KR20180054448A - 성막 장치 - Google Patents

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다카유키 가라카와
도요히로 가마다
아키히로 구리바야시
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 에칭 레이트가 낮은 고품질의 질화막을 빠른 성막 속도로 형성하는 것이다. 가스 급배기 유닛(2), 제1 개질 영역(R2), 제2 개질 영역(R3) 및 반응 영역(R4)을, 회전 테이블(12)의 회전 방향 상류측에서부터 이 순서로 설치한다. 제1 개질 영역(R2)에서는, 하류측 단부로부터 개질 가스를 토출해서 상류측 단부의 제1 배기구(51)로부터 배기하고, 제2 개질 영역(R3)에서는, 상류측 단부로부터 개질 가스를 토출해서 하류측 단부의 제2 배기구(52)로부터 배기한다. 반응 영역(R4)에서는, 하류측 단부로부터 반응 가스를 토출해서 상류측 단부의 제3 배기구(53)로부터 배기한다. 제1 개질 영역(R2) 및 제2 개질 영역(R3)과, 반응 영역(R4)과의 사이에서는, 개질 가스와 반응 가스와의 혼합이 억제되기 때문에, 제1 및 제2 개질 영역(R2, R3)에서는 높은 개질 효율이 얻어지고, 반응 영역(R4)에서는 질화 처리가 빠르게 진행되므로, 에칭 레이트가 낮은 질화막을 빠른 성막 속도로 형성할 수 있다.

Description

성막 장치{FILM FORMING APPARATUS}
본 발명은, 실리콘을 포함하는 원료 가스 및 질소 함유 가스를 사용해서 기판에 실리콘 질화막을 형성하는 성막 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서, 예를 들어 에칭 처리의 하드 마스크, 스페이서 절연막이나 밀봉막 등으로서, 기판에 실리콘 질화막(이하, 「SiN막」이라고도 약기함)을 형성하는 성막 처리가 행하여지고 있다. 이 용도의 SiN막은, 예를 들어 불산 용액에 대한 저에칭 레이트나 내플라즈마성이 요구되고 있으며, 이 때문에 높은 치밀성이 요구되고 있다. 특허문헌 1에는, ALD(Atomic Layer Deposition)에 의해, SiN막의 성막을 행하는 성막 장치에 대해서 기재되어 있다.
이 성막 장치에서는, 처리실 내에서, 적재대에 형성된 기판 적재 영역이 처리실 내의 제1 영역과 제2 영역을 순서대로 통과하도록, 적재대를 축선 중심으로 회전(공전)시킴으로써 성막 처리가 행하여진다. 제1 영역에서는, 제1 가스 공급부의 분사부로부터 원료 가스로서 실리콘 함유 가스가 공급되어 기판에 실리콘(Si)이 흡착되고, 불필요한 원료 가스는 분사부를 둘러싸도록 형성된 배기구로부터 배기된다. 제2 영역에서는, 제3 가스 공급부로부터 질소(N2) 가스 또는 암모니아(NH3) 가스 등의 반응 가스가 공급됨과 함께, 이들 가스가 여기되어, 반응 가스의 활성종에 의해 기판에 흡착된 Si가 질화되어, SiN막이 형성된다. 제2 영역에는 배기구가 형성되어, 불필요한 반응 가스가 배기된다.
이 ALD에 의해 치밀한 SiN막이 형성되는데, 용도에 따라서는, 예를 들어 하드 마스크로서 사용하는 경우에는, 보다 한층, 막의 치밀성을 높이는 것이 요구되고, 에칭 레이트가 낮은 고품질의 SiN막을, 빠른 성막 속도로 형성하는 방법이 요구되고 있다.
일본 특허 제5882777호 공보(도 1, 도 3, 단락 0048 등)
본 발명은 이러한 사정에 기초해서 이루어진 것이며, 그 목적은, 실리콘을 포함하는 원료 가스 및 질소 함유 가스를 사용해서 실리콘 질화막을 성막함에 있어서, 에칭 레이트가 낮은 고품질의 실리콘 질화막을 빠른 성막 속도로 형성할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 성막 장치는,
진공 용기 내에서 회전 테이블에 배치된 기판을 당해 회전 테이블에 의해 공전시켜, 서로 상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 이격된 복수의 영역의 각각에 실리콘을 포함하는 원료 가스 및 질소 함유 가스를 공급해서 상기 기판에 실리콘 질화막을 성막하는 성막 장치로서,
상기 회전 테이블에 대향하여, 상기 원료 가스를 토출하는 토출부 및 당해 토출부를 둘러싸는 배기구를 구비한 원료 가스 공급부와,
상기 원료 가스 공급부에 대하여 상기 회전 테이블의 회전 방향으로 각각 이격되어 형성됨과 함께, 서로 상기 회전 테이블의 회전 방향으로 이격되어 형성된 상기 복수의 영역에서의 반응 영역 및 개질 영역과,
상기 반응 영역의 상류측 및 하류측의 일방측의 단부에 설치되고, 당해 상류측 및 하류측의 타방측을 향해서 질소 함유 가스를 포함하는 반응 가스를 토출하는 반응 가스 토출부와,
상기 개질 영역의 상류측 및 하류측의 일방측의 단부에 설치되고, 당해 상류측 및 하류측의 타방측을 향해서 수소 가스를 포함하는 개질 가스를 토출하는 개질 가스 토출부와,
상기 회전 테이블의 외측이며, 상기 반응 영역의 상류측 및 하류측의 타방측의 단부에 면하는 위치에 형성된 반응 가스용 배기구와,
상기 회전 테이블의 외측이며, 상기 개질 영역의 상류측 및 하류측의 타방측의 단부에 면하는 위치에 형성된 개질 가스용 배기구와,
상기 반응 영역 및 상기 개질 영역에 각각 공급된 가스를 활성화하기 위한 반응 가스용 플라스마 발생부 및 개질 가스용 플라스마 발생부를 포함하며,
상기 반응 가스 토출부 및 상기 개질 가스 토출부 각각은, 그 길이 방향을 따라서 토출구가 형성되고, 상기 복수의 영역에서 상기 회전 테이블 상의 상기 기판의 통과 영역과 교차하도록 배치된 가스 인젝터에 의해 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 개질 영역에 공급된 수소를 포함하는 개질 가스는, 개질 영역에 형성된 배기구로부터 배기되고, 반응 영역에 공급된 질소 함유 가스를 포함하는 반응 가스는, 당해 영역에 형성된 배기구로부터 배기된다. 이 때문에, 각 영역에서, 소위 전용의 배기 성능이 높으므로, 개질 영역과 반응 영역과의 사이에서, 개질 가스 및 반응 가스가 혼합되는 것이 억제된다. 따라서, 반응 영역에 대한 반응 가스의 공급 유량을 크게 해도, 개질 영역에서는 높은 개질 효율을 확보할 수 있다. 또한, 반응 영역에서는 반응 가스의 유량 증가에 수반하여, 성막 속도가 증대한다. 그 결과, 에칭 레이트가 낮은 고품질의 실리콘 질화막을 빠른 성막 속도로 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 장치의 개략적인 종단 측면도이다.
도 2는 성막 장치의 횡단 평면도이다.
도 3은 성막 장치에 설치되는 가스 급배기 유닛의 종단 측면도이다.
도 4는 가스 급배기 유닛의 하면도이다.
도 5는 성막 장치의 일부를 모식적으로 도시하는 종단 측면도이다.
도 6은 성막 장치에 설치되는 반응 가스 인젝터의 일례를 나타내는 측면도이다.
도 7은 반응 가스 인젝터의 횡단면도이다.
도 8은 성막 장치를 나타내는 종단 측면도이다.
도 9는 성막 장치의 상태를 도시하는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 성막 장치를 나타내는 횡단 평면도이다.
도 11은 성막 장치의 일부를 모식적으로 도시하는 종단 측면도이다.
도 12는 성막 장치의 상태를 도시하는 평면도이다.
도 13은 성막 장치의 다른 예를 나타내는 종단 측면도이다.
도 14는 성막 장치의 또 다른 예를 나타내는 종단 측면도이다.
도 15는 성막 장치의 또 다른 예를 나타내는 종단 측면도이다.
도 16은 평가 시험의 비교 장치를 나타내는 횡단 평면도이다.
도 17은 에칭 레이트를 도시하는 특성도이다.
도 18은 성막 속도를 도시하는 특성도이다.
도 19는 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
도 20은 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
도 21은 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
도 22는 막 두께 분포를 도시하는 특성도이다.
(제1 실시 형태)
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 성막 장치(1)에 대해서, 도 1의 종단 측면도, 도 2의 횡단 평면도를 각각 참조하면서 설명한다. 이 성막 장치(1)는, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 기재함)(W)의 표면에, ALD(Atomic Layer Deposition)에 의해 SiN막을 형성하는 것이다. 이 SiN막은, 예를 들어 에칭 처리의 하드 마스크가 된다. 본 명세서에서는, 실리콘 질화막에 대해서 Si 및 N의 화학 양론비에 관계없이 SiN이라 기재한다. 따라서, SiN이라는 기재에는, 예를 들어 Si3N4가 포함된다.
도면 중 11은, 편평한 대략 원형의 진공 용기(처리 용기)이며, 측벽 및 저부를 구성하는 용기 본체(11A)와, 천장판(11B)에 의해 구성되어 있다. 도면 중 12는, 진공 용기(11) 내에 수평으로 설치되는 원형의 회전 테이블이다. 도면 중 12A는, 회전 테이블(12)의 이면 중앙부를 지지하는 지지부이다. 도면 중 13은, 회전 기구이며, 성막 처리 중에 있어서 지지부(12A)를 개재해서 회전 테이블(12)을, 그 둘레 방향으로 평면에서 볼 때 시계 방향으로 회전시킨다. 도 2 중 X는, 회전 테이블(12)의 회전축을 나타내고 있다.
회전 테이블(12)의 상면에는, 회전 테이블(12)의 둘레 방향(회전 방향)을 따라 6개의 원형의 오목부(14)가 형성되어 있고, 각 오목부(14)에 웨이퍼(W)가 수납된다. 즉, 회전 테이블(12)의 회전에 의해 공전하도록, 각 웨이퍼(W)는 회전 테이블(12)에 적재된다. 도 1중 15는 히터이며, 진공 용기(11)의 저부에서 동심원 형상으로 복수 설치되어, 회전 테이블(12)에 적재된 웨이퍼(W)를 가열한다. 도 2 중 16은 진공 용기(11)의 측벽에 개구된 웨이퍼(W)의 반송구이며, 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐 가능하게 구성된다. 도시하지 않은 기판 반송 기구에 의해, 웨이퍼(W)는 반송구(16)를 통해서, 진공 용기(11)의 외부와 오목부(14) 내부와의 사이에서 수수된다.
회전 테이블(12) 상에는, 원료 가스 공급부를 이루는 가스 급배기 유닛(2)과, 제1 개질 영역(R2)과, 제2 개질 영역(R3)과, 반응 영역(R4)이, 회전 테이블(12)의 회전 방향 하류측을 향해서, 당해 회전 방향을 따라 이 순서대로 형성되어 있다. 가스 급배기 유닛(2)은, 원료 가스를 공급하는 토출부 및 배기구를 구비한 원료 가스 공급부에 상당하는 것이다. 이하, 가스 급배기 유닛(2)에 대해서, 종단 측면도인 도 3 및 하면도인 도 4도 참조하면서 설명한다. 가스 급배기 유닛(2)은, 평면에서 볼 때, 회전 테이블(12)의 중앙측으로부터 주연측을 향함에 따라서 회전 테이블(12)의 둘레 방향으로 넓어지는 부채 형상으로 형성되어 있고, 가스 급배기 유닛(2)의 하면은, 회전 테이블(12)의 상면에 근접함과 함께 대향하고 있다.
가스 급배기 유닛(2)의 하면에는, 토출부를 이루는 가스 토출구(21), 배기구(22) 및 퍼지 가스 토출구(23)가 개구되어 있다. 도면 중에서의 식별을 용이하게 하기 위해서, 도 4에서는, 배기구(22) 및 퍼지 가스 토출구(23)에 다수의 도트를 붙여서 도시하고 있다. 가스 토출구(21)는, 가스 급배기 유닛(2)의 하면의 주연부보다도 내측의 부채 형상 영역(24)에 다수 배열되어 있다. 이 가스 토출구(21)는, 성막 처리 시에 있어서의 회전 테이블(12)의 회전 중에, SiN막을 형성하기 위한 Si(실리콘)를 포함하는 원료 가스인 DCS 가스를 하방에 샤워 형상으로 토출하여, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 공급한다. 또한, 실리콘을 포함하는 원료 가스로서는 DCS에 한정되지 않고, 예를 들어 헥사클로로디실란(HCD), 테트라클로로실란(TCS) 등을 사용해도 된다.
이 부채 형상 영역(24)에서는, 회전 테이블(12)의 중앙측으로부터 회전 테이블(12)의 주연측을 향해서, 3개의 구역(24A, 24B, 24C)이 설정되어 있다. 각각의 구역(24A), 구역(24B), 구역(24C)에 형성되는 가스 토출구(21)의 각각에 독립적으로 DCS 가스를 공급할 수 있도록, 가스 급배기 유닛(2)에는 서로 구획된 가스 유로(25A, 25B, 25C)가 설치되어 있다. 각 가스 유로(25A, 25B, 25C)의 하류단은, 각각 가스 토출구(21)로서 구성되어 있다.
그리고, 가스 유로(25A, 25B, 25C)의 각 상류측은, 각각 배관을 통해서 DCS 가스의 공급원(26)에 접속되어 있고, 각 배관에는 밸브 및 매스 플로우 컨트롤러에 의해 구성되는 가스 공급 기기(27)가 설치되어 있다. 가스 공급 기기(27)에 의해, DCS 가스 공급원(26)으로부터 공급되는 DCS 가스의 각 가스 유로(25A, 25B, 25C)에의 급단 및 유량이 제어된다. 또한, 후술하는 가스 공급 기기(27) 이외의 각 가스 공급 기기도, 가스 공급 기기(27)와 마찬가지로 구성되어, 하류측에의 가스의 급단 및 유량을 제어한다.
계속해서, 상기 배기구(22), 퍼지 가스 토출구(23)에 대해서 각각 설명한다. 배기구(22) 및 퍼지 가스 토출구(23)는, 부채 형상 영역(24)을 둘러쌈과 함께 회전 테이블(12)의 상면을 향하도록, 가스 급배기 유닛(2)의 하면의 주연부에 환 형상으로 개구되어 있고, 퍼지 가스 토출구(23)가 배기구(22)의 외측에 위치하고 있다. 회전 테이블(12) 상에서의 배기구(22)의 내측의 영역은, 웨이퍼(W)의 표면에의 DCS의 흡착이 행하여지는 흡착 영역(R1)을 구성한다. 퍼지 가스 토출구(23)는, 회전 테이블(12) 상에 퍼지 가스로서 예를 들어 Ar(아르곤) 가스를 토출한다.
성막 처리 중에 있어서, 가스 토출구(21)로부터의 원료 가스의 토출, 배기구(22)로부터의 배기 및 퍼지 가스 토출구(23)로부터의 퍼지 가스의 토출이 모두 행하여진다. 그에 의해, 도 3 중에 화살표로 나타낸 바와 같이 회전 테이블(12)을 향해서 토출된 원료 가스 및 퍼지 가스는, 회전 테이블(12)의 상면을 따라 배기구(22)를 향해, 당해 배기구(22)로부터 배기된다. 이렇게 퍼지 가스의 토출 및 배기가 행해짐으로써, 흡착 영역(R1)의 분위기는 외부의 분위기로부터 분리되고, 당해 흡착 영역(R1)에 한정적으로 원료 가스를 공급할 수 있다. 즉, 흡착 영역(R1)에 공급되는 DCS 가스와, 후술하는 바와 같이 플라스마 형성 유닛(3A 내지 3C)에 의해 흡착 영역(R1)의 외부에 공급되는 각 가스 및 가스의 활성종이 혼합되는 것을 억제할 수 있으므로, 후술하는 바와 같이 웨이퍼(W)에 ALD에 의한 성막 처리를 행할 수 있다. 또한, 이 퍼지 가스는 그렇게 분위기를 분리하는 역할 이외에도, 웨이퍼(W)에 과잉으로 흡착된 DCS 가스를 당해 웨이퍼(W)로부터 제거하는 역할도 갖는다.
도 3 중 23A, 23B는, 각각 가스 급배기 유닛(2)에 형성되는 서로 구획된 가스 유로이며, 상기 원료 가스의 유로(25A 내지 25C)에 대해서도 각각 구획되어 형성되어 있다. 가스 유로(23A)의 상류단은 배기구(22), 가스 유로(23A)의 하류단은 배기 장치(28)에 각각 접속되어 있고, 이 배기 장치(28)에 의해, 배기구(22)로부터 배기를 행할 수 있다. 또한, 가스 유로(23B)의 하류단은 퍼지 가스 토출구(23), 가스 유로(23B)의 상류단은 Ar 가스의 공급원(29)에 각각 접속되어 있다. 가스 유로(23B)와 Ar 가스 공급원(29)을 접속하는 배관에는, 가스 공급 기기(20)가 설치되어 있다.
제1 개질 영역(R2), 제2 개질 영역(R3), 반응 영역(R4)에는, 각각의 영역에 공급된 가스를 활성화하기 위한 제1 플라스마 형성 유닛(3A), 제2 플라스마 형성 유닛(3B), 제3 플라스마 형성 유닛(3C)이 설치되어 있다. 제1 플라스마 형성 유닛(3A) 및 제2 플라스마 형성 유닛(3B)은, 각각 개질 가스용 플라스마 발생부, 제3 플라스마 형성 유닛(3C)은, 반응 가스용 플라스마 발생부를 각각 이루는 것이다. 제1 내지 제3 플라스마 형성 유닛(3A 내지 3C)은 각각 마찬가지로 구성되어 있고, 여기서는 대표적으로 도 1에 도시한 제3 플라스마 형성 유닛(3C)에 대해서 설명한다. 플라스마 형성 유닛(3C)은, 플라스마 형성용 가스를 회전 테이블(12) 상에 공급함과 함께, 이 가스에 마이크로파를 공급하여, 회전 테이블(12) 상에 플라스마를 발생시킨다. 플라스마 형성 유닛(3C)은, 상기의 마이크로파를 공급하기 위한 안테나(31)를 구비하고 있고, 당해 안테나(31)는, 유전체판(32)과 금속제의 도파관(33)을 포함한다.
유전체판(32)은, 평면에서 볼 때 회전 테이블(12)의 중앙측으로부터 주연측을 향함에 따라서 넓어지는 대략 부채 형상으로 형성되어 있다. 진공 용기(11)의 천장판(11B)에는 상기 유전체판(32)의 형상에 대응하도록, 대략 부채 형상의 관통구가 형성되어 있고, 당해 관통구의 하단부의 내주면은 관통구의 중심부측으로 약간 돌출되어, 지지부(34)를 형성하고 있다. 상기 유전체판(32)은 이 관통구를 상측으로부터 막고, 회전 테이블(12)에 대향하도록 설치되어 있고, 유전체판(32)의 주연부는 지지부(34)에 지지되어 있다.
도파관(33)은 유전체판(32) 상에 설치되어 있고, 천장판(11B) 상에 연장되는 내부 공간(35)을 구비한다. 도면 중 36은, 도파관(33)의 하부측을 구성하는 슬롯판이며, 유전체판(32)에 접하도록 설치되고, 복수의 슬롯 구멍(36A)을 갖고 있다. 도파관(33)의 회전 테이블(12)의 중앙측의 단부는 막혀 있고, 회전 테이블(12)의 주연부측의 단부에는, 마이크로파 발생기(37)가 접속되어 있다. 마이크로파 발생기(37)는, 예를 들어 약 2.45GHz의 마이크로파를 도파관(33)에 공급한다.
도 2 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 개질 영역(R2)의 하류측 단부에는, 상류측을 향해서 수소(H2) 가스를 포함하는 개질 가스를 토출하는 제1 개질 가스 토출부를 이루는 제1 가스 인젝터(41)가 설치되어 있다. 또한, 제2 개질 영역(R3)의 상류측 단부에는, 하류측을 향해서 H2 가스를 포함하는 개질 가스를 토출하는 제2 개질 가스 토출부를 이루는 제2 가스 인젝터(42)가 설치되어 있다. 그리고, 반응 영역(R4)의 하류측 단부에는, 상류측을 향해서 질소 함유 가스인 NH3 가스를 포함하는 반응 가스를 토출하는 반응 가스 토출부를 이루는 반응 가스 인젝터(43)가 설치되어 있다. 제1 및 제2 가스 인젝터(41, 42), 반응 가스 인젝터(43)는 마찬가지로 구성되어 있고, 이하에서는, 가스 인젝터(41, 42, 43)라고 하는 경우도 있다. 이하, 개질 가스로서 H2 가스, 반응 가스로서 NH3 가스를 각각 사용하는 예에 대해서 설명한다.
제1 및 제2 가스 인젝터(41, 42), 반응 가스 인젝터(43)는, 예를 들어 도 1, 도 2, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 선단측이 폐쇄된 가늘고 긴 관상체로 구성되어 있다. 이들 가스 인젝터(41, 42, 43)는, 진공 용기(11)의 측벽으로부터 중앙부 영역을 향해서 수평으로 신장되도록, 진공 용기(11)의 측벽에 각각 설치되고, 회전 테이블(12) 상의 웨이퍼(W)의 통과 영역과 교차하도록 각각 배치되어 있다. 수평이란 육안으로 볼 때 대략 수평인 경우를 포함하는 의미이다.
가스 인젝터(41, 42, 43)에는, 그 길이 방향을 따라서 가스의 토출구(40)가 각각 형성되어 있다. 이들 토출구(40)의 방향(가스를 토출시켰을 때의 토출 방향)은, 도 7에 반응 가스 인젝터(43)를 예로 해서 나타내는 바와 같이, 수평 방향인 회전 테이블(12)의 상면과 평행인 방향(도 7에 점선(L)으로 나타내는 방향)에 대하여 일점쇄선(L1)으로 나타내는 상측으로 45도 기운 방향과, 일점쇄선(L2)으로 나타내는 하측으로 45도 기운 방향과의 사이, 이 예에서는 수평 방향을 향해서 가스를 토출하도록 형성되어 있다. 예를 들어 토출구(40)는, 각 가스 인젝터(41, 42, 43)에 있어서, 회전 테이블(12) 상의 웨이퍼(W)의 통과 영역을 커버하는 영역에 형성되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 예를 들어 제1 가스 인젝터(41) 및 제2 가스 인젝터(42)는, 가스 공급 기기(442)를 구비한 배관계(441)를 통해서 H2 가스 공급원(44)에 각각 접속되어 있다. 가스 공급 기기(442)는, H2 가스 공급원(44)으로부터 제1 가스 인젝터(41) 및 제2 가스 인젝터(42)에의 H2 가스의 급단 및 유량을 각각 제어할 수 있도록 구성되어 있다.
이 예의 반응 가스 인젝터(43)는, 예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이, 토출구(40)가 형성된 가스 토출 영역이 반응 가스 인젝터(43)의 길이 방향으로 복수, 예를 들어 2개로 분할되어 있다. 반응 가스 인젝터(43)의 선단측의 제1 가스 토출 영역(431)과, 상기 반응 가스 인젝터(43)의 기단측의 제2 가스 토출 영역(432)은, 반응 가스 인젝터(43) 내부에서 가스의 통류 공간이 구획되어 있다. 그리고, 제1 가스 토출 영역(431)은, 가스 공급 기기(453)를 구비한 배관계(451)를 통해서 NH3 가스 공급원(45)에 접속되고, 제2 가스 토출 영역(432)은, 가스 공급 기기(454)를 구비한 배관계(452)를 통해서 NH3 가스 공급원(45)에 접속되어 있다. 가스 공급 기기(453, 454)는, 가스 공급원(45)으로부터 반응 가스 인젝터(43)에의 NH3 가스의 급단 및 유량을 각각 제어할 수 있고, 이렇게 해서, 제1 가스 토출 영역(431)과 제2 가스 토출 영역(432)으로부터, 서로 다른 유량으로 NH3 가스를 토출할 수 있게 되어 있다. 또한, 반응 가스 인젝터(43)의 가스 토출 영역을 길이 방향으로 분할하지 않는 경우도 있다.
이 예에서는, 제1 및 제2 가스 인젝터(41, 42), 반응 가스 인젝터(43)는, 각각 제1 내지 제3 플라스마 형성 유닛(3A 내지 3C)의 하방측에 설치되어 있지만, 예를 들어 제1 가스 인젝터(41)는, 제1 플라스마 형성 유닛(3A)의 회전 방향 하류측에 인접하는 영역의 하방측에 설치하여도 된다. 마찬가지로, 제2 가스 인젝터(42)는, 제2 플라스마 형성 유닛(3B)의 회전 방향 상류측에 인접하는 영역의 하방측, 반응 가스 인젝터(43)는, 제3 플라스마 형성 유닛(3C)의 회전 방향 하류측에 인접하는 영역의 하방측에 각각 설치하여도 된다.
제1 및 제2 개질 영역(R2, R3)에서는, 상기 도파관(33)에 공급된 마이크로파는, 슬롯판(36)의 슬롯 구멍(36A)을 통과해서 유전체판(32)에 이르고, 이 유전체판(32)의 하방에 토출된 H2 가스에 공급되어, 유전체판(32)의 하방의 제1 및 제2 개질 영역(R2, R3)에 한정적으로 플라스마가 형성된다. 또한, 반응 영역(R4)에서는, 마찬가지로, 유전체판(32)의 하방의 반응 영역(R4)에 한정적으로 NH3 가스의 플라스마가 형성된다.
제2 개질 영역(R3)과 반응 영역(R4)과의 사이에는, 도 2, 도 5 및 도 8에 도시한 바와 같이, 분리 영역(61)이 형성되어 있다. 이 분리 영역(61)의 천장면은, 제2 개질 영역(R3) 및 반응 영역(R4)의 각각의 천장면보다도 낮게 설정되어 있다. 분리 영역(61)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 평면적으로 볼 때, 회전 테이블(12)의 중앙측으로부터 주연측을 향함에 따라서 회전 테이블(12)의 둘레 방향으로 넓어지는 부채 형상으로 형성되어 있고, 그 하면은, 회전 테이블(12)의 상면에 근접함과 함께 대향하고 있다. 분리 영역(61)의 하면과 회전 테이블(12)의 상면과의 사이는, 분리 영역(61)의 하방측에의 가스의 침입을 억제하기 위해서, 예를 들어 3mm로 설정되어 있다. 또한, 분리 영역(61)의 하면을 천장판(11B)의 하면과 동일한 높이로 설정해도 된다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(12)의 외측이며, 제1 개질 영역(R2)의 상류측 단부, 제2 개질 영역(R3)의 하류측 단부 및 반응 영역(R4)의 상류측 단부의 각각에 면하는 위치에는, 제1 배기구(51), 제2 배기구(52) 및 제3 배기구(53)가 각각 개구되어 있다. 제1 배기구(51)는, 제1 가스 인젝터(41)로부터 토출된 제1 개질 영역(R2)의 H2 가스를 배기하는 것이다. 제2 배기구(52)는, 제2 가스 인젝터(42)로부터 토출된 제2 개질 영역(R3)의 H2 가스를 배기하는 것이며, 분리 영역(61)의 회전 방향 상류측 근방에 형성되어 있다. 또한, 제3 배기구(53)는, 반응 가스 인젝터(43)로부터 토출된 반응 가스 영역(R4)의 NH3 가스를 배기하는 것이며, 분리 영역(61)의 회전 방향 하류측 근방에 형성되어 있다.
도 1에 제3 배기구(53)를 대표적으로 나타내는 바와 같이, 제1 내지 제3 배기구(51 내지 53)는, 진공 용기(11)의 용기 본체(11A)에서의 회전 테이블(12)의 외측 영역에, 위를 향해서 개구되도록 형성되고, 제1 내지 제3 배기구(51 내지 53)의 개구부는, 회전 테이블(12)의 하방측에 위치하고 있다. 또한, 도 1에는, 둘레 방향의 위치가 어긋나 있지만, 반응 영역(R4)의 반응 가스 인젝터(43)와, 제3 배기구(53)를 병기하고 있다. 이들 제1 배기구(51), 제2 배기구(52) 및 제3 배기구(53)는, 각각 배기로(511, 521, 531)를 통해서, 예를 들어 공통의 배기 장치(54)에 접속되어 있다.
각 배기로(511, 521, 531)에는, 각각 도시하지 않은 배기량 조정부가 설치되어, 배기 장치(54)에 의한 제1 내지 제3 배기구(51 내지 53)로부터의 배기량은, 예를 들어 개별로 조정 가능하게 구성되어 있다. 또한, 제1 내지 제3 배기구(51 내지 53)로부터의 배기량은, 공통화된 배기량 조정부에 의해 조정하도록 해도 된다. 이렇게 해서, 제1 및 제2 개질 영역(R2, R3), 반응 영역(R4)에 있어서, 각각의 가스 인젝터(41 내지 43)로부터 토출된 각 가스는, 제1 내지 제3 배기구(51 내지 53)로부터 배기되어 제거되고, 이들 배기량에 따른 압력의 진공 분위기가 진공 용기(11) 내에 형성된다.
도 1에 도시한 바와 같이 성막 장치(1)에는, 컴퓨터로 이루어지는 제어부(10)가 설치되어 있고, 제어부(10)에는 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램에 대해서는, 성막 장치(1)의 각 부에 제어 신호를 송신해서 각 부의 동작을 제어하여, 후술하는 성막 처리가 실행되도록 스텝 군이 짜여져 있다. 구체적으로는, 회전 기구(13)에 의한 회전 테이블(12)의 회전수, 각 가스 공급 기기에 의한 각 가스의 유량 및 급단, 각 배기 장치(28, 54)에 의한 배기량, 마이크로파 발생기(37)로부터의 안테나(31)에의 마이크로파의 급단, 히터(15)에의 급전 등이, 프로그램에 의해 제어된다. 히터(15)에의 급전의 제어는, 즉 웨이퍼(W)의 온도 제어이며, 배기 장치(54)에 의한 배기량의 제어는, 즉 진공 용기(11) 내의 압력 제어이다. 이 프로그램은, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체로부터 제어부(10)에 인스톨된다.
이하, 성막 장치(1)에 의한 처리에 대해서, 진공 용기(11) 내의 각 부에서 가스가 공급되는 모습을 모식적으로 도시한 도 9를 참조하면서 설명한다. 우선, 웨이퍼(W)를 6매, 기판 반송 기구에 의해 회전 테이블(12)의 각 오목부(14)에 반송하고, 웨이퍼(W)의 반송구(16)에 설치되는 게이트 밸브를 폐쇄하여, 진공 용기(11) 내를 기밀하게 한다. 오목부(14)에 적재된 웨이퍼(W)는, 히터(15)에 의해 소정의 온도로 가열된다. 그리고, 제1 내지 제3 배기구(51, 52, 53)로부터의 배기에 의해, 진공 용기(11) 내를 소정의 압력의 진공 분위기로 함과 함께, 회전 테이블(12)을 예를 들어 10rpm 내지 30rpm으로 회전한다.
그리고, 제1 내지 제3 플라스마 형성 유닛(3A 내지 3C)에 있어서, 제1 가스 인젝터(41), 제2 가스 인젝터(42)로부터 각각 예를 들어 4리터/분의 유량으로 H2 가스를 토출함과 함께, 반응 가스 인젝터(43)로부터는, 예를 들어 제1 가스 토출 영역(431) 및 제2 가스 토출 영역(432)(도 6 참조)으로부터 총 1,000ml/분(sccm) 내지 4,000ml/분, 예를 들어 2,000ml/분의 유량으로 NH3 가스를 토출한다.
제1 개질 영역(R2)에서는, 하류측 단부의 제1 가스 인젝터(41)로부터, 상류측을 향해서 수평 방향으로 H2 가스를 토출하고, 이 H2 가스는 상류측 단부의 제1 배기구(51)를 향해서 통류하므로, H2 가스는 제1 개질 영역(R2) 전체에 널리 퍼지도록 흘러 간다. 또한, 제2 개질 영역(R3)에서는, 상류측 단부의 제2 가스 인젝터(42)로부터, 하류측을 향해서 수평 방향으로 H2 가스를 토출하고, 이 H2 가스는 하류측 단부의 제2 배기구(52)를 향해서 통류하므로, H2 가스는 제2 개질 영역(R3) 전체에 널리 퍼지도록 흘러 간다. 그리고, 예를 들어 H2 가스의 일부는, 분리 영역(61) 내에 유입되지만, 분리 영역(61)의 천장이 낮고 컨덕턴스가 작으므로, 제2 배기구(52)의 흡인력에 의해 되돌려져, 당해 제2 배기구(52) 내에 배기된다.
반응 영역(R4)에서는, 하류측 단부의 반응 가스 인젝터(43)로부터, 상류측을 향해서 수평 방향으로 NH3 가스를 토출하고, 이 NH3 가스는 상류측 단부의 제3 배기구(53)를 향해서 통류하므로, NH3 가스는 반응 영역(R4) 전체에 널리 퍼지도록 흘러 간다. 그리고, 예를 들어 NH3 가스의 일부는, 분리 영역(61) 내에 유입되지만, 분리 영역(61)의 컨덕턴스가 작으므로, 제3 배기구(53)의 흡인력에 의해 되돌려져, 당해 제3 배기구(53) 내에 배기된다. 따라서, 제1 및 제2 개질 영역(R2, R3)과, 반응 영역(R4)과의 사이에서는, NH3 가스와 H2 가스의 통류 영역이 서로 분리된 상태로 되어, NH3 가스와 H2 가스의 혼합이 억제된다.
또한, 마이크로파 발생기(37)로부터 마이크로파가 공급되고, 이 마이크로파에 의해, H2 가스 또는 NH3 가스가 플라스마화하여, 제1 및 제2 개질 영역(R2, R3)에 H2 가스의 플라스마(P1), 반응 영역(R4)에 NH3 가스의 플라스마(P2)가 각각 형성된다. 회전 테이블(12)의 회전에 의해 각 웨이퍼(W)가 반응 영역(R4)을 통과하면, 플라스마(P2)를 구성하는, NH3 가스로부터 발생한 N(질소)을 포함하는 라디칼 등의 활성종이 각 웨이퍼(W)의 표면에 공급된다. 그에 의해서 웨이퍼(W)의 표층이 질화되어, 질화막이 형성된다.
가스 급배기 유닛(2)에 있어서는, 가스 토출구(21)로부터 DCS 가스, 퍼지 가스 토출구(23)로부터 Ar 가스가 각각 소정의 유량으로 토출됨과 함께, 배기구(22)로부터 배기가 행하여진다. 또한, 제1 및 제2 개질 영역(R2, R3), 반응 영역(R4)에서는, 계속해서 H2 가스 또는 NH3 가스의 플라스마(P1, P2)가 형성된다.
이렇게 각 가스의 공급 및 플라스마(P1, P2)의 형성이 행하여지는 한편, 진공 용기(11) 내의 압력이 소정의 압력, 예를 들어 66.5Pa(0.5Torr) 내지 665Pa(5Torr)이 된다. 회전 테이블(12)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)가 흡착 영역(R1)에 위치하면, 실리콘을 포함하는 원료 가스로서 DCS 가스가 질화막의 표면에 공급되어 흡착된다. 계속해서 회전 테이블(12)이 회전하여, 웨이퍼(W)가 흡착 영역(R1)의 외측을 향해서 이동하고, 웨이퍼(W)의 표면에 퍼지 가스가 공급되어, 흡착된 잉여의 DCS 가스가 제거된다.
또한, 회전 테이블(12)의 회전에 의해, 반응 영역(R4)에 이르면, 플라스마에 포함되는 NH3 가스의 활성종이 웨이퍼(W)에 공급되어 DCS 가스와 반응하여, 질화막 상에 SiN의 층이 섬 형상으로 형성된다. 또한, 웨이퍼(W)가 회전 테이블(12)의 회전에 의해, 제1 및 제2 개질 영역(R2, R3)에 이르면, 플라스마에 포함되는 H2 가스의 활성종에 의해, SiN막 내의 미결합수에 H가 결합되어, 치밀한 막으로 개질된다. DCS 가스에는 염소(Cl)가 포함되어 있기 때문에, DCS 가스를 원료 가스에 사용하면, 성막되는 SiN막에 염소 성분이 불순물로서 도입되어 버릴 가능성이 있다. 이 때문에, 제1 및 제2 개질 영역(R2, R3)에서 H2 가스의 플라스마를 조사함으로써, 박막 중에 포함되는 염소 성분을 H2 가스의 활성종의 작용에 의해 탈리시켜, 보다 순수한(치밀한) 질화막으로 개질하고 있다.
이렇게 해서, 웨이퍼(W)는, 흡착 영역(R1), 제1 및 제2 개질 영역(R2, R3), 반응 영역(R4)을 순서대로 반복 이동하여, DCS 가스의 공급, H2 가스의 활성종의 공급, NH3 가스의 활성종의 공급을 순서대로 반복해서 받아, 각 섬 형상의 SiN의 층이 개질되면서, 확산하도록 성장한다. 그 후에도, 회전 테이블(12)의 회전이 계속되어 웨이퍼(W) 표면에 SiN이 퇴적되고, 박층이 성장해서 SiN막이 된다. 즉, SiN막의 막 두께가 상승하여, 원하는 막 두께의 SiN막이 형성되면, 예를 들어 가스 급배기 유닛(2)에서의 각 가스의 토출 및 배기가 정지한다. 또한, 제1 및 제2 플라스마 형성 유닛(3A, 3B)에서의 H2 가스의 공급 및 전력의 공급과, 제3 플라스마 형성 유닛(3C)에서의 NH3 가스의 공급 및 전력의 공급이 각각 정지하고 성막 처리가 종료된다. 성막 처리 후의 웨이퍼(W)는, 반송 기구에 의해 성막 장치(1)로부터 반출된다.
상기 성막 장치(1)에 의하면, 제1 개질 영역(R2) 및 제2 개질 영역(R3)에 공급된 H2 가스는, 각각의 영역에 형성된 제1 배기구(51) 및 제2 배기구(52)로부터 각각 배기되고, 반응 영역(R4)에 공급된 NH3 가스는, 당해 영역에 형성된 제3 배기구(53)로부터 배기된다. 이 때문에, 각 영역(R2, R3, R4)에서, 소위 전용의 배기 성능이 높으므로, 제1 개질 영역(R2) 및 제2 개질 영역(R3)과, 반응 영역(R4)과의 사이에서, H2 가스 및 NH3 가스가 혼합되는 것이 억제된다. 따라서, 반응 영역(R4)에의 NH3 가스의 공급 유량을 크게 해도, 제1 개질 영역(R2) 및 제2 개질 영역(R3)에서는, NH3 가스의 확산이 억제되므로, H2 가스의 활성종에 의한 개질 처리가 높은 효율로 행하여지므로, SiN막의 치밀성이 향상되어, 저에칭 레이트를 확보할 수 있다. 또한, 반응 영역(R4)에서는 NH3 가스의 유량 증가에 수반하여, 성막 속도가 증대한다. 그 결과, 에칭 레이트가 낮은 고품질의 SiN막을 빠른 성막 속도로 형성할 수 있다.
종래와 같이, H2 가스의 공급 영역과 NH3 가스의 공급 영역에 공통의 배기구가 형성되어 있는 경우에는, NH3 가스의 공급 유량을 많게 하면, H2 가스의 공급 영역에도 NH3 가스가 확산해 나가, H2 가스 및 NH3 가스가 혼합되기 쉬워진다. 따라서, 성막 속도의 증대를 도모하기 위해서 NH3 가스의 공급 유량을 증가시키면, 후술하는 평가 시험으로부터도 명백해진 바와 같이, 개질 영역에서의 개질 효율이 저하되고, 에칭 레이트가 높은 막이 형성되어 버린다. 이와 같이, 종래의 장치에서는, 낮은 에칭 레이트를 확보하기 위해서는, NH3 가스의 유량은 100ml/분 정도로 설정하여야만 하여, SiN막의 성막 시에 있어서, 성막 속도의 증대와 에칭 레이트의 저하의 양립을 도모할 수는 없었다.
이에 반해, 상술한 실시 형태에서는, 후술하는 평가 시험으로부터 NH3 가스의 유량을 300ml/분 이상으로 하면, 종래에 비해 에칭 레이트가 낮은 SiN막을 빠른 성막 속도로 형성할 수 있음이 확인되었다. 이것으로부터, 상술한 실시 형태는, NH3 가스의 유량이 300ml/분 이상인 경우에 유효한 기술이라고 할 수 있다.
또한, 반응 가스 인젝터(43)는, 반응 영역(R4)의 회전 방향 하류측 단부에 설치됨과 함께, 가스의 토출구(40)는, 반응 영역(R4)의 상류측을 향해서 가스를 토출하도록 형성되고, 회전 방향 상류측 단부에는 제3 배기구(53)가 형성되어 있다. 이 때문에, 반응 가스 인젝터(43)로부터 토출된 NH3 가스는, 반응 영역(R4)의 회전 방향 하류측에 배치된 Si의 흡착 영역(R1)과는 반대측으로 끌어당겨지듯이 흘러들어 가므로, 흡착 영역(R1)에의 NH3 가스의 확산이 억제된다.
또한, 제1 개질 영역(R2)과 제2 개질 영역(R3)은, 회전 방향에 있어서 서로 인접함과 함께, 제1 개질 영역(R2)에서는, 제2 개질 영역(R3)측에 치우친 위치에 설치된 제1 가스 인젝터(41)로부터, 제2 개질 영역(R3)측과는 반대측에 형성된 제1 배기구(51)를 향해서 H2 가스가 토출된다. 한편, 제2 개질 영역(R3)에서는, 제1 개질 영역(R2)측에 치우친 위치에 설치된 제2 가스 인젝터(42)로부터, 제1 개질 영역(R2)측과는 반대측에 형성된 제2 배기구(52)를 향해서 H2 가스가 토출된다. 따라서, 제1 및 제2 개질 영역(R2, R3)을 합친 넓은 개질 영역에서는, 회전 방향의 중앙부로부터 상류측 및 하류측을 향해서 각각 가스가 토출되므로, 넓은 범위에 골고루 H2 가스를 널리 퍼지게 할 수 있다. 이에 의해, 제1 및 제2 개질 영역(R2, R3)에서, 충분히 개질 처리를 진행시켜, 높은 개질 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제2 개질 영역(R3)과 반응 영역(R4)은, 서로 회전 방향에 인접하고 있지만, 제2 개질 영역(R3)에서는, 반응 영역(R4)측에 치우친 위치에 제2 배기구(52)가 형성되고, 반응 영역(R4)에서는, 제2 개질 영역(R3)측에 치우친 위치에 제3 배기구(53)가 형성되어 있다. 이와 같이, 인접하는 영역(R3, R4)끼리의 사이에, 각각 전용의 배기구(52, 53)가 형성되어 있다. 이에 의해, 가령 H2 가스 또는 NH3 가스가 각각 인접하는 영역(R3, R4)측으로 이동하려고 해도, 인접하는 영역(R3, R4)에 이르기까지 배기구가 2개 있어, 각각의 배기구에 인입되듯이 배기되므로, 제2 개질 영역(R3) 또는 반응 영역(R4)에서는, 상이한 가스의 확산이 억제된다.
또한, 제2 개질 영역(R3)과 반응 영역(R4)의 사이에 분리 영역(61)을 형성함으로써, 가스가 인접하는 영역(R3, R4)에 이동하려고 하면, 이미 설명한 바와 같이 분리 영역(61)은 컨덕턴스가 작으므로, 제2 배기구(52) 및 제3 배기구(53)의 흡인력에 의해 이들 배기구(52, 53)로 되돌려진다. 이에 의해, 제2 개질 영역(R3) 또는 반응 영역(R4)에서는, 상이한 가스의 확산이 보다 한층 억제된다.
또한, 제1 및 제2 가스 인젝터(41, 42), 반응 가스 인젝터(43)의 가스 토출구(40)는 수평 방향으로 가스를 토출하도록 형성되어 있다. 이 때문에, 제1 및 제2 개질 영역(R2, R3), 반응 영역(R4)의 각각에 있어서, 가스는 제1 내지 제3 배기구(51 내지 53)를 향해서 빠르게 통류해 나가, 각각의 영역(R2 내지 R4)에서, 가스가 골고루 널리 퍼져서 배기된다.
또한, 이미 설명한 바와 같이, H2 가스와 NH3 가스와의 혼합이 억제되므로, 후술하는 평가 시험으로부터 명백해진 바와 같이, 막 두께의 제어를 행할 수 있다. 즉, 반응 영역(R4)에서는, 반응 가스 인젝터(43)의 제1 가스 토출 영역(431)과, 제2 가스 토출 영역(432)의 가스 유량을 바꾸면, 이 유량의 변화가 그대로 막 두께에 반영된다. 따라서, 반응 가스 인젝터(43)의 길이 방향의 가스 유량을 조정함으로써, 웨이퍼(W)의 직경 방향의 막 두께를 제어할 수 있다.
또한, 제1 가스 인젝터(41)와 제1 배기구(51)는, 제1 개질 영역(R2)에서의 회전 방향의 하류측 단부와 상류측 단부에 각각 형성되고, 제2 가스 인젝터(42)와 제2 배기구(52)는, 제2 개질 영역(R3)에서의 회전 방향의 상류측 단부와 하류측 단부에 각각 형성되어 있다. 이와 같이, 제1 및 제2 개질 영역(R2, R3)에서는, 회전 방향에 있어서 소위 서로 대향하도록 가스 인젝터(41, 42)와 배기구(51, 52)가 각각 형성되어 있기 때문에, 개질 영역(R2, R3)의 플라스마 공간에서의 H2 가스의 체류 시간이 길어진다. 이 때문에, Ar 가스나 NH3 가스의 혼입이 억제되어, H2 가스의 분압이 높은 경우도 아울러, 소유량의 H2 가스이어도, 충분히 개질 처리를 진행시킬 수 있다. 이와 같이, 본 발명 장치에서는, 종래에 비해, NH3 가스의 유량 증가나, H2 가스의 유량 감소를 도모할 수 있어, 이들 NH3 가스, H2 가스 유량의 자유도가 높아, 프로세스 조건의 확대로 이어진다.
(제2 실시 형태)
계속해서, 제2 실시 형태의 성막 장치(7)에 대해서, 도 10 내지 도 12를 참조하여, 제1 실시 형태의 성막 장치(1)와의 차이점을 중심으로 설명한다. 이 예의 성막 장치(7)에는, 회전 테이블(12)의 회전 방향에서의 가스 급배기 유닛(2)의 하류측에서부터, 제1 개질 영역(R2), 반응 영역(R4), 제2 개질 영역(R3)이, 회전 방향을 따라서 차례로 배치되어 있다.
제1 개질 영역(R2)의 상류측 단부에는, 하류측을 향해서 H2 가스를 토출하는 제1 가스 인젝터(41)로 이루어지는 제1 개질 가스 토출부, 제2 개질 영역(R3)의 하류측 단부에는, 상류측을 향해서 H2 가스를 토출하는 제2 가스 인젝터(42)로 이루어지는 제2 개질 가스 토출부가 각각 설치되어 있다. 또한, 반응 영역(R4)의 하류측 단부에는, 상류측을 향해서 NH3 가스를 토출하는 반응 가스 인젝터(43)로 이루어지는 반응 가스 토출부가 설치되어 있다.
회전 테이블(12)의 외측이며, 제1 개질 영역(R2)의 하류측 단부, 반응 영역(R4)의 상류측 단부 및 제2 개질 영역(R3)의 상류측 단부의 각각에 면하는 위치에는, 각각 제1 배기구(51), 제3 배기구(53), 제2 배기구(52)가 형성되어 있다. 이들 제1 내지 제3 배기구(51 내지 53)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 회전 테이블(12)보다도 하방측에서, 상측으로 개구되도록 형성되어 있다. 또한, 제1 개질 영역(R2)과 반응 영역(R4)과의 사이에는 제1 분리 영역(62)이 형성되고, 반응 영역(R4)과 제2 개질 영역(R3)과의 사이에는 제2 분리 영역(63)이 형성되어 있다. 이들 제1 및 제2 분할 영역(62, 63)은, 제1 실시 형태의 분리 영역(61)과 마찬가지로 구성되어 있다. 제1 내지 제3 플라스마 형성 유닛(3A, 3B, 3C)이나, 제1 및 제2 가스 인젝터(41, 42), 반응 가스 인젝터(43) 등, 그 밖에 대해서는 제1 실시 형태와 마찬가지이며, 동일한 구성 부위에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.
이 실시 형태에서도, 예를 들어 제1 및 제2 가스 인젝터(41, 42)로부터 각각 예를 들어 4리터/분의 유량으로 H2 가스를 토출함과 함께, 반응 가스 인젝터(43)로부터 예를 들어 총 1,000ml/분 내지 4,000ml/분, 예를 들어 2,000ml/분의 유량으로 NH3 가스를 토출한다. 그리고, 상술한 제1 실시 형태의 성막 장치(1)와 마찬가지로 SiN막의 성막 처리를 행한다.
진공 용기(11) 내의 각 부에서 가스가 공급되는 모습을 도 11 및 도 12에 모식적으로 도시한다. 제1 개질 영역(R2)에서는, 상류측 단부의 제1 가스 인젝터(41)로부터, 하류측을 향해서 수평 방향으로 H2 가스를 토출하고, 이 H2 가스는 하류측 단부의 제1 배기구(51)를 향해서 통류하므로, H2 가스는 제1 개질 영역(R2) 전체에 널리 퍼진다. 그리고, 예를 들어 H2 가스의 일부는, 제1 분리 영역(62) 내에 유입되는데, 분리 영역(62)의 컨덕턴스가 작으므로, 제1 배기구(51)의 흡인력에 의해 되돌려져, 당해 제1 배기구(51) 내에 배기된다.
반응 영역(R4)에서는, 하류측 단부의 반응 가스 인젝터(43)로부터, 상류측을 향해서 수평 방향으로 NH3 가스를 토출하고, 이 NH3 가스는 상류측 단부의 제3 배기구(53)를 향해서 통류하므로, NH3 가스는 반응 영역(R4) 전체에 널리 퍼지도록 흘러 간다. 그리고, 예를 들어 NH3 가스의 일부는, 제1 분리 영역(62) 내에 유입되는데, 분리 영역(62)의 컨덕턴스가 작으므로, 제3 배기구(53)의 흡인력에 의해 되돌려져, 당해 제3 배기구(53) 내에 배기된다.
또한, 제2 개질 영역(R3)에서는, 하류측 단부의 제2 가스 인젝터(42)로부터, 상류측을 향해서 수평 방향으로 H2 가스를 토출하고, 이 H2 가스는 상류측 단부의 제2 배기구(52)를 향해서 통류하므로, H2 가스는 제2 개질 영역(R3) 전체에 널리 퍼지도록 흘러 간다.
이렇게 해서, 서로 인접하는 제1 개질 영역(R2)과, 반응 영역(R4)과의 사이에서는, 제1 가스 인젝터(41)와 반응 가스 인젝터(43)로부터, 각각 제1 분리 영역(62)을 향해서 가스가 토출되는데, 제1 배기구(51) 및 제3 배기구(53)와, 제1 분리 영역(62)에 의해, NH3 가스와 H2 가스의 혼합이 억제된다. 즉, 이미 설명한 바와 같이, 제1 개질 영역(R2)의 H2 가스는 제1 배기구(51), 반응 영역(R4)의 NH3 가스는 제3 배기구(53)에 의해 각각 배기되는데, 가령 H2 가스가 반응 영역(R4)측으로 이동하려고 해도, 반응 영역(R4)의 입구에 있는 제3 배기구(53)에 인입되기 때문에, 반응 영역(R4)에의 확산이 방지된다. 마찬가지로, 반응 영역(R4)의 NH3 가스가 제1 개질 영역(R2)측으로 이동하려고 해도, 제1 개질 영역(R2)의 입구에 있는 제1 배기구(51)에 인입되기 때문에, 제1 개질 영역(R2)에의 확산이 방지된다.
또한, 서로 인접하는 반응 영역(R4)과 제2 개질 영역(R3)과의 사이에서는, 제2 분리 영역(63)이 형성되어 있기 때문에, NH3 가스와 H2 가스의 혼합이 억제된다. 즉, 반응 영역(R4)의 NH3 가스는 제3 배기구(53)에 의해 인입되기 때문에, 제2 개질 영역(R3)측을 향하는 NH3 가스는 거의 없고, 가령 제2 개질 영역(R3)측으로 이동하려고 해도, 제2 분리 영역(63)에 의해 침입이 저지되어, 제2 개질 영역(R3)에의 NH3 가스의 확산이 방지된다. 마찬가지로, 제2 개질 영역(R3)의 H2 가스는 제2 배기구(52)에 의해 인입되기 때문에, 반응 영역(R4)측을 향하는 H2 가스는 거의 없고, 가령 반응 영역(R4)측으로 이동하려고 해도, 제2 분리 영역(63)에 의해 침입이 저지되어, 반응 영역(R4)에의 H2 가스의 확산이 방지된다.
이와 같이, 이 예의 성막 장치(7)에서도, H2 가스 및 NH3 가스가 혼합되는 것이 억제되므로, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 빠른 성막 속도로 막질이 양호한 SiN막을 형성할 수 있고, 웨이퍼(W)의 직경 방향의 막 두께의 제어가 가능함과 함께, 프로세스 조건을 확대할 수 있다.
이상에 있어서, 제1 실시 형태의 성막 장치(1) 및 제2 실시 형태의 성막 장치(7)에서는, 제1 및 제2 개질 영역(R2, R3)과, 반응 영역(R4)의 각 영역에서, 전용의 배기 성능이 높아, H2 가스 및 NH3이 혼합되는 것이 억제된다. 이 때문에, 분리 영역(61), 제1 분리 영역(62) 및 제2 분리 영역(63)은 보조적으로 형성되는 것이며, 반드시 이들을 형성할 필요는 없다. 단, 예를 들어 NH3 가스의 유량이 1,000ml/분 이상으로 많아지는 경우에는, 보다 확실하게 H2 가스와 NH3 가스와의 혼합을 억제하기 위해서, 분리 영역(61), 제1 분리 영역(62) 및 제2 분리 영역(63)을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 가스 인젝터는, 그 길이 방향을 따라서 토출구가 형성되고, 회전 테이블(12) 상의 웨이퍼(W)의 통과 영역과 교차하도록 배치되는 구성이면 되며, 긴 관상체에 한정되지 않고, 가스의 토출구가 형성된 가스 공급실이어도 된다.
본 발명의 성막 장치는 상술한 예에 한정되지 않고, 반응 가스 토출부를, 반응 영역의 상류측 및 하류측의 일방측의 단부에 설치하여, 당해 상류측 및 하류측의 타방측을 향해서 반응 가스를 토출하도록 구성함과 함께, 반응 가스용 배기구를, 반응 영역의 상류측 및 하류측의 타방측의 단부에 면하는 위치에 형성하도록 구성한다. 그리고, 개질 가스 토출부를, 개질 영역의 상류측 및 하류측의 일방측의 단부에 설치하여, 당해 상류측 및 하류측의 타방측을 향해서 개질 가스를 토출하도록 구성함과 함께, 개질 가스용 배기구를 개질 영역의 상류측 및 하류측의 타방측의 단부에 면하는 위치에 형성하도록 구성해도 된다.
도 13은, 반응 영역(R4)이 개질 영역(R2)의 하류측에 위치하고, 반응 가스 토출부를 이루는 반응 가스 인젝터(43)를, 반응 영역(R4)의 하류측의 단부에 설치하여, 상류측을 향해서 반응 가스를 토출하도록 구성함과 함께, 반응 가스용 제3 배기구(53)를, 반응 영역(R4)의 상류측의 단부에 면하는 위치에 형성하도록 구성한다. 그리고, 개질 가스 토출부를 이루는 제1 가스 인젝터(41)를, 제1 개질 영역(R2)의 상류측의 단부에 설치하여, 하류측을 향해서 개질 가스를 토출하도록 구성함과 함께, 개질 가스용 제1 배기구(51)를 제1 개질 영역(R2)의 하류측의 단부에 면하는 위치에 형성하도록 구성한 예이다.
또한, 도 14는, 반응 영역(R4)이 개질 영역(R3)의 상류측에 위치하고, 반응 가스 인젝터(43)를, 반응 영역(R4)의 하류측의 단부에 설치하여, 상류측을 향해서 반응 가스를 토출하도록 구성함과 함께, 반응 가스용 제3 배기구(53)를, 반응 영역(R4)의 상류측의 단부에 면하는 위치에 형성하도록 구성한다. 그리고, 개질 가스 토출부를 이루는 제2 가스 인젝터(42)를, 제2 개질 영역(R3)의 하류측의 단부에 설치하여, 상류측을 향해서 개질 가스를 토출하도록 구성함과 함께, 개질 가스용 제2 배기구(52)를 제2 개질 영역(R3)의 상류측의 단부에 면하는 위치에 형성하도록 구성한 예이다.
또한, 도 15는, 반응 영역(R4)이 개질 영역(R3)의 하류측에 위치하고, 반응 가스 인젝터(43)를, 반응 영역(R4)의 상류측의 단부에 설치하여, 하류측을 향해서 반응 가스를 토출하도록 구성함과 함께, 반응 가스용 제3 배기구(53)를, 반응 영역(R4)의 하류측의 단부에 면하는 위치에 형성하도록 구성한다. 그리고, 개질 가스 토출부를 이루는 제2 가스 인젝터(42)를, 제2 개질 영역(R3)의 상류측의 단부에 설치하여, 하류측을 향해서 개질 가스를 토출하도록 구성함과 함께, 개질 가스용 제2 배기구(52)를 제2 개질 영역(R3)의 하류측의 단부에 면하는 위치에 형성하도록 구성한 예이다.
또한, 제2 실시 형태의 성막 장치와 같이, 반응 영역(R4)이 제2 개질 영역(R3)의 상류측에 위치하는 경우에 있어서, 반응 가스 인젝터(43)를 반응 영역(R4)의 상류측의 단부에 설치하여, 하류측을 향해서 반응 가스를 토출하도록 구성함과 함께, 반응 가스용 제3 배기구(53)를, 반응 영역(R4)의 하류측의 단부에 면하는 위치에 형성다. 그리고, 제2 인젝터(42)를 개질 영역(R3)의 하류측의 단부에 설치하고, 개질 가스용 제2 배기구(52)를 제2 개질 영역(R3)의 상류측의 단부에 면하는 위치에 형성하도록 구성해도 된다. 이 예나 도 13 내지 도 15에 도시하는 예에서는, 개질 영역(R1, R2)의 플라스마 공간에서의 개질 가스의 체류 시간이나, 반응 영역(R4)의 플라스마 공간에서의 반응 가스의 체류 시간이 길어지기 때문에, 개질 처리나 질화 처리가 충분히 진행된다는 효과가 있다. 이와 같이, 반응 가스 인젝터(43), 제1 및 제2 가스 인젝터(41, 42)의 배치 위치는, 프로세스 조건에 따라서 적절히 변경 가능하다.
또한, 가스 급배기 유닛(2)에서는, 반드시 퍼지 가스 토출구(23)를 구비할 필요는 없다. 예를 들어 배기구(22)의 외측에 새로운 배기구를 형성하고, 이 배기구에 의해 흡착 영역(R1) 이외의 영역으로부터의 반응 가스나 개질 가스를 배기하여, 흡착 영역(R1)의 분위기를 외부의 분위기로부터 분리하도록 해도 된다.
(평가 시험 1)
제1 실시 형태의 성막 장치(1)에 있어서, 제1 및 제2 가스 인젝터(41, 42)로부터 각각 4리터/분으로 H2 가스를 토출하고, 반응 가스 인젝터(43)로부터 1,000ml/분의 유량으로 NH3 가스를 토출했을 때의 H2와 NH3의 면내 분포에 대해서 시뮬레이션을 행하였다. 시뮬레이션 조건은, 회전 테이블(12)의 온도: 450℃, 회전 테이블(12)의 회전수: 30rpm으로 하였다.
평가 시험 1과 마찬가지의 조건에서, 도 16에 도시하는 비교 모델의 성막 장치(8)에 대해서도 마찬가지의 시뮬레이션을 행한, 도 16의 성막 장치(8)에 대해서, 제1 실시 형태의 성막 장치(1)와 상이한 점에 대해 간단하게 설명한다. 이 예에서는, 가스 급배기 유닛(2)과, 제1 개질 영역(R2)과, 반응 영역(R4)과, 제2 개질 영역(R3)이, 회전 테이블(12)의 회전 방향 상류측에서부터 이 순서로 배치되어 있다. 제1 개질 영역(R2) 및 제2 개질 영역(R3)에는, 회전 테이블(12)의 중앙측과 주연측에, 각각 H2 가스의 토출부(81, 82)가 설치되어 있다.
반응 영역(R4)에서는, 회전 방향의 상류측 단부와 하류측 단부에 각각 제1 실시 형태와 마찬가지로 구성된 반응 가스 인젝터(83, 83)가 설치됨과 함께, 회전 테이블(12)의 주연측에, NH3 가스의 토출부(84)가 배치되어 있다. 그리고, 반응 가스 인젝터(83, 83)끼리의 사이에, H2 가스 및 NH3 가스를 배기하기 위한 공통의 배기구(85)가 형성되어 있다. 이 성막 장치(8)에서도, H2 가스의 토출부(81, 82)로부터의 H2 가스의 총 유량과, 반응 가스 인젝터(83, 83) 및 NH3 가스의 토출부(84)로부터의 NH3 가스의 총 유량은 평가 시험 1과 동일하게 설정하였다.
NH3 농도의 시뮬레이션에 의해, 본 발명 장치에서는, 비교예 장치에 비해서, 반응 영역(R4)에서의 NH3 농도가 높은 것이 확인되어, 성막 속도의 증대에 유효한 것으로 이해된다. 또한, H2 농도의 시뮬레이션에 의해, 본 발명 장치에서는, 비교예 장치에 비해서, 반응 영역(R4)에서의 H2 농도가 매우 낮아, 제1 및 제2 개질 영역(R2, R3)과 반응 영역(R4)과의 사이에서 H2 가스와 NH3 가스를 분리할 수 있음이 확인되었다. 또한, 본 발명 장치에서는, 비교예 장치에 비해서, 제1 및 제2 개질 영역(R2, R3)에서의 NH3 농도가 매우 낮아, 에칭 레이트의 저하에 유효한 것으로 이해된다.
(평가 시험 2)
본 발명 장치에서, 제1 및 제2 가스 인젝터(41, 42)로부터 각각 4리터/분으로 H2 가스를 토출하고, 반응 가스 인젝터(43)로부터, NH3 가스를 토출해서 SiN막을 성막하고, 이때의 성막 속도를 평가하였다. 또한, 얻어진 SiN막에 대해서, 불산 용액을 사용해서 습식 에칭을 행하고, 이때의 에칭 레이트에 대해서도 평가하였다. SiN막의 성막 조건은, 회전 테이블(12)의 온도: 450℃, 회전 테이블(12)의 회전수: 30rpm, 프로세스 압력: 267Pa(2Torr)로 하고, NH3 가스는, 0ml/분 내지 1,600ml/분의 사이에서 유량을 바꾸어 공급하였다. 또한, 비교예 장치를 사용하여, 마찬가지로 평가 시험 2를 행하였다.
에칭 레이트에 대해서는 도 17에, 성막 속도에 대해서는 도 18에 각각 나타낸다. 도 17 중, 종축은 에칭 레이트 레이시오(WERR), 횡축은 NH3 가스의 유량이며, □으로 본 발명 장치의 데이터, ◇으로 비교예 장치의 데이터를 각각 플롯하고 있다. 또한, 도 18 중, 종축은 성막 속도, 횡축은 NH3 가스의 유량이며, □으로 본 발명 장치의 데이터, ◇으로 비교예 장치의 데이터를 각각 플롯하고 있다. 또한, 에칭 레이트는, 열산화막을 동일 조건에서 불산 용액을 사용해서 습식 에칭했을 때의 에칭 레이트를 1로 하고, 이것에 대한 상대값으로 나타내고 있다. 에칭 레이트 레이시오(WERR)는 다음과 같이 표현될 수 있다.
WERR = (질화막의 웨트 에칭 레이트)/ (열산화막의 웨트 에칭 레이트)
막질의 지표가 되는 에칭 레이트 레이시오에 대해서는, 도 17로부터, 본 발명 장치에서는, NH3 가스의 유량을 증가해도, 낮은 에칭 레이트를 확보할 수 있는 것, 특히 NH3 가스의 유량이 500ml/분 이상이면, 에칭 레이트 레이시오가 0.17 이하로 보다 낮아지는 것이 확인되었다. 한편, 비교예 장치에서는, NH3 가스의 유량이 100ml/분 이하일 때는, 에칭 레이트 레이시오가 0.17 이하가 되지만, NH3 가스의 유량 증가에 수반하여, 에칭 레이트 레이시오가 급격하게 높아지는 것이 확인되었다. 이것은, 비교예 장치에서는, NH3 가스의 유량이 증가하면, 개질 영역에서, NH3 가스와 H2 가스가 혼합하여, H2 가스에 의한 개질 처리보다도 NH3 가스의 반응이 우선해서, 개질 처리가 효율적으로 진행되지 않기 때문이라고 추정된다.
성막 속도에 대해서는, 도 18로부터, 본 발명 장치에서 NH3 가스의 유량 증가에 수반해서 성막 속도가 급격하게 향상되는 것이 확인되었지만, 비교예 장치에서는 NH3 가스의 유량이 500ml/분 이상으로 되면, 성막 속도가 거의 변화하지 않는 것이 확인되었다. 이것은, 비교예 장치에서는, 가스 공급부와 배기구의 위치 관계에 의해, NH3 가스가 그대로 배기구를 향해서 빠르게 흘러, NH3 가스의 유량이 증가해도 배기되는 양이 많아지기 때문이라고 추정된다.
이상과 같이, 본 발명의 성막 장치(1)에서는, NH3 가스의 유량이 300ml/분일 때는, 비교예 장치보다도 저에칭 레이트이며, 성막 속도도 거의 동일한 것이 확인되었다. 또한, NH3 가스의 유량이 300ml/분 이상이면, 비교예 장치에 비하여 성막 속도가 크고, 에칭 레이트가 낮아지는 것이 확인되었다. 이와 같이, 본 발명에 따르면, NH3 가스의 유량을 증가함으로써 빠른 성막 속도를 확보하면서, 낮은 에칭 레이트를 달성할 수 있음이 이해되어, 본 발명의 성막 장치(1)는, NH3 가스의 유량이 300ml/분 이상인 프로세스에 유효한 것으로 확인되었다.
또한, 비교예 장치와 같이, NH3 가스와 H2 가스를 공통의 배기구(85)로부터 배기하는 장치이어도, NH3 가스의 유량이 200ml/분일 때는, 0.18 이하의 에칭 레이트를 확보하고 있다. 이것으로부터, 본 발명 장치와 같이, NH3 가스와 H2 가스를 각각 전용의 배기구로부터 배기하는 장치라면, NH3 가스의 공급 영역과 H2 가스의 공급 영역과의 사이에 분리 영역을 형성하지 않는 구성이어도, NH3 가스와 H2 가스의 혼합이 충분히 억제되는 것으로 이해된다. 따라서, 분리 영역을 형성하지 않는 구성이어도, NH3 가스의 유량이 300ml/분 이상이면, 비교예 장치에 비교해서 빠른 성막 속도와, 저에칭 레이트를 확보할 수 있다고 할 수 있다.
(평가 시험 3)
본 발명 장치에서, 제1 및 제2 가스 인젝터(41, 42)로부터 각각 4리터/분으로 H2 가스를 토출하고, 반응 가스 인젝터(43)로부터, NH3 가스를 토출해서 SiN막을 성막하고, 이때의 막 두께 분포를 평가하였다. SiN막의 성막 조건은, 회전 테이블(12)의 온도: 450℃, 회전 테이블(12)의 회전수: 30rpm, 프로세스 압력: 267Pa(2Torr)로 하고, NH3 가스는, 제1 토출 영역(431)과 제2 토출 영역(432)의 유량을 바꾸어서 공급하였다.
그 결과를 도 19에 나타낸다. 도면 중 종축은 막 두께이며, 횡축은 웨이퍼(W)의 직경 방향의 위치이다. 웨이퍼(W)의 직경 방향의 위치는, 웨이퍼 중심이 0, +150mm가 회전 테이블(12)의 회전 중심측, -150mm가 회전 테이블(12)의 주연측이다. 제1 토출 영역(431)의 유량을 F1, 제2 토출 영역(432)의 유량을 F2로 하면, F1/F2=250sccm/250sccm인 경우를 △, F1/F2=250sccm/0sccm인 경우를 □, F1/F2=0sccm/250sccm인 경우를 ◇으로 각각 플롯하고 있다. 막 두께는, 웨이퍼 중심의 막 두께가 1이 되도록, 규격화한 임의 상수이다.
또한, 비교예 장치를 사용하여, 마찬가지로 평가 시험 3을 행하였다. 그 결과를 도 20에 나타낸다. 도 19와 마찬가지로, 도면 중 종축은 막 두께이며, 도면 중 횡축은 웨이퍼(W)의 직경 방향의 위치이다. 이때, 반응 가스 인젝터(83, 83)의 총 유량을 F3, 토출부(84)의 총 유량을 F4로 하면, F3/F4=1,000sccm/0sccm인 경우를 △, F3/F4=500sccm/500sccm인 경우를 □, F3/F4=250sccm/750sccm인 경우를 ◇으로 각각 플롯하고 있다.
본 발명 장치의 결과를 도시하는 도 19로부터, 반응 가스 인젝터(43)의 선단측의 제1 토출 영역(431)으로부터의 유량을 많게 하면, 회전 테이블(12)의 회전 중심측의 막 두께가 커지고, 반응 가스 인젝터(43)의 기단측의 제2 토출 영역(432)으로부터의 유량을 많게 하면, 회전 테이블(12)의 주연측의 막 두께가 커지는 것이 확인되었다. 이에 의해, 제1 토출 영역(431)과 제2 토출 영역(432)의 유량을 바꿈으로써, 웨이퍼(W)의 직경 방향의 막 두께 분포가 변화하여, 웨이퍼(W)의 직경 방향의 막 두께 제어성이 양호한 것으로 이해된다. 이에 반해, 비교예 장치의 결과를 도시하는 도 20에서는, 반응 가스 인젝터(83)와 토출부(84)의 유량을 바꾸어도, 웨이퍼(W)의 직경 방향의 막 두께 분포는 거의 마찬가지이며, 막 두께의 제어는 곤란한 것으로 확인되었다.
또한, 본 발명 장치에서, NH3 가스의 총 유량을 바꾸어서 SiN막을 성막하고, 그 막 두께를 평가하였다. 그 결과를 도 21에 나타낸다. 도면 중 종축은 막 두께, 횡축은 웨이퍼(W)의 직경 방향의 위치이다. 제1 토출 영역(431)의 유량을 F1, 제2 토출 영역(432)의 유량을 F2로 하면, F1/F2=40sccm/40sccm인 경우를 □, F1/F2=100sccm/100sccm인 경우를 ◇, F1/F2=250sccm/250sccm인 경우를 △, F1/F2=500sccm/500sccm인 경우를 ×로 각각 플롯하고 있다.
또한, 비교예 장치를 사용하여, NH3 가스의 총 유량을 바꾼 경우에 대해서도, SiN막의 막 두께를 평가하였다. 그 결과를 도 22에 나타낸다. 도면 중 종축은 막 두께, 횡축은 웨이퍼(W)의 직경 방향의 위치이다. 이때, 반응 가스 인젝터(83, 83)의 총 유량을 F3, 토출부(84)의 총 유량을 F4로 하면, F3/F4=80sccm/0sccm인 경우를 □, F3/F4=140sccm/0sccm인 경우를 △, F3/F4=500sccm/0sccm인 경우를 ◇, F3/F4=1,000sccm/0sccm인 경우를 ×로 각각 플롯하고 있다.
본 발명 장치의 결과를 도시하는 도 21로부터, NH3 가스의 유량을 증가함으로써, 웨이퍼(W)의 직경 방향의 위치 -100mm 내지 +100mm의 범위에서, 막 두께를 거의 균일한 분포로 제어할 수 있음이 확인되었다. 이것은 막 두께의 면내 균일성이 개선되는 것을 나타내고 있으며, 낮은 에칭 레이트를 유지하면서, 빠른 성막 속도로 막 두께의 면내 균일성이 양호한 SiN막을 성막할 수 있는 것으로 이해된다. 이에 반해, 비교예 장치의 결과를 도시하는 도 22에서는, NH3 가스의 유량을 증가해도, 막 두께의 분포는 거의 마찬가지이며, 막 두께의 면내 균일성의 개선은 곤란한 것으로 확인되었다.
W : 웨이퍼 R1 : 흡착 영역
R2 : 제1 개질 영역 R3 : 제2 개질 영역
R4 : 반응 영역 1, 7 : 성막 장치
11 : 진공 용기 12 : 회전 테이블
2 : 급배 기 유닛 3A : 제1 플라스마 형성 유닛
3B : 제2 플라스마 형성 유닛 3C : 제3 플라스마 형성 유닛
41 : 제1 가스 인젝터 42 : 제2 가스 인젝터
43 : 반응 가스 인젝터 61 : 분리 영역
62 : 제1 분리 영역 63 : 제2 분리 영역

Claims (7)

  1. 진공 용기 내에서 회전 테이블에 배치된 기판을 당해 회전 테이블에 의해 공전시켜, 서로 상기 회전 테이블의 둘레 방향으로 이격된 복수의 영역의 각각에 실리콘을 포함하는 원료 가스 및 질소 함유 가스를 공급해서 상기 기판에 실리콘 질화막을 성막하는 성막 장치에 있어서,
    상기 회전 테이블에 대향하고, 상기 원료 가스를 토출하는 토출부 및 당해 토출부를 둘러싸는 배기구를 구비한 원료 가스 공급부와,
    상기 원료 가스 공급부에 대하여 상기 회전 테이블의 회전 방향으로 각각 이격되어 형성됨과 함께, 서로 상기 회전 테이블의 회전 방향으로 이격되어 형성된 상기 복수의 영역에서의 반응 영역 및 개질 영역과,
    상기 반응 영역의 상류측 및 하류측의 일방측의 단부에 설치되어, 당해 상류측 및 하류측의 타방측을 향해서 질소 함유 가스를 포함하는 반응 가스를 토출하는 반응 가스 토출부와,
    상기 개질 영역의 상류측 및 하류측의 일방측의 단부에 설치되어, 당해 상류측 및 하류측의 타방측을 향해서 수소 가스를 포함하는 개질 가스를 토출하는 개질 가스 토출부와,
    상기 회전 테이블의 외측이며, 상기 반응 영역의 상류측 및 하류측의 타방측의 단부에 면하는 위치에 형성된 반응 가스용 배기구와,
    상기 회전 테이블의 외측이며, 상기 개질 영역의 상류측 및 하류측의 타방측의 단부에 면하는 위치에 형성된 개질 가스용 배기구와,
    상기 반응 영역 및 상기 개질 영역에 각각 공급된 가스를 활성화하기 위한 반응 가스용 플라스마 발생부 및 개질 가스용 플라스마 발생부를 포함하며,
    상기 반응 가스 토출부 및 상기 개질 가스 토출부 각각은, 그 길이 방향을 따라서 토출구가 형성되고, 상기 복수의 영역에서 상기 회전 테이블 상의 상기 기판의 통과 영역과 교차하도록 배치된 가스 인젝터에 의해 구성되는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응 가스 토출부가 상기 반응 영역의 상류측의 단부에 설치되고, 또한 상기 개질 가스 토출부가 상기 개질 영역의 상류측의 단부에 설치되는 구성, 및
    상기 반응 가스 토출부가 상기 반응 영역의 하류측의 단부에 설치되고, 또한 상기 개질 가스 토출부가 상기 개질 영역의 하류측의 단부에 설치되는 구성,
    중 어느 한쪽의 구성을 구비하고 있는 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응 영역이 상기 개질 영역의 하류측에 위치하고, 상기 반응 가스 토출부가 상기 반응 영역의 하류측의 단부에 설치되고, 상기 개질 가스 토출부가 상기 개질 영역의 상류측의 단부에 설치되는 구성, 및
    상기 반응 영역이 상기 개질 영역의 상류측에 위치하고, 상기 반응 가스 토출부가 상기 반응 영역의 상류측의 단부에 설치되고, 상기 개질 가스 토출부가 상기 개질 영역의 하류측의 단부에 설치되는 구성,
    중 어느 한쪽의 구성을 구비하고 있는 성막 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 개질 영역은, 제1 개질 영역과, 당해 제1 개질 영역에 대하여 상기 회전 테이블의 하류측에 설치된 제2 개질 영역을 포함하는 성막 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 개질 영역은 상기 제1 개질 영역에 인접해서 형성되고,
    상기 제1 개질 영역은, 당해 제1 개질 영역의 하류측에 제1 개질 가스 토출부가 설치되고,
    상기 제2 개질 영역은, 당해 제2 개질 영역의 상류측에 제2 개질 가스 토출부가 설치되는 성막 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반응 영역에 공급되는 상기 질소 함유 가스의 유량은, 300ml/분 이상인 성막 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 인젝터의 가스 토출 방향은, 상기 회전 테이블의 상면과 평행한 방향에 대하여 상측으로 45도 기운 방향과 하측으로 45도 기운 방향과의 사이로 설정되어 있는 성막 장치.
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