 가스 및 TiN층 형성 공정에서의 제2 환원 가스로서 NH3 가스를 이용하는 경우를 이용하여 설명했지만 본 개시는 이에 한정되지 않는다.
즉 시드층 형성 공정에서 성막 공정과 다른 가스종을 이용해도 좋다.
또한 상기 실시 형태에서는 Si 함유 가스로서 SiH4 가스를 이용하는 경우를 이용하여 설명했지만 본 개시는 이에 한정되지 않고, 실란계 가스 또는 헥사클로로디실란(Si2Cl6) 가스 등의 클로로실란계의 가스를 이용하는 경우에 적용 가능하다.
또한 전술한 실시 형태에서는 한 번에 복수 매의 기판을 처리하는 뱃치(batch)식의 종형 장치인 기판 처리 장치를 이용하여 성막하는 예에 대해서 설명했지만 본 개시는 이에 한정되지 않고, 한 번에 1매 또는 여러 매의 기판을 처리하는 매엽(枚葉)식의 기판 처리 장치를 이용하여 성막하는 경우에도 바람직하게 적용할 수 있다.
예컨대 도 7a에 도시하는 처리로(302)를 구비한 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 경우에도 본 개시는 바람직하게 적용할 수 있다. 처리로(302)는 처리실(301)을 형성하는 처리 용기(303)와, 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 샤워 헤드(303s)와, 1매 또는 여러 매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 지지하는 지지대(317)와, 지지대(317)를 하방으로부터 지지하는 회전축(355)과, 지지대(317)에 설치된 히터(307)를 구비한다. 샤워 헤드(303s)의 인렛(가스 도입구)에는 전술한 원료 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332a)와, 전술한 반응 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332b)와, 전술한 산소 함유 가스, 실리콘 함유 가스 또는 할로겐 함유 가스를 공급하는 가스 공급 포트(332c)가 접속된다. 가스 공급 포트(332a)에는 전술한 실시 형태의 원료 가스 공급계와 마찬가지의 원료 가스 공급계가 접속된다. 가스 공급 포트(332b)에는 전술한 실시 형태의 반응 가스 공급계와 마찬가지의 반응 가스 공급계가 접속된다. 가스 공급 포트(332c)에는 전술한 산소 함유 가스, 실리콘 함유 가스 또는 할로겐 함유 가스 공급계와 마찬가지의 가스 공급계가 접속된다. 샤워 헤드(303s)의 아웃렛(가스 배출구)에는 처리실(301) 내에 가스를 샤워 형상으로 공급하는 가스 분산판이 설치된다. 처리 용기(303)에는 처리실(301) 내를 배기하는 배기 포트(331)가 설치된다. 배기 포트(331)에는 전술한 실시 형태의 배기계와 마찬가지의 배기계가 접속된다.
또한 예컨대 도 7b에 도시하는 처리로(402)를 구비한 기판 처리 장치를 이용하여 막을 형성하는 경우에도 본 개시는 바람직하게 적용할 수 있다. 처리로(402)는 처리실(401)을 형성하는 처리 용기(403)와, 1매 또는 여러 매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 지지하는 지지대(417)와, 지지대(417)를 하방으로부터 지지하는 회전축(455)과, 처리 용기(403)의 웨이퍼(200)를 향하여 광 조사를 수행하는 램프 히터(407)와, 램프 히터(407)의 광을 투과시키는 석영창(403w)을 구비한다. 처리 용기(403)에는 전술한 원료 가스를 공급하는 가스 공급 포트(432a)와, 전술한 반응 가스를 공급하는 가스 공급 포트(432b)와, 전술한 산소 함유 가스, 실리콘 함유 가스 또는 할로겐 함유 가스를 공급하는 가스 공급 포트(432c)가 접속된다. 가스 공급 포트(432a)에는 전술한 실시 형태의 원료 가스 공급계와 마찬가지의 원료 가스 공급계가 접속된다. 가스 공급 포트(432b)에는 전술한 실시 형태의 반응 가스 공급계와 마찬가지의 반응 가스 공급계가 접속된다. 가스 공급 포트(432c)에는 전술한 실시 형태의 산소 함유 가스, 실리콘 함유 가스 또는 할로겐 함유 가스 공급계와 마찬가지의 가스 공급계가 접속된다. 처리 용기(403)에는 처리실(401) 내를 배기하는 배기 포트(431)가 설치된다. 배기 포트(431)에는 전술한 실시 형태의 배기계와 마찬가지의 배기계가 접속된다.
이러한 기판 처리 장치를 이용하는 경우에서도 전술한 실시 형태와 마찬가지의 시퀀스, 처리 조건으로 성막을 수행할 수 있다.
이 각종 박막의 형성에 이용되는 프로세스 레시피(처리 순서나 처리 조건 등이 기재된 프로그램)는 기판 처리의 내용(형성하는 박막의 막종, 조성비, 막질, 막 두께, 처리 순서 처리 조건 등)에 따라 각각 개별로 준비하는(복수 준비하는) 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때, 기판 처리의 내용에 따라 복수의 프로세스 레시피 중에서 적절한 프로세스 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 기판 처리의 내용에 따라서 개별로 준비된 복수의 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체[외부 기억 장치(123)]를 개재하여 기판 처리 장치가 구비하는 기억 장치(121c) 내에 미리 격납(인스톨)해두는 것이 바람직하다. 그리고 기판 처리를 시작할 때, 기판 처리 장치가 구비하는 CPU(121a)가 기억 장치(121c) 내에 격납된 복수의 프로세스 레시피 중으로부터 기판 처리의 내용에 따라 적절한 프로세스 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 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 레시피를 변경하는 것으로도 실현된다. 프로세스 레시피를 변경하는 경우는 본 개시에 따른 프로세스 레시피를 전기 통신 회선이나 상기 프로세스 레시피를 기록한 기록 매체를 개재하여 기존의 기판 처리 장치에 인스톨하거나, 또한 기존의 기판 처리 장치의 입출력 장치를 조작하여 그 프로세스 레시피 자체를 본 개시에 따른 프로세스 레시피로 변경하는 것도 가능하다.
또한 본 개시는 예컨대 3차원 구조를 가지는 NAND형 플래시 메모리나 DRAM 등의 워드 라인 부분에 이용할 수 있다.
이상, 본 개시의 다양한 전형적인 실시 형태를 설명했지만 본 개시는 그러한 실시 형태에 한정되지 않고, 적절히 조합해서 이용할 수도 있다.
이하, 실시예에 대해서 설명한다.
[실시예 1]
전술한 기판 처리 장치(10)를 이용하여 전술한 도 4 및 도 5의 기판 처리 공정에 의해, TiSiN층의 두께와 TiN층의 두께의 비율이 각각 다른 20Å의 두께의 TiN막을 Si 기판 상에 형성한 샘플 1 내지 샘플 4를 준비했다. 도 8(A) 내지 도 8(D)는 각각 샘플 1 내지 샘플 4의 단면을 도시하고, 각각 TiN막에서의 TiN층의 비율이 100%, 75%, 50%, 25%의 단면을 도시하는 도면이다. 도 8(E) 내지 도 8(H)는 도 8(A) 내지 도 8(D)에 도시하는 샘플 1 내지 샘플 4의 TiN막의 표면을 투과형 전자현미경(TEM)을 이용하여 투영한 TEM 이미지를 도시하는 도면이다.
도 8(E) 내지 도 8(H)에 도시하는 바와 같이, 샘플 2, 샘플 3, 샘플 4의 TiN막은 샘플 1의 TiN막에 비해 밀도가 높고 평탄성을 가지는 것이 확인되었다. 즉 TiSiN층 상에 TiN층을 형성한 TiN막이 TiSiN층을 형성하지 않는 TiN막에 비해 밀도가 높고 평탄성을 가지는 것이 확인되었다. 또한 샘플 3과 샘플 4의 TiN막은 샘플 2의 TiN막에 비해 보다 밀도가 높고 평탄성을 가지는 것이 확인되었다. 즉 TiN막의 평탄성은 TiSiN층의 막 두께에 의존한다는 사실이 확인되었고, 20Å의 두께의 TiN막을 형성하는 경우에는 TiSiN층의 두께를 5Å 이상, 또한 바람직하게는 10Å 이상으로 하는 것에 의해 보다 밀도가 높고 평탄성을 가지는 TiN막이 형성된다는 것이 확인되었다.
즉 웨이퍼(200) 상에 TiN막을 형성할 때 시드층을 형성하고, 이 시드층 상에 TiN층을 형성하는 것에 의해 밀도가 높고 평탄성을 가지는 TiN막을 형성할 수 있다는 것이 확인되었다.
10: 기판 처리 장치 121: 컨트롤러
200: 웨이퍼(기판) 201: 처리실

Claims (17)

  1. (a) (a1) 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원소 함유 가스를 공급하는 공정과 (a2) 상기 기판에 대하여 제1 환원 가스를 복수 회 공급하는 공정을 포함하고 (a1)과 (a2)를 순서대로 수행하는 제1층 형성 사이클을 1회 이상 실행하여, 상기 기판에 대하여 제1층을 형성하는 공정; 및
    (b) (a)의 후(後)이며, (b1) 상기 기판에 대하여 제2 원소 함유 가스를 공급하는 공정과 (b2) 상기 기판에 대하여 제2 환원 가스를 공급하는 공정을 포함하고 (b1)과 (b2)를 순서대로 수행하는 제2층 형성 사이클을 1회 이상 실행하여, 상기 제1층 상에 제2층을 형성하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1층 형성 사이클은, (a3) 상기 기판에 대하여 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고, (a3)는 (a1)이 수행되는 동안에 시작되는 것인 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1층 형성 사이클은, (a3) 상기 기판에 대하여 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고, (a3)은 (a1)이 완료된 후에 수행되는 것인 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    (a3)은 (a1)이 완료된 후에도 수행되는 것인 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 상기 제1층 형성 사이클은, (a4) 상기 기판에 대하여 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고, (a4)는 (a2)가 완료된 후에 수행되는 것인 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1층 형성 사이클은, (a5) (a2)에서 상기 제1 환원 가스가 복수 회 공급되는 사이에 상기 처리실을 퍼지하는 공정을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    (a5)에서, 불활성 가스의 공급과 배기가 순서대로 수행되는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1층 형성 사이클은, (a6) (a2)의 후에 불활성 가스의 공급과 배기를 복수 회 수행하는 공정을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2층 형성 사이클은, (b3) 상기 기판에 대하여 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고, (b3)은 (b1)이 수행되는 동안에 시작되는 것인 반도체 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2층 형성 사이클은, (b3) 상기 기판에 대하여 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정을 더 포함하고, (b3)은 (b1)이 완료된 후에 수행되는 것인 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    (b3)은 (b1) 후에도 수행되는 것인 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1층 형성 사이클은, 상기 제1층의 두께가 5Å 이상이 될 때까지 반복 수행되는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 원소 함유 가스의 제1 원소와 상기 제2 원소 함유 가스의 제2 원소는 같은 원소인 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 원소 함유 가스의 제1 원소와 상기 제2 원소 함유 가스의 제2 원소는 다른 원소인 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1층 형성 사이클이 수행되는 횟수는 상기 제2층 형성 사이클이 수행되는 횟수보다 적은 반도체 장치의 제조 방법..
  16. 기판을 수용하는 처리실;
    상기 처리실 내에 제1 원소 함유 가스, 제1 환원 가스, 제2 원소 함유 가스 및 제2 환원 가스를 공급하는 가스 공급계;
    상기 처리실 내를 배기하는 배기계; 및,
    상기 처리실 내에서, (a) (a1) 상기 기판에 대하여 상기 제1 원소 함유 가스를 공급하는 처리와 (a2) 상기 기판에 대하여 상기 제1 환원 가스를 복수 회 공급하는 처리를 포함하고 (a1)와 (a2)를 순서대로 수행하는 제1층 형성 사이클을 1회 이상 실행하여, 상기 기판에 대하여 제1층을 형성하는 처리; 및 (b) (a)의 후(後)이며, (b1) 상기 기판에 대하여 상기 제2 원소 함유 가스를 공급하는 처리와 (b2) 상기 기판에 대하여 상기 제2 환원 가스를 공급하는 처리를 순서대로 수행하는 제2층 형성 사이클을 1회 이상 실행하여, 상기 제1층 상에 제2층을 형성하는 처리를 수행하도록 상기 가스 공급계와 상기 배기계를 제어하는 것이 가능하도록 구성되는 제어부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  17. (a) (a1) 처리실 내의 기판에 대하여 제1 원소 함유 가스를 공급하는 단계와 (a2) 상기 기판에 대하여 제1 환원 가스를 복수 회 공급하는 단계를 포함하고 (a1)와 (a2)를 순서대로 수행하는 제1층 형성 사이클을 1회 이상 실행하여, 상기 기판에 대하여 제1층을 형성하는 단계; 및
    (b) (a)의 후(後)이며, (b1) 상기 기판에 대하여 제2 원소 함유 가스를 공급하는 단계와 (b2) 상기 기판에 대하여 제2 환원 가스를 공급하는 단계를 포함하고 (b1)과 (b2)를 순서대로 수행하는 제2층 형성 사이클을 1회 이상 실행하여, 상기 제1층 상에 제2층을 형성하는 단계
    를 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
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