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KR20180014661A - 질화막의 형성 방법 및 형성 장치 - Google Patents

질화막의 형성 방법 및 형성 장치 Download PDF

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KR20180014661A
KR20180014661A KR1020170094474A KR20170094474A KR20180014661A KR 20180014661 A KR20180014661 A KR 20180014661A KR 1020170094474 A KR1020170094474 A KR 1020170094474A KR 20170094474 A KR20170094474 A KR 20170094474A KR 20180014661 A KR20180014661 A KR 20180014661A
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film
nitride film
base film
forming
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다카히로 미야하라
다이스케 스즈키
히로키 무라카미
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 하지막에 따라 선택적인 막 형성이 가능한 질화막의 형성 방법 및 형성 장치를 제공한다. 질화막에 대하여 상대적으로 인큐베이션 타임이 긴 재료로 이루어지는 제1 하지막과, 상대적으로 인큐베이션 타임이 짧은 재료로 이루어지는 제2 하지막을 갖는 피처리 기판에 대하여 원료 가스 및 질화 가스를 사용하여, ALD 또는 CVD에 의해 질화막을 성막하는 공정과, 에칭 가스를 공급하여, 제1 하지막 상의 질화물을 에칭 제거하여, 상기 제1 하지막의 막 면을 노출시키는 공정을 반복한다.

Description

질화막의 형성 방법 및 형성 장치{METHOD AND APPARATUS FOR FORMING NITRIDE FILM}
본 발명은, 실리콘 질화막 등의 질화막의 형성 방법 및 형성 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 시퀀스에 있어서는, 실리콘 웨이퍼로 대표되는 반도체 웨이퍼에 대하여 절연막으로서 실리콘 질화막(SiN막) 등의 질화막을 성막하는 성막 처리가 존재한다. 이러한 SiN막의 성막 처리에는, 화학 증착법(CVD법)이 널리 사용되고 있다(예를 들어 특허문헌 1).
한편, 최근 들어, 반도체 디바이스의 미세화·고집적화의 진전에 수반하여, 특성 향상의 관점에서, 종래의 CVD법에 의한 성막보다도 저온에서, 양질의 막을 성막할 수 있는 원자층 퇴적법(ALD법)과 같은 시퀀셜한 가스 공급에 의해 SiN막을 성막하는 것이 행하여지고 있다. ALD법에 의해 SiN막을 형성하는 경우에는, 예를 들어 피처리 기판 상에 Si 원료를 흡착시키고, 계속해서 질화 가스를 공급해서 Si 원료와 반응시켜, SiN을 원자층 또는 분자층 레벨로 형성하고, 이것을 소정 횟수 반복함으로써 소정의 막 두께의 SiN막을 형성한다.
ALD법에 의한 SiN막의 성막 방법으로서, Si 원료 가스인 디클로로실란(DCS; SiH2Cl2) 가스와 질화 가스인 암모니아(NH3) 가스를 사용해서, 이들을 교대로 공급하고, NH3 가스를 공급할 때 고주파 전력을 인가해서 플라스마를 생성하여, 질화 반응을 촉진하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어 특허문헌 2).
또한, 플라스마를 사용하는 경우에는 장치 구성이 복잡해지므로, 서멀 ALD 등의, 플라스마를 사용하지 않고 시퀀셜한 가스 공급에 의해 SiN막을 형성하는 것이 검토되어 있다.
일본 특허 공개 제2000-174007호 공보 일본 특허 공개 제2004-281853호 공보
그런데, 2종류 이상의 서로 다른 하지가 노출되어 있는 구조에 대하여 ALD법이나 CVD법에 의해 SiN막 등의 질화막을 성장시킬 때, 특정한 하지에만 질화막을 선택적으로 성장시키자 하는 요구가 있다.
본 발명은, 하지막에 따라 선택적인 막 형성이 가능한 질화막의 형성 방법 및 형성 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 제1 관점은, 질화막에 대하여 상대적으로 인큐베이션 타임이 긴 재료로 이루어지는 제1 하지막과, 상대적으로 인큐베이션 타임이 짧은 재료로 이루어지는 제2 하지막을 갖는 피처리 기판을 준비하는 제1 공정과, 상기 피처리 기판을 소정 온도로 가열하면서, 상기 피처리 기판에 대하여 원료 가스 및 질화 가스를 사용하여, ALD 또는 CVD에 의해 질화막을 성막하는 제2 공정과, 에칭 가스를 공급하여, 상기 제1 하지막 상의 질화물을 에칭 제거하고, 상기 제1 하지막의 막 면을 노출시키는 제3 공정을 갖고, 상기 제2 공정과 상기 제3 공정을 소정 횟수 반복하여, 상기 제2 하지막 상에 선택적으로 질화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 질화막의 형성 방법을 제공한다.
상기 제1 관점에서, 상기 질화막을 성막하는 공정을 ALD에 의해 행하는 경우에, 최초로 성막 원료를 공급하는 것이 바람직하다.
상기 에칭 가스는, 상기 질화막을 에칭하기 쉽고, 상기 제1 하지막을 에칭하기 어려운 가스인 것이 바람직하다.
상기 제1 공정 후, 상기 제2 공정에 앞서, 상기 피처리 기판을 소정 온도로 가열하면서 염소 가스를 공급하여, 상기 제1 하지막과 상기 제2 하지막의 표면에 염소 함유 가스를 흡착시키는 전처리를 행하는 제4 공정을 더 갖고, 상기 제4 공정, 상기 제2 공정 및 상기 제3 공정을 소정회 반복하여, 상기 제2 하지막 상에 선택적으로 질화막을 성막하도록 해도 된다. 이 경우에, 상기 제4 공정에 사용되는 상기 염소 함유 가스로서, Cl2 가스, HCl 가스, BCl3 가스에서 선택된 적어도 1종의 가스를 사용할 수 있다.
상기 제1 하지막이 실리콘 산화막이며, 상기 제2 하지막이 실리콘 질화막이며, 상기 제1 하지막 및 상기 제2 하지막 상에 형성하는 질화막은 실리콘 질화막인 것이 바람직하다.
상기 실리콘 질화막을 성막할 때 사용하는 상기 Si 원료 가스로서는, 디클로로실란, 모노클로로실란, 트리클로로실란, 실리콘테트라클로라이드, 헥사클로로디실란, 모노실란, 디실란, 유기 실란계 화합물 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 에칭 가스로서, 불소 가스 및 산화성 가스를 포함하는 것을 사용할 수 있다. 상기 에칭 가스는, 또한 불화수소 가스 및/또는 탄화수소계 화합물 가스를 포함해도 된다. 또한, 상기 에칭 가스로서, NFxRy(단, R은 탄화수소이며, x는 1 이상의 정수, y는 0 또는 1 이상의 정수임)로 표현되는 가스를 사용할 수도 있다. 또한, 상기 에칭 가스로서, NFxRy(단, R은 탄화수소이며, x는 1 이상의 정수, y는 0 또는 1 이상의 정수임)로 표현되는 가스를 사용할 수도 있다.
질화막이 실리콘 질화막인 경우에, 상기 질화막을 성막하는 공정은, ALD의 경우에 400 내지 650℃, CVD의 경우에 600 내지 800℃에서 행할 수 있다.
상기 제2 공정과, 상기 제3 공정은, 동일 장치 내에서 연속적으로 실시하는 것이 바람직하고, 상기 제2 공정과, 상기 제3 공정은, 동일한 온도에서 행하여지는 것이 바람직하다.
상기 질화막의 성막에 사용되는 상기 질화 가스로서는, 암모니아 가스 또는 히드라진 가스 또는 히드라진의 유도체 가스를 사용할 수 있다.
본 발명의 제2 관점은, 질화막에 대하여 상대적으로 인큐베이션 타임이 긴 재료로 이루어지는 제1 하지막과, 상대적으로 인큐베이션 타임이 짧은 재료로 이루어지는 제2 하지막을 갖는 피처리 기판에 있어서, 상기 제2 하지막 상에 선택적으로 질화막을 형성하는 질화막의 형성 장치로서, 상기 피처리 기판을 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에, 원료 가스, 질화 가스, 에칭 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 처리 용기 내에 수용된 복수의 피처리 기판을 가열하는 가열 장치와, 상기 처리 용기 내를 배기하는 배기 장치와, 상기 처리 용기 내에 상기 피처리 기판을 배치시켜, 상기 피처리 기판을 소정 온도로 가열시키면서, 원료 가스 및 질화 가스를 상기 피처리 용기 내에 공급시켜, 상기 피처리 기판 상에, ALD 또는 CVD에 의해 상기 질화막을 성막시키고, 계속해서, 에칭 가스를 공급해서, 상기 제1 하지막 상의 질화물을 에칭 제거하여, 상기 제1 하지막의 막 면을 노출시켜, 상기 질화막을 형성과, 상기 제1 하지막 상의 질화물의 에칭 제거가 소정 횟수 반복되도록 제어하는 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 질화막의 형성 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 컴퓨터 상에서 동작하고, 처리 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체로서, 상기 프로그램은, 실행 시에, 상기 제1 관점의 질화막의 형성 방법이 행해지도록, 컴퓨터에 상기 처리 장치를 제어시키는 것을 특징으로 하는 기억 매체를 제공한다.
본 발명은, 질화막에 대하여 상대적으로 인큐베이션 타임이 긴 재료로 이루어지는 제1 하지막과, 상대적으로 인큐베이션 타임이 짧은 재료로 이루어지는 제2 하지막을 갖는 피처리 기판에 대하여, 원료 가스 및 질화 가스를 사용하여, ALD 또는 CVD에 의해 질화막을 성막하는 공정과, 에칭 가스를 공급해서, 상기 제1 하지막 상의 질화물을 에칭 제거하여, 상기 제1 하지막의 막 면을 노출시키는 공정을 반복한다. 이에 의해, 제1 하지막에의 질화막의 성막이 억제되고, 제2 하지막 상에 선택적으로 질화막을 형성할 수 있다.
도 1은 SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막과 SiN막으로 이루어지는 제2 하지막에 ALD나 CVD에 의해 SiN막을 형성할 때의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막과 SiN막으로 이루어지는 제2 하지막을 갖는 피처리 기판에 있어서, 제2 하지막 상에 SiN막을 선택적으로 형성하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 질화막의 형성 방법의 제1 실시 형태를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 피처리 기판의 구조를 모식적으로 도시하는 도이다.
도 5는 각 결합의 결합 에너지로부터 CHxFy 가스 및 NFxRy의 분해 온도를 유추한 결과를 도시하는 도면이다.
도 6은 제1 실시 형태에서의 공정 2와 공정 3을 동일 장치에 의해 연속해서 행할 때의 가스 공급 시퀀스의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 질화막의 형성 방법의 제2 실시 형태를 나타내는 흐름도이다.
도 8은 도 4의 피처리 기판에 염소 함유 가스를 흡착시킨 상태를 모식적으로 도시하는 도이다.
도 9는 도 8의 염소 함유 가스를 흡착시킨 피처리 기판에 SiN막을 성막한 상태를 모식적으로 도시하는 도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 질화막의 형성 방법의 적용예를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 질화막의 형성 방법을 실제의 디바이스에 적용한 예를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 12는 제2 실시 형태에서의 공정 12, 공정 13 및 공정 14를 동일 장치에 의해 연속해서 행할 때의 가스 공급 시퀀스의 일례를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 질화막의 형성 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 제1 예를 도시하는 종단면도이다.
도 14는 도 13의 성막 장치의 횡단면도이다.
도 15는 본 발명의 질화막의 형성 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 제2 예를 나타내는 단면도이다.
도 16은 본 발명의 질화막의 형성 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 제3 예를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.
<본 발명에 이른 경위>
일반적으로, 서멀 ALD 또는 CVD에 의해 SiN막을 형성할 때는, 피처리 기판을 처리 용기 내에 수용하고, 피처리 기판을 소정 온도로 가열한 상태에서, Si 원료 가스로서 DCS 가스 및 질화 가스로서 NH3 가스를 시퀀셜하게 소정 횟수 반복함으로써 또는 동시에 공급함으로써, 피처리 기판의 표면에 소정 막 두께의 SiN막을 형성한다.
ALD나 CVD에 의해 SiN막을 성막하는 경우, 특히 서멀 ALD로 SiN막을 성막하는 경우, 하지막에 따라 SiN막 성막 시의 초기의 인큐베이션 타임이 상이하고, 이에 의해 성막이 개시되는 시기가 변화한다. 이 때문에, 한쪽의 하지막에의 성막이 개시된 후, 다른 쪽의 하지막에의 성막이 개시될 때까지 동안은 선택 성막이 가능하다.
예를 들어, 하지막이 SiN막과 열산화막(SiO2막)인 경우, SiN막 상이 SiN막 성막 시의 인큐베이션 타임이 더 짧기 때문에, 그 인큐베이션 타임 차만큼 SiN막 상에서 빨리 성막이 시작되고, 성막 초기의 SiO2막 상에도 성막이 시작될 때까지의 동안에는, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, SiN막은 SiN막 상에만 선택적으로 성막됨으로써, SiO2막 상에는 SiN의 핵이 존재할 뿐이다.
그러나, 이와 같은 하지막 고유의 성질에 의한 인큐베이션 타임 차에 의한 선택 성막에서는, 그 후에도 계속해서 성막을 계속하면, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 어차피 SiO2막 상에도 질화막이 성막되어버리므로, 선택 성막이 아니게 되어버려, 선택 성막에 의해 성막할 수 있는 막 두께는 얼마 안된다.
그래서, 더욱 검토한 결과, 2종류 이상의 하지막 상에 SiN막을 성막하는 경우, 예를 들어 성막이 빨리 시작되는 SiN막 상과 성막이 늦게 시작되는 SiO2막 상에 SiN막을 성막하는 경우에, 성막을 개시하고, SiO2막 상에 SiN이 막으로 되기 전의 초기 핵 상태로 부착된 단계, 또는 SiN이 박막 형상으로 형성된 단계에서, SiO2막 상의 SiN을 에칭 작용에 의해 제거함으로써, 성막이 늦은 하지의 SiO2막 면을 다시 노출시켜, SiO2막에서의 성막 지연을 발생시키는 것이 유효한 것을 알아내었다.
즉, 하지막으로서, 질화막 성막 시의 인큐베이션 타임이 짧아 성막이 빨리 시작되는 SiN막과, 질화막 성막 시의 인큐베이션 타임이 길어 성막이 늦게 시작되는 SiO2막이 존재하는 경우, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같은, 성막 초기의, SiN막이 SiN막 상에만 선택적으로 성막되고, SiO2막 상에서는 초기 핵 상태로 부착된 단계(또는 SiN이 박막 형상으로 형성된 단계)에서, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, SiO2막 상의 SiN을 에칭 작용에 의해 제거하여, 성막이 늦은 SiO2막 면을 노출시켜, SiN막이 성막되지 않은 상태를 다시 발생시킬 수 있다. 한편, 에칭 작용을 미치게 했을 때, 다른 하지막인 SiN막 상에 성막된 SiN막도 에칭되는데, SiN막 상에는 SiO2막 상보다도 두꺼운 SiN막이 형성되어 있으므로, 에칭 후에 SiN막 상에 어느 정도의 막 두께의 SiN막이 잔존한다. 그리고, 이 상태에서 다시 SiN막의 성막을 행함으로써, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, SiN막 상에 SiN막이 선택적으로 성막된다.
따라서, 이러한 성막과 에칭을 반복함으로써, SiN막을 한쪽의 하지막 상에 비교적 두껍게 선택 성막할 수 있다.
<질화막의 형성 방법>
이어서, 본 발명의 질화막의 형성 방법에 대해서 설명한다. 여기에서는, 질화막으로서 SiN막을 형성하는 경우를 예로 들어 설명한다.
[제1 실시 형태]
도 3은, 질화막의 형성 방법의 제1 실시 형태를 나타내는 흐름도이다.
먼저, 피처리 기판으로서, 도 4에 모식적으로 도시하는 바와 같은, 반도체 기체(201) 상에 제1 하지막(202)과 제2 하지막(203)이 형성된 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼라 기재함)(W)를 준비한다(공정 1).
제1 하지막(202) 및 제2 하지막(203)은, 예를 들어 산화물, 질화물, 탄질화물 등으로 이루어진다. 제1 하지막(202) 및 제2 하지막(203)은, SiN막을 형성할 때의 인큐베이션 타임이 상이한 재료이며, 예를 들어 제1 하지막(202)이 상대적으로 인큐베이션 타임이 긴 열산화막(SiO2막)이며, 제2 하지막(203)이 상대적으로 인큐베이션 타임이 짧은 SiN막이다.
이어서, 제1 하지막(202) 및 제2 하지막(203)이 형성된 웨이퍼(W)에 대하여, Si 원료 가스, 예를 들어 DCS 가스와, 질화 가스, 예를 들어 NH3 가스를 사용한 ALD 또는 CVD에 의한 SiN막의 성막을 개시한다(공정 2). 이때, SiN 막으로 이루어지는 제2 하지막(203)이 SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막(202)보다도 인큐베이션 타임이 더 짧아 SiN의 성막이 빨리 시작된다.
이어서, 성막을 개시한 초기 단계의, SiN막으로 이루어지는 제2 하지막(203)에서는 SiN막의 성막이 진행되고 있는데, SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막(202) 상에서는 SiN이 막으로 되기 전의 초기 핵 상태로 부착된 단계, 또는 SiN이 박막 형상으로 형성된 단계에서, 에칭 가스를 공급하여, SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막(202) 상의 SiN을, 에칭 가스의 에칭 작용에 의해 제거하고, SiO2막 면을 노출시킨다(공정 3). 이때, SiN 막으로 이루어지는 제2 하지막(203) 상의 SiN막도 에칭되지만, SiN막 상에는 SiN막이 보다 두껍게 형성되어 있으므로, 제2 하지막(203) 상에 SiN막을 잔존시킬 수 있다.
그리고, 공정 2의 SiN 성막 공정과, 공정 3의 에칭 공정을 반복함으로써, 제2 하지막(203) 상에 비교적 두꺼운 SiN막을 선택적으로 성막할 수 있다.
공정 2의 SiN막의 성막은, 상술한 바와 같이, ALD이어도 CVD이어도 되지만, 인큐베이션 타임의 차에 따라 선택 성막시키기 위해서는 ALD가 바람직하다. 즉, ALD로 SiN막을 성막하는 경우에는, Si 원료 가스와 질화 가스를 교대로 반복 공급하기 때문에, 하지막 상에 Si 원료 가스를 흡착시킬 수 있어, 하지막에 따른 Si 원료 가스의 흡착의 용이함 정도를 직접적으로 발휘시킬 수 있다. ALD의 경우에는 먼저 Si 원료 가스를 공급하는 것이 바람직하다.
공정 2의 SiN막의 성막을 ALD로 행하는 경우에는, Si 원료 가스를 공급하는 스텝과, 질화 가스를 공급하는 스텝을 반복하는데, 각각의 스텝 후에는 각각의 스텝에서 사용한 여분의 가스를 웨이퍼(W)로부터 제거하는 처리, 예를 들어 퍼지가 행하여진다. 이러한 처리는, N2 가스나 Ar 가스 등의 불활성 가스를 사용해서 행할 수 있다. 또한, 이러한 가스를 제거하는 처리는, 후술하는 바와 같이 성막 장치에 의해 적절히 설정된다.
공정 2의 SiN의 성막을 ALD로 행하는 경우에는, 플라스마를 사용하지 않는 열 ALD가 바람직한데, 질화 가스를 공급하는 스텝에서 플라스마에 의해 질화 가스를 분해해도 된다. 이에 의해, 보다 저온에서의 성막을 행할 수 있다.
공정 2의 SiN막의 성막을 ALD로 행하는 경우, 성막 온도를 400 내지 650℃의 범위로 할 수 있다. 바람직하게는 500 내지 650℃이다. 또한, 처리 시의 압력은, 0.1 내지 5Torr(13.3 내지 667Pa)의 범위로 할 수 있다. 질화 가스를 플라스마화하는 경우에는, 성막 온도는, 450 내지 630℃의 범위가 바람직하다.
또한, 공정 2의 SiN막의 성막을 CVD로 행하는 경우에는, 성막 온도는, 600 내지 800℃로 할 수 있다. 바람직하게는 700 내지 780℃이다. 또한, 처리 시의 압력은, ALD의 때와 마찬가지의 범위로 할 수 있다.
SiN막의 성막 시에 사용할 수 있는 Si 원료로서는, 상술한 DCS, 모노클로로실란(MCS; SiClH3), 트리클로로실란(TCS; SiHCl3), 실리콘테트라클로라이드(STC; SiCl4), 헥사클로로디실란(HCD; Si2Cl6) 등의 염소 함유 실란 화합물, 모노실란(SiH4), 디실란(Si2H6) 등의 실란 화합물, 아미노실란계 화합물 등의 유기 실란계 화합물을 사용할 수 있다.
또한, SiN막의 성막 시에 사용할 수 있는 질화 가스로서는, 상술한 NH3 가스 외에, 히드라진(N2H4) 가스나, 그의 유도체, 예를 들어 모노메틸히드라진(MMH) 가스 등을 사용할 수 있다.
공정 3의 에칭 공정에 사용하는 에칭 가스로서는, SiN을 에칭할 수 있는 것이면 되지만, 제1 하지막(202)을 에칭하기 어려운 것인 것이 바람직하다.
예를 들어 제1 하지막(202)이 SiO2막이며, 제2 하지막(203)이 SiN막인 경우에, SiO2막은 산화 분위기 또는 산소와 상성이 좋은 블록 상(카본)으로 보호하여, SiN을 불소계 가스에 의해 에칭하는 방법을 취할 수 있다. 이 경우, 에칭 가스로서는, 이하의 (1) 내지 (3)에 나타내는 것을 적합하게 사용할 수 있다.
(1) F2+O2(+HF)(+CxHy)(단, x는 1 이상의 정수, y는 2 이상의 정수임)
이 가스계는, 기본적으로 O2 가스에 의해 SiO2막을 보호하고, F2 가스에 의해 Si(SiN)를 깎는다. F2 가스만으로 SiN이 충분히 깎이지 않는 경우에는, HF를 첨가함으로써 에칭 성능을 향상시켜도 된다. 또한, SiO2막의 보호를 강화하기 위해서, CxHy 등의 탄화수소계 화합물(바람직하게는 구조 중에 C의 이중 결합 또는 삼중 결합을 갖는 것)을 도입해도 된다. O2 가스 대신에 다른 산화성 가스, 예를 들어 O3, NO, N2O 등을 사용할 수도 있다. 또한, CxHy로서는, C2H2, C2H4, C3H6, C5H8 등을 사용할 수 있다.
(2) CHxFy(단, x는 0 또는 1 이상의 정수, y는 1 이상의 정수임)
이 가스계는, SiO2막 상에 카본에 의해 데포지션 상을 형성해서 보호하고, Fy로 Si(SiN)를 깎고, Hx로 SiN의 질화부를 NHx↑로서 깎는다. 이 가스계의 예로서는, CF4, CHF3, CH2F2, CHF3 등을 들 수 있다. 또한, 이 가스계에는, CH3F나 CH2F2 등의 가연성 가스도 존재하지만, 가연성 가스는 통상의 공급계에서는 공급이 곤란하다.
(3) NFxRy(단, R은 탄화수소이며, x는 1 이상의 정수, y는 0 또는 1 이상의 정수임)
이 가스계는, 상기 2와 마찬가지로, SiO2막 상에 카본에 의해 데포지션 상을 형성해서 보호하고, Fy로 Si(SiN)를 깎고, 탄화수소 중의 H로 SiN의 질화부를 NHx↑로서 깎는다. 이 가스계의 예로서는, NF3, NF2CH3, NF(CH3)2, NF2(CH2CH3), NH(CH2CH3)2, NFCH(CH3)2 등을 들 수 있다.
이 가스계는, 상기 (2)의 가스계보다도 분해 온도가 낮아, SiN막의 성막 온도에서 확실하게 상기 기능을 발휘할 가능성이 있다. 즉, 상기 (2)의 가스계에서는, C-H 결합 및 C-F 결합의 결합 에너지가, 각각 414kJ/mol, 427kJ/mol로 높은 것에 반해, (3)의 가스계에서는, N-H 결합, N-F 결합 및 N-C 결합의 결합 에너지가 351kJ/mol, 234kJ/mol 및 268kJ/mol로 낮다. Si계 막을 성막할 때 사용하는 SiH4의 Si-H의 결합 에너지는 314kJ/mol이며, Si2H6의 Si-Si의 결합 에너지는 269kJ/mol이며, 각각의 분해 온도가 470℃ 정도 및 380℃ 정도인 것을 알고 있으므로, 그 결과에 기초하여, 분해 온도와 결합 에너지가 단순 비례한다고 가정하고, 상기 (2)의 CHxFy 가스 및 (3)의 NFxRy의 분해 온도를 유추하면, 도 5에 도시하는 바와 같이 된다. 이 도면으로부터, 상기 (2)의 CHxFy 가스에서는 분해 온도가 650℃ 정도로 600℃를 초과하는 값이 되어, 결과로서 SiN막 성막 시에, 상기 기능을 갖는 활성의 C나 F가 분해에 의해 발생하기 어려운 가능성이 있는 것에 반해, (3)의 NFxRy 가스에서는 SiN막의 성막 온도인 600℃ 부근에서도 충분히 분해되어, 상기 기능을 발휘할 가능성을 더욱 높게 할 수 있다.
또한, 상기 (1)의 가스계에서는, 다수의 가스를 사용할 필요가 있는 경우가 발생하여, 번잡하지만, 각 가스의 유량을 조정함으로써, SiO2막의 보호와 SiN막의 에칭의 기능을 양립시키기 쉽다.
SiN막을 성막하는 공정 2와, SiN을 에칭하는 공정 3은, 동일한 장치에 의해 연속해서 행하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 이들 처리를 고 스루풋으로 행할 수 있다. 이 경우에, 공정 2와 공정 3을 동일한 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 이때의 시퀀스는 도 6에 나타내는 바와 같이 된다. 즉, 도 4의 구조의 웨이퍼(W)를 적절한 처리 장치의 처리 용기 내에 세팅한 후, 최초로, Si 원료 가스의 공급(스텝 1) 및 질화 가스의 공급(스텝 2)을 소정 횟수(X회) 반복한 후, 에칭 가스를 공급(스텝 3)하는 사이클을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 소정 사이클(Y 사이클) 반복한다. 각각의 스텝의 후에는 상술한 바와 같이, 각각의 스텝에서 사용한 여분의 가스를 웨이퍼(W)로부터 제거하는 처리, 예를 들어 퍼지가 행하여진다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 2종류의 하지막이 존재하는 경우, 예를 들어 SiO2막과 SiN막이 존재하는 경우에, 성막 초기 단계에서 SiN막 상에 SiN막이 선택적으로 성막되고, SiO2막 상에서는 SiN이 초기 핵 상태로 부착된 단계 또는 SiN이 박막 형상으로 형성된 단계에서, SiO2막 상의 SiN을 에칭 작용에 의해 제거하여, 성막이 늦은 SiO2막 면을 다시 노출시킬 수 있으므로, 성막과 에칭을 반복함으로써, 한쪽의 하지막인 SiN막 상에 비교적 두껍게 SiN막을 선택 성막할 수 있다.
[제2 실시 형태]
도 7은, 본 실시 형태에 따른 질화막의 형성 방법의 제2 실시 형태를 나타내는 흐름도이다.
먼저, 제1 실시 형태의 공정 1과 마찬가지로, 피처리 기판으로서, 도 4에 모식적으로 도시하는 바와 같은, 반도체 기체(201) 상에 제1 하지막(202)과 제2 하지막(203)이 형성된 웨이퍼(W)를 준비한다(공정 11).
제1 하지막(202) 및 제2 하지막(203)은, SiN막을 형성할 때의 인큐베이션 타임이 상이한 재료이며, 예를 들어 제1 하지막(202)이 열산화막(SiO2막)이며, 제2 하지막(203)이 SiN막이다.
이어서, 하지막(202, 203)이 형성된 웨이퍼(W)에 대하여, 염소 함유 가스에 의한 전처리를 행한다(공정 12). 이 전처리는, 하지막(202, 203)에 염소 함유 가스를 흡착시키기 위한 처리이다.
염소 함유 가스의 흡착성(반응성)은 하지에 따라 상이하며, SiO2 상에 Cl2가 화학 흡착되면, DCS나 NH3과의 반응이 억제된다. 또한, 염소 함유 가스는, 다음의 SiN막을 형성할 때 사용하는 Si 원료 가스의 흡착을 저해하는 작용을 갖는다. 이 때문에, 도 8에 도시한 바와 같이, 염소 함유 가스(204)는, SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막(202)에 보다 더 많이 흡착한다.
이어서, 전처리 후의 웨이퍼(W)에 대하여, Si 원료 가스, 예를 들어 DCS 가스와, 질화 가스, 예를 들어 NH3 가스를 사용한 ALD 또는 CVD에 의한 SiN막의 성막을 개시한다(공정 13). 이때, SiN막으로 이루어지는 제2 하지막(203)이 SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막(202)보다도 인큐베이션 타임이 더 짧아 SiN의 성막이 빨리 시작된다. 또한, SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막(202)이 염소 함유 가스의 흡착량이 더 많기 때문에, 제1 하지막(202) 상에 보다 막 형성되기 어려워진다. 이 때문에, 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 하지막(202) 상의 SiN막(205)의 막 두께보다도, 제2 하지막(203) 상의 SiN막(205)의 막 두께를 보다 두껍게 할 수 있다.
이어서, 성막을 개시하여, SiN막으로 이루어지는 제2 하지막(203)에서는 SiN막의 성막이 진행되고 있지만, SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막(202) 상에서는 SiN이 막으로 되기 전의 초기 핵 상태로 부착된 단계, 또는 SiN이 박막 형상으로 형성된 단계에서, 에칭 가스를 공급하여, 형성된 SiN을 에칭 가스의 에칭 작용에 의해 제거한다(공정 14). 이때, SiN막인 제2 하지막(203) 상의 SiN막도 에칭되지만, SiN막 상에는 SiN막이 보다 두껍게 형성되어 있으므로, 제2 하지막(203) 상의 SiN막을 잔존시킬 수 있다. 또한, SiO2막과 Cl2의 화학 흡착에 의해 DCS나 NH3과의 반응은 억제되므로, 제2 하지막(203) 상의 SiN막의 잔존 막 두께를 제1 실시 형태보다도 두껍게 할 수 있다.
그리고, 공정 12의 염소 함유 가스 흡착 공정과, 공정 13의 SiN 성막 공정과, 공정 14의 에칭 공정을 반복함으로써, 제2 하지막(203) 상에 제1 실시 형태보다도 두꺼운 SiN막을 선택적으로 성막할 수 있다.
공정 12의 온도는, 염소 함유 가스가 흡착 가능한 온도이면 되고, 200 내지 800℃의 범위로 할 수 있다. 또한, 압력은, 0.1 내지 100Torr(13.3 내지 13,330Pa)의 범위로 할 수 있다. 또한, 공정 2의 처리 시간은, 60 내지 1,800sec가 바람직하다. 공정 2에 사용할 수 있는 염소 함유 가스로서는, Cl2 가스 외에, HCl 가스, BCl3 가스 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 반응성이 높은 Cl2 가스가 바람직하다.
또한, 공정 13의 SiN막 성막 공정 및 공정 14의 에칭 공정은, 각각 제1 실시 형태의 공정 2 및 공정 3과 마찬가지로 행할 수 있다.
염소 함유 가스에 의해 전처리를 행하는 공정 12와, SiN막을 성막하는 공정 13과, SiN을 에칭하는 공정 14는, 동일한 장치에 의해 연속해서 행하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 이들 처리를 고 스루풋으로 행할 수 있다. 이 경우에, 공정 12, 공정 13 및 공정 14를 동일한 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 이때의 시퀀스는 도 12에 나타내는 바와 같이 된다. 즉, 도 4의 구조의 웨이퍼(W)를 적절한 처리 장치의 처리 용기 내에 세팅한 후, 최초로, 염소 함유 가스의 공급(스텝 11), Si 원료 가스의 공급(스텝 12) 및 질화 가스의 공급(스텝 13)을 소정 횟수(X회) 반복한 후, 에칭 가스를 공급(스텝 14)하는 사이클을 1 사이클로 하여, 이 사이클을 소정 사이클(Y 사이클) 반복한다. 각각의 스텝의 후에는 상술한 바와 같이, 각각의 스텝에서 사용한 여분의 가스를 웨이퍼(W)로부터 제거하는 처리, 예를 들어 퍼지가 행하여진다.
<적용예>
이어서, 상기 제1 및 제2 실시 형태에서의 선택적인 막 형성의 적용예에 대해서 설명한다.
최근 들어, 디바이스의 미세화에 수반하여, 예를 들어 에칭의 프로세스 마진이 점점 작아지고 있어, 에칭 오차가 발생하기 쉬워지고 있다. 예를 들어, 도 10의 (a)와 같은, SiO2막(211)과 SiN막(212)의 적층 구조(210)를 에칭에 의해 형성하는 경우, 도 10의 (b)와 같이, SiN막(212)이 예정보다도 여분으로 에칭되는 경우가 있다. 그러한 경우에, 도 10의 (c)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 선택적인 SiN막의 형성 방법에 의해, SiN막(212)에 선택적 SiN막(213)을 성막함으로써, 매우 간편하게 수복할 수 있다.
구체예로서, 도 11의 (a)와 같이, 게이트 전극(221)(상세 구조는 생략)에 SiN 막으로 이루어지는 스페이서(222)가 형성된 구조부(220)를 스페이서(222)의 에칭에 의해 형성하는 경우에 대해서 설명한다. 도면 중, 223은 열산화막이다. 스페이서(222)의 에칭이 너무 진행된 경우, 도 11의 (b)와 같이, 스페이서(222)가 예정보다 얇아져서, 절연성이 스펙을 충족하지 못하게 된다. 이러한 경우, 수복할 수 있으면 매우 편리하다. 그래서, 도 11의 (c)와 같이, 상기 제1 실시 형태 또는 상기 제2 실시 형태의 선택적인 SiN막의 형성 방법에 의해, 스페이서(222)에 선택적 SiN막(224)을 성막해서 스페이서(222)를 수복한다. 이때, 수복해야 할 SiN막의 두께는 약간이며, 열산화막(223) 상에는 SiN막이 거의 성막되지 않는다. 이 때문에, 수복 후에는, 통상의 경우와 마찬가지로, 열산화막(223)을 에칭 제거할 뿐이며, 선택적인 SiN막의 형성 이외의 부가적인 공정은 불필요하다.
<성막 장치>
이어서, 본 발명의 질화막의 형성 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 예에 대해서 설명한다.
(성막 장치의 제1 예)
본 예에서는 성막 장치로서 종형 뱃치식 성막 장치의 예를 나타낸다.
도 13은 본 발명에 따른 질화막의 형성 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 제1 예를 도시하는 종단면도, 도 14는 도 13에 나타내는 성막 장치의 수평 단면도이다.
본 예의 성막 장치(100)는, 하단이 개구된 천장이 있는 원통체 형상의 처리 용기(1)를 갖고 있다. 이 처리 용기(1) 전체는, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있고, 이 처리 용기(1) 내의 천장에는, 석영제의 천장판(2)이 설치되어 밀봉되어 있다. 후술하는 바와 같이, 처리 용기(1)는 가열 장치에 의해 가열되도록 되어 있고, 핫월 타입의 성막 장치로서 구성된다. 또한, 이 처리 용기(1)의 하단 개구부에는, 예를 들어 스테인레스 스틸에 의해 원통체 형상으로 성형된 매니폴드(3)가 O링 등의 시일 부재(4)를 개재해서 연결되어 있다.
상기 매니폴드(3)는 처리 용기(1)의 하단을 지지하고 있고, 이 매니폴드(3)의 하방으로부터 피처리체로서 다수매, 예를 들어 50 내지 150매의 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼라 기재함)(W)를 다단으로 적재한 석영제의 웨이퍼 보트(5)가 처리 용기(1) 내에 삽입 가능하게 되어 있다. 이 웨이퍼 보트(5)는, 3개의 지주(6)를 갖고(도 14 참조), 지주(6)에 형성된 홈에 의해 다수매의 웨이퍼(W)가 지지되도록 되어 있다.
이 웨이퍼 보트(5)는, 석영제의 보온통(7)을 개재해서 테이블(8) 상에 적재되어 있고, 이 테이블(8)은, 매니폴드(3)의 하단 개구부를 개폐하는 예를 들어 스테인레스 스틸제의 덮개부(9)를 관통하는 회전축(10) 상에 지지된다.
그리고, 이 회전축(10)의 관통부에는, 예를 들어 자성유체 시일(11)이 설치되어 있어, 회전축(10)을 기밀하게 시일하면서 회전 가능하게 지지하고 있다. 또한, 덮개부(9)의 주변부와 매니폴드(3)의 하단부와의 사이에는, 예를 들어 O링으로 이루어지는 시일 부재(12)가 설치되어 있어, 이에 의해 처리 용기(1) 내의 시일성을 유지하고 있다.
회전축(10)은, 예를 들어 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(도시하지 않음)에 지지된 아암(13)의 선단에 설치되어 있고, 웨이퍼 보트(5) 및 덮개부(9) 등을 일체적으로 승강해서 처리 용기(1) 내에 삽입되도록 되어 있다. 또한, 상기 테이블(8)을 상기 덮개부(9)측에 고정해서 설치하여, 웨이퍼 보트(5)를 회전시키지 않고 웨이퍼(W)의 처리를 행하게 해도 된다.
성막 장치(100)는, 처리 용기(1) 내에 질화 가스, 예를 들어 NH3 가스를 공급하는 질화 가스 공급 기구(14)와, 처리 용기(1) 내에 Si 원료 가스, 예를 들어 DCS 가스를 공급하는 Si 원료 가스 공급 기구(15)와, 처리 용기(1) 내에 에칭 가스를 공급하는 에칭 가스 공급 기구(16)를 갖고 있다. 또한, 처리 용기(1) 내에 퍼지 가스로서 불활성 가스, 예를 들어 N2 가스나 Ar 가스를 공급하는 불활성 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 기구(26)를 갖고 있다.
질화 가스 공급 기구(14)는, 질화 가스 공급원(17)과, 질화 가스 공급원(17)으로부터 질화 가스를 유도하는 질화 가스 배관(18)과, 이 질화 가스 배관(18)에 접속되고, 매니폴드(3)의 측벽을 내측으로 관통해서 상측 방향으로 굴곡되어 수직으로 연장되는 석영관으로 이루어지는 질화 가스 분산 노즐(19)을 갖고 있다. 이 질화 가스 분산 노즐(19)의 수직 부분에는, 복수의 가스 토출 구멍(19a)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있고, 각 가스 토출 구멍(19a)으로부터 수평 방향으로 처리 용기(1)를 향해서 대략 균일하게 질화 가스를 토출할 수 있도록 되어 있다.
Si 원료 가스 공급 기구(15)는, Si 원료 가스 공급원(20)과, Si 원료 가스 공급원(20)으로부터 Si 원료 가스를 유도하는 Si 원료 가스 배관(21)과, 이 Si 원료 가스 배관(21)에 접속되고, 매니폴드(3)의 측벽을 내측으로 관통해서 상측 방향으로 굴곡되어 수직으로 연장되는 석영관으로 이루어지는 Si 원료 가스 분산 노즐(22)을 갖고 있다. Si 원료 가스 분산 노즐(22)에는, 그 길이 방향을 따라서 복수의 가스 토출 구멍(22a)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있고, 각 가스 토출 구멍(22a)으로부터 수평 방향으로 처리 용기(1) 내에 대략 균일하게 Si 원료 가스를 토출할 수 있도록 되어 있다.
에칭 가스 공급 기구(16)는, 에칭 가스 공급원(23)과, 에칭 가스 공급원(23)으로부터 에칭 가스를 유도하는 에칭 가스 배관(24)과, 이 에칭 가스 배관(24)에 접속되고, 매니폴드(3)의 측벽을 관통해서 설치된 에칭 가스 분산 노즐(25)을 갖고 있다. 에칭 가스 분산 노즐(25)에는, 그 길이 방향을 따라서 복수의 가스 토출 구멍(25a)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있어, 각 가스 토출 구멍(25a)으로부터 수평 방향으로 처리 용기(1) 내에 대략 균일하게 에칭 가스를 토출할 수 있도록 되어 있다.
또한, 불활성 가스 공급 기구(26)는, 불활성 가스 공급원(27)과, 불활성 가스 공급원(27)으로부터 불활성 가스를 유도하는 불활성 가스 배관(28)과, 이 불활성 가스 배관(28)에 접속되고, 매니폴드(3)의 측벽을 관통해서 설치된 불활성 가스 노즐(29)을 갖고 있다.
질화 가스 배관(18)에는, 개폐 밸브(18a) 및 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(18b)가 설치되어 있어, 질화 가스를 유량 제어하면서 공급할 수 있도록 되어 있다. 또한, Si 원료 가스 배관(21)에는, 개폐 밸브(21a) 및 유량 제어기(21b)가 설치되어 있어, Si 원료 가스를 유량 제어하면서 공급할 수 있도록 되어 있다. 또한, 에칭 가스 배관(24)에는, 개폐 밸브(24a) 및 유량 제어기(24b)가 설치되어 있어, 에칭 가스를 유량 제어하면서 공급할 수 있도록 되어 있다. 불활성 가스 배관(28)에는 개폐 밸브(28a) 및 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(28b)가 설치되어 있어, 불활성 가스를 유량 제어하면서 공급할 수 있도록 되어 있다.
처리 용기(1)의 한쪽 측면에는 높이 방향을 따라서 돌출부(1a)가 형성되어 있고, 도 14에 도시한 바와 같이, 돌출부(1a)의 내부 공간에는 질화 가스 분산 노즐(19)이 배치되어 있다. 그리고, Si 원료 가스 분산 노즐(22)과, 에칭 가스 분산 노즐(25)은, 질화 가스 분산 노즐(19)을 사이에 두도록 설치되어 있다.
또한, 돌출부(1a)에 플라스마 생성 기구를 설치해서 질화 가스를 플라스마화하도록 해도 된다. 또한, 상기 제2 실시 형태와 같이 염소 함유 가스를 공급하는 경우에는, 질화 가스 공급 기구(14), Si 원료 가스 공급 기구(15), 에칭 가스 공급 기구(16)와 마찬가지의 구성을 갖는 염소 함유 가스 공급 기구를 부가하면 된다.
처리 용기(1)의 돌출부(1a)와 반대측 부분에는, 처리 용기(1) 내를 진공 배기하기 위한 배기구(37)가, 처리 용기(1)의 측벽의 상하 방향으로 가늘고 길게 형성되어 있다. 처리 용기(1)의 배기구(37)에 대응하는 부분에는, 배기구(37)를 덮도록 단면 U자 형상으로 성형된 배기구 커버 부재(38)가 설치되어 있다. 이 배기구 커버 부재(38)의 하부에는, 배기구(37)를 통해서 처리 용기(1) 내를 배기하기 위한 배기관(39)이 접속되어 있다. 배기관(39)에는, 처리 용기(1) 내의 압력을 제어하는 압력 제어 밸브(40) 및 진공 펌프 등을 포함하는 배기 장치(41)가 접속되어 있어, 배기 장치(41)에 의해 배기관(39)을 통해서 처리 용기(1) 내가 배기됨과 함께, 처리 용기(1) 내가 소정의 감압 상태로 조정된다.
처리 용기(1)의 외측에는, 처리 용기(1)를 둘러싸도록 해서, 처리 용기(1) 및 그 내부의 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 통체 형상의 가열 장치(42)가 설치되어 있다.
성막 장치(100)는 제어부(50)를 갖고 있다. 제어부(50)는, 성막 장치(100)의 각 구성부, 예를 들어 밸브류, 유량 제어기인 매스 플로우 컨트롤러, 승강 기구 등의 구동 기구, 히터 전원 등을 제어한다. 제어부(50)는, CPU(컴퓨터)를 갖고, 상기 제어를 행하는 주 제어부와, 입력 장치, 출력 장치, 표시 장치 및 기억 장치를 갖고 있다. 기억 장치에는, 성막 장치(100)에서 실행되는 처리를 제어하기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장된 기억 매체가 세팅되고, 주 제어부는, 기억 매체에 기억되어 있는 소정의 처리 레시피를 호출하여, 그 처리 레시피에 기초해서 성막 장치(100)에 의해 소정의 처리가 행해지도록 제어한다.
이어서, 이상과 같이 구성되는 성막 장치(100)에 의해 SiN막을 형성할 때의 동작에 대해서 설명한다. 이하의 처리 동작은, 제어부(50)에서의 기억부의 기억 매체에 기억된 처리 레시피에 기초하여 실행된다.
최초로, 도 4에 도시한 바와 같은 2종류의 하지막, 예를 들어 SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막과 SiN막으로 이루어지는 제2 하지막이 형성된 웨이퍼(W)를 웨이퍼 보트(5)에, 예를 들어 50 내지 150매 탑재하고, 테이블(8)에 보온통(7)을 개재해서 웨이퍼 보트(5)를 적재하여, 승강 기구에 의해 아암(13)을 상승시킴으로써, 하방 개구부로부터 처리 용기(1) 내에 웨이퍼 보트(5)를 반입한다.
그리고, 처리 용기(1) 내를 0.1 내지 100Torr(13.3 내지 13,330Pa)의 압력으로 조정한 후, 개폐 밸브(28a)를 열어서 소정 유량으로 불활성 가스, 예를 들어 N2 가스를 퍼지 가스로서 흘려서 처리 용기(1) 내를 퍼지하고, 그 상태에서, 가열 장치(42)에 의해 웨이퍼 보트(5)의 센터부(상하 방향의 중앙부)의 온도를, 예를 들어 400 내지 650℃의 범위의 소정 온도로 되도록 처리 용기(1) 내를 미리 가열한다.
그 후, 퍼지 가스를 흘린 채, 개폐 밸브(21a)를 개방하여, Si 원료 가스, 예를 들어 DCS 가스를 처리 용기(1) 내에 공급하여, 웨이퍼(W)에 DCS 가스를 흡착시킨다(도 6의 스텝 1). 소정 시간 경과 후, 개폐 밸브(21a)를 폐쇄하고, 흐르고 있는 상태의 퍼지 가스에 의해 처리 용기(1) 내를 퍼지한다. 소정 시간 경과 후, 개폐 밸브(18a)를 개방하여, 질화 가스, 예를 들어 NH3 가스를 처리 용기(1) 내에 공급하여, 질화 처리를 행한다(도 6의 스텝 2). 소정 시간 경과 후, 개폐 밸브(18a)를 폐쇄하고, 흐르고 있는 상태의 퍼지 가스에 의해 처리 용기(1) 내를 퍼지한다. 이러한 DCS 가스의 공급 및 질화 가스의 공급을 소정 횟수 반복하여, 인큐베이션 타임이 짧은 SiN막으로 이루어지는 제2 하지막 상에는 소정의 막 두께의 SiN막이 형성된 상태, 인큐베이션 타임이 긴 SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막 상에는 SiN이 막으로 되기 전의 초기 핵 상태로 부착된 상태, 또는 SiN이 박막 형상으로 형성된 상태로 되었을 때, 퍼지 가스를 흘린 채 개폐 밸브(24a)를 개방하여, 에칭 가스를 처리 용기(1) 내에 공급하여(도 6의 스텝 3), SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막 상의 SiN을 에칭 작용에 의해 제거하고, SiO2막 면을 노출시킨다. 소정 시간 경과 후, 개폐 밸브(24a)를 폐쇄하고, 흐르고 있는 상태의 퍼지 가스에 의해 처리 용기(1) 내를 퍼지한다. 스텝 1 및 스텝 2를 소정 회 반복한 후, 스텝 3을 행하는 사이클을 1 사이클로 해서, 이 사이클을 소정 사이클 반복한다.
이에 의해, SiN막으로 이루어지는 제2 하지막 상에 SiN막이 두껍게 형성되고, SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막 상에는, SiN막이 거의 형성되지 않는 상태로 할 수 있어, SiN막의 선택 성막이 실현된다.
SiN막의 성막이 종료된 후, 배기 장치(41)에 의해 배기관(39)을 통해서 처리 용기(1) 내를 배기하면서, 퍼지 가스에 의해 처리 용기(1) 내의 퍼지를 행한다. 그리고, 처리 용기(1) 내를 상압으로 되돌린 후, 승강 기구의 아암(13)을 하강시켜서 웨이퍼 보트(5)를 반출한다.
성막 장치(100)에서의 가스 공급 조건의 예는 이하와 같다.
DCS 가스 유량: 500 내지 2,000sccm
NH3 가스 유량: 1000 내지 10,000sccm
에칭 가스 유량: 1 내지 10,000sccm
N2 가스(퍼지 가스) 유량: 50 내지 5,000sccm
1회당 DCS 가스 공급 시간: 3 내지 60sec
1회당 NH3 가스 공급 시간: 5 내지 60sec
1회당 에칭 가스 공급 시간: 10 내지 600sec
1회당 퍼지 시간: 1 내지 30sec
또한, 본 예의 장치에서는, 염소 함유 가스 공급 기구를 설치하여, 염소 함유 가스의 공급(도 12의 스텝 11), Si 원료 가스의 공급(도 12의 스텝 12), 질화 가스의 공급(도 12의 스텝 13)을 소정 횟수 반복한 후, 에칭 가스를 공급(도 12의 스텝 14)하는 사이클을 1 사이클로 해서, 이 사이클을 소정 사이클 반복하도록 해도 된다. 또한, Si 원료 가스 및 NH3 가스를 처리 용기(1) 내에 동시에 공급해서 CVD에 의해 SiN막을 성막해도 된다.
(성막 장치의 제2 예)
본 예에서는 성막 장치로서 수평 뱃치식 성막 장치의 예를 나타낸다.
도 15는 본 발명에 따른 질화막의 형성 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 제2 예를 개략적으로 나타내는 수평 단면도이다.
본 예의 성막 장치(101)는, 원통 형상을 이루는 금속제의 처리 용기(61)를 갖고 있으며, 콜드월 타입의 성막 장치로서 구성된다. 처리 용기(61) 내에는, 복수매, 예를 들어 5매의 웨이퍼(W)를 적재하는 턴테이블(62)이 설치되어 있다. 턴테이블(62)은, 예를 들어 시계 방향으로 회전된다.
처리 용기(61)의 주위벽에는, 인접하는 반송실(도시하지 않음)로부터 웨이퍼(W)를 반출입하기 위한 반입출구(63)가 형성되어 있고, 반입출구(63)는 게이트 밸브(64)에 의해 개폐되도록 되어 있다.
처리 용기(61) 내의 반입출구(63)에 대응하는 부분은 반입출부(65)로 되어 있고, 이 반입출부(65)에 있어서, 턴테이블(62) 상에의 웨이퍼(W)의 반입 및 턴테이블(62) 상의 웨이퍼(W)의 반출이 행하여진다.
처리 용기(61) 내는, 턴테이블(62)의 회전 영역을 따라서, 반입출부(65)를 제외하고 6개의 에어리어로 나뉘어져 있다. 즉, 반입출부(65)측으로부터, 시계 방향으로 정의된, 제1 처리 에어리어(71), 제2 처리 에어리어(72) 및 제3 처리 에어리어(73), 및 반입출부(65)와 제1 처리 에어리어(71)와의 사이, 제1 처리 에어리어(71)와 제2 처리 에어리어(72)와의 사이, 제2 처리 에어리어(72)와 제3 처리 에어리어(73)와의 사이에 각각 정의된, 제1 분리 에어리어(81), 제2 분리 에어리어(82) 및 제3 분리 에어리어(83)로 나뉘어져 있다. 그리고, 턴테이블(62)이 회전함으로써, 웨이퍼(W)는 이들 6개의 에어리어를 차례로 통과한다. 제1 내지 제3 분리 에어리어(81 내지 83)는, 제1 내지 제3 처리 에어리어(71 내지 73)의 가스 분위기를 분리하는 기능을 갖고 있다.
제1 처리 에어리어(71), 제2 처리 에어리어(72) 및 제3 처리 에어리어(73)에는, 각각 턴테이블(62) 상의 웨이퍼(W)에 처리 가스를 토출하는 제1 처리 가스 노즐(74), 제2 처리 가스 노즐(75) 및 제3 처리 가스 노즐(76)이 처리 용기(61)의 직경 방향을 따라서 방사상으로 설치되어 있다.
또한, 제1 분리 에어리어(81), 제2 분리 에어리어(82) 및 제3 분리 에어리어(83)에는, 각각 턴테이블(62) 상의 웨이퍼(W)에 불활성 가스, 예를 들어 N2 가스를 토출하는 제1 불활성 가스 노즐(84), 제2 불활성 가스 노즐(85) 및 제3 불활성 가스 노즐(86)이 처리 용기(61)의 직경 방향을 따라서 방사상으로 설치되어 있다. 그리고, 이들 노즐로부터 불활성 가스가 토출됨으로써 가스 분위기가 분리된다.
처리 용기(61)의 저부에는, 3개의 배기구(87, 88 및 89)가 형성되어 있다. 이들 배기구(87, 88 및 89)를 통해서 처리 용기(61) 내가 배기된다.
성막 장치(101)에서는, 제1 처리 가스 노즐(74)로부터 Si 원료 가스, 예를 들어 DCS 가스가 공급되고, 제2 처리 가스 노즐(75)로부터 에칭 가스가 공급되고, 제3 처리 가스 노즐(76)로부터 질화 가스, 예를 들어 NH3 가스가 공급된다. 따라서, 제1 처리 에어리어(71)는 Si 원료 가스 공급 에어리어가 되고, 제2 처리 에어리어는 에칭 가스 공급 에어리어가 되고, 제3 처리 에어리어(73)는 질화 에어리어가 된다. 또한, 제3 처리 에어리어(73)에 플라스마 생성 기구를 설치해서 질화 가스를 플라스마화해도 된다. 또한, 제2 처리 에어리어(72)에 플라스마 생성 기구를 설치해서 에칭 가스를 플라스마화해도 된다.
성막 장치(101)는 제어부(90)를 갖고 있다. 제어부(90)는, 제1 예의 성막 장치(100)의 제어부(50)와 마찬가지로 구성되어 있다.
또한, 도 15에서는, Si 원료 가스 공급 기구, 에칭 가스 공급 기구, 질화 가스 공급 기구, 불활성 가스 공급 기구의 상세는 생략하고 있지만, 이들은 성막 장치(100)와 마찬가지로 구성되어 있다. 또한, 턴테이블(62) 내에는 가열 장치(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 또한, 배기구(87, 88, 89)에는 배기관(도시하지 않음)이 접속되고, 배기관에는 압력 조정 밸브 및 진공 펌프를 갖는 배기 장치(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
이러한 성막 장치(101)에 있어서는, 제어부(90)의 제어에 의해 상기 실시 형태의 SiN막의 형성 방법이 실현된다.
최초로, 게이트 밸브(64)를 개방해서 반입출구(63)를 통하여 인접하는 반송실(도시하지 않음)로부터, 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 복수매, 예를 들어 5매의, 도 4에 도시한 바와 같은 2종류의 하지막, 예를 들어 SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막과 SiN막으로 이루어지는 제2 하지막이 형성된 웨이퍼(W)를, 순차적으로 반입하여, 턴테이블(62) 상에 적재한다. 그리고, 배기 기구에 의해, 처리 용기(61) 내를 0.1 내지 5Torr(13.3 내지 667Pa)로 압력 조절한다. 이때, 턴테이블(62)은 미리 가열되어 있어, 웨이퍼(W)가 400 내지 650℃의 소정 온도로 가열된다.
계속해서, 제1 내지 제3 불활성 가스 노즐(84 내지 86)로부터 불활성 가스, 예를 들어 N2 가스를 토출한 상태에서, 턴테이블(62)를 회전시키고, 제1 처리 가스 노즐(74)로부터 Si 원료 가스, 예를 들어 DCS 가스를 토출하고, 제3 처리 가스 노즐(76)로부터 질화 가스, 예를 들어 NH3 가스를 토출한다.
이때, 웨이퍼(W)는, 제1 처리 에어리어(71), 제2 분리 에어리어(82), 제2 처리 에어리어(72), 제3 분리 에어리어(83), 제3 처리 에어리어(73), 제1 분리 에어리어(81)를 순차 통과한다. 그리고, 최초로 제1 처리 에어리어(71)에 있어서, 웨이퍼(W)에 DCS 가스가 흡착되고(도 6의 스텝 1), 계속해서 제2 분리 에어리어(82)에 있어서 N2 가스에 의해 웨이퍼(W)의 여분의 DCS 가스가 제거되고, 계속해서 제3 처리 에어리어(73)에 있어서 NH3 가스에 의해 웨이퍼(W) 상에서 질화 처리가 행하여지고(도 6의 스텝 2), 계속해서 제1 분리 에어리어(81)에 있어서 N2 가스에 의해 웨이퍼(W) 상의 여분의 NH3 가스가 제거된다. 턴테이블(62)의 1회전에 의해 ALD의 1 사이클이 행하여지고, 턴테이블(62)을 소정 횟수 회전시킨다. 인큐베이션 타임이 짧은 SiN막으로 이루어지는 제2 하지막 상에는 소정의 막 두께의 SiN막이 형성된 상태, 인큐베이션 타임이 긴 SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막 상에는 SiN이 막으로 되기 전의 초기 핵 상태로 부착된 상태, 또는 SiN이 박막 형상으로 형성된 상태로 되었을 때, DCS 가스 및 NH3 가스의 공급을 정지하고, 턴테이블(62)을 회전시키면서, 제2 처리 가스 노즐(75)로부터 에칭 가스를 공급하여(도 6의 스텝 3), SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막 상의 SiN을 에칭 작용에 의해 제거하여, SiO2막 면을 노출시킨다. 턴테이블(62)을 회전시키면서 DCS 가스 및 NH3 가스를 공급해서 스텝 1 및 스텝 2를 소정 횟수 행한 후, 스텝 3을 행하는 사이클을 1 사이클로 해서, 이 사이클을 소정 사이클 반복한다.
이에 의해, SiN막으로 이루어지는 제2 하지막 상에 SiN막이 두껍게 형성되고, SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막 상에는, SiN막이 거의 형성되지 않는 상태로 할 수 있어, SiN막의 선택 성막이 실현된다.
SiN막의 성막이 종료된 후, 배기 기구에 의해 처리 용기(61) 내를 배기하면서, 제1 내지 제3 불활성 가스 노즐(84 내지 86)로부터 불활성 가스를 공급해서 처리 용기(61) 내의 퍼지를 행한다. 그리고, 처리 용기(1) 내를 반송실의 압력으로 조정하고, 게이트 밸브(64)를 열고, 반입출구(63)를 통해서 반송 장치에 의해 웨이퍼(W)를 순차적으로 반출한다.
성막 장치(101)에서의 가스 공급 조건의 예는 이하와 같다.
DCS 가스 유량: 500 내지 2,000sccm
NH3 가스 유량: 1000 내지 10,000sccm
에칭 가스 유량: 10 내지 10,000sccm
N2 가스(불활성 가스) 유량: 50 내지 10,000sccm
또한, 본 예의 장치에서는, SiN막의 성막은 CVD로는 행하여지지 않고, 오로지 ALD에 의해 행하여진다. 또한, 처리 에어리어 및 분리 에어리어를 추가하고, 추가한 처리 에어리어에 염소 함유 가스를 공급하는 처리 가스 노즐을 설치하도록 하고, 턴테이블(62)을 회전시킴으로써, 염소 함유 가스의 공급(도 12의 스텝 11), Si 원료 가스의 공급(도 12의 스텝 12), 질화 가스의 공급(도 12의 스텝 13)을 소정 횟수 반복한 후, 에칭 가스를 공급(도 12의 스텝 14)하는 사이클을 1 사이클로 해서, 이 사이클을 소정 사이클 반복하도록 해도 된다.
(성막 장치의 제3 예)
본 예에서는 성막 장치로서 매엽식 성막 장치의 예를 나타낸다.
도 16은 본 발명에 따른 질화막의 형성 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 제3 예를 개략적으로 나타내는 수평 단면도이다.
본 예의 성막 장치(102)는, 원통 형상을 이루는 금속제의 처리 용기(111)를 갖고 있으며, 콜드월 타입의 성막 장치로서 구성된다. 처리 용기(111) 내의 저부에는, 기판 적재대(112)가 설치되어 있고, 기판 적재대(112)에는, 피처리 기판으로서의 웨이퍼(W)가 적재되도록 되어 있다. 기판 적재대(112) 내에는 가열 히터(113)가 설치되어 있다.
처리 용기(111)의 측면의 소정 부분에는, Si 원료 가스, 예를 들어 DCS 가스를 처리 용기(111) 내에 도입하는 Si 원료 가스 배관(114), 에칭 가스를 처리 용기(111) 내에 도입하는 에칭 가스 배관(115), 질화 가스, 예를 들어 NH3 가스를 처리 용기(111) 내에 도입하는 질화 가스 배관(116)이 인접해서 접속되어 있다.
또한, 처리 용기(111)의 측면의 Si 원료 가스 배관(114) 등이 접속되어 있는 부분과 반대측 부분에는, 퍼지 가스로서 불활성 가스, 예를 들어 N2 가스를 공급하는 퍼지 가스 배관(117)과, 처리 용기(111) 내를 배기하는 배기관(118)이 접속되어 있다.
또한, 적절한 플라스마 생성 기구를 설치하여, 질화 가스 및/또는 에칭 가스를 플라스마화해도 된다.
성막 장치(102)는 제어부(120)를 갖고 있다. 제어부(120)는, 제1 예의 성막 장치(100)의 제어부(50)와 마찬가지로 구성되어 있다.
또한, 도 16에서는, Si 원료 가스 공급 기구, 에칭 가스 공급 기구, 질화 가스 공급 기구, 불활성 가스 공급 기구의 상세는 생략하고 있지만, 이들은 성막 장치(100)와 마찬가지로 구성되어 있다. 또한, 배기관에는 압력 조정 밸브 및 진공 펌프를 갖는 배기 장치(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
이러한 성막 장치(102)에 있어서는, 제어부(120)의 제어에 의해 상기 실시 형태의 SiN막의 형성 방법이 실현된다.
최초로, 게이트 밸브를 개방해서 반입출구를 통하여 인접하는 반송실로부터, 반송 장치에 의해(모두 도시하지 않음), 도 4에 도시한 바와 같은 2종류의 하지막, 예를 들어 SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막과 SiN막으로 이루어지는 제2 하지막이 형성된 웨이퍼(W)를 1매, 처리 용기(111) 내에 반입하여, 기판 적재대(112) 상에 적재한다. 그리고, 배기 기구에 의해, 처리 용기(111) 내를 0.1 내지 5Torr(13.3 내지 667Pa)로 압력 조절한다. 이때 기판 적재대(112)는, 가열 히터(113)에 의해 미리 가열되어 있어, 웨이퍼(W)가 400 내지 650℃의 소정 온도로 가열된다.
그 후, 퍼지 가스, 예를 들어 N2 가스를 흘린 채, Si 원료 가스, 예를 들어 DCS 가스를 처리 용기(111) 내에 공급하여, 웨이퍼(W)에 DCS 가스를 흡착시킨다(도 6의 스텝 1). 소정 시간 경과 후, DCS 가스를 정지하고, 흐르고 있는 상태의 퍼지 가스에 의해 처리 용기(111) 내를 퍼지한다. 소정 시간 경과 후, 질화 가스, 예를 들어 NH3 가스를 처리 용기(111) 내에 공급하여, 질화 처리를 행한다(도 6의 스텝 2). 소정 시간 경과 후, NH3 가스를 정지하고, 흐르고 있는 상태의 퍼지 가스에 의해 처리 용기(111) 내를 퍼지한다. 이러한 DCS 가스의 공급 및 질화 가스의 공급을 소정 횟수 반복하여, 인큐베이션 타임이 짧은 SiN막으로 이루어지는 제2 하지막 상에는 소정의 막 두께의 SiN막이 형성된 상태, 인큐베이션 타임이 긴 SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막 상에는 SiN이 막으로 되기 전의 초기 핵 상태로 부착된 상태, 또는 SiN이 박막 형상으로 형성된 상태로 되었을 때, 퍼지 가스를 흘린 채 에칭 가스를 처리 용기(111) 내에 공급하여(도 6의 스텝 3), SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막 상의 SiN을 에칭 작용에 의해 제거하여, SiO2막 면을 노출시킨다. 소정 시간 경과 후, 에칭 가스를 정지하고, 흐르고 있는 상태의 퍼지 가스에 의해 처리 용기(111) 내를 퍼지한다. 스텝 1 및 스텝 2를 소정 회 반복한 후, 스텝 3을 행하는 사이클을 1 사이클로 해서, 이 사이클을 소정 사이클 반복한다.
이에 의해, SiN막으로 이루어지는 제2 하지막 상에 SiN막이 두껍게 형성되고, SiO2막으로 이루어지는 제1 하지막 상에는, SiN막이 거의 형성되지 않는 상태로 할 수 있어, SiN막의 선택 성막이 실현된다.
SiN막의 성막이 종료된 후, 배기 기구에 의해 배기관(118)을 통해서 처리 용기(111) 내를 배기하면서, 퍼지 가스에 의해 처리 용기(111) 내의 퍼지를 행한다. 그리고, 처리 용기(111) 내를 반송실의 압력으로 조정하고, 게이트 밸브를 열어, 반입출구를 통해서 웨이퍼(W)를 반출한다.
성막 장치(102)에 있어서의 가스 공급 조건의 예는 이하와 같다.
DCS 가스 유량: 10 내지 2,000sccm
NH3 가스 유량: 1000 내지 5,000sccm
에칭 가스 유량: 1 내지 10,000sccm
N2 가스(퍼지 가스) 유량: 50 내지 5,000sccm
1회당 DCS 가스 공급 시간: 0.1 내지 60sec
1회당 NH3 가스 공급 시간: 0.1 내지 60sec
1회당 에칭 가스 공급 시간: 10 내지 600sec
1회당 퍼지 시간: 0.1 내지 60sec
또한, 본 예의 장치에서는, 염소 함유 가스 공급 기구를 설치하여, 염소 함유 가스의 공급(도 12의 스텝 11), Si 원료 가스의 공급(도 12의 스텝 12), 질화 가스의 공급(도 12의 스텝 13)을 소정 횟수 반복한 후, 에칭 가스를 공급(도 12의 스텝 14)하는 사이클을 1 사이클로 해서, 이 사이클을 소정 사이클 반복하도록 해도 된다. 또한, Si 원료 가스 및 NH3 가스를 처리 용기(111) 내에 동시에 공급해서 CVD에 의해 SiN막을 성막해도 된다.
<다른 적용>
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 그 사상을 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형 가능하다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, Si 원료와 질화 가스를 사용해서 실리콘 질화막을 형성하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 원료 가스와 질화 가스를 사용해서 다른 질화막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다. 예를 들어, Ti 원료를 사용해서 TiN막을 성막하는 경우나, B 원료를 사용해서 BN막을 성막하는 경우, W 원료를 사용해서 WN막을 성막하는 경우 등, 다양한 질화막에 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 하지막으로서 SiO2막 및 SiN막을 갖는 피처리 기판을 사용한 예를 나타냈지만, 질화막에 대한 인큐베이션 타임이 상이한 2종류 이상의 하지막을 갖는 피처리 기판이라면 적용 가능하다. 예를 들어, 한쪽의 하지막이 SiO2 이외의 산화막이며, 다른 쪽 하지막이 SiN막 이외의 다른 질화막이어도 되고, 또한 산화막과 질화막과의 조합 이외이어도 된다.
또한, 에칭 가스로서는, 질화막은 에칭되지만, 질화막을 성막하고 싶지 않은 쪽의 하지막은 에칭되기 어려운 에칭 선택성을 갖는 것이면 되고, 상기 실시 형태에서 예시한 에칭 가스에 한정되지 않는다.
또한, 성막 장치의 전형예로서, 종형 뱃치식 성막 장치, 수평 뱃치식 성막 장치, 매엽식 성막 장치를 예시했지만, 본 발명의 질화막의 형성 방법을 실현할 수 있는 것이라면 예시한 것에 한정되지 않는다.
또한, 상기 실시 형태에서는 피처리 기판으로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 나타냈지만, 이에 한정하지 않고, 플랫 패널 디스플레이의 글라스 기판이나 세라믹스 기판 등 다른 기판에도 적용 가능한 것은 말할 필요도 없다.
1, 61, 111; 처리 용기 5; 웨이퍼 보트
14; 질화 가스 공급 기구 15; Si 원료 가스 공급 기구
16; 에칭 가스 공급 기구 26; 퍼지 가스 공급 기구
41; 배기 장치 42; 가열 장치
62; 턴테이블 65; 반입출부
71; 제1 처리 에어리어(Si 원료 가스 공급 에어리어)
72; 제2 처리 에어리어( 에칭 가스 공급 에어리어)
73; 제3 처리 에어리어(질화 에어리어) 100, 101, 102; 성막 장치
112; 기판 적재대 113; 가열 히터
114; Si 원료 가스 배관 115; 에칭 가스 배관
116; 질화 가스 배관 117; 퍼지 가스 배관
118; 배기관 201; 반도체 기체
202; 제1 하지막 203; 제2 하지막
204; Cl2 가스 205; SiN막
211; SiO2막 212; SiN막
213; 선택적 SiN막 221; 게이트 전극
222; 스페이서 223; 열산화막
224; 선택적 SiN막 W; 반도체 웨이퍼

Claims (24)

  1. 질화막에 대하여 상대적으로 인큐베이션 타임이 긴 재료로 이루어지는 제1 하지막과, 상대적으로 인큐베이션 타임이 짧은 재료로 이루어지는 제2 하지막을 포함하는 피처리 기판을 준비하는 제1 공정과,
    상기 피처리 기판을 미리 정해진 온도로 가열하면서, 상기 피처리 기판에 대하여, 원료 가스 및 질화 가스를 사용하여, ALD 또는 CVD에 의해 질화막을 성막하는 제2 공정과,
    에칭 가스를 공급하여, 상기 제1 하지막 상의 질화물을 에칭 제거하여, 상기 제1 하지막의 막 면을 노출시키는 제3 공정
    을 포함하고,
    상기 제2 공정과 상기 제3 공정을 미리 정해진 횟수 반복하여, 상기 제2 하지막 상에 선택적으로 질화막을 형성하는 질화막의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질화막을 성막하는 공정을 ALD에 의해 행하는 경우에, 최초로 원료 가스를 공급하는, 질화막의 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에칭 가스는, 상기 질화막을 상대적으로 에칭하기 쉽고, 상기 제1 하지막을 상대적으로 에칭하기 어려운 가스인, 질화막의 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공정 후, 상기 제2 공정에 앞서, 상기 피처리 기판을 미리 정해진 온도로 가열하면서 염소 함유 가스를 공급하여, 상기 제1 하지막과 상기 제2 하지막의 표면에 염소 함유 가스를 흡착시키는 전처리를 행하는 제4 공정을 더 포함하고, 상기 제4 공정, 상기 제2 공정 및 상기 제3 공정을 미리 정해진 회 반복하여, 상기 제2 하지막 상에 선택적으로 질화막을 성막하는, 질화막의 형성 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제4 공정에 사용되는 상기 염소 함유 가스는, Cl2 가스, HCl 가스, BCl3 가스에서 선택된 적어도 1종의 가스인, 질화막의 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하지막이 실리콘 산화막이며, 상기 제2 하지막이 실리콘 질화막이며, 상기 제1 하지막 및 상기 제2 하지막 상에 형성하는 질화막은 실리콘 질화막인, 질화막의 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실리콘 질화막을 성막할 때 사용하는 Si 원료 가스는, 디클로로실란, 모노클로로실란, 트리클로로실란, 실리콘테트라클로라이드, 헥사클로로디실란, 모노실란, 디실란, 유기 실란계 화합물 중 어느 하나인, 질화막의 형성 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 에칭 가스는, 불소 가스 및 산화성 가스를 포함하는, 질화막의 형성 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 에칭 가스는, 불화수소 가스 및 탄화수소계 화합물 가스 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 질화막의 형성 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 에칭 가스는, CHxFy(단, x는 0 또는 1 이상의 정수, y는 1 이상의 정수임)로 표현되는 가스인, 질화막의 형성 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 에칭 가스는, NFxRy(단, R은 탄화수소이며, x는 1 이상의 정수, y는 0 또는 1 이상의 정수임)로 표현되는 가스인, 질화막의 형성 방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 질화막을 성막하는 공정은, ALD의 경우에 400 내지 650℃, CVD의 경우에 600 내지 800℃에서 행하는, 질화막의 형성 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공정과, 상기 제3 공정은, 동일 장치 내에서 연속적으로 실시하는, 질화막의 형성 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 공정과, 상기 제3 공정은, 동일한 온도에서 행하여지는, 질화막의 형성 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질화막의 성막에 사용되는 상기 질화 가스는, 암모니아 가스 또는 히드라진 가스 또는 히드라진의 유도체 가스인, 질화막의 형성 방법.
  16. 질화막에 대하여 상대적으로 인큐베이션 타임이 긴 재료로 이루어지는 제1 하지막과, 상대적으로 인큐베이션 타임이 짧은 재료로 이루어지는 제2 하지막을 포함하는 피처리 기판에 있어서, 상기 제2 하지막 상에 선택적으로 질화막을 형성하는 질화막의 형성 장치로서,
    상기 피처리 기판을 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에, 원료 가스, 질화 가스, 에칭 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    상기 처리 용기 내에 수용된 복수의 피처리 기판을 가열하는 가열 장치와,
    상기 처리 용기 내를 배기하는 배기 장치와,
    상기 처리 용기 내에 상기 피처리 기판을 배치시켜, 상기 피처리 기판을 미리 정해진 온도로 가열시키면서, 원료 가스 및 질화 가스를 상기 피처리 용기 내에 공급시켜, 상기 피처리 기판 상에, ALD 또는 CVD에 의해 상기 질화막을 성막시키고, 계속해서, 에칭 가스를 공급하여, 상기 제1 하지막 상의 질화물을 에칭 제거하여, 상기 제1 하지막의 막 면을 노출시키고, 상기 질화막의 형성과, 상기 제1 하지막 상의 질화물의 에칭 제거가 미리 정해진 횟수 반복되도록 제어하는 제어부
    를 포함하는 질화막의 형성 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 하지막이 실리콘 산화막이며, 상기 제2 하지막이 실리콘 질화막이며, 상기 제1 하지막 및 상기 제2 하지막 상에 형성하는 질화막은 실리콘 질화막인, 질화막의 형성 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 실리콘 질화막을 성막할 때 사용하는 Si 원료 가스는, 디클로로실란, 모노클로로실란, 트리클로로실란, 실리콘테트라클로라이드, 헥사클로로디실란, 모노실란, 디실란, 유기 실란계 화합물 중 어느 하나인, 질화막의 형성 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 에칭 가스는, 불소 가스 및 산화성 가스를 포함하는, 질화막의 형성 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 에칭 가스는, 불화수소 가스 및 탄화수소계 화합물 가스 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 질화막의 형성 장치.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 에칭 가스는, CHxFy(단, x는 0 또는 1 이상의 정수, y는 1 이상의 정수임)로 표현되는 가스인, 질화막의 형성 장치.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 에칭 가스는, NFxRy(단, R은 탄화수소이며, x는 1 이상의 정수, y는 0 또는 1 이상의 정수임)로 표현되는 가스인, 질화막의 형성 장치.
  23. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질화막의 성막에 사용되는 상기 질화 가스는, 암모니아 가스 또는 히드라진 가스 또는 히드라진의 유도체 가스인, 질화막의 형성 장치.
  24. 컴퓨터 상에서 동작하고, 질화막의 형성 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체로서, 상기 프로그램은, 실행 시에, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 질화막의 형성 방법이 행해지도록, 컴퓨터에 상기 질화막의 형성 장치를 제어시키는 기억 매체.
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