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KR20130007507A - 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치 Download PDF

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KR20130007507A
KR20130007507A KR1020120135145A KR20120135145A KR20130007507A KR 20130007507 A KR20130007507 A KR 20130007507A KR 1020120135145 A KR1020120135145 A KR 1020120135145A KR 20120135145 A KR20120135145 A KR 20120135145A KR 20130007507 A KR20130007507 A KR 20130007507A
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KR
South Korea
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gas
processing
substrate
processing chamber
supply
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KR1020120135145A
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KR101317219B1 (ko
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유키나오 카가
타츠유키 사이토
마사노리 사카이
타카시 요코가와
Original Assignee
가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

종래의 CVD 법으로 형성된 질화티타늄 막과 비교해서 양질인 질화티타늄 막을, ALD 법으로 형성된 질화티타늄 막과 비교해서 빠른 성막 속도로, 즉 높은 생산성에서 제공하는 것이 가능한 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것에 있다. 본 발명은, (a) 처리실에 기판을 반입하는 공정; (b) 상기 처리실에 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 동시에 공급하는 공정; (c) 상기 (b) 단계를 수행한 후에 잔류하는 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실 내로부터 제거하는 공정; (d) 상기 제1 처리 가스를 공급하지 않으면서 상기 처리실 내로 상기 제2 처리 가스를 공급하는 공정; (e) 상기 (d) 단계를 수행한 후에 잔류하는 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실 내로부터 제거하는 공정; (f) 상기 제2처리 가스를 공급하지 않으면서 상기 처리실 내로 상기 제1 처리 가스를 공급하는 공정; (g) 상기 (f) 단계를 수행한 후에 잔류하는 상기 제1 처리 가스를 상기 처리실 내로부터 제거하는 공정; 및 (h) 상기 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 공정;을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치 {Method of Manufacturing Semiconductor Device and substrate Processing Apparatus}
본 발명은, 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히, 원료로서 할로겐화 금속 화합물이나 유기 금속 화합물을 이용하여 기판(웨이퍼) 상에 금속막 또는 금속 화합물을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
기판 상에 소정의 막을 형성하는 방법의 하나로서, CVD(Chemical Vapor Deposition)법이 있다. CVD법은, 기상(氣相) 중 혹은 기판 표면에 있어서의 2종 이상의 원료의 반응을 이용하여, 원료 분자에 포함되는 원소를 구성 요소로 하는 막을 기판 상에 성막하는 방법이다. 또한, CVD법 중의 하나로서, ALD(Atomic Layer Deposition)법이 있다. ALD법은, 어떤 성막 조건(온도, 시간 등) 하에서, 성막에 이용하는 2종 이상의 원료가 되는 원료를 1종류씩 교호적(交互的)으로 기판 상에 공급하고, 원자층 단위로 흡착시켜, 표면 반응을 이용하여 원자층 레벨로 제어되는 성막을 수행하는 방법이다. 종래의 CVD법과 비교하여, 보다 낮은 기판 온도(처리 온도)에서 처리가 가능하고, 성막 사이클 횟수에 의해 성막되는 막 두께의 제어가 가능하다. 또한, 기판 상에 형성되는 도전성 막으로서는, 예를 들면, 특허문헌 1과 같이 질화티타늄(TiN) 막을 들 수 있다. 또한, 그 외의 도전성 막으로서는, Ta, Al, W, Mn과 그 질화물, Ti 등을 들 수 있다. 또한, 절연성 막으로서는, 예를 들면, Hf와 Zr와 Al의 산화물 및 질화물 등을 들 수 있다.
1. 국제 공개 제2007/020874호
도전성 막으로서 피처리(被處理) 기판 상에 질화티타늄(TiN) 막을 성막할 때, 예를 들면 티타늄(Ti) 함유 원료로서 사염화티타늄(TiCl4)을 이용하고, 질화 가스로서 암모니아(NH3)를 이용하는 경우가 있다. TiN의 연속막은 주상(柱狀) 구조를 보이는 것이 일반적이지만, CVD법만으로 TiN막을 성막한 경우, ALD법으로 성막한 경우와 비교하여, 성막 초기(初期)부터 종기(終期)로 랜덤 성장을 하는 경향이 있어, 결과적으로 결정립(結晶粒)이 조대(粗大)하게 되거나 막 표면이 거칠어지는 일이 있다. 또한, 막 중의 공극(空隙)이 차지하는 비율이 커지는 것에 의해 막 밀도의 저하가 야기되어, 결과적으로 저항률의 상승을 초래한다. 또한, 막 중의 염소(Cl) 농도도 높아지고, TiN막 자체의 저항률의 상승을 초래하거나, TiN 성막 후의 다음 공정에서 가스 방출 등이 발생해버리는 등의 문제가 있다.
특히, 성막 온도를 300℃정도까지 내린 경우에서는, 막은 가시나무 형상으로 성장하고, 표면 거칠기, 막 밀도와 같은 것은 현저하게 악화되는 것이 알려져 있다.
한편, ALD법으로 성막된 TiN막의 연속막은, CVD법으로 성막한 경우와 비교하여, 매끄러운 표면을 얻을 수 있고, 비교적 저항치가 낮은 TiN막을 얻을 수 있다. 또한, 양호한 스텝 커버리지를 얻을 수 있다. 그러나, 그 반면, CVD법을 이용한 경우와 비교하여, 성막 속도가 늦으므로 원하는 막 두께를 얻기 위해서 시간이 걸리고, 기판의 서멀 버짓(Thermal Budget)을 증가시켜버린다.
따라서, 본 발명의 주 목적은, 상기 문제를 해결하고, 종래의 CVD법으로 형성된 질화티타늄 막과 비교해서 양질인 질화티타늄 막을, ALD법으로 형성된 질화티타늄 막과 비교하여 빠른 성막 속도로, 즉 높은 생산성으로 제공하는 것이 가능한 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 형태에 의하면, (a) 처리실에 기판을 반입하는 공정; (b) 상기 처리실에 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 동시에 공급하는 공정; (c) 상기 (b) 단계를 수행한 후에 잔류하는 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실 내로부터 제거하는 공정; (d) 상기 제1 처리 가스를 공급하지 않으면서 상기 처리실 내로 상기 제2 처리 가스를 공급하는 공정; (e) 상기 (d) 단계를 수행한 후에 잔류하는 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실 내로부터 제거하는 공정; (f) 상기 제2처리 가스를 공급하지 않으면서 상기 처리실 내로 상기 제1 처리 가스를 공급하는 공정; (g) 상기 (f) 단계를 수행한 후에 잔류하는 상기 제1 처리 가스를 상기 처리실 내로부터 제거하는 공정; 및 (h) 상기 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 공정;을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 의하면, (a) 처리실에 기판을 반입하는 공정; (b) 상기 처리실에 제1 원소를 포함하는 제1 처리 가스를 공급하는 공정; (c) 상기 (b) 단계를 수행한 후에 잔류하는 상기 제1 처리 가스를 상기 처리실 내로부터 제거하는 공정; (d) 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스 및 제2 원소를 포함하는 제2 처리 가스를 상기 제2 처리 가스와 상기 제1 처리 가스가 반응하도록 동시에 공급하는 공정; (e) 상기 (d) 단계를 수행한 후에 잔류하는 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실 내로부터 제거하는 공정; (f) 상기 제1 처리 가스를 공급하지 않으면서 상기 처리실 내로 상기 제2 처리 가스를 공급하는 공정; (g) 상기 (f) 단계를 수행한 후에 잔류하는 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실 내로부터 제거하는 공정; 및 (h) 상기 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 공정;을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실에 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와, 상기 제2 처리 가스를 플라즈마 여기에 의해 활성화시키는 플라즈마 여기 수단과, 상기 처리실을 배기하는 배기계와, 상기 기판이 처리실에 수용된 상태에서, 상기 제1 처리 가스를 상기 처리실에 소정 시간 공급한 후, 상기 제1 처리 가스를 공급한 상태에서 플라즈마 여기에 의해 활성화시킨 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실에 공급하고, 소정 시간 경과 후에 상기 제2 처리 가스의 공급을 멈추고, 소정 시간 경과 후에 상기 제1 처리 가스의 공급을 멈추고 상기 처리실을 배기하고, 그 후 플라즈마 여기에 의해 활성화시킨 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실에 소정 시간 공급하도록 상기 가스 공급계, 상기 플라즈마 여기 수단 및 상기 배기계를 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 처리하는 처리실과, 제1 처리 가스를 상기 처리실에 공급하는 제1 공급로와, 제2 처리 가스를 상기 처리실에 공급하는 제2 공급로와, 상기 제1 공급로의 개폐를 수행하는 제1 밸브와, 상기 제2 공급로의 개폐를 수행하는 제2 밸브와, 상기 제2 공급로로부터 공급되는 상기 제2 처리 가스를 플라즈마 여기하는 플라즈마 여기 수단과, 상기 처리실을 배기하는 배기 수단과, 상기 제2 밸브를 닫은 상태에서 상기 제1 밸브를 열어서 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스를 소정 시간 공급한 후, 상기 제1 밸브를 연 상태에서 상기 제2 밸브를 열어 상기 제1 처리 가스와 함께 플라즈마 여기된 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실에 공급하고, 소정 시간 경과 후, 상기 제1 밸브를 연 상태에서 상기 제2 밸브를 닫아 상기 제1 처리 가스를 상기 처리실에 공급하고, 소정 시간 경과 후, 상기 제1 밸브를 닫은 상태에서, 상기 처리실을 배기하고, 소정 시간 경과 후, 플라즈마 여기된 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실에 공급하도록 상기 제1 밸브, 상기 제2 밸브, 상기 플라즈마 여기 수단 및 상기 배기 수단을 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실에 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와, 상기 제2 처리 가스를 플라즈마 여기에 의해서 활성화시키는 플라즈마 여기 수단과, 상기 처리실을 배기하는 배기계와, 상기 기판이 처리실에 수용된 상태에서, 상기 제1 처리 가스를 공급한 상태에서 플라즈마 여기에 의해 활성화시킨 상기 제2 처리 가스를, 상기 제1 처리 가스를 공급하는 시간보다 짧은 시간만큼 상기 처리실에 공급하고, 소정 시간 경과 후에 상기 제1 처리 가스의 공급을 멈추고 상기 처리실을 배기하고, 그 후, 플라즈마 여기에 의해 활성화시킨 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실에 소정 시간 공급하도록 상기 가스 공급계, 상기 플라즈마 여기 수단 및 상기 배기계를 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실과, 제1 처리 가스를 상기 처리실에 공급하는 제1 공급로와, 제2 처리 가스를 상기 처리실에 공급하는 제2 공급로와, 상기 제1 공급로의 개폐를 수행하는 제1 밸브와, 상기 제2 공급로의 개폐를 수행하는 제2 밸브와, 상기 제2 공급로로부터 공급되는 상기 제2 처리 가스를 플라즈마 여기하는 플라즈마 여기 수단과, 상기 처리실을 배기하는 배기 수단과, 상기 제1 밸브를 연 상태에서 상기 제2 밸브를 열어서 상기 제1 처리 가스와 함께 플라즈마 여기된 상기 제2 처리 가스를 상기 제1 처리가스를 공급하는 시간보다 짧은 시간만큼 상기 처리실에 공급하고, 소정 시간 경과 후, 상기 제1 밸브를 닫은 상태에서, 상기 처리실을 배기하고, 소정 시간 경과 후, 플라즈마 여기된 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실에 공급하도록 상기 제1 밸브, 상기 제2 밸브, 상기 플라즈마 여기 수단 및 상기 배기 수단을 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실; 상기 처리실에 제1 처리 가스를 공급하는 제1 처리 가스 공급계; 상기 처리실에 제2 처리 가스를 공급하는 제2 처리 가스 공급계; 상기 처리실을 배기하는 배기계; 및 상기 제1 처리 가스를 상기 처리실에 공급하고, 그 다음에 상기 제1 처리 가스를 공급하면서 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실에 공급하고, 또한 상기 제1 처리 가스의 공급을 정지한 상태에서 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실에 공급한 후, 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지한 상태에서 상기 처리실을 배기하고, 또한 상기 제1 처리 가스의 공급을 정지한 상태에서 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실에 공급한 후, 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지한 상태에서 상기 처리실을 배기하도록 상기 제1 처리 가스 공급계, 상기 제2 처리 가스 공급계, 상기 배기계를 제어하는 제어부;를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 처리실에 기판을 반입하는 기판 반입 공정; 상기 처리실에 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 동시에 공급하여 상기 기판에 소정의 막을 형성하는 막 형성 공정; 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지하고 상기 처리실 내에 잔류하는 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 제거하는 제거 공정; 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하여 상기 기판에 형성된 막을 개질하는 개질 공정; 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지하고, 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스를 공급하여 상기 제2 처리 가스의 적어도 일부를 상기 기판에 흡착시키는 흡착 공정; 및 상기 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 기판 반출 공정;을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 처리실에 기판을 반입하는 기판 반입 공정; 상기 처리실에 제1 원소를 포함하는 제1 처리 가스를 공급하여 상기 기판에 상기 제1 원소를 흡착시키는 흡착 공정; 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스를 공급하면서 제2 원소를 포함하는 제2 처리 가스를 공급하는 것에 의해, 상기 제1 처리 가스 및 상기 기판에 흡착한 상기 제1 원소와 반응하여 상기 기판에 소정의 막을 형성하는 막 형성 공정; 상기 제1 처리 가스의 공급을 정지하고 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하는 것에 의해, 상기 기판에 형성된 막을 개질하는 개질 공정; 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지하고 상기 처리실 내에 잔류하는 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 제거하는 제거 공정; 및 상기 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 기판 반출 공정;을 포함하고, 상기 흡착 공정, 상기 막 형성 공정, 상기 개질 공정 및 상기 제거 공정을 순서대로 소정 횟수 반복하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 처리실에 기판을 반입하는 제1 공정; 상기 처리실에 제1 처리 가스를 공급하는 제2 공정; 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스를 공급하면서 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하는 제3 공정; 상기 제1 처리 가스의 공급을 정지하고 상기 제2 처리 가스를 공급하는 제4 공정; 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지하고 상기 처리실 내에 잔류하는 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 제거하는 제5 공정; 및 상기 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 제6 공정;을 포함하고, 상기 제1 공정부터 상기 제6 공정을 순서대로 소정 횟수 반복하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실; 상기 처리실에 제1 처리 가스를 공급하는 제1 처리 가스 공급 수단; 상기 처리실에 제2 처리 가스를 공급하는 제2 처리 가스 공급 수단; 상기 처리실 내를 배기하는 배기 수단; 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스를 동시에 상기 처리실에 공급하여 상기 기판에 막을 형성하고, 다음에 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지하고 상기 처리실 내에 잔류하는 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 배기하고, 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하여 상기 기판에 형성된 막을 개질하도록 상기 제1 처리 가스 공급 수단, 상기 제2 처리 가스 공급 수단 및 상기 배기 수단을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스를 동시에 상기 처리실에 공급할 때는, 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하는 시간이, 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 시간보다 길어지도록 상기 제1 처리 가스 공급 수단 및 상기 제2 처리 가스 공급 수단을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 종래의 CVD법으로 형성된 질화티타늄 막과 비교해서 양질인 질화티타늄 막을, ALD법에서 형성된 질화티타늄 막과 비교하여 빠른 성막 속도로, 즉 높은 생산성으로 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치로 개략적인 구성을 나타내는 경사 투시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 처리로(處理爐)의 일례와 그에 부수되는 부재의 개략 구성도이며, 특히 처리로 부분을 종단면으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 도 2에 도시하는 처리로의 A-A선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 프로세스를 설명하는 플로우 챠트이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 성막 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 프로세스를 설명하는 플로우 챠트이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 성막 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 프로세스를 설명하는 플로우 챠트이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 성막 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 프로세스를 설명하는 플로우 챠트이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 성막 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제5 실시 형태에 있어서의 프로세스를 설명하는 플로우 챠트이다.
도 14는 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 성막 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제6 실시 형태에 있어서의 프로세스를 설명하는 플로우 챠트이다.
도 16은 본 발명의 제7 실시 형태에 따른 성막 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 제7 실시 형태에 있어서의 프로세스를 설명하는 플로우 챠트이다.
도 18은 본 발명의 제8 실시 형태에 따른 성막 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 제8 실시 형태에 있어서의 프로세스를 설명하는 플로우 챠트이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명이 바람직한 실시예에 대해서 설명한다.
본 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 반도체 장치[IC(Integrated Circuits)]의 제조에 사용되는 반도체 제조 장치의 일례로서 구성되고 있는 것이다.
다음의 설명에서는, 기판 처리 장치의 일례로서, 기판에 대하여 성막 처리 등을 하는 종형(縱型)의 장치를 사용한 경우에 대해서 서술한다. 그러나, 본 발명은, 종형 장치의 사용을 전제로 한 것이 아니라, 예를 들면, 매엽(枚葉) 장치를 사용해도 좋다.
<장치 전체(全體) 구성>
도 1에 도시하는 바와 같이, 기판 처리 장치(1)에서는, 기판의 일례가 되는 웨이퍼(200)를 수납한 카세트(100)가 사용되어 있고, 웨이퍼(200)는 실리콘 등의 재료로 구성되어 있다. 기판 처리 장치(1)는 광체(筐體, 101)를 구비하고 있고, 광체(101)의 내부에는 카세트 스테이지(105)가 설치되어 있다. 카세트(100)는 카세트 스테이지(105) 상에 공정 내 반송 장치(도시 생략)에 의해 반입되거나, 카세트 스테이지(105) 상으로부터 반출된다.
카세트 스테이지(105)는, 공정 내 반송 장치에 의해, 카세트(100) 내의 웨이퍼(200)가 수직 자세를 보지(保持)하면서 카세트(100)의 웨이퍼 출입구가 상방향(上方向)을 향하도록 재치(載置)된다. 카세트 스테이지(105)는, 카세트(100)를 광체(101)의 후방(後方)의 오른쪽 회전 종방향(縱方向)으로 90ㅀ회전하여, 카세트(100) 내의 웨이퍼(200)가 수평 자세가 되고, 카세트(100)의 웨이퍼 출입구가 광체(101)의 후방을 향하도록 동작 가능해지도록 구성되어 있다.
광체(101) 내의 전후(前後) 방향의 대략 중앙부에는 카세트 선반(109)이 설치되어 있고, 카세트 선반(109)은 복수 단 복수 열에서 복수 개의 카세트(100)를 보관하도록 구성되어 있다.
카세트 선반(109)에는 웨이퍼 이재(移載) 기구(125)의 반송 대상이 되는 카세트(100)가 수납되는 이재 선반(123)이 설치되어 있다.
카세트 스테이지(105)의 상방(上方)에는 예비 카세트 선반(110)이 설치되고, 예비적으로 카세트(100)를 보관하도록 구성되어 있다.
카세트 스테이지(105)와 카세트 선반(109)의 사이에는, 카세트 반송 장치(115)가 설치되어 있다. 카세트 반송 장치(115)는, 카세트(100)를 보지한 상태로 승강 가능한 카세트 엘리베이터(115a)와 반송 기구로서의 카세트 반송 기구(115b)로 구성되어 있다. 카세트 반송 장치(115)는 카세트 엘리베이터(115a)와 카세트 반송 기구(115b)의 연속 동작에 의해, 카세트 스테이지(105)와 카세트 선반(109)과 예비 카세트 선반(110)의 사이에, 카세트(100)를 반송하도록 구성되어 있다.
카세트 선반(109)의 후방에는, 웨이퍼 이재 기구(125)가 설치되어 있다. 웨이퍼 이재 기구(125)는, 웨이퍼(200)를 수평 방향으로 회전 내지 직동(直動) 가능한 웨이퍼 이재 장치(125a)와 웨이퍼 이재 장치(125a)를 승강시키기 위한 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b)로 구성되어 있다. 웨이퍼 이재 장치(125a)에는 웨이퍼(200)를 픽업하기 위한 트위저(125c)가 설치되어 있다. 웨이퍼 이재 기구(125)는 웨이퍼 이재 장치(125a)와 웨이퍼 이재 장치 엘리베이터(125b)의 연속 동작에 의해, 트위저(125c)를 웨이퍼(200)의 재치부로서, 웨이퍼(200)를 보트(217)에 대하여 장전(차징)하거나, 보트(217)로부터 탈장(脫裝, 디스차징)하도록 구성되어 있다.
광체(101)의 후부(後部) 상방에는, 웨이퍼(200)를 열처리하는 처리로(202)가 설치되어 있고, 처리로(202)의 하단부가 노구(爐口) 셔터(116)에 의해 개폐되도록 구성되어 있다.
처리로(202)의 하방에는 처리로(202)에 대하여 보트(217)를 승강시키는 보트 엘리베이터(121)가 설치되어 있다. 보트 엘리베이터(121)의 승강대(昇降臺)에는 암(arm, 122)이 연결되어 있고, 암(122)에는 씰 캡(219)이 수평으로 설치되어 있다. 씰 캡(219)은 보트(217)를 수직으로 지지함과 함께, 처리로(202)의 하단부를 폐색(閉塞) 가능하도록 구성되어 있다.
보트(217)는 복수의 보지 부재를 구비하고 있고, 복수 매(예를 들면 50～150매 정도)의 웨이퍼(200)를 그 중심을 맞추어서 수직 방향으로 정렬시킨 상태로, 각각 수평으로 보지하도록 구성되어 있다.
카세트 선반(109)의 상방에는, 청정화한 분위기의 클린 에어를 공급하는 클린 유닛(134a)이 설치되어 있다. 클린 유닛(134a)은 공급 팬 및 방진 필터로 구성되어 있고, 클린 에어를 광체(101)의 내부에 유통시키도록 구성되어 있다.
광체(101)의 좌측 단부(端部)에는, 클린 에어를 공급하는 클린 유닛(134b)이 설치되어 있다. 클린 유닛(134b)도 공급 팬 및 방진 필터로 구성되어 있고, 클린 에어를 웨이퍼 이재 장치(125a)와 보트(217) 등의 근방을 유통시키도록 구성되어 있다. 상기 클린 에어는, 웨이퍼 이재 장치(125a)와 보트(217) 등의 근방을 유통한 후에, 광체(101)의 외부로 배기되도록 되어 있다.
<처리 장치의 동작>
계속해서, 기판 처리 장치(1)의 주된 동작에 대해서 설명한다.
공정 내 반송 장치(도시 생략)에 의해 카세트(100)가 카세트 스테이지(105) 상에 반입되면, 카세트(100)는, 웨이퍼(200)가 카세트 스테이지(105) 상에서 수직자세를 보지하고, 카세트(100)의 웨이퍼 출입구가 상방향을 향하도록 재치된다. 그 후, 카세트(100)는, 카세트 스테이지(105)에 의해, 카세트(100) 내의 웨이퍼(200)가 수평 자세가 되고, 카세트(100)의 웨이퍼 출입구가 광체(101)의 후방을 향하도록, 광체(101)의 후방에 오른쪽 회전 종방향으로 90ㅀ회전된다.
그 후, 카세트(100)는, 카세트 선반(109) 내지 예비 카세트 선반(110)의 지정된 선반 위치에 카세트 반송 장치(115)에 의해 자동적으로 반송되어 수도(受渡)되고, 일시적으로 보관된 후, 카세트 선반(100) 내지 예비 카세트 선반(110)으로부터 카세트 반송 장치(115)에 의해 이재 선반(123)에 이재되거나 또는 직접 이재 선반(123)에 반송된다.
카세트(100)가 이재 선반(123)에 이재되면, 웨이퍼(200)는 카세트(100)로부터 웨이퍼 이재 장치(125a)의 트위저(125c)에 의해 웨이퍼 출입구를 통해서 픽업되어, 보트(217)에 장전(차징)된다. 보트(217)에 웨이퍼(200)를 수도한 웨이퍼 이재 장치(125a)는 카세트(100)에 되돌아가고, 후속의 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전한다.
미리 지정된 매수의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전되면, 처리로(202)의 하단부를 닫고 있었던 노구 셔터(116)가 열리고, 처리로(202)의 하단부가 개방된다. 그 후, 웨이퍼(200) 군(群)을 보지한 보트(217)가 보트 엘리베이터(121)의 상승 동작에 의해 처리로(202) 내에 반입(로딩)되어, 처리로(202)의 하부가 씰 캡(219)에 의해 폐색된다.
로딩 후는, 처리로(202)에서 웨이퍼(200)에 대하여 임의의 처리가 실시된다. 그 처리 후는, 상술한 것과 반대의 순서로, 웨이퍼(200) 및 카세트(100)가 광체(101)의 외부로 반출된다.
<처리로의 구성>
다음으로, 도 2 및 도 3을 이용하여 전술한 기판 처리 장치에 적용되는 처리로(202)에 대해서 설명한다.
도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 처리로(202)에는 웨이퍼(200)를 가열하기 위한 가열 장치(가열 수단)인 히터(207)가 설치되어 있다. 히터(207)는 상방이 폐색된 원통 형상의 단열 부재와 복수 개의 히터 소선(素線)을 구비하고 있고, 단열 부재에 대하여 히터 소선이 설치된 유닛 구성을 가지고 있다. 히터(207)의 내측에는, 웨이퍼(200)를 처리하기 위한 석영제의 반응관(203)이 설치되어 있다.
반응관(203)의 하단에는, 기밀 부재인 O링(220)을 개재하여 스텐레스 등으로 구성된 매니폴드(209)가 설치되어 있다. 매니폴드(209)의 하단 개구는, O링(220)을 개재하여 개체(蓋體, 덮개)로서의 씰 캡(219)에 의해 기밀하게 폐색되어 있다. 처리로(202)에서는, 적어도, 반응관(203), 매니폴드(209) 및 씰 캡(219)에 의해 처리실(201)이 형성되어 있다.
씰 캡(219)에는 보트(217)를 지지하는 보트 지지대(218)가 설치되어 있다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 보트(217)는 보트 지지대(218)에 고정된 저판(底板, 210)과 그 상방에 배치된 천판(天板, 211)을 포함하고 있고, 저판(210)과 천판(211)의 사이에 복수 개의 지주(支柱, 221)가 가설(架設)된 구성을 가지고 있다. 보트(217)에는 복수 매의 웨이퍼(200)가 보지되어 있다. 복수 매의 웨이퍼(200)는, 서로 일정한 간격을 두면서 수평 자세를 보지한 상태로 보트(217)의 지주(221)에 지지되어 있다.
이상의 처리로(202)에서는, 뱃치 처리되는 복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 대하여 다단으로 적층된 상태에 있어서, 보트(217)가 보트 지지체(218)로 지지되면서 처리실(201)에 삽입되고, 히터(207)가 처리실(201)에 삽입된 웨이퍼(200)를 소정의 온도로 가열하도록 되어 있다.
도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 처리실(201)에는, 원료 가스로서의 제1 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급관(310, 제1 가스 공급관)과 개질(改質) 가스로서의 제2 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급관(320, 제2 가스 공급관)이 접속되어 있다.
가스 공급관(310)에는 상류측으로부터 순서대로 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(312), 기화 유닛(기화 수단)인 기화기(700) 및 개폐 밸브인 밸브(314)가 설치되어 있다. 가스 공급관(310)의 선단부(先端部)에는 노즐(410, 제1 노즐)이 연결되어 있다. 제1 노즐(410)은, 처리실(201)을 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에 있어서의 원호(圓弧) 형상의 공간에서, 반응관(203)의 내벽에 따른 상하 방향[웨이퍼(200)의 적재 방향]에 연재(延在)하고 있다. 제1 노즐(410)의 측면에는 제1 처리 가스를 공급하는 다수의 가스 공급공(410a)이 설치되어 있다. 가스 공급공(410a)은, 하부에서 상부에 걸쳐 각각 동일한 또는 크기에 경사를 준 개구 면적을 가지고, 동일한 개구 피치로 설치되어 있다.
또한, 가스 공급관(310)에는 기화기(700)와 밸브(314)의 사이에, 후술의 배기관(231)에 접속된 벤트 라인(610) 및 밸브(614)가 설치되어 있어, 제1 처리 가스를 처리실(201)에 공급하지 않는 경우는, 밸브(614)를 개재하여 제1 처리 가스를 벤트 라인(610)에 공급한다.
또한, 가스 공급관(310)에는 캐리어 가스를 공급하기 위한 캐리어 가스 공급관(510)이 접속되어 있다. 캐리어 가스 공급관(510)에는 매스 플로우 컨트롤러(512) 및 밸브(514)가 설치되어 있다.
가스 공급관(320)에는 상류측으로부터 순서대로 유량 제어 장치(유량 제어 수단)인 매스 플로우 컨트롤러(322) 및 밸브(324)가 설치되어 있다. 가스 공급관(320)의 선단부에는 노즐(420, 제2 노즐)이 연결되어 있다. 제2 노즐(420)도, 제1 노즐(410)과 마찬가지로, 처리실(201)을 구성하고 있는 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에 있어서의 원호 형상의 공간에서, 반응관(203)의 내벽을 따라 상하 방향[웨이퍼(200)의 적재 방향]에 연재하고 있다. 제2 노즐(420)의 측면에는, 제2 처리 가스를 공급하는 다수의 가스 공급공(420a)이 설치되어 있다. 가스 공급공(420a)도, 가스 공급공(410a)과 마찬가지로, 하부에서 상부에 걸쳐 각각 동일 또는 크기에 경사를 준 개구 면적을 가지고, 동일한 개구 피치로 설치되어 있다.
또한 가스 공급관(320)에는 캐리어 가스를 공급하기 위한 캐리어 가스 공급관(520)이 연결되어 있다. 캐리어 가스 공급관(520)에는 매스 플로우 컨트롤러(522) 및 밸브(524)가 설치되어 있다.
예를 들면 가스 공급관(310)로부터 공급되는 제1 처리 가스 원료가 액체인 경우, 가스 공급관(310)으로부터는, 매스 플로우 컨트롤러(312), 기화기(700) 및 밸브(314)를 개재하여, 캐리어 가스 공급관(510)과 합류하고, 제1 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 반응 가스로서의 제1 처리 가스가 공급된다. 예를 들면 가스 공급관(310)으로부터 공급되는 원료가 기체인 경우에는, 매스 플로우 컨트롤러(312)를 기체용 매스 플로우 컨트롤러로 교환하고, 기화기(700)는 불필요하게 된다. 또한, 가스 공급관(320)으로부터는 매스 플로우 컨트롤러(322), 밸브(324)를 개재하여, 캐리어 가스 공급관(520)과 합류하고, 제2 노즐(420)을 개재하여 처리실(201)에 개질 가스로서의 제2 처리 가스가 공급된다.
상기 구성에 따른 일례로서, 가스 공급관(310)에는, 제1 처리 가스의 일례로서 Ti원료[사염화티타늄(TiCl4)]와 테트라키스디메틸아미노티탄{TDMAT, Ti[N (CH3)2]4}, 테트라키스디에틸아미노티탄{TDEAT, Ti[N(CH2CH3)2]4} 등이 도입된다. 가스 공급관(320)에는, 제2 처리 가스의 일례로서 질화 원료인 암모니아(NH3), 질소(N2), 아산화질소(N2O), 모노메틸히드라진(CH6N2) 등이 도입된다.
처리실(201)에는 밸브(243)를 개재해서 처리실(201) 내를 배기하기 위한 배기관(231)이 접속되어 있다. 배기관(231)에는 배기 장치(배기 수단)인 진공 펌프(246)가 접속되어 있고, 진공 펌프(246)의 작동으로 처리실(201) 내를 진공 배기할 수 있게 되어 있다. 밸브(243)는 개폐 동작에 의해 처리실(201)의 진공 배기의 기동과 그 정지를 할 수 데다가, 그 밸브의 개도(開度)를 조절 가능하여 처리실(201)의 내부의 압력 조정도 가능하게 하는 개폐 밸브이다.
반응관(203)내의 중앙부에는 보트(217)가 설치되어 있다. 보트(217)는, 보트 엘리베이터(121)에 의해 반응관(203)에 대하여 승강(출입)할 수 있게 되어 있다. 보트(217)를 지지하는 보트 지지대(218)의 하단부에는, 처리의 균일성을 향상하기 위해서 보트(217)를 회전시키는 보트 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 보트 회전 기구(267)를 구동시키는 것에 의해, 보트 지지대(218)에 지지된 보트(217)를 회전시킬 수 있게 되어 있다.
이상의 매스 플로우 컨트롤러(312, 322, 512, 522), 밸브(314, 324, 514, 524, 243, 614), 히터(207), 진공 펌프(246), 보트 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(121) 등의 각 부재는 컨트롤러(280)에 접속되어 있다. 컨트롤러(280)는, 기판 처리 장치(1)의 전체의 동작을 제어하는 제어부(제어 수단)의 일례이며, 매스 플로우 컨트롤러(312, 322, 512, 522)의 유량 조정, 밸브(314, 324, 514, 524, 614)의 개폐 동작, 밸브(243)의 개폐 및 압력 조정 동작, 히터(207)의 온도 조정, 진공 펌프(246)의 기동·정지, 보트 회전 기구(267)의 회전 속도 조절, 보트 엘리베이터(121)의 승강 동작 등을 각각 제어하게 되어 있다.
<반도체 장치의 제조 방법>
그 다음으로, 상술한 기판 처리 장치의 처리로(202)를 이용하여, 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 대규모 집적 회로(Large Scale Integration; LSI)를 제조할 때 등에, 기판 상에 절연막을 성막하는 방법의 예에 대해서 설명한다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(280)에 의해 제어된다.
도전성 막으로서 질화티타늄 막을 기판 상에 형성하는 방법으로서, 제1 처리 가스인 티타늄(Ti) 함유 원료로서 TiCl4, 제2 처리 가스인 질화(N)가스로서 NH3을 이용하는 예에 대해서 설명한다.
우선, 성막 시퀀스 1사이클에 있어서, Ti원(源) 1펄스와 N원 2펄스 이상의 공정을 거쳐 CVD법으로 형성하는 예에 대해서 설명한다.
[제1 실시 형태]
도 4에, 제1 실시 형태에 따른 질화티타늄 막의 성막 시퀀스를 도시한다. 또한, 도 5는, 제1 실시 형태에 있어서의 프로세스를 설명하는 플로우 챠트이다.
성막 프로세스에서는, 컨트롤러(280)가, 기판 처리 장치(1)를 하기와 같이 제어한다. 즉, 히터(207)를 제어하여 처리실(201) 내를 CVD 반응이 일어나는 온도로서, 예를 들면 250℃～800℃ 범위의 온도이며, 바람직하게는 700℃ 이하, 보다 바람직하게는 450℃로 보지한다. 그 후, 복수 매의 웨이퍼(200)를 보트(217)에 장전하고, 보트(217)를 처리실(201)에 반입한다. 그 후, 보트(217)를 보트 구동 기구(267)에 의해 회전시키고, 웨이퍼(200)를 회전시킨다. 그 후, 진공 펌프(246)를 작동시킴과 함께 밸브(243)를 열어서 처리실(201) 내를 진공 흡입하고, 웨이퍼(200)의 온도가 450℃에 달하여 온도 등이 안정되면, 처리실(201) 내의 온도를 450℃로 보지한 상태에서 후술하는 시퀀스를 수행한다.
CVD 법에 의한 질화티타늄 막의 퇴적은, 컨트롤러(280)가, 밸브, 매스 플로우 컨트롤러, 진공 펌프 등을 제어하여, 기상 반응(CVD 반응)이 일어나도록, 동시에 존재하는 타이밍이 생기게 TiCl4과 NH3을 처리실(201) 내에 공급한다. 이하, 구체적인 성막 시퀀스를 설명한다.
TiCl4는 상온에서 액체이며, 처리실(201)에 공급하기 위해서는, 가열하여 기화시키고 나서 공급하는 방법, 기화기(700)를 사용하여 캐리어 가스라고 불리는 He(헬륨), Ne(네온), Ar(아르곤), N2(질소) 등의 불활성 가스를 TiCl4용기 안에 통과시키고, 기화하고 있는 만큼을 그 캐리어 가스와 함께 처리실(201)에 공급하는 방법 등이 있지만, 예로서 후자의 케이스로 설명한다.
본 시퀀스에서는, TiCl4과 NH3을 동시에 흘려보내는 스텝을 설치한다.
제1 처리 가스인 예를 들면 TiCl4와 제2 처리 가스인 예를 들면 NH3을 동시에 공급하는 것에 의해, 제1 처리 가스와 제2 처리 가스가 CVD 반응을 일으키므로, ALD반응보다도 빠른 성막 속도를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 가스 공급관(310)에 TiCl4를, 캐리어 가스 공급관(510)에 캐리어 가스(N2)를 흘려보낸다. 가스 공급관(310)의 밸브(314), 캐리어 가스 공급관(510)의 밸브(514) 및 배기관(231)의 밸브(243)를 연다. 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급관(510)로부터 흘러, 매스 플로우 컨트롤러(512)에 의해 유량 조정된다. TiCl4는, 가스 공급관(310)으로부터 흘러, 매스 플로우 컨트롤러(312)에 의해 유량 조정되고, 기화기(700)에 의해 기화되며, 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하고, 제1 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다.
또한, 가스 공급관(320)에 NH3을, 캐리어 가스 공급관(520)에 캐리어 가스(N2)를 흘려보낸다. 가스 공급관(320)의 밸브(324), 캐리어 가스 공급관(520)의 밸브(524) 및 배기관(231)의 밸브(243)를 함께 연다. 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급관(520)으로부터 흘러, 매스 플로우 컨트롤러(522)에 의해 유량 조정된다. NH3은, 가스 공급관(320)로부터 흘러, 매스 플로우 컨트롤러(322)에 의해 유량 조정되고, 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하여, 제2 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된다.
그리고, 처리실(201) 내에 공급된 TiCl4와 NH3는, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이 때, 밸브(243)를 적정하게 조정해서 처리실(201) 내의 압력을 5～50Pa의 범위로서, 예를 들면(20Pa)로 유지한다. 매스 플로우 컨트롤러(312)에서 제어하는 TiCl4의 공급량은, 0.8～3.0g/min이다. 매스 플로우 컨트롤러(322)에서 제어하는 NH3의 공급량은 0.3～15slm이다. TiCl4 및 NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 원하는 막 두께에 달할 때까지이다. 이 때 히터(207) 온도는, 웨이퍼(200)의 온도가250℃～800℃ 범위의 온도이며, 예를 들면 450℃가 되도록 설정되어 있다. 또한, 웨이퍼(200)의 온도가, 예를 들면 250℃ 미만이 되면 TiCl4와 NH3의 반응 속도가 낮아지기 때문에 소정의 시간에 원하는 막 두께를 얻는 것은 곤란하게 되어버려, 공업상 실용적인 이용이 곤란해진다. 따라서, 고속으로 충분히 CVD 반응을 생기게 하기 위해서는, 웨이퍼(200)의 온도는 300℃～500℃ 범위의 온도로 하는 것이 바람직하다.
(스텝 S11)
스텝 S11에서는, 고속의 CVD 법을 이용하여 기판 상에 질화티타늄 막을 성막 하기 위해서, 제1 노즐(410)을 이용해서 TiCl4을 공급하고, TiCl4과 동시에 제2 노즐(420)을 이용해서 NH3을 공급한다. 가스 공급관(310)에 TiCl4를 흘려보내고, 가스 공급관(320)에 NH3을 흘려보내고, 캐리어 가스 공급관(510, 520)에 캐리어 가스(N2)를 흘려보낸다. 가스 공급관(310, 320)의 밸브(314, 324), 캐리어 가스 공급관(510, 520)의 밸브(514, 524) 및 배기관(231)의 밸브(243)를 함께 연다. 캐리어 가스는, 캐리어 가스 공급관(510, 520)으로부터 흘러, 매스 플로우 컨트롤러(512, 522)에 의해 유량 조정된다. TiCl4는, 가스 공급관(310)으로부터 흘러, 매스 플로우 컨트롤러(312)에 의해 유량 조정되고, 기화기(700)에 의해 기화되며, 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하여, 제1 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되면서 배기관(231)으로부터 배기된다. NH3은, 가스 공급관(320)으로부터 흘러, 매스 플로우 컨트롤러(322)에 의해 유량 조정되고, 유량 조정된 캐리어 가스를 혼합하고, 제2 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되면서 배기관(231)으로부터 배기된다.
이 때, 밸브(243)를 적정하게 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 20～50Pa의 범위로서, 예를 들면 30Pa로 유지한다. 매스 플로우 컨트롤러(312)에서 제어하는 TiCl4의 공급량은, 예를 들면 0.8～1.5g/min이다. 또한, 매스 플로우 컨트롤러(322)에서 제어하는 NH3의 공급 유량은 예를 들면 5.0～8.0slm이다. TiCl4 및 NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 5～30초이다.
이 때, 처리실(201) 내에 흐르고 있는 가스는, TiCl4, NH3 및 N2 등의 불활성 가스이며, TiCl4과 NH3이 기상 반응(열 CVD 반응)을 일으켜서 웨이퍼(200)의 표면이나 하지막(下地膜) 상에 소정 막 두께의 질화티타늄 층이 퇴적(deposition)된다. 여기서 질화티타늄층은 질화티타늄에 의해 구성되는 연속적인 층 이외에, 불연속인 층이나 그들이 겹쳐서 이루어지는 박막이나, 막 중에 다른 원소가 첨가된 박막도 포함한다. 또한, 질화티타늄에 의해 구성되는 연속적인 층을 질화티타늄 박막이라고 하는 경우도 있다.
(스텝 S12)
스텝 S12에서는, 공급관(310)의 밸브(314)를 닫아서 처리실(201)로의 TiCl4의 공급을 정지하고, 밸브(614)를 열어서 벤트 라인(610)에 TiCl4을 흘린다. 이에 의해 TiCl4를 항상 안정되게 처리실에 공급할 수 있다. 여기서, TiCl4의 공급을 정지하고, NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 0.1～30초이다.
(스텝S13)
스텝 S13에서는, 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아서 처리실(201)로의 NH3의 공급을 정지한다. 이 때 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, 가스 공급관(310)의 도중(途中)에 연결되는 캐리어 가스 공급관(510) 및 가스 공급관(320)의 도중에 연결되는 캐리어 가스 공급관(520)로부터, 개폐 밸브(514) 및 개폐 밸브(524)를 연 채로 하여 두고, N2등의 불활성 가스를 처리실(201) 내로 공급하면, 더욱 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 배제하는 효과가 높아진다. 또한, 가스 공급관(310) 및 가스 공급관(320) 측에 처리실(201)로부터 TiCl4 및 NH3 등의 가스가 들어가는 것을 막을 수 있다. 여기서, 처리실 내의 분위기를 제거하는 시간은 예를 들면 3～10초이다.
즉, 원료 가스인 TiCl4과 개질 가스인 NH3을 동시에 공급한 후, 먼저 원료 가스의 공급을 정지하고, 그 후 개질 가스의 공급을 정지하는(개질 가스를 정지하는 타이밍을 늦추는) 것에 의해, 개질 처리로 성막 사이클을 종료시키는 것이 되기 때문에, 막 중에 Cl이 잔류하는 비율을 저감할 수 있다. 또한, 원료 가스와 개질 가스를 단독 또는 동시에 공급한 후, 가스를 정지하고 반응실 내의 체류물(원료 가스, 개질 가스, 그들의 중간체 및 부생성물 등)을 제거하는 것으로, 다음에 공급하는 원료 가스 또는 개질 가스 또는 그 양방(兩方)을 효율적으로 반응시킬 수 있다.
(스텝 S14)
스텝 S14에서는, 공급관(320)의 밸브(324)를 열어 처리실에 NH3을 공급한다.
이 때, 밸브(243)를 적정하게 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 20～50Pa의 범위로서, 예를 들면 30Pa로 유지한다. 매스 플로우 컨트롤러(322)에서 제어하는 NH3의 공급 유량은 예를 들면 5.0～8.0slm이다. NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 5～30초이다.
즉, 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급한 후, 양방의 공급을 정지하고 반응실 내의 체류물(원료 가스, 개질 가스, 그들의 중간체 및 부생성물 등)을 제거하고, 개질 가스인 NH3만을 기판에 노출하는 것에 의해, 개질 가스가 기판에 퇴적한 원료 가스와 ALD반응을 일으켜서 부생성물(HCl 등)의 생성을 촉진시킬 수 있고, 따라서, 막 중의 Cl을 효율적으로 제거할 수 있다.
(스텝 S15)
가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아서 처리실(201)에의 NH3의 공급을 정지한다. 이 때 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 더욱 잔류하는 NH3을 배제하는 효과가 높아진다. 처리실(201) 내의 NH3을 배제하는 시간은 예를 들면 3～10초이다.
상기 스텝 S11～S15을 1사이클로 하여 적어도 1회 이상 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 처리실(201) 내의 가스 제거를 수행하면서 복수의 다른 종류의 CVD 법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 질화티타늄 막을 성막한다. 또한, 상술한 시퀀스 중에서 플라즈마를 인가하고, 또는 광 조사(照射)하는 것으로 반응을 촉진시켜도 좋다.
이하의 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 다른 개소만 설명한다.
[제2 실시 형태]
도 6에, 제2 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 나타낸다. 또한, 도 7은, 제2 실시 형태에 있어서의 프로세스를 설명하는 플로우 챠트이다. 이하, 도 6 및 도 7을 참조하면서 제2 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 설명한다.
(스텝 S21)
스텝 S21에서는, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 열어 처리실(201)에 NH3을 공급한다. NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 0.1～30초이다.
(스텝 S22)
다음으로, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 열어서 처리실(201)에 TiCl4를 공급한다. TiCl4 및 NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 5～30초이다.
(스텝 S23)
스텝 S23에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫아서 처리실(201)로의 TiCl4의 공급을 정지하고, 밸브(614)를 열어서 벤트 라인(610)에 TiCl4을 흘려보낸다. TiCl4의 처리실(201)로의 공급을 정지하고, NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 0.1～30초이다.
(스텝 S24)
스텝 S24에서는, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아서 처리실(201)로의 NH3의 공급을 정지한다. 이 때, 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 더욱 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 배제하는 효과가 높아진다. 처리실 내의 분위기를 제거하는 시간은 예를 들면 3～10초이다.
(스텝 S25)
스텝 S25에서는, 공급관(320)의 밸브(324)를 열어서 처리실(201)에 NH3을 공급한다. NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은, 예를 들면 5～30초이다.
(스텝 S26)
가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아서 처리실(201)로의 NH3의 공급을 정지한다. 이 때, 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때 N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 더욱 잔류하는 NH3을 배제하는 효과가 높아진다. 처리실(201) 내의 NH3을 배제하는 시간은 예를 들면 3～10초이다.
상기 스텝 S21～S26을 1사이클로 하여 적어도 1회 이상 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 처리실(201) 내의 가스 제거를 수행하면서 복수의 다른 종류의 CVD 법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 질화티타늄 막을 성막한다.
따라서, 제2 실시 형태에 의하면, 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급하는 것에 의해, 원료 가스와 개질 가스가 CVD 반응을 일으키므로, ALD 반응보다도 빠른 성막 속도를 얻을 수 있고, 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급한 후, 먼저 원료 가스의 공급을 정지하고, 그 후 개질 가스의 공급을 정지하는(개질 가스를 정지하는 타이밍을 늦추는) 것에 의해, 개질 처리로 성막 사이클을 종료시키는 것이 되기때문에, 막 중에 Cl이 잔류하는 비율을 저감할 수 있다. 또한, 원료 가스와 개질 가스를 단독 또는 동시에 공급한 후, 가스를 정지하고 반응실 내의 체류물(원료 가스, 개질 가스, 그들의 중간체 및 부생성물 등)을 제거하는 것으로, 다음에 공급하는 원료 가스 또는 개질 가스 또는 그 양방을 효율적으로 반응시킬 수 있다. 또한, 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급한 후, 양방의 공급을 정지하고 반응실 내의 체류물(원료 가스, 개질 가스, 그들의 중간체 및 부생성물 등)을 제거하고, 개질 가스인 NH3만을 기판에 노출시키는 것에 의해, 개질 가스가 기판에 퇴적한 원료 가스와 ALD 반응을 일으켜서 부생성물(HCl 등)의 생성을 촉진시킬 수 있고, 따라서, 막 중의 Cl을 효율적으로 제거할 수 있다. 또한, 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급할 경우여도, 미소(微少)하지만 원료 가스와 개질 가스의 공급 타이밍은 각 사이클마다 다르기 때문에, 각 사이클마다 막 두께가 분산되어 버린다. 그로부터, 본 실시 형태와 같이 개질 가스인 NH3을 공급한 후에 원료 가스인 TiCl4을 공급하고, 개질 가스를 공급하고 있는 상태에서 원료 가스의 공급을 정지하는 것에 의해, 원료 가스의 공급 시간을 각 뱃치 사이에서 거의 동일하게 할 수 있고, 원료 가스 펄스만으로 CVD 반응에 의한 성막 막 두께를 제어하는 것이 가능해진다.
[제3 실시 형태]
도 8에, 제3 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 도시한다. 또한, 도 9는, 제3 실시 형태에 있어서의 프로세스를 설명하는 플로우 챠트이다. 이하, 도 8 및 도 9를 참조하면서 제3 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 설명한다.
(스텝 S31)
스텝 S31에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 열어 처리실(201)에 TiCl4을 공급한다. TiCl4에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 0.1～30초이다.
(스텝 S32)
그 다음에, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 열어 처리실(201)에 NH3을 공급한다. 여기서, TiCl4 및 NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 5～30초이다.
(스텝 S33)
스텝 S33에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫아 처리실(201)로의 TiCl4의 공급을 정지하고, 밸브(614)를 열어서 벤트 라인(610)에 TiCl4을 흘린다. TiCl4의 공급을 정지하고, NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 0.1～30초이다.
(스텝 S34)
스텝 S34에서는, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아서 처리실(201)로의 NH3의 공급을 정지한다. 이 때, 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 더욱 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 배제하는 효과가 높아진다. 처리실(201) 내의 분위기를 제거하는 시간은 예를 들면 3～10초이다.
(스텝 S35)
스텝 S35에서는, 공급관(320)의 밸브(324)를 열어서 처리실(201)에 NH3을 공급한다. NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은, 예를 들면 5～30초이다.
(스텝 S36)
가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아서 처리실(201)로의 NH3의 공급을 정지한다. 이 때, 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 더욱 잔류하는 NH3을 배제하는 효과가 높아진다. 처리실(201) 내의 NH3을 배제하는 시간은 예를 들면 3～10초이다.
상기 스텝 S31～S36을 1사이클로 하여 적어도 1회 이상 소정 횟수 수행하는 것으로 의해, 처리실(201) 내의 가스 제거를 하면서 복수의 다른 종류의 CVD 법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 질화티타늄 막을 성막한다.
따라서, 제3 실시 형태에 의하면, 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급하는 것에 의해, 원료 가스와 개질 가스가 CVD 반응을 일으키므로, ALD 반응보다도 빠른 성막 속도를 얻을 수 있고, 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급한 후, 먼저 원료 가스의 공급을 정지하고, 그 후 개질 가스의 공급을 정지하는(개질 가스를 정지하는 타이밍을 늦추는) 것에 의해, 개질 처리로 성막 사이클을 종료시키는 것이 되기 때문에, 막 중에 Cl이 잔류하는 비율을 저감할 수 있다. 또한, 원료 가스와 개질 가스를 단독 또는 동시에 공급한 후, 가스를 정지하고 반응실 내의 체류물(원료 가스, 개질 가스, 그들의 중간체 및 부생성물 등)을 제거하는 것으로, 다음에 공급하는 원료 가스 또는 개질 가스 또는 그 양방을 효율적으로 반응시킬 수 있다. 또한, 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급한 후, 양방의 공급을 정지하고 반응실 내의 체류물(원료 가스, 개질 가스, 그들의 중간체 및 부생성물 등)을 제거하고, 개질 가스인 NH3만을 기판에 노출하는 것에 의해, 개질 가스가 기판에 퇴적한 원료 가스와 ALD반응을 일으켜서 부생성물(HCl 등)의 생성을 촉진시켜, 따라서, 막 중의 Cl을 효율적으로 제거할 수 있다. 또한, 원료 가스인 TiCl4과 개질 가스인 NH3의 CVD 반응에 앞서서, 원료 가스인 TiCl4을 단독으로 기판으로 노출하여 ALD 반응에서 원료 가스 및 그 중간체를 기판에 흡착시키는 것에 의해, 기판 상에 Cl 농도가 낮은 종결정(種結晶)을 형성할 수 있다.
[제4 실시 형태]
도 10에, 제4 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 도시한다. 또한, 도 11은, 제4 실시 형태에 있어서의 프로세스를 설명하는 플로우 챠트이다. 이하, 도 10 및 도 11을 참조하면서 제4 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 설명한다.
(스텝 S41)
스텝 S41에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 열어 처리실(201)에 TiCl4을 공급한다. TiCl4에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 0.1～30초이다.
(스텝 S42)
그 다음, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 열어 처리실(201)에 NH3을 공급한다. TiCl4 및 NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 5～30초이다.
(스텝 S43)
스텝 S43에서는, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아 처리실(201)로의 NH3의 공급을 정지한다. NH3의 공급을 정지하고, TiCl4에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 0.1～30초이다.
(스텝 S44)
스텝 S44에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫아서 처리실(201)로의 TiCl4의 공급을 정지하고, 밸브(614)를 열어서 벤트 라인(610)에 TiCl4을 흘린다. 이 때 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 더욱 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 배제하는 효과가 높아진다. 처리실(201) 내의 분위기를 제거하는 시간은 예를 들면 3～10초이다.
(스텝 S45)
스텝 S45에서는, 공급관(320)의 밸브(324)를 열어서 처리실(201)에 NH3을 공급한다. NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은, 예를 들면 5～30초이다.
(스텝 S46)
가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아서 처리실(201)로의 NH3의 공급을 정지한다. 이 때, 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 더욱 잔류하는 NH3을 배제하는 효과가 높아진다. 처리실 내의 NH3을 배제하는 시간은 예를 들면 3～10초이다.
상기 스텝 S41～S46을 1사이클로 하여 적어도 1회 이상 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 처리실(201) 내의 가스 제거를 하면서 복수의 다른 종류의 CVD 법을 이용하여 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 질화티타늄 막을 성막한다.
따라서, 제4 실시 형태에 의하면, 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급하는 것에 의해, 원료 가스와 개질 가스가 CVD 반응을 일으키므로, ALD 반응보다도 빠른 성막 속도를 얻을 수 있고, 원료 가스와 개질 가스를 단독 또는 동시에 공급한 후, 가스를 정지하고 반응실 내의 체류물(원료 가스, 개질 가스, 그들의 중간체 및 부생성물 등)을 제거하는 것으로, 다음에 공급하는 원료 가스 또는 개질 가스 또는 그 양방을 효율적으로 반응시킬 수 있다. 또한, 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급한 후, 양방의 공급을 정지하고 반응실 내의 체류물 (원료 가스, 개질 가스, 그들의 중간체 및 부생성물 등)을 제거하고, 개질 가스인 NH3만을 기판에 노출하는 것에 의해, 개질 가스가 기판에 퇴적한 원료 가스와 ALD 반응을 일으켜서 부생성물 (HCl 등)의 생성을 촉진시킬 수 있고, 따라서, 막 중의 Cl을 효율적으로 제거할 수 있다. 또한, 원료 가스인 TiCl4과 개질 가스인 NH3의 CVD 반응에 앞서서, 원료 가스인 TiCl4을 단독으로 기판에 노출하여 ALD 반응으로 원료 가스 및 그 중간체를 기판에 흡착시키는 것에 의해, 기판 상에 Cl농도가 낮은 종결정을 형성할 수 있다. 또한, 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급하는 경우여도, 미소하지만 원료 가스와 개질 가스의 공급 타이밍은 각 사이클마다 다르기 때문에, 각 사이클마다 막 두께가 분산되어 버린다. 그로부터, 상술한 제2 실시 형태와는 반대로, 본 실시 형태에서는 원료 가스인 TiCl4을 공급한 후에 개질 가스인 NH3을 공급하고, 원료 가스를 공급하고 있는 상태에서 개질 가스의 공급을 정지하는 것에 의해, 개질 가스의 공급 시간을 각 뱃치 사이에서 거의 동일하게 할 수 있고, 개질 가스 펄스만으로 CVD 반응에 의한 성막 막 두께를 제어하는 것이 가능해진다.
그 다음에, 성막 시퀀스 1사이클에 있어서, Ti원과 N원의 펄스가 동시에 온(ON) 되어있는 것과 함께, 어느 한 방향밖에 온 되어 있지 않는 시간대가 존재하는 공정을 거쳐 CVD 법으로 형성하는 예에 대해서 설명한다.
[제5 실시 형태]
도 12에, 제5 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 도시한다. 또한, 도 13은, 제5 실시 형태에 있어서의 프로세스를 설명하는 플로우 챠트이다. 이하, 도 12 및 도 13을 참조하면서 본 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 설명한다.
(스텝 S51)
스텝 S51에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 열어 TiCl4의 공급을 개시한다. TiCl4에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 0.1～30초이다.
(스텝 S52)
스텝 S52에서는, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 열어 처리실(201)에 NH3을 공급한다. TiCl4 및 NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 5～30초이다.
(스텝 S53)
스텝 S53에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫아 처리실(201)로의 TiCl4의 공급을 정지하고, 밸브(614)를 열어서 벤트 라인(610)에 TiCl4을 흘린다. TiCl4의 공급을 정지하고, NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 5～30초이다.
(스텝 S54)
스텝 S54에서는, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아 처리실(201)로의 NH3의 공급을 정지한다. 이 때, 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 더욱 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 배제하는 효과가 높아진다. 처리실 내의 분위기를 제거하는 시간은 예를 들면 3～10초이다.
상기 스텝 S51～S54를 1사이클로 하여 적어도 1회 이상 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 처리실(201) 내의 가스 제거를 하면서 복수의 다른 종류의 CVD 법을 이용하여 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 질화티타늄 막을 성막한다.
따라서, 제5 실시 형태에 의하면, 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급하는 것에 의해, 원료 가스와 개질 가스가 CVD 반응을 일으키므로, ALD 반응보다도 빠른 성막 속도를 얻을 수 있고, 원료 가스와 개질 가스를 단독 또는 동시에 공급한 후, 가스를 정지하고 반응실 내의 체류물(원료 가스, 개질 가스, 그들의 중간체 및 부생성물 등)을 제거하는 것으로, 다음에 공급하는 원료 가스 또는 개질 가스 또는 그 양방을 효율적으로 반응시킬 수 있다. 또한, 원료 가스인 TiCl4과 개질 가스인 NH3의 CVD 반응에 앞서, 원료 가스인 TiCl4을 단독으로 기판으로 노출하여 ALD 반응에서 원료 가스 및 그 중간체를 기판에 흡착시키는 것에 의해, 기판 상에 Cl 농도가 낮은 종결정을 형성할 수 있다.
[제6 실시 형태]
도 14에, 제6 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 도시한다. 또한, 도 15는, 제6 실시 형태에 있어서의 프로세스를 설명하는 플로우 챠트이다. 이하, 도 14 및 도 15을 참조하면서 제6 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 설명한다.
(스텝 S61)
스텝 S61에서는, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 열어 처리실(201)에 NH3을 공급한다. NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 0.1～30초이다.
(스텝 S62)
스텝 S62에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 열어 TiCl4의 공급을 개시한다. TiCl4 및 NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 5～30초이다.
(스텝 S63)
스텝 S63에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫아서 처리실(201)로의 TiCl4의 공급을 정지하고, 밸브(614)를 열어서 벤트 라인(610)에 TiCl4를 흘린다. TiCl4의 공급을 정지하고, NH3에 웨이퍼(200)를 노출하는 시간은 예를 들면 0.1～30초이다.
(스텝 S64)
스텝 S64에서는, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아 처리실(201)로의 NH3의 공급을 정지한다. 이 때, 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 더욱 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 배제하는 효과가 높아진다. 처리실(201) 내의 분위기를 제거하는 시간은 예를 들면 3～10초이다.
상기 스텝 S61～S64를 1사이클로 하여 적어도 1회 이상 소정 횟수 수행하는 것에 의해, 처리실(201) 내의 가스 제거를 하면서 복수의 다른 종류의 CVD 법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 질화티타늄 막을 성막한다.
따라서, 제6 실시 형태에 의하면, 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급하는 것에 의해, 원료 가스와 개질 가스가 CVD 반응을 일으키므로, ALD 반응보다도 빠른 성막 속도를 얻을 수 있고, 원료 가스와 개질 가스를 단독 또는 동시에 공급한 후, 가스를 정지하고 반응실 내의 체류물(원료 가스, 개질 가스, 그들의 중간체 및 부생성물 등)을 제거하는 것으로, 다음에 공급하는 원료 가스 또는 개질 가스 또는 그 양방을 효율적으로 반응시킬 수 있다. 또한, 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급한 후, 양방의 공급을 정지하고 반응실 내의 체류물(원료 가스, 개질 가스, 그들의 중간체 및 부생성물 등)을 제거하고, 개질 가스인 NH3만을 기판에 노출하는 것에 의해, 개질 가스가 기판에 퇴적한 원료 가스와 ALD 반응을 일으켜서 부생성물 (HCl 등)의 생성을 촉진시킬 수 있고, 따라서, 막 중의 Cl을 효율적으로 제거할 수 있다. 또한, 개질 가스인 NH3을 공급한 후에 원료 가스인 TiCl4을 공급하고, 개질 가스를 공급하고 있는 상태에서 원료 가스의 공급을 정지하는 것에 의해, 원료 가스의 공급 시간을 각 뱃치 사이에서 거의 동일하게 할 수 있고, 원료 가스 펄스만으로 CVD 반응에 의한 성막 막 두께를 제어하는 것이 가능해진다.
즉, 제5 실시 형태 및 제6 실시 형태에 의하면, 상술한 효과에 더해서, 피처리 기판을 1매 단독 또는 2매 정도의 소수로 동시에 처리하는 경우에 비교하여, 동등한 막질을 보다 높은 생산성으로, 또는 동등한 생산성을 확보하면서 양질인 막을 형성할 수 있다.
그 다음, 성막 시퀀스 1사이클이, Ti원 2펄스 이상과 N원 2펄스 이상의 공정을 거쳐 CVD법에서 형성하는 예에 대해서 설명한다.
[제7 실시 형태]
도 16에, 제7 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 도시한다. 또한, 도 17은, 제7 실시 형태에 있어서의 프로세스를 설명하는 플로우 챠트이다. 이하에 도 16 및 도 17을 참조하면서 제7 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 설명한다.
(스텝 S71)
스텝(S71)에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 열어 TiCl4의 공급을 개시한다.
(스텝 S72)
스텝(S72)에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫아 처리실(201)로의 TiCl4의 공급을 정지하고, 밸브(614)를 열어서 벤트 라인(610)에 TiCl4을 흘린다. 이 때, 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 TiCl4을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 더욱 잔류하는 TiCl4을 배제하는 효과가 높아진다.
(스텝 S73)
스텝 S73에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 열어 TiCl4의 공급을 개시함과 함께, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 열어 처리실(201)에 NH3을 공급한다.
(스텝 S74)
스텝(S74)에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫아 처리실로의 TiCl4의 공급을 정지하고, 밸브(614)를 열어서 벤트 라인(610)에 TiCl4을 흘림과 함께, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아서 처리실(201)로의 NH3의 공급을 정지한다. 이 때, 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때 N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 더욱 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 배제하는 효과가 높아진다.
(스텝 S75)
스텝 S75에서는, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 열어 처리실(201)에 NH3을 공급한다.
(스텝 S76)
가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아서 처리실(201)로의 NH3의 공급을 정지한다. 이 때, 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 더욱 잔류하는 NH3을 배제하는 효과가 높아진다.
상기 스텝 S71～S76을 1사이클로 하여 적어도 1회 이상 소정 횟수 수행하는 것으로 의해, 처리실(201) 내의 가스 제거를 하면서 복수의 다른 종류의 CVD 법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 질화티타늄 막을 성막한다.
[제8 실시 형태]
도 18에, 제8 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 도시한다. 또한, 도 19은, 제8 실시 형태에 있어서의 프로세스를 설명하는 플로우 챠트이다. 이하에 도 18 및 도 19를 참조하면서 제8 실시 형태에 있어서의 시퀀스를 설명한다.
(스텝 S81)
스텝 S81에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 열어 TiCl4의 공급을 개시한다.
(스텝 S82)
스텝 S82에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫아서 처리실(201)로의 TiCl4의 공급을 정지하고, 밸브(614)를 열어서 벤트 라인(610)에 TiCl4 를 흘린다. 이 때, 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 TiCl4을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 더욱 잔류하는 TiCl4를 배제하는 효과가 높아진다.
(스텝 S83)
스텝 S83에서는, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 열어 처리실에 NH3을 공급한다.
(스텝 S84)
가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아서 처리실에의 NH3의 공급을 정지한다. 이 때, 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 더욱 잔류하는 NH3을 배제하는 효과가 높아진다.
(스텝 S85)
스텝 S85에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 열어 TiCl4의 공급을 개시하는 동시에, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 열어 처리실(201)에 NH3을 공급한다.
(스텝 S86)
스텝 S86에서는, 가스 공급관(310)의 밸브(314)를 닫아 처리실(201)로의 TiCl4의 공급을 정지하고, 밸브(614)를 열어서 벤트 라인(610)에 TiCl4을 흘리는 동시에, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아서 처리실(201)로의 NH3의 공급을 정지한다. 이 때, 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 더욱 잔류하는 TiCl4 및 NH3을 배제하는 효과가 높아진다.
(스텝 S87)
스텝 S87에서는, 가스 공급관(320)의 밸브(324)를 열어 처리실(201)에 NH3을 공급한다.
(스텝 S88)
가스 공급관(320)의 밸브(324)를 닫아 처리실(201)로의 NH3의 공급을 정지한다. 이 때, 가스 배기관(231)의 밸브(243)는 연 채로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 20Pa 이하가 될 때까지 배기하고, 잔류하는 NH3을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이 때, N2 등의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하면, 더욱 잔류하는 NH3을 배제하는 효과가 높아진다.
상기 스텝 S81～S88을 1사이클로 하여 적어도 1회 이상 소정 횟수 수행하는 것으로 의해, 처리실(201) 내의 가스 제거를 수행하면서 복수의 다른 종류의 CVD 법을 이용해서 웨이퍼(200) 상에 소정 막 두께의 질화티타늄 막을 성막한다.
상술한 제7 실시 형태 및 제8 실시 형태에서는 2 이상의 Ti원 펄스 및 N원 펄스 중, 적어도 각 1개의 펄스는 동시에 흘린다.
따라서, 제7 및 제8 실시 형태에 의하면, 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급하는 것에 의해, 원료 가스와 개질 가스가 CVD 반응을 일으키므로, ALD 반응보다도 빠른 성막 속도를 얻을 수 있고, 원료 가스와 개질 가스를 단독 또는 동시에 공급한 후, 가스를 정지하고 반응실 내의 체류물(원료 가스, 개질 가스, 그들의 중간체 및 부생성물 등)을 제거하는 것으로, 다음에 공급하는 원료 가스 또는 개질 가스 또는 그 양방을 효율적으로 반응시킬 수 있다. 또한, 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급한 후, 양방의 공급을 정지하고 반응실 내의 체류물(원료 가스, 개질 가스, 그들의 중간체 및 부생성물 등)을 제거하고, 개질 가스인 NH3만을 기판에 노출하는 것에 의해, 개질 가스가 기판에 퇴적한 원료 가스와 ALD 반응을 일으켜서 부생성물(HCl 등)의 생성을 촉진시킬 수 있고, 따라서, 막 중의 Cl을 효율적으로 제거할 수 있다. 또한, 원료 가스인 TiCl4과 개질 가스인 NH3의 CVD 반응에 앞서서, 원료 가스인 TiCl4을 단독으로 기판에 노출하여 ALD 반응에서 원료 가스 및 그 중간체를 기판에 흡착시키는 것에 의해, 기판 상에 Cl농도가 낮은 종결정을 형성할 수 있다. 또한, 1사이클 중에서, 원료 가스인 TiCl4의 공급과 개질 가스인 NH3의 공급을 각각 2펄스 이상씩 수행할 때에, 적어도 1펄스는 원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급하고, 적어도 1펄스는 원료 가스와 개질 가스를 각각 단독으로 공급하는 것에 의해, CVD 반응에 의한 성막 속도 향상(원료 가스와 개질 가스를 동시에 공급하는 것에 의한 효과), ALD 반응에 의한 Cl 농도가 낮은 종결정의 형성(원료 가스를 단독으로 공급하는 것에 의한 효과) 및 ALD 반응에 의한 막 중에 잔류하는 Cl의 제거(개질 가스를 단독으로 공급하는 것에 의한 효과) 등의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, CVD 법만으로 형성된 TiN 막과 비교해서 양질인 TiN 막을, ALD 법만으로 형성된 TiN 막과 비교해서 빠른 성막 속도로, 즉 높은 생산성으로 제공할 수 있다. 또한, 저온에서 고품질의 박막을 형성하는 것이 가능해지기 때문에, 서멀 버짓을 저감할 수 있다.
한편, 처리 중, 온도 등의 프로세스 조건은 의도적으로 변경하지 않는다. 단, 압력은 적당히 변경해도 좋다.
또한, 상술한 실시 형태 가운데, 처음에 TiCl4을 공급하여 기판 상에 Ti 등의 원료를 표면 흡착시킨 후, TiCl4 및 NH3을 공급하여 반응시켜서 TiN 막을 형성하고, 최후에 NH3을 공급하여 성장한 막을 개질하는 예가 바람직하다.
또한, 마지막에 NH3을 공급하는 것에 의해, 형성한 막을 질화시킬 수 있다.
또한, 처음에 TiCl4을 공급하는 것에 의해, 기판에 Ti의 종(시드)을 붙일 수 있다.
또한, 제1 처리 가스인 예를 들면 TiCl4과 제2 처리 가스인 예를 들면 NH3을 처리실(201) 내에 동시에 공급하는 예에 대해서 기재하고 있지만,「제1 처리 가스와 제2 처리 가스를 처리실 내에 동시에 공급한다」는 것은, 적어도 각 가스의 공급 시간의 일부가 겹쳐져 있으면 좋다. 구체적으로는, 제1 처리 가스와 제2 처리 가스를 처리실 내에 공급할 때, 한 방향이 먼저 공급되고, 또 한 방향의 공급이 정지된 후도 다른 방면의 가스가 연속해서 공급되고 있으면 좋다. 즉, 제1 처리 가스와 제2 처리 가스의 처리실로의 공급과 정지의 타이밍이 같지 않아도 좋다.
한편, 상기에서는, 주로 종형 장치에 대해서 설명하였으나, 본 발명에 있어서의 CVD 법을 이용한 질화티타늄 막의 형성에 대해서는, 종형 장치에 한하지 않고, 매엽 장치 등 다른 장치에도 적용가능하다. 또한, 상기에서는, 주로 종형의 열CVD 장치에 대해서 설명했으나, 본 발명으로 있어서의 CVD 법을 이용한 질화티타늄 막의 형성에 대해서는, 열 CVD 장치에 한하지 않고, 플라즈마 CVD 장치, 광 CVD 장치 등, 다른 장치에도 적용이 가능하다.
[본 발명이 바람직한 형태]
이하, 본 발명이 바람직한 형태에 대해서 부기(付記)한다.
(1) 본 발명의 일 형태에 의하면, 원료 가스와 개질 가스를 반응시키는 것에 의해 처리실 내에 재치된 기판에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 원료 가스를 상기 기판에 노출하는 원료 가스 폭로(暴露) 공정과, 상기 개질 가스를 상기 기판에 노출하는 개질 가스 폭로 공정을 포함하고, 1회의 상기 원료 가스 폭로 공정과 2회의 상기 개질 가스 폭로 공정을 1사이클로서, 복수의 사이클을 반복하는 것에 의해 상기 기판에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(2) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 원료 가스와 개질 가스를 반응시키는 것에 의해 처리실 내에 재치된 기판에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 원료 가스와 상기 개질 가스를 동시에 상기 기판에 노출하는 것에 의해 막을 형성하는 성막 공정과, 상기 성막 공정의 후에 상기 처리실 내의 분위기를 제거하는 제거 공정과, 상기 제거 공정의 후에 상기 개질 가스를 상기 기판에 노출하는 것에 의해, 상기 기판에 형성된 막을 개질하는 개질 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(3) 바람직하게는, (2)에서, 상기 성막 공정과, 상기 제거 공정과, 상기 개질 공정을 1사이클로 하여 상기 기판에 소정 막 두께의 막이 형성될 때까지 복수의 사이클을 반복한다.
(4)바람직하게는, (2)에서, 상기 성막 공정에서는, 상기 원료 가스를 상기 기판에 노출하는 시간과, 상기 개질 가스를 상기 기판에 노출하는 시간이 다르다.
(5) 바람직하게는, (4)에서, 상기 성막 공정에서는, 상기 개질 가스를 상기 기판에 노출하는 시간이 상기 원료 가스를 상기 기판에 노출하는 시간보다 길게 한다.
(6) 바람직하게는, (5)에서, 상기 성막 공정에서는, 상기 원료 가스와 상기 개질 가스를 같은 타이밍으로 상기 기판에 노출하기 시작하는 것에 의해 상기 기판에 막을 퇴적시킨 후, 계속해서 상기 개질 가스만 상기 기판에 노출하는 것에 의해 상기 기판에 퇴적한 막을 개질한다.
(7) 바람직하게는, (5)에서, 상기 성막 공정에서는, 상기 개질 가스만 상기 기판에 노출한 후, 상기 개질 가스를 노출하면서 동시에 상기 원료 가스를 기판에 노출하는 것으로 상기 기판에 막을 퇴적시키고, 상기 개질 가스만을 상기 기판에 노출하는 것에 의해 상기 기판에 퇴적한 막을 개질한다.
(8) 바람직하게는, (5)에서, 상기 성막 공정에서는, 상기 원료 가스만 상기 기판에 노출한 후, 상기 원료 가스를 노출하면서 동시에 상기 개질 가스를 기판에 노출하는 것으로 상기 기판에 막을 형성하고, 계속해서 상기 개질 가스만을 상기 기판에 노출한다.
(9) 바람직하게는, (2)에서, 상기 성막 공정에서는, 상기 원료 가스만을 상기 기판에 노출하는 것에 의해 상기 기판에 상기 원료 가스의 적어도 일부를 흡착시킨 후, 상기 원료 가스를 노출하면서 상기 개질 가스를 상기 기판에 노출하는 것으로 상기 기판에 흡착한 상기 원료 가스의 적어도 일부를 개질하면서 상기 원료 가스와 반응하여 상기 기판에 막을 퇴적시키고, 계속해서 상기 개질 가스만을 상기 기판에 노출하는 것에 의해 상기 기판에 퇴적한 막을 개질한다.
(10) 바람직하게는, (4)에서, 상기 성막 공정에서는, 상기 원료 가스를 상기 기판에 노출하는 시간이 상기 개질 가스를 상기 기판에 노출하는 시간보다도 길게 한다.
(11) 바람직하게는, (10)에서, 상기 성막 공정에서는, 상기 원료 가스만을 상기 기판에 노출한 후, 상기 원료 가스를 노출하면서 상기 개질 가스를 상기 기판에 노출하는 것으로 상기 기판에 막을 형성하고, 계속해서 상기 원료 가스만을 상기 기판에 노출한다.
(12) 바람직하게는, (10)에서, 상기 성막 공정에서는, 상기 원료 가스만을 상기 기판에 노출하는 것에 의해 상기 기판에 상기 원료 가스의 적어도 일부를 흡착시킨 후, 상기 원료 가스를 노출하면서 상기 개질 가스를 상기 기판에 노출하는 것으로 상기 기판에 흡착한 상기 원료 가스의 적어도 일부를 개질하면서 상기 원료 가스와 반응하여 상기 기판에 막을 퇴적시키고, 계속해서 상기 원료 가스만을 상기 기판에 노출하는 것에 의해 상기 기판에 상기 원료 가스의 적어도 일부를 흡착시킨다.
(13) 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 원료 가스와 개질 가스를 반응시키는 것에 의해 처리실 내에 재치된 기판에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 원료 가스와 상기 개질 가스를 동시에 상기 기판에 노출하는 것에 의해 막을 퇴적하는 퇴적 공정과, 상기 퇴적 공정의 후에 상기 처리실 내의 분위기를 제거하는 제거 공정과, 상기 개질 가스를 상기 기판에 노출하는 것에 의해 상기 기판에 형성된 막을 개질하는 개질 공정과, 상기 원료 가스를 상기 기판에 노출하는 것에 의해 상기 기판에 원료를 흡착시키는 원료 흡착 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(14) 바람직하게는, (13)에서, 적어도 1회의 상기 퇴적 공정, 복수의 상기 제거 공정, 적어도 1회의 상기 개질 공정 및 적어도 1회의 상기 원료 흡착 공정을 1사이클로 하여 상기 기판에 소정 막 두께의 막이 형성될 때까지 복수의 사이클을 반복한다.
(15) 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 원료 가스와 개질 가스를 반응시키는 것에 의해 처리실 내에 재치된 기판에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 원료 가스를 상기 기판에 노출하는 원료 가스 폭로 공정과, 상기 원료 가스 폭로 공정에 이어, 상기 원료 가스를 상기 기판에 노출하면서 상기 개질 가스를 상기 기판에 노출하는 것에 의해 상기 기판에 흡착한 상기 원료 가스를 개질하면서 막을 퇴적하는 성막 공정과, 상기 성막 공정에 이어 상기 원료 가스의 상기 기판에의 폭로를 정지한 상태에서 상기 개질 가스를 상기 기판에 노출하는 것에 의해 상기 기판에 퇴적한 막을 개질하는 개질 공정과, 상기 처리실 내의 분위기를 제거하는 제거 공정을 순서대로 소정 횟수 반복하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(16) 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 원료 가스와 개질 가스를 반응시키는 것에 의해 처리실 내에 재치된 기판에 막을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 개질 가스를 상기 기판에 노출하는 개질 가스 폭로 공정과, 상기 개질 가스 폭로 공정에 이어 상기 개질 가스를 상기 기판에 노출하면서 상기 원료 가스를 상기 기판에 노출하는 성막 공정과, 상기 성막 공정에 이어 상기 개질 가스의 상기 기판으로의 폭로를 정지한 상태에서 상기 원료 가스를 상기 기판에 노출하는 원료 가스 폭로 공정과, 상기 처리실 내의 분위기를 제거하는 제거 공정을 순서대로 소정 횟수 반복하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(17) 바람직하게는, (2)～(12), (15), (16) 중 어느 것에서, 상기 성막 공정에서는, 상기 개질 가스를 활성화해서 상기 기판에 노출한다.
(18) 바람직하게는, (13) 또는 (14)에서, 상기 퇴적 공정에서는, 상기 개질 가스를 활성화해서 상기 기판에 노출한다.
(19) 바람직하게는, (17) 또는 (18)에서, 상기 개질 가스를 플라즈마 여기(勵 起)에 의해 활성화한다.
(20) 바람직하게는, (17) 또는 (18)로서, 상기 개질 가스를 광 여기에 의해 활성화한다.
(21) 바람직하게는, (1)～(20)의 어느 것을 이용해서 형성된 반도체 장치가 제공된다.
(22) 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급계와, 상기 처리실에 개질 가스를 공급하는 개질 가스 공급계와, 상기 처리실 내의 분위기를 배기하는 배기계와, 상기원료 가스 공급계, 상기 개질 가스 공급계, 상기 배기계를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 원료 가스와 상기 개질 가스를 동시에 상기 처리실에 공급하여 상기 기판에 막을 형성하고, 상기 처리실 내의 분위기를 배기하고, 상기 개질 가스를 상기 처리실에 공급하여 상기 기판에 형성된 막을 개질하도록 상기 원료 가스 공급계, 상기 개질 가스 공급계 및 상기 배기계를 제어하는 기판 처리 장치가 제공된다.
(23) 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, Ti를 성분에 포함한 무기 금속 화합물 또는 유기 금속 화합물의 어느 것(이하, Ti원)과, N을 성분에 포함한 무기 금속 화합물 또는 유기 금속 화합물의 어느 것(이하, N원)을 반응시키는 것에 의해, 도체막, 절연막 또는 절연막에 의해 격리된 도체 패턴이 노출된 피처리 기판 상에 질화티타늄을 형성하는 성막 방법으로서, Ti원과 N원을 펄스로 공급시키는 것에 의해, 상기 피처리 기판 상에 질화티타늄 막을 주기적으로(cyclic) 형성하는 것을 특징으로 하는 성막 방법 및 성막 장치가 제공된다.
(24) 바람직하게는, (23)에서, 성막 시퀀스 1사이클을 Ti원 1펄스와 N원 2펄스 이상으로 구성한다.
(25) 바람직하게는, (23) 또는 (24)에서, Ti원과 동시에 N원을 흘리는 경우에 있어서, Ti원 펄스와 N원 펄스를 같은 타이밍으로 온(ON)하고, Ti원 펄스를 오프(OFF)한 후에, N원 펄스를 오프한다.
(26) 바람직하게는, (23) 또는 (24)에서, Ti원과 동시에 N원을 흘리는 경우에 있어서, N원 펄스를 온한 후에 Ti원 펄스를 온하고, Ti원 펄스를 오프한 후에 N원 펄스를 오프한다.
(27) 바람직하게는, (23) 또는 (24)에서, Ti원과 동시에 N원을 흘리는 경우에 있어서, Ti원 펄스를 온한 후에 N원 펄스를 온하고, Ti원 펄스를 오프한 후에 N원 펄스를 오프한다.
(28) 바람직하게는, (23) 또는 (24)에서, Ti원과 동시에 N원을 흘리는 경우에 있어서, Ti원 펄스를 온한 후에 N원 펄스를 온하고, N원 펄스를 오프한 후에 Ti원 펄스를 오프한다.
(29) 바람직하게는, (23)에서, 성막 시퀀스 1사이클을, Ti원 2펄스 이상과, N원 2펄스 이상으로 구성한다.
(30) 바람직하게는, (29)에서, 성막 시퀀스 1사이클 중의 Ti원 펄스 및 N원 펄스 중, 적어도 각 1개의 펄스는 동시에 흘리는 구성이다.
(31) 바람직하게는, (23)에서, 성막 시퀀스 1사이클에 있어서, Ti원과 N원의 펄스가 동시에 온되어 있는 동시에, 어느 한 방향밖에 온되어 있지 않은 시간대가 존재한다.
(32) 바람직하게는, (31)에서, Ti원을 먼저 온한 후, N원을 온하고, Ti원을 오프한 후, N원을 오프한다.
(33) 바람직하게는, (31)에서, N원을 먼저 온한 후, Ti원을 온하고, Ti원을 오프한 후, N원을 오프한다.
(34) 바람직하게는, (23)～(33)의 어느 것에서, Ti원이 사염화 티타늄이다.
(35) 바람직하게는, (23)～(33)의 어느 것에서, N원이 암모니아이다.
(36) 바람직하게는, (23)～(33)의 어느 것에서, Ti원과 N원의 펄스가 동시에 온되어 있는 타이밍으로, 플라즈마 인가(印加), 광조사한다.
(37) 바람직하게는, (23)～(36)의 어느 하나에 기재된 성막 장치로서, 복수의 피처리 기판을 동시에 처리하는 것이 가능한 뱃치 로(爐)인 성막 장치 및 그것을 이용한 성막 방법이 제공된다.
(38) 바람직하게는, (37)기재의 성막 장치로서, 그 형태가 피처리 기판을 종방향으로 복수 매 겹쳐서 처리를 수행하는 종형 노체(爐體)이며, 그 반응 튜브 내부에 피처리 기판과 대략 동일한 지름을 갖는 내부관을 포함하고, 이 내부관의 내측에 위치하는 피처리 기판의 사이에 측방(側方)으로부터 가스를 도입, 배기하는 성막 장치 및 그것을 이용한 성막 방법이 제공된다.
(39) 바람직하게는, (23)～(36)의 어느 하나에 기재된 성막 장치로서, 피처리 기판을 1매씩 처리하는 매엽로(枚葉爐)인 성막 장치 및 그것을 이용한 성막 방법이 제공된다.
(40) 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 처리실에 기판을 반입하는 기판 반입 공정과, 상기 처리실에 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 동시에 공급하여 상기 기판에 소정의 막을 형성하는 막 형성 공정과, 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지하고 상기 처리실 내에 잔류하는 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 제거하는 제거 공정과, 상기 제거 공정의 후에, 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하여 상기 기판에 형성된 막을 개질하는 개질 공정과, 상기 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 기판 반출 공정을 포함하고, 상기 막 형성 공정에서는, 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하는 시간이, 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 시간보다 긴 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(41) 바람직하게는, (40)에서, 상기 막 형성 공정에서는, 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스를 동일한 타이밍으로 공급하기 시작하여 상기 기판에 막을 형성한 후, 상기 제1 처리 가스의 공급을 정지한 상태에서 상기 제2 처리 가스를 공급하여 상기 기판에 형성된 막을 개질한다.
(42) 바람직하게는, (41)에서, 상기막 형성 공정에서는, 상기 제1 처리 가스의 공급을 정지한 상태에서 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하고, 그 후, 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하면서 동시에 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 것으로 상기 기판에 막을 형성하고, 상기 제1 처리 가스의 공급을 정지한 상태에서 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하여 상기 기판에 형성된 막을 개질한다.
(43) 바람직하게는, (41)에서, 상기 막 형성 공정에서는, 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지한 상태에서 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스를 공급한 후, 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스를 공급하면서 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하여 상기 기판에 막을 형성하고, 상기 제1 처리 가스의 공급을 정지한 상태에서 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하여 상기 기판에 형성된 막을 개질한다.
(44) 바람직하게는, (41)에서, 상기 막 형성 공정에서는, 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지한 상태에서 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 것에 의해 상기 기판에 상기 제1 처리 가스의 적어도 일부를 흡착시킨 후, 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스를 공급하면서 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하는 것에 의해 상기 기판에 흡착한 상기 제1 처리 가스의 적어도 일부를 개질하면서 상기 제1 처리 가스와 반응해서 상기 기판에 막을 형성하고, 상기 제1 처리 가스의 공급을 정지한 상태에서 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하여 상기 기판에 형성된 막을 개질한다.
(45) 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 처리실에 기판을 반입하는 기판 반입 공정과, 상기 처리실에 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 동시에 공급하여 상기 기판에 소정의 막을 형성하는 막 형성 공정과, 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지하고 상기 처리실 내에 잔류하는 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 제거하는 제거 공정과, 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하여 상기 기판에 형성된 막을 개질하는 개질 공정과, 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지하고, 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스를 공급하여 상기 제2 처리 가스의 적어도 일부를 상기 기판에 흡착시키는 흡착 공정과, 상기 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 기판 반출 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(46) 바람직하게는, (45)에서, 적어도 1회의 상기 막 형성 공정, 복수의 상기 제거 공정, 적어도 1회의 상기 개질 공정 및 적어도 1회의 상기 흡착 공정을 1사이클로 하여 상기 기판에 소정의 막 두께의 막이 형성될 때까지 복수의 사이클을 반복한다.
(47) 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 처리실에 기판을 반입하는 기판 반입 공정과, 상기 처리실에 제1 원소를 포함하는 제1 처리 가스를 공급하여 상기 기판에 상기 제1 원소를 흡착시키는 흡착 공정과, 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스를 공급하면서 제2 원소를 포함하는 제2 처리 가스를 공급하는 것에 의해, 상기 제1 처리 가스 및 상기 기판에 흡착한 상기 제1 원소와 반응해서 상기 기판에 소정의 막을 형성하는 막 형성 공정과, 상기 제1 처리 가스의 공급을 정지하고 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하는 것에 의해, 상기 기판에 형성된 막을 개질하는 개질 공정과, 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지하고 상기 처리실 내에 잔류하는 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 제거하는 제거 공정과, 상기 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 기판 반출 공정을 포함하고, 상기 흡착 공정, 상기 막 형성 공정, 상기 개질 공정 및 상기 제거 공정을 순서대로 소정 횟수 반복하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(48) 바람직하게는, (40)～(47)의 어느 것에서, 상기 제2 처리 가스를 활성화해서 상기 처리실에 공급한다.
(49) 바람직하게는, (40)～(47)의 어느 것에서, 상기 제2 처리 가스는 질소함유 가스 또는 산소 함유 가스이다.
(50) 바람직하게는, (48)에서, 상기 제2 처리 가스를 플라즈마 여기에 의해 활성화한다.
(51) 바람직하게는, (48)에서, 상기 제2 처리 가스를 광여기에 의해 활성화한다.
(52) 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 처리실에 기판을 반입하는 제1 공정과, 상기 처리실에 제1 처리 가스를 공급하는 제2 공정과, 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스를 공급하면서 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하는 제3 공정과, 상기 제1 처리 가스의 공급을 정지하고 상기 제2 처리 가스를 공급하는 제4 공정과, 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지하고 상기 처리실 내에 잔류하는 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 제거하는 제5 공정과, 상기 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 제6 공정을 포함하고, 상기 제1 공정부터 상기 제6 공정을 순서대로 소정 횟수 반복하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
(53) 바람직하게는, (40)～(52)의 어느 것에 기재된 방법을 이용해서 형성된 반도체 장치.
(54) 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실에 제1 처리 가스를 공급하는 제1 처리 가스 공급 수단과, 상기 처리실에 제2 처리 가스를 공급하는 제2 처리 가스 공급 수단과, 상기 처리실 내를 배기하는 배기 수단과, 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스를 동시에 상기 처리실에 공급하여 상기 기판에 막을 형성하고, 다음에 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스의 공급을 정지하고 상기 처리실 내에 잔류하는 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 배기하고, 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하여 상기 기판에 형성된 막을 개질하도록 상기 제1 처리 가스 공급 수단, 상기 제2 처리 가스 공급 수단 및 상기 배기 수단을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스를 동시에 상기 처리실에 공급할 때는, 상기 처리실에 상기 제2 처리 가스를 공급하는 시간이, 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스를 공급하는 시간보다 길어지도록 상기 제1 처리 가스 공급 수단 및 상기 제2 처리 가스 공급 수단을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치가 제공된다.
1…기판 처리 장치 200…웨이퍼
201…처리실 202…처리로
203…반응관 207…히터
217…보트 218…보트 지지대
231…배기관 243…밸브
246…진공 펌프 267…보트 회전 기구
280…컨트롤러 310, 320…가스 공급관
410, 420…노즐 410a, 420a…가스 공급공
510, 520…캐리어 가스 공급관

Claims (7)

  1. (a) 처리실에 기판을 반입하는 공정;
    (b) 상기 처리실에 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 동시에 공급하는 공정;
    (c) 상기 (b) 단계를 수행한 후에 잔류하는 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실 내로부터 제거하는 공정;
    (d) 상기 제1 처리 가스를 공급하지 않으면서 상기 처리실 내로 상기 제2 처리 가스를 공급하는 공정;
    (e) 상기 (d) 단계를 수행한 후에 잔류하는 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실 내로부터 제거하는 공정;
    (f) 상기 제2처리 가스를 공급하지 않으면서 상기 처리실 내로 상기 제1 처리 가스를 공급하는 공정;
    (g) 상기 (f) 단계를 수행한 후에 잔류하는 상기 제1 처리 가스를 상기 처리실 내로부터 제거하는 공정; 및
    (h) 상기 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 공정;
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계 내지 상기 (g) 단계는 소정의 막을 형성하기 위하여 순서대로 소정 횟수 수행되는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 처리 가스는 티타늄 함유 가스이고, 상기 제2 처리 가스는 질소 함유 가스이고, 상기 기판 상에 형성되는 상기 막은 티타늄 질화막인 반도체 장치의 제조 방법.
  4. (a) 처리실에 기판을 반입하는 공정;
    (b) 상기 처리실에 제1 원소를 포함하는 제1 처리 가스를 공급하는 공정;
    (c) 상기 (b) 단계를 수행한 후에 잔류하는 상기 제1 처리 가스를 상기 처리실 내로부터 제거하는 공정;
    (d) 상기 처리실에 상기 제1 처리 가스 및 제2 원소를 포함하는 제2 처리 가스를 상기 제2 처리 가스와 상기 제1 처리 가스가 반응하도록 동시에 공급하는 공정;
    (e) 상기 (d) 단계를 수행한 후에 잔류하는 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실 내로부터 제거하는 공정;
    (f) 상기 제1 처리 가스를 공급하지 않으면서 상기 처리실 내로 상기 제2 처리 가스를 공급하는 공정;
    (g) 상기 (f) 단계를 수행한 후에 잔류하는 상기 제2 처리 가스를 상기 처리실 내로부터 제거하는 공정; 및
    (h) 상기 처리실로부터 상기 기판을 반출하는 공정;
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 (b) 단계 내지 상기 (g) 단계는 소정의 막을 형성하기 위하여 순서대로 소정 횟수 수행되는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 원소는 티타늄이고, 상기 제2 원소는 질소인 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 처리 가스는 티타늄 함유 가스이고, 상기 제2 처리 가스는 질소 함유 가스인 반도체 장치의 제조 방법.
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